JPH024924A

JPH024924A - 鉄心加工性が優れ、磁気特性が優れた方向性電磁鋼板の絶縁皮膜形成方法

Info

Publication number: JPH024924A
Application number: JP15398988A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tanaka; 収田中; Shigeki Eguchi; 江口　茂毅; Kikuji Hirose; 広瀬　喜久司
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-06-22
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1990-01-09
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JP2603107B2

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、鋼板のすべり性が良好で皮膜張力が優
れ、変圧器製造における鉄心の加工性が優れ、磁気特性
が優れた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次再結晶粒を発達
させ、更にＳ、Ｎなどの不純物を除去すると共に、グラ
ス皮膜を形成する。次いで絶縁皮膜用のコーテイング液
を塗布し、焼付けし゛て絶縁皮膜が形成され、最終製品
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、加工性のみならす、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５ｉ０２
主体の酸化膜との反応で形成されるグラス皮膜（Ｍｇｚ
ＳｉＯ４：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めを
改善するものとして特公昭５３−２８３７５号公報及び
特公昭５０−７９，１４２号公報に開示されζいるもの
があり、絶縁皮膜のすべり性を改善するものとして特公
昭６２−６０４６８号公報記載の方法がある。特公昭５
３−２８３７５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イング液を塗布し乾燥後、８０
０〜９００℃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イング液を最終仕
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８ｒｒｌｐｍ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銅板
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
機の新鋭設備化、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、前記改善された絶縁皮膜剤を
以てする以上に、加工上のトラブルの排除や磁性面等の
一層の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、皮膜の潤
滑性（すべり摩擦係数）が良好で鉄心製造時の加工性が
優れると共に皮膜の張力効果が大きく、鉄損改善効果の
優れ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）本発明の要旨とする処は下記のとおりである。

（１）珪素鋼スラブを熱延後焼鈍し、１回または中間焼
鈍をはさむ２回以上の冷延により最終板厚とし、脱炭焼
鈍、焼鈍分離剤塗布の後、最終仕」二焼鈍を行い、次い
で連続ライン中で絶縁度膜剤処理とヒートフラットニン
グを行うに際して、炉内雰囲気ガスの水分量を１０〜２
００ｍ（Ｈ／ｆｆとして８００〜９００℃で焼付処理を
行うことを特徴とする変圧器製造時の鉄心加工性が優れ
、磁気特性が優れた方向性電磁鋼板の絶縁皮膜形成方法
。

（２）重量比で第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％と、Ａｆ＋　Ｍｇ　＋　Ｚｎ　＋　Ｍｎ。

Ｓｒから選ばれる第１リン酸塩の１種又は２種以」二を
合計で６０〜９６％とよりなる混合物、コロイド状シリ
カおよ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、無水クロム酸を、ＳｉＯ□
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絶縁皮膜剤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することを特徴とする
前項１記載の変圧器製造時の鉄心加工性が優れ、磁気特
性が優れた方向性型ＶＡ鋼板の絶縁皮膜形成方法。

以下、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種々検討した。

その結果、高温で仕上焼鈍された方向性電磁鋼板表面に
絶縁皮膜処理剤を塗布後、焼付処理をするに際し、焼付
炉内の雰囲気ガスの水分量を１０〜２００ｍｇ／ｌとし
て８００〜９００℃で焼付処理を行うことにより、絶縁
皮膜形成後の鋼板の潤滑性が著しく改善できると共に絶
縁皮膜の張力が増大して鉄損改善効果が高められること
を見出した。

更に絶縁皮膜剤として、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、Ａｌ、　Ｍｇ　、　Ｚｎ　、　Ｍｎ　、　Ｓｒか
ら選ばれる第１リン酸塩の１又は２種以上との混合物と
、コロイド状シリカと、無水クロム酸とを配合した液を
塗布し、前記水分量の雰囲気中で焼付処理をすることに
よって潤滑性、磁気特性が飛躍的に向上できることが判
った。

次に実験データにもとづき詳述する。

重量％でＣ、０，０７４％、　Ｓｔ　；　３．１５％、
　Ｍｎ　；０．０６８％、　　Ｓ　；　０．０２４％、
酸可溶へβ；　０．０３１％。

Ｎｉ　；　０．００８０％、残部Ｆｅよりなる珪素鋼ス
ラブを公知の方法で熱延し、焼鈍後、冷延して最終板厚
０．２９５　ｍｍとした。次いで脱炭焼鈍、焼鈍分離剤
塗布の後１２００℃Ｘ２０１１ｒの最終仕上焼鈍を行い
、グラス皮膜を形成した。次に余剰の焼鈍分離剤を水洗
により除去後、加圧状態で９００℃Ｘ　４１ｒのコイル
セット除去と歪取りのための焼鈍を行った。

