JPS5836053B2 - 電磁鋼板の処理方法 - Google Patents

電磁鋼板の処理方法

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JPS5836053B2
JPS5836053B2 JP7424881A JP7424881A JPS5836053B2 JP S5836053 B2 JPS5836053 B2 JP S5836053B2 JP 7424881 A JP7424881 A JP 7424881A JP 7424881 A JP7424881 A JP 7424881A JP S5836053 B2 JPS5836053 B2 JP S5836053B2
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laser beam
treatment
coating
film
tension
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元治 中村
勝 岩崎
祥直 田中
喜久司 広瀬
徹 井内
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1294Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties involving a localised treatment

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  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
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  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はすくtた磁気特性、絶縁特性を有する電磁鋼板
を安定して製造する方法に関するものである。
電磁鋼板としては、モーター等の回転機に使用される無
方向性電磁鋼板あるいはトランス等に使用される方向性
電磁鋼板がある。
無方向性電磁鋼板は純鉄系筐たは3.5多以下の珪素を
含有する珪素鋼板で、これはホットコイルを酸洗後、1
ないし2回の冷延と焼鈍をくり返して磁化容易軸を圧延
方向に対してランダムとし、その後絶縁皮膜処理を施し
て製造される。
一方、方向性電磁鋼板は一般に次の様にして製造される
すなわち、2.5〜4. 0 %の珪素を含有し、イン
ピーダンスとしてAtN,MnS,BN,Se,CuS
,Sb等を形成する元素の1種又は2種以上を所定量含
有するホットコイルを酸洗し 1シ2回の冷間圧延、焼
鈍をくり返した後、2次再結晶により(110)(00
1:]の方位を有する結晶を選択的に成長させるために
、lO010〜1200℃で仕上げ焼鈍される。
仕上げ焼鈍をコイルの状態で行なうバッチ式の場合には
焼付を防止するために焼鈍分離剤としてマグネシャ、シ
リカ、アルミナ、酸化チタン、酸化カルシウム等の耐火
性酸化物が使用される。
この場合、マグネシャを主成分とする焼鈍分離剤を用い
ると、焼付が防止されると同時に鋼板表面のシリカとマ
グネシャが反応して、フォルネテライト(2Mgo−S
iO2)を主成分とするグラス皮膜を形成する。
このグラス皮膜は絶縁皮膜として有効であるのみならず
、鋼板に比べて熱膨張係数が小さく、冷却時に鋼板に張
力を与えて鉄損、磁歪の減少に効果があり、一般にはこ
の様なグラス皮膜を有する方向性電磁鋼板の製造が主流
である。
この様に仕上げ焼鈍により2次再結晶を起させて、グラ
ス皮膜を形成した電磁鋼板は、次に余剰マグネシャを除
去した後 絶縁皮膜処理として、例えば特公昭27−1
268号公報に示されるようにリン酸マグネシウム系処
理液や特公昭53−28375号公報に示される様にコ
ロイダルシリカーリン酸アルミニウムークロム酸系処理
液が塗布され、700〜900℃で皮膜の焼付と同時に
