(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性珪素鋼板の製造方法において、その連続脱炭焼鈍に際し、方向性珪素鋼板の延べ長さにして少なくとも100km 通板ごとに、0.5km 以上の長さを有し、片面または両面に複数個の溝を配設した鋼板の該溝配設面を連続脱炭焼鈍炉内のハースロールと接触させて通板することを特徴とする方向性珪素鋼板の製造方法。
【請求項２】
溝の深さを５μｍ以上、溝の幅を20μｍ以上、溝と溝との間隔を100mm 以下とし、溝の方向を鋼板幅方向に対し５〜70°の線状の溝とすることを特徴とする請求項１記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
【請求項３】
溝配設鋼板の通板速度と連続脱炭焼鈍炉内のハースロールの周速度を非同期化することを特徴とする請求項１又は２記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、表面性状に優れた、詳しくはフォルステライト被膜の厚みが薄く、かつ均一で密着性に優れた方向性珪素鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
方向性珪素鋼板は変圧器や発電機等の鉄芯材料として使用される。これらの機器は電気エネルギー間の交換や、力学エネルギーの電気エネルギーへの交換に使用されるもので、方向性珪素鋼板としては磁束密度が高いことと鉄損が低いことが要求される。
【０００３】
すなわち、磁束密度が高い場合、これらの機器のサイズを小型化することが可能となり、鉄損が低い場合には、これらの機器によって無駄に消費されるエネルギー損失を抑えることが可能となる。
方向性珪素鋼板の鉄損はその板厚に大きく依存するので、板厚の薄い方向性珪素鋼板を製造して鉄芯の形に打抜いたり、切断した後、積層して鉄芯の形に組み上げることがなされている。
【０００４】
方向性珪素鋼板の表面にはフォルステライト（Mg2SiO4 ）からなる結晶質の被膜とさらにその上にリン酸塩系のコーティング被膜が存在しており、これらの被膜によって絶縁性が保たれている。すなわち鋼板間の絶縁性が不良の場合、これらの機器の稼働時において、鋼板間に大電流が流れる結果機器の破損を招き、これらの機器を使用している発電所、変電所の機能が停止し、地域に対し重大な悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
このためには、これらの絶縁被膜の均一性と密着性が良好なことが必要である。すなわち、絶縁被膜の均一性が悪い場合、機器組立て後の実機稼働の際に、絶縁被膜の不良部より鋼板間に大電流が流れ、機器の損傷を招く。また絶縁被膜の密着性が悪い場合、方向性珪素鋼板の打抜や切断加工の際、被膜が剥落し、同じく機器の損傷をもたらす。
【０００６】
二層の被膜のうち、下層に存在するフォルステライト被膜は脱炭焼鈍および最終仕上焼鈍工程で形成され、被膜特性の制御が極めて困難であるのに対し、上層に存在するリン酸塩系コーティング被膜は、最終仕上焼鈍後の鋼板に塗布し焼付けるのみであるので被膜特性の制御が比較的容易である。そこで、方向性珪素鋼板の表面被膜の均一性および密着性は、主にフォルステライト被膜の特性で決定される。
【０００７】
フォルステライト被膜は、脱炭焼鈍時に鋼板表層に形成されるサブスケール中のシリカ（SiO2）が鋼板表面に塗布された焼鈍分離剤中のマグネシア（MgO ）と、最終仕上焼鈍中に主として下式のような固相反応により形成される。
２MgO ＋SiO2→Mg2SiO4 
