JP2773886B2

JP2773886B2 - １次皮膜のない方向性電磁鋼板の黒化処理方法

Info

Publication number: JP2773886B2
Application number: JP5868289A
Authority: JP
Inventors: 元治中村; 高英島津
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JPH02236267A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はシールド用鋼板として用いられる各種用途、
例えば、TVブラウン管用シールド材、小型モーター用シ
ールドケース、電源トランス用などに利用されている通
称カラー電磁鋼板と呼ばれる鋼板の処理方法に関する。

（従来の技術）一般に、磁気シールド鋼板として要求される品質の基
本は、シールド性、即ち透磁率であるが、鋼板は様々な
形の部品に加工されるため、皮膜特性の耐蝕性、皮膜密
着性、加工性、溶接性なども必要である。

このうち、特に磁気シールド性が強く要求される場合
は、通常磁束を通し易い方向性電磁鋼板が使用されてい
る。この方向性電磁鋼板とは、二次再結晶を利用して結
晶の容易磁化方向＜001＞を圧延方向に揃えたもので、
優れた透磁率を有しているが、加工後の皮膜密着性が悪
い。

なぜなら、二次再結晶焼鈍に高温長時間の熟熱が必要
なため、箱焼鈍時の鋼板焼付き防止のために塗布したMg
Oと鋼板表層に生成したSiO₂が反応して、フォルステラ
イトを形成するが、この１次皮膜が加工部で剥がれるた
めである。

従って、現状のカラー電磁鋼板は加工密着性を向上さ
せるため、酸洗等により１次皮膜を除去させて金属光沢
の鋼板表面にした後、ペイントなどの塗装や鍍金によ
り、耐蝕性、加工密着性を得ている。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上記の１次皮膜の除去や、ペイント塗装・
乾燥、鍍金は作業コストがかかるという難点があった。

本発明はこの点に鑑み、１次皮膜のない方向性電磁鋼
板を造り、そして製造側の最終ラインで、黒化処理を施
す技術を提供する。

（課題を解決するための手段）本発明は仕上焼鈍を施した１次皮膜のない方向性電磁
鋼板を、酸化性ガス雰囲気中で300〜750℃まで昇温する
過程で表面にFe₃O₄が主体の酸化膜をまず成形せしめ、
しかるのちに非酸化性ガス雰囲気中で650℃以上の均熱
処理を実施後、非酸化性ガス雰囲気で冷却することによ
り、最終的にFeOが主体の密着性に優れた黒化膜を形成
することを特徴とする１次皮膜のない方向性電磁鋼板の
黒化処理方法である。

以下、本発明の内容を詳細に説明する。

まず、１次皮膜を形成させない方法について説明す
る。

周知の如く、方向性電磁鋼板の１次皮膜（グラス皮
膜）は、脱炭焼鈍時に形成された表面酸化膜中のSiO
₂と、MgOを主成分とする焼鈍分離剤とが高温仕上焼鈍過
程で反応して生成したフォルステライト（2MgO・SiO₂）
である。

この１次皮膜は、折り曲げや絞り加工時に、簡単に剥
離してしまう。従って、かかる１時皮膜を形成させない
ためには、例えば、特開昭54−106009号公報に示されて
いる如く、Al₂O₃粉体を焼鈍分離剤として用いて静電塗
装方式で鋼板表面に付着させる方法、MgO中にアルカリ
金属又はアルカリ土類金属の塩化物を配合した焼鈍分離
剤を用いる方法等を採用するものである。

その他、方向性電磁鋼板の製造プロセスで形成された
１時皮膜を酸洗などの方法により除去することもでき
る。

次に、１次皮膜のない方向性電磁鋼板に対する黒化処
理方法について説明する。

この黒化処理は、部品への加工の前に実施するため、
加工時の黒化膜の密着性が特に重要である。なお、１次
皮膜が付いたままの鋼板表面は、酸化しないので黒化処
理ができない。

１次皮膜のない方向性電磁鋼板を黒化処理する際、鋼
板の酸化の温度は300〜750℃が必要で、時間は５〜300
秒が望ましい。300℃未満では、酸化膜が薄くムラがで
き、耐錆性が落ちる。一方、750℃を超えると密着性が
劣化する。

