(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｓｉ：２．０〜４．０％、酸可溶性Ａｌ：０．０１〜０．０５％、Ｎ：０．０１％以下、Ｍｎ：０．３％以下、Ｓ：０．０５％以下、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなる珪素鋼熱延鋼帯を、一回もしくは中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延により最終板厚の鋼板とし、次いで脱炭焼鈍を行った後、該鋼板を積層する際、板間の焼鈍分離剤中の主体成分としてアルミナを用い、該積層された鋼板を仕上げ焼鈍する方向性電磁鋼板の製造方法において、前記脱炭焼鈍の工程を前段と後段に分離し、前段及び後段の均熱温度、Ｔ１（℃）及びＴ２（℃）を、それぞれ、以下の範囲で行い、さらに、前段の雰囲気ガスの酸化度（ＰH2O／ＰH2）を、０．０１以上０．２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。
７７０≦Ｔ１≦８６０
Ｔ１＋１０≦Ｔ２≦９５０
【請求項２】
前記脱炭焼鈍後、仕上げ焼鈍までの間に窒化処理を行うことを特徴とする請求項１記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】
前記脱炭焼鈍の工程を、Ｆｅ系酸化物の形成しない酸化度（ＰH2O／ＰH2）雰囲気ガス中で行うことを特徴とする請求項１又は２記載の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】
本発明は、主として変圧器の鉄心として利用される方向性電磁鋼板の製造方法において、その表面を効果的に仕上げることにより、鉄損特性の向上を図ることができる鏡面方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板はＳｉを２〜４％程度含有し、製品鋼板の結晶粒の方位を、｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積させた鋼板である。その磁気特性としては、磁束密度が高く（８００Ａ／ｍの磁場を付与したときの磁束密度Ｂ8値で代表される）、そして、鉄損が低い（磁束密度１．７Ｔ、周波数５０Ｈｚのエネルギー損失Ｗ17/50で代表される）ことが要求されるが、特に、最近では、省エネルギーの見地から、電力損失を低減する要求が高まっている。この要求に応え、方向性電磁鋼板の鉄損を低減させる手段として、磁区を細分化する技術が開発されている。
【０００３】
積み鉄心の場合、仕上げ焼鈍後の鋼板にレーザービームを照射して局部的な微小歪を与えることにより磁区を細分化して鉄損を低減させる方法が、例えば、特開昭５８−２６４０５号公報に開示されている。また、巻き鉄心の場合には、鉄心に加工した後、歪取り焼鈍（Ｓｔｒｅｓｓ  Ｒｅｌｅａｓｅ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：応力除去焼鈍）を施しても磁区細分化効果が消失しない方法が、例えば、特開昭６２−８６１７号公報に開示されている。これらの技術的手段を用いて磁区を細分化することにより、鉄損は大きく低減されるようになってきている。
【０００４】
しかしながら、これらの磁区の動きを観察すると、動かない磁区も存在することが判明し、方向性電磁鋼板の鉄損値をさらに低減するためには、磁区細分化と同時に、鋼板表面のグラス皮膜に起因する“磁区の動きを阻害するピン止め効果”をなくすことが重要であるとの認識に至った。
前記のように磁区移動の容易化を図るためには、鋼板表面のグラス皮膜を形成させないことが有効である。その手段として、焼鈍分離剤として粗大高純アルミナを用いることによりグラス皮膜を形成させない方法が、例えば、米国特許３７８５８８２号明細書に開示されている。しかしながら、この方法では表面直下の介在物をなくすことができず、鉄損の向上代は、Ｗ15/60で高々２％に過ぎない。
【０００５】
