JPH11209880A - 超低鉄損一方向性珪素鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄損が格段に優れた超低鉄損一方向性珪素鋼
板を、低コストの下で安定して得る。 【解決手段】 板厚が0.05〜0.5 mmの仕上焼鈍済みの一
方向性珪素鋼板の表面に、Al化合物を含む溶液を塗布す
ることによって微量のAl化合物を付着させた後、非酸化
性雰囲気中で短時間の熱処理を施して、該鋼板の表面に
極薄のAlを含む窒化・酸化物層を形成し、しかるのち常
法に従って張力絶縁被膜を被成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超低鉄損一方向性
珪素鋼板およびその製造方法に関し、特に仕上焼鈍済み
の珪素鋼板の表面または線状の凹領域をそなえる仕上焼
鈍済みの珪素鋼板の表面に、極薄のAlを含む窒化・酸化
物層を形成し、その上に重ねて張力絶縁被膜を被成する
ことにより、鉄損特性の一層の改善を低コストの下で実
現しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】一方向性珪素鋼板は、主として変圧器そ
の他の電機機器の鉄心として利用され、磁化特性として
磁束密度（Ｂ₈ 値で代表される）が高く、鉄損（Ｗ
_17/50 で代表される）が低いことが要求される。

【０００３】一方向性珪素鋼板の磁気特性を向上させる
ためには、第一に鋼板中の２次再結晶粒の〈００１〉軸
を圧延方向に高度に揃える必要があり、第二には最終製
品中に残存する不純物や析出物をできるだけ少なくする
必要がある。

【０００４】このため、N.P.Gossによって一方向性珪素
鋼板の２段冷延による基本的な製造技術が提案されて以
来、その製造技術に数多くの改良が重ねられ、一方向性
珪素鋼板の磁束密度および鉄損値は年を追って改善され
てきた。その中で特に代表的なものは、SbとMnSeまたは
MnＳとをインヒビターとして利用する特公昭51-13469号
公報に記載の方法、もう一つはAlＮとMnＳをインヒビタ
ーとして利用する特公昭33−4710号公報、特公昭40-156
44号公報および特公昭46-23820号公報等に記載の方法で
あり、これらの方法によればＢ₈ が1.88Ｔを超える高磁
束密度を有する製品が得られるようになった。

【０００５】さらに高磁束密度の製品を得るために、特
公昭57-14737号公報では、素材中にMoを複合添加した
り、また特公昭62-42968号公報では、素材中にMoを複合
添加したのち、最終冷延直前の中間焼鈍後に急冷処理を
施すなどの改良を加えて、Ｂ₈が1.90Ｔ以上の高磁束密
度で、かつ鉄損Ｗ_17/50 が 1.05 W/kg以下（製品板厚：
0.30mm) の低鉄損が得られることが、開示提案されてい
るが、なお十分な低鉄損化については改善すべき余地が
残されていた。

【０００６】とくに、十数年前のエネルギー危機を境と
して電力損失を極力低減することへの要請が著しく強ま
り、それに伴って鉄心材料の用途でもより一層の改善が
望まれている。そのため、渦電流損をできる限り小さく
することを目的として、製品板厚を薄くした0.23mm厚
（９mil)以下のものが数多く使用されるようになってき
た。

【０００７】上記した技術はいずれも、主に冶金学的な
手法であるが、これらの方法とは別に、特公昭57−2252
号公報に提案されているような、仕上焼鈍後の鋼板の表
面にレーザー照射やプラズマ照射（B.Fukuda, K.Sato,
T.Sugiyama, A.Honda and Y.Ito : Proc. of ASM Con.
of Hard and Soft Magnetic Materials, 8710-008,(US
A), (1987) ）を行い、人為的に 180°磁区幅を減少さ
せて鉄損を低減する方法（磁区細分化技術）が開発され
た。この技術の開発により、一方向性珪素鋼板の鉄損は
大幅に低減された。しかしながら、この技術は、高温で
の焼鈍に耐え得ないという欠点があり、用途が歪取焼鈍
を必要としない積鉄心変圧器に限定されるという問題が
あった。

【０００８】この点、歪取焼鈍に耐え得る磁区細分化技
術として、一方向性珪素鋼板の仕上焼鈍後の鋼板表面
に、線状の溝を導入し、溝による反磁界効果を応用して
磁区の細分化を図る方法が工業化された（H.Kobayashi,
E.Sasaki, M.Iwasaki and N.Takahashi : Proc. SMM-
8., (1987), P.402 ）。また、これとは別に、一方向性
珪素鋼板の最終冷延板に局所的な電解エッチングを施す
ことによって溝を形成し、磁区を細分化する方法（特公
平８−6140号公報）も開発され、工業化されている。

【０００９】さらに、上記した珪素鋼板の製造方法とは
別に、特公昭55-19976号公報、特開昭56−127749号公報
および特開平２−3213号公報に開示されているように、
非晶質合金が通常の電力用トランスや高周波トランス等
の材料として注目されている。しかしながら、このよう
な非晶質材料では、通常の一方向性珪素鋼板に比較して
非常に優れた鉄損特性が得られる反面、熱的安定性に欠
ける、占積率が悪い、切断が容易でない、あまりにも薄
く脆いためトランスの組み立て工数のコストアップが大
きい等実用上の不利が多いことから、現状では大量に使
用されるまでには至っていない。

【００１０】その他にも、特公昭52-24499号公報におい
て、珪素鋼板の仕上焼鈍後に形成されるフォルステライ
ト下地被膜を除去し、鋼板表面を研磨した後、この鋼板
表面に金属メッキを施すことからなる方法が提案されて
いる。しかしながら、この方法は、低温では低鉄損が得
られるものの、高温処理を施すとメッキした金属が珪素
鋼板中に拡散するため、かえって鉄損が劣化するという
欠点があった。

