WO2024135441A1 - 絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法 Download PDF

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WO2024135441A1
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resin
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Inventor
直樹 村松
武士 松田
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing electrical steel sheets with insulating coating.
  • Insulating coated electrical steel sheet naturally has excellent magnetic properties, which are its basic characteristic, but various other properties are also required in the manufacturing process of motors, transformers, etc. Examples of properties required in the manufacturing process of such products include punchability, weldability (welding of end faces), coating adhesion, and corrosion resistance. It is a well-known fact that adding a resin component to the insulating coating is effective in improving punchability, but the addition of resin can cause blowholes during welding, so achieving both punchability and weldability has been a challenge.
  • Patent Document 1 describes a method for manufacturing "electrical steel sheet with an insulating coating that has excellent weldability and punchability, characterized by applying a water-based coating liquid containing a resin and an inorganic component to the surface of the electrical steel sheet, and then heating and baking the coating from the steel sheet side.”
  • Patent Document 1 Although weldability and punchability were improved, there was still room for improvement in terms of achieving both weldability and punchability under stricter evaluation conditions.
  • the present invention aims to provide a method for manufacturing an insulating coated electrical steel sheet that has excellent punchability and weldability under stricter evaluation conditions.
  • the inventors After extensive research to achieve this objective, the inventors have newly discovered that by maintaining within an appropriate range the viscosity of the water-based paint containing the resin and inorganic components used to form the insulating coating, it is possible to obtain an insulating coated electrical steel sheet that is excellent in both punchability and weldability under stricter evaluation conditions. It has been found that the effect of improving punchability and weldability by maintaining within an appropriate range the viscosity of the water-based paint applied to the electrical steel sheet is not limited to the case of heating from the steel sheet side by induction heating as described in Patent Document 1, but can also be obtained when heating is performed from the surface of the coating film formed by the water-based paint, as in a gas furnace or electric furnace.
  • the gist and configuration of the present invention which has been completed based on the above findings, are as follows. [1] preparing a water-based paint; applying the water-based paint to a surface of an electrical steel sheet and drying it by heating to form an insulating coating; having The water-based paint contains a resin, an inorganic component, an optional organic reducing agent, an optional boron compound (B compound), and water; 50% by mass or more of the resin is composed of one or both of an emulsion resin and a dispersion resin, 4.
  • [4] A method for producing an electrical steel sheet with an insulating coating according to any one of [1] to [3], in which one or both of the emulsion resin and the dispersion resin in the water-based paint have a particle size of 30 nm or more.
  • the manufacturing method of the insulating coated electrical steel sheet of the present invention makes it possible to manufacture insulating coated electrical steel sheet that is excellent in both punchability and weldability under stricter evaluation conditions.
  • the method for manufacturing an electrical steel sheet with an insulating coating includes the steps of preparing a water-based paint, and applying the water-based paint to the surface of the electrical steel sheet and drying it by heating to form an insulating coating.
  • the water-based paint contains a resin, an inorganic component, an optional organic reducing agent, an optional B compound, and water, and is characterized in that 50% or more by mass of the resin is composed of one or both of an emulsion resin and a dispersion resin, and the water-based paint has a viscosity of 1.0 mPa ⁇ s or more.
  • the electromagnetic steel sheet that serves as the base for the insulating coating there are no particular restrictions on the electromagnetic steel sheet that serves as the base for the insulating coating, but it is preferable to adjust the composition appropriately according to the desired characteristics. For example, increasing resistivity is effective in improving iron loss, so it is preferable to add resistivity-improving components such as Si, Al, Mn, Cr, P, and Ni. The ratio of these components can be determined according to the desired magnetic properties.
  • the C and S contained in electrical steel sheets are elements that are detrimental to weldability, and it is also desirable to reduce their content in terms of magnetic properties. Therefore, it is preferable that the C content in electrical steel sheets be 0.01 mass% or less. It is also preferable that the S content in electrical steel sheets be 0.01 mass% or less. There are no particular restrictions on the other trace components, segregation elements such as Sb and Sn, and unavoidable impurities contained in electrical steel sheets.
