JP2002317276A

JP2002317276A - 塗れ性の優れる絶縁被膜剤とそれを用いた無方向性電磁鋼板の製造方法

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Publication number: JP2002317276A
Application number: JP2001123200A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Kumano; 知二熊野; Kenichi Murakami; 健一村上; Kazufumi Hanzawa; 和文半澤; Tomoaki Ito; 知昭伊藤; Osamu Tanaka; 收田中
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: JP3895944B2

Abstract

(57)【要約】【課題】処理剤の表面接触角を低下と処理剤の鋼板へ
の反応の均一化と塗布性の向上を得、高速ラインにおい
て極めて優れた被膜性能を有する均一被膜を得る。これ
により、薄塗り被膜での外観、耐食性、溶接性等を有す
る無方向性電磁鋼板の製造が可能となる。【解決手段】絶縁被膜剤溶液の表面接触角が３５度以
下であることを特徴とする塗れ性の優れる絶縁被膜剤。
その固形分として第一リン酸Ｍｇ：１００質量部に対
し、第一リン酸Ａｌ：５．２〜１００質量部、Ｃｒ化合
物をＣｒＯ₃として７．２〜３６．０質量部、界面活性
剤を０．０７〜１．７４質量部、或いはさらに硼酸０．
７〜１１．６質量部とからなる無方向性電磁鋼板用絶縁
被膜剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は無方向性電磁鋼板に
おいて、高速ラインにおける塗れ性が極めて優れると共
に、焼付け後の絶縁被膜の性状として、打ち抜き性、溶
接性等被膜特性の優れる絶縁被膜剤とそれを用いた絶縁
被膜の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、無方向性電磁鋼板をモ−タ−
やトランスの鉄心に使用する場合には、所定の形状に打
ち抜いた後、所定枚数積み重ね、溶接、かしめ或いは接
着等により鉄心とされる。また、この際、必要に応じて
歪焼鈍が施される。通常、この無方向性電磁鋼板表面に
は電気絶縁被膜処理が施される。この絶縁被膜として
は、絶縁性の他に打ち抜き性、溶接性、耐食性、密着
性、占積率等が重要で、焼鈍工程を必要とする場合には
焼鈍後の密着性、絶縁性、耐食性等も重要となる。

【０００３】従来、絶縁被膜剤としては、無機系、有機
系、有機−無機混合系被膜が使用条件や目的に応じて適
用されてきた。一般に、無機系被膜は耐熱性や溶接性は
優れるが打ち抜き性が劣る。一方、有機被膜の場合には
打ち抜き性、密着性は優れるが耐熱性が悪く、溶接性が
劣る欠点がある。このような両者の欠点を解決すべく、
中間的な特性が得られる有機−無機系被膜が用いられる
ようになった。

【０００４】しかしながら、溶接性を重視する分野にお
いては未だ無機被膜の要求がある。特公昭３８−９４０
９号公報には、鉄鋼製品の表面に５〜４０％のリン酸、
１〜１０％の６価のクロムを含む化合物及び１〜８％の
硼酸又は硼酸塩を含む水溶液を塗布し、これを２００〜
８００℃に短時間加熱、焼き付けすることを特徴とする
表面処理法が提案されている。これにより、優れた占積
率、密着性、加工性、層間抵抗、耐食性を有する被膜を
容易に、しかも安価に得る方法が示されている。

【０００５】また、特公昭４８−１２３００号公報に
は、質量比で第一リン酸Ｍｇ４０質量部と無水クロム
酸２〜１２質量部含み、さらに硝酸Ａｌ又は無定形水酸
化Ａｌ或いはその両者をＡｌとして０．４〜２．１質量
部含む水溶液よりなることを特徴とする処理剤が提案さ
れている。これにより、絶縁性、密着性、耐食性、占積
率、耐熱性、加工性、溶接性等が優れた絶縁被膜が得ら
れることが述べられている。

