JPH11222654A - 鉄損が極めて低い方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋼板表面に平滑化処理や結晶方位強調処理を施
し、さらに張力被膜によって鋼板に張力を付与し鉄損を
大幅に低減する技術において、鋼板と張力被膜の密着性
よく、歪取焼鈍等を施しても張力被膜等からの不純元素
の拡散による磁気特性が低下のなく、かつ、その上に被
成される絶縁被膜との密着性のよい電磁鋼板を提供す
る。 【解決手段】方向性電磁鋼板の地鉄上にビッカースかた
さ（Ｈｖ）が３００以上の硬質層を表面に形成してなる
ものとする。また、該硬質層と地鉄の間に中間層をお
き、該中間層がＣ、Ｎ、ＢまたはＯの拡散防止層となっ
ているものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は変圧器や発電機の鉄芯
に利用される方向性電磁鋼板、中でも鉄損が極めて低い
方向性電磁鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｉを含有し、かつ結晶方位が（１１
０）［００１］方位や（１００）［００１］方位に配向
した方向性電磁鋼板は優れた軟磁気特性を有することか
ら商用周波数での各種鉄芯材料として広く用いられてい
る。この際、電磁鋼板に要求される特性としては、一般
に５０Ｈｚの周波数で１．７Ｔに磁化させた場合の損失
であるＷ１７／５０（Ｗ／ｋｇ）で表わされる鉄損が低
いことが重要である。

【０００３】この鉄損を低減するためには渦電流損の低
下に有効なＳｉを含有させ電気抵抗を高める方法、鋼板
板厚を低減させる方法、さらに結晶粒径を低減する方
法、ヒステリシス損を低下させるために有効な結晶方位
を揃える方法がある。しかし、Ｓｉを過度に含有させる
と飽和磁束密度が低下するため鉄芯のサイズ拡大を招
き、鋼板板厚を低減する方法も極端な製造コストの増大
をもたらす。また、結晶方位を揃える方法により、Ｂ８
において磁束密度１．９６〜１．９７Ｔの製品が得られ
ているが、これ以上の改善の余地はほとんどなくなって
いる。さらにプラズマジェットやレーザー光を照射して
鋼板表面に局所的に歪みを導入する方法や、鋼板表面に
溝を形成する方法等により人工的に磁区幅を細分化し鉄
損を低減する技術が開発されたが、これらによる鉄損低
減効果にも限度がある。

【０００４】一方、特公昭５２−２４４９９号公報に開
示されているような鋼板金属表面と非金属被膜との界面
の粗度を低減する方法、あるいは、特公平４−９０４１
号公報、特公平５−８７５９７号公報、ならびに特公平
６−３７６９４号公報に開示されているような金属表面
に特定の結晶を残存させる結晶方位強調処理を施して鉄
損を低減する方法が提案され、これによって電磁鋼板の
鉄損が大幅に低減することが明らかになっている。しか
し、これらの技術によって鉄損を低減するためには電磁
鋼板に対し強い張力を与えることが必要であり、そのた
め鋼板表面に張力被膜を存在させることが不可欠であ
る。かかる張力被膜が存在しない場合には、鋼板表面が
平滑であるため、逆に磁区幅の拡大が促進され、鉄損が
大幅に劣化する結果を招く。

【０００５】この問題を解決する手段として、前述の特
公昭５２−２４９９９号公報には、鋼板表面に化学研磨
や電解研磨を施して鏡面化し、その上に金属薄めっきを
施し、鋼板の表面酸化や、絶縁被膜塗布焼付けの際の鋼
板の表面劣化による磁性不良を抑制する方法が提案され
ている。しかし、この方法は鋼板表面に施される層が金
属のめっき層であるため、その上に被成される絶縁被膜
との密着性を欠き、また、めっき層の張力により鉄損を
向上させようとすれば、めっき層そのものを厚くする必
要があり、コスト増となるだけではなく占積率が低下す
るので工業化には至らなかった。反面、めっき層に張力
付与効果がない場合は鉄損が低減せず、めっき層上に張
力絶縁被膜を施してもめっき層との密着性がないので磁
気特性が向上しない。

【０００６】また、特公昭５６−４１５０号公報には鋼
板表面を平滑化後、その上にセラミックス薄膜を施す方
法が開示されているが、密着性のよいセラミックス薄膜
を形成させるために化学蒸着、真空蒸着が必要であり、
大量生産が困難で成膜速度も遅く工業化されるに至って
ない。

【０００７】さらに、特開昭６２−１０３３７４号公
報、特開平６−２４８４６５号公報、特開平６−２８７
７６４号公報には、研磨により平滑に仕上げた鋼板表面
に各種酸化物、ほう化物、けい化物、りん化物、硫化物
と地鉄との混合極薄層とその上に絶縁性塗布焼き付け層
を具備させる方法が開示されているが、鋼板と絶縁層と
の密着性に優れるものの、鋼板の鏡面平滑効果が地鉄と
これら酸化物等との混合極薄層の存在によって消去さ
れ、また焼鈍を行うと混合極薄層中のＯ、Ｂ等が鋼板中
に拡散して磁気特性が劣化するという問題がある。

