JP2019123936A - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気特性と被膜密着性に優れるフォルステライト被膜を有さない方向性電磁鋼板を、仕上焼鈍炉を損傷することなく製造する方法を提案する。【解決手段】Ｓｉ含有鋼スラブを熱間圧延して熱延板とし、熱延板焼鈍した後または熱延板焼鈍することなく、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延して最終板厚の冷延板とし、該冷延板に一次再結晶焼鈍または脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布、乾燥し、仕上焼鈍するフォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板の製造方法において、上記焼鈍分離剤として、ＭｇＯを主成分とし、助剤として融点が１１５０℃以下の酸化物を０．０５〜２０ｍａｓｓ％の範囲で含有するものを用いることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。【選択図】図１
Description
本発明は、フォルステライト被膜を有さない方向性電磁鋼板の製造方法に関し、具体的には、磁気特性と被膜密着性に優れるフォルステライト被膜を有さない方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
方向性電磁鋼板は、変圧器や発電機等の鉄心材料として広く用いられる軟磁性材料であり、鉄の磁化容易軸である＜００１＞方位が、鋼板の圧延方向に高度に揃った結晶組織を有することで、高磁束密度で低鉄損の優れた磁気特性を有することが特徴である。このような集合組織は、製造工程の仕上焼鈍において二次再結晶を発現させることによって、いわゆるゴス方位と称される（１１０）＜００１＞方位の結晶粒を優先的に巨大成長させることで得ることができる。
方向性電磁鋼板の鉄損特性は、鋼板表面に引張張力を印加することで、より向上する（鉄損が低減する）ことが知られている。鋼板表面に引張張力を印加する方法としては、鋼板表面に厚さ２μｍ程度のフォルステライト被膜を形成した後、さらにその上に、厚さ２μｍ程度の珪リン酸塩を主体とする張力絶縁被膜を形成する方法が一般的である。この方法は、鋼板と比べて低い熱膨張率を有する珪リン酸塩質の被膜を高温で形成し、それを室温まで降温したときの鋼板と被膜との間の熱膨張率差を利用して鋼板に引張張力を付与する方法である。なお、上記珪リン酸塩の被膜は、方向性電磁鋼板に必須の絶縁被膜としても機能し、地鉄中の局部的な渦電流の発生を防止する。
また、方向性電磁鋼板の鉄損特性は、化学研磨や電解研磨によって仕上焼鈍後の鋼板表面からフォルステライト被膜を除去して平滑化（鏡面化）した上で、さらにその平滑化した表面上に張力絶縁被膜を被成し、鋼板表面に引張張力を印加することで、より向上することが知られている。これは、鋼板の地鉄とフォルステライト層との界面の凹凸を無くすことによって、磁壁の移動を容易にしてヒステリシス損を低減することで、鉄損特性を改善しようとする技術である。
ところで、地鉄と珪リン酸塩層の間にあるフォルステライト被膜は、上記地鉄とフォルステライト被膜の界面に形成される凹凸に起因したアンカー効果によって鋼板と密着している。そのため、鋼板表面の平滑化は、被膜の密着性を大きく低下させる。特に、珪リン酸塩や酸化物は密着性が低く、平滑化した鋼板表面に直接、珪リン酸塩や酸化物層の被膜を形成することはできない。
この問題に対して、例えば、特許文献１には、鋼板表面の酸化物を除去して平滑化し、鏡面に仕上げた後、ＣＶＤやＰＶＤなどのドライプレーティング法によってＴｉＮ等の窒化物や、炭化物、酸化物等の張力付与被膜を成膜し、鋼板表面に大きな引張張力を印加することによって、高い被膜密着性と低鉄損を両立する技術が開示されている。しかし、この特許文献１の技術は、鋼板表面の平滑化法として、酸洗による化学研磨を用いているため、製品歩留まりの大きな低下を招くという問題があった。
そこで、特許文献２には、焼鈍分離剤に塩化物等のハロゲン化物を添加し、フォルステライト被膜の形成を抑止することによって、歩留りの低下を招くことなく、仕上焼鈍において鋼板表面を平滑化する技術が提案されている。
