(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含けい素鋼素材に熱間圧延を施し、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施した後、脱炭焼鈍を施し、次いでAl2O3, SiO2, MgOのいずれか１種又は２種以上を主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後に仕上焼鈍を施して、仕上焼鈍後の鋼板片面当たりの酸素目付量を0.5g/m2 以下とする方向性電磁鋼板の製造方法において、最終冷延前の鋼板表面の脱珪層について、鋼板表面から板厚方向に鋼中のSi濃度が板厚中心のSi濃度に対して98％の濃度となる深さを５μm 以上100 μm 未満とし、かつ脱炭焼鈍の雰囲気酸化性（PH2O/PH2）の最大値Ｐmax を0.15以上0.60未満とし、かつ脱炭焼鈍中に鋼板の温度が750 ℃以上となる任意の焼鈍時間ＡおよびＢ（Ａ＞Ｂ）における酸化性ＰaおよびＰb の差（Ｐa −Ｐb）の最大値Ｐinc を０以上0.15未満とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、変圧器その他電気機器の鉄心などに用いられる方向性電磁鋼板の製造方法に関し、特に表面性状のコイル内の均一性を向上しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板は、２次再結晶により製品の結晶方位を｛１１０｝〈００１〉方位に集積させた鋼板であり、電気機器の鉄心材料として用いられている。近年、省エネルギーの観点から電気機器のエネルギーロスを極力低減することへの機運が高まり、より鉄損の低い方向性電磁鋼板が求められるようになってきている。
【０００３】
従来、方向性電磁鋼板は、含けい素鋼素材を熱間圧延し、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施した後、脱炭焼鈍を施し、MgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後に仕上焼鈍を施して２次再結晶粒を発達させるとともに鋼板表面にフォルステライト被膜を形成させるという、一連の工程により製造されるのが一般的であった。しかしながら、このようにして形成された方向性電磁鋼板は、フォルステライト被膜と地鉄との界面に凹凸を有しており、この凹凸が磁壁の移動を妨げるために、鉄損低減の観点から改善が望まれていた。
【０００４】
フォルステライトのない方向性電磁鋼板の製造方法として、例えば米国特許第3785882 号明細書や特開昭59-96278号公報には主成分がAl2O3 の焼鈍分離剤を用いる方法が、また、特開昭64-62476号公報にはMgO を主成分としアルカリもしくはアルカリ土類塩化物を２〜40部添加した焼鈍分離剤を用いる方法が、更に、特開平8-337823には焼鈍分離剤中のSiO2, Al2O3, MgOを特定比率で配合する方法が、それぞれ開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したフォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板の製造方法では、実験室的には鋼板全体にわたって比較的均一な表面性状（酸素目付量（鋼板表面に形成された酸化物量の指標となる。）や表面粗度）を有する方向性電磁鋼板を得ることができるが、工業的には、コイル全体にわたって均一な表面性状を得ることは困難であった。
【０００６】