【０００８】一方、特公平２−２４３７７０号公報に
は、ゾル−ゲル法によってセラミックス被膜を被成する
方法が、特開平３−２９４４６８号公報には平滑化した
地鉄表面に金属めっきを施した後、低圧プラズマ溶射法
によってけい化物被膜を形成する方法が開示されている
が、これらの被膜と鋼板との密着性が劣り十分な張力効
果が得られていない。

【０００９】また、特開平７−１７３６４１号公報に
は、鋼板表面に熱処理によって線熱膨張係数が３×１０
^-6ｋ^-1以上低下する金属被覆層を具備する方向性電磁鋼
板が開示されているが、金属めっき層とその上層の絶縁
被膜との良好な密着性が得られない。さらに所定の張力
を発揮して鉄損を低減させるためにはめっきを厚く形成
する必要があり、めっき材料およびめっきのための電力
のコストがかかり、さらに占積率の点からも問題がある
ので工業化されるに至っていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、最近
の方向性電磁鋼板の鉄損低減技術としては、鋼板表面を
平滑化もしくは結晶方位強調処理を施した後、鋼板表面
に張力被膜を被成することが必要不可欠である。しか
し、張力被膜は鋼板に強い張力を及ぼすため鋼板と張力
被膜との界面に強い剪断応力が作用し、必然的に被膜が
剥落し、張力付与も達成できず磁気特性も劣化する結果
しか得られていない。その問題の解決のため鋼板表面を
粗面化すれば、鋼板表面の磁気的な平滑効果が消失して
磁気特性の劣化を招き、また、鋼板表面に各種酸化物や
ほう化物を形成させるとＯやＢの鋼板中への拡散・進入
のため、磁気特性が劣化するという問題がある。

【００１１】本発明は、鋼板表面に平滑化処理や結晶方
位強調処理を施し、さらに張力被膜によって鋼板に張力
を付与し鉄損を大幅に低減する技術において、鋼板と張
力被膜の密着性よい電磁鋼板を提供し、さらにその上に
絶縁被膜を密着性よく被成することのできる技術を提供
することを目的とする。また、本発明は歪取焼鈍等を施
しても張力被膜等からの不純元素の拡散による進入がな
く、それによる磁気特性が低下のない方向性電磁鋼板を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、電磁鋼板
に表面に形成される被膜表層を硬質皮膜とすれば、被膜
自体が薄くても大きな張力が発生することを見いだし、
また、上記硬質層の下層に該硬質被膜を形成する中間層
を適当に選べば、焼鈍などによって該硬質被膜を通じて
Ｃ、Ｎ、Ｂ、Ｏが地鉄に拡散・進入して汚染し、磁性を
劣化させるのを効果的に抑制することができること、さ
らには、かかる構成を有する被膜が鋼板との密着性に優
れ、また、いわゆる上塗りの張力付加型絶縁被膜との密
着性も優れていることを見いだし、本発明を完成させた
ものである。

【００１３】よって、本発明は、まず、方向性電磁鋼板
を、ビッカースかたさ（Ｈｖ）が３００以上の硬質層被
膜を表面に形成してなるものとする。

【００１４】また、方向性電磁鋼板の地鉄上に中間層を
挟んで硬質層を有する方向性電磁鋼板において、該硬質
層はビッカースかたさ（Ｈｖ）が３００以上であり、か
つ、該中間層がＣ、Ｎ、ＢまたはＯの拡散防止層となっ
ているものとする。

【００１５】具体的には、上記方向性電磁鋼板における
硬質層を金属の炭化物、窒化物またはけい化物からなる
ものとし、また、中間層を炭化物、窒化物またはけい化
物を形成する金属元素とＦｅとの合金層とする。さらに
好適には、上記中間層を第１の合金層と第２の合金層か
らなるものとし、第１の合金層は硬質層を構成する金属
元素と該金属元素と異なる金属との合金であり、第２の
合金層は上記硬質層を構成する金属元素と異なる金属と
Ｆｅとの合金とするものである。また、中間層は硬質層
の下面に該硬質層を構成する金属からなる金属層を有し
てなるものとし、さらに前記第１の合金層と第２の合金
層の間にも硬質層を構成する金属元素と異なる金属から
なる金属層を有してなるものとする。

【００１６】本発明においては、前記硬質層を形成する
金属元素としてはＣｒまたはＮｉであることを好適し、
また、硬質層の外表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は０．
２０μｍ以上であること、さらに、地鉄表面の中心線平
均粗さ（Ｒａ）が０．２０μｍ未満であるか、あるいは
地鉄表面に結晶方位強調処理が施されていることを好適
とするものである。

【００１７】さらに、上記により形成された何れのかの
硬質層の表面には重クロム酸−有機樹脂系混合被膜が形
成されていることを好適とするものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施形態に基
づき詳しく説明する。本発明の素材成分には、Ｓｉを
１．５〜７．０％、Ｍｎを０．０３〜２．５％の間で含
有させることが望ましい。Ｓｉは７．０％を超えると硬
度が高くなり圧延や加工が困難になりがちであり、Ｍｎ
は２．５％を超えると熱処理時γ変態を誘起して磁気特
性を劣化させる可能性がある。上記の成分の他に、素材
成分には、インヒビター成分として、Ａ１、Ｂ、Ｂｉ、
Ｓｂ、Ｍｏ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｎｂ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｐｂ、ＺｎおよびＩｎの１種以上を含
有させることができる。

