JPWO2021019859A1 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
絶縁被膜を薄くしても、該被膜の密着性に優れる無方向性電磁鋼板を提供する。本発明の無方向性電磁鋼板は、鋼板の少なくとも片面に絶縁被膜を有する電磁鋼板において、前記絶縁被膜は、表面側および地鉄との界面側の両方に、前記地鉄におけるＰ濃度より高いＰ濃度のＰ濃化層を有する。
Description
本発明は、無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。
無方向性電磁鋼板は、モータなどの鉄心材料として広く使用されている軟磁性材料の一種である。近年、電気自動車やハイブリッド自動車の実用化が進み、モータの駆動システムが発達し、モータの駆動周波数は年々増加する傾向にある。現在では、駆動周波数が数百〜数ｋＨｚであることが一般的となっており、高周波数域における鉄心の鉄損特性が重要視されるようになってきている。そのため、Ｓｉ及びＡｌなどの合金元素を添加、または板厚を低減すること等により、高周波域での低鉄損化を図ってきた。また、板厚方向のＳｉ濃度分布を制御することによる、高周波域での鉄損特性改善技術なども検討されてきた。
これらの技術のなかでも、板厚の低減は、高周波域での鉄損の改善効果が非常に大きいため、近年の電磁鋼板では薄板化が進められている。一方で、薄板化により、電磁鋼板を積層して製造されるモータコアにおける占積率の低下が課題となっており、モータを製造した際にトルクが低下するなどの問題が生じている。これは、鋼板表面に形成される絶縁被膜の厚みは変わらないのに、板厚が薄くなることで、鉄心のうちに占める、絶縁被膜を除いた電磁鋼板部分の相対的な割合が低下することが原因である。上記のような背景から、占積率を低下させないために、電磁鋼板の表面に形成される絶縁被膜には、これまで以上の薄さが求められている。絶縁被膜の薄膜化を満たすべく様々な技術が検討されている。
例えば、特許文献１には、絶縁被膜中にＣを２０ｍｇ／ｍ2以上１６０ｍｇ／ｍ2以下含有させることにより、絶縁被膜の密着性に優れる電磁鋼板を製造する技術が記載されている。
しかしながら、これまでの技術では、絶縁被膜を薄くした場合には、鋼板と絶縁被膜の密着性が十分に確保されず、板厚が薄い電磁鋼板における占積率を改善するには十分ではなかった。
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、絶縁被膜を薄くしても、該被膜の密着性に優れる電磁鋼板を、その製造方法と共に提供することを目的とする。
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、絶縁被膜を薄くしても、該被膜の密着性に優れる電磁鋼板を、その製造方法と共に提供することを目的とする。
発明者らは、上記課題の解決に向け、絶縁被膜の表面、並びに、電磁鋼板と絶縁被膜との界面におけるＰ（リン）の濃化状態に着目し、鋭意検討を行った。検討の結果、絶縁被膜における、表面側、および、電磁鋼板を構成する地鉄との界面側の両方にＰを濃化させることにより、絶縁被膜の優れた密着性が得られることを新たに知見し、本発明を導くに至った。このメカニズムについて、発明者らは以下のように考える。絶縁被膜の表面側および地鉄との界面側の両方にＰが濃化することで被膜自体が強固となり、かつ地鉄との界面側で濃化したＰが地鉄および絶縁被膜間のバインダーとして作用する。この効果により、絶縁被膜自身が薄くても、強固で密着性の高い絶縁被膜を有する電磁鋼板が得られる。この効果は、絶縁被膜が有機系、無機系あるいはその混合であるなど、種類や構造などによらず得ることができる。
さらに、絶縁被膜の地鉄との界面側にＰを濃化させる方法として、スラブに代表される出鋼成分にＰを０．００５〜０．２０質量％含有させて１１００℃以上で仕上焼鈍してもよいし、最終冷間圧延における圧延油にリン酸エステル型の乳化剤を１％以上の濃度で含有する圧延油を使用し、鋼板表面にＰを付着させてもよい。さらには、仕上焼鈍と最終冷間圧延の間にリン酸化合物を５質量部以上含有する水溶液を塗布・乾燥させる工程を施すことでも、絶縁被膜の地鉄との界面側へＰ濃化層を形成することができ、発明の効果を得られる。
一方、絶縁被膜の表面側のＰ濃化層は、絶縁被膜を形成する過程で、コーティング液にリン酸化合物などを１質量部以上添加したものを用いれば、該液の乾燥時に絶縁被膜の表面にＰが浮上し、濃化層を形成することが出来る。
以上の組み合わせにより、絶縁被膜の表面側および地鉄との界面側の両方にＰ濃化層を形成することで、絶縁被膜が薄くても被膜密着性に優れた電磁鋼板を得られる。
一方、絶縁被膜の表面側のＰ濃化層は、絶縁被膜を形成する過程で、コーティング液にリン酸化合物などを１質量部以上添加したものを用いれば、該液の乾燥時に絶縁被膜の表面にＰが浮上し、濃化層を形成することが出来る。
以上の組み合わせにより、絶縁被膜の表面側および地鉄との界面側の両方にＰ濃化層を形成することで、絶縁被膜が薄くても被膜密着性に優れた電磁鋼板を得られる。
以下、本発明の要旨構成を記載する。
（１）鋼板の少なくとも片面に絶縁被膜を有する電磁鋼板において、前記絶縁被膜は、表面側および地鉄との界面側の両方に、前記地鉄におけるＰ濃度より高いＰ濃度のＰ濃化層を有する無方向性電磁鋼板。
