(57)【要約】【課題】珪素添加当量を適正な範囲でコントロールすることにより、表面性状に優れる高珪素鋼板が得られる高珪素鋼板の製造方法を提案する。【解決手段】Ｃ濃度が以下記載のCmax以下の珪素鋼板を用い、浸珪処理を、以下記載のA：珪素添加当量（kg/(m・min)）、K1およびK２が、A≦0.005では、K1≦4.50かつ0.06≦K２を、0.005＜Aでは、K1≦4.50をそれぞれ充足する条件で行う。  ここで、Cmaxは、4.05×exp（0.0028×T）、Aは、ｔ×ｗ×LS×ρ×ΔSi×（10/L）、K1は、A×log（T8.6×exp（φ））、K２は、1000×A/log（T×exp（φ））とする。但し、ｔ：板厚(m)、ｗ：板幅(m)、LS：通板速度(m/min)、ρ：比重、ΔSi：珪素添加量（質量％）、L：浸珪炉長(m)、φ：搬送ロール気孔率（％）及びT：浸珪処理温度（℃）、とする。【選択図】図１
2015105416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素鋼板に対して気体浸珪法を用いて連続的に浸珪処理を行い、高珪素鋼板を製造するに当たり、
上記珪素鋼板のＣ濃度を、下記式（１）で規定する最大Ｃ濃度以下とし、さらに、上記浸珪処理を、下記式（２）〜（４）によって規定されるA、K1およびK２が、A≦0.005では、K1≦4.50かつ0.06≦K２を、0.005＜Aでは、K1≦4.50をそれぞれ充足する条件で行う表面性状に優れた高珪素鋼板の製造方法。
記
Cmax＝4.05×exp（0.0028×T）・・・式（１）
但し、Cmax：最大Ｃ濃度（質量ppm）
T：浸珪処理温度（℃）
また、
A=ｔ×ｗ×LS×ρ×ΔSi×（10/L）・・・式（２）
K1＝A×log（T8.6×exp（φ））・・・式（３）
K２＝1000×A/log（T×exp（φ））・・・式（４）
但し、A：珪素添加当量（kg/(m・min)）
ｔ：板厚(m)
ｗ：板幅(m)
LS：通板速度(m/min)  
ρ：比重
ΔSi：珪素添加量（質量％）
L：浸珪炉長(m)
φ：搬送ロール気孔率（％）
T：浸珪処理温度（℃）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、珪素鋼板を気体浸珪処理して得られる、表面性状に優れた高珪素鋼板に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
トランス、モータ等の鉄芯には、鉄損が低く透磁率が高いなどの優れた高周波磁気特性を有する必要があることから、高珪素鋼板が多用されている。特に、Si濃度が6.5mass％では磁歪が０となって、最大透磁率のピークとなるなどの優れた高周波磁気特性を示すことが知られている。
【０００３】
従来、このような高珪素鋼板の製造方法として、低珪素鋼を圧延により薄板（鋼帯）とした後、鋼板表面からSiを浸透拡散させる、いわゆる気体浸珪法による連続浸珪法が知られている（特許文献１参照）。そして、連続浸珪法における浸珪処理温度は、製造能力を最大化させるため、より高温であることが望ましい。
【０００４】
ここで、鋼帯への連続浸珪法による連続浸珪処理は、鋼帯の表裏両面より、珪素を含んだガスを接触させることによって、鉄と珪素の置換反応を起こすことにより行われるが、鋼帯への珪素添加速度（置換速度）と鋼中での珪素拡散速度との差から、鋼帯の表層部の珪素濃度は、一時的に、拡散処理後の最終的な高珪素鋼板よりも高い珪素濃度となる。
【０００５】
上述したように、珪素濃度が高くなった場合、その部分の融点が下がるため、鋼帯への連続浸珪処理では、浸珪反応が進行するにつれて、鋼帯表層部の融点が下がることになり、鋼帯表層部は溶融状態になってしまうことがある。
【０００６】
そのような場合でも、珪素が鋼帯内部へ拡散すると、鋼帯表層部の珪素濃度が下がるため、再び鋼帯表層部の融点は上がり、安定した固体の状態となる。すなわち、浸珪処理温度が高すぎた場合や、鋼帯中の珪素濃度が高くなりすぎた場合には、浸珪処理後の鋼帯表面に溶融跡が認められたり、穴があいてしまったりするケースが発生することになる。
