(57)【要約】【課題】エッジクラック発生を防止する連続ラインによる高珪素鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】反応炉内で、鋼板の表裏面に対向して炉長手方向に間隔をおいて複数配置されるスリットノズルの片側端部から鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付けることにより、鋼板にその表面からＳｉを浸透させる浸珪処理を施し、このＳｉを板厚方向に拡散させることにより高珪素鋼板を製造する方法において、ノズルスリット長が異なる2種類以上のスリットノズルを用いて鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付ける。この時［ノズルスリット長］≧［鋼板幅］のスリットノズルと、［ノズルスリット長］＜［鋼板幅］のスリットノズルを含む複数のスリットノズルを用いることが好ましく、さらに好ましくは［ノズルスリット長］/［鋼板幅］：1以上1.4以下のスリットノズルと、［ノズルスリット長］/［鋼板幅］：0.6以上1未満のスリットノズルの組み合わせである。【選択図】図１
2005281843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内で、鋼板の表裏面に対向して炉長手方向に間隔をおいて複数配置されるスリットノズルの片側端部から鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付けることにより、鋼板にその表面からＳｉを浸透させる浸珪処理を施し、このＳｉを板厚方向に拡散させることにより高珪素鋼板を製造する方法において、ノズルスリット長が異なる2種類以上のスリットノズルを用いて鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付けることを特徴とする連続ラインによる高珪素鋼板の製造方法。
【請求項２】
［ノズルスリット長］≧［鋼板幅］のスリットノズルと、［ノズルスリット長］＜［鋼板幅］のスリットノズルを含む複数のスリットノズルを用いて鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付けることを特徴とする請求項１に記載の連続ラインによる高珪素鋼板の製造方法。
【請求項３】
複数のスリットノズルは、
［ノズルスリット長］/［鋼板幅］：1以上1.4以下のスリットノズルと、［ノズルスリット長］/［鋼板幅］：0.6以上1未満のスリットノズルの組み合わせであることを特徴とする請求項2に記載の連続ラインによる高珪素鋼板の製造方法。
【請求項４】
複数配置されるスリットノズルの交互に異なる端部側から反応ガスを吹き付けることを特徴とする請求項１ないし3に記載の連続ラインによる高珪素鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散浸透処理法による高珪素鋼板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
珪素鋼板は優れた軟磁気特性を持つため、トランスやモータ、リアクトルのコア材として広く用いられている。この種の鋼板はＳｉ含有量が増すほど鉄損が低減され、Ｓｉが6．5ｗｔ％では磁歪が0となり、最大透磁率もピークとなるなど優れた磁気特性を呈することが知られている。
【０００３】
上記珪素鋼板を製造する方法として、拡散浸透処理法がある。拡散浸透処理法は低珪素鋼をあらかじめ溶製して圧延により薄板化した後、表面からＳｉを浸透させることにより高珪素鋼板を製造するもので、この方法によれば加工性の問題を生じることなく高珪素鋼板を得ることができる。詳細には、普通鋼板または低珪素鋼板（通常、Ｓｉ：4ｗｔ％以下）に対して、ＳｉＣｌ4等のＳｉ化合物を含む無酸化性ガス雰囲気中でＳｉの浸透処理（浸珪処理）を施して鋼板の表面からＳｉを浸透させ、次いで、Ｓｉ化合物を含まない無酸化性ガス雰囲気中で鋼板に対して拡散熱処理を施して、浸透させた珪素を鋼板中に拡散させ、Ｓｉを均質に含有させた高珪素鋼板を得るものである。
