JPS5853694B2 - 優れた磁気特性を有する面内無方向性高珪素鋼薄帯の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、優れた磁気特性を有する（１００）面内無方
向性高珪素鋼薄帯の製造方法に関するものである。

Ｓｉを３％程度含有する珪素鋼板は優れた軟磁気特性を
有するので、トランス、回転機、発電機等の電気機器の
鉄心材料として広（使用されている。

しかしながらこのような珪素鋼板は通常熱間圧延と冷間
圧延とを経て製造されるので、その製造工程が多段階に
なり、かつより高品質のものを製造するにはそれなりに
複雑で精密な焼鈍などを施す必要があるので、その製造
コストは他鋼種の鋼板のそれに比して格段に高価となる
ことは避られない。

近時溶鋼を円孔状あるいはスリット状ノズルから高速回
転する冷却体例えばローラなどの外周表面に噴出させ、
急冷凝固させて薄帯を製造する方法が公開されている。

なかでもＳｉ２〜８％、好ましくは６〜７％を含有する
薄帯を上記方法によって製造することは技術的にも容易
であり、かつ製造コストは格段に低下することが知られ
ている。

このようにＳｉを多く含有する珪素鋼素材、特にＳｉ
５％以上を含有する素材は従来の圧延方法によっては薄
帯となすことは困難であり、工業的に従来製造されたこ
とはなかった。

ところで前記急冷凝固して製造される薄帯は、製造され
たままの状態では歪が大きく、また集合組織的にも好適
な状態ではないので磁気特性は従来の珪素鋼に比して一
般的には劣っている。

しかしながらこの薄帯を１０００〜１３００℃の高温で
焼鈍すると歪が除去されるばかりでなく板面に平行な（
１００）面を有する粒が異常成長して粒径の大きな（１
００）面内無方向組織が形成されることが知られており
、このような組織をもつ薄帯は優れた磁気特性を有する
ので応用面から極めて好ましい。

さて本発明者等は特願昭５４−１６４６９３号（特開昭
５６−８７６２７号）によって、急冷凝固後の薄帯に１
０５０〜１３００℃の温度範囲内で１×１０ 〜５×１
Ｏ−７Ｔｏｒｒの真空中に３分間以上裸出させつつ焼鈍
を施すことを特徴とする極めて磁気特性の優れた（１０
０）面内無方向性珪素鋼薄帯の製造方法を提案し、また
この方法において焼鈍を施す際に８００〜１０５０’Ｃ
までの平均昇温速度を１００’Ｃ／ｈｒ以上とするとさ
らに良い磁気特性が得られることも提案した。

しかしながら前記方法における真空焼鈍あるＬ・は高速
昇温焼鈍は工業技術的に困難であるばかりでなく、コス
ト高になるという不利が残っていた。

本発明は、本発明者等が先に提案した特願昭５４−１６
４６９３号記載の方法を改良することを目的とし、特許
請求の範囲記載の方法によって前記目的を達成すること
ができる。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明者等は、溶融珪素鋼を冷却体の移動冷却面上にノ
ズルより噴出させ、急冷凝固させて薄帯を製造する前に
前記溶融珪素鋼中に結晶粒−次成長抑匍膝能を有する元
素を添加含有させると上記の真空焼鈍あるいは高速昇温
焼鈍を必ずしも施さなくても、尖鋭な（１００）面内無
方向組織が得られ、また真空焼鈍を付加するとさらに尖
鋭な（１００）面内無方向組織を得ることができ、磁気
特性の優れた高珪素鋼薄帯をより容易に低コストで安定
して製造することができることを新規に知見して本発明
を完成した。

さてＳｉ ２％以上を含有する珪素鋼は、γ変態がない
ので高温で焼鈍することにより結晶粒を犬き（すること
ができ、またＳｉはＦｅ中に含有されると電気抵抗を高
くするので、Ｓｉは電気鋼板には最も好ましい元素のＩ
つである。

Ｓｉが約６．５％Ｆｅ中に含有されると、磁歪ははｇ消
失し、従って鉄損は大巾に減少するので最良の特性が得
られることが知られている。

一方Ｓｉが８％を超えると飽和磁束密度が１．８Ｔ以下
になり、トランスなどの鉄心として用いることができな
くなるばかりでなく、著しく脆くなり、さらに磁歪が大
きくなるため鉄損が増大することが知られている。

本発明によれば、以上の理由から基本組成としてＳｉ
２〜８％を含有させ、Ｓｉのほかに磁気特性ならびに機
械加工性を向上させるため、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃ
ｏ、Ｃｒのなかから選ばれる何れか１種または２種以上
を小量含有させることもできる。

