JPS6035431B2 - 方向性珪素鋼板のコロイド状シリカ−リン酸マグネシウム系コ−ティングの焼付け方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は方向性珪素鋼板の製造過程におけるコロイド
状シリカーリン酸マグネシウム系の上塗り絶縁コーティ
ングの焼付け方法に関し、特にその暁付けを鋼板の平坦
化と併せて行う際の暁鈍雰囲気に関するものである。

周知のように方向性珪素鋼板は、Ｓｉを４％程度以下、
通常は３％程度含有する珪素鋼素材を溶解し、連続鋳造
または造塊−分塊圧延法によってスラブとした後、熱間
圧延し、中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して最終板
厚とし、さらに脱炭暁鈍および高温箱暁鈍を施すことに
よって製造されるものであり、またその結晶集合組織は
、圧延方向に特に磁化容易軸が揃ったゴス組織と称され
る（１１０）〔００１〕方位の組織であって、各種の配
電用変圧器等の鉄芯材として広く使用されている。

ところでこのような方向性珪素鋼板を変圧器に使用する
際には、薄い鋼板（鋼帯）を多数枚積層して使用するの
が通常であり、この場合鋼板表面には過電流損を減らす
ために電気絶縁性の被膜を形成しておくのが一般的であ
る。このような絶縁被膜を鋼板表面に形成するためには
、一般には次のような一連の工程が採用されている。す
なわち、前述の方向性珪素鋼板の製造工程中における冷
間圧延後の脱炭暁鈍によって主としてＳｉ０２からなる
酸化膜を鋼板表面に生成させ、次いでＭｇ○を主体とす
る焼鈍分離剤を塗布した後、コイル状に巻いて１２００
００前後で日２中において最終箱暁鈍を行い、（１１０
）〔００１〕方位の二次再結晶集合組織を完成させると
同時に鋼板表面にフオルステラィト（２Ｍｇ○，Ｓｉ０
２）質の下地被膜を形成させる。さらにこのフオルステ
ラィト質被膜の上にリン酸塩系の上塗り絶縁コーティン
グを形成するためにリン酸塩系のコーティング処理液を
塗布し、乾燥後コイルの平坦化焼鈍と同時にコーティン
グの暁付けも行い、最終製品とする。上述のように方向
性珪素鋼板の絶縁被膜は、フオルステラィト質の下地被
膜とリン酸塩系の上塗りコーティングとからなる２重被
膜とするのが通常であり、このような被膜形成工程は、
方向性珪素鋼板の製造における冷延以降の工程において
重要な部分を占めている。

方向性珪素鋼板の製品に対しては、磁気特性が優れてい
ること、すなわち磁束密度が高く鉄損が低いことが要求
されることは勿論であるが、絶縁被膜に対してもその被
膜特性が優れていることが要求される。

