JP6156646B2 - 磁気特性および被膜密着性に優れる方向性電磁鋼板 - Google Patents

磁気特性および被膜密着性に優れる方向性電磁鋼板 Download PDF

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Description

本発明は、磁気特性および被膜密着性に優れる方向性電磁鋼板に関するものである。
方向性電磁鋼板は、変圧器や発電機等の鉄心材料として用いられる軟磁性材料であり、鉄の磁化容易軸である＜００１＞方位が、鋼板の圧延方向に高度に揃った結晶組織を有することが特徴である。このような集合組織は、方向性電磁鋼板の製造工程の仕上焼鈍において、いわゆるゴス（Ｇｏｓｓ）方位と称される｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒を優先的に巨大成長させる、二次再結晶焼鈍を通じて形成される。
方向性電磁鋼板の表面には、鋼板側からフォルステライト等の酸化物を主体とする被膜層と、リン酸塩系のガラス質を主体とする被膜層の２層の被膜が形成されているのが一般的である。リン酸塩系のガラス質被膜は、絶縁性、加工性および防錆性等を付与する目的で被成されるが、ガラスと金属とは密着性が低いため、フォルステライト等の酸化物を主体とするセラミックス層を間に介することで被膜密着性を向上させている。これらの被膜は、高温で形成され、かつ、鋼板と比較して低い熱膨張率を有することから、室温まで温度が低下したときの鋼板と被膜との熱膨張率の差によって鋼板に張力が付与され、鉄損を低減する効果が生ずる。因みに、特許文献１によれば、上記鉄損低減効果を得るには、８ＭＰａ以上の高い張力を鋼板に付与することが望ましいとされている。
上記のような高い張力を鋼板に付与するため、従来から種々のガラス質の被膜が提案されている。例えば、特許文献２には、リン酸マグネシウム、コロイド状シリカおよび無水クロム酸を主体とする被膜が、また特許文献３には、リン酸アルミニウム、コロイド状シリカおよび無水クロム酸を主体とする被膜が提案されている。
また、被膜の密着性を改善する技術としては、例えば特許文献４には、ダイレクトイグニッション用途に特化した上で、被膜の鋼板への付与張力を８ＭＰａ以下とし、フォルステライト層と無機系絶縁被膜の目付け量比を適正化することで被膜密着性を高める技術が開示されている。
一方、磁気特性を向上する、特に、鉄損を低減する観点からは、板厚の低減、Ｓｉ含有量の増加、結晶方位の配向性向上、鋼板への張力付与、鋼板表面の平滑化、二次再結晶粒の細粒化などが有効であることが知られている。特に、近年では、二次再結晶粒を細粒化する技術として、一次再結晶焼鈍あるいは脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍で急速加熱する方法や、一次再結晶焼鈍の直前に急速加熱処理し、一次再結晶集合組織を改善する方法等が開発されている。
例えば、特許文献５には、最終板厚まで圧延した鋼帯を脱炭焼鈍する前に、雰囲気酸素濃度５００ｐｐｍ以下とし、加熱速度１００℃／ｓ以上で８００〜９５０℃の温度に急速加熱し、脱炭焼鈍工程の前部領域の温度を急速加熱での到達温度よりも低い７７５〜８４０℃とし、引き続く後部領域の温度を前部領域よりも高い８１５〜８７５℃の温度として脱炭焼鈍を施すことで、低鉄損の方向性電磁鋼板を得る技術が、また、特許文献６には、最終板厚まで圧延した鋼帯を脱炭焼鈍する直前に、ｐＨ２Ｏ／ｐＨ２が０．２以下の非酸化性雰囲気中で１００℃／ｓ以上の加熱速度で７００℃以上の温度に急速加熱することで、低鉄損の方向性電磁鋼板を得る技術が開示されている。