【００１１】この点、発明者らは先に、上記の不利を解
消するものとして、特公昭63-54767号公報等において、
研磨により平滑化した一方向性珪素鋼板上にＣＶＤやイ
オンプレーティング, イオンインプランテーション等の
ドライプレーティング（ＰＶＤ）により、Si, Mn, Cr,
Ni, Mo, Ｗ，Ｖ，Ti, Nb, Ta, Hf, Al，Cu, ZrおよびＢ
の窒化物、炭化物のうちから選んだ１種または２種以上
の張力被膜を被成させることによって超低鉄損が得られ
ることを開示した。この製造法により、電力用トランス
や高周波トランス等の材料として非常に優れた鉄損特性
が得られるようになったが、それでもなお、最近の低鉄
損化に対する要求に対しては十分に応えているとはいい
難かった。

【００１２】そこで、発明者らは、従来に比べて鉄損の
一層の低減を図るべく、あらゆる観点から根本的な再検
討を加えた。すなわち、発明者は、安定した工程で平滑
化した一方向性珪素鋼板表面上に種々の窒化物、炭化物
のうちから選んだ１種または２種以上の張力被膜を被成
させて超低鉄損の製品を得るためには、一方向性珪素鋼
板の素材成分から最終の処理工程に至るまでの根本的な
再検討が必要であるとの認識に立って、珪素鋼板の集合
組織の追跡から、鋼板表面の平滑度や最終のＣＶＤやＰ
ＶＤ処理工程に至るまで鋭意検討を重ねた。その結果、
以下に述べる知見を得た。

【００１３】(1) 珪素鋼板に被覆したセラミック (代表
例として TiN膜を使用) の薄膜は、1.5 μm 以上の厚み
に被成しても、鉄損向上の度合いは少なくなる。すなわ
ち1.5 μm 以上の厚みのTiN 膜は、鉄損については僅か
の向上しか期待できず、むしろ占積率および磁束密度の
劣化を招く。 (2) この場合の TiNの役割は、セラミック特有の張力付
加と共に、珪素鋼板との密着性の向上である。すなわち
TiN横断面の透過電子顕微鏡観察 (井口征夫：日本金属
学会誌, 60 (1996), P.781〜786 参照) では、10nmの横
縞が観察され、これは珪素鋼板の〔０１１〕方向のFe−
Fe原子の５原子層に相当する。 (3) TiN 被覆領域および地鉄の化学研磨領域のＸ線によ
る集合組織の同時測定（Y.Inokuti：ISIJ Internationa
l, 36 (1996), P.347〜352 参照) では、研磨領域のFe
の｛２００｝ピーク形状は円形である。しかし TiN被覆
領域でのFeの｛２００｝ピーク形状は楕円形であり、珪
素鋼板の〔１００〕_si-steel方向に強力に張力付加され
た状況になっている。 (4) TiN 薄膜の張力 (井口征夫、鈴木一弘、小林康宏：
日本金属学会誌、60 (1996), P.674〜678 参照) は８〜
10 MPaで、これにより 0.014〜0.016 Ｔ程度の磁束密度
の向上が期待できる。（これはGoss方位集積度を約１°
向上させたことに相当する。)

【００１４】以上が、セラミック被覆についての新規知
見であるが、さらにセラミック膜と鋼板の表面状態に関
し、以下に述べる知見を得た。 (5) 珪素鋼板の最終冷延板に局所的な電解エッチングを
施すことによって溝を形成し、さらに２次再結晶処理後
の鋼板表面を研磨により平滑化した後、 TiNセラミック
膜を被覆した場合には、導入した溝に起因した反磁界効
果による磁区細分化に加えて、さらにセラミック被膜に
よる張力付加により、効果的に鉄損が低減する。 (6) セラミック被覆前に、鋼板表面上に凹状の溝を形成
した場合の引張りによる鉄損の低減効果は、通常の研磨
により平滑化した珪素鋼板の場合よりも大きい（特公平
３-32889号公報参照）。すなわち、溝を導入した場合に
は珪素鋼板表面上に異張力が作用し、引張り張力による
鉄損の低減度合いが増大する。 (7) 凹状の溝を形成した珪素鋼板上にセラミック膜を被
覆した場合は、通常の研磨により平滑化しセラミック膜
を被覆した場合よりも、鉄損の低減効果がより効果的で
ある。すなわち、線状の溝を導入し、溝による反磁界効
果を応用して磁区を細分化したのち、セラミック張力被
膜を被成して、さらに 180°主磁区を細分化する方が一
層効果的で、超低鉄損が得られる。 (8) 珪素鋼板の最終冷延板に局所的な電解エッチングを
施すことによって溝を形成した場合は、２次再結晶処理
を施した後の鋼板表面を研磨により平滑化しない表面状
態で TiNセラミック膜を被成した場合であっても、かな
りの鉄損低減効果が発揮される。すなわち、研磨により
平滑化しない状態、例えば酸洗処理等により表面に小さ
な凹凸が存在する状態であっても、熱膨張係数の小さな
セラミック膜を被覆することによって、珪素鋼板の表面
に強力な張力を付加することが可能であり、これによっ
て鉄損を有利に低減することができる。

【００１５】そこで、発明者は、上記の新規知見を基
に、所期した目的を達成すべく数多くの実験と検討を重
ねた結果、表面を平滑化した珪素鋼板および線状溝を導
入した珪素鋼板のいずれであっても、該珪素鋼板の表面
に被成するセラミック張力被膜を複数種とし、しかもこ
のセラミック張力被膜について、その熱膨張係数が外側
にいくほど小さくすることが、鉄損の低減に極めて有効
であることの知見を得、これに基づき極めて鉄損の低い
一方向性珪素鋼板を新たに開発した（特願平９−328042
号明細書）。

