JPH1180909A

JPH1180909A - 張力付加型被膜の密着性の良い低鉄損方向性珪素鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1180909A
Application number: JP9256110A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamaguchi; 山口　　広; Minoru Takashima; 高島　　稔; Michiro Komatsubara; 道郎小松原
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 1999-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気的に平滑な表面を有する方向性珪素鋼板
上に、十分な密着性を持った張力付加型の絶縁コーティ
ングを形成させ、更なる磁気特性向上を図ることを目的
とする。【解決手段】張力付加型被膜の密着性の良い低鉄損方
向性珪素鋼板を、磁気的に平滑化された表面を有する方
向性珪素鋼板表面上に、電解エッチングされた金属めっ
き層を介して、張力付加型被膜を有してなるものとす
る。また、金属めっきを電解メッキ溶中において行な
い、その後極性を反転させて電解エッチングを行なうこ
ととする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低鉄損の方向性珪素鋼
板およびその製造方法に係り、特に張力付加型絶縁被膜
の密着性の良い低鉄損方向性珪素鋼板およびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】方向性珪素鋼板は主として変圧器その他
の電気機器の鉄心材料として使用され、磁束密度および
鉄損値等の磁気特性に優れることが基本的に重要であ
り、特にエネルギーロスを少なくするため、低鉄損の材
料が求められている。鉄損の低減には板厚を低減するこ
とのほか、Ｓｉ含有量を増す、結晶方位の配向性を高め
る等の方法があるが、それに加えて鋼板に張力を付加す
ることが有効である。鋼板への張力の付与方法として
は、鋼板より熱膨張係数の小さい材質からなる被膜を設
けることが一般に採用されている。すなわち珪素鋼板の
仕上焼鈍工程で、鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布してフォ
ルステライトを主成分被膜を形成させ、さらにその上に
低熱膨張性の張力付加型の絶縁コーティングを上塗りし
て製品とし、強力な張力を鋼板に与えるのである。

【０００３】ところで、近年鋼板表面を磁気的に平滑化
する手法が、例えば仕上焼鈍工程で意図的にフォルステ
ライト被膜の形成を抑制したり、形成されたフォルステ
ライト被膜を除去した後、その表面を平滑に仕上げる手
法が開発され、それにより著しい鉄損の減少が認められ
ることが明らかとなってきている。例えば、特公昭５２
−２４４９９号公報には仕上焼鈍後、酸洗により表面生
成物を除去し、次いで化学研磨または電解研磨により鏡
面状態に仕上げる方法が、特公平４−７２９２０号公報
には表面生成物を除去した後、ハロゲン化物水溶液中で
電解処理する方法が開示されている。また、特開平−４
３９４３号公報にはフォルステライト被膜を除去後、１
０００〜１２００℃の水素気流中でサーマルエッチング
する方法が開示されている。このような表面処理によっ
て鉄損が減少するのは、磁化過程において鋼板の表面近
傍の磁壁移動の妨げとなるピニングサイトが減少し、ヒ
ステリシス損失が減少するためである。

【０００４】フォルステライト被膜を有する方向性珪素
鋼板に適用される張力付加型の絶縁被膜は一般に、アル
ミニウムあるいはアルカリ土類金属のりん酸塩、コロイ
ダルシリカおよび、無水クロム酸またはクロム酸塩を主
成分とした処理液を塗布し、焼付けすることによって形
成される。しかしながら、上記張力付加型の被膜は下地
である鋼板との密着力が強くなければ被膜が剥落してし
まうという問題がある。従って、フォルステライト系の
仕上げ焼鈍被膜が鋼板表面に存在する場合には、十分な
密着力が得られるので問題ないが、上述の鏡面化等の表
面平滑化処理を行ない、フォルステライト系仕上焼鈍被
膜を欠く場合には、張力付加型被膜を十分密着させるこ
とができず、このため表面を磁気的に平滑化し鉄損を低
減する技術と張力付与型被膜による鉄損低減技術とを並
立させることが長年の課題となっている。