また、特許文献７には、脱炭焼鈍工程の昇温段階の少なくとも６００℃以上の温度域を９５℃／ｓ以上の昇温速度で８００℃以上に加熱し、かつ、この温度域の雰囲気を体積分率で１０−６〜１０−１の酸素を含有する不活性ガスで構成し、脱炭焼鈍の均熱時における雰囲気の構成成分を、Ｈ２とＨ２ＯもしくはＨ２、Ｈ２Ｏと不活性ガスとし、かつ、Ｈ２Ｏ分圧のＨ２分圧に対する比ｐＨ２Ｏ／ｐＨ２を０．０５〜０．７５とし、また、単位面積あたり雰囲気ガスの流量を、０．０１〜１Ｎｍ３／ｍｉｎ・ｍ２の範囲とすることで、被膜と鋼板の混在領域における鋼板結晶粒の結晶方位のＧｏｓｓ方位からの偏差角度が１０度以内の結晶粒の割合を５０％以下とし、皮膜特性と磁気特性に優れる方向性電磁鋼板を得る技術が、また、特許文献８には、脱炭焼鈍工程の昇温段階の少なくとも６５０℃以上の温度域を１００℃／ｓ以上の昇温速度で８００℃以上に加熱し、かつ、この温度域の雰囲気を体積分率で１０−６〜１０−２の酸素を含有する不活性ガスとし、一方、脱炭焼鈍の均熱時における雰囲気の構成成分をＨ２とＨ２ＯもしくはＨ２とＨ２Ｏと不活性ガスとし、かつ、Ｈ２Ｏ分圧のＨ２分圧に対する比ｐＨ２Ｏ／ｐＨ２を０．１５〜０．６５とすることで、皮膜特性と磁気特性に優れる方向性電磁鋼板を得る技術が開示されている。
特開平０８−６７９１３号公報 特公昭５６−５２１１７号公報 特公昭５３−２８３７５号公報 特開２００２−６０９５７号公報 特開平１０−２９８６５３号公報 特開平０７−６２４３６号公報 特開２００３−２７１９４号公報 特許第３５３７３３９号
上記の特許文献に開示の技術、特に、一次再結晶焼鈍（脱炭焼鈍）における加熱条件を適正化することで、二次再結晶粒の微細化による磁気特性の改善と、被膜特性の改善が図られてきた。しかしながら、上記の技術を如何に組み合わせても、被膜特性、特に、被膜密着性に劣る事例が散見されている。
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、一次再結晶焼鈍（脱炭焼鈍）において急速加熱を行う場合でも、磁気特性および被膜密着性が安定的に優れる方向性電磁鋼板を提供することにある。
発明者らは、上記課題の解決に向けて、方向性電磁鋼板の表面被膜が、鋼板側に形成された酸化物を主体とする被膜層と、表面側に形成されたガラス質を主体とする被膜層の２層の被膜で構成されていることに着目し、被膜密着性を改善する方策について鋭意検討を重ねた。その結果、鋼板側に形成された酸化物を主体とする被膜層が鋼板に与える張力と、表面側に形成されたガラス質を主体とする被膜層が鋼板に与える張力の比を適正化することで、磁気特性に優れるだけでなく、鋼板側被膜層と鋼板との密着性を大きく改善できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、鋼板表面に、鋼板側に形成された酸化物を主体とする被膜層Ａと、表面側に形成されたガラス質を主体とする被膜層Ｂの２層から構成される張力付与型絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板において、上記鋼板側被膜層Ａの酸化物はフォルステライトまたはコーディエライトであり、表面側被膜層Ｂのガラス質はＭｇ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｎｄ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｂ，Ｔａ，ＣｕおよびＭｎのうちから選ばれる１種または２種以上の金属元素を含有する珪リン酸塩ガラスであり、かつ、上記鋼板側被膜層Ａが鋼板に与える張力σＡに対する表面側被膜層Ｂが鋼板に与える張力σＢの比Ｒ（σＢ／σＡ）が１．２０〜４．０の範囲にあることを特徴とする方向性電磁鋼板である。ここで、上記鋼板表面の被膜が鋼板に付与する張力σＡおよびσＢは、鋼板片面側の被膜をアルカリや酸などを用いて除したときの鋼板の反りの大きさＸから、下記式を用いて算出した値である。
鋼板への付与張力（ＭＰａ）＝（鋼板ヤング率（ＧＰａ））×板厚（ｍｍ）×反りの大きさ（ｍｍ）÷（反り測定試験片長さ（ｍｍ））２×１０３
（ただし、上記鋼板のヤング率は１３２ＧＰａを用いる。）
また、本発明の上記方向性電磁鋼板は、鋼板側被膜層Ａが鋼板に与える張力σＡが６ＭＰａ以下であることを特徴とする。
