JPH05279865A - 方向性珪素鋼板の絶縁被膜形成方法 - Google Patents

方向性珪素鋼板の絶縁被膜形成方法

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JPH05279865A
JPH05279865A JP8110792A JP8110792A JPH05279865A JP H05279865 A JPH05279865 A JP H05279865A JP 8110792 A JP8110792 A JP 8110792A JP 8110792 A JP8110792 A JP 8110792A JP H05279865 A JPH05279865 A JP H05279865A
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JP
Japan
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steel sheet
coating
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oriented silicon
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JP8110792A
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Takeo Nagashima
武雄 長島
Shuichi Yamazaki
修一 山崎
Hiroyasu Fujii
浩康 藤井
Shigeru Maeda
滋 前田
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/73Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals characterised by the process
    • C23C22/74Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals characterised by the process for obtaining burned-in conversion coatings

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 方向性電磁鋼板に高張力被膜を形成し、張力
増大による鉄損低下を図る。 【構成】 方向性電磁鋼板を研磨紙番号150〜600
番で研磨し金属面を出し、さらに、700℃以上の空気
中に10秒以上さらした後、リン酸あるいはリン酸塩、
クロム酸あるいはクロム酸塩及びコロイド状シリカを含
む溶液を塗布して、300〜950℃で、10秒以上焼
き付け乾燥する。 【効果】 方向性電磁鋼板に高張力被膜が付与されて、
超低鉄損材料が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はフォルステライト被膜の
ない方向性珪素鋼板(以下、方向性電磁鋼板という)上
に絶縁被膜を密着性良く形成する方法に関するものであ
り、これにより方向性電磁鋼板は被膜による引張り張力
を得て、低鉄損が実現できる。
【0002】
【従来の技術】方向性電磁鋼板は、変圧器等の鉄心に広
く使用されている材料である。省エネルギーの観点から
鉄損を低減することが要求されてきた。Fe−Si金属
自体にも多くの改善がなされてきているが、方向性電磁
鋼板は鋼板に張力を付与すると鉄損が低減する事が知ら
れており、絶縁被膜と鋼板金属との熱膨張の差を利用し
て張力を与える方法が実用化されている。
【0003】例えば、特公昭59−15988号公報で
は仕上げ焼鈍の焼鈍分離剤としてMgOを使用し、これ
にコロイド状シリカを添加し、フォルステライト被膜の
改善を図り、磁気特性を向上させている。このコロイド
状シリカの添加はいわゆる二次再結晶に与える効果も有
るが、フォルステライト被膜形成量を増大しこの被膜に
よる鋼板の張力を増大して鉄損を改善(低減)している
ものである。
【0004】また、このフォルステライト被膜の上にリ
ン酸−クロム酸−コロイド状シリカ系の絶縁被膜を塗布
し、さらに被膜による張力を増大させるという方法も提
案されている(特公昭53−28375号公報)。
【0005】また近年、方向性電磁鋼板の仕上げ焼鈍で
フォルステライト被膜を形成させずに、金属面で仕上げ
焼鈍を完了し、または仕上げ焼鈍で生成するフォルステ
ライト被膜を酸洗等で除去し金属面を露出した面に張力
被膜を形成しようとする試みが提案されている(特公昭
63−54767号公報、特開平3−130377号公
報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】方向性電磁鋼板は張力
の増加と共に鉄損が低下する。被膜による張力付与方法
としてはFe−Si合金より熱膨張係数の小さい物質を
鋼板上に形成すれば良い。すなわち被膜形成時あるい
は、電磁鋼板の加工後の歪取り焼鈍等の高温からの冷却
後、被膜とFe−Si合金の熱膨張の差でFe−Si合
金には引張り応力が生ずる。この引張り応力を増大する
ためには、熱膨張係数の小さい被膜の被膜量を増大させ
れば良い。
【0007】従来、被膜による張力を増大するため、リ
