JPH11152579A

JPH11152579A - 無方向性電磁鋼板用表面処理剤とそれを用いた皮膜形成方法

Info

Publication number: JPH11152579A
Application number: JP31816597A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Fujii; 浩康藤井; Kazutoshi Takeda; 和年竹田; Kenji Yuki; 健二幸; Yoshihiro Arita; 吉宏有田; Osamu Tanaka; 収田中
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-06-08
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: JP3408410B2

Abstract

(57)【要約】【課題】クロムを含まないリン酸Ａｌ−エマルジョン
樹脂系の低温焼き付け皮膜の絶縁皮膜における吸湿性と
焼鈍時の焼き付き性を向上する。【解決手段】固形分換算で第一リン酸Ａｌの１００重
量部に対し、エマルジョン樹脂６〜４２重量部と添加剤
としてＯＨ含有の有機化合物を０．５〜１０重量部から
なる皮膜特性の優れる無方向性電磁鋼板用表面処理剤。
ＯＨ含有の有機化合物としては、１価アルコール、多価
アルコール、ポリビニルアルコール類の中から選ばれる
１種又は２種以上が添加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はクローム化合物を含
有しない絶縁皮膜形成技術に関わり、溶接性、密着性、
滑り性等の皮膜特性が優れると共に、特に、耐食性、打
ち抜き性及び焼鈍時に耐焼付き性の優れる無方向性電磁
鋼板用絶縁皮膜剤とそれを用いた絶縁皮膜の形成方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、無方向性電磁鋼板をモータ
ーやトランスの鉄心に使用する場合には所定の形状に打
ち抜いた後、歪み取り焼鈍を行い、所定枚数積み重ねて
溶接、かしめ又は接着等により積鉄心とされる。通常、
この無方向性電磁鋼板表面には電気絶縁皮膜処理が施さ
れる。この絶縁皮膜は、絶縁性のほかに耐食性、打ち抜
き性、溶接性、密着性、高占積率である事の他に焼鈍時
の耐焼き付き性、焼鈍後の耐食性、密着性、滑り性が優
れることが良好な鉄心特性と作業性を得るために重要で
ある。

【０００３】従来、絶縁皮膜剤としては、無機系、有機
系、無機−有機混合系の皮膜が使用条件や使用目的に応
じて適用されてきた。無機系皮膜は耐熱性や歪み取り焼
鈍後の滑り性は優れているが打ち抜き性は劣る。一方、
有機系皮膜の場合には打ち抜き性、密着性は優れている
が焼鈍により皮膜が分解・破壊され、焼鈍後皮膜の密着
性が劣悪で使用に耐えない。このようなそれぞれの欠点
を解決すべく開発され、現在最も一般的に使用されてい
るのが無機−有機混合系皮膜剤である。特公昭５０−１
５０１３号公報には、重クロム酸塩と酢酸ビニル、ブタ
ジエン−スチレン共重合物、アクリル樹脂等の有機樹脂
エマルジョンを主成分とする処理液によって皮膜を形成
する事により優れた占積率、密着性等を保ち、歪み取り
焼鈍を行っても良好な皮膜性能が維持出来る皮膜形成法
が提案されている。

【０００４】一方、特開平５−７８８５５号公報には前
記発明とは異なる成分系としてクロム化合物を含まない
皮膜剤が提案されている。上記公報によると、リン酸Ａ
ｌを含有する水溶液と、ＰＨ１〜３の合成樹脂エマルジ
ョンとを、両者の不揮発分の割合を規定して混合した水
溶液、さらには上記水溶液に平均粒子径５〜１５μｍの
架橋体樹脂粉体を添加する皮膜組成物が提案され、また
この塗布条件として、加熱温度２５０〜５００℃で形成
させる事が記載されている。この発明ではＰＨ１〜３の
樹脂エマルジョンの使用目的として、酸性混合液での液
の安定性が述べられ、粗粒子粉体樹脂添加の目的として
表面の凹凸の形成により、溶接時の通気性改善による溶
接性改善効果が述べられている。

