JP2861702B2

JP2861702B2 - 加工性および耐熱性に優れた絶縁皮膜を有する方向性電磁鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2861702B2
Application number: JP2369193A
Authority: JP
Inventors: 彰彦古田; 正明山下; 友夫前田; 昭日裏
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-01-19
Filing date: 1993-01-19
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JPH06215622A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、変圧器等の電気機器
の鉄芯材料として使用される方向性電磁鋼板に関し、更
に詳しくは、切断性、打抜性、滑り性および耐すり疵性
等の加工性に優れ、しかも、歪取り焼鈍に耐える優れた
耐熱性を有する、加工性および耐熱性に優れた絶縁皮膜
を有する方向性電磁鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は、変圧器等の電気機器
の積層鉄芯あるいは巻鉄芯材料として広く使用されてい
る。積層鉄芯は、概略、次のようにして製造される。即
ち、先ず、コイル状に巻かれた電磁鋼板を巻き戻し、巻
き戻した電磁鋼板を連続打抜機によって所定のブランク
形状に打ち抜き、打抜かれた複数枚のブランクを自動積
層機によって積層し、この積層したブランクを溶接やか
しめ等によって一体化し、このブランクの一体化工程の
前後において、ブランクに800 ℃程度の温度で歪取り焼
鈍を施して、これら一連の製造工程においてブランクに
発生した歪を除去し、かくして、積層鉄芯が製造され
る。一方、巻鉄芯は、次のようにして製造される。即
ち、先ず、コイル状に巻かれた電磁鋼板を巻き戻し、巻
き戻した電磁鋼板を連続切断機によって所定幅の鋼板に
切断し、切断された鋼板を自動巻加工機によって巻重
ね、後は上述した積層鉄芯におけると同様にして巻鉄芯
が製造される。

【０００３】通常、これらの作業は、数万枚のブランク
を対象に連続的に行われることから、鉄芯製造工程にお
けるトラブルの発生は、鉄芯の生産性を著しく阻害す
る。従って、方向性電磁鋼板は、磁束密度が高く且つ鉄
損値が低いといった基本特性を有していることは勿論、
更に、鉄芯製造時において、優れた加工性を有すること
が不可欠である。また、歪取り焼鈍による鉄芯の絶縁皮
膜の劣化は、鉄芯の鉄損の低下につながることから、絶
縁皮膜は、優れた耐熱性を有する必要がある。即ち、方
向性電磁鋼板の絶縁皮膜は、電磁鋼板の磁気特性の向上
を図るために、鋼板への張力付加作用を有していること
は勿論、以下のような性質を有する必要があった。

【０００４】(1) 金型の取換え頻度を低減するため
に、切断または打ち抜き加工時にブランクに生じるバリ
の発生を促進しない。 (2) 加工機械、作業のトラブル停止頻度を低減するた
めに、良好な滑り性を有し且つ連続作業時に鋼板の送り
出しがスムーズに行える。 (3) 良好な耐すり疵性を有し且つ鉄芯製造時に皮膜の
特性を損なわない。 (4) 歪取り焼鈍によって、皮膜剥離やスティッキング
を生じることなく、歪取り焼鈍後においても高い層間絶
縁性を有する。

【０００５】従来、方向性電磁鋼板の製造は、一般に、
次のようにして製造されていた。即ち、4.0 ％以下のSi
を含有するスラブを熱間圧延し、熱延板ままあるいは焼
鈍した熱延板に、１回または中間焼鈍を挟んで２回以上
の冷間圧延を施す。次いで、脱炭焼鈍を行った後、MgO
を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、乾燥させた後、コ
イルに巻き取る。次いで、最終焼鈍を行って、ゴス(Gos
s)方位を有する二次再結晶粒を発達させるとともに、層
間絶縁性および張力付加による磁気特性の向上を図るた
めに、MgO と鋼中Siの酸化物との反応によってフォルス
テライト(2MgO-SiO₂) 層をその表面に形成させる。次い
で、層間絶縁性や滑り性の向上のためにリン酸塩やコロ
イド状シリカを主成分とする水溶液を塗布し、加熱処理
を行う。かくして、下層にフォルステライト層を有する
２層からなる絶縁皮膜層が形成された方向性電磁鋼板が
製造される。

【０００６】このフォルステライト層は、一般にグラス
皮膜と呼ばれるように硬く脆い性状を有するがゆえに、
金型の摩耗が激しく、また、剪断時の衝撃によってフォ
ルステライト層が破壊され皮膜が剥離して、剥離物が金
型に噛み込まれてブランクに早期にバリが発生すること
から、金型の取換え頻度が激しく、作業性の著しい低下
を招いていた。

