JPH02274813A - 窒化能の優れた酸化層をつくる一次再結晶焼鈍法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、結晶粒がミラー指数で（１１０）　＜００１
＞方位をもつ一方向性電磁鋼板、または（１００）＜０
０１＞方位をもつ二方向性電磁鋼板等の、ある結晶方位
に強く配向した、いわゆる方向性電磁鋼板の製造工程に
おいて、特に一次再結晶焼鈍法に関するものである。こ
れらの鋼板は、軟磁性材料として電気機器の鉄心として
用いられる。

（従来の技術） 方向性電磁鋼板は、先に述べたように一定の方位をもつ
結晶粒より構成された通常４．５％以下のＳｉを含有す
る板厚０．１０〜０．３５ａｍの鋼板である。

この鋼板は磁気特性として励磁特性と鉄損特性が要求さ
れ、そのためには結晶粒の方位を高度に揃えることが重
要である。この結晶方位の集積化は二次再結晶と呼ばれ
るカタストロフィツクな粒成長現象を利用して達成され
る。

二次再結晶を制御するためには、二次再結晶前の一次再
結晶組織の調整と、インヒビターと呼ばれる微細析出物
もしくは粒界偏析型の元素の調整が必須である。このイ
ンヒビターは、一次再結晶組織のなかで一般の一次再結
晶粒の成長を抑え、ある特定の方位粒を選択的に成長さ
せる機能をもつ。

析出物として代表的なものとしては、Ｍ、Ｐ。

Ｌｉｔｔｍａｎｎ　（特公昭３０−３６５１号公報）及
びＪ、Ｅ、Ｍａｙ。

Ｄ、Ｔｕｒｎｂｕｌｌ　（↑ｒａｎｓ、Ｍｅｔ、ｓｏｃ
、ＡＩＭＢ　２１２（１９５８年）Ｐ７６９／７８１）
はＭｎＳを、田ロ、坂倉（特公昭４０−１５６４４号公
報）はＡｊＮを、今中等は（特公昭５１−１３４６９号
公報）はＭｎＳｅを、小松等は（Ｍ、　５ｉ）Ｎを提示
している。

一方、粒界偏析型の元素としては、斎藤（日本金属学会
誌２７　（１９６３年）Ｐ１８６／１９５）は、Ｐｂ、
Ｓｂ、Ｎｂ。

＾ｇ４ｅｌｓｅ１ｓ等を提示しているが、工業的には何
れも析出物型インヒビターの補助的なものとして使用さ
れているにすぎない。

これらの析出物がインヒビターとしての機能を発揮する
上で必要な条件は必ずしも明確ではないが、検量（鉄と
鋼５３　（１９６７年）　Ｐ１００７／１０２３）、黒
水ら（日本金属学会誌４３　（１９７９年）　Ｐ１７５
／１８１゜４４　（１９８０年）Ｐ４１９／４２４）の
結果をまとめると、次のように考えられる。

（１）二次再結晶前に、−成典結晶粒の粒成長を抑える
に充分な量の微細析出物が存在すること。

（２）析出物の大きさがある程度大きく、二次再結晶焼
鈍時に、あまり急激に熱的変化しないこと。

（発明が解決しようとする課題） 現在、工業生産されている代表的な一方向性電磁鋼板の
製造法としては３種類ある。

第一の技術は、Ｍ、Ｐ、Ｌｉｔｔｓ＋ａｎｎにより特公
昭３０−３６５１号公報に示されたＭｎＳを用いた二回
冷延工程によるものであり、第二の技術は川口・坂倉に
より特公昭４０−１５６４４号公報に示されたＡ　Ｉ　
Ｎ＋ＭｎＳを用いた最終冷間圧延率を８０％以上の強圧
下とする工程によるものであり、第三の技術は今中らに
より特公昭５１−１３４６９号公報に示されたＭｎＳ　
　（またはＭｎ５ｅ）　＋Ｓｂを用いた二回冷延工程に
よるものである。

これらの技術は、何れも析出物の量の確保とその微細化
の要件を満たすために、熱延前の高温スラブ加熱による
インヒビターの作り込みを基本技術としている。

高温スラブ加熱には、次の問題点がある。

１）方向性電磁鋼板専用の高温スラブ加熱炉が必要であ
る。

２）加熱炉のエネルギー原単位が高い。

３）　スラブ表面の酸化が進みノロと呼ばれる溶融物が
発生し操業上、悪影響をもたらす。

このような、問題点を解消するために、低温スラブ加熱
を実現させるには、高温スラブ加熱によらないインヒビ
ター作り込み技術が必要である。

本発明者等の一部は、窒化処理によってインヒビターを
形成する製造方法を特公昭６２−４５２８５号公報（一
方向性電磁鋼板）、特願昭６２−２９７８２５号（二方
向、性電磁鋼板）に提示している。

