JPH02213483A - 磁気特性の良好な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） 数年前のエネルギー危機を境にして、電力損失のより少
ない電気機器を求める傾向が一段と強まり、それらの鉄
心材料として、鉄損のより低い電ｍ鋼板が要請されてい
る。

この発明は、上記の要請に有利に応えるもので、磁気特
性はもとよりのこと被膜密着性にも優れる方向性けい素
鋼板の有利な製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来の一方向性けい素鋼板の製造方法は、たとえばＳｉ
を２．０〜４，Ｏ　ｗｔ％（以下単に％で示す）含有さ
せた素材を、熱間圧延したのち、１回または２回の冷間
圧延によって最終板厚とし、脱炭焼鈍後、ＭｇＯを主成
分とする焼鈍分離剤を塗布してからコイルに巻き取り、
ついで２次再結晶焼鈍および純化焼鈍を行い、しかるの
ち必要に応じてりん酸塩系絶縁コーティングを施す方法
が通常行われている．さらにこのりん酸塩系絶縁コーテ
ィングに張力付与機能を付加することによって、磁歪や
鉄損の一層の改善を図っている。

なお上記の純化焼鈍の際には、脱炭焼鈍時に鋼板表面に
生成したＳｉＯ□を主成分とする酸化層と焼鈍分離剤中
のＭｇＯとが反応してフォルステライト（ＭｇｇＳｉ０
４　）被膜が形成されるが、このフォルステライト被膜
はそれ自体絶縁性を有するだけでなく、重ねて被成され
る絶縁コーティングとの密着性を保つバインダーとして
の役割もはたしている。

一方向性けい素鋼板は、上記の工程を通じて製品の２次
再結晶粒を（１１０）　（００１）すなわちゴス方位に
集積させたもので、主として変圧器その他の電気機器の
鉄心として使用される。このため一方向性けい素鋼板の
特性としては、磁束密度（Ｂ＋。

値で代表される）が高いこと、ならびに鉄損（ＷＩ？／
Ｓ。値で代表される）が低いことが要求される。特に最
近では省エネルギーの見地から、変圧器等の電力損失を
少なくするためより一層の鉄損の低減が望まれている。

ところでけい素鋼板の鉄損は、渦電流損とヒステリシス
損とからなる。けい素鋼板の鉄損を減少させる有効な手
段として板厚を減少させる方法があり、この方法は主に
渦電流損を減少させることにより、鉄損の低減ひいては
省エネルギーに大きく貢献している。しかしながら板厚
が１１　ｍｉ１以下になってくると全鉄損に占めるヒス
テリシス損の割合が急激に増大してくる。ヒステリシス
損に影響する因子としては、結晶粒の方位、不純物の程
度、表面被膜の影響および鋼板表面の粗度などが挙げら
れる。これらの因子のうち表面粗度に関しては、鋼板の
表面を鏡面にすればヒステリシス損は低下することは良
（知られている。

鋼板の表面を改善してヒステリシス損を低減させる方法
としては、たとえば特公昭５２−２４４９９号公報では
、仕上げ焼鈍後の方向性けい素鋼板表面の酸化物を酸洗
により除去したのち、表面を化学研磨または電解研磨に
よって鏡面状態に仕上げ、ついでこの鏡面仕上げ表面に
金属の薄めつきを施す技術が開示されている。

また特公昭５６−４１５０号公報には、一方向性けい素
鋼板表面の非金属物質を除去したのち、その表面を化学
研磨または電解研磨によって鏡面状態に仕上げ、ついで
この鏡面仕上げ表面にセラミックス薄膜を被成する技術
が開示されている。

さらに特開昭６０−８９５８９号公報には、アルミナを
主成分とする焼鈍分離剤を用いて行った２次再結晶後の
方向性けい素鋼板の表面酸化物を除去後、化学研磨また
は電解研磨を施す技術が開示されている。

またさらに特開昭６０−３９１２３号公報には、アルミ
ナを主成分とする焼鈍分離剤を用いて鋼板表面の酸化物
量を規制した上で、酸洗なしに直接化学研磨または電解
研磨を施す技術が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらこれらの技術はいずれも鉄損低減効果は非
常に明確であるにもかかわらず、未だ工業的に実施され
るまでには至っていない。

