JPH01316424A - 鉄心加工性及び磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の絶縁皮膜形成方法 - 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） 本発明は方向性電磁鋼板製造工程で付与される絶縁皮膜
形成方法に係り、鋼板のすべり性、歪取焼鈍時の耐焼付
性が著しく良好で、変圧器製造における鉄心の加工性が
優れ、且つ磁気特性の良好な方向性電磁鋼板の絶縁皮膜
形成方法に関する。

（従来の技術） 方向性電磁鋼板はＳｉを例えば２〜４％含有する珪素鋼
素材を熱延し、焼鈍して１回の冷延又は中間焼鈍をはさ
んで２回以上の冷延により、最終板厚とし、次いで脱炭
焼鈍し、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、最
終仕上焼鈍を施してゴス方位をもつ２次再結晶粒を発揮
させ、更にＳ、　Ｎなどの不純物を除去すると共に、ガ
ラス皮膜を形成し、次いで絶縁皮膜用のコーティング液
を塗布し、焼付けして絶縁皮膜が形成され、最終成品と
される。このようにして製造される方向性電磁鋼板は、
主として電気機器、トランスなどの鉄心材料として使用
されるもので、磁気特性が優れていることが望まれる。

一方、例えばトランス用の鉄心は方向性電磁鋼板のフー
プを連続的に巻きほどいて通板し、所定長さにシャーに
て切断後、鉄心加工能率通板して、順次巻重ね、或いは
積重ねて巻鉄心や積鉄心とされる。巻鉄心の場合には圧
縮成型、歪取焼鈍を経て、レーシングと呼ばれる巻線作
業を行ってトランスとされる。

この鉄心製造においては、例えば巻鉄心の場合、巻加工
、成型作業が円滑に行え、成型後の鋼板端面やラップ部
に凹凸が生ぜず、形状が優れていることが重要で鋼板表
面の絶縁皮膜の潤滑性が良い事が必要である。又、歪取
焼鈍時の鋼板の表面皮膜同志の焼付がなく、レーシング
作業がスムーズに行えることは鉄心加工能率の向上や焼
付による歪の誘起や皮膜性能の劣化によりもたらされる
磁性の劣化を防止する意味で重要である。

これらの問題に対しては、方向性電磁鋼板表面の絶縁皮
膜の性状が大きな影響力をもっていることから、前記問
題を改善する絶縁皮膜を開発することは、加工性のみな
らず、トラ゛ンスの磁気特性を向上する上で望まれてい
る。

ところで、方向性電磁鋼板の絶縁皮膜は、通常最終仕上
焼鈍時にＭｇＯ等の焼鈍分離剤と鋼板表面のＳｉＯ□主
体の酸化膜との反応で形成されるグラス皮膜（Ｍｇ、５
ｉＯｎ：Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）と呼ばれる１次皮膜と
その上に施されるリン酸塩系の絶縁皮膜となる２次皮膜
とからなる。

この絶縁皮膜処理剤としては鉄損の改善や磁気ひずみを
改善するものとして特公昭５３−２８３７５号公報及び
特公昭５０−７９４４２号公報に開示されているものが
あり、絶縁度−〇すべり性を改善するものとして特公昭
６２−６０４６８号公報の記載の方法がある。

特公昭５３−２８３７５号公報に開示されている方法で
は、コロイド状シリカを主成分としバインダーとしてリ
ン酸アルミニウムおよびクロム酸およびクロム酸塩の１
種又は２種以上を添加したコーティング液を塗布し、乾
燥後、８００〜９００″Ｃの温度で焼付は処理を行って
張力付加性のある絶縁皮膜を形成する。これによると、
鉄損、磁気ひずみの改善効果が認められる。

特開昭５０−７９４４２号公報記載の方法では、コロイ
ド状シリカと第１リン酸マグネシウムと、無水クロム酸
、クロム酸塩、重クロム酸塩の１種又は２種以上を含む
コーティング液を最終仕上焼鈍後の鋼板表面に塗布し、
焼付けて絶縁皮膜を形成する。これによっても鉄損、磁
気ひずみの改善が認められる。

