JP5098466B2 - クロムレス張力被膜用処理液およびクロムレス張力被膜の形成方法ならびにクロムレス張力被膜付き方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Description
また、本発明は、上記クロムレス張力被膜用処理液を用いたクロムレス張力被膜の形成方法およびこの方法で形成したクロムレス張力被膜をそなえるクロムレス張力被膜付き方向性電磁鋼板に関するものである。
これらにより、方向性電磁鋼板に対してはクロムを含む被膜とほぼ同じレベルの被膜品質を得るに至った。
例えば、方向性電磁鋼板の磁気特性の向上を目的として、下地被膜中のTi量の上昇を防止するために、焼鈍分離剤中に添加するTiO2量を少なくすることが、最近の傾向である。これにより、下地被膜中に含まれるTi濃度が以前の電磁鋼板と比較して低くなってきており、特許文献9に記載のTi濃度範囲を満足することが難しくなってきている。
また、できるかぎり被膜を薄くして占積率を向上させるという観点から、特許文献10に記載されているような二重被膜は行われなくなっている。
その結果、クロム化合物の代わりに金属塩化物を用い、この金属塩化物にコロイド状シリカとリン酸塩に加えた処理液で被膜を形成することにより、方向性電磁鋼板における耐吸湿性と張力付与による鉄損低減効果とが、同時に著しく改善されることの新規知見を得た。また、この処理液に、ホウ酸塩または硫酸塩をさらに加えることで、耐吸湿性が一層向上し、下地被膜の如何にかかわらず、クロムを含む張力被膜処理液を用いた場合と同等の耐吸湿性と張力付与による鉄損低減効果が得られることも併せて知見した。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
まず、試料を次のようにして製作した。
公知の方法で製造された板厚:0.23mmの仕上焼鈍済みの方向性電磁鋼板を300mm×100mmの大きさにせん断し、未反応の焼鈍分離剤を除去した後、歪取焼鈍(800℃、2時間)した。
次に、リン酸で酸洗した後、次の4種類の張力被膜用処理液を塗布した。
No.1:リン酸マグネシウム:30質量部およびコロイド状シリカ:20質量部の配合割合からなる張力被膜用処理液を、両面で10g/m2塗布。
No.2:リン酸マグネシウム:30質量部、コロイド状シリカ:20質量部および無水クロム酸:5質量部の配合割合からなる張力被膜用処理液を、両面で10g/m2塗布。
No.3:リン酸マグネシウム:30重量部、コロイド状シリカ:20質量部および塩化ビスマス:5質量部の配合割合からなる張力被膜用処理液を、両面で10g/m2塗布。
No.4:リン酸マグネシウム:30質量部、コロイド状シリカ:20質量部、塩化ビスマス:5質量部および硫酸マンガン:5質量部の配合割合からなる張力被膜用処理液を、両面で10g/m2塗布。
次に、これらの張力被膜用処理液を塗布した方向性電磁鋼板を乾燥炉に装入し(300℃、1分間)、その後、平坦化焼鈍と張力被膜の焼付けを兼ねた熱処理(800℃、2分間)を施した。さらにその後、2回目の歪取焼鈍(800℃、2時間)を行った。
鉄損低減効果は、SST試験機(単板磁気試験機)で測定した磁気特性によって評価した。測定は、各試料について張力被膜用処理液塗布直前、張力被膜の焼付け直後および2回目の歪取焼鈍直後にそれぞれ行った。
また、耐吸湿性は、リンの溶出試験により評価した。この試験は、張力被膜の焼付け直後の鋼板から50mm×50mmの試験片を3枚切出し、これらを100℃の蒸留水中で5分間沸騰することにより張力被膜表面からリンを溶出させ、その溶出量によって張力被膜の水分に対する溶解のしやすさを判断するものである。
・塗布前B8(R):張力被膜用処理液塗布直前の磁束密度
