JP2013542323A - 方向性電磁平鋼製品上に絶縁コーティングを製造する方法及び該絶縁コーティングで被覆された電磁平鋼製品 - Google Patents

Abstract

本発明は、磁気損失値が最小化された方向性電磁平鋼製品の製造方法であって、下記作業工程：ａ）電磁平鋼製品を用意する工程、ｂ）電磁平鋼製品の少なくとも１つの表面にリン酸塩絶縁溶液の層を塗布し、この塗布層を焼付けする工程を含む方法に関する。電磁平鋼製品の表面上に作用する引張応力を該方法を利用してさらに高めるため、本発明は、作業工程ｂ）の最初の実行後にこの作業工程ｂ）を少なくとも１回繰り返し、その結果、次々に、順に重ねて塗布及び焼付けされたリン酸塩絶縁溶液の層から絶縁コーティングを得ることを提案する。
【選択図】なし

Description

本発明は、磁気損失値が最小限化された方向性電磁平鋼製品の製造方法に関する。

本発明は、絶縁コーティングを備えた方向性電磁平鋼製品にも関する。

ここで言及する方向性電磁平鋼製品は鋼ストリップ又はシートであり、それらから電気工学用途の部品が作られる。該方向性電磁平鋼製品は、特に低いヒステリシス損失が最も重要であり、かつ透磁率又は磁気分極に関して高い要求が生じる用途に特に適している。これらの要件は、電力変圧器、配電変圧器及び高品質の小型変圧器用部品の場合に特に存在する。

例えば特許文献１で詳細に説明されているように、一般に電磁平鋼製品の製造過程では、典型的に（重量％で）２．５〜４．０％のＳｉ、０．０１０〜０．１００％のＣ、０．１５０％以下のＭｎ、０．０６５％以下のＡｌ及び０．０１５０％以下のＮと、いずれの場合も必要に応じて０．０１０〜０．３％のＣｕ、０．０６０％以下のＳ、０．１００％以下のＰ、いずれの場合も０．２％以下のＡｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ及びＢｉと、残余の鉄及び不可避不純物とを含む鋼を初めに鋳造して出発材料、例えばスラブ、薄スラブ又は鋳造ストリップを形成する。この出発材料は次に必要ならば焼鈍を受け、次に熱間圧延されてホットストリップになる。

コイリング又は任意のさらなる焼鈍及び同様に任意のスケール除去又は酸洗処理の完了後に、ホットストリップは次に１以上の工程で圧延されてコールドストリップになる。この場合、冷間圧延工程間に必要に応じて中間焼鈍を行なうことができる。引き続き行なわれる脱炭焼鈍中には、一般的に磁気時効を回避するためにコールドストリップの炭素含量がかなり減らされる。

脱炭焼鈍後には、典型的にＭｇＯである焼鈍分離剤をストリップ表面に塗布する。この焼鈍分離剤は、コールドストリップから巻き取られたコイルの巻線がその後に行なわれる高温焼鈍中に互いに溶接されるのを防止する。典型的にベル炉内で保護ガス下にて行なわれる高温焼鈍中には、選択的結晶粒の成長によってコールドストリップ内にテクスチャーが生じる。ストリップの表面にはフォルステライト層、いわゆる「ガラスフィルム」も生じる。さらに、高温焼鈍中に起こる拡散プロセスによって鋼材が浄化される。

高温焼鈍後にこのようにして得られた電磁平鋼製品は、熱的に歪みを取り除かれ、かつその後の「仕上げ焼鈍」で応力除去焼鈍された絶縁コーティングを備える。この仕上げ焼鈍は、さらなる加工に必要な部分に上述したように製造される平鋼の調製の前又は後に可能であり、この部分の分割後の仕上げ焼鈍によって、分割の結果生じたさらなる応力を除去することができる。このようにして作製された電磁平鋼製品は原則として０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さを有する。

材料の冶金学的特性、電磁平鋼製品の製造のための冷間圧延プロセスで設定される変形度及び熱処理工程のパラメーターは、いずれの場合も所望の再結晶プロセスが起こるように互いに調和している。これらの再結晶プロセスがこの材料に典型的な「ゴステクスチャー（goss-texture, Goss-Textur（英、独訳））」をもたらし、この場合、最も容易な磁化の方向は完成ストリップの圧延方向である。従って、方向性電磁平鋼製品は高度に異方性の磁気挙動を有する。