その第一の理由は、鏡面に仕上げた表面ならびにその上
に金属をめっきした表面では、方向性けい素鋼板にとっ
て必要な絶縁コーティングとの密着性を保ち得ず、絶縁
コーティングあるいは張力コーティングがはく離してし
まうからである。また特公昭５６−４１５０号公報のよ
うにセラミックス薄膜を被成した場合には、このセラミ
ックス薄膜と地鉄表面との密着性が悪いだけでなく、セ
ラミックス膜には可とう性がないため、被膜がはく離し
てしまうという致命的な欠陥を有していた。

また第二の理由は、化学研磨の場合、研磨液として用い
られるｕｐ＋ｔｔｇｏ□やＨ３ＰＯ４＋ＨｔＯ□などが
高価なためコスト高になることである。同じく電解研磨
の場合も、研磨液として通常用いられるりん酸系浴、硫
酸系浴、りん酸−硫酸系浴および過塩素酸系浴などはい
ずれも高濃度の酸を主成分とし、しかも添加物としてク
ロム酸塩、ふっ酸、有機化合物等を使用するためコスト
高となり、しかも大量に鋼板を処理するには、均質性、
生産性および液の早期劣化など未解決の問題も多い。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、電解
研磨または化学研磨による鏡面化処理を施さずとも、磁
気的に平滑な面すなわちヒステリシス損の原因となる磁
壁の移動を妨害するようなことがない面を形成し、磁性
的には勿論のこと被膜密着性にも優れた表面状態になる
方向性けい素鋼板の有利な製造方法を提案することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、以下の知見に基づく。

すなわちその第１は、ヒステリシス損に対して大きく影
響を与えているのは、主として表面酸化物であり、表面
の凹凸に関しては必ずしも鏡面状態とする必要はないこ
とである。ここに鏡面状態とは光学的な概念であり、定
量的に定義づけられていないが表面粗さが中心線平均粗
さで０．４μｍ以下望むらくは０．１μｍ以下のことを
指す。

第３図に、酸化物が表面に存在する方向性けい素鋼板、
鏡面化処理を施した方向性けい素鋼板およびその後さら
に酸洗を施して表面が荒れた方向性けい素鋼板の各鉄損
を比較して示したが、同図から明らかなように酸洗によ
って鏡面が失われても鉄損はさほど劣化していない。

このように低ヒステリシス損のけい素鋼板を得るために
は、必ずしも鏡面にする必要はなく、鋼板の表面を磁気
的に平滑な面、すなわちヒステリシス損の原因となる磁
壁の移動を妨害することがない表面にすればよい。した
がって電解研磨や化学研磨は必要不可欠の条件ではなく
、もっと自由に表面処理手段を選択できることになる。

そこで発明者らは、従来、けい素鋼板に対して実施され
ることがなかった処理も含めて種々の表面処理について
検討したところ、ハロゲン化物浴中で電解処理すること
が所期した目的の達成に関し、極めて有効であることの
知見を得た。

すなわち方向性けい素鋼板を、ハロゲン化物水溶液中で
陽極電解処理した場合に、鏡面とは異なる独特の網目状
文様を呈する表面（電解エツチングの際に得られるグレ
イニング（ｇｒａｉｎｉｎｇ）　面に酷似しているので
、以下グレイニング様面という）が得られ、しかもかか
るグレイニング様面をそなえる鋼板は、ヒステリシス損
が極めて小さいことを究明したのである。

次に、知見の第２は、絶縁コーティングの被成手段とし
ては、溶射法がとりわけ好適で、母材表面の磁気的平滑
性を損なうことなくすなわちヒステリシス損の増大を招
く不利なしに、密着性に富む被膜を被成し得ることであ
る。とくにグレイニング様面に対しては溶射効果が優れ
ていたが、この理由は、グレイニング様面の凹凸によっ
て被膜の機械的密着性が一層向上した結果と考えられる
。

さらに溶射被膜においては、その上に重ねてたとえばり
ん酸塩系の絶縁張力被膜を被成した場合であっても、密
着性の良い絶縁被膜が得られることである。従って好ま
しくは溶射被膜を極薄目付として、その上に重ねてりん
酸塩系の絶縁張力コーティングを施せば、密着性が良好
でしかも張力付与効果にも優れた絶縁被膜が得られるわ
けである。

