JPWO2019106976A1 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C23C16/303—Nitrides
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- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
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- C23C—COATING 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
- C23C22/00—Chemical 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
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- C23C—COATING 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
- C23C22/00—Chemical 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
- C23C22/05—Chemical 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 using aqueous solutions
- C23C22/06—Chemical 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 using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
- C23C22/07—Chemical 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 using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing phosphates
- C23C22/08—Orthophosphates
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- C23C22/00—Chemical 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
- C23C22/05—Chemical 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 using aqueous solutions
- C23C22/06—Chemical 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 using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
- C23C22/24—Chemical 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 using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing hexavalent chromium compounds
- C23C22/33—Chemical 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 using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing hexavalent chromium compounds containing also phosphates
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- C23C22/00—Chemical 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
- C23C22/73—Chemical 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
- C23C22/74—Chemical 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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- C23C22/00—Chemical 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
- C23C22/78—Pretreatment of the material to be coated
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- C23C22/00—Chemical 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
- C23C22/82—After-treatment
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- C23C—COATING 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
- C23C22/00—Chemical 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
- C23C22/82—After-treatment
- C23C22/83—Chemical after-treatment
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Abstract
0.35≦(tA/tFe/2)≦0.75・・・(1)
0.25≦(tA/2/tFe/2)≦1.00・・・(2)
ただし、tAはアルカリ金属元素のプロファイルのピーク時間、tA/2はアルカリ金属元素のプロファイルの半価時間、tFe/2はFeのプロファイルの半価時間を示す。
Description
これらの被膜は、高温で形成され、しかも鋼板と比較して低い熱膨張率を持つことから、室温まで下がったときの鋼板と被膜との熱膨張率の差異により鋼板に張力が付与され、鉄損が低減する。例えば、8MPa以上(特許文献1の[請求項2]を参照)という高い張力を鋼板に付与することが要求される場合がある。
更に、より高張力な被膜を形成して磁気特性を向上させる技術として、例えば、特許文献4には、コロイド状シリカのガラス転移点を適正化する技術が提案されている。
具体的には、このような方向性電磁鋼板に対して、せん断加工やスリット加工などの歪速度の速い加工を施した。その結果、加工端部において被膜が剥離する場合があった。この場合、被膜密着性が良好であると評価され得ない。加工端部の被膜剥離幅が大きいと、粉塵発生などの作業環境の悪化が生じたり、方向性電磁鋼板を積層したときに導通が生じたりするおそれがある。
まず、加工端部を詳細に調査したところ、被膜Aと被膜Bとの界面を起点として被膜剥離が生じている場合が多かった。この調査結果に基づいて検討を重ねた結果、被膜Bにアルカリ金属元素を多く含有させることにより、被膜Bの焼付中の軟化が促進し(つまり粘性が低下し)、被膜Aと被膜Bとの界面の濡れ性が増して、被膜Aと被膜Bとの密着性が向上することが見出された。
しかし、特許文献4の段落[0023]に記載されているように、アルカリ金属元素の添加は、コロイド状シリカのガラス転移温度を低下させ、鋼板への付与張力の低下を招くおそれがある。
そこで、更に検討した結果、被膜Aと被膜Bとの界面にアルカリ金属元素を濃化させることにより、鋼板への付与張力の低下を回避できることを見出し、本発明を完成させた。
[1]鋼板と、上記鋼板上に配置された結晶質を含む被膜Aと、上記被膜A上に配置されたガラス質を含む被膜Bと、を備える方向性電磁鋼板であって、高周波グロー放電発光表面分析法を用いて得られる、上記被膜Bから上記鋼板に向かう方向の元素プロファイルが、下記式(1)および(2)を満たす、方向性電磁鋼板。
0.35≦(tA/tFe/2)≦0.75・・・(1)
0.25≦(tA/2/tFe/2)≦1.00・・・(2)
ただし、tAはアルカリ金属元素のプロファイルのピーク時間、tA/2はアルカリ金属元素のプロファイルの半価時間、tFe/2はFeのプロファイルの半価時間を示す。
[2]上記被膜Aが含む上記結晶質が、酸化物である、上記[1]に記載の方向性電磁鋼板。
[3]上記酸化物が、フォルステライトおよびコーディエライトからなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[2]に記載の方向性電磁鋼板。
[4]上記被膜Aが含む上記結晶質が、窒化物である、上記[1]に記載の方向性電磁鋼板。
[5]上記窒化物が、窒化チタン、窒化アルミニウムおよび窒化クロムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[4]に記載の方向性電磁鋼板。
[6]上記被膜Bが含む上記ガラス質が、珪リン酸塩ガラスである、上記[1]〜[5]のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。
