JP6863534B1 - 絶縁被膜付き電磁鋼板 - Google Patents

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Abstract

圧延直角方向よりも圧延方向に大きな張力を付与することができ、被膜密着性にも優れる絶縁被膜を有する絶縁被膜付き電磁鋼板を提供すること。電磁鋼板の表面に結晶性の繊維状物質を含有する絶縁被膜を有し、前記絶縁被膜中での前記結晶性の繊維状物質の圧延方向断面における圧延方向長さ（ＬＲＤ）と圧延直角方向断面における圧延直角方向長さ（ＬＴＤ）の比（ＬＲＤ／ＬＴＤ）が１．５以上５０．０以下である、絶縁被膜付き電磁鋼板。

Description

本発明は、絶縁被膜付き電磁鋼板に関する。本発明は、特に、磁気特性および絶縁被膜の被膜密着性に優れる絶縁被膜付き電磁鋼板に関し、なかでも絶縁被膜付き方向性電磁鋼板に関するものである。
電磁鋼板は、回転機、静止器の鉄心材料として広く利用されている軟磁性材料である。特に、方向性電磁鋼板は、変圧器や発電機の鉄心材料として用いられる軟磁性材料で、鉄の磁化容易軸である＜００１＞方位が鋼板の圧延方向に高度に揃った結晶組織を有するものである。このような集合組織は、方向性電磁鋼板の製造工程中、二次再結晶焼鈍の際にいわゆるゴス（Ｇｏｓｓ）方位と称される（１１０）〔００１〕方位の結晶粒を優先的に巨大成長させる、二次再結晶を通じて形成される。
一般に、方向性電磁鋼板の表面には、リン酸塩を主体とする絶縁被膜（リン酸塩被膜）が施されている。リン酸塩被膜は、絶縁性、張力を付与して磁気特性を改善する目的で方向性電磁鋼板の表面に設けられるが、加工性、被膜密着性、防錆性等の実用上の性能も要求される。リン酸塩被膜は８００℃を超える高温で形成され、しかも鋼板と比較して低い熱膨張率を持つことから室温まで下がったときの鋼板と被膜との熱膨張率の差異により鋼板に張力が付与され、鉄損を低減させる効果がある。また、無方向性電磁鋼板においても、圧縮応力による特性の劣化を緩和する目的で鋼板に引っ張り応力を与えることが好ましい。そのため方向性電磁鋼板の分野においては、たとえば特許文献１のように８ＭＰａ以上とできるだけ高い張力を鋼板に付与することが望まれている。
このような要望を満たすために、従来から種々のガラス質被膜が提案されている。例えば、特許文献２には、リン酸マグネシウム、コロイド状シリカおよび無水クロム酸を主体とする被膜が、また特許文献３には、リン酸アルミニウム、コロイド状シリカおよび無水クロム酸を主体とする被膜が、特許文献４には繊維状コロイダルシリカを用いた被膜がそれぞれ提案されている。
かかる被膜は熱膨張係数が等方的であるため、等方的に張力を鋼板に付与するものである。圧延方向に張力が加わった場合は磁区が細分化し鉄損が低減する一方、圧延直角方向に張力が加わった場合には逆に鉄損が増加してしまうことが知られている。こういった問題を防止する方法としては、特許文献５に開示されている技術がある。特許文献５に開示された技術は、絶縁被膜の厚みを圧延直角方向に変化させることで圧延方向と圧延直角方向の張力を制御するものである。
特開平８−６７９１３号公報 特開昭５０−７９４４２号公報 特開昭４８−３９３３８号公報 特開平８−２３９７７１号公報 特開２００１−３０３２６１号公報
しかしながら、特許文献５の方法では、板幅方向に異なる厚みの被膜を形成するため、コーティング時に特殊な塗布方法が必要であったり、均一に塗布したのち加工により被膜厚みを制御することが必要になるため、製造コストや歩留り、生産性が悪いといった課題がある。上記の課題は熱膨張挙動が圧延方向と圧延直角方向で異なる被膜を塗布、焼付で形成できれば解決できると考えられるが、ガラス質を中心とするこれまでの技術では熱膨張が等方性のため実現が困難であった。
本発明は、圧延直角方向よりも圧延方向に大きな張力を付与することができ、被膜密着性にも優れる絶縁被膜を有する絶縁被膜付き電磁鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、結晶性の繊維状物質を配向性高く含有する絶縁被膜により、特許文献５と同様の効果が得られることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の構成を有する。
［１］電磁鋼板の表面に結晶性の繊維状物質を含有する絶縁被膜を有し、前記絶縁被膜中での前記結晶性の繊維状物質の圧延方向断面における圧延方向長さ（ＬＲＤ）と圧延直角方向断面における圧延直角方向長さ（ＬＴＤ）の比（ＬＲＤ／ＬＴＤ）が１．５以上５０．０以下である、絶縁被膜付き電磁鋼板。