【０００６】更に、特開平１−１６８００５号公報に
は、クロム酸カルシュウムをＣｒＯ₃換算で１０〜７０
ｇ／ｌ含有し、酢酸イオンで安定させたアルミナゾルを
固形分換算で前記クロム酸カルシュウムのＣｒＯ₃換算
の含有量の２５〜７５％含有し、還元性の有機化合物を
前記クロム酸カルシュウムをＣｒＯ₃換算の含有量の１
０〜４０％含有する処理液を電磁鋼板表面に乾燥質量で
０．５〜４ｇ／ｍ²塗布し、２００〜４００℃の温度で
前記電磁鋼板表面に焼き付けることを特徴とする耐熱性
に優れた絶縁被膜形成方法が提案されている。これによ
れば、被膜形成後の歪焼鈍によっても耐熱性に優れた被
膜を、特公昭４９−６７４２号公報のようにアルミナゾ
ルにコロイダルシリカを併用することなく得られること
が述べられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
無機成分を基本とするコ−テイング剤やその処理方法に
おいては、被膜成分の鋼板への塗れ性や液の安定性が十
分でなく、更には、高速の塗布・焼付け処理ラインにお
ける液の塗れ性、塗布性問題から生じる打ち抜き性や溶
接性不良の問題があり改善が望まれている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、無機成分を基
本とする絶縁における絶縁被膜剤の塗れ性向上とこれに
よる打ち抜き性、溶接性の改善をすべく考案されたもの
で、これにより、従来の無機被膜の欠点を改善して、塗
れ性の優れた絶縁被膜剤とそれによる均一性、被膜性能
の優れた無方向性電磁鋼板の製造方法を提供することを
目的とし、以下の構成を要旨とする。（１）絶縁被膜剤溶液の表面接触角が３５度以下であ
ることを特徴とする塗れ性の優れる絶縁被膜剤。（２）固形分として第一リン酸Ｍｇ１００質量部に対
し、第一リン酸Ａｌ５．２〜１００質量部、Ｃｒ化合物
をＣｒＯ₃として７．２〜３６．０質量部、硼酸０．７
〜１１．６質量部、及び界面活性剤を０．０７〜１．７
４質量部からなる塗れ性の優れる絶縁被膜剤。（３）界面活性剤がＨ．Ｌ．Ｂが１０〜１８の非イオ
ン性或いは陰イオン性であることを特徴とする（２）の
塗れ性の優れる塗れ性の優れる絶縁被膜処理剤。（４）配合する第一リン酸Ｍｇ中のＭｇＯとＨ₃ＰＯ₄
のモル数の比が０．４０〜０．５２、第一リン酸Ａｌ中
のＡｌ₂Ｏ₃とＨ₃ＰＯ₄モル数の比が０．１５〜０．１９
であることを特徴とする（２）（３）の塗れ性の優れる
絶縁被膜剤。（５）固形分としてさらに、硼酸０．７〜１１．６質
量部を添加することを特徴とする（２）〜（４）の塗れ
性の優れる絶縁被膜処理剤。（６）絶縁被膜剤溶液の表面接触角が３５度以下であ
ることを特徴とする（２）〜（５）の塗れ性の優れる絶
縁被膜剤。（７）（１）〜（６）のいずれかに記載の絶縁被膜処
理剤を、仕上げ焼鈍済みの無方向性電磁鋼板用に、乾
燥、焼き付け後の質量で０．７〜３．０ｇ／ｍ²を塗布
後、板温４００〜５５０℃で焼き付け処理することを特
徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、リン酸塩を主成分
とする全無機系絶縁被膜における被膜の処理工程と被膜
特性欠点であった、高速塗布・焼付けラインにおける塗
れ性不良とこれによりもたらされる打ち抜き性や溶接の
問題を解決すべく、液組成や焼付け条件の改善に取り組
んだ。

【００１０】即ち、従来技術の絶縁被膜技術では、高速
ライン、特に、１００ｍ／分以上のような高速塗布で
は、液の塗れ性が十分でなく、均一塗布が困難になり安
定した塗布膜が得られない。このため、生産性を阻害す
るような低速通板や塗れ性向上のため塗布量を増やす等
の作業条件の必要が生じる。しかしながら、このような
条件変更を行っても、本質的な液塗れ性不良の性質か
ら、目的の付着量に達しても、安定して均一な膜厚を有
する製品が得られない問題が残る。

【００１１】このため、膜厚増加や不均一被膜を形成す
ると打ち抜き時にポンチに不均一な欠けをもたらし、打
ち抜き性の評価が不利になる。また、膜厚増加や不均一
被膜においては、作業条件によっては溶接時に分解ガス
による溶接不良が生じやすい。本発明者らはこのような
問題を解決すべく溶液成分や処理条件の研究を行った。
その結果、複合リン酸塩溶液における溶液比、クロム酸
化合物、硼酸の適正な配合条件を基本液とし、界面活性
剤を適切に配合することにより、相乗的な効果により溶
液の塗れ性が極めて改善し、外観が優れる均一な膜厚を
得ると共に、優れた溶接性、耐食性等の被膜性能が得ら
れる絶縁被膜剤溶液と絶縁被膜形成技術の開発に成功し
た。以下に本発明を詳細に説明する。