  • the manufacturing method of the electromagnetic steel sheet there are no particular restrictions on the manufacturing method of the electromagnetic steel sheet, and various conventionally known methods can be applied. There are also no particular restrictions on the surface roughness of the steel sheet, but when emphasis is placed on the space factor, it is preferable that the three-dimensional surface roughness SRa be 0.5 ⁇ m or less. Furthermore, there are no particular restrictions on the final thickness of the steel sheet, and various thicknesses can be applied, but from the viewpoint of magnetic properties, it is preferable that the thickness be 0.8 mm or less.
  • Water-based paints contain resins and inorganic components. These resins and inorganic components have the property of being soluble or dispersible in water. Water-based paints may also contain one or both of an organic reducing agent and a B compound. Water-based paints may use any type of coating treatment liquid, such as a coating treatment liquid containing at least a chromate and a resin, a coating treatment liquid containing at least a phosphate and a resin, or a coating treatment liquid containing at least an inorganic colloid and a resin. Water-based paints may also contain various components to improve heat resistance or corrosion resistance.
  • the type of resin contained in the water-based paint is not particularly limited, and one or more selected from acrylic resin, epoxy resin, urethane resin, phenol resin, styrene resin, amide resin, imide resin, urea resin, vinyl acetate resin, alkyd resin, polyolefin resin, and polyester resin may be used, and these may be used as a single substance, a copolymer, or a mixture.
  • the total resin amount (solid content) in the water-based paint 50 mass% or more is resin with particle size, that is, one or both of emulsion resin and dispersion resin.
  • the mass ratio of one or both of emulsion resin and dispersion resin in the resin contained in the water-based paint is 50 mass% or more and 100 mass% or less, it means that the mass ratio of completely water-soluble resin without particle size is 0 mass% or more and 50 mass% or less. If the mass ratio of completely water-soluble resin without particle size exceeds 50 mass%, the effect of improving punchability is not obtained satisfactorily.
  • so-called monomers such as water-soluble acrylic acid, which are components of the resin, are also included in the calculation of "resin".
  • the emulsion resin and/or dispersion resin in the water-based paint preferably have a particle size of 30 nm or more. If the particle size of the emulsion resin and/or dispersion resin is 30 nm or more, the resin area that adheres to the die end face and covers the die tip during punching is suitable, the adhesive wear suppression effect between the die end face and the workpiece is suitable, and punching properties are favorable. There is no particular upper limit on the particle size of the resin, but if the space factor is important, it is preferable that the particle size of the resin be 1 ⁇ m or less. The particle size of the resin can be measured by dynamic light scattering in accordance with JIS 8828:2013.
  • the solid mass ratio of the resin to the total mass of the resin, inorganic components, organic reducing agent, and B compound converted into solid content is preferably 0.5 mass% or more and 50 mass% or less.
  • the solid mass ratio of the resin is 0.5 mass% or more, the above-mentioned effect of improving punchability (adhesive wear suppression effect) is preferably obtained.
  • the solid mass ratio of the resin is 50 mass% or less, the amount of organic matter that decomposes and vaporizes during welding is suitable, blowholes in the weld bead can be suppressed, and weldability is preferably obtained. It is even more preferable that the solid mass ratio of the resin is 40 mass% or less.
  • Inorganic components contained in the water-based paint include Cr compounds, P compounds, and Si compounds.
  • Cr compounds include chromates and dichromates containing at least one metal selected from Ca, Mg, Zn, K, Na, Al, etc., and one or more of these can be used.
  • Phosphates can be used as P compounds, and examples of these include aluminum phosphate, magnesium phosphate, calcium phosphate, iron phosphate, and zinc phosphate, and one or more of these can be used.
  • Si compounds include colloidal silica, fumed silica, and plate-like silica, and one or more of these can be used. Colloidal silica, fumed silica, and plate-like silica exist in the form of particles in the insulating coating. Multiple types of inorganic compounds may also be contained.
  • the solid mass ratio of the inorganic components to the total mass of the resin, inorganic components, organic reducing agent, and B compound converted into solid content is preferably 30 mass% or more, and more preferably 60 mass% or more. Furthermore, if the ratio of the inorganic components is too high, there is a concern that the punchability may deteriorate, so the mass ratio is preferably 80 mass% or less.
  • the water-based paint contains an organic reducing agent.
  • an organic reducing agent By including an organic reducing agent, the reduction reaction of chromium can be favorably promoted.