［２］前記絶縁被膜中での前記結晶性の繊維状物質の圧延直角方向断面における板厚方向長さ（ＬＮＤ）と絶縁被膜の膜厚（ｄ）の比（ＬＮＤ／ｄ）が０．２以上２．０以下である、［１］に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
［３］前記結晶性の繊維状物質の２５℃から８００℃の温度範囲における体積熱膨張率が３０×１０−６／Ｋ以下である、［１］または［２］に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
［４］前記結晶性の繊維状物質の２５℃から８００℃の温度範囲における線熱膨張率が異方性を有する、［１］〜［３］のいずれかに記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
［５］前記絶縁被膜が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｂ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｍｎのうちから選ばれる金属元素を１種もしくは２種以上含むリン酸塩を含有する、［１］〜［４］のいずれかに記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
本発明によれば、圧延直角方向よりも圧延方向に大きな張力を付与することができ、被膜密着性にも優れる絶縁被膜を有する絶縁被膜付き電磁鋼板を提供することができる。
本発明によれば、絶縁被膜が鋼板の圧延方向と圧延直角方向へ付与する張力を制御することで、鉄損を改善するとともに、スリット加工時におけるスリットエッジ部の被膜密着性、曲げ加工時の被膜密着性を向上させた絶縁被膜付き電磁鋼板を提供することができる。
図１は、本発明における圧延方向断面と圧延直角方向断面の定義を説明する模式図である。 図２は、絶縁被膜中での結晶性の繊維状物質の圧延直角方向断面における圧延直角方向長さ（ＬＴＤ）と板厚方向長さ（ＬＮＤ）の定義を説明する模式図である。 図３は、絶縁被膜中での結晶性の繊維状物質の圧延方向断面における圧延方向長さ（ＬＲＤ）の定義を説明する模式図である。
本発明の基礎となった実験結果について説明する。
まず、試料を次のようにして作製した。
公知の方法で製造された板厚：０．２０ｍｍの仕上焼鈍済みの方向性電磁鋼板から、圧延方向３００ｍｍ×圧延直角方向１００ｍｍの大きさの鋼板をせん断により切り出し、未反応の焼鈍分離剤を除去した後、歪取焼鈍（８００℃、２時間、Ｎ２雰囲気）を施した。鋼板の表面にはフォルステライトを主体とする被膜が形成していた。次に、５質量％リン酸水溶液で軽酸洗した。その後、前記軽酸洗後の鋼板に対して、以下のようにして絶縁被膜を形成した。
（従来例１）特許文献２の実施例２の絶縁被膜を前記特許文献２に記載のとおり施した。なお、絶縁被膜の目付量は、鋼板両面合計の乾燥後目付量で９ｇ／ｍ２とした。
（従来例２）特開平９−７８２５３号公報の実施例の絶縁被膜を前記文献に記載のとおり施した。なお、絶縁被膜の目付量は、鋼板両面合計の乾燥後目付量で９ｇ／ｍ２とした。
（発明例）第一リン酸マグネシウム水溶液を固形分換算で１００質量部、コロイド状シリカをＳｉＯ２固形分換算で５０質量部、コーディエライトを１０質量部混合した水溶液を純水で希釈して比重１．２０に調整した絶縁被膜形成用処理液（コート液）を作製した。前記コート液を、鋼板両面合計の乾燥後目付量で９ｇ／ｍ２となるようにロールコーターにて鋼板表面に塗布した。コーディエライトの一次粒子は六角柱状であり、ａ軸長さ０．８μｍ、ｃ軸長さ４．５μｍであった。また、前記コーディエライトの２５℃から８００℃までの温度範囲における線熱膨張率は、２．９×１０−６／Ｋ（ａ軸方向）、−１．０×１０−６／Ｋ（ｃ軸方向）、２５℃から８００℃までの温度範囲における体積熱膨張率は４．８×１０−６／Ｋであった。次に、乾燥炉に装入し、３００℃で、１分間乾燥し、その後、８５０℃、３０秒間、Ｎ２：１００ｖｏｌ％雰囲気の条件で焼付を実施して鋼板表面に絶縁被膜を形成した。
かくして得られた絶縁被膜付き電磁鋼板から、各試験用の試料を採取し、歪取焼鈍（８００℃、２時間、Ｎ２雰囲気）を行ってから試験に供した。なお、歪取焼鈍は、試料採取時に歪がかからない試料採取方法の場合や、ＳＥＭ観察のように、歪の影響が問題ない場合には省略することも可能である。
かくして得られた試料の絶縁被膜中のコーディエライトの分散状況を、ＦＩＢ（集束イオンビーム）による加工断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の反射電子線像で観察することで確認し、コーディエライトの圧延方向長さ（ＬＲＤ）と圧延直角方向長さ（ＬＴＤ）の比（ＬＲＤ／ＬＴＤ）、板厚方向長さ（ＬＮＤ）と絶縁被膜の膜厚（ｄ）を測定した。
