JP3456893B2 - 低鉄損一方向性珪素鋼板 - Google Patents
低鉄損一方向性珪素鋼板Info
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Description
用いる一方向性珪素鋼板のうち、特に表面の絶縁被膜の
密着性が良好であり、かつ鉄損特性に優れた一方向性珪
素鋼板を提供するものである。
01]を主方位とする結晶組織を有し、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小さくする
ために鉄損の小さい材料が求められている。5重量%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/mm
2 程度までの張力付与によって効果的に鉄損を低減でき
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ている。
54号公報、特開平6−65755号公報などにおい
て、アルミナゾルとホウ酸とを含む微粒子分散液を塗布
し、乾燥・ゲル化の後、焼き付けることによる新しい酸
化物被膜の形成方法、および得られる酸化アルミニウム
−酸化ほう素系複合被膜、ホウ酸アルミニウム質高張力
被膜を提案してきた。この被膜は、鋼板に対して従来被
膜の1.5〜2倍の高い張力を付与することができ、結
果として鋼板の磁気特性を改善できることを見いだして
いる。
に、仕上げ焼鈍の際に焼鈍分離剤と反応して形成される
フォルステライト質の被膜を除去、あるいはこの被膜が
形成されないような条件で焼鈍を行って、一方向性珪素
鋼板の表面を平滑面、あるいはさらに進んで鏡面化した
鋼板を得ようとする試みがなされている。この鋼板に対
しても鋼板間の絶縁性を確保するために表面の被膜が必
要であり、前述したとおり、被膜からの張力が大きけれ
ば大きいほど鉄損低減効果が大きい。
鋼板の場合、従来の珪素鋼板と比較して表面の絶縁被膜
の密着性は著しく低下する。これは、従来の珪素鋼板の
場合、表面にフォルステライトを主体とした無機質の被
膜が形成されており、これと絶縁被膜とは通常問題なく
密着していたのに対し、平滑な金属面に直接絶縁被膜を
形成するのが困難なためである。したがって、絶縁被膜
の密着性という観点からは、より低い鉄損を追求して表
面の平滑度を向上させるほど解決が困難になるといえ
る。
技術が提案されている。その主体とするところは、現状
鋼と同様に鋼板の表面、すなわち鋼板と絶縁被膜の界面
に無機質層を介在させるという点である。特開平3−1
30376号公報には、平滑化した一方向性珪素鋼板表
面上にゾルゲル法により厚さ0.1〜0.5μmの酸化
珪素、アンチモン酸化物、ジルコン酸化物などのゲル薄
膜を被成し、この上にリン酸マグネシウム−コロイダル
シリカからなる絶縁被膜を形成する技術が開示されてい
る。また特開平5−287544号公報には、焼き付け
工程での反応によって生成した酸化アルミニウムと他酸
化物との複合酸化物、鉄−アルミニウム系複合酸化物、
あるいは珪素−アルミニウム系複合酸化物を介在させて
表面に酸化アルミニウム質被膜を形成する技術が開示さ
れている。また、特開平8−283956号公報には、
焼き付け工程において生成した酸化珪素、酸化珪素と他
酸化物との複酸化物、鉄−珪素系複酸化物、鉄−ほう素
系複酸化物を界面層として表面にホウ酸アルミニウム質
絶縁被膜を形成する技術が開示されている。
に開示されている技術は、リン酸塩−コロイダルシリカ
など被膜張力のそれほど高くない被膜に対しては良好な
密着性を示すものの、ホウ酸アルミニウムなどの高張力
被膜に対しては中間層/鋼板界面からの剥離が生じる場
合がある。発明者らの検討によれば、開示されている塗
布・乾燥による方法では処理条件によっては中間層/鋼
板界面で十分な密着性が得られない場合があるという結
論にいたった。
るいは特開平8−283956号公報に開示されてい
る、最表面の酸化アルミニウム質、あるいはホウ酸アル
ミニウム質被膜の焼き付け工程において同時に中間層を