  • the type of organic reducing agent is not particularly limited, but it is preferable to use at least one selected from diols and sugars. In particular, it is more preferable to use one or more diols selected from ethylene glycol and 1,4-butanediol, and one or more sugars selected from glycerin, polyethylene glycol, sucrose, lactose, sucrose, glucose, and fructose.
  • the solid mass ratio of the organic reducing agent to the total mass of the resin, inorganic components, organic reducing agent, and B compound converted into solids is preferably 10 mass% or more. Furthermore, if the content of the organic reducing agent is too high, the coating properties after annealing will deteriorate, so the mass ratio is preferably 30 mass% or less.
  • the water-based paint contains a B compound.
  • B compounds include boric acid, orthoboric acid, metaboric acid, tetraboric acid, sodium metaborate, sodium tetraborate, etc., and these can be used alone or in combination.
  • the B compound is not limited to these, and may be, for example, a compound that dissolves in water to generate borate ions, and the borate ions may be linearly or cyclically polymerized.
  • the solid mass ratio of B compound to the total mass of the resin, inorganic components, organic reducing agent, and B compound converted into solids is preferably 5 mass% or more. Furthermore, if the content of B compound is too high, the coating properties after annealing will deteriorate, so this mass ratio is preferably 30 mass% or less.
  • the water-based paint has a viscosity of 1.0 mPa ⁇ s or more. If the viscosity of the water-based paint is less than 1.0 mPa ⁇ s, the resin particles settle in the paint and tend to form non-uniform aggregates, making it difficult to obtain sufficient weldability under stricter evaluation conditions. The cause of the deterioration of weldability due to non-uniform aggregates is not clear, but it is thought that the presence of non-uniform aggregates of resin particles makes it difficult to remove low-boiling point components in the water-based paint (coating film) whether the steel plate side or the coating film surface side is heated.
  • the resin particles can be uniformly dispersed in the paint, thereby suppressing the formation of aggregates.
  • the viscosity of the water-based paint is preferably 40 mPa ⁇ s or less, and more preferably 10 mPa ⁇ s or less. If the viscosity is 10 mPa ⁇ s or less, streak-like coating defects called roping can be suitably suppressed when forming a coating on a steel plate.
  • the solids concentration of the water-based paint may be adjusted to achieve the desired viscosity, or a viscosity modifier may be added.
  • a viscosity modifier There are no particular restrictions on the type of viscosity modifier, and commonly used ones such as acrylic polymers and urethane-modified polyethers may be used.
  • the viscosity of the water-based paint in this invention is a value measured after mixing each component in a specified ratio and adjusting to the desired solid concentration.
  • the viscosity is also a value measured in accordance with JIS K 6901:2021. For example, it can be measured using a BM type viscometer (manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd.) at a test temperature of 25°C.
  • the method for applying the water-based paint can be any method that allows the water-based paint to be applied to the steel plate, and various methods can be applied, such as the roll coater method, bar coater method, air knife method, and spray coater method.
  • the heating temperature i.e., the maximum sheet temperature
  • the heating temperature may be the temperature required to form the insulating coating, but since a water-based paint is used, it is preferable to set it to 100°C or higher, and more preferably 150°C or higher. By setting it to 100°C or higher, residual water can be suitably suppressed.
  • the maximum sheet temperature is preferably set to 350°C or lower. By setting it to 350°C or lower, thermal decomposition of the resin can be suitably suppressed.
  • the coating is preferably heated from the steel sheet side (the lower layer of the coating). Heating from the lower layer of the coating provides good punchability and weldability. The reason for this is unclear, but the inventors believe it to be as follows. 1) When heating is applied from the bottom of the coating, convection occurs within the uncoagulated coating film, and resins that are not completely dissolved but have a particulate form, such as emulsion resins and dispersion resins, are concentrated near the surface layer, increasing the amount of resin in the outermost layer and improving punchability. 2) When heating is applied from the surface of the coating, the surface dries first and low-boiling point components tend to remain inside the coating, which turn into gas during welding and cause blowholes. However, when heating is applied from the steel plate side (lower layer of the coating), the low-boiling point components are effectively removed from the paint film, resulting in stable weldability.
  • the weight of the insulating coating is preferably 0.05 g/ m2 or more in dry weight. When the weight of the insulating coating is 0.05 g/ m2 or more, the coating is applied uniformly and the coating performance is stable.