（１）鋼板の少なくとも片面に絶縁被膜を有する電磁鋼板において、前記絶縁被膜は、表面側および地鉄との界面側の両方に、前記地鉄におけるＰ濃度より高いＰ濃度のＰ濃化層を有する無方向性電磁鋼板。
（２）前記鋼板は、質量％で、
Ｃ：０．０１０％未満、
Ｓｉ：１．５％以上１０．０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上２．０％以下および
Ｍｎ：０．００５％以上１．０％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物の成分組成を有する、前記（１）に記載の無方向性電磁鋼板。
Ｃ：０．０１０％未満、
Ｓｉ：１．５％以上１０．０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上２．０％以下および
Ｍｎ：０．００５％以上１．０％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物の成分組成を有する、前記（１）に記載の無方向性電磁鋼板。
（３）前記鋼板は、さらに、質量％で、
Ｐ：０．００５％以上０．２０％以下
を含有する、前記（２）に記載の無方向性電磁鋼板。
Ｐ：０．００５％以上０．２０％以下
を含有する、前記（２）に記載の無方向性電磁鋼板。
（４）前記成分組成は、さらに、質量％で、
Ｓｎ：０．００２％以上０．１０％以下、
Ｍｏ：０．００５％以上０．１０％以下、
Ｓｂ：０．００５％以上０．３０％以下、
Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下、
Ｃｒ：０．０１％以上０．５０％以下、
Ｎｉ：０．０１０％以上１．０％以下
のうちの１種以上を含有する、前記（２）または（３）に記載の無方向性電磁鋼板。
Ｓｎ：０．００２％以上０．１０％以下、
Ｍｏ：０．００５％以上０．１０％以下、
Ｓｂ：０．００５％以上０．３０％以下、
Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下、
Ｃｒ：０．０１％以上０．５０％以下、
Ｎｉ：０．０１０％以上１．０％以下
のうちの１種以上を含有する、前記（２）または（３）に記載の無方向性電磁鋼板。
（５）前記絶縁被膜は、前記地鉄との界面側に、Ｆｅの濃化層を有する、前記（１）から（４）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
（６）前記鋼板の厚みが０．２０ｍｍ以下である前記（１）から（５）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
（７）前記鋼板は、Ｓｉ濃度が前記鋼板の表面側から前記鋼板の中心部側へ向かって低くなる濃度勾配を有し、該濃度勾配における鋼板表層と鋼板中心層とのＳｉ濃度差が１．０〜５．０質量％である、前記（１）から（６）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
（８）前記（１）から（７）のいずれかに記載の電磁鋼板の製造方法であって、該電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に、絶縁被膜を形成する工程において、
前記冷間圧延は、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用して行い、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
前記冷間圧延は、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用して行い、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
（９）前記（１）から（７）のいずれかに記載の電磁鋼板の製造方法であって、該電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に、絶縁被膜を形成する工程において、
前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる工程を有し、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる工程を有し、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
（１０）前記（１）から（７）のいずれかに記載の電磁鋼板の製造方法であって、該電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に、絶縁被膜を形成する工程において、
前記冷間圧延は、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用して行い、
前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる工程を有し、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
前記冷間圧延は、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用して行い、
前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる工程を有し、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
