JP2006152383A

JP2006152383A - フォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2006152383A
Application number: JP2004345438A
Authority: JP
Inventors: Seiji Okabe; 誠司岡部; Mineo Muraki; 峰男村木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】ハロゲン化物を添加したマグネシアを焼鈍分離剤として使用する場合に、仕上焼鈍の際に懸念される微細な表面欠陥の発生を効果的に防止して、鉄損の増大を招くことのない、フォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板の製造方法を得る。
【解決手段】マグネシア：100 重量部に対してハロゲン化物をハロゲン元素換算で 0.1〜10重量部添加したマグネシアを主体とする焼鈍分離剤の水スラリーを、一次再結晶焼鈍後の鋼板に塗布し、ついで仕上焼鈍を行ってフォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板を製造するに際し、上記焼鈍分離剤の水スラリーを鋼板に塗布してから、30秒以内に鋼板を270〜400℃の温度域に加熱して乾燥する。
【選択図】なし

Description

本発明は、主にトランスや発電機等の鉄心としての用途に供して好適な、フォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。

方向性電磁鋼板の地鉄表面とその上に被成する非金属被膜との界面の粗度を低減すること、さらに地鉄に対して張力を付与することによって、鉄損が大幅に低減されることが報告されている（例えば特許文献１）。
このような界面粗度の小さい地鉄表面を得るには、通常の方向性電磁鋼板の仕上焼鈍過程で形成されるフォルステライト質被膜の形成はむしろ不都合である。すなわち、フォルステライト被膜の形成に際し、該被膜と地鉄の界面が入り組んだ凹凸形状になっている場合には、地鉄表面の平滑化がなされず、一方フォルステライト被膜と地鉄の界面が平滑な場合には、両者が剥離し易くなって絶縁コーティングの密着性が劣化するからである。

そこで、粗度の小さい地鉄表面を得るために、フォルステライト被膜の形成を回避するための仕上焼鈍方法が種々提案されている。中でも、特許文献２に開示されたマグネシアに塩化物を添加する方法は、従来から方向性電磁鋼板の製造に使用されているマグネシア塗布方法をそのまま利用できるという、設備上の利点がある。

しかしながら、特許文献２の開示に従い、マグネシアにハロゲン化物を添加した焼鈍分離剤を使用して、フォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板を製造する場合、仕上焼鈍工程において地鉄表面に不規則に分布する微細な表面欠陥が発生し、鉄損が増大する場合があった。
そこで、発明者らは、このような微細な表面欠陥に起因した鉄損劣化現象について検討を行った結果、この原因は、仕上焼鈍前に鋼板に発生する錆びにあることが判明した。

ところで、かような錆びに起因した磁気特性の劣化を防止する方法として、特許文献３に開示の技術がある。
この技術は、焼鈍分離剤の主成分としてAl₂O₃を用い、かつこの水スラリー中の塩素分を300 ppm以下に抑制することによって、錆びの発生を阻止する技術である。

しかしながら、特許文献３に開示の塩素低減技術を、マグネシアを主体とする焼鈍分離剤を用いる場合に適用しても、所望の効果は得られなかった。
その理由は、マグネシアを主体とする場合、フォルステライト被膜の形成作用が強いことから、それを防止するために、比較的多量のハロゲン化物を含有させる必要があるが、このように比較的多量のハロゲン化物を含有する場合には、水スラリー中の塩素量を低減しても、錆びの発生を阻止できないからと考えられる。

しかしながら、焼鈍分離剤の主成分としてマグネシアを用いることは、Al₂O₃を用いた場合に比べて、前述したように既存の設備のそのまま利用できることの他、スラリーの塗布性がよい、仕上げ焼鈍時の鋼板内の不純物（Ｓ，Se等）の純化が容易である等の利点がある。
従って、焼鈍分離剤の主成分としてマグネシアを用いることは、製造工程上、極めて有利である。

特公昭52−24499号公報特開昭64−62476号公報特許第2659657号公報

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、ハロゲン化物を添加したマグネシアを主成分とした焼鈍分離剤を利用する場合に、仕上焼鈍の際に懸念される微細な表面欠陥の発生を効果的に防止して、鉄損の増大を招くことのない、フォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板の製造方法を提案することを目的とする。