ここで、フォルステライト被膜の均一性および密着性を損う要因のひとつとして、脱炭焼鈍時に鋼板表面に粗大な鉄酸化物の塊が付着し、かかる付着物の存在する場所の鋼板表面に押きず状のへこみが形成されることが挙げられる。これは、脱炭焼鈍時に鋼板表面にわずかに生成するFeO やFe2SiO4 の鉄酸化物がハースロール表面に堆積し、長時間連続脱炭焼鈍炉の操業を続けていくとロール表面に付着推積した鉄酸化物が成長し、高温熱処理のため軟化している鋼板表面に逆に付着したり、押きずを発生させるためで、ピックアップと一般に呼称されている。
【０００８】
こういったピックアップが脱炭焼鈍後の鋼板表面に発生した場合、ピックアップ発生の場所ではフォルステライト被膜の密着性が劣化したり、点状に被膜が欠落した点状被膜欠陥が生成し被膜の均一性を害する結果となる。
このため脱炭焼鈍において、ピックアップの発生を抑制することが必要であるが、従来は脱炭焼鈍炉のハースロールの材質にのみ研究の主眼が注がれていた。
【０００９】
すなわち、特公昭44−3694号公報には、黒鉛質炭素材料をロール材料として使用することによりピックアップのない良好な製品を得る技術が開示されており、特開昭57−137419号公報には、黒鉛化度0.6 以上で気孔率５〜15％、ショア硬度50〜100 の黒鉛質炭素材料をロール材料として使用する技術が開示されており、また特公昭60−9989号公報には黒鉛質炭素材料のロール表面の気孔部にMg、Ca、Zn、Alのリン酸塩にコロイド状シリカを配合した薬剤を含浸させたロールをハースロールとして使用する技術が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述のようなロール材質を改良する手法も一定の成果は得られたが鋼板を連続的に長時間にわたって処理した場合、通板コイルの延べ通板距離が長くなると急激にピックアップが発生するという欠点を有していた。
本発明は、方向性珪素鋼板の連続脱炭焼鈍時の延べ通板距離が長距離化するに伴い急激に発生するピックアップを防止し、表面性状に優れた方向性珪素鋼板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、方向性珪素鋼板の製造方法において、その連続脱炭焼鈍に際し、方向性珪素鋼板の延べ長さにして少なくとも100km 通板ごとに、0.5km 以上の長さを有し、片面または両面に複数個の溝を配設した鋼板の該溝配設面を連続脱炭焼鈍炉内のハースロールと接触させて通板することを特徴とする方向性珪素鋼板の製造方法であり、望ましくは、前記溝の深さを５μｍ以上、溝の幅を20μｍ以上、溝と溝との間隔を100mm 以下とし、溝の方向を鋼板幅方向に対し５〜70°の線状の溝としたものであり、また、さらに望ましくは、溝配設鋼板の通板速度と連続脱炭焼鈍炉内のハースロールの周速度を非同期化した方向性珪素鋼板の製造方法である。
【００１２】
【作用】
本発明者らは、鋼板片面に深さ20μｍ、幅１mmの溝で、溝と溝との間隔が５mm、溝の方向が鋼板幅方向の溝を有する長さ約１kmのコイル（以下溝配設鋼板または溝を配設した鋼板と呼称する）を、その溝面が連続脱炭焼鈍炉のハースロールと接触する側に設置して、脱炭焼鈍する方向性珪素鋼の冷間圧延板間に挿入して通板し、ピックアップ発生状況を調査した。
【００１３】
連続脱炭焼鈍炉の雰囲気の酸素ポテンシャルPH2O／PH2 を0.55に設定して、延べ通板コイルの距離1000kmを通板して、鋼板表面のピックアップの発生を調査しピックアップ発生率｛（ピックアップが発生した鋼板の距離／全通板距離）×100 ｝を求めた。この時、ａ）溝配設鋼板を挿入しない、ｂ）約500km 通板ごとに溝配設鋼板を挿入する、ｃ）約400km 通板ごとに溝配設鋼板を挿入する、ｄ）約300km 通板ごとに溝配設鋼板を挿入する、ｅ）約200km 通板ごとに溝配設鋼板を挿入する、ｆ）約100km 通板ごとに溝配設鋼板を挿入する、ｇ）約80km通板ごとに溝配設鋼板を挿入する、ｈ）約50km通板ごとに溝配設鋼板を挿入する、ｉ）約25km通板ごとに溝配設鋼板を挿入する、の各条件で実験を行った。この実験結果を図１に示すが、溝配設鋼板の挿入の間隔が100km 通板ごと以下であれば、脱炭焼鈍におけるピックアップの発生を急激に低減することが可能であるとの知見を得た。