張力（鋼板への圧延方向と圧延直角方向それぞれの付与張力）は、上記のようにして得られた絶縁被膜付き電磁鋼板から圧延方向の張力測定用の試料（圧延方向２８０ｍｍ、圧延直角方向３０ｍｍ）と、圧延直角方向の張力測定用の試料（圧延方向３０ｍｍ、圧延直角方向１００ｍｍ）を切り出し、歪取焼鈍（８００℃、２時間、Ｎ２雰囲気）を施した後、一方の面の絶縁被膜が除去されないように粘着テープでマスキングしてから片面の絶縁被膜を１１０℃、２５質量％のＮａＯＨ水溶液に浸漬して除去し、圧延方向の張力測定用の試料、圧延直角方向の張力測定用の試料のそれぞれについてそり量を測定して求めた。なお、ここでは、圧延方向と圧延直角方向で異なる大きさの試料を用いて張力を測定しているが、張力測定において、サンプルサイズの影響はなく、それぞれの方向の張力を測定可能な大きさの試料を適宜選択できる。
被膜の密着性は、上記のようにして得られた絶縁被膜付き電磁鋼板を圧延方向にせん断した際に、絶縁被膜が剥離した領域の長さを観察することで評価した。せん断後の試料の端部（せん断端部）２０ｍｍの長さにおいて、せん断端部から絶縁被膜が剥離した圧延直角方向の長さを測定し、その最大値が１００μｍ以下である場合を密着性良好、１００μｍ超である場合を密着性不良とした。絶縁被膜の剥離長さ測定方法は特に限定するものではないが、例えば、５０倍のＳＥＭ観察等で測定できる。
磁気特性（鉄損（Ｗ１７／５０））は、ＪＩＳ Ｃ ２５５０に規定された方法で、上記のようにして得られた絶縁被膜付き電磁鋼板を圧延直角方向３０ｍｍ×圧延方向２８０ｍｍにせん断した試料に、歪取焼鈍（８００℃、２時間、Ｎ２雰囲気）を施したものを用いて測定を行った。なお、いずれの試料も磁束密度（Ｂ８）は１．９２Ｔであった。
表１に示すとおり、本発明例による絶縁被膜によれば、圧延直角方向より圧延方向に大きな張力を付与することができ、鉄損の低減効果に優れ、被膜密着性にも優れることがわかる。
Figure 0006863534
次に、本発明の各構成について説明する。
本発明の絶縁被膜を形成する電磁鋼板は公知の方法で製造されるものが使用でき、方向性電磁鋼板、無方向性電磁鋼板いずれでも使用することができる。好適な方向性電磁鋼板の一例として、たとえば次に示すような方法で製造される方向性電磁鋼板を用いることができる。
まず、好ましい鋼の成分組成について説明する。以下、特に断らない限り、各元素の含有量の単位である「％」は「質量％」を意味する。
Ｃ：０．００１〜０．１０％
Ｃは、ゴス方位結晶粒の発生に有用な成分であり、かかる作用を有効に発揮させるためには、Ｃを０．００１％以上含有させることが好ましい。一方、Ｃ含有量が０．１０％を超えると脱炭焼鈍によっても脱炭不良を起こす場合がある。したがって、Ｃ含有量は０．００１〜０．１０％の範囲が好ましい。
Ｓｉ：１．０〜５．０％
Ｓｉは、電気抵抗を高めて鉄損を低下させるとともに、鉄のＢＣＣ組織を安定化させて高温の熱処理を可能とするために必要な成分であり、Ｓｉ含有量は１．０％以上とすることが好ましい。一方、Ｓｉ含有量が５．０％を超えると通常の冷間圧延が困難となる場合がある。したがって、Ｓｉ含有量は１．０〜５．０％の範囲が好ましい。Ｓｉ含有量は２．０〜５．０％の範囲がより好ましい。
Ｍｎ：０．０１〜１．０％
Ｍｎは、鋼の熱間脆性の改善に有効に寄与するだけでなく、ＳやＳｅが混在している場合には、ＭｎＳやＭｎＳｅ等の析出物を形成し結晶粒成長の抑制剤としての機能を発揮する。かかる機能を有効に発揮するためには、Ｍｎ含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｍｎ含有量が１．０％を超えるとＭｎＳｅ等の析出物の粒径が粗大化してインヒビターとしての効果が失われる場合がある。したがって、Ｍｎ含有量は０．０１〜１．０％の範囲が好ましい。
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００３〜０．０５０％
Ａｌは、鋼中でＡｌＮを形成して分散第二相としてインヒビターの作用をする有用成分であるので、ｓｏｌ．Ａｌとして０．００３％以上含有することが好ましい。一方、Ａｌ含有量がｓｏｌ．Ａｌとして０．０５０％を超えるとＡｌＮが粗大に析出してインヒビターとしての作用が失われる場合がある。したがって、Ａｌ含有量はｓｏｌ．Ａｌとして０．００３〜０．０５０％の範囲が好ましい。
Ｎ：０．００１〜０．０２０％
ＮもＡｌと同様にＡｌＮを形成するために必要な成分であるので、０．００１％以上含有することが好ましい。一方、０．０２０％を超えてＮを含有するとスラブ加熱時にふくれ等を生じる場合がある。したがって、Ｎ含有量は０．００１〜０．０２０％の範囲が好ましい。
