JPH0565543A - 歪取り焼鈍を施しても磁気特性の劣化がなくかつ幅方向に均一の特性を有する低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歪取り焼鈍を施しても磁気特性が劣化するこ
とがなく、さらに鋼板の幅方向に均一な特性を有する低
鉄損一方向性けい素鋼板を有利に製造する方法を提供す
る。 【構成】 仕上げ焼鈍済みの一方向性けい素鋼板の表面
に、偏向させた電子ビームを用いて鋼板の幅方向に等間
隔で並ぶ微小圧入領域を形成することによって、歪取り
焼鈍後にも消失しない磁区細分化核を、鋼板幅方向の物
性を変化しないように導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、歪取り焼鈍後も磁気
特性の劣化がなくかつ幅方向に均一の特性を有する低鉄
損一方向性珪素鋼板の製造方法において、特に高電圧、
小電流で発生させた電子ビームを照射した後の鋼板の処
理に工夫を凝らして磁区細分化効果の増強を図ったもの
で、この一方向性珪素鋼板は、変圧器や電気機器の鉄心
用材料として有利に使用される。

【０００２】一方向性珪素鋼板は製品の２次再結晶粒を
ゴス方位に高度に集積させること、その鋼板表面上にフ
ォルステライト被膜を被成し、さらにその上に熱膨張係
数の小さい絶縁被膜を被成して鋼板に張力を付与するこ
と、などにより磁気特性の向上を計るもので、厳格な制
御を必要とする複雑、多岐にわたる工程を経て製造され
ている。

【０００３】このような一方向性珪素鋼板は、主として
変圧器、その他電気機器の鉄心として使用されており、
磁気特性として製品の磁束密度（Ｂ₈ 値で代表される)
が高く、鉄損（Ｗ_17/50 値で代表される) が低いこと、
さらに表面性状が良好な絶縁被膜を被成していることな
どが要求されている。とくにエネルギー危機を境にして
電力損失の低減を至上とする要請が著しく強まり、変圧
器用鉄心材料としての鉄損のより低い一方向性珪素鋼板
の必要性はますます高まってきている。

【０００４】そして、この一方向性珪素鋼板の鉄損改善
の歴史は、ゴス方位２次再結晶集合組織の改善の歴史で
あると云っても過言ではない。

【０００５】

【従来の技術】２次再結晶粒を制御する方法として、Al
N ，MnS 及び MnSe 等の１次再結晶粒成長抑制剤、いわ
ゆるインヒビターを用いてゴス方位２次再結晶粒を優先
成長させる方法が実施されている。一方、上記の２次再
結晶集合組織を制御する冶金的手段とは異なる鉄損改善
技術も種々開発されている。すなわち、市山 正：鉄と
鋼、69(1983), P. 895、特公昭57−2252号公報、特公昭
57−53419号公報、特公昭58−26405 号公報、及び特公
昭58−26406 号公報などにはレーザーを、又特開昭62−
96617 号公報、特開昭62−151511号公報、特開昭62−15
1516号公報、及び特開昭62−151517号公報などにはプラ
ズマを、それぞれ鋼板表面に照射することにより、鋼板
に局部微小歪を導入して磁区を細分化し、鉄損を低下さ
せる画期的な方法が提案開示されている。しかしなが
ら、これらの方法により得られた鋼板は、高温域まで加
熱すると微小歪が消失するため、高温の歪取り焼鈍を施
す巻鉄心トランス用材料に使用する場合、上記効果が発
揮できないという欠点があった。

【０００６】また、一方このような高温の歪取り焼鈍を
施しても鉄損が劣化しない方法も提案開示されている。
すなわち、特公昭50−35679 号公報、特開昭59−28525
号公報、及び特開昭59−197520号公報などには、仕上焼
鈍板の表面に溝もしくはセレーションを形成する方法、
特開昭56−130454号公報には、仕上焼鈍板の表面に微細
再結晶粒領域を形成する方法、特開昭60−92479 号公
報、特開昭60−92480 号公報、特開昭60−92481 号公
報、及び特開昭60−258479号公報などには、フオルステ
ライト質被膜に異厚あるいは欠損領域を形成する方法、
特開昭60−103124号公報、及び特開昭60−103182号公報
などには、地鉄中、フオルステライト質被膜中、又は張
力付与絶縁被膜中に異組成領域を形成する方法等があ
る。