また、本発明の上記方向性電磁鋼板は、鋼板側被膜層Ａの目付量が酸素換算で１．０〜３．０ｇ／ｍ２（両面）であることを特徴とする。
本発明によれば、一次再結晶焼鈍あるいは脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍や、二次再結晶焼鈍において、被膜形成のために緻密な制御を必要とすることなく、酸化物を主体とする鋼板側被膜層とガラス質を主体とする表面側被膜層が鋼板に与える張力比を適正範囲に制御するだけで、磁気特性と被膜特性に優れる方向性電磁鋼板を安定して製造することが可能となる。さらに、本発明によれば、一次再結晶焼鈍あるいは脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍において急速加熱を行わない鋼板においても、被膜密着性と磁気特性の両立が可能となるので、産業上奏する効果は極めて大きい。
先述したように、従来技術においては、一次再結晶焼鈍あるいは脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍（以降、単に「一次再結晶焼鈍」ともいう）における加熱条件を適正化することで、二次再結晶粒の微細化による磁気特性の改善と、被膜特性の改善の両立を図っていたが、被膜密着性については必ずしも安定した効果が得られないのが実情であった。発明者らは、その原因について、数多くの実験を重ねて検討した結果、以下のように考えている。
一次再結晶焼鈍において急速加熱を行うことで二次再結晶粒を微細化する技術は、磁気特性を向上させる非常に優れた技術であるが、鋼板表面の初期酸化状態に多大なる影響を及ぼし、特に、脱炭焼鈍によって形成される内部酸化層の緻密度を低下させ、二次再結晶焼鈍時に形成されるセラミックス質被膜の緻密度ひいては鋼板との密着性に悪影響を及ぼすため、被膜特性の劣化が引き起こされる。
そこで、発明者らは、方向性電磁鋼板の表面被膜が、鋼板側に形成された酸化物を主体とする被膜層と、表面側に形成されたガラス質を主体とする被膜層の２層の被膜で構成されていることに着目し、被膜密着性を改善する方策についてさらに検討を重ねた結果、鋼板側に形成された酸化物を主体とする被膜層（以降、「鋼板側被膜層」あるいは「被膜層Ａ」ともいう）が鋼板に与える張力σＡと、表面側に形成されたガラス質を主体とする被膜層（以降、「表面側被膜層」あるいは「被膜層Ｂ」ともいう）が鋼板に与える張力σＢの比Ｒ（＝σＢ／σＡ）を適正範囲に制御することで、磁気特性に優れるだけでなく、鋼板側被膜層と鋼板との密着性を大きく改善できることを見出した。
すなわち、本発明の方向性電磁鋼板は、鋼板の表面に、鋼板側に形成された酸化物を主体とする被膜層Ａと、表面側に形成されたガラス質を主体とする被膜層Ｂの２層から構成される張力付与型絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板であり、かつ、上記鋼板側被膜層Ａが鋼板に与える張力σＡに対する表面側被膜層Ｂが鋼板に与える張力σＢの比Ｒ（σＢ／σＡ）が１．２０〜４．０の範囲にあることを必要とする。
上記張力比Ｒが１．２０未満では、鋼板側被膜層よりも高い張力を鋼板に付与する表面側被膜層の鉄損低減効果が十分に得られない。一方、上記張力比Ｒが４．０よりも大きいと、鋼板側被膜層が表面側被膜層から受ける張力が過剰となるため、鋼板と鋼板側被膜層の界面の密着強度に悪影響を及ぼし、被膜密着性が低下させるようになるからである。なお、上記張力比Ｒは、好ましくは１．４〜３．０の範囲である。
なお、鋼板表面の被膜が鋼板に付与する上記張力は、圧延方向の張力とし、その大きさの測定方法は、鋼板片面側の被膜をアルカリや酸などを用いて除去したときの鋼板の反りの大きさＸから、下記式を用いて算出することができる。
鋼板への付与張力（ＭＰａ）＝（鋼板ヤング率（ＧＰａ））×板厚（ｍｍ）×反りの大きさ（ｍｍ）÷（反り測定試験片長さ（ｍｍ））２×１０３
