JP5272469B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
これらの被膜は高温で成膜され、しかも地鉄に比較して低い熱膨張率を持つことから、室温まで降温したときの鋼板とコーティングの熱膨張率の違いにより鋼板に引張り応力(以下、単に張力という)が付与され、これが鉄損の低減に有効であるので、できるだけ高い張力を鋼板に付与することが望まれている。
そのため、上述のような技術を用いた場合であっても、必ずしも期待した効果が得られず、所期した特性が達成されないという問題があった。
しかしながら、近年の方向性電磁鋼板の磁気特性の改善に伴い、不可避的に仕上げ焼鈍後のコイル形状が乱れたり、下地被膜の膜が低下したりすることから、このような方法では必ずしも良好なコイルは得られにくくなってきている。
例えば、特許文献5の方法においては、仕上げ焼鈍後の形状の乱れたコイルでは鋼板が破断し易くなる上に、鋼板に歪が入ってかえって磁気特性が劣化するという問題が生じることもあった。また、特許文献6の方法では、鋼板が酸化されてかえって磁気特性が劣化するという問題が生じることもあった。
1.最終仕上げ焼鈍をコイルに巻き取った状態で行ったのち、絶縁張力コーティングを被覆して得た方向性電磁鋼板であって、該絶縁張力コーティングにより、最終仕上げ焼鈍時にコイルに巻き取った状態での内面側の鋼板表面に付与される張力が、外面側の鋼板表面に付与される張力よりも0.5 MPa以上高いことを特徴とする方向性電磁鋼板。
発明者らは、平坦化焼鈍前後で鋼板の磁気特性が大きく劣化する場合が生じたことから、平坦化焼鈍中に何らかの外乱要因に起因して所望の特性が得られないのではないかと考え、この原因を解明するために数多くの実験と検討を重ねた。
その結果、平坦化焼鈍後でも鋼板中に歪が残留しており、これが磁気特性のばらつきの主原因になっていることを突き止めた。
以下、上記の知見を得るに至った実験について述べる。
かくして得られた鋼板の磁気特性を測定すると共に、鋼板の湾曲程度をJIS C 2550に準拠した巻きぐせ測定により、鋼板の反りを測定した。
得られた結果を図1に示す。
しかしながら、今回の結果では、幾分湾曲が残った方が鉄損には有利な結果となった。すなわち、湾曲が完全になくなるまで平坦化させると、歪が入って磁気特性がかえって劣化することが判明した。
すなわち、絶縁張力コーティングは、鋼板に張力を付与する働きがあるが、湾曲した内面側のコーティングを外面側よりも強化して張力をより強くすれば湾曲を解消することができ、これにより磁気特性が改善されると考えられる。
前述したところと同様の最終仕上げ焼鈍済み方向性電磁鋼板を、リン酸酸洗後、リン酸マグネシウム:50質量%、コロイド状シリカ:40質量%、無水クロム酸:9.5質量%、シリカ粉末:0.5質量%の配合割合になる絶縁コーティング処理液を塗布したのち、300℃で1 分間乾燥し、乾N2雰囲気中にて800℃,2分間、付与張力:6MPaの条件で平坦化焼鈍を行った。このとき、鋼板の表面側と裏面側のコーティング塗布量をそれぞれ1〜6g/m2の範囲で変更することにより、鋼板に付与する張力を3〜15MPaの範囲で変化させた。
かくして得られた鋼板の磁気特性を測定すると共に、鋼板の湾曲程度をJIS C 2550に準拠した巻きぐせ測定により、鋼板の反りを測定した。なお、コーティングの張力は片面のコーティングを除去したときの板の反りから換算した。
得られた結果を図2に示す。
ここに、絶縁張力コーティングにより付与する内面側張力と外面側張力の差は、0.5MPa以上とする必要があるが、この差があまりに大きいと反対側に鋼板が湾曲し、やはり磁気特性が劣化するという弊害が生じるので、その上限は20MPa程度とすることが好ましい。
