JP2020111814A - 方向性電磁鋼板及び方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
[2]前記鉄系酸化物層は、マグネタイト、ヘマタイト及びファイアライトを主成分とする層であり、前記張力付与絶縁被膜は、リン酸塩及びコロイダルシリカを主たる素材とする被膜である、[1]に記載の方向性電磁鋼板。
[3]前記母材鋼板の厚みが、0.27mm以下である、[1]又は[2]に記載の方向性電磁鋼板。
[4]表面に無機質系被膜を有しない仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板を用い、当該方向性電磁鋼板の表面を洗浄した後、硫酸、硝酸、及び、リン酸の1種又は2種以上を含有する、合計の酸濃度が2〜30%であり、かつ、液温が70℃以上の混合溶液を前記方向性電磁鋼板の表面に塗布し、当該方向性電磁鋼板を、酸素濃度が1〜21体積%であり、かつ、露点が−20〜30℃である雰囲気中において、鋼板温度700〜900℃で5〜60秒間加熱処理し、加熱処理後の前記方向性電磁鋼板の表面に張力付与絶縁被膜を形成する、方向性電磁鋼板の製造方法。
[5]前記仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板は、2〜7質量%のSiを含有する鋼片を熱間圧延し、必要に応じて焼鈍を施し、1回の冷間圧延又は中間焼鈍を含む2回以上の冷間圧延を施し、脱炭焼鈍を施した後に、焼鈍分離剤として、MgOとAl2O3の混合物にビスマス塩化物を含有させたもの、又は、MgOとAl2O3の混合物にビスマス化合物と金属の塩素化合物を含有させたものを塗布して乾燥させた後、仕上げ焼鈍を施したものである、[4]に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
まず、図1〜図2を参照しながら、本発明の実施形態に係る方向性電磁鋼板について、詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の構造の一例を模式的に示した説明図である。図2は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板について説明するための説明図である。
一般に、方向性電磁鋼板には、その鋼成分としてケイ素(Si)が含有されるが、鋼成分であるケイ素元素は極めて酸化されやすいため、脱炭焼鈍後の鋼板表面には、ケイ素元素を含有する酸化被膜(より詳細には、シリカを主成分とする酸化被膜)が形成される。脱炭焼鈍後の鋼板表面に対し焼鈍分離剤を塗布した後、鋼板をコイル状に巻き取り、仕上げ焼鈍が行われる。通常の方向性電磁鋼板の製造方法では、MgOを主成分とする焼鈍分離剤が用いられることで、仕上げ焼鈍中に、MgOと鋼板表面の酸化被膜とが反応して、フォルステライト(Mg2SiO4)を主成分とする無機質系被膜が形成される。しかしながら、本実施形態に係る方向性電磁鋼板1では、上記のような無機質系被膜を表面に有する方向性電磁鋼板ではなく、無機質系被膜を表面に有しない方向性電磁鋼板が、母材鋼板11として用いられる。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板1の表面には、張力付与絶縁被膜13が位置している。かかる張力付与絶縁被膜13は、方向性電磁鋼板に電気絶縁性を付与することで渦電流損を低減して、方向性電磁鋼板の鉄損を向上させる。また、張力付与絶縁被膜13は、上記のような電気絶縁性以外にも、耐蝕性、耐熱性、すべり性といった種々の特性を実現する。
鉄系酸化物層15は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板1において、母材鋼板11と張力付与絶縁被膜13との間の中間層として機能する層であり、鉄系酸化物を主体とする。かかる鉄系酸化物層15は、例えば、マグネタイト(Fe3O4)、ヘマタイト(Fe2O3)、ファイアライト(Fe2SiO4)等の鉄系酸化物を主成分とする層である。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板1において、母材鋼板11の厚み(図1における厚みd)は、特に限定されるものではなく、例えば、0.27mm以下とすることができる。一般に、方向性電磁鋼板において、鋼板の厚みが薄くなるほど張力付与絶縁被膜の密着性が低下することが多い。しかしながら、本実施形態に係る方向性電磁鋼板1では、上記のような鉄系酸化物層15が設けられることで、厚みdが0.27mm以下となる場合であっても張力付与絶縁被膜13の優れた密着性を保持することができる。
続いて、図3を参照しながら、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法について、詳細に説明する。図3は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法の流れの一例を示した流れ図である。
ここで、表面処理に際して用いられる酸性混合溶液は、硫酸、硝酸、及び、リン酸の1種又は2種以上を含有し、合計の酸濃度が2〜30質量%である、液温が70℃以上の混合溶液である。このような酸性混合溶液を用いて鋼板表面を軽くエッチングすることで、鋼板表面にエッチピットが形成され、更に、通常では得られない活性な表面状態を生成することが可能となる。鋼板表面に形成されるエッチピットが、図2に模式的に示したような微細構造17となる。