【００１９】上記組成を有する素材は常法により熱間圧
延、必要に応じて中間焼鈍を挟んだ冷間圧延、脱炭焼鈍
を兼ねた一次再結晶焼鈍、さらに二次再結晶純化を兼ね
た最終焼鈍に付され、所望の集合組織を持った方向性鋼
板に仕上げられる。その際、Ｃ、Ｓ、Ｎなどはいずれも
磁気特性上有害な作用があり、特に鉄損を劣化させるの
で、最終焼鈍後それぞれＣ：０．００３%以下、Ｓ：
０．００２%以下、Ｎ：０．００２％以下にすることが
好ましい。

【００２０】最終焼鈍された鋼板は地鉄鋼板表面に対す
る平滑化処理、あるいは、地鉄鋼板表面に対する結晶方
位強調処理を施すことによって張力被膜形成前の鋼板素
地の鉄損を低下させることができる。平滑化処理は鋼板
表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が ０．２０μｍ未満と
なる程度にするのがよい。一方、結晶方位強調処理は、
Ｃ１イオンが存在する水溶液中で鋼板表面を電気分解し
（１１０）面など磁気的に好ましい結晶面方位の結晶粒
を残存し、（１１１）など磁気的に好ましくない結晶面
方位の結晶粒の電解を促進させて磁気特性を向上させる
ものであり、鋼板の表面粗度は大きく低減せず、各結晶
粒界で段差が発生するものであるが、この段差の平均値
が０．１μｍ以上となるようにするのが好ましい。な
お、鋼板表面に公知の磁区細分化の手法である溝や点状
のきず、あるいは局部的な歪付与の領域を設けてもよ
い。

【００２１】鋼板表面に張力被膜を形成させる場合、鋼
板表面を粗面化していわゆるアンカー効果により密着性
を付与するのが一般的であるが、本発明においては鋼板
表面に金属層あるいは合金層を中間層として形成させ、
この中間層を介して張力被膜を形成させる。したがっ
て、本発明においては上記中間層と地鉄金属原子（Ｆ
ｅ）との間に強固な金属結合を生じさせる必要があり、
そのためには、鋼板を平滑化処理する方がかえって有利
となる。

【００２２】本発明の方向性電磁鋼板は表層に金属炭化
物、金属窒化物、金属ほう化物もしくは金属けい化物等
からなる硬質層を有する。この硬質層は極めて薄い被膜
層であっても鋼板に高い張力を与えることができ、ま
た、その上に被成させる絶縁被膜との密着性が極めてよ
い。その理由は不明であるが、金属の炭化物等は、結晶
構造がイオン結合に近く絶縁被膜中の無機物質等との静
電的引力等によって強固に結合するためと考えられる。

【００２３】かかる硬質層のかたさは、張力付与の点か
ら、ビッカースかたさ（Ｈｖ）で３００以上が必要であ
り、４００以上であることが望ましい。また、硬質層を
形成する物質としては、炭化物として、Ｃｒ₃Ｃｒ₂、Ｃ
ｒ₇Ｃ₃、ＷＣ、Ｍｏ₂Ｃ、ＴａＣ、ＴｉＣ等が、窒化物
として、ＣｒＮ、Ｎｉ₃Ｎ、Ｎｉ₃Ｎ₂、ＡｌＮ、Ｚｒ
Ｎ、ＮｂＮ、ＴｉＮ等が、ほう化物として、ＣｒＢ、Ｃ
ｒＢ₂、Ｃｒ₂Ｂ、ＮｉＢ、Ｎｉ₂Ｂ、Ｎｉ₃Ｂ₂、Ｎｉ
Ｂ₂、Ｎｉ₃Ｂ₂、ＭｏＢ、ＭｏＢ₂、ＮｂＢ、ＺｒＢ₂、
ＴｉＢ₂等が、けい化物として、Ｔｉ₂Ｓｉ、Ｖ₂Ｓｉ、
Ｃｒ₂Ｓｉ、Ｎｉ₂Ｓｉ、ＭｏＳｉ₂等が好適に使用でき
る。これらはセラミックス単体としてかたさがＨｖ１０
００以上となるものが多く、本発明における薄被膜層と
した場合でも容易にＨｖ３００以上のかたさを与える。

【００２４】本発明のように炭化物などからなる硬質層
を形成させれば、すでに述べたように、上塗りの絶縁被
膜との密着性は十分確保できるが、さらに密着性を向上
させようとすればその表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を
０．２０μｍ以上とするのがよい。いわゆるアンカー効
果による密着性向上効果が得られるからである。