この表面直下の介在物を制御し、かつ、表面の鏡面化を達成する方法として、仕上げ焼鈍後に化学研磨或いは電解研磨を行う方法が、例えば、特開昭６４−８３６２０号公報に開示されている。しかしながら、化学研磨・電解研磨等の方法は、実験室レベルの少試料の材料を加工するのには適しているが、この方法を工業的規模で行うことは、薬液の濃度、温度の管理、公害対策設備等の設置の問題、さらに、生産性の観点からみて大変困難である。
【０００６】
この問題点を解消する方策として、脱炭焼鈍工程をＦｅ系酸化物の形成しない酸化度の雰囲気ガス中で行い、板間の焼鈍分離剤としてアルミナを用いる方法が、特開平７−１１８７４９号公報に開示されている。
しかしながら、本プロセスを工業的に実施する際には、安定的に脱炭を進行させつつ、良好な磁気特性を得ることは困難であることが判明してきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、脱炭焼鈍における脱炭性を良好に実施しつつ、磁気特性の良好な表面平滑度の高い鏡面方向性電磁鋼板を製造する手段を提示するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、「質量％で、Ｓｉ：２．０〜４．０％、酸可溶性Ａｌ：０．０１〜０．０５％、Ｎ：０．０１％以下、Ｍｎ：０．３％以下、Ｓ：０．０５％以下、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなる珪素鋼熱延鋼帯を、一回もしくは中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延により最終板厚の鋼板とし、次いで脱炭焼鈍を行った後、該鋼板を積層する際、板間の焼鈍分離剤中の主体成分としてアルミナを用い、該積層された鋼板を仕上げ焼鈍する方向性電磁鋼板の製造方法において、前記脱炭焼鈍の工程を前段と後段に分離し、前段と後段の均熱温度、Ｔ１（℃）及びＴ２（℃）を、それぞれ、７７０≦Ｔ１≦８６０、及び、Ｔ１＋１０≦Ｔ２≦９５０の範囲で行い、さらに、前段の雰囲気ガスの酸化度（ＰH2O／ＰH2）を、０．０１以上０．２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」、を要旨とする。
【０００９】
また、本発明は、さらに、前記方向性電磁鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍後、仕上げ焼鈍までの間に窒化処理を行うことを要旨とする。また、本発明は、さらに、前記方向性電磁鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍工程を、Ｆｅ系酸化物の形成しない酸化度（ＰH2O／ＰH2）の雰囲気ガス中で行うことを要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
発明者らは、まず脱炭焼鈍温度と脱炭性及び磁束密度の関係を調査するため、以下の試験を行った。
実験室の真空溶解炉にて、質量％で、Ｓｉ  ３．３％、Ｍｎ  ０．１１％、Ｃ０．０５％、Ｓ  ０．０７％、酸可溶性Ａｌ  ０．０３％、Ｎ  ０．０１％を含む鋼片を作製した後、１１５０℃の加熱を施し、その後、熱延を行い板厚２．０ｍｍの熱延板とした。この熱延板を１１００℃で２分間焼鈍した後、酸洗を行い、さらに、最終板厚０．２３ｍｍに冷延した。
【００１２】
この冷延板を、水素と窒素を含有する湿潤ガス中（ＰH2O／ＰH2＝０．１３）において、種々の温度にて、９０秒脱炭焼鈍し、その後、含アンモニアガス中にて鋼中窒素量を０．０２％まで高め、インヒビターを強化した。
この脱炭焼鈍板に、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を、水スラリー状で塗布し、その後、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍は、１２００℃までは、窒素１００％の雰囲気中で１５℃／ｈｒの昇温速度で行い、１２００℃で水素１００％に切り替え２０時間焼鈍を行った。
【００１３】
以上の工程により作製された鏡面材につき、水洗、試料剪断の後、さらに、歪取り焼鈍を行い、ＳＳＴ法にて磁気測定を行った。脱炭焼鈍後の炭素量及び歪取り焼鈍後の磁束密度Ｂ8の値を表１に示す。
【００１４】
【表１】
0004119635.tif 000002