すなわちこの発明は、２次再結晶焼鈍後の方向性けい素
鋼板を、水溶性のハロゲン化物を１種以上含む水溶液中
で電解処理したのち、該鋼板表面に密着性の強い被膜を
溶射被覆することからなる磁気特性の良好な方向性けい
素鋼板の製造方法（第１発明）である。

またこの発明は、上記した溶射被膜の被成後、さらに該
被膜の表面に絶縁性をそなえる張力付与被膜を被成する
ことからなる磁気特性の良好な方向性けい素鋼板の製造
方法（第２発明）である。

以下、この発明を具体的に説明する。

この発明では、２次再結晶済の方向性けい素鋼・板すべ
てを対象素材とする。かかる素材は、けい素鋼用スラブ
を常法に従って熱間圧延し、次に中間焼鈍を挟む冷間圧
延を施して最終板厚としたのち、脱炭焼鈍ついで最終仕
上げ焼鈍を施すことによって得られる。

この最終仕上げ焼鈍の際の焼鈍分離剤としては、従来か
らフォルステライト被膜も同時に形成させるために用い
られてきたＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤も勿論使用
できるが、かかるフォルステライト被膜を生成させない
様に配合された、たとえばＡｌＫＯ３等を主成分とし、
これに不活性のＭｇＯやＣａ、　Ｓｒ化合物を添加した
分離剤がとりわけ有利である。

次に最終仕上げ焼鈍板の表面酸化層を必要に応じて除去
する。除去方法としては、酸洗等の化学釣力法とエメリ
ー研磨等の機械的手法とがあり、特に限定はしないが、
機械的手法で表面酸化層を除去した場合には、鋼板内部
に歪みが入り易く、かかる歪は続く電解処理によっても
完全には解放できないので、表面酸化物の除去は酸洗処
理で行う方が好ましい。

ついでこのように表面酸化層を除去した表面を陽極電解
処理によって磁気的平滑面、すなわち結晶粒界がＲｓｍ
ｘで０．４μｍ以上の段差状または溝状の凹部を形成す
るとともに、結晶粒の表面が凸部の境界を介して窪みが
隣接したいわゆるグレイニング様面とする。

ここに磁気的に平滑面なグレイニング様面は、水溶性の
ハロゲン化物を１種以上含む水溶液を電解液とする陽極
電解処理によって容易に得ることができる。

ここで水溶性のハロゲン化物とは、ＨＣｌ、　ＮＨ，Ｃ
Ｉおよび各種金属の塩化物又はＦ、Ｂｒ、Ｉを陰イオン
とする酸、そのアルカリ、アルカリ土類、その他の金属
塩類およびアンモニウム塩のうちの水溶性のもの、さら
にはほうふつ化物（ＢＰ、塩）およびけいふっ化物（Ｓ
ｉｎ、塩）のうちの水溶性のものを意味する。その代表
例を例示すると、ＨＣＩ、　ＮａＣ１＋　ＫＣ１＋　Ｎ
Ｈ４Ｃｌ、　ＭｇＣｈ＋　ＣａＣ１ｚ＋　ＡｌＣｌ３１
ＨＦＩ　ＮａＦ。

ＫＦＩ　ＮＨ４ＦＩ　ＨＢｒ、　ＮａＢｒ、　ＫＢｒ、
　ＭｇＢｒｔ、ＣａＢｒｚ、　ＮＨ４Ｂｒ＋ＨＩ＋　Ｎ
ａＩ、　ＫＩ＋　ＮＨ４１１Ｃａ１ｚ、　ＭｇＩｚ＋　
Ｈ２ＳＩＦ６１　Ｍｇ５ｉＦｈ。

（ＮＩ＋４）ｚｓｉＦ６１１１８Ｆ４１　ＮＨ４ＢＦ４
およびＮａＢＦｉ等であるＵこれらはいずれも（１１０
）面を有する仕上げ焼鈍後の方向性けい素鋼板に対し磁
気的平滑化効果を持つものであるが、実操業においては
陰極への金属析出の防止等を考慮して、これらの中から
適宜に選択して使用することが望ましい。またその濃度
は、浴の電気伝導度を確保するうえから２０　ｇ　／　
１以上であることが望ましい。なお上記のその組成およ
び濃度からしてこの発明では海水の利用も可能である。

