(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入側から加熱帯、浸珪帯、拡散均熱帯及び冷却帯を順に備えた浸珪処理部と、前記浸珪帯より排出された排ガスから塩化鉄を回収するための塩化鉄回収帯、該塩化鉄回収帯を経た排ガスから四塩化けい素を回収するための四塩化けい素回収帯、該四塩化けい素回収帯で回収された四塩化けい素を気化するための気化帯、及び該気化帯で気化された四塩化けい素を加熱するためのガス加熱帯を備えた排ガス処理部とを備えた連続浸珪処理設備において、Si：4wt％未満の母材鋼板を浸珪処理することにより高けい素鋼板を製造するに際し、前記浸珪帯では、前記排ガス処理部で回収された四塩化けい素を含む浸珪処理用ガスを用いて母材鋼板の浸珪処理を行い、かつ前記浸珪帯、前記塩化鉄回収帯及び前記四塩化けい素回収帯の雰囲気を下式を満足するように管理することを特徴とする表面性状に優れた高けい素鋼板の製造方法。
[02]×[H2O]1/4≦70  但し [O2]：酸素濃度（ppm）、[H2O]：水蒸気濃度 (ppm)
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸珪処理法による高けい素鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランスやモ−タ等の電気機器用鉄心材料として広く用いられるけい素鋼板には、通常、集合組織制御および固有抵抗増大のためにＳｉが添加される。このけい素鋼板の軟磁気特性はＳｉの添加量と共に向上し、特に６．５ｗｔ％付近で最高の透磁率を示すことが知られている。また、高けい素鋼板と呼ばれるＳｉ含有量が約４ｗｔ％超のけい素鋼板は、電気抵抗が高いため特に高周波領域での磁気特性が優れる。
【０００３】
高けい素鋼板を工業的に製造する方法として浸珪処理法が知られている。この製造方法（例えば、特公平５−４９７４５号公報等に示される製造技術）は、工業的プロセスで圧延が可能なＳｉ：４ｗｔ％以下の薄鋼板と四塩化けい素とを高温で反応させることによりＳｉを浸透させ、浸透したＳｉを板厚方向に拡散させることにより高けい素鋼板を得る方法であり、例えば特公平５−４９７４５号公報では、鋼板を四塩化けい素が５〜３５ｖｏｌ％含まれる無酸化性ガス雰囲気中において１０２３〜１２００℃の温度で連続的に浸珪処理し、コイル状の高けい素鋼板を得ている。通常、この浸珪処理ではＳｉ供給用の原料ガスとして四塩化けい素が使用され、この四塩化けい素は以下に示す浸珪反応式により鋼板と反応してＳｉ富化層が鋼板表層に生成する。
【０００４】
ＳｉＣｌ４  ＋    ５Ｆｅ  →  Ｆｅ３Ｓｉ  ＋    ２ＦｅＣｌ２
このようにして鋼板表層に成長したＳｉ富化層中のＳｉは、四塩化けい素を含まない無酸化性雰囲気中で鋼板を均熱処理することにより板厚方向に拡散される。
【０００５】
従来、このような浸珪処理による高けい素鋼板の製造プロセスでは、安価に高けい素鋼板を製造するために、鋼板に吹き付けられた四塩化けい素を含む無酸化性ガスから原料ガスである未反応の四塩化けい素を回収し、これをリサイクル使用している。
【０００６】
すなわち、浸珪処理で使用されたガスには未反応の四塩化けい素が含まれているため、浸珪処理で使用されたガスは浸珪処理帯より排気され、次いでその排気ガスを冷却回収し、さらにその排気ガス中から四塩化けい素を回収することにより、未反応のけい素化合物をリサイクルする方法が採られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上述のようにして行われる製造プロセスでは、製造される高けい素鋼板の表面性状や品質などに以下のような問題があることが知られている。
▲１▼ハ−スロ−スなどに付着した異物により、鋼板へ押し疵等の欠陥が発生し、表
面性状が劣化しやすい。