（１１）前記（１）から（７）のいずれかに記載の電磁鋼板の製造方法であって、該電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に、絶縁被膜を形成する工程において、
前記スラブにＰを０．００５〜０．２０質量％含有させ、前記仕上焼鈍の焼鈍温度を１１００℃以上とし、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
前記スラブにＰを０．００５〜０．２０質量％含有させ、前記仕上焼鈍の焼鈍温度を１１００℃以上とし、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
（１２）前記（１１）に記載の電磁鋼板の製造方法において、
前記冷間圧延は、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
前記冷間圧延は、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
（１３）前記（１１）または（１２）に記載の電磁鋼板の製造方法において、
前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる工程を有する、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる工程を有する、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
（１４）前記電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に、絶縁被膜を形成する工程において、
前記仕上焼鈍後に浸珪処理を施すか、又は前記仕上焼鈍を浸珪処理を兼ねた仕上焼鈍とする、
前記（８）から（１３）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
前記仕上焼鈍後に浸珪処理を施すか、又は前記仕上焼鈍を浸珪処理を兼ねた仕上焼鈍とする、
前記（８）から（１３）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
本発明によれば、無方向性電磁鋼板が、絶縁被膜の種類によらず、薄くても被膜密着性を損ねることのない絶縁被膜を有するため、板厚が薄い電磁鋼板において従来問題となっていた、占積率の低さを改善することが可能となる。
本発明は、絶縁被膜付きの無方向性電磁鋼板において、絶縁被膜が以下に示す構成を有するところに特徴があり、絶縁被膜の母板となる電磁鋼板は特に限定する必要はなく、電磁鋼の一般に従えばよい。
［絶縁被膜は、表面側および地鉄との界面側の両方に、地鉄におけるＰ濃度より高いＰ濃度のＰ濃化層を有する］
絶縁被膜の表面側および地鉄との界面側の両方にＰが濃化することにより、被膜が強固となり、かつ地鉄との界面側で濃化したＰが、地鉄と絶縁被膜との間のバインダーとして作用する。この効果により、絶縁被膜自身が薄くても、強固で密着性の高い絶縁被膜を有する電磁鋼板が得られる。
絶縁被膜の表面側および地鉄との界面側の両方にＰが濃化することにより、被膜が強固となり、かつ地鉄との界面側で濃化したＰが、地鉄と絶縁被膜との間のバインダーとして作用する。この効果により、絶縁被膜自身が薄くても、強固で密着性の高い絶縁被膜を有する電磁鋼板が得られる。
なお、絶縁被膜中のＰの濃化はグロー放電発光分析装置（Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＧＤＳ）を用いて、評価することができる。本実施形態におけるＧＤＳ評価は、堀場製作所製ＧＤＳ−Ｐｒｏｆｉｌｅｒ２を用いて、Ａｒガス圧６００Ｐａ、高周波出力３５Ｗの条件下にて実施したが、同等の評価が行える装置であれば機種は問わない。ここで、Ｐ濃化層の有無は、以下のように判断すればよい。
図１に、本発明の要件を満足する絶縁被膜付きの鋼板における、ＰとＦｅのＧＤＳプロファイル測定結果の一例を示す。まず、絶縁被膜の地鉄との界面側とは、Ｆｅ強度が絶縁被膜の表面側（換言すれば、図１のグラフにおける分析深さの左方向）に向かって急激に減少する領域である。ここで、地鉄領域におけるＰのブロード検出強度をＩａ、絶縁被膜中の地鉄との界面側におけるＰ検出強度ピーク値をＩｂ、絶縁被膜の表面側におけるＰ検出強度ピーク値をＩｃとする。絶縁被膜の地鉄との界面側のＰ濃化層とは下記式（１）を満足する層のことであり、絶縁被膜の表面側のＰ濃化層とは下記式（２）を満足する層のこととする。なお、上記の「地鉄におけるＰ濃度」は、上記Ｉａとする。したがって、Ｐ濃化とは下記式（１）および式（２）の両方を満足することとする。
Ｉｂ＞Ｉａ・・・ （１）
Ｉｃ＞Ｉａ・・・ （２）
Ｉｂ＞Ｉａ・・・ （１）
Ｉｃ＞Ｉａ・・・ （２）
［絶縁被膜厚および組成］
絶縁被膜厚は２．０μｍ以下が好ましい。膜厚が薄いほど占積率が向上するので、さらに好ましくは１．０μｍ以下である。好ましい膜厚の下限は無いが、形成される絶縁被膜の種類に応じて層間の絶縁が確保可能な薄さに留めればよい。上記絶縁被膜としては、有機成分のみや無機成分のみ、有機・無機複合物などからなるものを用いることができる。具体的には、有機成分としては、アクリル系、アクリルシリコン系、ポリエステル系、エポキシ系、フッ素系の樹脂等が挙げられる。無機成分としては、クロム酸塩系、重クロム酸塩系、ホウ酸塩系、珪酸塩系等が挙げられる。また、有機・無機複合物（半有機）としては、前述した有機成分と無機成分の複合物等が挙げられる。