エネルギー損失とは別に、変圧器では発生される騒音も役割を担う。これは磁歪として知られる物理作用のためであり、とりわけ、用いられる電磁鋼心材の特性によって影響を受ける。

電磁平鋼製品に適用される絶縁コーティングはヒステリシス損失の最小限化にプラスの効果を有することが知られている。従って絶縁コーティングは引張応力を基材に伝達することができ、このことは電磁平鋼製品の磁気損失値を改善するのみならず、磁歪をも減らし、同様に完成変圧器の騒音挙動にプラスの効果を与える。

これらの効果を実証する絶縁コーティング及びその製造方法は、例として、特許文献２に記載されている。この従来技術により絶縁コーティングを製造するために用いられた絶縁溶液の主成分はリン酸アルミニウム及び二酸化ケイ素であり、二酸化ケイ素をコロイド形で添加することもできる。絶縁コーティングのさらなる成分は、多くの場合、無水クロム酸（三酸化クロム）又はクロム酸であり、環境へのその影響のため懸念を引き起こすこの成分の含量は、絶縁溶液の他の含量の適切な選択により最小限にすることができる（特許文献３、特許文献４）。

上記公知の絶縁コーティングに共通することは、必要に応じて既にガラスフィルムで被覆されている電磁平鋼製品の被覆すべき表面に初めに絶縁コーティングを施し、次に例えば圧搾ローラーを用いて絶縁コーティングの厚さを調整し、最後に絶縁コーティングをオーブンで焼付けするという事実である。ここで焼付け温度は典型的に約８５０℃である。

焼付け後にこのようにして製造された絶縁コーティングは基材に相当な引張応力を及ぼす。特許文献４は、約８ＭＰａの引張応力に相当する０．８ｋｇ／ｍｍ^２以下のその値を与えている。特許文献２に含まれるさらなる構成によれば、この効果は絶縁コーティングと基材の異なる熱膨張係数に起因する。特許文献２によれば、ここでは４ｇ／ｍ^２以下の層密度が達成される。

変圧器の操作中に発生される騒音の最小化に関して求められる要望は絶えず増大している。これは、一方でこれまで以上に厳しい法的要件及び基準のためであり、他方で消費者は最近では原則として聞き取れる「変圧器のブンブンいう音」を生じさせる電気機器をもはや受け入れないであろうという事実のためである。従って、住居用建物周辺での大型変圧器の容認は該変圧器の操作によって発生される騒音放射に非常に左右される。

実際の経験は、従来技術により製造された通常の電磁平鋼製品では、増え続ける要件を常に容易に満たせるわけではないことを示す。これは、これらの要件を満たすために必要な相当高い引張応力の伝達はコーティングプロセスを単に修正するだけでは達成できないからである。従って、絶縁コーティング厚の増加は、焼付け中に増加したガスが発生し、これは完成層の形態に悪影響を及ぼすので、この目的を果たせないという事態が生じる。従って、厚すぎる絶縁コーティングの場合、極端な場合には凝集性が存在しないためコーティングを剥がれ落ちさせる細孔が生じる。より大きい厚さの絶縁コーティングで生じる問題は、ラスター電子顕微鏡（ＲＥＭ）下で金属組織切片を考察することにより決定され、「μｍ」で与えられるコーティング厚の増加にもかかわらず、得られるコーティング密度（ｇ／ｍとして与えられ、かつ絶縁コーティングの選択的除去後の重量の差を用いて決定される）は不釣り合いに低い増加を有するという事実によっても実証される。

欧州特許第１０２５２６８（Ｂ１）号明細書 独国特許発明第２２４７２６９（Ｃ３）号明細書 独国特許出願公開第１０２００８００８７８１（Ａ１）号明細書 欧州特許出願公開第２０２２８７４（Ａ１）号明細書

この背景に対して、本発明の目的は、簡単な手段で実際に実施できる方法であって、電磁平鋼製品の表面に作用する引張応力をさらに増加させ得る方法を提示することだった。さらに、電磁平鋼製品は、最適の磁気特性及び実際に使われて同様に最適な騒音挙動を有すると指摘すべきである。