[7]上記珪リン酸塩ガラスが、Mg、Al、Ca、Ti、Nd、Mo、Cr、B、Ta、CuおよびMnからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む珪リン酸塩ガラスである、上記[6]に記載の方向性電磁鋼板。
[8]上記アルカリ金属元素が、NaおよびKからなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]〜[7]のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。
[9]上記[1]〜[8]のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、上記鋼板上に上記被膜Aが配置された被膜A付き鋼板を得る工程と、上記被膜A付き鋼板の上記被膜A上に、上記被膜Bを形成する工程と、を備え、上記被膜Bを形成する前に、上記被膜A付き鋼板を、アルカリ金属化合物の水溶液に浸漬し、その後、水洗し、乾燥し、上記乾燥後の上記被膜A付き鋼板における、上記アルカリ金属化合物のアルカリ金属元素換算の目付量が、両面で、1.0×10−5mol/m2以上である、方向性電磁鋼板の製造方法。
[10]上記目付量が、1.0×10−2mol/m2以下である、上記[9]に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
本発明の方向性電磁鋼板は、鋼板と、上記鋼板上に配置された結晶質を含む被膜Aと、上記被膜A上に配置されたガラス質を含む被膜Bと、を備える方向性電磁鋼板であって、高周波グロー放電発光表面分析法を用いて得られる、上記被膜Bから上記鋼板に向かう方向の元素プロファイルが、下記式(1)および(2)を満たす、方向性電磁鋼板である。
0.35≦(tA/tFe/2)≦0.75・・・(1)
0.25≦(tA/2/tFe/2)≦1.00・・・(2)
ただし、tAはアルカリ金属元素のプロファイルのピーク時間、tA/2はアルカリ金属元素のプロファイルの半価時間、tFe/2はFeのプロファイルの半価時間を示す。
以下、本発明の方向性電磁鋼板を、より詳細に説明する。まず、元素プロファイルについて説明した後、各構成(鋼板、被膜Aおよび被膜B)を説明する。以下の説明は、本発明の方向性電磁鋼板を製造する方法の説明も兼ねる。
被膜Bから鋼板に向かう方向(「板厚方向」ともいう)の元素プロファイルは、高周波グロー放電発光表面分析(rf−GD−OES)法を用いて測定する。
具体的には、堀場製作所社製のマーカス型高周波グロー放電発光表面分析装置「GD−Profiler2」を用い、プラズマガスとしてAr100%を用い、ガス圧力:600Pa、高周波出力:35W、測定間隔:0.1秒/点の条件にて測定する。
図1は、比較例の方向性電磁鋼板において測定した元素プロファイルの一例である。図2は、本発明の方向性電磁鋼板において測定した元素プロファイルの一例である。図1および図2は、いずれも、Fe、MgおよびNaのプロファイルを示すグラフである。
まず、公知の方法で製造された、板厚が0.23mmである仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板を、300mm(圧延方向)×100mm(圧延直角方向)の大きさにせん断し、未反応の焼鈍分離剤を除去した後、800℃、2時間、N2雰囲気の条件で、歪取焼鈍を施した。鋼板の表面には、結晶質としてフォルステライトを含む被膜Aが形成されていた。
次に、5質量%リン酸水溶液を用いて軽酸洗した。軽酸洗の後、図1の比較例においては、未処理とした。一方、図2の本発明においては、NaOHの10質量%水溶液に25℃で5秒間浸漬し、その後、水洗することにより、NaOHとしての目付量(両面)を、0.01g/m2とした。
その後、リン酸マグネシウム水溶液(固形分換算で100質量部)と、コロイド状シリカ(固形分換算で50質量部)と、CrO3(15質量部)とを混合した水溶液を、純水で希釈して比重1.20g/ccに調整して、コーティング液を得た。得られたコーティング液を、被膜A付き鋼板の両面に、両面の乾燥後の塗布量が10g/m2となるように、ロールコーターを用いて、塗布した。
コーティング液を塗布した被膜A付き鋼板を、乾燥炉に装入して、300℃で1分間乾燥し、その後、800℃、2分間、N2100%の条件で焼付した。焼付により、被膜A上に、ガラス質として珪リン酸塩ガラスを含む被膜Bが形成された。
このようにして得られた方向性電磁鋼板(被膜B/被膜A/鋼板)の試料を得た。
Feのプロファイルの半価時間tFe/2は、Feのプロファイルがピークを持つ場合は、そのピークの強度値の2分の1強度値を示す時間(表面側の時間)とする。
Feのプロファイルがピークを持たない場合は、次のようにする。まず、長時間のスパッタを行ない、スパッタが十分に鋼板(地鉄)に到達し、Feの発光強度が一定値となるのを待つ。そして、一定値となったFeの発光強度(強度値)の2分の1強度値を示す最も表面側(被膜B側)の時間を、Feのプロファイルの半価時間tFe/2とする。