【０００７】しかしながら、これらの方法はいずれも工
程が複雑となるわりには鉄損の低減効果は少なく、また
製造コストが高くなることもあって工業的に採用される
には至っていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで発明者らは、歪
取り焼鈍を施しても鉄損が劣化しない工業的な製造方法
について、特開平２−277780号公報に開示の手法を提案
した。すなわち鋼板の表面に電子ビームを圧延方向と交
わる鋼板の幅方向へ局所的に断続照射し、被膜を地鉄に
圧入する方法である。しかしながらこの方法では、電子
ビームの照射方向である鋼板の幅方向において磁気特性
のばらつきが大きく、また特に巻鉄芯用材として重要で
ある、鋼板の９０°曲げの特性（以下ベンド性と示す）
及び絶縁被膜の地鉄に対する密着性（以下耐剥離性と示
す）も幅方向でばらつくところに問題を残していた。

【０００９】この発明は、磁区細分化によって改善され
た鉄損がその後の歪取り焼鈍を施しても劣化することが
なく、さらに鋼板の幅方向に均一な特性を有する一方向
性珪素鋼板を、安定かつ有利に製造する方法について提
案することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者らは、一方向性珪
素鋼板の特性が幅方向にばらつく原因を調査したとこ
ろ、図１に示すように、従来の電子ビーム照射はビーム
偏向角θを一様に調節していたため、電子ビームの点状
照射痕（以下スポットと示す）の間隔が鋼板幅方向の中
央部と端部とで異なるために、中央部と端部との物性が
変化することが判明した。さらに電子ビームを点状に幅
方向へ等間隔に照射することが、特性のばらつきを抑制
するのに有効であるとの知見を得て、この発明を完成し
た。

【００１１】すなわち、この発明の要旨は、仕上焼鈍を
施して得られるフオルステライト被覆を有する一方向性
珪素鋼板の表面又は該フオルステライト被覆上に絶縁被
膜を被成した一方向性珪素鋼板の表面に、高電圧、小電
流で発生させた電子ビームを圧延方向と交わる鋼板の幅
方向へ局所的に断続照射するに当たり、偏向させた電子
ビームを用いて鋼板の幅方向に等間隔で並ぶ微小圧入領
域を形成することを特徴とする歪取り焼鈍後も磁気特性
の劣化がなくかつ幅方向に均一の特性を有する低鉄損一
方向性珪素鋼板の製造方法である。

【００１２】また磁気特性の向上には、電子ビームの照
射後にさらにエッチングを施すことが有利であり、この
エッチングを施した場合はさらに絶縁被膜を被成するこ
とが好ましい。ここに電子ビームは、高真空下で利用し
なければならない弱点がある反面、径を細く絞れるこ
と、走査が容易であること、浸入深さが深いこと及びエ
ネルギー効率が高いこと等の利点があり、さらに近年10
0 kV以上の高電圧、10mA以下の小電流の電子ビームが開
発されたことと相まって、一方向性珪素鋼板の磁区細分
化処理に有利に適合するものである。そして電子ビーム
の局所的な断続照射は、互いにスポット中心間隔をへだ
てる電子ビームの照射領域を局所と呼んで、そのおのお
のに単一の照射をスポット状に行うものである。

【００１３】また磁区の細分化により低鉄損を得るため
には、電子ビーム照射により、フォルステライト被膜又
はフォルステライト被膜と絶縁被膜とを極く狭い範囲で
地鉄内部の奥深くまで、具体的には 0.05 〜100 μm の
深さまで圧入することが好ましく、このための電子ビー
ムの発生条件は、加速電圧を100KV から 500 KV 、加速
電流を 0.05mA から10mAの範囲とすることが好適であ
り、さらに照射径が 0.5mmφ以下の電子ビームをスポッ
ト中心間隔：50〜500 μm 及び走査間隔：１〜20mmで照
射することが好ましい。なおこの発明は巻鉄芯用鋼板は
勿論、積鉄芯用鋼板にも適合するが、積鉄芯用鋼板では
電子ビームのスポット中心間隔及び走査間隔を広くす
る。

