JPH01119622A - 磁気特性およびグラス皮膜特性に優れた一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、一方向性電磁鋼板の製造プロセスの脱炭焼鈍
工程において得られる材料表面の酸化膜層の改質に関す
るものであり、特に最終仕上焼鈍時の材料の二次再結晶
の安定化とグラス皮膜の特性の向上の双方を同時に満た
す一方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 一方向性電磁鋼板は、圧延方向に（１１０）　　（００
１）方位を持つ結晶粒（ゴス方位粒）により構成される
、通常、４．５重量％以下のＳｉを含有する、板厚が０
．　１　０〜０．３５圓の鋼板である。その表面は、絶
縁性を確保する等の目的で、通常、フォルステライトで
覆われている。

即ち、一方向性電磁鋼板は、極めて集積度の高い（１１
０）　　（００１）集合組織（ゴス組織）を持ったＳｔ
含有薄鋼板と、表層部の０．１〜数μｍの酸化物系セラ
ミックスであるフォルステライトからなる複合材料であ
る。

このような、ゴス組織の極めて高い集積度の達成と、材
料表層部の薄いフォルステライト絶縁皮膜の生成という
２つの異質の過程は、現在の一方向性電磁鋼板製造工程
においては、最終仕上焼鈍という一つの箱焼鈍工程中に
おいて、はぼ時期を同じくして行なわれる。前者の、ゴ
ス組織の集積度向上には、二次再結晶と呼ばれるゴス方
位粒のカタストロフィツタな粒成長（異常粒成長）が、
工業的に利用されている。

一方、後者の、材料表層部の薄いフォルステライト絶縁
皮膜の生成は、材料（鋼板）表面に予め形成された酸化
皮膜中のＳｉＯ□と、その上に塗布された焼鈍分離剤中
のＭｇＯとの固相反応によってなされる。

これら、二次再結晶とフォルステライトの生成という木
質的に全く異なる２つの現象は、脱炭焼鈍過程で材料表
面に形成される酸化膜の構造や厚さ等を決定する脱炭焼
鈍条件や焼鈍分離剤の影響を受は易い。また、これら２
つの現象は、実際には、材料（ｌｉｉＩ板）内部と表層
部具面とで相互に干渉しあいながら反応が進行する結果
であると考えられる。

かかる観点から、これまで、脱炭焼鈍条件や焼鈍分離剤
について多くの研究がなされてきた。

一方、生産性を向上させる目的で、最終仕上焼鈍工程に
おいて取り扱うストリップコイルの単重は増大する傾向
にあり、このことに起因してストリップ長さ方向、幅方
向における温度或は雰囲気組成（露点等）のバラツキ、
特に昇温時におけるバラツキは避けられない実情にある
。このような、最終仕上焼鈍過程における材料（ストリ
ップコイル）内部での温度、雰囲気条件の不均一性を可
及的に緩和するためにも、脱炭焼鈍過程で材料表面に形
成する酸化膜層や焼鈍分離剤は重要であり、この分野の
研究を進める動機となってきた。

脱炭焼鈍過程で材料表面に形成する酸化膜層の効果は、
太き（分けて２つある。

１つは、材料表面におけるグラス皮膜（フォルステライ
ト皮膜）の安定形成であり、もう１つは、二次再結晶の
安定化である。

前者の場合、材料表面の酸化層の厚さ、構成成分等が重
要であり、後者の場合、材質的にどのようなメカニズム
で二°次再結晶を行わせるかということが重要である。

これらが、脱炭焼純条件選択の重要な基準となる。

周知の如く、最終仕上焼鈍過程で材料の二次再結晶を進
行せしめるためには、インヒビターと呼ばれる微細析出
物の存在が必須である。通常、前記微細析出物の分散相
を、最終仕上焼鈍過程の高温域まで強化・維持すること
により二次再結晶は安定するので、インヒビターが窒化
物を主体としている場合は、焼鈍雰囲気中の窒素（Ｎ２
）分圧を、硫化物を主体としている場合は、硫黄分圧を
適当に維持する。