Ｓ及びＳｅのうちから選んだ１種又は２種の合計：０．００１〜０．０５％
Ｓ、Ｓｅは、ＭｎやＣｕと結合してＭｎＳｅ、ＭｎＳ、Ｃｕ２−ｘＳｅ、Ｃｕ２−ｘＳを形成し鋼中の分散第二相としてインヒビターの作用を発揮する有用成分である。有用な添加効果を得るためには、これらＳ、Ｓｅの合計の含有量を０．００１％以上とすることが好ましい。一方、Ｓ、Ｓｅの合計の含有量が０．０５％を超える場合はスラブ加熱時の固溶が不完全となるだけでなく、製品表面の欠陥の原因ともなる場合がある。したがって、Ｓ、Ｓｅの含有量は、ＳまたはＳｅの１種を含有する場合、ＳとＳｅの２種を含有する場合のいずれも合計で０．００１〜０．０５％の範囲が好ましい。
以上を鋼の基本成分とすることが好ましい。また、上記以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物の成分組成とすることができる。
また、上記成分組成に、さらにＣｕ：０．２％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｓｂ：０．１％以下、Ｓｎ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｂｉ：０．１％以下のうちから選ばれる１種又は２種以上を含有することがきる。補助的なインヒビターとしての作用を有する元素を添加することでさらなる磁性向上が可能である。このような元素として、結晶粒径や表面に偏析しやすい上記の元素が上げられる。これらの元素の下限は特に限定するものではないが、それぞれの成分で有用な効果を得るためには、それぞれの元素の含有量を、Ｃｕ：０．０１％以上、Ｎｉ：０．０１％以上、Ｃｒ：０．０１％以上、Ｓｂ：０．０１％以上、Ｓｎ：０．０１％以上、Ｍｏ：０．０１％以上、Ｂｉ：０．００１％以上とすることが好ましい。また、上記含有量の上限を超えると被膜外観の不良や二次再結晶不良が発生しやすくなるので、上記範囲が好ましい。
さらに、上記成分に加えて、Ｂ：０．０１％以下、Ｇｅ：０．１％以下、Ａｓ：０．１％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｔｅ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下から選ばれる１種又は２種以上を含有することができる。これらの１種又は２種以上を含有することにより、結晶粒成長の抑制力がさらに強化されてより高い磁束密度を安定的に得ることができる。これらの元素をそれぞれ上記上限を超えて添加しても効果が飽和するため、これらの元素を添加する場合はそれぞれの元素の含有量を上記範囲以下とする。これらの元素の下限は特に限定するものではないが、それぞれの成分で有用な効果を得るためには、それぞれの元素の含有量を、Ｂ：０．００１％以上、Ｇｅ：０．００１％以上、Ａｓ：０．００５％以上、Ｐ：０．００５％以上、Ｔｅ：０．００５％以上、Ｎｂ：０．００５％以上、Ｔｉ：０．００５％以上、Ｖ：０．００５％以上とすることが好ましい。
次に、絶縁被膜付き電磁鋼板の好適な製造方法について説明する。
上記に説明した成分組成を有する鋼を、従来公知の精錬プロセスで溶製し、連続鋳造法または造塊−分塊圧延法を用いて鋼素材（鋼スラブ）とし、その後、上記鋼スラブを熱間圧延して熱延板とし、必要に応じて熱延板焼鈍を施した後、一回もしくは中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延を施して最終板厚の冷延板とする。その後、一次再結晶焼鈍と脱炭焼鈍を施した後、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して最終仕上焼鈍を施し、フォルステライトを主体とする被膜層を形成した後、絶縁被膜を形成するために所定の成分を含む絶縁被膜形成用処理液（コート液）を塗布し、必要に応じて乾燥処理を施した後、焼付けを兼ねた平坦化焼鈍を経る一連の工程からなる製造方法で、絶縁被膜付き電磁鋼板を製造することが出来る。なお、上記製造方法については一例であり、これに限定するものではなく、従来公知の各種製造方法が適用可能である。例えば、脱炭焼鈍後にＡｌ２Ｏ３などを主体とする分離剤を塗布することにより最終仕上げ焼鈍後にフォルステライトを形成することなく、その後ＣＶＤ、ＰＶＤ、ゾルゲル法、鋼板酸化などの方法により下地被膜層を形成し、その後絶縁被膜を形成することもできるし、本発明による絶縁被膜を用いれば下地被膜層を形成することなく、地鉄表面に直接絶縁被膜層を形成することができる。
本発明において、結晶性の繊維状物質とは、アスペクト比が、１．５以上の結晶性の物質を意味する。ここで、アスペクト比は、以下のように測定した値とする。