【００１４】さらにこの発明においては電子ビームのス
ポット中心間隔を鋼板の幅方向に等しくすることが肝要
であり、具体的には電子光学系の偏向コイルを用いると
よい。すなわち図２に示すように、電子ビームガン１か
らの電子ビーム２が鋼板３に至る経路に、ガン１から順
にアライメントコイル４、集束コイル５及び偏向コイル
６を配置し、電子ビームが中心を通るように、まずアラ
イメントコイル４にてＸ軸及びＹ軸方向における位置調
整を行い、次いで集束コイル５にて電子ビーム径を所定
値まで絞り、最後に偏向コイル６への電流をＣＰＵ７に
より制御して電子ビーム２の偏向量を調節し、図３に示
すように、スポット中心間隔を鋼板の幅方向に等しくす
る。この手法は、先に図１で示した従来法に比べ、鋼板
上に等間隔（等距離）のスポット照射を行うことが可能
である。すなわち、図１に示すような現行のビーム偏向
角θを一様に調節する方法では中央部と端部で幅方向の
間隔が異なるために、特性も変化することになる。

【００１５】次に電子ビーム照射後に行うエッチング
は、電子ビーム照射領域の微少圧入領域部の地鉄をさら
に深くエッチングすることにより、磁区細分化を確実に
するもので、従来より公知の硫酸、塩酸又は硝酸などの
溶液に浸漬するか、公知の電解エッチングで行えばよ
い。電解エッチングは５〜40A/dm² の電流密度で、NaC
l,HCl,H₂SO₄等のエッチング液を用いて0.1 〜20秒間行
えばよい。なお電子ビーム照射域のフォルステライト被
膜又は絶縁被膜は、電子ビーム照射によるダメージがあ
って、この部分はエッチングされ易くなっている。エッ
チングを施した後は、電子ビーム照射領域の絶縁性を保
つため、絶縁被膜を被成することが好ましい。絶縁被膜
の被成には、リン酸塩及びコロイダルシリカを主成分と
する低熱膨張性のコーティング処理液を用いることが好
ましく、通常鋼板表面上に１〜10g/m²で塗布する。

【００１６】なおこの発明の方法の適用に関し一方向性
珪素鋼板の成分組成については、従来公知の成分組成の
ものいずれもが適合するが、代表組成をあげると以下の
とおりである。 Ｃ：0.01〜0.10wt％ 熱間圧延、冷間圧延中の組織の均一微細化のみならず、
ゴス方位の発達に有用な元素であり、少なくとも 0.01
wt％以上の添加が好ましい。しかしながら0.10wt％を超
えて含有するとかえってゴス方位に乱れが生じるので上
限は0.10wt％が好ましい。 Si : 2.0〜4.5 wt％ 鋼板の比抵抗を高め鉄損の低減に有効に寄与するが、2.
0 wt％に満たないと比抵抗が低下するだけでなく、２次
再結晶・純化のために行なわれる最終高温焼鈍中にα−
γ変態によって結晶方位のランダム化を生じ、十分な鉄
損改善効果が得られず、また 4.5wt％を超えると冷延性
が損なわれる。したがって、下限を 2.0wt％、上限を
4.5wt％とすることが好ましい。 Mn : 0.02 〜0.12wt％ 熱間脆化を防止するため少なくとも0.02wt％を必要とす
るが、あまり多すぎると磁気特性を劣化させるので、上
限は0.12wt％が好ましい。

