JP2004191217A

JP2004191217A - 方向性電磁鋼板の被膜密着性の評価方法および製造方法

Info

Publication number: JP2004191217A
Application number: JP2002360323A
Authority: JP
Inventors: Toru Fujimura; 亨藤村; Susumu Sato; 佐藤　　進; Makoto Watanabe; 渡辺　　誠; Mineo Muraki; 峰男村木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: JP4010240B2

Abstract

【課題】最終製品の良否を脱炭焼鈍処理後の段階で事前に評価する方法を提供し、最終製品の歩留まりを向上させ、また、脱炭焼鈍処理条件を制御し、被膜密着性の良い方向性電磁鋼板を製造する。
【解決手段】方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面をフーリエ変換赤外線吸収スペクトル法（ＦＴ−ＩＲ）により測定し、鋼板表面の少なくとも１つの化合物の赤外線透過率のピークを測定して吸光度を算出し、該算出値で方向性電磁鋼板の最終製品の被膜密着性を評価する方向性電磁鋼板の評価方法およびこの評価方法を用いた方向性電磁鋼板の製造方法。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面をＦＴ−ＩＲで測定し、最終製品段階での被膜密着性を事前に評価し、最終製品の品質の向上または歩留まりの向上を図る評価方法およびこれを用いた被膜密着性の良い方向性電磁鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板は脱炭焼鈍の過程において、ＳｉＯ₂を主成分とする酸化被膜が生成される。この後、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄) 被膜（グラス被膜）を作製し、さらに張力被膜をコーティングする。しかし、張力被膜の密着性には、ＳｉＯ₂を主成分とする酸化被膜の生成状態が影響を与えることが知られている。
【０００３】
従来、鋼板に塗布する前の焼鈍分離剤をＫＢｒ粉末と混ぜて錠剤とし、ＫＢｒ錠剤の赤外線吸収スペクトルを測定し、３７００ｃｍ^-1の吸収ピークの面積あるいは高さから水和度（焼鈍分離剤の加熱前後の重さの変化）を求めることにより、その焼鈍分離剤で被膜形成してえられる方向性鋼板の被膜密着性を評価していた（特許文献１参照）。しかし、試料の前処理に時間がかかり、分析結果を得るのに、時間がかかるという問題があった。
【特許文献１】
特開２００２−９０３００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の従来技術における問題点に鑑み、方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の酸化被膜をＦＴ−ＩＲで測定し、その吸光度の値を基に、事前に被膜密着性の評価を行なうと共に、該評価に応じて製造条件を制御して被膜密着性の良い方向性電磁鋼板を製造することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は以下の各発明を提供する。
（１）方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面をフーリエ変換赤外線吸収スペクトル法（ＦＴ−ＩＲ）により測定し、鋼板表面の少なくとも１つの化合物の赤外線透過率のピークを測定して吸光度を算出し、該算出値で方向性電磁鋼板の最終製品の被膜密着性を評価する方向性電磁鋼板の評価方法。