【０００５】又、特開平６−３３０３３８号公報には、
同様なクロムを含有しない処理剤として、リン酸Ａｌの
１００重量部と粒子径０．３〜３．０μｍのエマルジョ
ン樹脂１〜３００重量部とを主成分とする絶縁皮膜形成
方法が提案されている。この発明では、耐熱性の粗粒エ
マルジョン樹脂とその皮膜表面の球面形状効果により高
占積率、優れた溶接性、打ち抜き性と密着性を保ち、焼
鈍後に優れた滑り性と耐食性が得られることが示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来提案されて
きたクロム化合物を含有しないリン酸Ａｌ−エマルジョ
ン樹脂系の無機−有機混合皮膜剤の処理においては、皮
膜中のフリーなＰＯ₄による吸湿が生じやすく耐食性が
劣る問題や、打ち抜き性が劣る問題、更に焼鈍時の皮膜
融着性が従来のクロム化合物含有皮膜に比し劣る問題が
ある。

【０００７】本発明は、クロム化合物を含まないリン酸
Ａｌ−エマルジョン樹脂系の絶縁皮膜における皮膜の吸
湿性（腐食性）、打ち抜き性及び焼鈍時の耐焼き付き性
を改善すべく考案されたものである。これにより、従来
のクロム化合物含有皮膜処理剤と同等以上の耐食性、打
ち抜き性及び耐焼鈍性が得られる絶縁皮膜処理剤とその
皮膜形成処理方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の構成を
要旨とする。（１）固形分換算で第一リン酸アルミ１００重量部に
対して、固形分換算でエマルジョン樹脂６〜４２重量部
と添加剤としてＯＨを含有する有機化合物を０．５〜１
５重量部からなる皮膜特性の優れる無方向性電磁鋼板用
表面処理剤。（２）ＯＨを含有する有機化合物として、１価アルコ
ール、多価アルコール、フェノール類有機ポリマーの中
から選ばれる１種又は２種以上を添加することを特徴と
する（１）記載の皮膜特性の優れる無方向性電磁鋼板用
表面処理剤。（３）ＯＨ含有の有機化合物として、ブチルアルコー
ル、シクロヘキサノール、フルフリルアルコール、フェ
ノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、プ
ロピレングリコール、ヘキシレングリコール、グリセリ
ン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールから
選ばれる１種又は２種以上を添加することを特徴とする
（１）又は（２）記載の皮膜特性の優れる無方向性電磁
鋼板用表面処理剤。（４）エマルジョン樹脂としてアクリル、スチレン、
酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミ
ド、ポリカーボネイト、メラミン、フェノール、ポリウ
レタン、アルキッド、イソシアネート、エポキシから選
ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする（１）
（２）又は（３）記載の皮膜特性の優れる無方向性電磁
鋼板用表面処理剤。（５）（１）（２）（３）又は（４）記載の無方向性
電磁鋼板用表面処理剤を、連続焼鈍済みの鋼板に均一に
塗布した後、１７０〜３００℃で焼き付け処理すること
を特徴とする皮膜特性の優れる無方向性電磁鋼板の皮膜
形成方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、リン酸Ａｌ−エマ
ルジョン樹脂主成分皮膜における皮膜特性の欠点であっ
た皮膜焼き付け後の耐吸湿性と打ち抜き性不良及び焼鈍
時の耐焼き付き性不良という問題を解決すべく、液組成
や焼き付け条件について改善に取り組んだ。

【００１０】その結果、リン酸Ａｌ−エマルジョン樹脂
系の組成に対し、ＯＨ基を含有する有機化合物を一定割
合で添加することにより、従来のリン酸Ａｌを主成分と
するクロム化合物を含有しない皮膜剤処理の欠点を解決
し、溶接性、密着性、滑り性は勿論のこと、特に、耐食
性、耐焼鈍性、打ち抜き性が大幅に改善できる本発明の
完成に成功した。以下、詳細に説明する。