ン酸−クロム酸−コロイド状シリカ系の絶縁被膜を多量
塗布すると被膜の剥離を生ずるという問題があった。ま
た特公昭63−54767号公報等に提案されているイ
オンプレーテング法等はフォルステライトのないFe−
Si合金地鉄上に密着性の良い被膜を形成できるが特殊
な装置を必要とし、製造コストが高くなるという問題が
あった。本発明の目的は密着性の良い絶縁被膜を低コス
トで形成し、鉄損の低い方向性電磁鋼板を製造しようと
するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は方向性電
磁鋼板を耐水研磨紙JIS番号150番〜600番の耐
水研磨紙で研磨して金属面を出し、さらに、700℃以
上の空気中に10秒以上晒した後、リン酸あるいはリン
酸塩、無水クロム酸あるいはクロム酸塩及びコロイド状
シリカを含む溶液を塗布し300〜950℃で10秒以
上焼き付け乾燥することにある。なお、耐水研磨紙で研
磨する方向性電磁鋼板はフォルステライトを有する電磁
鋼板でも良いが、予め酸洗等によりフォルステライト被
膜を除去し金属面を出して置くと良い。
【0009】以下、詳細に説明する。方向性電磁鋼板は
通常一定の板厚に冷間圧延された電磁鋼板を脱炭焼鈍
し、MgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布し仕上げ焼鈍
するものであり、仕上げ焼鈍後には電磁鋼板表面にはフ
ォルステライトを主体とするグラス被膜が形成されてい
るか、あるいは焼鈍分離剤としてアルミナ等を用いてフ
ォルステライト被膜を形成させず仕上げ焼鈍後金属面を
出す焼鈍方法がある。
【0010】電磁鋼板表面にはフォルステライトを主体
とするグラス被膜が形成されている場合には、酸洗等に
より該フォルステライト被膜を除去してから研磨工程に
入った方が研磨効率が良いが、フォルステライト被膜の
付いた状態で研磨して金属面を出しても良い。フォルス
テライト被膜を形成させず仕上げ焼鈍した電磁鋼板で
は、そのまま、研磨工程に入れば良い。
【0011】図1は、0.2mm板厚のフォルステライト
のない金属表面を有する方向性電磁鋼板を、各番手の耐
水研磨紙で研磨し研磨後800℃の空気中に30秒晒し
た電磁鋼板に、乾燥重量4g/m2 でコロイド状シリカ
20%水分散液:120g、リン酸アルミニウム50%
水溶液:70g、及び無水クロム酸:6gの組成の処理
液を塗布し、800℃で90秒焼き付け乾燥した結果で
ある。
【0012】横軸に耐水研磨紙JIS番号を取り、縦軸
に被膜の密着性を示した。被膜の密着性の指標として
は、20mm径の丸棒に巻き付けながら180度折り曲
げ、折り曲げ部分の被膜の剥離状況を観察し、被膜残存
面積を%表示した。被膜残存面積の割合の多きい方が密
着性が良いことになる。耐水研磨紙JIS番号150番
〜600番で密着性が良いことが分かる。研磨後800
℃の空気中に30秒晒した電磁鋼板は赤く変色してお
り、ヘマタイト(Fe2 3 )が生成したものと考えら
れる。
【0013】この鋼板に付いた色は絶縁被膜形成後も残
った。発明者らは密着性の良い理由を、金属と絶縁被膜
の間に鉄を含んで熱膨張率が金属と絶縁被膜の中間にあ
る第三層を形成し、歪が緩和されているためと考えてい
る。
【0014】図2は、0.2mm板厚のフォルステライト
のない金属表面を有する方向性電磁鋼板を320番耐水
研磨紙で研磨し研磨後800℃の空気中に各時間晒した
電磁鋼板に、乾燥重量4g/m2 でコロイド状シリカ2
0%水分散液:120g、リン酸アルミニウム50%水
溶液:70g、及び無水クロム酸:6gの組成の処理液
を塗布し、800℃で90秒焼き付け乾燥した結果であ
る。
【0015】横軸に空気中、800℃に晒した時間を取
り、縦軸に被膜の密着性を示した。なお、密着性の評価
は図1と同じである。空気中、800℃の時間が30秒
以上で密着性は向上する。
【0016】リン酸あるいはリン酸塩、無水クロム酸あ
るいはクロム酸塩及びコロイド状シリカを含む溶液、す
なわち塗布液とはこれらの成分が適量混合された溶液あ
るいはスラリーである。リン酸塩としては、Ca,M
g,Sr,Al等の塩が用いられる。クロム酸塩として
は、Na,K,Ca,Mg,Sr等の塩が用いられる。
コロイド状シリカは溶液に近いSiO2 コロイド粒子か
らスラリー状態ほどに大きい粒子であっても良く特に粒
子の大きさを限定するものではない。
【0017】塗布時の作業特性及び被膜の特性からリン
酸あるいはリン酸塩:3〜24重量%、無水クロム酸あ
るいはクロム酸塩:0.2〜4.5重量%、コロイド状
シリカ:4〜16重量%、残部:水からなる溶液(以下
単に処理液という)が有効である。なお、これらの溶液
に作業性、被膜特性改善のために若干の界面活性剤、ホ
ウ酸等を含むことは何等差し支えない。
【0018】また、リン酸塩としてリン酸溶液にCa
(OH)2 等の水酸化物、あるいはCaO等の酸化物を
加えてリン酸塩とすることも何等差し障りない。
【0019】焼き付け乾燥温度は300℃〜950℃で
被膜形成が達成され、一応の被膜が形成されるが、70
0℃未満では温度差の縮小による張力効果の減少や、下
記の歪取り焼鈍温度等を考慮すると、焼き付け乾燥温度
は700℃以上が良く、最適範囲は700℃〜950℃
である。700℃以上とするのは前記するように、被膜
形成を完全に行うためであり、製品加工後の歪取り焼鈍
等は700〜900℃で数時間保持されるのであるか