形成する方法は、工程を増やすことなく簡便に良好な密
着性の被膜を得るのに優れた方法であり、磁気特性も十
分満足に値する値が得られる。しかしながら、一方向性
珪素鋼板においてより低い鉄損を得ることは半永久的に
継続する課題であり、可能な限りの鉄損の低減と良好な
密着性を得るための技術が望まれていた。
性と低い鉄損を両立させる新しい技術を確立することを
目的として発明者らが鋭意検討を重ねた結果、本願発明
を完成させるに至った。
滑化された鋼板表面に良好な密着性の張力付与型の絶縁
被膜を具備し、低鉄損化を実現した一方向性珪素鋼板を
提供することを目的とする。
決するものであって、その要旨とするところは以下の通
りである。 (1) 5重量%以下のSiを含有し、(110)[0
01]を主方位とする結晶組織を有する一方向性珪素鋼
板であって、該一方向性珪素鋼板の平滑化処理を施した
表面に、組成範囲が0.40≦Si/O≦0.95の珪
素酸化物と組成範囲が0.52≦Al/O≦1.15の
アルミニウム酸化物の双方を含有する中間層を有し、該
中間層の表面にホウ酸アルミニウムを主体とした張力付
与型の絶縁被膜が形成されていることを特徴とする低鉄
損一方向性珪素鋼板。 (2) 中間層の厚みが5nm以上1000nm未満で
あることを特徴とする(1)記載の低鉄損一方向性珪素
鋼板。 (3) 中間層に含まれる酸化物が非晶質構造であるこ
とを特徴とする(1)又は(2)記載の低鉄損一方向性
珪素鋼板。
発明のベースとなる鋼板は5重量%以下のSiを含有
し、(110)[001]を主方位とする結晶組織を有
する一方向性珪素鋼板であって、平滑化処理を施したも
のである。ここでいう平滑化処理を施した鋼板とは、従
来公知の方法、たとえば(1)仕上げ焼鈍工程で生成す
るフォルステライト質の被膜、および付随的に生成して
いる界面酸化層を酸に浸漬して除去した鋼板、(2)上
記(1)で得た鋼板を水素中で平坦化焼鈍した鋼板、あ
るいは化学研磨、電解研磨等の研磨を行った鋼板、
(3)被膜生成に対して不活性であるアルミナ粉末な
ど、あるいは塩化物等の微量添加物を添加した従来公知
の焼鈍分離剤を用い、フォルステライト質の焼鈍被膜が
生成しない条件で仕上げ焼鈍を行った鋼板等を指す。
囲が0.40≦Si/O≦0.95の珪素酸化物と組成
範囲が0.52≦Al/O≦1.15のアルミニウム酸
化物の双方を含有する中間層を有している。従来より表
面の絶縁被膜を密着させるための中間層としてはSiO
2 、酸化チタン、アンチモン酸化物、ジルコン酸化物、
SiZrO4 、あるいは妬き付け工程で生成した鉄−ア
ルミニウム系、珪素−アルミニウム系、鉄−珪素系、鉄
−ホウ素系複合酸化物などが提案されている。しかし、
さらに高いレベルでの十分な密着性と磁気特性(鉄損)
を両立させるためには、従来のような成分の規定のみで
は不十分である。本発明では中間層に含有される酸化物
の金属元素と酸素とを特定の比率とし、さらには後述す
うような構造、厚さの条件を満足させることによって、
従来よりも高いレベルの密着性と磁気特性(鉄損)を両
立させたものである。
は、従来より知られた分析・解析手法によって注意深く
決定する必要がある。この比率を決定する手法としては
二次イオン質量分析法(SIMS)、X線光電子分光法
(XPS)、オージェ電子分光法(AES)などが好適
に用いられ、さらに特に高い精度での情報が必要な場合
には、あらかじめ比率が既知である金属酸化物を標準物
質として用いて決定することが好ましい。
しくはAl/Oの値が本発明範囲に満たない場合、金属
元素に対する酸素の比率が多すぎて酸化物層とその内部
の地鉄部との界面が平滑でなくなり、磁気特性が低下す
る。一方、Si/O若しくはAl/Oの値が本発明範囲
を超えて大きすぎる場合、酸素に対する金属元素の比率
が大きすぎ、酸化物よりは金属としての性質が強くなり
すぎるため、十分な密着性が確保できないこととなる。
より好ましい金属元素と酸素の比率は0.40≦Si/
O≦0.80、0.55≦Al/O≦1.15であり、
さらに好ましくは0.45≦Si/O≦0.80、0.