しかしながら、上記特許文献２の技術は、焼鈍分離剤中に塩化物等を添加しているため、仕上焼鈍中に塩素ガスが発生し、これによって仕上焼鈍炉が損傷するという問題があり、工業的な実施には不適当であった。
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気特性と被膜密着性に優れるフォルステライト被膜を有さない方向性電磁鋼板を、仕上焼鈍炉を損傷することなく製造する方法を提案することにある。
発明者らは、上記課題の解決に向け、特許文献２の技術において焼鈍分離剤中に添加している塩化物の役割を調査し、この塩化物と同様の特性を有する物質を焼鈍分離剤中に添加することで、仕上焼鈍炉を損傷することなくフォルステライト被膜を有さない方向性電磁鋼板を製造する方法について鋭意検討を重ねた。その結果、焼鈍分離剤中に添加する助剤として特定の酸化物、具体的には、融点が１１５０℃以下のＴｌ，Ｂｉ，ＣｄおよびＩｎの酸化物を用いることで、仕上焼鈍炉を損傷することなく、仕上焼鈍後の鋼板表面の平滑化を達成することができ、ひいては、磁気特性と被膜密着性が共に優れる方向性電磁鋼板を製造することができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、Ｓｉ含有鋼スラブを熱間圧延して熱延板とし、熱延板焼鈍した後または熱延板焼鈍することなく、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延して最終板厚の冷延板とし、該冷延板に一次再結晶焼鈍または脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布、乾燥し、仕上焼鈍するフォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板の製造方法において、上記焼鈍分離剤として、ＭｇＯを主成分とし、助剤として融点が１１５０℃以下の酸化物を０．０５〜２０ｍａｓｓ％の範囲で含有するものを用いることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法を提案する。
本発明の方向性電磁鋼板の製造方法に用いる上記助剤は、酸化物中に占めるＴｌ，Ｂｉ，ＣｄおよびＩｎの元素の合計モル比率が０．１０以上のものであることが好ましい。
また、本発明の方向性電磁鋼板の製造方法は、上記仕上焼鈍後、フォルステライト被膜を有しない鋼板の地鉄表面に、窒化物または炭窒化物からなる被膜を成膜した後、さらに、上記窒化物または炭窒化物からなる被膜の上に張力絶縁被膜を被成することを特徴とする。
また、本発明の方向性電磁鋼板の製造方法における上記窒化物は、ＴｉＣｒＮおよびＡｌＣｒＮのいずれかであることを特徴とする。
本発明によれば、磁気特性と被膜密着性に優れるだけでなく、仕上焼鈍炉を損傷することなく、また、仕上焼鈍後の鋼板を研磨することなく、仕上焼鈍においてフォルステライト被膜を有さない地鉄の表面が平滑（鏡面）な方向性電磁鋼板の製造が可能となるので、産業上、奏する効果は極めて大である。
まず、本発明の方向性電磁鋼板の製造方法における基本的技術思想について説明する。
特許文献２に開示の従来技術においては、ＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤中に塩化物を添加することで、仕上焼鈍時に、鋼板表面を平滑化（鏡面化）していた。その鏡面化のメカニズムについて、発明者らは、数多くの実験を重ねて解明した結果、以下のように考えている。
特許文献２に開示の従来技術においては、ＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤中に塩化物を添加することで、仕上焼鈍時に、鋼板表面を平滑化（鏡面化）していた。その鏡面化のメカニズムについて、発明者らは、数多くの実験を重ねて解明した結果、以下のように考えている。
特許文献２で用いている塩化物は、融点が低く、仕上焼鈍中のフォルステライト形成前に融解して液化する。液化した塩化物は、サブスケールの粒界を通り、サブスケールの下部まで入り込む。また、この液化した塩化物は、ＭｇＯの拡散を促進する他、化学反応によりＭｇイオンと酸素イオンを発生するため、サブスケールの下部が急速にフォルステライト化する。そのため、フォルステライトの下部にはアンカーとなる凹凸が形成されないため、仕上焼鈍中にフォルステライト被膜が剥離する。その結果、サーマルエッチングにより、さらに表面が平滑化する。