方法については、この目的は、請求項１に示す作業工程が電磁平鋼製品の製造中に行なわれるという点で達成される。

電磁平鋼製品については、上記目的への本発明の解決策は、請求項１３に示す特徴を有する平鋼製品を構成する。

本発明の有利な実施形態については従属請求項に示してあり、本発明の基本概念と共に以下に詳細に説明する。

上記従来技術の磁気損失値を最小化した方向性電磁平鋼製品を製造するための本発明の方法では、以下の作業工程ａ）及びｂ）が行なわれる。

作業工程ａ）
電磁平鋼製品を用意する工程。

用意される電磁平鋼製品を製造する方法については特別な要件はない。従って、本発明の方法のために用意される電磁平鋼製品は、鋼合金に基づいて既に上述した公報で当業者に与えられたガイドラインの適用によって製造可能である。これは、今はまだ知られていないが、従来技術と同様に絶縁コーティングの塗布及び焼付けが規定される製造プロセスをも明白に包含する。

作業工程ｂ）
リン酸塩絶縁溶液の層を電磁平鋼製品の少なくとも１つの表面に塗布し、この塗布層を焼付けする工程。

塗布方法、層厚の設定、絶縁溶液の組成及び絶縁溶液により形成された絶縁コーティングの焼付け方法は同様に従来技術を反映し得る。

今や、本発明によれば、作業工程ｂ）の最初の実行後にこの作業工程ｂ）を少なくとも１回繰り返し、その結果として、次々に、順に重ねて塗布及び焼付けされたリン酸塩絶縁溶液の層から絶縁コーティングが得られる。

従って本発明によれば、少なくとも２回の別のコーティング工程を行ない、初めに第１絶縁コーティング層を仕上げ焼付けしてから、少なくとも１回のさらなる絶縁コーティング層が同様に塗布かつ焼付けされるので、層厚が増した絶縁コーティングが製造される。必要ならば、絶縁溶液のさらなる層の塗布及び焼付けを経てさらに大きなコーティング厚が製造されるように、コーティング及び焼付けプロセスをさらに何回も繰り返すことがでる。しかしながら、実用試験は、ここで作業工程ｂ）を構成する「コーティングの塗布」及び「塗布された絶縁溶液のそれぞれの層の焼付け」というプロセス順序のたった１回の繰り返しでさえ、本発明の電磁平鋼製品の鋼基板に伝達される引張応力のかなりの増加が達成されることを示した。

本発明によれば、絶縁コーティングは、個々に塗布及び焼付けされるリン酸塩絶縁手段の少なくとも２つの層によってこのように形成される。従って、絶縁コーティングは全体で高い固有コーティング密度と大きい厚さを特徴とする絶縁コーティングを形成する。

本発明の絶縁コーティングは、塗布及び焼付けされる絶縁溶液の各コーティングについて別々の作業工程で製造されるので、単一操作で厚い絶縁コーティングを塗布する場合に生じるコーティング厚に関する固有コーティング密度の好ましくない事態が回避される。本発明では、このような高いコーティング厚を非常に高い固有コーティング密度で作り出すことができる。これは、得られる引張応力、磁気損失値又は皮相電力及び磁歪値並びに放射騒音レベル（Ｌｖ_Ａ値＝Ａ特性磁歪速度レベル；Ｌａ_Ａ値＝Ａ特性磁歪加速レベル）に反映される。結果として本発明により製造された電磁平鋼製品からは、特に従来の電磁鋼板製の変圧器に比べて操作中に騒音放射がかなり減少する変圧器用プレートを製造することができる。

作業工程ｂ）で絶縁コーティングを製造するために使うリン酸塩絶縁溶液は、この目的のために従来技術で既に試し、試験された絶縁溶液のように、コロイド成分を含むことができ、この成分は特にコロイド状二酸化ケイ素であってよい。

絶縁コーティングを製造するために本発明で使用する絶縁溶液は基本的に最も変化に富んだリン酸塩を含むことができる。しかし、特に良い結果は、リン酸アルミニウム及び／又はリン酸マグネシウムを含むリン酸塩絶縁溶液を用いて得られる。リン酸塩溶液の基礎として水を使用するのが好ましい。しかしながら、当然に、水と反応性及び極性が同様であることを条件に、他の溶媒を使用することもできる。

本発明の好ましい実施形態によれば、絶縁溶液は、酸洗インヒビター及び湿潤剤を含む群より選択される少なくとも１種の添加剤を含有することもできる。酸洗インヒビター及び／又は湿潤剤の使用を通じて、本発明により製造される方向性電磁平鋼製品の特性をさらに改善することができる。

