JP2018504516A - 方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物およびこれを用いて表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板ならびにその製造方法 - Google Patents
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Abstract
方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物、これを用いて表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板およびその製造方法に関し、具体的には、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子、０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子、および３０〜６０重量％のリン酸塩を含む、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を提供することがき、ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素を０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなる、方向性電磁鋼板の表面に前記組成物により生成される絶縁被膜を含む方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することができる。
Description
方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物、これを用いて表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。
一般に、方向性電磁鋼板とは、鋼板に３．１％前後のＳｉ成分を含有したものであって、結晶粒の方位が｛１００｝＜００１＞方向に整列された集合組織を有していて、圧延方向に極めて優れた磁気的特性を有する電磁鋼板をいう。
このような｛１００｝＜００１＞集合組織を得ることは、様々な製造工程の組み合わせにより可能であり、特に、鋼スラブの成分をはじめとして、これを加熱、熱間圧延、熱延板焼鈍、一次再結晶焼鈍、および最終焼鈍する一連の過程が非常に厳密に制御されなければならない。
具体的には、方向性電磁鋼板は、一次再結晶粒の成長を抑制させ、成長が抑制された結晶粒の中から｛１００｝＜００１＞方位の結晶粒を選択的に成長させて得られた二次再結晶組織によって優れた磁気特性を示すようにするものであるため、一次再結晶粒の成長抑制剤がより重要である。そして、最終焼鈍工程では、成長が抑制された結晶粒の中から安定的に｛１００｝＜００１＞方位の集合組織を有する結晶粒が優先的に成長できるようにすることが、方向性電磁鋼板製造技術における主な事項の一つである。
前記で言及した条件を満たし現在工業的に幅広く用いられている一次再結晶粒の成長抑制剤としては、ＭｎＳ、ＡｌＮ、およびＭｎＳｅなどがある。具体的には、鋼スラブに含有されているＭｎＳ、ＡｌＮ、およびＭｎＳｅなどを高温に長時間再加熱して固溶させた後、熱間圧延し、後の冷却過程で適正な大きさと分布を有する前記成分が析出物として作られて前記成長抑制剤として用いられるのである。しかし、これは必ず鋼スラブを高温に加熱しなければならない問題がある。
これに関連して、最近は、鋼スラブを低温に加熱する方法で方向性電磁鋼板の磁気的特性を改善するための努力があった。このために、方向性電磁鋼板にアンチモン（Ｓｂ）元素を添加する方法が提示されたが、最終高温焼鈍後の結晶粒の大きさが不均一で粗大化して、変圧器の騒音品質が劣る問題が指摘された。
一方、方向性電磁鋼板の電力損失を最小化するために、その表面に絶縁被膜を形成することが一般的であり、この時、絶縁被膜は、基本的に電気絶縁性が高く素材との接着性に優れ、外観に欠陥のない均一な色を有しなければならない。これとともに、最近、変圧器の騒音に対する国際規格の強化および関連業界の競争激化によって、方向性電磁鋼板の絶縁被膜の騒音を低減するために、磁気変形（磁歪）現象に対する研究が必要な状態である。
具体的には、変圧器の鉄心に使用される電磁鋼板に磁場が印加されると、収縮と膨張を繰り返して震え現象が誘発され、この震えにより変圧器で振動と騒音が引き起こされる。
一般に知られた方向性電磁鋼板の場合、鋼板およびフォルステライト（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）系ベース被膜上に絶縁被膜を形成し、この絶縁被膜の熱膨張係数の差を利用して鋼板に引張応力を付与することによって、鉄損を改善し、磁気変形に起因する騒音の低減効果を図っているが、最近要求されている高級方向性電磁鋼板における騒音レベルを満足させるには限界がある。
一方、方向性電磁鋼板の９０°磁区を減少させる方法として、湿式コーティング方式が知られている。ここで、９０°磁区とは、磁界の印加方向に対して直角に向かっている磁化を有する領域をいい、この９０°磁区の量が少ないほど磁気変形が小さくなる。しかし、一般的な湿式コーティング方式では、引張応力の付与による騒音改善効果が不十分であり、コーティング厚さの厚い厚膜でコーティングしなければならないという欠点があって、変圧器の占積率と効率が悪くなる問題がある。
その他、方向性電磁鋼板の表面に高張力特性を付与する方法として、物理的蒸気蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）および化学的蒸気蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）などの真空蒸着によるコーティング方式が知られている。しかし、このようなコーティング方式は商業的生産が難しく、この方法により製造された方向性電磁鋼板は絶縁特性に劣る問題がある。
そこで、本発明者らは、ボロン（Ｂ）またはバナジウム（Ｖ）を単独で含むか、これらを全て含む方向性電磁鋼板を高温焼鈍することによって、前記指摘された磁気的特性および磁気変形の問題を改善しようとする。
同時に、中空型ナノ粒子およびメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子を含む方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物によって、前記指摘された磁気変形の問題をさらに改善しようとする。
具体的には、本発明の一実施形態では、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子、０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子、および３０〜６０重量％の金属リン酸塩を含む、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を提供することができる。
本発明の他の実施形態では、ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素を０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなるものである、方向性電磁鋼板、およびその表面に前記組成物による絶縁被膜が形成された電磁鋼板を提供することができる。
本発明のさらに他の実施形態では、前記のように表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板を製造する方法を提供することができる。
本発明の一実施形態では、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子；０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）；０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子；３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子；および３０〜６０重量％のリン酸塩；を含む、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を提供する。
具体的には、前記中空型ナノ粒子に関する説明は、次の通りである。
前記中空型ナノ粒子は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、およびＭｇＯを含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものであってもよい。
前記中空型ナノ粒子の粒径は、５０〜３００ｎｍであってもよい。
前記中空型ナノ粒子の内径は、３０〜２８０ｎｍであってもよい。
一方、前記セラミックナノファイバーに関する説明は、次の通りである。
前記セラミックナノファイバーは、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、およびＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものであってもよい。
前記セラミックナノファイバーの直径は、５〜１００ｎｍであってもよい。
他方、前記メソポーラスナノ粒子に関する説明は、次の通りである。
前記メソポーラスナノ粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、およびＴｉＯ２を含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものであってもよい。
前記メソポーラスナノ粒子の粒径は、１〜８００ｎｍであってもよい。
前記メソポーラスナノ粒子の気孔度は、前記メソポーラスナノ粒子に対して７〜３５体積％の気孔が含まれているものであってもよい。
前記メソポーラスナノ粒子の形態は、球状、板状形、および針状形を含む群より選択されたいずれか１つ以上の形態であってもよい。
さらに他方、前記金属リン酸塩に関する説明は、次の通りである。
前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであってもよい。
