JP2000144249A - 被膜特性および磁気特性に優れる方向性けい素鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼板の幅方向および長手方向にわたって欠陥
のない均一で密着性に優れたフォルステライト質被膜を
有し、かつ磁気特性にも優れる方向性けい素鋼板を得る
ための製造方法について、提案する。 【解決手段】 Ｃ：0.03〜0.12wt％，Si：2.0 〜4.5 wt
％，酸可溶性Al：0.01〜0.05wt％およびＮ：0.004 〜0.
012 wt％を含有する、鋼スラブに熱間圧延を施し、その
後１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を行
い、次いで780 ℃以上880 ℃以下の均熱温度で脱炭焼鈍
を施した後、鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布してから、二
次再結晶焼鈍および純化焼鈍を施す一連の工程からなる
方向性けい素鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍は、常
温から750 ℃までの温度域における平均昇温速度を、75
0 ℃から均熱温度までの温度域における平均昇温速度よ
り速くし、かつ雰囲気の水素分圧に対する水蒸気分圧の
比を0.30〜0.50に調整して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、変圧器その他の
電気機器の鉄心等の用途に用いて好適な方向性けい素鋼
板の製造方法に関し、良好な被膜特性と特に優れた磁気
特性とを得ようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】方向性けい素鋼板は、主として変圧器あ
るいは回転機器等の鉄心材料として使用され、磁気特性
として磁束密度が高く、鉄損及び磁気歪の小さいことが
要求される。とくに近年、省エネルギー、省資源の観点
から磁気特性に優れた方向性けい素鋼板のニーズはます
ます高まっている。そして、磁気特性に優れる方向性け
い素鋼板を得るには、｛１１０｝＜００１＞方位、いわ
ゆるゴス方位に高度に集積した２次再結晶組織を得るこ
とが肝要である。

【０００３】かかる方向性けい素鋼板は、二次再結晶に
必要なインヒビター、例えばMnS, MnSe, AlN, BN等を含
む方向性けい素鋼スラブを加熱して熱間圧延を行ったの
ち、必要に応じて焼鈍を行い、１回あるいは中間焼鈍を
挟む２回以上の冷間圧延によって最終板厚とし、次いで
脱炭焼鈍を行ったのち、鋼板にMgO を主成分とする焼鈍
分離剤を塗布してから最終仕上げ焼鈍を行うことによっ
て製造される。そして、この方向性けい素鋼板の表面に
は、特殊な場合を除いて、フォルステライト（Mg₂SiO₄)
を主体とする絶縁被膜（以下、単にフォルステライト質
被膜という）が形成されているのが普通である。このフ
ォルステライト質被膜は表面の電気的絶縁だけでなく、
その低熱膨張性に起因する引張応力を鋼板に付与するこ
とにより、鉄損さらには磁気歪をも効果的に改善する。

【０００４】さらに、フォルステライト質被膜は、仕上
焼鈍において形成されるが、その被膜形成挙動は鋼中の
MnS, MnSe, AlN等のインヒビターの分解挙動に影響する
ため、優れた磁気特性を得るために必須の過程である、
二次再結晶そのものにも影響を及ぼす。さらにまた、形
成されたフォルステライト質被膜は、二次再結晶が完了
したあとには不要となるインヒビター成分を被膜中に吸
い上げて鋼を鈍化することによっても鋼板の磁気特性の
向上に貢献する。従って、このフォルステライト質被膜
の形成過程を制御して被膜を均一に生成させることは、
優れた磁気特性を有する方向性けい素鋼板を得るために
非常に重要である。

【０００５】かように製品品質に多大な影響を及ぼすフ
ォルステライト質被膜は、一般に以下のような工程で形
成される。まず、所望の最終板厚に冷間圧延された方向
性けい素鋼板用の最終冷延板を、湿水素中で700 〜900
℃の温度で連続焼鈍を行う。この焼鈍（脱炭焼鈍）によ
り、 冷間圧延後の組織を、最終仕上げ焼鈍において適正な
二次再結晶が起こるように一次再結晶させ、 最終仕上げ焼鈍における二次再結晶を完全に行わせる
とともに、製品の磁気特性の時効劣化を防止するため、
鋼中に0.01〜0.10％程度含まれる炭素を0.003 wt％程度
以下までに脱炭し、 鋼中Siの酸化によって、SiO₂を含むサブスケールを鋼
板表層に生成させる。

【０００６】その後、MgO を主体とする焼鈍分離剤を鋼
板上に塗布し、コイル状に巻取って還元あるいは非酸化
性雰囲気にて二次再結晶焼鈍と鈍化焼鈍を兼ねた最終仕
上げ焼鈍を最高1200℃程度の温度で行って、主として以
下の反応式で示される固相反応によってフォルステライ
ト質被膜を形成させるのである。 ２MgO ＋SiO₂→Mg₂SiO₄

【０００７】このフォルステライト質被膜は、１μm 前
後の微細結晶が緻密に集積したセラミックス皮膜であ
り、上述の如く、脱炭焼鈍により鋼板表層に生成したSi
O₂を含有するサブスケールを一方の原料として、その鋼
板上に生成させるものであるから、このサブスケールの
種類、量、分布等はフォルステライトの核生成や粒成長
挙動に関与するとともに、被膜結晶粒の粒界や粒そのも
のの強度にも影響を及ぼし、従って仕上げ焼鈍後の被膜
品質にも多大な影響を及ぼす。