本発明の絶縁コーティングを製造するために用いる絶縁溶液は、添加剤としてコロイド安定剤を含むので、既知の方法で、リン酸塩コーティングが乾燥しているときだけゾルからゲルへの遷移が起こることを保証することができる。さらに、コロイド安定剤の使用はリン酸塩溶液の均一な塗布を可能にし、その結果、完成コーティングの一貫した品質を得ることができる。

本発明により電磁平鋼製品上に絶縁コーティングを製造するために考えられる絶縁溶液の可能な組成に関するさらに詳細な説明は、例えば、特許文献３で見つかる。

求められる製造条件及び特性によっては、作業工程ｂ）の少なくとも１回の繰り返しにおいて、作業工程ｂ）の最初の実行で用いた絶縁溶液と比べて変更した絶縁溶液を使用するのが都合よいことがある。しかしながら、実用試験は、作業工程ｂ）の最初及びその後の各実行において同一組成の絶縁溶液を使用する場合に、少なくとも２つの層に塗布された絶縁コーティングの特に良い接着及び特に高い固有コーティング密度ｒが生じることを実証した。

本発明では、それぞれ先行する作業工程ｂ）で塗布及び焼付けされる絶縁コーティングの層が完全に焼付けされた後に、作業工程ｂ）の繰り返しで絶縁溶液の次の層が塗布されることが重要である。このためには焼付け処理中に、単純な乾燥用の温度レベルより高い温度レベルを達成する必要がある。従って、本発明は、作業工程ｂ）の過程で行なわれる焼付けの焼付け温度が少なくとも３００℃である実用的実施を提供する。

経済的理由のため、少なくとも作業工程ｂ）の最後の繰り返しの過程で行なわれる焼付け中に焼付け温度が少なくとも７００℃であれば特に有利である。この温度レベルでは、本方法の結果として通常増大する不可避応力を除去するため、焼付け処理を応力除去焼鈍と組み合わせることができる。この焼鈍は、連続炉内で空気下にて短時間焼鈍として行なわれるか、或いはマッフル炉内で（長時間焼鈍）窒素下にて行なわれ、焼付け処理と組み合わせると、短時間焼鈍は、本発明により製造される絶縁コーティングの高い固有コーティング密度及び最適接着の形成の点で特に有利なことが判った。焼付け温度が少なくとも８００℃、特に約８５０℃であれば、焼付け結果は、特にまだ存在し得るいずれの応力の除去をも併せて保証される。本発明により加工される電磁平鋼製品の鋼基板の構造の望ましくない変化を回避するためには、作業工程ｂ）の過程で行なわれる焼付けと同時に焼付け温度がいずれの場合も９００℃を超えてはならず、特に９００℃以下で維持すべきである。

当然に、原則として、作業工程ｂ）の各繰り返しでは同一設備の使用が考えられる。しかしながら、作業工程ｂ）の反復実行が処理ラインに従えば、本発明の方法を特に経済的に行なうことができる。この処理ラインには、絶縁溶液を塗布及び焼付けするための、反復数に対応するいくつかの装置が次々に配置され、被覆すべき電磁平鋼製品がこれらの装置を連続プロセスで通過する。例えば、絶縁コーティングは、本発明の方法で次々に塗布及び焼付けされる絶縁溶液の２つの層で形成される場合には、該ラインでは連続操作中に絶縁コーティングの第１層を塗布及び焼付けするための第１装置と、第２層を塗布及び焼付けするための第２装置とを相次いで通過するであろう。

本発明に従って製造及び提供される電磁平鋼製品では、コーティング厚と固有コーティング密度の比及びコーティング厚と引張応力の比は、いずれの場合も最適範囲内である。実用試験が示したように、これらの範囲は、単一プロセスで相応に厚い絶縁コーティングを塗布及び焼付けするときに懸念される特性の範囲より実用化において有益である。

従って、本発明により提供されるその表面の少なくとも１つに焼付けリン酸塩絶縁コーティングを有する方向性電磁平鋼製品は、リン酸塩絶縁コーティングの厚さＤが≦３μｍである場合には、リン酸塩絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒは≧５ｇ／ｍ^２であるが、厚さＤ＞３μｍではリン酸塩絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒについて下式が当てはまる。