前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであり、前記金属水酸化物は、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｚｎ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）３、およびＣａ（ＯＨ）２を含む群より選択された少なくとも１種であってもよい。
具体的には、前記金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであり、金属水酸化物の金属原子は、リン酸のリンと置換反応して単一結合、二重結合、または三重結合を形成してなるものであり、未反応自由リン酸（Ｈ３ＰＯ４）の量が３０％以下の化合物からなるものであってもよい。
前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであり、前記リン酸に対する前記金属水酸化物の重量比率は１：１００〜３０：１００で表されるものであってもよい。
本発明の他の実施形態では、ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素を０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなるものである、方向性電磁鋼板；および前記方向性電磁鋼板の表面に形成された絶縁被膜；を含み、前記絶縁被膜は、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子；０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）；０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子；３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子；および３０〜６０重量％のリン酸塩；を含むものである、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板を提供する。
この時、前記表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の被膜張力（Ａ、ＭＰＡ）は、前記方向性電磁鋼板の一面積あたりの前記絶縁被膜の重量（Ｂ、ｇ／ｍ２）に対する比率であって、０．２０≦Ａ／Ｂ≦２．５０（２≦Ｂ≦５）、具体的には０．６３≦Ａ／Ｂ≦１．１７（２≦Ｂ≦５）で表されるものであってもよい。
同時に、前記絶縁被膜中の各成分に関する説明は、次の通りである。
前記中空型ナノ粒子は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、およびＭｇＯを含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものであってもよい。
前記中空型ナノ粒子の粒径は、５０〜３００ｎｍであってもよい。
前記中空型ナノ粒子の内径は、３０〜２８０ｎｍであってもよい。
前記セラミックナノファイバーの直径は、５〜１００ｎｍであってもよい。
前記メソポーラスナノ粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、およびＴｉＯ２を含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものであってもよい。
前記メソポーラスナノ粒子の粒径は、１〜８００ｎｍであってもよい。
前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであってもよい。
具体的には、前記金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであり、金属水酸化物の金属原子は、リン酸のリンと置換反応して単一結合、二重結合、または三重結合を形成してなるものであり、未反応自由リン酸（Ｈ３ＰＯ４）の量が３０％以下の化合物からなるものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態では、ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素を０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなるものである、方向性電磁鋼板を準備する段階と、中空型ナノ粒子、セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、コロイダルシリカナノ粒子、および金属リン酸塩を混合して、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を製造する段階と、前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を前記方向性電磁鋼板の表面に塗布する段階と、前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物が表面に塗布された方向性電磁鋼板を熱処理する段階と、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板を得る段階とを含み、前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物は、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子、０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子、および３０〜６０重量％の金属リン酸塩を含むものである、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法を提供する。
この時、前記準備された方向性電磁鋼板の平均結晶粒の大きさは、１５〜３５ｍｍであってもよい。
また、ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素を０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなるものである、方向性電磁鋼板を準備する段階は、鋼スラブを準備する段階と、前記鋼スラブを熱間圧延して、熱延板を製造する段階と、前記熱延板を冷間圧延して、冷延板を製造する段階と、前記冷延板を脱炭焼鈍して、脱炭焼鈍された鋼板を得る段階と、前記脱炭焼鈍された鋼板に焼鈍分離剤を塗布し、最終焼鈍する段階とを含むものであってもよい。
一方、中空型ナノ粒子、セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、コロイダルシリカナノ粒子、および金属リン酸塩を混合して、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を製造する段階に関する説明は、次の通りである。
前記メソポーラスナノ粒子は、気孔形成剤およびメソポーラスナノ粒子前駆体をエタノール溶媒に投入して、混合する段階と、前記混合された溶液にアンモニア水を添加して、ｐＨを１０〜１２に調節する段階と、前記ｐＨ調節された溶液を加熱する段階と、ナノサイズの気孔が形成されたナノ粒子を得る段階とを含んで製造されたものであってもよい。
前記気孔形成剤は、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリエチレンオキシド（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ））、およびポリプロピレンオキシド（ｐｏｌｙ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ））を含む群より選択された少なくとも１種であってもよい。
前記メソポーラスナノ粒子前駆体は、テトラエチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｅｔｈｌｙ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラメチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、アルミニウムトリアルコキシド（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｔｒｉ ａｌｋｏｘｉｄｅ）、マグネシウムアルコキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｋｏｘｉｄｅ）、およびチタニウムテトラアルコキシド（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｔｅｔｒａａｌｋｏｘｉｄｅ）を含む群より選択された少なくとも１種であってもよい。
前記ｐＨ調節された溶液を加熱する段階は、５０〜７０℃の温度範囲に加熱して、４〜６時間行うものであってもよい。
また、前記金属リン酸塩は、金属水酸化物水溶液を製造する段階と、前記製造された金属水酸化物水溶液にリン酸を投入して、混合する段階と、前記混合溶液を撹拌する段階と、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物を得る段階とを含んで製造されたものであってもよい。
一方、前記方向性電磁鋼板コーティング組成物が塗布された方向性電磁鋼板を熱処理する段階は、２５０〜９５０℃の温度範囲で行うものであってもよい。
前記方向性電磁鋼板コーティング組成物が塗布された方向性電磁鋼板を熱処理する段階は、３０秒〜７０秒間行うものであってもよい。
本発明の一実施形態では、磁気変形に起因する騒音を低減させるのに優れた方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を提供することができる。
本発明の他の実施形態では、方向性電磁鋼板中のＢまたはＶによって優れた磁気特性を確保しながらも、絶縁被膜によって騒音の低減効果に優れた、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板を提供することができる。