絶縁被膜厚は２．０μｍ以下が好ましい。膜厚が薄いほど占積率が向上するので、さらに好ましくは１．０μｍ以下である。好ましい膜厚の下限は無いが、形成される絶縁被膜の種類に応じて層間の絶縁が確保可能な薄さに留めればよい。上記絶縁被膜としては、有機成分のみや無機成分のみ、有機・無機複合物などからなるものを用いることができる。具体的には、有機成分としては、アクリル系、アクリルシリコン系、ポリエステル系、エポキシ系、フッ素系の樹脂等が挙げられる。無機成分としては、クロム酸塩系、重クロム酸塩系、ホウ酸塩系、珪酸塩系等が挙げられる。また、有機・無機複合物（半有機）としては、前述した有機成分と無機成分の複合物等が挙げられる。
本発明の無方向性電磁鋼板の成分組成は電磁鋼板の一般に従えばよいが、好適な成分組成について以下に説明する。
Ｃ：０．０１０質量％未満
Ｃは、磁気時効を起こし、磁気特性を劣化させるため、含有量は少ないほど望ましい。しかし、過度のＣ量の低減は、製造コストの上昇を招く。そこで、Ｃ量は、磁気時効が実用上問題とならない０．０１０質量％未満とすることが好ましい。Ｃ量は、より好ましくは０．００５０質量％未満である。
Ｃ：０．０１０質量％未満
Ｃは、磁気時効を起こし、磁気特性を劣化させるため、含有量は少ないほど望ましい。しかし、過度のＣ量の低減は、製造コストの上昇を招く。そこで、Ｃ量は、磁気時効が実用上問題とならない０．０１０質量％未満とすることが好ましい。Ｃ量は、より好ましくは０．００５０質量％未満である。
Ｓｉ：１．５質量％以上１０．０質量％以下
Ｓｉは、鋼の比抵抗を高め、鉄損特性を改善する元素であり、本発明では、鉄損特性改善効果を得るためには、１．５質量％以上含有させることが好ましい。しかし、Ｓｉを１０．０質量％を超えて含有させると、飽和磁束密度が顕著に低下し、モータを製造した場合に却って大きなトルクの低下を招くようになる。よって、本発明では、Ｓｉ量は、１．５質量％以上とすることが好ましく、２．０質量％以上とすることがより好ましく、１０．０質量％以下とすることが好ましく、７．０質量％以下とすることがより好ましい。また、Ｓｉ量は、１．５〜１０．０質量％の範囲とすることがより好ましく、２．０〜７．０質量％とすることがさらに好ましい。なお、ここにおけるＳｉ量とは、板厚方向に対するＳｉ含有量の平均値である。
Ｓｉは、鋼の比抵抗を高め、鉄損特性を改善する元素であり、本発明では、鉄損特性改善効果を得るためには、１．５質量％以上含有させることが好ましい。しかし、Ｓｉを１０．０質量％を超えて含有させると、飽和磁束密度が顕著に低下し、モータを製造した場合に却って大きなトルクの低下を招くようになる。よって、本発明では、Ｓｉ量は、１．５質量％以上とすることが好ましく、２．０質量％以上とすることがより好ましく、１０．０質量％以下とすることが好ましく、７．０質量％以下とすることがより好ましい。また、Ｓｉ量は、１．５〜１０．０質量％の範囲とすることがより好ましく、２．０〜７．０質量％とすることがさらに好ましい。なお、ここにおけるＳｉ量とは、板厚方向に対するＳｉ含有量の平均値である。
Ａｌ：０．００１質量％以上２．０質量％以下
ＡｌはＳｉと同様に鋼の比抵抗を高めるため、鉄損改善に有効な元素である。一方でＡｌを過剰に添加すると、飽和磁束密度を低下させるだけでなく、鋼中Ｎあるいは歪取り焼鈍時の鋼板窒化によるＮと結びついてＡｌＮを析出させるため、２．０質量％以下とすることが好ましく、０．５０質量％以下とすることがより好ましい。鉄損の改善に有効な比抵抗増を得るためには、Ａｌ量を０．００１質量％以上とすることが好ましく、０．００２質量％以上とすることがより好ましい。更に好ましくは、Ａｌ量は、０．００２〜０．５０質量％である。
ＡｌはＳｉと同様に鋼の比抵抗を高めるため、鉄損改善に有効な元素である。一方でＡｌを過剰に添加すると、飽和磁束密度を低下させるだけでなく、鋼中Ｎあるいは歪取り焼鈍時の鋼板窒化によるＮと結びついてＡｌＮを析出させるため、２．０質量％以下とすることが好ましく、０．５０質量％以下とすることがより好ましい。鉄損の改善に有効な比抵抗増を得るためには、Ａｌ量を０．００１質量％以上とすることが好ましく、０．００２質量％以上とすることがより好ましい。更に好ましくは、Ａｌ量は、０．００２〜０．５０質量％である。
Ｍｎ：０．００５質量％以上１．０質量％以下
Ｍｎは、熱間圧延時の加工性を改善するために、０．００５質量％以上で含有させることが好ましく、１．０質量％以下で含有させることが好ましく、０．００５〜１．０質量％の範囲で含有させることがより好ましい。Ｍｎ量が０．００５質量％未満では、上記加工性改善効果が小さく、一方、１．０質量％を超えると、飽和磁束密度が低下するからである。より好ましくは、Ｍｎ量は、０．０１質量％以上であり、０．３０質量％以下であり、０．０１０〜０．３０質量％であることが更に好ましい。
Ｍｎは、熱間圧延時の加工性を改善するために、０．００５質量％以上で含有させることが好ましく、１．０質量％以下で含有させることが好ましく、０．００５〜１．０質量％の範囲で含有させることがより好ましい。Ｍｎ量が０．００５質量％未満では、上記加工性改善効果が小さく、一方、１．０質量％を超えると、飽和磁束密度が低下するからである。より好ましくは、Ｍｎ量は、０．０１質量％以上であり、０．３０質量％以下であり、０．０１０〜０．３０質量％であることが更に好ましい。