ここで、リン酸塩絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒが≧５．０ｇ／ｍ^２である場合、絶縁コーティングにより伝達される引張応力Ｚは、下記条件を満たす。

上述したように提供される電磁平鋼製品は、本発明の方法の適用により経済的に、確実にかつ操作的に安全な様式で製造可能である。

例示実施形態及び比較実施形態を用いて本発明をさらに詳細に説明する。これらは以下のように表される。

本発明により２回及び従来法により１回被覆した種々の試料についてそれぞれの絶縁コーティングの厚さＤ（μｍ）に対して固有コーティング密度ｒ（ｇ／ｍ^２）をプロットするダイアグラムである。 本発明により２回及び従来法により１回被覆した種々の試料についてそれぞれの絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒ（ｇ／ｍ^２）に対して、それぞれの絶縁コーティングによって電磁平鋼製品の鋼基板上に及ぼされる引張応力（ＭＰａ）をプロットするダイアグラムである。

図１に示すダイアグラムでは、本発明により２回被覆された試料について決定された固有密度値ｒを、絶縁コーティングのそれぞれの厚さＤに対して黒三角で示し、従来の試料について決定された固有密度値ｒを、絶縁コーティングの割り当てられた厚さＤに対して黒丸で示してある。

少なくとも３μｍのコーティング厚で本発明により被覆された試料は、下式：

という条件を満たすコーティング密度ｒを規則正しく有することが分かる。３μｍ未満の厚さの絶縁コーティングでは、結果として生じる固有密度ｒは、いずれの場合も４ｇ／ｍ^２より大きく、本発明が求める特性との関連では、３μｍ未満であるが、それでも本発明の要件を満たしている厚さの絶縁コーティングについて固有コーティング密度の限界は５ｇ／ｍ^２に設定された。図１に示すように、絶縁コーティング厚Ｄが少なくとも２μｍである試料ではこの要件が満たされる。

図１に示すダイアグラムと同様に図２に示すダイアグラムでは、それぞれの固有コーティング密度ｒに対する本発明により２回被覆された試料について決定された引張力Ｚを黒三角で示してあり、絶縁コーティングの割り当てられた固有層密度ｒに対する従来の試料について決定された引張応力Ｚを黒丸で表している。

本発明により２回被覆された試料を用いると、絶縁コーティングは、１回の操作の従来法で同一の固有コーティング密度ｒの単一絶縁コーティングで被覆された試料を用いるより、それぞれの電磁平鋼製品の鋼基板上に高い引張応力Ｚを常に及ぼすことが分かる。これは固有コーティング密度ｒが少なくとも５．１ｇ／ｍ^２である試料で特に明白である。従って実際に生じる要件は、特に下式：

が当てはまるような本発明の電磁平鋼製品によって満たされる。

本発明により達成される効果を実証するために１０種の試験Ｖ１〜Ｖ１０を行なった。そのうちの試験Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ７及びＶ９は従来技術に帰属し、試験Ｖ３、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ８及びＶ１０は本発明に従う。

全ての試験でいずれの場合も出願人の従来の製造から得た方向性電磁鋼の３５０ｍｍ×６０ｍｍのシート及び０．３０ｍｍの公称厚の切片を高温焼鈍後の条件で使用した。ここで、鋼ストリップは、脱炭状態で鉄と不可避不純物に加えて（重量％で）、Ｃ：＜０．００２５％、Ｓｉ：３．１５％、Ｍｎ：０．０８％、Ｓ：０．０２％、Ｃｕ：０．０７％、Ｓｎ：０．０８％及びＡｌ：０．０３％を含有した。ホットストリップとして鋼ストリップは、最初の非脱炭状態では０．０６重量％のＣを含有した。

試料を洗浄し、コーティングシステムで絶縁溶液を用いて両面を被覆した。コーティングシステムは、所望のコーティング厚を設定するためのツイン圧搾ローラー対を有した。圧搾ローラーに割り当てられた試料の表面から圧搾ローラーの隙間を調整することによって、それぞれの所望厚を設定することができた。