本発明のさらに他の実施形態では、前記特性を有する、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、これは例として提示されるものであり、これによって本発明が制限されず、本発明は後述する請求範囲の範疇によってのみ定義される。
本発明の一実施形態では、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子；０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）；０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子；３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子；および３０〜６０重量％の金属リン酸塩；を含む、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を提供する。
これは、磁気変形に起因する振動を効果的に減衰するコーティング剤であって、方向性電磁鋼板の表面上に絶縁被膜を形成する用途に使用できる組成物に相当する。
方向性電磁鋼板の騒音は、磁気変形に起因する振動から誘発されるため、騒音特性を改善するためには、鋼板に引張応力を付与することによって、９０°磁区を減少させる方法がある。
本発明の一実施形態で提供される方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物の場合、中空型ナノ粒子を含むことによって、１）従来の湿式コーティング方式の場合、引張応力の付与による騒音改善効果の不十分さ、後膜の厚さにコーティングすることによる変圧器の占積率および効率が悪くなる問題、２）従来の真空蒸着コーティング方式による商業的な生産の困難さと絶縁特性が低下する問題を全て解消することができる。
具体的には、前記中空型ナノ粒子は、内部が中空であり（ｈｏｌｌｏｗ）、このような空き空間を囲む皮が存在する形態のナノ粒子を意味する。この形態は、高分子（ｐｏｌｙｍｅｒ）または無機物を原料物質として用いてナノ粒子を合成した後、表面にシェル（ｓｈｅｌｌ）を形成した後、選択的に、前記シェルの内部に存在するナノ粒子のみを除去することによって合成される。
前記中空型ナノ粒子は、前述のように内部に大きな空き空間が存在するので、磁気変形が発生すると、振動エネルギーを熱エネルギーに変換して振動増幅を抑制できるため、変圧器の騒音を改善するのに効果的である。また、これは、無機酸化物として耐熱性に優れて変圧器の製造に適合し、大量生産が容易であるという利点がある。
したがって、前記中空型ナノ粒子によって、磁気変形に起因する騒音誘発およびコーティング相溶性低下の問題を同時に解消することができる。
この時、前記中空型ナノ粒子のみを用いる場合、被膜張力がやや劣化する問題が誘発される可能性があり得るが、前記セラミックナノファイバーによってかかる点を補完することができる。
同時に、前記メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子は、ナノ（ｎａｎｏ）サイズの気孔が表面に分布している形態のナノ粒子を意味する。これに関連して、一般に、ナノ多孔性物質は、その気孔の大きさに応じて、マイクロポーラス（２μｍ以下の気孔サイズの場合）、メソポーラス（２〜５０ｎｍの気孔サイズの場合）、そしてマクロポーラス（５０ｎｍ以上の気孔サイズの場合）に分類される。
前記メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子の形態は、高分子（ｐｏｌｙｍｅｒ）などの物質を混合してナノ粒子を製造した後、熱処理によって前記ナノ粒子内の炭素成分のみを除去して、前記ナノ粒子の表面にナノ（ｎａｎｏ）サイズの気孔を形成させることによって合成される。
前記メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子は、比表面積が大きく、微細な気孔があるので、絶縁被膜の絶縁特性を改善することができ、これによって、組成物塗布量が低減されて絶縁被膜の厚さを減少させられるだけでなく、製造単価を節約でき、変圧器の占積率を向上させるという利点がある。
一方、前記中空型ナノ粒子およびメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子は、互いに化学的に結合して粒子の大きさが不均一になり得、塊に凝集される場合には、斑模様で現れる表面欠陥および不良な被膜密着性を誘発する可能性があり得る。この点については、前記金属リン酸塩を含むことによって、かかる誘発可能性があり得る副反応を未然に防止することができる。
前記コロイダルナノシリカは、比表面積が大きく化学反応性に優れて他の添加物と混用性が卓越であり、コーティング後の熱処理工程で表面が美しく表面粗さに優れた製品を得ることができる。
以下、本発明の一実施形態で提供される方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物に関して詳細に説明する。
まず、前記中空型ナノ粒子に関する説明は、次の通りである。
前記中空型ナノ粒子は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、およびＭｇＯを含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものであってもよい。
前記中空型ナノ粒子の粒径は、５０〜３００ｎｍであってもよい。前記中空型ナノ粒子の粒径が５０ｎｍ未満の場合には、比表面積が増加し、組成物の安定性が低下して大量生産に不適であり、３００ｎｍ超過の場合には、表面粗さが粗くなって表面欠陥が発生し得るので、前記範囲に限定する。
前記中空型ナノ粒子の内径は、３０〜２８０ｎｍであってもよい。前記中空型ナノ粒子の内径が３０ｎｍ未満の場合には、磁気変形に起因する振動の減衰機能が低下する問題がある。２８０ｎｍ超過の場合には、これを方向性電磁鋼板に適用して加工する時、前記中空型ナノ粒子が破壊されやすい問題が発生し得るので、前記範囲に限定する。
一方、前記セラミックナノファイバーに関する説明は、次の通りである。
前記セラミックナノファイバーは、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、およびＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものであってもよい。
前記セラミックナノファイバーの直径は、５〜１００ｎｍであってもよい。前記セラミックナノファイバーの直径が５ｎｍ未満の場合には、前記組成物によって形成された絶縁被膜の張力付与能に劣る問題があり、１００ｎｍ超過の場合には、前記組成物中の均一な分散が難しい問題が発生し得るので、前記範囲に限定する。
他方、前記メソポーラスナノ粒子に関する説明は、次の通りである。
前記メソポーラスナノ粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、およびＴｉＯ２を含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものであってもよい。
前記メソポーラスナノ粒子の粒径は、１〜８００ｎｍであってもよい。前記メソポーラスナノ粒子の粒径が１ｎｍ未満の場合には、製造単価が急激に増加して大量生産に不適であり、８００ｎｍ超過の場合には、表面粗さが粗くなって変圧器の占積率が低下する問題が発生し得るので、前記範囲に限定する。
前記メソポーラスナノ粒子の気孔度は、前記メソポーラスナノ粒子に対して７〜３５体積％の気孔が含まれたものであってもよい。仮に、７体積％未満の場合には、絶縁特性を改善する効果がわずかな問題が発生し得、３５体積％超過の場合には、前記組成物中の均一な分散が難しい問題が発生し得るので、前記範囲に限定する。
前記メソポーラスナノ粒子の形態は、球状、板状形、および針状形を含む群より選択されたいずれか１つ以上の形態であってもよい。
さらに他方、前記金属リン酸塩に関する説明は、次の通りである。
前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであってもよい。
前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであり、前記金属水酸化物は、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｚｎ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）３、およびＣａ（ＯＨ）２を含む群より選択された少なくとも１種以上であってもよい。
具体的には、前記金属水酸化物の金属原子は、リン酸のリンと置換反応して単一結合、二重結合、または三重結合を形成してなるものであり、未反応自由リン酸（Ｈ３ＰＯ４）の量が３０％以下の化合物からなるものであってもよい。
前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであり、前記リン酸に対する前記金属水酸化物の重量比率は１：１００〜３０：１００で表されるものであってもよい。
仮に、３０：１００の重量比率を超えて前記金属水酸化物が含まれる場合には、前記化学的な反応が完了せず沈殿物が生じる問題が発生し得、１：１００の重量比率未満で前記金属水酸化物が含まれる場合には、耐食性に劣る問題が発生し得るので、前記のように範囲を限定する。
本発明の他の実施形態では、ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素を０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなるものである、方向性電磁鋼板；および前記方向性電磁鋼板の表面に形成された絶縁被膜；を含み、前記絶縁被膜は、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子；０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）；０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子；３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子；および３０〜６０重量％のリン酸塩；を含むものである、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板を提供する。
