JPH01259200A - 方向性けい素鋼板の電解処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は方向性けい素鋼板の電解処理方法に関し、特
にその表面を工業的に低コストの手法で効果的に平滑な
状態に仕上げることによって鉄損特性の有利な改善を図
るに適した電解処理方法に関するものである。

一方向性けい素鋼板は、製品の２次再結晶粒を（１１０
）　（００１）すなわちゴス方位に集積させたもので、
主として変圧器その他の電気機器の鉄心として使用され
る。このため一方向性けい素鋼板の特性としては、磁束
密度（Ｂ１０値で代表される）が高いこと、ならびに鉄
損（Ｗ＋７／Ｓ。値で代表される）が低いことが要求さ
れる。特に最近では省エネルギーの見地から、変圧器等
の電力損失を少なくするためよりいっそうの鉄損の低減
が望まれている。

従来の一方向性けい素鋼板の製造方法は、例えばＳｉを
２．０〜４．０重量％（以下単に％で示す）含有した素
材を、熱間圧延したのち、１回又は中間焼鈍を含む２回
の冷間圧延により最終板厚とし、脱炭焼鈍後、ＭｇＯを
主成分とする焼鈍分離剤を塗布してからコイルに巻き取
り、ついで２次再結晶焼鈍及び純化焼鈍を行ない、しか
るのち必要に応してりん酸塩系絶縁コーティングを施す
方法が通常行なわれている。

なお上記の純化焼鈍の際には、脱炭焼鈍後の鋼板表面に
生成したＳｉＯ□を主成分とする酸化層と焼鈍分離剤中
のＭｇＯとが反応してフォルステライト（Ｍｇ２Ｓｉ０
４　）被膜が形成される。

（従来の技術） ところで一方向性けい素鋼板の鉄損特性改善については
、純化焼鈍時に鋼板表面に形成されるガラス質被膜を除
去し、次いで地鉄とガラス質被膜の界面付近にある窒化
物や硫化物等の不純物を含む層を除去し、表面を平滑に
仕上げることによって著しい鉄損の低減を図り得ること
が報告されている（例えば特公昭５２−２４４９９号、
同５６−４１５０号各公報）。

鋼板表面を鏡面化する一般的な方法としては、ハフ、ブ
ラシ等による機械研磨、化学的に表面を溶解させる化学
研磨および電気化学的に熔解させる電解研磨がある。こ
のうち、機械研磨による場合、鋼板に歪を与えずに研磨
することは難しく、またこの加工歪は歪取り焼鈍によっ
ても完全には除去できないため、鉄損は上昇する。した
がって鉄損の低減を安定して実現するには、化学研磨又
は電解研磨による鏡面化が必要となるわけであるが、化
学研磨の場合、研磨量の劣化により、研磨量と研磨面の
所定条件からのずれが大きくなり易いのに対し、電解研
磨の場合は、電気化学的処理であるため、研磨量や研磨
面の制御が化学研磨に比べると極めて容易である。従っ
て、工業的観点からみると鏡面化処理としては電解研磨
の方が有利であると言える。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらこれらの技術はいずれも鉄損低減効果は非
常に明確であるにもかかわらず、今日工業的に実施され
るまでには至っていない。

その理由は、化学研摩液として用いられるｌｌＦ＋１１
２０２や１１．Ｐｏ４＋Ｉ＋□０２などは高価なためコ
スト高になるからである。同じく電解研磨液として通常
用いられるりん酸系浴、硫酸系浴、りん酸−硫酸系浴お
よび過塩素酸系浴などもいずれも高濃度の酸を主成分と
し、しかも添加物としてクロム酸塩、沸酸、有機化合物
等を使用するためコスト高となり、しかも大量に鋼板を
処理するには、均質性、生産性および液の早期劣化など
未解決の問題も多く、工業的企模で実施されるには至っ
ていない。

