JPS6324018A - 超低鉄損一方向性けい素鋼板の製造方法 - 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） 一方向性けい素鋼板の電気・磁気的特性の改善、なかで
も鉄損の低減に係わる極限的な要請を満たそうとする近
年来の目覚ましい開発努力は、逐次その実を挙げつつあ
るが、その実施に伴う重大な弊害として、一方向性けい
素鋼板の使用に当たっての加工、組立てを経たのちいわ
ゆるひずみ取り焼鈍がほどこされた場合に、特性劣化の
随伴を不可避に生じて、使途についての制限を受ける不
利が指摘される。

この明細書では、ひずみ取り焼鈍のような高温の熱履歴
を経ると否とに拘わらず、上記要請を有利に充足し得る
新たな方途を招（ことについての開発研究の成果に関連
して以下に述べる。

さて一方向性けい素＠板は、よく知られているとおり製
品の２次再結晶粒を（１１０）　＜００１＞　、すなわ
ちゴス方位に、高度に集積させたもので、主として変圧
器その他の電気機器の鉄心として使用され、電気・磁気
的特性として製品の磁束密度（Ｂ、。

で代表される）が高く、鉄損（Ｗ１７／Ｓ。値で代表さ
れる）の低いことが要求される。

この一方向性けい素鋼板は複雑多岐にわたる工程を経て
製造されるが、今までにおびただしい発明・改善が加え
られ、今日では板厚０．３０ｕ＋の製品の磁気特性が８
１０１．９０Ｔ以上、１，７．。１．０５匈／ｋｇ以下
、また板厚０．２３ｍｍの製品の磁気特性がＢＩＧｌ　
、　８９Ｔ以上、ＷＭ７／Ｓ。０．９０Ｗ／ｋｇ以下の
超低鉄損一方向性けい素鋼板が製造されるようになって
来ている。

特に最近では省エネの見地から電力損失の低減を特徴と
する請が著しく強まり、欧米では損失の少ない変圧器を
作る場合に鉄損の減少分を金額に換算して変圧器価格に
上積みする「ロス・エバリユエーション」　（鉄損評価
）制度が普及している。

（従来の技術） このような状況下において最近、一方向性けい素鋼板の
仕上げ焼鈍後の鋼板表面に圧延方向にほぼ直角方向での
レーザ照射により局部微小ひずみを導入して磁区を細分
化し、もって鉄損を低下させることが提案された（特公
昭５７−２２５２号、特公昭５７−５３４１９号、特公
昭５８−２６４０５号及び特公昭５８−２６４０６号各
公報参照）。

この磁区細分化技術はひずみ取り焼鈍を施さない、積鉄
心向はトランス材料として効果的であるが、ひずみ取り
焼鈍を施す、主として巻鉄心トランス材料にあっては、
レーザー照射によって折角に導入された局部微小ひずみ
が焼鈍処理により解放されて磁区幅が広くなるため、レ
ーザー照射効果がなくなるという欠点がある。

一方これより先に特公昭５２−２４４９９号公報におい
ては、一方向性けい素鋼板の仕上げ焼鈍後の鋼板表面を
鏡面仕上げするか又はその鏡面仕上げ面上に金属めっき
やさらにその上に絶縁被膜を塗布焼付けすることによる
、超低鉄損一方向性けい素鋼板の製造方法が提案されて
いる。

しかしながらこの鏡面仕上げによる鉄損向上手法は、工
程的に採用するには、著しいコストアンプになる割りに
鉄損低減への寄与が充分でない上、と（に鏡面仕上げ後
に不可欠な絶縁被膜を塗布焼付した後の密着性に問題が
あるため、現在の製造二程において採用されるに至って
はいない。

（発明が解決しようとする問題点） そこで、鏡面に仕上げた一方向性けい素鋼板の表面にド
ライプレーティングによって表面被膜を被成して低鉄損
化をはかる一方向性けい素鋼板の製造方法について、さ
らに表面被膜の密着性の向上および鉄損の低減を実現す
ることが、この発明の目的である。

（問題点を解決するための手段） 発明者らは、 仕上げ焼鈍を経た一方向性けい素鋼板に被成した被膜内
の内部応力の増大は、母材に作用する張力を増大して鉄
損の低減に寄与すること、ドライプレーティングにおけ
る反応ガスのイオン化率を高めると、被膜結晶内への反
応ガス原子のイオン打込みが促進されて格子歪が増大し
、被膜内の内部応力が増加すること、 をそれぞれ見い出し、この発明に至った。