Ｐ：０．００５質量％以上０．２０質量％以下
Ｐは後述するように、スラブ中に添加して熱処理を行うことにより、絶縁被膜中の地鉄との界面側にＰ濃化層を形成する手段の一つとなる。また、被膜への影響だけでなく、集合組織改善や比抵抗の増加による磁気特性の改善にも有効に作用するので、Ｐを０．００５質量％以上含有させることが好ましく、０．０３０質量％以上含有させることが好ましい。一方で、Ｐ量は、０．２０質量％を超えると急激に脆化し、製造性や加工性を損ねることから、０．２０質量％以下とすることが好ましく、０．１０質量％以下とすることが好ましい。Ｐ量は、より好ましくは０．０３０〜０．１０質量％である。
Ｐは後述するように、スラブ中に添加して熱処理を行うことにより、絶縁被膜中の地鉄との界面側にＰ濃化層を形成する手段の一つとなる。また、被膜への影響だけでなく、集合組織改善や比抵抗の増加による磁気特性の改善にも有効に作用するので、Ｐを０．００５質量％以上含有させることが好ましく、０．０３０質量％以上含有させることが好ましい。一方で、Ｐ量は、０．２０質量％を超えると急激に脆化し、製造性や加工性を損ねることから、０．２０質量％以下とすることが好ましく、０．１０質量％以下とすることが好ましい。Ｐ量は、より好ましくは０．０３０〜０．１０質量％である。
また、絶縁被膜中の地鉄との界面側にＰ濃化層を形成する手段としては、リン酸エステル型の乳化剤を含む圧延油の使用や鋼板表面にリン酸化合物を含む水溶液を塗布乾燥させることもあげられる。この場合には必ずしもスラブ中にＰを含有させる必要はないが、この場合においても、集合組織を改善するためにＰを０．００１質量％以上添加させることが好ましく、０．１０質量％以下添加させることが好ましく、０．００１〜０．１０質量％添加させることがより好ましい。
上記の好適基本成分に加えて、必要に応じて以下の成分を添加することができる。
Ｓｎ：０．００２質量％以上、０．１０質量％以下；Ｍｏ：０．００５質量％以上、０．１０質量％以下；Ｓｂ：０．００５質量％以上、０．３０質量％以下；Ｃｕ：０．０１質量％以上、０．５０質量％以下；Ｃｒ：０．０１質量％以上、０．５０質量％以下；Ｎｉ：０．０１０質量％以上、１．０質量％以下
上記成分はいずれも、磁気特性の改善を図るために添加することが有効な元素であるため、上記成分のうち１種以上を各元素の下限値以上にて添加することがさらに望ましい。ただし、添加のし過ぎは、磁気特性の劣化や製造性の悪化につながるので、それぞれに示した上限値までの範囲内で添加することが望ましい。
Ｓｎ：０．００２質量％以上、０．１０質量％以下；Ｍｏ：０．００５質量％以上、０．１０質量％以下；Ｓｂ：０．００５質量％以上、０．３０質量％以下；Ｃｕ：０．０１質量％以上、０．５０質量％以下；Ｃｒ：０．０１質量％以上、０．５０質量％以下；Ｎｉ：０．０１０質量％以上、１．０質量％以下
上記成分はいずれも、磁気特性の改善を図るために添加することが有効な元素であるため、上記成分のうち１種以上を各元素の下限値以上にて添加することがさらに望ましい。ただし、添加のし過ぎは、磁気特性の劣化や製造性の悪化につながるので、それぞれに示した上限値までの範囲内で添加することが望ましい。
［絶縁被膜の地鉄との界面側において、Ｆｅの濃化層を有する］
図１に示した例のように、絶縁被膜の地鉄との界面側において、Ｐと共にＦｅが濃化することで、ＦｅとＰの化合物が地鉄と絶縁被膜とのバインダーとして作用し、電磁鋼板上により強固に形成された絶縁被膜となる。ここで、Ｆｅ濃化の有無はＧＤＳによって評価することができ、Ｆｅのピーク強度が得られる分析深さと、Ｐのピーク強度Ｉｂが得られる分析深さとの差が０．５μｍ以下である場合に、絶縁被膜の地鉄との界面側がＦｅの濃化層を有するものとする。
図１に示した例のように、絶縁被膜の地鉄との界面側において、Ｐと共にＦｅが濃化することで、ＦｅとＰの化合物が地鉄と絶縁被膜とのバインダーとして作用し、電磁鋼板上により強固に形成された絶縁被膜となる。ここで、Ｆｅ濃化の有無はＧＤＳによって評価することができ、Ｆｅのピーク強度が得られる分析深さと、Ｐのピーク強度Ｉｂが得られる分析深さとの差が０．５μｍ以下である場合に、絶縁被膜の地鉄との界面側がＦｅの濃化層を有するものとする。
［電磁鋼板の厚み］
板厚が薄いほど占積率の低下が問題となってくるため、板厚が０．２５ｍｍ以下よりも薄い場合に本発明の効果が得られやすい。さらに、本発明は、板厚が０．２０ｍｍ以下のときにより高い効果を発揮する。この効果の観点からは板厚の下限は必要ないが、板厚が０．０５ｍｍ以下になるとコアの製造にかかわる打抜きなどのコストが大きく増大するため、０．０５ｍｍ超が望ましい。
ここで、「電磁鋼板の厚み」又は単に「板厚」には、絶縁被膜の厚みも含まれる。
板厚が薄いほど占積率の低下が問題となってくるため、板厚が０．２５ｍｍ以下よりも薄い場合に本発明の効果が得られやすい。さらに、本発明は、板厚が０．２０ｍｍ以下のときにより高い効果を発揮する。この効果の観点からは板厚の下限は必要ないが、板厚が０．０５ｍｍ以下になるとコアの製造にかかわる打抜きなどのコストが大きく増大するため、０．０５ｍｍ超が望ましい。
ここで、「電磁鋼板の厚み」又は単に「板厚」には、絶縁被膜の厚みも含まれる。