絶縁被膜特性としては、被膜外観が均一であることが要
求されるほか、密着性、眉間抵抗、占積率等、多岐にわ
たる特性が優れていることが要求される。このような方
向性珪素鋼板の絶縁被膜の特性としては、フオルステラ
ィト質の下地被膜によって決定される部分と、上塗りの
リン酸塩系コーティングで決定される部分とがある。フ
オルステラィト質の下地被膜形成については、脱炭焼錨
前後から嘘鈍分離剤塗布、最終箱暁鈍に至るまでの一連
の工程において各種の製造技術が確立されており、被膜
外観が均一で密着性が良好な下地被膜の形成が一応は達
成されるようになっている。一方、リン酸塩系の上塗り
絶縁コーティングの形成についても従来から種々提案さ
れており、例えば特公昭５６一５２１１７号公報あるい
は特関昭５２−２５２９６号公報に開示されているよう
に、コ。ィド状シリカーリン酸マグネシウム−無水クロ
ム酸（またはクロム酸塩もしくは重クロム酸塩）系のコ
ーティング液を用い、コーティング被膜による鋼板に対
する張力付加を大きくして、磁歪を減少させた所謂張力
付加型のコロイド状シリカーリン酸マグネシウム系コー
ティングが近年施されるようになっている。しかしなが
らこのようなコロイド状シリカーリン酸マグネシウム系
の絶縁上塗りコーティングの形成に際しては、従来はそ
の焼付け時に鋼板表面が赤く変色して商品価値を損う事
態が発生する問題があり、またこのように赤く変色した
場合、商品価値を損うばかりでなく鋼板自体も縦化する
問題があった。上述のようなコロイド状シリカーリン酸
マグネシウム系絶縁上塗りコーティングの形成およびそ
の問題点について以下にさらに詳細に説明する。先ずコ
ロイド状シリカーリン酸マグネシウム系絶縁上塗りコー
ティングの形成工程についてより詳細に説明すると、最
終箱暁鈍によってフオルステラィト質の下地被膜を形成
した後、前述のようなコロイド状シリカーリン酸マグネ
シウム系のコーティング処理液をロールコースター等に
より表面に塗布し、乾燥した後、８００ｏｏ前後で１分
程度焼鈍して、最終箱暁鎚時のコイルセットの矯正すな
わち鋼板の平坦化と同時に焼付けを行う工程が通常採用
されている。このような焼付けのための雰囲気としては
、従来はＮ２ガスを炉内に導入するのが通常であったが
、その場合暁鎚炉の鋼板入り口側においてコイルの進行
に伴って外部の空気が炉内に持ち込まれ、炉内の雰囲気
の酸化性が高くなり、鋼板表面の地鉄が酸化して赤く変
色することがあった。すなわち、下地としてのフオルス
テラィト質被膜の被覆性が良好でない場合にところどこ
ろ微細に裸出した地鉄表面が、コロイド状シリカーリン
酸マグネシウム系コーティング焼付け時に雰囲気中に持
込まれた０２によって酸化されてへマタィト（Ｆｅ２０
３）が生成され、その結果鋼板表面が赤色に変色し、ま
た同時に地鉄の粒界酸化によって腕化する問題があった
。このような問題に対処するための方法として、特関昭
５５−１３８０２４号公報に開示されているように、０
２含有量を５％以下とする中性雰囲気下で鋼板の平坦化
およびリン酸塩系コーティングの焼付けを行う方法が提
案されている。この提案の方法は、炉内に導入する雰囲
気ガスとしてはＮ２ガス等の中性ガスを使用し、炉内ガ
スの流れ等の制御によって、実際の炉内雰囲気の０２含
有量を５％以下に規制しようとするものである。しかし
ながら本発明者がさらに詳細に実験を行ったところ、炉
内雰囲気の０２含有量を５％以下に規制しても若干の赤
変が生じることが判明した。すなわち本発明者等はフオ
ルステラィト質の下地被膜が形成されている方向性珪素
鋼板に対し、侍関昭５２一２５２９６号公報に記載され
ているコロイド状シリカーリン酸マグネシウム系のリン
酸塩系コーティング処理液を塗布し、乾燥後、管状炉に
おいて炉内雰囲気を変えて８００００で１分間競付ける
実験を行い、被膜外観における変色発生率を調べたとこ
ろ、第１表に示す結果が得られた。

第１表第１表に示すように、０２含有量が５％以下の雰
囲気であれば確かに変色発生率は相当程度少なくなる。

しかしながら０２含有量５％以下の場合でもフオルステ
ラィト質下地被膜の被覆性が悪い場合には第１表の３〜
５に示すように赤く変色するものが未だ数％程度存在す
る。上述のような実験結果から、本発明者等は暁付け時
の雰囲気の０２含有量を５％以下に規制するだけでは赤
変色を完全に防止することは困難であり、むしろ還元性
雰囲気に規制する必要があることを新規に認識し、実験
を進めたところ、還元性雰囲気とすることによって赤変
色をほぼ完全に防止することができるが、その反面還元
性が強くなればそれに伴ってコロイド状シリカーリン酸
マグネシウム系コーティングの耐吸湿性が劣化すること
が判明した。

このようにコロイド状シリカーリン酸マグネシウム系コ
ーティングの耐吸湿性が劣化すれば、焼付け後のコーテ
ィング表面に吸湿模様が発生し、被膜外観が損なわれる
ばかりでなく、層間抵抗が低下する問題が生じる。そこ
でさらに詳細に実験を重ねた結果、赤変色を防止ししか
も耐吸湿性の低下を防止するための還元性の程度には限
界があり、還元性ガスとするためにＮ２に加える日２も
し〈は日２十ＣＯの含有量を１５％（体積％）以下とす
ることによって耐吸湿性の低下を防止し得ることを見出
し、この発明の完成に至ったのである。したがってこの
発明はコロイド状シリカーリン酸マグネシウム系の上塗
りコーティングを焼付けるに際して変色の発生を防止す
ること同時に耐吸湿性の低下をも防止することを目的と
するものであり、コロイド状シリカーリン酸マグネシウ
ム系上塗りコーティングの焼付けに際しての雰囲気を、
日２もしくは日２およびＣＯを１５％以下含有し残部Ｎ
２からなる弱還元性雰囲気とすることを特徴とするもの
である。