【０００７】これら切断性や打抜性を改善する方法とし
て、特開平2-107722号公報には、フォルステライト層の
形成を抑制する観点から、焼鈍分離剤を塗布する前に鋼
板表面のSiを含む酸化物層を除去することが開示され、
特開平2-107781号公報には、焼鈍分離剤を塗布する前に
鋼板表面にアルカリ金属またはアルカリ土類金属の特定
化合物を塗布することが開示されている。

【０００８】しかし、上述した従来技術は、何れも、フ
ォルステライトの量は低減しても、層としての連続性が
失われ、またフォルステライトと鋼板との密着性が低下
して皮膜が剥離し易い等の問題を有していた。

【０００９】特開昭62-14405号公報には、フォルステラ
イト層とその上層に有機樹脂を主成分とする皮膜が形成
された２層皮膜を有する方向性電磁鋼板、およびフォル
ステライト層とその上層に形成された無機系絶縁皮膜と
更にその上層に形成された、有機樹脂を主成分とする皮
膜の３層皮膜を有する方向性電磁鋼板が開示されてい
る。

【００１０】しかし、上述した従来技術は、歪取り焼鈍
によって有機樹脂が熱分解を起こして、層間絶縁性や耐
食性が低下する等、耐熱性に劣り、また加工時にすり疵
が発生し易い等の問題を有していた。

【００１１】一方、上述した従来技術と皮膜構造を根本
的に異にする方法として、特公昭62-57713および特開平
2-243770号公報には、フォルステライト層が形成されて
いない電磁鋼板の表面に、ゾル−ゲル法によって酸化物
系の絶縁皮膜を形成する方法が開示されている。

【００１２】特公昭62-57713号公報に開示された方法
は、この発明の目的と異なり鉄損値の低減を目的とする
ものであり、ゾル−ゲル法によって形成される酸化物系
ポリマーの極めて低い熱膨張率を利用して、方向性電磁
鋼板の製造工程の中で、焼鈍時の高温下での鋼板との熱
膨張差より、常温下で鋼板表面に張力を付加するもので
ある。一方、特開平2-243770号公報に開示された方法
は、鉄損値が特に低い方向性電磁鋼板を製造するにあた
り、従来の、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法あるいはイオンプレー
ティング法に代替して、より低コストで工業的に生産可
能なゾル−ゲル法を提案するものである。これらの従来
技術は、何れも、ゾル−ゲル法の一般的な方法に従って
金属アルコキシドを含む有機溶媒液を塗布して加熱処理
を行うことによって酸化物皮膜を形成するものである。

【００１３】しかし、上述した何れの従来技術によって
も、この発明の目的とする加工性および耐熱性に優れた
絶縁皮膜を形成することができない。即ち、一般的に、
ゾル−ゲル法で生成される酸化物は、溶液（ゾル体）か
らポリマー化して酸化物（ゲル体）を生成する際に体積
が著しく収縮して、酸化物ポリマーの内部に大きな応力
が生じる。特に、この発明のように短時間の加熱処理に
よって皮膜形成する必要がある場合には、皮膜形成過程
において皮膜に大きな亀裂が生じたり、加工時および歪
取り焼鈍時の外的応力変化によって皮膜が容易に破壊さ
れて、皮膜剥離が生じる。また、特開平2-243770号公報
に開示されるように、上述した体積収縮の際に皮膜に生
じる亀裂を防止するために、１回の塗布量を0.５μm 以
下の厚さに制限するするなど形成できる皮膜の厚さに限
界があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術は、
それぞれ上述した問題を有しているが、この発明は、上
述したごとき従来の方向性電磁鋼板の加工性に関連した
絶縁皮膜の問題点を解決すべくなされたものであって、
従来技術とは根本的に異なる構成の、加工性および耐熱
性に優れた絶縁皮膜が表面に形成された方向性電磁鋼板
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明は、最終焼鈍後
の鋼板の表面に、アルコキシドおよび10〜100nm の範囲
内の粒子径を有する酸化物微粒子を含有する有機溶剤系
の絶縁皮膜処理液を塗布し、次いで、前記鋼板を、鋼板
温度が200 〜800 ℃の範囲内になるように加熱し、かく
して、10〜100nm の範囲内の粒子径を有する酸化物微粒
子を35〜90重量％含有し、残部が酸化物系ポリマーから
なる絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板を提供するこ
とにある。

【００１６】電磁鋼板の絶縁皮膜は、次のような条件を
有していることが重要である。即ち、高い電気抵抗率を
有し且つ熱的変化を生じにくい物質で皮膜を構成するこ
とによって、加工時の剪断応力および歪取り焼鈍時の鋼
板の熱膨張に追随した応力変化に対して、応力を分散で
き、かくして、大きな亀裂や剥離が皮膜に生じることを
防止できること、および、表面の滑り性が良好で且つす
り疵が発生しにくい程に強固である。