【００１７】インヒビターとしては、大別して MnS, Mn
Se系と AlN系とがある。MnS, MnSe系の場合は、Ｓ： 0.
005〜0.06 wt ％及びSe : 0.005〜0.06wt ％のうちから
選ばれる少なくとも１種 Ｓ，Seはいずれも方向性珪素鋼板の２次再結晶を制御す
るインヒビターとして有力な元素である。ともに抑制力
確保の観点からは、少なくとも 0.005wt％程度を必要と
するが、0.06wt％を超えるとその効果が損なわれるの
で、その下限を0.005wt ％、上限を 0.06 wt％とするこ
とが好ましい。

【００１８】AlN 系の場合は、 Al：0.005 〜0.10wt％及びＮ: 0.004 〜0.015 wt％ Al及びＮの範囲についても、上述した MnS系、MnSe系の
場合と同様の理由により上記の範囲とすることが好まし
い。インヒビター成分としては上記したＳ，Se, Alの他
に、Cr, Mo, Cu, Sn, Ge, Sb, Te, Bi及びＰなどについ
ても有利に適合するもので、それぞれ少量併せて含有さ
せることもよい。ここに上記成分の好適添加範囲はそれ
ぞれ、Cr, Cu, Sn:0.01wt％以上、0.50wt％以下、Mo, G
e, Sb, Te, Bi : 0.005wt％以上、0.1 wt％以下、Ｐ：
0.01wt％以上、0.2 wt％以下であり、これら各インヒビ
ター成分についても単独使用及び複合使用いずれの場合
もが適合する。

【００１９】

【作用】次にこの発明を実験例に基づいて述べる。 Ｃ：0.082 wt％, Si：3.54wt％, Mn：0.82wt％, Mo：
0.013wt％, sol.Al：0.028wt％, Se： 0.021wt％、及び
Sb： 0.022wt％を含有する珪素鋼スラブを、1380℃で４
時間加熱後、熱間圧延して 2.2mm厚の熱延板とした後、
1050℃で３分間の中間焼鈍をはさむ２回の冷間圧延を施
して0.23mm厚の最終冷延板とした。ついで 840℃の湿水
素中で脱炭・１次再結晶焼鈍を施した後、鋼板表面上に
MgOを主成分とする焼鈍分離剤をスラリー塗布し、その
後10℃/hで昇温して 850℃で50時間の２次再結晶焼鈍を
行ってゴス方位２次再結晶粒を優先成長させた後、1230
℃の乾水素中で５時間の純化焼鈍を施した。次いで鋼板
表面上にリン酸塩とコロイダルシリカを主成分とする絶
縁被膜を被成した。その後下記の(a) 〜(d) の磁区細分
化処理を施し、さらに800 ℃で２時間の歪取り焼鈍を行
った。

【００２０】記 (a):CO₂ レーザー（出力：1.5kW ，ビーム径：0.2 mm
φ）を鋼板の圧延方向と直交する方向に、走査間隔：５
mm及び走査速度：12m/s で照射した後、濃度60％の硝酸
中に30秒間浸漬し、次いで絶縁被膜を被成した。 (b):図２に示したところに従い、電子ビーム（電圧：22
5 kV，電流：0.9mA ）を鋼板の圧延方向と直交する方向
に、スポット中心間隔：200 μm 及び走査間隔：５mmで
照射した後、さらに一部の試料には濃度30％のNaCl中で
の電解エッチング（20A/dm² ，５ｓ）を施した後、絶縁
被膜を被成した。

【００２１】(c):図１に示した従来法に従い、上記(b)
と同様の条件での処理を行った。 (d):図２に示したところに従い、電子ビーム（電圧：65
kV，電流：1.5mA ）を鋼板の圧延方向と直交する方向
に、スポット中心間隔：200 μm 及び走査間隔：５mmで
照射した後、さらに一部の試料には濃度30％のNaCl中で
の電解エッチング（20A/dm² ，５ｓ）を施した後、絶縁
被膜を被成した。