これは、前記方向性電磁鋼板の組成中、特にボロン（Ｂ）またはバナジウム（Ｖ）を単独で含むか、これらを全て含むことによって、優れた磁気的特性を保有しながらも、前記絶縁被膜によって、磁気変形に起因する騒音誘発の問題およびコーティング相溶性低下の問題を同時に解消することができる、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板に相当する。
以下、本発明の一実施形態で提供する、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板に関してより詳細に説明することとし、前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜に含まれている各成分の特徴および利点は上述した通りであるので、省略する。
より具体的には、前記準備された方向性電磁鋼板に含まれている各元素の含有量を限定する理由を、次のように説明する。
ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素または元素ら：０．００５〜０．０５重量％
前記ボロン（Ｂ）および前記バナジウム（Ｖ）は、全て結晶粒界の偏析元素であって、結晶粒界の移動を妨げる元素に相当する。この特性によって、結晶粒に対する成長抑制剤として｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒の生成を促進し、二次再結晶がよく発達するように誘導するので、結局、これらの元素は、結晶粒の大きさを制御するのに重要な役割を果たすことができる。
前記ボロン（Ｂ）および前記バナジウム（Ｖ）は、全て結晶粒界の偏析元素であって、結晶粒界の移動を妨げる元素に相当する。この特性によって、結晶粒に対する成長抑制剤として｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒の生成を促進し、二次再結晶がよく発達するように誘導するので、結局、これらの元素は、結晶粒の大きさを制御するのに重要な役割を果たすことができる。
仮に、前記ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素または元素らの含有量が０．００５重量％未満の場合には、抑制剤としての役割を果たしにくく、０．０５重量％を超える場合には、結晶粒界の偏析が激しく起きて鋼板の脆性が大きくなることによって、圧延時に板破断が発生する。これは、前記のように範囲を限定する理由となる。
シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％
前記シリコン（Ｓｉ）は、鋼板の比抵抗を増加させて鉄損を減少させる役割を果たすが、その含有量が２．６重量％未満の場合には、鋼の比抵抗が小さくなって鉄損特性が劣化するだけでなく、高温焼鈍時に相変態区間が存在して二次再結晶が不安定になる問題があり、４．３重量％超過の場合には、脆性が大きくなって冷間圧延が難しくなる。これは、前記のように範囲を限定する理由となる。
前記シリコン（Ｓｉ）は、鋼板の比抵抗を増加させて鉄損を減少させる役割を果たすが、その含有量が２．６重量％未満の場合には、鋼の比抵抗が小さくなって鉄損特性が劣化するだけでなく、高温焼鈍時に相変態区間が存在して二次再結晶が不安定になる問題があり、４．３重量％超過の場合には、脆性が大きくなって冷間圧延が難しくなる。これは、前記のように範囲を限定する理由となる。
アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％
前記アルミニウム（Ａｌ）は、最終的に、ＡｌＮ、（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ、（Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ）Ｎ形態の窒化物になって抑制剤として作用できる成分であり、その含有量が０．０２０重量％未満と少なすぎる場合には、このような抑制剤としての十分な効果を期待できず、０．０４０重量％超過の場合には、前記窒化物が過度に粗大に析出および成長して抑制剤としての効果を期待できなくなる。これは、前記のように範囲を限定する理由となる。
前記アルミニウム（Ａｌ）は、最終的に、ＡｌＮ、（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ、（Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ）Ｎ形態の窒化物になって抑制剤として作用できる成分であり、その含有量が０．０２０重量％未満と少なすぎる場合には、このような抑制剤としての十分な効果を期待できず、０．０４０重量％超過の場合には、前記窒化物が過度に粗大に析出および成長して抑制剤としての効果を期待できなくなる。これは、前記のように範囲を限定する理由となる。
マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％
前記マンガン（Ｍｎ）は、前記シリコン（Ｓｉ）と類似の役割を果たす元素であって、比抵抗を増加させて鉄損を減少させる効果があり、前記シリコン（Ｓｉ）と共に窒素と反応して（Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ）Ｎの析出物を形成することによって、一次再結晶粒の成長を抑制し、これから二次再結晶を起こすのに重要な役割を担当する。
前記マンガン（Ｍｎ）は、前記シリコン（Ｓｉ）と類似の役割を果たす元素であって、比抵抗を増加させて鉄損を減少させる効果があり、前記シリコン（Ｓｉ）と共に窒素と反応して（Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ）Ｎの析出物を形成することによって、一次再結晶粒の成長を抑制し、これから二次再結晶を起こすのに重要な役割を担当する。
しかし、その含有量が０．２０重量％を超える場合には、熱間圧延途中にオーステナイト相変態を促進するため、一次再結晶粒の大きさを減少させ、これから二次再結晶を不安定にする問題が発生する。そこで、前記マンガン（Ｍｎ）の含有量は、０．２０重量％以下に限定する必要がある。
また、前記マンガン（Ｍｎ）は、オーステナイトを形成する元素であって、熱間圧延時にオーステナイト分率を高めて析出物の固溶量を多くし、再析出時に析出物を微細化し、ＭｎＳの形成による一次再結晶粒が過大になりすぎるのを防止する効果がある。したがって、０．０１重量％以上の適切な含有量を含む必要がある。
一方、方向性電磁鋼板の騒音は、磁気変形に起因する振動から誘発されるので、騒音特性を改善するためには、鋼板に高温焼鈍後の結晶粒の大きさを微細化して９０°磁区を減少させる方法がある。しかし、従来知られた方向性電磁鋼板の製造方法による場合、結晶粒の大きさが大きくて不均一で、騒音の改善効果が不十分である。そこで、前記組成の絶縁被膜を前記方向性電磁鋼板の表面に導入した。
具体的には、前記表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の被膜張力（Ａ、ＭＰＡ）は、前記方向性電磁鋼板の一面積あたりの前記絶縁被膜の重量（Ｂ、ｇ／ｍ２）に対する比率であって、０．２０≦Ａ／Ｂ≦２．５０（２≦Ｂ≦５）、具体的には０．６３≦Ａ／Ｂ≦１．１７（２≦Ｂ≦５）で表されるものであってもよい。
具体的には、前記Ａで表される被膜張力は、絶縁被膜組成物を方向性電磁鋼板の表面に塗布および乾燥して試験片を製造し、前記試験片の一面に腐食防止コーティング紙を圧着させた後、水酸化ナトリウムと水を混合して製造された溶出溶液に９０℃の温度条件で２０秒間浸漬させて前記試験片の一面の絶縁コーティングを除去し、乾燥した後、試験片の反りの程度に応じて測定されたものであって、その単位はＭＰａであり、前記方向性電磁鋼板の一面積あたりの前記絶縁被膜の重量（Ｂ、ｇ／ｍ２）との関係において前記範囲を満足する時、騒音、占積率、および絶縁特性の最適条件を導出することができる。この効果は、後述する実施例により裏づけられる。
前記のように被膜張力（Ａ）および絶縁被膜の重量（Ｂ）を制御することによって、方向性電磁鋼板の騒音、占積率、および絶縁特性の最適条件を導出することができ、これは、後述する実施例を通じて十分に裏付けられる。
ただし、前記Ａ／Ｂの値が０．２０未満の場合、方向性電磁鋼板の絶縁および騒音特性に劣り、変圧器などの製品として生産するのに不十分である。同時に、前記Ａ／Ｂの値が２．５０超過の場合には、占積率が低くなって効率的な変圧器の製作が難しくなる。そこで、前記のようにＡ／Ｂの範囲を限定する。
同時に、前記絶縁被膜中の各成分に関する説明は、次の通りであり、その詳細な説明は先に記述した通りであるので、省略する。
前記中空型ナノ粒子は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、およびＭｇＯを含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものであってもよい。
前記中空型ナノ粒子の粒径は、５０〜３００ｎｍであってもよい。
前記中空型ナノ粒子の内径は、３０〜２８０ｎｍであってもよい。
前記セラミックナノファイバーの直径は、５〜１００ｎｍであってもよい。
前記メソポーラスナノ粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、およびＴｉＯ２を含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものであってもよい。
前記メソポーラスナノ粒子の粒径は、１〜８００ｎｍであってもよい。
前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであってもよい。