（ただし、上記鋼板のヤング率は１３２ＧＰａを用いる。）
なお、被膜が２層からなる場合のそれぞれの被膜の張力は、まず、最外層（Ｂ層）のみを除去して反りを測定し、この反りからＢ層の張力を算出し、次いで、内層（Ａ層）を除去して反りを測定し、この反りから（Ａ層＋Ｂ層）の張力を算出し、上記Ｂ層と（Ａ層＋Ｂ層）の張力の差分を、内層（Ａ層）の張力とすることで測定する。
ここで、本発明の方向性電磁鋼板における酸化物を主体とする鋼板側被膜層は、フォルステライトやコーディエライト等のセラミックス層が好ましく、中でも、フォルステライトであることが好ましい。フォルステライトを主体とする酸化物被膜であれば、脱炭焼鈍後、ＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤を塗布し、仕上焼鈍する方法で、低コストで製造できるからである。
一方、ガラス質を主体とする表面側被膜層は、珪リン酸塩系ガラスからなるものであることが好ましい。珪リン酸塩系ガラスであれば、１０００℃以下の低温焼付けでも高い引張張力を鋼板に付与することができるからである。なお、上記珪リン酸塩系ガラスは、欠点である耐水性を向上する目的で、Ｍｇ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｎｄ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｂ，Ｔａ，ＣｕおよびＭｎのうちから選ばれる１種または２種以上の金属元素を含有させたものであることが好ましい。
また、本発明の方向性電磁鋼板は、鋼板側被膜層が鋼板に与える張力σＡが６ＭＰａ以下であることが好ましい。６ＭＰａ以下であると、鋼板と鋼板側被膜層との間の応力が比較的小さいので、曲げ剥離試験においても剥離が生じる臨界応力値が高くなり、被膜密着性が向上するからである。ただし、鉄損低減効果を得るためには、張力σＡは１．０ＭＰａ以上であることが好ましい。より好ましくは１．５〜４．０ＭＰａの範囲である。
また、本発明の方向性電磁鋼板における鋼板側被膜層（酸化物を主体とする層）の目付量は、酸素換算で１．０〜３．０ｇ／ｍ２の範囲であることが好ましい。１．０ｇ／ｍ２以上とすることで、被膜層の鋼板被覆率が十分に高くなり、ガラス質を主体とする表面側被覆層を形成しても、被膜外観の均一性に優れたものが得られる。一方、３．０ｇ／ｍ２以下であれば、鋼板側被膜層の厚みが薄いため、被膜密着性に優れるからである。より好ましくは１．５〜３．０ｇ／ｍ２の範囲である。
なお、本発明が対象とする方向性電磁鋼板は、通常公知の方法で製造されるもので、かつ、鋼板表面に、酸化物を主体とする鋼板側被膜層とガラス質を主体とする表面側の被膜層の２層を有するものであればいずれでも使用することができるが、上記鋼板は、以下に説明する方法で製造されたものであることが好ましい。
まず、本発明の方向性電磁鋼板の素材となる鋼素材（スラブ）は、以下の成分組成を有するものであることが好ましい
Ｃ：０．００１〜０．１０ｍａｓｓ％
Ｃは、ゴス方位粒を発生させるのに有用な成分であり、斯かる効果を有効に発現させるためには、０．００１ｍａｓｓ％以上含有させることが好ましい。しかし、０．１０ｍａｓｓ％を超えると、後工程の脱炭焼鈍で、磁気時効を起こさないレベル（０．００５ｍａｓｓ％以下）まで脱炭することが難しくなる。よって、Ｃは０．００１〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．０１０〜０．０８ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｓｉ：１．０〜５．０ｍａｓｓ％