【０００７】
このような鋼帯の溶融跡や穴は、外観上の問題のみならず、鉄芯製造における鋼帯積層時の占積率を低下させる原因ともなって品質上の問題でもあった。
加えて、素材である珪素鋼板のＣ濃度は、その含有率が多いと、これもまた鋼帯の融点を低下させるため、浸珪処理時の鋼帯の溶融状態に影響を与え、溶融跡が発生しやすくなる弊害を有している。
【０００８】
さらに、搬送ロール上を、鋼帯表層部が溶融した状態で通過すると、搬送ロール表面への鋼帯溶融物の付着や浸透が発生したり、搬送ロールと鋼帯の溶着が発生したりして、連続浸珪処理の妨げとなる。
【０００９】
この様な溶着等を抑止するためには、浸珪処理時の珪素濃度のコントロールが必要であり、雰囲気温度を鋼帯の融点から十分に下回る温度とすることや、搬送ロールに溶融物が付着しにくいように、搬送ロールの表面状態を管理することが重要である。
【００１０】
すなわち、連続浸珪処理における搬送ロールと鋼帯の溶着に影響する因子としては、珪素添加速度（表層部珪素濃度）、雰囲気温度、鋼帯の融点（成分）、搬送ロールの表面状態などが挙げられる。この他、搬送ロールと鋼帯との、接触長さや接触時間なども因子としては考えられるが、実際の製造設備を考えると、鋼帯の在炉時間や炉内張力、および搬送ロール径には、それぞれ適切な範囲が存在するため、その範囲内で考える限り、上記因子の調整では搬送ロールと鋼帯の溶着を抑制し得る効果は考えられない。
【００１１】
また、搬送ロール自体を冷却して、搬送ロールと鋼帯の接触部の温度を下げることも考えられるが、温度を低下したことによる拡散反応速度の低下や、急激な温度変化による鋼帯への形状影響度（絞り）などの不利も考えられるため、積極的な冷却は好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特公昭62−227091号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、素材Ｃ添加についていえば、周囲雰囲気の酸素・水分濃度の低減を目的とした素材へのＣ添加は、浸珪処理時の鋼帯の酸化防止や、連続操業及び製品の加工性劣化を防止する観点から必要な技術要素である。
【００１４】
また、搬送ロールの表面状態を管理する指標の一つである搬送ロールの気孔率についていえば、鋼帯と搬送ロールとが接触する際に、搬送ロール気孔部への鋼帯浸透に影響を及ぼすため、搬送ロールの気孔は少ない方が理想的であるが、気孔の少ない搬送ロールは製造コストがかかることから、鋼帯を安価に製造するためには、気孔をある程度許容し、搬送ロールを安価に調達することが求められる。
【００１５】
さらに、高温炉の搬送ロールとして通例用いられるセラミック製のロールに関していえば、気孔率の低いセラミックを得ようとすると、その製造時には焼結用の助剤などが必要となるが、このような焼結用の助剤を用いた気孔率の低いセラミックを、浸珪処理の際に用いると、助剤の浸珪反応による搬送ロールの強度低下が懸念されるばかりでなく、搬送ロールへの強度影響が大きい助剤成分を用いたセラミックの場合には、搬送ロールの折損などの懸念も発生するため、助剤を要しないセラミック、すなわち、気孔率がある程度ある搬送ロールを選択せざるえない実情もある。
【００１６】
珪素添加当量についていえば、製造コストを考えた場合、短時間に、多量の珪素添加を行うことが理想だが、上述したように、急激な珪素添加は、浸珪処理中の鋼帯表層部の珪素濃度上昇を伴うため、鋼帯表層部の融点が下がり、鋼帯表層部が溶融しやすい状況を発生させてしまうので、珪素添加当量は、適正な範囲でのコントロールが重要となる。
【００１７】
本発明は、上記した現状に鑑み開発されたもので、浸珪処理方法における種々の制御因子の中でも、素材Ｃ濃度および珪素添加当量を適正な範囲でのコントロールすることで、表面性状に優れた高珪素鋼板を得ることができる高珪素鋼板の製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