前記金属リン酸塩は、金属水酸化物の金属原子は、リン酸のリンと置換反応して単一結合、二重結合、または三重結合を形成してなるものであり、未反応自由リン酸（Ｈ３ＰＯ４）の量が３０％以下の化合物からなるものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態では、ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素を０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなるものである、方向性電磁鋼板を準備する段階と、中空型ナノ粒子、セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、コロイダルシリカナノ粒子、および金属リン酸塩を混合して、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を製造する段階と、前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を前記方向性電磁鋼板の表面に塗布する段階と、前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物が表面に塗布された方向性電磁鋼板を熱処理する段階と、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板を得る段階とを含み、前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物は、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子、０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子、および３０〜６０重量％の金属リン酸塩を含むものである、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法を提供する。
これは、先に説明した優れた特性を有する、表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法に相当する。
前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物、前記絶縁被膜の特徴および利点は上述した通りであるので、省略し、その他の事項について詳細に説明する。
具体的には、前記準備された方向性電磁鋼板の平均結晶粒の大きさは、１５〜３５ｍｍであってもよい。
これは、前記方向性電磁鋼板がボロン（Ｂ）またはバナジウム（Ｖ）を単独で含むか、これらを全て含むものであるからであり、従来商用化された方向性電磁鋼板に比べてその結晶粒の大きさが微細化された範囲に相当し、これによって、方向性電磁鋼板の優れた磁気的特性を達成できるのである。
ここで、高温焼鈍後の平均結晶粒の大きさを限定した理由は、平均結晶粒の大きさが１５ｍｍ未満の場合には、磁束密度が劣るので、変圧器などの製品として生産するのに十分でないからである。そして、平均結晶粒の大きさが３５ｍｍを超える場合には、むしろ磁気変形が激しくなる問題が発生する。
以下、本発明の一実施形態に係る組成物の絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
まず、ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素または元素らを０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなる鋼スラブを準備する。その後、前記鋼スラブを熱間圧延して、熱延板を製造する段階と、前記熱延板を冷間圧延して、冷延板を製造する段階と、前記冷延板を脱炭焼鈍して、脱炭焼鈍された鋼板を得る段階と、前記脱炭焼鈍された鋼板に焼鈍分離剤を塗布し、最終焼鈍する段階とを含むことで、再結晶が完了した方向性電磁鋼板を準備する。この時、スラブを熱間圧延する前に、まず、１２００℃以下に加熱することができ、熱間圧延後に製造された熱延板を焼鈍することができ、脱炭焼鈍後または脱炭焼鈍と同時に窒化処理を施すことができ、この工程は通常の工程に従うので、詳細な製造条件はその説明を省略する。
このように、本発明の一実施形態に係る組成を有するスラブを熱間圧延−冷間圧延−脱炭焼鈍−最終高温焼鈍する一連の工程において、前記最終焼鈍後の平均結晶粒の大きさは１５〜３５ｍｍの範囲を満たすように工程条件を制御することが好ましい。
前記脱炭焼鈍時、冷間圧延された鋼スラブを８００〜９００℃に維持された炉（Ｆｕｒｎａｃｅ）中に投入した後、露点温度および酸化能を調節し、水素、窒素、およびアンモニアの混合気体雰囲気で脱炭浸窒および一次再結晶焼鈍を同時に行うことができる。
以降、ＭｇＯが主成分の焼鈍分離剤に蒸留水を混合してスラリーを製造し、ロール（Ｒｏｌｌ）などを用いて前記スラリーを前記脱炭焼鈍された鋼スラブに塗布した後、最終焼鈍することができる。
前記最終焼鈍時、一次均熱温度は６００〜８００℃、二次均熱温度は１１００〜１３００℃とし、昇温区間の速度は１０〜２０℃／ｈｒとすればよい。また、前記二次均熱温度までは、窒素２５体積％および水素７５体積％の混合気体雰囲気とし、前記二次均熱温度に到達した後には、１００体積％の水素気体雰囲気で１５時間維持した後、炉冷（ｆｕｒｎａｃｅ ｃｏｏｌｉｎｇ）すればよい。
以上のように、平均結晶粒の大きさが制御された方向性電磁鋼板に対して絶縁被膜を形成するために、その表面を前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物でコーティングする。これに関連して、前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を製造する段階に関する説明は、次の通りである。
前記メソポーラスナノ粒子は、気孔形成剤およびメソポーラスナノ粒子前駆体をエタノール溶媒に投入して、混合する段階と、前記混合された溶液にアンモニア水を添加して、ｐＨを１０〜１２に調節する段階と、前記ｐＨ調節された溶液を加熱する段階と、中空サイズの気孔が形成されたナノ粒子を得る段階とを含んで製造されたものであってもよい。
前記気孔形成剤は、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリエチレンオキシド（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ））、およびポリプロピレンオキシド（ｐｏｌｙ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ））を含む群より選択された少なくとも１種であってもよい。
前記メソポーラスナノ粒子前駆体は、テトラエチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｅｔｈｌｙ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラメチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、アルミニウムトリアルコキシド（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｔｒｉ ａｌｋｏｘｉｄｅ）、マグネシウムアルコキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｋｏｘｉｄｅ）、およびチタニウムテトラアルコキシド（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｔｅｔｒａａｌｋｏｘｉｄｅ）を含む群より選択された少なくとも１種であってもよい。
前記ｐＨ調節された溶液を加熱する段階は、５０〜７０℃の温度範囲に加熱して、４〜６時間行うものであってもよい。前記温度および時間範囲で加熱する場合、前記メソポーラスナノ粒子前駆体から、ナノサイズの気孔が形成されたナノ粒子が生成できる。
また、前記金属リン酸塩は、金属水酸化物水溶液を製造する段階と、前記製造された金属水酸化物水溶液にリン酸を投入して、混合する段階と、前記混合溶液を撹拌する段階と、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物を得る段階とを含んで製造されたものであってもよい。
一方、前記方向性電磁鋼板コーティング組成物が塗布された方向性電磁鋼板を熱処理する段階は、２５０〜９５０℃の温度範囲で行うものであってもよい。仮に、９５０℃を超える場合には、生成された絶縁被膜に亀裂が発生することがあり、２５０℃未満の場合には、生成された絶縁被膜が十分に乾燥せず耐食性および耐候性に問題が発生し得るので、前記のように範囲を限定する。
前記方向性電磁鋼板コーティング組成物が塗布された方向性電磁鋼板を熱処理する段階は、３０秒〜７０秒間行うものであってもよい。仮に、７０秒を超える場合には、生産性が低下する問題が発生し得、３０秒未満の場合には、耐食性および耐候性に問題が発生し得るので、前記のように範囲を限定する。
以下、本発明の好ましい実施例および試験例を記載する。しかし、下記の実施例は本発明の好ましい一実施例に過ぎず、本発明が下記の実施例に限定されるものではない。
実施例１
まず、シリコン（Ｓｉ）を３．２重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０３重量％、およびマンガン（Ｍｎ）：０．０８重量％を含有し、ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素（以下、添加元素という）を０．００５〜０．０５重量％含有する鋼スラブを準備した。この時、前記添加元素の具体的な含有量は、下記表１の製造例１〜４による。
まず、シリコン（Ｓｉ）を３．２重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０３重量％、およびマンガン（Ｍｎ）：０．０８重量％を含有し、ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素（以下、添加元素という）を０．００５〜０．０５重量％含有する鋼スラブを準備した。この時、前記添加元素の具体的な含有量は、下記表１の製造例１〜４による。
前記鋼スラブを１１５０℃で２２０分間加熱した後、２．３ｍｍの厚さに熱間圧延して、熱延板を製造した。
前記熱延板を１１２０℃まで加熱した後、再び温度を９２０℃として９０秒間維持した後、水に急冷して酸洗した後、０．２３ｍｍの厚さに冷間圧延して、冷延板を製造した。
前記冷延板を８６０℃に維持された炉（Ｆｕｒｎａｃｅ）中に投入した後、露点温度および酸化能を調節し、水素、窒素、およびアンモニアの混合気体雰囲気で脱炭浸窒および一次再結晶焼鈍を同時に行って、脱炭焼鈍された鋼板を製造した。
以降、ＭｇＯが主成分の焼鈍分離剤に蒸留水を混合してスラリーを製造し、ロール（Ｒｏｌｌ）などを用いて前記スラリーを前記脱炭焼鈍された鋼板に塗布した後、最終焼鈍した。