▲２▼製品の加工性が劣っている。
▲３▼磁気特性、機械特性上のバラツキが大きい。
【０００８】
このような問題に対して、例えば、特開平９−１７６８２５号公報、特開平９−１７６８２６号公報では、母材へのＣ添加及び雰囲気中の酸素濃度規定により表面性状及び加工性を改善する技術が提案されている。しかし、これらの技術を実施しても上記▲１▼〜▲３▼などの問題を完全に解消することは困難である。また、磁気特性、機械特性上のバラツキを改善する技術は未だ提案されていない。
【０００９】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたもので、表面性状や加工性が優れ、また、磁気特性、機械特性上のバラツキが少ない高けい素鋼板を安定して製造する方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課 題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、浸珪帯内の酸素分だけでなく、排ガスが浸珪帯より排気されて四塩化けい素が回収されるまでの各処理帯雰囲気中に含まれる酸素分も、上記問題の要因になっていることを突き止めた。具体的には
(1)浸珪処理帯より排気され四塩化けい素が回収されるまでの過程で排ガス中に酸素が存在すると、この酸素は未反応（浸珪処理時、鋼板と反応しなかった）の四塩化けい素と反応し、けい素酸化物 を生成する。このけい素酸化物は四塩化けい素の回収時に一緒に回収され、その結果、けい素酸化物を含んだ形で四塩化けい素が浸珪処理帯へ再供給される。
（2）そして、浸珪処理帯内では、上記けい素酸化物が鋼板搬送ロール等の炉内耐火物に付着し、鋼板へ押し疵等の欠陥を発生させ、鋼板表面性状を劣化させる。また、けい素酸化物が母材鋼板を酸化（結晶粒界の酸化）させ、結晶粒界の結合力を低下させることで、製品の加工性が劣化する。さらに、けい素酸化物が鋼板内成分と反応することにより、製品の微量成分が変化し磁気特性、機械特性上のバラツキが大きくなる、という事実を知見した。
【００１１】
以上の点から、浸珪帯及びその排ガスから四塩化けい素を回収する処理系においては、排ガス雰囲気中の酸素分をなるべく少なくし、回収される四塩化けい素の純度を可能な限り高めることが重要であり、そのためには、浸珪帯、塩化鉄回収帯及び四塩化けい素回収帯の雰囲気を管理する必要があることが判明した。本発明はかかる知見に基づきなされたもので、以下のような構成を有する。
【００１２】
本発明は、入側から加熱帯、浸珪帯、拡散均熱帯及び冷却帯を順に備えた浸珪処理部と、前記浸珪帯より排出された排ガスから塩化鉄を回収するための塩化鉄回収帯、該塩化鉄回収帯を経た排ガスから四塩化けい素を回収するための四塩化けい素回収帯、該四塩化けい素回収帯で回収された四塩化けい素を気化するための気化帯、及び該気化帯で気化された四塩化けい素を加熱するためのガス加熱帯を備えた排ガス処理部とを備えた連続浸珪処理設備において、Si：4wt％未満の母材鋼板を浸珪処理することにより高けい素鋼板を製造するに際し、前記浸珪帯では、前記排ガス処理部で回収された四塩化けい素を含む浸珪処理用ガスを用いて母材鋼板の浸珪処理を行い、かつ前記浸珪帯、前記塩化鉄回収 帯及び前記四塩化けい素回収帯の雰囲気を下式を満足するように管理することを特徴とする表面性状に優れた高けい素鋼板の製造方法である。
[02]×[H2O]1/4≦70但し [O2]：酸素濃度（ppm）、[H2O]：水蒸気濃度 (ppm)
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細をその限定理由とともに説明する。