【００１４】
溝配設鋼板の連続脱炭焼鈍炉への通板によってピックアップの発生が低減できる理由は下記の機構によるものと思われる。
すなわち、表面研磨後の新しいハースロールを使用した後、脱炭焼鈍板表面にわずかに形成したFeO やFe2SiO4 といった鉄酸化物がハースロールに転写し徐々に堆積され、ある一定量を超えると焼鈍中の軟化した鋼板を圧迫し、脱炭焼鈍板にへこみを生じたり、圧縮したりしてピックアップとなる。図２に示すように溝配設鋼板２の溝配設面をハースロール１との接触する側にして通板した場合、図３に示されるようにハースロール１に堆積した鉄酸化物３が鋼板の溝により擦過され、ハースロール１から剥落する。このことによりハースロール１が自動研磨され、ピックアップの発生を抑止するものである。このことは、溝配設鋼板通板後のハースロール１を取り出して検査した結果、ロール表面が清浄化していた事実により確認された。なお、図２、図３においてｖは溝配設鋼板２の通板速度、Ｖはハースロール１の周速度を示す。
【００１５】
次に、挿入する溝配設鋼板の長さについて検討した。すなわち、連続脱炭焼鈍炉で延べ1000kmの方向性珪素鋼板を脱炭焼鈍するに際し、100km 通板ごとに溝配設鋼板を挿入し、挿入する溝配設鋼板の長さを0.2 、0.3 、0.4 、0.5 、0.7 、0.9 、1.21、1.8 、2.3km と変更し、ピックアップ発生率を評価した。その結果を図４に示す。図４より溝配設鋼板の長さを0.5km 以上とすることにより、ピックアップの発生率を急激に低減することが可能である。
【００１６】
上記知見のもとに、本発明者らはさらに溝配設鋼板に設ける溝の位置、溝の最適形状と間隔、および溝の方向について検討を加え、次に溝配設鋼板を連続脱炭焼鈍炉に通板する際の通板速度ｖmpm とハースロールの周速度Ｖmpm との適正な関係について調査した。
まず溝の位置であるが図５に示されるように、（ａ）点状に規則正しく並んだもの、（ｂ）点状に無秩序に並んだもの、（ｃ）線状に規則正しく並んだもの、（ｄ）線状に不規則に並んだもの、いずれの場合でも本発明のピックアップ低減効果はあったが、100km 通板ごとに0.8km の長さの溝配設鋼板を挿入する前出と同様の実験を行ったところ、ピックアップ発生率は、図５（ａ）では8.9 ％、（ｂ）では7.4 ％、（ｃ）では4.2 ％、（ｄ）では5.9 ％と線状の溝Ａで規則正しい間隔に溝Ａを配設した場合が最も効果が大きかった。
【００１７】
またさらに線状の溝Ａを配設した場合でも図５（ｅ）のように、溝Ａを圧延方向に傾け溝の交絡密度を高めた方がピックアップの発生率として3.5 ％で良好な結果を得た。
次に、線状で等間隔に溝を配設した場合について、溝の深さと幅を変更して、0.6km の長さの溝配設鋼板を用いて同様の実験を行いピックアップ発生率を求めた結果を図６に示す。図６から溝の幅20μｍ以上、溝の深さ５μｍ以上においてピックアップ発生率の低減効果が大きいことがわかる。
【００１８】
次に線状で等間隔に溝を配設した場合について、溝の間隔と溝の方向（鋼板幅方向となす角度θで定める）について、0.6km の長さの溝配設鋼板を用いて同様の実験を行いピックアップ発生率を求めた結果を図７に示す。図７から溝の間隔100mm 以下で溝の方向を鋼板幅方向に対し５〜70°の角度とすると、ピックアップ発生率の低減効果が大きいことがわかる。
【００１９】
最期に、溝配設鋼板の通板速度と連続脱炭焼鈍炉内のハースロールの周速度との相対関係について調査した。使用した溝配設鋼板の溝は最初の実験と同じく、深さ20μｍ、幅１mmの溝で、溝と溝との間隔を５mmとし、溝の方向は鋼板の幅方向から10°の角度とした。溝配設鋼板の長さは0.8km で100km 通板するごとに連続脱炭焼鈍炉に挿入し、1000km延べ通板時のピックアップ発生率で評価しハースロールの周速度Ｖmpm は常に一定に保ち、溝配設鋼板の通板速度ｖmpm を変更することにより両者の相対速度（Ｖ−ｖ）mpm を変えた。この実験の結果を図８に示す。