【００１６】かくして得られた一方向性珪素鋼板は、極
めて薄く、かつ密着性に優れたセラミックの張力被膜を
そなえ、超低鉄損の達成が可能なだけでなく、絶縁性を
具備し、しかも占積率にも優れているため、まさに理想
的な珪素鋼板といえる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな緻密なセラミック膜を被成するには、真空中におい
て高プラズマ雰囲気下での処理が不可欠であるが、かよ
うな方法ではセラミック膜の高速成膜が望めず、生産性
が低いため、工業化に際して、コストアップを招くとこ
ろに問題を残していた。

【００１８】なお、これとは別に、最近、特許第 26624
82号および 2664326号各公報において、平滑化した鋼板
の表面に酸化Al−酸化Ｂ系の複合膜を形成させることに
よって、被膜密着性と鉄損を改善した低鉄損一方向性珪
素鋼板が提案された。しかしながら、この方法による珪
素鋼板の鉄損値Ｗ_17/50 は、0.2 mm厚の製品で0.77〜0.
83 W/kg 程度にすぎず、製品板厚が薄にもかかわらずこ
の程度の到達鉄損値では、やはり改良すべき余地が残さ
れているといわざるを得ない。

【００１９】そこで、発明者らは、上記の新規知見を基
に、再度、珪素鋼板の表面状態、さらにはその表面に被
成する張力被膜について検討を行った。その結果、珪素
鋼板の表面に、Alを活性状態で付着させたのち、非酸化
性雰囲気中で熱処理を施して、鋼板の表面に極薄のAlを
含む窒化・酸化物層を形成してやれば、その後は張力被
膜として通常のリン酸塩系張力絶縁被膜を被成するだけ
で、鉄損を効果的に低減することができ、併せて生産能
率の向上およびコストの低減も達成されることの知見を
得た。本発明は、上記の知見に立脚するものである。

【００２０】すなわち、本発明の要旨構成は次のとおり
である。 １．板厚が0.05〜0.5 mmの仕上焼鈍済みの一方向性珪素
鋼板の表面に、極薄のAlを含む窒化・酸化物層を有し、
かつその上に重ねて張力絶縁被膜を有することを特徴と
する超低鉄損一方向性珪素鋼板。

【００２１】２．板厚が0.05〜0.5 mmで、圧延方向と交
差する向きに２〜10mmの間隔で、幅：50〜500 μm 、深
さ：0.1 〜50μm の線状の凹領域を設けた仕上焼鈍済み
の一方向性珪素鋼板の表面に、極薄のAlを含む窒化・酸
化物層を有し、かつその上に重ねて張力絶縁被膜を有す
ることを特徴とする超低鉄損一方向性珪素鋼板。

【００２２】３．上記１または２において、仕上焼鈍済
みの一方向性珪素鋼板の表面が、平滑化処理を施した表
面である超低鉄損一方向性珪素鋼板。

【００２３】４．上記１または２において、仕上焼鈍済
みの一方向性珪素鋼板の表面が、平滑化処理を施さな
い、酸洗処理ままの表面である超低鉄損一方向性珪素鋼
板。

【００２４】５．板厚が0.05〜0.5 mmの仕上焼鈍済みの
一方向性珪素鋼板の表面に、Al化合物を含む溶液を塗布
することによって微量のAl化合物を付着させたのち、非
酸化性雰囲気中で短時間の熱処理を施して、該鋼板の表
面に極薄のAlを含む窒化・酸化物層を形成し、ついで常
法に従って張力絶縁被膜を被成することを特徴とする超
低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。

【００２５】６．板厚が0.05〜0.5 mmで、圧延方向と交
差する向きに２〜10mmの間隔で、幅：50〜500 μm 、深
さ：0.1 〜50μm の線状の凹領域を設けた仕上焼鈍済み
の一方向性珪素鋼板の表面に、Al化合物を含む溶液を塗
布することによって微量のAl化合物を付着させたのち、
非酸化性雰囲気中で短時間の熱処理を施して、該鋼板の
表面に極薄のAlを含む窒化・酸化物層を形成し、ついで
常法に従って張力絶縁被膜を被成することを特徴とする
超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。まず、本発明による成功が導かれるに至った経過に
ついて説明する。 Ｃ：0.071 wt％、Si：3.39wt％、Mn：0.071 wt％、Se：
0.019 wt％、Sb：0.023 wt％、Al：0.021 wt％、Ｎ：0.
0073wt％およびMo：0.012 wt％を含有し、残部は実質的
にFeの組成になる珪素鋼連鋳スラブを、1360℃、４時間
の加熱処理後、熱間圧延を施して板厚：2.0 mmの熱延板
とした。この熱延板に 970℃、３分間の均一化焼鈍を施
した後、1050℃の中間焼鈍を挟む２回の圧延を施して板
厚：0.23mmの最終冷延板とした。

【００２７】その後、最終冷延板を次のように処理し
た。 この最終冷延板の表面に、アルキド系樹脂を主成分
とするエッチングレジストインキをグラビアオフセット
印刷により、非塗布部が圧延方向にほぼ直角に幅：200
μm 、間隔：４mmで線状に残存するように塗布したの
ち、200 ℃で３分間焼き付けた。このときのレジスト厚
は２μm であった。このようにしてエッチングレジスト
を塗布した鋼板に、電解エッチングを施すことにより、
幅：200 μm 、深さ：20μm の線状の溝を形成し、つい
で有機溶剤中に浸漬してレジストを除去した。このとき
の電解エッチングは、NaCl電解液中で電流密度：10 A/d
m²、処理時間：20秒の条件で行った。 比較のため、の処理を行わない最終冷延板も同時
に用意した。