【０００４】
従来、この種の製造方法に関しては、鋼板を連続的に処理する場合の諸条件が十分検討されておらず、処理時間が30分以上と長いことや、処理温度が1230℃と極めて高くエッジ部が溶解するおそれがあるなど、処理条件が事実上連続ラインには適用できず、鋼板の連続ラインでの安定製造が期待できないという問題があった。
【０００５】
このような問題に対し、本出願人は先に、拡散浸透法を連続ラインに適用した珪素鋼板の製造法を、特許文献1、特許文献2に提案した。これらの方法は、鋼板を加熱し、ＳｉＣｌ4を含む無酸化性ガス雰囲気中で化学気相蒸着法により連続的に浸珪処理した後、ＳｉＣｌ4を含まない無酸化性ガス雰囲気で拡散均熱処理してＳｉを均一化し、冷却後コイル状に巻取る一連のプロセスを、連続ライン化し、珪素鋼板を効率よく製造する方法に関するもので、連続ラインにおいて浸珪処理する際の反応ガス濃度、反応時間、均熱拡散処理時間および処理温度等を詳細に検討且つ特定し、連続ラインでの拡散浸透処理による高珪素鋼板の製造を可能ならしめたものである。
【０００６】
上記の連続ラインにおける高珪素鋼板の製造方法において、連続的に浸珪処理が行われる浸珪処理炉では、鋼板の表裏面に対向して炉長方向に間隔をおいて複数のスリットノズルが配置され、これらのスリットノズルから通板する鋼板の両面に処理（反応）ガスが吹き付けられる。しかし、このようなスリットノズルから処理（反応）ガスを吹き付ける方式の浸珪処理では、スリットノズルから吹き出される処理（反応）ガスの流速分布に起因して、浸珪処理後の鋼板幅方向でのＳｉ濃度が不均一になるという問題がある。このような板幅方向でのＳｉ分布の不均一化は、Ｓｉ量の差による格子定数差によって板形状不良を引き起こしたり、Ｓｉ量の違いによる磁気特性のむらを生じさせたりする。
【０００７】
このような問題に対して、特許文献3では、炉長方向で間隔をおいて配されたスリットノズルに対して交互に異なる端部側から処理ガスを供給することで、板幅方向でのＳｉ濃度の均一化を図るようにした高珪素鋼板の製造方法が開示されている。この製造方法は、片側端部から処理ガスを供給するタイプのスリットノズルを使用した場合、ノズルのスリットから吹き出される処理ガスの流速分布が鋼板幅方向の浸珪量分布にほぼ一致することに着目し、隣接するスリットノズルに対し交互に異なる端部側から処理ガスを供給することで、それぞれの浸珪量分布を重ね合せ、板幅方向にほぼ均一なＳｉ濃度分布を得ようとするものである。
【特許文献１】特開昭62-227078号公報
【特許文献２】特開昭62-227091号公報
【特許文献３】特開平5-9704号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献3の方法では、鋼板を処理した際にエッジクラック発生による板破断を招く問題があることが判った。
【０００９】
本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、エッジクラック発生を防止する連続ラインによる高珪素鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために幅方向のＳｉ分布に着目し検討した。その結果、板幅方向エッジ部のＳｉ濃度を中央部のＳｉ濃度よりも低くすることによりエッジクラックの発生を防止できることを見出した。さらに、上記エッジ部のＳｉ濃度制御は、ノズルスリット長の異なる2種類以上のスリットノズルを反応炉内に配置し、これらのスリットノズルを用いて鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付けることにより可能となることも見出した。
【００１１】
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１２】