すなわちこの発明は、仕上げ焼鈍を経た一方向性けい素
鋼板につき、その表面の酸化物を除去し、ついで研磨に
より鋼板表面を中心線平均粗さＲａで０．４μｍ以下の
鏡面に仕上げたのち、ドライプレーティングによってＴ
ｉ　、　Ｚｒ　＋　Ｈｆ　＋　Ｖ　、　Ｎｂ　、　Ｔａ
。

Ｃｒ　＋　Ｍｏ　＋　Ｃｏ　ｌＮｉ＋　Ｍｎ　ｔ　ＡＩ
　＋　８及びＳｉの窒化物及び／又は炭化物もしくはＣ
ｒ　、　ＡＩ　、　Ｎｉ　、　Ｃｕ　。

Ｗ　＋　Ｓｉ　＋　Ｔｉ＋　Ｓｎ　＋　Ｆｅ　＋　Ｚｒ
　＋　　Ｔａ　＋　Ｃｅ及びＺｎの酸化物のうちから選
ばれる少なくとも１種から主としてなる表面被膜を被成
してなる一方向性けい素鋼板の製造方法において、上記
ドライプレーティングに際し、上記表面被膜の成分のう
ち、金属又は半金属元素を蒸発ついでイオン化させて被
着し、表面被膜成分のうち非金属元素を鋼板表面にイオ
ン注入することを特徴とする超低鉄）員一方向性けい素
鋼板の製造方法である。

イオンブレーティングにおける反応ガス（非金属元素）
のイオン化率は最大でも３０％と概算されていたが、イ
オン注入を行うとほぼ１００％となる。

このイオン化率の増大に伴って被膜内の内部応力が増加
し、鋼板への張力が増加して鉄損が低減する。同時に非
金属元素のイオン化率の増大に従ってイオンによる母材
表面の活性化が促進されて被膜の密着性はさらに強固と
なる（例えば特開昭６１−１５９６７号公報参照）。

ここで表面被膜の被成前の一方向性けい素鋼板の表面の
中心線平均粗さＲａを０．４μｍ以下に限定したのは、
Ｒａが０．４μｍを超えると表面が粗いために充分な鉄
損の低減が期待できないからである。

次にこの発明による、一方向性けい素鋼板の製造工程に
ついて説明する。

出発素材は従来公知の一方向性けい素鋼素材成分、例え
ば ■Ｃ：　０．０１〜０．０５％、　Ｓｉ　：　２．０〜
４．０％、Ｍｎ　：　０．０１〜０．２％、　Ｍｏ　：
　０．００３〜０．１％、Ｓｂ　：　０．００５〜０．
２％、　Ｓ又はＳｅの１種あるいは２種合計で、０．０
０５〜０．０５％を含有する組成■Ｃ：０．０１〜０．
０８％、　Ｓｉ　：　２．０〜４，０％、Ｓ　　：　０
．００５　〜０．０５％、Ｎ　　：　０．００１　〜０
．０１％、Ｓｏｌ　　Ａｌ：　　０．０１〜０．０６χ
　、Ｓｎ　：　０．０１〜０．５　　％、　　Ｃｕ　：
　０．０１〜０．３　　％、Ｍｎ　：　０．０１〜０．
２％を含有する組成■Ｃ：　０．０１〜０．０６％、　
　Ｓｉ　：　２．０　〜４．０　％、Ｓ　　：　０．０
０５　〜０．０５％、Ｂ　　：　０．０００３〜０．０
００４％、Ｎ　：　０．００１〜０．０１％、Ｍｎ　：
　０．０１〜０．２％を含有する組成 ■Ｃ：　０．０１〜０．０６χ、　Ｓｉ：　２．０〜４
．０％、Ｍｎ　：　０．０１〜０．２％ Ｓ又はＳｅの１種あるいは２種合計でｏ、　ｏｏｓ〜ｏ
、ｏｓｘを含有する組成 の如きにおいて適用可能である 次に熱延板は８００〜１１００°Ｃの均一化焼鈍を経て
１回の冷間圧延で最終板厚とする１回冷延法か又は、通
常８５０°Ｃから１０５０°Ｃの中間焼鈍をはさんでさ
らに冷延する２回冷延法にて、後者の場合最初の圧下率
は５０％から８０％程度、最終の圧下率は５０％から８
５％程度で０．１５−ｍから０．３５ｔｍ厚の最終冷延
板厚とする。