【００２５】これらの炭化物等の硬質層の形成方法はい
かなる方法によってもよいが、たとえば、まずめっき等
により金属層を形成させ、そのめっき層に対して炭化処
理等の表面硬化処理を行う方法が挙げられる。その他、
めっき浴に炭素を含有する物質を添加してめっき被膜中
にこれらの物質を共析させ、さらに焼鈍することによっ
て炭化物等を生成させることも可能である。形成される
硬質層の膜厚の範囲は０．００５〜２μｍが望ましく、
０．０１〜１．０μｍがさらによい。膜厚がこの範囲よ
り薄いと張力効果が発揮されず、またこれ以上としても
効果が飽和し、コスト増および占積率低下を招くからで
ある。このように表面被膜を硬質にした結果、従来に比
べて極めて薄い膜厚でも所定の張力を発生させることが
可能である。

【００２６】上記の硬質層の下には、中間層が形成され
ている。この中間層は上記炭化物等からなる硬質層を有
する電磁鋼板に対し焼鈍などの処理を施す際、硬質層自
体あるいはそれを通じて外部からＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂが電磁
鋼板素地中に拡散・汚染し、磁性を劣化するのを防止す
る機能を有する。

【００２７】かかる機能を有する中間層としては、ま
ず、炭化物等を構成する金属元素とＦｅとの合金層が挙
げられる。かかる合金層は上記の表面硬化処理する際の
熱処理に伴って形成されるほか、上記金属元素と鉄との
合金めっき、あるいは金属粉末と鉄粉の混合粉末を鋼板
上に塗布後焼成すること等によって別途形成してもよ
い。上記目的に適する合金層としては、Ｃｒ−Ｆｅ、Ｎ
ｉ−Ｆｅ、Ｍｏ−Ｆｅ、Ｔｉ−Ｎｉ、Ｃｒ−Ｎｉ−Ｆｅ
等が挙げられる。例えばＣｒ−Ｆｅ合金層は、硬質層で
あるＣｒ炭化物層からＣが拡散してきた場合に、Ｃと合
金中のＣｒが強固に結合し、Ｃの地鉄への進入を防止
し、電磁鋼板の磁性劣化を防止する。かかる機能は従来
のＰＶＤ等で窒化物や炭化物の単層を形成させる技術で
は得られなかったものである。また、炭化物等からなる
硬質層が、鋼板と直接結合するのではなく、地鉄と金属
結合により強固に結合した中間層（合金層）を介して結
合するため、セラミックス層を直接鋼板上に形成させる
場合に比べて鋼板鏡面との密着性が大幅に向上する利点
がある。

【００２８】中間層は上記のように単一の合金層のみで
あってもよいが、異なる成分を有する複数の合金層から
なるものとしてもよく、また、硬質層と合金層あるいは
複数の合金層間に純金属層を挟んだものにしてもよい。
かかる構成を具体的に示せば、まず硬質層と上記合金層
との間に金属層、すなわち、硬質層である炭化物等を構
成する金属元素からなる金属層、を有するものが挙げら
れる。この金属層は単一の金属からなるものでもよい
が、２以上の金属の合金でもよい。たとえば、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｔｉなどの単一金属のほ
か、Ｃｒ−Ｎｉ合金等が好適に使用できる。かかる金属
層は上記合金層を形成させる際、最初に鋼板上に形成す
るめっき層を厚く形成させ、その後の表層表硬化処理の
際に未反応の金属層を残存させることによって得ること
ができる。その他、電気めっきや化学めっき、該金属粉
末を鋼板面に塗布後焼鈍することによって、それのみを
形成することとしてもよい。

【００２９】また、上記硬質層の下層に形成する合金層
を複数の層とする例としては、第１の合金層として硬質
層を構成する金属元素とその金属元素とは異なる金属元
素からなる合金層とし、第２の合金層として上記硬質層
を構成する金属元素と異なる金属と地鉄の構成元素であ
るＦｅとの合金とすることができる。この場合も硬質層
から拡散してくる有害元素を取り込み、有害元素の拡散
速度を低下させる効果がある。またこれらの合金層の間
に金属層単層を形成させてもよい。具体例として第１の
合金層として、Ｎｉ−Ｚｎ、Ｃｒ−Ｎｉ合金層が挙げら
れ、第２の合金層としてＮｉ−Ｆｅ合金層が挙げられ
る。例えば、硬質層としてＣｒ炭化物層を形成させる場
合に、その下層に金属Ｎｉ層を形成させることができ、
このＮｉ層は該Ｃｒ炭化物層とＣｒ−Ｎｉ合金を生成す
る一方、地鉄界面ではＮｉ−Ｆｅ合金を生成する。さら
に、硬質層と上記合金層の間に金属層を形成させること
も可能である。この金属層も上記合金層同様、硬質層中
の過剰なＣ、Ｎ、Ｂ、Ｏの地鉄内部への拡散を防止し、
また、焼鈍の際、硬質層を通じてこれら有害物質が地鉄
中に進入するのを防止する。

【００３０】本発明においてはいわゆる上塗りの絶縁被
膜は必ずしも被成させる必要はない。請求項１に記載し
た硬質層を有するもの、あるいは請求項２に記載の中間
層を挟んで硬質層を有するものとすれば、十分な張力付
与硬化と絶縁性を与えうるからである。しかしさらに張
力付与型の絶縁被膜を被成させれば一層大きな張力を鋼
板に与えることができ、より大きな鉄損の低減効果が期
待できる。かかる効果を有する絶縁被膜としては、各種
りん酸塩にコロイダルシリカを混入したものやほう酸ア
ルミニウムなどの塗布コーティングあるいはＴｉＮ、Ｂ
Ｎ、Ａｌ₂Ｏ₃などのセラミックスなど絶縁性に加えて張
力を有するものが好適に使用できる。なお、これらの絶
縁被膜被成の際に、硬質層を構成する金属が酸化され、
金属酸化物が同時に形成される場合があるが特に問題は
生じない。

