特開 2023-31152 極薄鋼板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023031152

(43)【公開日】2023-03-08

(54)【発明の名称】極薄鋼板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/06 20060101AFI20230301BHJP

   C21D 8/12 20060101ALI20230301BHJP

   B22F 9/08 20060101ALI20230301BHJP

   C21D 9/46 20060101ALI20230301BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20230301BHJP

   C22C 38/02 20060101ALI20230301BHJP

   C22B 9/00 20060101ALI20230301BHJP

   H01F 1/147 20060101ALI20230301BHJP

【ＦＩ】

B22D11/06 360B

C21D8/12 H

B22F9/08 A

C21D9/46 P

C22C38/00 303V

C22C38/00 303S

C22C38/02

C22B9/00

H01F1/147 175

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021136677

(22)【出願日】2021-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】592032636

【氏名又は名称】学校法人トヨタ学園

(71)【出願人】

【識別番号】597110836

【氏名又は名称】丸嘉工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104776

【弁理士】

【氏名又は名称】佐野 弘

(74)【代理人】

【識別番号】100119194

【弁理士】

【氏名又は名称】石井 明夫

(72)【発明者】

【氏名】藤▲崎▼ 敬介

(72)【発明者】

【氏名】竹内 恒博

(72)【発明者】

【氏名】棚瀬 純平

(72)【発明者】

【氏名】土田 英治

(72)【発明者】

【氏名】土田 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】上村 卓也

(72)【発明者】

【氏名】石山 和志

【テーマコード（参考）】

4E004

4K001

4K017

4K037

5E041

【Ｆターム（参考）】

4E004DB02

4E004TA02

4E004TA03

4K001AA10

4K001AA23

4K001BA23

4K001FA14

4K001GA17

4K017AA04

4K017BA06

4K017BB16

4K017DA02

4K017FA15

4K017FA17

4K017FA21

4K037EA28

4K037EB09

4K037EC00

4K037EC02

4K037FG00

4K037FJ02

4K037FJ04

5E041AA02

5E041BD09

5E041NN06

(57)【要約】

【課題】高周波動作に対応できる鉄系の極薄板材の製造方法を提供する。
【解決手段】この極薄鋼板の製造方法１は、鉄に６．５％の珪素が含有されている原材料を真空溶解する真空溶解工程Ｐ１と、この真空溶解工程Ｐ１で溶解された原材料が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により、多結晶構造を有する板状の多結晶素材１４に形成される急冷多結晶素材形成工程Ｐ２と、この急冷多結晶素材形成工程Ｐ２で形成された多結晶素材１４が、温間圧延により、延伸板材２４に形成される延伸工程Ｐ３と、この延伸工程Ｐ３で形成された延伸板材２４が真空で焼鈍され、真空で焼鈍されたこの延伸板材２４が、冷間圧延により、極薄板材３２に塑性加工される極薄加工工程Ｐ４，Ｐ５と、この極薄加工工程Ｐ４，Ｐ５で加工された極薄板材３２が真空焼鈍される真空焼鈍工程Ｐ６とを含んでいる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

極薄鋼板の製造方法であって、
鉄を主成分とする原材料を真空溶解する真空溶解工程と、
該真空溶解工程で溶解された前記原材料を冷却して多結晶構造を有する多結晶素材を形成する急冷多結晶素材形成工程と、
該急冷多結晶素材形成工程で形成された前記多結晶素材を延伸させて延伸板材を形成する延伸工程と、
該延伸工程で形成された前記延伸板材を厚さ２０マイクロメートル以下の極薄板材に加工する極薄加工工程と、
該極薄加工工程で形成された前記極薄板材を真空で焼鈍する真空焼鈍工程とを含むことを特徴とする極薄鋼板の製造方法。

【請求項2】

前記原材料は、鉄に６．５％の珪素が含有されており、
前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、
前記急冷多結晶素材形成工程では、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により、板状の前記多結晶素材に形成され、
前記延伸工程では、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された前記多結晶素材が、温間圧延により、前記延伸板材に形成され、
前記極薄加工工程では、前記延伸工程で形成された前記延伸板材が真空で焼鈍され、真空で焼鈍された前記延伸板材が、冷間圧延により、前記極薄板材に塑性加工され、
前記真空焼鈍工程では、前記極薄加工工程で加工された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする請求項１に記載の極薄鋼板の製造方法。

【請求項3】

前記原材料は、鉄に６．５％の珪素が含有されており、
前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、
前記急冷多結晶素材形成工程では、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、線状にされて急冷される急冷紡糸法により、断面形状が略円形の線状の前記多結晶素材に形成され、
前記延伸工程では、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された前記多結晶素材が、温間圧延により、板状の前記延伸板材に塑性加工され、
前記極薄加工工程では、前記延伸工程で形成された前記延伸板材が真空で焼鈍され、真空で焼鈍された前記延伸板材が、冷間圧延により、前記極薄板材に塑性加工され、
前記真空焼鈍工程では、前記極薄加工工程で加工された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする請求項１に記載の極薄鋼板の製造方法。

【請求項4】

前記原材料は、鉄に６．５％の珪素が含有されており、
前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、
前記急冷多結晶素材形成工程では、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、線状にされて急冷される急冷紡糸法により、断面形状が略円形の線状の前記多結晶素材に形成され、
前記延伸工程では、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された線状の前記多結晶素材が、該多結晶素材の断面積を縮小させる温間伸線により、断面形状が略円形の線状の前記延伸板材に塑性加工され、
前記極薄加工工程では、前記延伸工程で形成された線状の前記延伸板材が、冷間圧延により、前記極薄板材に塑性加工され、
前記真空焼鈍工程では、前記極薄加工工程で加工された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする請求項１に記載の極薄鋼板の製造方法。

【請求項5】

前記原材料は、鉄に６．５％の珪素が含有されており、
前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、
前記急冷多結晶素材形成工程では、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、噴霧されて急冷される急冷アトマイズ法により、粉体にされ、該粉体が回転する２個のロールの対向する円筒面間で押し固められて、板状の前記多結晶素材に形成され、
前記延伸工程と前記極薄加工工程とは、同一の工程になっており、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された板状の前記多結晶素材が、冷間圧延により、前記極薄板材に塑性加工され、
前記真空焼鈍工程では、前記延伸工程及び前記極薄加工工程で加工された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする請求項１に記載の極薄鋼板の製造方法。

【請求項6】

前記原材料は、純鉄であり、
前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、
前記急冷多結晶素材形成工程では、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により、板状の前記多結晶素材に形成され、
前記延伸工程と前記極薄加工工程とは、同一の工程になっており、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された板状の前記多結晶素材が、冷間圧延により、前記極薄板材に塑性加工され、
前記真空焼鈍工程では、前記延伸工程及び前記極薄加工工程で加工された前記極薄板材の表面に珪素元素が蒸着され、さらに、酸化珪素が蒸着され、その後、真空焼鈍されることにより、前記表面に蒸着された珪素元素が、前記極薄板材の内部に拡散されることを特徴とする請求項１に記載の極薄鋼板の製造方法。