最終冷延を終わり製品板厚に仕上げた鋼板は、表面脱脂
後７５０℃から８５０℃の湿水素中で脱炭・１次再結晶
焼鈍処理を施す。

その後鋼板表面ニＡｊｌ！ｚＯ＋＋ＺｒＯあるいはＴｔ
Ｏｚ＋１’１ｇＯ等を主成分とする焼鈍分離剤を塗布す
る。この発明の場合は、フォルステライトが形成される
場合であっても形成されない場合であっても適用可能で
ある。仕上げ焼鈍後のフォルステライト被膜を形成させ
ないためにはＡ　６２０３等の不活性焼鈍分離剤の含有
率を高めることが必要である。

その後２次再結晶焼鈍を行うが、この工程は（１１０）
　＜００１＞方位の２次再結晶粒を充分発達させるため
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。

この場合（１１０１＜００１＞方位に、高度に揃った２
次再結晶粒組織を発達させるためには８２０°Ｃがら９
００°Ｃの低温で保定焼鈍する方が有利であり、そのほ
か例えば０．５〜１５°Ｃ／ｈの昇温速度の除熱焼鈍で
もよい。

２次再結晶焼鈍後の純化焼鈍は、飽水素中で１０００℃
以上で１〜２０時間焼鈍を行って、鋼板の純化を達成す
ることが必要である。

次にこの発明では、純化焼鈍後に鋼板表面の酸化物被膜
を硫酸、硝酸又は弗酸などの強酸により除去する。また
この酸化物除去は機械研削により行ってもよい。

この酸化物除去処理の後、化学研磨あるいは電解研磨、
あるいはパフ研磨による機械的研磨等従来の手法により
鋼板表面を鏡面状態つまり中心線平均粗さＲａで０．４
　μｍ以下に仕上げる。

（作　用） 次にこの発明の成功が導かれた具体的実験について述べ
る。

ホローカソード放電を利用したイオンブレーティング法
によって中心線平均粗さＲａ＝　０．２μｍに鏡面仕上
げした一方向性けい素鋼板に、Ｔｉ　＋　Ｃｒ　＋Ａ１
およびＳｉの炭化物、窒化物および酸化物をそれぞれ１
．０μｍ厚に被成した。なおイオン注入のほか、比較と
して反応ガス導入も行なった。

この実験に使用した装置を第１図に示す。図中１はホロ
ーカソードガン、２は蒸発用電源、３は焦束コイル、４
は水冷銅ルツボのような蒸発源、５は鋼板、６はヒータ
ー、７はバイアス電源そして８はイオン源である。

また実験条件は、電子ビーム出カニ　４０Ｖ　、５００
Ａ、鋼板への印加電圧：　１００Ｖおよび雰囲気温度＝
３００℃である。

表１ないし表３に、各被膜の被成による鉄損低４１を示
す。なお生成物はＸ線回折によって同定した。

表から、通常の反応ガス導入と比較して、イオン注入の
方が鉄損低減量が大きいことがわかる。

またイオン注入によって生成した被膜は、液体Ｎ２への
浸漬による密着性試験での表面の走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）観察においても、はく離の発生はみとめられなか
った。しかしながら通常の反応ガス４入によって生成し
た被膜では、はく離が目視によって観察された。したが
ってイオン注入を用いれば通常の反応ガス導入を用いた
場合と比較して密着性のより強固な被膜を得られること
が明らかとなった。

以上の実験結果は、Ｔｉ　、　Ｃｒ　、　ＡＩ　、　Ｓ
ｉの炭化物、窒化物、酸化物よりなる張力被膜について
専ら述べたが、張力被膜はこのほかにもＺｒ　、　Ｈｆ
　。

Ｖ　＋　Ｎｂ　＋　Ｔａ　＋　Ｍｏ　＋　Ｃｏ　＋　Ｎ
ｔ　＋　ＭｎおよびＢの窒化物及び／又は炭化物並びに
Ｎｉ　、　Ｃｕ　、　Ｗ　、　Ｓｎ　。

Ｆｅ　、　Ｚｒ　＋　Ｔａ　、　ＣｅおよびＺｎの酸化
物のうちから挙げられる少なくとも１種より主としてな
る場合にあっても、Ｔｉ　、　Ｃｒ　、　Ａｌ　、　Ｓ
ｉの炭化物、窒化物、酸化物について述べたところとほ
ぼ同様な作用効果をあられし、何れもこの発明の目的に
適合する。

（実施例） 実施炎上 Ｃ：　０．０４６％、Ｓｉ　：　３．４４％、Ｍｎ　：
　０．０６９％、Ｍｏ　：　０．０２０％、Ｓｅ　：　
０．０２０％およびＳｂ　：　０．０２５％を含有する
組成になる熱延板を、９００℃で３分間の均一化焼鈍後
、９５０℃の中間焼鈍をはさんで２回の冷間圧延を行っ
て０．２３ｍｍ厚の最終冷延板とした。