【００２８】その後、これらおよびの鋼板は、 840
℃の湿H₂中で脱炭・1 次再結晶焼鈍を行った後、鋼板表
面に MgO（20％), Al₂O₃（75％）, CaSiO₃（５％) の組
成になる焼鈍分離剤をスラリ−塗布し、ついで 850℃で
15時間の焼鈍後、 850℃から12℃/hの速度で1180℃まで
昇温してゴス方位に強く集積した２次再結晶粒を発達さ
せた後、1220℃の乾H₂中で純化処理した。

【００２９】かくして得られた製品の表面被膜を除去
し、ついで化学研磨により珪素鋼板の表面を平滑化した
のち、以下に述べる３つの処理を施した。 (A) 珪素鋼板の表面に、マグネトロン・スパッタ法（Ｐ
ＶＤ法の一手法）用いて約0.015 μm 厚の極薄Al被膜を
被成したのち、950 ℃で10分間、N₂（50％）＋H₂（50
％）混合ガス中で処理した。その後、鋼板表面にコロイ
ダルシリカとリン酸塩を主成分とする張力絶縁被膜（約
２μm 厚）を被成し、 800℃で焼き付けた。 (B) 珪素鋼板の表面を、 950℃で10分間 AlCl₃＋N₂＋H₂
の混合ガス（ＣＶＤ法）中で処理した。その後、鋼板表
面にコロイダルシリカとリン酸塩を主成分とする張力絶
縁被膜 (約２μm 厚) 被成し、 800℃で焼き付けた。 (C) 珪素鋼板を、80℃の AlCl₃(0.3mol/l)水溶液中に10
秒間浸漬した後、 950℃で10分間、N₂（50％）＋H₂（50
％）混合ガス中で処理した。その後、鋼板表面にコロイ
ダルシリカとリン酸塩を主成分とする張力絶縁被膜 (約
２μm 厚）を被成し、 800℃で焼き付けた。

【００３０】得られた各製品の磁気特性および密着性、
さらにはＸ線光電子顕微鏡分光装置(X-ray Photoelectr
on Spectroscopy, XPS法) を用いて測定した絶縁被膜被
成前における珪素鋼板表面のAl, Ｎ, Ｏ元素の分析値
を、表１に示す。また、表１には、比較例として、ま
たはの鋼板に２次再結晶処理を施した後、製品の表面
被膜を除去し、ついで化学研磨により一方向性珪素鋼板
の表面を平滑化してから、鋼板表面にコロイダルシリカ
とリン酸塩を主成分とする張力絶縁被膜 (約２μm 厚)
被成し、 800℃で焼き付けた時の結果も、併せて示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示した結果から明らかなように、珪
素鋼板上に極薄のAlを被成した後、非酸化性雰囲気中で
焼鈍処理を行って、珪素鋼板表面にAlを含む窒化・酸化
物層(XPSの測定では、Al，Ｎ，Ｏが増加しているのが特
徴で、非酸化性雰囲気で処理したにもかかわらずＯの量
も多く観察され、Alは酸素とも結合し易いことを示して
いる) を形成し、ついでその上に張力絶縁被膜を被成し
た場合には、磁気特性および密着性ともに優れた超低鉄
損一方向性珪素鋼板の製造が可能であることを示してい
る。

【００３３】上述したように、珪素鋼板の表面にAl膜を
被成する方法として、(A) のＰＶＤ法、(B) のＣＶＤ法
を採用した場合は、工業生産においてはコストアップの
原因となるが、被膜厚は極薄くて済むのでその分従来よ
りもコストを低減することができる。そして、ここで注
目すべきは(C) の方法である。すなわち、 (C)の方法
は、AlCl₃(0.3mol/l) の水溶液中に80℃で10秒間浸漬し
た後、 900℃で10分間、N₂（50％）＋H₂（50％）混合ガ
ス中で処理するだけで済むので、極めて安価に、しかも
効率良く処理できる利点がある。

【００３４】なお、この種の従来技術として、特開昭60
−131976号、特開平６−184762号および特開平９-78252
号各公報において、研磨した珪素鋼板表面上に外部酸化
型のSiO₂膜の酸化層を形成させる方法が提案されてい
る。しかしながら、これらの手法の骨子は、珪素鋼板の
有害なＣを除去するために行われる脱炭・１次再結晶焼
鈍時の湿H₂中での処理によるSiO₂を主成分とするサブス
ケ−ルの形成と類似の方法である。特に、このような鋼
板の酸化処理によって得られたSiO₂を利用する手法は、
珪素鋼板の鏡面化による鉄損低減効果が激殺されること
が既に指摘されている。

【００３５】

【作用】本発明の素材である珪素鋼板としては、従来公
知の成分系いずれもが適合するが、代表組成を掲げると
次のとおりである。 Ｃ：0.01〜0.08wt％ Ｃは、0.01wt％より少ないと熱延集合組織の抑制が不十
分となって大きな伸長粒が形成されるため磁気特性が劣
化し、一方0.08wt％より多いと脱炭工程で脱炭に時間が
かかり経済的でないので、0.01〜0.08wt％程度とするの
が好ましい。

【００３６】Si：2.0 〜4.0wt ％ Siは、 2.0wt％より少ないと十分な電気抵抗が得られな
いため渦電流損が増大して鉄損の劣化を招き、一方 4.0
wt％より多いと冷延の際に脆性割れが生じ易くなるの
で、 2.0〜4.0 wt％程度の範囲とすることが好ましい。

