JPH03215679A - 磁気特性の優れた方向性けい素鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、磁束密度および鉄損が極めて良好な方向性
けい素鋼板の製造方法に関し、特に鋼板表面の改質によ
り鉄損を減少させかつ磁束密度の増大を達成して磁気特
性を大幅に改良し得る製造方法について以下に述べる。

（従来の技術） 方向性けい素鋼板の磁気特性は、主に磁束密度および鉄
損によって規定されていて、磁束密度（８００Ａ／ｍの
磁化力での磁束密度Ｂｌｌ（Ｔ）で代表される）は高い
方が望ましく、一方鉄損（１．７Ｔ．　５０Ｈｚの鉄損
ｈ，７，。で代表される）は低い方が望ましい。

また方向性けい素鋼板は積層して用いられるため鋼板表
面には絶縁被膜を施すことが必要であり、通常絶縁被膜
は、方向性けい素鋼板の製造工程において高温で行われ
る仕上げ焼鈍中に生成するフォルステライトを主とする
ガラス様被膜と、絶縁性を付与するために被成する燐酸
塩コーティングとの２層からなっている。

ところで近年、表面の改質により種々の物質の有する様
々な特性を充分に引き出そうとする研究が盛んである。

けい素鋼の分野においても、けい素鋼板の表面を平滑化
する、一種の表面改質技術によって、主として履歴損の
減少から鉄損が大幅に改良されることが以前から良く知
られている。

即ち上記ガラス様被膜と表層の内部酸化層（サブスケー
ル）を除去することによって表面を鏡面化すれば、鉄損
が大幅に改良されるわけである。

しかし上記したようにけい素鋼板の表面には絶縁性が必
要なため、鏡面化したままの状態では鉄心材料として用
いることが出来なかった。しかも上記燐酸塩コーティン
グは鏡面に対しては密着性が不良であるために直接鏡面
上には成膜できなかった。そこでこれらの問題を解決す
るためにこれまで種々の技術的工夫が凝らされてきた。

例えば特開昭４９−９６９２０号公報には、「鋼板表面
を化学研磨或は電解研磨し、次いで鏡面状態となった表
面にＺｎ，　Ｓｎ，　Ｃｕ，　Ｎｉ等の金属めっきを５
μＩ以下の厚さで施す」ことが開示されており、また特
公昭５６−４１５０号公報には「化学研磨あるいは電解
研磨して得られる平滑面上にセラミックスを真空蒸着、
化学蒸着、スパッタリングあるいは溶射によって施すこ
と」が開示されている。

これらの技術はいずれも鏡面研磨を施した面には直接燐
酸塩等の絶縁コートを施すことが出来ないという問題に
対して解決を与えるものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしなから上記の方法はいずれも工業化されるに至っ
ていない。というのは、特開昭４９−９６９２０号公報
においては金属めっきを施して平滑面を保ちつつコーテ
ィングを施すことが可能であることが示されているが、
実際にこの処理を行った場合鉄心素材であるけい素鋼板
において加工後に行われる歪取り焼鈍において金属めっ
きは綱中に拡散してけい素鋼板の磁性を劣化せしめ、ま
ためっき層による占積率の低下も大きく商品価値も大幅
に低下する． 一方特公昭５６−４１５０号公報に開示されている技術
では、まず真空蒸着は反応速度や処理面積が限定されて
いるために生産性に難点があり、また化学蒸着は反応速
度および膜の均質性に難点があり、さらにスパッタリン
グは真空蒸着に比べても生産性は劣り、溶射は均質な薄
膜を作ることが非常に困難であり占積率は大幅に低下す
る。

これらの理由から上記の手法は工業的に実施されるに至
っていない。

そこでこの発明は、平滑面化されたけい素鋼板が有する
優れた磁性を劣化させることなく、密着性の高い絶縁被
膜を広範な面積に対して均質に成膜できるコーティング
方法により、優れた占積率と低鉄損および高磁束密度と
を有する方向性けい素鋼板を製造する方法について提案
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 発明者らは、上記の問題点を解決するため、方向性けい
素鋼板の表面を改質することにより磁気特性を改善する
技術について種々検討した結果、平滑化したけい素鋼板
の表面に、セラミック粒子を分散させた複合めっきを施
し、さらにその上に絶縁被膜を被成することにより、磁
気特性を劣化することなく、占積率に有利な、均質で密
着性の良好な絶縁被膜を成膜することに成功した。

