JPH048504B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH048504B2 JPH048504B2 JP61165517A JP16551786A JPH048504B2 JP H048504 B2 JPH048504 B2 JP H048504B2 JP 61165517 A JP61165517 A JP 61165517A JP 16551786 A JP16551786 A JP 16551786A JP H048504 B2 JPH048504 B2 JP H048504B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steel plate
- steel
- treatment
- cvd
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Manufacturing Of Steel Electrode Plates (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は表面に絶縁皮膜を有する高珪素鋼板の
製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of manufacturing a high silicon steel plate having an insulating film on its surface.
電磁鋼板として高珪素鋼板が用いられている。
この種の鋼板はSiの含有量が増すほど鉄損が低減
され、Si:6.5%では、磁歪が0となり、最大透
磁率もピークとなる等最も優れた磁気特性を呈す
ることが知られている。
High-silicon steel sheets are used as electrical steel sheets.
It is known that this type of steel sheet exhibits the best magnetic properties, with the iron loss decreasing as the Si content increases, and at 6.5% Si, the magnetostriction becomes 0 and the maximum magnetic permeability reaches its peak. .
従来、高珪素鋼板を製造する方法として、圧延
法、直接鋳造法及び滲珪法があるが、このうち圧
延法はSi含有量4%程度までは製造可能である
が、それ以上のSi含有量では加工性が著しく悪く
なるため冷間加工は困難である。また直接鋳造
法、所謂ストリツプキヤステイングは圧延法のよ
うな加工性の問題は生じないが、未だ開発途上の
技術であり、形状不良を起し易く、特に高珪素鋼
板の製造は困難である。 Conventionally, methods for producing high-silicon steel sheets include the rolling method, direct casting method, and silicon extrusion method. Of these, the rolling method can produce Si steel sheets with a Si content of up to about 4%, but Cold working is difficult because the workability deteriorates significantly. In addition, although the direct casting method, so-called strip casting, does not have workability problems like the rolling method, it is still a technology under development and is prone to shape defects, making it particularly difficult to manufacture high-silicon steel sheets. be.
これに対し、滲珪法は低珪素鋼を溶製して圧延
により薄板とした後、表面からSiを浸透させるこ
とにより高珪素鋼板を製造するもので、これによ
れば加工性や形状不良の問題を生じることなく高
珪素鋼板を得ることができる。 On the other hand, the silicon permeation method produces high-silicon steel sheets by melting low-silicon steel, rolling it into thin sheets, and then infiltrating Si from the surface. A high-silicon steel plate can be obtained without causing any problems.
ところで、電磁鋼板は通常積層状態で使用さ
れ、この場合積層される各鋼板はそれぞれ絶縁さ
れる必要がある。このため電磁鋼板には絶縁皮膜
コーテイングが施される。従来、この絶縁皮膜コ
ーテイングは液状のコーテイン材を塗布し、乾
燥、焼付けを行うことにより行われている。 By the way, electromagnetic steel sheets are usually used in a laminated state, and in this case, each of the laminated steel sheets needs to be insulated. For this reason, electrical steel sheets are coated with an insulating film. Conventionally, this insulating film coating has been performed by applying a liquid coating material, drying it, and baking it.
しかし、このような塗布による絶縁皮膜の形成
には次のような問題がある。
However, forming an insulating film by such coating has the following problems.
) 塗布ムラによりコーテイング膜厚が不均一
になり易い。) Coating film thickness tends to become uneven due to uneven application.
) 乾燥・焼付工程で鋼帯を再加熱する必要が
ある。) It is necessary to reheat the steel strip during the drying and baking process.
) コーテイング材が無機系である場合、乾
燥・焼付工程で約700〜800℃にも加熱する必要
があり、このため、鋼板の結晶成長が起こる
等、最終製品の磁気特性に悪影響を与えるおそ
れがある。) If the coating material is inorganic, it is necessary to heat it to approximately 700-800℃ during the drying and baking process, which may cause crystal growth on the steel plate and adversely affect the magnetic properties of the final product. be.
) コーテイングされた膜厚が厚いため、鋼板
を積層使用する際、積層材厚さが大きくなつて
しまう。(単位厚み当りの積層数が少ない)
) コーテイングが剥離し易い。) Because the coated film is thick, when laminating steel plates, the thickness of the laminated material becomes large. (The number of laminated layers per unit thickness is small.) Coating peels off easily.
一方、滲珪法のうち化学気相蒸着(以下、
CVDという)により高珪素鋼板を製造方法する
方法では、処理に長時間を要し、またSiの蒸着膜
厚が不均一になり易いという問題があり、これら
がCVD法を高珪素鋼板の製造に適用する際の障
害の一つとなつていた。 On the other hand, chemical vapor deposition (hereinafter referred to as
The method of manufacturing high-silicon steel sheets by CVD (CVD) has problems in that the processing takes a long time and the thickness of the deposited Si layer tends to be uneven. This has been one of the obstacles to its application.
本発明はこのような問題に鑑みなされたもの
で、CVD処理において均一なSi蒸着膜が短時間
で得られ、加えて焼付処理を要することなく、薄
膜且つ均一な絶縁皮膜を形成させることができ、
これによつて板面方向でのSi濃度が均一で、しか
も薄膜且つ均一な絶縁皮膜を形成させることがで
き、これによつて板面方向でのSi濃度が均一で、
しかも薄膜且つ均一な絶縁皮膜を有する高珪素鋼
板を効率的に製造することができる方法を提供せ
んとするものである。 The present invention was developed in view of these problems, and it is possible to obtain a uniform Si vapor deposited film in a short time through CVD processing, and also to form a thin and uniform insulating film without the need for baking processing. ,
This makes it possible to form a thin and uniform insulation film with a uniform Si concentration in the direction of the plate surface.