試験で用いた絶縁水溶液は、１リットル当たり、下記成分を含有した（ここで、グラム量は絶対値として与えてあり、“（ ）”内はそれぞれの濃度である）。
〔試験Ｖ１〜Ｖ６〕
１５０ｇのリン酸モノアルミニウム（５０％）
１８３ｇのコロイド状二酸化ケイ素（３０％）
１２ｇの三酸化クロム
〔試験Ｖ７、Ｖ８〕
１５０ｇのリン酸モノアルミニウム（５０％）
１８３ｇのコロイド状二酸化ケイ素（３０％）
２ｇの、活性物質としてジエチルチオ尿素を含む酸洗インヒビター
１０ｇの、活性物質としてリン酸トリエチルを含むコロイド安定剤
〔試験Ｖ９、Ｖ１０〕
１５０ｇのリン酸モノアルミニウム（５０％）
１８３ｇのコロイド状二酸化ケイ素（３０％）
２ｇの、活性物質としてジエチルチオ尿素を含む酸洗インヒビター
１０ｇの、活性物質としてリン酸トリエチルを含むコロイド安定剤
３６ｇの硝酸クロム（ＩＩＩ）九水和物

表１は、試験Ｖ１〜Ｖ１０について、いずれの場合も作製された絶縁コーティングの厚さＤ、絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒ、５０ヘルツの周波数及び１．７テスラの分極でのヒステリシス損失Ｐ_{１．７／５０}、５０ヘルツの周波数及び１．７テスラの分極での皮相電力Ｓ_{１．７／５０}、Ｌｖ_Ａ値及びＬａ_Ａ値並びにそれぞれの絶縁コーティングによってそれぞれの試料の鋼基板上に及ぼされた引張応力を示す。

それぞれの試料の検鏡用薄切片をラスター電子顕微鏡下で調査することによって絶縁コーティングのそれぞれの厚さＤを決定した。

６０℃で水酸化ナトリウム（２５％）を用いてリン酸塩コーティングを除去することによって、絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒを決定した。

いずれの場合も絶縁コーティングの片面除去の前後のそれぞれの試料の湾曲の差を決定することによって、絶縁コーティングにより及ぼされた引張応力を決定した。

〔試験Ｖ１（本発明に従わない）〕
試料を絶縁溶液で両面被覆した。その際、圧搾ローラーの対応する調整によって、表１に示した小さい層厚を設定した。

絶縁コーティングの塗布直後にコーティングを窒素雰囲気下で８４０℃にて１分間焼付けした。

以下のように絶縁コーティングの引張応力を決定した：
試料の片面を酸洗耐性フィルムでマスクした。この試料を水酸化ナトリウム（６０％）内に６０℃で１０分間置いた。このようにして、未保護面上に前もって塗布及び焼付けしたリン酸塩絶縁コーティングを、真下のガラスフィルム／フォルステライトを攻撃せずに除去した。

試料の湾曲をこの処理の前後に決定し、その差から、絶縁コーティングによって伝達された引張応力を決定した。

絶縁コーティングの除去前後の試料の重量の差から固有コーティング密度ｒを決定することもできる。

〔試験Ｖ２（本発明に従わない）〕
工業生産では一般的なように、圧搾ローラーを試験Ｖ１より広く開け、絶縁溶液の塗布によって、いくらか大きいコーティング厚が設定されるようにした。

絶縁コーティングの塗布直後にコーティングを窒素雰囲気内で８４０℃にて１分間焼付けした。

この試料について決定された固有コーティング密度は、普通の生産方式の密度にほぼ相当した。

〔試験Ｖ３（本発明に従う）〕
いずれの場合も塗布される絶縁溶液の層厚を大きくするため、コーティングシステムの圧搾ローラーを試験Ｖ１におけるより低い接触圧に設定した。

この場合もやはり絶縁コーティングの塗布直後にコーティングを窒素雰囲気下で８４０℃にて１分間焼付けした。

次にコーティングプロセスを繰り返した。これを行なうため、試料を１回目と同様にコーティングシステムに再び通して、前に焼付けした層に絶縁溶液の第２層を塗布した。この場合もやはり、この第２塗布の直後にコーティングを窒素雰囲気下で８４０℃にて１分間焼付けした。

試験Ｖ３で加工された試料について決定された磁気特性値及びＬｖ_ＡとＬａ_Ａ値を有する磁歪は、試験Ｖ２で加工された試料より小さい厚さにもかかわらず、ずっと高かった。

絶縁コーティングによって加えられた引張応力Ｚに同じことが当てはまる。絶縁コーティングの厚さは有意に小さいにもかかわらず、これも試験Ｖ２について決定された値よりかなり高かった。