【００１７】本発明者等は、先ず、焼鈍分離剤の塗布を
必要としない連続焼鈍炉による仕上焼鈍を製造工程に導
入して、加工性を阻害するフォルステライト層が形成さ
れていない方向性電磁鋼板に対して、上述した条件を満
足するに比較的有望な方法としてゾル−ゲル法に着目
し、この発明の目的を達成するに最適な絶縁皮膜の構造
およびそれを工業的に容易に方向性電磁鋼板の表面に形
成するための方法について鋭意検討を重ねた。

【００１８】その結果、10〜100nm の範囲内の粒子径を
有するAl、Si、Ti、Zrの酸化物微粒子のうちの少なくと
も１種を35〜90重量％を含有し、残部がAl、Si、Ti、Zr
の酸化物系ポリマーのうちの少なくとも１種からなる絶
縁皮膜を４μm の厚さに方向性電磁鋼板の表面に形成す
れば、加工性および耐熱性に優れた絶縁皮膜を有する方
向性電磁鋼板を得ることができ、そして、この電磁鋼板
を工業的に容易に製造するには、フォルステライト層が
形成されていない最終焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面
に、Al、Si、Ti、Zrのアルコキシドのうちの少なくとも
１種と、10〜100nmの範囲内の粒子径を有するAl、Si、T
i、Zrのうちの少なくとも１種とを含有する有機溶剤系
の絶縁皮膜処理液を塗布し、次いで、前記鋼板を、鋼板
温度が200〜800 ℃の範囲内になるように加熱すれば良
いといった知見を得た。

【００１９】この発明を更に詳細に説明する。ゾル−ゲ
ル法の基本反応は、次の通りである。先ず、金属アルコ
キシドおよび有機金属化合物を出発原料として、これを
アルコールおよび有機溶媒と、更に、水および酸（また
はアルカリ）触媒と混合することによって加水分解反応
および一部が縮重合反応したゾル溶液を得る。このよう
にして得た溶液を、乾燥加熱することによって前記反応
が更に進行して寒天状の湿潤ゲル体に変化し、更に、高
い温度で加熱することによって脱水縮合反応により硬質
のゲル体、即ち、酸化物系のポリマーが得られる。前述
したように、この一連のゾル−ゲル反応の過程で、ゾル
溶液や湿潤ゲル体に含有する溶剤や水がガス化し揮発す
るために、著しく体積収縮してゲル体に亀裂や破壊を生
じる。

【００２０】この発明においては、酸化物系ポリマーを
形成するための主成分として、工業的に安定供給が可能
な金属アルコキシドを出発原料として選択した。生産性
を考慮した場合、短時間の加熱処理を余儀なくされるこ
とから、塗布した液膜から短時間で溶剤や水が消失する
こと、また、加熱時の体積収縮率を抑制するために、処
理液中および皮膜中に熱的に安定した酸化物微粒子を添
加して、ゾル−ゲル法によるポリマー成分の比率を低減
することを考えた。ここで最大の課題は、添加する酸化
物粒子の粒子径や含有する比率によって加工性や耐熱性
が大きく変化することであり、適性な組成について検討
を重ねた。

【００２１】次に、この発明における数値の限定理由を
説明する。フォルステライト層が形成されていない最終
焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に、次の方法によって、
種々の粒子径の酸化物微粒子が種々の含有率で含有され
ている絶縁皮膜を形成した。絶縁皮膜処理に際し、先
ず、出発原料として金属アルコキシドのうちジルコニウ
ムイソプロポキシドを選び、これを溶剤、微量の水およ
び酸触媒と混合して加水分解反応を進行させたゾル溶液
を調合した。このようにして調合したゾル溶液を、次工
程の加熱処理時の鋼板温度に該当する350 ℃に予め加熱
し、加熱後の重量から前記ゾル溶液の固形分（加熱処理
により形成されるZrの酸化物系ポリマー分）を測定し、
次いで、４〜９、10〜20、30〜50、70〜100 、120 〜20
0nm の範囲内の粒子径を有するSi酸化物微粒子（シリ
カ）を、微粉末または溶剤に分散させ、絶縁皮膜処理液
の全固形分に対して、０、10、30、40、60、80、90、9
5、100重量％相当量を前記ゾル溶液に添加混合して絶縁
皮膜処理液を調製した。このようにして調製した処理液
を連続コーティングラインにおいて、ロールコーターに
よってフォルステライト層が形成されていない方向性電
磁鋼板の表面に塗布した。次いで、加熱炉によって鋼板
温度が350 ℃に到達するように加熱処理を行って、１μ
m の厚さの絶縁皮膜を形成した。