（２）前記赤外線透過率のピークを測定する少なくとも１つの化合物が、Ｆｅ₂ＳｉＯ₄およびＳｉＯ₂であり、各透過率のピークから各吸光度Ｆｅ₂ＳｉＯ₄（Ａ１）およびＳｉＯ₂（Ａ２）を算出する上記１に記載の方向性電磁鋼板の評価方法。
（３）前記吸光度の測定が、方向性電磁鋼板の製造過程においてオンラインで行なわれることを特徴とする上記１または２に記載の評価方法。
【０００６】
（４）上記１〜３のいずれかに記載する吸光度算出値と、脱炭焼鈍処理工程またはそれ以前の処理条件を比較し、該処理条件を決定して鋼板を処理して被膜密着性の良い方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法。
（５）上記２に記載する吸光度Ａ１の値が０．０１５〜０．０１８、Ａ２の値が０．０１１〜０．０１６、吸光度の比Ａ１／Ａ２の値が１．０〜１．７である方向性電磁鋼板用脱炭焼鈍板。
（６）上記５に記載の方向性電磁鋼板用脱炭焼鈍板を用いて得られる被膜密着性の良い方向性電磁鋼板。
（７）方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面に赤外線を照射する赤外線源と、鋼板からの反射赤外線を検出する分光器および検出器と、得られた透過率のピークから少なくとも１つの化合物の吸光度を算出し、該算出値で方向性電磁鋼板の最終製品の被膜密着性を評価するデータ処理装置とを有する方向性電磁鋼板の被膜密着性の評価装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
［１] 本発明の評価方法は、方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面に形成される少なくとも１つの化合物の赤外光の透過率を測定し、吸光度を算出する。赤外光の透過率は、フーリエ変換赤外線吸収スペクトル法（ＦＴ−ＩＲ）により測定する。
一般に、方向性電磁鋼板の製造工程は、Ｓｉ：２．５〜４．０％を含むスラブを熱延し、焼鈍と１回または中間焼鈍を含む２回以上の冷延により、最終板厚とされる。次いで、連続焼鈍炉において、水素ガス、または水素ガスと窒素ガスの混合雰囲気中で脱炭焼鈍を行ない、脱炭とともに、一次再結晶およびＳｉＯ₂を主成分とする酸化被膜が生成される。その後、ＭｇＯなどからなる焼鈍分離剤を水に懸濁させスラリー状として、それを鋼板上に塗布し、乾燥後、コイル状に巻き取り、最終仕上げ焼鈍を行ない、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）被膜( グラス被膜）を作製し、さらにリン酸塩系を主体とする張力被膜をコーティングして、平坦化焼鈍されて最終製品とされる。
本発明者らは脱炭焼鈍後の鋼板表面からの少なくとも１つの化合物のＦＴ−ＩＲピーク（赤外透過率を示すピーク）から、その化合物の吸光度を算出し、該算出値で、方向性電磁鋼板の最終製品の被膜密着性を評価できることを発明した。
【０００８】
脱炭焼鈍後の鋼板表面の化合物の内で、ＳｉＯ₂、Ｆｅ₂ＳｉＯ₄，ＦｅＳｉＯ₃のいずれかのピークを用いることが好ましく、より好ましくは、Ｆｅ₂ＳｉＯ₄およびＳｉＯ₂のピークからそれぞれの吸光度Ａ１、Ａ２を求め、そのＡ１、Ａ２またはＡ１／Ａ２の値と、最終製品の張力被膜の被膜密着性との間の相関関係を用いて、最終製品の被膜密着性の良・不良または製造条件の適否を評価する。
評価に用いる吸光度は、以下に例示する方法で求めることができるがこの方法には限定されない。例えば、脱炭焼鈍後の鋼板表面の組成が既知の標準物質や、純物質を用いて他の測定法で測定された値を比較に用いて各種の補正を行った吸光度を算出してもよい。ＦＴ−ＩＲピーク( 赤外線透過率）の測定は、鋼板表面の数点で測定し平均値を算出しても良い。
【０００９】
図１は、ＦＴ−ＩＲ測定における透過率のピークを示す図である。図１において、特定の１つのピークの底辺同士を結ぶ基準線ｄｅをひいて、ピークｂをとおる垂線と基準線ｄｅとの交点をａとし、横軸との交点をｃとする。このとき、縦軸の透過率（％）の値をａｃおよびｂｃとすると、吸光度Ａは、
