JP4189157B2

JP4189157B2 - 低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP4189157B2
Application number: JP2002056749A
Authority: JP
Inventors: 尚茂木; 成彦野村; 重信古賀; 昌浩藤倉; 修一山崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2022-03-04
Also published as: JP2003253499A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍を施しても鉄損が劣化しない、低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在実用化されている一方向性電磁鋼板は、鋼板の圧延方向に磁化容易で、主にトランスなどの電気機器に使われている。この鋼板に局所歪の導入、あるいは溝の形成による磁区細分化を施すと、鋼板断面に流れる渦電流が減少し、熱エネルギーの発生が抑えられるため鉄損が低減する。これにより電気機器のエネルギーロスを減らすことができる。
【０００３】
しかしながら上記の磁区細分化効果は、需要家において巻きトランスとして鋼板が組み上げられた後、約８００℃の歪取り焼鈍が行なわれる際に、通常のレーザを照射する方法では効果が消失してしまう。歪取り焼鈍で消えない磁区細分化の方法としては物理的な溝を形成させる方法が効果的で、例えば特開昭６０−２１１０１２号公報には、冷延板に突起付ロールで溝を形成して二次再結晶を制御する方法が開示され、また特開昭６２−８６１８２号公報には、仕上焼鈍後の鋼板に硝酸溶液をスプレーで吹き付け、周期的に線状溝を形成する方法、また特開昭６３−４２３３２号公報には、電解エッチングによって溝を形成する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、歪取り焼鈍による鉄損劣化がない低鉄損一方向性電磁鋼板には種々の方法が開示されており、エッチングによる溝形成による手法にも様々な製造方法が提案されている。例えば仕上焼鈍後に硝酸等の酸をスプレーにより噴射する溝形成法は、焼鈍後に再結晶した良好な鋼材部分を選択することができ、必要に応じて不良部分を避けた後で溝を形成できるが、溝深さの均一な制御に高度な技術を要する。
【０００５】
一方、仕上焼鈍前に電解エッチングで溝を形成する方法においては、溝深さの制御に関してスプレー法より良好であるが、溝形成後、仕上焼鈍時において再結晶に不良部分が生じた場合、効果が表われず特性が劣化し逆効果になる。
【０００６】
これらの製造方法において、再結晶の良好な部分に溝を形成する選択性と溝の深さの制御性を両立した製造方法はなく、工業的に優れているとは必ずしも言えなかった。また、溝から鉄分が電解液中に溶解するが、これらを効果的に廃棄する方法も考慮する必要がある。
【０００７】
上記に鑑み本発明の目的は、従来技術にない新しい製造方法を用いることで、再結晶の良好なコイル、または鋼板を選択して溝を形成する選択性と、溝の深さの制御性を両立し、鉄分を効果的に廃棄することが可能で、かつ歪取り焼鈍による鉄損劣化がない低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このために本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）絶縁被膜が施された仕上焼鈍済み一方向性電磁鋼板の被膜の一部をレーザー照射で除去し、地鉄が露出した部分を電解エッチングにより溝加工して鉄損低減を図る方法において、絶縁被膜が施された仕上焼鈍済み一方向性電磁鋼板の被膜の一部をレーザー照射で除去し、地鉄が露出した部分を電解エッチングにより溝加工して鉄損低減を図る方法において、被膜の除去された同一の鋼板面に、同一電源に接続された陰陽両電極を、陰陽両電極が鋼板の進行方向に交互となるように配置し、陰陽電極間に電圧を印加する事により鋼板を連続的に電解エッチング処理することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
（２）エッチング溶液のｐＨを８以上、１１以下に制御することを特徴とする請求項１記載の低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、実験結果を基に本発明を詳細に説明する。
本発明者らは鋼板表面の処理方法として種々検討した結果、仕上焼鈍後の鋼板に電解エッチングを施すことが好ましいと考えるに至った。仕上焼鈍後に再結晶不良部分が発生した場合、コイルを展開した後でこの不良部分の位置を明確に把握することが可能であるからである。これによって、エッチングに効果的なコイルあるいは鋼板を選択できる。
【００１０】
しかしながら、仕上焼鈍後には鋼板へ被膜張力を付与するフォルステライトが表面に形成され、かつその上に絶縁被膜が塗布されている。従来の電解エッチング法によれば、コンダクターロールにより鋼板表面から電流を供給することが出来るが、フォルステライトや絶縁被膜が表面に形成された仕上焼鈍後の鋼板では直接電流が流れない。
【００１１】
この問題を解決するため、本発明者らが鋭意検討した結果、鋼板面の絶縁コーティング上にレーザ照射により溝パターンを形成した場合、溝部分は鋼板の地鉄が出ており、ここから電流を供給することが最も良い方法であると判断した。
周期的に地鉄が現れている部分に電流を供給する方法は、機械的に接触する方法では不完全で、電解液中に鋼板を浸漬し、電解液を通して電流を供給する方法が好ましい。この方法を実現する方法として、図１に示すように部分的に被膜の除去された鋼板面に対面する陰陽両電極を鋼板の進行方向に交互に配置し、陰陽電極間に電圧を印加することで、仕上焼鈍後の鋼板を連続的に電解エッチング処理する方法を開発した。
【００１２】
次に、電解エッチングに伴う鉄イオン分の溶解と水酸化鉄の沈殿について検討した。本発明者らの実験によれば、電解液のｐＨが７以下であれば鉄が溶解し、鉄分を沈殿させることなく電解液の廃棄が容易であることが判明した。仮に鉄が沈殿した場合、配管が目詰まりを起こし廃液に支障をきたし、メインテナンス作業が増加する。以上の理由から沈殿を回避することが好ましい。
【００１３】
また、ｐＨが高いと電解液中には鉄が溶解せず沈殿する。本発明者らの実験によれば、電解液のｐＨが８以上であれば鉄が沈殿し、上記とは反対に鉄分を回収する観点では非常に都合が良い。したがって、鉄を溶解してこの溶液を廃棄するか、鉄を沈殿させフィルターを通して回収し残存溶液を廃棄するかの、２つの方法が考えられ、その設備環境に対して都合の良い方式を採用することが可能である。
【００１４】
次に本発明の限定理由について述べる。
まず請求項１において、陰陽両極電極を鋼板の進行方向に交互に配置した理由は、前述のとおり溝パターン部の地鉄が現れた部分から電流を供給し、この部分をエッチングして溝を形成する際の効率を高めるためである。この場合、表面に絶縁被膜があっても溝部分から電流が流れるため、電解エッチングが可能になる。従来のコンダクターロールによって電流を通電する方式は、導電部の溝との接触が不十分で電流が流れない場合があり、エッチングが出来ない。なお、配置する電極の数は、処理スピードとの兼ね合いで決めることができ、少なくとも１対の電極を交互に配置すればよい。
【００１５】
ところで、エッチング溶液のｐＨが２よりｐＨを低い場合、エッチングレジスト材としての絶縁被膜が劣化する。絶縁被膜が劣化すると正確な溝パターンが破壊され、必要以外の部分から電流が流れ、エッチングされる。したがって、エッチングのレジスト性が不十分となり、意図した形態のシャープな溝を形成することができない。
【００１６】
また、エッチング溶液のｐＨを７以下とした場合、鉄の沈殿が避けられ、配管内に鉄の沈殿物が滞留せず廃液流れの妨げにならない。したがって、ホフマンフィルター等鉄分を除去する付帯設備を必要とせず、電解槽から直接配管を通じて簡易な構造で鉄分が溶解した電解液を廃液処理槽等へ導くことができる。
【００１７】
そして、請求項２においてｐＨを８以上とした理由は、鉄が沈殿し易いため、フィルター等で鉄分を容易に回収し、廃棄することができるからである。この場合、先に挙げたホフマンフィルター以外に、鉄イオンがほとんど通過しない透析膜を使用してもよい。
一方、エッチング溶液のｐＨが１１以下としたのは、これよりｐＨを高くすると絶縁被膜が劣化し、エッチングのレジスト性が不十分となり、意図した形態のシャープな溝を形成することができないからである。