【０００８】また、他方の原料物質であるMgO を主体と
する焼鈍分離剤は、水に懸濁したスラリーとして鋼板に
塗布されるため、乾燥させたのちも物理的に吸着したH₂
O を保有するほか、一部が水和してMg(OH)₂ に変化して
いる。そのため、仕上げ焼鈍中は800 ℃付近まで少量な
がらH₂O を放出し続ける。このH₂O により仕上げ焼鈍中
に鋼板表面は酸化される。この酸化もフォルステライト
の生成挙動に影響を及ぼすとともにインヒビターの挙動
にも影響を与え、この追加酸化が多いと磁気特性が劣化
する要因となる。このマグネシアが放出するH₂O による
酸化し易さも、脱炭焼鈍で形成されたサブスケールの物
性に大きく影響される。また当然ながら、焼鈍分離剤中
に配合されるMgO 以外の添加物も、たとえ添加量が少量
であっても、被膜形成に大きく影響する。

【０００９】以上述べたように、脱炭焼鈍において鋼板
表層に形成されるサブスケールの物性を制御すること
は、優れたフォルステライト質絶縁被膜を適切な温度で
均一に形成させるために欠かせない技術であり、方向性
けい素鋼板の製造技術の重要な項目の一つである。

【００１０】特に、インヒビター成分としてAlN 等の窒
化物を利用する方向性けい素鋼板においては、脱炭焼鈍
時に形成されるサブスケールの物性が仕上げ焼鈍中の脱
窒挙動あるいは焼鈍雰囲気からの浸窒挙動に大きく影響
を及ぼし、従って磁気特性にも大きな影響を与える。

【００１１】この脱炭焼鈍に関しては、例えば、特開昭
59−185725号公報に開示された、脱炭焼鈍後鋼板の酸素
含有量を制御する方法、特公昭57−1575号公報に開示さ
れた、雰囲気の酸化度を脱炭焼鈍の前部領域では0.15以
上とし、引き続く後部領域の酸化度を0.75以下でかつ前
部領域よりも低くする方法、特開平２−240215号公報や
特公昭54−14686 号公報に開示された、脱炭焼鈍後に非
酸化性雰囲気中で850〜1050℃の熱処理を行う方法、特
公平３−57167 号公報に開示された、脱炭焼鈍後の冷却
を750 ℃以下の温度域では酸化度を0.008 以下として冷
却する方法、特開平６−336616号公報に開示された、均
熱過程における水素分圧に対する水蒸気分圧の比を0.70
未満に、かつ昇温過程における水素分圧に対する水蒸気
分圧の比を均熱過程よりも低い値にする方法、そして特
開平７−278668号公報に開示された、昇温速度と焼鈍雰
囲気を規定する方法等、が知られている。

【００１２】また、フォルステライト質被膜の外観に大
きな影響を与えるものとして、部分的に地鉄が露出する
点状欠陥がある。この点状欠陥の発生を抑制する方法と
しては、例えば特開昭59−226115号公報に、素材中にMo
を0.003 〜0.1 wt％の範囲で含有させると共に、脱炭焼
鈍を、焼鈍温度：820 〜860 ℃でかつ、P(H₂O)／P(H₂)
で表される雰囲気酸化性：0.30〜0.50の条件下に行っ
て、鋼板表面に形成されるサブスケール中のシリカ（Si
O₂）とファイヤライト（Fe₂SiO₄)の比 Fe₂SiO₄／SiO₂を
0.05〜0.45の範囲に調整する技術が開示されている。さ
らに、特公平７−42503 号公報には、熱延板焼鈍時の雰
囲気と脱炭焼鈍時の雰囲気とを規定することが、開示さ
れている。

【００１３】しかしながら、上述した方法は、いずれも
一定の効果が得られるものの、必ずしも充分な成果を得
ることはできず、けい素鋼ストリップの幅方向あるいは
長手方向で磁気特性、そしてフォルステライト質絶縁皮
膜の密着性、厚みあるいは均一性などが劣化する場合が
あり、優れた品質を有する製品を安定にかつ高い歩留り
で生産することはできなかった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に解決するものであり、鋼板の幅方向および長
手方向にわたって欠陥のない均一で密着性に優れたフォ
ルステライト質被膜を有し、かつ磁気特性にも優れる方
向性けい素鋼板を得るための製造方法について、提案す
ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】発明者らは、特にAlN を
主インヒビターとして利用する場合について鋭意検討し
た結果、脱炭焼鈍時の昇温速度が被膜特性に大きな影響
を及ぼしていることおよび、脱炭焼鈍時の雰囲気制御が
磁気特性の向上に有効であること、を見出し、この発明
を完成するに到った。

【００１６】すなわち、この発明の要旨構成は、次のと
おりである。 (1) Ｃ：0.03〜0.12wt％，Si：2.0 〜4.5 wt％，酸可溶
性Al：0.01〜0.05wt％およびＮ：0.004 〜0.012 wt％を
含有する、鋼スラブに熱間圧延を施し、その後１回また
は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を行い、次いで78
0 ℃以上880 ℃以下の均熱温度で脱炭焼鈍を施した後、
鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶焼鈍
および純化焼鈍を施す一連の工程からなる方向性けい素
鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍は、常温から750 ℃
までの温度域における平均昇温速度を、750 ℃から均熱
温度までの温度域における平均昇温速度より速くし、か
つ雰囲気の水素分圧に対する水蒸気分圧の比を0.30〜0.
50に調整して行うことを特徴とする被膜特性および磁気
特性に優れる方向性けい素鋼板の製造方法。