［1］反応炉内で、鋼板の表裏面に対向して炉長手方向に間隔をおいて複数配置されるスリットノズルの片側端部から鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付けることにより、鋼板にその表面からＳｉを浸透させる浸珪処理を施し、このＳｉを板厚方向に拡散させることにより高珪素鋼板を製造する方法において、ノズルスリット長が異なる2種類以上のスリットノズルを用いて鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付けることを特徴とする連続ラインによる高珪素鋼板の製造方法。
【００１３】
［2］前記［1］において、［ノズルスリット長］≧［鋼板幅］のスリットノズルと、［ノズルスリット長］＜［鋼板幅］のスリットノズルを含む複数のスリットノズルを用いて鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付けることを特徴とする連続ラインによる高珪素鋼板の製造方法。
【００１４】
［3］前記［2］において、複数のスリットノズルは、［ノズルスリット長］／［鋼板幅］：1以上1.4以下のスリットノズルと、［ノズルスリット長］／［鋼板幅］：0.6以上1未満のスリットノズルの組み合わせであることを特徴とする連続ラインによる高珪素鋼板の製造方法。
【００１５】
［4］前記［1］〜［3］において、複数配置されるスリットノズルの交互に異なる端部側から反応ガスを吹き付けることを特徴とする連続ラインによる高珪素鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
以上、本発明によれば、エッジクラックが発生することなく、連続ラインにより高珪素鋼板を製造することができる。
【００１７】
そして、クラックによる板破断が防止されるので安定して高珪素鋼板を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、反応炉内に複数配置されるスリットノズルから鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付けることにより、鋼板にその表面からＳｉを浸透させる浸珪処理を施すに際し、スリットノズルの一部にスリット長が異なるスリットノズルを導入し、スリットノズル長が異なる複数のスリットノズルを用いて鋼板に反応ガスを吹き付けることを特徴とする。そして、上記吹き付けを行うことにより、板幅方向エッジ部のＳｉ濃度が中央部のＳｉの濃度よりも低くなり、クラックの発生を防止することが可能となる。
【００１９】
なお、本発明において、エッジ部とは、板幅方向エッジから板幅に対して3％未満の部分をさす。
【００２０】
以下に本発明の詳細を説明する。
【００２１】
本発明では、反応炉内で鋼板にその表面からＳｉを浸透させる浸珪処理を施すに際し、反応炉内の鋼板通板ラインの上下に炉長手方向で間隔をおいてスリットノズルを複数配置する。図1及び図2にこのスリットノズルの構成を示す。スリットノズル1は、角筒形もしくは円筒形のノズル本体にスリット2を形成したものであり、そのノズル本体の片側端部から反応ガスを供給し、他方の端部は閉塞されている。この種のノズルはヘッド圧が高く取れないため、ノズル直下での鋼板への浸珪量は大きな分布を形成することになる。そこで、本発明では図1に示すように炉長手方向で複数配置されたノズルについて、交互に異なる端部側から反応ガスを供給することにより、隣接するノズル間でＳｉ量分布を互いに相殺させ、これによって板幅方向で均一な浸珪量を得られるようになっている。
【００２２】
さらに、本発明では、例えば、図3の互いに反対方向のノズル端部側から反応ガスが供給される、隣り合う上下2組のスリットノズルを用いた場合のように、鋼板幅に対しノズルスリット長を一定とせず変えることとする。図3においては、1組は〔ノズルスリット長〕／〔鋼板幅〕の比が1以上1.4以下と鋼板幅に対してノズルスリット長が長いものである。もう1組は〔ノズルスリット長〕／〔鋼板幅〕の比が0.6以上1未満と鋼板幅に対してノズルスリット長が短いものである。このように、鋼板幅に対するノズルスリット長が異なる複数のスリットノズルを用いることにより、鋼板エッジから外れた部分で上下ノズルからのガスが衝突してガスの乱れが生じ、このガスの乱れによりエッジ部の浸珪量が過剰となることを防止する。