Ｓｉは、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低下させるとともに、鉄のＢＣＣ組織を安定化させ、高温での熱処理を可能とするために必要な成分であり、少なくとも１．０ｍａｓｓ％添加するのが好ましい。しかし、５．０ｍａｓｓ％を超える添加は、冷間圧延することが困難となる。よって、Ｓｉは１．０〜５．０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは２．０〜４．５ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｍｎ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％
Ｍｎは、鋼の熱間脆性の改善に有効に寄与するだけでなく、ＳやＳｅが混在しているときには、ＭｎＳやＭｎＳｅ等の析出物を形成し、抑制剤（インヒビター）としての機能を発揮する。Ｍｎの含有量が０．０１ｍａｓｓ％より少ないと、上記の効果が不十分となり、一方、１．０ｍａｓｓ％を超えると、ＭｎＳｅ等の析出物の粒径が粗大化して、インヒビターとしての効果が失われる。よって、Ｍｎは０．０１〜１．０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．０１５〜０．８０ｍａｓｓ％の範囲である。
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００３〜０．０５０ｍａｓｓ％
Ａｌは、鋼中でＡｌＮを形成して分散第二相となり、インヒビターとして作用する有用成分であるが、添加量が０．００３ｍａｓｓ％に満たないと、ＡｌＮの析出量が十分に確保できず、一方、０．０５０ｍａｓｓ％を超えて添加すると、ＡｌＮが粗大に析出してインヒビターとしての作用が失われる。よって、Ａｌは、ｓｏｌ．Ａｌで０．００３〜０．０５０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．００５〜０．０４５ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｎ：０．００１〜０．０２０ｍａｓｓ％
Ｎは、Ａｌと同様、ＡｌＮを形成するために必要な成分である。添加量が０．００１ｍａｓｓ％を下回ると、ＡｌＮの析出が不十分となり、一方、０．０２０ｍａｓｓ％を超えて添加すると、スラブ再加熱時にふくれ等を生じて表面欠陥の発生原因となる。よって、Ｎは０．００１〜０．０２０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．００２〜０．０１５ｍａｓｓ％の範囲である。
ＳおよびＳｅのうちから選ばれる１種または２種：合計で０．００１〜０．０５ｍａｓｓ％
ＳおよびＳｅは、ＭｎやＣｕと結合してＭｎＳｅ，ＭｎＳ，Ｃｕ２−ＸＳｅ，Ｃｕ２−ＸＳを形成して鋼中の分散第二相となり、インヒビターの作用を発揮する有用成分である。ＳおよびＳｅの合計含有量が０．００１ｍａｓｓ％に満たないと、上記効果に乏しく、一方、０．０５ｍａｓｓ％を超えると、スラブ再加熱時の固溶が不十分となるだけでなく、製品板の表面欠陥の原因ともなる。よって、単独添加または複合添加のいずれの場合においても合計で０．０１〜０．０５ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．０１５〜０．０４５ｍａｓｓ％の範囲である。
本発明の方向性電磁鋼板に用いる鋼素材は、上記成分に加えてさらに、Ｃｕ：０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１〜０．１ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％、Ｍｏ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％およびＢｉ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することができる。上記元素は、結晶粒径や表面に偏析しやすく、補助的なインヒビターとしての作用を有するので、添加することで、さらなる磁気特性の向上が可能となる。しかし、いずれの元素も、上記の添加量に満たない場合には、上記の添加効果が得られない。一方、上記添加量を超えると、被膜の外観不良や二次再結晶不良が発生しやすくなるので、添加する場合は、上記範囲とするのが好ましい。