【００１７】(2) 上記(1) において、脱炭焼鈍は、常温
から750 ℃までの温度域を平均昇温速度：12〜40℃／s
および750 ℃から均熱温度までの温度域を平均昇温速
度：0.5 〜10℃／s にて行うことを特徴とする被膜特性
および磁気特性に優れる方向性けい素鋼板の製造方法。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、AlN を主インヒビターとし
て利用する場合の基本成分系の素材を用いて、仕上げ焼
鈍中のインヒビターの挙動に及ぼす、脱炭焼鈍均熱時の
雰囲気酸化性の影響を詳しく調査した、実験結果につい
て、詳しく述べる。Ｃ：0.068 wt％、Si：3.43wt％、M
n：0.07wt％、Se：0.018 wt％、酸可溶性Al：0.024 wt
％、Ｎ：0.0083wt％およびSb：0.041 wt％を含む、けい
素鋼スラブを、1430℃の温度で30分間加熱後、熱間圧延
を施して2.0mm 厚の熱延板とした。次いで、1000℃・２
分間の熱延板焼鈍を施した後、40℃／ｓの冷却速度で急
冷処理を行ってから、冷間圧延にて最終板厚0.23mmとし
た。その後、これらの冷延板を脱脂して表面を清浄化し
たのち、H₂−H₂O −N₂雰囲気にて830 ℃の温度で、片面
当たりの酸素目付量が0.3 〜1.0(g/m²) になるように脱
炭焼鈍を施した。この脱炭焼鈍の際、均熱時の水蒸気分
圧P(H₂O)に対する水素分圧P(H₂) の比P(H₂O)／P(H₂) で
表される、雰囲気酸化性を、露点およびH₂ガス濃度の調
整によって、0.2〜0.7 の範囲で変化させて、種々の脱
炭焼鈍を行った。次いで、マグネシアにTiO₂を６wt％配
合した焼鈍分離剤をスラリー状にして、それぞれの脱炭
焼鈍板コイルに塗布して乾燥させたのち、窒素雰囲気中
での850 ℃・20時間の保定に続いて、窒素：25％および
水素：75％の雰囲気中で15℃／ｈの速度で昇温する、仕
上げ焼鈍を行った。

【００１９】この仕上げ焼鈍中のインヒビター強度とし
て、酸可溶性Alの濃度を調査した結果を、図１に示す。
脱炭焼鈍均熱時の雰囲気酸化性P(H₂O)／P(H₂) が低いほ
ど、インヒビター強度が早期に低下することが判明し
た。なお、AlN を主インヒビターとして利用する場合
は、AlがAlN を形成してインヒビターとなるから、酸可
溶性Al量をインヒビター強度の指標と考えてよい。

【００２０】次に、脱炭焼鈍均熱時の雰囲気酸化性P(H₂
O)／P(H₂) が低いほど、インヒビター強度が早期に低下
する理由を調査したところ、該P(H₂O)／P(H₂) の違いに
よってサブスケール中のSiO₂層の構造が変化しているこ
とを、新たに見出した。

【００２１】ここで、脱炭焼鈍均熱時の雰囲気酸化性の
変化に伴う、サブスケール中のSiO₂層の構造変化は、例
えば特開平７−103938号公報、特開平８−218124号公
報、ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ８（1995），1591およびＣＡＭ
Ｐ−ＩＳＩＪ９（1996），448に開示されている、電気
化学的なサブスケールの評価法で把握することができ
る。この方法で得られる、図２に示す電圧−時間曲線の
III 領域（定電圧電解ゾーン）の幅は、サブスケール中
のSiO₂におけるＯ量と比例するが、脱炭焼鈍時の雰囲気
酸化性が異なると、その関係も異なってくることが新た
に判明した。

【００２２】すなわち、図３に示すように、図２のIII
領域の幅とサブスケール中のSiO₂におけるＯ量との比例
関係は、脱炭焼鈍時の雰囲気酸化性が異なっても成立す
るが、同一直線上にはない。これは、サブスケール中の
SiO₂層の構造が、脱炭焼鈍時の雰囲気酸化性により異な
ることを反映していると考えられる。実際、サブスケー
ルの断面を観察すると、ほぼ同じ酸素目付量であっても
脱炭焼鈍時の雰囲気酸化性が高くなると、ラメラ（ある
いはフィルム）状のSiO₂が多く観察された。

【００２３】なお、通常、脱炭焼鈍温度として採用され
る 780〜880 ℃の温度範囲において、脱炭焼鈍時の均熱
温度がサブスケール構造に及ぼす影響も調べたが、均熱
温度が影響を与えるのは脱炭量や鋼板表層の酸化量に対
してであり、サブスケール構造にはほとんど影響を与え
なかった。つまり、サブスケール構造の支配因子は均熱
時の雰囲気酸化性であることは明らかである。

【００２４】以上で述べたように、脱炭焼鈍均熱時の雰
囲気酸化性の違いにより、仕上げ焼鈍時のインヒビター
（AlN ）の分解過程が変化することがわかった。従っ
て、脱炭焼鈍均熱時の雰囲気酸化性を所定の範囲に制御
することによって、良好な磁気特性を安定して得られる
のである。

【００２５】さらに、発明者らは、鋭意検討した結果、
脱炭焼鈍時の昇温速度が被膜特性に大きな影響を及ぼし
ていることも見出した。ここに、脱炭焼鈍時の昇温速度
に関しては過去に多くの検討がなされている。例えば、
特開昭60−121222号公報には、脱炭焼鈍の際に400 ℃か
ら750 ℃までの温度範囲を平均昇温速度10℃／s 以上で
急熱して、780 〜820 ℃の温度範囲においてH₂O 分圧P
(H₂O)およびH₂分圧P(H₂) の比P(H₂O)／P(H₂) が0.4 〜
0.7 の範囲内の酸化雰囲気中で50秒〜10分間焼鈍した
後、830 〜870 ℃の温度範囲内においてP(H₂O)／P(H₂)
が0.08〜0.4 の範囲内の酸化雰囲気中で10秒〜５分間焼
鈍する方法が、特開平４−160114号公報には、700 ℃ま
でを30℃／s 以上の平均昇温速度で加熱し、700 ℃から
800 〜1000℃の温度域までをα単層の状態で加熱する方
法が、特開平６−128646号公報には、室温から650 〜85
0 ℃に到る昇温速度を50℃／s 以上とする方法が、特開
平７−316656号公報には、500 〜800 ℃間の昇温速度を
10〜20℃／ｓとし、かつ該脱炭焼鈍をP(H₂O)／P(H₂) が
0.3 〜0.5 の雰囲気中で 800〜850 ℃で行う方法が、そ
れぞれ開示されている。しかし、これらの技術はいずれ
も、磁気特性向上の観点から検討されたものであって、
被膜特性に着目したものではなかった。