【００２２】また、約３μm の厚さのフォルステライト
層が形成された方向性電磁鋼板の表面に、上述における
と同じ方法によってZrの酸化物系ポリマーに30〜50nmの
範囲内の粒子径を有するシリカ微粒子を含有させた絶縁
皮膜を２μm の厚さに形成して、比較用方向性電磁鋼板
を製造した。

【００２３】これらの絶縁皮膜の構造を、EPMA、TEM 、
AES 、XPS 、FT-IR によって調べた。この結果、絶縁皮
膜処理液に含有される固形分の比率と同じ比率でシリカ
微粒子が含有され、前記ゾル溶液の固形分は、Zrの酸化
物（ジルコニア）系ポリマーを形成していることを確認
した。

【００２４】このようにして製造した方向性電磁鋼板
を、更に従来技術によって製造した、約３μm の厚さ
のフォルステライト層が下層として形成され、下層の上
に上層として約１μm のリン酸塩系の絶縁皮膜が形成さ
れた方向性電磁鋼板とともに下記の試験に供し、比較し
た。

【００２５】加工性の評価にあたり、先ず、それらの試
験方法について検討した。加工性のうち切断性および打
抜性に関しては、連続打抜き試験によって発生するブラ
ンクのバリ高さを測定することによって評価できること
がわかった。即ち、所定回数、打抜き後のバリ高さが小
さいもの程、実際の鉄芯製造現場で使用される連続切断
機および連続打抜き機においてバリの増加速度が小さ
く、切断刃あるいは打抜き金型の取換え頻度が低減する
ことを確認した。従って、切断性および打抜性の評価
は、角度90°、先端半径0.5mm のコーナー部を有するブ
ランク形状の金型を使用して鋼板を連続して打ち抜き、
ブランクに発生するバリ高さが30μm に到達するまでの
打抜き回数を測定することによって行った。

【００２６】加工性のうち絶縁皮膜の滑り性は、軽荷重
下での表面の摩擦抵抗と良く対応し、摩擦抵抗が小さい
場合において鋼板の送り出しがスムーズであることを確
認した。従って、滑り性の評価は、先端が半径1.0mm の
球状である摩擦棒を50g の荷重で鋼板表面に圧し当て
て、一定速度で摩擦し、そのときの動摩擦係数を測定す
ることによって行った。

【００２７】加工性のうち絶縁皮膜の耐すり疵性の評価
は、先端が半径0.1mm の球状に形成された引っ掻き針を
鋼板表面に圧し当て、荷重を連続的に増加させながら一
定速度で引っ掻いて、目視ですり疵の発生が認められる
疵つき始点荷重を測定することによって行った。

【００２８】耐熱性は、鋼板を窒素雰囲気中で鋼板温度
800 ℃で２時間の歪取り焼鈍を行い、皮膜の密着性と層
間絶縁性の劣化について調べることによって評価した。
皮膜の密着性は、鋼板を180 °曲げて皮膜が剥離しない
最小曲げ径によって評価した。層間絶縁性は、JIS C 25
50法による層間抵抗値の測定によって評価されるが、層
間抵抗値が皮膜厚によって異なることから、歪取り焼鈍
前の層間抵抗値と比較してその低下率を算出することに
よって評価した。

【００２９】図１に、切断性および打抜性に関して、バ
リ高さが30μm に到達するまでの打抜き回数と、皮膜中
シリカ微粒子の含有率との関係を示す。図１において各
記号は、表１に示す通りである。

【００３０】

【表１】

【００３１】図１から明らかなように、フォルステライ
ト層が形成された鋼板表面に、この発明に従って30〜50
nmの範囲内の粒子径を有するシリカ微粒子をジルコニア
系ポリマーに含有させた絶縁皮膜を形成しても、切断性
および打抜性に対して大きな改善効果は認められない。
また、フォルステライト層が形成されていない鋼板であ
っても、シリカ微粒子を含有しないジルコニア系ポリマ
ーだけの皮膜の場合、従来の方向性電磁鋼板に比べれば
若干良好であるものの、早期にバリが発生した。しかし
ながら、10〜100nm の範囲内の粒子径を有するシリカ微
粒子を皮膜中に35〜90重量％含有させることによって、
切断性および打抜性を飛躍的に改善できることがわかっ
た。シリカの粒子径が、10nm未満の場合、および、100n
m を超えて比較的大粒径の場合は、これらを皮膜中に多
く含有させても大きな効果は得られなかった。また、粒
子径が10〜100nm の範囲内にある酸化物微粒子であって
も、皮膜中に90重量％を超えて多く含有させた場合に
は、早期にバリが発生した。これは、酸化物粒子を固定
するジルコニア系ポリマーの量が不足して、連続打ち抜
き時に酸化物微粒子が皮膜中から剥離してこれが金型に
噛み込まれてバリの発生を促進していることが原因であ
ると思われる。