【００１５】
製品板において炭素量が２５ｐｐｍを超えると、磁気時効、すなわち、経時変化に伴う磁性劣化が起きるので、脱炭焼鈍板の炭素量は２５ｐｐｍ以下に制御する必要がある。
表１より、脱炭焼鈍板炭素量が２５ｐｐｍ以下を満たす温度範囲は、７７０〜８６０℃であることがわかる。この温度範囲の外、すなわち、温度７７０℃未満の場合には、炭素が拡散律速となり、短時間に鋼板表面まで移動できなくなるため脱炭不良となり、一方、温度８６０℃を超える場合には、外部酸化に近い形態の非常に緻密なＳｉＯ2酸化層が鋼板表面に形成され、炭素がこの酸化層を透過し得なくなるため、脱炭不良となるものと推察される。
【００１６】
一方、磁束密度Ｂ8に関しては、焼鈍温度が高い方が良好であり、８３０℃以上で１．９０Ｔ以上、さらに、８７０℃以上で１．９４Ｔ以上となり非常に良好である。焼鈍温度が高い方が磁束密度が良好である理由に関しては、現時点で、詳細は不明であるが、以下のように考えられる。
すなわち、今回の鏡面方向性電磁鋼板の製造工程においては、脱炭焼鈍工程で、ある程度緻密なＳｉＯ2酸化層を形成させ、この酸化層により、仕上げ焼鈍中のインヒビターを制御し、良好な二次再結晶を実現している。
【００１７】
脱炭焼鈍温度を高温にすると、ＳｉＯ2酸化層がより緻密に形成されるが、この酸化層を緻密にすることが、仕上げ焼鈍中のインヒビターの弱体化の阻止に、良好な影響を与えているものと推察される。
以上より、炭素量と磁束密度の観点から、総合的な最適脱炭焼鈍温度を考えると、表１より８３０〜８６０℃（試料５、６）が適正である。しかしながら、これらの試料では、磁束密度に関して十分高いとは言えず、その意味で、脱炭性の確保と高磁束密度化の両立は困難であった。
【００１８】
そこで、本発明者らは、脱炭焼鈍均熱温度を前段と後段に分け、前段において脱炭促進、後段において高磁束密度化促進、という機能分離をすることにより、従来、実現が困難であった前記課題を解決すべく検討を試みた。以下に、その詳細を説明する。
前記試験で用いた成分及び工程の冷延板を用い、以下のような試験を行った。すなわち、冷延板を、水素と窒素を含有する湿潤ガス中（ＰH2O／ＰH2＝０．１３）において、まず、脱炭焼鈍炉の前段において、８３０℃，７５秒の焼鈍を行った。続いて脱炭焼鈍炉の後段において、温度を種々変更し、同一雰囲気にて、１５秒間の焼鈍を実施した。
【００１９】
その後、アンモニアガス中にて鋼中窒素量を０．０２％まで高め、インヒビターを強化した。この脱炭焼鈍板に、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を、水スラリー状で塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍は、１２００℃までは、窒素１００％の雰囲気中で１５℃／ｈｒの昇温速度で行い、１２００℃で水素１００％に切り替え、２０時間焼鈍を行った。
【００２０】
以上の工程により作製された鏡面材につき、水洗、試料剪断の後、さらに、歪取り焼鈍を行い、ＳＳＴ法にて磁気測定を行った。脱炭焼鈍後の炭素量及び歪取り焼鈍後の磁束密度Ｂ8の値を表２に示す。
【００２１】
【表２】
0004119635.tif 000003
【００２２】
脱炭焼鈍の前段にて脱炭が進行したため、脱炭性に関してはいずれの条件においても良好であった。さらに、脱炭焼鈍炉後段の焼鈍温度を、前段の温度よりも１０℃以上高くした試料２〜８においては、磁束密度Ｂ8に関しても１．９３Ｔ以上であり、良好であった。試料９において磁束密度の低下した理由は、後段の温度が高過ぎ、一次再結晶粒径が粗大化し過ぎて、良好な二次再結晶粒が得られなかったものと推定される。
【００２３】
以上より、本発明者らは、脱炭焼鈍温度を前段と後段の二段に機能分離することにより、従来困難であった脱炭性の確保と高磁束密度化を両立できることを新規に知見し、本発明を完成させた。
続いて、本発明における実施形態について説明する。基本的な製造法としては、田口、坂倉等によるＡｌＮとＭｎＳを主インヒビターとして用いる製造法（例えば、特公昭４０−１５６４４号公報）、または、小松等による（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎを主インヒビターとして用いる製造法（例えば、特公昭６２−４５２８５号公報）を適用すればよい。