【００３７】Mn：0.01〜0.2 wt％ Mnは、一方向性珪素鋼板の２次再結晶を左右する分散析
出相としてのMnＳあるいはMnSeを決定する重要な成分で
ある。Mn量が0.01wt％を下回ると２次再結晶を生じさせ
るのに必要なMnＳ等の絶対量が不足し、不完全２次再結
晶を起こすと同時に、ブリスタ−と呼ばれる表面欠陥が
増大する。一方、 0.2wt％を超えると、スラブ加熱等に
おいてMnＳ等の解離固溶が行われたとしても、熱延時に
析出する分散析出相が粗大化し易く、抑制剤として望ま
れる最適サイズ分布が損なわれて磁気特性が劣化するの
で、Mnは0.01〜0.2 wt％程度とすることが好ましい。

【００３８】 Ｓ：0.008 〜0.1 wt％、Se：0.003 〜0.1 wt％ ＳおよびSeはいずれも、 0.1wt％以下、中でもＳは 0.0
08〜0.1 wt％、またSeは 0.003〜0.1 wt％の範囲とする
ことが好ましい。というのは、これらが 0.1wt％を超え
ると熱間および冷間加工性が劣化し、一方それぞれ下限
値に満たないとMnＳ、MnSeとしての１次粒成長抑制機能
に格別の効果を生じないからである。その他、インヒビ
タ−として従来公知のAl, Sb, Cu, SnおよびＢ等を複合
添加することは、本発明の効果を妨げるものではない。

【００３９】次に、本発明に従う超低鉄損一方向性珪素
鋼板の製造工程について説明する。まず、素材を溶製す
るには、ＬＤ転炉、電気炉、平炉、その他公知の製鋼炉
を用い得ることは勿論のこと、真空溶解やＲＨ脱ガス処
理を併用することもできる。

【００４０】本発明に従い、素材中に含有されるＳ、Se
あるいはその他の１次粒成長抑制剤を溶鋼中に微量添加
する方法としては、従来公知の何れの方法を用いても良
く、例えばＬＤ転炉、ＲＨ脱ガス終了時あるいは造塊時
の溶鋼中に添加することができる。また、スラブ製造
は、コスト低減、さらにはスラブ長手方向における成分
あるいは品質の均一性等の経済的・技術的利点のため連
続鋳造法の採用が有利ではあるが、従来の造塊スラブの
使用を妨げるものではない。

【００４１】連続鋳造スラブは、スラブ中のインヒビタ
−を解離・固溶させるために、1300℃以上の温度に加熱
される。その後、このスラブは熱間粗圧延ついで熱間仕
上圧延が施されて、通常厚み 1.3〜3.3 mm程度の熱延板
とされる。

【００４２】次に熱延板は、必要に応じ 850〜1100℃程
度の温度範囲で熱延板焼鈍（均一化焼鈍ともいう）を施
したのち、１回または中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を
施して最終板厚とするが、高磁束密度で低鉄損の特性を
有する製品を得るには最終冷延率（通常55〜90％）に注
意を払う必要がある。このとき、珪素鋼板の渦電流損を
できるかぎり小さくする観点から、製品厚の上限は0.5
mmに、またヒステリシス損の弊害を避けるために板厚の
下限は0.05mmに限定した。

【００４３】鋼板表面に線状の溝を形成する場合には、
この最終冷延を終え製品板厚となった鋼板に対して行う
のがとりわけ有利である。すなわち、最終冷延板または
２次再結晶前後の鋼板の表面に、圧延方向と交差する向
きに２〜10mmの間隔で、幅：50〜500 μm 、深さ：0.1
〜50μm の線状の凹領域を形成させるのである。ここ
に、線状凹領域の間隔を２〜10mmの範囲に限定したの
は、２mmに満たないと鋼板凹凸があまりにも顕著で磁束
密度が低下し経済的でなくなり、一方10mmを超えると磁
区細分化効果が小さくなるからである。また、凹領域の
幅が50μm に満たないと反磁界効果を利用することが困
難となり、一方 500μm を超えると磁束密度が低下し経
済的でなくなるので、凹領域の幅は50〜500 μm の範囲
に限定した。さらに、凹領域の深さが 0.1μm に満たな
いと反磁界効果を効果的に利用することができず、一方
50μm を超えると磁束密度が低下し経済的でなくなるの
で、凹領域の深さは 0.1〜50μm の範囲に限定した。な
お、線状凹領域の形成方向は、圧延方向と直角方向すな
わち板幅方向とするのが最適であるが、板幅方向に対し
±30°以内であればほぼ同様の効果を得ることができ
る。

【００４４】さらに、線状凹領域の形成方法としては、
最終冷延板の表面に、印刷によりエッチングレジストを
塗布、焼き付けた後、エッチング処理を施し、しかるの
ち該レジストを除去する方法が、従来のナイフの刃先や
レーザー等を用いる方法に比較して、工業的に安定して
実施できる点、および引張り張力により一層効果的に鉄
損を低減できる点で有利である。

【００４５】以下、上記のエッチングによる線状溝形成
技術の典型例について具体的に説明する。最終冷延板の
表面に、アルキド系樹脂を主成分とするエッチングレジ
ストインキをグラビアオフセット印刷により、非塗布部
が圧延方向にほぼ直角に幅：200μm 、間隔：４mmで線
状に残存するように塗布したのち、 200℃で約20秒間焼
き付ける。このとき、レジスト厚は２μm 程度とする。
このようにしてエッチングレジストを塗布した鋼板に、
電解エッチングまたは化学エッチングを施すことによ
り、幅：200 μm 、深さ：20μm の線状の溝を形成し、
ついで有機溶剤中に浸漬してレジストを除去する。この
時の電解エッチング条件は、NaCl電解液中で電流密度：
10 A/dm²、処理時間：20秒程度、また化学エッチング条
件は、HNO₃液中で浸漬時間：10秒間程度とすれば良い。