  • the weight of the insulating coating is preferably 7.0 g/ m2 or less in dry weight. By setting the weight to 7.0 g/ m2 or less, the coating adhesion can be favorably obtained.
  • the resins, inorganic components, organic reducing agents, and B compounds shown in Tables 1 and 2 were added to deionized water in the amounts (solids content equivalent) shown in Tables 1 and 2, and mixed to prepare water-based paints.
  • ethylene glycol used as an organic reducing agent is liquid at room temperature, but the content was calculated as solids content.
  • the solids concentration of the water-based paint was 3% by mass.
  • thickener A-10H manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.
  • Table 1 shows that the examples of the invention in which the viscosity of the water-based paint is 1 mPa ⁇ s or more are superior to the comparative examples in terms of appearance, weldability, and punchability. Comparing Tables 1 and 2, it can be seen that when heating is performed from the bottom layer of the coating by induction heating, the weldability is superior to heating by a gas furnace, but even in the case of a gas furnace, it can be seen that performance can be improved by controlling the viscosity of the water-based paint. From this, it is clear that the effects of the present invention can be obtained regardless of the heating method.

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Abstract

打抜性及びより厳しい評価条件での溶接性の両方に優れる絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法を提供する。本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法は、水系塗料を準備する工程と、前記水系塗料を電磁鋼板の表面に塗布し、加熱乾燥させて絶縁被膜を形成する工程と、を有し、前記水系塗料は、樹脂と、無機成分と、任意の有機還元剤と、任意のＢ化合物と、水と、を含み、前記樹脂の５０質量％以上が、エマルション樹脂及びディスパーション樹脂の一方又は両方からなり、前記水系塗料が、１．０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有することを特徴とする。

Description

絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法
　本発明は、絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法に関する。
　絶縁被膜付き電磁鋼板は、基本特性である磁気特性に優れることは勿論であるが、モーターやトランス等の製造過程では、その他にも種々の特性が要求される。かような製品の製造過程で必要な特性としては、例えば打抜性、溶接性（端面の溶接）、被膜密着性、及び耐食性等が挙げられる。打抜性の向上のためには、絶縁被膜中への樹脂成分の添加が有効であることは公知の事実であるが、樹脂の添加は溶接時にブローホールの原因となるため、打抜性と溶接性を両立させることが課題であった。
　特許文献１では、「電磁鋼板の表面に、樹脂と無機成分を含有する水系塗液を塗布したのち、鋼板側から加熱して焼き付けることを特徴とする、溶接性および打抜性に優れる絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法」が記載されている。
