JPH06299366A

JPH06299366A - 低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH06299366A
Application number: JP8483393A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanemoto; 啓種本; Takao Kanai; 隆雄金井; Shuichi Yamazaki; 修一山崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1994-10-25
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JP2667098B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は方向性電磁鋼板に対して張力を付与
する皮膜を、密着性良く表面に形成する方法を提供す
る。【構成】鉄損値低減のためには、鋼板表面に形成した
張力皮膜が強固に密着することが要点となる。本発明で
は、鋼板上にコーティングする酸化物系の皮膜原料中に
金属塩の微粒子、および／または水溶性の金属塩を添加
した液を塗布し、乾燥・焼き付けることにより、密着性
の高い張力皮膜を持つ低鉄損方向性電磁鋼板を得てい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼板に張力を付与する
皮膜が密着性良く鋼板表面に形成された方向性電磁鋼板
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は（１１０）〔００１〕
を主方位とする結晶組織を有し、磁気鉄芯材料として多
用されており、エネルギーロスを少なくするために鉄損
の少ない材料が求められている。鉄および５％以下の珪
素を含有する鉄合金は結晶磁気異方性が大きいので、外
部張力を付与すると磁区の細分化が起こり、鉄損の主要
素である渦電流損失を低下させることができる。従っ
て、５％以下の珪素を含有する方向性珪素鋼板の鉄損低
減には鋼板に張力を付与することが有効である。

【０００３】ここで、皮膜形成による鋼板への付与張力
は、一定の鋼板厚さに対し、皮膜厚さが大きくなるに従
って増大するが、厚膜化は占積率の低下をまねく。従っ
て、なるべく薄い膜厚で鋼板への付与張力の大きい皮膜
が好ましい。従来より工業的に行われている方法とし
て、仕上焼鈍工程で鋼板表面の酸化物と焼鈍分離剤とが
反応して生成するフォルステライトを主体とする皮膜
（グラス皮膜）は、鋼板に与える張力が大きく、鉄損低
減に効果がある。さらに、特開昭４８−３９３３８号公
報で開示されたコロイド状シリカと燐酸塩を主成分とす
るコーティング液を焼き付けることによって、絶縁皮膜
を形成する方法は、鋼板に対して張力付与の効果が大き
く、鉄損低減に有効である。従って、仕上焼鈍工程で生
じた皮膜を残したうえで張力性の絶縁コーティングを施
すことが一般的な方向性電磁鋼板の製造方法となってい
る。

【０００４】しかしながら、この方法によって得られた
鋼板は、セラミック皮膜／鋼板地鉄の界面の構造が乱れ
ており、これが磁区の移動の障害となって鋼板の鉄損低
減に限界を来していた。そこで鋼板表面に上述のグラス
皮膜等がない、鏡面化ないしは平坦化した鋼板表面にセ
ラミック質の張力皮膜を形成しようとする試みが近年数
多くなされている。これらの試みに見られる共通の技術
課題は、如何に密着性の高い皮膜を鋼板上に形成するか
である。

【０００５】これらの試みのうちの一つの技術領域とし
て、ドライプロセスによる皮膜形成があり、例えば特公
昭５６−４１５０号公報、特開昭６１−２０１７３２号
公報、特公昭６３−５４７６７号公報、特開平２−２１
３４８３号公報等に記載されている。これらは具体的に
は真空蒸着、化学蒸着、スパッタリング、イオンプレー
ティング、イオンインプランテーション、溶射等による
プロセスである。これらドライプロセスの技術的な特徴
は、鏡面化ないしは平坦化された鋼板の金属表面に、例
えば予備酸化処理等の下地処理を施さずとも、直接容易
に密着性の高い皮膜を形成することができることにあ
る。この方法の利点は、鋼板地鉄と皮膜の界面が平滑で
あるので鉄損等鋼板の磁気的性質に悪い影響を与える可
能性がないことである。

【０００６】しかしながら、ドライプロセスによる張力
皮膜にはかなりの効果が認められるものの、方法によっ
ては高真空を必要としたり、また実用に供する膜厚を得
るには長時間が必要であったり等生産性が極めて低く、
高いコストを要する等の問題点を抱えており、電磁鋼板
に対しては工業的な皮膜形成方法とはなりがたい。