Moreover, it is an object of the present invention to provide a method that can efficiently produce a high-silicon steel plate having a thin and uniform insulating film.
このため本発明は、SiCl4をmol分率で5〜35
%含んだ無酸化性ガス雰囲気中において鋼板に吹
付ノズルから雰囲気ガスを吹き付け、処理温度
1023〜1200℃で鋼板をSi蒸着処理した後、Siを鋼
板内部に拡散させる処理を行い、しかる後、鋼板
面に安定酸化物を形成し得る原子の金属イオンを
照射し、次いでO2 +イオンを照射することにより
鋼板面に絶縁性皮膜を形成させることをその基本
的特徴とする。
For this reason, the present invention uses SiCl 4 in a mol fraction of 5 to 35
Atmospheric gas is sprayed onto the steel plate from a spray nozzle in a non-oxidizing gas atmosphere containing %
After Si vapor deposition treatment on the steel plate at 1023-1200℃, Si is diffused into the steel plate, then the steel plate surface is irradiated with metal ions of atoms that can form stable oxides, and then O 2 + ions are applied to the steel plate. Its basic feature is to form an insulating film on the surface of the steel plate by irradiating it with
本発明はCVD法により後述するような条件で
鋼板表面にSiを蒸着させた後、Siを鋼板内部に拡
散させる拡散処理を施し、次いでこのような高珪
素鋼板に対し、イオンビーム照射法により絶縁皮
膜を形成させる。 In the present invention, after depositing Si on the surface of a steel plate using the CVD method under the conditions described below, a diffusion process is performed to diffuse the Si into the steel plate, and then the high silicon steel plate is insulated using an ion beam irradiation method. Forms a film.
この絶縁皮膜コーテイング工程では、まず、
Mg+、Si+、Al+等の安定酸化物を形成し得る原
子の金属イオンを鋼板面に照射してこの金属を鋼
板面に蒸着させる。イオンビーム照射は原子をイ
オン化し、これを磁界中で加速して鋼板面に衝突
させることにより行われるもので、これにより金
属は鋼板面に蒸着される。 In this insulating film coating process, first,
The surface of the steel sheet is irradiated with metal ions of atoms capable of forming stable oxides such as Mg + , Si + , Al + , etc., and the metal is deposited on the surface of the steel sheet. Ion beam irradiation is performed by ionizing atoms, accelerating them in a magnetic field, and causing them to collide with the surface of a steel plate, thereby depositing metal on the surface of the steel plate.
上記金属イオン照射後、さらに鋼板面にはO2 +
イオンが照射され、これによつて先に蒸着してい
る金属が酸化され、鋼板表面にSiO2、MgO、
Al2O3等の非に薄く(数百μm〜数μm程度)しか
も非常に緻密で高絶縁性を有する皮膜(酸化物皮
膜)が形成される。 After the above metal ion irradiation, O 2 + is added to the steel plate surface.
Ions are irradiated, which oxidizes the previously deposited metal, forming SiO 2 , MgO,
A very thin (about several hundred μm to several μm) film (oxide film) of Al 2 O 3 or the like, which is very dense and has high insulation properties, is formed.
この酸化物皮膜は、極めて均一且つ薄く形成さ
れるため、母材に対する密着性にも優れている。 Since this oxide film is formed extremely uniformly and thinly, it also has excellent adhesion to the base material.
また、以上のような絶縁皮膜の形成処理は、従
来のような乾燥・焼付処理を行わないため、母材
である高珪素鋼板の磁気特性が害されることがな
いという利点がある。 Furthermore, since the above-described process for forming an insulating film does not involve drying and baking processes as in the conventional process, it has the advantage that the magnetic properties of the high-silicon steel sheet, which is the base material, are not impaired.
本発明において、Siを鋼板表面に蒸着させる方
法としてCVD法が取られる。 In the present invention, a CVD method is used as a method for depositing Si on the surface of a steel plate.
CVD法による鋼板の連続処理は、SiCl4をmol
分率で5〜35%含んだ無酸化性ガス雰囲気中にお
いて、1023〜1200℃の温度で連続的に行われる。 Continuous treatment of steel plates by CVD method uses mol of SiCl 4
The process is carried out continuously at a temperature of 1023 to 1200° C. in an atmosphere of non-oxidizing gas containing 5 to 35% in fraction.
SiCl4を含む無酸化性ガスとは、中性或いは還
元性ガスを意味し、SiCl4のキヤリアガスとして
はAr、N2、He、H2、CH4等を使用することが
できる。これらキヤリアガスのうち、排ガスの処
理法を考慮した場合、H2、CH4等はHClを発生
させその処理の必要性が生じる難点があり、この
ような問題を生じないAr、He、N2が望ましく、
さらに材料の窒化を防止するという観点からすれ
ばこれらのうちでも特にAr、Heが最も好まし
い。 The non-oxidizing gas containing SiCl 4 means a neutral or reducing gas, and Ar, N 2 , He, H 2 , CH 4 or the like can be used as a carrier gas for SiCl 4 . Among these carrier gases, when considering exhaust gas treatment methods, H2 , CH4 , etc. have the disadvantage of generating HCl, which requires treatment.Ar, He, and N2 , which do not cause such problems, are Preferably,
Furthermore, from the viewpoint of preventing nitridation of the material, Ar and He are particularly preferred among these.
