JP7196622B2 - 方向性電磁鋼板及び方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
[2]前記鉄系酸化物層の厚みは、100nm以上である、[1]に記載の方向性電磁鋼板。
[3]前記鉄系酸化物層は、マグネタイト、ヘマタイト及びファイアライトを主成分とする層である、[1]又は[2]に記載の方向性電磁鋼板。
[4]前記張力付与絶縁被膜は、リン酸塩及びコロイダルシリカを主たる素材とする被膜である、[1]~[3]の何れか1つに記載の方向性電磁鋼板。
[5]前記母材鋼板の厚みが、0.27mm以下である、[1]~[4]の何れか1つに記載の方向性電磁鋼板。
[6][1]~[5]の何れか1つに記載の方向性電磁鋼板の製造方法であって、2~7質量%のSiを含有する鋼片を熱間圧延し、必要に応じて焼鈍を施し、1回の冷間圧延又は中間焼鈍を含む2回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、当該冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を施した後に、焼鈍分離剤として、MgOと水酸化アルミニウムの混合物100質量部に対し、金属塩素酸化合物又は金属塩化物を0.5~15質量部混合したものを塗布して乾燥させた後、塗布後の前記冷延鋼板に対して仕上げ焼鈍を施し、処理後の前記冷延鋼板の表面に張力付与絶縁被膜を形成し、前記水酸化アルミニウムの平均粒径は、0.5~8.0μmであり、前記金属塩素酸化合物又は前記金属塩化物の金属元素として、バリウム、カルシウム、マグネシウム、リチウム、アンチモン、及び、ビスマスからなる群より選択される少なくとも何れかの元素を用いる、方向性電磁鋼板の製造方法。
[7]前記MgOと水酸化アルミニウムの混合物における前記水酸化アルミニウムの含有量は、30~70質量%である、[6]に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
[8]前記水酸化アルミニウムとして、ギブサイト、ベーマイト、及び、ダイアスポアの少なくとも何れかを用いる、[6]又は[7]に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
[9]仕上げ焼鈍後に、硫酸、硝酸、及び、リン酸の1種又は2種以上を含有する、合計の酸濃度が2~30%であり、かつ、液温が70℃以上の混合溶液を前記冷延鋼板の表面に塗布して30秒以下の処理時間で表面処理した後、酸素濃度が1~21体積%であり、かつ、露点が-20~30℃である雰囲気中において、鋼板温度700~900℃で5~60秒間加熱処理した上で、前記張力付与絶縁被膜を形成する、[6]~[8]の何れか1つに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
まず、図1A~図3を参照しながら、本発明の実施形態に係る方向性電磁鋼板について、詳細に説明する。
図1A及び図1Bは、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の断面構造の一例を模式的に示した説明図であり、図2は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の断面構造について説明するための説明図であり、図3は、本実施形態に係る無機質系被膜について説明するための説明図である。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板1において、母材鋼板11として用いられる方向性電磁鋼板は、特に限定されるものではなく、公知の鋼成分からなる方向性電磁鋼板を利用することが可能である。このような方向性電磁鋼板として、例えば、質量%で2~7%のSiを少なくとも含有する方向性電磁鋼板を挙げることができる。鋼成分中のSi濃度を2%以上とすることで、所望の磁気特性を実現することが可能となる。一方、鋼成分中のSi濃度が7%超となる場合には、鋼板の脆性が低く、製造が困難となるため、鋼成分中のSi濃度は7%以下であることが好ましい。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板1では、母材鋼板11の表面に、フォルステライトを主成分とする極めて薄い無機質系被膜13が形成されている。かかる無機質系被膜13は、母材鋼板11の表面全体を被覆するように形成されているのではなく、図1A及び図1Bに模式的に示したように、母材鋼板11の表面に島状に分布している。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板1では、上記のような母材鋼板11及び無機質系被膜13を被覆するように、張力付与絶縁被膜15が設けられている。ここで、母材鋼板11及び無機質系被膜13と、張力付与絶縁被膜15との間には、鉄系酸化物層17が存在することがより好ましい。かかる張力付与絶縁被膜15は、方向性電磁鋼板に電気絶縁性を付与することで渦電流損を低減して、方向性電磁鋼板の鉄損を向上させる。また、張力付与絶縁被膜15は、上記のような電気絶縁性以外にも、耐蝕性、耐熱性、すべり性といった種々の特性を実現する。
鉄系酸化物層17は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板1において、母材鋼板11及び無機質系被膜13と張力付与絶縁被膜15との間の中間層として機能する層であり、鉄系酸化物を主体とする。かかる鉄系酸化物層17は、例えば、マグネタイト(Fe3O4)、ヘマタイト(Fe2O3)、ファイアライト(Fe2SiO4)等の鉄系酸化物を主成分とする層である。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板1において、母材鋼板11の厚み(図1A及び図1Bにおける厚みd)は、特に限定されるものではなく、例えば、0.27mm以下とすることができる。一般に、方向性電磁鋼板において、鋼板の厚みが薄くなるほど機械的強度が低下する結果、張力付与絶縁被膜により付与される張力に起因して、張力付与絶縁被膜の密着性が低下することが多い。しかしながら、本実施形態に係る方向性電磁鋼板1では、上記のような無機質系被膜13や鉄系酸化物層17が設けられることで、厚みdが0.27mm以下となる場合であっても張力付与絶縁被膜15の優れた密着性を保持することができる。