【００４６】ついで、鋼板には脱炭焼鈍が施される。こ
の焼鈍は、冷延組織を１次再結晶組織にすると同時に、
最終焼鈍（仕上焼鈍とも呼ばれる）で｛１１０｝〈００
１〉方位の２次再結晶粒を発達させる場合に有害なＣを
除去することを目的とし、例えば 750〜880 ℃の湿水素
中で行う。

【００４７】最終焼鈍は、｛１１０｝〈００１〉方位の
２次再結晶粒を十分発達させるために施されるもので、
通常箱焼鈍によって直ちに1000℃以上に昇温し、その温
度に保持することによって行われる。この最終焼鈍は通
常、マグネシア等の焼鈍分離剤を塗布して行い、表面に
フォルステライトと呼ばれる下地被膜も同時に形成す
る。しかしながら、この発明では、フォルステライト下
地被膜を形成させたとしても、次工程でこの下地被膜を
除去するため、かようなフォルステライト下地被膜を形
成させないような焼鈍分離剤の方が有利である。すなわ
ち、フォルステライト下地被膜を形成させる MgOの含有
比率を低減し（50％以下）、代わってかかる被膜を形成
させない Al₂O₃, CaSiO₃等の含有比率を高く（50％以
上）した焼鈍分離剤が有利である。

【００４８】この発明において｛１１０｝〈００１〉方
位に高度に集積した２次再結晶組織を発達させるために
は、 820℃から900 ℃の低温で保定焼鈍する方が有利で
あるが、その他、例えば 0.5〜15℃/h程度の昇温速度の
徐熱焼鈍でも良い。

【００４９】この最終焼鈍後に、鋼板表面のフォルステ
ライト下地被膜や酸化物被膜は、公知の酸洗などの化学
的方法や切削、研磨などの機械的方法またはそれらの組
み合わせにより除去して、鋼板表面を平滑化する。すな
わち、鋼板表面の種々の被膜を除去した後、化学研磨、
電解研磨等の化学研磨やバフ研磨等の機械的研磨あるい
はそれらの組み合わせなど従来の手法により、中心線平
均粗さRaで 0.4μm 以下程度まで鋼板表面を平滑化す
る。

【００５０】なお、本発明では、珪素鋼板の表面を必ず
しも平滑化する必要はない。従ってこの場合には、コス
トアップを伴う平滑化処理を行わなくても、酸洗処理の
みで十分な鉄損低減効果を発揮できるという利点があ
る。とはいえ、やはり平滑化処理を施すことが有利であ
ることに変わりはない。また、この段階で鋼板表面に凹
形状の溝を導入することもできる。溝の導入方法は、最
終冷延板または２次再結晶前後の鋼板の表面に施す場合
と同じ方法を用いれば良い。

【００５１】上記の処理後、鋼板表面に、極薄のAlを含
む窒化・酸化物層を形成する。かような極薄のAlを含む
窒化・酸化物層の形成方法として最適なのが、鋼板表面
にAl化合物を含む溶液たとえば AlCl₃を含む希薄水溶液
を塗布して、微量のAlを付着させたのち、非酸化性雰囲
気中で短時間の熱処理を施す方法である。この方法によ
れば、真空中、高プラズマ雰囲気下での処理のような高
コストで長時間の処理を必要としないので、極めて安価
かつ短時間のうちに所望の被膜を得ることができる。

【００５２】ここに、Alを含む窒化・酸化物層の厚み
は、0.01〜0.1 μm 程度とするのが好ましい。というの
は、膜厚が0.01μm に満たないと十分な密着性ひいては
鉄損低減効果が得られず、一方 0.1μm を超えるとAl量
が多くなりすぎるため、満足のいくAlの窒化・酸化物層
を作製することが困難となり、その結果磁気特性のみな
らず被膜密着性の向上が望めなくなるからである。ま
た、上記の膜厚にするには、鋼板表面に対するAl化合物
を含む溶液の塗布量は、その濃度に影響されるけれど
も、だいたい0.01〜2.0 g/m²程度とするのが好ましい。
塗布方法としては、通常のロールコーター等による塗布
の他、鋼板そのものを溶液中に漬ける浸漬方法、さらに
は電解処理法など公知の方法いずれもが使用できる。処
理温度は、常温でもかまわないが、より有効に付着させ
るためには50〜100 ℃程度の温溶液中で処理する方が好
ましい。さらに、Al化合物としては、AlCl₃, Al₂(SO₄)₃
・18H₂O, Al(NO₃)₃・9H₂Oおよび AlPO₄・3/2H₂OなどAl
を活性状態で付着できるものならいずれもが有利に適合
するが、特に好適な化合物は AlCl₃である。

【００５３】その他、ＰＶＤやＣＶＤを用いてAlを薄く
被成した後（Al量：0.01〜0.2 g/m²程度）、同じく非酸
化性雰囲気中で短時間の熱処理を施しても良い。この場
合は、コストの上昇が避けられないが、被膜厚は極薄く
て済むのでその分従来よりもコストを低減することがで
きる。