CVD処理における鋼板表面の主反応は、
5Fe+SiCl4→Fe3Si+2FeCl2↑である。Si1原
子が鋼板面に蒸着してFe3Si層を形成し、Fe2原
子がFeCl2となり、FeCl2の沸点1023℃以上の温
度において気体状態で鋼板表面から放散される。
したがつてSi原子量が28.086、Fe原子量が55.847
であることから、鋼板は質量減少し、これに伴い
板厚も減少することになる。ちなみに、Si3%鋼
板を母材とし、CVD処理でSi6.5%鋼板を製造す
ると、質量は8.7%減少し、板厚は約7.1%減少す
る。 The main reaction on the steel sheet surface during CVD treatment is 5Fe+SiCl 4 →Fe 3 Si+2FeCl 2 ↑. Si1 atoms are deposited on the steel plate surface to form a Fe 3 Si layer, and Fe2 atoms become FeCl 2 which is diffused from the steel plate surface in a gaseous state at a temperature higher than the boiling point of FeCl 2 of 1023°C.
Therefore, the Si atomic weight is 28.086 and the Fe atomic weight is 55.847.
Therefore, the mass of the steel plate decreases, and the thickness of the steel plate decreases accordingly. By the way, when a 6.5% Si steel plate is manufactured using CVD treatment using a 3% Si steel plate as the base material, the mass decreases by 8.7% and the plate thickness decreases by approximately 7.1%.
従来、CVD処理に時間がかかり過ぎるのは、
そのCVD処理条件に十分な検討が加えられてい
なかつたことによるものと考えられる。本発明質
等が検討したところでは、CVD処理を迅速に行
うための要素には次のようなものがあることが判
つた。 Traditionally, CVD processing takes too long because
This is thought to be due to insufficient consideration being given to the CVD treatment conditions. According to our research, we have found that the following factors are necessary for speedy CVD treatment.
雰囲気ガス中のSiCl4濃度の適正化。 Optimization of SiCl 4 concentration in atmospheric gas.
処理温度の適正化。 Optimization of processing temperature.
SiCl4の鋼板表面への拡散及びFeCl2の鋼板表
面からの放散の促進。 Promotion of diffusion of SiCl 4 to the steel plate surface and dissipation of FeCl 2 from the steel plate surface.
このため本発明ではCVD処理における雰囲気
ガス中のSi濃度、処理温度および鋼板に対する雰
囲気ガスの供給方式を規定するものである。 For this reason, the present invention specifies the Si concentration in the atmospheric gas, the processing temperature, and the method of supplying the atmospheric gas to the steel sheet in the CVD treatment.
まず、CVD処理における無酸化性ガス雰囲気
中のSiCl4濃度をmol分率で5〜35%に規定し、
このような雰囲気中で鋼板を連続的にCVD処理
する。 First, the concentration of SiCl 4 in the non-oxidizing gas atmosphere in the CVD process is defined as 5 to 35% in terms of mol fraction,
The steel plate is continuously subjected to CVD treatment in such an atmosphere.
雰囲気中のSiCl4が5%未満であると期待する
Si富化効果が得られず、また、例えば鋼板のSiを
1.0%富化するために5分以上も必要となる等、
処理に時間がかかり過ぎ、連続プロセス化するこ
とが困難となる。 Expect less than 5% SiCl4 in the atmosphere
Si enrichment effect cannot be obtained, and for example, Si in steel plate
It takes more than 5 minutes to enrich 1.0%, etc.
Processing takes too much time, making it difficult to make it a continuous process.
一方、SiCl4を35%を超えて含有させても界面
における反応が律速になり、それ以上のSi富化効
果が期待できなくなる。 On the other hand, even if SiCl 4 is contained in excess of 35%, the reaction at the interface becomes rate-determining, and no further Si enrichment effect can be expected.
またCVD処理では、SiCl4濃度が高いほど所謂
カーケンダールボイドと称する大きなボイドが生
成し易い。このボイドはSiCl4濃度が15%程度ま
ではほとんど見られないが、15%をこえると生成
しはじめる。しかし、SiCl4濃度が35%以下では、
ボイドが生成してもCVD処理に引き続き行われ
る拡散処理によりほぼ完全に消失させることがで
きる。換言すればSiCl4濃度が35%を超えるとボ
イドの生成が著しく、拡散処理後でもボイドが残
留してしまう。 Furthermore, in the CVD process, the higher the SiCl 4 concentration, the more likely large voids called Kirkendahl voids are generated. These voids are hardly seen until the SiCl 4 concentration is around 15%, but begin to form when it exceeds 15%. However, when the SiCl4 concentration is below 35%,
Even if voids are generated, they can be almost completely eliminated by the diffusion process that is performed following the CVD process. In other words, when the SiCl 4 concentration exceeds 35%, voids are significantly generated and remain even after the diffusion treatment.
CVD処理温度は1023〜1200℃の範囲とする。
CVD処理反応は鋼板表面における反応であるか
ら、この処理温度は厳密には鋼板表面温度であ
る。 The CVD treatment temperature is in the range of 1023 to 1200°C.
Since the CVD treatment reaction is a reaction on the steel sheet surface, the treatment temperature is strictly the steel sheet surface temperature.
CVD処理による反応生成物であるFeCl2の沸点
は1023℃であり、この温度以下ではFeCl2が鋼板
表面から気体状態で放散されず、鋼板表面に液体
状に付着して蒸着反応を阻害してしまう。本発明
者らが行つた基礎実験の結果では、このFeCl2の
沸点を境に、単位時間当りのSiの富化割合が著し
く異なり、1023℃以下では蒸着速度が小さいため
連続プロセスへの適用は困難である。このため処
理温度の下限は1023℃とする。 The boiling point of FeCl 2 , which is a reaction product from CVD processing, is 1023°C, and below this temperature, FeCl 2 is not dissipated from the steel plate surface in a gaseous state, but adheres to the steel plate surface in a liquid state and inhibits the vapor deposition reaction. Put it away. According to the results of basic experiments conducted by the present inventors, the enrichment rate of Si per unit time differs markedly at the boiling point of FeCl 2 , and the deposition rate is low below 1023°C, making it difficult to apply it to a continuous process. Have difficulty. Therefore, the lower limit of the processing temperature is set at 1023°C.