【００２６】なお、被膜特性に着目した技術として、特
開平７−316656号公報には、脱炭焼鈍時の昇温速度およ
び雰囲気を制御することが示されているが、脱炭焼鈍時
の昇温速度を、主に１次再結晶集合組織を支配する領域
とサブスケール性状に大きく影響する初期酸化膜の生成
を支配する領域とに分けて制御してはいない。この発明
は、両者の支配的な温度域と最適昇温速度とが異なる場
合、各々にとって支配的となる温度域での昇温速度を個
別に制御すれば、従来より飛躍的な特性の向上が見込め
るとの発送に基づいたものであり、その点で従来技術と
は大いに異なる。

【００２７】そこで、発明者らは、脱炭焼鈍時の昇温過
程に関して詳細な検討を行ったところ、昇温速度につい
ては、常温から750 ℃までの温度域と、750 ℃から均熱
温度到達までの温度域とに分別して制御することが非常
に重要であり、特に後者の昇温速度が被膜特性に大きく
影響することを見出した。次に、この知見を導くに到っ
た実験結果について、詳述する。

【００２８】Ｃ：0.073 wt％、Si：3.25wt％、Mn：0.06
7 wt％、Se：0.019 wt％、Al：0.025 wt％、Ｎ：0.0086
wt％、Cu：0.10wt％およびSb：0.041 wt％を含む、けい
素鋼スラブを、1430℃の温度で20分間加熱後、熱間圧延
を施して2.2mm 厚の熱延板とした。次いで、1000℃・１
分間の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延にて板厚1.6mm
とし、1100℃・１分間の中間焼鈍ののち、２回目の冷間
圧延により最終板厚0.23mmとした。その後、これらの冷
延板を脱脂して表面を清浄化したのち、H₂−H₂O −N₂雰
囲気にて850 ℃の温度で、片面当たりの酸素目付量が0.
3 〜1.0(g/m²)になるように脱炭焼鈍を施した。この脱
炭焼鈍の際、室温からＴ℃（Ｔ＝600, 650, 700, 750,
800, 850) までの昇温速度と、Ｔ℃から850 ℃までの昇
温速度とを、それぞれ独立に両者とも0.2 〜50℃／s の
範囲で変化させた。また、均熱時の雰囲気酸化性は0.2
〜0.7 とした。次いで、MgO を主成分とし、マグネシ
ア：100 重量部に対してTiO₂を10重量部配合した、焼鈍
分離剤をスラリー状にして、それぞれの脱炭焼鈍板コイ
ルに塗布して乾燥させたのち、窒素雰囲気中での850℃
・10時間の保定に続いて、窒素：25％および水素：75％
の雰囲気中で10℃／ｈの速度で1150℃まで昇温する、二
次再結晶焼鈍を施した後、水素雰囲気中で1200℃，５時
間の仕上げ焼鈍を行った。

【００２９】かくして得られたコイルについて、フォル
ステライト質被膜の外観と曲げ密着性及び磁気特性とを
評価したが、室温から一定の速さで昇温する、Ｔ＝850
℃の場合は充分に良好な被膜特性を得ることができず、
Ｔ＝800 ℃の場合は、優れた磁気特性と良好な被膜特性
との両立が、広範囲で充分に得ることができなかった。
同様に、室温からＴ℃までの昇温速度が、Ｔ℃から850
℃までの昇温速度よりも遅い場合も、優れた被膜特性を
得ることができなかった。

【００３０】一方、室温からＴ℃までの昇温速度が、Ｔ
℃から850 ℃までの昇温速度よりも速い場合には、良好
な被膜特性が得られた。但し、Ｔ≦700 ℃の場合は良好
な磁気特性を得ることができなかった。これは、形成さ
れる１次再結晶集合組織への影響が大きいためと思われ
る。なお、以上の被膜特性に及ぼす結果は脱炭焼鈍時の
雰囲気酸化性の違い（Ｐ（H₂O ）／Ｐ（H₂）＝0.2 〜0.
7 ）によらなかった。

【００３１】そして、比較的広い範囲で被膜特性および
磁気特性の両立が図れたのは、Ｔ＝750 ℃の場合であっ
た。ここで、Ｔ＝750 ℃の時の被膜特性と磁気特性との
評価結果を図１に示す。なお、被膜密着性は、被膜の曲
げ密着性として、５mm間隔の種々の径を有する丸棒に試
験片を巻き付け、被膜が剥離しない最少径を測定するこ
とによって評価した。

【００３２】図１から、室温から750 ℃までの昇温速度
が、750 ℃から850 ℃までの昇温速度よりも速い場合に
は、良好な結果が得られることがわかる。とりわけ、室
温から750 ℃までの昇温速度を12〜40℃／s にすると共
に、750 〜850 ℃間の昇温速度を0.5 〜10℃／s にする
ことにより、非常に優れたフォルステライト質被膜の外
観や密着性が得られることがわかる。