【０００７】また、これらの試みのうち他の技術領域と
して、近年ゾル・ゲル法を用いた皮膜形成方法が考案さ
れている。例えば、特開平２−２４３７７０号公報には
ゾル・ゲル法による酸化物皮膜の形成について、また特
開平３−１３０３７６号公報には平滑化した鋼板の表面
にゾル・ゲル法によりゲル膜を形成し、その薄膜上に絶
縁皮膜を形成する技術が開示されている。これらの技術
では従来の塗布・焼き付けの工業的プロセスによる皮膜
形成が可能であるものの、鏡面化ないしは平滑化された
鋼板に対して皮膜を形成しなければならないため、焼き
付け時あるいはゲル化、乾燥等の工程で剥離が生じるこ
とが多く、密着性の良好な皮膜、特に鋼板に大きな張力
を付与できるほどのある程度厚い皮膜（例えば０．５μ
ｍ以上の厚みの膜）を形成することは困難であるという
問題があった。従ってこの場合は、鋼板地鉄と張力皮膜
を強固に密着させることが必須となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は仕上焼鈍後の
方向性電磁鋼板上に、張力を付与する酸化物系皮膜を形
成する際に、皮膜に鋼板への高い密着性を与えることを
課題とするものであり、結果として鋼板に高い張力を有
効に付与できる皮膜を有する方向性電磁鋼板を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、仕上焼鈍後の
方向性電磁鋼板表面に酸化物系の張力皮膜を形成するに
あたり、該張力皮膜形成のための塗布原料に金属塩の微
粒子、および／または水溶性の金属塩を０．１〜５重量
％添加した液を塗布し乾燥後、５００〜１３５０℃で焼
き付け、酸化物皮膜を形成する低鉄損方向性電磁鋼板の
製造方法である。また、該金属塩の塩が酸化物、水酸化
物、硝酸塩、酢酸塩であり、該金属塩の金属がＶ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｎであ
る。

【００１０】

【作用】電磁鋼板上に張力皮膜を形成する方法として、
工業的には前記したように湿式法、すなわちコーティン
グ液を鋼板に塗布して、乾燥・焼き付ける方法が有用で
ある。この場合、酸化物系の皮膜は特に限定されるもの
ではなく、基本的にはいかなる材質の皮膜も適用可能で
ある。しかしながら、できるだけ大きな張力を付与する
ことが電磁鋼板の鉄損値をより低減し、かつ占積率を増
加させるために有効である。そのため、この皮膜の材質
としては、従来から知られているように熱膨張係数の小
さいものを適用するのが好ましいと考えられ、例えば、
酸化アルミニウム、酸化アルミニウム−酸化硼素系、酸
化アルミニウム−シリカ系、コージェライト系等が好適
に用いられる。

【００１１】また、本発明において張力皮膜を形成すべ
き鋼板は仕上焼鈍が完了したものであれば、いかなる鋼
板も使用可能である。代表的に用いられる鋼板として
は、マグネシア粉末を焼鈍分離剤として仕上焼鈍を行っ
たもの、またこの鋼板から表面に生成したフォルステラ
イト層（グラス皮膜）を酸に浸漬して除去したもの等で
ある。さらに、これに水素中で平坦化焼鈍を施すかある
いは化学研磨、電解研磨等の鏡面化処理を施す等の平坦
化処理をすると鉄損値が著しく低減される場合には、こ
れらの処理を施した鋼板も好適に使用される。また酸化
アルミニウム等皮膜形成に対して不活性な粉末を塗布し
て皮膜を形成させない条件で仕上焼鈍を行って得た、表
面に殆ど皮膜の存在しない鋼板も特に支障なく使用可能
である。

【００１２】本発明の要点は、張力皮膜形成のための酸
化物の主原料に、金属塩の微粒子、および／または水溶
性の金属塩を添加しておくことにある。これらの金属塩
（焼き付け後は概ねそれぞれの金属の酸化物になる）
は、適度に設定された酸素分圧の雰囲気下で起こる下地
物質（珪素鋼表面、ないしはフォルステライト等のセラ
ミックス表面）との反応により、張力皮膜の下地物質と
の接着力を高めることを発明者らは見い出した。この目
的のため、これらの金属塩の添加量は０．１〜５重量％
が適当であり、より好ましくは０．３〜３重量％であ
る。添加量が０．１％未満では張力皮膜の下地への密着
に対して効果がない。他方、添加量が５％を超えると張
力皮膜が変性しすぎて皮膜の鋼板への張力付与効果が小
さくなって好ましくない。

【００１３】ここでいう金属塩の金属は、鋼板界面な
り、グラス皮膜等の表面なりに残存することにより鋼板
の磁気特性に好ましくない影響を与えるものでなければ
特に限定されるものではないが、前記したように工業的
に設定しやすい酸素分圧の雰囲気下での反応にあずかる
という点から、好ましくは鉄族の遷移金属であるＶ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ等や、これ以外にＺ
ｎ，Ｓｎ等が好ましい。またそれらの金属の塩としては
特に限定しないものの、好ましくは酸化物、水酸化物、
硝酸塩、酢酸塩等が一般的には利用しやすい。