なお、時間については５〜300秒が望ましく、５秒未
満になると、酸化に要する時間が短すぎ、均質な膜が得
られない。時間を長くする分には、酸化膜の品質上の問
題は殆どないが、経済的な面から300秒程度が上限であ
る。

酸化性ガス雰囲気については、とくに限定するもので
ないが、以下の条件が好ましい。酸化性ガス雰囲気と
は、O₂:0.2〜21容量％、CO₂:2〜25容量％またはH₂O:露
点で10〜60℃の１〜３種を利用し、残りをN₂またはArな
どの不活性ガスとするか、還元性ガスのH₂,COなども可
能である。但し、H₂,COを用いる場合はPH₂O/PH₂が0.25
以上、PCO₂/PCOが1.2以上が、それぞれ酸化のために必
要である。

O₂,CO₂とH₂Oの数量の限界値に関し、全て下限を下回
ると、酸化膜の平均厚みが0.5μｍ以下と薄すぎて、耐
錆性が劣化すると共に、酸化膜のない部分が発生するた
め問題となってくる。一方、上限を超えると、酸化膜の
地鉄に対する密着性が劣化し、プレス加工時に酸化膜剥
がれが起き易い。

なお、O₂は21％を超えて制御しようとすると、O₂ガス
を炉内に投入する必要があるので、工業的には難がある
ため21％以下が好ましい。工業的には、直火バーナーで
加熱するのが簡便で、O₂,H₂O,CO₂を併用することができ
る。この時に、３種の酸化性ガス分量の少なくとも１種
が、上記容量％範囲に入っていることが望ましい。

以上の如く鋼板表面は300〜750℃で酸化されFe₃O₄が
形成されるが、その後、更に高温まで昇温させ、FeOに
変態させる必要があるが、この時は非酸化性雰囲気中で
焼鈍される。なぜなら750℃以上の高温での均熱時に鋼
板が追加酸化されると、酸化膜の密着性が著しく劣化す
るためである。また、Fe₃O₄をFeOに変態させるには、65
0℃以上の温度が必要である。

ここで、非酸化性雰囲気とは、N₂またはArなどの不活
性ガスを主成分とし、酸化性ガスのO₂が0.2％未満、H₂O
が露点換算で10℃以下で、且つCO₂が２％未満であるこ
とが望まれる。または、CO,H₂などの還元性ガスを含ん
でも良いが、PH₂O/PH₂が0.25未満、PCO₂/PCOが1.2未満
であることが好ましい。理由は、高温での追加酸化を抑
制させるためである。

なお、連続焼鈍炉の構造によっては予熱帯と加熱帯、
または加熱帯と均熱帯の間の雰囲気を遮断するために、
ゾーン毎に炉が離れているケースがある。この時に、鋼
板がそれらの炉の分離部分で、短時間ではあるが直接大
気に触れるケースがある。この時の酸化については、75
0℃以下の温度であれば殆ど問題にはならない。

冷却の時の雰囲気は、均熱と同じ非酸化性ガスとする
ことによって酸化を防がねばならない。冷却時に生成す
る酸化物は、密着性の悪いFe₃O₄のためである。なお、
冷却速度も配慮が必要で10℃/sec以上が望ましい。10℃
/secより遅いとFe₃O₄に再び変態するためである。

ところで、雰囲気を上記酸化ガス組成に調整し、鋼板
の温度を300〜750℃まで５〜300秒で昇熱した後に、試
料を急冷してＸ線回折により酸化膜の構造を調べると90
％以上がFe₃O₄（残量がFeOとFe₂O₃）であった。しか
し、これを非酸化性雰囲気中で650℃以上の温度で均熱
すると、Fe₃O₄の80％以上がFeOに変態することが、同じ
Ｘ線回折調査で判明した。このFeOを、非酸化性雰囲気
中で急速冷却すれば、本発明の目的とするFeOを形成す
ることができる。

