JP2752682B2 - 磁気特性の優れた方向性けい素鋼板の製造方法 - Google Patents

磁気特性の優れた方向性けい素鋼板の製造方法

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、磁気特性の優れた方向性けい素鋼板の製
造方法に関するものである。
方向性けい素鋼板は主として変圧器その他の電気機器
の鉄心として利用され、その磁化特性がすぐれているこ
と、とくに鉄損(W17/50で代表される)が低いことが
要求されている。
そのためには第一に、鋼板中の2次再結晶粒の<111
>方位を圧延方向に高度を揃えることが必要であり、第
二には、最終製品の鋼中に存在する不純物や析出物をで
きるだけ減少させる必要がある。かかる配慮の下に製造
された方向性けい素鋼板は、今日まで多くの改善努力に
よってその鉄損は年を追って改善され、最近では板厚0.
30mmの製品でW17/50の値が1.05W/Kg以下、また板厚0.2
3mmではW17/50:0.90W/kg以下の低鉄損のものも得られ
ている。
しかしながら数年前のエネルギー危機を境にして、電
力損失のより少ない電気機器を求める傾向が一段と強ま
り、それらの鉄心材料としてさらに鉄損の低い方向性け
い素鋼板が要求されるようになっている。
(従来の技術) ところで方向性けい素鋼板の鉄損を下げる手法として
は、Si含有量を高める、製品板厚を薄くする、2次再結
晶粒の粒径を細かくする、不純物含有量を低減する、そ
して(110)〔001〕方位の2次再結晶粒をより高度に揃
えるなど、主に冶金学的方法が一般的に知られている
が、これらの手法は現行の生産手段のうえからはもはや
限界に達していてこれ以上の改善は極めて難しく、たと
え多少の改善が認められたとしても、その努力の割りに
は鉄損改善の実効は僅かとなるに到っていた。
また特公昭54−23647号公報に開示されているよう
に、鉄板表面に2次再結晶阻止領域を形成させることに
より、2次再結晶粒を細粒化させる方法も提案されてい
る。しかしながらこの方法は2次再結晶粒の粒径制御が
不安定なため、実用的とは言い難い。
その他特公昭58−5968号公報には、2次再結晶後の鋼
板の表面にボールペン状小球により微小歪を鋼板表面に
導入することで磁区の幅を細分化し、鉄損を低減する技
術が、また特公昭57−2252号公報には、最終製品板表面
に圧延方向とほぼ直角方向にレーザービームを数mm間隔
で照射し、鋼板表層に高転位密度領域を導入することに
より、磁区の幅を細分化し、鉄損を低減する技術が提案
されている。さらに特開昭57−188810号公報には、放電
加工により鋼板表層に微小歪を導入し、磁区幅を細分化
し、鉄損を低減する同様の技術が提案されている。これ
ら3種の方法はいずれも、2次細結晶後の鋼板の地鉄表
面に微小な塑性歪みを導入することにより、磁区幅を細
分化し、もって鉄損の低減を図るものであって、均しく
実用的であり、かつ鉄損低減効果も優れているが、鋼板
の打ち抜き加工、せん断加工、巻き加工などの後の歪取
り焼鈍や、コーティングの焼付け処理のような熱処理に
よって、塑性歪み導入による効果が減殺される欠点を伴
う。なおコーティング処理後に微小な塑性歪みの導入を
行う場合は、絶縁性を維持するために絶縁コーティング
の再塗布を行わなければならず、歪み付与工程、再塗布
工程と、工程の大幅増加になり、コストアップを招く。
またこれらの技術とは別に特公昭52−24499号公報や
特公昭56−4150号公報には、仕上げ焼鈍後のけい素鋼板
表面を鏡面仕上げすること、また鏡面仕上げ表面上に金
属薄めっきを施すことが開示され、さらにその上に絶縁
被膜を塗布、焼き付けすること、あるいは平滑仕上げ後
の表面にセラミックを被成することについての開示もあ
る。
しかしながら上記の技術はいずれも、実際に工業的な
プロセスに適用するには著しい困難があり、大量生産に
利用されるまでには到っていない。なぜなら鏡面仕上げ