測定対象の結晶性の繊維状物質（集合体）を、画像解析粒度分布計（ジャスコインターナショナル株式会社製「ＩＦ−２００ｎａｎｏ」）により測定し、画像解析ソフトウェア（ジャスコインターナショナル株式会社製「ＰＩＡ−Ｐｒｏ」）により、１０００個以上の結晶性の繊維状物質のフェレー幅（粒子像を挟む平行二直線の間隔のうち最小径）平均値とフェレー長（最小フェレー径に直交するフェレー径）平均値との比（フェレー長平均値／フェレー幅平均値）を求め、これを結晶性の繊維状物質のアスペクト比とする。
なお、繊維状物質は結晶性である必要がある。なぜなら繊維状物質が非晶質であると、繊維状物質を取り囲む相と、非晶質の繊維状物質相とが高温での焼き付け時に反応しやすく、相境界が不明瞭となり鋼板への付与張力の異方性を大きくすることができないからである。
結晶性の繊維状物質としては、合成品を用いてもよいし、市販品を用いてもよい。結晶性の繊維状物質としては、無機物質が好ましい。無機物質としては、例えば、２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ・ＳｉＯ２、Ａｌ２ＴｉＯ５、ＣａＯ−ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、ＬａＳｒＡｌＯ４、Ｓｒ２ＴｉＯ４等が挙げられる。
絶縁被膜中での結晶性の繊維状物質の圧延方向断面における圧延方向長さ（ＬＲＤ）、圧延直角方向断面における圧延直角方向長さ（ＬＴＤ）、圧延直角方向断面における板厚方向長さ（ＬＮＤ）、および絶縁被膜の膜厚（ｄ）はＦＩＢによる断面をＳＥＭで観察することによって測定する。圧延直角方向長さ（ＬＴＤ）、板厚方向長さ（ＬＮＤ）および絶縁被膜の膜厚（ｄ）の測定は圧延直角方向断面から、圧延方向長さ（ＬＲＤ）の測定は圧延方向断面から行う。観察は反射電子線像によって行うと物質の組成によりコントラストがはっきりとするので好ましい。ＬＲＤ、ＬＴＤ、ＬＮＤの測定は、５個以上の結晶性の繊維状物質が含まれるような倍率で観察しその観察視野内の全ての結晶性の繊維状物質の測定値の平均値を用いる。なお、絶縁被膜中での結晶性の繊維状物質は、一次粒子だけでなく、凝集して二次粒子になっている場合もあるが、絶縁被膜中で粒子と判別できる状態を測定すればよい。絶縁被膜の膜厚（ｄ）は、圧延直角方向断面の膜厚の平均値を用いた。膜厚の平均値としては、できるだけ広い範囲の膜厚を測定して平均情報を得ることが好ましいが、本発明では、圧延直角方向断面の幅２０μｍの絶縁被膜の膜厚の平均値を用いた。図１から図３に、各長さの定義を模式図であらわす。
なお、絶縁被膜中の繊維状物質が結晶性か非晶質性かは絶縁被膜断面をＴＥＭで電子線回折をおこなうことで確認できる。
結晶性の繊維状物質の圧延方向断面における圧延方向長さ（ＬＲＤ）と圧延直角方向断面における圧延直角方向長さ（ＬＴＤ）の比（ＬＲＤ／ＬＴＤ）は１．５以上５０．０以下とする。ＬＲＤ／ＬＴＤを１．５以上とすることで、絶縁被膜が付与する張力に異方性を付与して鉄損の低減効果を向上することができる。また、ＬＲＤ／ＬＴＤを５０．０以下とすることで絶縁被膜の被膜密着性（曲げ密着性）の劣化を抑えられる。ＬＲＤ／ＬＴＤは、３．０以上が好ましく、１０．０以上がより好ましい。また、ＬＲＤ／ＬＴＤは、４０．０以下が好ましく、３０．０以下がより好ましい。
結晶性の繊維状物質の配向性をより高めて、絶縁被膜が付与する張力の異方性をより高めるためには、結晶性の繊維状物質の圧延直角方向断面における板厚方向長さ（ＬＮＤ）と絶縁被膜の膜厚（ｄ）の比（ＬＮＤ／ｄ）は、０．２以上であることが好ましく、より好ましくは０．３以上である。また、鋼板の占積率が低下し変圧器鉄心としての特性が劣化することをおさえるために、板厚方向断面長さ（ＬＮＤ）と絶縁被膜の膜厚（ｄ）の比（ＬＮＤ／ｄ）は２．０以下が好ましく、１．５以下がより好ましく、１．０以下がさらに好ましい。
絶縁被膜が付与する張力の異方性をより高めるために、圧延直角方向断面での絶縁被膜の断面面積に対する絶縁被膜中の結晶性の繊維状物質の断面面積の面積比率（結晶性の繊維状物質の断面面積／絶縁被膜断面面積）は０．１以上０．９以下が好ましい。より好ましくは前記面積比率は０．２以上である。また、より好ましくは前記面積比率は０．８以下である。
絶縁被膜が鋼板に付与する張力を大きくするため、結晶性の繊維状物質の２５℃から８００℃の温度範囲における体積熱膨張率は３０×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。前記体積熱膨張率は負の値をとってもよい。前記体積熱膨張率は、好ましくは１５×１０−６／Ｋ以下である。