その後８２０℃の湿水素中で脱炭焼鈍を兼ねた１次再結
晶焼鈍後、鋼板表面に八１２０３　（７０％）　、　Ｍ
ｇ０（３０％）を主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後
８５０℃で５０時間の２次再結晶焼鈍し、ついで飽水素
中で１２００℃、８時間の純化焼鈍を行った。

その後酸洗により酸化被膜を除去後、電解研磨して鏡面
に仕上げた。

その後イオン源を設けた高周波励起イオンブレーティン
グ装置によって、０．５μｍ厚のＴｉＮを被成した。な
お電子ビームの出力はｌ０ＫＶ、２００ｍＡ、高周波励
起出力８００皆、バイアス電圧は５００Ｖ、雰囲気温度
は３００℃である。そしてイオン源から発生したＮ９イ
オンは６　Ｘｌ０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２−ｓであった。

得られたけい素鋼板の磁気特性はＷ＋７／Ｓ。＝０．６
４Ｗ／　ｋｇ、　Ｂ＋　ｏ＝１．９３７であった。また
１０　ｘｍφ曲げによる密着性試験においてもはく離は
みとめられなかつた・ 次新１１λ Ｃ：　０．０５９％、Ｓｉ　：　３．３９％、Ｍｎ　：
　０．０７１　％、八１２　７０．０２４　　％、Ｓ　
：　０．０２６　　％、Ｎ　：　０．００６９％、Ｃｕ
　：　０．１％およびＳｎ　：　０．０５％を含有する
組成になる熱延板を、１１５０℃で３分間の均−化焼鈍
後急冷処理を行い、その後３００℃の温間圧延を施して
０．２（ｂｍ厚の最終冷延板とした。

その後８５０℃の湿水素中で脱炭焼鈍後、表面にＡ’　
ｚｏ３（８０％）　、　ＭｇＯ（２０％）を主成分とす
る焼鈍分離剤を塗布した後、８５０℃から１１５０℃ま
で８°Ｃ／ｈで昇温して２次再結晶させた後、軟水素中
で１２００℃、８時間の純化焼鈍を行った。

その後機械研磨により酸化物被膜を除去し、ついで３％
ＨＦとＩ＋　２０２液中で化学研磨して鏡面に仕上げた
。

その後イオン源をそなえるホローカソード放電イオンブ
レーティング装置によって１．０μｍ厚のＳｉｎ、を表
面に被成した。

なお電子ビームの出力は５００Ａ、　４０Ｖであり、雰
囲気温度は３００°Ｃ１鋼板印加電圧は１００■であっ
た。

またイオン源から発生したＯ゛イオン５．ＯＸｌ０Ｉ５
ｉｏｎｓ／Ｃｍ２嗜ｓであった。

得られたけい素鋼板の磁気特性は１，７．。・０．６鵠
ハｇ、Ｂ１゜・ｌ　、　９４Ｔであり、層間抵抗は１０
０Ω・ｃｍ／枚と良好であった。またＩｏｎφ曲げによ
る密着性試験においてもはく離は認められなかった。

裏血拠主 Ｃ：　０．０４４％、Ｓｉ　：　３．３８％、Ｍｎ　：
　０．０６２％、Ｍｏ　：　０．０２５％、Ｓｅ　：　
０．０２４　％およびＳｂ　：　０．０２５％を含有す
る組成になる熱延板を、９００°Ｃで３分間の均一化焼
鈍後、９５０°Ｃの中間焼鈍をはさんで２回の冷間圧延
を行って０．２０−ｍ厚の最終冷延板とした。

その後８２０℃の湿水素中で脱炭焼鈍後、鋼板表面にＡ
　’　ｚ（ｈ（７０％）　、　ＭｇＯ（２５％）、Ｚｎ
Ｏ（４％）ＩＴＩＯＺ（１％）を主成分とする焼鈍分離
剤を塗布した後８５０℃で５０時間の２次再結晶焼鈍し
、１１８０℃、１０時間乾水素中で純化焼鈍を行った。