〔試験Ｖ４（本発明に従わない）〕
普通に製造されるより厚いコーティングが得られるようにコーティングシステムの圧搾ローラーを調整した。塗布直後にコーティングを窒素雰囲気内で８４０℃にて１分間焼付けした。

コーティングがかなり厚いにもかかわらず、単一被覆で作製された絶縁コーティングによって試料の鋼基板上に及ぼされた引張応力（７．５ＭＰａ）は、本発明に従って試験Ｖ３で製造された絶縁コーティングによって及ぼされた引張応力より有意に小さかった。

〔試験Ｖ５（本発明に従う）〕
コーティングシステムの圧搾ローラーを試験Ｖ４よりさらに狭く調整した。塗布直後に得られた絶縁溶液の層を窒素雰囲気内で８４０℃にて１分間焼付けした。

次にコーティングプロセスを繰り返した。これを行なうため、試料を１回目と同様にコーティングシステムに再び通して、前に焼付けされた層に絶縁溶液の第２層を塗布した。この場合もやはり、この第２塗布の直後にコーティングを窒素雰囲気下で８４０℃にて１分間焼付けした。

Ｌｖ_Ａ及びＬａ_Ａ値を有する磁歪を含めた磁気特性値は、厚さが同一にもかかわらず試験Ｖ４で作製された試料の値よりかなり良かった。

試料の鋼基板上に絶縁コーティングによって及ぼされた引張応力は、１４．０ＭＰａという非常に良い値をもたらした。従って、それは試験Ｖ４で作製された試料によって及ぼされた引張応力よりかなり良かった。

ここで、本発明に従って２回被覆された試料の固有コーティング密度ｒは、コーティング厚Ｄが同一であるにもかかわらず、試験Ｖ４で作製された試料よりもかなり高かった。

〔試験Ｖ６（本発明に従う）〕
圧搾ローラーを試験Ｖ５と同様に設定した。塗布直後にコーティングを窒素雰囲気内で３００℃にて１０秒間焼付けした。

圧搾ローラーの設定を同一にしてコーティングシステムに試料をさらなる回数通した。その直後にさらなる焼付け処理を窒素雰囲気下で行なった。この場合、焼付け時間は１分であり、焼付け温度は８４０℃であった。

このように加工された試料の特性は、試験Ｖ５に従って加工された試料の特性とほぼ同じである。

絶縁コーティングによって鋼基板へ伝達された引張応力は１２．５ＭＰａという値をもたらした。従って、それは試験Ｖ５に従って作製された試料と同様に高かった。

そのため絶縁溶液によって形成された第１層の焼付けは、より低温でも可能である。しかしながら、絶縁溶液の反復塗布と反復焼付けの焼付けは、引張応力を発生させるために熱膨張係数の差を利用できるように、より高温で行なわれるべきである。

絶縁コーティングの第１層を低温で焼付けする該アプローチの利点は、より低い焼付け温度とより短い焼付け時間を備えた炉をより容易に既存の操作可能な連続焼鈍システムに組み込むことができ、このようにしてコーティングプロセス全体を原則として単一ラインで行なえることである。

〔試験Ｖ７（本発明に従わない）〕
Ｃｒを含まないが、コロイド安定剤を含有する絶縁溶液を用いて従来法で被覆された試料の特性を決定するため、圧搾ローラーを試験Ｖ２と同様に設定した。塗布直後にコーティングを窒素雰囲気下で８４０℃にて１分間焼付けし、単一コーティング後に得られた試料の、表１に示す特性を決定した。

〔試験Ｖ８（本発明に従う）〕
圧搾ローラーを試験Ｖ５と同様に設定した。塗布直後にコーティングを窒素雰囲気下で８４０℃にて１分間焼付けした。

次にコーティングプロセスを繰り返した。これを行なうため、試料を２回目も１回目と同様にコーティングシステムに通して、前に焼付けされた層に絶縁溶液の第２層を塗布した。この場合もやはり、この２回目の塗布直後にコーティングを窒素雰囲気下で８４０℃にて１分間焼付けした。

第２のコーティング及び焼付け処理を行なった後にこのようにして得られた試料の、表１に示す特性を次に決定した。ここでも本発明に従って２回の操作で絶縁コーティングにより被覆された試料の確実な優位性が明白である。