すなわちこの発明は、仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼
板につき、その表面酸化物を除去し、次いで鋼板表面を
中心線平均粗さで０．３μｍ以下の平滑面としたのち、
この鋼板表面上にめっき処理により、金属をマトリック
スとしてセラミック粒子を分散させた被膜を被成し、さ
らにこの被膜上に絶縁被膜を被成することを特徴とする
磁気特性の優れた方向性珪素鋼板の製造方法及び仕上げ
焼鈍済みの方向性けい素鋼板につき、その表面酸化物を
除去し、ついで水溶性のハロゲン化物を用いた電解処理
により、鋼板表層を除去したのち、この鋼板表面上にめ
っき処理により、金属をマトリックスとしてセラミック
粒子を分散させた被膜を被成し、さらにこの被膜上に絶
縁被膜を被成することを特徴とする磁気特性の優れた方
同性けい素鋼板の製造方法 である。

まためっき被膜のセラミック粒子濃度を膜の表層で高め
ることによって、めっき被膜に絶縁性を付与できること
も判明し、絶縁被膜を省略可能な製造方法を新たに開発
するに到った。

すなわち 仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板につき、その表面酸
化物を除去し、次いで鋼板表面を中心線平均粗さで０．
３μ−以下の平滑面としたのち、この鋼板表面上にめっ
き処理により、金属をマトリックスとしてセラミック粒
子を分散させた膜でかつ、そのセラミック粒子のマトリ
ックス金属に対する濃度を鋼板表面から膜表面へと高め
ためっき被膜を被成することを特徴とする磁気特性の優
れた方向性けい素鋼板の製造方法及び 仕上げ焼鈍済みの方向性けい素調板につき、その表面酸
化物を除去し、ついで水溶性のハロゲン化物を用いた電
解処理により、鋼板表層を除去したのち、この鋼板表面
上にめっき処理により、金属をマトリックスとしてセラ
ミンク粒子を分散させた膜でかつ、そのセラミック粒子
のマトリックス金属に対する濃度を鋼板表面から膜表面
へと高めためっき被膜を被成することを特徴とする磁気
特性の優れた方向性けい素鋼板の製造方法である。

（作　用） 次にこの発明を工程順に詳細に説明する。

この発明で用いる方向性けい素鋼板は、従来知られてい
る方法で２次再結晶処理が施された鋼板を用いる。すな
わち方向性けい素鋼板素材成分を含有する鋼塊を熱間圧
延し、さらに冷間圧延と焼鈍を繰り返して所定の板厚と
した後、１次再結晶焼鈍を行う。次に上該鋼板表面に焼
鈍分離材を塗布し２次再結晶焼鈍を施す。この発明法は
表面の改質によって磁性を改良するものであるので、素
材のインヒビターや圧延焼鈍方法等の製造方法に拘らず
、磁性の改善効果があることはいうまでもない。

ちなみに代表的な成分組成を示すと、次に示すとおりで
ある。

Ｃ　：　０．０１〜０．１０ｗｔ％（以下単に％と示す
）Ｃは、熱間圧延、冷間圧延中の組織の均一微細化のみ
らなず、ゴス方位の発達に有用な元素であり、少なくと
も０．０１％以上の添加が好ましい。しかしなから０．
１０％を超えて含有されるとかえってゴス方位に乱れが
生じるので上限は０．１０％程度が好ましい。

Ｓｔ　：　２．０〜４．５％ Ｓｉは、鋼板の比抵抗を高め鉄損の低減に有効に寄与す
るが、４．５％を上回ると冷延性が損なわれ、一方２．
０％に満たないと比抵抗が低下するだけでなく、２次再
結晶・純化のために行われる最終高温焼鈍中にα一γ変
態によって結晶方位のランダム化を生じ、十分な鉄損改
善効果が得られないので、Ｓｉ量は２．０〜４．５％程
度とするのが好ましい。

Ｍｎ　：　０．０２〜０．１２％ Ｍｎは、熱間詭化を防止するため少なくとも０．０２％
程度を必要とするが、あまりに多すぎると磁気特性を劣
化させるので上限は０．１２％程度に定めるのが好まし
い。