しかしながら０．Ｓ、Ｎ、Ｃなどの不可避的不純物は結
晶粒成長を抑制する作用を有するのみならず、最終成品
に残留すると介在物あるいは析出物として磁気特性、特
に鉄損を劣化させるので、Ｓ、Ｎ、Ｃなどが除去される
１ ０００ ’Ｃ以上の高温焼鈍あるいは特別な脱炭焼
鈍を通常族さない無方向性珪素鋼にあっては、これらの
元素の含有を製鋼時に極力低くなるように抑える必要が
あるが、本発明においてもＯは可能な限り低くすること
が望ましい。

またＣの高い溶鋼を用いると、成品になるまでの工程で
、脱炭焼鈍工程を設ける必要があるので、可能な限り低
くすることが好ましく、今日の製鋼技術においてもＯは
３０ ｐｐｍ以下に、Ｃは５０ ｐｐｍ以下にすること
ができる。

ところで本発明によれば結晶粒−次成長抑制元素を積極
的に添加、含有させるのであるが、このような元素とし
ては、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ、Ｓｂ。

Ｂｉ、Ｂ、可溶性ＡＩ（以下Ａｌ５ｏｌと記す）を用い
ることができ、さらにＭｎあるいはＮを含有させると前
記元素の結晶粒−次成長抑！ｌ職能を向上させることが
できる。

次に本発明を実験データに基いて説明する。

ＣｒＯ，０２％、ＣｕＯ，０１％を含み、さらに前記第
１表に示す成分組成を有するそれぞれの溶鋼を０．８ｍ
ｍ厚×２０朋巾の直方形スリットを有するノズルより５
００〜６００ ｒｐｍで回転する直径５００ｍｍの双ロ
ールの外周面のロール噛込部附近に噴出させて厚さ１０
０〜１５０μ肌の薄帯をそれぞれ製作した。

これらの薄帯にＡ１２ｏ３、Ｍｇｏ、ＣａＯ粉末などの
層間剥離剤を塗布してコイル状に巻き、１１５０℃×６
０ＭＩＬの箱焼鈍を施した。

９００℃までの加熱はＮ２雰囲気中で、９００〜１１５
０℃の間の加熱および５００℃までの冷却はＨ２雰囲気
中で行なった。

８００℃から１０５０℃までの平均昇温速度は６０℃／
ｈｒ であった。

これらの薄帯のコイルを巻き戻して剥離剤を除去した後
、各鋼種について直流のＢ −Ｈループから保磁力Ｈｃ
を求めた。

測定での最大磁束密度Ｂｍは１．０〜１，５Ｔとしたが
、Ｈ値はこの範囲のＢｒｎの変化によって殆んど変化し
なかった。

測定結果を第１および２図に示す。

不可避的不純物を低く抑え、さらに特別に添加元素を加
えない組成（例えば第１図において、ＡＩ、Ｓの含有量
が極めて少ない範囲）の薄帯ではＨ６は約２００ｍ０ｅ
であるのに対して適当量のＡＩ、Ａｓ、Ｂ、Ｂｉ、Ｓ、
Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅを添加、含有させた組成の薄帯では、
Ｈｅが２００ｍ０ｅ 以下になり、１００ ｍＯｅ 程
度にまで低くなる。

一般に応用土量も重要な特性である鉄損は、ヒステリシ
ス損と渦電流損から成る。

本発明の高珪素鋼薄帯では、Ｓｉ量が多いので電気抵抗
が高く、又、厚みが薄いので、渦電流損は従来の珪素鋼
に比して、本質的に小さくなっている。

したがって、ヒステリシス損が、鉄損の大部分を占める
。

このヒステリシス損は、Ｈｅにはｇ正確に比例するので
、結局、本発明の対象である高珪素鋼薄帯においてはＨ
ｅＯ値が低い程、鉄損が低く、商品価値の高い電磁鋼帯
であると言える。

第１，２図から明らかなように、８０．００５〜０．０
６０％、Ｓｅ Ｏ，００２〜０．０６０％、Ｔｅ０．０
０２〜０．０１０％、Ａｓ０．００５〜０．２００％、
ＳｂＯ，００５〜０．２００％、Ｂｉｏ、００３〜０．
０３０％、Ｂｏ、０００３〜０．０１００％、Ａ １８
ｏ１０．００８〜０．１００％のなかから選ばれる何れ
か１種を上記成分組成範囲内で添加含有させれば、この
ようは結晶粒−次成長抑制元素を含有しない薄帯に比べ
て、より優れた磁気特性を有する薄帯を製造することが
できる。

よって本発明によれば、上記のような添加添素の何れか
少なくとも１種を添加含有させることが必要であり、そ
の量は単独添加および複合添加の場合とも上記含有量の
範囲とすることが肝要であるが、とりわけ複合添加の場
合はそれぞれの含有量をバランスさせて、Ｈｅ値が１０
０ｍ０ｅ 附近の保磁力とすることがより好ましい。