Ａ＝ｌｏｇ（ａｃ／ｂｃ）（１）
と表される。
【００１０】
方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階での鋼板の断面を図２に示す。酸化被膜は、ＳｉＯ₂が主で、その他にＦｅ₂ＳｉＯ₄，ＦｅＳｉＯ₃を含んだものである。この内のＦｅ₂ＳｉＯ₄とＳｉＯ₂の赤外線透過率を求め、上記のようにして算出されるＦｅ₂ＳｉＯ₄の吸光度（Ａ１）と、ＳｉＯ₂の吸光度（Ａ２）またはその比を求めることにより、最終製品の被膜密着性の良、不良を評価するのが好ましい。
ＦＴ−ＩＲ測定は、方向性電磁鋼板の製造過程において、脱炭焼鈍後の鋼板からサンプルを取り出して行なってもよいし、非破壊で瞬時に測定が可能なので、製造工程中にオンラインで行なってもよい。オンラインで行なえば、最終製品になる前に、最終製品の被膜密着性の良、不良を連続的に評価することができる。測定個所は鋼板の板巾方向に複数点を採るのが好ましいが、不必要に多数点を測定する必要はない。オンラインで測定すれば連続的にデータが得られるので１ヶ所で測定してもよい。
【００１１】
［２］本発明の製造方法は、上述のようにして得られる吸光度算出値と、脱炭焼鈍処理工程またはそれ以前の処理条件を比較し、少なくとも１つの処理条件を制御して鋼板を処理し被膜密着性の良い方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法である。
脱炭焼鈍処理条件としては、ガス流入以前の真空度、水素ガス、または水素ガスと窒素ガスの混合雰囲気の流量、比率、露点または脱炭処理の温度、時間等の処理条件を制御することができる。
その他の処理条件は、スラブ中のＳｉ量またはその他の添加元素や不純物元素の量、スラブの熱延、焼鈍の条件や回数、冷間圧延条件や回数、最終板厚等の条件が挙げられる。
また、予め各種の処理条件を変化させた場合について、各吸光度の評価幅の変化を調査しておくことにより、処理条件の変動因子を把握することができる。
【００１２】
本発明の製造方法を用いれば、脱炭焼鈍処理等種々の製造の条件を、最終製品を得る以前に評価でき各種の製造条件を制御することにより、被膜密着性の良い方向性電磁鋼板の製造が可能となる。ＦＴ−ＩＲ測定は、方向性電磁鋼板の製造過程において、脱炭焼鈍後の鋼板からサンプルを取り出して行なってもよいし、非破壊で瞬時に測定が可能なので、製造工程中にオンラインで測定してもよい。種々の処理条件の制御も個々の工程を別個に制御してもよいしオンラインでフィードバック制御をしてもよい。
【００１３】
また、脱炭焼鈍後のＦｅ₂ＳｉＯ₄の吸光度（Ａ１）と，ＳｉＯ₂の吸光度（Ａ２）が、Ａ１の値が０．０１５〜０．０１８、Ａ２の値が０．０１１〜０．０１６、吸光度の比Ａ１／Ａ２の値が１．０〜１．７の範囲内であれば、後述する実施例で示されるように、最終製品の張力被膜の被膜密着性に優れる方向性電磁鋼板が得られる。したがって、このような吸光度範囲を持つ脱炭焼鈍板は、被膜密着性に優れる方向性電磁鋼板を製造するための中間体として有用である。本発明の評価方法を用いれば、脱炭焼鈍後の鋼板表面を本発明の評価方法で測定して吸光度が所定の範囲内であるものだけを選択すれば、最終製品の歩留まりを飛躍的に上げることができる。
本発明の吸光度範囲を持つ脱炭焼鈍板を用いて焼鈍分離剤の塗布以降の工程を行って最終製品とすれば被膜密着性の良い方向性電磁鋼板が得られる。
【００１４】
［３］次に、本発明の方向性電磁鋼板の評価装置を説明する。
図３は、本発明の方向性電磁鋼板の被膜密着性の評価装置の１実施例を示すが、本発明の評価装置はこれに限定されない。図３において、１１は赤外線源、１２は赤外線、１３，１４，１７はミラー、１５は試料、１６は反射赤外線、１８は分光器と検出器、１９はデータ処理装置である。