アルカリ金属元素(以下、「A」と表記する場合がある)のプロファイルのピーク時間tAは、ピークが1つの場合はそのピーク時間とし、複数のピークが存在する場合は最も高いピークのピーク時間とする。
アルカリ金属元素のプロファイルの半価時間tA/2は、ピーク(ピークが1つの場合はそのピーク、複数のピークが存在する場合は最も高いピーク)の強度値の2分の1強度値を示す時間とする。更に、表面側(被膜B側)の半価時間をtA/2sur、鋼板側の半価時間をtA/2metとする。tA/2は、tA/2surおよびtA/2metの両方を含む概念である。
式(1):0.35≦(tA/tFe/2)≦0.75について説明する。
tA/tFe/2が0.35未満である場合、アルカリ金属元素は被膜Aと被膜Bとの界面に濃化しておらず主に被膜Bのみに含まれ、鋼板への付与張力が不十分となる。
tA/tFe/2が0.75よりも大きい場合、アルカリ金属元素は被膜Aに浸潤して結晶界面に濃化した状態となり、粒界強度が低下し、被膜Aと鋼板との密着性が劣る。
tA/tFe/2は、0.40以上0.75以下が好ましい。
式(2):0.25≦(tA/2/tFe/2)≦1.00について説明する。
上述したように、tA/2は、tA/2surおよびtA/2metの両方を含む概念である。tA/2sur/tFe/2、および、tA/2met/tFe/2のどちらもが、0.25以上1.00以下であることを要する。
tA/2sur/tFe/2が0.25未満である(すなわち、アルカリ金属元素のプロファイルがブロードである)場合、アルカリ金属元素が被膜Aと被膜Bとの界面に濃化しているといえず、アルカリ金属元素は主として被膜Bのみに含まれており、密着性向上の効果はあるが、鋼板への付与張力が不十分となる。
tA/2met/tFe/2が1.00よりも大きい場合、アルカリ金属元素の被膜Aへの浸潤量が大きく、結晶界面にアルカリ金属元素が濃化した状態となり、粒界強度が低下し、被膜Aと鋼板との密着性が劣る。
tA/2/tFe/2は、0.30以上0.90以下が好ましい。
アルカリ金属元素(すなわち、被膜Aと被膜Bとの界面に濃化させるアルカリ金属元素)としては、Li、Na、K、Rb、Cs、Frが挙げられる。
これらのうち、Rb、Cs、Frよりも価格や入手性が優れるという理由から、Li、NaおよびKからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、Liよりも鋼板への付与張力が高いという理由から、NaおよびKからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。
次に、本発明の方向性電磁鋼板の各構成(鋼板、被膜Aおよび被膜B)を説明する。
鋼板としては、特に限定されないが、例えば、鋼板となる鋼スラブは、鋼中成分として、質量%で、C:0.001〜0.10%、Si:1.0〜5.0%、Mn:0.01〜1.0%、sol.Al:0.003〜0.050%、N:0.001〜0.020%、S:0.001〜0.05%、および/または、Se:0.001〜0.05%を含有し、残部は不可避敵不十分およびFeからなることが、磁気特性の観点から好ましい。
Siは、電気抵抗を高めて鉄損を低下させるとともに、鉄のBCC組織を安定化させて高温の熱処理を可能とするために必要な成分であり、Si含有量は、1.0質量%以上が好ましく、2.0質量%以上がより好ましい。一方、Siが多すぎると、冷間圧延が困難になる場合があることから、Si含有量は、5.0質量%以下が好ましい。
Mnは、鋼の熱間脆性の改善に有効に寄与するだけでなく、SやSeが混在している場合には、MnSやMnSe等の析出物を形成し、抑制剤(インヒビター)としての機能を発揮する。この効果を十分に得る観点から、Mn含有量は、0.01質量%以上が好ましい。一方、Mnが多すぎると、MnSe等の析出物の粒径が粗大化してインヒビターとしての効果が失われる場合があることから、Mn含有量は、1.0質量%以下が好ましい。
Alは、鋼中でAlNを形成して分散第二相としてインヒビターの作用を発揮する有用成分である。Alが少なすぎると十分に析出量が確保できない場合がある。一方、Alが多すぎるとAlNが粗大に析出してインヒビターとしての作用が失われる場合がある。このため、sol.Al含有量は、0.003〜0.050質量%が好ましい。
Nは、Alと同様に、AlNを形成するための成分である。Nが少なすぎるとAlNの析出が不十分となる場合がある。一方、Nが多すぎるとスラブ加熱時にふくれ等を生じる場合がある。このため、N含有量は、0.001〜0.020質量%が好ましい。