〔試験Ｖ９（本発明に従わない）〕
Ｃｒ及びコロイド安定剤を含有する絶縁溶液を用いて従来法で被覆された試料の特性を決定するため、圧搾ローラーを試験Ｖ２と同様に設定した。ここでも塗布直後に絶縁コーティングを窒素雰囲気下で８４０℃にて１分間焼付けした。このようにして作製された試料の特性は、同様に表１に与えてある。

〔試験Ｖ１０（本発明に従う）〕
圧搾ローラーを試験Ｖ５と同様に設定した。塗布直後にコーティングを窒素雰囲気下で８４０℃にて１分間焼付けした。

次にコーティングプロセスを繰り返した。これを行なうため、試料を２回目も１回目と同様にコーティングシステムに通して、前に焼付けされた層に絶縁溶液の第２層を塗布した。この場合もやはり、この２回目の塗布直後にコーティングを窒素雰囲気下で８４０℃にて１分間焼付けした。

このようにして得られた試料の、表１に示す特性を次に決定した。ここでも本発明に従って２回の操作で絶縁コーティングで被覆された試料の確実な優位性が明白である。

Claims (15)

1. 磁気損失値が最小化された方向性電磁平鋼製品の製造方法であって、下記作業工程
   ａ）電磁平鋼製品を用意する工程、
   ｂ）前記電磁平鋼製品の少なくとも１つの表面にリン酸塩絶縁溶液の層を塗布し、この塗布層を焼付けする工程
   を含む方法において、
   作業工程ｂ）の最初の実行後にこの作業工程ｂ）を少なくとも１回繰り返し、その結果、次々に、順に重ねて塗布及び焼付けされたリン酸塩絶縁溶液の層から絶縁コーティングを得ること
   を特徴とする方法。
2. それぞれの作業工程ｂ）で塗布される前記リン酸塩絶縁溶液がコロイド成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記コロイド成分がコロイド状二酸化ケイ素であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記絶縁溶液がリン酸アルミニウム及び／又はリン酸マグネシウムを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記絶縁溶液が少なくとも１種の酸洗インヒビター及び少なくとも１種の湿潤剤を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記絶縁溶液が添加剤として少なくとも１種のコロイド安定剤（Ａ）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 作業工程ｂ）の過程で行なわれる前記焼付け中に焼付け温度が少なくとも３００℃であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 作業工程ｂ）の最後の繰り返しの過程で行なわれる焼付け中に焼付け温度が少なくとも７００℃であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 作業工程ｂ）の過程で行なわれる焼付け中に焼付け温度がいずれの場合も最高９００℃であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 作業工程ｂ）の前記繰り返し実行が処理ラインに従い、この処理ラインには、前記絶縁溶液を塗布及び焼付けするための、繰り返し数に対応するいくつかの装置が一列に次々に配置され、被覆すべき前記電磁平鋼製品がこれらの装置を連続プロセスで通過することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 完成電磁平鋼製品上の前記リン酸塩絶縁コーティングが３μｍ以下の厚さＤを有する場合には、このリン酸塩絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒは≧５ｇ／ｍ^２であるが、３μｍを超える厚さＤでは前記リン酸塩絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒについて下式：
    

    

    が当てはまることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 完成電磁平鋼製品上に存在する前記リン酸塩絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒが≧５ｇ／ｍ^２である場合に、前記絶縁コーティングによって伝達される引張応力Ｚについて下式：
    

    

    が当てはまることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. その表面の少なくとも１つに焼付けされたリン酸塩絶縁コーティングを有する方向性電磁平鋼製品において、前記リン酸塩絶縁コーティングの厚さＤが≦３μｍである場合には、前記リン酸塩絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒが≧５ｇ／ｍ^２であるが、厚さＤ＞３μｍでは前記リン酸塩絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒについて下式：
    

    

    が当てはまることを特徴とする方向性電磁平鋼製品。
14. 前記リン酸塩絶縁コーティングの固有コーティング密度ｒが≧５ｇ／ｍ^２である場合に、この絶縁コーティングによって伝達される引張応力Ｚについて下式：
    

    

    が当てはまることを特徴とする請求項１３に記載の方向性電磁平鋼製品。
15. 鋼基板と前記リン酸塩絶縁コーティングとの間にフォルステライト層が存在することを特徴とする請求項１３又は１４のいずれか１項に記載の方向性電磁平鋼製品。

Images