特開昭６１−４１７７８号公報に開示されている方法で
は、第１リン酸塩に粒子径８ｍ１ｎａ以下の超微粒子コ
ロイド状シリカ、クロム酸、クロム酸塩の１種又は２種
以上の混合液を仕上焼鈍後の鋼板に処理焼付することに
より、方向性電磁鋼板表面に形成する絶縁皮膜のすべり
性を改善するものである。

近年、これらの絶縁皮膜の改善によって方向性電磁鋼板
の鉄損、磁気ひずみ、絶縁特性が改善されて来ており、
それなりの効果は得られている。

しかし、方向性電磁鋼板を利用する変圧器等を製造する
メーカーにおいては、鉄心を加工する際の鉄心加工成型
機の新鋭設備、例えばトランコマシンによる鉄心加工の
自動化が進む今日では、前記の如き改善された絶縁皮膜
剤を以てしても、加工上のトラブルや磁性面等のさらな
る改善が望まれているのが実情である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は方向性電磁鋼板製造の最終工程で鋼板表面に形
成する絶縁皮膜の性状を改善することにより、皮膜潤滑
性と歪取焼鈍時の耐焼付性が良好で鉄心加工性を高める
と共に、磁気特性を向上する絶縁皮膜の形成を目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は下記のとおりである。

（１）　　第１燐酸カルシウムならびにクロム酸カルシ
ウム及び／または重クロム酸カルシウムを合計で４〜４
０重量％と、ＩＶ、　Ｍｇ、　Ｚｎ、　Ｍｎ、　Ｓｒか
ら選ばれる第１燐酸塩の１種または２種以上を合計で６
０〜９６重量％とよりなる混合物、コロイド状シリカ及
び無水クロム酸からなり、その際前記混合物を、ＳｉＯ
□に換算した前記コロイド状シリカの重量の１．２５〜
２．５０倍の割合で、また前記無水クロム酸を、ＳｉＯ
２に換算した前記コロイド状シリカの重量の０．１〜０
．５倍の割合で配合したコーティング液を、フォルステ
ライト皮膜を有する方向性電磁鋼板に塗布し、３５０℃
以上の温度域で焼付けることを特徴とする鉄心加工性及
び磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の絶縁皮膜形成方法
。

（２）前記コーティング液は、さらに、前記コロイド状
シリカをＳｉＯ□に換算したときの重量ｉｏ。

ｇ当り、粒子径が５００ｍ７ｏｎ未満の超微粒子のＳｉ
０ｇ粉末を０．２５〜５ｇ添加してなることを特徴とす
る請求項１記載の鉄心加工性及び磁気特性の優れた方向
性電磁鋼板の絶縁皮膜形成方法。

以下に、本発明の詳細な説明する。

本発明者達は前記目的を達成すべく、方向性電磁鋼板の
絶縁皮膜処理方法について検討した。その結果、高温で
仕上焼鈍された方向性電磁鋼板表面に塗布する絶縁皮膜
処理剤（コーティング液）として、第１リン酸カルシウ
ムならびにクロム酸カルシウムおよび／または重クロム
酸カルシウムと、ＡＺ、、Ｍｇ、　Ｚｎ、　Ｓｒ、　Ｍ
ｎから選ばれる第１リン酸塩の１種または２種以上との
混合物と、コロイド状シリカと、無水クロム酸とからな
り、前記混合物をコロイド状シリカをＳｉＯ２に換算し
たときの重量の１．２５〜２．５０倍の比率で配合し、
かつ必要に応じて超微粒子ＳｉＯ２粉末を配合した組成
物を塗布焼付することにより、更に鋼板表面の潤滑性が
向上することを見出した。

次に実験データにもとづき詳述する。

Ｃ：　０．０７６％、　Ｓｔ　：　３．３２％、　Ｍｎ
　：　０．０６０％、Ｓ：０．０２５％、酸可溶Ａ１：
　０．０２８％、　Ｎ　：　０．００７８％、残部Ｆｅ
からなる珪素鋼スラブを公知の方法で熱延し、焼鈍後、
冷延して最終板厚０．３０　ｍｍとした。