【請求項7】

前記原材料は、鉄に６．５％の珪素が含有されており、
前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、
前記急冷多結晶素材形成工程、前記延伸工程及び前記極薄加工工程は、同一の工程になっており、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により、多結晶構造を有する前記極薄板材に形成され、
前記真空焼鈍工程では、形成された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする請求項１に記載の極薄鋼板の製造方法。

【請求項8】

前記原材料は、純鉄であり、
前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、
前記急冷多結晶素材形成工程、前記延伸工程及び前記極薄加工工程は、同一の工程になっており、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により、多結晶構造を有する前記極薄板材に形成され、
前記真空焼鈍工程では、形成された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする請求項１に記載の極薄鋼板の製造方法。

【請求項9】

前記延伸工程において、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された前記多結晶素材を温間圧延する圧延機の圧延ロールの温度を、温間圧延温度に保持して圧延を行うことを特徴とする請求項２に記載の極薄鋼板の製造方法。

【請求項10】

前記極薄鋼板は、珪素の含有率が６．５％の珪素鋼であることを特徴とする請求項２乃至７の何れか一項又は請求項９に記載の極薄鋼板の製造方法。

【請求項11】

前記急冷多結晶素材形成工程で形成された前記多結晶素材の結晶粒径が、３０マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の極薄鋼板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、極薄鋼板の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電力用半導体素子を用いてスイッチング動作を行うことにより、電力変換や制御を行うパワーエレクトロニクスでは、小型軽量化や制御特性向上および大電力化などのため、スイッチング動作周波数を高周波化することが求められている。最近のＧａＮ（窒化ガリウム）やＳｉＣ（炭化珪素）などの半導体デバイスの研究により、１ＭＨｚ程度の高周波動作が実現されつつある。パワーエレクトロニクス回路の変圧器やモータに使用される磁心には、損失を低減するため、積層鉄心が使用される。積層鉄心は、珪素鋼などの強磁性体の薄板が、電気絶縁層を間に挟んで多数積層された構造をなしている。強磁性体の薄板の板厚を薄くすることにより、積層鉄心に交流磁界が印加されたときに発生する渦電流損が小さくなり、高いスイッチング周波数で回路を動作させることができる。また、薄板の材料として使用される珪素の含有率が６．５％の珪素鋼は、電気抵抗率が高く渦電流損が低減され、磁歪定数が０であり応力感受性が低く、ヒステリシス損が抑制されることが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、珪素含有率が４．０％以上の高珪素溶鋼を、高速回転する単一の冷却ロールの表面にスリット状開口を有するノズルを介して噴射し急速凝固させる（単ロール法）、板厚３０μｍから８０μｍの高珪素鋼急冷薄帯の製造方法が記載されている。また、板厚２０μｍ以上の実験結果も示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－３４３１８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１には、今後想定される１ＭＨｚ程度の高周波動作に対応できる、さらに薄い板厚の鋼板の必要性について、明確には言及されていない。また、特許文献１には、単ロール法により高珪素鋼急冷薄帯を製造する方法が記載されているものの、製造されたその高珪素鋼急冷薄帯にさらに圧延等の加工を加えて、板厚をさらに薄くすることについての記載もない。珪素含有率６．５％の珪素鋼は難加工材料であり、薄くできれば渦電流損失が低下し、特性の良い材料になることが予想されていたが加工が困難であるために実現できていなかった。過去の研究では、結晶粒を小さくすれば珪素含有率６．５％の珪素鋼の圧延ができることが示唆されている。しかし、これらの研究で検討されているのは板厚が、ｍｍ（ミリメートル）からせいぜい０．１ｍｍ程度までの圧延であり、１μｍから数μｍまで薄くすることは、加工の途中で結晶粒が粗大化するため不可能であった。このような状況の下、本発明者らは、例えば単ロール法のような急冷法であれば、数１０μｍの厚さで結晶粒の小さな材料ができるため、その材料ならば圧延加工ができ、それにより板厚を薄くして渦電流損失の小さい材料が実現できるとの新しい着想をし、具現化するに至った。

【0006】

そこで、本発明の課題は、高周波動作に対応できる鉄系の極薄板材の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

かかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、極薄鋼板の製造方法であって、鉄を主成分とする原材料を真空溶解する真空溶解工程と、該真空溶解工程で溶解された前記原材料を冷却して多結晶構造を有する多結晶素材を形成する急冷多結晶素材形成工程と、該急冷多結晶素材形成工程で形成された前記多結晶素材を延伸させて延伸板材を形成する延伸工程と、該延伸工程で形成された前記延伸板材を厚さ２０マイクロメートル以下の極薄板材に加工する極薄加工工程と、該極薄加工工程で形成された前記極薄板材を真空で焼鈍する真空焼鈍工程とを含むことを特徴とする。

【0008】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記原材料は、鉄に６．５％の珪素が含有されており、前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、前記急冷多結晶素材形成工程では、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により、板状の前記多結晶素材に形成され、前記延伸工程では、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された前記多結晶素材が、温間圧延により、前記延伸板材に形成され、前記極薄加工工程では、前記延伸工程で形成された前記延伸板材が真空で焼鈍され、真空で焼鈍された前記延伸板材が、冷間圧延により、前記極薄板材に塑性加工され、前記真空焼鈍工程では、前記極薄加工工程で加工された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする。

【0009】

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記原材料は、鉄に６．５％の珪素が含有されており、前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、前記急冷多結晶素材形成工程では、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、線状にされて急冷される急冷紡糸法により、断面形状が略円形の線状の前記多結晶素材に形成され、前記延伸工程では、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された前記多結晶素材が、温間圧延により、板状の前記延伸板材に塑性加工され、前記極薄加工工程では、前記延伸工程で形成された前記延伸板材が真空で焼鈍され、真空で焼鈍された前記延伸板材が、冷間圧延により、前記極薄板材に塑性加工され、前記真空焼鈍工程では、前記極薄加工工程で加工された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする。

【0010】

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記原材料は、鉄に６．５％の珪素が含有されており、前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、前記急冷多結晶素材形成工程では、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、線状にされて急冷される急冷紡糸法により、断面形状が略円形の線状の前記多結晶素材に形成され、前記延伸工程では、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された線状の前記多結晶素材が、該多結晶素材の断面積を縮小させる温間伸線により、断面形状が略円形の線状の前記延伸板材に塑性加工され、前記極薄加工工程では、前記延伸工程で形成された線状の前記延伸板材が、冷間圧延により、前記極薄板材に塑性加工され、前記真空焼鈍工程では、前記極薄加工工程で加工された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする。

【0011】

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記原材料は、鉄に６．５％の珪素が含有されており、前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、前記急冷多結晶素材形成工程では、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、噴霧されて急冷される急冷アトマイズ法により、粉体にされ、該粉体が回転する２個のロールの対向する円筒面間で押し固められて、板状の前記多結晶素材に形成され、前記延伸工程と前記極薄加工工程とは、同一の工程になっており、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された板状の前記多結晶素材が、冷間圧延により、前記極薄板材に塑性加工され、前記真空焼鈍工程では、前記延伸工程及び前記極薄加工工程で加工された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする。