【００２０】
図８から溝配設鋼板の通板速度とハースロールの周速度を非同期化することにより、さらにピックアップ発生率が低減することがわかる。しかしながら両者が同期化した場合にもピックアップ発生率の増加は少ない。これは各ハースロールについて詳細にみれば微妙に溝配設鋼板の通板速度とずれを生じていて、これがピックアップの発生を低減しているものと思われる。
【００２１】
上述したように本発明においては、連続脱炭焼鈍炉に溝を配設した鋼板を通板してハースロール表面に堆積する鉄酸化物を除去し、ピックアップの発生を抑える。
溝の配設面としては片面もしくは両面のいずれも可能であるが、溝配設面４を連続脱炭焼鈍炉内のハースロールと接触する側に配置して通板することが必要である。すなわち、これによってハースロール面に堆積した鉄酸化物が溝によってハースロール面から研磨、除去される。
【００２２】
また通板する溝を配設した鋼板の長さは0.5km 以上であることが必要である。0.5km 未満である場合は、ハールロール面に堆積した鉄酸化物を除去するのに十分でなくハースロール面に堆積した鉄酸化物によってピックアップが発生する。
さらに溝を配設した鋼板の通板間隔としては連続脱炭焼鈍を通板した方向性珪素鋼板の延べ長さにして、少なくとも100km 通板ごととすることが必要である。すなわち溝を配設した鋼板の通板間隔が100km を超える場合はハースロール面に鉄酸化物が堆積してピックアップの発生をもたらす結果となる。
【００２３】
溝配設鋼板の種類としては、特に限定されないが同一の材質である珪素鋼板が望ましい。
また溝を配設する面における溝の位置について点状に規則正しく並んだものでも、点状に無秩序に並んだものでも、線状に規則正しく並んだものでも線状に不規則に並んだものでも、溝の存在によってハースロールに堆積した鉄酸化物の除去は可能であるので効果を有するが、特に線状に規則正しく並んだ場合が最もピックアップの発生の抑制作用を有するので望ましい。
【００２４】
この時、最も適正な溝の深さは５μｍ以上で溝の幅は20μｍ以上であり、溝と溝との間隔は100mm 以下である。また溝の方向としては鋼板の幅方向に対して５〜70°の角度とすることが、溝によるハースロールに堆積した鉄酸化物の除去能力に最も優れピックアップの発生を抑制することが可能で優れている。
さらに溝を配設した鋼板の連続脱炭焼鈍炉の通板速度については、炉内のハースロールの周速度と同期化されていない方がハースロールに堆積した鉄酸化物の除去作用に優れ、ピックアップの発生をよりよく低減することが可能となる。
【００２５】
かかる方法によって連続脱炭焼鈍された方向性珪素鋼板は表面に生成するピックアップの発生が極めて少ないので、その後の焼鈍分離剤塗布と最終仕上焼鈍によって形成されたフォルステライト被膜においても点状欠陥の発生が低く、表面性状に優れた方向性珪素鋼板の製品が得られる。
【００２６】
【実施例】
実施例１
Ｃ：0.036 ％、Si：3.20％、Mn：0.073 ％、Se：0.016 ％を含有する0.22mm厚の方向性珪素鋼板を連続脱炭焼鈍炉で脱炭焼鈍した。
焼鈍はコイルを連結して連続して行い、雰囲気としてＨ250 ％、露点60°、残余Ｎ2 バランスの状態で850 ℃、２分間行った。ピックアップ防止用の溝を配設した鋼板としては0.35mm厚のSUS304の鋼板でハースロール面側に、深さ50μｍ、直径２mmの溝を無秩序に配設した鋼板を用い、方向性珪素鋼板を延べ25km通板するごとに、溝を配設したSUS304の鋼板をハースロールの回転と同期させないで 0.6km通板し、通板距離として延べ1000km脱炭焼鈍処理をし実施例とした。
【００２７】