【００３１】なお、本発明の被膜が硬質であるために、
製品板の打ち抜き性が低下し金型の摩耗を促進する場合
がある。この場合は金型との摩擦を低減すべく潤滑性を
有する被膜を電磁鋼板の最表面に施すのがよい。かかる
目的のためには、重クロム酸−有機樹脂系混合被膜を
０．４〜６．０ｇ／ｍ²を形成させるのがよい。ここで
重クロム酸系とはＣａ、Ｍｇ、及びＺｎ等の２価金属の
うち少なくとも一つ以上を含む重クロム酸塩、あるいは
これに少量の無水クロム酸を加えたものである。また有
機樹脂は打ち抜き性を改善するものであり、アクリル
系、酢酸ビニル系、スチレン系及びそれらの共重合物の
エマルジョン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル
酸、セルロース等が使用できる。さらにクロムを還元し
て被膜を不溶性化するため、グリセリン、エチレングリ
コール、しょ糖などの多価アルコール類を配合するとよ
い。これらの配合比としては、ＣｒＯ₃：１００重量部
に対して樹脂固形分で５〜１２０重量部、多価アルコー
ル類を１０〜６０重量部程度とするのがよい。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施態様をさらに具体的にす
るため実施例を６例掲げ、さらに比較例を３例掲げ、そ
れらの特性を表１に示す。なお、実施例における組成の
単位は、特に断らない限り、重量％である。

【００３３】

【実施例１】成分として、Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：３．
２５％、Ｍｎ：０．０７％、Ｓｂ：０．０２％、Ａｌ：
０．０２％、Ｓ：０．０２％、Ｎ：０．００７％からな
り、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる板厚：
０．２２ｍｍの脱炭焼鈍後の方向性電磁鋼板素材表面
に、３０％のＣａＯと２５％のＡｌ₂Ｏ₃と２５％のＭｇ
Ｏおよび２０％のＳｉＯ₂からなる被膜生成抑制型の焼
鈍分離剤を塗布し、コイル状に取り巻き、１２００℃、
５時間以上の最終仕上げ焼鈍を施した。得られた電磁鋼
板に対し、５％ＨＣｌ中で表面に残存する酸化物を完全
に除去した後、ＮａＣｌ水溶液中でアノード電解する結
晶方位強調処理を施した。さらに表面に、深さ２０μ
ｍ、幅１００μｍ、圧廷方向への繰り返し間隔２ｍｍか
らなる溝を形成させた。

【００３４】上記鋼板にクロムめっき浴（ＣｒＯ₃：１
００ｇ／ｌ、Ｈ₂ＳＯ₄：１．０ｇ／ｌ）により、めっき
電流密度：７０Ａ／ｄｍ²、浴温：５０℃の条件でＣｒ
膜厚が片面あたり約０．２μｍとなるようにＣｒめっき
を施した。めっき表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は０．
１２μｍであった。次いで、鋼板表面にほう砂（Ｎａ₂
Ｂ₄Ｏ₇）を３０%含む水溶液をロール塗布し、窒素雰囲
気中で１０００℃に保持して、最表面に主としてＣｒ
Ｂ、ＣｒＢ₂から成り、Ｃｒ炭化物およびＣｒ酸化物を
含むＣｒほう化物層を約０．０１μｍの厚さに形成させ
た。この焼鈍により、鋼板との界面に残存していたＣｒ
層は全てＣｒ−Ｆｅ合金層に変化したことが確認され
た。さらに上記鋼板上に６０%のコロイダリシリカを含
有するリン酸マグネシウムの溶液を塗布、８００℃で焼
き付け絶縁被膜を被成させ製品とした。

【００３５】

【実施例２】成分として、Ｃ：０．０６％、Ｓｉ：３．
２５％、Ｍｎ：０．０７％、Ｓｅ：０．０２％、Ａｌ：
０．０２３％、Ｎ：０．００７８％を含有し、残部Ｆｅ
および不可避的不純物からなる板厚：０．２２ｍｍの脱
炭焼鈍後の方向性電磁鋼板素材表面に、３０%のＣａＯ
と２５％のＡｌ₂Ｏ₃と２５％のＭｇＯおよび２０％のＳ
ｉＯ₂からなる被膜生成抑制型の焼鈍分離剤を塗布し、
コイル状に巻き取り、１２００℃、５時間の最終仕上げ
焼鈍を施した。次に、５％ＨＣｌ中で表面に残存する酸
化物を完全に除去した後、重クロム酸と硫酸との混液中
に鋼板表面を浸漬して、平均粗度０．１０μｍの平滑化
処理を行った。