【００１２】まず、本発明の溶液の好ましい表面接触角
は３５度以下である。表面接触角は固体と液体間の接触
角（塗れ）を測定した値で、市販の接触角計（例：協和
界面科学製ＣＡ−Ｓ１５０型）で測定した値である。本
発明者らは、表面接触角が鋼板に絶縁被膜剤を塗布する
にあたり、特に、高速塗布ラインでは均一塗布のために
非常に重要なことを見出し、その影響について調査検討
した。その結果、表面接触角が３５度以下に制御されて
いれば１００〜３００ｍ／分のような高速通板速度にお
いても良好な塗れ性と均一な絶縁被膜が形成できること
を突き止めた。

【００１３】表面接触角を適正に下げるためにはＨ．
Ｌ．Ｂ値１０〜１８の非イオン系界面活性剤及び／又は
陰イオン系界面活性剤を用いるのが好ましい。界面活性
剤は構造的に一定の大きさの親水基と疎水基を分子内に
持っており、このため界面活性を示す。この親水基と疎
水基のバランスをＨ．Ｌ．Ｂと呼び、現在では界面活性
剤の親水性を示す概念として用いられている。Ｈ．Ｌ．
Ｂ値：１０〜１８が優れる理由は明確ではないが、高速
通板の鋼板への塗布性試験においてこの範囲のものが特
に優れた塗れ性改善効果を発揮することを突き止めた。

【００１４】次に、本発明における限定理由を述べる。
本発明においては、先ず、その処理剤に特徴がある。本
発明の絶縁被膜剤の液組成においては、複合リン酸と他
のクロム化合物、界面活性剤、硼酸の配合割合が重要で
ある。先ず、複合リン酸塩の組成は被膜剤の塗布性と焼
付け後の外観を左右するため重要である。即ち、主成分
のリン酸塩としては、第一リン酸Ｍｇ：１００質量部に
対し、第一リン酸Ａｌを５．２〜１００質量部添加した
複合塩が用いられる。この複合塩により、溶液の塗れ性
と焼付け被膜の良好な外観が得られる。５．２質量部未
満では液の塗れ性が低下する。一方、１００質量部超で
は被膜外観が白濁傾向で、特に塗布量を３．０ｇ／ｍ²
以上とした場合には他の成分のバランスによっては外観
を損ない、安定域が狭まるため制限される。

【００１５】また、この際のそれぞれのリン酸塩中の金
属酸化物とリン酸のモル比は、溶液の安定性や被膜塗れ
性、外観に影響するため、リン酸Ｍｇの場合０．４０〜
０．５２、リン酸Ａｌの場合０．１５〜０．１９に制御
するのが好ましい。第一リン酸Ｍｇのモル比が０．４０
未満では、フリーリン酸の増加によりＣｒ化合物の添加
量や焼付け温度の最適範囲が狭まるため制限される。
０．５２超の場合には過剰ＭｇＯによる被膜外観、特
に、透明度の劣化が生じ商品価値を損なうため制限され
る。第一リン酸Ａｌのモル比も同様の理由により制限さ
れる。

【００１６】クロム化合物としては、ＣｒＯ₃或いはＭ
ｇ，Ａｌ，Ｃａ等の重クロム酸塩等のＣｒ化合物の１種
又は２種以上がＣｒＯ₃として、第一リン酸Ｍｇ１００
質量部あたり７．２〜３６．０質量部添加される。これ
により、絶縁被膜溶液の安定性、焼き付け後の吸湿性、
耐食性、耐熱性が向上する。７．２質量部未満では耐食
性が低下し、光沢も低下する。また、焼き付け時の条件
によってはリン酸分による鋼板表面のエッチングによる
ムラが生じ、外観を悪くする。また、被膜中のフリ−リ
ン酸の増加により溶接性においても不利となる。一方、
３６．０質量部超になると、Ｃｒ還元のために焼き付け
温度を変更する問題の他、溶液自体の表面張力が上が
り、塗れ性を低下する場合があるため制限される。硼酸
は被膜外観と耐熱性を向上するため重要である。

【００１７】硼酸（Ｈ₃ＢＯ₃）は、第一リン酸Ｍｇ：１
００質量部あたり０．７〜１１．６質量部が配合され
る。添加された硼酸は、被膜外観の向上と塗れ性向上に
寄与する。これにより美麗な薄塗り被膜形成が促進され
る。０．７２質量部未満では被膜外観の透明化や光沢向
上効果が得られない。一方、１１．６質量部超になると
余剰の硼酸分によると思われる吸湿が生じる傾向が見ら
れ、耐食性に影響をもたらすため制限される。