絶縁被膜が鋼板に付与する張力の異方性を大きくするため、結晶性の繊維状物質の２５℃から８００℃の温度範囲における線熱膨張率に異方性があることが好ましい。線熱膨張率（α）の方位異方性は、αＬＡがαＳＡよりも小さいことが好ましい。αＬＡとαＳＡの差は、１．０×１０−６／Ｋ以上であることがさらに好ましい。また、αＬＡとαＳＡの差は、２０×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。なお、αＬＡは、結晶性の繊維状物質の長軸方向の線熱膨張率であり、αＳＡは、結晶性の繊維状物質の短軸方向の線熱膨張率である。
上記の体積熱膨張率、線熱膨張率は電子線回折により同定した物質（絶縁被膜中に存在する結晶性の繊維状物質）を別途準備して測定するか、文献値があればそれを用いて算出すればよい。なお、結晶性の繊維状物質の２５℃から８００℃の温度範囲における体積熱膨張率、線熱膨張率は、例えば、高温Ｘ線回折装置にて２５℃と８００℃での格子定数を測定して求めればよい。
結晶性の繊維状物質の絶縁被膜中の含有量は多いほど鋼板への付与張力が大きくなるため好ましい。一方、結晶性の繊維状物質の含有量が多くなると、スリット加工時にテンションパットなどでの発粉量が多くなり作業環境の悪化を招く懸念がある。絶縁被膜中の結晶性の繊維状物質の含有量は、１．０質量％以上が好ましく、３．０質量％以上がより好ましい。また、絶縁被膜中の結晶性の繊維状物質の含有量は、５０質量％以下が好ましく、２０質量％以下がより好ましい。
絶縁被膜は、結晶性の繊維状物質のほかは、リン酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩等を含むことが好ましく、特に現在一般的に絶縁被膜として利用されているリン酸塩を含むことが好ましい。リン酸塩は大気中で吸湿する性質があるため、これを防止する目的で、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｂ、Ｔａ、ＣｕおよびＭｎのうちから選ばれる金属元素を１種または２種以上含有することが好ましい。
本発明による絶縁被膜は、クロムを含有する絶縁被膜としてもよいし、クロムを含有しない絶縁被膜としてもよい。特に、クロムを含有しない絶縁被膜は、張力がクロムを含有する絶縁被膜と比較して劣化する傾向にある。本発明による絶縁被膜は、結晶性の繊維状物質を配向性を高めて含有することで張力を高められるため、本発明はクロムを含有しない絶縁被膜に適用することが好ましい。
絶縁被膜が鋼板に付与する張力は、試料の一方の面の絶縁被膜が除去されないように粘着テープでマスキングしてから他方の面の絶縁被膜をアルカリ、酸などを用いて剥離した後の鋼板のそり量（ｘ）から求める。より具体的には下記の（式１）を用いて算出する。
鋼板への付与張力（ＭＰａ）＝鋼板ヤング率（ＧＰａ）×板厚（ｍｍ）×そり量（ｍｍ）÷（そり測定長さ（ｍｍ））２×１０３ ・・・（式１）
ここで鋼板ヤング率は、圧延方向の場合１３２ＧＰａ、圧延直角方向の場合２２０ＧＰａとする。
絶縁被膜を形成する一例としては、リン酸塩を含有する水溶液に好ましい結晶性の繊維状物質を混合し、撹拌により十分分散させたものを絶縁被膜形成用処理液（コート液）として準備し、電磁鋼板の表面にロールコーターなどで塗布後、必要に応じて３００℃程度で乾燥し、８００〜１０００℃程度で焼付処理をおこなう。なお、絶縁被膜中の結晶性の繊維状物質の配向制御は、主に前記結晶性の繊維状物質のアスペクト比を調整することで実施できるが、さらに積極的に前記結晶性の繊維状物質の配向を制御するために、例えば、絶縁被膜の膜厚を調整したり、コート液を塗布する際にせん断を加える等の操作を行ってもよい。
絶縁被膜が鋼板の圧延方向に与える張力は１０ＭＰａ以上が好ましく、１２ＭＰａ以上がより好ましい。張力を高くすることで鉄損を低減したり、変圧器とした際の騒音を一層低減することができる。
本発明による絶縁被膜は、当該絶縁被膜が鋼板に付与する張力に異方性を有する。ここで、異方性を有するとは、絶縁被膜が、鋼板の圧延方向に付与する張力と圧延直角方向に付与する張力の比（圧延方向／圧延直角方向）が１．０５以上であることを意味する。前記の比は、好ましくは１．２０以上である。
絶縁被膜の膜厚（ｄ）は、層間絶縁性の点からは、０．７５μｍ以上が好ましく、１．１μｍ以上がより好ましい。また、絶縁被膜の膜厚（ｄ）は、占積率の点からは、７．５μｍ以下が好ましく、６．０μｍ以下がより好ましい。
絶縁被膜の目付量は、上記膜厚を達成できるように適宜決定することが好ましいが、通常、片面で２．０ｇ／ｍ２以上１５．０ｇ／ｍ２以下、両面合計の場合は、４．０ｇ／ｍ２以上３０．０ｇ／ｍ２以下が好ましい。両面合計目付量が４．０ｇ／ｍ２以上であると、層間絶縁性をより高めやすくなる。一方、両面合計目付量が３０．０ｇ／ｍ２以下であると、占積率の低下を抑制しやすくなる。両面合計目付量は、より好ましくは６．０ｇ／ｍ２以上である。また、両面合計目付量は、より好ましくは２４．０ｇ／ｍ２以下である。