本発明の素材は、コイル焼鈍によって二次再結晶させた方向性電磁鋼板の最終仕上げ焼鈍板である。素材成分については特に限定されない。最終仕上げ焼鈍は、通常、数日にわたる長時間で行われるため、コイルに巻き取った状態のまま焼鈍されるのが定法であり、本発明でも従来どおりこの方法で行う。この仕上げ焼鈍済みのコイルは、絶縁張力コーティング処理液を塗布する前に、水洗やリン酸酸洗により表面を清浄化するが、これも従来どおりの方法でよい。
その後、絶縁張力コーティング処理液を塗布する。コーティングとしては、従来の張力付与型のコーティングでよいが、表裏面でコーティングにより鋼板に付与する張力を、巻き取った状態での外面側より内面側が高くなるようにすることが、本発明のポイントである。
通常、最もよく用いられるコーティングは、リン酸塩−シリカ系のコーティングであるが、このときコーティング成分としては、固形分比率でコロイド状シリカ:20質量部に対し、Al,Mg,Ca,FeおよびMn等のリン酸塩のうちから選んだ一種または二種以上を10〜80質量部程度の配合とすることが好ましい。リン酸塩の割合が少なすぎると耐吸湿性が十分でなく、一方多すぎるとコロイド状シリカが相対的に少なくなるため、張力が低下して鉄損低減効果が低減する。また、これに、吸湿性の改善を目的として、無水クロム酸および/またはクロム酸化合物を合計で3〜20質量部配合してもよい。さらに、シリカやアルミナ等の無機鉱物粒子(粉末等)を配合すると、耐スティッキング性が改善されるので、これらを使用することも可能である。配合量は、占積率を低下させないために最大でも1質量部程度とするのが好ましい。
また、最近、環境調和型のコーティングとして、クロムを用いない技術も開発されているが、これを使用する場合には、無水クロム酸やクロム酸化合物の代りにMg,Al,Fe,Bi,Co,Mn,Zn,Ca,Ba,SrおよびNi等の金属硫酸塩、塩化物、コロイド状酸化物およびほう酸塩等を配合する。配合量は合計で3〜30質量部程度とするのが好ましい。
通常は、処理温度や付与張力を低下させた条件で平坦化焼鈍を行うとコイルの湾曲が残るが、本発明ではこの程度の弱い条件で行い、不足分についてはコーティングによる付与張力で形状を矯正する。なお、焼鈍時間については従来どおり2〜120秒程度でよい。
上記の処理により、コイルの湾曲を解消すると共に、鋼板に不要な歪が入るのを防止して、良好な鉄損を得ることができる。
曲率半径:500mmの湾曲を付けて最終仕上げ焼鈍を施した0.3mm厚みの方向性電磁鋼板を、リン酸酸洗後、コイルに巻き取った状態での鋼板の内面側については、リン酸マグネシウム:50質量%、コロイド状シリカ:40質量%、無水クロム酸:9.5質量%、シリカ粉末:0.5質量%の配合割合になる絶縁張力コーティング処理液を、一方外面側については、リン酸アルミニウム:50質量%、コロイド状シリカ:40質量%、無水クロム酸:9.5質量%、シリカ粉末:0.5質量%の配合割合になる絶縁張力コーティング処理液をそれぞれ、乾燥質量で片面それぞれが5g/m2になるように塗布したのち、300℃で1分間の乾燥後、乾N2雰囲気中にて800℃,1分間、付与張力:8MPaの条件で平坦化焼鈍を行って、方向性電磁鋼板とした。
かくして得られた方向性電磁鋼板の内外面各々のコーティングによる付与張力は、内面側が7.5MPa、外面側が6.7MPaであった。
なお、比較例として、鋼板の両面とも、リン酸アルミニウム:50質量%、コロイド状シリカ:40質量%、無水クロム酸:9.5質量%、シリカ粉末:0.5質量%の配合割合になる絶縁張力コーティング処理液を、乾燥質量で片面それぞれ5g/m2になるように塗布したのち、同様の処理を行って、方向性電磁鋼板を作製した。
かくして得られた方向性電磁鋼板の磁気特性を測定すると共に、鋼板の湾曲程度をJIS C 2550に準拠した巻きぐせ測定により、反りで評価した。
得られた結果を、表1に示す。なお、絶縁コーティングによる付与張力は、別途設けた試料の両面に各絶縁コーティングを施し、片面のコーティングを除去したときの板の反りから換算した。