【００１８】また、界面活性剤は本発明の重要な被膜成
分の役割を有しており、第一リン酸Ｍｇ：１００質量部
に対し０．０７〜１．７４質量部の割合で配合される。
界面活性剤は被膜剤溶液の塗れ性向上と均一な被膜形成
に寄与する。本発明のように界面活性剤を適正に用いる
ことにより、高速塗布ラインでの塗布性が向上し、均一
な膜厚みを有する絶縁被膜を形成できる。このため、薄
膜で被膜性能の優れる絶縁被膜が得られる。０．０７質
量部未満では塗れ性改善効果が弱い。一方、１．７４質
量部超では、界面活性剤によるそれ以上の塗れ性向上効
果は生じないばかりか、液循環或いは攪拌により泡を多
量に発生し、塗布時に泡の巻き込みが生じて被膜外観を
劣化する。極端な場合には耐食性、溶接性等の劣化をも
たらす傾向があるため制限される。

【００１９】界面活性剤としては、非イオン系界面活性
剤或いは陰イオン界面活性剤が好ましく、より好ましい
界面活性剤としてはポリオキシエチレンラウリルエ−テ
ル系、ポリオキシエチレンアルキルエ−テル或いはポリ
カルボン酸系が本発明の絶縁被膜剤には優れた効果を発
揮する。また、この本発明の絶縁被膜剤における界面活
性剤の添加においては、高濃度の界面活性剤を一気に添
加配合すると前記被膜成分の微細な析出が生じて塗れ性
や外観に影響をもたらす場合がある。この対策として
は、界面活性剤を予め、温水で０．１％以下の希釈液と
した後、溶液を攪拌しながら徐々に添加すると良い。本
発明においては溶液の表面接触角は３５度以下としたも
のがより良い適用条件である。

【００２０】また、硼酸の添加法は、複合リン酸塩にク
ロム化合物を配合した液を目的の濃度近くまで希釈した
後、溶液を４０〜６０℃に加熱した後添加することによ
り容易に溶解できる。本発明の絶縁被膜剤は連続ライン
において、最終板厚に冷延下鋼板を焼鈍し、コ−テイン
グロ−ルによって塗布し焼付け処理される。この際の塗
布量は０．７〜３．０ｇ／ｍ²であれば外観、密着、溶
接、打ち抜き性の優れた製品が得られる。塗布量０．７
ｇ／ｍ²未満では、鋼板粗度等の表面状態によっては、
極端に膜厚が不足して十分な耐食性が得られない場合が
ある。一方、３．０ｇ／ｍ²超では、外観が不透明化し
たり、均一性が損なわれる他、溶接性、打ち抜き性の劣
化が生じる場合があり制限される。また、焼付け条件と
しては４００〜５５０℃の温度が望ましい。４００℃未
満では、リン酸分とクロム化合物の反応が十分に進行せ
ず、形成した被膜が吸湿性を増す結果、耐食性をもたら
す。一方、５５０℃超では、被膜の発粉現象を生じて外
観を劣化したり、打ち抜き性を劣化するため好ましくな
い。

【００２１】

【実施例】（実施例１）質量でＳｉ：０．３５％、Ａ
ｌ：０．００２％、Ｍｎ：０．２５％を含有する板厚
０．５ｍｍの無方向性電磁鋼板冷延コイルを連続焼鈍ラ
インで焼鈍後、同ラインにて表１に示すような絶縁被膜
剤を乾燥後の質量で１．５ｇ／ｍ²（片面あたり）塗布
し、到達板温５００℃で焼き付け処理を行った。この
後、この製品からサンプルを切り出し被膜性能について
調査した。結果を表２に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】この試験の結果、本発明の材料は高速コ−
テイング試験において、何れも非常に良好な塗れ性と耐
食性を示し、溶接試験結果も良好であった。しかしなが
ら、比較剤のリン酸塩バランス、ＣｒＯ₃量が不適切な
場合には同一の界面活性剤を用いても塗れ性や被膜外観
が十分でなく、耐食性が劣る結果となった。また、界面
活性剤を用いない例では、何れも塗れ性、被膜外観が不
良で、はじき部や斑の発生した部分では耐食試験で錆び
の発生が多く見られた。（実施例２）実施例１と同一素材を用い、連続焼鈍ライ
ンにおいて同様にして処理し、表３に示すように界面活
性剤の添加条件を変更した絶縁被膜剤を乾燥後質量で
１．２ｇ／ｍ²の割合でラインスピ−ドを変更して塗布
し、４５０℃で焼付けを行った。この後、このコイルか
らサンプルを切り出し、被膜性能の評価を行った。結果
を表４に示す。