最終仕上焼鈍過程における焼鈍雰囲気中の窒素（Ｎ２）
分圧を適当に維持することに関しては、たとえば、特公
昭４６−９３７号公報に、含Ｍ珪素鋼板を窒素雲囲気下
で焼鈍することの有用性が開示されており、この方法は
、引続き／Ｕ、　Ｔｉ、　Ｚｒ、　　Ｖ等を含有する珪
素鋼板を種々の方法で窒化することを提案した特公昭４
６−４０８５５号公報に開示されたプロセスに発展した
。

また、特公昭４９−６４５５号公報には、含Ｍ珪素鋼板
の表層部を選択的に窒化することの有用性が指摘されて
おり、さらに、特公昭５４−１９８５０号公報には、適
切な窒化吸収を行わせるため、最終仕上焼鈍時の雰囲気
の露点を、−２０℃〜＋３０℃の範囲にすることが提案
されている。

さらに、特公昭５４−２２４０８号公報には、最終仕上
焼鈍を水素２０％以下の水素・窒素混合雰囲気下に行う
ことが提案されている。

一方、焼鈍分離剤中に金属窒化物を添加することにより
、最終仕上焼鈍過程での材料（ストリップコイル）長さ
方向、幅方向での雰囲気のバラツキの影響を緩和する方
法が、特公昭５４−１４５６８号公報に開示されている
。具体的には、焼鈍分離剤中に窒化クロム、窒化チタン
、窒化バナジウムを添加することにより、最終仕上焼鈍
過程でのストリップコイルのストリップ幅方向における
雰囲気の窒素分圧を均一にし、二次再結晶の安定性を実
現せんとするものである。

他方、最終仕上焼鈍過程での雰囲気中の硫黄分圧の確保
を目的としたものに、特開昭５３−５０００８号公報に
提案されている方法がある。これは、ｓｂと、Ｓおよび
／またはＳｅを主体とする析出分散相をインヒビターと
して用いる成分系の珪素鋼の二次再結晶の安定化を図る
ために、ＦｅｚＳ等硫黄化合物を焼鈍分離剤中に添加し
たり、Ｈ，Ｓを含有する雰囲気中で最終仕上焼鈍する方
法である。

これらの先行技術にみられるように、珪素鋼の二次再結
晶は、最終仕上焼鈍過程での窒素分圧や硫黄分圧の確保
により安定する方向に向い、焼鈍分離剤中の添加物もこ
の目的のために加えられることが多い。

上に述べたように、脱炭焼鈍過程で材料表面に形成され
る酸化膜の機能の１つであるグラス皮膜形成は、焼鈍分
離剤中のＭｇＯと酸化膜中のＳｉＯ□との反応で生じる
ものであり、酸化膜の構成成分としてＳｉ０ｇリッチで
あることおよび一定以上の膜厚さが確保されていること
が重要である。

脱炭焼鈍過程で材料表面に形成される酸化膜の第２の機
能である、最終仕上焼鈍過程での二次再結晶の安定化に
ついては、従来の、鋼中インヒビターとしてＭｎＳ　、
　ＭｎＳｅ、　／ＶＮ等を用いる場合は、最終仕上焼鈍
の昇温過程での雰囲気ガスとの反応によるインヒビター
の変化を防止するために、雰囲気ガスに対して安定な酸
化膜、即ちシール性のよい（バリヤーとして機能し得る
）酸化膜であることが要求されてきた。

この目的のために、たとえば、特公昭５７−１５７５号
公報には、脱炭焼鈍過程前段領域における雰囲気の酸化
度（Ｐ工２゜／　Ｐ　Ｍ□）を０．１５以上とし、引き
続く後段領域における雰囲気の酸化度を０，７５以下か
つ前段領域におけるそれよりも小さくすることが開示さ
れている。