さて、発明者らは、焼鈍分離剤の主成分としてマグネシアを用い、かつフォルステライト被膜形成阻止剤としてハロゲン化物を利用して、フォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板を製造する場合に、従来懸念された仕上焼鈍の際における微細な表面欠陥の発生を効果的に防止して、鉄損の増大を回避すべく、鋭意検討を重ねた。
その結果、かような錆びの発生を防止するには、ハロゲン化物を添加したマグネシアを主体とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布し、乾燥させる場合に、乾燥工程における鋼板到達温度およびこの到達温度までの所要時間を適切に制御することが重要であるとの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明は、マグネシア：100 重量部に対してハロゲン化物をハロゲン元素換算で0.1〜10重量部添加したマグネシアを主体とする焼鈍分離剤の水スラリーを、一次再結晶焼鈍後の鋼板に塗布し、ついで仕上焼鈍を行ってフォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板を製造するに際し、上記焼鈍分離剤の水スラリーを鋼板に塗布してから、30秒以内に鋼板を270〜400℃の温度域に加熱して乾燥することを特徴とするフォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板の製造方法である。

本発明によれば、方向性電磁鋼板の仕上焼鈍前における錆び発生に起因した鉄損の劣化を効果的に防止することにより、鉄損特性に優れたフォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板を安定して製造することができる。

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明では、方向性電磁鋼板の製造に際し、仕上焼鈍前までの製造工程については従来公知の工程をそのまま適用することができる。
仕上焼鈍で使用する焼鈍分離剤は、マグネシアを主体とし、フォルステライト被膜の形成を阻害する添加剤としてハロゲン化物を適量含有させた焼鈍分離剤を使用する。
ここに、上記のハロゲン化物としては、従来公知の塩化物や臭化物等（例えば MgCl₂、FeCl₃、SnCl₂、MgBr₂およびこれらの水和物等）を使用することができる。

また、本発明において「マグネシア主体」とは、マグネシアが焼鈍分離剤全体の60mass％以上であることを意味するものとする。
さらに、上記したハロゲン化物の添加量は、マグネシア：100 重量部に対してハロゲン元素換算で0.1〜10重量部とする必要がある。
というのは、ハロゲン化物の添加量が0.1重量部に満たないと、フォルステライト被膜の形成阻止効果に乏しく、一方10重量部を超えるとスラリー塗布後の乾燥が不良になったり、仕上げ焼鈍時の二次再結晶不良や表面凹凸の増大で磁性不良を招くからである。

これらのハロゲン化物をマグネシアの水スラリーに添加して鋼板に塗布した場合、非常に乾燥し難いということの他、潮解性を持ち、さらに鋼板表面を腐食させて錆びを発生させ易いという問題がある。
発明者らの検討によれば、仕上焼鈍までの時間が数日以上と長くなるほど、鋼板表面の錆びの発生数、広がりおよび地鉄表面からの深さがいずれも大きくなり、仕上焼鈍後の鋼板表面に直径：数μm〜100μm程度の凹凸状欠陥を形成され、鉄損が増大するという問題を引き起こすことが判明した。

従来のフォルステライト被膜付き方向性電磁鋼板の場合、フォルステライト被膜と地鉄との界面にアンカーと呼ばれる深さ：１〜３μm 程度の凹凸が形成されるため、錆びに起因する仕上焼鈍前の地鉄表面の腐食の影響は見られない。
しかしながら、フォルステライト被膜を形成しない方向性電磁鋼板の場合は、地鉄表面が平滑なため、このような凹凸状欠陥が磁気特性、特に鉄損に及ぼす影響は大きくなる。

なお、錆びの発生を防止すべく防錆剤を適用しても、一般の防錆剤は水分との接触を阻止することによって酸化を防止するものであるため、すでに鋼板表面に付着しているハロゲン化物が水分を含んでいる場合には、防錆の効果が得られない。

そこで、発明者らは、かようなハロゲン化物の好適な乾燥および再吸湿の防止を目的として、焼鈍分離剤の水スラリーを塗布した後の乾操条件について綿密な検討を行った結果、錆びの発生を効果的に抑止できる加熱条件を見出した。

まず、ハロゲン化物を添加したマグネシアを主体とする焼鈍分離剤の水スラリーを塗布して鋼板を乾燥させるまでの時間、すなわち水スラリーを塗布してから鋼板が270℃に達するまでの時間を、30秒以下に限定する。というのは、ハロゲン化物を含む水スラリーは鋼板を腐食させ易いため、30秒を超えて水スラリーが鋼板に付着していると、錆びの発生が始まるためである。