【００１１】本発明の適用に当たっては出発材としては
最終圧延された無方向性電磁鋼板素材を連続ラインにお
いて脱脂、連続焼鈍を行った鋼板表面に処理される。本
発明においては、その処理剤組成に特徴がある。即ち、
リン酸塩としてはリン酸Ａｌが用いられ、その１００重
量部に対しエマルジョン樹脂６〜４２重量部配合した液
をベース液とし、更にＯＨ含有の有機化合物が０．５か
ら１５重量部の範囲で添加される。

【００１２】本発明で用いられるリン酸Ａｌとしては、
Ａｌ₂Ｏ₃やＡｌ（ＯＨ）₃とリン酸の反応によって第
一リン酸Ａｌが用いられる。本発明で言う第一リン酸Ａ
ｌとは、Ａｌ（ＯＨ）₃或いはＡｌ₂Ｏ₃等のＡｌ化合
物とリン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）の反応物で、通常第一リン酸
Ａｌと呼ばれるＡｌ（Ｈ₂ＰＯ₄）₃組成の化合物の水
溶液である。この際の溶液のＡｌ₂Ｏ₃／Ｈ₃ＰＯ₄の
モル比は０．１３〜０．２０が用いられる。０．１３よ
りモル比が小さいとフリーのリン酸が多くなって歪取り
焼鈍時の焼き付き性が増したり、吸湿性が増すため好ま
しくなく、一方、０．２０より大きいとリン酸Ａｌ自体
の安定性が悪くなって、溶液中での析出等が生じるため
好ましくないからである。

【００１３】この処理液の調整に当たっては、先ず、リ
ン酸Ａｌを適当量の水で希釈してエマルジョン樹脂を添
加し、ＯＨ含有の有機化合物が添加される。エマルジョ
ン樹脂としては特に、アクリル、スチレン、酢酸ビニ
ル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリ
カーボネイト、メラミン、フェノール、ポリウレタン、
アルキッド、イソシアネート、エポキシから選ばれる１
種又は２種以上を用いるのが望ましい。又、これらの重
合体、架橋体も勿論使用できる。これらの樹脂は特殊な
粒子の成長反応と乳化方式によってエマルジョン樹脂と
して安定化する。これらのエマルジョン樹脂は工業的に
容易且つ安価に製造でき、前記配合比であれば低温焼き
付けで外観、緻密性が優れ、溶接性、滑り性に優れた良
好な外観の皮膜を形成することができる。

【００１４】また本発明で重要な添加剤のＯＨ含有の有
機化合物としては、１価アルコール、多価アルコール、
フェノール類有機ポリマー（共重合体でもよい）が１０
０重量部のリン酸Ａｌに対し０．５〜１５重量部添加さ
れる。また、この際のＯＨ含有有機物質としては特に、
ブチルアルコール、シクロヘキサノール、フルフリルア
ルコール、フェノール、ベンジルアルコール、エチレン
グリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコ
ール、グリセリン、ポリビニルアルコール、ポリビニル
ブチラールから選ばれる１種又は２種以上が添加される
事が望ましい。これらの添加に際しては、液体である１
価アルコール、多価アルコールの場合は、直接リン酸Ａ
ｌとエマルジョン樹脂の混合液に添加し、攪拌して液調
整を行う。一方、例えば粉体樹脂のポリビニルアルコー
ルの様なフェノール類有機ポリマーの場合には、予め温
水や熱湯を用いて溶解し、攪拌しながら徐々に添加する
のが望ましい。

【００１５】より好ましい条件としては、焼き付け時の
安定性の面から多価アルコールやフェノール類有機ポリ
マーがより優れている。特に、ポリビニルアルコールを
一定量以上添加すると焼鈍前後の皮膜特性において良好
な結果が得られた。本発明の表面処理剤は、必要に応じ
て、例えば、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂などのコ
ロイダル物質や、Ｈ₃ＰＯ₃，ＮａＳｉＯ₃などのガラ
ス化剤などのその他の添加剤を含むことができる。