次に、発明者らは、塩化物と同様の効果を持つ助剤について検討した。特許文献２で用いている塩化物の融点は、およそ２００〜５００℃であるが、フォルステライト被膜のアンカーとなる凹凸が形成されるのは、さらに高温である。そこで、塩化物よりも高温の融点を有する様々な化合物を助剤として焼鈍分離剤中に添加し、鏡面化に有効な物質を探索した。その結果、融点が１１５０℃以下である酸化物を助剤として焼鈍分離剤中に添加することにより、特許文献２で用いている塩化物と同様、仕上焼鈍後の鋼板表面を平滑化できることがわかった。さらに、これらの酸化物は、高温でのみ分解して酸素を放出するため、仕上焼鈍の初期段階における地鉄表面の酸化を引き起こすことがない。そのため、塩化物を用いた場合に比べ、Ｇｏｓｓ方位への集積度を高めることができ、塩化物を添加するよりも、より高い磁束密度が得られることがわかった。
ここで、上記酸化物の融点を１１５０℃以下としたのは、仕上焼鈍における二次再結晶を発現させるためにインヒビターを利用する技術では、二次再結晶させた後、インヒビター形成成分や不純物を除去するために純化処理を施すのが普通であるが、該純化処理の温度は１１５０℃超えの温度で行われるのが一般的であり、また、この温度域で、フォルステライトも形成される。そのため、融点が１１５０℃以下の酸化物であれば、純化処理中に液化し、塩化物と同様の効果が期待できるからである。なお、酸化物の融点は、好ましくは１１００℃以下、さらに好ましくは１０００℃以下である。
次に、本発明の方向性電磁鋼板の製造方法について具体的に説明する。
まず、本発明の方向性電磁鋼板の製造に用いる鋼素材（スラブ）は、基本成分として、Ｃ：０．００２〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：２．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．００５〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらに、インヒビター形成成分として、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０ｍａｓｓ％およびＮ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％を含有し、あるいは、Ｓｅ：０．００３〜０．０３０ｍａｓｓ％および／またはＳ：０．００２〜０．０３ｍａｓｓ％％を含有し、あるいは、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．００３〜０．０３０ｍａｓｓ％および／またはＳ：０．００２〜０．０３ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を用いることが好ましい。
まず、本発明の方向性電磁鋼板の製造に用いる鋼素材（スラブ）は、基本成分として、Ｃ：０．００２〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：２．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．００５〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらに、インヒビター形成成分として、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０ｍａｓｓ％およびＮ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％を含有し、あるいは、Ｓｅ：０．００３〜０．０３０ｍａｓｓ％および／またはＳ：０．００２〜０．０３ｍａｓｓ％％を含有し、あるいは、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．００３〜０．０３０ｍａｓｓ％および／またはＳ：０．００２〜０．０３ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を用いることが好ましい。