【００１８】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
冷間圧延により０．２３ｍｍ厚まで仕上げ、一方向性電磁鋼板として仕上焼鈍し、絶縁被膜を塗布した鋼板に６ｍｍ間隔で０．３ｍｍ幅の溝パターンをレーザ照射により形成した後、地鉄露出部を有する鋼板面に対面して陰陽両電極を交互配置した電解槽中を通板した。ここで電解液は濃度５％の塩化ナトリウム水溶液を用い、ｐＨ調整は水酸化ナトリウムと塩酸を用いて行った。ｐＨを変えてエッチングを行い、１から１２の範囲で通板した。
【００１９】
本発明に係る上記試料を取り出し、溝形状を確認したところ、深さ平均２０μｍ程度の凹状の溝が形成されていた。電解槽内において処理時の鉄の沈殿量を調査した結果を表１に示す。鉄の沈殿量はビーカで採取した溶液に存在している鉄をろ紙で採取し、重量を測定した。ここで電解槽の容積は８４リットルで、溝部分の実効電流密度は６００A/dm²、本電解槽で処理４０秒経過後の値である。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表１に示すとおり、ｐＨ６から沈殿が始まり、８以上でその量が大きく増加した。したがって、本条件範囲内ではｐＨ７以下に保持することにより、鉄分を実質的に溶解させたまま電解液を電解槽からそのまま廃液タンクに送ることができた。
【００２２】
［実施例２］
冷間圧延により０．２７ｍｍ厚まで仕上げ、一方向性電磁鋼板として仕上焼鈍し、絶縁被膜を塗布した鋼板に４ｍｍ間隔で０．３ｍｍ幅の溝パターンをレーザ照射によって形成した。地鉄露出部を有する鋼板を、この面に対面して陰陽両電極を交互配置した電解槽中を通板させた。ここで電解液は濃度３％の塩化カリウム水溶液を用い、ｐＨ調整は水酸化ナトリウムと塩酸を用いて行った。ｐＨを変えてエッチングを行い、１から１２の範囲で通板した。
上記試料において溝形状を確認したところ、深さ平均１５μｍ程度の凹状の溝が形成されていた。
【００２３】
電解槽内において処理時の鉄の沈殿量を調査した結果を表２に示す。鉄の沈殿量はビーカで採取した溶液に存在している鉄をろ紙で採取し、重量を測定した。ここで電解槽の容積は８４リットルで、溝部分の実効電流密度は１２００A/dm²、本電解槽で処理１７秒経過後の値である。
【００２４】
【表２】