【００１６】このようにして調整された処理剤はコーテ
ィングロールを用いて焼鈍ライン中で塗布量を制御して
塗布及び乾燥焼き付けが行われる。塗布量は適用される
製品の使用目的に応じて決められる。本発明剤の場合に
は焼き付け後重量で０．５〜４．０ｇ／ｍ²であれば皮
膜性能、外観等優れた皮膜が形成できる。乾燥焼き付け
条件としては、板温度１７０〜３００℃で焼き付け処理
がおこなわれる。

【００１７】次に本発明における限定理由について述べ
る。本発明の絶縁皮膜剤の液組成においては、リン酸Ａ
ｌ、エマルジョン樹脂及び添加剤のＯＨ含有有機化合物
の配合割合が重要である。先ず、リン酸Ａｌとエマルジ
ョン樹脂の割合は溶接性、打ち抜き性、耐熱性、密着性
等の基本性能を決めるのに重要である。固形分重量でリ
ン酸Ａｌの１００重量部に対し、エマルジョン樹脂６重
量部未満では焼き付け後の皮膜表面層の有機Ｃ濃度が低
く打ち抜き性に悪影響をもたらす。一方、４２重量部超
では皮膜中の樹脂濃度が高くなり打ち抜き性は向上する
が、溶接性や焼鈍後の密着性低下が見られるため制限さ
れる。

【００１８】また本発明の最も特徴とするＯＨ含有有機
化合物は、フリーのリン酸の安定化作用や焼き付け後の
皮膜表面層の有機炭素の濃度高める作用を有する。ＯＨ
化合物はリン酸Ａｌの１００重量部に対し０．５〜１５
重量部の割合で添加される。０．５重量部未満では皮膜
中のフリーなＰＯ₄の固定反応が弱く、焼鈍時の焼き付
き性改善効果が十分でない。又、皮膜層、特に表面層近
傍の有機Ｃ濃度を高める効果が見られず、打ち抜き性向
上効果を生じない。一方、１５重量部超の場合には焼き
付け条件によっては変色を生じたり、光沢のある美麗な
表面外観が得られない。極端な場合には添加有機物自体
によるベタツキを発生する場合があり、焼鈍後の密着性
を劣化するので制限される。０．５〜１５重量部の範囲
であれば外観、耐吸湿性、打ち抜き性及び耐焼鈍性等の
良好な皮膜性能の改善が得られる。しかし、溶接性、耐
熱性、焼鈍後の密着性等における安定性を考慮すると、
最も好ましい範囲は１．０〜４．５重量部の範囲であ
る。

【００１９】以上のように調整された処理液は水によっ
てその濃度を調整し、コーテイングロール等を用いて連
続焼鈍後の鋼板面に塗布し、板温１７０〜３００℃で乾
燥、焼き付け処理される。本発明においてはＯＨ含有有
機化合物を添加することで、よりフリーリン酸やリン酸
Ａｌの安定化が得られる。このため、添加しない場合に
比し、より低温での焼き付けが可能であり、エネルギー
消費を低減することが出来る。乾燥時の板温が１７０℃
未満では本発明の添加剤をもってしても十分な吸湿性や
焼鈍時の焼き付き性防止効果が得られない。一方、３０
０℃超では樹脂成分や添加剤の種類によっては有機成分
の焼けムラが生じ、皮膜の変色による外観不良を生じる
場合がある。又、有機Ｃの被膜中、特に皮膜表面での濃
度の低下が生じ、打ち抜き性の低下もたらすため好まし
くない。