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】この試験の結果、界面活性剤としての添加
量が少ないものは、表面接触角の低下がやや不十分で、
塗れ性、耐食試験で僅かに劣る傾向であった。しかし、
添加量が０．４〜０．８質量部の場合には、極めて良好
な表面接触角低下効果と塗れ性改善が見られ、塗膜均一
化効果が優れるため耐食性も非常に良好であった。しか
しまた、界面活性剤のＨ．Ｌ．Ｂの異なるものの比較で
は低すぎる場合、高すぎる場合の何れも塗り斑がやや見
られた。また、比較例の界面活性剤無添加或いは添加量
が非常に少ない場合には表面接触角が高く、塗れ性改善
が十分に得られず、耐食性においても不良であった。ま
た、界面活性剤が多すぎる比較例においても泡巻き込み
の影響で不均一な模様（斑点）が生じ、錆の発生が見ら
れた。（実施例３）実施例１、２と同様に連続焼鈍ラインにお
いて表５に示すような、リン酸塩のモル比、絶縁被膜焼
き付け後の付着量及び焼き付け条件を変更して絶縁被膜
焼付け処理をした。次いでこのコイルからサンプルを切
り出し被膜性能評価試験を行った。結果を表６に示す。

【００２８】

【表５】

【００２９】

【表６】

【００３０】この試験の結果、リン酸塩のモル比が低い
場合には耐食性、溶接性がやや劣る傾向が見られ、モル
比が高い場合には被膜の外観がやや損なわれる傾向が見
られた。また、硼酸添加量が少ない場合には被膜外観の
透明度がやや損なわれ、多すぎる場合には耐食性の低下
する傾向が見られた。更に、付着量が少な過ぎる場合に
は耐食性が劣り、多すぎる場合には溶接性の低下が見ら
れた。同様に、焼付け温度が低すぎる場合には耐食性と
溶接性が低下し、高すぎる場合には外観が劣る結果とな
った。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、複合リン酸塩の配合条
件、Ｃｒ化合物、硼酸添加量及び界面活性剤の適正配合
条件の採用によって、処理剤の表面接触角を低下と処理
剤の鋼板への反応の均一化と塗布性の向上を得、高速ラ
インにおいて極めて優れた被膜性能を有する均一被膜を
得る。これにより、薄塗り被膜での外観、耐食性、溶接
性等を有する無方向性電磁鋼板の製造が可能となる。

フロントページの続き (72)発明者村上健一福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者半澤和文福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者伊藤知昭福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者田中收福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地の59 日鐵プラント設計株式会社内Ｆターム(参考） 4K026 AA02 AA03 AA22 BA07 BB05 BB06 BB08 BB09 BB10 CA16 CA21 CA23 CA37 CA38 DA02 EB11 4K033 AA01 PA04 RA03 SA03 TA03 5E041 AA02 BC01 CA02 CA04 HB11 NN17 NN18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁被膜剤溶液の表面接触角が３５度以
下であることを特徴とする塗れ性の優れる絶縁被膜剤。
【請求項２】固形分として第一リン酸Ｍｇ１００質量
部に対し、第一リン酸Ａｌ５．２〜１００質量部、Ｃｒ
化合物をＣｒＯ₃として７．２〜３６．０質量部、及び
界面活性剤を０．０７〜１．７４質量部からなる塗れ性
の優れる絶縁被膜剤。
【請求項３】界面活性剤がＨ．Ｌ．Ｂが１０〜１８の
非イオン性或いは陰イオン性であることを特徴とする請
求項２記載の塗れ性の優れる絶縁被膜処理剤。
【請求項４】配合する第一リン酸Ｍｇ中のＭｇＯとＨ
₃ＰＯ₄のモル数の比が０．４０〜０．５２、第一リン酸
Ａｌ中のＡｌ₂Ｏ₃とＨ₃ＰＯ₄モル数の比が０．１５〜
０．１９であることを特徴とする請求項２もしくは３記
載の塗れ性の優れる絶縁被膜剤。
【請求項５】固形分としてさらに、硼酸０．７〜１
１．６質量部を添加することを特徴とする請求項２ない
し４のいずれかに記載の塗れ性の優れる絶縁被膜処理
剤。
【請求項６】絶縁被膜剤溶液の表面接触角が３５度以
下であることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか
に記載塗れ性の優れる絶縁被膜剤。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載の絶
縁被膜処理剤を、仕上げ焼鈍済みの無方向性電磁鋼板用
に、乾燥、焼き付け後の質量で０．７〜３．０ｇ／ｍ²
を塗布後、板温４００〜５５０℃で焼き付け処理するこ
とを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。