鋼板の巻ぐせを取り除き、平担にするためのフラットニ
ングが実施されている。
この場合700℃以上の高温で皮膜焼付けを行なうと、
皮膜がグラス化し、冷却時に鋼板に張力を与えることに
より、鉄損の向上に効果が認められる(以下この様に鋼
板に張力を与えて鉄損を低下させる効果を有する皮膜を
張力皮膜と呼ぶ)。
上記のようにグラス皮膜と700℃以上の焼付皮膜によ
る張力による鉄損向上に比べ更にすぐれた鉄損向上を行
なう方法を提供することが、この発明の目的である。
本発明ではかかる目的を達成するために基本的にはレー
ザービームを使用して、上記張力皮膜を有する電磁鋼板
の表面にレーザービームの照射を行なって鋼板表面に局
部的にレーザー痕を形威させること、その後に絶縁皮膜
処理を行なうにさいしては、鋼板に付与されたレーザー
ビーム照射効果が消失しない温度領域で行なうことの組
合せ技術を提供するものである。
レーザービーム照射処理による鉄損の向上効果は、鋼板
表面にレーザー痕が生じる程度に行なうことが最良の結
果をもたらすことができる。
このレーザー痕は絶縁性むよび耐電圧性の観点からない
ことが望捷しいが、本発明者らの検討によれば、レーザ
ービーム照射処理を行ない、その後に所定の厚みの絶縁
皮膜を施こせば、絶縁性、耐電圧性を低下させることな
く、鉄損を向上させ得るものである。
この場合レーザービーム照射後の絶縁皮膜の焼付をあ1
り高温で行なうと、レーザービーム照射による鉄損向上
効果が次第に消失する。
このことから本発明ではレーザービーム照射処理後行な
う絶縁皮膜処理を、レーザービーム照射による鉄損向上
効果が消失しない温度領域で行なうものである。
具体的な皮膜焼付け時の板温については、レーザービー
ム照射条件などにより若干異なるが、600℃以下で行
なうことが好ましい。
本出願人は、既に特願昭55−7000号によってグラ
ス皮膜なし電磁鋼板、グラス皮膜あり電磁鋼板に対して
レーザービーム照射後レーザービーム照射による鉄損向
上効果が消失しない温度で絶縁皮膜を焼付けて、レーザ
ービーム照射痕による絶縁性、耐電圧性の低下を改善す
る方法を提案した。
この提案によればレーザービーム照射による鉄損向上効
果が大きいために前記の張力皮膜を有しない場合でも有
効である。
しかるに本発明者らは更に詳細に検討した結果、レーザ
ービーム照射処理を実施しても、張力皮膜処理が行える
のなら、より一層の鉄損向上効果が得られるとの構想に
もとづき、張力皮膜の適用の可能性につき鋭意検討した
結果、レーザービーム照射処理前であれば焼付温度は任
意に取り得ることに着目し、このレーザービーム照射処
理前に張力皮膜処理を行なうことにより、張力皮膜の適
用に成功したものである。
(これについても既に特願昭56−35962号で出願
ずみ)而して実際に電磁鋼板の表面に張力皮膜を形成し
、その上にレーザービーム照射処理を行なえば張力皮膜
上へのレーザービーム照射処理という相乗作用により鉄
損が飛躍的に向上するものである。
ところが、上記の説明から明らかな様に張力皮膜処理と
レーザーピーム照射後の絶縁皮膜処理の2回処理であり
、各処理を両面等厚に行った場合には最終製品の皮膜厚
が厚くなって、皮膜の密着性が低下すると共に占積率も
低下するという難点があった。
本発明は上記の難点を有利に解決し、皮膜密着性、占積
率の低下を伴なわない鉄損層間抵抗のすぐれた電磁鋼板
を提供せんとするもので、皮膜の差厚塗布を活用して上
記の難点を排除したものである。
本発明者らは、先願の特願昭56−35962号に於け
る張力皮膜の形或について検討した結果、鋼板に十分な
る張力を与えるためには、必ずしも両面均等厚に塗布す
る必要はなく、片面に膜厚を3〜7ff/rr?施こせ
ば、他面は極く薄くても所期の効果が得られることが判
った。
そしてレーザービーム照射を薄張力皮膜面に対して行な
い、最終的に行なう絶縁皮膜処理をレーザービーム照射
面に対して行って厚〈施こせば、レーザ照射痕による層
間抵抗、耐電圧の劣化もなく、2回の皮膜処理でありな