【0012】

請求項６に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記原材料は、純鉄であり、前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、前記急冷多結晶素材形成工程では、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により、板状の前記多結晶素材に形成され、前記延伸工程と前記極薄加工工程とは、同一の工程になっており、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された板状の前記多結晶素材が、冷間圧延により、前記極薄板材に塑性加工され、前記真空焼鈍工程では、前記延伸工程及び前記極薄加工工程で加工された前記極薄板材の表面に珪素元素が蒸着され、さらに、酸化珪素が蒸着され、その後、真空焼鈍されることにより、前記表面に蒸着された珪素元素が、前記極薄板材の内部に拡散されることを特徴とする。

【0013】

請求項７に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記原材料は、鉄に６．５％の珪素が含有されており、前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、前記急冷多結晶素材形成工程、前記延伸工程及び前記極薄加工工程は、同一の工程になっており、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により、多結晶構造を有する前記極薄板材に形成され、前記真空焼鈍工程では、形成された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする。

【0014】

請求項８に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記原材料は、純鉄であり、前記真空溶解工程では、前記原材料が真空溶解され、前記急冷多結晶素材形成工程、前記延伸工程及び前記極薄加工工程は、同一の工程になっており、前記真空溶解工程で溶解された前記原材料が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により、多結晶構造を有する前記極薄板材に形成され、前記真空焼鈍工程では、形成された前記極薄板材が真空焼鈍されることを特徴とする。

【0015】

請求項９に係る発明は、請求項２に記載の構成に加えて、前記延伸工程において、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された前記多結晶素材を温間圧延する圧延機の圧延ロールの温度を、温間圧延温度に保持して圧延を行うことを特徴とする。

【0016】

請求項１０に係る発明は、請求項２乃至７の何れか一項又は請求項９に記載の構成に加えて、前記極薄鋼板は、珪素の含有率が６．５％の珪素鋼であることを特徴とする。

【0017】

請求項１１に係る発明は、請求項２乃至５の何れか一項に記載の構成に加えて、前記急冷多結晶素材形成工程で形成された前記多結晶素材の結晶粒径が、３０マイクロメートル以下であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

請求項１の発明によれば、急冷多結晶素材形成工程において、溶解された原材料を冷却して多結晶構造を有する多結晶素材を形成する。アモルファスでなく、多結晶構造を有するため、その後に続く工程の塑性加工が可能になる。また、極薄加工工程で加工される極薄板材の厚さが２０マイクロメートル以下であるため、高周波動作の変圧器やモータに使用される磁心の材料として使用することができる。

【0019】

請求項２乃至５の発明によれば、鉄に６．５％の珪素が含有する原材料を使用することができる。珪素の含有率が６．５％の珪素鋼は、高強度、難加工性であり、割れてしまう現象を伴う材料であるが、これらの製造方法を採用することで、極薄の板材に加工することができる。また、鉄に６．５％の珪素が含有する原材料を使用することにより、急冷多結晶素材形成工程において、急冷してもアモルファスにならず、多結晶構造を有する多結晶素材を得ることができる。このため、その後に続く工程の塑性加工が可能になる。

【0020】

請求項２の発明によれば、急冷多結晶素材形成工程において、単ロール急冷法を用いることで、板状の多結晶素材を安定して製造することができる。

【0021】

請求項３の発明によれば、急冷多結晶素材形成工程において、急冷紡糸法を用いることで、線状の多結晶素材を安定して製造することができる。

【0022】

請求項４の発明によれば、急冷多結晶素材形成工程において、急冷紡糸法を用いることで、線状の多結晶素材を安定して製造することができる。また、延伸工程において、断面形状が略円形の線状の多結晶素材が、多結晶素材の断面積を縮小させる温間伸線により、断面形状が略円形の線状の延伸板材に塑性加工される。線状の多結晶素材から線状の延伸板材に温間伸線することにより、延伸板材の内部組織に結晶粒径が１μｍ程度の微細粒が生じ、加工性が改善する。

【0023】

請求項５の発明によれば、急冷多結晶素材形成工程において、急冷アトマイズ法を用いることで、多結晶素材の内部組織に結晶粒径が０．５μｍ程度の微細粒が生じ、加工性が大きく改善する。

【0024】

請求項６の発明によれば、純鉄を原材料として用い、急冷多結晶素材形成工程において、溶解した原材料を単ロール急冷法によって急冷するが、アモルファスでなく、多結晶構造を有する多結晶素材を得るようになっている。このため、その後に続く工程の塑性加工が可能になる。また、真空焼鈍工程において、極薄板材の表面に珪素元素が蒸着され、さらに、酸化珪素が蒸着され、その後、真空焼鈍されることにより、表面に蒸着された珪素元素が、極薄板材の内部に拡散される。極薄板材の表面に蒸着されている珪素元素の層と、酸化珪素の層との二層になった蒸着層について、真空焼鈍により珪素元素のみを鉄に拡散させ、酸化珪素の層はそのまま残り絶縁被膜となる。このため、絶縁被膜塗布工程を省くことができる。

【0025】

請求項７の発明によれば、鉄に６．５％の珪素が含有する原材料を使用することができる。また、鉄に６．５％の珪素が含有する原材料を使用することにより、急冷多結晶素材形成工程において、急冷してもアモルファスにならず、多結晶構造を有する極薄板材を得ることができる。また、急冷多結晶素材形成工程において、単ロール急冷法を用いることで、極薄板材を安定して製造することができる。

【0026】

請求項８の発明によれば、純鉄を原材料として用い、急冷多結晶素材形成工程において、溶解した原材料を単ロール急冷法によって急冷するが、アモルファスでなく、多結晶構造を有する極薄板材を得るようになっている。

【0027】

請求項９の発明によれば、多結晶素材を温間圧延する圧延機の圧延ロールの温度を、温間圧延温度に保持して圧延を行う。圧延ロールの温度が低い場合には、多結晶素材の熱が圧延ロールに吸収され、多結晶素材の温度が低下し、硬くなり塑性加工が困難になることも予想されるが、圧延ロールの温度を、温間圧延温度に保持することにより、多結晶素材の温度が低下することなく圧延加工を行うことができる。

【0028】

請求項１０の発明によれば、極薄鋼板は、珪素の含有率が６．５％の珪素鋼である。この珪素鋼は、磁歪定数がほぼ０になり、応力感受性が低く、ヒステリシス損が低減される。

【0029】

請求項１１の発明によれば、急冷多結晶素材形成工程で形成された多結晶素材の結晶粒径が、３０マイクロメートル以下であるため、難加工材料の珪素含有率６．５％の珪素鋼でも圧延などの塑性加工を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】この発明の実施の形態１に係る極薄鋼板の製造方法の流れを示す図である。

【図2】同実施の形態１に係る急冷多結晶素材形成工程の冷却方法を示す概略図であり、（ａ）は単ロール急冷法を示す図、（ｂ）は双ロール急冷法を示す図である。

【図3】同実施の形態１に係る極薄鋼板の製造方法の各工程を示す概略図であり、（ａ）は延伸工程の温間圧延を示す図、（ｂ）は極薄加工工程の真空焼鈍を示す図、（ｃ）は極薄加工工程の冷間圧延を示す図、（ｄ）は真空焼鈍工程の真空焼鈍を示す図である。