一方、上限を1200℃と規定する理由は次の通り
である。Fe3Siの融点は、第2図に示すFe−Si状
態図から明らかなように1250℃であるが、発明者
等の実験によれば、1250℃より低い1230℃程度で
処理した場合でも、鋼板表面が部分的に溶解し、
また、鋼板エツジ部分が過加熱のため溶解する。
このように1250℃以下でも鋼板が溶解するのは、
鋼板表面ではFe3Si相当のSi濃度14.5%以上にSi
が蒸着されているためであると推定される。これ
に対し処理温度が1200℃以下であれば鋼板表面は
溶解は全く認められず、また、エツジの過加熱
も、鋼板中心の平均温度を1200℃とすることで、
1220℃程度におさえることが可能であり、微量な
溶解で済むことが実験的に確認できた。以上の理
由から、CVD処理温度は1023℃〜1200℃と規定
する。 On the other hand, the reason why the upper limit is specified as 1200°C is as follows. The melting point of Fe 3 Si is 1250°C, as is clear from the Fe-Si phase diagram shown in Figure 2, but according to experiments by the inventors, even when treated at about 1230°C, which is lower than 1250°C, The steel plate surface is partially melted,
Additionally, the edge of the steel plate melts due to overheating.
The reason why steel plates melt even below 1250℃ is because
On the surface of the steel sheet, the Si concentration is 14.5% or more, which is equivalent to Fe 3 Si.
It is presumed that this is due to the fact that it is vapor-deposited. On the other hand, if the processing temperature is below 1200℃, no melting will be observed on the surface of the steel plate, and overheating of the edges will be prevented by setting the average temperature at the center of the steel plate to 1200℃.
It was experimentally confirmed that it is possible to maintain the temperature at around 1220°C, and only a small amount of dissolution is required. For the above reasons, the CVD treatment temperature is specified as 1023°C to 1200°C.
以上のようにしてSiが蒸着された鋼板は引き続
きSiの拡散処理がなされる。すなわち、Si蒸着処
理直後では、鋼板表面近くはSi濃度が高く、中心
部分では母材Si濃度のままであり、これを均熱・
拡散処理し均一Si濃度或いは所定の濃度分布とす
る必要がある。 The steel plate on which Si has been vapor-deposited as described above is subsequently subjected to a Si diffusion treatment. In other words, immediately after Si vapor deposition, the Si concentration is high near the surface of the steel plate, and the Si concentration in the center remains the same as the base metal.
It is necessary to carry out a diffusion treatment to obtain a uniform Si concentration or a predetermined concentration distribution.
Siを鋼帯内部に拡散させる方法としては均熱拡
散法と、イオンビーム照射拡散法とがある。 Methods for diffusing Si into the steel strip include a soaking diffusion method and an ion beam irradiation diffusion method.
均熱拡散法は、鋼板を所定の温度に均熱保持す
ることによりSiを拡散させるもので、鋼板表面を
酸化させないようにするため無酸化雰囲気中で行
う必要があり、また高温で行うほど処理時間が少
なくて済む。 The soaking diffusion method diffuses Si by holding the steel plate at a predetermined temperature.It must be carried out in a non-oxidizing atmosphere to prevent the surface of the steel plate from being oxidized, and the higher the temperature, the more difficult the process will be. It takes less time.
この拡散処理は、一定温度で行つてもよいが、
第2図のFe−Si状態図から判るように、拡散の
進行とともに鋼板表層部のSi濃度が減少しその融
点が上がることから、拡散の進行に伴い鋼板を溶
解させない程度に徐々に昇温させる(例えば複数
段階で昇温させる)ことにより、拡散を促進させ
ることができる。例えば6.5%Si鋼の場合、エツ
ジ部の過加熱を考慮しても1400℃までの昇温が可
能である。 This diffusion treatment may be performed at a constant temperature, but
As can be seen from the Fe-Si phase diagram in Figure 2, as diffusion progresses, the Si concentration in the surface layer of the steel sheet decreases and its melting point increases, so as diffusion progresses, the temperature should be gradually raised to an extent that does not melt the steel sheet. Diffusion can be promoted by increasing the temperature (for example, by increasing the temperature in multiple steps). For example, in the case of 6.5% Si steel, it is possible to raise the temperature to 1400°C even if overheating of the edges is taken into consideration.
また、後者のイオンビーム照射法では、高い運
動エネルギーを持つたイオンを、固体表面に衝突
させることにより、スパツタ現象(固体表面を高
速でたたく効果)及び増速拡散効果、さらにはイ
オン衝突時の運動エネルギーの熱エネルギーへの
変換による固体温度の上昇効果により、Siの拡散
を行うものである。 In addition, in the latter ion beam irradiation method, ions with high kinetic energy collide with the solid surface, resulting in the spatter phenomenon (the effect of hitting the solid surface at high speed) and the accelerated diffusion effect, as well as the effect of ion collisions. Si is diffused by the effect of increasing solid temperature by converting kinetic energy into thermal energy.
このような拡散処理において衝突させるイオン
種としては、Ar+、He+等の不活性ガスイオン、
Fe+イオン等を用いることができる。このうち不
活性ガスイオンは鋼板表面反応を問題とする場合
には適していると言える。しかし、このイオンを
用いた場合、鋼板表面層内にAr、He等が残留し
てしまう。これに対し、Fe+イオンを用いること
により次のような利点が得られる。 The ion species collided in such a diffusion process include inert gas ions such as Ar + and He + ;
Fe + ions etc. can be used. Among these, inert gas ions can be said to be suitable when the surface reaction of the steel sheet is an issue. However, when these ions are used, Ar, He, etc. remain in the surface layer of the steel sheet. On the other hand, the following advantages can be obtained by using Fe + ions.