以下この発明の方法をさらに詳細に説明する。

この発明の方法においては前述のように蛾付け時の雰囲
気を１５％以下の日２もしくは比およびＣＯを含有する
弱還元性雰囲気とする。このようにＱ等の還元性ガス成
分を少量含有する弱還元性雰囲気とすることによっては
じめて鋼板表面の赤変色をほぼ完全に防止することがで
き、前述の如く雰囲気の０２含有量を５％以下に規制し
ただけでは、あるいは１００％Ｎ２雰囲気としただけで
は、若干の赤変色が発生してしまう。一方、コロイド状
シリカーリン酸マグネシウム系コーティング蛾付け時の
雰囲気の還元性が強過ぎれば、コロイド状シリカーリン
酸マグネシウム系のコーティングの耐吸湿性が大幅に劣
化してしまう。

すなわち本発明者等が、特開昭５２−２５２９６号公報
に開示されているコロイド状シリカーリン酸マグネシウ
ム系のコーティング処理液を予めフオルステライト質下
地被膜が形成されている珪素鋼板に塗布し、種々の雰囲
気で８００℃×１分間焼付けた後の耐吸湿性を鋼板表面
からのＰ溶出量分析値を指標として調べたところ、第１
図に示す結果が得られた。但しここで焼付け雰囲気は、
２０％０２−Ｎ２雰囲気（空気中）の場合と、日２十Ｃ
Ｏの１対１の配合比の還元性ガス成分を０〜２５％の範
囲内の各種の含有量で含有し残部Ｎ２の各種の雰囲気に
設定した。またＰ溶出量分析方法としては、各雰囲気で
糠付けた試験片からそれぞれ５仇吻×５０側の試片を３
枚ずつ鯛断採取し、１００００の蒸溜水中に５分間浸債
・煮沸し蒸溜水に港出したＰを定量分析する方法を採用
し、鋼板１５０の当りのＰ熔出量（単位ムタ）として表
示した。第１図から明らかなように日２十ＣＯが１５％
を越えればＰ溶出量が増加して１００〃夕／１５０のよ
りも多くなり、耐吸湿性が低下する。

また１５％を越える日２を含有する場合も同様であるこ
とが判明した。このようにＰ溶出量が１００ムタ／１５
０のを越えれば、競付け後長時間経ると鋼板表面に吸湿
模様が発生し、商品価値を著しく落とすばかりでなく、
層間抵抗も低下する。一方比もしくは日２およびＣＯの
含有量が１５％以下の弱還元性雰囲気であれば耐吸湿性
はほとんど低下せず、実用上支障はない。そこでこの発
明の方法においては日２もしくは日２およびＣＯの含有
量が１５％以下、残部実質的にＮ２よりなる弱還元性の
雰囲気でコロイド状シリカーリン酸マグネシウム系コー
ティングの焼付けを行うこととしたのである。前述のよ
うに強還元性雰囲気でコロイド状シリカーリン酸マグネ
シウム系コーティングを齢付けた場合に耐吸湿性が劣化
する理由については、詳細は未だ明らかではないが、次
のように推察される。

すなわち、Ｓｉ０４あるいはＰ０４四面体の三次元的な
連結から成り立っている非晶質のコロイド状シリカーリ
ン酸マグネシウム系コーティングの被膜構造において強
還元性雰囲気における蛾付け時に強く還元される結果、
Ｓｉ０４あるいはＰ０４四面体の連結の架橋が切断され
るために吸湿され易くなるものと思われる。なおコロイ
ド状シリカーリン酸マグネシウム系コーティングの焼付
け時の雰囲気中の比もし〈は比およびＣＯの含有量の下
限は時に規定しないが、赤変色を有効に防止するために
は、３％程度以上とすることが好適である。

実際の焼付け時において炉内に送入する雰囲気ガスとし
ては、Ｎ２ガスに純はガスを混合したものを用いても良
いが、コスト面からはＤＸガスを使用することが有利で
ある。ＤＸガスはブタンあるいはプロパンに空気を混合
して燃焼させた際に発生する分解ガスであり、通常は７
０〜８０％程度のＮ２を含有し、残部が日２，ＣＯ，Ｃ
０２等からなるものであるが、分解時の空気混合比によ
って組成が変化するから、その空気混合比を調整するこ
とによって最適な比十ＣＯ含有量に調整することができ
る。なおＤＸガスの場合、Ｎ２，広，ＣＯのほか通常は
Ｃ０２も含有されるが、Ｃ０２は赤変色や耐吸湿性にほ
とんど影響せず、したがって少量のＣ０２が含まれるこ
とは特に支障ない。なおこの発明の方法における前述の
成分範囲は、コロイド状シリカーリン酸マグネシウム系
コーティング燐付け時に炉中に導入する雰囲気ガスで規
定したものではなく、実際の炉内の雰囲気で規定したも
のである。