がら、各皮膜処理を両面等厚に行なう場合に比較して最
終製品の膜厚を減少することが可能となる。
これにより皮膜の密着性、占積率の低下Q問題が容易に
解決されると同じに高い層間抵抗、耐電圧が得られるも
のである。
両面に差厚塗布する方法自体は公知の方法が採用でき、
例えば塗布ロールのミゾの深さや本数の選択により容易
に差厚塗りを行なうことができる。
次にレーザー照射に及ぼす電磁鋼板表面の張力皮膜の影
響を示す第1図により説明する。
図において△は両面均等厚張力皮膜のみ.○は両面差厚
張力皮膜のみ、▲は両面均等厚張力皮膜十両面レーザー
ビーム照射、●は両面差厚張力皮膜の薄い片面にレーザ
ービーム照射した場合について鉄損値を示す。
なおレーザービーム照射条f[i−)4ルギー密度17
J/crA、(1j)点状痕跡径0.2mm、(iii
)痕跡距離0. 3M, (iX/)L方向間隔5咽で
ある。
レーザーピーム照射後の絶縁皮膜焼付けは500℃(板
温)で実施された。
第1図から明らかなように、張力皮膜が表裏等厚の場合
も表裏差厚の場合も、得られる効果は殆んど差異がない
本発明の実施において用いるレーザービーム照射につい
ては何ら限定されるものでなく、例えば連続線状照射、
点状照射、破線状照射等いづれでもよい。
又、電磁鋼板に対する照射方向は圧延方向υの磁気特性
を向上するには直角方白0より20°以内の傾きで照射
すると鉄損向上代が大きい。
逆に圧延方向と直角方向の鉄損を向上するには圧延方向
が好渣しい。
今、パルス状のレーザービームを用いる場合の一つの適
用例を示せば、圧延方向の鉄損を向上するにはエネルギ
ー密度Pが0.01〜1000JArIf.であるレー
ザービーム直径dが0.01〜IWrIrLの痕跡を圧
延方向と直角方向に痕跡の中心距離が0.01〜2問と
なる様にし、更に圧延方向に対して1〜30m+nの痕
跡列を形或する様に照射する。
圧延方向に対して1〜30trrmの痕跡列を形成する
には使用する光学系により圧延方向にほぼ直角、又はノ
コギリ歯状、正弦波状に照射してもよい。
レーザーパルスの時間巾は1 ns〜100ms と
する。
一方、レーザービームを連続的に出力させて照射する場
合にも全く同様にレーザービーム直径を0.01〜IW
r!ILの痕跡でエネルギー密度Pが0.01〜100
0J/cdとなるように、レーザービームを走査すれば
よい。
パルス照射と連続照射の場合のちがいは、前者が痕跡点
列を構成するのに対し後者は痕跡が連続となる点であっ
て、その他の諸元は同じである。
本発明方法における一つの実施工程は、マグネシャを主
成分とする焼鈍分離剤を塗布した電磁鋼板を1100〜
1200℃で仕上高温焼鈍し、フオルステライ} (
2MgO−Si02)を主成分とするグラス皮膜を形或
させる。
このコイル700〜900℃の温度で巻ぐせを除くため
にフラットニングを行ない、同時に差厚張力皮膜を塗布
焼付臥鋼板に張力を与えその後、薄張力皮膜面にレーザ
ービーム照射処理を施こし、次に板温600℃以下で主
としてレーザービーム照射面に絶縁皮膜処理を行なう方
法である。
本発明でのフラットニングと同時に実施する張力皮膜処
理は700℃以上の焼付けに耐え、冷却時に鋼板に張力
を与える例えば前記の特公昭53−28375号公報記
載のコロイダルシリカ、リン酸アルミニウム、クロム酸
系処理液、特開昭52−25296号公報記載のコロイ
ダルシリカ、リン酸塩、クロム酸塩系処理液、米国特許
第580449号明細書記載のマグネシウムイオン、リ
ン酸、シリカ、クロムイオンを含む処理液等の処理液を
用いるものであるが、鋼板への張力を与えられる処理液
であれば、何ら上記処理液に限定されるものでない。
次にレーザービーム照射処理後、限定的に言って板温6
00℃以下で絶縁皮膜処理を行なう処理液としては、リ
ン酸、クロム酸塩の1種又は2種以上を含有する処理液
を主成分とし、これにコロイダルシリカ、コロイダルア
ルミナ、酸化チタン、硼酸化合物の1種又は2種以上を
添加したものがある。
その他にクロム酸の還元剤として、多価アルコール、グ