（実施例１）
質量％で、Ｓｉ：３．２５％、Ｃ：０．０４％、Ｍｎ：０．０８％、Ｓ：０．００２％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１５％、Ｎ：０．００６％、Ｃｕ：０．０５％、Ｓｂ：０．０１％を含有する珪素鋼板スラブを１１５０℃、２０分加熱後、熱間圧延して２．４ｍｍの板厚の熱延板とした。前記熱延板に、１０００℃、１分間の焼鈍を施した後、冷間圧延により０．２７ｍｍの最終板厚の冷延板とした。得られた冷延板から、圧延方向４００ｍｍ×圧延直角方向１００ｍｍサイズの鋼板を採取し、ラボにて室温から８２０℃まで加熱速度８０℃／ｓにて昇温し、湿潤雰囲気（５０ｖｏｌ％Ｈ２，５０ｖｏｌ％Ｎ２、露点６０℃）下で、８２０℃、６０秒の一次再結晶焼鈍をおこなった。引き続き１００質量部のＭｇＯに対して、ＴｉＯ２を５質量部混合した焼鈍分離剤を水スラリ状にしてから塗布、乾燥した。この鋼板を３００℃から８００℃間を１００時間かけて昇温させた後、１２００℃まで５０℃／ｈｒで昇温させ、１２００℃で５時間焼鈍する最終仕上げ焼鈍をおこないフォルステライトを主体とする下地被膜をもつ鋼板を準備した。
続いて、第一リン酸アルミニウム水溶液を固形分換算で１００質量部、コロイド状シリカをＳｉＯ２固形分換算で５０質量部、コーディエライトを表２に記載のとおり混合した水溶液を純水で希釈して比重１．２０に調整したコート液を作製した（なお、Ｎｏ．１は、コーディエライトを混合していない）。前記コート液を、上記で準備した鋼板の両面合計の乾燥後目付量が７．０ｇ／ｍ２となるようにロールコーターにてコート液を塗布した。
本実施例で用いたコーディエライトは、合成条件を種々変更することで、一次粒子のａ軸長さ、ｃ軸長さを表２に記載のとおり種々変更した。いずれのコーディエライトも、２５℃から８００℃までの線熱膨張率は、２．９×１０−６／Ｋ（ａ軸方向）、−１．０×１０−６／Ｋ（ｃ軸方向）、２５℃から８００℃までの体積熱膨張率は、４．８×１０−６／Ｋであった。
次に、乾燥炉に装入し（３００℃、１分間）、その後、８５０℃、３０秒間、Ｎ２：１００ｖｏｌ％の条件で焼付を実施した。
かくして得られた試料の絶縁被膜中のコーディエライトの分散状態をＦＩＢによる加工断面でＳＥＭの反射電子線像で観察することで確認し、絶縁被膜中でのコーディエライトの圧延方向断面における圧延方向長さ（ＬＲＤ）と圧延直角方向断面における圧延直角方向長さ（ＬＴＤ）の比（ＬＲＤ／ＬＴＤ）、圧延直角方向断面における板厚方向長さ（ＬＮＤ）を測定した。絶縁被膜の膜厚（ｄ）は１．６μｍであった。
張力（鋼板への圧延方向と圧延直角方向それぞれの付与張力）は、試料から圧延方向の張力測定用の鋼板（圧延方向２８０ｍｍ、圧延直角方向３０ｍｍ）と、圧延直角方向の張力測定用の鋼板（圧延方向３０ｍｍ、圧延直角方向１００ｍｍ）を切り出し、歪取焼鈍（８００℃、２時間、Ｎ２雰囲気）を施した後、一方の面の絶縁被膜が除去されないように粘着テープでマスキングしてから片面の絶縁被膜を１１０℃、２５質量％のＮａＯＨ水溶液に浸漬して除去し、圧延方向の張力測定用の鋼板、圧延直角方向の張力測定用の鋼板のそれぞれについてそり量を測定して求めた。
被膜の密着性（せん断による剥離性）は、試料を圧延方向にせん断した際に、絶縁被膜が剥離した領域の長さを観察することで評価した。せん断後の試料の端部２０ｍｍの長さにおいて、せん断端部から絶縁被膜が剥離した圧延直角方向の長さを５０倍のＳＥＭ観察にて測定し、その最大値が１００μｍ以下である場合を密着性良好、１００μｍ超である場合を密着性不良とした。
磁気特性（鉄損（Ｗ１７／５０））は、ＪＩＳ Ｃ ２５５０に規定された方法で、試料を圧延直角方向３０ｍｍ×圧延方向２８０ｍｍにせん断し、歪取焼鈍（８００℃、２時間、Ｎ２雰囲気）を施したものを用いて測定を行った。なお、いずれの試料も磁束密度（Ｂ８）は１．９４Ｔであった。
曲げ剥離径は、圧延直角方向３０ｍｍ×圧延方向２８０ｍｍに切り出した試料を、直径が６０ｍｍの丸棒に巻き付け、１８０°曲げ戻した際に、目視にて絶縁被膜の剥離の発生の有無を調査し、以下、丸棒の直径を５ｍｍ間隔で小さくしていきながら同様の評価を行い、目視にて絶縁被膜の剥離が生じない最小径（曲げ剥離径）にて評価した。この評価では、前記曲げ剥離径が小さいほど被膜密着性に優れると判断でき、曲げ剥離径３０ｍｍ以下を良好とした。
表２に示すとおり、ＬＲＤ／ＬＴＤが１．５以上５０．０以下であれば、圧延方向と圧延直角方向で異なる張力を付与することができ、鉄損、被膜密着性（せん断による剥離性、曲げ剥離径）のいずれの特性も良好な絶縁被膜を得ることができる。