【００３６】上記鋼板にクロムめっき浴（ＣｒＯ₃：２
５０ｇ／ｌ、Ｈ₂ＳＯ₄：１．５ｇ／ｌ、Ｎａ₂ＳｉＦ₆：
５ｇ／ｌ）により、めっき電流密度：５０Ａ／ｄｍ²、
浴温：３０℃の条件でＣｒ膜厚が片面あたり約０．８μ
ｍとなるようにＣｒめっきを施した。めっき表面の中心
線平均粗さ（Ｒａ）は０．４０μｍであった。次いで実
施例１と同様に、鋼板表面にほう砂水溶液を塗布後、８
５０℃で焼鈍して最表面に主としてＣｒＢ、ＣｒＢ₂お
よびＣｒ₂Ｂからなり、これにわずかのＣｒ炭化物、Ｃ
ｒ酸化物及びＣｒ窒化物を含むＣｒほう化物層を約０．
６μｍの厚さに形成させた。この焼鈍により鋼板との界
面に残存していたＣｒ層はすべてＣｒ−Ｆｅ合金層に変
化した。得られた鋼板には実施例１と同様の絶縁被膜を
被成させた。

【００３７】

【実施例３】成分として、Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：３．
２５％、Ｍｎ：０．０７％、Ｓ：０．０３％、Ａｌ：
０．０１４％、Ｎ：０．００７％からなり、残部はＦｅ
および不可避的不純物からなる板厚０．２２ｍｍの脱炭
焼鈍後の方向性電磁鋼板素材表面に３０％のＣａＯと２
５％のＡｌ₂Ｏ₃と２５％のＭｇＯおよび２０％のＳｉＯ
₂からなる被膜生成抑制型の焼鈍分離剤を塗布し、コイ
ル状に巻き取り、１２００℃、５時間の最終仕上げ焼鈍
を施した。次に、５％ＨＣｌ中で表面に残存する酸化物
を完全に除去した後、重クロム酸と硫酸との混合液中に
鋼板表面を浸漬して、平均粗度０．１０μｍの平滑化処
理を行い、さらに表面に溝を形成させた。

【００３８】この鋼板に、Ｃｒ粉末ペースト（金属Ｃｒ
微粉末（粒径：０．２μｍ）、アクリル樹脂、溶剤）を
片面あたり約１．２μｍの膜厚で塗布後乾燥させた。乾
燥後のＣｒ層表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は０．５５
μｍであった。次いで実施例１と同様にして鋼板表面に
ほう砂水溶液を塗布後焼鈍して最表面にＣｒほう化物層
を約０．０６μｍの厚さに形成させた。この焼鈍によ
り、鋼板との界面に残存していたＣｒ層の一部はＣｒ−
Ｆｅ合金層に変化したが約０．４μｍの純Ｃｒ層が残存
していた。得られた鋼板には実施例１と同様の絶縁被膜
を被成させた。

【００３９】

【実施例４】成分として、Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：３．
２５％、Ｍｎ：０．０７％、Ｓｅ：０．０３％、Ａｌ：
０．０２３％、Ｎ：０．００９％、Ｓｂ：０．０５％、
からなり、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる板
厚：０．２２ｍｍの脱炭焼鈍後の方向性電磁鋼板素材表
面に、３０％のＣａＯと２５％のＡｌ₂Ｏ₃と２５％のＭ
ｇＯおよび２０％のＳｉＯ₂からなる被膜生成抑制型の
焼鈍分離剤を塗布し、コイル状に巻き取り、１２００
℃、５時間の最終仕上げ焼鈍を実地した。次に、５％Ｈ
Ｃｌ中で表面に残存する酸化物を完全に除去した後、結
晶方位強調処理を行った。

【００４０】この鋼板に、いわゆるワット浴（Ｎｉ₂Ｓ
Ｏ₄：３００ｇ／ｌ、ＮｉＣｌ₂：４５ｇ／ｌ、Ｈ₃Ｂ
Ｏ₃：３０ｇ／ｌ）により、めっき電流密度：２０Ａ／
ｄｍ₂、浴温：４５℃の条件で片面あたり約０．５μｍ
の膜厚となるように平滑Ｎｉめっきを施した。Ｎｉめっ
き表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は０．１μｍであっ
た。このめっき鋼板をアルゴン雰囲気で７００℃で焼鈍
したところＣｒめっき層中の炭素化合物が熱分解してＣ
ｒと反応して、主としてＣｒ₇Ｃ₃、Ｃｒ₃Ｃ₂からなりわ
ずかにＣｒ酸化物を含むＣｒ炭化物層が生成したが、約
０．２μｍの厚さの純Ｃｒ層が残存した。また、その下
層の純Ｎｉ層は上層Ｃｒおよび下層の地鉄とそれぞれ合
金層を形成したが、約０．３μｍの純Ｎｉ層が残存して
いた。上記鋼板に対し、重クロム酸マグネシウム１００
重量部、アクリル系樹脂エマルジョン３０重量部、エチ
レングリコール２５重量部を配合した液をロール塗布
し、４５０℃で７０秒間焼き付けて絶縁被膜を被成させ
た。