SおよびSeは、MnやCuと結合して、MnSe、MnS、Cu2−xSe、Cu2−xS等を形成し、鋼中の分散第二相としてインヒビターの作用を発揮する有用成分である。Sおよび/またはSeが少なすぎると添加効果に不十分な場合があり、多すぎるとスラブ加熱時の固溶が不完全となったり、製品表面の欠陥の原因となったりする場合がある。このため、Sおよび/またはSeの含有量は、0.001〜0.05質量%が好ましい。
まず、上記鋼スラブに、熱間圧延を施して熱延板を得る。熱延板に、必要に応じて熱延板焼鈍を施した後、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して、最終板厚の冷延板を得る。冷延板に、一次再結晶焼鈍および脱炭焼鈍(一次再結晶焼鈍が脱炭焼鈍を兼ねるのが一般的である)を施し、その後、焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を施す。こうして、ゴス方位の結晶粒(二次再結晶粒)が発達した鋼板(方向性電磁鋼板)が得られる。製造条件としては、従来公知の条件を採用でき、特に限定されない。
例えば、Al2O3を主成分とする焼鈍分離剤を用いることにより、得られる鋼板の表面には、コーディエライトを含有する被膜(コーディエライト被膜)が形成される。
フォルステライト被膜およびコーディエライト被膜は、後述する被膜Aに相当する。
これらの被膜を被膜Aとして使用する場合は、そのまま後述する被膜Bを形成する。
これらの被膜を被膜Aとして使用しない場合は、これらの被膜Aを酸洗等によって除去した後、別の被膜A(例えば、後述する窒化物を含む被膜A)を形成し、その後、後述する被膜Bを形成する。
これらの被膜を形成させずに、方向性電磁鋼板(鋼板)を製造してもよい。
被膜Aは、鋼板上に配置された、結晶質を含む被膜である。被膜Aの製造方法としては、特に限定されず、上述した方法以外の方法としては、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、PVD(Physical Vapor Deposition)法、ゾルゲル法、鋼板酸化法などの方法が挙げられる。
窒化物を含む被膜Aは、例えば、CVD法またはPVD法により形成される。
被膜Aにおける結晶質の含有量は、検量線を用いたX線回折により測定できる。
被膜Aの片面の膜厚(2層以上の場合は、各層の合計の膜厚)は、特に限定されないが、0.05〜5.00μmが好ましく、0.10〜3.00μmがより好ましい。
被膜Bは、被膜A上に配置されたガラス質を含む被膜であり、いわゆる絶縁張力被膜である。
被膜Bのガラス質としては、例えば、珪リン酸塩ガラスが挙げられ、その具体例としては、Mg、Al、Ca、Ti、Nd、Mo、Cr、B、Ta、CuおよびMnからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む珪リン酸塩ガラスが好適に挙げられる。近年の環境規制の観点からは、Crを含有しないことがより好ましい。
被膜Bにおけるガラス質の含有量は、10質量%未満であると被膜Aと被膜Bとの被膜密着性が劣化する場合があることから、10〜100質量%が好ましい。
また、ガラス質の中に結晶質を含ませて結晶化ガラスとすることにより、ガラス質単独では得られない特性(例えば、低熱膨張性、高耐熱性など)を付与できる。このため、被膜Bにおけるガラス質の含有量は、30〜90質量%がより好ましく、40〜70質量%以上が更に好ましい。
被膜Bを形成する方法が、後述する方法B1または方法B2である場合、形成される被膜Bにおけるガラス質の含有量は、10質量%以上であるとみなすことができる。
コーティング液は、リン酸および/またはリン酸塩と、コロイド状シリカとを含有することが好ましい。リン酸塩の金属種としては、例えば、Mg、Al、Ca、Mn、Niなどが挙げられる。
コーティング液は、更に、金属化合物を含有できる。金属化合物の金属種としては、例えば、Mg、Al、Ca、Ti、Nd、Mo、Cr、B、Ta、CuおよびMnからなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。B(ホウ素)は金属として扱う。
コーティング液中の各成分の含有量は、特に限定されず、適宜設定できる。
コーティング液を用いる場合、焼付温度は、例えば600〜1000℃である。焼付時間は、例えば1〜300秒間である。焼付雰囲気は、例えば窒素雰囲気である。
ガラスフリットは、例えば、酸化物基準で、PbO、SiO2、B2O3、BaO、ZnOなどを含有する。
ガラスフリットを用いる場合、焼付温度は、例えば600〜1200℃である。焼付時間は、例えば5〜20分間である。焼付雰囲気は、例えば窒素雰囲気である。
被膜Bの片面の膜厚(2層以上の場合は、各層の合計の膜厚)は、良好な層間抵抗および占積率を得る観点から、1.0〜6.0μmが好ましく、1.5〜4.0μmがより好ましい。