前記最終焼鈍時、一次均熱温度は７００℃、二次均熱温度は１２００℃とし、昇温区間の速度は１５℃／ｈｒとした。また、１２００℃までは窒素２５体積％および水素７５体積％の混合気体雰囲気とし、１２００℃を到達した後には、１００体積％の水素気体雰囲気で１５時間維持した後、炉冷（ｆｕｒｎａｃｅ ｃｏｏｌｉｎｇ）した。
これにより、最終焼鈍工程までを終えた方向性電磁鋼板を得ることができた。
その後、３重量％の中空型シリカ粒子、０．７重量％のシリカナノファイバー、５重量％のメソポーラス球状シリカナノ粒子、４０重量％のコロイダルシリカナノ粒子、および５１．３重量％のリン酸アルミニウムとリン酸ストロンチウムが１：１混合された絶縁被膜組成物を塗布量（前記方向性電磁鋼板の一面積あたりの前記絶縁被膜の重量）が３．３ｇ／ｍ２となるように塗布した後、８７０℃の温度条件で５５秒間それぞれ熱処理した。
これにより、絶縁被膜が形成された各方向性電磁鋼板を得ることができた。
実施例１の試験例：磁気特性および騒音特性評価
実施例１に対して、前記添加元素の有無およびその具体的な含有量に応じた磁気特性および騒音特性を評価しようとした。
実施例１に対して、前記添加元素の有無およびその具体的な含有量に応じた磁気特性および騒音特性を評価しようとした。
１．７Ｔ、５０Ｈｚの条件で、実施例１による各方向性電磁鋼板を製造して発明例１〜４と表し、それぞれに対して磁気特性および騒音特性を評価し、その結果を表１に示した。
これと対比されるように、表１の比較例１〜５により別途の方向性電磁鋼板を製造し、前記条件で磁気特性および騒音特性を評価して、その結果も表１に併せて示した。
電磁鋼板の磁気特性は、通常Ｗ１７／５０とＢ８を代表値として使用する。Ｗ１７／５０は、周波数５０Ｈｚの磁場を１．７Ｔｅｓｌａまで交流で磁化させた時に現れる電力損失を意味する。ここで、Ｔｅｓｌａは、単位面積あたりの磁束（ｆｌｕｘ）を意味する磁束密度（Ｆｌｕｘ Ｄｅｎｓｉｔｙ）の単位である。Ｂ８は、電磁鋼板の周囲を巻取った巻線に８００Ａ／ｍの大きさの電流量を流した時、電磁鋼板に流れる磁束密度の値を示す。
一般的な騒音（Ｎｏｉｓｅ）は、国際規定ＩＥＣ６１６７２−１に基づいて音圧（空気の圧力）を時間領域から取得し、周波数応答データに変換した後、これを、可聴帯域の応答性（Ａ−加重デシベル、Ａ−ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｄｅｃｉｂｅｌｓ）を反映して可聴帯域の騒音［ｄＢＡ］として評価する。
本発明の実施例で選択した騒音評価方法は、国際規定ＩＥＣ６１６７２−１と同一に評価するが、音圧の代わりに電磁鋼板の震え（振動）データを取得して、騒音換算値［ｄＢＡ］として評価する。電磁鋼板の震えは、周波数５０Ｈｚの磁場を１．７Ｔｅｓｌａまで交流で磁化させた時、レーザドップラー方式を活用して、非接触式で時間に応じて振動パターンを測定する。
表１によれば、比較例１より、発明例１〜４の磁気特性および騒音特性が非常に優れていることを確認できる。これは、前記添加元素を含む鋼スラブを熱間圧延−冷間圧延−脱炭焼鈍−最終焼鈍する一連の工程を経て、前記最終焼鈍後の平均結晶粒の大きさが１５〜３５ｍｍの範囲に微細化されることによって現れる効果であることを推論することができる。
ただし、前記添加元素の含有量が過度に少ない比較例２は、前記範囲を超える大きさの結晶粒が生成され、前記添加元素の含有量が過度に多い比較例３〜５の場合には、前記範囲に及ばない大きさの結晶粒が生成されて、磁気特性および騒音特性を改善できないことを確認できる。
これにより、前記添加元素を含有する方向性電磁鋼板に対して、高温焼鈍後の結晶粒の大きさを前記範囲に制御する場合、磁気特性および騒音特性に優れていることが分かる。
実施例２
（絶縁被膜組成物の製造）原料物質として、中空型ナノ粒子としては中空型シリカナノ粒子を、セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）としてはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）ナノファイバーを、メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子としてはメソポーラスシリカを、金属リン酸塩としてはリン酸アルミニウムおよびリン酸マグネシウムが１：１の重量比率で混合された溶液を準備し、コロイダルシリカナノ粒子も準備した。
（絶縁被膜組成物の製造）原料物質として、中空型ナノ粒子としては中空型シリカナノ粒子を、セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）としてはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）ナノファイバーを、メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子としてはメソポーラスシリカを、金属リン酸塩としてはリン酸アルミニウムおよびリン酸マグネシウムが１：１の重量比率で混合された溶液を準備し、コロイダルシリカナノ粒子も準備した。
この時、表２に記録された発明例Ａ１〜Ａ１０による組成で前記原料物質を混合して、各絶縁被膜組成物を製造した。
（方向性電磁鋼板の絶縁被膜の形成）シリコン（Ｓｉ）３．２重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２重量％、およびマンガン（Ｍｎ）：０．７重量％を含有し、添加元素を０．０４重量％含有し、最終焼鈍されて一次被膜を有する、０．２７ｍｍ厚さの方向性電磁鋼板（３００ｘ６０ｍｍ）を供試材として準備した。発明例Ａ１〜Ａ１０による各絶縁被膜組成物の塗布量（前記方向性電磁鋼板の一面積あたりの前記絶縁被膜の重量）が２．７ｇ／ｍ２となるように塗布した後、９２０℃の温度条件で４５秒間それぞれ熱処理した。これにより、絶縁被膜が形成された各方向性電磁鋼板を得ることができた。
実施例２に対する試験例：絶縁性および騒音特性評価
実施例２に対して、絶縁被膜の組成による表面品質、絶縁性、および騒音特性を評価しようとした。
実施例２に対して、絶縁被膜の組成による表面品質、絶縁性、および騒音特性を評価しようとした。
１．７Ｔ、５０Ｈｚの条件で、前記実施例２による方向性電磁鋼板の絶縁性および騒音特性を評価し、その結果を表２に示した。
これと対比されるように、表２の比較例Ａ０、および比較例Ａ１〜Ａ７により別途の方向性電磁鋼板を製造し、前記条件で絶縁性および騒音特性を評価して、その結果も表２に併せて示した。
表面品質は、５％、３５℃、ＮａＣｌ溶液に８時間試験片のサビ発生の有無を評価するものであって、サビ発生面積が５％以下の場合に優秀、２０％以下の場合に良好、２０〜５０％若干不良、５０％以上では不良と表した。
絶縁性は、ＡＳＴＭ Ａ７１７国際規格により、Ｆｒａｎｋｌｉｎ測定器を活用してコーティング上部を測定した。
騒音特性は、前記実施例１に対する試験例と同一の方式で評価した。
表２によれば、比較例Ａ０より、発明例Ａ１〜Ａ１０の表面品質が概ね優れており、絶縁性および騒音特性が非常に改善されたことを確認できる。これは、比較例Ａ０に比べて、中空型ナノ粒子、セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、およびメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子をさらに含む絶縁被膜組成物によって達成された効果であることを推論することができる。
ただし、比較例Ａ１〜Ａ７の結果を考慮する時、前記物質の含有量を適切に制御する必要がある。これは、前記物質が果たす役割に関連するものであり、前記発明例Ａ１〜Ａ１０によれば、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子、０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子、および３０〜６０重量％のリン酸塩を含むことが適切と評価される。
これにより、前記添加元素を含有する方向性電磁鋼板に対して、絶縁被膜の成分および組成を前記のように制御する場合、絶縁性および騒音特性に優れていることが分かる。
実施例３
（絶縁被膜組成物の製造）セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）としてはＴｉＯ２ナノファイバーを、金属リン酸塩としてはリン酸アルミニウムを準備した点を除いて、発明例Ａ６と同一の原料物質を準備した。組成で前記原料物質を混合して、各絶縁被膜組成物を製造した。
（絶縁被膜組成物の製造）セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）としてはＴｉＯ２ナノファイバーを、金属リン酸塩としてはリン酸アルミニウムを準備した点を除いて、発明例Ａ６と同一の原料物質を準備した。組成で前記原料物質を混合して、各絶縁被膜組成物を製造した。
（方向性電磁鋼板の絶縁被膜の形成）シリコン（Ｓｉ）３．４重量％を含有し、アルミニウム（Ａｌ）：０．０４重量％、およびマンガン（Ｍｎ）：０．２０重量％を含有し、添加元素を０．０５重量％含有し、最終焼鈍されて一次被膜を有する、０．２２ｍｍ厚さの方向性電磁鋼板（６００ｘ１００ｍｍ）を供試材として準備した。発明例Ｂ１〜Ｂ５による各絶縁被膜組成物の塗布量（前記方向性電磁鋼板の一面積あたりの前記絶縁被膜の重量）が２．０ｇ／ｍ２となるように塗布した後、８７０℃の温度条件で６０秒間それぞれ熱処理した。これにより、絶縁被膜が形成された各方向性電磁鋼板を得ることができた。
実施例３に対する試験例：最適条件の騒音、占積率、および絶縁性評価
実施例３に対して、最適条件の騒音、占積率、および絶縁性を示す絶縁被膜の組成を評価しようとした。
実施例３に対して、最適条件の騒音、占積率、および絶縁性を示す絶縁被膜の組成を評価しようとした。
１．７Ｔ、５０Ｈｚの条件で、前記実施例３による方向性電磁鋼板の絶縁性、占積率、および騒音特性を評価し、その結果を表３に示した。
これと対比されるように、表３の比較例Ｂ１〜Ｂ４により別途の方向性電磁鋼板を製造し、前記条件で絶縁性、占積率、および騒音特性を評価して、その結果も表３に併せて示した。
具体的には、各方向性電磁鋼板を９２０℃で４５秒間乾燥すると、各コーティングされた面は、コーティング剤によって引張応力が付加されて一方向に反り、この反りの程度を測定して被膜張力を評価した。