【００１４】張力皮膜形成のための酸化物主原料の形態
としては、前記した適当な材質（例えば、酸化アルミニ
ウム−酸化硼素系）の微粒子が均一に良く分散した液
（いわゆるゾル等）を使用することができる。これは、
鋼板上に均一に塗布するためには細かい微粒子が良く、
好ましくは数nmから数十nmサイズの微粒子である。微粒
子径が大きくなって１００nmを顕著に超えると、焼き付
け後の皮膜が不均一なものとなる傾向がある。これらの
原料液に上記した金属塩の微粒子、および／または水溶
性の金属塩を添加した後、良く撹拌・混合して塗布液を
作製する。

【００１５】これらの塗布液をロールコーター等のコー
ター法、ディップ法、あるいは電気泳動法等従来公知の
方法によって鋼板表面に塗布し、乾燥後、５００〜１３
５０℃の温度で焼き付けることによって密着背の高い張
力皮膜が形成される。焼き付け時の雰囲気は窒素等の不
活性ガス雰囲気、窒素−水素混合ガス等の還元性雰囲気
等から選択することができる。このような非酸化性雰囲
気を設定した場合でも、工業的な焼き付け工程において
は塗布液から蒸発する水蒸気や、焼き付け炉内に不可避
的に取り込まれる空気により、下地物質／塗布皮膜界面
には適度の酸素分圧の雰囲気が供給される。焼き付け温
度が５００℃未満の場合、塗布した前駆体等の原料が緻
密なセラミックスとならない場合があり、また焼き付け
温度と使用温度（多くの場合常温付近）との差が小さい
ため張力が充分に付与されないので好ましくない。一
方、１３５０℃超の場合、特に大きな不都合はないもの
の経済的でなく、より好ましくは１２５０℃以下であ
る。

【００１６】以上の工程を経ることにより、特に塗布・
焼き付けの繰り返しを必要とせずに均質で、かつ大きな
張力が付与できる高密着性の皮膜を容易に形成すること
ができる。ここでいう密着性とは、かかる皮膜を表面に
形成した鋼板を、例えば２０mmφのロール棒を用いてこ
の棒の周りに１８０度の角度ほど曲げる試験を行った場
合に皮膜が全く剥離しない程度の密着性である。以下に
本発明を実施例を用いて説明するが、本発明はかかる実
施例に限定されない。

【００１７】

【実施例】実施例１Ｓｉを３．２％含有する脱炭焼鈍済みの方向性電磁鋼板
に、皮膜形成に対して不活性である粉末を塗布、仕上焼
鈍を施すことにより鏡面二次再結晶材を得た。次いで、
この鋼板上に、市販のアルミナゾル（固形分１０％を含
む）１００重量部、メタ硼酸５重量部、ＦｅＯＯＨの微
粒子を０．２重量部、および蒸留水よりなるコーティン
グ液を片面４ｇ／ｍ²となるように塗布し、乾燥・ゲル
化後、８５０℃で３分間、乾燥したＮ₂中で焼き付けを
行い、厚み１．５μｍの張力皮膜を形成した。

【００１８】得られた鋼板は、張力皮膜である硼酸アル
ミニウムが鋼板に付いていることが表面部分のＸ線回折
および電子顕微鏡観察によりわかった。皮膜の鋼板への
密着性は極めて良好であり、２０mmφのロール棒による
１８０度曲げ試験によっても皮膜の剥離は全く認められ
なかった。また、張力皮膜形成前と形成後の鉄損Ｗ₁₇
_/50を測定したところ、それぞれ１．０３w/kgおよび
０．７７w/kgであり、張力皮膜による顕著な鉄損低減効
果が得られた。

【００１９】比較例１コーティング液中にＦｅＯＯＨ微粒子を含有させないこ
と以外は、実施例１と全く同様のことを行った。得られ
た鋼板は、Ｘ線回折や電子顕微鏡による観察の結果、結
晶性の低い硼酸アルミニウムの皮膜（厚み約１．５μ
ｍ）が鋼板上に形成されていた。この鋼板を２０mmφの
ロール棒による１８０度曲げ試験に供したところ、全面
積の合計約４０％の部分から皮膜の剥離が観察された。

【００２０】実施例２実施例１と同じ鏡面二次再結晶材を得た後、この鋼板上
に市販のアルミナゾル（固形分１０％を含む）１００重
量部、メタ硼酸５重量部、硝酸ニッケル０．１重量部、
および蒸留水よりなるゾルを片面５ｇ／ｍ²となるよう
に塗布し、乾燥・ゲル化後、１０００℃で２分間、乾燥
したＮ₂：Ｈ₂＝９５％：５％中で焼き付けを行った。