本発明による高けい素鋼板の製造方法は、圧延による製造が容易なＳｉ：４ｗｔ％未満の鋼板を母材鋼板とし、この母材鋼板に対して、加熱帯、浸珪帯、拡散均熱帯及び冷却帯を順に備えた浸珪処理部にて、加熱処理、浸珪処理、拡散均熱処理及び冷却処理を順次実施することにより高けい素鋼板を製造するとともに、塩化鉄回収帯、四塩化けい素回収帯、気化帯及びガス加熱帯を備えた排ガス処理部にて、浸珪処理時に未反応のけい素化合物を回収し、これを浸珪処理用ガスとしてリサイクル使用し、前記浸珪帯、塩化鉄回収帯及び四塩化けい素回収帯の雰囲気を特定の条件に管理するものである。
【００１４】
以下、その一実施形態について説明する。浸珪処理部では、まず、熱間圧延、冷間圧延などによって得られたＳｉ：４ｗｔ％未満の薄板（母材鋼板）を加熱帯にて、無酸化性ガス雰囲気中で浸珪処理温度またはその近傍まで加熱し、次いで、浸珪帯にて、四塩化けい素が５〜３５ｖｏｌ％含まれる無酸化性ガス雰囲気中において１０２３〜１２００℃の温度で連続的に母材鋼板に浸珪処理を施す。
【００１５】
次いで、拡散均熱帯にて、上記浸珪処理を施された鋼板に四塩化けい素を含まない無酸化性ガス雰囲気中で拡散均熱処理を施し、板表層に生成したＳｉ富化層を板厚方向に拡散させた後、冷却帯にて常温ないし３００℃まで冷却し、しかる後巻き取り、高けい素鋼板を得る。
【００１６】
得られた高けい素鋼板は、焼鈍を施し、必要に応じて絶縁を目的とする皮膜が塗布される。対象となる絶縁皮膜の種類としては、酸素もしくは酸化物を含む有機タイプ、有機−無機混合タイプ、無機タイプがあげられる。
【００１７】
また、必要に応じて絶縁・コア形状成形の目的でワニスが含浸される。
【００１８】
一方、排ガス処理部では浸珪処理帯から排気され、未反応の四塩化けい素、塩化鉄及び無酸化性ガスを含む排ガスが塩化鉄回収帯に送られる。この際、配管を保温する等の特別な方法は採らない為、排ガス（１２００℃）は４００℃程度まで自然冷却され、ガス中の塩化鉄のみが固相に析出した状態で塩化鉄回収帯に送られる。塩化鉄回収帯には塩化鉄回収用のフィルタが設置されており、このフィルタにより塩化鉄のみが回収除去される。
【００１９】
次いで、未反応の四塩化けい素及び無酸化性ガスを含む排ガスは四塩化けい素回収帯に送られるが、この移送の間に１００℃程度まで自然冷却される。この四塩化けい素回収帯では、さらに排ガスを−５０〜−６０℃まで冷却してガス中の四塩化けい素を液化し、気体分離により液化した四塩化けい素を回収する。
【００２０】
回収された四塩化けい素は気化帯にて９０〜１００℃程度まで加熱され、気化（ガス化）され、このガス化された四塩化けい素はガス加熱帯に送られ、２００℃まで加熱される。そして、この加熱された四塩化けい素ガスは浸珪帯に送られ、浸珪処理用ガスの一部として使用される。
【００２１】
本発明では、このような高けい素鋼板の製造方法において、浸珪帯、塩化鉄回収帯及び四塩化けい素回収帯の雰囲気を下式を満足するように管理する。これは本発明において最も重要な要件である。
[02]×[H2O]1/4≦70
但し [O2]：酸素濃度（ppm）、[H2O]： 水蒸気濃度 (ppm)
上式で規定される酸素及び水蒸気濃度の範囲は、一般的な実操業においてそれらの制御が可能な範囲であるが、本発明では浸珪帯からの排ガスを浸珪 処理時の再供給ガスとして使用する際に悪影響を与えない範囲を実験的に選択した。酸素及び水蒸気濃度の下限については特に設けないが、酸素濃度・水蒸気濃度を管理し、可能な限り低減することが望ましい。さらに、上式の範囲内にあっても酸素濃度もしくは水蒸気濃度が単独で高い値を示す場合には効果が減ずることもある。そのため、酸素濃度は45ppm以下、露点にて−30℃以下、水蒸気濃度は400ppm以下であることが望ましい。
【００２２】
また、上記雰囲気は、諸設備における摺動部分のシール性向上や内部圧力を増加させることにより外気からの酸素水分の侵入を防止することで管理することができる。
【００２３】
【実施例】