さらにもう一つの工業化を妨げる重要な欠点に、鏡面研
磨された表面には絶縁コートがのりにくいことがある。

すなわち従来知られているりん酸塩系コートやセラミソ
クコ−１・は鏡面故に密着性が悪く現実の使用には耐え
得ない。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、電解
研磨または化学研磨による鏡面化処理に代わる工業化の
容易な表面処理に有利に適合する電解処理について提案
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） さて発明者らは、表面状態が鉄損に及ぼず影響について
再検討した結果、以下に述べる知見を得た。

すなわちその第１は、ヒステリシス損に対して大きく影
響を与えているのは、主として表面酸化物であり、表面
の凹凸に関しては必ずしも鏡面状態とする必要はないこ
とである。ここに鏡面状態とは光学的な概念であり、定
量的に定義づ＆、Ｉられていないが表面粗さが中心線平
均粗さで０，４μｍ以下望むらくば０．１μｍ以下のこ
とを指す。

第２図に、酸化物が表面に存在する方向性けい素鋼板、
鏡面化処理を施した方向性けい素鋼板およびその後さら
に酸洗を施して表面が荒れた方向性けい素鋼板の各鉄損
を比較して示したが、同図から明らかなように酸洗によ
って鏡面が失われても鉄損はさほど劣化していない。

このように低ヒステリシス損のけい素鋼板を得るために
は、必ずしも鏡面にする必要はなく、鋼板の表面を磁気
的に平滑な面、すなわちヒステリシス損の原因となる磁
壁の移動を妨害することがなくかつ、被膜密着性にも優
れた表面にすればよい。したがって電解研磨や化学研磨
は必要不可欠の条件ではなく、もっと自由に表面処理手
段を選択できることになる。

とはいえけい素鋼板の磁気的平滑化のプロセス−〇− 中に鋼板表面に歪が入ることは鉄損を劣化さセるために
極力回避すべきことはいうまでもなく、この点化学研磨
や電解研磨などの無歪の研磨方法が通している。

ここで電解研磨法を特徴づｉＪている鏡面化現象に触れ
ておく。電解研磨においては、被研磨面を陽極として強
酸、強アルカリの電解液中で電流を通ずと、電解反応に
よって金属は表面からイオンとなって流出するが、金属
表面と電解液の間に粘性膜が生しる。この粘性膜が表面
の凸部では薄いので、より多くの電流が流れ、凸部が凹
部より多く溶り出し金属表面は凹凸のない鏡面に仕上げ
られるとされている。したがって化学研磨や電解研磨は
結晶粒度や方位に全く依存せずに金属表面を平滑にする
方法であるともいえる。

また第２の知見は、塩化物水溶液でけい素鋼板を陽極電
解処理した場合にＭＡ＋Ｆｘ表面の結晶粒方位の違いに
よって表面性状か大きく異なることである。

とくに仕上げ焼鈍済のの方向ｌａｇ　４：Ｉい素鋼板の
表面に強く集積している（１１０１面はマクロ的外観で
は結晶粒界の出現した面を呈するにもかかわらず微視的
に特異な網目状組織となり、しかもこの面ば磁性的に平
滑な面であることを新たに知見した。そしてここで用い
られるＮａＣＱ　、　ＫＣＱおよびＮｌｌ４Ｃρ等の塩
化物は従来の化学研磨や電解研磨に用いられる薬剤にく
らベコスト的にきわめて低価格で、電解液の電流効率や
波型導度が高く液の腐食性が小さくかつ浴組成の維持や
制御が非常に簡単であるため、設備的な負荷や操業コス
１−もきわめて小さくて済む。

また、この塩化物の水溶液で陽極電解した鋼板表面は、
化学研磨、または電解研磨によって得られる鏡面に比べ
、絶縁コートの密着性が優れていることもわかった。

しかしながら、方向性けい素鋼板のストリップに塩化物
の水溶液中で陽極電解処理を連続的に施すと、処理後の
鋼板表面にアークズボン１−８斑点状の汚れまたは微少
な傷が発生しやすく、このため磁気相性や、電解後に被
成されるコーティング−７＝ 膜の密着強度がばらつくことが応々にしてあった。