次に２％Ｈ２ＳＯ４，６０℃×１０秒間の表面活性化の
ための軽酸洗処理を行い出発材とした。この鋼板に５０
％重リン酸アルミニウム（ＡＩ（Ｈ２ＰＯ４）３）　５
０ｍｎ、２０％コロイド状シリカ１１０ｍｊ２、無水ク
ロム酸８ｇの配合比率からなるコーティング剤を焼付後
の皮膜量で５ｇ／ｒｄの割合になるように塗布し、焼付
炉内の雰囲気ガス中の水分量を第１表に示すように変更
し、８７０℃×６０秒間焼付けた。

この焼付後の鋼板からサンプルを切出し、第１図に示す
様な方法（Ａ法）で皮膜のすべり摩擦係数を測定した。

即ち、はさみ板１−１．１−２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をひき出ず力Ｆ′を
バネ計り４で測定し、すべり摩擦Ｆ′ 係数μ（ＦＦ）−により求めた。

さらに、絶縁皮膜上を一定荷重を加えた鋼球をすべらせ
、その鋼球のうける抵抗値を測定しく方法）、表面のす
べり性を調査すると共に、絶縁皮膜表面の疵の状況を調
査した。

また、同様にして焼付処理したサンプルについて焼付処
理後の磁性を測定した。結果を第１表に示す。

第１表に示す如（、雰囲気ガス中に水分添加しない場合
に比較し、２０〜１５０ｍｇ／ｊ２の水分量を添加した
ものは、何れもＡ法によるすべり摩擦係数が良好で磁性
改善効果が大きい傾向が見られた。またＢ法によるすべ
り性についても同様にして顕著な差が見られた。このＢ
法によるテスト後のＳＥＭによる表面観察結果でも、水
分を添加した雰囲気で焼付処理したものは、表面疵の発
生が少なく、すべり摩擦係数の測定結果を裏づける結果
が見られた。

次に、本発明の絶縁皮膜剤の焼付方法について述べる。

本発明の請求項１の発明では方向性電磁鋼板の絶縁皮膜
剤の塗布焼付に際し、雰囲気ガスの水分量を１０〜２０
０ｍｇ／ｌとし、８００〜９００℃で焼付処理を行うも
のである。

請求項２の発明では、請求項１記載の方法による絶縁皮
膜の処理焼付に際し、絶縁皮膜処理剤として、重量比で
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％と
、Ａｌ、＋　Ｍｇ　＋　Ｚｎ　ＩＭｎ、　Ｓｒ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６０〜９
６％とよりなる混合物、コロイド状シリカおよび無水ク
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、無水クロム酸を、ＳｔＯ□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
合した絶縁皮膜剤を塗布焼付するものである。

次に本発明における限定理由をのべる。

本発明においては第１に絶縁皮膜処理剤の焼付処理にお
ける雰囲気ガス中の水分量をコントロルすることがポイ
ントである。雰囲気ガスの種類としてはＮ２．　ＮＺ　
＋Ｈ２、Ａｒ及びＮ２．　Ａｒ　と空気との混合ガス等
が用いられる。これらのガス中への水分量の添加が１０
ｍｇ／／！未満ではすべり性改善、皮膜張力の改善効果
が弱く、２００ｍｇ／ｌ超だと使用する雰囲気ガスの種
類によっては、酸化が生じて変色が生ずる。好ましくは
Ｎ２９０〜ｂ十Ｈ２２〜１０％の雰囲気であり、水分量
とじて最も好ましい範囲は２０〜１５０ｍｇ／ｊ２であ
る。第２図に示す如く、１０〜２００　ｍｇ　／　ｌの
範囲ではすべり摩擦係数、皮膜張力とも水分添加をしな
い雰囲気で焼付処理をしたものに比し、大幅な改善が達
成される。

第２に本発明において適用される絶縁皮膜剤としてはコ
ロイド状シリカを主成分とし、バインダーとしてリン酸
塩、クロム酸カルシウム、重クロム酸カルシウム、無水
クロム酸等を配合した張力付与型の処理剤が用いられる
。

本発明においては、絶縁皮膜処理液のバインダーとなる
リン酸塩中に、リン酸カルシウム、クロム酸カルシウム
、重クロム酸カルシウムを一定！配合するのがポイント
となる。このリン酸カルシウムとしては、例えば第１リ
ン酸カルシウムＣａ　（ｌＩｚＰＯ４）　ｚが用いられ
、クロム酸カルシウム塩としてはクロム酸カルシウムＣ
ａＣｒＯ４、重クロム酸カルシウムＣａＣｒ２Ｏ７等が
用いられる。