また、本発明に用いる鋼素材は、上記のようにインヒビター形成成分を含有する成分系に限定されるものではなく、インヒビター形成成分を含有していない鋼素材であってもよく、その場合は、基本成分として、Ｃ：０．００２〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：２．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．００５〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらに、インヒビター形成成分であるＡｌ，Ｎ，ＳおよびＳｅをそれぞれＡｌ：０．０１０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．０１０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＳｅ：０．００５ｍａｓｓ％以下に低減し、さらに、Ｏ：０．００５ｍａｓｓ％以下に低減し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するものであることが好ましい。
また、本発明に用いる鋼素材は、上記成分に加えてさらに、磁気特性を改善する目的で、Ｎｉ：０．００５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．００５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０１〜ｌ．５０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．００５０〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．０００５〜０．０２０ｍａｓｓ％およびＭｏ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有していてもよい。
上記鋼素材は、所定の温度に加熱した後、熱間圧延し、必要により熱延板焼鈍を施した後、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延板とする。上記冷間圧延の回数は、製造コストと磁気特性とのバランスから、２回以下とするのが好ましい。
次いで、上記最終板厚とした冷延板は、一次再結晶焼鈍した後、あるいは、脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍して、鋼中のＣを磁気時効の起こらない０．０５０ｍａｓｓ％以下に脱炭した後、焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布し、乾燥した後、二次再結晶を発現させるとともに、純化処理を行う仕上焼鈍を施して、二次再結晶粒がＧｏｓｓ方位に高度に揃った鋼板とする。
ここで、仕上焼鈍前に鋼板表面に塗布する上記焼鈍分離剤は、ＭｇＯを主成分とし、これに、助剤として融点が１１５０℃以下の酸化物を添加したものを用いることが必要である。酸化物の融点は、好ましくは１１００℃以下、さらに好ましくは１０５０℃以下である。
融点が１１５０℃以下の酸化物としては、酸化物全体に占めるＴｌ，Ｂｉ，ＣｄおよびＩｎの元素の合計モル比率（原子比率）が０．１０以上であるものを用いることが好ましい。上記合計モル比率が０．１０より少ないと、助剤内の成分の偏りによって、鋼板表面の一部に平滑度が劣る部分が発生するようになる。より好ましい合計モル比率は０．２以上である。なお、合計モル比率の上限は、純物質となるので特に規定する必要はない。なお、助剤の融点が低過ぎると、仕上焼鈍温度が高温に到達するまでの間に揮発してしまうので、融点の下限は、６００℃以上とするのが好ましい。
融点が１１５０℃以下の酸化物としては、酸化物全体に占めるＴｌ，Ｂｉ，ＣｄおよびＩｎの元素の合計モル比率（原子比率）が０．１０以上であるものを用いることが好ましい。上記合計モル比率が０．１０より少ないと、助剤内の成分の偏りによって、鋼板表面の一部に平滑度が劣る部分が発生するようになる。より好ましい合計モル比率は０．２以上である。なお、合計モル比率の上限は、純物質となるので特に規定する必要はない。なお、助剤の融点が低過ぎると、仕上焼鈍温度が高温に到達するまでの間に揮発してしまうので、融点の下限は、６００℃以上とするのが好ましい。