［Ｓｉ濃度が鋼板の表面側から鋼板の中心部側へ向かって低くなる濃度勾配を有し、該濃度勾配における鋼板表層と鋼板中心層とのＳｉ濃度差が１．０〜５．０質量％である］
鋼板の板厚方向にＳｉ濃度勾配を有することで、高周波における鉄損の改善が可能である。この濃度勾配を実現するための方法としては、例えば、ＳｉＣｌ4含有雰囲気中で浸珪処理しても良いし、Ｓｉ濃度の異なる材料を積層して使用したクラッドによる製造方法でも良い。ここで、Ｓｉの濃度差は、渦電流損の改善効果を十分に得るため、下限値は１．０質量％とすることが好ましく、１．５質量％とすることがより好ましい。また、Ｓｉの濃度差は、ヒステリシス損の劣化を抑制するため、上限値は５．０質量％とすることが好ましく、３．５質量％とすることがより好ましい。更に好ましくは、Ｓｉの濃度差は、１．５〜３．５％である。
なお、「鋼板表層」及び「鋼板中心層」は、具体的には、鋼板の両表面（絶縁被膜を除く）からそれぞれ板厚１／３の領域を「鋼板表層」とし、残りの板厚１／３の領域を「鋼板中心層」と定義する。また、鋼板中心層のＳｉ濃度は、該当する領域での平均濃度とし、鋼板表層のＳｉ濃度は、両表面においてそれぞれ該当する領域での平均濃度を、更に平均した値（換言すれば、両表層の平均濃度）とする。そして、上記平均濃度については、ＥＰＭＡを用いて板厚方向のＳｉ濃度を測定し、その濃度プロファイルから評価することができる。
鋼板の板厚方向にＳｉ濃度勾配を有することで、高周波における鉄損の改善が可能である。この濃度勾配を実現するための方法としては、例えば、ＳｉＣｌ4含有雰囲気中で浸珪処理しても良いし、Ｓｉ濃度の異なる材料を積層して使用したクラッドによる製造方法でも良い。ここで、Ｓｉの濃度差は、渦電流損の改善効果を十分に得るため、下限値は１．０質量％とすることが好ましく、１．５質量％とすることがより好ましい。また、Ｓｉの濃度差は、ヒステリシス損の劣化を抑制するため、上限値は５．０質量％とすることが好ましく、３．５質量％とすることがより好ましい。更に好ましくは、Ｓｉの濃度差は、１．５〜３．５％である。
なお、「鋼板表層」及び「鋼板中心層」は、具体的には、鋼板の両表面（絶縁被膜を除く）からそれぞれ板厚１／３の領域を「鋼板表層」とし、残りの板厚１／３の領域を「鋼板中心層」と定義する。また、鋼板中心層のＳｉ濃度は、該当する領域での平均濃度とし、鋼板表層のＳｉ濃度は、両表面においてそれぞれ該当する領域での平均濃度を、更に平均した値（換言すれば、両表層の平均濃度）とする。そして、上記平均濃度については、ＥＰＭＡを用いて板厚方向のＳｉ濃度を測定し、その濃度プロファイルから評価することができる。
［製造方法］
本発明の電磁鋼板は、常法に従い、電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に絶縁被膜を形成する工程により、製造することができる。
本発明の電磁鋼板は、常法に従い、電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に絶縁被膜を形成する工程により、製造することができる。
［絶縁被膜中の地鉄との界面側にＰ濃化層を形成する方法］
絶縁被膜中の地鉄との界面側にＰの濃化層を形成するために、上記の製造工程において、下記のいずれかの処理が必要である。
・冷間圧延時に、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用する
・前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍（または浸珪処理）前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる
・スラブにＰを０．００５質量％以上０．２０質量％以下含有させ、仕上焼鈍での焼鈍温度を１１００℃以上とする
絶縁被膜中の地鉄との界面側にＰの濃化層を形成するために、上記の製造工程において、下記のいずれかの処理が必要である。
・冷間圧延時に、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用する
・前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍（または浸珪処理）前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる
・スラブにＰを０．００５質量％以上０．２０質量％以下含有させ、仕上焼鈍での焼鈍温度を１１００℃以上とする
［絶縁被膜の表面側にＰの濃化層を形成する方法］
また、絶縁被膜の表面側にＰの濃化層を形成するために、下記の処理が必要である。
・絶縁被膜形成工程において、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布する
また、絶縁被膜の表面側にＰの濃化層を形成するために、下記の処理が必要である。
・絶縁被膜形成工程において、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布する
［浸珪処理］
前記Ｓｉ濃度差を設けるために、更に、仕上焼鈍後に浸珪処理を行うか、またはコスト低減の理由から、前記仕上焼鈍を浸珪処理を兼ねた仕上焼鈍とすることができる。ここで、浸珪処理を行う場合の雰囲気ガスとしては四塩化珪素と窒素の混合ガスを用いることができる。浸珪処理を行う場合の熱処理温度は１１００〜１３００℃が望ましく、焼鈍時間は必要な浸珪量に応じ３０〜１２０秒が望ましい。