そこで、この発明は、フォルステライト被膜の生成を抑制する手法により鉄損低減を図りながら、コイル全体にわたって表面性状が均一な方向性電磁鋼板を得ることのできる製造方法を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、含けい素鋼素材に熱間圧延を施し、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施した後、脱炭焼鈍を施し、次いでAl2O3, SiO2, MgOのいずれか１種又は２種以上を主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後に仕上焼鈍を施して、仕上焼鈍後の鋼板片面当たりの酸素目付量を0.5g/m2 以下とする方向性電磁鋼板の製造方法において、最終冷延前の鋼板表面の脱珪層について、鋼板表面から板厚方向に鋼中のSi濃度が板厚中心のSi濃度に対して98％の濃度となる深さを５μm 以上100 μm 未満とし、かつ脱炭焼鈍の雰囲気酸化性（PH2O/PH2）の最大値Ｐmax を0.15以上0.60未満とし、かつ脱炭焼鈍中に鋼板の温度が750 ℃以上となる任意の焼鈍時間ＡおよびＢ（Ａ＞Ｂ）における酸化性ＰaおよびＰb の差（Ｐa −Ｐb）の最大値Ｐinc を０以上0.15未満とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法である。
【０００８】
以下、この発明を得るに至った実験及びその結果を説明する。
常法に従い作製した方向性電磁鋼板用の最終冷延板に、脱炭焼鈍を施した。なお、この脱炭焼鈍は、公知の湿潤H2−N2雰囲気中にて行い、かかる脱炭焼鈍により、地鉄表層から１〜２μm の深さまでサブスケールと呼ばれる地鉄と酸化物 (主としてSiO2) との混合層が形成される。次いで、この脱炭焼鈍板に60wt％Al2O3 −40wt％MgO の焼鈍分離剤を塗布した後、コイル状に巻取ってから、1200℃×10hrの仕上焼鈍を施し、次いで水洗により焼鈍分離剤を除去した。水洗後は、鋼帯の酸素目付量及び表面粗度を調査した。この酸素目付量は、鋼中酸素濃度を単位面積当りの酸素量として換算することにより調べたものであり、鋼板表面に形成された酸化物量を示す指標となる。
図１に水洗後の鋼帯の平面図を模式的に示し、図示された位置、すなわち鋼帯の先端部、中央部、後端部における酸素目付量及び表面粗度を調査した結果を併せて記す。図１より、従来法では鋼帯の先端部、中央部、後端部で酸素目付量や表面粗度が異なっていて、表面性状が不均一であることが解る。
【０００９】
発明者らは、この原因を調査した結果、
(1) 仕上焼鈍中におけるコイル層間の雰囲気酸化性が、コイルの層間位置により異なること、
(2) 脱炭焼鈍で鋼板表面に生ずるサブスケールが粗であると、仕上焼鈍中にコイル層間の酸素分圧の高い部分で追加酸化を生じること、
(3) その結果、仕上げ焼鈍後の表面性状がコイル内で均一にならないこと、
が明らかとなった。
【００１０】
更に、発明者らは、追加酸化量に影響を与えるサブスケールの疎密さに及ぼす因子について追求した結果、最終冷間圧延前の鋼板表面の脱珪層深さ及び脱炭焼鈍中の雰囲気酸化性の変化が、サブスケールの疎密さ、ひいては追加酸化量に影響を及ぼし、これらを制御することにより追加酸化し難い緻密なサブスケールが形成されるために、仕上焼鈍後に表面性状の均一性に優れる方向性電磁鋼板を製造できることを見出した。かかる知見を得るための実験及びその結果について以下説明する。
【００１１】
表１に示す化学成分よりなる含けい素鋼スラブに熱間圧延を施した後、1000℃で30秒の焼鈍を行った。次いで１回目冷間圧延により板厚1.4mm とした後、1150℃で１分の中間焼鈍を施し、酸洗により中間焼鈍で生成したスケールを除去した。次いで、２回目の冷間圧延により板厚0.20mmとし、脱脂の後、850 ℃で３分の脱炭焼鈍を施した。更に、この脱炭焼鈍板に70wt％Al2O3 −30wt％MgO の配合になる焼鈍分離剤を塗布した後、1200℃で10hrの仕上焼鈍を施した。
【００１２】
【表１】
0003890711.tif 000002
【００１３】
これらの一連の工程の際、中間焼鈍後の酸洗時間を10秒〜120 秒の種々の時間に変化させることにより、脱珪層深さの異なる種々の鋼板を製造した。また、後述するように、脱炭焼鈍時の雰囲気酸化性を種々に変化させた。