55≦Al/O≦1.00の範囲である。
0nm未満が好ましい。厚さが5nm以下である場合、
酸化物層としては薄すぎて平滑化処理を施した鋼板と最
表面の張力付与型の絶縁被膜との密着に対してほとんど
効果を持たない。また逆に1000nm以上であった場
合には酸化物層とその内部の地鉄部との界面が平滑でな
くなり、絶縁被膜との密着性は確保できるものの磁気特
性が低下するため好ましくない。
法について述べるが、1000nm以上の厚さで形成す
るには長時間を必要とするため工業的ではない。より好
ましい酸化物層の厚さは5nm以上500nm未満であ
り、さらに好ましい厚さとしては10nm以上500n
m未満である。
持たない非晶質構造である場合は、特に本願発明の一方
向性珪素鋼板としては好適である。構造の如何にかかわ
らず本発明における中間層を表面に有することで最表面
に形成する絶縁被膜の密着性は確保できる場合が多い
が、非晶質構造とした方が均一で平滑な界面が得られ、
良好な磁気特性が得られる場合が多い。また、本発明で
好ましい範囲として規定した中間層の厚さの範囲内にお
いて組成の変動を伴っている場合があるが、この変動が
本発明の範囲内であれば全く問題はない。中間層の厚さ
方向の組成分布として、より地鉄に近い内側において金
属元素が多く、表面に近い外側部を酸素が多い組成とす
ることで、平滑な界面と良好な密着性を同時に達成する
ことができ、すなわち良好な密着性と磁気特性を両立す
ることができる。
酸化物との双方が存在する場合においては、中間層が珪
素酸化物を含有する層とアルミニウム酸化物を含有する
層との2層からなるようにしてもよいし、これらが明確
な2層となっておらず、一つの層の中に珪素酸化物とア
ルミニウム酸化物との双方が含有されるようにしてもよ
く、さらにはこれらが組成の変動を伴っていても一向に
差し支えない。
素、あるいはC、Nなどの元素を相当量含んでいてもか
まわない。どの程度まで含有できるかは各元素によって
異なり一概に規定することはできないが、ひとつの目安
として金属元素であればSi、Alの合計量を超えない
範囲、C、Nなどであれば酸素量を超えない範囲であ
る。
てきた中間層の表面には、ホウ酸アルミニウムを主体と
した張力付与型の絶縁被膜を形成する。これには従来公
知のホウ酸アルミニウム被膜をそのまま適用することが
できる。好ましいホウ酸アルミニウム被膜の態様として
は結晶質であり、それ以外、成分として必要に応じてガ
ラス相形成成分、Feなどの結晶化促進成分、あるか
り、アルカリ土類金属などの耐食性向上成分などを含ん
でいても一向に差し支えない。ここでいうところの「主
体とした」とは、重量割合で見たときにホウ酸アルミニ
ウム以外の成分がホウ酸アルミニウム成分を超えていな
いということである。すなわち、本発明鋼板には、前述
した中間層の表面に、ホウ酸アルミニウムを50重量%
以上含有する張力付与型の絶縁被膜を形成するというこ
とに他ならない。
板、あるいは張力付与型の絶縁被膜の形成方法などを含
め、実施例を用いて本発明を説明する。 (実施例1)アルミナを焼鈍分離剤として仕上げ焼鈍を
行い、表面を鏡面に仕上げた一方向性珪素鋼板(Si含
有量:3.2%、厚さ:0.2mm)を表1に示した条件
で所定時間熱処理を行い、表面酸化物層を形成した。表
面酸化物層の性状はSIMS、XPSなどにより測定
し、決定した。この鋼板にホウ酸、およびベーマイトゾ
ルを主成分として含む微粒子分散液を、焼き付け後の被
膜厚さが片面あたり約2μmとなるようにロールコータ
ーで塗布し、乾燥・ゲル化工程を経た後、最終的にH2
を75vol%含有するN2 雰囲気中で800〜850
℃、約30秒間焼き付けてホウ酸アルミニウム質被膜を
形成した。
性、磁気特性を表1に示した。ホウ酸アルミニウム被膜
の密着性は、所定の径の円柱に、その角度が180°に
なるように巻き付け試験を行い、剥離が生じた円柱の直
径で評価した。φ20以下であれば合格、φ20超〜φ
30は要注意、φ30超は不合格レベルである。磁気特
性は試験片10枚の平均値とした。鉄損の評価指標とし
て、従来方法においてはW17/50 で0.80〜0.85
W/kgクラスのものが得られており、このレベル以下
であれば合格であるが、0.85W/kgを越えるよう
な場合には低鉄損鋼板としての範疇には入らないものと