【００２２】また比較のため、磁区細分化処理を施さな
い試料も作製した。かくして得られた鋼板の、磁気特
性、ベンド性、耐剥離性、表面凹凸及び占積率について
調べた結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１から明らかなように、(b) の処理を経
た鋼板で磁気特性、ベンド性、耐剥離性、表面凹凸及び
占積率の全てにおいて優れている。また図４に、CO₂ レ
ーザー又は電子ビームを照射したのちの鋼板表面の３次
元粗度計による測定結果を示すように、(a) の処理を経
た鋼板では溝の幅が広いため、ベンド剥離性及び占積率
が劣化している。これに対して、(b) の処理を経た鋼板
は微小圧入領域が狭い範囲に、特に(c) の処理との比較
でより深く形成され、従って効果的な磁区の細分化とベ
ンド剥離性及び占積率の改善が達成できた。

【００２５】

【実施例】実施例１ (A) Ｃ：0.043 wt％, Si： 3.25 wt％, Mn：0.068 wt
％, Mo：0.013 wt％, Se：0.019 wt％及びSb : 0.025wt
％ (B) Ｃ：0.82wt％, Si：3.30wt％, Mn：0.072 wt％, M
o：0.015 wt％, Se：0.022 wt％, 及びAl : 0.028wt％ をそれぞれ含有する珪素鋼スラブを用いて製造したフォ
ルステライト被膜を有する0.23mm厚の仕上焼鈍板に、25
0 kV,0.7mAで発生させた電子ビームを、スポット中心間
隔：150 μm 及び走査間隔：５mmで照射し、その後リン
酸塩とコロイダルシリカを主成分とする絶縁被膜を被成
し、800 ℃で２時間の歪取り焼鈍を施した。

【００２６】かくして得られた製品の磁気特性は、それ
ぞれ以下の通りであり、高温歪取り焼鈍を施しても優れ
た鉄損を示す製品が得られた。 (A) Ｂ₈ ： 1.90 T , Ｗ_17/50 ：0.79 W/kg (B) Ｂ₈ ： 1.92 T , Ｗ_17/50 ：0.77 W/kg またこれらの製品におけるベンド特性及び耐剥離性は、
鋼板幅方向の端部及び中央部とも良好であった。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、歪取り焼鈍を施して
も鉄損の劣化しない一方向性珪素鋼板を、鋼板の幅方向
における諸特性のばらつきをまむくことなしに、安定し
て製造することができ、特に巻鉄芯用材に適した製品を
提供し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電子ビームの照射要領を示す模式図であ
る。

【図２】この発明に用いる電子ビームの照射装置を示す
模式図である。

【図３】この発明に従う電子ビームの照射要領を示す模
式図である。

【図４】表面粗さの測定結果を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 電子ビームガン ２ 電子ビーム ３ 鋼板 ４ アライメントコイル ５ 集束コイル ６ 偏向コイル ７ ＣＰＵ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 仕上焼鈍を施して得られるフオルステラ
   イト被覆を有する一方向性珪素鋼板の表面に、高電圧、
   小電流で発生させた電子ビームを圧延方向と交わる鋼板
   の幅方向へ局所的に断続照射するに当たり、偏向させた
   電子ビームを用いて鋼板の幅方向に等間隔で並ぶ微小圧
   入領域を形成することを特徴とする歪取り焼鈍後も磁気
   特性の劣化がなくかつ幅方向に均一の特性を有する低鉄
   損一方向性珪素鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 仕上焼鈍を施して得られるフオルステラ
   イト被覆を有し、該フオルステライト被覆上に絶縁被膜
   を被成した一方向性珪素鋼板の表面に、高電圧、小電流
   で発生させた電子ビームを圧延方向と交わる鋼板の幅方
   向へ局所的に断続照射するに当たり、偏向させた電子ビ
   ームを用いて鋼板の幅方向に等間隔で並ぶ微小圧入領域
   を形成することを特徴とする歪取り焼鈍後も磁気特性の
   劣化がなくかつ幅方向に均一の特性を有する低鉄損一方
   向性珪素鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 電子ビームの照射後にさらにエッチング
   を施す請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】 エッチングを施した後にさらに絶縁被膜
   を被成する請求項３に記載の方法。