JP3098691B2 - 被膜耐水性、耐置錆性にすぐれた低鉄損一方向性珪素鋼板 - Google Patents
被膜耐水性、耐置錆性にすぐれた低鉄損一方向性珪素鋼板Info
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Description
損化で、かつ保管時の錆発生が著しく少ない一方向性珪
素鋼板に関する。
1〕を主方位とする結晶組織を有し、トランス等の磁気
鉄芯材料として多用されており、特にエネルギーロスを
少なくするために鉄損の小さい材料が求められている。
一方向性珪素鋼板の鉄損を低減する手段としては、仕上
げ焼鈍後の鋼板表面にレーザービームを照射して局部的
な歪を与え、それによって磁区を細分化する方法が、特
開昭58−26405号公報に開示されている。また、
鉄芯加工後の歪取焼鈍(応力除去焼鈍)を施した後もそ
の効果が消失しない磁区細分化手段が、例えば特開昭6
2−86175号公報に開示されている。
結晶磁気異方性が大きいため、外部張力を付加すると磁
区の細分化が起こり、鉄損の主要素である渦電流損失を
低下させることができる。したがって、5%以下の珪素
を含有する一方向性珪素鋼板の鉄損の低減には鋼板に張
力を付与することが有効であり、1.5kgf/mm2 程度ま
での張力付与によって効果的に鉄損が低減できることが
知られている。この張力は、通常、表面に形成された被
膜によって付与される。
工程で、鋼板表面の酸化物と焼鈍分離剤とが反応して生
成するフォルステライトを主体とする1次被膜、および
特開昭48−39338号公報等に開示されたコロイド
状シリカとりん酸塩とを主体とするコーティング液を焼
き付けることによって生成する2次被膜の2層の被膜に
よって板厚0.23mmの場合で1.0kgf/mm2 程度の張
力が付与されている。したがって、これら現行被膜の場
合、より大きな張力付与による鉄損改善の余地は残され
ているものの、被膜を厚くすることによる付与張力の増
加は占積率の低下をもたらすため好ましくない。
もう1つの方法として、仕上げ焼鈍後の鋼板表面の凹凸
や表面近傍の内部酸化層を除去して鏡面仕上げを行い、
その表面に金属メッキを施す方法が、特公昭52−24
499号公報に、さらにその表面に張力被膜を形成する
方法が、例えば特公昭56−4150号公報、特開昭6
1−201732号公報、特公昭63−54767号公
報、特開平2−213483号公報等に開示されてい
る。これらの場合においても、被膜による鋼板への張力
付与の大きい方が鉄損改善効果が大きい。
て、鋼板により大きな張力が付与できる被膜が望まれて
いた。これに対して、発明者らはほう酸アルミニウム、
あるいはほう酸アルミニウムと非晶質酸化物とを含有す
る高張力付与型の絶縁被膜を提案してきており、この一
方向性珪素鋼板は、著しい低鉄損化が達成されている。
しかしながら、これらの被膜においては、被膜性状によ
っては、空気中の水分等と反応して被膜が変質、劣化す
る場合があり、また、鋼板を保管しておく際に錆が発生
し易い、等の欠点を有していた。
技術における問題点を解決し、鋼板に対して従来より大
きな張力の付与が可能な被膜を表面に有することで鉄損
を低減し、かつ表面被膜の耐水性、保管時の錆発生を改
善した一方向性珪素鋼板を提供することを目的とする。
酸アルミニウム質の絶縁被膜を有する一方向性珪素鋼板
であって、該絶縁被膜中に存在する、酸化ほう素および
/またはほう酸が、被膜全体に対する重量割合で3%以
下であることを特徴とする低鉄損一方向性珪素鋼板を要
旨とする。
質の絶縁被膜中に、結晶質ほう酸アルミニウムとほう
素、珪素を構成成分とする非晶質相とを含有することを
特徴とする低鉄損一方向性珪素鋼板を要旨とする。
アルミニウム質の絶縁被膜を有している。従来より、珪
素鋼板への張力付与には、熱膨張係数の小さい被膜材質
を選択し、鋼板との熱膨張係数差によって冷却時に生じ
る応力を利用していた。しかしながら、熱膨張係数差だ
けではなく、被膜材質のヤング率も鋼板への張力付与に
影響を及ぼす因子であることが指摘されている。
成分であるほう酸アルミニウムは、前記要件を満たし、
鋼板への大きな張力付与をもたらすことで、鉄損を著し
く改善することを発明者らは見いだした。一般に、ほう
酸アルミニウムとよばれるAl2 O3 −B2 O3 系酸化
物には、結晶質として9Al2 O3 ・2B2 O3 ,2A
l2 O3 ・B2 O3 の2つの平衡化合物が存在し、鋼板
への張力付与に極めて効果的である。
条件によっては前述の2つの平衡相以外の、両者の中間
組成、あるいはその近傍の組成を取る場合がある。これ
は、2つの平衡相が同じ結晶構造を持ち、格子定数がほ
ぼ同じであるため、Al,Bの各イオンサイト間で容易
に置換が生じ、準安定相を形成するためであると考えて
いる。
て、AlX BY O3(X+Y)/2で表記した場合に0.1≦
(Y/X)≦5の範囲であることを見いだし、このいず
れであっても全く問題がなく、効果的に張力が付与でき
ることを確認した。このうち特に張力付与に効果的な組
成として、0.1≦(Y/X)≦2が好ましく、より好
ましくは0.2≦(Y/X)≦1の組成範囲である。
成とはあまり関係なく数nm〜数十nm以上の結晶子サイズ
となる場合が多く、大きな張力付与のためには結晶質で
あることが好ましい。ここでいう結晶子サイズとは、結