【００２３】
以上より、本発明においては、反応炉内で鋼板にその表面からＳｉを浸透させる浸珪処理を施すに際し、ノズルスリット長が異なる2種類以上のスリットノズルを用いて行うこととする。そして、この時のノズルスリット長については、［ノズルスリット長］≧［鋼板幅］のスリットノズルと、［ノズルスリット長］＜［鋼板幅］のスリットノズルの組み合わせを用いることが好ましい。
【００２４】
また、［ノズルスリット長］／［鋼板幅］の比が、小さ過ぎると鋼板エッジ部近傍に当たるガス量が不足し、エッジ部の浸珪量が過少となり、逆に同比が大き過ぎると、鋼板エッジから外れた部分で上下ノズルからのガスが衝突してガスの乱れが生じ、このガスの乱れによりエッジ部の浸珪量が過剰となり、板幅方向エッジ部のＳｉ濃度を制御することが難しくなる。よって、ノズルスリット長は、［ノズルスリット長］／［鋼板幅］：1以上1.4以下のスリットノズルと［ノズルスリット長］／［鋼板幅］：0.6以上1未満のスリットノズルを組み合わせて用いることが好ましい。
【００２５】
また、各スリットノズルから鋼板の表裏面に反応ガスを吹き付ける流量を調整し、複数のスリットノズル間での流量割合を変化させることでエッジ部と中央部のＳｉ濃度の比を調整することが可能である。ゆえに、ノズルスリット長が異なるスリットノズルを用いることによるエッジ部のＳｉ濃度制御に併せて上記流量割合調整を行うことにより、エッジクラック発生防止の効果がさらに向上する。
【００２６】
さらに、ノズルスリットの位置は図3のように各スリットが中央にて揃うように設置してもよいし、右寄せ、左寄せにて設置してもよい。このように設置位置を変更することにより、エッジ部の浸珪量の調整が可能となる。ゆえに、ノズルスリット長が異なるスリットノズルを用いることによるエッジ部のＳｉ濃度制御、流量割合調整に併せて上記ノズルスリット位置調整を行うことにより、さらにエッジクラック発生防止の効果が向上する。
【００２７】
以上のように、上記に基づき浸珪処理を行うことにより、鋼板のエッジクラック発生を防止した高珪素鋼板を連続的に安定して製造することができる。
【００２８】
本発明法において素材（原板）として使用される鋼板は、一般に、普通鋼板または比較的低いＳｉ含有量（通常、Ｓｉ：4ｗｔ％以下）の無方向性若しくは方向性珪素鋼板である。このような素材鋼板の成分は特に限定されるものではないが、優れた磁気特性を得るために以下のように規定することが好ましい。
【００２９】
まず、非金属元素について説明すると、Ｃ：Ｃは初透磁率、最大透磁率を低下させ、Ｈｃを増し、鉄損を増大させる。この影響は、0．01ｗｔ％を超えると顕著になることが知られており、したがって、Ｃは0．01ｗｔ％以下とすることが好ましい。但し、結晶方位改善を目的として製鋼段階でＣを0．01ｗｔ％を超えて含有させ、圧延することも可能であるが、この場合には、時効および特性劣化を防止するため脱炭焼鈍を実施し、Ｃを0．01ｗｔ％以下とすることが好ましい。すなわち、Ｃ濃度の調整は溶製段階で行ってもよく、また、脱炭焼鈍を実施することにより行なってもよい。
【００３０】
Ｏ：Ｏは鉄損を高め、ＳｉＯ2のようなコロイド状微粒子として存在する場合には、磁気特性を著しく劣化させる元素として知られている。また、ＯはＣとどの程度共存するかによっても磁気特性を変化させる。特に、Ｏ含有量とＣ含有量とがほぼ同等の場合、鉄損値が最小になることも知られており、上記Ｃ含有量の適正範囲と同様に、Ｏ含有量も0．01ｗｔ％以下とすることが好ましい。
【００３１】
Ｎ、Ｓ：共に時効の原因となるため極力少なくすることが好ましく、これらの成分もそれぞれ0．01ｗｔ％以下とすることが好ましい。
【００３２】
Ｐ：Ｐは酸素による磁性劣化を軽減し、鉄損を減少させる作用があり、また、最大透磁率の改善および磁束密度の改善を目的として若干の添加が可能であるが、その添加量の上限は1ｗｔ％程度までである。
【００３３】
Ｈ：Ｈは鋼板を著しく脆くさせるため、高圧下でＨを含有させる等、積極的な含有は避けるべきである（通常ｐｐｍレベル以下）。
【００３４】