次いで脱炭焼鈍、焼鈍分離剤塗布の後最終仕上焼鈍を行
い、ガラス皮膜を形成し、余剰の焼鈍分離剤を水洗と軽
度の酸洗で除去し、コイルセットの除去と歪取焼鈍を行
った。

次いで第１表に示すように第１リン酸カルシウムの配合
割合を変更したコーティング処理剤を鋼板に５　ｇ／ｒ
ｒｒの割合で塗布し、８００℃で３０秒間、Ｎ２雰囲気
中で焼付けた。次に皮膜焼付後の鋼板からサンプルを切
出し締付圧力６０ｋｇ／ｃ＋ｆｌで鋼板を締付は後、８
５０℃Ｘ４ＨｒＮｚ中で歪取焼鈍した。

このときの歪取焼鈍後の鋼板の焼付状態と歪取焼鈍前後
の皮膜の潤滑性（すべりまさつ係数）を測定した。なお
、すベリまさつ係数は第１図に示す如く測定した。即ち
、はさみ板１−１．ｌ−２間にサンプル２をおき、重錘
３にて荷重を与え、サンプル２をひき出す力ｒをバネ計
り４で測定し、すべりまさつ係数μ（ＰＦ）−□により
求めた。

第２表に示す如（、第１リン酸カルシウムの配合割合が
全リン酸塩の５〜２５％では歪取焼鈍前後のＦＦ値が著
しく良好で、又、歪取焼鈍時の通常スティッキングと呼
ぶ皮膜の焼付が極端に小さくなることが判った。

第２図によれば、ベースリン酸塩（第１リン酸アルミニ
ウム：第１リン酸マグネシウム＝２　：　１）中の第１
リン酸カルシウムならびにクロム酸カルシウムおよび／
または重クロム酸カルシウムの量が４〜４０重量％の範
囲でＦＦ値が低くすべり性に優れまた、皮膜張力が高い
水準にあることがわかる。

第１リン酸カルシウムならびにクロム酸カルシウムおよ
び／または重クロム酸カルシウムの量が４％未満でＦＦ
値が急激に高くなり、一方、この量が４０％を超えると
、やはりＦＦ値が高くなり皮膜張力も低下してくること
がわかる。更にこのときの歪取焼鈍後の磁気特性は本発
明に従ったコーティングの場合には素材鉄損値とほぼ同
じレベルであるのに対し、比較例のコーティング剤（特
公昭５０−７９４４２号公報、特公昭５３−２８３７５
号公報）により処理を行ったものは磁気特性の劣化が見
られた。

第１表 次に本発明の絶縁皮膜処理液の組成について述べる。

本発明の請求項１の発明では第１リン酸カルシウムなら
びに、クロム酸カルシウムおよび／または重クロム酸カ
ルシウムを合計で４〜４０重量％と、／Ｖ、　Ｍｇ、　
Ｚｎ、　Ｓｒ、　Ｍｎから選ばれる第１リン酸塩の１種
又は２種以上を合計で６０〜９６重景％との混合物、コ
ロイド状シリカ及び無水クロム酸から構成され、その際
前記混合物は、ＳｉＯ２に換算したときの前記コロイド
状シリカの重量の１．２５〜２．５０倍、前記無水クロ
ム酸は、同じ（Ｓｉｎ、に換算したときの前記コロイド
状シリカの重量の０．１〜０．５倍の割合で配合されて
なるコーティング液を仕上焼鈍後の鋼板上に３５０℃以
上で焼付けるものである。

また請求項２の発明は粒子径５００ｆｆ１μｍ未満の超
微粒子Ｓｉ０ｇ粉末を請求項１記載のコーティング液中
に、前記コロイド状シリカをＳｉＯ２に換算したときの
重量１００ｇに対し０．２５〜５ｇの割合で添加するも
のである。