【０００５】かかる課題の解決のため、従来いくつかの
方法が提案されてきた。例えば、特公昭５２−２４４９
９号公報、特公平７−１１８４０９号公報および、特開
平８−２２２４２３号公報には金属めっき後、特開平６
−１８４７６２号公報にはシリカ（ＳｉＯ₂）薄膜を形
成させた後、コーティング液を塗布、焼付ける方法が示
されている。また、特公昭５６−４１５０号公報にはセ
ラミックス薄膜を蒸着、スパッタリング、溶射などによ
って形成させる方法が、さらに特公昭６３−５４７６７
号には窒化物や炭化物のセラミックス被膜をイオンプレ
ーティングまたはイオンインプランテーションによって
形成する方法が示されている。特公平２−２４３７７０
号には、いわゆるゾル−ゲル法によってセラミックス被
膜を形成する方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの方法は、平滑
化された表面を有する鋼板に張力を付与する方法として
発明されたものではあるが、いくつかの問題点を有し、
未だ実用化されるに至っていない。すなわち、金属薄め
っきを下地とし、その上にコーティング処理する方法で
は被膜の密着性が十分ではなく、シリカ（ＳｉＯ₂）薄
膜を形成させる方法は張力付加効果が劣り、鉄損の改善
効果は十分ではなかった。また、窒化物や炭化物あるい
はその組合わせからなるセラミックス被膜はいずれもそ
の熱膨張係数が地鉄と比較してかなり低いため熱膨張係
数差による張力被膜は大きいが、それゆえ地鉄と被膜と
の曲げ密着性に問題があった。さらに蒸着、スパッタリ
ング、溶射、イオンプレーティング、イオンインプラン
テーションあるいはゾル−ゲル法によるセラミックス被
膜は高コストである上、大面積を大量処理する際の均一
性確保が困難なため、所期の鉄損改善効果が得られず、
工業生産上の問題が解決されなかった。

【０００７】本発明は、これらの従来技術の問題点を有
利に解決し、磁気的に平滑な表面を有する方向性珪素鋼
板上に十分な密着性を持った張力付加型の絶縁コーティ
ングを形成させ、更なる磁気特性向上を図ることを目的
とする。なお、「磁気的平滑さ」とは、いわゆる中心線
平均粗さ（Ｒａ）だけで規定されるものでなく、例えば
ハロゲン化物水溶液中での電解処理によって得られるテ
ラス状の｛１１０｝面と段差により構成されるグレイニ
ング様面もＲａは大きいが、ヒステリシス損失は極めて
低く、磁気的に平滑であるといえる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、発明者らがフ
ォルステライト系被膜のない平滑な方向性珪素鋼板に、
張力付加型の絶縁コーティングを施す場合、両者の密着
性を確保できる下地について種々の検討を行なった結
果、完成するに至ったものであり、磁気的に平滑化され
た表面を有する方向性珪素鋼板表面上に、電解エッチン
グされた金属めっき層を介して張力付加型被膜を有せし
めることにより、目的を達するものである。

【０００９】上記において金属めっき層は、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒのうち、１種または２種以上の単
体またはこれらの合金とするものであり、さらに金属め
っき層の厚さは０．１〜５μｍとし、その１／１０〜２
／３が電解により溶出し、ポーラスな表面を呈している
ものとするものである。

【００１０】また上記、張力付加型被膜の密着性の良い
低鉄損方向性珪素鋼板の製造方法として、磁気的に平滑
な表面を有する方向性珪素鋼板の表面に金属めっきを施
した後、当該めっき面に対して電解エッチングを行な
い、さらに、張力付加型被膜を施すものであり、その際
金属めっきは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒの１種ま
たは２種以上の単体またはこれらの合金により厚さ０．
１〜５μｍの範囲で行なうものとし、更に電解エッチン
グは金属めっき層の１／１０〜２／３が電解により溶出
する範囲で行なわれるものとするものである。また、金
属めっきを電解めっき浴中において行ない、その後該電
解めっき浴中において、極性を反転させて電解エッチン
グを行なうこととするものである。

【００１１】

【発明の実施の態様】本発明においては、まず、常法に
より、方向性珪素鋼板が製造される。即ち、Ｓｉ２〜
４．５％を含有する方向性珪素鋼素材に対し、熱間圧延
および必要に応じ、中間焼鈍を挟んで冷間焼鈍を行なっ
て、最終板厚（一般には０．２〜０．３ｍｍ）の冷延板
を得、該冷延板に対し、脱炭、一次再結晶焼鈍を施した
後、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分とする焼鈍分離剤を
塗布して二次再結晶と鋼板の純化を兼ねる最終焼鈍を行
なって、（１１０）〔００１〕方位の十分発達した方向
性珪素鋼を得る。本発明においては、上記方向性珪素鋼
の製造方法はいかなる手段を使用してもよく、特に制限
はない。例えば焼鈍分離剤として、ＭｇＯ以外のものを
使用し、フォルステライト被膜の生成をさせないように
してもよい。