【図4】この発明の実施の形態２に係る極薄鋼板の製造方法の流れを示す図である。

【図5】同実施の形態２に係る急冷多結晶素材形成工程の急冷紡糸法を示す概略図であり、（ａ）は押出法を示す図、（ｂ）は回転液中紡糸法を示す図である。

【図6】同実施の形態２に係る急冷多結晶素材形成工程の急冷紡糸法である改良押出法を示す概略図である。

【図7】同実施の形態２に係る急冷多結晶素材形成工程の急冷紡糸法を示す概略図であり、（ａ）は単ロール紡糸法を示す図、（ｂ）はロール円筒面を示す図、（ｃ）は双ロール紡糸法を示す図である。

【図8】この発明の実施の形態３に係る極薄鋼板の製造方法の流れを示す図である。

【図9】この発明の実施の形態４に係る極薄鋼板の製造方法の流れを示す図である。

【図10】同実施の形態４に係る急冷多結晶素材形成工程の急冷アトマイズ法と双ロール法とを組み合わせた方法を示す概略図である。

【図11】この発明の実施の形態５に係る極薄鋼板の製造方法の流れを示す図である。

【図12】この発明の実施の形態６に係る極薄鋼板の製造方法の流れを示す図である。

【図13】この発明の実施の形態７に係る極薄鋼板の製造方法の流れを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

本発明は、極薄鋼板の製造方法であって、鉄を主成分とする原材料を真空溶解する真空溶解工程と、真空溶解工程で溶解された原材料を冷却して多結晶構造を有する多結晶素材を形成する急冷多結晶素材形成工程と、急冷多結晶素材形成工程で形成された多結晶素材を延伸させて延伸板材を形成する延伸工程と、延伸工程で形成された延伸板材を厚さ２０μｍ以下の極薄板材に加工する極薄加工工程と、極薄加工工程で形成された極薄板材を真空で焼鈍する真空焼鈍工程とを含んでいる。

【0032】

変圧器やモータに使用される磁心には、損失を低減するため、積層鉄心が使用される。この積層鉄心は、強磁性体の薄板が、電気絶縁層を間に挟んで多数積層された構造をしている。積層鉄心を構成する薄板の材料には、珪素鋼などが使用される。これは、鉄に珪素を含有させることにより電気抵抗率が高くなり、発生する渦電流が抑制されるためである。また、珪素の含有率が重量割合で６．５％の珪素鋼は、磁歪定数がほぼ０であり、応力感受性が低く、ヒステリシス損を低減することができる。また、積層鉄心を構成する薄板の板厚を薄くすることにより、渦電流損を低減できるが、板厚を浸透深さδ以下にすることが好ましい。

【0033】

浸透深さδとは、渦電流が流れる際、表面に流れる電流の大きさに対して、自然対数ｅの逆数（１／ｅ）である約０．３６８倍となる大きさの電流が流れる深さのことである。浸透深さδは、周波数ｆ（Ｈｚ）、強磁性体の導電率σ（Ｓ／ｍ）、強磁性体の周波数ｆでの等価な磁気透磁率μ（Ｈ／ｍ）から算出され、円周率πとすると、（πｆμσ）^-1/2となる。

【0034】

ここで、強磁性体の周波数ｆでの等価な磁気透磁率μは、強磁性体の周波数ｆでの比透磁率μ_ｓと、真空の透磁率μ_０との積として求められる。

【0035】

鉄の周波数ｆに対する浸透深さδを表１に示す。

【0036】

【表1】

鉄の浸透深さδは、周波数ｆが、１００ｋＨｚのとき７μｍ程度、２００ｋＨｚのとき５μｍ程度、１ＭＨｚ（１０００ｋＨｚ）のとき４μｍ程度、１０ＭＨｚ（１００００ｋＨｚ）のとき１μｍ程度となる。

【0037】

１ＭＨｚ程度の高周波動作を想定する場合、積層鉄心を構成する薄板の板厚を、浸透深さδ以下の３μｍ程度にすると、渦電流の発生が抑制され、低損失となる。板厚を薄くして１μｍ程度とすると、より高い周波数での動作に対応できるようになる。このように、薄板の板厚を薄くすることは、高周波化につながる。

【0038】

しかし、珪素含有率６．５％の珪素鋼は難加工材料であり、薄くできれば渦電流損失が低下し、特性の良い材料になるが加工が困難であるため、これまで実現されていなかった。過去の研究において、結晶粒を小さくすれば珪素含有率６．５％の珪素鋼の圧延加工が可能であることが示唆されているものの、これらの研究で検討されているのは板厚が、ｍｍ（ミリメートル）からせいぜい０．１ｍｍ程度までの圧延であり、１μｍから数μｍまで薄くすることは、圧延加工の途中で結晶粒が粗大化するため不可能であった。本発明者らは、急冷法を用いれば、数１０μｍの板厚で結晶粒径３０μｍ以下の材料ができるため、その材料であれば圧延加工ができ、圧延により板厚を薄くするとの着想の下、本発明をするに至った。

【0039】

本発明は、高周波動作に対応できる鉄系の極薄板材の製造方法であり、以下に示すように複数の実施形態として実現することができる。

【0040】

［発明の実施の形態１］
この発明の実施の形態１について、図１～図３を用いて説明する。

【0041】

図１は、この発明の実施の形態１に係る極薄鋼板の製造方法１の流れを示す図である。この製造方法１は、真空溶解工程Ｐ１、急冷多結晶素材形成工程Ｐ２、延伸工程Ｐ３、極薄加工工程Ｐ４，Ｐ５及び真空焼鈍工程Ｐ６を含んでいる。

【0042】

真空溶解工程Ｐ１では、鉄に重量割合６．５％の珪素が含有されている原材料が、誘導加熱により、真空溶解される。

【0043】

次の急冷多結晶素材形成工程Ｐ２では、真空溶解工程Ｐ１で溶解された原材料が、単ロール急冷法により急冷され、多結晶構造を有する板厚１０～２０μｍの板状の多結晶素材１４が形成される。単ロール急冷法は、急冷法の一種である。

【0044】

図２（ａ）は、単ロール急冷法を示す概略図である。誘導加熱により１５００℃程度に加熱され、溶解された溶融金属である溶湯１０が、ガス圧によってノズル１１から、銅や鋼のロール１２に吹き付けられる。このロール１２の円筒面は平坦になっており、また、このロール１２は、分速３０００～５０００回転で回転しているため、回転するロール１２に吹き付けられた溶湯１０は、急速に冷却されて凝固し、板状に形成される。この冷却速度は、秒速１００００℃程度である。この作製方法を単ロール急冷法という。