【００３２】表２に、滑り性、耐すり疵性および耐熱性
に関して、それらの試験結果を示す。表２から明らかな
ように、上述した切断性および打抜性が優れる範囲内、
即ち、10〜100nm の範囲内の粒子径を有するSiの酸化物
微粒子を45〜90重量％含有し、残部がZrの酸化物系ポリ
マーからなる絶縁皮膜の滑り性および耐すり疵性は、従
来の方向性電磁鋼板と同等かそれ以上に良好であり、ま
た、歪取り焼鈍によって皮膜の密着性や層間抵抗値が劣
化することなく、優れた耐熱性を有することがわかっ
た。これに対して、下層にフォルステライト層を有する
場合、滑り性や皮膜の密着性が劣る。

【００３３】

【表２】

【００３４】皮膜の厚さは、使用目的に応じて絶縁皮膜
処理液の塗布量あるいは固形分濃度によって調整され、
高い層間絶縁性や高い耐食性が必要な場合程、厚くコー
ティングされるが、４μm を超えて厚く形成した場合、
皮膜内で凝集破壊を生じやすく切断、打抜き加工時に発
粉して異常なバリの原因となる。従って、皮膜の厚さは
４μm 以下にすべきである。

【００３５】上述におけると同様の試験を、Al、Si、Ti
の金属アルコキシドを出発原料として、Al、Ti、Zrの酸
化物微粒子の添加した場合について行った。この結果、
何れの組合わせにおいても上述した実験データとほぼ同
様の結果が得られた。即ち、10〜100nm の範囲内の粒子
径を有する、Al、Si、Ti、Zrの酸化物微粒子のうちの少
なくとも１種を35〜90重量％含有し、残部をAl、Si、T
i、Zrのうちの少なくとも１種の酸化物系ポリマーと
し、これを４μm 以下の厚さで方向性電磁鋼板の表面に
形成することにより、加工性と耐熱性に優れた絶縁皮膜
を有する方向性電磁鋼板が提供できることを見いだし
た。

【００３６】次に、この発明の方向性電磁鋼板の製造方
法について詳細に説明する。鋼板の表面にフォルステラ
イト層が形成されていない方向性電磁鋼板の製造方法に
ついては、特に限定するものではないが、1000℃以上の
最終焼鈍を、従来法によりコイル状態で箱型焼鈍した場
合、鋼板間の密着が避け難く焼鈍分離剤の塗布や焼鈍後
においてフォルステライト層の除去工程が必要となる。
従って、望ましくは、最終焼鈍を連続焼鈍炉で実施する
方法が良い。

【００３７】一例として、本発明者等は、Ｃ：0.01wt％
以下、Si：2.5 〜7.0wt ％、Ｓ：0.01wt％以下、Al：0.
01wt％以下、Ｎ：0.01wt％以下、更に、必要に応じて、
0.01wt％以下のCuを含有する鋼材を準備し、この鋼材を
1000℃以上に保持し、次いで、700 〜950 ℃の範囲内の
仕上げ温度で熱間圧延を施し、次いで、圧延率30〜85％
の一次冷間圧延を施し、次いで、600 〜900 ℃の範囲内
の温度で一次焼鈍し、次いで、圧延率40〜80％の二次冷
間圧延を施し、次いで、600 〜900 ℃の範囲内の温度で
二次焼鈍し、次いで、圧延率50〜75％の三次冷間圧延を
施し、次いで、還元性雰囲気もしくは酸素分圧が0.5Pa
以下の非酸化性雰囲気、または、酸素分圧が0.5Pa 以下
の真空中において1000〜1300℃の範囲内の温度で最終焼
鈍を施した。この結果、表面にフォルステライト層が形
成されず、しかも、方向性電磁鋼板の特性とするところ
のゴス方位｛１１０｝〈００１〉に集積した結晶方位を
有する方向性電磁鋼板が製造できる知見を得た。同様
に、圧延率や焼鈍条件を適正範囲に組み合わせることに
よって、表面にフォルステライト層の無い方向性電磁鋼
板の製造が可能である。

【００３８】このようにして得られた方向性電磁鋼板の
表面に絶縁皮膜処理液を塗布するにあたり、その表面が
汚染されている場合、または、その表面に不均一に不活
性な酸化物層が形成されている場合においては、予め酸
性またはアルカリ性の水溶液によって活性化処理を行う
ことが望ましい。これらの処理は、鋼板表面の汚染物ま
たは不活性な酸化物層を除去して、清浄な鋼板表面に調
整することが基本的な目的であり、これが達成されれば
特にその方法を限定するものではない。しかし、この処
理によって鋼板表面に水酸基が付与された場合、次の加
熱処理において、鋼板表面の水酸基と酸化物系ポリマー
の末端の水酸基が脱水縮合反応にあずかりメタロキサン
結合を生じることから、絶縁皮膜と鋼板表面の密着性が
より強固になり、この発明の効果がより一層、発揮され
るものである。この活性化処理の水溶液としては、硝
酸、硫酸、リン酸、フッ酸、クロム酸等、または、これ
らの塩との混合溶液が、また、アルカリ性水溶液として
は、ナトリウム、カリウム等の水酸化物、ケイ酸塩等の
水溶液が使用される。