【００１２】上記により得られた方向性珪素鋼板に対し
て、必要により、硫酸等の溶液による酸洗処理を施し、
フォルステライトなどの表面被膜を除去し、さらに電解
研磨を行なって方向性珪素鋼の表面を磁気的に平滑化す
る。電解研磨は一般に、りん酸−クロム酸浴中で公知の
手段により行なえばよく、鋼板表面が磁気的に平滑化さ
れるものであれば、その手段は問わない。また、いわゆ
るフォルステライト被膜の生成が抑制されている場合な
ど、最終焼鈍された状態で、鋼板表面が磁気的に十分平
滑化されている場合は、電解研磨を省略することも可能
である。なお、「磁気的に平滑」とは、磁壁移動のピニ
ングサイトの減少した表面状態をいい、いわゆる中心線
平均粗さ（Ｒａ）だけで規定されるものでなく、例えば
ハロゲン化物水溶液中での電解処理によって得られるテ
ラス状の｛１１０｝面と段差により構成されるグレイニ
ング様面も含まれ、鋼板のヒステリシス損失を測定する
ことによって判定できる。

【００１３】上記により得られた磁気的に平滑化された
表面を有する電磁鋼板に対し、金属めっきを施す。金属
めっきは通常のめっき浴中で鋼板を陰極として電気めっ
きすることにより行なう。めっき金属としては、８００
℃程度の張力コーティングの焼付け温度や歪取り焼鈍温
度で液化する低融点金属あるいは合金でなければよく、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等が工業的にも利用しや
すく、単独または複合ないし合金めっきとして用いるこ
とができる。

【００１４】めっき層の厚さは０．１〜５μｍの範囲が
好適である。薄すぎると張力コーティングの密着性が十
分でなかったり、正極電解処理時にめっき層だけでなく
鋼板自身もエッチングされてしまうからである。また、
厚すぎると、珪素鋼板としての占積率が低下するので好
ましくない。めっき条件は浴の種類によって種々変化す
るので一概には言えないが、電流密度はおよそ１〜１０
０Ａ／ｄｍ²の範囲が目的のめっき層を形成するのに適
している。

【００１５】金属めっきされた方向性珪素鋼板には、つ
いで電解エッチング処理が施される。電解エッチング
は、めっきされた鋼板を正極として電解を行なうことに
よって行なうが、金属めっきを行なった槽の浴中でめっ
き時に陰極としていた鋼板の極性をめっき終了後、反転
させ正極とすることにより実施するのが、簡便かつ合理
的である。エッチングされた被めっき金属は、そのまま
めっき浴中にイオンとして還元されるので、再び鋼板の
めっき処理に利用でき、工業的にもきわめて有利であ
る。

【００１６】電解処理量は、電析させためっき総量を超
える範囲でなければ特に限定されないが、めっき層の１
／１０〜２／３程度が好ましい。この範囲で、上記めっ
き層は鋼板に対し、電気めっき特有の強い密着性を持つ
とともに、電解エッチングにより粗くポーラス状の表面
を呈し、該めっき層上に形成される張力被膜が浸透し、
両者が広い表面積で接し、張力被膜の密着性が非常に大
になるからである。なお、電解エッチング処理を施さな
い場合は、めっき面は均一または平坦となり張力コーテ
ィングの密着性を確保することができない。

【００１７】エッチング処理を施した金属めっき層の上
に張力コーティングを形成させる。張力コーティングの
種類としては、従来からフォルステライト被膜を有する
方向性珪素鋼板に用いられているりん酸塩−コロイダル
シリカ−クロム酸系のコーティング等がその効果および
コスト、均一処理性などの点から好適である。コーティ
ングの厚みとしては、張力付与効果や占積率、被膜密着
性等の点から０．３〜１０μｍ程度の範囲が好ましい。
なお、張力コーティングとして上記以外にも特開平６−
６５７５４号公報、特開平６−６５７５５号公報、特開
平６−２９９３６６号公報などで提案されている硼酸−
アルミナ等の酸化物系被膜を適用することも可能であ
り、その目的を達する限り、特に限定されない。