以上のように非金属元素については、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｓ等を極力低く抑え、且つＣとＯの比率を適正化することが好ましい。
【００３５】
次に金属元素について説明すると、Ｍｎ：熱間圧延時の展延性の改善と、脱硫作用および規則−不規則変態における磁性改善効果を考慮すると、Ｍｎは0．5ｗｔ％以下の範囲で添加することが好ましい。
【００３６】
Ｃａ：Ｃａは多量に含有すると透磁率を低下させるため、0．3ｗｔ％以下とすることが好ましい。
【００３７】
Ｖ：若干のＶを添加することにより、Ｈｃが改善されることが知られている。すなわち、Ｖは0．05ｗｔ％程度添加することにより、結晶粒の発達が促進され、磁性が改善される。このため、Ｖは0．1ｗｔ％を上限として添加することができる。
【００３８】
Ｔｉ：0．05ｗｔ％程度添加することでＶと同様の効果を期待でき、このため、0．1ｗｔ％を上限として添加することができる。
【００３９】
Ｂｅ、Ａｓ：若干の磁気特性改善効果が期待でき、それぞれ0．1ｗｔ％を上限として添加することができる。
【００４０】
Ｃｕ：0．7ｗｔ％程度までは、磁性を大きく劣化させることはないが、0．7ｗｔ％を超えて含有すると鉄損が増大する。このため、Ｃｕは0．7ｗｔ％以下、好ましくは0．1ｗｔ％以下とすることが望ましい。
【００４１】
Ｃｒ：鉄損を増大させる傾向があり、0．03ｗｔ％以下とすることが好ましい。
【００４２】
Ｎｉ：磁気特性を著しく悪化させるため、極力低減させることが好ましく、0．01ｗｔ％以下とすることが好ましい。
【００４３】
Ａｌ：従来の珪素鋼板では、Ａｌの電気抵抗を高める効果と展延性の改善効果とを利用して、Ｓｉの一部をＡｌで置き換える方法を採っている。例えば、4ｗｔ％Ｓｉとする代わりに、Ｓｉを3ｗｔ％、Ａｌを1ｗｔ％とし、加工性を維持させる配慮がなされている。本発明法では、Ｓｉ含有量を6．5ｗｔ％以上とできるため、磁性改善のために新たにＡｌを添加する必要はなく、溶製段階における脱酸促進および展延性の改善という観点から、0．5ｗｔ％以下とすることが好ましい。
【００４４】
また、Ｓｉの拡散処理をＡｒ、Ｈｅ、Ｈ2などの無酸化性雰囲気中で行う場合には、Ａｌが上記の量程度含まれていても特に問題はない。しかしながら、Ｎ2を含んだ雰囲気中で処理を行う場合には、高温処理のためＡｌが窒化し、冷却条件が適切でない場合には、その冷却過程において磁気特性に有害なＡｌＮが析出する。したがって、Ｎ2を含んだ雰囲気中で処理を行う場合には、ＡｌＮの析出を極力防止する観点から、Ａｌは80ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００４５】
また、以上のような元素の他に、下記のような目的で他の元素を添加しても本発明の効果を損なうものではない。
【００４６】
結晶粒成長抑制元素として、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｂ、Ｔｅ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ等、結晶方位改善元素としてＢ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ等、機械特性及び加工性改善元素としてＭｏ、Ｗ、Ｃｏ等、強度改善 としてＷ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ等である。
【実施例１】
【００４７】
図4に示すような水平パスの製造ラインにおいて、セラミック製円筒パイプ（100ｍｍφ）に〔ノズルスリット長〕／〔鋼板幅〕の比を変えてスリットを開けたスリットノズルを、パスラインの上下にパスライン方向で4列組込んだ浸珪処理炉を用い、高珪素鋼板の製造試験を行なった。用いたノズルの流量割合、〔ノズルスリット長〕／〔鋼板幅〕の比を表1に示す。
【００４８】
【表１】
2005281843.tif 000003
【００４９】