また、本発明の方向性電磁鋼板に用いる鋼素材は、上記成分に加えてさらに、Ｂ：０．００１〜０．０１ｍａｓｓ％、Ｇｅ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％、Ａｓ：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％、Ｐ：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％およびＶ：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％から選ばれる１種または２種以上を含有することができる。上記元素の添加により、インヒビターの抑制力がさらに強化され、より高い磁束密度を安定的に得ることができる。
次に、本発明の方向性電磁鋼板を、上記成分組成を有する鋼素材を用いて製造する方法について説明する。
本発明の方向性電磁鋼板は、上記に説明した成分組成を有する鋼を常法の精錬プロセスで溶製し、連続鋳造法または造塊−分塊圧延法を用いて鋼素材（スラブ）とした後、上記スラブを熱間圧延して熱延板とし、熱延板焼鈍を施しあるいは施さず、その後、１回もしくは中間焼鈍を挟む１回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延板とし、一次再結晶焼鈍あるいは脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した後、例えば、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布し、乾燥し、コイルに巻き取った後、仕上焼鈍を施してフォルステライトを主体とする被膜層を形成し、さらに、ガラス質の絶縁被膜の塗布、焼付けと形状矯正を兼ねた平坦化焼鈍を経る一連の工程からなる製造方法で製造することができる。上記一次再結晶焼鈍（脱炭焼鈍）、および、仕上焼鈍前に鋼板表面に塗布する焼鈍分離剤以外の製造条件については、従来公知の条件を採用することができ、特に制限はない。
ここで、上記一次再結晶焼鈍あるいは脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍は、加熱過程における昇温速度を５０℃／ｓ以上に高めることが好ましい。上記急速加熱により、一次再結晶集合組織中のＧｏｓｓ方位の割合を増加させ、二次再結晶後のＧｏｓｓ粒の数を増加させて、平均粒径を小さくすることができるので、鉄損特性を向上させることができる。ただし、加熱速度が速くなりすぎると、ゴス方位｛１１０｝＜００１＞に蚕食される｛ｌｌｌ｝組織の量が減少し、二次再結晶不良を生じやすくなるため、昇温速度の上限は３００℃／ｓ程度とすることが好ましい。好ましくは８０〜２５０℃／ｓの範囲である。
また、一次再結晶焼鈍で急速加熱を行う温度範囲は１００〜７００℃までの間とするのが好ましい。鋼板が焼鈍炉に到達する際の温度は、外気温や前工程における処理温度、鋼板の搬送時間等によってばらつくため、１００℃からとすれば制御が容易となる。一方、急速加熱を終了する温度を、一次再結晶が開始する７００℃超えとしても、急速加熱の効果が飽和するだけでなく、急速加熱に要するエネルギーコストも増加するので好ましくないからである。
なお、一次再結晶焼鈍で脱炭焼鈍を行う場合は、鋼板中のＣが０．００５０ｍａｓｓ％未満となるよう実施するのが好ましい。従って、鋼素材（スラブ）のＣが０．００５０ｍａｓｓ％未満の場合には必ずしも行う必要がない。また、上記脱炭焼鈍は、一次再結晶焼鈍と兼ねて行わずに、別途、行ってもよいが、脱炭焼鈍を先に行う場合には、脱炭焼鈍で急速加熱を行う必要がある。