【００１８】このようにして得られた鋼板に、更なる鉄
損低減を目的としてレーザーあるいはプラズマ炎等を照
射して、磁区の細分化を行なっても絶縁コーティングの
密着性にはなんら支障は生じない。また、本発明の方向
性珪素鋼板の製造工程の任意の段階で磁区細分化のた
め、表面にエッチングや歯形ロールで一定間隔の溝を形
成することも、一層の鉄損低減を図る手段として有効で
ある。

【００１９】

【実施例】

【実施例１】３％Ｓｉを含有する最終板厚０．２３ｍｍ
に圧延された冷延板を、脱炭、一次再結晶焼鈍した後、
ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶
過程と純化過程を含む最終焼鈍を施した。この仕上焼鈍
板を硫酸酸洗し、表面のフォルステライトを除去し、次
いでりん酸−クロム酸浴中で電解研磨を行ない、表面を
磁気的に平滑化した。このようにして得られた鋼板に、
表１に示すめっき層の電析および電解エッチングを連続
的に行なった。被めっき金属はニッケル（Ｎｉ）で、め
っき層の電析は鋼板を陰極電解することによってなさ
れ、次いで鋼板極性を反転させて陽極電解し、めっき層
表面のエッチング処理を行なった。めっき浴は硫酸ニッ
ケル（ＮｉＳＯ₄）４００ｇ／ｌ、塩化ニッケル（Ｎｉ
Ｃｌ₂）８５ｇ／ｌ、硼酸（Ｈ₃ＢＯ₃）５０ｇ／ｌから
なるワット浴を使用した。その後、張力コーティングと
してりん酸マグネシウム、コロイダルシリカおよび無水
クロム酸を主成分とする水性処理液を塗布し、８００℃
で焼き付け約３．０μｍの厚さの被膜を形成させた。得
られた鋼板の磁束密度（Ｂ８）、鉄損（Ｗ１７／５０）
を測定し、さらに被膜密着性を評価した。被膜の密着性
は種々の径を持つ丸棒に試料を巻き付け、被膜が剥離し
ない最小径（ｍｍ）で評価した。これらの結果を表１に
まとめて併記した。表１から明らかなように、めっきを
行なわなかった比較例の試料Ｎｏ．６はコーティング被
成時に被膜の剥離が見られ、密着性はきわめて悪かっ
た。コーティングによる張力効果がないため鉄損値も不
良である。また、めっき層をエッチング処理していない
比較例の試料Ｎｏ．４、５も張力コーティングの密着性
は悪く、鉄損値レベルも十分ではない。これらに対し、
本発明に適合する適合例のＮｏ．１〜３は優れた鉄損、
被膜密着性を示している。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【実施例２】３％Ｓｉを含有する最終板厚０．２３ｍｍ
に圧延された冷延板を、脱炭、一次再結晶焼鈍した後、
アルミナ（Ａｌ₂０₃）を主成分とし、これにＣａＳｉＯ
₃およびＭｇＯを添加した焼鈍分離剤を塗布し、二次再
結晶過程と純化過程を含む最終焼鈍を施した。塩酸（Ｈ
Ｃｌ）酸洗し表面のフォルステライトを除去した後、フ
ッ酸−過酸化水素水（ＨＦ−Ｈ₂Ｏ₂）浴中で化学研磨を
行ない、表面を磁気的に平滑化した。得られた鋼板に、
表２に示すクロムめっき層の電析とその表面エッチング
を行なった。めっきは無水クロム酸２５０ｇ／ｌと硫酸
２．５ｇ／ｌからなるサージェント浴組成で行ない、実
施例１と同様に電析とエッチングを行なわない実験例も
実施した。その後、張力コーティングとして、硼酸、ア
ルミナゾルを主成分とする水性処理液を塗布し、９５０
℃で焼き付け、約５．０μｍの厚さの被膜を形成させ
た。得られた方向性珪素鋼板について、実施例１と同様
にして磁気特性および被膜密着性を評価した。これらの
結果を表２にまとめて併記した。表２か明らかなよう
に、めっきを行なわなかった比較例の試料Ｎｏ．１６
や、めっき層をエッチング処理していない比較例の試料
Ｎｏ．１４、１５も張力コーティングの密着性、鉄損値
とも不良である。これらに対し、本発明に適合する適合
例の試料Ｎｏ．１１〜１３は優れた鉄損値と格段に優れ
た被膜密着性を示している。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【実施例３】３％Ｓｉを含有する最終板厚０．２３ｍｍ
に圧延された冷延板を、磁区細分化処理のため５ｍｍ間
隔のエッチング溝を形成後、脱炭、一次再結晶焼鈍を施
し、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分とし塩化カルシウム
