JP7283423B2

JP7283423B2 - 絶縁被膜付き電磁鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP7283423B2
Application number: JP2020042529A
Authority: JP
Inventors: 直樹村松; 暢子中川; 千代子多田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2040-03-12
Also published as: JP2021143382A

Description

本発明は、湿潤環境下においても絶縁被膜中のリンの溶出が少なく、耐リン溶出性に優れた絶縁被膜付き電磁鋼板に関する。

電磁鋼板は多様な用途に使用されるため、その用途に応じて種々の絶縁被膜の開発が行われている。モーター等の鉄心として利用される電磁鋼板は、所定の形状に打抜かれた後、積層・成型される。絶縁被膜は、大別して（１）無機被膜、（２）樹脂含有の無機被膜（すなわち、半有機被膜）、（３）有機被膜の３種に分類されるが、近年では加工歪みの除去を目的とした、７００～８００℃程度の歪取り焼鈍を施す場合も多く、樹脂含有により打ち抜き性に優れ、かつ歪取り焼鈍にも耐える（２）半有機被膜が一般的に多く用いられている。

絶縁被膜の無機成分としては一般的にリン酸化合物が用いられる場合が多く、例えば、特許文献１には、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ及びＣａからなる群から選択された１種以上のリン酸塩を含有し、前記絶縁被膜中のＰ原子の物質量（ｍｏｌ）に対するＦｅ原子の物質量（ｍｏｌ）の割合が０．３超０．４以下であることを特徴とする電磁鋼板が提案されている。また、特許文献２では、絶縁被膜は、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ及びＣａからなる群から選択された１種以上のリン酸塩を含有し、リン酸塩は、固体３１－ＰＮＭＲスペクトルにおいて、頂点が－２６ｐｐｍ～－１６ｐｐｍの範囲にある特定ピークを示し、前記特定ピークの積分強度の前記固体３１－ＰＮＭＲスペクトルにおけるすべてのピークの積分強度に対する割合が３０％以上であることを特徴とする電磁鋼板が提案されている。

しかしながら、リン酸化合物を用いた絶縁被膜の欠点として、湿潤環境下では被膜が吸湿し、多量のリンが溶出することによりベトツキが生じ、作業性を阻害するという欠点がある。これに対し、特許文献３ではＡｌのリン酸化合物１．０モル部に対し、ホウ素化合物０．０５～０．５モル部、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃａ化合物の１種或は２種以上を０．００５～０．０５モル部配合した無機化合物１００重量部に対し造膜性を有する水系有機樹脂エマルジョン或は水溶性樹脂５０～１５０重量部配合し、さらにポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム系界面活性剤１.０～１０重量部配合することで、良好な耐リン溶出性が得られる電磁鋼板用クロムフリー表面処理剤が提案されている。

特許第６４５５５２６号公報特許第６４５１７４８号公報特許第３８２３１２５号公報

しかしながら、特許文献３の絶縁被膜でも、耐リン溶出性は十分では無く、良好な作業性を確保するには至らなかった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、湿潤環境時の耐リン溶出性に優れた絶縁被膜付き電磁鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、ＰおよびＡｌを含有する絶縁被膜において、ＰＯ_４ ^３－の溶出量が５．０ｍｇ／ｌ以下であれば、リンの溶出によるベトツキが大幅に改善されることを見出した。そして、このようなベトツキが改善される絶縁被膜付き電磁鋼板は、絶縁被膜の焼付けの際、誘導加熱炉を用いて、１００℃から目標焼付け温度（ＰＭＴ）の温度域における昇温速度を１５℃／ｓｅｃ以上にすることにより得られることを見出した。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
［１］電磁鋼板の少なくとも一方の面に設けられた絶縁被膜を有する絶縁被膜付き電磁鋼板であって、前記絶縁被膜はＰおよびＡｌを含有し、前記絶縁被膜の１５０００ｍｍ^２の面積を１００ｍｌの沸騰水に１時間浸漬した際のＰＯ_４ ^３－の溶出量が５．０ｍｇ／ｌ未満であることを特徴とする、絶縁被膜付き電磁鋼板。
［２］前記絶縁被膜が有機樹脂を含有することを特徴とする、［１］に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
［３］［１］または［２］に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法であって、１００℃～焼付け温度（ＰＭＴ）の温度域において、昇温速度：１５℃／ｓｅｃ以上の条件で、誘導加熱炉を用いて絶縁被膜の焼付けを行うことを特徴とする、絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。