【００２５】
表２から明らかなようにｐＨ５から沈殿が始まり、８以上でその量が大きく増加した。したがって、本条件の範囲内においてｐＨ７以下に保持することにより、鉄分を実質的に溶解させたまま電解液を電解槽からそのまま廃液タンクに送ることができた。
【００２６】
［実施例３］
冷間圧延により０．２３ｍｍ厚まで仕上げ、一方向性電磁鋼板として仕上焼鈍し、絶縁被膜を塗布した鋼板に６ｍｍ間隔で０．３ｍｍ幅の溝パターンを形成した。地鉄露出部を有する鋼板を、この面に対面して陰陽両電極を交互配置した電解槽中を通板させた。ここで電解液は濃度７％の塩化カルシウム水溶液を用い、ｐＨ調整は水酸化ナトリウムと塩酸を用いて行った。ｐＨを変えてエッチングを行い、１から１２の範囲で通板した。
【００２７】
本発明に係る上記試料を取り出し、溝形状を確認したところ、深さ平均２５μｍ程度の凹状の良好な溝が形成されていた。電解槽内において処理時の鉄の沈殿量を調査した結果を表３に示す。鉄の沈殿量はビーカで採取した溶液に存在している鉄をろ紙で採取し、重量を測定した。ここで電解槽の容積は８４リットルで、溝部分の実効電流密度は７００A/dm²、本ラインで処理４０秒経過後の値である。
【００２８】
【表３】

【００２９】
表３から明らかなようにｐＨ６から沈殿が始まり、８以上でその量が大きく増加した。したがって、本条件範囲内ではｐＨ８以上で鉄分を効果的に沈殿させて廃棄し、仕上焼鈍後の材料を連続的に溝形成できた。電解液は電解槽からフィルターを通して送られ、フィルターによって鉄分を回収し、かつ沈殿槽に一旦滞留して沈殿させた後、廃液タンクに送られた。
【００３０】
［実施例４］
冷間圧延により０．２７ｍｍ厚まで仕上げ、一方向性電磁鋼板として仕上焼鈍し、絶縁被膜を塗布した鋼板に４ｍｍ間隔で０．３ｍｍ幅の溝パターンを形成した。地鉄露出部を有する鋼板を、この面に対面して陰陽両電極を交互配置した電解槽に通板させた。ここで電解液は濃度５％の硝酸ナトリウム水溶液を用い、ｐＨ調整は水酸化ナトリウムと塩酸を用いて行った。ｐＨを変えてエッチングを行い、１から１２の範囲で通板した。
【００３１】
本発明に係る上記試料を取り出し、溝形状を確認したところ、深さ平均１７μｍ程度の凹状の良好な溝が形成されていた。電解槽内において処理時の鉄の沈殿量を調査した結果を表４に示す。鉄の沈殿量はビーカで採取した溶液に存在している鉄をろ紙で採取し、重量を測定した。ここで電解槽の容積は８４リットルで、溝部分の実効電流密度は１２００A/dm²、本ラインで処理２０秒経過後の値である。
【００３２】
【表４】

【００３３】
表４から明らかなようにｐＨ５から沈殿が始まり、８以上でその量が大きく増加した。したがって、本条件の範囲内においてｐＨ８以上で鉄分を効果的に沈殿させ、仕上焼鈍後の材料を連続的に溝形成できた。電解液は電解槽からフィルターを通して送られ、フィルターによって鉄分を回収し、かつ沈殿槽に一旦滞留して沈殿させた後、廃液タンクに送られた。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法を用いることにより、再結晶の良好な部分に溝を形成する選択性と溝の深さの制御性を両立した、歪取り焼鈍による鉄損劣化がない耐歪取り焼鈍低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法を提供でき、トランスの鉄心材料である鋼板を効率的に製造できる観点から、その工業的意義は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する際の設備構成の概略図を示す。

Claims

絶縁被膜が施された仕上焼鈍済み一方向性電磁鋼板の被膜の一部をレーザー照射で除去し、地鉄が露出した部分を電解エッチングにより溝加工して鉄損低減を図る方法において、
被膜の除去された同一の鋼板面に、同一電源に接続された陰陽両電極を、陰陽両電極が鋼板の進行方向に交互となるように配置し、陰陽電極間に電圧を印加する事により鋼板を連続的に電解エッチング処理することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
エッチング溶液のｐＨを８以上、１１以下に制御することを特徴とする請求項１記載の低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。