・塗布後△B=B8(C)−B8(R) ただし、B8(C):張力被膜の焼付け直後の磁束密度
・歪取焼鈍後△B=B8(A)−B8(R) ただし、B8(A):2回目の歪取焼鈍直後の磁束密度
・W17/50(R):張力被膜用処理液塗布直前の鉄損
・塗布後△W=W17/50(C)−W17/50(R) ただし、W17/50(C):張力被膜の焼付け直後の鉄損
・歪取焼鈍後△W=W17/50(A)−W17/50(R) ただし、W17/50(A):2回目の歪取焼鈍直後の鉄損
・リンの溶出量:張力被膜の焼付け直後に測定
これに対し、No.3および4が発明例であり、本発明に従うクロムレス張力被膜用処理液でもNo.3の塩化ビスマスを加えた場合は、鉄損低減効果は、No.2の場合と遜色ない結果が得られた。また、耐吸湿性についても、No.2にはやや劣るものの、実用上問題のないレベルに達している。
一方、硫酸マンガンを加えたNo.4のクロムレス張力被膜用処理液の場合は、鉄損低減効果、耐吸湿性ともにNo.2と遜色のない結果が得られている。
従来、張力被膜用処理液中の塩化物は、鋼板を錆びさせることから有害元素と考えられていた。しかしながら、発明者らは、張力被膜用処理液中に塩化物を添加することで、耐吸湿性と鉄損低減効果の両方が向上するという全く予想外の結果を得た。
従来の知見から、張力被膜用処理液中のクロムイオンは、フリーのリン酸イオンをトラップすることにより被膜中のリンの溶出を抑える働きがある。また、このトラップによって被膜を強固にもするため、鉄損低減効果を高める働きがある。
以上から、被膜に発生するクラックを如何に抑えるかがポイントであり、クラック防止の手段として塩化物イオンを供給する金属塩化物の添加が重要であることが究明されたのである。
まず、本発明で対象とする鋼板は、方向性電磁鋼板であれば特に鋼種を問わない。通常、かような方向性電磁鋼板は、含珪素鋼スラブを、公知の方法で熱間圧延し、1回もしくは中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延により最終板厚に仕上げたのち、一次再結晶焼鈍を施し、ついで焼鈍分離剤を塗布してから最終仕上焼鈍を行うことによって製造される。このとき、一般的な方向性電磁鋼板は、最終仕上焼鈍後に鋼板表面にフォルステライト下地被膜を有しているが、場合によっては焼鈍分離剤としてアルミナを用いたり、マグネシアに塩化物を添加した粉体を用いたりして、表面にほとんど下地被膜を形成させないようにして打抜き性や磁気特性を向上させるものもある。本発明は、このような、ほとんど下地被膜を形成させない場合においても表面の粗度を低くする働きがあり有効である。
本発明では、コロイド状シリカとリン酸塩および塩化物とを必須成分とする。
ここに、コロイド状シリカは、鋼板に張力を付与して鉄損を低減するために必要な成分である。また、リン酸塩は、シリカのバインダーとして働くことにより、コーティングの成膜性を向上させ、被膜密着性の向上に有効に寄与する。そして、本発明では、上記のコロイド状シリカとリン酸塩に、さらに塩化物を配合するところに最大の特徴があり、この塩化物を配合することによって、鉄損低減効果と耐吸湿性の向上を図るものである。
ここに、各成分の配合比は次の通りとする。
固形分換算でコロイド状シリカ:20質量部に対して、Mg、Al、Ca、FeおよびMnのリン酸塩のうちから選んだ1種または2種以上を10〜80質量部とする。というのは、リン酸塩が、10質量部に満たないと被膜のクラックが大きくなり、上塗り被膜として重要な耐吸湿性が不十分となり、一方、リン酸塩が80質量部を超えるとコロイド状シリカが相対的に少なくなるために、張力が低下して鉄損低減効果が小さくなるからである。より好ましくは、コロイド状シリカ:20質量部に対して、リン酸塩:15〜40質量部の範囲である。