本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板は、湿潤環境時の耐リン溶出性に優れる。したがって、本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板であれば、リンの溶出による鋼板表面のベトツキを防止することができ、良好な作業性を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

本発明で用いる電磁鋼板は、特定の電磁鋼板に限定されない。例えば、電磁鋼板として、一般的な成分組成の電磁鋼板を用いることができる。一般的な電磁鋼板が含有する成分としては、Ｓｉ、Ａｌ等が挙げられる。また、電磁鋼板の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。通常、Ｓｉの含有量は０．０５～７．０質量％の範囲にあり、Ａｌの含有量は２．０質量％以下の範囲にある。

本発明において、電磁鋼板の少なくとも一方の面に設けられる絶縁被膜はＰおよびＡｌを含有し、ＰＯ_４ ^３－の溶出量が５．０ｍｇ／ｌ未満であることを特徴とする。また、絶縁被膜は有機樹脂等その他の任意成分を含んでもよい。絶縁被膜は鋼板の両面にあることが好ましいが、目的によっては一方の面（片面）のみでも構わない。また、目的によっては一方の面のみ施し、もう一方の面は他の絶縁被膜としても構わない。以下、絶縁被膜に含まれる成分について説明する。

（ＰおよびＡｌ）
本発明の絶縁被膜はＰおよびＡｌを含有する。絶縁被膜中にＰおよびＡｌを含有することにより、種々の優れた被膜性能を担保することができる。具体的には、絶縁性、耐食性、密着性が挙げられる。

本発明の絶縁被膜におけるＰおよびＡｌを含有させる方法としては、電磁鋼板に塗布する塗液（絶縁被膜を形成するための処理液）に、リン酸アルミニウムを添加する手法が例示される。また、リン酸またはリン酸塩とＡｌ化合物との組み合わせでも構わない。本発明で使用できるリン酸塩は、工業的に入手可能なものであれば特に限定されない。例えば、オルトリン酸、無水リン酸、直鎖状ポリリン酸、環状メタリン酸を好ましく適用することができる。また、リン酸塩としては、第一リン酸Ｍｇ、第一リン酸Ｃａ等の水溶性の塩を好ましく用いることができる。これらのリン酸およびリン酸塩は１種また２種以上混合して用いることができる。Ａｌ化合物としては、水酸基および有機酸からなるＡｌ化合物またはその脱水反応物が好ましく適用され、例えばアルミナゾルを挙げることができる。水系塗料として鋼板に塗布焼き付けするため、Ａｌ化合物は水に溶解またはコロイドや懸濁状態で分散できるものであることが好ましい。また、Ａｌ化合物の形状は、羽毛状、球状など、どのようなものでも構わない。

（ＰＯ_４ ^３－の溶出量）
本発明における、ＰＯ_４ ^３－の溶出量は５．０ｍｇ／ｌ未満である。リン酸化合物を用いた絶縁被膜のベトツキの原因は、遊離リン酸であると考えられる。絶縁被膜中に遊離リン酸が存在する場合、金属と結合していない為、化学的に不安定な状態である。そのため、絶縁被膜が湿潤環境に曝されると、遊離リン酸が容易にＰＯ_４ ^３－として溶出し、ベトツキの原因となる。そこで、ベトツキを起こさないＰＯ_４ ^３－の溶出量を測定した。その結果、絶縁被膜の１５０００ｍｍ^２の面積を１００ｍｌの沸騰水に１時間浸漬した際の、ＰＯ_４ ^３－の溶出量が５．０ｍｇ／ｌ未満であればベトツキを防止できることを見出した。ＰＯ_４ ^３－の溶出量の測定は、例えば、５０ｍｍ角の両面に当該絶縁被膜の施された試料を３枚使用し（１５０００ｍｍ^２）、沸騰水１００ｍｌ中に１時間浸漬させ、浸漬後の溶液について、イオンクロマトグラフ法（ＩＣ法）を用いて、ＰＯ_４ ^３－の溶出量を測定すればよい。なお、イオンクロマトグラフ法によるＰＯ_４ ^３－の溶出量の測定は、浸漬後の溶液を室温まで放冷させた後に行うが、浸漬試験中の液の蒸発により液量が１００ｍｌに満たない場合には、純水を追加して液量を１００ｍｌとしてから測定を行うこととする。