仕上焼鈍後、図１に示したのと同様の９つの位置（先端部、中央部、後端部についてそれぞれ幅方向両端部及び中央部）で酸素目付量及び表面粗度を測定し、これらの最大値と最小値の差を酸素目付量のコイル内ばらつき、表面粗度のコイル内ばらつきとした。
【００１４】
図２に中間焼鈍後の酸洗時間が鋼板表層の脱珪層深さに及ぼす影響について示す。ここで脱珪層深さとは、図３に鋼板表層における鋼板表面からの厚み方向の距離とその距離におけるSi濃度の板厚中心部のSi濃度に対する比との関係の一例を示すように、脱珪層について鋼板表面から板厚方向に、鋼中のSi濃度が板厚中心のSi濃度に対して98％の濃度となる深さのことである。このような鋼板表層に生ずる脱珪層は、熱延後の巻取り時や中間焼鈍時に、鋼板表面のSiが酸化されて表層付近の鋼中Si濃度が低下することによって形成される。
図２より中間焼鈍後の酸洗時間が長くなるにしたがって、中間焼鈍時に生成した脱珪層が酸洗により失われて、脱珪層深さが小さくなっていることがわかる。
【００１５】
次に、脱炭焼鈍中の雰囲気酸化性の変化が追加酸化量に及ぼす影響について説明する。
図４に脱炭焼鈍時における雰囲気酸化性の時系列的変化の一例を示す。脱炭焼鈍は、湿潤な（水蒸気を含む）H2−N2雰囲気中で行われるが、実質的に脱炭が進行する750 ℃以上の雰囲気は図４のように一定ではない。というのは、脱炭が最も盛んな脱炭焼鈍の初期には、炉内の水蒸気が脱炭に消費されることにより、雰囲気酸化性が低くなるからである。そこで、上述の実験では、脱炭焼鈍の初期段階で炉内に投入する水蒸気の量を変化させ、脱炭焼鈍中の雰囲気酸化性の上昇量Ｐinc を変化させている。ここで、雰囲気酸化性の上昇量Ｐinc とは、図４に示されるように、実質的にサブスケールが形成される鋼板温度である750 ℃以上における雰囲気酸化性（PH2O/PH2) の増加量をさす。
【００１６】
図５にこのようにして製造されたコイルの酸素目付量、及び表面粗度の最大値と最小値の差を示す。最終冷延前の脱珪層深さが５μm 以上でかつ脱炭焼鈍中の雰囲気酸化性の上昇が0.15未満であるときに、コイル内で均一な表面性状が得られていることがわかる。とくに脱珪層深さ10μm 以上、雰囲気酸化性の上昇量Ｐinc が0.05未満のとき、極めて均一となる。
【００１７】
これらの脱珪層深さ及び雰囲気酸化性の上昇量の制御によりコイル内均一性が改善された原因について究明すべく、上記焼鈍分離剤塗布後の鋼板を850 ℃で５hr焼鈍し、焼鈍前後での鋼板の酸素目付量の差（追加酸化量）を測定した。その結果を図６に示す。最終冷延前の脱珪層深さが５μm 以上でかつ脱炭焼鈍中の雰囲気酸化性の上昇量Ｐinc が0.15未満であるときに、追加酸化が抑制されていることが解る。
【００１８】
以上のことから、脱炭焼鈍前の表面のSi濃度が低く、かつ脱炭焼鈍時の雰囲気酸化性の上昇を小さい、といった脱炭焼鈍条件では酸化が穏やかに、ゆっくりと進行するため、サブスケールは緻密となり、追加酸化を受けにくくなり、その結果、仕上焼鈍後の表面性状が均一になると考えられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明における出発材である含けい素鋼素材の成分組成は、特に限定するものではなく、方向性電磁鋼板用の素材として用いられている成分組成範囲であればよい。代表的な成分について好適範囲を挙げると次のとおりである。
Ｃは熱延組織を改善するため、0.01％以上添加することが望ましいが0.09％以上の添加は脱炭を困難にするので0.1 ％未満であることが望ましい。Siは電気抵抗を高め、鉄損を下げるうえで重要な成分であるが、4.5 ％以上では冷間圧延が困難となり、0.8 ％未満ではα→γ変態によりゴス方位への結晶方位の集積が失われるので0.8 ％以上4.5 ％未満が好ましい。インヒビターとしては、AlN, MnS, Ｂ，CuS, MnSe, CuSe など、公知の微細析出型、粒界偏析型のもののいずれもが適応し得る。これらの複合添加あるいは、他のインヒビター構成成分として、Bi, Pb, Sn, Sb, Ti, Nbなどを添加することもできる。