【0045】

単ロール急冷法は、通常、アモルファスの薄板を製造するために用いられるが、本実施形態１のように、珪素の含有率６．５％の鉄を溶解した溶湯１０を急冷し凝固させると、内部組織が、アモルファスでなく多結晶になる。アモルファスは、極めて加工性が悪く、圧延できないが、多結晶素材１４とすることにより、後段の工程で、圧延による塑性加工を行うことができる。また、この単ロール急冷法により形成された多結晶素材１４の結晶粒径が、３０μｍ以下と小さいことによっても、圧延加工ができるようになっている。一般的に、珪素含有率６．５％の珪素鋼の結晶粒径が１００μｍ以上であると、圧延不可能となる。

【0046】

なお、単ロール急冷法に代えて、図２（ｂ）に概略図を示す双ロール急冷法を用いることもできる。双ロール急冷法は、２個の対向する円筒面が平坦の回転ロール１６の間に、溶湯１０を噴射することにより、溶湯１０が急速冷却され、板状に形成される作製方法である。双ロール急冷法は、形成された板状の多結晶素材１４を巻き取ることができるという利点がある。双ロール急冷法も、急冷法の一種である。

【0047】

次の図１に示す延伸工程Ｐ３では、急冷多結晶素材形成工程Ｐ２で形成された板状の多結晶素材１４が、６００～７００℃の温間圧延により、板厚１０μｍ程度の延伸板材２４に形成される。

【0048】

図３（ａ）は、延伸工程Ｐ３の温間圧延を示す概略図である。ボビン２０に巻き付けられた多結晶素材１４が、加熱装置２１内で６００～７００℃に加熱され、加熱された多結晶素材１４が圧延機２２の圧延ロール２３で圧延される。加熱装置２１内では、６００～７００℃に保持された加熱ロール１９が、多結晶素材１４に接触して熱を伝えるようになっている。

【0049】

ここで、圧延される多結晶素材１４の板厚は、１０～２０μｍと薄いため、圧延機２２の圧延ロール２３に熱を奪われて、多結晶素材１４の温度が下がり、６００～７００℃に加熱した状態での圧延が困難になることも想定される。この問題を回避するために、圧延機２２の圧延ロール２３の温度を、６００～７００℃の温間圧延温度に保持して圧延を行うようにしてもよい。

【0050】

次の図１に示す極薄加工工程Ｐ４，Ｐ５では、延伸工程Ｐ３で形成された延伸板材２４が６００～７００℃で真空焼鈍され、真空で焼鈍された延伸板材２４が、常温における冷間圧延により、板厚１～５μｍの極薄板材３２に塑性加工される。

【0051】

極薄加工工程Ｐ４の真空焼鈍は、延伸板材２４の結晶粒制御のために行うものであり、結晶粒の大きさを加工しやすい大きさに調整する。図３（ｂ）は極薄加工工程Ｐ４の真空焼鈍を示す概略図である。６００～７００℃の真空状態に保持された加熱装置２８内で延伸板材２４が焼鈍される。

【0052】

図３（ｃ）は極薄加工工程Ｐ５の冷間圧延を示す概略図である。ボビン２６に巻き付けられた延伸板材２４が、圧延機３０に送られ、常温で圧延される。

【0053】

次の図１に示す真空焼鈍工程Ｐ６では、極薄加工工程Ｐ４，Ｐ５で加工された極薄板材３２が真空焼鈍される。真空焼鈍工程Ｐ６は、結晶粒の方向制御や圧延により生じた歪である圧延組織の解消のために行われる。この真空焼鈍工程Ｐ６の真空焼鈍によって、極薄板材３２の磁気特性が改善する。図３（ｄ）は真空焼鈍工程Ｐ６の真空焼鈍を示す概略図である。６００～７００℃の真空状態に保持された加熱装置３５内で極薄板材３２が焼鈍される。

【0054】

なお、この真空焼鈍工程Ｐ６における真空焼鈍の目的は、磁気特性を改善させるための結晶粒の大きさを大きく成長させることや、圧延の塑性加工により生じた応力を解放することであり、焼鈍の温度を１０００～１２００℃程度まで高めるようにしてもよい。

【0055】

また、高温下で焼鈍を行うと、表面が酸化鉄になるが、極薄板材３２の板厚は、１～５μｍと薄いため、極薄板材３２の全体が酸化鉄にならないように焼鈍の条件を制御する必要がある。板厚１～５μｍの極薄板材３２の場合、表面の酸化鉄の層が、１０ｎｍ（ナノメートル）以下になるように制御することが好ましい。

【0056】

以上のような図１に示す極薄鋼板の製造方法１により、珪素の含有率が６．５％の珪素鋼からなる板厚１～５μｍの極薄鋼板を製造することができる。

【0057】

上述のように珪素の含有率が６．５％の珪素鋼は、電気抵抗率が高く渦電流が抑制され、また、磁歪定数がほぼ０であり、応力感受性が低く、ヒステリシス損が低減されるという良好な磁気特性を示す。

【0058】

この極薄鋼板の製造方法１では、原材料の成分と、極薄鋼板の成分とが同一になっており、原材料の段階で、成分調整まで完了しているという特徴がある。

【0059】

次に、本発明の実施の形態１の効果を示す。

【0060】

本発明の実施の形態１によれば、急冷多結晶素材形成工程Ｐ２において、鉄に６．５％の珪素が含有する原材料を溶解したものを冷却して多結晶構造を有する多結晶素材１４を形成する。アモルファスでなく、多結晶構造を有するため、その後に続く工程の塑性加工が可能になる。また、極薄加工工程Ｐ４，Ｐ５で加工される極薄板材３２の厚さが２０マイクロメートル以下であるため、高周波動作の変圧器やモータに使用される磁心の材料として使用することができる。

【0061】

また、本発明の実施の形態１によれば、鉄に６．５％の珪素が含有する原材料を使用することができる。珪素の含有率が６．５％の珪素鋼は、高強度、難加工性であり、割れてしまう現象を伴う材料であるが、この製造方法１を採用することで、極薄の板材に加工することができる。また、鉄に６．５％の珪素が含有する原材料を使用することにより、急冷多結晶素材形成工程Ｐ２において、急冷してもアモルファスにならず、多結晶構造を有する多結晶素材１４を得ることができる。このため、その後に続く工程の塑性加工が可能になる。

【0062】

また、本発明の実施の形態１によれば、急冷多結晶素材形成工程Ｐ２において、単ロール急冷法を用いることで、板状の多結晶素材を安定して製造することができる。

【0063】

また、本発明の実施の形態１によれば、急冷多結晶素材形成工程Ｐ２で形成された多結晶素材１４の結晶粒径が、３０マイクロメートル以下であるため、難加工材料の珪素含有率６．５％の珪素鋼でも圧延などの塑性加工を行うことができる。

【0064】

また、本発明の実施の形態１によれば、多結晶素材１４を温間圧延する圧延機２２の圧延ロール２３の温度を、温間圧延温度に保持して圧延を行うようにしてもよい。圧延ロール２３の温度が低い場合には、多結晶素材１４の熱が圧延ロール２３に吸収され、多結晶素材１４の温度が低下し、硬くなり塑性加工が困難になることも予想されるが、圧延ロール２３の温度を、温間圧延温度に保持することにより、多結晶素材１４の温度が低下することなく圧延加工を行うことができる。

