JPH086140B2

JPH086140B2 - 低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH086140B2
Application number: JP2202366A
Authority: JP
Inventors: 圭司佐藤; 文二郎福田
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1996-01-24
Anticipated expiration: 2011-01-24
Also published as: JPH0488121A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、変圧器その他の電気機器の鉄心としての
用途に用いて好適な低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法に
関するものである。

（従来の技術）方向性電磁鋼板は主として変圧器の鉄心材料として用
いられ、その磁気特性が良好であることが要求される。
特に鉄心として使用した場合のエネルギー損失即ち鉄損
が低いことが重要である。

そこで従来から鉄損を低減させるために、結晶包囲を
（110）［001］方位により高度に揃えること、Si含有量
を増すことによって鋼板の電気抵抗を増加させること、
不純物を低減させること、そして板厚を薄くすることな
どが種々試みられてきた。その結果板厚が0.23mm以下の
鋼板では、鉄損Ｗ_17/50（磁束密度1.7T,50Hz）が0.9W/k
g以下のものが製造されるようになった。

しかしながら、冶金学的な方法ではこれ以上大幅な鉄
損の改善は期待できない。

近年、鉄損の大幅な低減を達成する手段として人為的
に磁区を細分化する方法が種々試みられるようになっ
た。その中で現在工業化されている方法としては、特公
昭57−2252号公報に提案されているような仕上焼鈍済み
の鋼板表面にレーザーを照射する方法がある。

しかしながらこの方法は、鉄損低減に効果があるとは
いうものの、歪取り焼鈍によて鉄損の劣化をきたすとい
う欠点があり、歪取り焼鈍を必須とする巻鉄心用として
は用いられない。

一方、歪取り焼鈍が可能な技術として特公昭62−5487
3号公報には、仕上げ焼鈍済みの鋼板につき、レーザー
や機械的手段によって局所的に絶縁被膜を除去したのち
被膜除去部を酸洗したり、ナイフなどにより機械的に直
接地鉄までけがくなどの方法により、線状の溝を局部的
に形成したのち、溝を充填するようにりん酸塩系の張力
付与被膜処理を施す方法が、また特公昭62−53579号公
報には、仕上げ焼鈍済みの鋼板に90〜220kg/mm²の荷重
で地鉄部分に深さ５μｍ超の溝を形成したのち、750℃
以上の温度で加熱処理する方法が提案されている。

これらの方法はいずれも、仕上げ焼鈍済みの鋼板表面
に線状の溝を導入するものであるが、前者の方法では、
被覆の厚みや光吸収率の違いから常に安定して被膜を除
去することが困難なため、安定した溝が形成できず、と
くに機械的に直接けがく場合には溝周辺にかえりを生じ
るため占積率の低下を招くという問題があり、一方後者
の方法には、一定の深さの溝を得るための荷重の調整が
難しいという問題があった。また、これらの方法のよう
に仕上げ焼鈍済みの鋼板に溝を導入する場合には、溝導
入により被膜が損傷するため、絶縁被膜の再塗布を必要
とする場合が多く、占積率の低下及びコストの無用の増
加を招くという不利があった。

この点発明者らは、先に、上記のような欠点を招くこ
とのない方法として、最終冷延板に線状の溝を導入する
方法を提案している。例えば特開昭59−197520号公報に
開示したナイフの刃先、レーザー等を用いて線状の疵を
導入する方法、特開昭63−42332号公報に開示したフォ
トエッチングまたはステンシルを用いた電解エッチング
による方法である。

（発明が解決しようとする課題）しかるに前者の場合には、再コーティングの必要性は
回避できるものの、溝周辺に生ずるカエリを除去する必
要があること、一方後者の場合には、フォトエッチング
ではマスクを通しての紫外光の露光状態や現象液中に浸
漬した際の露光部の除去状態をコイル全体にわたって均
一に保つことが困難なこと、またステンシルによる電解
エッチングでは電解液のにじみにより常に均一な溝を導
入することが困難であるところ、問題を残していた。