この原図を調べたところ、鋼板表面に付着した水酸化鉄
の沈澱物が、コンダクタ−ロールを通過する際に、ｓＩ
板表面Ｇこ固着し表面性状の劣化をまねいていることを
確認した。なお、水酸化鉄の沈澱物は、ｍ仮の陽極電解
にともなって、必然的に浴中に多量に蓄積してくるもの
である。そごで電解処理後の鋼板の表面性状を向上させ
る手段について種々検討したところ、鋼板がコンダクタ
−ロールを通過する前に、清浄な液をかけて鋼板を冷却
しつつその表面から沈澱物を洗い流すのが有効であるこ
とを見出した。

すなわちこの発明は、水溶性の塩化物を１種以」二含む
水溶液からなる電解液を満たした電解槽内に、コンダク
タ１クールによって正に帯電された仕」−げ焼鈍済の方
向性りい素鋼板を導入し電解による磁気的平滑化処理を
連続的に施すに当り、電解槽から電解液の一部を連続的
に抜き出しつつ固液分離を行って抜き出した電解液中の
沈澱物濃度を１００　ｐｐｍ以下とし、ついで該電解液
をコンダクタロールの入側にて鋼板表面へ供給し再び電
解槽内に戻すことを特徴とする方向性けい素鋼板の電解
処理方法である。

また実施に当り、電解液の固液分離は沈＃凝集剤を用い
ることが有利Ｑこ適合する。

以下この発明を具体的に説明する。

この発明では、常法に従ってけい素鋼板用スラブに熱間
圧延を施し、次に中間焼鈍をはさむ冷間圧延を施して最
終板厚としたのち、脱炭焼鈍を施し次いで最終仕上げ焼
鈍を施す。

この最終仕」二げ焼鈍の際の焼鈍分離剤としては、従来
からフォルステライト被膜も同時に形成させるために向
Ｏを主成分とする焼鈍分離剤が主に用いられてきたが、
かかるフメルステライＩ・被膜を生成させない様に配合
された、たとえばＡ　ｅ　２０３等を主成分とし、これ
に不活性門ｇｏやＣａ、　Ｓｒ化合物を添加した分ｉｉ
！ＩＩ剤を用いてもよい。

次に最終仕」二げ焼鈍板の表面酸化層を除去する。

除去方法としては、酸洗等の化学的方法とエメリー研磨
等の機械的手法があり、特に限定ばしな−１０〜 いが、機械的手法で表面酸化層を除去した場合には、板
内部に歪みが入り易（、かかる歪は続く電解処理によっ
ても解放できないので、表面酸化物の除去は酸洗処理で
行う方が好ましい。

ついでこのように表面酸化層を除去した表面を陽極電解
処理によって磁気的平滑面化する。

電解浴は水溶性の塩化物を１種または２種以上含む水溶
液であり、ここで水溶性塩化物というのば１ｉｔｕ、　
ＮＨ，ｉおよび各種金属の塩化物を意味する。これらは
いずれも仕上げ焼鈍後の方向性けい素鋼板に対し磁気的
平滑化効果を持つものであるが、実操業においては陰極
への金属析出を防止するために、アルカリ金属やアルカ
リ土類金属の塩化物あるいはＮＨ，ｌやＩｌｌ、へＩＣ
！３等の中から選択することが望ましい。また、その濃
度は、浴の電気伝導度を確保するうえから２０ｇ／１以
上であることが望ましい。なお、その組成および濃度か
らしてこの発明では海水の利用も可能である。

浴温は常温以上で任意に選ぶことができるが、あまり高
温では水の蒸発が著しく、常温ないし９０°Ｃ程度が適
当である。電流密度は５　Ａ／ｄｍ”程度から数百Ａ／
ｄｍ２の範囲て設定できる。しかし、浴温か低いときに
１００Ａ／ｄｍ２をこえるような高電流密度とすると表
面の処理むらを生しやすいので、電流密度の範囲をより
広くしようとすれば、浴温を４０’Ｃ以上にした方がよ
い。