Figure 0006863534
（実施例２）
質量％で、Ｓｉ：３．２５％、Ｃ：０．０４％、Ｍｎ：０．０８％、Ｓ：０．００２％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１５％、Ｎ：０．００６％、Ｃｕ：０．０５％、Ｓｂ：０．０１％を含有する珪素鋼板スラブを１１５０℃、２０分加熱後、熱間圧延して２．２ｍｍの板厚の熱延板とした。前記熱延板に、１０００℃、１分間の焼鈍を施した後、冷間圧延により０．２３ｍｍの最終板厚の冷延板とした。引き続いて室温から８２０℃まで加熱速度５０℃／ｓにて昇温し、湿潤雰囲気（５０ｖｏｌ％Ｈ２，５０ｖｏｌ％Ｎ２、露点６０℃）下で８２０℃、６０秒の一次再結晶焼鈍をおこなった。
得られた一次再結晶焼鈍後の冷延板から、圧延方向４００ｍｍ×圧延直角方向１００ｍｍサイズの鋼板を採取し、１００質量部のＭｇＯに対してＴｉＯ２を１０質量部混合した焼鈍分離剤を水スラリ状にしてから塗布、乾燥した。この鋼板を３００℃から８００℃間を１００時間かけて昇温させた後、１２００℃まで５０℃／ｈｒで昇温させ、１２００℃で５時間焼鈍する最終仕上げ焼鈍おこないフォルステライトを主体とする下地被膜をもつ鋼板を準備した。
続いて、表３に記載のとおり混合した水溶液を純水で希釈して比重１．２５に調整したコート液を作製し、ロールコーターにて焼付後に表４に示す絶縁被膜の膜厚（ｄ）となるよう鋼板に塗布した。
次に、乾燥炉に装入し（３００℃、１分間）、その後、８５０℃、３０秒間、Ｎ２：１００ｖｏｌ％の条件で焼付を実施した。
かくして得られた試料の絶縁被膜中の結晶性の繊維状物質（第２相）の分散状態をＦＩＢによる加工断面でＳＥＭの反射電子線像で観察することで確認し、絶縁被膜中での結晶性の繊維状物質の圧延方向断面における圧延方向長さ（ＬＲＤ）と圧延直角方向断面における圧延直角方向長さ（ＬＴＤ）の比（ＬＲＤ／ＬＴＤ）、圧延直角方向断面における板厚方向長さ（ＬＮＤ）を測定した。
張力、被膜の密着性、磁気特性（鉄損（Ｗ１７／５０））、曲げ剥離径は、実施例１と同様にして求めた。なお、いずれの試料も磁束密度（Ｂ８）は１．９２Ｔであった。
表４に示すとおり、ＬＲＤ／ＬＴＤが１．５以上５０．０以下であれば、圧延方向と圧延直角方向で異なる張力を付与することができ、鉄損、被膜密着性（せん断による剥離性、曲げ剥離径）のいずれの特性も良好な絶縁被膜を得ることができる。さらに線熱膨張率に異方性があり、体積熱膨張率が３０×１０−６／Ｋ以下である結晶性の繊維状物質を、絶縁被膜中にＬＮＤ／ｄが０．２以上で含有するとより一層鉄損の改善が見込めることがわかる。
なお、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）、Ａｌ２ＴｉＯ５、ＬａＳｒＡｌＯ４は、線熱膨張率に異方性をもつことが知られている物質である。
Figure 0006863534
Figure 0006863534

Claims (5)

  1. 電磁鋼板の表面に結晶性の繊維状物質を含有する絶縁被膜を有し、前記絶縁被膜中での前記結晶性の繊維状物質の圧延方向断面における圧延方向長さ（ＬＲＤ）と圧延直角方向断面における圧延直角方向長さ（ＬＴＤ）の比（ＬＲＤ／ＬＴＤ）が１．５以上５０．０以下である、絶縁被膜付き電磁鋼板。
  2. 前記絶縁被膜中での前記結晶性の繊維状物質の圧延直角方向断面における板厚方向長さ（ＬＮＤ）と絶縁被膜の膜厚（ｄ）の比（ＬＮＤ／ｄ）が０．２以上２．０以下である、請求項１に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
  3. 前記結晶性の繊維状物質の２５℃から８００℃の温度範囲における体積熱膨張率が３０×１０−６／Ｋ以下である、請求項１または２に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
  4. 前記結晶性の繊維状物質の２５℃から８００℃の温度範囲における線熱膨張率が異方性を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
  5. 前記絶縁被膜が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｂ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｍｎのうちから選ばれる金属元素を１種もしくは２種以上含むリン酸塩を含有する、請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
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