次に本発明の構成要件の限定理由をのべる。

本発明においては、絶縁皮膜処理液のバインダーとなる
ＩＵ、　Ｍｇ、　Ｚｎ、　Ｓｒ、　Ｍｎから選ばれる第
１リン酸塩の１種又は２種以上からなるリン酸塩中に、
第１リン酸カルシウムならびにクロム酸カルシウムおよ
び／または重クロム酸カルシウムを一定量配合するのが
ポイントとなる。

これらの化合物が全混合物（これらカルシウム化合物＋
前記リン酸塩）中に占める割合が４％未満では絶縁皮膜
の潤滑性（すべりまさつ係数）改善効果がなく、４０％
超になるとすべり性が劣化すると共に皮膜張力による磁
性改善効果が減少するため好ましくない。最も好ましい
範囲は６〜２０％である。

コロイド状シリカは皮膜の熱膨張率を小さくし、鋼板に
張力を付与し、鉄損、磁歪を改善するものである。全混
合物に対するコロイド状シリカ量の配合割合は重要で、
全混合物単位重量部当りコロイド状シリカはＳｉＯ□に
換算して０．８〜０．４重量部であることが必要である
。これは、コロイド状シリカをＳｉＯ□に換算したとき
の重量の１．２５倍未満或は２．５００倍超する前記混
合物の配合割合となる場合は皮膜張力による鉄損、磁歪
改善効果がなくなるからである。

又、皮膜のすベリまさつ係数を高める上では特開昭６１
−４１７７８号公報に開示されているようにコロイド状
シリカとして粒子径８ｍ−以下の超微粒子のものを使用
する方法を併用すれば、相乗効果により、更に大きな改
善効果が得られる。

無水クロム酸はリン酸塩中のフリーのリン酸を安定化し
て絶縁皮膜形成後の吸湿作用を防止するためのものであ
る。無水クロム酸は、コロイド状シリカをＳｉＯ□に換
算したときの重量の０．１〜０．５倍となる重量割合で
添加される。Ｏ，１倍未満では吸湿により皮膜のベタツ
キが発生し、０．５倍超と多すぎると余剰のＣｒ（ｈに
よる吸湿によって、この場合もベタツキの原因になる。

次に微粒子ＳｉＯ□粉末の添加量は絶縁皮膜処理液中の
コロイド状シリカを５ｉＯｚに換算したときの重量１０
０ｇ当り０．２５〜５ｇの範囲である。０．２５ｇ未満
では、絶縁皮膜のすべりまさつ係数改善効果が弱く、又
焼付防止効果も弱い。５ｇ超と多すぎると占積率の低下
が生じるため問題である。

ここで、ＳｉＯ□微粒子の径を５００ｍμｍ未満とした
のは、５　Ｑ　Ｏ１０４以上では、電磁鋼板製品を積層
して使用するときに占積率を低くし、電磁機器としての
特性を劣化せしめる問題があるからである。

本発明における絶縁皮膜処理剤の焼付は３５０℃以上で
行われる。この温度未満では皮膜形成が充分でなく、６
価クロムの残存、フリーのリン酸による吸湿性が残るた
め制限される。

次に本発明により表面皮膜の潤滑性、歪取焼鈍時の耐焼
付性、磁気特性が改善される理由を述べる。

本発明に従い、第１リン酸カルシウムならびにクロム酸
カルシウムおよび／または重クロム酸カルシウムを”＊
　’ｇ＋　Ｚｎ＋　Ｍｎ＋　Ｓｒから選ばれる第１リン
酸塩の１種または２種以上に混合すると第１に皮膜最表
層部に潤滑性がすぐれたなめらかなリン酸カルシウム系
化合物を形成し、潤滑作用を高めること、第２に皮膜表
層部に形成する緻密で、安定なカルシウム系化合物の形
成により歪取焼鈍時に雰囲気ガスによる酸化等により生
じる皮膜中のリン酸分の分解、拡散を抑える効果がある
。

即ち歪取焼鈍における焼付現象は、皮膜成分の雰囲気ガ
スによる酸化分解により、Ｐが下地皮膜や鋼板地鉄に拡
散し、Ｆｅ−Ｐ系化合物を形成して生ずるものであり、
緻密で安定な皮膜層の形成は雰囲気ガスのシール効果と
相俟って焼付が防止されるものと考えられる。