なお、本発明においてFe₃O₄が相変態したFeOが加工変
形を受けても剥がれない理由は未だ明確でないが、変態
時の酸素原子放出が空孔生成することに関連しての効果
ではないかと推定している。

第１図に、本発明の具体的実施形態の例を模式として
示した。

パターンＡは、350℃まで酸化させ、その後N₂中で加
熱冷却する。パターンＢは、350〜700℃の昇温過程で酸
化し、それ以外の温度範囲をN₂中で行う。パターンＣ
は、700℃までの昇温過程で酸化させ、その後N₂中で加
熱冷却を実施する。

パターンA,B,Cいずれも実施可能であり、加工性、耐
錆性共に良好な酸化膜を有する鋼板が得られる。なお、
酸化性ガスとしては、前述のようにO₂が0.2〜21％、CO₂
が２〜25％またはH₂Oが露点で10〜60℃の１種〜３種を
利用することが可能である。

なお、この黒化処理は経済性を考慮して、仕上焼鈍後
の形状矯正焼鈍と兼ねて実施しても良いし、この後で行
うことも可能である。

（実施例）実施例−１成分組成が重量％で、C:0.0021％、Si:3.1％、Mn:0.5
8％、S:0.0005％、N:0.0003％、Al:0.001％とし残部を
実質的に鉄とする仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板0.3mm厚
の表面１次皮膜を、塩酸酸洗により除去したのち、第１
表の黒化処理を行った。

酸化性ガス雰囲気は、O₂が３％、水蒸気が露点で40
℃、CO₂が９％、COが0.3％で、残りN₂の雰囲気ガスと
し、冷却速度は、約50℃/secとした。

実施No.1は、酸化温度が低すぎて耐錆性が悪い。本発
明の実施No.2,4と６は、耐錆性、密着性共に優れた結果
となった。実施No.3は酸化温度が高すぎて密着性が不
良。実施No.5は、高温での酸化のため酸化膜の密着性が
悪い。実施No.7は、均熱温度が650℃未満のため、Fe₃O₄
酸化膜しか形成されず密着性が悪い。実施No.8は、塩酸
酸洗前の１次皮膜付き鋼板を曲げた例であるが、曲げ部
の膜が全て剥がれた。

なお、実施No.1〜６の酸化膜構造は、すべてFeOで、
実施No.7がFe₃O₄であった。また、実施No.8は、2MgO・S
iO₂である。

実施例−２成分組成が重量％で、C:0.0018％、Si:3.2％、Mn:0.6
5％、S:0.0238％、N:0.0028％、Al:0.002％とし残部を
実質的に鉄とする脱炭焼鈍後の方向性電磁鋼板0.2mm厚
に、焼鈍分離剤としてAl₂O₃の粉体を静電塗装させて巻
き取った。

このコイルを、水素気流中で1200℃で10時間の高温焼
鈍を行い、冷却後にコイルを巻戻し、未反応焼鈍分離剤
を水洗すると、長手方向幅方向均一な金属光沢を有する
表面が得られた。

この鋼板に対して、実施例−１の実施No.6と同じ条件
で黒化処理を行った。

得られた方向性電磁鋼板は、長手方向幅方向均一で綺
麗な黒化膜を有し、且つ、耐錆性、密着性の優れたもの
であった。

以上の如く、本発明の構成要件を満たす黒化処理によ
ってのみ、耐錆性と加工密着性を満足する酸化膜を形成
さすことができた。

（発明の効果）以上の如く本発明によれば、加工に耐える優れた密着
性を持つ黒化皮膜を有する１次皮膜のない方向性電磁鋼
板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施形態の例を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】仕上焼鈍を施した１次皮膜のない方向性電
磁鋼板を、酸化性ガス雰囲気中で300〜750℃まで昇温す
る過程で表面にFe₃O₄が主体の酸化膜を成形せしめ、し
かるのちに非酸化性ガス雰囲気中で650℃以上の均熱処
理を実施後、非酸化性ガス雰囲気で冷却することによ
り、最終的にFeOが主体の密着性に優れた黒化膜を形成
することを特徴とする１次皮膜のない方向性電磁鋼板の
黒化処理方法。