前記Ｓｉ濃度差を設けるために、更に、仕上焼鈍後に浸珪処理を行うか、またはコスト低減の理由から、前記仕上焼鈍を浸珪処理を兼ねた仕上焼鈍とすることができる。ここで、浸珪処理を行う場合の雰囲気ガスとしては四塩化珪素と窒素の混合ガスを用いることができる。浸珪処理を行う場合の熱処理温度は１１００〜１３００℃が望ましく、焼鈍時間は必要な浸珪量に応じ３０〜１２０秒が望ましい。
［Ｆｅ濃化層を形成する方法］
絶縁被膜中にＦｅ濃化層を形成するために、浸珪処理温度あるいは仕上焼鈍温度を１０００℃以上とすることが好ましい。高周波での渦電流損低減の理由から粒径を粗大にすることを避ける必要があるので、好ましくは１３００℃以下である。
絶縁被膜中にＦｅ濃化層を形成するために、浸珪処理温度あるいは仕上焼鈍温度を１０００℃以上とすることが好ましい。高周波での渦電流損低減の理由から粒径を粗大にすることを避ける必要があるので、好ましくは１３００℃以下である。
表１に示す成分のスラブを１２００℃に加熱し熱間圧延により１．８ｍｍの熱延板を得た。次いで１０５０℃の熱延板焼鈍を施したのち、冷間圧延により表１に示した板厚（製品板厚）までそれぞれ圧延した。ここで、一部の条件において、冷間圧延に際してリン酸エステル型の乳化剤としてアデカコールＰＳ８０７を１％含有させた圧延油（圧延油Ａとする）を用い、他の条件では、リン酸エステル型の乳化剤を含まない、一般的な鉄用冷間圧延油（圧延油Ｂとする）を用いた。一部の条件ではさらに、冷延後仕上焼鈍前にリン酸化合物を５質量部以上含む水溶液としてリン酸Ａｌを塗布乾燥させる前処理を行い、その有無を表１の「焼鈍前処理」の欄へ「有」、「無」と示す。
次いで、仕上焼鈍を２０％Ｈ2−８０％Ｎ2乾燥雰囲気で１０００℃×１０ｓの条件で施した。なお、表１のＮｏ．２１、２３および２４は１１００℃×１０ｓの条件で、Ｎｏ．２５は９５０℃×１０ｓの条件で仕上焼鈍を施した。
次いで、仕上焼鈍を２０％Ｈ2−８０％Ｎ2乾燥雰囲気で１０００℃×１０ｓの条件で施した。なお、表１のＮｏ．２１、２３および２４は１１００℃×１０ｓの条件で、Ｎｏ．２５は９５０℃×１０ｓの条件で仕上焼鈍を施した。
さらに、絶縁被膜を形成するため、クロム酸およびアクリル樹脂を含有する有機・無機複合塗液にリン酸Ｍｇを１質量部添加した液を塗布したのち、３００℃で焼付け電磁鋼板製品とした。なお、表１のＮｏ．２２のみ、比較のため塗液にリン酸Ｍｇを添加していない。以上より得た電磁鋼板製品に対し、占積率、絶縁被膜の密着性（被膜剥離）および鉄損Ｗ10/1000を評価した。占積率はＪＩＳ Ｃ ２５５０−５、磁気特性はＪＩＳ Ｃ ２５５０−１に準じた方法で評価した。絶縁被膜の密着性の評価はＪＩＳ Ｋ ５６００−５−６（クロスカット法）に準拠し、カッターナイフで鋼板表面に１ｍｍ間隔で６本の切り込みを入れセロハン粘着テープを張り付けた後、これを引きはがすことで被膜剥離の状態を評価した。クロスカット部分の面積に対する剥離面積の割合が１０％未満であれば良好、１０％以上であれば不良とした。さらに鋼板表面の被膜構造をＧＤＳにて評価し、上記した式１および式２の両方を満たすかどうかの判定を行い、両方を満たすものを○、どちらか一方でも満たさないものを×と示した。また、Ｆｅのピーク強度を有し、Ｆｅのピーク強度とＰのピーク強度Ｉｂとの深さの差が０．５μｍ以下である場合にＦｅの濃化層を有するもの（Ｆｅピーク：有）とした。
表１に結果を示す。有機・無機複合塗液にリン酸Ｍｇを１質量部添加させたものの塗布に加え、リン酸エステル型の乳化剤としてアデカコールＰＳ８０７を１％含有させた圧延油の使用、冷延後仕上焼鈍前にリン酸化合物を５質量部以上含む水溶液としてリン酸Ａｌを塗布乾燥させる前処理、又は、Ｐを０．００５質量％以上０．２０質量％以下含有させたスラブを用い且つ１１００℃以上での仕上焼鈍のいずれかを行った場合に、式１および式２の両方を満たす被膜構造が得られ、結果的に良好な被膜剥離試験結果が得られた。
表２に示した成分のスラブを１２００℃に加熱し熱間圧延により１．７ｍｍの熱延板を得た。次いで１０５０℃の熱延板焼鈍を施したのち、冷間圧延により表２に示した板厚（製品板厚）までそれぞれ圧延した。冷間圧延に際して、リン酸エステル型の乳化剤としてアデカコールＰＳ８０７を１％含有させた圧延油（圧延油Ａ）を用いた。次いで冷延板に対し四塩化珪素＋Ｎ2ガス中で１２００℃×６０ｓの熱処理を施すことにより浸珪処理を兼ねた仕上焼鈍を行った。この浸珪処理において、炉内の四塩化珪素ガス流量を制御することにより、鋼板表層におけるＳｉ濃度（表層Ｓｉ濃度）を制御した。板厚方向のＳｉ濃度勾配はＥＰＭＡにより確認された。鋼板の中心部側である鋼板中心層では母材の成分ままのＳｉ濃度であり、板厚方向に、Ｓｉ濃度が鋼板の表面側から鋼板の中心部側へ向かって低くなるＳｉ濃度勾配を有する鋼板が得られた。
さらに、リン酸Ａｌを主とする無機複合塗液にリン酸Ｍｇを１質量部添加した液を塗布したのち、３２０℃で焼付け、電磁鋼板製品とした。以上より得た電磁鋼板製品に対し実施例１と同様の評価を行った結果をまとめて表２に示す。
表２に結果を示す。実施例１と同様に、式１および式２の両方を満たす被膜構造を有する無方向性電磁鋼板において、良好な被膜剥離試験結果が得られた。さらに、浸珪処理により、Ｓｉ濃度差を１．０〜５．０質量％とすることで、鉄損が改善された。