発明者らは、上記した課題を解決するために、浸珪処理の際の珪素添加当量等について鋭意検討した。その結果、浸珪処理を行う温度における素材Ｃ濃度（珪素鋼板（鋼帯）の融点に影響）を適切に設定すると共に、搬送ロール気孔率と珪素添加当量（珪素拡散速度）を適正な領域で制御することが、珪素鋼板に溶融跡を発生させずに浸珪処理を行う上で極めて有利であることを見いだした。
本発明は、上記した知見に基づいて、さらに検討が加えられ完成されたものである。
【００１９】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．珪素鋼板に対して気体浸珪法を用いて連続的に浸珪処理を行い、高珪素鋼板を製造するに当たり、
上記珪素鋼板のＣ濃度を、下記式（１）で規定する最大Ｃ濃度以下とし、さらに、上記浸珪処理を、下記式（２）〜（４）によって規定されるA、K1およびK２が、A≦0.005では、K1≦4.50かつ0.06≦K２を、0.005＜Aでは、K1≦4.50をそれぞれ充足する条件で行う表面性状に優れた高珪素鋼板の製造方法。
記
Cmax＝4.05×exp（0.0028×T）・・・式（１）
但し、Cmax：最大Ｃ濃度（質量ppm）
T：浸珪処理温度（℃）
また、
A=ｔ×ｗ×LS×ρ×ΔSi×（10/L）・・・式（２）
K1＝A×log（T8.6×exp（φ））・・・式（３）
K２＝1000×A/log（T×exp（φ））・・・式（４）
但し、A：珪素添加当量（kg/(m・min)）
ｔ：板厚(m)
ｗ：板幅(m)
LS：通板速度(m/min)  
ρ：比重
ΔSi：珪素添加量（質量％）
L：浸珪炉長(m)
φ：搬送ロール気孔率（％）
T：浸珪処理温度（℃）
【発明の効果】
【００２０】
本発明に従う、浸珪方法を採用することにより、表面性状の良好な高珪素鋼板を連続的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】連続浸珪処理ラインの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明は、珪素鋼板（以下、単に珪素鋼板と言った場合は、素材鋼板を意味する）に対して、気体浸珪法を用いて連続的に浸珪処理（連続浸珪処理）を行い、高珪素鋼板を製造するに当たり、上記珪素鋼板のＣ濃度（素材Ｃ濃度）を、以下の式（１）で求められる最大Ｃ濃度以下とし、さらに、上記浸珪処理を、以下の式（３）で表される係数をK1、以下の式（４）で表される係数をK２としたとき、以下の式（２）で求められる珪素添加当量Aが、A≦0.005においては、K1≦4.50  かつ  0.06≦K２  の関係（関係１）を充足し、0.005＜Aにおいては、K1≦4.50の関係（関係２）を充足する条件で行うものであって、表面性状に優れた高珪素鋼板（以下、高珪素鋼板と言った場合は、本発明に従い得られた高珪素鋼板を意味する）を得ることができる。
【００２３】
本発明に用いる被浸珪処理材である珪素鋼板のＣ濃度は、以下式（１）の最大Ｃ濃度以下とすることが肝要である。
Cmax＝4.05×exp（0.0028×T）・・・式（１）
但し、Cmax：最大Ｃ濃度（質量ppm）
T：浸珪処理温度（℃）
とする。
と言うのは、浸珪処理雰囲気改善のため、ある程度のＣは素材への含有が必要である一方で、この浸珪処理においては、あるレベルの脱炭反応が起こる。また、浸珪処理後の製品としては、磁気時効を誘発する懸念があるため、極力Ｃが少ない方が好ましい。
よって、素材として有するＣ濃度にはある程度の上限値が必要となるからである。なお、本発明におけるＣ濃度以外の珪素鋼板の成分は、従来公知の浸珪処理に供されるものであれば、何れも問題なく使用することができる。
【００２４】
本発明では、式（２）として
A=ｔ×ｗ×LS×ρ×ΔSi×（10/L）・・・式（２）