【0065】

また、本発明の実施の形態１によれば、極薄鋼板は、珪素の含有率が６．５％の珪素鋼である。この珪素鋼は、磁歪定数がほぼ０になり、応力感受性が低く、ヒステリシス損が低減される。

【0066】

［発明の実施の形態２］
次に、この発明の実施の形態２について、図４～図７を用いて説明する。なお、上述の要素と同一又は対応する要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0067】

図４は、この発明の実施の形態２に係る極薄鋼板の製造方法２の流れを示す図である。

【0068】

真空溶解工程Ｐ１１では、鉄に重量割合６．５％の珪素が含有されている原材料が、誘導加熱により、真空溶解される。

【0069】

次の急冷多結晶素材形成工程Ｐ１２では、真空溶解工程Ｐ１１で溶解された原材料が、線状にされて急冷される急冷紡糸法により、多結晶構造を有する断面形状が略円形の線状の多結晶素材４７に形成される。この多結晶素材４７の略円形の断面形状の直径は、３ｍｍ程度であるが、この直径は、３ｍｍに限らず、任意に設定可能である。急冷紡糸法は、急冷法の一種である。また、この急冷紡糸法により形成された多結晶素材４７の結晶粒径は、３０μｍ以下と小さく、難加工材料の珪素含有率６．５％の珪素鋼でも圧延などの塑性加工ができるようになっている。

【0070】

急冷紡糸法として、例えば、以下に示すような複数の方法がある。

【0071】

図５（ａ）は、急冷紡糸法の一例である押出法を示す概略図である。押出法では、加圧容器４４内部のるつぼ４３の中の金属が、誘導コイル４１による誘導加熱によって溶解される。加圧容器４４には、流体流入口４０からガスが送り込まれ、溶融金属である溶湯４２が、ガスの圧力により、紡糸口４５から押し出される。紡糸口４５から押し出された溶湯４２は、冷却容器４６内で、流体流入口３９から送り込まれるガスにより冷却され、凝固して線状の多結晶素材４７に形成される。この線状の多結晶素材４７は、巻取り器４８によって、ボビン４９に巻き取られるようになっている。

【0072】

図５（ｂ）は急冷紡糸法の一例である回転液中紡糸法を示す概略図である。回転液中紡糸法では、回転するロール５３の遠心力により、ロール内面５４に水が張られ、そこに、ノズル５２から溶湯５１が押し出される。溶湯５１は、ロール内面５４に張られた水により、急冷され凝固して線状の多結晶素材４７が形成される。

【0073】

図６は、急冷紡糸法の一例である改良押出法を示す概略図である。改良押出法は、図５（ａ）に示した押出法とほぼ同様の構成を備えている。図５（ａ）に示した押出法との相違点は、冷却容器４６内で流体流入口３９から送り込まれる水５５などの液体が循環しており、紡糸口４５から押し出された溶湯４２が、冷却容器４６内の水５５などの液体により急冷されることである。ガスで冷却する押出法に比較して、図６に示す改良押出法は、循環する水５５などの液体により溶湯４２が冷却されるため、冷却速度が速くなる。

【0074】

図７（ａ）は、急冷紡糸法の一例である単ロール紡糸法を示す概略図である。図２（ａ）に示した単ロール急冷法の構成に類似しているが、単ロール急冷法では、ロール１２の円筒面が平坦であったのに対し、単ロール紡糸法に使用されるロール５７は、図７（ｂ）に示すように、ロール５７円筒面にロール５７の回転方向に沿う溝５９が形成されている。誘導加熱により溶解された溶湯１０が、ノズル１１から、ロール５７円筒面の溝５９部に吹き付けられることにより、急冷され凝固して線状の多結晶素材４７が形成される。

【0075】

図７（ｃ）は、急冷紡糸法の一例である双ロール紡糸法を示す概略図である。図７（ｂ）に示した円筒面にロール６１の回転方向に沿う溝５９が形成された２個のロール６１を溝５９の位置を合わせるように対向させ、回転させる。溶湯１０が、ロール６１円筒面の溝５９部に吹き付けられることにより、急冷され凝固して線状の多結晶素材４７が形成される。

【0076】

次の図４に示す延伸工程Ｐ１３では、急冷多結晶素材形成工程Ｐ１２で形成された線状の多結晶素材４７が、６００～７００℃の温間圧延により塑性加工され、板厚２０～３０μｍ程度の板状の延伸板材に形成される。

【0077】

次の極薄加工工程Ｐ１４，Ｐ１５では、延伸工程Ｐ１３で形成された延伸板材が６００～７００℃で真空焼鈍され、真空で焼鈍された延伸板材が、常温で行われる冷間圧延により、板厚１～３μｍの極薄板材に塑性加工される。

【0078】

極薄加工工程Ｐ１４の真空焼鈍は、延伸板材の結晶粒制御のために行うものであり、結晶粒の大きさを加工しやすい大きさに調整する。また、この真空焼鈍により、延伸板材の加工硬化も取り除かれる。

【0079】

次の真空焼鈍工程Ｐ１６では、極薄加工工程Ｐ１４，Ｐ１５で加工された極薄板材が６００～７００℃で真空焼鈍される。真空焼鈍工程Ｐ１６は、結晶粒の方向制御や圧延により生じた歪である圧延組織の解消のために行われる磁気焼鈍である。この真空焼鈍工程Ｐ１６の真空焼鈍によって、極薄板材の磁気特性が改善する。なお、上述したように、真空焼鈍の温度を１０００～１２００℃程度まで高めるようにしてもよい。

【0080】

以上のような図４に示す極薄鋼板の製造方法２により、珪素の含有率が６．５％の珪素鋼からなる板厚１～３μｍの極薄鋼板を製造することができる。

【0081】

本発明の実施の形態２によれば、上述の実施の形態１の効果と、ほぼ同様の効果が得られる。

【0082】

また、本発明の実施の形態２によれば、急冷多結晶素材形成工程Ｐ１２において、急冷紡糸法を用いることで、線状の多結晶素材４７を安定して製造することができる。

【0083】

［発明の実施の形態３］
次に、この発明の実施の形態３について、図８を用いて説明する。

【0084】

図８は、この発明の実施の形態３に係る極薄鋼板の製造方法３の流れを示す図である。

【0085】

真空溶解工程Ｐ２１では、鉄に重量割合６．５％の珪素が含有されている原材料が、誘導加熱により、真空溶解される。

【0086】

次の急冷多結晶素材形成工程Ｐ２２では、真空溶解工程Ｐ１１で溶解された原材料が、線状にされて急冷される急冷紡糸法により、多結晶構造を有する断面形状が略円形の線状の多結晶素材に形成される。この多結晶素材の略円形の断面形状の直径は、３ｍｍ程度であるが、この直径は、３ｍｍに限らず、任意に設定可能である。急冷紡糸法としては、上述の押出法（図５（ａ）参照）、回転液中紡糸法（図５（ｂ）参照）、改良押出法（図６参照）、単ロール紡糸法（図７（ａ）参照）及び双ロール紡糸法（図７（ｃ）参照）などを用いることができる。