このプロセスで重要なことは、窒化によってインヒビタ
ーを均一に析出分散させることである。

工業的規模で、コイル内長手方向・幅方向に窒化の不均
一があると、それに対応して磁気特性が不均一になると
いう問題が生じる。

窒化の律速段階は表面での反応であり、窒化を均一にか
つ安定して行うためには、−次回結晶焼鈍時に表面に形
成される酸化層を制御することが必要である。

本発明は、−次回結晶焼鈍時の酸化度（ＰＨ２０／ＰＭ
を規定することにより、窒化能の優れた酸化層をつくる
方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、重量％でＳｉ：０．８〜
６．８％、酸可溶性ＩＶ：ｏ、００８〜０．０４８％。

残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延
し、必要に応じて焼鈍した後、冷間圧延により最終板厚
とし、次いで一次再結晶焼鈍を行った後、焼鈍分離剤を
塗布し、仕上焼鈍を施す工程からなる方向性電磁鋼板の
製造法において、特に一次再結晶焼鈍後から仕上焼鈍の
二次再結晶開始前の間に窒化処理を行い、二次再結晶に
必要なインヒビターを形成するにあたり、窒化を均一か
つ安定して行なわせるために、焼鈍時の雰囲気の酸化度
（Ｐ　Ｈ！Ｏ／　Ｐ　Ｈｚ）を、０．１５〜０．８０に
規定し、窒化能の優れた酸化層をつくることを特徴とす
る一次再結晶焼鈍法にある。

以下、詳細に説明する。

本発明者等は、Ｓｉ：３．３％、酸可溶性Ａｊ：０．０
２７％、Ｎ：ｏ、００８％、Ｍｎ：０．１４％を含有し
、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる熱延板を１１０
０’Ｃで２分間焼鈍した後、冷間圧延により０．２０　
Ｍの最終板厚とした。この材料に、酸化度（ＰＨ１０／
Ｐｌｈ）を０．０２〜１．０の範囲で変えて、−次回結
晶焼鈍を施した。

その後、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、仕
上焼鈍を行った。仕上焼鈍は、Ｎ、２５χ＋Ｈｔ７５χ
の雰囲気で、１２００°Ｃ迄昇温し、ｎｘｔｏｏχに切
り換え、２０時間純化焼鈍を行い、昇温過程での窒化挙
動と製品の特性を調べた。

第１図は、窒素量が最大となる８５０°Ｃでの増窒素量
と一次再結晶焼鈍時の酸化度（ＰＨ１Ｏ／Ｐ）１．）の
関係を示すものである。

第１図より、酸化度０．１５〜０．８０、特に好ましく
は０．２５〜０．７０の範囲で安定して窒化しており、
第２図に示す磁束密度（Ｂ−値）も、それに対応して増
窒素量が多い場合に磁束密度が高くなっている。

かかる−次回結晶焼鈍の酸化度によって窒化能が大きく
変わる理論的根拠は完全には明確にされてはいないが、
本発明者等は赤外分光分析、　ＧＤＳ等の解析手法を用
いて調査を行った結果、最外層のシリカ（Ｓｉｎｇ）と
ファイアライト（Ｐｅ！５ｉ０４）の不均一構造に基因
するものではないかと考えている。

すなわち、第３図に酸化物の平衡状態図を示すが、本限
定範囲は、はぼファイアライトの形成領域と一致してい
る。ところが実際は、最外層は酸化度が０．２５より上
ではファイアライトが主体であるが、酸化度が０．２５
より下ではシリカが主体となっており、実質的には平衡
状態に到達していない不均一構造となっている。

酸化度０．２５において窒化能が不連続的に変化してい
るのは、このような質的変化によるものと考えられる。

また、酸化度０．１５を境に、それより下で窒化能が急
激に劣化したのは、最外層に特にシリカの濃化が著しい
ことから、タイトなシリカができたためと考えられる。

このように、一次再結晶焼鈍時の酸化度（Ｐ　ＨｚＯ／
　Ｐ　Ｈｌ）を限定することにより、表面酸化層の構造
を制御し、−次回結晶焼鈍から仕上焼鈍時の二次再結晶
前までに施される窒化処理を均一にかつ安定して行なう
ことができるようになる。