但し、A：珪素添加当量（kg/(m・min)）
ｔ：珪素鋼板の板厚(m)
ｗ：珪素鋼板の板幅(m)
LS：珪素鋼板の通板速度(m/min)  
ρ：珪素鋼板の比重
ΔSi：珪素添加量（質量％）
L：浸珪炉長(m)
と規定する。
【００２５】
また、式（３）および式（４）として
K1＝A×log（T8.6×exp（φ））・・・式（３）
K２＝1000×A/log（T×exp（φ））・・・式（４）
但し、A：珪素添加当量（kg/(m・min)）
φ：搬送ロール気孔率（％）
T：浸珪処理温度（℃）
と規定する。
【００２６】
〔A≦0.005においては、K1≦4.50  かつ  0.06≦K２  （関係１）〕
上記式（２）により求められるAが、A≦0.005の範囲においては、上記式（３）により求められるK1および、上記式（４）により求められるK2が、K1≦4.50  で、かつ  0.06≦K２  （関係１）の関係を充足することが肝要である。
と言うのは、珪素添加を低位な状態にて行うケースにおいては、搬送ロール気孔率の影響度を浸珪処理温度よりも重視する必要があるため、搬送ロール気孔率因子の影響が強い式での制約が必要となるからである。ここに、本条件（関係１）は、実験乃至実行段階において経験的に得られたデータより導き出した条件である。
【００２７】
〔0.005＜Aにおいては、K1≦4.50（関係２）〕
他方、0.005＜Aの範囲においては、K1≦4.50（関係２）の関係を充足することが肝要である。
と言うのは、珪素添加濃度が高位な状態においては、浸珪処理温度による影響度が強いため、温度影響を重視した制約が必要となるからである。ここに、本条件（関係２）は実験乃至実行段階において経験的に得られたデータより導き出した条件である。なお、0.005＜Aにおいて、K2は、特に限定されない。
【００２８】
本発明では、気体浸珪法を用いて連続的に浸珪処理を行うが、本発明が対象とする連続浸珪は、従来公知の装置を用いて、上記した条件以外は、連続浸珪の常法に従って行うことができる。
【００２９】
一例を挙げると、珪素鋼板の浸珪処理では、Si供給用の原料ガスとしてSiCl4が使用される。そして、このSiCl4は以下の反応式によって珪素鋼板と反応し、Siは素材鋼板の鋼板表層部に浸透していく。
SiCl4＋5Fe→Fe3Si＋2FeCl2
【００３０】
このようにして鋼板表層部に浸透したSiは、さらに、SiCl4を含まない無酸化性ガス雰囲気中で均熱処理することによって、珪素鋼板の板厚方向に拡散する。
このようなプロセスにより珪素鋼板を連続的に浸珪処理する設備としては、図１に示すような連続浸珪処理ラインが用いられている。この連続浸珪処理ラインは、入側から、加熱帯、浸珪処理帯、拡散均熱処理帯および冷却帯を備え、珪素鋼板を加熱帯において処理温度まで連続的に加熱した後、浸珪処理帯でSiCl4と反応させることによってSiを浸透させ、次いで、拡散均熱処理帯においてSiを板厚方向に拡散させるための熱処理を連続的に施した後、冷却帯で冷却することでコイル状の高珪素鋼板を得ることができる。
【実施例】
【００３１】
板厚：0.1mmの3.0％Si材（素材Ｃ濃度：75質量ppm、Si濃度：3.0質量％、Mn濃度：0.1質量％、Ｐ濃度：0.01質量％、Ｓ濃度：0.005質量％、残部はFeおよび不可避的不純物、比重：7.65）を素材（珪素鋼板）として用い、図１に記載の連続浸珪処理ラインを用いて、SiCl4ガスを用いた浸珪処理を表１に記載の条件で実施した。ついで、その浸珪後の鋼板表面の溶融跡の発生有無調査を目視検査によって行った。
調査結果を表１に併記する。
【００３２】
【表１】
2015105416.tif 000003
【００３３】
同表より、本発明を満足する試験No.２，４及び６は、いずれも浸珪後の鋼板表面に溶融跡が認められなかったのに対し、本発明を外れる試験No.１，３及び５は、いずれも浸珪後の鋼板表面に溶融跡が認められた。
【図１】
2015105416.tif 000004