【0087】

次の延伸工程Ｐ２３では、急冷多結晶素材形成工程Ｐ２２で形成された断面形状が略円形の線状の多結晶素材が、この多結晶素材の断面積を縮小させる５００℃での温間伸線により塑性加工され、断面形状が略円形の線状の延伸板材に形成される。

【0088】

ここで、上記の説明では、断面形状が略円形の線状の「延伸板材」という表現を使用しているが、この「延伸板材」との表現は、他の実施形態と平仄を合わせるためのものであり、本実施形態３においては、「延伸板材」を「延伸線材」と読み替えて認識していただきたい。

【0089】

多結晶素材の略円形の断面形状の直径が３ｍｍであるとすると、この５００℃における１回の温間伸線により、延伸板材の略円形の断面形状の直径が１．２ｍｍになる。多結晶素材の断面積と延伸板材の断面積とを比較すると、多結晶素材の断面積の減少割合は、８４％程度になる。このように、５００℃の環境で、円形断面から円形断面に断面積を減少するように温間伸線を行うと、断面全体に圧縮応力が作用し、この圧縮により再結晶が生じ、結晶粒の直径が１μｍ程度の微細粒となる。結晶粒径が１μｍ程度の結晶は、熱処理を施さなくても、伸びやすいという性質を持っており、焼鈍せずに圧延することができ、工程の短縮になる。

【0090】

次の極薄加工工程Ｐ２４では、延伸工程Ｐ２３で形成された断面形状が略円形の線状の延伸板材が、常温で行われる冷間圧延により、板厚１～３μｍの板状の極薄板材に塑性加工される。

【0091】

次の真空焼鈍工程Ｐ２５では、極薄加工工程Ｐ２４で加工された極薄板材が６００～７００℃で真空焼鈍され、磁気特性が改善される。

【0092】

以上のような図８に示す極薄鋼板の製造方法３により、珪素の含有率が６．５％の珪素鋼からなる板厚１～３μｍの極薄鋼板を製造することができる。

【0093】

本発明の実施の形態３によれば、上述の実施形態１の効果と、ほぼ同様の効果が得られる。

【0094】

また、本発明の実施の形態３によれば、急冷多結晶素材形成工程Ｐ２２において、急冷紡糸法を用いることで、線状の多結晶素材を安定して製造することができる。また、延伸工程Ｐ２３において、断面形状が略円形の線状の多結晶素材が、多結晶素材の断面積を縮小させる５００℃での温間伸線により、断面形状が略円形の線状の延伸板材に塑性加工される。線状の多結晶素材から線状の延伸板材に温間伸線することにより、延伸板材の内部組織に結晶粒径が１μｍ程度の微細粒が生じ、加工性が改善する。

【0095】

［発明の実施の形態４］
次に、この発明の実施の形態４について、図９～図１０を用いて説明する。

【0096】

図９は、この発明の実施の形態４に係る極薄鋼板の製造方法４の流れを示す図である。

【0097】

真空溶解工程Ｐ３１では、鉄に重量割合６．５％の珪素が含有されている原材料が、誘導加熱により、真空溶解される。

【0098】

次の急冷多結晶素材形成工程Ｐ３２では、真空溶解工程Ｐ３１で溶解された原材料が、噴霧されて急冷される急冷アトマイズ法により、粉体７０にされ、この粉体７０が回転する２個のロール７２の対向する円筒面間で押し固められて、多結晶構造を有する板厚１０～２０μｍの板状の多結晶素材７４に形成される。急冷アトマイズ法は、急冷法の一種である。

【0099】

図１０は、急冷多結晶素材形成工程Ｐ３２の急冷アトマイズ法と双ロール法とを組み合わせた方法を示す概略図である。この図の上部が急冷アトマイズ法を用いる急冷アトマイズ装置８０を示す部分であり、下部が双ロール法を用いる双ロール装置８１を示す部分である。急冷アトマイズ法では、流体流入口６４から送り込まれる高圧水又は高圧窒素ガスによって、溶湯６５がアトマイズノズル６７からアトマイズチャンバ６８内に噴霧される。噴霧された霧状溶湯６９は、アトマイズチャンバ６８内で急冷され、粉体７０となる。この粉体７０は、下部に配置されている回転する２個のロール７２の対向する平坦な円筒面間で押し固められて、板状の多結晶素材７４に形成される。

【0100】

急冷アトマイズ法によって得られる多結晶素材７４は、結晶粒径が０．５μｍ程度のサブミクロンの大きさになる。このような、結晶粒径が１μｍよりも小さい組織は、超塑性加工組織と呼ばれ、加工性が極めて良好である。このため、焼鈍などの熱処理をせずに、次工程の加工を行うことができる。

【0101】

次の図９に示す延伸工程Ｐ３３と極薄加工工程Ｐ３３とは、同一の工程になっており、急冷多結晶素材形成工程Ｐ３２で形成された板状の多結晶素材７４が、常温で行われる冷間圧延により、板厚１～３μｍの極薄板材に塑性加工される。

【0102】

次の真空焼鈍工程Ｐ３４では、延伸工程Ｐ３３と極薄加工工程Ｐ３３で加工された極薄板材が６００～７００℃で真空焼鈍され、磁気特性が改善される。

【0103】

以上のような図９に示す極薄鋼板の製造方法４により、珪素の含有率が６．５％の珪素鋼からなる板厚１～３μｍの極薄鋼板を製造することができる。

【0104】

本発明の実施の形態４によれば、上述の実施の形態１の効果と、ほぼ同様の効果が得られる。

【0105】

また、本発明の実施の形態４によれば、急冷多結晶素材形成工程Ｐ３２において、急冷アトマイズ法を用いることで、多結晶素材７４の内部組織に結晶粒径が０．５μｍ程度の微細粒が生じ、加工性が大きく改善する。

【0106】

［発明の実施の形態５］
次に、この発明の実施の形態５について、図１１を用いて説明する。

【0107】

図１１は、この発明の実施の形態５に係る極薄鋼板の製造方法５の流れを示す図である。

【0108】

真空溶解工程Ｐ４１では、原材料である純鉄が、誘導加熱により、真空溶解される。

【0109】

次の急冷多結晶素材形成工程Ｐ４２では、真空溶解工程Ｐ４１で溶解された純鉄が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により急冷され、多結晶構造を有する板厚１０～２０μｍの板状の多結晶素材が形成される。単ロール急冷法については、図２（ａ）を用いてすでに説明を行っている。純鉄を単ロール急冷法によって急冷すると、条件によっては、アモルファスになるため、多結晶構造を有する多結晶素材が得られるように条件を制御する必要がある。アモルファスは、極めて加工性が悪く、圧延できないが、多結晶素材にすることにより、後段の工程で、圧延による塑性加工を行うことができるようになる。

【0110】

なお、単ロール急冷法に代えて、図２（ｂ）に示した双ロール急冷法を用いることもできる。

【0111】

次の図１１に示す延伸工程Ｐ４３と極薄加工工程Ｐ４３とは、同一の工程になっており、急冷多結晶素材形成工程Ｐ４２で形成された板状の多結晶素材が、常温における冷間圧延により、板厚１～３μｍの極薄板材に塑性加工される。