なお鉄損を低下させる見地から、この発明におりる電解
の電気量および電解除去量はそれぞれ３００Ｃ／ｄｍ２
以上、片面当り１μｍ以上にすることが好ましい。

また、電解反応による浴の変化を、ＮａＣｌ水溶液を例
にとって示すと下記のとおりである。

記 陽極：　Ｆｅ＋２Ｃｆｆｉ−→ＦｅＣｊ２２−１−２８
−　　　　　　−・・（１）陰極：　２Ｎａ’−１−２
Ｈ，０＋２ｅ−→２ＮａＯＨ＋ｌｌｚ↑　　　−（２）
バルク：　ＦｅＣ（！　ｚ　＋　２Ｎａ０１１→２Ｎａ
Ｃｊ２　＋Ｆｅ　（Ｏｉｌ）　ｚ↓・（３）すなわち（
１）式によって生成したＦｅＣｊ２２と、（２）式で生
成したＮ　ａ　ＯＨとは、（３）式に示した反応によっ
て自動的にＮａＣｆ！、を再生する。したがって浴の制
御方法としては、基本的には（３）弐で生成するＦｅ　
（ＯＨ）　２の沈澱の除去、水の補給、および板が系外
へ持ち出ずＮａＣ４２の補給でよいことになり、従来の
化学研磨あるいは電解研磨にくらべ、はるかに容易かつ
低コストなものとなる。この点もこの発明の方法が工業
的に優れたものであることのひとつの根１処である。

ところで鉄損低下のための鋼板溶解量は、片面当り１μ
ｍ以上で、連続的に処理する場合、熔解した鉄はすべて
水酸化鉄になるために、浴中に生成し沈澱する量は相当
に多い。このため沈澱物は鋼板上に付着しやすく、そし
て付着したままコンダクタ−ロールを通過すると、鋼板
に固着し、汚れ、傷あるいはアークスポット等の欠陥の
発生原因となる。これらの欠陥は当然のことながら磁気
特性やコーティング被膜の密着性に悪影響を与える。

方向性けい素鋼板は板厚が０．２〜０．３５ｍｍと薄い
上に、Ｓｉを多く含有するため、固有抵抗が普通鋼の数
倍も高く、くわえてラインスピードを」二げて生産性を
向上しようとすると投入電流が大きくなリ、この結果、
鋼板の発熱がきわめて増大する。

このような理由のために鋼板に対する水酸化鉄の沈澱物
の固着傾向が強いのである。

そこでこの発明は、以下の方法によって沈澱物の悪影響
を除くものであり、第１図に示すところに従って詳しく
説明する。

第１図にこの発明に直接使用する、縦型電解槽を３槽有
する電解処理装置の１例を模式で示す。

けい素鋼板のストリップ１は、コンダクタ−ロール２お
よびジンクロール３を経て順次陽極電解されていく。な
お４は陰極、５ばスナバ−ロールである。このとき鋼板
の溶解によって生成する水酸化鉄の沈澱物は電解液６の
中に分散し、かつ蓄積していく。そこで電解槽７から電
解液６の一部を連続的に抜き出し、ポンプ８を介して原
液槽９へ導く。ついで電解液６を凝集槽１０へ送り、こ
の槽内に沈澱凝集剤タンク１１から沈澱凝集剤を送給し
、電解液内に沈＃凝集剤を添加して、フロックをつくり
、この液を固液分離装置１２に送る。なおこのときの移
送は凝集沈澱したフロックを破壊しないゆるやかな流れ
をつくるポンプを用いるか、あるいはポンプを用いず、
単に重力を利用して移送することが望ましい。固液分離
装置１２としては各種タイプの濾過機、遠心分離機、シ
ンフナ−および磁気分離装置などを単独またｉＪ組合わ
せて用いればよい。

ここで分離された水酸化鉄の沈澱物はスラッジ処理装置
１３で脱水されるかあるいはそのまま廃棄される。

一方固液分離後の液は処理液槽１４を経てコンダクタ−
ロール入側のスプレー１５から、鋼板表面に向けて供給
され、電解槽７内でイ」着した水酸化鉄の沈澱物を洗い
流す。