【００３９】絶縁皮膜処理液は、加熱処理によって酸化
物系ポリマーを形成するための出発原料としてAl、Si、
Ti、Zrのアルコキシドの少なくとも１種を必須成分とし
て、これに加水分解反応を調整するための微量の水と酸
触媒、および、これらの均質化と濃度調整のための有機
溶剤からなるゾル溶液と、更に、この発明における必須
成分として、10〜100nm の範囲内の粒子径を有するAl、
Si、Ti、Zrの酸化物微粒子の少なくとも１種を混合した
ものから構成される。上述した試験データにおいて示さ
れるように、予め加熱処理時の鋼板温度に該当する温度
で前記のゾル溶液を加熱して加熱処理後の酸化物系ポリ
マー分の重量を求め、これと混合する酸化物微粒子の重
量との混合比を調整することによって、加熱処理によっ
て形成される絶縁皮膜中の酸化物微粒子の含有量が調整
される。

【００４０】アルコキシドの種類は、特に限定するもの
ではないが、アルコキシ基がメトキシ基、エトキシ基、
プロポキシ基、ブトキシ基などのものが使用される。工
業的に好ましいものを挙げれば、メチルシリケート、エ
チルシリケート、チタニウムエトキシド、チタニウム
（イソ）プロポキシド、チタニウムブトキシド、ジルコ
ニウムメトキシド、ジルコニウムエトキシド、ジルコニ
ウム（イソ）プロポキシド、ジルコニウムブトキシド、
アルミニウム（イソ）プロポキシド、アルミニウムブト
キシドなどがある。また、二金属アルコキシドや三金属
アルコキシドなど２種以上の金属を含む複合アルコキシ
ドを使用しても良い。これらの濃度は、加熱処理後の重
量に見合って適宜調整されるが、処理液の安定性の観点
から0.２重量％以上にすることが望ましい。

【００４１】酸触媒としては、硝酸、硫酸、フッ酸等の
無機酸、または、シュウ酸、酢酸等の有機酸、または、
これらの塩が使用され、微量の水とともに添加混合され
る。反応を促進するためには、概ね0.001 重量％以上の
酸および0.01重量％以上の水の添加が有効であるが、こ
れらの添加量は処理液の組成や製造条件に見合って適宜
調整される。

【００４２】有機溶剤としては、メチルアルコール、エ
チルアルコール、（イソ）プロピルアルコール、ブチル
アルコール等のアルコール類や、トルエン、キシレン等
の芳香族溶剤、また酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチ
ル等のエステル類、または、ポリエチレングリコール、
ヘキシレングリコール等のグリコール類や、エチレング
リコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノ
プロピルエーテル等のグリコールエーテル類などが使用
される。

【００４３】Al、Si、Ti、Zrの酸化物微粒子は、その単
一粒子の平均粒子径が10〜100nm の範囲内にあればその
製造方法や形態を選ばないが、処理液中に安定して分散
されるものが望ましく、分散性を高めるために酸化物粒
子の表面に水酸基や有機基を付与するなど分散安定化処
理を施したものを使用しても良い。これらの酸化物微粒
子は、微粉末あるいは前記有機溶剤に分散した状態で前
記ゾル溶液に添加混合される。また、ゾル溶液を調合す
る過程においてこれらを混合しても良く、処理液の安定
性の観点からは、むしろ出発原料の金属アルコキシドに
混合させておくことが望ましい。

【００４４】なお、処理液の反応調整剤としてアセチル
アセトネート錯体やオクチル酸塩、また増粘剤としてヒ
ドロキシプロピルセルローズ等を添加しても良いが、加
熱処理後において皮膜中に炭化物として残在しないこと
が重要である。

【００４５】このようにして調合された絶縁皮膜処理液
を鋼板表面に塗布するに際しては、基本的にはコーター
法、スプレー法、浸漬引き上げ法等、何れの方法でも良
いが、連続した鋼板に塗布する場合においては、ロール
コーターやダイコーターなどのコーター法による塗布が
生産性や塗布量制御の点で有利である。