また、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤中へのこれらの酸化物の添加量は、仕上焼鈍後の鋼板の地鉄表面を均一に平滑化する観点から、焼鈍分離剤全体に対して、０．０５〜２０ｍａｓｓ％の範囲で添加するのが好ましい。０．０５ｍａｓｓ％より少ないと、仕上焼鈍時に発生する酸化物の液量が十分でなく、鋼板表面の平滑化が劣化した部分が発生するようになる。一方、２０ｍａｓｓ％より多くなると、ＭｇＯの比率が低下するため、反応速度が低下し、一部にアンカーとなる凹凸が形成され、逆に、鋼板表面の平滑度が劣化する。より好ましくは１．０〜１５ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、ＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤中に添加されるその他の助剤については、特に規定しないが、例えば、被膜反応の促進や、鋼中からの不純物の排除（純化）を促進する観点から、ＴｉＯ２や、アルカリ土類金属の酸化物、硫化物、アルカリ金属のホウ酸塩等を、焼鈍分離剤全体に対して合計２０ｍａｓｓ％以下であれば添加することができる。なお、上記その他の助剤の効果は、上記酸化物の添加量が上記した範囲内であれば、酸化物の添加により損なわれることはない。
上記の酸化物を添加した焼鈍分離剤を用いることで、仕上焼鈍後の鋼板表面をフォルステライト被膜を有しない、平滑な表面とすることができる。しかし、上記の方法で平滑化した鋼板の表面には、さらに、歩留り低下に大きな影響がない範囲の軽度の研磨を施してもよい。勿論、本発明の焼鈍分離剤のみでも、良好な磁気特性を発現するが、研磨することで表面の平滑度が向上し、磁気特性をさらに改善することができる。また、地鉄表面の平滑度が向上することは、応力集中部が少なくなるため、ＣＶＤ法やＰＶＤ法で生成した被膜の密着性を高めることにも繋がる。ＣＶＤ法やＰＶＤ法では、被膜は地鉄から成長していくが、地鉄表面が粗い場合、成長していく方向が異なってしまい、欠陥の多い構造をとる。これにより、後に塗布される絶縁張力被膜が地鉄側に侵入しやすくなり、被膜密着性が劣化する。なお、地鉄表面を研磨する方法としては、従来公知の電解研磨法や化学研磨法を用いることができる。
次いで、上記仕上焼鈍後で平滑化した鋼板、あるいは、さらに上記鋼板に研磨を施した鋼板の地鉄表面上に、地鉄とその後被成する張力絶縁被膜とを強固に繋ぐバインダーとして機能する被膜を存在させるのが好ましい。この被膜としては、地鉄の体心立方格子に整合し易い岩塩型構造をとる窒化物あるいは炭窒化物であることが、地鉄と窒化物層の密着性を向上させる上で好ましい。
上記窒化物や炭窒化物としては、耐酸化性に優れるものであることが望ましい。この点について、Ｐａｎｊａｎら（P.Panjan et al.,Thin Solid Films,281-282(1996)298.）により作成されたアーレニウスプロットによれば、Ｃｒを含有する窒化物にＴｉやＡｌなどを加えることで、耐酸化性を高めることができるとされている。したがって、本発明において用いる窒化物としては、例えば、ＴｉＣｒＮやＡｌＣｒＮ等、３種以上の元素からなる窒化物が好適であると考えられる。
なお、上記窒化物や炭窒化物の膜厚は、０．０１〜１μｍの範囲であることが好ましい。０．０１μｍ未満では、薄過ぎて、その上に被成する張力絶縁被膜を繋ぎとめるバインダーとしての機能が小さく、被膜密着性が低下する。一方、１μｍを超えると、バインダーとしての効果が飽和するだけでなく、成膜コストの上昇を招く。より好ましくは０．０１５〜０．５０μｍの範囲である。
また、上記窒化物や炭窒化物層の成膜法として、ＣＶＤやＰＶＤ等のドライプレーティング法であることが好ましい。
ＣＶＤ法は、熱ＣＶＤ法であることが好ましく、成膜温度は９００〜１１００℃の範囲とするのが好ましい。また、成膜時の圧力は、大気圧でも成膜可能であるが、一様な被膜を成膜するためには減圧する、具体的には、１０〜１０００Ｐａの範囲で成膜するのが好ましい。
ＣＶＤ法は、熱ＣＶＤ法であることが好ましく、成膜温度は９００〜１１００℃の範囲とするのが好ましい。また、成膜時の圧力は、大気圧でも成膜可能であるが、一様な被膜を成膜するためには減圧する、具体的には、１０〜１０００Ｐａの範囲で成膜するのが好ましい。
一方、ＰＶＤ法は、イオンプレーティング法であることが好ましく、成膜温度は３００〜６００℃の範囲とするのが好ましい。また、成膜時の圧力は、減圧するのが好ましく、具体的には、０．１〜１００Ｐａの範囲とするのが好ましい。また、被処理材である鋼板は陰極とし、−１０〜−１００Ｖのバイアス電圧を印加するのが好ましい。また、成膜材料のイオン化には、成膜速度を高めることができるプラズマを用いることが好ましい。