第３図は歪取焼鈍後（８５０℃Ｘ　４１１ｒ　Ｎｚ＋Ｄ
、Ｐ。

＋１５℃５締付圧力６０ｋｇ／ｃｒＭ）の鋼板表面のＳ
ＥＨによる観察結果である。第１リン酸カルシウムなら
びにクロム酸カルシウムおよび／または重クロム酸カル
シウム添加の場合には、表面が平滑であるのに対し、無
添加の場合にはＦｅ−Ｐ系化合物の生成による焼付部分
が皮膜に全面的に見られ、絶縁皮膜を破壊している様子
が見られる。

又、第１リン酸カルシウム等の添加で磁性が改善される
理由は、絶縁皮膜の緻密化と共に前述の焼付による皮膜
劣化を防止するためで、従来絶縁皮膜で見られる歪取焼
鈍時の焼付による磁性の劣化は生じない。

請求項２の発明の超微粒子ＳｉＯ□粉末による効果は、
ＳｉＯ□粉の微細な皮膜表層部の突起がまさつを弱める
作用をし、潤滑性を更に高める。又、この微細な突起が
歪取焼鈍時の鋼板の積層面のセパレート効果を生んで、
焼付を抑えるものと考えられる。

次に実施例にもとづいて述べる。

（実施例１） 方向性電磁鋼板（厚み０．２３ｍｍ）の最終仕上焼鈍後
の同一コイルからＩｌ’＋　１０　ｃｍＸ長さ５０（ｍ
の試料を切出し、表面の焼鈍分離剤を水洗と軽酸洗で除
去し、ガラス皮膜を残したのちコイルセットの除去と歪
取焼鈍を行った。この鋼板上に第３表の組成の絶縁皮膜
処理液を塗布し、３５０℃で乾燥後８５０″Ｃで３０秒
間連続炉中で焼付けた。又、同様にして焼付は処理をし
た鋼板からサンプルを切出し、締付圧力６０ｋｇ／ａｆ
ｌで加圧し、８５０”ＣＸ４Ｈｒ　Ｎｔ雰囲気中、Ｄ、
Ｐ、＋１５℃で歪取焼鈍した。

第４表に歪取焼鈍後の磁気特性、すベリまさつ係数と焼
鈍後の焼付性を示す。

Ａｊ、　Ｍｇ＋　Ｚｎ、　Ｍｎ、　Ｓｒから選ばれる第
１燐酸塩の１種または２種以上に第１リン酸カルシウム
ならびにクロム酸カルシウムおよび／または重クロム酸
カルシウムを配合した処理剤では、この実験条件の様な
酸化性雰囲気焼鈍でも耐焼付性が良好で、すべりまさつ
係数も良好であった。又、焼鈍による磁性劣化が全く見
られなかった。

これに対し、第１リン酸カルシウムならびにクロム酸カ
ルシウムおよび／または重クロム酸カルシウムを添加し
なかった比較コーティングでは、皮膜の焼付が大きく、
すべりまさつ係数も悪かった。更に焼鈍による磁性の劣
化がかなり見られた。

又、これらカルシウム化合物と共にＳｉＯ２の微粒子粉
末を添加したものはすベリまさつ係数、耐焼付性とも更
に改善が見られた。

（実施例２） 実施例１と同様にして得た仕上焼純情の方向性電磁鋼板
コイルを連続コーティングラインで水洗、軽酸洗処理の
後、第５表に示す組成の絶縁皮膜処理液を塗布し、８５
０℃×１５秒の焼付処理を行った。

次にこのコイルからスリットしたフープを用いて連続巻
鉄心加工機（トランコマシン）にて巻鉄心加工を行うと
共に、加工後の鉄心をプレス成型後、８５０℃ｘ１ＯＨ
ｒＮｚ中り、Ｐ、＋１０℃で歪取焼鈍を行った０次いで
巻線作業（レーシング）を行って作業性を調査した。結
果を第６表に示す。