(イ) 母材と同一の元素であるため、残留による問
題を生じない。(a) Since it is the same element as the base material, there will be no problems due to residuals.
(ロ) イオンの質量が大きく、衝突効果が大きい。(b) The mass of the ions is large, and the collision effect is large.
(ハ) CVD処理において、鋼帯のFeが消耗される
が、わずかではあるがその消耗分を補うことが
できる。(c) Fe in the steel strip is consumed in the CVD process, but this consumption can be compensated for, albeit slightly.
(ニ) イオン化するためには気体状のものが好まし
く、CVD過程で発生するFeCl2(沸点1023℃)
が使用できる。(d) FeCl 2 (boiling point 1023℃) is preferably gaseous and is generated during the CVD process for ionization.
can be used.
なお以上の拡散処理は、Siが鋼板に均一に拡散
させるまで行つてもよいが、場合によつては、そ
の処理を表層Si濃度が鋼板厚み方向中心部のSi濃
度よりも高い状態にあるうちに打ち切り、Si濃度
が厚み方向で不均一な鋼板を得るようにしてもよ
い。 The above diffusion treatment may be performed until Si is uniformly diffused into the steel sheet, but in some cases, the treatment may be performed while the surface layer Si concentration is higher than the Si concentration at the center of the steel sheet in the thickness direction. It is also possible to obtain a steel plate with non-uniform Si concentration in the thickness direction.
Si蒸着を行うためのCVD処理において、CVD
処理速度を鋼板の連続処理を可能ならしめるまで
高めるには、上述したように雰囲気ガス中の
SiCl4濃度と処理温度の適正化を図ることが必要
であるが、これに加え鋼板表面へのSiCl4拡散と
FeCl2の鋼板表面からの放散とを促進することに
よりCVD処理速度をより高め、しかも均一な膜
厚のSi蒸着膜を得ることが可能となる。 In CVD processing for Si vapor deposition, CVD
In order to increase the processing speed to the point where continuous processing of steel plates is possible, as mentioned above, the
It is necessary to optimize the SiCl 4 concentration and treatment temperature, but in addition to this, SiCl 4 diffusion to the steel plate surface and
By promoting the diffusion of FeCl 2 from the surface of the steel sheet, it becomes possible to further increase the CVD processing speed and obtain a Si vapor deposited film with a uniform thickness.
従来では、CVD処理で反応ガスを大きく流動
させると、蒸着層にボイドが発生し、また蒸着層
の純度も低下するとされ、このためガス流動は必
要最小限にとどめるという考え方が定長してい
た。しかし本発明者等の研究では、このようにガ
ス流動が抑えられることにより、反応ガスの母材
界面への拡散移動、及び反応副生成物の界面表層
からの離脱がスムーズに行われず、このため処理
に長時間を要すること、さらにはガス流動が抑え
られるためCVD処理帯内の反応ガス濃度に分布
を生じ、この結果蒸着膜厚の不均一化を招くこと
が判つた。このような蒸着膜厚の不均一化は、拡
散処理後の鋼板各部(板面方向)におけるSi濃度
の不均一化を招き、鋼板の品質上好ましくないこ
とは言うまでもない。 Conventionally, it has been believed that large flow of reactive gas during CVD processing causes voids to occur in the deposited layer and reduces the purity of the deposited layer, so the idea has been to keep the gas flow to the minimum necessary. . However, in the research conducted by the present inventors, due to the gas flow being suppressed in this way, the diffusion movement of the reaction gas to the base material interface and the separation of reaction by-products from the interface surface layer do not occur smoothly. It was found that the process required a long time and that the gas flow was suppressed, resulting in a distribution of the reactant gas concentration within the CVD treatment zone, resulting in non-uniformity in the thickness of the deposited film. It goes without saying that such non-uniformity in the thickness of the deposited film leads to non-uniformity in the Si concentration in each part of the steel plate (in the direction of the plate surface) after the diffusion treatment, which is unfavorable in terms of the quality of the steel plate.
そして、このような事実に基づきさらに検討を
加えた結果、CVD処理帯において吹付ノズルに
より雰囲気ガスを鋼板に吹き付けることにより、
SiCl4の鋼板表面への拡散及び反応生成物たる
FeCl2の鋼板表面からの放意を著しく促進し、高
い蒸着速度でしかも蒸着膜の不均一化を抑えつつ
CVD処理できることが判つた。 Based on these facts, we further investigated and found that by spraying atmospheric gas onto the steel plate using a spray nozzle in the CVD treatment zone,
Diffusion of SiCl 4 onto the steel plate surface and reaction products
It significantly promotes release of FeCl 2 from the steel sheet surface, allowing high evaporation rate while suppressing non-uniformity of the evaporated film.
It was found that CVD treatment was possible.
このようなCVD処理性の向上は、フイン等に
より雰囲気を強制循環させる方式に較べ、吹付ノ
ズルにより雰囲気ガスを鋼板表面に吹付ける方法
が特に有効である。第3図はこのノズル吹付方式
による実施状況を示すもので、CVD処理帯2内
に鋼帯Sに面して吹付ノズル6が配置され、鋼板
表面にSiCl4を含む雰囲気ガスが吹付けられる。
第4図イ及びロは、吹付ノズル6による吹付況を
示すもので、イに示すように鋼板面に対して直角
に、或いはロに示すように斜め方向から吹付ける
ことができる。 In order to improve CVD processability, a method in which atmospheric gas is sprayed onto the steel plate surface using a spray nozzle is particularly effective, compared to a method in which the atmosphere is forced to circulate using a fin or the like. FIG. 3 shows the implementation status of this nozzle spraying method, in which a spray nozzle 6 is arranged in the CVD treatment zone 2 facing the steel strip S, and an atmospheric gas containing SiCl 4 is sprayed onto the steel plate surface.