次に、かかる水スラリーを乾燥するための加熱温度、すなわち鋼板の到達温度は、従来常用されている100〜250℃よりも高めて、上述したとおり270℃以上とする。これにより、ハロゲン化物に含まれる水分を十分に取り除くことが可能になり、仕上焼鈍までの時間が数日以上に長くなっても、錆び発生に起因した鉄損の増大を効果的に防止できるようになる。
とはいえ、鋼板到達温度が400℃を超えると、仕上焼鈍後に焼鈍分離剤を除去し、ついで洗浄処理を施した後も、フォルステライト被膜が鋼板表面に残留し易くなるので、鋼板到達温度は400℃以下に限定する。
また、270〜400℃の乾燥温度域における乾燥時間については、特に制限はないが、１〜300秒程度とするのが好適である。

なお、鋼板到達温度が400℃を超えた場合に、フォルステライト被膜が残留し易くなる原因は、スラリー乾燥時にマグネシア中の水和量が減少し、仕上焼鈍の加熱過程で生じる酸化量が減少するためと推定される。
また、上記のように高温で乾燥させる場合でも、コイルが接する雰囲気からの水分の再吸収を抑制するために、コイル周囲の雰囲気の低湿度化、コイルエッジの雰囲気との接触遮断（ビニールシート被覆等）、仕上焼鈍開始までの日数の短縮等を行うことが、錆び発生を抑制する上でさらに効果的である。

実施例１
Ｃ：0.06mass％、Si：3.3mass％、Mn：0.09mass％、Ｓ：0.003mass％、Se：0.02mass％、Al：0.02mass％、Ｎ：0.01mass％、Sb：0.03mass％およびNi：0.1mass％を含み、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、1380℃に加熱後、熱間圧延により板厚：2.0mmの熱延板としたのち、熱延板焼鈍を施し、ついで冷間圧延、中間焼鈍、210℃での温間圧延によって板厚：0.22mmの鋼板とした。その後、脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍を施したのち、マグネシア：100重量部に対して塩化マグネシウムを５重量部添加し、水スラリーとした焼鈍分離剤を塗布し、表１に示す各条件で乾燥したのち、コイルに巻き取った。この時、焼鈍分離剤の目付量は10g/m²（両面）であった。さらに、このコイルを、平均気温：32℃、相対湿度：80％の屋内に７日間放置した。
その後、800℃までをN₂雰囲気中にて平均速度：50℃/hで昇温し、1000℃までをN₂雰囲気中にて平均速度：10℃/hで昇温し、1000〜1200℃をH₂雰囲気中にて平均速度：15℃/hで昇温し、1200℃に６ｈ保持するパターンの仕上焼鈍を行ったのち、冷却して、方向性電磁鋼板を得た。

得られた方向性電磁鋼板の表面を、水洗およびリン酸酸洗によって洗浄した後、11MPaの張力を付加しながら820℃で20秒間保持する平坦化焼鈍を３vol％体積％のH₂を含むN₂雰囲気中で連続焼鈍によって行った。

かくして得られたフォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板から磁気測定用の試料を切り出し、800℃、120分の歪取り焼鈍を行ってから、1.7Ｔ、50Hzでの履歴損（ヒステリシス損）Ｗh_17/50をエプスタイン枠を使った直流磁化測定によって求めた。
得られた結果を表１に併記する。

同表から明らかなように、水スラリー塗布から乾燥温度までの時間が30秒以内で、乾燥温度（鋼板到達温度）が270〜400℃を満足する場合には、鉄損劣化が発生せず、良好な磁気特性が得られることが分かる。

実施例２
スラリー塗布から乾燥温度（300℃）までの時間を20秒、また乾燥温度（鋼板到達温度）を300℃の一定条件とし、マグネシアに添加するハロゲン化物の種類および添加量を表２に示すように種々に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板を製造した。
かくして得られたフォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板の1.7Ｔ、50Hzでの履歴損（ヒステリシス損）Ｗh_17/50を、実施例１と同様にして求めた。
得られた結果を表２に併記する。

同表から明らかなように、マグネシアに添加するハロゲン化物の種類がどのようなものであっても、その添加量が0.1〜10重量部の適正範囲を満足する場合には、鉄損劣化が発生せず、良好な磁気特性を得ることができた。

Claims

マグネシア：100 重量部に対してハロゲン化物をハロゲン元素換算で0.1〜10重量部添加したマグネシアを主体とする焼鈍分離剤の水スラリーを、一次再結晶焼鈍後の鋼板に塗布し、ついで仕上焼鈍を行ってフォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板を製造するに際し、上記焼鈍分離剤の水スラリーを鋼板に塗布してから、30秒以内に鋼板を270〜400℃の温度域に加熱して乾燥することを特徴とするフォルステライト被膜のない方向性電磁鋼板の製造方法。