本発明の方向性電磁鋼板を製造する方法は、概略的には、被膜A付き鋼板を得る工程と、被膜A付き鋼板の被膜A上に被膜Bを形成する工程と、を備える方法である。
このとき、上述した式(1)および(2)を満たすようにするため、アルカリ金属元素のプロファイルを調整する方法は、特に限定されないが、例えば、以下に説明する方法1〜3が挙げられる。
方法1は、被膜Bを形成する前に、被膜A付き鋼板を、アルカリ金属化合物の水溶液に浸漬し、その後、水洗し、乾燥する方法である。このとき、水洗時間などの水洗条件を調整することにより、アルカリ金属元素のプロファイルを調整する。
目付量の上限は、特に限定されないが、例えば、1.0×10−2mol/m2以下である。
方法2は、コーティング液の塗布および焼付を複数回行ない、被膜A上に、複数層の被膜Bを形成する方法である。コーティング液に用いるコロイド状シリカは、Naなどのアルカリ金属元素を含有する場合がある。方法2においては、例えば、1層目の被膜Bに用いるコロイド状シリカのアルカリ金属元素量を、2層目のそれよりも多くする。これにより、アルカリ金属元素のプロファイルを調整して、上述した式(1)および(2)を満たすようにする。
方法3は、ガラスフリットの塗布および焼付を複数回行ない、被膜A上に、複数層の被膜Bを形成する方法である。方法3においては、1層目の被膜Bに用いるガラスフリットに、KOH、NaOHなどアルカリ金属化合物を添加する。これにより、アルカリ金属元素のプロファイルを調整して、上述した式(1)および(2)を満たすようにする。
〈方向性電磁鋼板の作製〉
以下に説明するようにして、鋼板上に被膜Aおよび被膜Bをこの順に有する方向性電磁鋼板の試料を作製した。
この珪素鋼スラブに、1100℃で30分間の加熱を施した後、熱間圧延を施して、2.2mmの板厚の熱延板を得た。得られた熱延板に、1000℃で1分間の焼鈍を施した後、冷間圧延を施して、0.27mmの最終板厚の冷延板コイルを得た。得られた冷延板コイルの中央部から、100mm(圧延直角方向)×400mm(圧延方向)のサイズの冷延板試料を採取した。採取した冷延板試料を、ラボにて室温から820℃まで加熱速度20℃/sで昇温させ、湿潤雰囲気下で820℃60秒間の一次再結晶焼鈍を施した。次いで、一次再結晶焼鈍を施した冷延板試料の表面に、MgO100質量部に対して10質量部のTiO2を混合した焼鈍分離剤を、水スラリ状にしてから塗布し、乾燥した。乾燥後の冷延板試料を、300℃から800℃の間を100時間かけて昇温させた後、1200℃まで50℃/hrで昇温させ、1200℃で5時間焼鈍する最終仕上げ焼鈍を行なった。これにより、結晶質としてフォルステライトを含む被膜A(フォルステライト被膜)を形成し、被膜A付きの鋼板を得た。被膜A(フォルステライト被膜)の膜厚は、1.20μmであった。被膜Aにおける結晶質の含有量は80質量%以上であった。
このとき、下記表1に記載された焼付時間(単位:s(秒))とした。
コロイド状シリカとしては、Na含有量が少ない酸性タイプである、日産化学社製のコロイド状シリカ「スノーテックス−O」(Na含有量:0.03質量%)を使用した。
コーティング液の塗布量は、両面で10g/m2とした。
被膜Bの膜厚は、片面2.5μmであった。
作製した方向性電磁鋼板の試料について、堀場製作所社製の「GD−Profiler2」を用い、上述した条件にて、板厚方向の元素プロファイルを測定した。測定結果から、Feのプロファイルの半価時間tFe/2、ならびに、アルカリ金属元素(A:Li、Na、K)のプロファイルのピーク時間tAおよび半価時間tA/2(tA/2sur、tA/2met)を求めた。更に、tA/tFe/2、tA/2sur/tFe/2、および、tA/2met/tFe/2を求めた。結果を下記表1に示す。
作製した方向性電磁鋼板の試料を、以下のように評価した。結果を下記表1に示す。
作製した方向性電磁鋼板の試料を、せん断機を用いて板厚方向にせん断加工した。その後、金属顕微鏡を用いて加工端部を観察し、加工端部において被膜(被膜AおよびBの少なくともいずれか)が剥離している距離(加工端面からの距離)を測定し、これを加工端部の被膜剥離幅(単位:mm)とした。
被膜剥離幅が小さいほど被膜密着性に優れると評価でき、実用上、被膜剥離幅は3.0mm未満が好ましい。
作製した方向性電磁鋼板の試料に対して、800℃で3時間、窒素雰囲気で歪取焼鈍を施した。その後、試料を、10mm単位で直径が異なる複数の丸棒に巻き付けて、被膜(被膜AおよびBの少なくともいずれか)に剥離やクラックが発生しない最小径(曲げ剥離径)を求めた。曲げ剥離径(単位:mm)が小さいほど被膜密着性に優れると評価でき、実用上、曲げ剥離径は40mm未満が好ましい。