【００２０】

【作用】次に、本発明による皮膜性能の改善理由につい
て述べる。本発明で吸湿性の抑制、焼鈍時の焼き付き性
が防止される理由は明確ではないが、ＯＨ含有有機物中
のＯＨとリン酸Ａｌが有するフリーのＰＯ₄との反応に
よってエステル化反応を生じＰＯ₄が安定化され耐吸湿
性や耐焼鈍性の向上効果が得られるものと考えられる。
打ち抜き性向上に対しては皮膜層、特に表面層の有機Ｃ
濃度を高める事と、エマルジョン樹脂の間をより均一に
有機物質が充填することにより打ち抜き時の潤滑効果の
向上が得られ、改善効果が得られるものと考えられる。

【００２１】

【実施例】実施例１公知の方法で製造した板厚０．５ｍｍの無方向性電磁鋼
板コイルを、連続ラインにおいて最終焼鈍した。次い
で、同ラインで表１に示す様に、リン酸Ａｌ−エマルジ
ョン樹脂主成分の水溶液にＯＨ含有有機化合物を添加し
た処理剤をコーティングロールを用いて塗布し、板温２
３０℃で焼き付け処理を行った。この際の塗布量は焼き
付け後の重量で１ｇ／ｍ²であった。

【００２２】この後、この製品コイルからサンプルを切
り出し、皮膜特性について調査を行った。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】ただし、表中の被膜特性は下記の如く測定
した。 *1）耐触性Ａ：50℃、湿度98％の大気中にサンプルを吊
し、７日間経過後の表面状態を評価した。 *2）打抜性：スチールダイス、クリアランス5%、カエリ
高さ50μm に達するまでの打抜回数。 *3）溶接性：電流120A、電極Th-W(2.4mmφ) 、Ar流量6l
/min. 締付圧力50kg/cm²、スピード100cm/min.のTIG 溶
接の結果。 *4）焼鈍条件：750 ℃、2Hr 、N₂100%。 *5）耐触性Ｂ：30℃、90日、湿度80％中で放置後の錆発
生状況。 *6）焼き付き性：図１に示す如く30×40mmの鋼板１，２
を図１（ａ）の如く鋼板の長手方向が交互に直角になる
ように積層し、図１（ｂ）のように締め圧40kg/cm²で締
め付け、ボルト締め後、750 ℃、2Hr 、N₂中で焼鈍後鋼
板の焼き付き力を図１（ｃ）の如くバネ秤４で剥離力を
測定した。図１の３はダミー板である。

【００２６】この試験の結果、本発明のＯＨ化合物を添
加した処理剤を塗布した場合は無添加の処理剤塗布の場
合に比し表面外観が光沢があり良好であった。被膜特性
は、焼鈍前の特性において、本発明の実施例では何れも
表面の錆の発生がなく、打ち抜き試験においてはＯＨ化
合物の添加なしの場合と比較して良好な結果が得られ
た。又、焼鈍後の特性に於いても、本発明の実施例では
錆発生がなく、焼鈍時の焼き付き性が比較材に比べかな
り改善される結果となった。

【００２７】実施例２公知の方法で製造した板厚０．５ｍｍの無方向性電磁鋼
板コイルを、連続ラインにおいて最終焼鈍した。次い
で、実施例１と同様に同ラインで表３に示す様に、リン
酸Ａｌ−エマルジョン樹脂主成分の水溶液にＯＨ含有有
機化合物を添加量を変更して添加した処理剤をコーティ
ングロールを用いて塗布し、板温２５０℃で焼き付け処
理を行った。この際の塗布量は焼き付け後の重量で1.5
ｇ／ｍ²であった。