【００３３】なお、脱炭焼鈍時に、室温から750 ℃まで
の昇温速度を750 ℃から850 ℃までの昇温速度よりも速
くすることによって被膜特性が向上する理由について、
発明者らは次のように考えている。

【００３４】すなわち、発明者らは予備実験を行って、
脱炭焼鈍板の５％HCl ・60℃・60秒間の酸洗条件での酸
洗減量を調べたところ、酸洗減量値とフォルステライト
質被膜特性との間には相関関係があり、酸洗減量値が少
ないほど被膜特性が向上する傾向にあることを見出し
た。この酸洗減量値は、サブスケール最表面の性質を反
映すると考えられるから、何らかの形で被膜形成初期の
反応を反映していると思われる。

【００３５】そこで、脱炭焼鈍時の昇温速度と酸洗減量
との関係を調べたところ、昇温速度を上述の通りに制御
した場合は、そうでない場合に比べて酸洗減量値を低
く、具体的には、酸洗減量値を0.4 g/m²以下の低い値に
抑えられることがわかった。酸洗減量値が低いほど被膜
特性が向上する理由は明確になっていないが、おそらく
酸洗減量値は鋼板表面での雰囲気との反応性、すなわち
活性度を表していると考えられる。従って、酸洗減量値
が低くて活性度が低いほど、雰囲気の影響を受けにくい
からと考えられる。そして、昇温速度を上述のように規
定することで酸性減量値が低下するのは、酸化初期の昇
温速度を遅くすることで、酸化初期に緻密なサブスケー
ルが形成されるためと考えられる。

【００３６】とりわけ、室温から750 ℃までの昇温速度
を12〜40℃／s にすると共に、750〜850 ℃間の昇温速
度を0.5 〜10℃／s にすると、酸性減量値はさらに低下
して0.3 g/m²以下の低い値に抑えられ、被膜特性もさら
に向上することができる。

【００３７】なお、この発明に従う脱炭焼鈍時の昇温速
度の場合に、均熱時のP(H₂O)／P(H₂) で表される雰囲気
酸化性が磁性に及ぼす影響を図５に示すが、この雰囲気
酸化性を0.3 〜0.5 の範囲にすることによって、さらに
優れた磁性が得られていることがわかる。

【００３８】ここで、脱炭焼鈍の均熱時の雰囲気酸化性
P(H₂O)／P(H₂) を0.30〜0.50とすることによって磁気特
性が向上する理由について、発明者らは次のように考え
ている。すなわち、脱炭焼鈍の均熱時の雰囲気酸化性の
違いによって、サブスケール中SiO₂層の構造が変化する
が、この発明に従って脱炭焼鈍時の昇温速度を規制し、
かつ上記の雰囲気酸化性の範囲でサブスケールを生成さ
せると、二次再結晶焼鈍中のインヒビター分解が磁性向
上に有利に進行するからである。

【００３９】以下に、この発明の成分組成の限定理由お
よび好適範囲について述べる。この発明の対象とするけ
い素鋼板用スラブの成分組成については、Ｃ：0.03〜0.
12wt％，Si：2.0 〜4.5 wt％，酸可溶性Al：0.01〜0.05
wt％，Ｎ：0.004 〜0.012 wt％を含有することが必要で
ある。その他、必要に応じて、Mn：0.02〜0.20wt％，Ｓ
及びSeのうちから選んだ少なくとも一種：0.010 〜0.04
0 wt％, Sb：0.01〜0.20wt％，Cu：0.01〜0.20wt％，M
o：0.005 〜0.10wt％，Sn：0.02〜0.30wt％，Ge：0.02
〜0.30wt％，Ni：0.01〜0.50wt％，Ｐ：0.002 〜0.30wt
％，Cr：0.02〜0.50wt％，Nb：0.003 〜0.10wt％, Ｖ：
0.003 〜0.10wt％，Ｂ：0.0005〜0.03wt％およびBi：0.
005 〜0.20wt％の各成分を含有させることもできる。各
成分の含有量の限定理由は、次のとおりである。

【００４０】まず、酸可溶AlおよびＮは、AlN インヒビ
ターを形成させるために必要である。良好な二次再結晶
を実現するには、酸可溶性Alを0.01〜0.05wt％およびＮ
を0.004 〜0.012 wt％の範囲で含有することが要求され
る。すなわち、これらの上限をこえる量では、AlN の粗
大化を招いて抑制力を失い、一方下限未満ではAlN の量
が不足する。

【００４１】Ｃは、熱間圧延時のα−γ変態を利用して
結晶組織の改善を行うために重要な成分である。しか
し、含有量が0.03wt％に満たないと良好な一次再結晶組
織が得られず、一方0.12wt％をこえると、脱炭が難しく
なって脱炭不良となり磁気特性が劣化するため、0.03〜
0.12wt％に限定した。

【００４２】Siは、製品の電気抵抗を高め、渦電流損を
低減させる上で重要な成分である。含有量が2.0 wt％に
満たないと最終仕上げ焼鈍中にα−γ変態によって結晶
方位が損なわれ、4.5 wt％を超えると冷延性に問題があ
るため、2.0 〜4.5 wt％に限定した。

【００４３】MnとSeおよびＳとも、インヒビターとして
機能する成分であり、Mn量が0.02wt％未満、またはＳお
よびSeのいずれか単独もしくは合計量が0.010 wt％未満
であると、インヒビター機能が不充分となり、一方Mn量
が0.20wt％をこえるか、またはＳおよびSeのいずれか単
独もしくは合計量が0.040 wt％をこえると、スラブ加熱
の際に必要とする温度が高すぎて実用的ではないため、
Mnは0.02〜0.20wt％、ＳおよびSeは単独あるいは合計量
として0.010 〜0.040 wt％の範囲であることが好まし
い。