Claims (14)
- 鋼板の少なくとも片面に絶縁被膜を有する電磁鋼板において、前記絶縁被膜は、表面側および地鉄との界面側の両方に、前記地鉄におけるＰ濃度より高いＰ濃度のＰ濃化層を有する無方向性電磁鋼板。
- 前記鋼板は、質量％で、
Ｃ：０．０１０％未満、
Ｓｉ：１．５％以上１０．０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上２．０％以下および
Ｍｎ：０．００５％以上１．０％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物の成分組成を有する、請求項１に記載の無方向性電磁鋼板。 - 前記鋼板は、さらに、質量％で、
Ｐ：０．００５％以上０．２０％以下
を含有する、請求項２に記載の無方向性電磁鋼板。 - 前記成分組成は、さらに、質量％で、
Ｓｎ：０．００２％以上０．１０％以下、
Ｍｏ：０．００５％以上０．１０％以下、
Ｓｂ：０．００５％以上０．３０％以下、
Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下、
Ｃｒ：０．０１％以上０．５０％以下、
Ｎｉ：０．０１０％以上１．０％以下
のうちの１種以上を含有する、請求項２または３に記載の無方向性電磁鋼板。 - 前記絶縁被膜は、前記地鉄との界面側に、Ｆｅの濃化層を有する、請求項１から４のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
- 前記鋼板の厚みが０．２０ｍｍ以下である請求項１から５のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
- 前記鋼板は、Ｓｉ濃度が前記鋼板の表面側から前記鋼板の中心部側へ向かって低くなる濃度勾配を有し、該濃度勾配における鋼板表層と鋼板中心層とのＳｉ濃度差が１．０〜５．０質量％である、請求項１から６のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
- 請求項１から７のいずれかに記載の電磁鋼板の製造方法であって、該電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に、絶縁被膜を形成する工程において、
前記冷間圧延は、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用して行い、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項１から７のいずれかに記載の電磁鋼板の製造方法であって、該電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に、絶縁被膜を形成する工程において、
前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる工程を有し、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項１から７のいずれかに記載の電磁鋼板の製造方法であって、該電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に、絶縁被膜を形成する工程において、
前記冷間圧延は、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用して行い、
前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる工程を有し、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項１から７のいずれかに記載の電磁鋼板の製造方法であって、該電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に、絶縁被膜を形成する工程において、
前記スラブにＰを０．００５〜０．２０質量％含有させ、前記仕上焼鈍の焼鈍温度を１１００℃以上とし、
前記絶縁被膜の形成は、リン酸化合物を１質量部以上含有する液を塗布して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項１１に記載の電磁鋼板の製造方法において、
前記冷間圧延は、リン酸エステル型の乳化剤を１％以上含む圧延油を使用して行う、
無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項１１または１２に記載の電磁鋼板の製造方法において、
前記冷間圧延後かつ前記仕上焼鈍前に、前記冷間圧延を経た鋼板の表面に、リン酸化合物を５質量部以上含む水溶液を塗布乾燥させる工程を有する、
無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記電磁鋼板用のスラブに、熱間圧延、冷間圧延、次いで仕上焼鈍を施して仕上焼鈍板とし、該仕上焼鈍板の表面に、絶縁被膜を形成する工程において、
前記仕上焼鈍後に浸珪処理を施すか、又は前記仕上焼鈍を浸珪処理を兼ねた仕上焼鈍とする、
請求項８から１３のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
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