（ＣａＣｌ₂）やふっ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）を含む
焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶過程を含む最終焼鈍を
施した。塩酸酸洗し表面のフォルステライトを除去した
後、ポリエチレングリコールを含む塩化ナトリウム（Ｎ
ａＣｌ）水溶液中で電解研磨を行ない、表面を磁気的に
平滑化した。得られた鋼板に、表３に示す条件でコバル
トめっき層の電析とその表面エッチングを行なった。め
っきは硫酸コバルト（ＣｏＳＯ₄）３００ｇ／ｌと塩化
アンモニウム（ＮＨ₄Ｃ）ｌ２０ｇ／ｌ，硼酸（Ｈ₃ＢＯ
₃）６５ｇ／ｌからなる浴組成で行ない、実施例１と同
様に電析とエッチングは同一めっき浴中で連続的に処理
した。なお、比較のため陽極電解エッチングを行なわな
い実験例も実施した。その後、張力コーティングとし
て、りん酸アルミニウム、コロイダルシリカおよびクロ
ム酸マグネシウムを主成分とする水性処理液を塗布し、
８００℃で焼き付け、約４．０μｍの厚さの被膜を形成
させた。得られた方向性珪素鋼板について、実施例１と
同様にして磁気特性および被膜密着性を評価した。これ
らの結果を表３にまとめて併記した。表３から明らかな
ように、めっきを行なわなかった比較例の試料Ｎｏ．２
６や、めっき層をエッチング処理していない比較例の試
料Ｎｏ．４、２５は張力コーティングの密着性、鉄損値
とも不良である。これらに対し、本発明に適合する適合
例の試料Ｎｏ．２１〜２３は優れた鉄損値と格段に優れ
た被膜密着性を示している。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【発明の効果】本発明は上記の様に構成したので、電解
エッチングによるめっき層表層のポーラス化の効果によ
り、鋼板の曲げ加工や剪断、打ち抜き加工あるいは歪取
り焼鈍等に供しても、コーティングの張力付与効果や表
面被覆効果は劣化することはない。その結果、磁気的に
平滑化された表面を有する方向性珪素鋼板の優れた電磁
特性、特に低鉄損特性を、張力付加型絶縁被膜の特性と
結合させて、鉄損の極めて低い方向性珪素鋼板を製造す
ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気的に平滑化された表面を有する方向
性珪素鋼板表面上に電解エッチングされた金属めっき層
を介して張力付加型被膜を有してなることを特徴とする
張力付加型被膜の密着性の良い低鉄損方向性珪素鋼板。
【請求項２】金属めっき層は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ、Ｃｒのうち、１種または２種以上の単体またはこれ
らの合金であることを特徴とする請求項１記載の張力付
加型被膜の密着性の良い低鉄損方向性珪素鋼板。
【請求項３】金属めっき層の厚さは０．１〜５μｍで
あり、その１／１０〜２／３が電解により溶出し、ポー
ラスな表面を呈していることを特徴とする請求項１又は
２記載の張力付加型被膜の密着性の良い低鉄損方向性珪
素鋼板。
【請求項４】磁気的に平滑な表面を有する方向性珪素
鋼板の表面に金属めっきを施した後、当該めっき面に対
して電解エッチングを行ない、さらに、張力付加型被膜
を施すことを特徴とする張力付加型被膜の密着性の良い
低鉄損方向性珪素鋼板の製造方法。
【請求項５】金属めっきは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ、Ｃｒうち１種または２種以上の単体またはこれらの
合金により厚さ０．１〜５μｍの範囲で行なわれるもの
であることを特徴とする請求項４記載の張力付加型被膜
の密着性の良い低鉄損方向性珪素鋼板の製造方法。
【請求項６】電解エッチングは、金属めっき層の１／
１０〜２／３が、電解により溶出する範囲で行なわれる
ことを特徴とする請求項４記載の張力付加型被膜の密着
性の良い低鉄損方向性珪素鋼板の製造方法。
【請求項７】金属めっきを電解めっき浴中において行
ない、その後、該電解めっき浴中において、極性を反転
させて電解エッチングを行なうことを特徴とする請求項
４〜６のいずれかに記載の張力付加型被膜の密着性の良
い低鉄損方向性珪素鋼板の製造方法。