インヒビターとしては、いわゆるＭｎＳ，　ＭｎＳｅ系
とＡＩＮ系とがある。　ＭｎＳ＋　ＭｎＳｅ系の場合は
、Ｓｅ，　Ｓのうちから選ばれる少なくとも１種：　ｏ
．ｏｏｓ〜０．０６％ Ｓｅ，　　Ｓはいずれも、方向性けい素鋼板の２次再結
晶を制御するインヒビターとして有力な元素である。抑
制力確保の観点からは、少なくとも０．００５％程度を
必要とするが、０．０６％を超えるとその効果が損なわ
れるので、その下限、上限はそれぞれ０．０１％．　０
．０６％程度とするのが好ましい。

ＡＩＮ系の場合は、 Ａｌ　：　０．００５〜０．１０％，　Ｎ　：　０．０
０４〜０．０１５％ＡＩおよびＮの範囲についても、上
述したＭｎＳ，ＨｎＳｅ系の場合と同様な理由により、
上記の範囲に定めた．ここに上記したＭｎＳ，　ＭｎＳ
ｅ系およびＡＩＮ系はそれぞれ併用が可能である。

インヒビター成分としては上記したＳ．　Ｓｅ．　ＡＩ
の他、Ｃｕ．　Ｓｎ．　Ｃｒｓ　Ｇｅ，　Ｓｂ＋　Ｍｏ
＋　４ｅ＋　ＢｔおよびＰなども有利に適合するので、
それぞれ少量併せて含有させることもできる。ここに上
記成分の好適添加範囲はそれぞれ、Ｃｕ，　Ｓｎ，　Ｃ
ｒ　：　０．０１〜０．１５％、Ｇｅ，　Ｓｂ．　Ｍｏ
，　Ｔｅ，　Ｂｉ　：　０．００５〜０．１％、Ｐ：０
．０１〜０．２％であり、これらの各インヒビター成分
についても、単独使用および複合使用いずれもが可能で
ある。

次いで仕上げ焼鈍の際に生じた表面の酸化物を除去して
鋼板表面を中心線平均粗さが０．３μｍ以下の平滑面に
仕上げる。この際表面に大きな塑性歪を残すことは製品
の磁気特性を劣化させるために避けなければならない。

そこで酸化物の除去には、酸洗や弾性体による低歪機械
研磨などを用いるのが好ましい．その後化学研磨あるい
は電解研磨で所定の表面粗さまで平滑化される。ここで
は鋼板表面を０．３μｍ　Ｒａ以下に仕上げる必要があ
る。

なぜなら鋼板の表面粗さが０．３μｒｎ　Ｒａをこえる
と、充分な履歴損の減少が得られない。

また化学研磨、電解研磨以外に平滑化する手段として、
水溶性のハロゲン化物による電解処理を用いてもよい。

ここで水溶性のハロゲン化物とは、ＨＣＩ，　ＮＨ４Ｃ
ｌおよび各種金属の塩化物、Ｆ，　Ｂｒ，　Ｉを陰イオ
ンとする酸、アルカリ、アルカリ土類およびその他の金
属塩類、またはアンモニウム塩のうちの水溶性のもの、
さらにはほうふつか物（ＢＦ４塩）またはけいふっか物
（ＳｉＦ６塩）のうちの水溶性のものを意味する。これ
らハロゲン化物の水溶液による電解処理によっては化学
研磨あるいは電解研磨のような、いわゆる鏡面を得るこ
とはできないが、表層が３μ閘以上の厚みにわたって減
少する電解処理を施せば鏡面と同様な履歴損減少の効果
を得ることができる。

その後平滑化した鋼板表面に、複合めっき法によって、
薄いめっき被膜を被成する。めっき被膜は、金属のマト
リックスにセラミックの微粒子を分散してなるもので、
鋼板平滑面への密着性にも優れ、歪取り焼鈍を施しても
めっきマトリックス金属はセラミック微粒子が分散して
いるために綱中に拡散することが少なく、磁性を劣化さ
せることがなく、さらにこのめっき被膜上に被成する絶
縁被膜の密着性も向上し得る。また絶縁被膜の焼付け処
理で、中間のめっき被膜層による張力が鋼板表面に加わ
りさらに磁性は向上する。

このめっき被膜においてマトリックスとする金属は、Ｎ
ｉ，　Ｃｒ．　Ｃｕ，　Ｃｏ，　Ｆｅ，　Ｚｎがとりわ
け好適で、また分散させるセラミック微粒子としてはＳ
ｉＣ．　ＷＣ等の炭化物、＾１２０ｉ＋　ＴｉＯｚ，　
ＳｉＯｚ等の酸化物、ＴｉＮ等の窒化物等が有利に適合
する。