また、上記のような鉄系酸化物層を形成するために、酸素濃度が1〜21体積%であり、かつ、露点が−20〜30℃である雰囲気中において、鋼板温度700〜900℃で5〜60秒間、表面処理後の方向性電磁鋼板を加熱処理することを、加熱処理の条件とする。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法において、張力付与絶縁被膜の形成工程については、特に限定されるものではなく、下記のような公知の絶縁被膜処理液を用いて、公知の方法により処理液の塗布及び乾燥を行えばよい。鋼板表面に張力付与絶縁被膜を形成することで、方向性電磁鋼板の磁気特性を更に向上させることが可能となる。
質量%で、C:0.08%、Si:3.23%、Al:0.028%、N:0.008%を含み、残部がFe及び不純物である鋼片(ケイ素鋼スラブ)を鋳造し、得られた鋼片を加熱後に熱間圧延して、板厚2.2mmの熱延鋼板とした。鋼板温度1100℃で5分間焼鈍した後、板厚0.22mmまで冷間圧延し、鋼板温度830℃で脱炭焼鈍を行った。その後、MgOとAl2O3を主成分とし、ビスマス塩化物であるBiOClを10質量%含有する焼鈍分離剤を、脱炭焼鈍後の冷延鋼板の表面に塗布した後に乾燥させて、鋼板温度1200℃で20時間の仕上げ焼鈍を行った。仕上げ焼鈍後に水洗して、余剰の焼鈍分離剤を取り除いたところ、鋼板表面には、無機質系被膜は形成されていなかった。
質量%で、C:0.08%、Si:3.25%、Al:0.025%、N:0.008%、Bi:0.005%、Mn:0.08%、Se:0.020%を含み、残部がFe及び不純物である鋼片(ケイ素鋼スラブ)を鋳造し、得られた鋼片を加熱後に熱間圧延して、板厚2.2mmの熱延鋼板とした。鋼板温度1100℃で5分間焼鈍した後、板厚0.22mmまで冷間圧延し、鋼板温度830℃で脱炭焼鈍を行った。その後、MgOとAl2O3を主成分とし、ビスマス塩化物であるBiCl3を5%含有する焼鈍分離剤を、脱炭焼鈍後の冷延鋼板の表面に塗布した後に乾燥させて、鋼板温度1200℃で20時間の仕上げ焼鈍を行った。仕上げ焼鈍後に水洗して、余剰の焼鈍分離剤を取り除いたところ、鋼板表面には、無機質系被膜は形成されていなかった。
質量%で、C:0.08%、Si:3.21%、Al:0.027%、N:0.008%を含み、残部がFe及び不純物である鋼片(ケイ素鋼スラブ)を鋳造し、得られた鋼片を加熱後に熱間圧延して、板厚2.2mmの熱延鋼板とした。鋼板温度1100℃で5分間焼鈍した後、板厚0.22mmまで冷間圧延した。得られた冷延鋼板を、昇温速度400℃/秒で鋼板温度850℃まで昇温した後、脱炭焼鈍を行った。その後、MgOを主成分とし、TiO2を5質量%含有する焼鈍分離剤を、脱炭焼鈍後の冷延鋼板の表面に塗布した後に乾燥させて、鋼板温度1200℃で20時間の仕上げ焼鈍を行った。仕上げ焼鈍後に水洗して、余剰の焼鈍分離剤を取り除いたところ、鋼板表面には、フォルステライトを主体とする無機質系被膜が形成されていた。そこで、得られた鋼板に対して硫フッ酸処理を行い、完全に無機質系被膜を除去した。
なお、上記実験例1〜実験例3において、張力付与絶縁被膜の密着性は、以下のようにして評価した。まず、各方向性電磁鋼板から、幅30mm×長さ300mmのサンプルを採取し、800℃で2時間、窒素気流中で歪取り焼鈍後、10mmφの円柱を用いた曲げ密着試験を行い、張力付与絶縁被膜の剥離度合いに応じて評価を行った。評価基準は、以下の通りであり、評点A及び評点Bを合格とした。
評点A:剥離無し
B:殆ど剥離していない
C:数mmの剥離が見られる
D:1/3〜1/2の剥離が見られる
E:全面剥離
11 母材鋼板
13 張力付与絶縁被膜
15 鉄系酸化物層
17 微細構造(エッチピット)
Claims (5)
- 母材鋼板と、張力付与絶縁被膜とを備える方向性電磁鋼板において、
前記張力付与絶縁被膜が、前記方向性電磁鋼板の表面に存在し、
前記母材鋼板と前記張力付与絶縁被膜との間に、厚みが100〜500nmの鉄系酸化物層が存在する、方向性電磁鋼板。 - 前記鉄系酸化物層は、マグネタイト、ヘマタイト及びファイアライトを主成分とする層であり、
前記張力付与絶縁被膜は、リン酸塩及びコロイダルシリカを主たる素材とする被膜である、請求項1に記載の方向性電磁鋼板。 - 前記母材鋼板の厚みが、0.27mm以下である、請求項1又は2に記載の方向性電磁鋼板。
- 表面に無機質系被膜を有しない仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板を用い、
当該方向性電磁鋼板の表面を洗浄した後、硫酸、硝酸、及び、リン酸の1種又は2種以上を含有する、合計の酸濃度が2〜30%であり、かつ、液温が70℃以上の混合溶液を前記方向性電磁鋼板の表面に塗布し、当該方向性電磁鋼板を、酸素濃度が1〜21体積%であり、かつ、露点が−20〜30℃である雰囲気中において、鋼板温度700〜900℃で5〜60秒間加熱処理し、
加熱処理後の前記方向性電磁鋼板の表面に張力付与絶縁被膜を形成する、方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板は、2〜7質量%のSiを含有する鋼片を熱間圧延し、必要に応じて焼鈍を施し、1回の冷間圧延又は中間焼鈍を含む2回以上の冷間圧延を施し、脱炭焼鈍を施した後に、焼鈍分離剤として、MgOとAl2O3の混合物にビスマス塩化物を含有させたもの、又は、MgOとAl2O3の混合物にビスマス化合物と金属の塩素化合物を含有させたものを塗布して乾燥させた後、仕上げ焼鈍を施したものである、請求項4に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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