特開２００３－２１３４４４号公報
　特許文献１において、溶接性及び打抜性は向上したものの、より厳しい評価条件での溶接性を打抜性と両立させることについては、改善の余地があった。
　そこで本発明は、上記課題に鑑み、打抜性及びより厳しい評価条件での溶接性の両方に優れる絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
　この目的を達成すべく本発明者らが鋭意検討したところ、絶縁被膜を形成するために用いる樹脂と無機成分とを含む水系塗料の粘度を適正範囲に保持することで、打抜性及びより厳しい評価条件での溶接性の両方に優れる絶縁被膜付き電磁鋼板が得られることを新たに見出した。なお、電磁鋼板に塗布される水系塗料の粘度を適正範囲に保持することによる打抜性及び溶接性の向上の効果は、特許文献１に記載のような誘導加熱による鋼板側からの加熱の場合に限定されず、ガス炉又は電気炉のように、水系塗料により形成された塗膜の表面から加熱する場合においても得ることができることが分かった。
　上記知見に基づき完成された本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
　［１］水系塗料を準備する工程と、
　前記水系塗料を電磁鋼板の表面に塗布し、加熱乾燥させて絶縁被膜を形成する工程と、
を有し、
　前記水系塗料は、樹脂と、無機成分と、任意の有機還元剤と、任意のホウ素化合物（Ｂ化合物）と、水と、を含み、
　前記樹脂の５０質量％以上が、エマルション樹脂及びディスパーション樹脂の一方又は両方からなり、
　前記水系塗料が、１．０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有することを特徴とする、絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
　［２］前記水系塗料が、４０ｍＰａ・ｓ以下の粘度を有する、［１］に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
　［３］前記水系塗料が、１０ｍＰａ・ｓ以下の粘度を有する、［１］に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
　［４］前記水系塗料中で前記エマルション樹脂及び前記ディスパージョン樹脂の一方又は両方が、３０ｎｍ以上の粒径を有する、［１］～［３］のいずれか一項に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
　［５］前記水系塗料における、前記樹脂、前記無機成分、前記有機還元剤、及び前記Ｂ化合物の固形分換算の合計質量に対する前記樹脂の固形分質量比率が０．５質量％以上５０質量％以下である、［１］～［４］のいずれか一項に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
　本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法によれば、打抜性及びより厳しい評価条件での溶接性の両方に優れる絶縁被膜付き電磁鋼板を製造することができる。
　以下、本発明に係る絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。
　本発明の一実施形態による絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法は、水系塗料を準備する工程と、前記水系塗料を電磁鋼板の表面に塗布し、加熱乾燥させて絶縁被膜を形成する工程と、を有する。そして、前記水系塗料は、樹脂と、無機成分と、任意の有機還元剤と、任意のＢ化合物と、水と、を含み、前記樹脂の５０質量％以上が、エマルション樹脂及びディスパーション樹脂の一方又は両方からなり、前記水系塗料が、１．０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有することを特徴とする。
　絶縁被膜の下地となる電磁鋼板については、特に制限はないが、所望特性に応じて適宜成分調整を行うことが好ましい。例えば鉄損の向上には、比抵抗を上昇させることが有効なので、比抵抗向上成分であるＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎｉ等を添加することが好ましい。これらの成分比率は、所望する磁気特性に応じて決定すればよい。
　電磁鋼板に含まれるＣ及びＳは、溶接性に不利な元素であり、また磁気特性の点からも含有量を低下させる方が望ましい。よって、電磁鋼板におけるＣの含有量は０．０１質量％以下とすることが好ましい。また、電磁鋼板におけるＳの含有量は０．０１質量％以下とすることが好ましい。電磁鋼板に含まれるその他の微量成分、Ｓｂ、Ｓｎなどの偏析元素、及び不可避不純物については、特に制限はない。