して不合格とした。総合評価は密着性とこの鉄損とを中
心に総合的に考慮して評価し、◎、○は合格レベル、△
は何とか使用可能であるも要注意、×は不合格である。
鋼板において絶縁被膜の密着性に優れ、良好な磁気特性
が得られていることがわかる。一方、本願発明の範囲外
の構造を有する一方向性珪素鋼板(比較例)では、著し
い密着性不良が生じたり、磁気特性の低下がおこってい
る。
膜を密着性良く形成し、良好な磁気特性を得るために
は、本願発明に記載した構造の一方向性珪素鋼板とする
ことが必要である。
平滑化/鏡面化した表面に所定の組成、厚さ、構造の酸
化物層を有することで、最外層に優れた密着性の張力付
与型の絶縁被膜と良好な磁気特性を両立した鋼板であ
る。この鋼板によって著しく損失の少ない一方向性珪素
鋼板が得られ、またこれを製造するにあたっては中間層
を形成する工程が加わるほかは従来の工程と同じであ
り、設備的にも従来のものをそのまま使用できるため、
汎用性、量産性の観点からも工業的効果は甚大である。
Claims (3)
- 【請求項1】 5重量%以下のSiを含有し、(11
0)[001]を主方位とする結晶組織を有する一方向
性珪素鋼板であって、該一方向性珪素鋼板の平滑化処理
を施した表面に、組成範囲が0.40≦Si/O≦0.
95の珪素酸化物と組成範囲が0.52≦Al/O≦
1.15のアルミニウム酸化物の双方を含有する中間層
を有し、該中間層の表面にホウ酸アルミニウムを主体と
した張力付与型の絶縁被膜が形成されていることを特徴
とする低鉄損一方向性珪素鋼板。 - 【請求項2】 中間層の厚みが5nm以上1000nm
未満であることを特徴とする請求項1記載の低鉄損一方
向性珪素鋼板。 - 【請求項3】 中間層に含まれる酸化物が非晶質構造で
あることを特徴とする請求項1又は2記載の低鉄損一方
向性珪素鋼板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09750498A JP3456893B2 (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 低鉄損一方向性珪素鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09750498A JP3456893B2 (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 低鉄損一方向性珪素鋼板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11293473A JPH11293473A (ja) | 1999-10-26 |
JP3456893B2 true JP3456893B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=14194101
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09750498A Expired - Lifetime JP3456893B2 (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 低鉄損一方向性珪素鋼板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3456893B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2020149334A1 (ja) * | 2019-01-16 | 2021-11-25 | 日本製鉄株式会社 | 方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板用の中間鋼板及びそれらの製造方法 |
-
1998
- 1998-04-09 JP JP09750498A patent/JP3456893B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11293473A (ja) | 1999-10-26 |
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