リセリン等の有機化合物、加工性向上のための水溶性、
又はエマルジョン樹脂、高抵抗、加工性向上のため1μ
以上の粒径を有する有機樹脂粉末の如き有機化合物の1
種又は2種以上を含有させることができろ。
この外、紫外線照射等による絶縁皮膜形成法も可能であ
る。
以上は主として方向性電磁鋼板の場合について説明した
が、その他無方向性電磁鋼板についても適用できる。
次に実施例により説明する。
実施例 I S i 3.0%、C0.003’%、Mn 0.0
7 5%、A/,0.029%を含有する一方向性電磁
鋼板(0.30問板厚)を次の工程により製造した。
ホットコイルを1回の冷延一焼鈍後、マグネシャを塗布
乾燥し、コイルに巻取り1150℃で2次再結晶のため
の仕上げ高温焼鈍を行ない、その後余剰のマグネシャを
除去し、グラス皮膜を有する電磁鋼板を得た。
このコイルを2分割し、1コイルは850℃X70se
cでフラットニングと同時に処理液Aを塗布し焼付けた
塗布量は片面4.5f/ttl他面0.:l’/?7Z
2であった(本発明材)。
他方のコイルは850℃X70secでフラットニング
と同時に処理液Aを塗布焼付けし、片面当り4.5S’
/??Z2で均等厚であった(比較材)。
この様にして得られた一方向性電磁鋼板から試料を採取
して本発明材については更に次のB,C処理を行ない、
比較材についてはD,E処理を行なって諸特性の試験を
行なった。
本発明材 張力皮膜処理演N 20φコロイダルシリカ 120α 50%リン酸アルミニウム 60cc無水クロム酸
61 B処理:薄膜力皮膜面にパルス状レーザービーム照射処
理 (1)レーザー照射条件 (1)工*ル−3f−*廖: t 5−T /rni(
I)点状痕跡径 :0.15閣錬)点状痕跡C
方向中心間距離:0.3mm(■)痕跡列L方向間隔
: 7mmC処理:B処理後に絶縁皮膜処理 (1)絶縁皮膜処理 (r) 処理液 無水クロム酸 10r 酸化亜鉛 4グ エマルジョンタイプアクリル IOS’ −スチレン樹脂(50%溶液) 水 701 (I)焼付温度(板温) 500レーザービ
ーム照射面 4.0グ/rr?@)塗布量 反対面 0.5f/m”比較材 D処理:比較材の片面にレーザービーム照射処理レーザ
ー照射条件はB処理に同じ E処理:D処理後に絶縁皮膜処理 絶縁皮膜処理液、焼付温度はC処理と 同じ、塗布量は4.Of/rr?(片面あたり)上記の
如く実施した結果を第1表に示す。
第1表から明らかな如く、フラットニングと同時に張力
皮膜を焼付けレーザービーム照射するとより大きな鉄損
の向上が得られ、更に600℃以下で絶縁皮膜を焼付け
ることにより、レーザービーム照射効果を保持する。
しかしながら両面に等厚皮膜処理した比較材では、密着
性、占積率が若干悪いのに対して本発明材ではその難点
が解消されると同時に抵抗、耐電圧の劣化もない。
即ち本発明によれば密着性、占積車抵抗、耐電圧の低下
る見ることなく鉄損を大巾に向上しえたものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は鉄損向上に及ぼす張力皮膜とレーザービーム照
射の影響を示す図である。 △・・・グラス皮膜のみ、○・・・両面張力皮膜、4.
5?/tr? (4・5グ/−″)・口゛差厚張力皮膜(。 . 3 f/rr?’▲・・・・グラス皮膜+レーザー
照射、0・・・両面張力皮膜+レーザー照射、■・・・
差圧張力皮膜+レーザー照射。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電磁鋼板の両表面に差厚張力皮膜を形成し、薄張力
    皮膜の上からレーザービーム照射処理してレーザー照射
    痕を生じさせ、しかるのちレーザービーム照射面に厚く
    反対面に薄くなるように絶縁皮膜処理をレーザービーム
    照射効果が消失しない温度領域でおこなうことを特徴と
    する電磁鋼板の処理方法。
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