　電磁鋼板の製造方法についても特に制限はなく、従来から公知の種々の方法が適用可能である。また、鋼板の表面粗さも特に規制されるものではないが、占積率を重視する場合は三次元表面粗さＳＲａを０．５μｍ以下とすることが好ましい。さらに、鋼板の最終板厚も、特に制限はなく、種々の板厚のものが適用可能であるが、磁気特性の観点から０．８ｍｍ厚以下とすることが好ましい。
　水系塗料は、樹脂と無機成分とを含む。これらの樹脂と無機成分とは、水に溶解又は分散できる性質を有する。また、水系塗料は有機還元剤及びＢ化合物の一方又は両方を含んでもよい。水系塗料は、少なくともクロム酸塩と樹脂を含むコーティング処理液、少なくともリン酸塩と樹脂を含むコーティング処理液、少なくとも無機コロイドと樹脂を含むコーティング処理液など、あらゆる種類のコーティング処理液を使用してよい。また、水系塗料は、耐熱性又は耐食性を向上させる目的で種々の成分を添加してもよい。
　水系塗料に含まれる樹脂の種類は特に限定されず、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、スチレン樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、尿素樹脂、酢酸ビニル樹脂、アルキッド樹脂、ポリオレフィン樹脂、及びポリエステル樹脂等から選択される一種以上を使用してよく、これらは、単体、共重合体、又は混合物として使用してよい。水系塗料中の全樹脂量（固形分）のうち、５０質量％以上は、粒径を持つ樹脂、すなわちエマルション樹脂及びディスパーション樹脂の一方又は両方とする。水系塗料中に含まれる樹脂に占める、エマルション樹脂及びディスパーション樹脂の一方又は両方の質量比率が５０質量％以上１００質量％以下であることは、粒径をもたない完全な水溶性樹脂の質量比率が０質量％以上５０質量％以下であることを意味する。粒径をもたない完全な水溶性樹脂の質量比率が５０質量％超えの場合、打抜性の改善効果が満足に得られない。なお、本発明において全樹脂量中のエマルション樹脂及びディスパーション樹脂の一方又は両方の質量比率を計算する際は、樹脂の構成要素となる水溶性アクリル酸などのいわゆるモノマーも「樹脂」に含めて計算する。
　水系塗料中のエマルション樹脂及びディスパージョン樹脂の一方又は両方は、３０ｎｍ以上の粒径を有するのが好ましい。エマルション樹脂及びディスパージョン樹脂の一方又は両方の粒径が３０ｎｍ以上であると、打ち抜き時に金型端面に付着し金型先端部を被覆する樹脂面積が好適であり、金型端面と被加工材との凝着摩耗抑制効果が好適であり、打抜性が好適に得られる。なお、樹脂の粒径の上限は特に規制するものではないが、占積率を重視する場合は樹脂の粒径を１μｍ以下とすることが好ましい。樹脂の粒径は、ＪＩＳ　８８２８：２０１３に準拠する動的光散乱法により測定できる。
　水系塗料において、樹脂、無機成分、有機還元剤、及びＢ化合物の固形分換算の合計質量に対する樹脂の固形分質量比率が０．５質量％以上５０質量％以下であるのが好ましい。樹脂の固形分質量比率が０．５質量％以上である場合、上述の打抜性の改善効果（凝着摩耗抑制効果）が好適に得られる。樹脂の固形分質量比率が５０質量％以下である場合、溶接時に分解し気化する有機物量が好適であり、溶接ビードにおいてブローホールを抑制でき、溶接性が好適に得られる。樹脂の固形分質量比率は４０質量％以下であるのがさらに好ましい。
　水系塗料に含まれる無機成分としては、Ｃｒ化合物、Ｐ化合物、Ｓｉ化合物等が挙げられる。Ｃｒ化合物としては、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｋ、Ｎａ、Ａｌなどの金属のうちから選ばれる少なくとも１種を含むクロム酸塩、重クロム酸塩が挙げられ、これらの一種以上を用いることができる。Ｐ化合物としてはリン酸塩が適用でき、第１リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸鉄、リン酸亜鉛などが挙げられ、これらの一種以上を用いることができる。Ｓｉ化合物としては、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、及び板状シリカ等が挙げられ、これらの一種以上を用いることができる。コロイダルシリカ、フュームドシリカ、及び板状シリカは、絶縁被膜中で粒子状に存在する。また、複数種の無機化合物を含有させてもよい。
　絶縁被膜の絶縁性及び耐食性を向上させる観点から、樹脂、無機成分、有機還元剤、及びＢ化合物の固形分換算の合計質量に対する無機成分の固形分質量比率は、３０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。また、無機成分の比率が高すぎる場合には打抜性の劣化が懸念されるため、当該質量比率は８０質量％以下であるのが好ましい。
　水系塗料は、有機還元剤を含む。有機還元剤を含有させることで、クロムの還元反応を好適に促進させることができる。有機還元剤の種類は特に限定されることはないが、ジオール類及び糖類の中から選ばれる少なくとも１種を用いるのが好ましい。特にジオールの中でも、エチレングリコール及び１，４－ブタンジオールから選ばれる１種以上、また、糖類の中でもグリセリン、ポリエチレングリコール、サッカロース、ラクトース、ショ糖、ブドウ糖、及び果糖から選ばれる１種以上を用いることがより好ましい。