赤外線源１１から発生した赤外線１２は、ミラー１３，１４で反射して脱炭焼鈍後の鋼板表面１５に入射して、反射し、反射赤外線１６がミラー１７で反射して分光器と検出器１８に入り、そのデータが汎用コンピュータや計算チップ等のデータ処理装置１９で処理され吸光度が求められ、被膜密着性の良否を評価する。
【００１５】
【実施例】
測定試料１〜１２は次のように作製した。脱炭焼鈍前処理として、中間焼鈍で表面に生成したＳｉ濃度の低い部分を酸洗により０．０５μｍ以上除去し、中間焼鈍時に生成した酸化物を０．０１〜０．５ｇ／ｍ²残留させ、表面粗度を０．１〜０．７μｍの範囲内に制御し、Ｓｉ化合物を付着させることを適宜変化させた。その後、脱炭焼鈍処理条件として、水素雰囲気中で、露点を３０〜７０℃、均熱保持温度を８２０〜８８０℃、均熱保持時間を８０〜１３０秒、加熱時、均熱保持および還元処理の雰囲気酸化性（分圧比ｐＨ₂Ｏ／ｐＨ₂）を０．０９〜０．７０、６５０℃から均熱保持温度の１０℃低いところまでの昇温速度を１〜３０℃／秒、還元処理時間を５〜１５０秒と適宜変化させた。
【００１６】
この測定試料を用い、図３に示した評価装置を用いて、脱炭焼鈍後の鋼板表面の赤外線透過率を測定した結果中の、４５０〜１４００ｃｍ^-1までの透過率の測定結果の１例を図４に示す。図中ｘｙを基準線としてＦｅ₂ＳｉＯ₄とＳｉＯ₂の吸光度を求めた。なお、ｘとｙはそれぞれ１３００ｃｍ^-1、８５０ｃｍ^-1近傍の透過率の一番高い位置とする。これは、測定において変動の小さい位置であることが明らかとなったので、基準位置とした。測定試料１〜１２の結果を、Ｆｅ₂ＳｉＯ₄の吸光度（Ａ１）と、ＳｉＯ₂の吸光度（Ａ２）として表１に示す。
【００１７】
その後、
１）ＭｇＯ：１００質量部に対してＴｉＯ₂を２質量部添加した焼鈍分離剤を水に懸濁させスラリー状として、それを鋼板上に１０ｇ／ｍ²（両面）塗布し、乾燥後、コイル状に巻き取り、
２）８８０℃で５０時間の保定焼鈍を行なったのちに、引き続き１２００℃で１０時間の純化焼鈍を行ない、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）被膜（グラス被膜）を作製した。
３）リン酸マグネシウム５０質量部、コロイド状シリカ４５質量部、無水クロム酸４．５質量部、アルミナ粉末０．５質量部の組成の張力被膜を１０ｇ／ｍ²（両面）コーティングした。
４）８００℃で３分間、窒素雰囲気の条件で平坦化焼鈍して最終製品とした。
【００１８】
５）得られた方向性電磁鋼板の表面の被膜不良発生率を目視判定により測定し、先に得られていた吸光度Ａ１，Ａ２、Ａ１／Ａ２の値と比較した。結果を表１に示す。なお、被膜不良発生率が０．０２％未満の場合を良として○とし、０．０２％以上の場合を不良として×で示した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１に示す結果から、被膜不良発生率が０．００％と０．０１％は判定が良であり、Ａ１においては０．０１５〜０．０１７、Ａ２においては０．０１１〜０．０１６、Ａ１／Ａ２においては１．００〜１．５５が良となっており、被膜不良発生率と吸光度の値は良い相関関係が見られた。したがって、脱炭焼鈍後の鋼板表面の少なくとも１つの化合物の赤外線透過率のピークから吸光度を所定の範囲とすれば、最終製品の被膜不良発生率を良とできることが予測され、最終製品が不良となるものと識別することが可能であった。
【００２１】