【0112】

次の真空焼鈍工程Ｐ４４，Ｐ４５，Ｐ４６では、延伸工程Ｐ４３と極薄加工工程Ｐ４３で加工された極薄板材の表面に化学気相成膜法（ＣＶＤ法）により珪素元素が蒸着され（Ｐ４４プロセス）、さらに、二酸化珪素が蒸着され（Ｐ４５プロセス）、その後、真空焼鈍されることにより、表面に蒸着された珪素元素が、極薄板材の内部に拡散する（Ｐ４６プロセス）。この真空拡散焼鈍（Ｐ４６プロセス）によって、純鉄に珪素を浸珪して、珪素の含有率が６．５％の珪素鋼からなる板厚１～３μｍの極薄鋼板を製造する。また、この真空拡散焼鈍（Ｐ４６プロセス）では、珪素元素だけが極薄板材の内部に拡散し、二酸化珪素の層はそのまま残り、絶縁被膜として作用する。

【0113】

なお、極薄板材の表面には、珪素元素のみを蒸着し、真空拡散焼鈍を適切に制御することにより、極薄板材の表面側（内側）の珪素元素が極薄板材内部に拡散し、大気側（外側）の珪素元素が酸化珪素の絶縁層を形成するようにしてもよい。

【0114】

本発明の実施の形態５の効果を以下に示す。

【0115】

本発明の実施の形態５によれば、純鉄を原材料として用い、急冷多結晶素材形成工程Ｐ４２において、溶解した純鉄を単ロール急冷法によって急冷するが、アモルファスでなく、多結晶構造を有する多結晶素材を得るようになっている。このため、その後に続く工程の塑性加工が可能になる。また、真空焼鈍工程Ｐ４４，Ｐ４５，Ｐ４６において、極薄板材の表面に珪素元素が蒸着され、さらに、酸化珪素が蒸着され、その後、真空焼鈍されることにより、表面に蒸着された珪素元素が、極薄板材の内部に拡散される。極薄板材の表面に蒸着されている珪素元素の層と、酸化珪素の層との二層になった蒸着層について、真空焼鈍により珪素元素のみを鉄に拡散させ、酸化珪素の層はそのまま残り絶縁被膜となる。このため、絶縁被膜塗布工程を省くことができる。

【0116】

［発明の実施の形態６］
次に、この発明の実施の形態６について、図１２を用いて説明する。

【0117】

図１２は、この発明の実施の形態６に係る極薄鋼板の製造方法６の流れを示す図である。

【0118】

真空溶解工程Ｐ５１では、鉄に重量割合６．５％の珪素が含有されている原材料が、誘導加熱により、真空溶解される。

【0119】

次の急冷多結晶素材形成工程Ｐ５２、延伸工程Ｐ５２及び極薄加工工程Ｐ５２は、同一の工程になっており、真空溶解工程Ｐ５１で溶解された原材料が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により急冷され、多結晶構造を有する板厚１０～２０μｍの板状の極薄板材が形成される。単ロール急冷法については、図２（ａ）を用いてすでに説明を行っている。

【0120】

次の真空焼鈍工程Ｐ５３では、極薄板材が真空焼鈍され、磁気特性が改善される。

【0121】

以上のようなこの極薄鋼板の製造方法６により、珪素の含有率が６．５％の珪素鋼からなる板厚１０～２０μｍの極薄鋼板を製造することができる。

【0122】

本発明の実施の形態６によれば、鉄に６．５％の珪素が含有する原材料を使用することができる。また、鉄に６．５％の珪素が含有する原材料を使用することにより、急冷多結晶素材形成工程Ｐ５２、延伸工程Ｐ５２及び極薄加工工程Ｐ５２において、急冷してもアモルファスにならず、多結晶構造を有する極薄板材を得ることができる。また、単ロール急冷法を用いることで、極薄板材を安定して製造することができる。

【0123】

［発明の実施の形態７］
次に、この発明の実施の形態７について、図１３を用いて説明する。

【0124】

図１３は、この発明の実施の形態７に係る極薄鋼板の製造方法７の流れを示す図である。

【0125】

真空溶解工程Ｐ６１では、原材料である純鉄が、誘導加熱により、真空溶解される。

【0126】

次の急冷多結晶素材形成工程Ｐ６２、延伸工程Ｐ６２、極薄加工工程Ｐ６２は、同一の工程になっており、真空溶解工程Ｐ６１で溶解された純鉄が、回転するロールに吹き付けられ急冷される単ロール急冷法により急冷され、多結晶構造を有する板厚１０～２０μｍの板状の極薄板材が形成される。単ロール急冷法については、図２（ａ）を用いてすでに説明を行っている。純鉄を単ロール急冷法によって急冷すると、条件によっては、アモルファスになるため、多結晶構造を有する極薄板材が得られるように条件を制御する必要がある。

【0127】

次の真空焼鈍工程Ｐ６３では、極薄板材が真空焼鈍され、磁気特性が改善される。

【0128】

本発明の実施の形態７によれば、純鉄を原材料として用い、急冷多結晶素材形成工程Ｐ６２、延伸工程Ｐ６２及び極薄加工工程Ｐ６２において、溶解した純鉄を単ロール急冷法によって急冷するが、アモルファスでなく、多結晶構造を有する極薄板材を得るようになっている。

【符号の説明】

【0129】

１，２，３，４，５，６，７…極薄鋼板の製造方法、Ｐ１，Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ４１，Ｐ５１，Ｐ６１…真空溶解工程、Ｐ２，Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２，Ｐ４２，Ｐ５２，Ｐ６２…急冷多結晶素材形成工程、Ｐ３，Ｐ１３，Ｐ２３，Ｐ３３，Ｐ４３，Ｐ５２，Ｐ６２…延伸工程、Ｐ４，Ｐ５，Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ２４，Ｐ３３，Ｐ４３，Ｐ５２，Ｐ６２…極薄加工工程、Ｐ６，Ｐ１６，Ｐ２５，Ｐ３４，Ｐ４４，Ｐ４５，Ｐ４６，Ｐ５３，Ｐ６３…真空焼鈍工程、１４，４７，７４…多結晶素材、２４…延伸板材、３２…極薄板材、１０，４２，５１，６５…溶湯（溶融金属）、１１，５２…ノズル、１２…ロール、１６…回転ロール、２０，２６…ボビン、２１…加熱装置、２２，３０…圧延機、２３…圧延ロール、１９…ロール、３９，４０…流体流入口、４１…誘導コイル、４３…るつぼ、４４…加圧容器、４５…紡糸口、４６…冷却容器、４８…巻取り器、４９…ボビン、５０…移動機構、５３…ロール、５４…ロール内面、５５…水、５７，６１…ロール、５９…溝、６４…流体流入口、６７…アトマイズノズル、６８…アトマイズチャンバ、６９…霧状溶湯、７０…粉体、７２…ロール、８０…急冷アトマイズ装置、８１…双ロール装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】