　水系塗料が有機還元剤を含む場合、その効果を十分に得る観点から、樹脂、無機成分、有機還元剤、及びＢ化合物の固形分換算の合計質量に対する有機還元剤の固形分質量比率は、１０質量％以上であることが好ましい。また、有機還元剤の含有量が高すぎる場合には、焼鈍後の被膜特性が劣化するため、当該質量比率は３０質量％以下であるのが好ましい。
　水系塗料は、Ｂ化合物を含む。Ｂ化合物を含有させることで、歪み取り焼鈍時に発生しうる被膜割れが効果的に緩和され、耐粉ふき性を好適に改善することができる。このようなＢ化合物としては、ホウ酸、オルトホウ酸、メタホウ酸、四ホウ酸、メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム等が挙げられ、これらを単独又は複合して使用することができる。Ｂ化合物は、これらに限定されるものではなく、例えば、水に溶けてホウ酸イオンを生じさせるような化合物でもよく、またホウ酸イオンは直線型又は環状に重合していてもよい。
　水系塗料がＢ化合物を含む場合、その効果を十分に得る観点から、樹脂、無機成分、有機還元剤、及びＢ化合物の固形分換算の合計質量に対するＢ化合物の固形分質量比率は、５質量％以上であることが好ましい。また、Ｂ化合物の含有量が高すぎる場合には焼鈍後の被膜特性が劣化するため、当該質量比率は３０質量％以下であるのが好ましい。
　水系塗料は、１．０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有するものとする。水系塗料の粘度が１．０ｍＰａ・ｓ未満である場合には、樹脂粒子が塗料中で沈降し、不均一凝集体を形成しやすく、より厳しい評価条件での溶接性を十分に得ることができない。不均一凝集によって、溶接性が劣化する原因は明らかとなっていないが、樹脂粒子の不均一凝集体が存在することで、鋼板側から加熱した場合においても、塗膜表面側から加熱した場合であっても、水系塗料（塗膜）中の低沸点成分が除去されにくくなるためであると考えられる。水系塗料の粘度を適正範囲に保持することで、樹脂粒子が塗料中で均一に分散できるため、凝集物の形成を抑制することができる。また、水系塗料の粘度は、４０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１０ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。粘度が１０ｍＰａ・ｓ以下である場合、鋼板上に被膜を形成する際に、ローピングと呼ばれる、スジ状の被膜欠陥を好適に抑制することができる。
　水系塗料が目的の粘度となるように、その固形分濃度を調整してもよいが、粘度調整剤を添加してもよい。粘度調整剤の種類は特に限定されず、アクリル性重合物、ウレタン変性ポリエーテル等、一般的に使用されているものを用いてよい。
　なお、本発明における水系塗料の粘度とは、各成分を所定の割合で調合し、目的の固形分濃度に調整した後に測定した値である。また、粘度は、ＪＩＳ　Ｋ　６９０１：２０２１に準拠して測定した値である。例えば、ＢＭ型粘度計（株式会社東京計器社製）を用いて、試験温度を２５℃として測定できる。
　水系塗料の塗布方法は、鋼板上に水系塗料を塗布することができればどのような方法でもよく、ロールコーター法、バーコーター法、エアーナイフ法、及びスプレーコーター法等、各種方法を適用することができる。
　塗膜の加熱方式としては、特に制限はなく、ガス炉又は電気炉を用いる一般的な焼付け方法を用いてもよいが、鋼板に電流を流したときに発生する渦電流を利用して加熱する誘導加熱方式を用いることが好ましい。誘導加熱の周波数及び昇温速度などに特に制限はなく、設備面から制約される加熱時間、効率、電磁鋼板の性質（板厚、透磁率等）等に応じて、適宜選択すればよい。加熱温度すなわち最高到達板温度は、絶縁被膜の形成に必要な温度とすればよいが、水系塗料を用いるため、１００℃以上とするのが好ましく、１５０℃以上であることがさらに好ましい。１００℃以上とすることで水の残留が好適に抑えられる。また、最高到達板温度は３５０℃以下とすることが好ましい。３５０℃以下とすることで樹脂の熱分解を好適に抑えることができる。
　塗膜の加熱方式は、鋼板側（コーティング下層）から加熱することが好ましい。コーティング下層から加熱することで、打抜性及び溶接性が好適に得られる。この理由は、明確ではないが、発明者らは次のように考えている。
１）コーティング下層から加熱した場合、未凝固の塗膜内で対流が起こり、エマルション樹脂やディスパーション樹脂のように完全溶解ではなく粒子の形態をもっている樹脂が表層近傍に濃縮され、最表層樹脂量が多くなるために、打抜性が向上する。
２）コーティング表面から加熱した場合、表面が先に乾操し、コーティング内部に低沸点成分が残留し易いため、溶接時にガスとなってブローホールの原因となっていたのであるが、鋼板側（コーティング下層）から加熱した場合には、塗膜から低沸点成分が効果的に除去されるので、安定した溶接性が得られる。
　絶縁被膜の目付量は乾燥重量で０．０５ｇ／ｍ２以上とするのが好ましい。絶縁被膜の目付量が０．０５ｇ／ｍ２以上の場合、均一塗布が好適に行われ、被膜性能が安定する。また、絶縁被膜の目付量は乾燥重量で７．０ｇ／ｍ２以下とするのが好ましい。７．０ｇ／ｍ２以下とすることで被膜密着性が好適に得られる。