このとき、スプレー１５から出てくる液中の沈澱物濃度
は１．００　ｐｐｍ以下にする必要かある。なせならば
、沈澱物濃度が１００ｐ囲を越えると沈澱物固着による
アークスボッ１〜や汚れ、傷等の欠陥が出やすくなるか
らである。さらにスプレーの圧力や流量番Ｊ、鋼板表面
に付着した沈澱物を洗い流すに足る条件に設定されるが
、同時にこのときジュール熱によって発熱した鋼板の冷
却も考慮して決定することか望ましい。なお、この発明
においては、固液分離装置の能力いかんによっては沈澱
凝集剤の添加を行わなくてもよい。

また固液分離装置の処理能力としては、電解槽７の中の
沈澱物濃度を２％以下に維持するように設定することが
好ましい。なぜなら沈澱物濃度が２％を越えろとン佼の
粘性が上り、また電気伝導度が低下して操業に犬なる支
障をきたすおそれがあるからである。

この発明において沈＃ａ集剤を用いる場合は、例えば使
用する電解液のｐＨに応じてアニオン系、ノニオン系お
よびカチオン系等、各種タイプのものがつくられている
ポリアクリルアミド系、あるいはポリアクリル酸エステ
ル系の高分子凝集剤等が好適である。

なお第１図は縦型電解槽の例を示したが、この発明はこ
れに限定されるものではなく、水平型など従来鋼板スＩ
−リップの連続電解処理に用いている、他のタイプの槽
にも有利に適合する。

〔作　用〕

この発明に従って連続電解を行うと処理後の鋼板表面に
アークスボンＩ・、汚れおよび微小傷等の欠陥が発生し
にくいのは、コンタクタ−ロール入（ｊｌ、１］で行う
清浄液スプレーにより鋼板表面にイ」着した沈澱物が除
去されるため、スＩ・リップとコンダクタ−ロールの接
触面に電解槽中から出てくる水酸化鉄の沈澱物が介在し
なくなるからである。さらに鋼板表面への清浄液スプレ
ーによっ゛ζジュール熱で発熱した鋼板を冷却し得るこ
とも、鋼板への沈澱物の固着を防止するのに有利に働い
ている。

また塩化物水溶液中で陽極電解することによって得られ
る製品の鉄損が、従来法の電解研磨、化学研磨等によっ
て得られた鏡面を有する製品に比して良好な値を示す物
理的理由は完全に解明されたわけでばないが、第１に磁
気的に平滑であるためには幾何学的な平滑度をそれほど
高く要求されないこと、第２に本発明法では粒界が段差
状あるいは溝状に凹部を形成するので、磁区の細幅化が
生じそれによる鉄損の減少が望めること、第３に電解研
磨法によると鏡面に不均質に生しる酸化被膜による劣化
が生じると考えられるが本発明製品では生しないこと、
によるものと推察される。

（実施例） 災旌拠よ Ｃ：　０．０４０％、　Ｓｉ　：　３．３８％、Ｓｅ　
：　０．０１６％、ＮＯ：００１１％およびＳｂ　：　
０．０２７％を含む組成になる熱延板を、中間焼鈍を含
む２回の冷間圧延により０．２３ｍｍ厚の冷延板とした
。つしゾどこの鋼板に、８３０°Ｃの湿水素中で脱炭・
１次再結晶焼鈍を施した後、ＭｇＯとＡ　Ｐ、　２０３
を主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、コイル状に
巻取り、１１５０’ｃて５０時間の２次再結晶焼鈍及び
１２００’Ｃで５時間の純化焼鈍を施した。

その後、未反応の焼鈍分離剤を除去し、平坦化焼鈍を施
してコイルの巻きくせを矯正し、供試料とした。

かかる供試材の表面の酸化物被膜を酸洗により除去し、
ついて第１図に示した縦型電解槽を用いて陽極電解処理
を下記の条件で行った。

（１）電解液：ＮａＣｊ２．２００ｇ／ｆｆ、６０’Ｃ
（２）槽中の水酸化鉄性澱物濃度：　３５００　ｐｐｍ
（３）電流密度：　７０Ａ／ｄｍ２ （４）電気量：　２４００ク一ロン／ｄｍ２（片面６μ
ｍ熔解）さらに電解処理を行いつつ電解槽から電解液を
一部抜き出してシックナーに導き、沈降によって固液分
離した。沈隨処理後の電解液の沈澱物濃度は約６０ｐ９
ｍであった。ついで処理済の電解液をコンダクタ−ロー
ルの入側でス１〜リンプ表面にスプレーしつつ、操業を
行った。電解処理後に水洗、乾燥し、コイルに巻き取っ
た。製品の磁気特性と表面外観を調べた結果を第１表に
示す。また、比較のために、電解液の固液分離を行わず
に単なる循環スプレーをしながら操業した場合について
も同様の調査を行った。この結果も第１表に併記する。