本発明例1は、〔ノズルスリット長〕／〔鋼板幅〕の比が1.1と0.8のノズルを用い、ノズルの流量を等しくした場合である。本発明例2は、〔ノズルスリット長〕／〔鋼板幅〕の比は本発明例1と同様の1.1と0.8であるが、ノズルの流量をノズルによって変え〔ノズルスリット長〕／〔鋼板幅〕の比が0.8のノズルの流量割合を高くした場合である。また、比較例は〔ノズルスリット長〕／〔鋼板幅〕の比がいずれのノズルも1.1の場合である。
【００５０】
また、スリットノズルへのガスの供給は、ノズル片側端部から行うとともに、パスライン方向でノズル毎に交互に異なる端部側から行った。また、浸珪処理は、鋼板の一方のエッジ部が、各ノズルスリットのガス供給側端部位置を通過するようにして行った。素材鋼板としては、板厚0．1ｍｍ×板幅600ｍｍの3％Ｓｉ鋼板を用い、浸珪処理により6．5％Ｓｉ鋼板とした。
【００５１】
他の製造条件は以下の通りである。
反応ガス ： 四塩化珪素と窒素との混合ガス（四塩化珪素濃度5〜30vol％）
ノズル1本当りのガス流量： 1．5〜2．5Ｎｍ3／ｈ
反応ガス吹出流速 ： 2〜4ｍ／ｓ
反応ガス吹付角度 ： 鋼板に対して垂直もしくは垂直から30°の傾き
製造された高珪素鋼板の板幅方向におけるＳｉ濃度の分布を図5に示す。なお、図5において、板幅方向位置は、一方の板最エッジを0％、板幅中央部を50％、他方の最エッジを100％として示す。
【００５２】
図5より、本発明法により得られた鋼板は、エッジ部におけるＳｉ濃度が中央部のＳｉの濃度より低く、0.25〜0.30％程下がっているのがわかる。このようにエッジ部におけるＳｉ濃度が制御されることによりクラックの発生を防止することが可能となる。
【００５３】
一方、比較例では、板幅方向でのＳｉ濃度が中央部からエッジ部に行くに従ってむしろ高くなっている。
【００５４】
なお、浸珪処理の反応ガスとしては、通常、四塩化珪素と不活性ガス（Ｎ2、Ａｒ等）との混合ガスが用いられるが、Ｓｉ化合物は上記四塩化珪素に限定されるものではない。
【実施例２】
【００５５】
表2に示す〔ノズルスリット長〕／〔鋼板幅〕の比、流量割合で行った以外は実施例1と同様の方法で行った。
【００５６】
【表２】
2005281843.tif 000004
【００５７】
製造された高珪素鋼板の板幅方向におけるＳｉ濃度の分布を図6に示す。なお、図6において、板幅方向位置は、一方の板最エッジを0％、板幅中央部を50％、他方の最エッジを100％として示す。
【００５８】
図6より、本発明法により得られた鋼板は、エッジ部におけるＳｉ濃度は中央部のＳｉの濃度より低く、0.35〜0.45％程下がっているのがわかる。このようにエッジ部におけるＳｉ濃度が制御されることによりクラックの発生を防止することが可能となる。
【００５９】
一方、比較例では、板幅方向でのＳｉ濃度が中央部からエッジ部に行くに従ってむしろ高くなっている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明で使用される上下2対のスリットノズルを示す斜視図である。
【図２】図1に示されるスリットノズルの斜視図である。
【図３】本発明で実施に供されるスリットノズルの配置およびガス供給方向を示す平面図である。
【図４】実施例において用いられる連続製造ラインを示す説明図である。
【図５】実施例1において製造された高珪素鋼板の板幅方向におけるＳｉ濃度の分布を示す図である。
【図６】実施例2において製造された高珪素鋼板の板幅方向におけるＳｉ濃度の分布を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
1  スリットノズル
2  スリット
【図１】
2005281843.tif 000005
【図２】
2005281843.tif 000006
【図３】
2005281843.tif 000007
【図４】
2005281843.tif 000008
【図５】
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【図６】
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