【００４４】さらに、磁束密度を向上させるためにSb，
Cu，Sn，Ge，Ni，Ｐ，Cr，Nb，Ｖ，ＢおよびBiなどを単
独または複合して添加することが可能である。すなわ
ち、Sbは含有量が、0.20wt％をこえると脱炭性が著しく
劣化し、一方0.01wt％に満たないと効果がないため、そ
の添加量は0.01〜0.20wt％とすることが好ましい。Cu
は、0.20wt％をこえると酸洗性が悪化し、0.01wt％に満
たないと効果がないため、0.01〜0.20wt％の範囲とする
ことが好ましい。Sn、Geは、0.30wt％をこえると良好な
一次再結晶組織が得られず、一方0.02wt％未満では効果
がないため、それぞれ0.02〜0.30wt％の範囲とすること
が好ましい。Crは0.50wt％を越えると良好な１次再結晶
組織が得られず、一方0.02wt％未満では効果がないた
め、0.02〜0.50wt％の範囲とすることが好ましい。Ni
は、0.50wt％をこえると熱間強度が低下し、一方0.01wt
％未満では効果がないため、0.01〜0.50wt％の範囲とす
ることが好ましい。Ｐは、0.30wt％をこえると良好な一
次再結晶組織が得られず、一方0.002 wt％未満では効果
がないため、0.002 〜0.30wt％とすることが好ましい。
NbおよびＶは、0.10wt％をこえると脱炭性が著しく劣化
し、一方0.003 wt％に満たないと効果がないため、0.00
3 〜0.10wt％とすることが好ましい。Ｂは、0.03wt％を
こえると良好な一次再結晶組織が得られず、一方0.0005
wt％未満では効果がないため、0.0005〜0.03wt％とする
ことが好ましい。Biは、0.20wt％をこえると良好な一次
再結晶組織が得られず、一方0.005 wt％未満では効果が
ないため、0.005 〜0.20wt％とすることが好ましい。ま
た、Biを鋼中に添加した場合は、特に良好なフォルステ
ライト質被膜が得られにくいが、それを防ぎ安定的に良
好なフォルステライト質被膜を得るには、この発明に従
うとともに、同時にCrを0.06〜0.50wt％添加すればよ
い。

【００４５】さらに、表面性状を改善するために、Moを
添加することができる。しかし、含有量が0.10wt％をこ
えると脱炭性が劣化し、0.005wt ％に満たないと効果が
ないため、0.005 〜0.10wt％とすることが好ましい。

【００４６】次に、この発明で対象とする方向性けい素
鋼板の製造条件について述べる。すなわち、従来用いら
れている製鋼法で、上記成分組成に調整した溶鋼を連続
鋳造法あるいは造塊法で鋳造し、必要に応じて分塊工程
を挟んでスラブとし、その後1100〜1450℃の温度範囲で
スラブ加熱を行って熱間圧延を行う。次いで、必要に応
じて熱延板焼鈍を行ったのち、１回ないしは中間焼鈍を
挟む２回以上の冷間圧延により、最終板厚の冷延板とす
る。

【００４７】その後、この発明に従う昇温速度および雰
囲気酸化性の下で脱炭焼鈍を行う。その際、均熱温度は
780 〜880 ℃の範囲に限定する。この範囲に対して均熱
温度が低くても高くても、脱炭に要する時間が、実操業
を考えた場合に実際的でないほど長くなるからである。

【００４８】この脱炭焼鈍を施した鋼板表面に、マグネ
シアを主成分にした焼鈍分離剤をスラリー状にして塗布
した後乾燥する。ここで、焼鈍分離剤に用いるマグネシ
アは、水和量（20℃，６分間にて水和後、1000℃，１時
間の強加熱による減量）が１〜５％の範囲のものを用い
るのがよい。これは、マグネシアの水和量が１％未満で
はフォルステライト質被膜の生成が不充分となり、一方
５％をこえるとコイル層間への持ち込み水分量が多くな
りすぎて鋼板の追加酸化量が多くなるため、良好なフォ
ルステライト質被膜が得られなくなるおそれがあるから
である。また、30℃でのクエン酸活性度 (CAA40)は40秒
から160 秒のものを用いることが好ましい。なぜなら、
40秒未満では反応性が強すぎてフォルステライトが急激
に生成して剥落しやすく、一方160 秒をこえると反応性
が弱すぎてフォルステライト生成が進行しないからであ
る。

【００４９】さらに、焼鈍分離剤は、鋼板片面当たり４
〜10g/m²の範囲で塗布するのが好ましい。これは、塗布
量が４g/m²より少ないとフォルステライトの生成が不充
分となり、一方10g/m²をこえるとフォルステライト質被
膜が過剰に生成し厚くなるため、占積率の低下をきたす
からである。

【００５０】なお、被膜特性の一層の均一性向上を目的
として、焼鈍分離剤中に、さらにTiO₂，SnO₂，CaO のよ
うな酸化物、MgSO₄ やSnSO₄ のような硫化物、Na₂B₄O₇
のようなＢ系化合物、Sb₂O₃ やSb₂(SO₄)₃ のようなSb系
化合物あるいはSrSO₄, Sr(OH)₂のようなSr化合物の１種
または２種以上を、それぞれ単独または複合して添加し
てもよい。

【００５１】その後、二次再結晶焼鈍および純化焼鈍か
らなる最終仕上げ焼鈍を行った後、りん酸塩系の絶縁コ
ーティング、好ましくは張力を有する絶縁コーティング
を施して製品とする。二次再結晶焼鈍は、昇温速度：５
〜35℃／ｈおよび窒素分圧：５〜50％の範囲で行えばよ
い。