処で、近年、スラブ加熱過程でインヒビターを完全に溶
体化することなく、比較的低い温度に加熱する一方向性
電磁鋼板の製造プロセスが試みられている。

かかるプロセスにあっては、熱延板焼鈍過程以外の過程
でインヒビターを析出分散させることが必要となってく
る。そのような、インヒビター析出分散手段の１つに最
終仕上焼鈍における二次再結晶以前の段階で、たとえば
、鋼中のＭを窒化析出させる手段がある。

かかる手段を採るときは、脱炭焼鈍過程で材料表面に形
成する酸化膜の機能が一変する。即ち、脱炭焼鈍過程で
材料表面に形成する酸化膜は、上に述べた如き最終仕上
焼鈍での雰囲気ガスに対して安定な酸化膜であってはな
らない。

かかる条件を満たしかつ、グラス皮膜の特性の向上と二
次再結晶の安定化を図らねばならない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、スラブ加熱温度を１２８０℃未満の低い水準
とする一方向性電磁鋼板製造プロセスを採るときに、最
終仕上焼鈍過程における材料の窒化反応の安定化による
二次再結晶の安定化とグラス皮膜の安定形成が図れる一
方向性電磁鋼板の製造方法を提供することを目的として
なされた。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、重量％で、Ｃ：０．００
１０〜０．１０％、Ｓｉ：２．５〜４．０％、酸可溶性
Ａ１：　０．０１０〜０．０６％、Ｓ≦０．０１４％、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなる一方向性電磁
鋼板用スラブを１２８０℃を超えない温度に加熱した後
、熱間圧延および熱延板焼鈍を施し、次いで１回または
焼鈍を介挿する２回以上の冷間圧延を行って最終板厚と
した後、湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍し、次いで焼鈍分離
剤を塗布した後最終仕上焼鈍する一方向性電磁鋼板の製
造方法において、最終冷間圧延後の材料を、水素分圧に
対する水蒸気分圧の比ＰＨ２゜／　Ｐ　ｏｚが０．２５
〜０．６０の湿水素雰囲気中８００〜９００℃の温度域
で脱炭焼鈍した後、材料最表面層に形成されたＳｉＯ□
以外のＭＸｏｙ層のみを、材料表面１ｍ２当り０．０２
〜２ｇ軽酸洗によって除去し、次いで焼鈍分離剤を塗布
し、さらに最終仕上焼鈍することを特徴とする特許よび
グラス皮膜特性に優れた一方向性電磁鋼板の製造方法に
ある。

以下に、本発明の詳細な説明する。

本発明は、前述のように、脱炭焼純過程で形成される酸
化膜の、極く最表面層のみを軽酸洗によって除去し、最
終仕上焼鈍過程における雰囲気条件を特定のものとする
ことで材料の窒化反応の安定化による二次再結晶の安定
化とグラス皮膜の安定形成を図ることを目的とする。

本発明の発明者等は、出発材料として、重量％で、Ｃ：
　０．０５５％、Ｓｉ：３．３０％、Ｍｎ　：　０．１
５％、酸可溶性ＡＺ　：　０．０３０％、Ｎ　：　０．
００７０％、残部：実質的にＦｅからなるスラブを、熱
間圧延−熱延板焼鈍一酸洗一冷間圧延の工程で処理して
０．３０閣の最終板厚とし、この材料を、Ｐ□２゜／Ｐ
□を変えて脱炭焼鈍し、軽酸洗条件を変えて材料表面の
酸化層の除去を行った。こうして得られた材料の酸化層
を、ＧＤＳ分析および電位差カーブの測定によって解析
した。

その結果、軽酸洗処理材にはその表面にＭ、Ｏ。

系の酸化物は見られず、電位差カーブの結果でも最表層
には酸洗なし材に見られるタイトな酸化物は確認できな
かった。

この軽酸洗処理による材料表面状況の変化は、脱炭焼鈍
におけるＰｏ。／Ｐｕｇ　　が高くても低くても同様で
あった。軽酸洗後の材料表層部所面を第１図に模式的に
示す。