　表１及び表２に示す樹脂、無機成分、有機還元剤、及びＢ化合物を、表１及び表２に示す質量％（固形分換算）となるように脱イオン水に添加し、混合して、水系塗料を調製した。なお、有機還元剤として用いたエチレングリコールは常温で液体であるが、固形分として含有量を計算した。水系塗料の固形分濃度は３質量％とした。なお、水系塗料には、粘度調整剤として増粘剤Ａ－１０Ｈ（東亜合成株式会社製）を添加して、各例の水系塗料が表１及び表２に示す粘度となるようにした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　これらの水系塗料を、板厚０．５ｍｍの電磁鋼板から幅１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの大きさに切り出した試験片の表面にロールコーターで塗布し、誘導加熱方式（表１）及びガス炉による熱風炉加熱方式（表２）で、表１及び表２に記載の到達板温度で焼付けした後、常温で放冷し、絶縁被膜を形成した。また、各例の絶縁被膜の目付量は乾燥重量で０．５ｇ／ｍ２に統一した。
　絶縁被膜の外観、溶接性、打抜性を以下のようにして評価し、結果を表１及び表２に示した。
　［被膜外観評価］
　塗装後の鋼板表面の外観を目視観察し、ローピング発生有無を確認した。
　（判定基準）
◎：ローピング発生無し
〇：軽度のローピング発生があるが、被膜性能に影響なし
×：重度のローピング発生に伴い、被膜性能が劣化
　［溶接性評価］
　鋼板を厚さが３ｃｍになるように積層し、下記の条件でＴＩＧ溶接を行い、ブローホールが発生しない最大溶接速度で評価した。特許文献１では１２０Ａの電流値条件で評価を実施しているが、今回はより厳しい溶接条件で評価するために、電流値を１５０Ａとして溶接試験を実施した。
・電極：Ｔｈ－Ｗ　２．６ｍｍφ
・加圧力：１０Ｎ／ｍｍ２
・電流：１５０Ａ
・シールドガス：Ａｒ（６リットル／ｍｉｎ）
　（判定基準）
◎：１２０ｃｍ／ｍｉｎ以上
〇：８０ｃｍ／ｍｉｎ以上１２０ｃｍ／ｍｉｎ未満
×：８０ｃｍ／ｍｉｎ未満
　［打抜性評価］
　下記の条件で、初期かえり高さが１０μｍになるように金型を調整して連続打抜き試験を行い、かえり高さが５０μｍに達するまでの打抜き回数で評価した。
・１５ｍｍφスチール鋼ダイス使用クリアランス：５％
・打抜油：使用
　（判定基準）
◎：１００万回以上
〇：５０万回以上～１００万回未満
×：５０万回未満
　表１から、水系塗料の粘度が１ｍＰａ・ｓ以上である発明例では、比較例よりも外観、溶接性及び打抜性において優れていることが分かる。表１と表２を比較すると、誘導加熱によりコーティング下層側から加熱した場合は、ガス炉による加熱よりも溶接性が優れることが分かるが、ガス炉の場合であっても、水系塗料の粘度を制御することで性能が改善することが分かる。このことから、加熱方式によらず、本発明の効果が得られることが明らかである。
　本発明によれば、打抜性及びより厳しい評価条件での溶接性の両方に優れる絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法を提供することができる。
 

Claims (5)

  1. 　水系塗料を準備する工程と、
    　前記水系塗料を電磁鋼板の表面に塗布し、加熱乾燥させて絶縁被膜を形成する工程と、
    を有し、
    　前記水系塗料は、樹脂と、無機成分と、任意の有機還元剤と、任意のホウ素化合物（Ｂ化合物）と、水と、を含み、
    　前記樹脂の５０質量％以上が、エマルション樹脂及びディスパーション樹脂の一方又は両方からなり、
    　前記水系塗料が、１．０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有することを特徴とする、絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
  2. 　前記水系塗料が、４０ｍＰａ・ｓ以下の粘度を有する、請求項１に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
  3. 　前記水系塗料が、１０ｍＰａ・ｓ以下の粘度を有する、請求項１に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
  4. 　前記水系塗料中で前記エマルション樹脂及び前記ディスパーション樹脂の一方又は両方が、３０ｎｍ以上の粒径を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
  5. 　前記水系塗料における、前記樹脂、前記無機成分、前記有機還元剤、及び前記Ｂ化合物の固形分換算の合計質量に対する前記樹脂の固形分質量比率が０．５質量％以上５０質量％以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
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