や平滑仕上げを化学研磨または電解研磨で行った場合に
はコストの上昇が著しいからである。さらにもう一つの
大きな理由は、鏡面仕上げ表面に絶縁被膜を焼き付けた
場合、板面と被膜との間の密着成が極めて不安定なこと
である。密着性不良に伴う絶縁被膜のはく離は、トラン
スの破壊の原因ともなりうるので許容できない欠陥の一
つである。なお密着性の良好な被膜として有機質被膜が
考えられるが、かかる有機質被膜は鏡面化した表面に圧
縮応力を及ぼして磁気特性の大幅な劣化を招くだけでな
く、耐熱性もないので実使用には供し得ない。その他ガ
ラス質のコーティングは、鋼板表面に圧縮応力を及ぼし
て磁気特性を劣化させるだけでなく、密着性も悪いた
め、やはり使用に耐え得ない。
(発明が解決しようとする課題) この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、鋼
板表面を平滑化して磁気特性の向上を図り、しかもその
上に絶縁被膜を被成した場合であっても磁気特性の劣化
を招くことのない、方向性けい素鋼板の有利な製造方法
を提案することを目的とする。
(課題を解決するための手段) すなわちこの発明は、2次再結晶焼鈍の方向性けい素
鋼板に、水溶性のハロゲン化物を1種以上含む水溶液中
での電解による平滑化処理を施したのち、該平滑化表面
に可とう性を有する無機物ポリマーのコーティングを施
すことからなる磁気特性の優れた方向性けい素鋼板の製
造方法であり、とくに可とう性を有する無機物ポリマー
のコーティングとしては、けい素鋼板の表面に張力を付
加し得る張力付与型コーティングが好適である。
以下、この発明を具体的に説明する。
この発明の特徴の一つであるハロゲン化物による電解
処理で得られる表面は、いわゆる鏡面ではなく、独特な
網目状文様を呈する方向性けい素鋼板に特有の面である
が、かかる網目状面は、鏡面のように小さな粗度(Raで
0.4μm以下望ましくは0.1μm以下)を有していなくて
も、磁気特性とくに鉄損特性を低下させることができ
る。
第1図に、方向性けい素鋼板の表面を種々の研磨法で
平滑化した場合における鉄損特性の改善効果について調
査した結果を比較して示す。
同図より明らかなように、ハロゲン化物水溶液の一例
であるNaCl水溶液中で電解処理した場合、鏡面化表面が
得られてなくても鉄損改善効果は著しい。
しかも上記のハロゲン化物水溶液による電解処理は、
従来法であるりん酸とクロム酸の混合液による電解研磨
処理やふっ酸過酸化水素混合液による化学研磨処理に比
較して、格段にコストを低減できるだけでなく環境汚染
のおそれが小さくなるので、工業的により有利な手段で
ある。
また方向性けい素鋼板の表面には、通常、絶縁被膜が
被成されるが、鏡面研磨法によって得た表面には、通常
方向性けい素鋼板に施されるりん酸縁系の絶縁コーティ
ングが密着性良く被成できないのは、前述したとおりで
ある。
この発明の第二の知見は、可とう性を有する無機物ポ
リマーのコーティングを施すことによって、密着性、耐
熱性および磁性劣化の3つの問題点を一挙に解決できる
ことである。
ここに可とう性を有する無機物ポリマーとしては、ボ
ロン、シリコン、酸素のポリマーであるボロシロキサン
系ポリマーがとりわけ有利に適合する。
すなわちボロシロキサン樹脂においては、B−O結
合、Si−O結合の結合エネルギーが大きいため、耐熱性
に富み、この点他の可とう性のある耐熱型のポリマーで
あるポリイミド等では歪取り焼鈍温度である800℃付近
の温度では耐え得ない。
第2図に、2次再結晶焼鈍後の方向性けい素鋼板を、
NaCl水溶液中で電解による平滑化処理を施したのち、該
平滑化表面に種々の絶縁コーティングを施したときの、
磁気特性の改善効果について調査した結果をまとめて示
す。なお図中●印は絶縁コート成膜後の磁気特性、また
○印はさらに800℃、3時間の歪取り焼鈍を施した後の
磁気特性、さらに印は歪取り焼鈍の際にコーティング
がはく離したことを示す。