曲率半径:500mmの湾曲を付けて最終仕上げ焼鈍を施した0.3mm厚みの方向性電磁鋼板を、リン酸酸洗後、絶縁コーティング処理液として、リン酸マグネシウム:50質量%、コロイド状シリカ:40質量%、無水クロム酸:9.5質量%、シリカ粉末:0.5質量%の配合割合になる処理液を、乾燥質量で鋼板内面側は6g/m2、外面側は2g/m2になるようにそれぞれ塗布したのち、300℃で1分間の乾燥後、乾N2雰囲気中での焼鈍温度および付与張力を種々に変更して平坦化焼鈍を行って、方向性電磁鋼板とした。このときの各絶縁コーティングによる付与張力は、内面側が9.6MPa、外面側が3.4MPaであった。
かくして得られた方向性電磁鋼板の磁気特性を測定すると共に、鋼板の湾曲程度をJIS C 2550に準拠した巻きぐせ測定により、反りで評価した。
得られた結果を、表2に示す。なお、絶縁コーティングによる付与張力は、別途設けた試料の両面に各絶縁コーティングを施し、片面のコーティングを除去したときの板の反りから換算した。
曲率半径:500mmの湾曲を付けて最終仕上げ焼鈍を施した0.3mm厚みの方向性電磁鋼板を、リン酸酸洗後、絶縁コーティング処理液として、リン酸マグネシウム:30〜80質量部、コロイド状シリカ:40質量部、無水クロム酸:9.5質量部、シリカ粉末:0.5質量部の各配合割合になるコーティング剤を、鋼板の湾曲内面側と外面側でリン酸マグネシウムが種々の割合になるように各面5g/m2づつ塗布したのち、300℃で1分間の乾燥後、乾N2雰囲気中にて800℃、1分間、付与張力:8MPaの条件で平坦化焼鈍を行って、方向性電磁鋼板とした。
かくして得られた方向性電磁鋼板の絶縁コーティングによる付与張力と磁気特性を測定すると共に、鋼板の湾曲程度をJIS C 2550に準拠した巻きぐせ測定により、反りで評価した。
得られた結果を、表3に示す。なお、絶縁コーティングによる付与張力は、別途設けた試料の両面に各絶縁コーティングを施し、片面のコーティングを除去したときの板の反りから換算した。
これに対し、コイル内面側における付与張力が外面側よりも0.5MPa以上高くなっている場合には、磁気特性が大幅に改善されている。
Claims (4)
- 最終仕上げ焼鈍をコイルに巻き取った状態で行ったのち、絶縁張力コーティングを被覆して得た方向性電磁鋼板であって、該絶縁張力コーティングにより、最終仕上げ焼鈍時にコイルに巻き取った状態での内面側の鋼板表面に付与される張力が、外面側の鋼板表面に付与される張力よりも0.5 MPa以上高いことを特徴とする方向性電磁鋼板。
- 最終仕上げ焼鈍をコイルに巻き取った状態で行った方向性電磁鋼板の表面に、絶縁張力コーティング処理液を塗布したのち、乾燥・焼付けして絶縁張力コーティングを形成するに際し、該絶縁張力コーティングにより鋼板の表裏面に付与される張力について、最終仕上げ焼鈍時にコイルに巻き取った状態での鋼板の内面側の方が外面側よりも0.5 MPa以上高くなるように形成することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
- 請求項2において、最終仕上げ焼鈍時にコイルに巻き取った状態での鋼板の内面側および外面側に付与する張力の調整手段が、絶縁張力コーティングの膜厚および/または組成の変更であることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
- 請求項2または3において、最終仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面に絶縁張力コーティング処理液を塗布し、乾燥したのち、平坦化焼鈍を行う場合に、平坦化焼鈍温度:850℃以下、平坦化焼鈍時に鋼板に付与する張力:15 MPa以下の条件で焼鈍することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
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