得られた最適な方向性電磁鋼板の処理条件は、以下に示すものであった。脱炭焼鈍前処理条件としては、中間焼鈍で表面に生成したＳｉ濃度の低い部分を酸洗により０．１μｍ以上除去し、中間焼鈍時に生成した酸化物を０．０１〜０．３ｇ／ｍ²残留させ、表面粗度を０．１〜０．５μｍの範囲内で制御し、Ｓｉ化合物を付着させる。その後の脱炭焼鈍処理条件としては、水素雰囲気中で、露点５７〜６１℃、均熱保持温度８２０〜８４０℃、均熱保持時間を９０〜１２０秒、加熱時の雰囲気酸化性（分圧比ｐＨ₂Ｏ／ｐＨ₂）を０．２５〜０．５０、均熱保持での雰囲気酸化性を加熱時よりも０．０１〜０．２０高くし、６５０℃からの均熱温度の１０℃低いところまでの昇温速度を１．３〜２６℃／秒、還元処理を雰囲気酸化性０．２以下で、５〜１００秒実施する製造方法であった。これにより、被膜密着性の良い方向性電磁鋼板が製造できた。
【００２２】
【発明の効果】
方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面の酸化被膜中のＦｅ₂ＳｉＯ₄，ＳｉＯ₂等の少なくとも１つの化合物をＦＴ−ＩＲにおいて測定し、その吸光度を求め、最終製品の被膜密着性との相関を求めることにより、最終製品の良否を事前に判定することができるので、最終製品の歩留まり向上に好適である。また、この方法を用いて、脱炭焼鈍処理条件を制御し、被膜密着性の良い方向性電磁鋼板を製造することが可能である。さらに、オンライン測定により連続的に評価することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＴ−ＩＲ測定法による赤外線透過率の測定ピークから吸光度の求め方の１例を説明する概略図である。
【図２】方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階での鋼板の断面を示す模式図である。
【図３】本発明の評価方法のＦＴ−ＩＲ測定法に用いる測定装置を説明する図である。
【図４】実施例の赤外線の波数４５０〜１４００ｃｍ^-1でのＦＴ−ＩＲ測定法による赤外線の透過率を示すチャートである。
【符号の説明】
１１赤外線源
１２赤外線
１３，１４ミラー
１５脱炭焼鈍後の鋼板表面
１６反射赤外線
１７ミラー
１８分光器・検出器
１９データ処理装置
Ａ１Ｆｅ₂ＳｉＯ₄の吸光度
Ａ２ＳｉＯ₂の吸光度
Ａ１／Ａ２Ａ１とＡ２の比

Claims

方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面をフーリエ変換赤外線吸収スペクトル法（ＦＴ−ＩＲ）により測定し、鋼板表面の少なくとも１つの化合物の赤外線透過率のピークを測定して吸光度を算出し、該算出値で方向性電磁鋼板の最終製品の被膜密着性を評価する方向性電磁鋼板の評価方法。
前記赤外線透過率のピークを測定する少なくとも１つの化合物が、Ｆｅ₂ＳｉＯ₄およびＳｉＯ₂であり、各透過率のピークから各吸光度Ｆｅ₂ＳｉＯ₄（Ａ１）およびＳｉＯ₂（Ａ２）を算出する請求項１に記載の方向性電磁鋼板の評価方法。
前記吸光度の測定が、方向性電磁鋼板の製造過程においてオンラインで行なわれることを特徴とする請求項１または２に記載の評価方法。
請求項１〜３のいずれかに記載する吸光度算出値と、脱炭焼鈍処理工程またはそれ以前の処理条件を比較し、少なくとも１つの処理条件を制御して鋼板を処理して被膜密着性の良い方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法。
請求項２に記載する吸光度Ａ１の値が０．０１５〜０．０１８、Ａ２の値が０．０１１〜０．０１６、吸光度の比Ａ１／Ａ２の値が１．０〜１．７であることを特徴とする方向性電磁鋼板用脱炭焼鈍板。
請求項５に記載の方向性電磁鋼板用脱炭焼鈍板を用いて得られる被膜密着性の良い方向性電磁鋼板。
方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面に赤外線を照射する赤外線源と、鋼板からの反射赤外線を検出する分光器および検出器と、得られた透過率のピークから少なくとも１つの化合物の吸光度を算出し、該算出値で方向性電磁鋼板の最終製品の被膜密着性を評価するデータ処理装置とを有する方向性電磁鋼板の被膜密着性の評価装置。