【００５２】ちなみに、最終冷延後、最終仕上げ焼鈍後
あるいは絶縁コーティングの被成後に、既知の磁区細分
化処理を行うことも可能であり、さらなる鉄損の低減に
有効である。

【００５３】

【実施例】［実施例１］Ｃ：0.070 wt％，Si：3.43wt
％，Mn：0.068 wt％，酸可溶性Al：0.025 wt％，Ｎ：0.
0087wt％，Se：0.019 wt％，Cu：0.12wt％、Sb：0.044
wt％およびNi：0.2wt ％を含む鋼スラブを、1430℃で30
分間加熱後、熱間圧延を施して、2.5mm 厚の熱延板とし
た。次いで、1000℃，１分間の熱延板焼鈍後、冷間圧延
にて板厚1.7mm とし、1100℃，１分間の中間焼鈍のの
ち、２回目の冷間圧延により最終板厚0.23mmに仕上げ
た。

【００５４】これらの冷延板に、H₂−H₂O −N₂雰囲気に
て、840 ℃の脱炭焼鈍を施した。この際、750 ℃までの
昇温速度を５〜50℃／s の範囲に、750 ℃から840 ℃ま
での昇温速度を0.2 〜50℃／s の範囲に変化させると共
に、均熱帯の雰囲気酸化性(P(H₂O) ／P(H₂))を0.20〜0.
60の範囲で変化させた。

【００５５】次いで、マグネシアを主成分とする焼鈍分
離剤をスラリーとして脱炭焼鈍板コイルにそれぞれ塗布
して乾燥させたのち、窒素雰囲気中での850 ℃，20時間
の保定に続いて、窒素35％、水素65％の雰囲気中で15℃
／ｈの速度で1150℃まで昇温する、二次再結晶焼鈍を施
したのち、1200℃の水素雰囲気中で５時間の純化焼鈍を
行った。しかるのち、りん酸マグネシウムとコロイダル
シリカを主成分とするコーティングを施した。

【００５６】かくして得られた各製品コイルの磁気特性
(磁束密度Ｂ₈ ，鉄鎖Ｗ_17/50)と被膜の曲げ密着性およ
び被膜外観を調査した。これらの調査結果を表１に示す
ように、この発明に従う条件で製造した発明例は、いず
れも良好な被膜特性および磁気特性を示した。

【００５７】

【表１】

【００５８】［実施例２］Ｃ：0.067 wt％，Si：3.25wt
％，Mn：0.070 wt％，酸可溶性Al：0.023 wt％，Ｎ：0.
0080wt％，Se：0.017 wt％，Cu：0.10wt％，Sb：0.024
wt％およびMo：0.012 wt％を含む、けい素鋼スラブを、
1430℃で30分間加熱後、熱間圧延を施して、2.7mm 厚の
熱延板とした。次いで、1000℃，１分間の熱延板焼鈍
後、冷間圧延にて板厚1.9mm とし、1080℃，１分間の中
間焼鈍ののち、２回目の冷間圧延により最終板厚0.30mm
に仕上げた。

【００５９】これらの冷延板に、H₂−H₂O −N₂雰囲気に
て820 ℃の脱炭焼鈍を施した。この際、 750℃までの昇
温速度を５〜50℃／s の範囲に、750 ℃から820 ℃まで
の昇温速度を0.2 〜50℃／s の範囲に変化させると共
に、均熱帯の雰囲気酸化性(P(H ₂O) ／P(H₂))を0.20〜0.
60の範囲で変化させた。

【００６０】次いで、MgO を主成分とし、マグネシア：
100 重量部に対して、TiO₂：６重量部, SnO₂：３重量部
およびSr化合物：２重量部（Sr換算）を添加した組成の
焼鈍分離剤を、スラリーとして脱炭焼鈍板コイルにそれ
ぞれ塗布して乾燥させたのち、窒素雰囲気中での870
℃，10時間の保定に続いて、窒素10％、水素90％の雰囲
気中で25℃／ｈの速度で1150℃まで昇温する二次再結晶
焼鈍を施したのち、1200℃の水素雰囲気中で５時間の純
化焼鈍を行った。しかるのち、りん酸マグネシウムとコ
ロイダルシリカを主成分とするコーティングを施した。

【００６１】かくして得られた各製品コイルの磁気特性
(磁束密度Ｂ₈ ・鉄損Ｗ_17/50)と被膜の曲げ密着性・被
膜外観を調査した。これらの調査結果を表２に示すよう
に、この発明に従う条件で製造した発明例は、いずれも
良好な被膜特性および磁気特性を示している。

【００６２】

【表２】

【００６３】［実施例３］Ｃ：0.073 wt％，Si：3.4 wt
％，Mn：0.067 wt％，酸可溶性Al：0.026 wt％，Ｎ：0.
0083wt％，Se：0.018 wt％，Cu：0.10wt％およびSb：0.
041 wt％を含むけい素鋼スラブを、1430℃で30分間加熱
後、熱間圧延を施して、2.0mm 厚の熱延板とした。次い
で、1100℃・１分間の熱延板焼鈍後、冷間圧延にて最終
板厚0.27mmに仕上げた。

【００６４】これらの冷延板に、H₂−H₂O −N₂雰囲気に
て830 ℃の脱炭焼鈍を施した。この際、750 ℃までの昇
温速度を５〜50℃／s の範囲に、750 ℃から830 ℃まで
の昇温速度を0.2 〜50℃／s の範囲に変化させると共
に、均熱帯の雰用気酸化性(P(H ₂O) ／P(H₂))を0.20〜0.
60の範囲で変化させた。