【００４６】加熱処理は、鋼板温度が比較的低温の段階
が塗布液膜から溶剤が揮発して縮重合反応が進行する過
程にあり、高温の段階において成膜のための脱水縮合反
応が促進される。従って、処理液の組成や溶剤濃度、皮
膜（塗布液膜）の厚さに見合ってこれらの皮膜形成反応
を進めるに充分な加熱を行えば良い。200 ℃未満では、
脱水縮合反応が充分に進行せず成膜が不充分なために皮
膜の耐すり疵性が劣る。一方、800 ℃を超えて高い温度
の場合、皮膜の密着性が低下し加工性が劣化する。従っ
て、200 〜800 ℃の範囲内の鋼板温度で加熱処理を行う
必要がある。

【００４７】

【実施例】次に、この発明を実施例によって、更に詳細
に説明する。実施例１：Ｃ：0.005 重量％、Si：3.02重量％、Mn：0.
01重量％、Ｐ：0.004 重量％、Ｓ：0.002 重量％、Sol.
Al：0.004 重量％、Ｎ：0.0015重量％、Cu：0.01重量％
未満、Mo：0.01重量％未満、Sn：0.01重量％未満、Ｏ：
0.0017重量％を含有する鋼材を溶製し、仕上げ温度：83
0 ℃、巻取温度：610 ℃、仕上げ板厚：2.2mm の条件で
熱間圧延を行った。このようにして得られた熱延板を表
面酸化膜除去のため酸洗し、次いで、圧延率75％で一次
冷間圧延し、次いで、この鋼板に対して800℃で２分間
の一次焼鈍処理を施した。この一次焼鈍は、水素10％、
窒素90％、露点−30℃の雰囲気の連続焼鈍により行っ
た。このようにして一次焼鈍を行った鋼板に対して圧延
率40％で二次冷間圧延を行い、次いで、一次焼鈍と同様
の条件にて二次焼鈍処理を施した。このようにして二次
焼鈍を行った鋼板に対して圧延率67％で三次冷間圧延を
行い、最終板厚を0.10mmの鋼板を調製した。次いで、こ
のようにして調製した鋼板に対して酸素分圧0.5Pa 以
下、露点−45℃の水素雰囲気にある連続焼鈍炉におい
て、1200℃で20分間の三次焼鈍処理を施した。このよう
にして製造された方向性電磁鋼板の表面に、表３に示す
ように、組成と厚さが異なる各種絶縁皮膜を形成し、下
層に約３μm のフォルステライト層とその上層に約１μ
m のリン酸塩系皮膜からなる二層の絶縁皮膜を有する、
従来法による市販の方向性電磁鋼板とともに下記の試験
に供し、比較した。

【００４８】

【表３】

【００４９】(1) 切断性ならびに打抜性試験：角度90
°、先端半径0.5mm のコーナー部を有するブランク形状
の金型を使用して鋼板を連続して打抜き、ブランクに発
生するバリ高さが30μm に到達するまでの打ち抜き回数
測定した。 (2) 滑り性試験：先端が半径1.0mm の球状の摩擦棒
を、50g 荷重で鋼板表面に押し当て一定速度で摩擦し、
そのときの動摩擦係数を測定した。 (3) 耐すり疵性試験：先端が半径0.1mm の球状の引っ
掻き針を鋼板表面に押し当て、荷重を連続的に増加させ
ながら一定速度で引っ掻いて、目視ですり疵の発生が認
められる疵つき始点荷重を測定した。 (4) 耐熱性試験：歪取り焼鈍後の皮膜の密着性および
歪取り焼鈍による層間抵抗値の低下率によって評価し
た。歪取り焼鈍後の皮膜の密着性は、窒素雰囲気中で鋼
板温度800 ℃で２時間の歪み取り焼鈍を行い、次いで、
鋼板を180 °曲げて皮膜が剥離しない最小曲げ径を測定
した。歪取り焼鈍による層間抵抗値の低下率は、JIS C
2550法に従い歪取り焼鈍前後の層間抵抗値を測定し、そ
の低下率を算出した。

【００５０】なお、絶縁皮膜処理は、連続コーティング
ラインにおいてロールコーターで絶縁皮膜処理液を塗布
し、引き続き熱風加熱炉において鋼板温度を約２分間で
350℃に到達させ、そのまま10秒間保持することにより
行った。この後、空冷して、コイル状態に巻き取った。