晶そのものの大きさであり、被膜を構成する粒子の大き
さとは本質的に異なる。これは、粒子が必ずしも単一の
結晶から構成されているわけでなく、細かい結晶の集合
体である場合が多いためであり、結晶個々の大きさを結
晶子サイズと呼んで区別している。
性を有しておらず、非晶質に近い状態であった場合、鋼
板への付与張力は結晶質であった場合と比較して低下す
るものの、従来被膜と比較してはるかに大きな張力付与
が可能であるため、本発明の表面被膜の態様として特に
支障なく用いられる。上記のほう酸アルミニウム質の絶
縁被膜を形成することで、一方向性珪素鋼板の鉄損は著
しく向上する。
状によっては、空気中の水分等と反応して被膜が変質、
劣化する場合があり、また鋼板を保管しておく際に錆が
発生し易い、等の問題点が生じる場合があった。この問
題点は、酸化アルミニウム前駆体と酸化ほう素前駆体と
を出発原料として被膜を形成する場合においては、比較
的酸素ポテンシャルの低い雰囲気中で焼き付けた場合に
多発する傾向があった。
に対して鋭意研究を重ねた結果、被膜中に存在する酸化
ほう素および/またはほう酸が原因の1つであることを
見いだした。この詳細メカニズムについては、十分には
明らかにはしていないが、酸化ほう素は室温ではあまり
安定ではなく、水分を取り込んで徐々にほう酸へと変化
する。これによって被膜が変質し、錆を発生させると考
えている。
せず、耐水性にすぐれた被膜とするためには、絶縁被膜
中に存在する酸化ほう素および/またはほう酸の量を、
被膜全体に対する重量割合で3%以下、より好ましくは
2%以下とすることが望ましい。
質、非晶質とに関わらずほう素の酸化物という広い意味
のものであり、ほう酸についてはオルトほう酸、メタほ
う酸はもちろん、テトラほう酸等も含み、これらほう酸
についても結晶質、非晶質は問わない。
の量を上記の範囲内とするための手法としては、原料と
して用いるほう酸/酸化アルミニウムの量比をできるだ
け前記の化学量論組成に近づけること、原料として用い
るアルミナ成分の性状を最適化することでほう酸成分と
の反応性を高め、未反応成分を極力減らすこと、適当な
添加物を導入し、未反応で存在している酸化ほう素およ
び/またはほう酸と反応させ水分に対して安定な化合物
を形成すること等があげられる。本発明の達成手段とし
ては、このうちのいずれであっても特に支障なく用いる
ことができる。
中にはほう素、珪素を含有する非晶質相を含む場合があ
る。この非晶質相は、被膜中においてはマトリックス様
相として存在する場合が多いと考えられ、ほう酸アルミ
ニウム成分を主体とした被膜に散見される微小気孔等を
低減させている。また、錆発生に対する抑制力も高めて
いると推定している。
が、これ以外に他の成分が混入していても一向に差し支
えない。これらは被膜中の他の成分、また不純物等から
不可避的に混入する場合、あるいは塗布液中に意図的に
添加する場合とがある。成分としてはアルカリ金属、ア
ルカリ土類金属、遷移金属元素等が一般的であるが、他
にもガラス形成酸化物元素、修飾酸化物元素等が考えら
れる。なかでは、Feのように非晶質相中に混入するこ
とで被膜全体の安定性を高める効果を有する元素もあ
る。
成分と非晶質相との比率は、より大きな被膜張力が得ら
れるという観点から、ほう酸アルミニウムが、被膜全体
に対する体積割合にして60%以上、好ましくは80%
以上である。また前述のように、ほう酸アルミニウムは
結晶として存在している方がより大きな被膜張力が得ら
れる。
鋼板最表面に上述の被膜を有しているものであるが、被
膜を形成している母材鋼板については2次再結晶が完了
しているものであれば特に制限は受けない。通常、母材
として一般的に用いられている鋼板は、仕上げ焼鈍(2
次再結晶焼鈍)時に形成されたフォルステライト質の1
次被膜を有する鋼板、1次被膜を酸洗等の方法によって
除去し、金属表面を露出させた鋼板、あるいはさらにそ
の表面を研磨等によって平坦化した鋼板、1次被膜が生
成しない条件下で仕上げ焼鈍を行い、金属表面を露出さ
せた鋼板、あるいはさらにその表面を平坦化した鋼板等
である。
ぎる場合には占積率が低下するため目的に応じてできる
だけ薄いものが良く、鋼板厚さに対して5%以下の厚さ
が好ましい。より好ましくは2%以下である。また張力
付与の観点からは極端に薄くては十分な効果が得られ
ず、0.1μm以上が好ましい。
nm)、および添加物を表1に示した割合に混合し、これ
に蒸留水を加えて混合ゾルを作製した。これを、Siを
3.2%含有する厚さ0.2mmの仕上げ焼鈍が完了した
一方向性珪素鋼板(フォルステライト質の1次被膜あ
り)に片面4g/m2 となるように塗布、乾燥後H2 を
3 vol%含有するN2 雰囲気中で600〜1100℃、
0.5〜10分間焼き付けることによって表面に被膜を
形成した。得られた被膜はほう酸アルミニウムを主成分
としていた。被膜中の酸化ほう素/ほう酸の量は化学分
析、X線回折、電子顕微鏡観察等により算出した。
0度となるように巻き付け試験を行い、その剥離状況か
ら評価した被膜の密着性はいずれも極めて良好であっ
た。被膜の耐水性は、被膜を形成した鋼板をそのまま1
00mlの沸騰蒸留水中に10分間浸漬し、その前後の重
量変化によって評価し、50cm2 の鋼板あたりの重量変
化が5mg以下である場合には良好、1mg以下である場合
は極めて良好とした。