図１に示す様な入側から順に加熱炉１、浸珪処理炉２、均熱炉３、冷却炉４を備えた浸珪処理部と、塩化鉄回収装置５、四塩化けい素回収装置６、気化装置７、ガス加熱装置８を備えた排ガス処理部において、Ｓｉ：３ｗｔ％の母材鋼板に加熱処理、浸珪処理、拡散均熱処理及び冷却処理を順次施し、Ｓｉ：６．５ｗｔ％の高けい素鋼板を製造した。浸珪処理では全て同条件とし、排ガス処理部にて塩化鉄を回収除去した後、四塩化けい素を回収し、この回収した四塩化けい素を浸珪処理用ガスの一部として使用した。この時、浸珪処理炉から塩化鉄回収装置、四塩化けい素回収装置までの雰囲気を調整するとともに、排ガスから回収された四塩化けい素液中の［０］  及び四塩化けい素回収装置内雰囲気中の［０２］×［Ｈ２Ｏ］１／４を計測した。また、得られた高けい素鋼板について加工性、鉄損及び表面性状を評価した。排ガスから回収された四塩化けい素液中の［０］  と四塩化けい素回収装置内雰囲気中の［０２］×［Ｈ２Ｏ］１／４の関係を図２に、加工性、鉄損及び表面性状評価結果を条件と併せて表１に示す。ここで、加工性は径を変化させたパイプに対象材を巻き付け破損を生じない最小パイプ半径で評価し、５０ｍｍ以下を良好、５０ｍｍ超えを不良とした。ただし、加工性の最小曲げ半径が４０〜６０ｍｍについては、一部５０ｍｍ超えであるが、製品として使用可であるため、良好に含むものとした。
【００２４】
また、表面性状は高さ２０μｍ以上の表面欠陥の発生頻度とし、下記のように評価した。
○：全長にわたって、欠陥の発生数が殆ど０
△：欠陥発生は０ではないが、×ほどの発生数はなく製品として使用可
×：欠陥発生数が多く、製品として採取不可
さらに、磁気特性（鉄損）はエプスタイン法にて測定し、バラツキの評価は鉄損値が９．０〜１０．０Ｗ／ｋｇの場合を良好、９．０〜１１．０Ｗ／ｋｇの場合を不良とした。
【００２５】
【表１】
0003613132.tif 000002
【００２６】
図２より、四塩化けい素回収装置内雰囲気中の［０２］×［Ｈ２Ｏ］１／４≦７０を満たす領域で回収四塩化けい素液中の酸素濃度をほぼ０にできることが確認できた。
【００２７】
また、表1より、四塩化けい素回収装置内雰囲気中の[02]×[H2O]1/4≦70を満たす領域では加工性及び表面性状（○△）が良好であり、鉄損のバラツキが少なくなっている。さらに、四塩化けい素回収装置内雰囲気中の[02]×[H2O]1/4≦70を満たし、かつ、酸素濃度で45ppm以下及び水蒸気濃度で400ppm以下の領域では、鉄損のバラツキが少ない上に、加工性、表面性状（○）共に非常に良好になっている。
【００２８】
一方、四塩化けい素回収装置内雰囲気中の［０２］×［Ｈ２Ｏ］１／４＞７０の領域では加工性及び表面性状（×）が劣っており、一部については、鉄損のバラツキが大きくなっている。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、表面性状及び加工性に優れ、かつ、磁気特性、機械特性のバラツキが少ない高けい素鋼板を製造することができる。さらに、表面性状、加工性及び磁気特性・機械特性上のバラツキの諸問題を起こすことなく浸珪処理用ガスをリサイクル使用することが可能となる為、安価に高けい素鋼板を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続Ｓｉ浸珪処理ラインを示す図である。
【図２】回収された四塩化けい素液中の［０］  と四塩化けい素回収装置内雰囲気中の［０２］×［Ｈ２Ｏ］１／４の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  加熱炉
２  浸珪処理炉
３  均熱炉
４  冷却炉
５  塩化鉄回収装置
６  四塩化けい素回収装置
７  気化装置
８  加熱装置
【図１】
0003613132.tif 000003
【図２】
0003613132.tif 000004