FIGS. 4A and 4B show the spraying conditions by the spray nozzle 6, and the spray can be applied perpendicularly to the steel plate surface as shown in A, or obliquely as shown in B.
このようなノズル吹付による単位時間当りのSi
富化割合は、ガスの鋼板表面に対する衝突流速の
増大に比例して大きくなるが、流速を過剰に大き
くしても界面における反応律速となるためそれ以
上のSi富化効果は期待できない。一般には、5N
m/sec以下の流速で十分な効果が得られる。 Si per unit time by such nozzle spraying
The enrichment ratio increases in proportion to the increase in the flow velocity of gas colliding with the steel plate surface, but even if the flow velocity is increased excessively, the reaction rate at the interface becomes rate-limiting, so no further Si enrichment effect can be expected. Generally, 5N
A sufficient effect can be obtained at a flow rate of m/sec or less.
第5図及び第6図は、CVD処理性に対する
SiCl4濃度及びCVD処理温度の影響を調べたもの
である。 Figures 5 and 6 show the relationship between CVD processability and
The influence of SiCl 4 concentration and CVD treatment temperature was investigated.
図中、Aが雰囲気法、すなわちノズル吹付を行
わないでCVD処理した場合、またBがノズル吹
付法、すなわち第3図に示すように雰囲気ガスを
鋼板面に0.5m/Sの流速で吹き付けつつCVD処理
した場合を示す。なお、Si富化割合とは、母材当
初のSi濃度に対するCVD処理によるSi増加分を
示す。 In the figure, A is the atmosphere method, that is, CVD treatment without nozzle spraying, and B is the nozzle spraying method, that is, spraying atmospheric gas onto the steel plate surface at a flow rate of 0.5 m/s as shown in Figure 3. Shows the case after CVD treatment. Note that the Si enrichment ratio indicates the Si increase due to the CVD treatment with respect to the initial Si concentration of the base material.
これによれば、SiCl4濃度5%以上、CVD処理
温度1023℃以上において大きなSi富化効果が得ら
れている。また同じ条件でも、吹付ノズルにより
雰囲気ガスを吹付ける方法の場合、単に雰囲気中
で鋼板を通板せしめる場合に較べ格段に優れたSi
富化効果(CVD処理法)が得られていることが
判る。 According to this, a large Si enrichment effect is obtained when the SiCl 4 concentration is 5% or more and the CVD treatment temperature is 1023° C. or more. Also, even under the same conditions, the method of spraying atmospheric gas with a spray nozzle produces significantly better Si than the method of simply threading the steel plate in the atmosphere.
It can be seen that an enrichment effect (CVD treatment method) has been obtained.
第7図は雰囲気法Aとノズル吹付法Bの蒸着時
間と鋼板中Si濃度(母材Si量+着Si量)との関係
を、Si:3%、板厚0.5mmの鋼板をSiCl4濃度21
%、処理温度1150℃でCVD処理した場合につい
て調べたものである。なお、ノズル吹付法では、
スリツトノズルにより鋼板に対し垂直方向から
0.2Nm/secの流速で雰囲気ガスを吹付けた。同図
から判るように、6.5%Si鋼相当のSi蒸着量を得
るために雰囲気法Aでは7分かかるのに対し、ノ
ズル吹付法Bでは、1.5分で処理することができ
た。 Figure 7 shows the relationship between the deposition time and the Si concentration in the steel sheet (base metal Si amount + deposited Si amount) for atmosphere method A and nozzle spraying method B. twenty one
%, and was investigated using CVD treatment at a treatment temperature of 1150°C. In addition, in the nozzle spray method,
perpendicular to the steel plate using a slit nozzle
Atmospheric gas was blown at a flow rate of 0.2 Nm/sec. As can be seen from the figure, it took 7 minutes with atmosphere method A to obtain a Si vapor deposition amount equivalent to 6.5% Si steel, whereas with nozzle spraying method B, it took 1.5 minutes.
第8図はノズル吹付法における衝突ガス流速と
鋼板のSi富化割合(第5図及び第6図と同様)と
の関係を示すものであり、所定レベルまでは衝突
ガス流速に比例して鋼板のSi富化割合が増大して
いる。 Figure 8 shows the relationship between the collision gas flow rate and the Si enrichment ratio of the steel plate (same as Figures 5 and 6) in the nozzle blowing method. The Si enrichment ratio is increasing.
以上述べたSi蒸着処理−拡散処理を前提とし、
本発明による鋼板の連続処理プロセスの実施態様
を以下に例示する。 Based on the above-mentioned Si vapor deposition process-diffusion process,
Embodiments of the continuous treatment process for steel plates according to the present invention are illustrated below.
(1) SiCl4をmol分率で5〜35%含んだ無酸化性
ガス雰囲気中において鋼板に吹付ノズルから雰
囲気ガスを吹き付け、処理温度1023〜1200℃で
鋼板を連続的にSi蒸着処理し、次いで、SiCl4
を含まない無酸化性ガス雰囲気中でSiを鋼板内
部に所定の状態に拡散させる拡散処理を施し、
冷却後、まず鋼板に安定酸化物を形成し得る原
子の金属イオンを照射し、次いでO2 +イオンを
照射することにより鋼板面に絶縁性皮膜を形成
させる。(1) In a non-oxidizing gas atmosphere containing 5 to 35% SiCl 4 by mole fraction, atmospheric gas is sprayed onto the steel plate from a spray nozzle, and the steel plate is continuously subjected to Si vapor deposition treatment at a treatment temperature of 1023 to 1200°C. Then SiCl4
A diffusion process is performed to diffuse Si into the steel sheet in a predetermined state in a non-oxidizing gas atmosphere that does not contain
After cooling, the steel plate is first irradiated with metal ions of atoms capable of forming stable oxides, and then O 2 + ions are irradiated to form an insulating film on the steel plate surface.