第２表に多種の添加元素を含有する薄帯を種々の条件で
焼鈍した時のＨｅ値を示す。

Ｓｉを６．５％含有し、他の成分を低く抑えた削記特開
昭５４−１６４６９３号記載の珪素鋼薄搦（例えば第２
表中Ａの如き）に比べてＳｉが同一量の本発明による薄
帯は一般的にＨｅ値が低くなることが判り、この傾向は
特に昇温速度が遅（、かつガス雰囲気を用いる焼鈍した
薄帯において著しい。

またＳｉ２．８％あるいは７．５％を含有する薄帯にあ
っても本発明によるものはＨｅ値が低くなることが判る
。

さらに本発明者等は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ なとの第■族元
素を添加した時に、Ｈｅの特性値がＭｎ含有量によって
大きく変化することを新規に知見した。

Ｓｉ ６．３〜６．８％含有し、ＭｎとＳ以外の不可
避的不純物元素としてＣ０，００６％、ＮＯ，００４％
、００．００３％を含有する薄帯を前述の方法で焼鈍し
た時の８％とＭｎ量との関係によるＨｅ値の変化を第３
図に示す。

同図によれば、Ｓ Ｏ，００５〜０．０６０％の範囲内
で、かつＭｎ０．０１〜０．１５％の範囲内ではＨｅ値
が２００ｍ０ｅ 以下となり、優れた磁性を有する薄帯
を製造することのできることが判る。

またＳｅあるいはＴｅを添加した薄帯にあっても、Ｍｎ
量とＨｅ値との関係は同様であった。

しかしながら、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ以外の結晶粒−次成長抑
制元素を含有する薄帯にあっては、Ｍｎの含有量によっ
て実質的に特性の変化は認められなかった。

”ｓｏｌ とＮのそれぞれの含有量の変化とＨｅ値と
の関係を第４図に示す。

この場合のＳｉおよび不可避的不純物の含有量ならびに
焼鈍方法は上記の場合と同様である。

同図より明らかなようにＡｌ５ｏｌを添加含有させた場
合にはＮ含有量を２０〜９０ ｐｐｍの範囲内に調整す
ると、優れた特性を有する薄帯を得ることができること
が判る。

一方ＡＩ以外の元素を添加含有させた場合には、このよ
うな関係は認められず、一般的にはＮ含有量を低く抑え
た方がＨｅ値は低くなる傾向にあった。

以上述べたようにＳ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、
Ｂ、 Ａ１５ｏｌの何れか１種または２種以上、きには
さらにはＭｎ、Ｎを適当量添加含有させることによりＨ
ｅ値の低い、すなわち鉄損値の低い高珪素鋼薄帯を得る
ことができることが判る。

これら薄帯の高温焼鈍後の組織は前記諸元素を含有しな
い高珪素鋼薄帯に比べて結晶粒が大きく、しかも個々の
結晶粒の（１００）面が板面に高度に平行になるように
配夕１ルている。

すなわち上記の添加元素を含有させると粒径の大きな（
１００）面内無方向組織になっており、このためにＨｅ
値は低下するのであるが、従来このような現象は３次再
結晶現象として知られている。

しかしながら、上記３次再結晶は例えば真空中などでの
１０５０〜１３００℃の高温焼鈍によって生起するので
、その技術管理が困難であった。

例えば先に引用した特願昭５４−１６４６９３号に記載
の結晶粒−次成長抑制元素を含有しない珪素鋼薄帯にあ
っては、■×１０−２〜５×１Ｏ−７Ｔｏｒｒの真空中
で焼鈍し、しかも８００℃から１０５０ ’Ｃまでの平
均昇温速度を１００℃／ ｈｒ以上にしないと磁気特性
の優れた（１００）面内無方向性珪素鋼薄帯を製造する
ことができず、しかもこのような高温下での真空焼鈍あ
るいは急速加熱焼鈍は今日でも技術的に容易ではないの
みならず、コストが高くなるので、工業的メリットも少
ないということができる。

これに対して本発明によれば、微量の元素を添加含有さ
せるだけで通常のガス雰囲気と箱焼鈍炉による焼鈍によ
って優れた珪素鋼薄帯を製造することができる点におい
て、工業的メリットは極めて犬である。

ところで本発明によれば、所定の成分組成の溶鋼を適当
な形状のノズルを経て冷却体の移動冷却面上に噴出させ
て急冷、凝固させると一挙に薄帯を製造することができ
る。

冷却体としては単ロール、双ロール（２つのロール直径
が同一あるいは異なるロール）、ドラムあるいは連続回
転ベルト等が知られており、これらを用いて適当な条件
を選択すれば平滑で銀白色の金属光沢を呈した薄帯を製
造することができる。