まず、作製した方向性電磁鋼板の試料の片面(全面)に、腐食防止テープを貼り付けた。その後、腐食防止テープを貼り付けた試料を、110℃の25質量%NaOH水溶液に、10分間程度、浸漬させることにより、腐食防止テープを貼り付けていない側の面の被膜Bを除去した。片面側の被膜Bが除去されたことにより、試料には反りが生じた。腐食防止テープを除去し、試料の曲率半径を測定した。測定した曲率半径から、被膜Bによる鋼板への付与張力(単位:MPa)を求めた。
付与張力は、8.0MPa以上が好ましい。
更に、アルカリ金属化合物のアルカリ金属元素換算の目付量(両面)が、1.0×10−5mol/m2以上である場合には、被膜剥離幅が1.0mm以下となり、被膜密着性がより良好であることが分かった。
0.35≦(tA/tFe/2)および0.25≦(tA/2surtFe/2)を満たさないNo.10は、鋼板への付与張力が不十分であった。
(tA/2tFe/2)≦1.00を満たさないNo.12は、被膜剥離幅および曲げ剥離径が大きく被膜密着性が劣っていた。
0.25≦(tA/2surtFe/2)を満たさないNo.14、17および23は、鋼板への付与張力が不十分であった。
〈方向性電磁鋼板の作製〉
以下に説明するようにして、鋼板上に被膜Aおよび被膜Bをこの順に有する方向性電磁鋼板の試料を作製した。
まず、試験例1と同様にして、被膜A(フォルステライト被膜)付き鋼板を得た。
次いで、リン酸と、コロイド状シリカと、金属化合物とを含有するコーティング液を調製した。リン酸の含有量は、P2O5換算で0.5mol/Lとした。コロイド状シリカの含有量は、SiO2換算で1.5mol/Lとした。金属化合物の含有量は、下記表2に記載の金属酸化物換算で、同表に示す含有量(単位:mol/L)とした。
調製したコーティング液を、得られた被膜A付き鋼板の表面に塗布し、焼付した。塗布および焼付は2回行なった。これにより、被膜A上に、ガラス質として珪リン酸塩ガラスを含む被膜Bを2層形成した。
コーティング液のコロイド状シリカとして、1層目の被膜Bには、ADEKA社製のコロイド状シリカ「AT−300」(Na含有量:0.55質量%)を使用し、2層目の被膜Bには、ADEKA社製のコロイド状シリカ「AT−20N」(Na含有量:0.03質量%)を使用した。
被膜Bの焼付条件は、1層目および2層目ともに、900℃で30秒間、窒素雰囲気下とした。
被膜Bの膜厚(片面、単位:μm)は、下記表2に記載のとおりとした。膜厚は、断面SEM観察にて評価した。
作製した方向性電磁鋼板の試料について、試験例1と同様にして、Feのプロファイルの半価時間tFe/2、ならびに、アルカリ金属元素(Na)のプロファイルのピーク時間tAおよび半価時間tA/2(tA/2sur、tA/2met)を求めた。更に、tA/tFe/2、tA/2sur/tFe/2、および、tA/2met/tFe/2を求めた。結果を下記表2に示す。
作製した方向性電磁鋼板の試料について、試験例1と同様にして、被膜剥離幅、曲げ剥離径および付与張力を求めた。結果を下記表2に示す。
更に、作製した方向性電磁鋼板の試料について、JIS C 2550に準拠して、層間抵抗および占積率を測定した。層間抵抗は、電流値(フランクリン電流値)により評価した。結果を下記表2に示す。
被膜Bに関して、膜厚が増加するにともなって、鋼板への付与張力がより高くなる傾向が見られた。
0.35≦(tA/tFe/2)および0.25≦(tA/2surtFe/2)を満たさないNo.16および20は、鋼板への付与張力が不十分であった。
〈方向性電磁鋼板の作製〉
以下に説明するようにして、鋼板上に被膜Aおよび被膜Bをこの順に有する方向性電磁鋼板の試料を作製した。
この珪素鋼スラブに、1100℃で30分間の加熱を施した後、熱間圧延を施して、2.2mmの板厚の熱延板を得た。得られた熱延板に、1000℃で1分間の焼鈍を施した後、冷間圧延を施して、0.23mmの最終板厚の冷延板とした。引き続き、冷延板を、室温から820℃まで加熱速度20℃/sで昇温させ、湿潤雰囲気下で820℃60秒間の一次再結晶焼鈍を施した。次いで、一次再結晶焼鈍を施した冷延板の表面に、MgO50質量部に対して150質量部のAl2O3と1質量部のNa2B4O7・10H2Oとを混合した焼鈍分離剤を、水スラリ状にしてから塗布し、乾燥した。乾燥後の冷延板を、300℃から800℃の間を100時間かけて昇温させた後、1200℃まで50℃/hrで昇温させ、1200℃で5時間焼鈍する最終仕上げ焼鈍を行なった。これにより、結晶質としてコーディエライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)を含む被膜A付きの鋼板(コイル)を得た。得られたコイルの中央部から、100mm(圧延直角方向)×400mm(圧延方向)のサイズの試料を採取した。
一部の試料においては、硫酸とフッ酸との混酸を用いて被膜A(コーディエライト被膜)を剥離し、PVD法を用いて、結晶質として下記表3に示す窒化物を含む被膜A(窒化物被膜)を形成した。