についても評価した。発錆試験は、50℃、相対湿度9
1%の雰囲気中に1週間保持し、錆の発生状況を目視、
および重量変化によって評価した。片面の被膜を除去
し、板の曲がりから算出した被膜張力、および磁気特性
を表1に併記した。表1の結果から、本発明の被膜は大
きな張力付与による良好な磁気特性が得られ、かつ被膜
の耐水性にすぐれ、錆発生も著しく少ない一方向性珪素
鋼板が得られていることが分かる。
nm)、および添加物を表2に示した割合に混合し、これ
に蒸留水を加えて混合ゾルを作製した。これを、Siを
3.2%含有し、酸化アルミニウムを焼鈍分離剤として
塗布し、2次再結晶と同時に鏡面化処理を施した厚さ
0.2mmの一方向性珪素鋼板に片面4g/m2 となるよ
うに塗布、乾燥後H2 を10 vol%含有するN2 雰囲気
中で700〜1000℃、0.5〜5分間焼き付けるこ
とによって表面に被膜を形成した。
分としていた。実施例1と同様に被膜中の酸化ほう素/
ほう酸の量を算出し、被膜の密着性、耐水性、沸騰蒸留
水中への被膜成分の溶け出し、錆の発生状況、被膜張
力、磁気特性を評価、結果を表2に示した。表2の結果
から、本発明の被膜は大きな張力が付与され、かつ被膜
の安定性にすぐれ、錆発生も著しく少ないことが分か
る。
う酸量をある特定の値より少なくしたほう酸アルミニウ
ム被膜を有することで、被膜耐水性にすぐれ、錆発生の
著しく少ない低鉄損一方向性珪素鋼板を得ることができ
る。特に従来から用いられている1次被膜を有する鋼
板、あるいは著しい低鉄損化を目的とした鏡面化鋼板の
いずれに対しても良好な特性を示し、汎用性の観点から
も工業的効果は甚大である。
Claims (2)
- 【請求項1】 最表面にほう酸アルミニウム質の絶縁被
膜を有する一方向性珪素鋼板であって、該絶縁被膜中に
存在する、酸化ほう素および/またはほう酸が、被膜全
体に対する重量割合で3%以下であることを特徴とする
低鉄損一方向性珪素鋼板。 - 【請求項2】 最表面のほう酸アルミニウム質の絶縁被
膜中に、結晶質ほう酸アルミニウムとほう素、珪素を構
成成分とする非晶質相とを含有することを特徴とする請
求項1に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板。
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JP07087228A JP3098691B2 (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | 被膜耐水性、耐置錆性にすぐれた低鉄損一方向性珪素鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP07087228A JP3098691B2 (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | 被膜耐水性、耐置錆性にすぐれた低鉄損一方向性珪素鋼板 |
Publications (2)
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JPH08283957A JPH08283957A (ja) | 1996-10-29 |
JP3098691B2 true JP3098691B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=13909016
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP07087228A Expired - Lifetime JP3098691B2 (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | 被膜耐水性、耐置錆性にすぐれた低鉄損一方向性珪素鋼板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3098691B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014104762A1 (ko) | 2012-12-28 | 2014-07-03 | 주식회사 포스코 | 방향성 전기강판 및 그 제조방법 |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
WO2020085024A1 (ja) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 日本製鉄株式会社 | 方向性電磁鋼板用絶縁皮膜を形成するための塗布液、方向性電磁鋼板、及び方向性電磁鋼板の製造方法 |
-
1995
- 1995-04-12 JP JP07087228A patent/JP3098691B2/ja not_active Expired - Lifetime
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WO2014104762A1 (ko) | 2012-12-28 | 2014-07-03 | 주식회사 포스코 | 방향성 전기강판 및 그 제조방법 |
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