【００２０】
上記成分を含有する溶鋼は、鋳造されたのち、通常の工程により熱延板となる。熱延板は直ちに、もしくは800 ℃〜1200℃の温度域での10秒〜５分の短時間焼鈍の後、１回の冷間圧延、あるいは中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施す。必要に応じて、冷間圧延前には酸洗を施してスケールを除去することができる。最終冷延圧下率は65％以上92％未満とすることが望ましい。
【００２１】
この際、最終冷延前の鋼板表面の脱珪層深さは５μm 以上100 μm 未満、望ましくは10μm 以上100 μm 未満に制御されなればならない。脱珪層深さが５μm 未満の時は、既に述べたように、脱炭焼鈍時に生成するサブスケールが粗になるため、仕上焼鈍中に追加酸化を受け易くなり、コイル内で均一な表面性状を得ることが難しい。一方、脱珪層を100 μm 以上とするためには極めて長時間の焼鈍を必要とするので、経済的でない上、効果の増大も小さいので上限を100 μm とした。このような脱珪層深さの制御は中間焼鈍温度、雰囲気、熱延時巻取り温度、最終冷延前の酸洗量などによって制御できる。中間焼鈍の温度、露点が高いほど、熱延時巻取り温度が高いほどスケールの生成量が多くなり、脱珪層は増加する。また、最終冷延前の酸洗量が多いと、脱珪層は小さくなる。
【００２２】
最終冷延後、脱脂し、必要に応じて酸洗したのち、脱炭焼鈍を施す。酸洗の際は、脱珪層が失われないよう酸洗量を最小限にとどめることが望まれる。
脱炭焼鈍温度は800 ℃未満では脱炭が進行せず、製品が磁気時効を生じ、950 ℃以上では、製品の結晶方位のゴス方位への集積が失われることから800 ℃以上950 ℃未満であることが望ましい。
脱炭焼鈍時の雰囲気酸化性（PH2O/PH2) の最大値（Ｐmax ) は0.15以上0.60未満に制御されねばならない。というのは、0.15未満では脱炭が進行せず、製品が磁気時効を生じ、0.60以上ではサブスケールの量が多すぎて、仕上焼鈍後の鋼板片面当たりの酸素目付量を0.5g/m2 以下とすることが困難となるからである。酸素目付量が0.5g/m2 より多いと、コイル長手方向あるいは巾方向に酸化膜の均一性を確保するのが困難となり、局所的に膜の厚い箇所等が発生してしまう。
ここで雰囲気酸化性の最大値Ｐmax とは、実質的に鋼板の酸化が起きる鋼板温度、すなわち750 ℃以上における最大の雰囲気酸化性 (PH2 O/PH2 ) をさす。また、脱炭焼鈍時の酸化性の上昇量は０以上0.15未満、望ましくは0.05未満に制御されなればならない。というのは、雰囲気酸化性の上昇量Ｐinc が0.15以上では、既に述べたように、仕上焼鈍中に追加酸化を受け易くなり、コイル内で均一な表面性状を得ることが難しいからである。
ここで、酸化性の上昇量Ｐinc とは、鋼板の温度が750 ℃以上となる任意の焼鈍時間Ａ，Ｂ（Ａ＞Ｂ）における酸化性Ｐa ，Ｐb に関し、Ｐa −Ｐb の最大値を指す。図７(a),(b) に、脱炭焼鈍時における焼鈍温度、雰囲気の時系列的変化の例と、Ｐa −Ｐb が最大となるＡ．Ｂ及びＰinc を示す。Ｐinc が大きいと、脱炭焼鈍中に酸化性が大きく増加するため、酸化反応が急速に進行して、粗なサブスケールが形成される。
【００２３】
脱炭焼鈍後は、Al2O3, SiO2, MgOのいずれか１種又は２種以上を主成分とする焼鈍分離剤を塗布したのちに仕上焼鈍を施し、仕上焼鈍後鋼板の片面酸素目付量を0.5g/m2 以下とする。焼鈍分離剤には、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、塩化物など公知の添加剤を添加できる。とくに、MgO 単体では、フォルステライト被膜が形成され片面酸素目付量が0.5g/m2 以上となるので、上記添加剤の使用が望ましい。仕上焼鈍は公知の方法いずれもが適応し得るが、純化の観点から1200℃×10時間程度、水素を含有する雰囲気での焼鈍が推奨される。
【００２４】