しかし冷却体の表面が充分に平滑でないか、あるいは大
量の溶鋼を連続して噴出させて横帯を製造する場合には
、薄帯の表面粗度は粗くなることがあり、このようなと
きには、表面の酸化度に応じて酸洗処理などを施した後
に圧延を施すことが好ましい。

冷却、凝固したままの薄帯あるいはこの薄帯を圧延した
後の薄帯は通常磁気特性が悪いので、直ちには鉄心材料
として使用することはできない。

上記薄帯を焼鈍するため昇温すると、６００ ’Ｃ附近
から歪の除去ならびに再結晶が始まり、８００〜１００
０℃の間では結晶粒成長が生起する。

しかしこのような低温焼鈍によっては結晶粒径も小さく
、また（ｉｏｏ）面内無方向組織も充分には発達してい
ないから、磁気特性の改善は見られない。

特に本発明によれば、Ｓ、Ｓｅ等の粒成長抑制元素が含
有された薄帯であるため低温焼鈍を施しても粒成長が抑
制され、また薄帯中に粒成長抑制元素が固溶するか、あ
るＬ・は析出物として残存しているため、かかる元素を
含まない薄帯に比べて鉄損値は通常劣ることになる。

しかしこのような薄帯を１０５０℃以上の温度で焼鈍を
施すといわゆる３次再結晶と呼ばれている異常粒成長が
生起し、（ｉｏｏ）面内無方向組織が形成される。

この３次再結晶は前述のように本発明による粒成長抑制
元素を含有させることにより容易に生起するようになる
。

この３次再結晶のための焼鈍は、その目的を達成するこ
とができる限りどのような方法で実施しても良い。

工業的には連続焼鈍や箱焼鈍が慣用されているが、薄帯
の高温焼鈍という性格上箱焼鈍が技術的に容易である。

この焼鈍においては添加したＳ、Ｓｅ、ＴｅあるいはＮ
、Ｂ等の析出物形成元素を拡散によって表面層に濃縮さ
せ、適当な表面反応によって鋼中から除去することが必
要である。

これらの元素が多量に残存しているとＭｎＳ、ＦｅＳ、
ＢＮ。

Ｆｅ２Ｎ等の微細な析出物が鋼中に分散し、鉄損値は劣
化する。

よって表面層に析出物形成元素を濃縮させるためには一
般に焼鈍温度を高くすることが好ましく・が、１３００
℃以上での焼鈍は工業技術的に困難であるし、コストが
極めて高くなるので実用的でない。

一般的には１２００℃程度の焼鈍でこれらの元素は除去
される。

本発明によれば、３次再結晶のための焼鈍を１０５０〜
１３００℃の温度範囲内で施す。

かくして製作された高珪素鋼薄帯は使用される電気機器
に応じ、必要により絶縁コーチング処理等を施して鉄心
材料として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１および２図は異種元素それぞれの添加量とＨｅ （
ｍｏｅ ）との関係を示す図、第３図はＳ量とＭｎ量
との両者がＨｅ（ｍＯｅ）に及ぼす関係を示す図、第４
図はＮ量とＡｌ５ｏｌ 量との両者がＨｃ（ｍＯｅ）
に及ぼす関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌＳｉ２〜８％を含有する溶鋼を冷却体の移動冷却面上
   にノズルから連続的に噴出させ、急冷、凝固させて薄帯
   となし、次に焼鈍を施す高珪素鋼薄帯の製造方法におい
   て、前記溶鋼中に結晶粒成長抑制元素として０．００５
   〜０．０６０％の８１０．００２〜０．０６０％のＳｅ
   、０．００５〜０．２０％のＡｓ 、 ０．００５〜０
   ．２０％のＳｂ 、 ０．００３〜０．０３０％のＢｉ
   、０．０００３〜ｏ、ｏｉｏｏ％のＢおよびｏ、ｏｏｓ
   〜０．１００％の可溶性ＡＩのうちから選ばれる少くと
   も一種を含有せしめ、かつ急冷、凝固させてなる薄帯を
   そのままあるいは圧延を施した後１０５０〜１３００°
   Ｃの温度範囲内で焼鈍を施すことを特徴とする優れた磁
   気特性を有する（ １００）面内無方向性高珪素鋼薄帯
   の製造方法。 ２Ｍｎ０．０１〜０．１５％を含有する溶鋼を用いる特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ Ｎｏ、００２０〜０．００９０％を含有する溶鋼
   を用いる特許請求の範囲第１あるいは２項記載の方法。