また被膜の厚さが０．１　μｍ未満であると、均質な膜
をうることが困難で、一方５μｍをこえるとめっき被膜
にクラックが入る上、絶縁被膜を被成した際に占積率の
低下も招くことから、被膜の厚みは０．１〜５μ一の範
囲とすることが好ましい。

ここで複合めっき法とは、電気めっきおよび無電解めっ
きのいずれを用いてもよ《、具体的には次の通りである
。

まず電気めっきは、分散させるセラミック微粒子を懸濁
させた浴中に電極を配置し、陰極に被めっき材を、陽極
にマトリックス金属を配置して行う。めっき液はマトリ
ックス金属と同じ金属のイオンを供給する金属塩溶液で
あればよい。

浴中に懸濁したセラミック微粒子は、浴の撹拌による流
動によりカソードとした被めっき材表面まで輸送され、
表面に衝突する。表面に衝突した微粒子は金属の電解析
出にともないマトリックス中に埋め込まれ複合めっき層
を形成する。

一方、無電解めっきは、マトリックス金属の金属塩溶液
に還元剤を加えた浴中に材料を浸漬することにより材料
表面にめっき膜を形成するもので、この発明では、この
浴中にセラミック微粒子を懸濁させておく。

無電解のめっきの場合も同様に、金属の還元析出にとも
なって被めっき材表面に衝突した微粒子がマトリックス
中に埋め込まれ、複合めっき層を形成する。

次にめっき被膜を被成した後、絶縁被膜を形成するため
、例えば燐酸塩溶液を塗布する。もちろん従来知られて
いる、張力付与型の絶縁被膜形成液を塗布しても構わな
い。塗布はロールコータを用いてもスプレー法でも構わ
ない。

上記の塗膜は焼付けられ、その際に中間のめっき被膜は
鋼板表面に張力を付与することになる。

また上記平滑化した鋼板表面にめっき被膜を被成する際
に、鋼板表面から膜表面へと分散セラミック粒子のマト
リックス金属に対する濃度を高め、すなわち膜厚方向の
セラミック粒子濃度に勾配をつけて、めっき被膜の表層
に絶縁性を付与することによって絶縁被膜を省略し、鋼
板の占積率を向上することができる。

ここで濃度勾配は、地鉄側をマトリックスリッチに、一
方表層側をセラミックスリッチにすることが好ましい。

特に表層組成がセラミックス１００％となる被膜が好ま
しい。なぜなら表層にめっきマトリックス金属が多《存
在するほど、良好な絶縁性を実現できるからである。そ
して濃度勾配の付与は、例えばめっき液の懸濁濃度ある
いは液と被めっき材の相対運動を変化することで達成で
きる。

このめっき被膜にセラミック粒子の濃度勾配を設ける場
合においても、膜厚を０．５〜５μｍにするとよい。す
なわち０．５μ鋼未満では膜厚方向に濃度勾配をつける
ことができず、一方５μｍをこえると被膜にクラソクが
入るおそれがある。

なおこの絶縁性を付与しためっき被膜の表面に、さらに
通常の絶縁被膜を被成してもよい。

（実施例） 実施■よ ＭｎＳｅをインヒビターとし、Ｓｉを３．４１％含有す
る仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板（０．２３ｍｍ厚
）の表面酸化物を、塩酸による酸洗で除去し、その後表
１に示す条件の処理をそれぞれ行ってめっき被膜を被成
した後、めっき被膜上に燐酸系絶縁被膜を施した。

かくして得られた鋼板の磁気特性、密着性及び占積率を
、仕上げ焼鈍ままの素材（比較例）と比較して表１に示
す。

同表からわかるように、この発明方法によって優れた磁
気特性を劣化させることなく、密着性が良好で占積率を
高め得る絶縁被膜を効率よく成膜することができた。

なお同表における評価のうち、まず被膜の密着性は、円
柱の試験棒の周囲に鋼板を巻き付けたのち、それを延ば
し膜の剥離状態を観察して評価した。

また占積率は絶縁被膜形成後の重量から得た、計算厚み
と実測厚みとの比から求め、膜厚のばらつきは板幅５０
ｃｍの試材における板厚のばらつきを測定した。

実１ｌ』λ ＡＩＮをインヒビターとし、Ｓｉを３．２０％含有する
仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板（０．２３ｍｍ厚）
の表面酸化物を、平均粒度５μｍのＳｉＣ砥粒とナイロ
ンブラシとを用いた遊離砥粒機械研磨により除去した後
、表２に示す条件の処理をそれぞれ行ってめっき被膜を
被成した後、めっき被膜上に燐酸系絶縁被膜を施した。