これらの化合物が全リン酸塩中に占める割合が４％未満
では絶縁皮膜自体の潤滑性（すべり摩擦係数）改善効果
がなく、４０％超になると本発明の焼付処理を適用して
も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。全リ
ン酸塩に対するコロイド状シリカ量の配合は重要で、全
リン酸塩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
。こればＳｉＯ□に換算した前記コロイド状シリカの重
量の１．２５倍未満或いは２．５００倍超なる前記全リ
ン酸塩の配合割合となると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、皮膜のずベリ摩擦係数を高める上では特開昭６１−
４１７７８号公報記載のようにコロイド状シリカとして
粒子径８ｍ１１ｍ以下の超微粒子のものを使用すれば、
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。無水クロム酸の添加量としては、ＳｉＯ□に換算し
た前記コロイド状シリカの重量の０゜１〜０．５倍とな
る配合割合とする。０．１倍未満では吸湿により皮膜の
ヘタツキが発生し、０．５倍超と多すぎると余剰のＣｒ
Ｏ３による吸湿によってこの場合もヘタツキの原因とな
る。

請求項２記載の発明の如く、絶縁皮膜処理剤組成を特定
したのは、請求項１記載の方法の焼付条件との組合せに
より、相乗的に著しい効果を生み出せるからである。請
求項１記載の方法の適用にあたっては前述の如く通常の
コロイド状シリカを主成分とし、リン酸塩をバインダー
とする張力付与型の絶縁皮膜処理剤であれば問題ないこ
とばいうまでもない。

次に本発明により形成される皮膜により鉄心の加工性と
磁気特性が改善される理由をのべる。

本発明のようにコロイド状シリカを主成分とし、バイン
ダーとしてリン酸塩を使用する張力付与型絶縁皮膜剤を
塗布し、焼付処理を行うと皮膜のすベり摩擦係数を著し
く向上させることができる。

これは焼付処理時の雰囲気ガスをウェット気味にするこ
とにより、形成される皮膜表層部に潤滑性の良いリン酸
塩成分を濃化させること、また、これによりグラス皮膜
や鋼板地鉄へのＰの拡散反応を抑制することで表面に緻
密で潤滑性の良い絶縁皮膜を形成するからである。この
潤滑性の良い皮膜の効果によって前述の様に巻加工、レ
ーシング加工等の作業性を高め、鉄心加工性を改善でき
るものである。

更に第２の効果として雰囲気ガスをウェットとした状態
では絶縁皮膜の張力を向上し、鉄損改善効果を高める。

これには２つの理由があるものと思われる。１つは絶縁
皮膜自体、従来の焼付法では生じやすいリン酸塩分の分
解による雰囲気ガス中への気散や、グラス皮膜、地鉄へ
の拡散による局所的な絶縁皮膜の劣化現象（ポーラス化
）を抑えて緻密化できること、もう１つは従来焼付で生
じるリン酸塩中のＰ分のグラス皮膜への拡散によるグラ
ス皮膜の浸食による劣化を防止する効果である。これに
よりグラス皮膜の張力を劣化することなく絶縁皮膜の張
力を向上でき、鉄損を向上させるものと思われる。請求
項２記載の方法では、絶縁度膜剤自体によるすべり性の
改善効果が更に付加増大され、相乗効果を生みだすもの
である。

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
のグラス皮膜形成後のコイルを分割し、表面の余剰焼鈍
分離剤を水洗と軽酸洗で除去し、グラス皮膜を残したの
ち、第２表に示す組成の絶縁皮膜処理剤を塗布し、第３
表に示す雰囲気ガス中で８５０℃×３０秒間０．５ｋｇ
／−の張力下で焼付処理を行った。

この鋼板からサンプルを切出し磁気特性とすべり摩擦係
数を調査すると共に、通称トランコマシンと呼ばれる連
続式巻鉄心成型機で加工試験を行った。次いで歪取焼鈍
を行った後巻線作業を行い加工性を評価した。結果を第
３表に示す。

（発明の効果）本発明によれば、鋼板のすべり性が良好で皮膜張力が優
れ、変圧器製造における鉄心加工性と磁気特性の優れた
方向性電磁＠板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は皮膜の潤滑性（すべり摩擦係数）を測定する方
法を示す図、第２図は雰囲気ガス中の水分量と皮膜の潤
滑性（すべり摩擦係数）及び皮膜張力との関係を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）珪素鋼スラブを熱延後焼鈍し、１回または中間焼
鈍をはさむ２回以上の冷延により最終板厚とし、脱炭焼
鈍、焼鈍分離剤塗布の後、最終仕上焼鈍を行い、次いで
連続ライン中で絶縁皮膜剤処理とヒートフラットニング
を行うに際して、炉内雰囲気ガスの水分量を１０〜２０
０ｍｇ／ｌとして８００〜９００℃で焼付処理を行うこ
とを特徴とする変圧器製造時の鉄心加工性が優れ、磁気
特性が優れた方向性電磁鋼板の絶縁皮膜形成方法。
（２）重量比で第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％と、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｒ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％とよりなる混合物、コロイド状シリカおよび無水
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、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
合で配合した絶縁皮膜剤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することを特徴とする請求項１
記載の変圧器製造時の鉄心加工性が優れ、磁気特性が優
れた方向性電磁鋼板の絶縁皮膜形成方法。