【００２４】
Ｓｉは電気抵抗を高め、鉄損を低減する上で重要な元素である。含有量が４．０％を超えると、冷間圧延時に材料が割れやすくなり、圧延不可能となる。一方、Ｓｉ量を下げると、仕上げ焼鈍時にα→γ変態が生じ、結晶の方向性が損なわれるので、実質的に結晶の方向性に影響を及ぼさない２．０％を下限とする。
酸可溶性ＡｌはＮと結合して、ＡｌＮまたは（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎとして、インヒビターとして機能するうえで必須の元素である。磁束密度が高くなる０．０１〜０．０５％を限定範囲とする。Ｎは、製鋼時に０．０１％を超えて存在すると、鋼板中にブリスターと呼ばれる空孔が生じるので、０．０１％を上限とする。
【００２５】
Ｍｎ量とＳ量に関しては、二次再結晶を良好なものとするための適正なインヒビター量を確保する観点から、Ｍｎ０．３％以下、Ｓ０．０５％以下とすることが好ましい。他のインヒビター構成元素として、Ｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ等を添加しても構わない。
前記成分の溶鋼は、通常の工程により熱延板とされるか、もしくは、溶鋼を連続鋳造して薄帯とされる。前記熱延板または連続鋳造薄帯は、直ちに、もしくは、短時間の焼鈍を経て冷間圧延される。この短時間焼鈍は、７５０〜１２００℃の温度域で３０秒〜３０分間行われ、製品の磁気特性を高めるために有効である。製品における所望の特性レベルとコストを勘案して採否を決めるとよい。
【００２６】
冷間圧延は、基本的には、特公昭４０−１５６４４号公報に開示されているように、最終冷延圧下率８０％以上の冷間圧延を行なえばよい。
冷間圧延後の鋼板に対して、鋼中に含まれる炭素を除去するために、湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍を施す。実施例１に示すように、鏡面方向性電磁鋼板を製造するためには、脱炭焼鈍の酸化度（ＰH2O／ＰH2）を、脱炭を行いかつＦｅ系酸化物（Ｆｅ2ＳｉＯ4，ＦｅＯ等）を生成させない酸化度、すなわち、０．０１以上０．２未満に設定することが必要である。
【００２７】
本発明の主要点である脱炭焼鈍温度に関しては、前段（均熱温度Ｔ１（℃））と後段（均熱温度Ｔ２（℃））に分け、それぞれ、７７０≦Ｔ１≦８６０、Ｔ１＋１０≦Ｔ２≦９５０の範囲とすることが必要である。この理由は、Ｔ１がこの範囲外であると、脱炭不良を引き起こし、Ｔ２が前記範囲外であると、製品板にて高い磁束密度が得られないからである。この範囲内で、さらに好ましい範囲は、８００≦Ｔ１≦８５０、Ｔ１＋２０≦Ｔ２≦９３０である。
【００２８】
脱炭焼鈍における前段焼鈍については、脱炭を進行させるため、３０秒以上保定することが好ましい。また、後段の焼鈍に関しては、磁束密度向上のため、３秒以上保定することが好ましい。
【００２９】
前記脱炭焼鈍板に（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎを主インヒビターとして用いる製造法（例えば、特公昭６２−４５２８５号公報）においては、窒化処理を施す。この窒化処理の方法は、特に限定されるものではないが、アンモニア等の窒化能のある雰囲気ガス中にストリップを通過させる方法等を採用することができる。窒化量としては０．００５％以上、望ましくは、全窒素量として、鋼中のＡｌ当量以上を窒化すればよい。
【００３０】
これらの脱炭焼鈍板を積層する際に、焼鈍分離剤としてアルミナを、水スラリー法、もしくは、静電塗布法等によりドライコートする。この積層した板を仕上げ焼鈍し、二次再結晶と窒化物の純化を行う。
二次再結晶を、特開平２−２５８９２９号公報に開示されるように、一定の温度で保持する等の手段により所定の温度域で行うことは、磁束密度を高める上で有効である。二次再結晶完了後、窒化物の純化と表面の平滑化を行うために、水素１００％の雰囲気で１１００℃以上の温度で焼鈍する。仕上げ焼鈍後、表面は既に平滑化されているので、張力コーティング処理、または、必要な前処理の後に、張力コーティング処理を行い、必要に応じて、レーザー照射等、あるいは、耐熱型の磁区制御を施せばよい。