第１表 この発明に従って得られた製品（適合例）ＧＪ欠陥のな
い表面とともに、きわめて低い鉄損を示したが、比較（
＋トではアークスボン１−と斑点状汚れか多発し、この
ため、硼気藺性も適合例に比へ劣るものであった。

尖施聯しス− 実施例１と同じ供試料を（朴備し、かかる供試料表面の
酸化物被膜を酸洗により除去し、ついて実施例１七回し
電解槽を用いて陽極電解処理を下記の条件で行った。

記 （１）電解液：　ＮａＣｊ２　（１００ｇ）、Ｎ１１４
Ｃｊ２　（１５０ｇ＃２）　、５０°Ｃ （２）槽中の水酸化鉄の沈澱物濃度：　２８００　ｐｐ
ｍ（３）電流密度：９〇八へｄｍ２ （４）電気量：　２０００ク一ロン／ｄｍ２（片面５ｕ
ｍ熔解）さらに電解処理を行いつつ電解槽から電解液を
一部抜き出し、この液にポリアクリルアミド系の高分子
沈澱凝集剤およびＦｅ、、０．粉末を加えてフロンクを
形成さゼ、次に永久磁石を利用した磁着分離装置によっ
て固液分離した。なお処理後の液の沈澱物濃度は約３０
　ｐｐｍであった。この液をコンダクタ−ロールの入側
でス１−リップ表面にスプレーしつつ、操業を行った。

そして電力４″処理後に水洗、乾燥し、コイルに巻き取
った。製品の磁気特性と表面外観を調べた結果を第２表
に示す。また、比較のために、電解液の固液分離を行わ
ずに単なる循環スプレーをしながら操業した場合につい
ても同様の調査を行った。この結果も第２表に併記する
。

一２］− 第　　２　　表 この発明に従って得られた製品（適合例）は欠陥のない
表面とともに、きわめて低い鉄損を示したが、比較例で
はアークスポットと斑点状汚れが多発し、このため、磁
気特性も適合例に比べ劣るものであった。

（発明の効果） この発明の方法は仕上げ焼鈍後の方向性りい素鋼板の鉄
損低下を目的とした低コストの電解処理方法としてまた
連続的な操業においても表面欠陥のない製品を得る方法
としてきわめて有利であり、従来は困難であった工業化
の実現を容易にし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は電解処理装置の１例を示す模式図、第２図ＩＡ
表面状態と鉄損の関係を示すグラフである。 １・・ストリップ　　　　２・　コンダクタ−＋１−ル
３・・・ジンクロール　　　４・・陰極５・・・スナバ
−ロール　　６・・電解？＆７・・・電解槽　　　　　
　８・・ポンプ９・・・原液槽　　　　　　１０・・・
凝集槽１１・・・沈澱凝集剤タンク　１２・・・固液分
離装置１３・スランシ処理装置　１４・・・処理液槽１
５・・スプレー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水溶性の塩化物を１種以上含む水溶液からなる電解
   液を満たした電解槽内に、コンダクタロールによって正
   に帯電された仕上げ焼鈍済の方向性けい素鋼板を導入し
   電解による磁気的平滑化処理を連続的に施すに当り、 電解槽から電解液の一部を連続的に抜き出しつつ固液分
   離を行って抜き出した電解液中の沈澱物濃度を１００ｐ
   ｐｍ以下とし、ついで該電解液をコンダクタロールの入
   側にて鋼板表面へ供給し再び電解槽内に戻すことを特徴
   とする方向性けい素鋼板の電解処理方法。 ２、電解液の固液分離は、沈澱凝集剤を用いる特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。