【００５４】このようにして、珪素鋼板の表面にAlを付
着させた後は、Alの窒化・酸化層を形成するために、非
酸化性雰囲気中で短時間の熱処理を施す。処理雰囲気と
しては、窒化の促進を図るため含Ｎ非酸化性雰囲気とす
ることが好ましく、特に好適には（N₂＋H₂）混合ガス雰
囲気である。また、処理温度は 500〜1200℃程度（好ま
しくは 800〜1100℃程度）、処理時間は１〜100 分間程
度（好ましくは３〜30分間程度）が好適である。

【００５５】その後、珪素鋼板の表面に、常法に従いコ
ロイダルシリカとリン酸塩を主成分とする絶縁被膜を被
成（ 0.5〜５μm 厚) した後、 500〜1000℃で焼き付け
て、張力絶縁被膜を被成する。

【００５６】

【実施例】実施例１ Ｃ：0.074 wt％, Si：3.38wt％, Mn：0.079 wt％, Se：
0.020 wt％, Sb：0.023 wt％, Al：0.022 wt％, Ｎ：0.
072 wt％およびMo：0.013 wt％を含有し、残部は実質的
にFeの組成になる珪素鋼連鋳スラブを、1360℃で４時間
の加熱処理後、熱間圧延を施して厚み：2.2 mmの熱延板
とした。ついで1000℃の均一化焼鈍を施した後、1050℃
の中間焼鈍を挟む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H₂中で脱炭・１次
再結晶焼鈍を行った後、鋼板表面にMgO(20%), Al₂O₃(70
%), CaSiO₃(10%)の組成になる焼鈍分離剤をスラリ−塗
布し、ついで 850℃で15時間の焼鈍後、 850℃から12℃
/hの速度で1180℃まで昇温してゴス方位に強く集積した
２次再結晶粒を発達させた後、1220℃の乾H₂中で純化処
理を施した。

【００５７】かくして得られた珪素鋼板の表面の酸化物
被膜を除去した後、化学研磨による平滑化処理、10
%HClによる酸洗処理を施した。ついで、珪素鋼板を、Al
Cl₃(0.5 mol/l)の水溶液（80℃）中に10分間浸漬した
後、 950℃で10分間、N₂(50%)+H₂(50%) 混合ガス中で処
理した。その後、鋼板表面にコロイダルシリカとリン酸
塩を主成分とする張力絶縁被膜 (約２μm 厚) を被成
し、 800℃で焼き付け処理を行った。

【００５８】かくして得られた製品の磁気特性および密
着性は次のとおりであった。 平滑化処理を施した場合 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.94 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.69 W/kg 密着性 直径：20mmの丸棒上での 180°曲げを行っても剥離が無く、良好 であった。 酸洗処理を施した場合 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.94 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.72 W/kg 密着性 直径：20mmの丸棒上での 180°曲げを行っても剥離が無く、良好 であった。

【００５９】実施例２ Ｃ：0.072 wt％, Si：3.38wt％, Mn：0.075 wt％, Se：
0.020 wt％, Sb：0.025 wt％, Al：0.024 wt％, Ｎ：0.
073 wt％およびMo：0.012 wt％を含有し、残部は実質的
にFeの組成になる珪素鋼連鋳スラブを、1350℃で５時間
の加熱処理後、熱間圧延を施して厚み：2.0 mmの熱延板
とした。ついで 950℃の均一化焼鈍を施した後、1050℃
の中間焼鈍を挟む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、最終冷延板の表面に、アルキ
ド系樹脂を主成分とするエッチングレジストインキをグ
ラビアオフセット印刷により、非塗布部が圧延方向とほ
ぼ直角な方向に幅：200 μm 、圧延方向の間隔：４mmで
線状の残存するように塗布したのち、200 ℃で約20秒間
焼付けた。このときのレジスト厚は２μm であった。こ
のようにしてエッチングレジストを塗布した鋼板に、電
解エッチングを施すことにより、幅：200 μm 、深さ：
20μm の線状の溝を形成し、ついで有機溶剤中に浸漬し
てレジストを除去した。この時の電解エッチングは、Na
Cl電解液中で電流密度：10 A/dm²、処理時間：20秒間の
条件で行った。

【００６０】その後、 850℃の湿H₂中で脱炭・１次再結
晶焼鈍を行った後、鋼板表面にMgO(25%), Al₂O₃(70%),
CaSiO₃(5%) の組成になる焼鈍分離剤をスラリ−塗布
し、ついで 850℃で15時間の焼鈍後、 850℃から12℃/h
の速度で1180℃まで昇温してゴス方位に強く集積した２
次再結晶粒を発達させた後、1200℃の乾H₂中で純化処理
を施した。かくして得られた珪素鋼板の表面の酸化物被
膜を除去した後、化学研磨により一方向性珪素鋼板の表
面を平滑化した。ついで、珪素鋼板を、AlCl₃(0.2 mol/
l)とAl(NO₃)₃・9H₂O(0.1 mol/l) の混合水溶液（80℃）
中に10秒間浸漬した後、 950℃で10分間、N₂(50%)+H₂(5
0%) 混合ガス中で処理した。その後、鋼板表面にコロイ
ダルシリカとリン酸塩を主成分とする張力絶縁被膜 (約
２μm 厚) を被成し、 800℃で焼き付け処理を行った。

【００６１】かくして得られた製品の磁気特性および密
着性は次のとおりであった。 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.91 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.61 W/kg 密着性 直径：20mmの丸棒上での 180°曲げを行っても剥離が無く、良好 であった。

【００６２】また、化学研磨をせず、酸洗処理ままの鋼
板の表面に、上記と同様にして、極薄のAlを含む窒化・
酸化物層を形成したのち、リン酸塩系の張力絶縁被膜を
被成して得た製品の磁気特性および密着性は次のとおり
であった。 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.91 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.65 W/kg 密着性 直径：20mmの丸棒上での 180°曲げを行っても剥離が無く、良好 であった。