同図より明らかなように、この発明に従う無機物ポリ
マーを被成した場合に、とりわけ良好な改善効果が得ら
れている。なおこの発明コートのうち配合Aは非張力
型、一方配合Bは張力型のものである。
(作 用) この発明では、2次再結晶焼鈍後の方向性けい素鋼板
全てを対象とする。というのは対象素材が2次再結晶組
織になるけい素鋼板であれば、使用インヒビターおよび
加工履歴の如何を問わず、この発明の効果に本質的な差
異はないからである。
ところで2次再結晶焼鈍後の鋼板表面は、通常、酸化
物で覆われているので、必要に応じかかる酸化物は酸洗
又は低歪機械研磨によって除去する。なお2次再結晶焼
鈍時に焼鈍分離剤としてAl2O3などの反応性が低いもの
を用いた場合には、特別の除去処理は不要である。
さて2次再結晶後のけい素鋼板の面は凹凸が著しく、
磁壁の移動を妨げる。これが鉄損わけてもヒステリシス
損の増大を招く大きな原因である。
そこでこの発明では、水溶性のハロゲン化物浴中にて
電解処理を施し、かかる凹凸を緩和することによって鉄
損を低下させる。ここに上記の電解処理は、いわゆる鏡
面を達成するものではないが、独特の網目状文様を呈す
る表面(電解エッチングの際に得られるグレイニング
(graining)面に酷似しているので、以下グレイニング
様面という)を形成することにより、磁性的には磁壁の
移動に対して抵抗の非常に小さい“磁気的に平滑”な面
とすることができるのである。
ここで水溶性のハロゲン化物とは、HCl,NH4Clおよび
各種金属の塩化物またはF,Br,Iを陰イオンとする酸,そ
のアルカリ,アルカリ土類,その他の金属塩類およびア
ンモニウム塩のうち水溶性のもの、さらにはほうふっ化
物(BF4塩)およびけいふっ化物(SiF4塩)のうちの水
溶性のものを意味する。その代表例を例示すると、HCl,
NaCl,KCl,NH4Cl,MgCl2,CaCl2,AlCl3,HF,NaF,KF,NH4F,HB
r,NaBr,KBr,MgBr2,CaBr2,NH4Br,HI,NaI,KI,NH4I,CaI2,M
gI2,H2SiF6,MgSiF6,(NH42SiF6,HBF4,NH4BF4およびNa
BF4などである。
これらはいずれも{110}面を有する仕上げ焼鈍後の
方向性けい素鋼板に対して磁気的平滑化効果をもつもの
であるが、実操業においては陰極への金属析出の防止な
どを考慮して、これらの中から適宜選択することが望ま
しい。またその濃度は、浴の電気伝導度を確保するうえ
から20g/以上とすることが望ましい。なお上記の組成
および濃度からしてこの発明では、処理液として海水の
利用も可能である。
次にこの発明では、上記のようにして得たグレイニン
グ様面に可とう性を有する無機物ポリマーのコーティン
グを施す。ここに可とう性を有する無機物ポリマーとし
ては、B,Siおよび酸素の結合基を有するポリマーが有利
に適合し、とくにボロシロキサン樹脂、シリコーン樹脂
および無機質フィラーからなるコーティング材が好適で
ある。
好適配合割合を例示すると、ボロシロキサン樹脂:100
重量部に対してシリコーン樹脂:5部およびカオリナイ
ト:30重量部を添加配合したものである。なお鋼板に対
し張力を付与しうる張力付与コーティングとするために
は、上記の樹脂に対してコロイド状シリカを10重量部以
上配合すればよい。
かくして平滑化処理後の鋼板表面に、密着性に優れる
のはいうまでもなく、耐熱性に富み、しかも磁性劣化を
伴うことのない絶縁コーティングを効果的に被成するこ
とができるのである。
なお通常の有機系コーティングは耐熱性に富むもので
も300℃以上の連続焼鈍においては分解するので、800℃
以上の歪取り焼鈍を必要とする巻トランスコア用素材と
して用いることはできない。またセラミック系のコーテ
ィングは、耐熱性は有するものの、可とう性がないので
曲げによってはく離を生じる。
(実施例) Si:3.3%を含有し、板厚:0.23mmで、鉄損W17/50が0.