また、各方向性電磁鋼板の表面に圧延直角方向にレーザ磁区微細化処理を施して、絶縁性、占積率、および騒音特性（１．７Ｔ、５０Ｈｚの条件）をそれぞれ測定した。
表３によれば、比較例Ｂ１〜Ｂ４に比べて、絶縁性および騒音特性が非常に改善され、占積率も概ね優れていることを確認できる。これは、絶縁被膜組成物の被膜張力（Ａ）および塗布量（Ｂ）を０．２０≦Ａ／Ｂ≦２．５０（２≦Ｂ≦５）で制御することによって達成された効果であることを推論することができる。
さらに、発明例Ｂ３およびＢ４で騒音特性が特に優れている点を考慮する時、絶縁被膜組成物の被膜張力（Ａ）および塗布量（Ｂ）を０．６３≦Ａ／Ｂ≦１．１７（２≦Ｂ≦５）で制御することによって、さらに優れた効果が得られると評価される。
これにより、前記方向性電磁鋼板の被膜張力および絶縁被膜組成物の塗布量を制御して、方向性電磁鋼板の騒音、占積率、および絶縁特性の最適条件を導出できることが分かる。
試験例：１０００ｋＶＡ変圧器の占積率および騒音特性評価
本発明の一実施形態に係る組成物を用いて表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板に関連して、１０００ｋＶＡ変圧器の製造時、占積率および騒音特性を評価した。
本発明の一実施形態に係る組成物を用いて表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板に関連して、１０００ｋＶＡ変圧器の製造時、占積率および騒音特性を評価した。
シリコン（Ｓｉ）３．２重量％を含有し、アルミニウム（Ａｌ）：０．０３重量％、およびマンガン（Ｍｎ）：０．１２重量％を含有し、添加元素を０．０３重量％含有し、仕上げ焼鈍された一次被膜を有する板厚さ０．２２ｍｍの方向性電磁鋼板に対して、絶縁被膜組成物は発明例Ａ２およびＡ３によるものを選択し、それぞれ被膜張力（Ａ、ＭＰａ）および被膜塗布量（Ｂ、ｇ／ｍ２）を０．６３≦Ａ／Ｂ≦１．１７（２≦Ｂ≦５）の範囲となるように生産して、レーザ磁区微細化処理を実行した後、１０００ｋＶＡ変圧器を製作して、１．７Ｔ、６０Ｈｚの条件で評価した結果を表４に示した。
この時、発明例Ａ２による絶縁被膜組成物を適用した１０００ｋＶＡ変圧器は発明例Ｃ１、発明例Ａ３による絶縁被膜組成物を適用した１０００ｋＶＡ変圧器は発明例Ｃ２と表した。
これと対比されるように、Ａ／Ｂが２．７５の比較例Ｃに対しても、同一の評価を行った後、表４に記録した。
表４によれば、０．６３≦Ａ／Ｂ≦１．１７（２≦Ｂ≦５）で制御する場合、１０００ｋＶＡ変圧器の占積率および騒音特性が全て優れていることが分かる。
試験例：１５００ｋＶＡ変圧器の占積率および騒音特性評価
本発明の一実施形態に係る組成物を用いて表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板に関連して、１０００ｋＶＡ変圧器の製造時、占積率および騒音特性を評価した。
本発明の一実施形態に係る組成物を用いて表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板に関連して、１０００ｋＶＡ変圧器の製造時、占積率および騒音特性を評価した。
シリコン（Ｓｉ）３．１８重量％を含有し、仕上げ焼鈍された一次被膜を有する板厚さ０．２２ｍｍの方向性電磁鋼板に対して、絶縁被膜組成物は発明例Ａ３によるものを選択し、これを被膜張力（Ａ、ＭＰａ）および被膜塗布量（Ｂ、ｇ／ｍ２）を０．６３≦Ａ／Ｂ≦１．１７（２≦Ｂ≦５）の範囲となるように生産して、レーザ磁区微細化処理を実行した後、１５００ｋＶＡ変圧器を製作して、設計磁束密度に応じて６０Ｈｚの条件で評価した結果を図１および表５に示した。
この時、発明例Ａ３による絶縁被膜組成物を適用した１５００ｋＶＡ変圧器は発明例Ｄ１と表した。
これと対比されるように、Ａ／Ｂが２．６５の比較例Ｄに対しても、同一の評価を行った後、図１および表５に記録した。
図１および表５によれば、０．６３≦Ａ／Ｂ≦１．１７（２≦Ｂ≦５）で制御する場合、１５００ｋＶＡ変圧器も占積率および騒音特性が全て優れていることが分かる。
本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できることを理解するであろう。そのため、以上に記述した実施例はあらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。
Claims (33)
- ０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子；
０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）；
０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子；
３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子；および
３０〜６０重量％の金属リン酸塩
を含む、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。 - 前記中空型ナノ粒子は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、およびＭｇＯを含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものである、請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。
- 前記中空型ナノ粒子の粒径は、５０〜３００ｎｍである、請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。
- 前記中空型ナノ粒子の内径は、３０〜２８０ｎｍである、請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。
- 前記セラミックナノファイバーは、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、およびＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものである、請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。
- 前記セラミックナノファイバーの直径は、５〜１００ｎｍである、請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。
- 前記メソポーラスナノ粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、およびＴｉＯ２を含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものである、請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。
- 前記メソポーラスナノ粒子の粒径は、１〜８００ｎｍである、請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。
- 前記メソポーラスナノ粒子の気孔度は、前記メソポーラスナノ粒子に対して７〜３５体積％の気孔が含まれているものである、請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。
- 前記メソポーラスナノ粒子の形態は、球状、板状形、および針状形を含む群より選択されたいずれか１つ以上の形態である、請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。
- 前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による単一結合、二重結合、または三重結合を形成した化合物からなるものである、請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。
- 前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであり、
前記金属水酸化物は、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｚｎ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）３、およびＣａ（ＯＨ）２を含む群より選択された少なくとも１種である、
請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。 - 前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物からなるものであり、
前記リン酸に対する前記金属水酸化物の重量比率は１：１００〜３０：１００で表されるものである、
請求項１に記載の方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物。 - ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素を０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなるものである、方向性電磁鋼板；および
前記方向性電磁鋼板の表面に形成された絶縁被膜
を含み、
前記絶縁被膜は、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子；０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）；０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子；３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子；および３０〜６０重量％のリン酸塩を含むものである、
表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板。 - 前記表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の被膜張力（Ａ、ＭＰＡ）は、前記方向性電磁鋼板の一面積あたりの前記絶縁被膜の重量（Ｂ、ｇ／ｍ２）に対する比率であって、０．２０≦Ａ／Ｂ≦２．５０（２≦Ｂ≦５）で表されるものである、請求項１４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板。