なお、地鉄表面に成膜する被膜として、ＴｉＡｌＮやＴｉＣｒＮ等の３種以上の元素からなる窒化物を用いるときは、成膜法として、ＰＶＤ法、中でもイオンプレーティング法を採用することが望ましい。ＰＶＤ法は、合金材料をイオン化させて整合析出させるため、容易に３種類以上の原子を含む窒化物を成膜できるのに対して、熱力学的な反応を用いて成膜するＣＶＤ法は、３種類以上の原子を含む窒化物を狙い通りの組成で生成させることが難しいためである。
また、ＰＶＤ法やＣＶＤ法で被膜を成膜するときは、その事前処理として、クリーニングを行い、地鉄表面の不純物を除去しておくことが好ましい。クリーニングの方法は、金属イオンを照射する方法と、不活性ガスイオンを照射する方法の２種類がある。いずれの方法も、クリーニングイオンは地鉄にかかる電圧により加速される。この印加電圧は、絶対値で３００Ｖ以上とするのが好ましい。３００Ｖ未満の電圧では、クリーニングイオンの運動エネルギーが低いため、地鉄表面への金属の付着量が多くなり過ぎる。クリーニング時の印加電圧は、より好ましい印加電圧は、絶対値で５００〜１０００Ｖの範囲である。この範囲であれば、クリーニングイオンが適度な運動エネルギーを有するため、地鉄表面の不純物を十分に取り除きつつ、地鉄表面の粗さの過度な増大を防ぐことができるので、被膜密着性と鉄損特性をともに改善することができる。
上記のようにして地鉄の表面に窒化物層または炭窒化物層を形成した鋼板は、さらにその窒化物層または炭窒化物層の上に、引張張力を付与する絶縁被膜のコーティング薬液を塗布し、乾燥させた後、窒素雰囲気中で焼鈍して焼付け、張力絶縁被膜を被成することが好ましい。
上記張力絶縁被膜としては、リン酸塩とコロイダルシリカを主成分とするものが好ましい。また、上記リン酸塩としては、リン酸マグネシウムやリン酸アルミニウム等、熱膨張率の低いリン酸塩を用いることが望ましい。
上記張力絶縁被膜としては、リン酸塩とコロイダルシリカを主成分とするものが好ましい。また、上記リン酸塩としては、リン酸マグネシウムやリン酸アルミニウム等、熱膨張率の低いリン酸塩を用いることが望ましい。
地鉄表面へのコーティング薬液の塗布方法としては、製造コストの観点から、ロール塗布が好ましい。張力絶縁被膜を焼き付ける温度および時間については、７００〜９００℃×１０〜３０秒の範囲とするのが好ましい。焼付温度が７００℃未満および／または焼付時間が１０秒未満では、コーティング薬液中の水分の除去が不十分のまま焼付けることになるため、被膜が地鉄に印加する引張張力を低下させてしまう他、ユーザーで行われる歪取焼鈍中に、被膜中の水分によって窒化物層の酸化が起こり、磁気特性や被膜特性の低下を招く。一方、焼付温度が９００℃より高いと、鋼板が軟化し、冷却時に歪みが入るおそれがある。また、窒化物層や炭窒化物層と張力絶縁被膜との反応が進行し、被膜密着性が劣化するおそれもある。また、焼付時間を３０秒より長くすると、焼付ラインを長くしたり、通板速度を低下したりすることが必要となるため、製造コストの上昇や生産性の低下を招く。なお、被成膜焼付け時の雰囲気は、窒素ガスとするのが好ましい。大気中では、大気中に含まれる水分や酸素によって窒化物や炭窒化物が酸化し、被膜密着性が劣化してしまうからである。
また、上記張力絶縁被膜の厚さは、焼付後の厚さで１〜１０μｍの範囲とするのが好ましい。図１に示したように、張力絶縁被膜の膜厚（焼付後）と鋼板表面に印加される鋼板圧延方向の引張張力との間には比例関係があり、膜厚を厚くするほど張力は増大し、鉄損が低下する。しかし、被膜の厚さが１μｍ未満では、上記効果が小さい。一方、被膜の厚さが１０μｍを超えると、引張張力による鉄損低減効果も飽和してくる他、製品板を変圧器に使用するときの実効鋼板体積の減少に繋がるため、変圧器としての特性はむしろ低下する。より好ましくは１．５〜５．０μｍの範囲である。
上記のようにして得た本発明の方向性電磁鋼板（製品板）の被膜は、図２に示したような断面構造を有するものとなる。鋼板の表面は、焼鈍分離剤中に添加した低融点の酸化物によって平滑化されており、その地鉄表面上には、ＣＶＤ法やＰＶＤ法で成膜された窒化物層や炭窒化物層が存在し、さらに、その窒化物層や炭窒化物層の上には、ロール塗布等で被成された張力絶縁被膜層が存在している。なお、図３には、比較として、従来の方向性電磁鋼板（製品板）の被膜断面を示したが、フォルステライト被膜と地鉄の界面にはアンカーとなる凹凸が形成されている。