かくして得られた銅板の磁気特性、密着性及び占積率を
、仕上げ焼鈍ままの素材（比較例）と比較して表２に示
す。

同表からわかるように、この発明方法によって優れた磁
気特性を劣化させることなく、密着性が良好で占積率を
高め得る絶縁被膜を効率よく成膜することができた。

実Ｊｌ１走 ＭｎＳｅをインヒビターとし、Ｓｉを３．２０％含有す
る仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板（０．２３ｍｍ厚
）の表面酸化物を、塩酸による酸洗で除去し、その後表
３に示す条件の処理をそれぞれ行ってめっき被膜を被成
した。

かくして得られた鋼板の磁気特性、密着性及び占積率を
、仕上げ焼鈍ままの素材（比較例）と比較して表３に示
す。

同表からわかるように、この発明方法によって優れた磁
気特性を劣化させることなく、密着性が良好で占積率を
大幅に高め得るめっき被膜を効率よく成膜することがで
きた。

実ｌｌ壓先 ＾ＩＮをインヒビターとし、Ｓｉを３．１Ｓ％含有する
仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板（０．２３ｍｍ厚）
の表面酸化物を、平均粒度５μｍのＳｉＣ砥粒とナイロ
ンブラシとを用いた遊離砥粒Ｓ械研磨により除去した後
、表４に示す条件の処理をそれぞれ行ってめっき被膜を
被成した後、めっき被膜上に燐酸系絶縁被膜を施した。

かくして得られた鋼板の磁気特性、密着性及び占積率を
、仕上げ焼鈍ままの素材（比較例）と比較して表４に示
す。

同表からわかるように、この発明方法によって優れた磁
気特性を劣化させることなく、密着性が良好で占積率を
高め得る絶縁被膜を効率よく成膜することができた。

（発明の効果） この発明によれば、鉄損および磁束密度の格段に優れた
方向性けい素鋼板を製造でき、したがって生産性の高い
工業的価値の非常に大きい製造方法を実現し得る。さら
に密着性に優れた被膜が得られるので、方向性けい素鋼
板の占積率を高めることが可能で、特にめっき被膜にセ
ラミック粒子の濃度勾配を与えたものにあっては絶縁被
膜の省略が可能で、占積率を大幅に高め得る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板につき、その表
   面酸化物を除去し、次いで鋼板表面を中心線平均粗さで
   ０．３μｍ以下の平滑面としたのち、この鋼板表面上に
   めっき処理により、金属をマトリックスとしてセラミッ
   ク粒子を分散させためっき被膜を被成し、さらにこのめ
   っき被膜上に絶縁被膜を被成することを特徴とする磁気
   特性の優れた方向性けい素鋼板の製造方法。
2. ２．仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板につき、その表
   面酸化物を除去し、ついで水溶性のハロゲン化物を用い
   た電解処理により、鋼板表層を除去したのち、この鋼板
   表面上にめっき処理により、金属をマトリックスとして
   セラミック粒子を分散させためっき被膜を被成し、さら
   にこのめっき被膜上に絶縁被膜を被成することを特徴と
   する磁気特性の優れた方向性けい素鋼板の製造方法。
3. ３．仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板につき、その表
   面酸化物を除去し、次いで鋼板表面を中心線平均粗さで
   ０．３μｍ以下の平滑面としたのち、この鋼板表面上に
   めっき処理により、金属をマトリックスとしてセラミッ
   ク粒子を分散させた膜でかつ、そのセラミック粒子のマ
   トリックス金属に対する濃度を鋼板表面から膜表面へと
   高めためっき被膜を被成することを特徴とする磁気特性
   の優れた方向性けい素鋼板の製造方法。
4. ４．仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板につき、その表
   面酸化物を除去し、ついで水溶性のハロゲン化物を用い
   た電解処理により、鋼板表層を除去したのち、この鋼板
   表面上にめっき処理により、金属をマトリックスとして
   セラミック粒子を分散させた膜でかつ、そのセラミック
   粒子のマトリックス金属に対する濃度を鋼板表面から膜
   表面へと高めためっき被膜を被成することを特徴とする
   磁気特性の優れた方向性けい素鋼板の製造方法。