次に、一次再結晶焼鈍後かつ仕上焼鈍の前に鋼板表面に塗布する焼鈍分離剤は、フォルステライトやコーディエライト等の酸化物を主体とする被膜層を形成するためには、ＭｇＯを主成分とする、あるいは、ＭｇＯを含有する焼鈍分離剤を用いることが好ましい。
なお、仕上焼鈍でフォルステライトを形成させずに鏡面とし、その後、ＣＶＤやＰＶＤ、ゾルゲル法、鋼板酸化などの方法で酸化物を主体とする被膜を形成し、その後、ガラス質を主体とする絶縁被膜を形成する場合には、Ａｌ２Ｏ３などを主体とする焼鈍分離剤を用いてもよい。ただし、この場合でも、鋼板表面の被膜の酸素目付量は１．０〜３．０ｇ／ｍ２の範囲とするのが好ましい。
Ｃ：０．０６ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．３ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０８ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００１ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０１５ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００６ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５ｍａｓｓ％およびＳｂ：０．０１ｍａｓｓ％を含有するスラブを、１１００℃×３０分の再加熱後、熱間圧延して板厚２．２ｍｍの熱延板とし、１０００℃×１分の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延して最終板厚０．２３ｍｍの冷延板とし、得られた冷延板のコイル中央部から、幅１００ｍｍ×長さ４００ｍｍの試験片を採取し、ラボにて、室温から８２０℃までを昇温速度２０℃／ｓにて加熱し、湿潤雰囲気下で脱炭する脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した。その際、一次再結晶焼鈍時間を表１に記載したように種々に変えて、仕上焼鈍後の鋼板表面の酸素目付量を変化させた。
Figure 0006156646
次いで、ＭｇＯ１００質量部に対してＴｉＯ２を１０重量部混合した焼鈍分離剤を水スラリ状にして塗布、乾燥した後、３００℃から８００℃の間を１００時間かけて昇温し、その後、１２００℃までを５０℃／ｈｒで昇温して二次再結晶を完了させた後、１２００℃で５時間保持して純化する仕上焼鈍を施した。次いで、上記試験片表面に、燐酸マグネシウムをＭｇ（ＰＯ３）２として３０ｍｏｌ％、コロイダルシリカをＳｉＯ２として６０ｍｏｌ％、ＣｒＯ３を１０ｍｏｌ％含む組成の珪リン酸塩系の絶縁張力被膜のコーティング液を塗布し、８５０℃×１分で焼き付けた。その際、コーティングの目付量を種々に変えることで、絶縁張力被膜が鋼板に付与する張力を変化させた。
上記のようにして得た試験片について、フォルステライト被膜（鋼板側被膜層）およびガラス質被膜（表面側被膜層）が鋼板に付与する張力（σＡ、σＢ）、磁化力８００Ａ／ｍでの磁束密度Ｂ８、１．７Ｔ、５０Ｈｚでの鉄損Ｗ１７／５０を測定するとともに、窒素雰囲気で８００℃×３時間の歪取焼鈍を行なった後の被膜剥離試験（曲げ剥離試験）を測定し、それらの結果を表１に併記した。
表１から、張力比Ｒが１．２０未満では、鉄損Ｗ１７／５０が０．９５Ｗ／ｋｇに劣化し、一方、４．０以上では、いずれも耐曲げ剥離性が４５ｍｍ以上と劣化しているのに対して、本発明例に適合するＲが１．２０〜４．０の範囲では、磁気特性、被膜特性が共に良好であり、さらに、フォルステライト被膜の酸素目付量が１．０〜３．０ｇ／ｍ２で、フォルステライト被膜の鋼板への付与張力が６ＭＰａ以下であれば、耐曲げ剥離性が２５ｍｍ以下と一段と良好になることがわかる。