次に、本発明の実施態様を説明する。

本発明において、スラブが含有する成分としては、重量
％でＳｉ：０．８〜６．８％、酸可溶性Ａｊ：０．００
８〜０．０４８％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であ
り、これらを必須成分として、それ以外は特に限定しな
い。

Ｓｔは電気抵抗を高め、鉄損を下げることにより特性を
高めるが、４．８％以上となると冷延不可能となる。さ
らに６．８％を越えると温間圧延によっても割れが生じ
易（なり圧延不可能となってしまう、一方別量を下げる
と、仕上焼鈍時にα→γ変態が生じ結晶の方向性が破壊
されてしまう、そこで、二次再結晶温度の下限と考えら
れる９５０”Ｃでα→Ｔ変態を起こさない０．８％以上
を限定範囲とする。

酸可溶性Ｍは、Ｎと結合してＡｊＮもしくは（Ｎ。

５ｔ）Ｎとなり、インヒビターとして機能する。特に−
成典結晶焼鈍後の窒化を考えた場合、フリーのＭとして
存在させておくことが有効である。磁束密度が高くなる
０、　００８〜０．０４８％を限定範囲とする。

その他、インヒビター構成元素としてＭｎ、Ｓ、Ｓｅ。

Ｂ４ｉ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｔｉ等を添加することもできる。

このスラブの加熱温度は１０００″Ｃ未満になると鋼板
の形状が確保し難くなり、また、１２７゜°Ｃを越える
と前に述べたノロ等の問題が生じるので、１０００〜１
２７０℃が望ましい。加熱されたスラブは、引き続き熱
間圧延される。

上記熱延板は、必要に応じて７５０〜１２００℃の温度
域で３０秒〜３０分間焼鈍される。

次いで、所定の最終板厚・集合組織を得るために１回も
しくは中間焼鈍をはさんだ２回以上の冷間圧延を施され
る。

一方向性電磁鋼板に対しては、基本的には特公昭４０−
１５６４４号公報に示された最終冷間圧延を８０％以上
とすること、また二方向性電磁鋼板に対しては、特公昭
３５−２６５７号公報、或いは特公昭３８−８２１８号
公報に示された４０〜８０％と３０〜７０％という圧下
率の交叉冷間圧延が適用される。その後、鋼中に炭素が
含まれているならば、脱炭を兼ね、−成典結晶焼鈍を行
う。

ここで、焼鈍時の酸化度を　０．１５〜０．８０、望ま
しくは０．２５〜０．７０に限定し、表面酸化層の構造
を制御することが本発明の骨子である。

このようにして得られた、材料にＭｇＯを主成分とする
焼鈍分離剤を塗布した後、二次再結晶と純化を目的とし
た仕上焼鈍を施す。

ここで−成典結晶焼鈍後、二次再結晶開始前に行う窒化
処理については何ら限定するものではない、従来用いら
れている仕上焼鈍時の窒素分圧を上げる方法、アンモニ
ア等窒化能のある雰囲気ガスによる方法、窒化マンガン
、窒化クロム等窒化能のある金属窒化物を焼鈍分離剤に
添加する方法等がある。

（実施例） 実施例１ 重量％で、Ｓｉ：３．３％、酸可溶性ＩＶ　：　０．０
２５％。

Ｎ　：　Ｏ，ＯＯ８％、Ｍｎ：０．１４％、　　Ｓ　：
０．００７　％。

Ｃ：０．０５％を含有し、残部Ｐａ及び不可避的不純物
からなるスラブを１１５０°Ｃに加熱した後、熱間圧延
して１．８■厚の熱延板とした。この熱延板を１１００
℃で２分間焼鈍した後、熱間圧延方向と同一方向に６３
％の圧下率を適用する冷間圧延を行い、さらに前記冷間
圧延方向と交叉する方向に５５％の圧下率を適用する冷
間圧延を行い、０．３０ｍ厚の最終板厚とした。こうし
て得られた冷延板を酸化度を変え、８１０°Ｃで脱炭を
兼ねる一次再結晶焼鈍を行った。

次いで、焼鈍分離剤としてＭｇＯを塗布した後、Ｎｔ：
２５χ＋Ｈｔ７５χの雰囲気中で１５°Ｃ／ｈｒの昇温
速度で１２００℃迄昇温し、その後１２００°Ｃで２０
時間）Ｉｔ：１００χの雰囲気中で純化を行った。仕上
焼鈍８５０℃での増窒素量及び得られた製品の磁気特性
は表１のとおりであった。