【００６５】次いで、MgO を主成分とし、マグネシア：
100 重量部に対して、TiO₂：９重量部を添加した組成の
焼鈍分離剤を、スラリーとして脱炭焼鈍板コイルにそれ
ぞれ塗布して乾燥させたのち、窒素雰囲気中での850
℃，20時間の保定に続いて、窒素25％、水素75％の雰囲
気中で９℃／ｈの速度で1150℃まで昇温する、二次再結
晶焼鈍を施したのち、1200℃の水素雰囲気中で５時間の
鈍化焼鈍を行った。しかるのち、りん酸マグネシウムと
コロイダルシリカを主成分とするコーティングを施し
た。

【００６６】かくして得られた各製品コイルの磁気特性
(磁束密度Ｂ₈ ・鉄損Ｗ_17/50)と被膜の曲げ密着性およ
び被膜外観を調査した。これらの調査結果を表３に示す
ように、この発明に従う条件で製造した発明例は、いず
れも良好な被膜特性および磁気特性を示している。

【００６７】

【表３】

【００６８】［実施例４］表４に示す種々の成分組成か
らなるけい素鋼スラブを用意した。これらのけい素鋼ス
ラブを1430℃で20分間加熱後、熱間圧延を施して、2.3m
m 厚の熱延板とした。次いで、1000℃，１分間の熱延板
焼鈍後、冷間圧延にて板厚1.6mm とし、1100℃，１分間
の中間焼鈍ののち、２回目の冷間圧延により最終板厚0.
23mmに仕上げた。

【００６９】これらの冷延板に、H₂−H₂O −N₂雰囲気に
て850 ℃の脱炭焼鈍を施した。この際、750 ℃までの昇
温速度を５〜50℃／s の範囲に、750 ℃から850 ℃まで
の昇温速度を0.2 〜50℃／s の範囲に変化させると共
に、均熱帯の雰囲気酸化性(P(H ₂O) ／P(H₂))を0.20〜0.
60の範囲で変化させた。また、均熱時間・最終冷延後
（脱炭焼鈍前）の電解脱脂条件（有無を含めて）等を適
宜変更して、酸素目付量（片面当たり）が0.4g/m² 以上
0.90g/m²以下になるようにした。

【００７０】次いで、マグネシアを主成分とする焼鈍分
離剤をスラリーとして脱炭焼鈍板コイルにそれぞれ塗布
し乾燥させたのち、窒素雰囲気中で850 ℃まで昇温し、
窒素25％、水素75％の雰囲気中で15℃／ｈの速度で1150
℃まで昇温する二次再結晶焼鈍を施したのち、1200℃の
水素雰囲気中で５時間の純化焼鈍を行った。しかるの
ち、リん酸マグネシウムとコロイタルシリカを主成分と
するコーティングを施した。

【００７１】かくして得られた各製品コイルの磁気特性
(磁束密度Ｂ₈ ・鉄損Ｗ_17/50)と被膜の曲げ密着性・被
膜外観を調査した。これらの調査結果を表５に示すよう
に、この発明に従う条件で製造した発明例は、いずれも
良好な被膜特性および磁気特性を示している。

【００７２】

【表４】

【００７３】

【表５】

【００７４】

【発明の効果】この発明は、主にAlN 系インヒビターを
用いる方向性けい素鋼板の製造において、脱炭焼鈍条件
を制御することによって、良好な被膜特性と優れた磁気
特性の両立をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】脱炭焼鈍均熱時のP(H₂O)／P(H₂) で表される雰
囲気酸化性の変化が二次再結晶焼鈍中のインヒビター強
度に及ぼす影響を示す図である。

【図２】サブスケールの評価法によって得られる電圧−
時間曲線の模式図である。

【図３】サブスケールのSiO₂量中のＯ量と脱炭焼鈍時の
雰囲気酸化性が図２の電圧−時間曲線の領域III 幅に及
ぼす影響を示す図である。

【図４】脱炭焼鈍時の昇温速度が被膜特性に及ばす影響
を示す図である。

【図５】脱炭焼鈍均熱時のP(H₂O)／P(H₂) で表される雰
囲気酸化性の変化が磁気特性に及ぼす影響を示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 光正 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 Ｆターム(参考） 4K033 AA02 BA01 HA01 HA03 JA04 JA05 5E041 AA02 AA19 BC01 CA02 HB05 HB07 HB09 HB11 NN01 NN17 NN18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.03〜0.12wt％，Si：2.0 〜4.5 wt
   ％，酸可溶性Al：0.01〜0.05wt％およびＮ：0.004 〜0.
   012 wt％を含有する、鋼スラブに熱間圧延を施し、その
   後１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を行
   い、次いで780℃以上880 ℃以下の均熱温度で脱炭焼鈍
   を施した後、鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布してから、二
   次再結晶焼鈍および純化焼鈍を施す一連の工程からなる
   方向性けい素鋼板の製造方法において、 脱炭焼鈍は、常温から750 ℃までの温度域における平均
   昇温速度を、750 ℃から均熱温度までの温度域における
   平均昇温速度より速くし、かつ雰囲気の水素分圧に対す
   る水蒸気分圧の比を0.30〜0.50に調整して行うことを特
   徴とする被膜特性および磁気特性に優れる方向性けい素
   鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、脱炭焼鈍は、常温か
   ら750 ℃までの温度域を平均昇温速度：12〜40℃／s お
   よび750 ℃から均熱温度までの温度域を平均昇温速度：
   0.5 〜10℃／s にて行うことを特徴とする被膜特性およ
   び磁気特性に優れる方向性けい素鋼板の製造方法。