本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板については、膜厚や絶縁被膜中のＰ量については特段制限されない。その理由は、本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板、すなわち、ＰＯ_４ ^３－の溶出量が５．０ｍｇ／ｌ未満である絶縁被膜付き鋼板は、後述するように、絶縁被膜の焼付けの際、誘導加熱炉を用いて、１００℃から目標焼付け温度（ＰＭＴ）の温度域における昇温速度を１５℃／ｓｅｃ以上にすることにより得ることができるからである。したがって、ＰＯ_４ ^３－の溶出量は、膜厚や絶縁被膜中のＰ量の影響を受けない。

本発明の絶縁被膜は、有機樹脂を含んでもよい。絶縁被膜中に有機樹脂を含有させることにより、さらに被膜性能を向上させることができる。本発明に使用可能な有機樹脂としては特に制限はなく、従来から使用されている公知のものいずれもが有利に適合する。例えば、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、ポリオレフイン樹脂、スチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等の水性樹脂（エマルジョン、ディスパーション、水溶性）が挙げられる。特に好ましくはアクリル樹脂やエチレンアクリル酸樹脂のエマルジョンである。有機樹脂を含有させることで、耐食性が向上する。さらに、プレス加工時において、金型を有機樹脂が保護することで、プレス加工時の潤滑性が向上し、プレス金型の刃先の劣化を抑制する効果が期待できる。

さらに、本発明において、絶縁被膜は、上記した成分以外にその他の成分として、界面活性剤や防錆剤、潤滑剤、酸化防止剤等、通常用いられる添加剤や、その他の無機化合物や有機化合物を含んでもよい。なお、有機化合物の例として、無機成分と有機樹脂との接触抑制剤として有機酸が挙げられる。また、有機酸としてはアクリル酸を含有する重合体または共重合体などが例示される。上記無機化合物の例としては、ホウ酸や顔料などが挙げられる。

次いで、本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法について説明する。

先ず、絶縁被膜付き電磁鋼板の製造に用いる電磁鋼板は、上記の通り、一般的なものを使用できる。したがって、電磁鋼板として、一般的な方法で製造したもの、市販のものを採用することができる。

本発明では、素材である電磁鋼板の前処理については特に規定しない。すなわち、未処理でもよいが、アルカリなどの脱脂処理、塩酸、硫酸、リン酸などの酸洗処理を、電磁鋼板に施すことは有利である。

次いで、絶縁被膜を形成するために使用する処理液を調製する。処理液は、ＰおよびＡｌが含まれていればよく、例えば、第一リン酸Ａｌを脱イオン水に添加することで調製可能である。また、リン酸またはリン酸塩と、アルミナゾル（Ａｌ化合物）とを脱イオン水に添加させて、ＰおよびＡｌを含む処理液を調整しても良い。なお、必要に応じて、有機樹脂、その他の成分を脱イオン水に添加して、処理液を調整してもよい。

次いで、上記処理液を、電磁鋼板の表面（電磁鋼板の両面もしくは一方の面）に塗布する。上記処理液を電磁鋼板表面に塗布する方法は、特に限定されず、一般工業的に用いられるロールコーター、フローコーター、スプレー、ナイフコーター等種々の方法を採用可能である。

次いで、電磁鋼板上に塗布した処理液を焼き付けて、塗布された処理液を絶縁被膜とする。焼付け方法については、温度域が１００℃未満においては特に限定されず、通常実施されるような熱風加熱式、赤外線加熱式、誘導加熱式(ＩＨ)等を採用可能であるが、１００℃～焼付け温度（ＰＭＴ）の温度域では、誘導加熱式を採用する。すなわち、１００℃～焼付け温度（ＰＭＴ）の温度域では、誘導加熱炉（ＩＨ炉）を用いて絶縁被膜の焼付けを行う。なお、温度域が１００℃未満での焼付けの際の昇温速度についても、特段制限されない。