以下この発明の方法を実施例にしたがって説明する。

Ｓｉ３．０４％，ＣＯ．０４３％，ＳＯ．００４％，Ｓ
ｅｏ．０１８％，Ｓｂｏ．０２２％を含み、残部実質的
にＦｅよりなる鋼素材を、２．７脚厚さに熱間圧延後、
９０００における３分間の中間暁鎚を挟んで２回の冷間
圧延を施し、最終板厚０．３仇肌こ仕上げた。

次いで溢水素中において８２０午○で３分間脱炭焼鈍を
施した後、Ｍｇ○からなる競錨分離剤を塗布し、日２雰
囲気中において１２００ｑ○で５時間最終箱焼銘を行い
、過剰の焼鈍分離剤を除去してフオルステラィト質の被
膜を有する方向性珪素鋼板を得た。そしてその鋼板の相
隣接する位置から多数枚の試験片を切出して実験用素材
とし、以下に示す張力付加型のコロイド状シリカーリン
酸マグネシウム系コーティング処理液を片面２ム仇の膜
厚となるように塗布した。コーティング処理液組成：２
０％コロイド状シリカ水分散液（Ｓ．ＧＩ．１２），．
．１０。

の‘３５％第１リン酸マグネシウム溶液（Ｓ．ＣＩ．３
５）・．．６０のＺ無水クロム酸（Ｃの３）
・・・５タそして上述のようにコーティング処理
液を塗布した鋼板を、第２表の各欄に示す焼鎚雰囲気中
において８００ｑ○で１分間焼付けを行った。

このようにして得られたコロイド状シリカーリン酸マグ
ネシウム系上塗りコーティングを有する珪素鋼板の被膜
外観と、Ｐ港出量分析値等の耐吸湿性を調べた。それら
の結果を第２表に併せて示す。第２表 第２表から明らかなように１５％以下の日２もしくは日
２およびＣＯを含有させた雰囲気で暁付けたこの発明の
方法による場合には、被膜外観が均一で赤変色がなく、
かつ耐吸湿性も良好なコロイド状シリカーリン酸マグネ
シウム系上塗りコーティングを有する方向性珪素鋼板が
得られることがわかる。

この結果に基いて工場の実操業ラインにおいて焼付け試
験を行ったところ、上記と同様の結果が実コイルにおい
ても再現された。なおコロイド状シリカーリン酸マグネ
シウム系コーティングの処理液としては、前記実施例で
示されるようにコロイド状シリカおよびリン酸マグネシ
ウムのほか、少量の無水クロム酸を添加したものを用い
ることが多いが、前述の特関昭５２−２５２９６号に示
されるように無水クロム酸の代りに無水クロム酸と同効
物質であるクロム酸塩あるいは車クロム酸塩を添加して
も良く、その場合にも本願発明の効果が得られることは
勿論である。

以上の説明で明らかなようにこの発明の方法によれば、
コロイド状シリカーリン酸マグネシウム系コーティング
の焼付けに際して表面の赤変色を有効に防止でき、した
がって変色による製品価値の低下を有効に防止できると
ともに腕化を防止することができ、同時にコロイド状シ
リカーリン酸マグネシウム系コーティングの耐吸湿性が
劣化することも防止でき、そのため吸湿模様の発生によ
り製品価値を損なったり層間抵抗が低下したりすること
も有効に防止することができる顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコロイド状シリカーリン酸マグネシウム系コー
ティングの耐吸湿性に及ぼす燐付け雰囲気の影響を示す
グラフである。 第ｌ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 方向性珪素鋼板の表面にフオルステライト質被膜を
   形成した後、コロイド状シリカ−リン酸マグネシウム系
   の上塗り絶縁コーテイングを施して、鋼板の平坦化とと
   もに前記コロイド状シリカ−リン酸マグネシウム系コー
   テイングを焼付けるための焼鈍に際し、Ｈ＿２もしくは
   Ｈ＿２およびＣＯを１５％（体積％）以下含有しかつ残
   部実質的にＮ＿２からなる弱還元性の雰囲気で焼鈍する
   ことを特徴とする方向性珪素鋼板のコロイド状シリカ−
   リン酸マグネシウム系コーテイングの焼付け方法。