【００６３】実施例３ Ｃ：0.043 wt％, Si：3.36wt％, Mn：0.076 wt％, Se：
0.019 wt％, Sb：0.023 wt％およびMo：0.013 wt％を含
有し、残部は実質的にFeの組成になる珪素鋼連鋳スラブ
を、1330℃で３時間加熱処理後、熱間圧延を施して厚
み：2.4 mmの熱延板とした。ついで、 900℃の均一化焼
鈍後、 950℃の中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して
0.23mm厚の最終冷延板とした。その後、最終冷延板の表
面に、アルキド系樹脂を主成分とするエッチングレジス
トインキをグラビアオフセット印刷により、非塗布部が
圧延方向とほぼ直角な方向に幅：200 μm 、圧延方向の
間隔：４mmで線状の残存するように塗布したのち、200
℃で約20秒間焼付けた。このときのレジスト厚は２μm
であった。このようにしてエッチングレジストを塗布し
た鋼板に、電解エッチングを施すことにより、幅：200
μm 、深さ：20μm の線状の溝を形成し、ついで有機溶
剤中に浸漬してレジストを除去した。この時の電解エッ
チングは、NaCl電解液中で電流密度：10 A/dm²、処理時
間：20秒間の条件で行った。

【００６４】ついで、840 ℃の湿H₂中で脱炭・１次再結
晶焼鈍を行った後、鋼板表面にMgO(20%), Al₂O₃(75%),
CaSiO₃(5%) の焼鈍分離剤をスラリ−塗布し、ついで 85
0℃で50時間の保定焼鈍によりゴス方位に強く集積した
２次再結晶粒を発達させた後、1200℃の乾H₂中で純化処
理を施した。かくして得られた珪素鋼板の表面の酸化物
被膜を除去した後、化学研磨により一方向性珪素鋼板の
表面を平滑化した。さらにその後マグネトロンスパッタ
法を用いて、Alを0.02μm 厚被成し、1000℃で10分間、
H₂(50%)+N₂(50%) 混合雰囲気中で処理した後、鋼板表面
上にコロイダルシリカとリン酸塩を主成分とする張力絶
縁被膜 (約２μm 厚) 被成し、 800℃で焼き付け処理を
行った。

【００６５】かくして得られた製品の磁気特性および密
着性は次のとおりであった。 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.90 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.67 W/kg 密着性 直径：20mmの丸棒上での 180°曲げを行っても剥離が無く、良好 であった。

【００６６】また、化学研磨をせず、酸洗処理ままの鋼
板の表面に、上記と同様にして、極薄のSiを含む窒化・
酸化物層を形成したのち、リン酸塩系の張力絶縁被膜を
被成して得た製品の磁気特性および密着性は次のとおり
であった。 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.89 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.72 W/kg 密着性 直径：20mmの丸棒上での 180°曲げを行っても剥離が無く、良好 であった。

【００６７】

【発明の効果】かくして、本発明によれば、従来材に比
較して鉄損が格段に優れた超低鉄損一方向性珪素鋼板
を、極めて安価にしかも高生産性の下で得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は現行の一方向性珪素鋼板、(b) は本発明
に従い極薄のAlを含む窒化・酸化物の上に張力絶縁被膜
を被成した一方向性珪素鋼板の表面近傍の断面を比較し
て示した模式図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板厚が0.05〜0.5 mmの仕上焼鈍済みの一
   方向性珪素鋼板の表面に、極薄のAlを含む窒化・酸化物
   層を有し、かつその上に重ねて張力絶縁被膜を有するこ
   とを特徴とする超低鉄損一方向性珪素鋼板。
2. 【請求項２】 板厚が0.05〜0.5 mmで、圧延方向と交差
   する向きに２〜10mmの間隔で、幅：50〜500 μm 、深
   さ：0.1 〜50μm の線状の凹領域を設けた仕上焼鈍済み
   の一方向性珪素鋼板の表面に、極薄のAlを含む窒化・酸
   化物層を有し、かつその上に重ねて張力絶縁被膜を有す
   ることを特徴とする超低鉄損一方向性珪素鋼板。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、仕上焼鈍済
   みの一方向性珪素鋼板の表面が、平滑化処理を施した表
   面である超低鉄損一方向性珪素鋼板。
4. 【請求項４】 請求項１または２において、仕上焼鈍済
   みの一方向性珪素鋼板の表面が、平滑化処理を施さな
   い、酸洗処理ままの表面である超低鉄損一方向性珪素鋼
   板。
5. 【請求項５】 板厚が0.05〜0.5 mmの仕上焼鈍済みの一
   方向性珪素鋼板の表面に、Al化合物を含む溶液を塗布す
   ることによって微量のAl化合物を付着させたのち、非酸
   化性雰囲気中で短時間の熱処理を施して、該鋼板の表面
   に極薄のAlを含む窒化・酸化物層を形成し、ついで常法
   に従って張力絶縁被膜を被成することを特徴とする超低
   鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。
6. 【請求項６】 板厚が0.05〜0.5 mmで、圧延方向と交差
   する向きに２〜10mmの間隔で、幅：50〜500 μm 、深
   さ：0.1 〜50μm の線状の凹領域を設けた仕上焼鈍済み
   の一方向性珪素鋼板の表面に、Al化合物を含む溶液を塗
   布することによって微量のAl化合物を付着させたのち、
   非酸化性雰囲気中で短時間の熱処理を施して、該鋼板の
   表面に極薄のAlを含む窒化・酸化物層を形成し、ついで
   常法に従って張力絶縁被膜を被成することを特徴とする
   超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。