本発明では、１００℃～焼付け温度（ＰＭＴ）の温度域において、昇温速度：１５℃／ｓｅｃ以上の条件で、誘導加熱炉を用いて絶縁被膜の焼付けを行うことを特徴とする。１００℃～焼付け温度（ＰＭＴ）の温度域において、誘導加熱式を採用することで、鋼板内部から温度が上昇する。このため、リン酸同士の結合反応が鋼板と絶縁被膜の界面で大きく進行し、その結果、鋼板上に強固なネットワークを形成し、耐リン溶出性が向上すると考えられる。また、１００℃～焼付け温度（ＰＭＴ）の温度域における昇温速度は１５℃／ｓｅｃ以上とする。なお、あまりに急激な昇温は絶縁被膜の割れの原因になるため、昇温速度は３００℃／ｓｅｃ以下が好ましい。また、総焼付け時間（ｓｅｃ）は、焼付け温度（ＰＭＴ）に到達していれば、特に規定されない。焼付け温度（ＰＭＴ）は特に限定されないが、２００～３５０℃の範囲であると好ましい。より好ましくは３００～３５０℃であり、さらに好ましくは３２０～３４０℃である。

なお、目的によっては一方の面のみ本発明の絶縁被膜の焼付けを施し、他の面は他の絶縁被膜の焼付けを行っても構わない。

表１に示す通り、リン酸、リン酸塩、アルミナゾル、有機樹脂を脱イオン水に添加して処理液を調製した。

これらの各処理液を、板厚：０．３５ｍｍの電磁鋼板［Ａ３６０（ＪＩＳＣ２５５２（２０００））］から幅：１５０ｍｍ、長さ：３００ｍｍの大きさに切り出した試験片の表面にロールコーターで塗布し、表２に示す焼付け方式、焼付け温度（ＰＭＴ）、および昇温速度で焼付けした。焼付け後、常温に放冷して、絶縁被膜を形成させた。

得られた絶縁被膜付き電磁鋼板の耐リン溶出性について調べた。具体的には、５０ｍｍ角の両面に当該絶縁被膜の施された試料を３枚使用し、沸騰水１００ｍｌ中に１時間浸漬させ、浸漬後の溶液について、イオンクロマトグラフ法（ＩＣ法）を用いて、それぞれのＰＯ_４ ^３－の溶出量を測定し、合計値から耐リン溶出性を判定した。具体的な評価基準は以下の通りである。なお、〇を合格とした。
＜耐リン溶出性＞
（判定基準）
〇：溶出量５．０ｍｇ／ｌ未満
×：溶出量５．０ｍｇ／ｌ以上
結果を表２に示す。

表２の結果から、本発明例はいずれも耐リン溶出性に優れることがわかる。

Claims

電磁鋼板の少なくとも一方の面に設けられた絶縁被膜を有し、前記絶縁被膜はＰおよびＡｌを含有し、前記絶縁被膜の１５０００ｍｍ ^２の面積を１００ｍｌの沸騰水に１時間浸漬した際のＰＯ _４ ^３－の溶出量が５．０ｍｇ／ｌ未満である、絶縁被膜付き電磁鋼板（ただし、含水珪酸塩粉末の１種または２種以上と、燐酸および燐酸塩の１種または２種以上と、を含有する塗布液から形成した絶縁被膜を有する絶縁被膜付き電磁鋼板、および樹脂と無機成分を含有する水系塗液から形成した絶縁被膜を有する絶縁被膜付き電磁鋼板を除く。）の製造方法であって、
電磁鋼板の表面に前記絶縁被膜を形成するための処理液を塗布し、１００℃～焼付け温度（ＰＭＴ）の温度域において、昇温速度：１５℃／ｓｅｃ以上の条件で、誘導加熱炉を用いて絶縁被膜の焼付けを行うことを特徴とする、絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。