【００３１】
【実施例】
〔実施例１〕
質量％で、Ｓｉ：３．３％、Ｍｎ：０．０７％、Ｃ：０．０７％、Ｓ：０．０２５％、酸可溶性Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．０１％、Ｓｎ：０．１％を含む板厚２．０ｍｍの熱延板を１１２０℃で２分間焼鈍し、その後、板厚０．２３ｍｍに冷延した。この冷延板を、窒素と水素の混合ガス中にて、酸化度（ＰH2O／ＰH2）を０．１４とし、脱炭焼鈍した。このときの焼鈍条件は、前段を均熱温度８２０℃で７５秒とし、後段の均熱温度を種々の温度で１５秒とした。この脱炭焼鈍板に、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリー状で塗布し、その後、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍は、１２００℃までは窒素１００％の雰囲気中で１５℃／ｈｒの昇温速度で行い、１２００℃で水素１００％に切り替え２０時間行った。
【００３２】
以上の工程により作製された鏡面材につき、水洗し、試料剪断の後、さらに、歪取り焼鈍を施し、ＳＳＴ法により磁束密度Ｂ8を測定した。結果を表３に示す。
【００３３】
【表３】
0004119635.tif 000004
【００３４】
前段の焼鈍の際に脱炭が進行したため、脱炭性に関しては、いずれの条件においても良好であった。さらに、後段の焼鈍温度を前段の温度よりも１０℃以上高くした試料２〜８においては、磁束密度Ｂ8に関しても１．９３Ｔ以上であり、良好であった。試料９において磁束密度が低下した理由は、後段の温度が高すぎて一次再結晶粒径が粗大化し過ぎたため、良好な二次再結晶粒が得られなかったものと推定される。
【００３５】
〔実施例２〕
質量％で、Ｓｉ：３．３％、Ｍｎ：０．１％、Ｃ：０．０５％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．０１％、Ｓｎ：０．０５％を含む板厚２．０ｍｍの熱延板を１１００℃で２分間焼鈍した後、板厚０．２３ｍｍに冷延した。この冷延板を、窒素と水素の混合ガス中において、酸化度を種々変化させ脱炭焼鈍した。このときの焼鈍条件は、前段を均熱温度８２０℃で７０秒、後段を均熱温度８８０℃で２０秒とした。
【００３６】
さらに、アンモニア雰囲気中で焼鈍を行い、窒素量を０．０３％に増加してインヒビターの強化を行った。このときの脱炭焼鈍板の表面につき、赤外反射スペクトル測定を行い、鉄系酸化物の一種であるＦｅ2ＳｉＯ4のスペクトル（波数１０００／ｃｍ近傍）の有無を調査した。
この脱炭焼鈍板に、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリー状で塗布し、その後、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍は、１２００℃までは、窒素１００％の雰囲気中で１５℃／ｈｒの昇温速度で行い、１２００℃で水素１００％に切り替え２０時間行った。
【００３７】
以上の工程により作製された鏡面材につき、水洗し、試料剪断後、さらに、歪取り焼鈍を施し、そして、張力コーティングを形成した後、レーザー照射を行い、磁区を細分化し、ＳＳＴ法により磁束密度Ｂ8及び鉄損Ｗ17/50を測定した。結果を表４に示す。
【００３８】
【表４】
0004119635.tif 000005
【００３９】
脱炭性に関しては、酸化度（ＰH2O／ＰH2）が０．０１以上である試料２〜４において良好である。このうち鉄損に関しては、酸化度０．２未満である試料２、３が０．７Ｗ／ｋｇ以下であり、非常に良好であった。試料４で鉄損不良である理由は、脱炭板において鉄系酸化物であるＦｅ2ＳｉＯ4が形成されるほど、過度に脱炭酸化量が増加し、その結果、仕上げ焼鈍後に鏡面度が著しく減退したためと推察される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、脱炭焼鈍における脱炭性を良好に維持しつつ、磁気特性の良好な表面平滑度の高い鏡面方向性電磁鋼板を製造する手段を提示するものであり、その工業的な意義は極めて大きい。