浴温は常温以上で任意に選ぶことができるが、あまり高
温では水の蒸発が著しいので、常温ないし９０゛Ｃ程度
が適当である。電流密度は５　Ａ／ｄｍ２程度から数百
Ａ／ｄｍ”の範囲で設定できる。しかし、浴温か低いと
きに１００Ａ／ｄｍ”をこえるような高電流密度とする
と表面の処理むらを生じやすいので、電流密度の範囲を
より広くしようとすれば、浴温を４０°Ｃ以上にする方
が好ましい。

なお鉄損を低下させる見地から、この発明における電解
の電気量および電解除去量はそれぞれ３００Ｃ／ｄｍ”
以上、片面当り１μｍ以上にすることが好ましい。

以上のようにこの発明においては従来の方法にくらべて
きわめて広範囲な条件下で磁気的平滑化効果を得ること
ができ、この点もこの発明が工業的に実施されるうえで
有利であることの重要な根拠とである。

ここで電解反応による浴の変化をＮａＣｌ水溶液を例に
とって示すと次のとおりである。

陽極：　Ｐｅ＋２ＣＩ−−＋　ＦｅＣ１ｚ＋２ｅ−”（
１）陰極：　２Ｎａ”＋２１１ｚＯ＋２ｅ−−２ＮａＯ
Ｈ＋ＩＩｚ↑　　　−（２）バルク：　ＦｅＣ１ｚ　＋
２ＮａＯＨ→２ＮａＣ１＋　Ｆｅ（ＯＨ）　ｚ　↓　・
（３）すなわち（１）式によって生成したＦｅＣ１，と
、（２）式で生成したＮａＯＨとは、（３）弐に示した
反応によって自動的にＮａＣ１を再生する。したがって
浴組成の制御は、基本的には（３）式で生成するＦｅ（
ＯＨ）ｚの沈澱の除去と、水の補給、および鋼板が系外
へ持ち出すＮａＣ１の補給を行えばよいことになり、従
来の化学研磨あるいは電解研磨にくらべ、はるかに容易
かつ低コストなものとなる。この点もこの発明方法が工
業的に優れたものであることの一つの理由である。

上記の磁気的平滑化処理を施すことによって、磁気特性
の効果的な向上を図ることができるが、処理後の調板表
面ば地鉄が露出しているので積層時における眉間抵抗が
ない。従って鋼板の表面には絶縁コーティングを施す必
要がある。その際、絶縁被膜として鋼板表面に対し、引
っ張り応力を付与できるものを用いれば、渦電流損の低
下による鉄損の低減が期待でき、とくにこの発明のよう
なグレイニング様面においてはその効果が著しい。

かかる絶縁被膜としては、従来、りん酸塩系被膜やセラ
ミック被膜が知られているが、これらの被膜は鏡面仕上
げ表面に対しては充分な密着性を確保することができな
い、この点、グレイニング様面では密着性の改善が図れ
るとはいえ、その効果は充分とは言えなかった。

そこで発明者らは、密着性に富みしかもヒステリシス損
の増大を招くことのない絶縁被膜を得る方法についても
種々検討した結果、Ａｌｇ（ｈ＋　ＺｒＯｘ＋Ｔｉｅ、
、　Ｃｒ、Ｏｆｆ、　ＭｇＯなとの酸化物やＳｉ３Ｎ、
、　ＡＩＮなどの窒化物を溶射被覆することが、所期し
た目的の達成に関し極めて有効であることを究明したの
である。

ここに溶射法としては、プラズマ溶射やガス溶射など従
来公知のもの何れもが適合する。また溶射の際に使用す
る粉末の粒度は、キャリアガス中で搬送し得る限り細か
い方が好ましく、とくに好適には１０μ階以下である。

そして上記した溶射被膜の上に重ねてさらに張力付与型
のりん酸塩系コーティングを施すことにより、−層大き
な張力付与効果および絶縁効果を得ることができる。

その際、溶射被膜としては、ＡｌｚＯｓなどのような密
着性の良好な物質をｍく（０，５μｍ厚程度）被覆する
ことが好ましく、かくして張力付与型絶縁被膜の本来そ
なえる張力付与効果を十分に発揮させることが可能にな
ったのである。