【００４１】

【実施例５】成分として、Ｃ：０．０６％、Ｓｉ：３．
２５％、Ｍｎ：０．０７％、Ｓ：０．０２％、Ａｌ：
０．０２％、N：０．００７％、Ｓｂ：０．０３％、Ｃ
ｕ：０．１％、Ｓｎ：０．１２％からなり、残部はＦｅ
および不可避的不純物からなる板厚：０．２２ｍｍの脱
炭焼鈍後の方向性電磁鋼板素材表面に、３０％のＣａＯ
と２５％のＡｌ₂Ｏ₃と２５％のＭｇＯおよび２０％のＳ
ｉＯ₂からなる被膜生成抑制型の焼鈍分離剤を塗布し、
コイル状に巻き取り、１２００℃、５時間の最終仕上げ
焼鈍を施した。次に、５％ＨＣｌ中で表面に残存する酸
化物を完全に除去した後、結晶方位強調処理及び表面に
溝を形成させた。

【００４２】この鋼板に亜鉛めっき浴（ＺｎＣｌ₂：４
０ｇ／ｌ、ＮＨ₄Ｃｌ：２６ｇ／ｌ）により、めっき電
流密度：３０Ａ／ｄｍ²、浴温：４０℃の条件で片面あ
たり約０．５μｍの膜厚となるようにＺｎめっきを施し
た。次にワット浴にα−炭化珪素（粒径０．２μｍ）を
１００ｇ／ｌ添加した浴により、めっき電流密度：１０
Ａ／ｄｍ²、浴温：３５℃の条件で片面当たり０．５μ
ｍの膜厚となるように分散Ｎｉめっきを施した。Ｎｉめ
っき表面の中心線平均的粗さ（Ｒａ）は０．３５μｍで
あった。このめっき鋼板を窒素雰囲気で７００℃で焼鈍
したところＮｉめっき層中に分散したＳｉＣがＮｉと反
応して、主としてＮｉ₂ＳｉからなるＮｉけい化物層が
形成された。またその下層のＺｎ層は、全てＮｉ、Ｚ
ｎ、及びＦｅから成る合金層に変化した。その後、実施
例１と同様、絶縁被膜を形成させた。

【００４３】

【実施例６】成分として、Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：３．
２５％、Ｍｎ：０．０７％、Ｓ：０．０２％、Ａｌ：
０．０２３％、Ｎ：０．００７％、Ｃｕ：０．１２％、
Ｓｎ：０．１５％からなり、残部はＦｅおよび不可避的
不純物からなる板厚：０．２２ｍｍの脱炭焼鈍後の方向
性電磁鋼板表面に、３０％のＣａＯと２５％のＡｌ₂Ｏ₃
と２５％のＭｇＯおよび２０％のＳｉＯ₂からなる被膜
生成抑制型の焼鈍分離剤を塗布し、コイル状に巻き取
り、１２００℃、５時間以上の最終仕上げ焼鈍を施し
た。次に、５％ＨＣｌ中で表面の残存する酸化物を完全
に除去した後、重クロム酸と硫酸との混液中で平均粗度
０．１０μｍに平滑化処理した。

【００４４】この鋼板にワット浴（ＮｉＳＯ₄：３００
ｇ／ｌ、ＮｉＣｌ₂：４５ｇ／ｌ、Ｈ₃ＢＯ₃：３０ｇ／
ｌ）により、めっき電流密度：２０Ａ／ｄｍ²、浴温：
４５℃の条件で片面あたり約０．３μｍとなるようにＮ
ｉめっきを施した。さらに、Ｔｉ粉末ペースト（金属Ｔ
ｉ微粉末（粒径：０．２μｍ）、グラファイト粉末、ア
クリル樹脂、溶剤）を片面あたり約０．５μｍの膜厚で
塗布後乾燥させた。乾燥後のＴｉ層表面の中心的平均粗
さ（Ｒａ）は０．２０μｍであった。

【００４５】次にこの鋼板をアルゴン雰囲気で１０５０
℃で焼鈍して最表面に主としてＴｉＣから成るＴｉ窒素
化物層を形成させ、またその下層にＴｉ層が残存した。
またＮｉ層はすべてＴｉ、Ｎｉ及びＦｅから成る合金層
に変化した。その後、重クロム酸カルシウム１００重量
部、酢酸ビニル系樹脂エマルジョン４５重量部、エチレ
ングリコール３０重量部を配合した液をロール塗布し、
４５０℃で７０秒間焼き付けて絶縁被膜を被成させた。

【００４６】これらの製品の張力被膜厚み、表面性状、
表面硬さ、被膜張力、磁気特性、被膜密着性及び層間絶
縁抵抗の測定結果について表１に示す。なお、表面かた
さは微小硬度計を用いて２５〜１００ｇの荷重で、被膜
張力は、片面のみ被膜を形成させた鋼板の片反り畳か
ら、磁気特性はＪＩＳに基づき測定した。被膜密着性は
鋼板を直径を種々に変化させた丸棒に巻き付けて皮膜剥
離しない最小の丸棒直径で評価した。また金属炭化物層
等の膜厚は、試料の断面を深さ方向にＸ線マイクロアナ
ライザーにより分析し、成分の変化挙動から各層の界面
を決定することにより行った。