実施例１に使用したのと同じ冷間板から、幅１００ｍｍ×長さ４００ｍｍの試験片を採取し、ラボにて、湿潤雰囲気下で、表２に記載の昇温速度で１００℃から７００℃まで昇温し、さらに２０℃／ｓで８５０℃まで昇温し、１２０ｓ間均熱保持する脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した。次いで、上記試験片表面にＡｌ２Ｏ３とＭｇＯを３：２の質量比で含む焼鈍分離剤を水スラリ状にして塗布、乾燥した。次いで、この試験片を、３００℃から８００℃の間を１００時間かけて昇温した後、１２５０℃まで５０℃／ｈｒで昇温して二次再結晶を完了させた後、１２５０℃×５ｈｒの純化を行う仕上焼鈍を施し、鋼板の表面に、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）からなる被膜を形成させた。なお、上記被膜の酸素換算の目付量は２．０ｇ／ｍ２で、鋼板への付与張力は４．０ＭＰａであった。
Figure 0006156646
次いで、上記試料の表面に、燐酸マグネシウムをＭｇ（ＰＯ３）２として３０ｍｏｌ％、コロイダルシリカをＳｉＯ２として６０ｍｏｌ％、および、表２に記載の各種金属元素を酸化物換算で合計１０ｍｏｌ％含有する珪リン酸塩系の絶縁張力コーティングを塗布し、８８０℃×１ｍｉｎで焼き付けた。その際、被膜の目付量を種々に変えることで、鋼板への付与張力を変化させた。
上記のようにして得た試験片について、フォルステライト被膜（鋼板側被膜層）およびガラス質被膜（表面側被膜層）が鋼板に付与する張力（σＡ、σＢ）、磁化力８００Ａ／ｍでの磁束密度Ｂ８、１．７Ｔ、５０Ｈｚでの鉄損Ｗ１７／５０を測定するとともに、窒素雰囲気で８００℃×３時間の歪取焼鈍を行なった後の被膜剥離試験（曲げ剥離試験）を測定し、それらの結果を表２に併記した。
表２から、張力比Ｒが１．２０〜４．０の範囲で磁気特性、被膜特性が共に良好で、さらに、一次再結晶焼鈍の昇温速度が５０℃／ｓを超えると、鉄損Ｗ１７／５０が０．８４Ｗ／ｋｇ以下と、一段と良好となることがわかる。

Claims (3)

  1. 鋼板表面に、鋼板側に形成された酸化物を主体とする被膜層Ａと、表面側に形成されたガラス質を主体とする被膜層Ｂの２層から構成される張力付与型絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板において、
    上記鋼板側被膜層Ａの酸化物はフォルステライトまたはコーディエライトであり、表面側被膜層Ｂのガラス質はＭｇ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｎｄ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｂ，Ｔａ，ＣｕおよびＭｎのうちから選ばれる１種または２種以上の金属元素を含有する珪リン酸塩ガラスであり、かつ、
    上記鋼板側被膜層Ａが鋼板に与える張力σＡに対する表面側被膜層Ｂが鋼板に与える張力σＢの比Ｒ（σＢ／σＡ）が１．２０〜４．０の範囲にあることを特徴とする方向性電磁鋼板。ここで、上記鋼板表面の被膜が鋼板に付与する張力σＡおよびσＢは、鋼板片面側の被膜をアルカリや酸などを用いて除したときの鋼板の反りの大きさＸから、下記式を用いて算出した値である。
    鋼板への付与張力（ＭＰａ）＝（鋼板ヤング率（ＧＰａ））×板厚（ｍｍ）×反りの大きさ（ｍｍ）÷（反り測定試験片長さ（ｍｍ））２×１０３
    （ただし、上記鋼板のヤング率は１３２ＧＰａを用いる。）
  2. 鋼板側被膜層Ａが鋼板に与える張力σＡが６ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
  3. 鋼板側被膜層Ａの目付量が酸素換算で１．０〜３．０ｇ／ｍ２（両面）であることを特徴とする請求項１または２に記載の方向性電磁鋼板。
JP2013225122A 2013-10-30 2013-10-30 磁気特性および被膜密着性に優れる方向性電磁鋼板 Active JP6156646B2 (ja)

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