一方、同一の方向性珪素鋼板を連続して延べ1000km処理し、比較例とした。
両者は、TiO2を２％、SrSO4 を２％含有するMgO を焼鈍分離剤として塗布した後、各コイル単位でコイル状に巻きとり850 ℃で50時間Ｎ2 中で保持した後、25％Ｎ2 と75％Ｈ2 の雰囲気で20℃／hrの昇温速度で1200℃まで昇温した後、Ｈ2 で1200℃５時間保持する最終仕上焼鈍を施した。この時の脱炭焼鈍後のピックアップ発生率と、最終仕上焼鈍後の点状被膜欠陥発生率を表１に示す。
【００２８】
【表１】
0003873292.tif 000002
【００２９】
実施例２
Ｃ：0.065 ％、Si：3.36％、Mn：0.070 ％、Al：0.022 ％、Se：0.018 ％、Sb：0.023 ％を含有する0.22mm厚の方向性珪素鋼板を連続脱炭焼鈍炉で脱炭焼鈍した。
焼鈍はコイルを連結して連続して行い、雰囲気としてＨ2 45％、露点53℃、残余Ｎ2 バランスの状態で850 ℃、２分間行った。ピックアップ防止用の溝を配設した鋼板としては、同じ材料の0.22mm厚の方向性珪素鋼板でハースロール面側に深さ25μｍ、幅200 μｍの線状の溝で板幅方向となす角10°の鋼板を50km通板ごとにハースロールの周速度と同期させた通板速度で 2.2km通板し、通板距離として延べ1000km脱炭焼鈍処理をし実施例とした。
【００３０】
一方、同一の方向性珪素鋼板を連続して延べ1000km処理し比較例とした。
両者は10％TiO2、Sr(OH)2 、８H2O を２％含有するMgO を焼鈍分離剤として塗布した後、各コイル単位でコイル状に巻きとり850 ℃で20時間Ｎ2 中で保持した後、25％Ｎ2 と75％Ｈ2 の雰囲気で15℃／hrの昇温速度で1200℃まで昇温した後、Ｈ2 で1200℃５時間保持する最終仕上焼鈍を施した。この時の脱炭焼鈍後のピックアップ発生率と最終仕上焼鈍後の点状被膜欠陥発生率を表２に示す。
【００３１】
【表２】
0003873292.tif 000003
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、方向性珪素鋼板の連続脱炭焼鈍に伴い発生するピックアップを炉操業を中断することなく、ハースロールに堆積する鉄酸化物を取除くことによってその発生を抑制し、製品の点状被膜欠陥の発生を低減し、表面性状に優れた方向性珪素鋼板を有利に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続脱炭焼鈍下のピックアップ発生率に及ぼす溝配設鋼板の繰返し挿入間隔の影響を示すグラフ。
【図２】溝配設鋼板の溝配設面と連続焼鈍炉内のハースロールとの位置関係を示す説明図。
【図３】ハースロールに堆積した鉄酸化物が溝配設鋼板によって剥落することを示した模式図。
【図４】ピックアップ発生率に及ぼす溝配設鋼板の長さの影響を示すグラフ。
【図５】溝配設鋼板の溝配設面における種々の溝の配設例を示す説明図。
【図６】ピックアップ発生率に及ぼす溝の深さと溝の幅の影響を示すグラフ。
【図７】ピックアップ発生率に及ぼす溝の間隔と溝の方向の影響を示すグラフ。
【図８】ピックアップ発生率に及ぼす溝配設鋼板の通板速度とハースロール周速度との相対速度差の影響を示すグラフ。
【符号の説明】
１  ハースロール
２  溝配設鋼板
３  堆積した鉄酸化物
４  溝配設面
Ａ  溝
【図１】
0003873292.tif 000004
【図２】
0003873292.tif 000005
【図３】
0003873292.tif 000006
【図４】
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【図５】
0003873292.tif 000008
【図６】
0003873292.tif 000009
【図７】
0003873292.tif 000010
【図８】
0003873292.tif 000011