なお溶射材としては、上掲したちの以外でも熱膨張係数
が低く密着性のに冨むのであれば、単独あるいは複合で
使用することができる。

（作　用） ２次再結晶焼鈍後のけい素鋼板を、ＮａＣ１：２００ｇ
／　１を含むハロゲン化物浴中にて電解処理してグレイ
ニング様面とした場合、およびりん酸とクロム酸の混合
液（クロム酸：２００ｇ）！・りん酸）を用いて電解研
磨して鏡面とした場合、さらにはその後にそれぞれ２μ
Ｉ厚程度の５ｉＪ４膜を溶射した場合の鉄損値および磁
束密度の改善化について調査した結果を、第１図ａ、ｂ
にそれぞれ示す。

同図より明らかなように、この発明法に従えば磁気特性
の一層の向上が達成されている。

次に、上記のグレイニング様面に種々の厚みでＡ１□０
．のプラズマ溶射を行ったのち、さらに張力付与型のり
ん酸塩系コーティング（目付は量：約１０ｇ／　ｌを施
したときの密着性不良発生率について調査した結果を、
第２図に示す。

同図より明らかなように、張力付与型のりん酸塩系コー
ティングに先立って０．３μＩ厚以上のＡｈｏｓ膜を溶
射被覆することにより、密着性不良の発生が完全に防止
されている。

（実施例） Ｓｉ　：３．２％を含み、かつインヒビターとしてＭｎ
Ｓ。

ＭｎＳｅおよびｓｂを含有するけい素鋼用スラブを、常
法に従って熱間圧延、冷間圧延、脱炭・１次再結晶焼鈍
、ついで最終仕上げ焼鈍して得た２次再結晶後の方向性
けい素鋼板を素材とした。

この素材に、表１に示す種々の条件で電解処理、溶射処
理および上塗り絶縁コーティングを施したときの、被膜
密着性ならびに鉄損および磁束密度の改善効果について
調べた結果を、表１に併記する。

適合例１〜３は、ＮａＣ１またはＭＣＩを用いて電解処
理を施したのち、０．５μｍ厚の膜を溶射被覆したもの
、また適合例４〜６はさらに上塗りコーティングを施し
たものである。これらの適合例１〜６についてはいずれ
も、良好な密着性を有するコーティングが得られ、しか
も鉄損および磁束密度とも大幅に向上している。

これに対し、同じくハロゲン化物による電解処理後、直
接りん酸塩のコーティングを施した比較例１〜２はいず
れも、４０％に近いはく離が発生した。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、磁気特性に優れるのは勿論
のこと被膜密着性に優れた方向性けい素鋼板を、低コス
トの下で安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂはそれぞれ、２次再結晶焼鈍後のけい素鋼
板をグレイニング様面または鏡面に仕上げたのちＳｉ３
Ｎ、膜を溶射被覆したときの鉄損および磁束密度の改善
化を比較して示したグラフ、第２図は、グレイニング様
面に種々の厚みでＡｈＯｆｆのプラズマ溶射を行ったと
きの溶射膜厚と密着性不良発生率との関係を示したグラ
フ、第３図は、酸化物が表面に存在する方向性けい素鋼
板、鏡面化処理を施した方向性けい素鋼板およびその後
さらに酸洗を施して表面が荒れた方向性けい素鋼板の各
鉄損を比較して示したグラフである。 １１嵌！ｇ翳ε４く　− 徊−理】づ紅曝剖恍ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２次再結晶焼鈍後の方向性けい素鋼板を、水溶性の
   ハロゲン化物を１種以上含む水溶液中で電解処理したの
   ち、該鋼板表面に密着性の強い被膜を溶射被覆すること
   を特徴とする磁気特性の良好な方向性けい素鋼板の製造
   方法。 ２、２次再結晶焼鈍後の方向性けい素鋼板を、水溶性の
   ハロゲン化物を１種以上含む水溶液中で電解処理したの
   ち、該鋼板表面に密着性の強い被膜を溶射被覆し、つい
   でさらに該被膜の表面に絶縁性をそなえる張力付与被膜
   を被成することを特徴とする磁気特性の良好な方向性け
   い素鋼板の製造方法。