(2) SiCl4をmol分率で5〜35%含んだ無酸化性
ガス雰囲気中において鋼板に吹付ノズルから雰
囲気ガス吹き付け、処理温度1023〜1200℃で鋼
板を連続的にSi蒸着処理し、次いで、鋼板にイ
オンビームを照射することによりSiを鋼板内部
に拡散させ、しかる後、鋼板面に安定酸化物を
形成し得る原子の金属イオンを照射し、次いで
O2 +イオンを照射することにより鋼板面に絶縁
性皮膜を形成させる。(2) In a non-oxidizing gas atmosphere containing 5 to 35% SiCl 4 by mole fraction, atmospheric gas is sprayed onto the steel plate from a spray nozzle, and the steel plate is continuously subjected to Si vapor deposition treatment at a treatment temperature of 1023 to 1200°C, and then , Si is diffused into the steel plate by irradiating the steel plate with an ion beam, then metal ions of atoms that can form stable oxides are irradiated on the steel plate surface, and then
An insulating film is formed on the surface of the steel plate by irradiating O 2 + ions.
本発明は鋼帯に限らず、切板やプレス成品等の
加工材をその対象とすることができ、対象がこの
ようなものである場合には、鋼材はコンベア装置
等により各処理帯を搬送されることになる。 The object of the present invention is not limited to steel strips, but can also be applied to processed materials such as cut plates and pressed products, and when the object is such, the steel material is conveyed through each processing band by a conveyor device etc. will be done.
第1図は、Si蒸着処理−拡散処理にCVD処理
−均熱拡散を用いた場合の薄板製造ラインの一例
を示すもので、1は加熱帯、2はCVD処理帯、
3は拡散処理帯、4は冷却帯、5aは第1イオン
ビーム照射帯(Al+注入帯)、5bは第2イオン
ビーム照射帯(O2 +注入帯)である。
Figure 1 shows an example of a thin plate manufacturing line in which CVD processing and soaking diffusion are used for Si vapor deposition processing and diffusion processing, where 1 is a heating zone, 2 is a CVD treatment zone,
3 is a diffusion treatment zone, 4 is a cooling zone, 5a is a first ion beam irradiation zone (Al + implantation zone), and 5b is a second ion beam irradiation zone (O 2 + implantation zone).
このようなラインによる製造プロセスの一例を
説明すると、まず鋼帯Sは加熱帯1で1150℃まで
無酸化加熱された後、CVD処理帯2に導かれる。
ここでは、Ar:80%、SiCl4:20%の反応ガスが
ノズルから0.3Nm/Sの流速で鋼帯面に吹き付け
られ滲珪処理がなされる。次いで、鋼帯は拡散処
理帯3に導かれ、無酸化雰囲気中で1200℃で均熱
保持され、拡散処理がなされる。次いで、冷却帯
4において常温または巻取温度まで冷却され、引
き続き、第1イオンビーム照射帯5aにおいて、
イオン化したAl+が約150keVで鋼帯面に照射さ
れ、続く第2イオンビーム照射帯5bでは、O2 +
イオンが同様の加速エネルギーで照射され、これ
によつて鋼帯表面にはアルミ酸化膜の安定な絶縁
皮膜(例えば厚み約300nm)が形成される。 An example of a manufacturing process using such a line will be described. First, the steel strip S is heated in a heating zone 1 to 1150° C. without oxidation, and then guided to a CVD treatment zone 2.
Here, a reactive gas containing 80% Ar and 20% SiCl 4 is blown onto the surface of the steel strip from a nozzle at a flow rate of 0.3 Nm/S to perform a silicon-etching treatment. Next, the steel strip is led to a diffusion treatment zone 3, where it is soaked and held at 1200° C. in a non-oxidizing atmosphere, and is subjected to a diffusion treatment. Next, it is cooled to room temperature or winding temperature in the cooling zone 4, and subsequently, in the first ion beam irradiation zone 5a,
Ionized Al + is irradiated onto the steel strip surface at approximately 150 keV, and then in the second ion beam irradiation zone 5b, O 2 +
Ions are irradiated with similar acceleration energy, thereby forming a stable insulating film of aluminum oxide (for example, about 300 nm thick) on the surface of the steel strip.