【００４７】上記６例の実施例はいずれも最表層に金属
炭化物、金属窒化物、金属硼化物、金属けい化物のいず
れか一つ以上から形成され、また鋼板界面にはこれらの
金属元素とＦｅから成る合金層を有し、いずれも表面か
たさがビッカースかたさでＨｖ３００以上であり、また
被膜張力が１．０ｋｇｆ／ｍｍ²を超えるものとなっ
た。この結果、鉄損が極めて低く、また上層絶縁被膜と
の密着性も極めて良好な電磁鋼板が得られ、９００℃で
３時間保持する歪み取り焼鈍後も磁性の劣化は生じなか
った。

【００４８】

【比較例１】比較例１は、張力被膜を金属Ｃｒ層のみか
らなる被膜としたものである。この被膜によって１ｋｇ
ｆ／ｍｍ²を超える被膜張力を得るためには、膜厚を
５．５μｍとしなければならず、コスト増大及び占積率
の低下をきたした。また表層が純金属であるため上塗り
の絶縁被膜との結合が弱く、絶縁被膜が剥落した。

【００４９】

【比較例２】比較例２は、ＰＶＤ法により鋼板上に直接
Ｃｒ₇Ｃ₃から成る炭化物層を形成させた場合である。こ
の場合は過剰のＣが鋼中へ拡散し、絶縁被膜の焼成時に
粗大なＦｅ₃Ｃが析出して磁性が劣化した。

【００５０】

【比較例３】比較例３は、表層のＣｒほう化物層の厚さ
を０．００３μｍと薄くした場合である。この場合は所
定の張力を付与されず、また表層のかたさがＨｖ３００
未満となって鉄損低減効果が生じなかった。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、占積率が高く、極めて
優れた鉄損と絶縁被膜との優れた密着性を有し、かつ長
時間焼鈍によっても磁気特性が低下しない方向性電磁鋼
板製品鋼板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電磁鋼板の被膜構造の断面を示す
模式図である。

【図２】本発明による電磁鋼板の他の被膜構造の断面を
示す模式図である。

【図３】硬質層のかたさと鉄損値との関係を示す関係図
である

【符号の説明】

１：地鉄鋼板 ２：Ｆｅ−Ｎｉ合金層 ３：純Ｎｉ層 ４：Ｃｒ−Ｎｉ合金層 ５：純Ｃｒ層 ６：Ｃｒ炭化物層 ７：絶縁被膜 ８：Ｃｒほう化物層 ９：Ｃｒ−Ｆｅ合金層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村木 峰男 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 黒沢 光正 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビッカースかたさ（Ｈｖ）が３００以上
   の硬質層被膜を表面に形成してなることを特徴とする鉄
   損が極めて低い方向性電磁鋼板。
2. 【請求項２】 方向性電磁鋼板の地鉄上に中間層を挟ん
   で硬質層を有する方向性電磁鋼板において、 該硬質層はビッカースかたさ（Ｈｖ）が３００以上であ
   り、かつ、 該中間層がＣ、Ｎ、ＢまたはＯの拡散防止層となってい
   ることを特徴とする鉄損が極めて低い方向性電磁鋼板。
3. 【請求項３】 硬質層は金属の炭化物、窒化物またはけ
   い化物からなることを特徴とする請求項１または２記載
   の鉄損が極めて低い方向性電磁鋼板。
4. 【請求項４】 中間層は硬質層を構成する金属元素とＦ
   ｅとの合金層であることを特徴とする請求項２記載の鉄
   損が極めて低い方向性電磁鋼板。
5. 【請求項５】 中間層は第１の合金層と第２の合金層か
   らなり、第１の合金層は硬質層を構成する金属元素と該
   金属元素と異なる金属との合金であり、第２の合金層は
   上記硬質層を構成する金属元素と異なる金属とＦｅとの
   合金であることを特徴とする請求項２記載の鉄損が極め
   て低い方向性電磁鋼板。
6. 【請求項６】 中間層は硬質層の下面に該硬質層を構成
   する金属からなる金属層を有していることを特徴とする
   請求項４または５記載の鉄損が極めて低い方向性電磁鋼
   板。
7. 【請求項７】 第１の合金層と第２の合金層の間に硬質
   層を構成する金属元素と異なる金属からなる金属層を有
   していることを特徴とする請求項５記載の鉄損が極めて
   低い方向性電磁鋼板。
8. 【請求項８】 硬質層を形成する金属元素がＣｒまたは
   Ｎｉであることを特徴とする請求項３ないし７のいずれ
   かに記載の鉄損が極めて低い方向性電磁鋼板。
9. 【請求項９】 硬質層の外表面の中心線平均粗さ（Ｒ
   ａ）が０．２０μｍ以上であることを特徴とする請求項
   １ないし８のいずれかに記載の鉄損が極めて低い方向性
   電磁鋼板。
10. 【請求項１０】 地鉄表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が
    ０．２０μｍ未満であるか、あるいは地鉄表面に結晶方
    位強調処理が施されていることを特徴とする請求項１な
    いし９のいずれかに記載の鉄損の極めて低い方向性電磁
    鋼板。
11. 【請求項１１】 硬質層の表面に重クロム酸−有機樹脂
    系混合被膜が形成されていることを特徴とする請求項１
    ないし１０のいずれかに記載の鉄損の極めて低い方向性
    電磁鋼板。