巻加工において、従来のコーティングを施したものは３
０枚しか巻き加工ができず、ガイドからフープが外れた
り、巻端面が不揃いになるなどの異常が生じた。これに
対し、本発明に従って絶縁皮膜を処理したものは、全（
異常なく３００枚の巻加工を完了できた。

次にレーシング作業時の状況としては、比較例では皮膜
表面の各部に焼付が生じ、鋼板をはがす作業に手間どっ
たのに対し、本発明材は全く焼付が見られず、円滑に巻
線作業ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は皮膜の潤滑性（すべり！擦係数）を測定する方
法を示す図、第２図は第１リン酸塩と第１リン酸カルシ
ウム並びにクロム酸カルシウム及び／又は重クロム酸カ
ルシウムとの混合液中における前記カルシウム化合物の
重量比と皮膜の潤滑性（すべり摩擦係数：ＦＦ値）及び
皮膜張力との関係を示す図、第３図（ａ）、　（ｂ）は
、本発明を実施したときの鋼板表面と、従来技術による
場合の歪取焼鈍後（８５０℃Ｘ４１１ｒ、　Ｎｚ、Ｄ、
Ｐ、　＋　１５’Ｃ、締付圧力６０ｋｇ／ｃＩＩｌ）の
鋼板表面の走査型電子顕微鏡による観察結果を示す金属
組織顕微鏡写真である。 比較例（ａ）　（ＡＪ（ｌＩ２ＰＯ４）ｆｆ　：　２０
　ｇ　、　Ｍｇ（ｌＩ２ＰＯ４）ｚ：２０ｇ　＋　Ｃｒ
０３’　６　ｇ　＋　　コロイド状シリカ（Ｓｉｎｇ）
　　：　２０ｇ〕ではＦｅ−Ｐ化合物の形成によるステ
ィッキング現象により表面に異物を生じ、肌荒れがひど
い状態が見られる。 本発明（ｂ）　（ＩＶ　（Ｈ２ＰＯ４）　３　：　１６
　ｇ　、門ｇ（ＨｚＰＯｎ）ｚ：１６ｇ、　Ｃａ（ＩＩ
ｚＰＯ４）ｚ　：　４　ｇ、　ＣａＣｒ２Ｏ，：４　ｇ
、　Ｃｒ（ｈ　：　６ｇ、コロイド状シリカ（ＳｉＯｚ
）　　：　２０　ｇ　：ｌではｒｅ−ｐの形成が殆んど
なく、表面は平滑な状況を呈している。 第１図 第２図 り［ＩＡ！２ムお＝／ａｔ＝ａ重、クロＡ臨災Ｃａｔ（
’ｉｉ−％）第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１燐酸カルシウムならびにクロム酸カルシウム
   及び／または重クロム酸カルシウムを合計で４〜４０重
   量％と、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｒから選ばれる第
   １燐酸塩の１種または２種以上を合計で６０〜９６重量
   ％とよりなる混合物、コロイド状シリカ及び無水クロム
   酸からなり、その際前記混合物を、ＳｉＯ＿２に換算し
   た前記コロイド状シリカの重量の１．２５〜２．５０倍
   の割合で、また前記無水クロム酸を、ＳｉＯ＿２に換算
   した前記コロイド状シリカの重量の０．１〜０．５倍の
   割合で配合したコーティング液を、フォルステライト皮
   膜を有する方向性電磁鋼板に塗布し、３５０℃以上の温
   度域で焼付けることを特徴とする鉄心加工性及び磁気特
   性の優れた方向性電磁鋼板の絶縁皮膜形成方法。
2. （２）前記コーティング液は、さらに、前記コロイド状
   シリカをＳｉＯ＿２に換算したときの重量１００ｇ当り
   、粒子径が５００ｍμｍ未満の超微粒子のＳｉＯ＿２粉
   末を０．２５〜５ｇ添加してなることを特徴とする請求
   項１記載の鉄心加工性及び磁気特性の優れた方向性電磁
   鋼板の絶縁皮膜形成方法。