【００２１】得られた鋼板は、張力皮膜である硼酸アル
ミニウムが鋼板に付いており、実施例１と同様な曲げ試
験を行った結果、皮膜の剥離は全く認められず、密着性
は極めて良好であった。張力皮膜の厚みは約２μｍであ
った。また、張力皮膜形成前と形成後の鉄損Ｗ_17/50を
測定したところ、それぞれ１．０５w/kgおよび０．７８
w/kgであり、皮膜形成により顕著な鉄損低減効果が得ら
れた。

【００２２】比較例２コーティング液中に硝酸ニッケルを含有させないこと以
外は実施例２と全く同様のことを行った。得られた鋼板
は、Ｘ線回折や電子顕微鏡による観察の結果、硼酸アル
ミニウムの皮膜（厚み約２μｍ）が鋼板上に形成されて
いたが、２０mmφロールによる１８０度曲げ試験の結
果、全面積の３０％の部分から皮膜の剥離が観察され
た。

【００２３】実施例３Ｓｉを３．２％含有する仕上焼鈍後のグラス皮膜（フォ
ルステライト皮膜）を有する方向性電磁鋼板に、実施例
１と同様にして調製したＦｅＯＯＨ微粒子を含むコーテ
ィング液を片面４ｇ／ｍ²となるように塗布し、乾燥・
ゲル化後、８５０℃で３分間、乾燥したＮ₂中で焼き付
けを行った。

【００２４】得られた鋼板は、硼酸アルミニウムの皮膜
が下地のグラス皮膜と密着しており、実施例１と同様な
曲げ試験を行った結果、皮膜の剥離は全く認められず、
密着性は極めて良好であった。張力皮膜の厚みは１．５
μｍであった。また、張力皮膜形成前と形成後の鉄損Ｗ
_17/50を測定したところ、それぞれ０．９６w/kgおよび
０．８３w/kgであり、顕著な鉄損低減効果が得られた。

【００２５】比較例３コーティング液中にＦｅＯＯＨ微粒子を含有させないこ
と以外は、実施例３と全く同様のことを行った。得られ
た鋼板は、Ｘ線回折や電子顕微鏡による観察の結果、結
晶性の低い硼酸アルミニウムの皮膜（厚み約１．５μ
ｍ）が下地のグラス皮膜上に形成されていたが、この鋼
板を２０mmφのロール棒による１８０度曲げ試験に供し
たところ、全面積の合計約２０％の部分から皮膜の剥離
が観察された。

【００２６】実施例４Ｓｉを３．２％含有する仕上焼鈍後のグラス皮膜（フォ
ルステライト皮膜）を有する方向性電磁鋼板に、市販の
アルミナゾル（固形分１０％を含む）１００重量部、メ
タ硼酸５重量部、酢酸スズ０．２重量部、および蒸留水
よりなるコーティング液を片面４ｇ／ｍ²となるように
塗布し、乾燥・ゲル化後、８５０℃で３分間、乾燥した
Ｎ₂中で焼き付けを行った。

【００２７】得られた鋼板は、Ｘ線回折や電子顕微鏡観
察の結果、張力皮膜（厚み約１．５μｍ）の硼酸アルミ
ニウムが下地のグラス皮膜に密着していることがわかっ
た。この密着性は極めて良好であり、２０mmφのロール
棒による１８０度曲げ試験によっても皮膜の剥離は全く
認められなかった。また、この張力皮膜形成前と形成後
の鉄損Ｗ_17/50を測定したところ、それぞれ０．９６w/
kgおよび０．８４w/kgであり、張力皮膜による顕著な鉄
損低減効果が得られた。

【００２８】比較例４コーティング液中に酢酸スズを含有させないこと以外
は、実施例４と全く同様なことを行った。得られた鋼板
はＸ線回折や電子顕微鏡観察の結果、結晶性の低い硼酸
アルミニウムの皮膜（厚み約１．５μｍ）が下地のグラ
ス皮膜上に形成されていたが、この鋼板を２０mmφのロ
ール棒による１８０度曲げ試験に供したところ、全面積
の合計約２０％の部分から皮膜の剥離が観察された。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板
上に極めて密着性の良いセラミック質張力皮膜が形成さ
れた方向性電磁鋼板を得るものであり、その工業的効果
は甚大である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板表面に酸化
物系の張力皮膜を形成するにあたり、該張力皮膜形成の
ための酸化物原料に金属塩の微粒子、および／または水
溶性の金属塩を０．１〜５重量％添加した液を塗布し乾
燥後、５００〜１３５０℃で焼き付け、酸化物皮膜を形
成することを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼板の製造方
法。
【請求項２】金属塩の塩が酸化物、水酸化物、硝酸
塩、酢酸塩である請求項１記載の低鉄損方向性電磁鋼板
の製造方法。
【請求項３】金属塩の金属がＶ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｎである請求項１記載の低
鉄損方向性電磁鋼板の製造方法。