かかる張力被膜の焼付けは、平坦化焼鈍を兼ねて700℃〜950℃の温度範囲で2〜120秒の均熱時間とすることが好ましい。温度が低すぎたり、時間が短すぎると、平坦化が不十分で形状不良のために歩留りが低下する。一方、温度が高すぎたり、時間が長すぎると、平坦化焼鈍の効果が強すぎてクリープ変形して磁気特性が劣化する。
・発粉性:走査形電子顕微鏡による表面観察で確認
○:表面にフクレ、割れがない
△:わずかに表面にフクレ、割れあり
×:表面のフクレ、割れが激しい
・W17/50(R):張力被膜用処理液塗布直前の鉄損
・塗布後△W=W17/50(C)−W17/50(R) ただし、W17/50(C):張力被膜の焼付け直後の鉄損
・歪取焼鈍後△W=W17/50(A)−W17/50(R) ただし、W17/50(A):歪取焼鈍直後の鉄損
・耐熱性:50mm×50mmの試験片10枚を乾燥窒素雰囲気中にて19.6MPaの圧縮荷重付与下で、800℃×2時間の焼鈍後、500gの分銅を落下させ、試験片が全て剥離したときの落下高さにより判定。○:20cm △:40cm ×:60cm以上。
・密着性:非剥離最小曲げ径(mm)
・占積率:JIS Z 2550の方法に準拠
・外観:目視観察
・防錆性:温度:50℃、露点:50℃の空気中に50時間保持後、表面を観察。
○:錆がほとんどない △:若干錆が発生 ×:激しく錆が発生
・リンの溶出量:50mm×50mmの試験片3枚を100℃の蒸留水中で5分間煮沸した後、分析。
これに対して、比較例であるNo.5、すなわち、塩化物の添加量が適正範囲であっても、リン酸塩の添加量が少ない場合には、鉄損が著しく劣化した。
No.9、すなわち、塩化物の添加量が適正範囲であっても、リン酸塩の添加量が適正範囲よりも多い場合は、鉄損、耐吸湿性ともに劣化した。
No.10または26、すなわち、リン酸塩の添加量が適正範囲であっても、塩化物の添加量が適正範囲よりも少ない、あるいは塩化物を添加しない場合は、鉄損、耐吸湿性ともに劣化した。
No.13、すなわち、リン酸塩の添加量が適正範囲であっても、塩化物が適正範囲よりも多い場合は、鉄損が著しく劣化した。
Claims (4)
- 固形分換算でコロイド状シリカ:20質量部に対して、Mg、Al、Ca、FeおよびMnのリン酸塩のうちから選んだ1種または2種以上:10〜80質量部と、Mg、Al、Fe、Bi、Co、Mn、Zn、Ca、Ba、SrおよびNiのうちから選んだいずれかの塩化物:3〜30質量部を配合したことを特徴とするクロムレス張力被膜用処理液。
- 固形分換算でコロイド状シリカ:20質量部に対して、Mg、Al、Ca、FeおよびMnのリン酸塩のうちから選んだ1種または2種以上:10〜80質量部と、Mg、Al、Fe、Bi、Co、Mn、Zn、Ca、Ba、SrおよびNiのうちから選んだいずれかの塩化物:3〜30質量部ならびにLi、Na、K、Mg、Mn、Ca、Ba、Sr、Sn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、AlおよびBiのホウ酸塩または硫酸塩のうちから選んだ1種または2種以上:1〜10質量部を配合したことを特徴とするクロムレス張力被膜用処理液。
- 請求項1または2に記載の処理液を、最終仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に塗布、焼付けすることを特徴とするクロムレス張力被膜の形成方法。
- 請求項1または2に記載の処理液を、最終仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に塗布、焼付けして得たことを特徴とするクロムレス張力被膜付き方向性電磁鋼板。
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