続いて、図4を参照しながら、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法について、詳細に説明する。図4は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法の流れの一例を示した流れ図である。
図5Aに、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法に則して製造した、仕上げ焼鈍後の鋼板表面の走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)写真を示した。かかる電子顕微鏡写真は、MgOとベーマイトの混合物100質量部に対して、オキシ塩化ビスマスを5質量部混合した焼鈍分離剤を用いて製造した仕上げ焼鈍後の鋼板表面を観察することで得られたものである。また、図5Bに、比較のために、一般的に用いられるMgOとAl2O3の混合物を焼鈍分離剤として使用した際の、仕上げ焼鈍後の鋼板表面の走査型電子顕微鏡写真を示した。
質量%で、C:0.08%、Si:3.23%、Al:0.028%、N:0.008%を含み、残部がFe及び不純物である鋼片(ケイ素鋼スラブ)を鋳造し、得られた鋼片を加熱後に熱間圧延して、板厚2.2mmの熱延鋼板とした。鋼板温度1100℃で5分間焼鈍後、板厚0.22mmまで冷間圧延し、鋼板温度830℃で脱炭焼鈍を行った。その後、以下の表1に示したような、MgOと水酸化アルミニウムとを主成分とし、金属塩素酸化合物又は金属塩化物を含有する焼鈍分離剤を、脱炭焼鈍後の冷延鋼板の表面に塗布した後に乾燥させて、鋼板温度1200℃で20時間の仕上げ焼鈍を行った。
部分形成:直径数百μm以上の無機質系被膜が生成して表面を覆っている状態
被膜形成:全体の90%以上に無機質系被膜が生成して表面を覆っている状態
被膜無し:表面に無機質系被膜形成物の生成頻度が極端に少ない状態
張力付与絶縁被膜の密着性は、以下のようにして評価した。まず、各方向性電磁鋼板から、幅30mm×長さ300mmのサンプルを採取し、800℃で2時間、窒素気流中で歪取り焼鈍後、10mmφの円柱を用いた曲げ密着試験を行い、張力付与絶縁被膜の剥離度合いに応じて評価を行った。評価基準は、以下の通りであり、評点A及び評点Bを合格とした。
評点A:剥離無し
B:殆ど剥離していない
C:数mmの剥離が見られる
D:1/3~1/2の剥離が見られる
E:全面剥離
11 母材鋼板
13 無機質系被膜
15 張力付与絶縁被膜
17 鉄系酸化物層
Claims (9)
- 母材鋼板と、無機質系被膜と、張力付与絶縁被膜と、を有する方向性電磁鋼板において、
前記無機質系被膜は、フォルステライトを主成分とし、前記母材鋼板の表面上に島状に分布しており、
前記張力付与絶縁被膜は、前記方向性電磁鋼板の表面に、前記母材鋼板及び前記無機質系被膜を被覆するように存在し、
島状に分布する前記無機質系被膜のそれぞれの島部の平均直径は、前記母材鋼板の表面側から見て、0.5~10μmであり、
島状に分布する前記無機質系被膜の片面当たりの付着量が、0.1~0.5g/m2であり、
前記母材鋼板と、前記張力付与絶縁被膜との間、及び、前記無機質系被膜と、前記張力付与絶縁被膜との間に、更に鉄系酸化物層を有し、
前記鉄系酸化物層の厚みは、500nm以下である、方向性電磁鋼板。 - 前記鉄系酸化物層の厚みは、100nm以上である、請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記鉄系酸化物層は、マグネタイト、ヘマタイト及びファイアライトを主成分とする層である、請求項1又は2に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記張力付与絶縁被膜は、リン酸塩及びコロイダルシリカを主たる素材とする被膜である、請求項1~3の何れか1項に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記母材鋼板の厚みが、0.27mm以下である、請求項1~4の何れか1項に記載の方向性電磁鋼板。
- 請求項1~5の何れか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法であって、
2~7質量%のSiを含有する鋼片を熱間圧延し、必要に応じて焼鈍を施し、1回の冷間圧延又は中間焼鈍を含む2回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、当該冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を施した後に、焼鈍分離剤として、MgOと水酸化アルミニウムの混合物100質量部に対し、金属塩素酸化合物又は金属塩化物を0.5~15質量部混合したものを塗布して乾燥させた後、塗布後の前記冷延鋼板に対して仕上げ焼鈍を施し、
処理後の前記冷延鋼板の表面に張力付与絶縁被膜を形成し、
前記水酸化アルミニウムの平均粒径は、0.5~8.0μmであり、
前記金属塩素酸化合物又は前記金属塩化物の金属元素として、バリウム、カルシウム、マグネシウム、リチウム、アンチモン、及び、ビスマスからなる群より選択される少なくとも何れかの元素を用いる、方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記MgOと水酸化アルミニウムの混合物における前記水酸化アルミニウムの含有量は、30~70質量%である、請求項6に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記水酸化アルミニウムとして、ギブサイト、ベーマイト、及び、ダイアスポアの少なくとも何れかを用いる、請求項6又は7に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 仕上げ焼鈍後に、硫酸、硝酸、及び、リン酸の1種又は2種以上を含有する、合計の酸濃度が2~30%であり、かつ、液温が70℃以上の混合溶液を前記冷延鋼板の表面に塗布して30秒以下の処理時間で表面処理した後、酸素濃度が1~21体積%であり、かつ、露点が-20~30℃である雰囲気中において、鋼板温度700~900℃で5~60秒間加熱処理した上で、前記張力付与絶縁被膜を形成する、請求項6~8の何れか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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