【００５１】この結果を表４に示す。表４から明らかな
ように、比較例No．１の酸化物微粒子を含有しない酸化
物系ポリマーだけからなる皮膜の場合、滑り性や耐すり
疵性は比較的良好であるが、切断性、打抜性および耐熱
性は、比較例No．９の従来法による方向性電磁鋼板と同
程度に劣る。比較例No．８の酸化物微粒子だけで皮膜を
形成した場合、その表面は粉状にざらついており加工性
は勿論、歪取り焼鈍前の段階において密着性や耐食性が
劣る等、皮膜としての基本特性が満たされていない。比
較例No．２〜No．６は酸化物微粒子の粒子径ならびに含
有量が本発明の適正範囲外にあるものであり、何れも切
断性ならびに打抜性に劣る。比較例No．４の酸化物微粒
子を過剰に含有する場合、および、比較例No．６の酸化
物微粒子の粒子径が過剰に大きい場合においては、更
に、耐すり疵性や歪取り焼鈍後の密着性が劣っている。
比較例No．７は皮膜厚が４μm を越えて厚い場合であ
り、切断性および打抜性の低下と歪取り焼鈍後において
皮膜の密着性の劣化が認められた。

【００５２】

【表４】

【００５３】これに対し、本発明例No．１〜17の鋼板
は、切断性ならびに打抜性、滑り性、耐すり疵性等の加
工性に優れ、しかも歪取り焼鈍に耐える優れた耐熱性を
有している。

【００５４】実施例２：実施例１におけると同様の条件
で三次冷間圧延まで行い、0.10mmの最終板厚をを有する
鋼板を調製した。次いで、このようにして調製した鋼板
に対して、酸素分圧0.５Pa以下、露点−30℃の水素雰囲
気にある連続焼鈍炉において、1200℃で20分間の三次焼
鈍処理を施して方向性電磁鋼板を調製した。次いで、こ
のようにして調製した電磁鋼板の表面を希硫酸で軽酸洗
し、表５に示すように加熱処理温度をかえて絶縁皮膜処
理を行った。そして、このようにして製造した方向性電
磁鋼板を実施例１におけると同様な試験に供した。

【００５５】なお、絶縁皮膜処理液は、出発原料として
エチルシリケートを選び、これに微量のシュウ酸水溶液
と、ヘキシレングリコールとエチレングリコールモノプ
ロピルエーテルと、更に、10〜20nmの粒子径を有するシ
リカ微粒子を加熱処理後の固形分換算で70重量％相当量
とを混合して調整した。絶縁皮膜処理は、連続コーティ
ングラインにおいて前記軽酸洗を施し、次いで、ロール
コーターで前記絶縁皮膜処理液を塗布し、次いで、イン
ダクション加熱炉において鋼板温度の上昇速度を１〜10
℃／秒の範囲内に維持して、表５に示す所定の鋼板温度
に到達させ、空冷し、次いで、コイル状態に巻き取っ
た。この試験結果を表６に示す。

【００５６】

【表５】

【００５７】

【表６】

【００５８】表６から明らかなように、鋼板の到達温度
が200 ℃に達していない比較例No.１およびNo. ３は、
成膜が不充分であり耐すり疵性の劣化が顕著である。ま
た、800 ℃を超えて更に高い温度で加熱処理した比較例
No. ２およびNo. ４は、皮膜の密着性が劣り、切断性お
よび打抜性が低下している。

【００５９】これに対し、本発明例No. １〜No. ５の鋼
板は、何れも、切断性、打抜性、滑り性、耐すり疵性等
の加工性に優れ、歪取り焼鈍による皮膜の密着性や層間
抵抗値の低下は認められない。即ち、この発明にかかる
成分からなる絶縁皮膜処理液をフォルステライト層が形
成されていない方向性電磁鋼板の表面に塗布し、鋼板温
度200 〜800 ℃の範囲内で加熱処理を行うことによっ
て、加工性および耐熱性に優れた絶縁皮膜を有する方向
性電磁鋼板を製造できることが分かった。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、切断性、打抜性、滑り性および耐すり疵性等の加工
性に優れ、しかも、歪取り焼鈍に耐える優れた耐熱性を
有する、加工性および耐熱性に優れた絶縁皮膜を有する
方向性電磁鋼板を得ることができるといった有用な効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】バリ高さが30μm に到達するまでの打抜き回数
と、皮膜中シリカ微粒子の含有率との関係を示すグラフ
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者日裏昭東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開昭63−290731（ＪＰ，Ａ) 特開平４−323382（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１０〜１００ｎｍの範囲内の粒子径を有
する酸化物微粒子を３５〜９０重量％含有し、残部が酸
化物系ポリマーからなる絶縁皮膜が表面上に形成されて
いることを特徴とする方向性電磁鋼板。
【請求項２】前記酸化物微粒子は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔ
ｉ、Ｚｒのうちの少なくとも１種の酸化物からなり、そ
して、前記酸化物系ポリマーは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚ
ｒのうちの少なくとも１種の酸化物からなることを特徴
とする、請求項１記載の方向性電磁鋼板。
【請求項３】前記絶縁皮膜は、４μm 以下の厚みを有
していることを特徴とする、請求項１または２記載の方
向性電磁鋼板。