ら、このとき被膜の形成が不十分であると焼き付き等の
不都合を生ずる。また950℃超では鋼板の酸化が起こ
り、スケール(酸化鉄)による被膜密着性が劣化するか
らである。
【0020】
【実施例】
実施例1 通常の工程を経て仕上げ焼鈍された0.2mm方向性電磁
鋼板を硫酸−フッ酸混合液で酸洗し、表面のフォルステ
ライト被膜層を除去した。該鋼板表面を耐水研磨紙J
IS 320番で研磨した、比較のためそのまま研磨
しない材料(鋼板)とした。これら電磁鋼板を空気中8
00℃で、0秒(処理無し)、及び90秒加熱した。
【0021】冷却後、該鋼板にコロイド状シリカ20%
水分散液:120g、リン酸アルミニウム50%水溶
液:70g、及び無水クロム酸:6gの組成の処理液
を、焼き付け乾燥を800℃、90秒で、被膜乾燥重量
(塗布量)4g/m2 とし焼き付け乾燥した。被膜の剥
離状況を表1に示す。
【0022】このように本発明の方法によれば被膜の密
着性は極めて良い。
【0023】
【表1】
【0024】実施例2 通常の工程を経て仕上げ焼鈍された0.2mm方向性電磁
鋼板を硫酸−フッ酸混合液で酸洗し、表面のフォルステ
ライト被膜層を除去した。該鋼板表面を耐水研磨紙J
IS 320番で研磨した、比較のためそのまま研磨
しない材料(鋼板)とした。
【0025】これら電磁鋼板を空気中各温度で、60秒
加熱した。冷却後、該鋼板にコロイド状シリカ20%水
分散液:120g、リン酸アルミニウム50%水溶液:
70g、及び無水クロム酸:6gの組成の処理液を、焼
き付け乾燥を850℃、90秒で、被膜乾燥重量(塗布
量)4g/m2 とし焼き付け乾燥した。被膜の剥離状況
を表2に示す。
【0026】このように本発明の方法によれば被膜の密
着性は極めて良い。また、塗布前の空気中の加熱は70
0℃以上で加熱する必要がある。
【0027】
【表2】
【0028】実施例3 通常の工程を経て0.2mmに冷間圧延された3%電磁鋼
板を脱炭焼鈍した後アンモニアで該鋼板を窒化し、窒素
量を200ppm とした。さらに該鋼板を硫酸−フッ酸混
合液で酸洗し、表面の酸化層を除去した。これにAl2
3 (アルミナ)を主体とする焼鈍分離剤を塗布し、1
5℃/Hの昇温速度で1200℃まで昇温し、該温度に
到達後、焼鈍雰囲気を水素:100%として20時間保
持した。冷却後、該鋼板を水洗し、アルミナを除去し
た。
【0029】該鋼板を耐水研磨紙JIS 320番で
研磨した、そのまま研磨しない材料(鋼板)とした。
さらに該鋼板を空気中、800℃で90秒加熱した。該
鋼板にコロイド状シリカ20%水分散液:120g、リ
ン酸アルミニウム50%水溶液:70g、及び無水クロ
ム酸:6gの組成の処理液を、焼き付け乾燥を800
℃、90秒で、被膜乾燥重量(塗布量)4g/m2 とし
焼き付け乾燥した。
【0030】さらに磁区細分化のためレーザー処理を行
った。被膜の剥離状況を表3に示す。このように本発明
の方法によれば被膜の密着性は極めて良い。
【0031】
【表3】
【0032】さらに磁気特性を表4に示す。本発明によ
る材料は極めて優れた磁気特性(すなわち鉄損が小さ
い)を示した。
【0033】
【表4】
【0034】
【発明の効果】本発明により、絶縁被膜の密着性は向上
し電磁鋼板に大きな張力を付与でき、磁気特性が改善さ
れた、すなわち低鉄損の方向性電磁鋼板が提供され、工
業上の価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】耐水研磨紙番手と被膜残存量との関係を示す図
表である。
【図2】800℃の空気中の保持時間と被膜残存量との
関係の図表である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 滋 富津市新富20−1 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 方向性珪素鋼板を耐水研磨紙JIS番号
    150番〜600番で研磨して金属面を出し、さらに、
    700℃以上の空気中に10秒以上晒した後、リン酸あ
    るいはリン酸塩、無水クロム酸あるいはクロム酸塩及び
    コロイド状シリカを含む溶液を塗布し、300〜950
    ℃で10秒以上焼き付け乾燥することを特徴とする方向
    性珪素鋼板の絶縁被膜形成方法。
JP8110792A 1992-04-02 1992-04-02 方向性珪素鋼板の絶縁被膜形成方法 Withdrawn JPH05279865A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3653751A4 (en) * 2017-07-13 2021-03-24 Nippon Steel Corporation ORIENTED-GRAIN ELECTROMAGNETIC STEEL SHEET

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3653751A4 (en) * 2017-07-13 2021-03-24 Nippon Steel Corporation ORIENTED-GRAIN ELECTROMAGNETIC STEEL SHEET

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Effective date: 19990608