91W/Kgの方向性けい素鋼板を素材として用いた。
この素材に対して表1に示す種々のハロゲン化物浴中
で電解による表面平滑化処理を施した。この処理におい
ては各溶液とも電流密度を100A/dm2とし、それぞれ約4
μm程度減厚した。
ついで同じく表1に示す種々の絶縁コーティングを施
した。ここに発明例として用いたコーティングのうち非
張力系のコーティングは、ボロシロキサン:100重量部に
対しシリコン樹脂:80重量部、カオリン:20重量部を配合
したもの(配合Aコート)で、ロールコーターで塗布後
500℃で焼き付けた。一方張力系のコーティングは、さ
らにコロイダルシリカを8重量部加えたもの(配合Bコ
ート)で、同じくロールコーターで塗布後、500℃およ
び800℃短時間の2段焼き付けを行った。また比較のた
めに塗布したりん酸塩コートは、コロイダルシリカ:20
%、りん酸マグネシウム:30%、無水クロム酸:2%の張
力付与型りん酸塩系コーティング液をロールコーターで
塗布後800℃で短時間焼き付けた。さらに低融点ガラス
コートとしては、PbOを主体とする鉛ガラスを塗布後700
℃で焼き付けた。またさらにエポキシ樹脂は、塗布後50
℃で乾燥させた。
その後各試料に対し800℃,3時間の歪取り焼鈍を施し
た。
かくして得られた各製品のコーティング後および歪取
り焼鈍後の鉄損値ならびに被膜密着性について調べた結
果を、表1に併記する。
なお被膜密着性は、焼鈍後の試料を20mmφの棒に巻き
つけたときの被膜はく離の有無で判断した。
同表より明らかなように、この発明に従い、ハロゲン
化物浴中で電解処理したのち、可とう性を有する無機物
ポリマーのコーティングを施した場合はいずれも、優れ
た鉄損特性とともに良好な被膜密着性が得られている。
これに対し、りん酸塩コート、エポキシ樹脂コートお
よび低融点ガラスコートを施した場合はいずれも、鉄損
特性および被膜密着性とも十分とは言い難かったた。
(発明の効果) かくしてこの発明によれば、鉄損特性はいうまでもな
く被膜密着性に優れた方向性けい素鋼板を安価に得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、方向性けい素鋼板の表面を種々の研磨法で平
滑化した場合における鉄損特性の改善効果を比較して示
したグラフ、 第2図は、2次再結晶焼鈍後の方向性けい素鋼板を、Na
Cl水溶液中で電解処理したのち、その表面に種々の絶縁
コーティングを施したときの、磁気特性の改善効果を比
較して示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上 力 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2次再結晶焼鈍後の方向性けい素鋼板に、
    水溶性のハロゲン化物を1種以上含む水溶液中での電解
    による平滑化処理を施したのち、該平滑化表面に可とう
    性を有する無機物ポリマーのコーティングを施すことを
    特徴とする磁気特性の優れた方向性けい素鋼板の製造方
    法。
  2. 【請求項2】可とう性を有する無機物ポリマーのコーテ
    ィングが、けい素鋼板の表面に張力を付加する張力付与
    型コーティングである請求項1記載の製造方法。
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