【００２８】この後、この製品コイルからサンプルを切
り出し、皮膜特性について調査を行った。結果を表４に
示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】この試験の結果、本発明のＯＨ含有の有機
化合物添加の場合には、実施例１と同様に焼鈍前後の錆
発生がなく、焼鈍時の焼き付き性が極めて改善された。
また、打ち抜き性もＯＨ含有有機化合物の添加しない場
合に比し優れる結果が得られた。また、これらの傾向は
ＯＨ含有化合物の添加量が本発明の範囲内では多い場合
の方が優れる傾向が見られた。しかし、比較例１の様に
ＯＨ化合物の添加量が多すぎる場合には（固形分でリン
酸Ａｌの１００重量部に対し２０重量部）、錆の発生が
やや見られ、溶接性も劣る結果となった。実施例３公知の方法で製造した板厚０．５ｍｍの無方向性電磁鋼
板コイルを、連続ラインにおいて最終焼鈍した。次いで
実施例２の本発明３で用いた組成液を塗布し、第５表に
示すように板温１５０〜３２０℃で焼き付け処理を行っ
た。この際の塗布量は焼き付け後の重量で１．２ｇ／ｍ
²に調整した。

【００３２】この後、この製品コイルからサンプルを切
り出し、皮膜特性について調査を行った。結果を表６に
示す。

【００３３】

【表５】

【００３４】

【表６】

【００３５】この実験の結果、本発明の処理剤を用いて
も、焼き付け温度が低すぎる場合には、特に焼鈍前の場
合、吸湿による錆の発生が多く見られた。又、溶接性や
焼鈍時の耐焼き付き性が劣る傾向が見られた。一方、焼
き付け温度が高すぎる３５０℃の場合には、皮膜表面外
観が茶褐色に変色し光沢も鈍く不良であった。皮膜特性
においてもやや耐食性が劣り、打ち抜き性も低下する傾
向が見られた。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、リン酸Ａｌ−エマルジ
ョン樹脂系絶縁皮膜において、ＯＨ含有有機化合物の添
加により、焼き付け後の耐吸湿性が向上し、歪み取り焼
鈍時における絶縁皮膜の耐焼き付き性の堅調な改善が得
られる。更に、皮膜表面の有機成分分布の改善から打ち
抜き性の改善効果が得られる優れた皮膜特性を有する無
方向性電磁鋼板の製造技術を提供する。

【００３７】これにより、良問題が解消され、従来のク
ロム化合物を含有しない皮膜剤を適用する場合より、総
合的に、安定して皮膜性能が良好な無方向性電磁鋼板が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】歪み取り焼鈍における皮膜の焼き付き（融着）
性を評価する方法である。

フロントページの続き (72)発明者幸健二兵庫県姫路市広畑区富士町１番地新日本製鐵株式会社広畑製鐵所内 (72)発明者有田吉宏福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者田中収福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地の59 日鐵プラント設計株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固形分換算で第一リン酸アルミ１００重
量部に対して、固形分換算でエマルジョン樹脂６〜４２
重量部と添加剤としてＯＨを含有する有機化合物を０．
５〜１５重量部含むことを特徴とする無方向性電磁鋼板
用表面処理剤。
【請求項２】ＯＨを含有する有機化合物として、１価
アルコール、多価アルコール、フェノール類有機ポリマ
ーの中から選ばれる１種又は２種以上を添加することを
特徴とする請求項１または２記載の無方向性電磁鋼板用
表面処理剤。
【請求項３】ＯＨ含有の有機化合物として、ブチルア
ルコール、シクロヘキサノール、フルフリルアルコー
ル、フェノール、ベンジルアルコール、エチレングリコ
ール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール、
グリセリン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラ
ールから選ばれる１種又は２種以上を添加することを特
徴とする請求項２記載の無方向性電磁鋼板用表面処理
剤。
【請求項４】エマルジョン樹脂としてアクリル、スチ
レン、酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リアミド、ポリカーボネイト、メラミン、フェノール、
ポリウレタン、アルキッド、イソシアネート、エポキシ
から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする
請求項１，２または３記載の無方向性電磁鋼板用表面処
理剤。
【請求項５】請求項１，２，３もしくは４記載の無方
向性電磁鋼板用表面処理剤を、連続焼鈍済みの鋼板に均
一に塗布した後、１７０〜３００℃で焼き付け処理する
ことを特徴とする無方向性電磁鋼板の皮膜形成方法。