その後酸洗により鋼板表面の酸化物被膜を除去後、３％
ＨＦ（！：Ｈ２Ｏ□液中で化学研磨を施して鏡面に仕上
げた。

その後イオン源を備える熱電子フィラメントを使用した
活性化イオンブレーティング装置によって、ＡＩＮおよ
びＺｒＣを雰囲気温度２００℃で、ＨｆＮ　。

ＮｂＮ　、　ＳｉＣ、ＨｆＣおよびＺｎＯを雰囲気温度
３００℃で、ＺｒＮ　＋　ＭｎｚＮ　、　ＭｏＪ　＋　
ＶＮ　＋　Ｃｒ７Ｃ，、ＮｉＣ、ＮｂＣ。

ＺｒＯ、Ｆｅ３０ａおよびＺｒＯを雰囲気温度４００℃
で、Ｂｎ　、　５ｉＪ４＋　ＴｉＣｌ５ｉＯｚおよびＡ
１ｚ０３を雰囲気温度５００℃でそれぞれ鋼板表面に被
成した。

なお電子ビーム蒸発源の出力は２０ＫＶＡであり、熱電
子フィラメント電流は２Ａであり、鋼板印加電圧は１．
ＯＫＶであった。またイオン源からは最大２Ｘ　１０Ｉ
６ｉｏｎｓ／ｃｍ２・ｓのイオンを発生サセタ。

その後リン酸塩とコロイダルシリカを主成分とするコー
ティング処理を行った。得られた鋼板の磁気特性を表４
に示す。

表　４ 処　　理　　条　　件　　　　　磁　気　特　性被膜　
節用（”Ｃ）　Ｂ、。（Ｔ）　Ｗ＋ｔｚｓ。（誓／ｋｇ
）（１）　　ＢＮ　　（０，８μｍ厚）　　　　　５０
０　　　　　１．９２　　　０．６３（２）　　５ｉｚ
Ｎ＋（０，８Ｉ’ｍ厚）　　　　　５００　　　　　１
．９４　　　０．６４（３）　　ＺｒＮ　　（０，９μ
ｍ厚）　　　　　４００　　　　　１．９１　　　０．
６２（４）　　ＡＩＮ　　（０，８μｍ厚）　　　　　
２００　　　　　　１．９２　　　０．６４（５）　　
ＨｆＮ　　（１，０／１ｍ厚）３００　　　　　　１．
９２　　　０．６２（６）　　ＮｂＮ　　（１，０１！
ｍ厚）　　　　　３００　　　　　　１．９２　　　０
．６５（７）　ＭｎｚＮ　（１，０μｍ厚’）　　４０
０　１．９１　０．６４（８）　　ＭｏｚＮ　（１，０
μｍ厚）４００　　　　　１．９２　　　０．６３（９
）　　Ｖｎ　　（１，０μｍ厚”）　　　　　４００　
　　　　１．９３　　　０．６２（１０）　Ｔｉｃ　（
０，８８ａ厚）　　５００　１．９２０．６２（１１）
　　ＳｉＣ（０，６μｍ厚）　　　　　３００　　　　
　１．９２　　　０．６３（１２）　　ＺｒＣ（０，７
ｐｍ厚）　　　　　２００　　　　　１．９１　　　０
．６３（１３）　　ＣｒｔＣ＋（１，０／Ｊｍ厚）　　
　　　４００　　　　　１．９２　　　０．６３（１４
）　ＨｆＣ（１，０μｍ厚）３００　１．９２０．６１
（１５）　　ＮｉＣ（１，０１Ｊｍ厚）　　　　　４０
０　　　　　１．９１　　　０．６４（１６）　ＮｂＣ
（１，０μｍ厚）　　４００　１．９２０．６２（発明
の効果） この発明によれば、ドライプレーティングを用いた超低
鉄損一方向性けい素鋼板の製造方法において、さらに鉄
損の低減と被膜密着性の向上を達成することが、できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は実験に用いた装置の説明図である。 １・・・ホローカソードガン ２・・・蒸発用電源　　　　３・・・焦束コイル４・・
・蒸発源　　　　　　５・・・鋼板６・・・ヒーター　
　　　　７・・・バイアス電源８・・・イオン源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、仕上げ焼鈍を経た一方向性けい素鋼板につき、その
   表面の酸化物を除去し、ついで研磨により鋼板表面を中
   心線平均粗さＲａで０．４μｍ以下の鏡面に仕上げたの
   ち、ドライプレーティングによってＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
   Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ
   、Ｂ及びＳｉの窒化物及び／又は炭化物もしくはＣｒ、
   Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｒ
   、Ｔａ、Ｃｅ及びＺｎの酸化物のうちから選ばれる少な
   くとも１種から主としてなる表面被膜を被成してなる一
   方向性けい素鋼板の製造方法において、 上記ドライプレーティングに際し、上記表 面被膜の成分のうち、金属又は半金属元素を蒸発ついで
   イオン化させて被着し、表面被膜成分のうち非金属元素
   を鋼板表面にイオン注入することを特徴とする超低鉄損
   一方向性けい素鋼板の製造方法。