また、上記のようにして得た本発明の方向性電磁鋼板は、優れた鉄損特性を有するが、さらに鉄損特性を向上するためには、磁区細分化処理を施すことが好ましい。磁区細分化の方法としては、最終冷間圧延以降のいずれかの工程で鋼板表面の板幅方向に溝を形成したり、あるいは、張力絶縁被膜を被成後の鋼板表面の板幅方向にレーザーや電子ビームを照射して、線状または点列状の熱ひずみを導入したりする公知の方法を用いることができる。
Ｃ：０．０５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０３ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％およびＳｅ：０．０１ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鋼素材を、１４２０℃の温度に加熱した後、熱間圧延し、１０００℃×６０ｓの熱延板焼鈍を施した後、中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延により最終板厚０．２３ｍｍの冷延板とした。
次いで、上記冷延板に脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施して、Ｃを０．００２ｍａｓｓ％以下まで低減した後、表１に示す成分組成のＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布、乾燥し、その後、二次再結晶させた後、１２００℃×２０ｈｒの純化処理する仕上焼鈍を施した。なお、実験に先立ち、表１に示した焼鈍分離剤に添加した酸化物（助剤）は、Ｉｎ２Ｏ３（融点：１９１０℃）を除き、すべての酸化物が、１１５０℃未満の融点であることを確認している。
次いで、上記のようにして得た仕上焼鈍後の鋼板表面から焼鈍分離剤を水洗ブラシで除去した後、鋼板表面（地鉄表面）をＸ線回折してフォルステライトの形成有無を判定し、フォルステライトの形成無しと認められたものについては、レーザー顕微鏡を用いて、鋼板表面のＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に規定された算術平均粗さＲａを測定した。
その後、フォルステライトの形成無しと認められた鋼板表面の地鉄上に、ＰＶＤ法を用いて厚さ０．２μｍのＴｉＮ被膜を成膜した。なお、上記ＰＶＤ法としては、イオンプレーティング法を用い、温度：４５０℃、圧力：３Ｐａ、バイアス電圧：−２０Ｖで成膜を行った。
その後、上記ＴｉＮ被膜上に、リン酸塩とコロイダルシリカを主成分とするコーティング薬液をロール塗布し、乾燥した後、窒素雰囲気中で、８５０℃×１５秒の焼鈍を施し、厚さ２μｍの珪リン酸ガラスからなる張力絶縁被膜を被成した。
さらに、その後、窒素雰囲気中で、８００℃×３ｈｒの歪取焼鈍を行った。
次いで、上記冷延板に脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施して、Ｃを０．００２ｍａｓｓ％以下まで低減した後、表１に示す成分組成のＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布、乾燥し、その後、二次再結晶させた後、１２００℃×２０ｈｒの純化処理する仕上焼鈍を施した。なお、実験に先立ち、表１に示した焼鈍分離剤に添加した酸化物（助剤）は、Ｉｎ２Ｏ３（融点：１９１０℃）を除き、すべての酸化物が、１１５０℃未満の融点であることを確認している。
次いで、上記のようにして得た仕上焼鈍後の鋼板表面から焼鈍分離剤を水洗ブラシで除去した後、鋼板表面（地鉄表面）をＸ線回折してフォルステライトの形成有無を判定し、フォルステライトの形成無しと認められたものについては、レーザー顕微鏡を用いて、鋼板表面のＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に規定された算術平均粗さＲａを測定した。
その後、フォルステライトの形成無しと認められた鋼板表面の地鉄上に、ＰＶＤ法を用いて厚さ０．２μｍのＴｉＮ被膜を成膜した。なお、上記ＰＶＤ法としては、イオンプレーティング法を用い、温度：４５０℃、圧力：３Ｐａ、バイアス電圧：−２０Ｖで成膜を行った。