仕上焼鈍後、水洗により、焼鈍分離剤を除去する。その後、化学研磨、電解研磨などにより、表面の平滑性を向上させることもできる。また、公知のコーティングを被成してもよい。更に、線状の歪みあるいは溝を導入する等、公知の磁区細分化処理を施すこともできる。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
Ｃ：0.06wt％, Si：3.28wt％, Mn：0.07wt％, Se：0.02wt％, Sb：0.03wt％, Al：0.025wt ％, Ｎ；0.0070wt％を含み、残部は実質的にFeよりなるスラブを1420℃に加熱してから熱間圧延により2.2mm 厚とし、冷間圧延により板厚1.5mm とした。次に1050℃で２分間、かつ100 ％N2で０℃〜60℃の種々の露点になる雰囲気の条件で中間焼鈍を施し、10秒間の酸洗の後、最終冷間圧延を施し、0.20mmに仕上げた。この冷延板に表２に示す条件で脱炭焼鈍を施したのち、65％SiO2−25％Al2O3 −10％MgO を含有する焼鈍分離剤を塗布した後、1200℃で10時間の仕上焼鈍を行った。なお、仕上焼鈍の際、900 ℃〜1150℃の間は25％N2-75 ％H2の混合雰囲気であり、1150℃以上は100 ％H2雰囲気とした。かくして得られた鋼板の酸素目付量、及び表面粗度の最大と最小の差、平均を図２の要領で評価した。結果を表２に併記する。
【００２６】
【表２】
0003890711.tif 000003
【００２７】
（実施例２）
Ｃ：0.06wt％, Si：3.28wt％, Mn：0.07wt％, Ｓ：0.02wt％, Al：0.025 wt％, Ｎ；0.0070wt％，Bi：0.005 wt％を含み、残部実質Feよりなるスラブを1420℃に加熱してから熱間圧延により2.2mm 厚とし、冷間圧延により板厚1.8mm とした。1050℃×２分間で100 ％N2、０℃〜60℃の種々の露点を含有する雰囲気中で中間焼鈍を施し、10秒間の酸洗の後、最終冷間圧延を施し、0.23mmに仕上げた。この冷延板に表２に示す条件で脱炭焼鈍を施したのち、98％MgO ＋２％ビスマス塩化物を含有する焼鈍分離剤と塗布した後、1200℃×10時間の仕上焼鈍を行った。なお900 ℃〜1150℃の間は50％N2-50 ％H2の混合雰囲気であり、1150℃以上は100 ％H2雰囲気とした。かくして得られた鋼板の酸素目付量、及び表面粗度の最大と最小の差、平均を図２の要領で評価した。結果を表３に示す。
【００２８】
【表３】
0003890711.tif 000004
【００２９】
【発明の効果】
かくしてこの発明によれば、最終冷延前の鋼板表面の脱珪層深さ及び脱炭焼鈍の雰囲気酸化性を制御することにより、コイル内で均一な表面性状を有する方向性電磁鋼板を製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】水洗後の鋼帯における酸素目付量及び表面粗度を示す図である。
【図２】中間焼鈍後の酸洗時間が鋼板表層の脱珪層深さに及ぼす影響について示す図である。
【図３】鋼板表層における鋼板表面からの厚み方向の距離とその距離におけるSi濃度の板厚中心部のSi濃度に対する比との関係の一例を示す図である。
【図４】脱炭焼鈍時における雰囲気酸化性の時系列的変化の一例を示す図である。
【図５】雰囲気酸化性の上昇量Ｐinc 及び脱珪層深さが、コイルの酸素目付量、及び表面粗度の最大値と最小値の差に及ぼす影響を示す図である。
【図６】雰囲気酸化性の上昇量Ｐinc 及び脱珪層深さが、追加参加料に及ぼす影響を示す図である。
【図７】Ｐinc を説明する図である。
【図１】
0003890711.tif 000005
【図２】
0003890711.tif 000006
【図３】
0003890711.tif 000007
【図４】
0003890711.tif 000008
【図５】
0003890711.tif 000009
【図６】
0003890711.tif 000010
【図７】
0003890711.tif 000011