被膜Aの膜厚(単位:μm)は、下記表3に示す。
被膜Aにおける結晶質の含有量は、いずれも80質量%以上であった。
塗布および焼付は2回行ない、2層の被膜Bを形成した。1層目の被膜Bを形成する際には、ガラスフリットに0.2質量%のKOHを添加した。
被膜Bの焼付条件は、1層目および2層目ともに、1000℃で10分間、窒素雰囲気下とした。
被膜Bの膜厚(片面、単位:μm)は、下記表3に記載のとおりとした。膜厚は、断面SEM観察にて評価した。
作製した方向性電磁鋼板の試料について、試験例1と同様にして、Feのプロファイルの半価時間tFe/2、ならびに、アルカリ金属元素(K)のプロファイルのピーク時間tAおよび半価時間tA/2(tA/2sur、tA/2met)を求めた。更に、tA/tFe/2、tA/2sur/tFe/2、および、tA/2met/tFe/2を求めた。結果を下記表3に示す。
作製した方向性電磁鋼板の試料について、試験例1と同様にして、被膜剥離幅、曲げ剥離径および付与張力を求めた。更に、試験例2と同様にして、層間抵抗(フランクリン電流値)および占積率を求めた。結果を下記表3に示す。
被膜Bに関して、膜厚が増加するにともなって、鋼板への付与張力がより高くなる傾向が見られた。
0.35≦(tA/tFe/2)および0.25≦(tA/2surtFe/2)の少なくともいずれかを満たさないNo.3、8、9および10は、鋼板への付与張力が不十分であった。
(tA/tFe/2)≦0.75を満たさないNo.6は、被膜剥離幅および曲げ剥離径が大きく被膜密着性が劣っていた。
Claims (10)
- 鋼板と、前記鋼板上に配置された結晶質を含む被膜Aと、前記被膜A上に配置されたガラス質を含む被膜Bと、を備える方向性電磁鋼板であって、
高周波グロー放電発光表面分析法を用いて得られる、前記被膜Bから前記鋼板に向かう方向の元素プロファイルが、下記式(1)および(2)を満たす、方向性電磁鋼板。
0.35≦(tA/tFe/2)≦0.75・・・(1)
0.25≦(tA/2/tFe/2)≦1.00・・・(2)
ただし、tAはアルカリ金属元素のプロファイルのピーク時間、tA/2はアルカリ金属元素のプロファイルの半価時間、tFe/2はFeのプロファイルの半価時間を示す。 - 前記被膜Aが含む前記結晶質が、酸化物である、請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記酸化物が、フォルステライトおよびコーディエライトからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項2に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記被膜Aが含む前記結晶質が、窒化物である、請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記窒化物が、窒化チタン、窒化アルミニウムおよび窒化クロムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項4に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記被膜Bが含む前記ガラス質が、珪リン酸塩ガラスである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記珪リン酸塩ガラスが、Mg、Al、Ca、Ti、Nd、Mo、Cr、B、Ta、CuおよびMnからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む珪リン酸塩ガラスである、請求項6に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記アルカリ金属元素が、NaおよびKからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
前記鋼板上に前記被膜Aが配置された被膜A付き鋼板を得る工程と、
前記被膜A付き鋼板の前記被膜A上に、前記被膜Bを形成する工程と、を備え、
前記被膜Bを形成する前に、前記被膜A付き鋼板を、アルカリ金属化合物の水溶液に浸漬し、その後、水洗し、乾燥し、
前記乾燥後の前記被膜A付き鋼板における、前記アルカリ金属化合物のアルカリ金属元素換算の目付量が、両面で、1.0×10−5mol/m2以上である、方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記目付量が、1.0×10−2mol/m2以下である、請求項9に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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