次いで、この材料に焼鈍分離剤を塗布し、昇温過程でＮ
２　＋Ｈｚ雰囲気を使用して最終仕上焼鈍を行ない、昇
温過程における材料の窒化状況ならびに最終仕上焼鈍完
了後の製品の特性を調査した。

その結果、最終仕上焼鈍の昇温過程９００℃での鋼中の
Ｎｉ！には、軽酸洗量が所定条件内では１００〜１５０
ｐｐｍの増加が認められ、磁気特性、皮膜特性とも軽酸
洗量が所定条件以下の領域で著しく改善できることが判
った。

次に、本発明の要件の軽酸洗条件の限定理由について述
べる。

脱炭焼鈍過程におけるＰ　ｎｚｏ　／　Ｐ　ｕｔは、０
．２５〜０．６０の範囲内であればよい。Ｐ　ｎｚｏ　
／　Ｐ　Ｈｚが０．２５未満では、脱炭性と酸化膜形成
能の点で不利であり、０．６０ｍではＭ、Ｏ，層が著し
く増大し軽酸洗条件を強くしなければならず、材料表面
の肌荒れからくる磁性、皮膜への悪影響やこれらのバラ
ツキが大きくなるという問題がある。

軽酸洗では、最終仕上焼鈍過程での材料の適切な窒化反
応の促進と、焼鈍分離剤中のＭｇＯとの反応によるグラ
ス形成の促進およびグラス形成量の観点から、５ｉＯｄ
ｉ！以外の最表面層のＭ、Ｏ，層のみを除去することが
重要である。

このＭ、Ｏ，＠の量は、当然のことながら脱炭焼鈍にお
けるＰ　Ｈｚｏ　／　Ｐ　Ｉｌｌによって変わるから、
上記Ｐ　Ｈｇｏ　／　Ｐ　ｏｘの範囲内では、軽酸洗量
は、０．０２〜２ｇ／ｍ”の範囲であれば、グラス皮膜
、二次再結晶の安定化に寄与する。

最終仕上焼鈍過程における雰囲気条件は、本発明におけ
る成分条件下では特に重要であり、特公昭５４−１４５
６８号公報に開示されている技術におけるような窒化剤
を用いるとき以外は、Ｎ２を含む焼鈍雰囲気であること
が重要である。

最終仕上焼鈍の昇温過程における雰囲気ガスとしては、
Ｎ！単独、Ｎ、＋ｌ１ｚＳＮ、＋Ａｒ、ＮＺ＋Ｈ２＋＾
ｒ等であれば良い。

素材成分の限定理由についてのべる。本発明が２次再結
晶に必要な析出物として、（Ｓｔ、　／Ｖ）　Ｎを使う
ことから５ｔＳＡｌの含有が必須である。Ｓｉが２．５
％未満では素材の固有抵抗が低すぎ、トランス鉄心材料
として必要な低鉄損が得られないので２．５％以上とし
た。また、４．０％を超えると冷延時の割れが著しくな
るので４．０％以下とした。ＩＶＮは２次再結晶の安定
化に必要なｊＶＮもしくは（Ｓｉ、ｊＶ）Ｎを確保する
ため酸可溶性Ｍとして０．０１０％以上が必要である。

しかし０．０６％を超えると熱延板のｊＶＮが不適切と
なり、２次再結晶が不安定になるので０．０６％以下と
した。

Ｓを０．０１４％以下としたのは、Ｓが高いと線状細粒
と呼ばれる２次再結晶不良部が発生する傾向にあり、こ
れを予防するためには窒化処理が十分であれば０．０１
４％以下であることが望ましい。Ｓがこの量を超えると
、如何に窒化処理により（Ｓｔ、　ＡＪ）　Ｎを鋼中に
作りインヒビターを強化しても２次再結晶不良部が発生
する確率が高くなり好ましくない。