以上述べた本発明によれば、CVD処理におい
て均一なSi蒸着皮膜が得られるため、Si濃度が鋼
板各部(板面方向)において均一な高珪素鋼板を
得ることができるとともに、焼付処理を行うこと
なく薄膜且つ均一な絶縁皮膜を形成させることが
でき、また焼付処理を必要としないため高珪素鋼
板の磁気特性が害されることなく、高品質の磁性
鋼板を得ることができる。しかも、本発明の
CVD処理条件によれば、その処理を短時間で実
施できるとともに、絶縁皮膜形成処理も乾燥・焼
付処理が不要であること等から短時間で効率的に
実施することができる。以上のことから本発明の
製造方法によれば、板面方向におけるSi濃度が均
一で、しかも薄膜且つ均一な絶縁皮膜を有する磁
気特性に優れた高珪素鋼板を工業的に高い生産性
で製造することができるという効果がある。
According to the present invention described above, since a uniform Si vapor deposition film can be obtained in the CVD treatment, it is possible to obtain a high-silicon steel sheet with a uniform Si concentration in each part of the steel sheet (in the direction of the sheet surface), and it is also possible to perform the baking treatment. A thin and uniform insulating film can be formed without any problems, and since no baking treatment is required, a high-quality magnetic steel sheet can be obtained without damaging the magnetic properties of the high-silicon steel sheet. Moreover, the present invention
According to the CVD treatment conditions, the treatment can be carried out in a short time, and the insulation film forming process can be carried out efficiently in a short time because drying and baking processes are not necessary. From the above, according to the manufacturing method of the present invention, a high-silicon steel sheet with a uniform Si concentration in the sheet surface direction, a thin and uniform insulation film, and excellent magnetic properties can be manufactured with high industrial productivity. It has the effect of being able to
第1図は本発明を実施するための連続処理ライ
ンを示す説明図である。第2図はFe−Si系状態
図である。第3図及び第4図イ,ロはノズル吹付
方式によるCVD処理状況を示すもので、第3図
は全体説明図、第4図イ及びロはそれぞれノズル
吹付方法を示す説明図である。第5図はCVD処
理におけるガス中SiCl4濃度と鋼帯Si富化割合と
の関係、第6図はCVD処理温度と鋼帯Si富化割
合との関係をそれぞれ示すものである。第7図は
Si蒸着時間と鋼帯中Si濃度との関係を、雰囲気法
及びノズル吹付法で比較して示したものである。
第8図はノズル吹付法によるCVD処理において、
雰囲気ガスの鋼帯に対する衝突ガス流速と鋼帯Si
富化割合との関係を示すものである。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a continuous processing line for implementing the present invention. FIG. 2 is a phase diagram of the Fe-Si system. 3 and 4A and 4B show the CVD treatment situation using the nozzle spraying method. FIG. 3 is an overall explanatory diagram, and FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams showing the nozzle spraying method, respectively. FIG. 5 shows the relationship between the SiCl 4 concentration in the gas and the Si enrichment ratio in the steel strip in the CVD treatment, and FIG. 6 shows the relationship between the CVD treatment temperature and the Si enrichment ratio in the steel strip. Figure 7 is
The relationship between the Si vapor deposition time and the Si concentration in the steel strip is shown by comparing the atmospheric method and the nozzle spray method.
Figure 8 shows the results of CVD treatment using the nozzle spraying method.
Collision gas flow velocity of atmospheric gas against steel strip and steel strip Si
This shows the relationship with the enrichment ratio.
Claims (1)
ガス雰囲気中において鋼板に吹付ノズルから雰囲
気ガスを吹き付け、処理温度1023〜1200℃で鋼板
をSi蒸着処理した後、Siを鋼板内部に拡散させる
処理を行い、しかる後、鋼板面に安定酸化物を形
成し得る原子の金属イオンを照射し、次いでO2 +
イオンを照射することにより鋼板面に絶縁性皮膜
を形成させることを特徴とする絶縁皮膜を有する
高珪素鋼板の製造方法。1 In a non-oxidizing gas atmosphere containing 5 to 35% SiCl 4 by mole fraction, atmospheric gas is sprayed onto the steel plate from a spray nozzle, and the steel plate is subjected to Si vapor deposition treatment at a treatment temperature of 1023 to 1200°C, and then Si is deposited inside the steel plate. After that, the steel plate surface is irradiated with metal ions of atoms that can form stable oxides, and then O 2 +
A method for manufacturing a high-silicon steel sheet having an insulating film, the method comprising forming an insulating film on the surface of the steel sheet by irradiating ions.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16551786A JPS6324034A (en) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | Method for manufacturing high-silicon steel sheet with insulating film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16551786A JPS6324034A (en) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | Method for manufacturing high-silicon steel sheet with insulating film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6324034A JPS6324034A (en) | 1988-02-01 |
| JPH048504B2 true JPH048504B2 (en) | 1992-02-17 |
Family
ID=15813895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16551786A Granted JPS6324034A (en) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | Method for manufacturing high-silicon steel sheet with insulating film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6324034A (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6059068A (en) * | 1983-09-09 | 1985-04-05 | Rikagaku Kenkyusho | Colored steel material and its manufacturing method |
| JPS61129803A (en) * | 1984-11-29 | 1986-06-17 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Method for manufacturing high permeability magnetic thin steel sheet without internal defects |
-
1986
- 1986-07-16 JP JP16551786A patent/JPS6324034A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6324034A (en) | 1988-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0549745B2 (en) | ||
| US4985635A (en) | Method of producing extra-low iron loss grain oriented silicon steel sheets | |
| US4863531A (en) | Method for producing a grain-oriented electrical steel sheet having a low watt loss | |
| SE508150C2 (en) | Process for manufacturing ferritic stainless steel FeCrAl steel strips | |
| JPH0465902B2 (en) | ||
| US3930905A (en) | Method of manufacturing an object of silicon steel | |
| JPH048504B2 (en) | ||
| JPH0643608B2 (en) | Method for producing high silicon steel strip in continuous line | |
| JPH0643607B2 (en) | Method for producing high silicon steel strip in continuous line | |
| JPS62227035A (en) | Manufacture of high silicon steel strip in continuous line | |
| JPS6326329A (en) | Chemical vapor deposition processing method | |
| JPS6324033A (en) | Method for manufacturing metal materials using chemical vapor deposition processing | |
| JPS62227034A (en) | Manufacture of high silicon steel strip in continuous line | |
| JPH0643611B2 (en) | Method for producing high silicon steel strip in continuous line | |
| JPH02243754A (en) | Production of grain-oriented silicon steel sheet reduced in iron loss | |
| JPS62227079A (en) | Manufacturing method of high silicon steel strip in continuous line | |
| JP4016756B2 (en) | Method for producing grain-oriented electrical steel sheet | |
| JPH11300450A (en) | Fe-based amorphous alloy ribbon with ultra-thin oxide layer | |
| JPH0549747B2 (en) | ||
| JPH0549743B2 (en) | ||
| JPH0465898B2 (en) | ||
| JPH03294468A (en) | Production of grain-oriented silicon steel sheet having small iron loss | |
| JPS62227077A (en) | Manufacture of high silicon steel material | |
| JPS6324052A (en) | Production of metallic material | |
| JPH03294466A (en) | Production of grain-oriented silicon steel sheet having small iron loss |