表　　　　　　　　１ を兼ねる一次再結晶焼鈍を行った６次いで、ＮＨ。

を３％含む窒素雰囲気中で窒化処理を行った。

−成典結晶焼鈍時の酸化度と増窒素量の関係は表２のと
おりであった。

表　　　　　　　　２ 実施例２ 重量％で、Ｓｌ：３．２％、酸可溶性ＡＩｌ：　０．０
２７％、Ｎ：０．００７％、Ｍｎ：０．１３％、　Ｓ　
ｉ　０．００７％、Ｃ：０．０５％を含有し、残部Ｐｅ
及び不可避的不純物からなるスラブを１１５０℃に加熱
した後、熱間圧延して１．８■厚の熱延板とした。この
熱延板を１１２０℃で２分間次いで９００℃で２分間焼
鈍した後、０．２０閣厚の最終板厚へ冷間圧延した。こ
の冷延板を酸化度を変え、８．３０℃で脱炭実施例３ 実施例２と同じ冷延板を酸化度（ＰＲｌｏ　／ｐＨ□）
が一定になるように露点を調整し、（ａ）Ｎｔ２５χ÷
Ｈ２７５χ、　（ｂ）ｓ寞５０χ＋■８５０χ＋　（ｃ
）Ｎｔ７ｓχ＋Ｈｚ２５Ｘの３種類の雰囲気ガス中８３
０°Ｃで焼鈍を行った。次いでＮＨｓを３％含む窒素雰
囲気中で窒化処理を行った。

表３に示すように、増窒素量は雰囲気ガス組成によらず
酸化度で決まる。

表 分とする焼鈍分離剤を塗布した後、仕上焼鈍を行った。

仕上焼鈍はＮ２２５χ＋Ｈ８７５χの雰囲気中１５°Ｃ
／ｈｒで１２００°Ｃ迄昇温し、１２００°Ｃで２０時
間Ｈｚ１００χ中で純化を行った。仕上焼鈍８５０℃で
の増窒素量及び得られた成品の磁気特性は表４のとおり
であった。

表　　　　　　　　　４ 実施例４ 重量％で、Ｓｉ：３．２％、酸可溶性Ａｌ　：　０．０
２７％。

Ｎ　：　Ｏ，ＯＯ３％、Ｍｎ：０．１４％、　Ｓ　：　
０．００７％。

Ｃ：　０．０５％を含有し、残部Ｐｅ及び不可避的不純
物からなるスラブを１１５０°Ｃに加熱した後、熱間圧
延し、１．８　ａｍ厚の熱延板とした。この熱延板を１
１００°Ｃで２分間次いで９００°Ｃで２分間焼鈍した
後、０．２０　ｗｍ厚の最終板厚へ冷間圧延した。

この冷延板を酸化度を変え、８３０℃で脱炭を兼ねる一
次再結晶焼鈍を行った。次いで窒化を目的にフェロ窒化
マンガンを５％添加したＭｇＯを主成（発明の効果） 本発明は、以上述べたように、多くの問題点を抱える高
温スラブ加熱を不要とする窒化処理によるインヒビター
作り込みを主眼とする方向性電磁鋼板の製造法において
、窒化の律速となる表面酸化層を制御し、表面を通して
の窒素吸収を均一にかつ安定して行うことができるので
、方向性電磁鋼板の製造を安定化する上で、その工業的
効果は甚大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一次再結晶焼鈍時の酸化度と仕上焼鈍時の８５
０°Ｃでの増窒素量を示す図、第２図は一次再結晶焼鈍
時の酸化度と製品の磁化特性を示す図、第３図はＰｅＯ
，ＦｅｔＳｉＯ４，５ｉＯｔの平衡状態図である。 ０．５ → 酸化／１（んθ／〜２） θ５ メθ 酸化度 （Ｐ＃Ｚ（：ｌ　／ＰＨｉ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％でＳｉ：０．８〜６．８％、酸可溶性Ａｌ：０．
   ００８〜０．０４８％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物か
   らなるスラブを、熱間圧延・冷間圧延・一次再結晶焼鈍
   ・焼鈍分離剤の塗布・仕上焼鈍の工程からなり、特に一
   次再結晶焼鈍後から仕上焼鈍の二次再結晶開始前の間に
   窒化処理を施す方向性電磁鋼板の製造方法において、 焼鈍時の雰囲気の酸化度（ＰＨ＿２Ｏ／ＰＨ＿２）を０
   ．１５〜０．８の範囲とすることを特徴とする窒化能の
   優れた酸化層をつくる一次再結晶焼鈍法。