Ｃは０．００１０％未満になると２次再結晶が不安定に
なり、かつ２次再結晶した場合でも低磁束密度しか得ら
れないので０．００１０％以上とした。一方、Ｃが多く
なり過ぎると、脱炭焼鈍時間が長くなり経済的でないの
で０．１０％以下とした。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

（実施例） 重量％で、Ｃ：　０．０４８％、Ｓｉ：３．３０％、ｓ
　：　ｏ、　ｏ　ｏ　ｓ％、Ｎ　：　Ｏ，ＯＯ７５％、
Ｍｎ　：０．１５％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から
なる溶鋼を、連続鋳造−熱間圧延一熱延板焼鈍一酸洗一
冷間圧延して、０．２９ｍｍの最終板厚とした後、脱炭
焼鈍を、Ｎｔ２５％＋Ｈ２７５％の雰囲気中で、Ｐ　＊
ｚｏ　／　Ｐ　Ｈｚを（Ａ）：０．４４、（Ｂ）　　：
　０．３４として８５０℃×１５０秒間で行った。

次いで、１ｌｚｓ０４５％溶液中で、脱炭焼鈍過程で形
成された酸化層の最表面層のみを、時間を変えて酸洗し
た。然る後、この材料に焼鈍分離剤を塗布し、最終仕上
焼鈍を、昇温過程での雰囲気Ｎ２２５％＋Ｈ！７５％、
１２００℃Ｘ２０ｈｒの高温保定時の雰囲気８２１００
％ドライの条件で行い、このときの昇温過程での鋼中の
Ｎ含有量を調査した。

その結果ならびに最終仕上焼鈍完了後の製品の磁気特性
およびグラス皮膜特性を、表１に示す。

軽酸洗なしの比較材では、最終仕上焼鈍昇温過程におけ
るＮ吸収量が少なく、磁性、皮膜特性ともに不良である
のに対し、本発明になる軽酸洗材は、何れもＮ吸収量が
増加し、製品の磁気特性が著しく改善されるとともにグ
ラス皮膜も均一化し、密着性の改善が見られた。

（発明の効果） 本発明は、以上述べたように構成しかつ、作用せしめる
ようにしたから、スラブ加熱温度を１２８０℃未満と低
い水準にしてなお、最終仕上焼鈍過程における二次再結
晶を安定化し、最終製品の磁気特性、皮膜特性ともに優
れたものとすることができるから、スラブ加熱のための
エネルギを大幅に減少せしめ得、設備のメンテナンス、
設備稼働率、作業性の面で多大の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、脱炭焼鈍後の材料最表層部を軽酸洗によって
除去した後の、材料表要部段面を模式的に　・示す図で
ある。 第１図 腎欽洗荊　軽峡洗使

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％で、Ｃ：０．００１０〜０．１０％、Ｓｉ：２．
   ５〜４．０％、酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６％
   、Ｓ≦０．０１４％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物
   からなる一方向性電磁鋼板用スラブを１２８０℃を超え
   ない温度に加熱した後、熱間圧延および熱延板焼鈍を施
   し、次いで１回または焼鈍を介挿する２回以上の冷間圧
   延を行って最終板厚とした後、湿水素雰囲気中で脱炭焼
   鈍し、次いで焼鈍分離剤を塗布した後最終仕上焼鈍する
   一方向性電磁鋼板の製造方法において、最終冷間圧延後
   の材料を、水素分圧に対する水蒸気分圧の比Ｐ＿Ｈ＿Ｚ
   ＿Ｏ／Ｐ＿Ｈ＿Ｚが０．２５〜０．６０の湿水素雰囲気
   中８００〜９００℃の温度域で脱炭焼鈍した後、材料最
   表面層に形成されたＳｉＯ＿２以外のＭ＿ｘＯ＿ｙ層の
   みを、材料表面１ｍ＾２当り０．０２〜２ｇ軽酸洗によ
   って除去し、次いで焼鈍分離剤を塗布し、さらに最終仕
   上焼鈍することを特徴とする磁気特性およびグラス皮膜
   特性に優れた一方向性電磁鋼板の製造方法。