その後、上記ＴｉＮ被膜上に、リン酸塩とコロイダルシリカを主成分とするコーティング薬液をロール塗布し、乾燥した後、窒素雰囲気中で、８５０℃×１５秒の焼鈍を施し、厚さ２μｍの珪リン酸ガラスからなる張力絶縁被膜を被成した。
さらに、その後、窒素雰囲気中で、８００℃×３ｈｒの歪取焼鈍を行った。
上記のようにして得た歪取焼鈍後の鋼板について、磁束密度Ｂ８および鉄損Ｗ１７／５０ならびに被膜密着性を評価した。
ここで、上記磁束密度Ｂ８および鉄損Ｗ１７／５０は、ＪＩＳ Ｃ２５５０に準拠して測定した。また、被膜密着性は、丸棒に鋼板を巻き付けたときの被膜剥離が生じない最小径（剥離径）を測定し、剥離径が３０ｍｍφ未満であれば、被膜密着性が良好であると評価した。
ここで、上記磁束密度Ｂ８および鉄損Ｗ１７／５０は、ＪＩＳ Ｃ２５５０に準拠して測定した。また、被膜密着性は、丸棒に鋼板を巻き付けたときの被膜剥離が生じない最小径（剥離径）を測定し、剥離径が３０ｍｍφ未満であれば、被膜密着性が良好であると評価した。
上記測定の結果を表１に併記した。
この結果から、仕上焼鈍時の焼鈍分離剤として、酸化物中に占めるＴｌ，Ｂｉ，ＣｄおよびＩｎの元素の合計モル比率が０．１０以上の酸化物を助剤として０．０５〜２０ｍａｓｓ％の範囲で含有する焼鈍分離剤を使用した鋼板は、いずれも仕上焼鈍後の鋼板表面へのフォルステライトの形成がなく、地鉄表面が平滑化（鏡面化）していた。
また、上記平滑化した鋼板の地鉄表面に窒化物ＴｉＮを成膜し、さらにその上に張力絶縁被膜を被成した鋼板は、いずれも歪取焼鈍後の磁束密度Ｂ８が１．９１Ｔ以上で、鉄損Ｗ１７／５０が０．８０Ｗ／ｋｇ未満の優れた磁気特性を有するとともに、歪取焼鈍後の剥離径も２０ｍｍ以下の良好な被膜密着性を有している。したがって、本発明の方向性電磁鋼板は、磁気特性と被膜密着性とを両立していることがわかる。
この結果から、仕上焼鈍時の焼鈍分離剤として、酸化物中に占めるＴｌ，Ｂｉ，ＣｄおよびＩｎの元素の合計モル比率が０．１０以上の酸化物を助剤として０．０５〜２０ｍａｓｓ％の範囲で含有する焼鈍分離剤を使用した鋼板は、いずれも仕上焼鈍後の鋼板表面へのフォルステライトの形成がなく、地鉄表面が平滑化（鏡面化）していた。
また、上記平滑化した鋼板の地鉄表面に窒化物ＴｉＮを成膜し、さらにその上に張力絶縁被膜を被成した鋼板は、いずれも歪取焼鈍後の磁束密度Ｂ８が１．９１Ｔ以上で、鉄損Ｗ１７／５０が０．８０Ｗ／ｋｇ未満の優れた磁気特性を有するとともに、歪取焼鈍後の剥離径も２０ｍｍ以下の良好な被膜密着性を有している。したがって、本発明の方向性電磁鋼板は、磁気特性と被膜密着性とを両立していることがわかる。
本発明の技術は、金属の表面処理、特に薄鋼板の表面処理にも適用することができる。
Claims (4)
- Ｓｉ含有鋼スラブを熱間圧延して熱延板とし、熱延板焼鈍した後または熱延板焼鈍することなく、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延して最終板厚の冷延板とし、該冷延板に一次再結晶焼鈍または脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布、乾燥し、仕上焼鈍するフォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板の製造方法において、上記焼鈍分離剤として、ＭｇＯを主成分とし、助剤として融点が１１５０℃以下の酸化物を０．０５〜２０ｍａｓｓ％の範囲で含有するものを用いることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記助剤は、酸化物中に占めるＴｌ，Ｂｉ，ＣｄおよびＩｎの元素の合計モル比率が０．１０以上のものであることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記仕上焼鈍後、フォルステライト被膜を有しない鋼板の地鉄表面に、窒化物または炭窒化物からなる被膜を成膜した後、さらに、上記窒化物または炭窒化物からなる被膜の上に張力絶縁被膜を被成することを特徴とする請求項１または２に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記窒化物は、ＴｉＣｒＮおよびＡｌＣｒＮのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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