- 前記表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の被膜張力（Ａ、ＭＰＡ）は、前記方向性電磁鋼板の面積あたりの前記絶縁被膜の重量（Ｂ、ｇ／ｍ２）に対する比率であって、０．６３≦Ａ／Ｂ≦１．１７（２≦Ｂ≦≦）で表されるものである、請求項１４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板。
- 前記中空型ナノ粒子は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、およびＭｇＯを含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものである、請求項１４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板。
- 前記中空型ナノ粒子の粒径は、５０〜３００ｎｍである、請求項１４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板。
- 前記中空型ナノ粒子の内径は、３０〜２８０ｎｍである、請求項１４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板。
- 前記セラミックナノファイバーの直径は、５〜１００ｎｍである、請求項１４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板。
- 前記メソポーラスナノ粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、およびＴｉＯ２を含む群より選択された少なくとも１種以上の酸化物からなるものである、請求項１４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板。
- 前記メソポーラスナノ粒子の粒径は、１〜８００ｎｍである、請求項１４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板。
- 前記金属リン酸塩は、金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による単一結合、二重結合、または三重結合を形成した化合物からなるものである、請求項１４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板。
- ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素を０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなるものである、方向性電磁鋼板を準備する段階と、
中空型ナノ粒子、セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、コロイダルシリカナノ粒子、および金属リン酸塩を混合して、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を製造する段階と、
前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を前記方向性電磁鋼板の表面に塗布する段階と、
前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物が表面に塗布された方向性電磁鋼板を熱処理する段階と、
表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板を得る段階とを含み、
前記方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物は、０．１〜７重量％の中空型ナノ粒子、０．１〜５重量％のセラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、０．１〜５重量％のメソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、３０〜６０重量％のコロイダルシリカナノ粒子、および３０〜６０重量％の金属リン酸塩を含むものである、
表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記準備された方向性電磁鋼板の平均結晶粒の大きさは、１５〜３５ｍｍである、請求項２４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法。
- ボロン（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、またはこれらの組み合わせから選択されたいずれか１つの元素を０．００５〜０．０５重量％含み、シリコン（Ｓｉ）：２．６〜４．３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０２０〜０．０４０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜０．２０重量％を含み、残部はＦｅおよびその他不可避不純物からなるものである、方向性電磁鋼板を準備する段階は、
鋼スラブを準備する段階と、
前記鋼スラブを熱間圧延して、熱延板を製造する段階と、
前記熱延板を冷間圧延して、冷延板を製造する段階と、
前記冷延板を脱炭焼鈍して、脱炭焼鈍された鋼板を得る段階と、
前記脱炭焼鈍された鋼板に焼鈍分離剤を塗布し、最終焼鈍する段階とを含むものである、
請求項２４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法。 - 中空型ナノ粒子、セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、コロイダルシリカナノ粒子、および金属リン酸塩を混合して、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を製造する段階において、
前記メソポーラスナノ粒子は、
気孔形成剤およびメソポーラスナノ粒子前駆体をエタノール溶媒に投入して、混合する段階と、
前記混合された溶液にアンモニア水を添加して、ｐＨを１０〜１２に調節する段階と、
前記ｐＨ調節された溶液を加熱する段階と、
ナノサイズの気孔が形成されたナノ粒子を得る段階とを含んで製造されたものである、
請求項２４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記気孔形成剤は、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリエチレンオキシド（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ））、およびポリプロピレンオキシド（ｐｏｌｙ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ））を含む群より選択された少なくとも１種である、請求項２７に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記メソポーラスナノ粒子前駆体は、テトラエチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｅｔｈｌｙ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラメチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、アルミニウムトリアルコキシド（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｔｒｉ ａｌｋｏｘｉｄｅ）、マグネシウムアルコキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｋｏｘｉｄｅ）、およびチタニウムテトラアルコキシド（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｔｅｔｒａａｌｋｏｘｉｄｅ）を含む群より選択された少なくとも１種である、請求項２７に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記ｐＨ調節された溶液を加熱する段階は、５０〜７０℃の温度範囲に加熱して、４〜６時間行うものである、請求項２７に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法。
- 中空型ナノ粒子、セラミックナノファイバー（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）、メソポーラス（Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ）ナノ粒子、コロイダルシリカナノ粒子、および金属リン酸塩を混合して、方向性電磁鋼板用絶縁被膜組成物を製造する段階において、
前記金属リン酸塩は、
金属水酸化物水溶液を製造する段階と、
前記製造された金属水酸化物水溶液にリン酸を投入して、混合する段階と、
前記混合溶液を撹拌する段階と、
金属水酸化物およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の化学的な反応による化合物を得る段階と
を含んで製造されたものである、請求項２４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記方向性電磁鋼板コーティング組成物が塗布された方向性電磁鋼板を熱処理する段階は、２５０〜９５０℃の温度範囲で行うものである、請求項２４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記方向性電磁鋼板コーティング組成物が塗布された方向性電磁鋼板を熱処理する段階は、３０秒〜７０秒間行うものである、請求項２４に記載の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板の製造方法。
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