この発明は、上記の問題を解決すべく、コイル全長に
わたって均一な溝を工業的に安定して得る方法に関し鋭
意実験と検討を重ねた結果開発されたもので、最終冷間
圧延後、鋼板表面に印刷によりエッチングレジストを塗
布、焼付けしたのち、エッチング処理を施し、しかるの
ち該レジストを除去することが、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。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、方向性電磁鋼板用スラブを、熱
間圧延したのち、１回または中間焼鈍をはさむ２回以上
の冷間圧延により最終板厚とし、その後脱炭焼鈍ついで
最終仕上げ焼鈍を施す一連の工程によって方向性電磁鋼
板を製造するに当り、最終冷間圧延後、鋼板表面に印刷によってエッチング
レジストを、非塗布領域として圧延方向と交わる向きに
連続または非連続の線状領域を残存させて、塗布、焼付
けたのち、エッチング処理を施して鋼板表面に連続また
は非連続の線状溝を形成し、しかるのち該レジストを除
去することからなる低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法で
ある。

この発明において、塗布、焼付け後のレジスト厚さは
0.5〜30μｍとすることが好ましい。

以下、この発明を具体的に説明する。

まず、この発明の基礎となった実験結果について説明
する。

方向性電磁鋼板は、一般に次に述べるような工程で製
造される。すなわち方向性電磁鋼板用スラブを熱間圧延
し、その後必要に応じて熱延板焼鈍を行ったのち、１回
または中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延により最終
板厚とし、ついで脱炭焼鈍および最終仕上げ焼鈍を施し
たのち、通常上塗りコーティングを施して製品とする。

さて上記の製造工程中、板厚0.20mmに圧延した最終冷
延板のコイル全長にわたり表面にアルキド系樹脂を主成
分とするエッチングレジストインキをグラビアオフセッ
ト印刷により、非塗布部が圧延方向と直角な方向に幅:
0.2mm、圧延方向の間隔:4mmで線状に残存するように塗
布したのち、200℃で30秒間焼付けた。この時、グラビ
ア版は凹型セル密度150個／インチ、セル深さ50μｍに
加工したロールを使用した。また焼付け後のレジスト厚
は２μｍであった。

このようにしてエッチングレジストを塗布した鋼板
に、電解エッチング又は化学エッチングを施すことによ
り、幅0.2mm、深さ20μｍの線状の溝を形成し、次いで
有機溶剤中に浸漬してレジストを除去した。電解エッチ
ングは、NaCl電解液中で電流密度10A/dm²で20秒間処理
することにより、また化学エッチングはHNO₃液中に10秒
間浸漬することにより行った。

溝形成後、コイルの長手方向20ケ所、幅方向10ケ所か
らサンプルを採取し、粗さ計により溝の幅および深さを
測定した。

かかる処理後、脱炭焼鈍、ついで最終仕上げ焼鈍を施
し、さらにこれらの仕上げ焼鈍板に上塗りコーティング
を施して製品とした。

かくして得られた製品板の長手方向20ケ所からエプス
タイン試片を切り出し、歪取り焼鈍後、磁気特性を測定
した。

表１に得られた溝の幅、深さの調査結果を、また表２
には磁気特性の調査結果を示す。

なお表１および２には、比較例として、最終冷延板に
フォトエッチングを施した場合、ステンシルを用いた電
解エッチングを施した場合およびエッチング処理を施さ
ない場合についての調査結果も併せて示す。ここにフォ
トエッチングは、重クロム酸塩合成コロイドをフォトレ
ジストとして塗布したのち、アーク灯を照射し、ついで
現像液中に鋼板を浸漬して露光部を除去し、さらにHNO₃
液中に10秒間浸漬することにより行い、その後アルカリ
中に浸漬後、ブラッシングしてレジストを除去した。ま
たステンシルを用いる方法では、エッチングを施す部分
だけ穴をあけたステンシルを鋼板上に被せ、電解液と陰
極を含むローラー型カートリッジをステンシル上で回転
させた。この時の処理条件は、電流密度10A/dm²、処理
時間:20秒間とした。

表1,表２より明らかなように、この発明に従って処理
した鋼板には、従来法に比べて極めて均一な幅、深さを
有する溝が得られ、それに伴い、コイル全長にわたり安
定した低鉄損が得られた。

これに対し、従来法では鉄損の最小値はこの発明に従
った場合とほぼ同等であるものの、コイル長手方向での
溝の幅、深さのばらつきが大きいため鉄損の平均値は大
きくなっている。

なおこの発明で得た製品の占積率はいずれも、97.2％
であり、無処理のもののそれが97.3％であるのと比べて
遜色なかった。

（作用）この発明によって鉄損が減少する理由は、まだ明確に
解明されたわけではないが、局所的な溝が仕上げ焼鈍雰
囲気中で好ましい影響を与えたことや製品での磁区細分
化効果をもたらしたことによるものと推定される。

この発明において、レジストを印刷する方法について
は特に限定されることはなく、グラビアオフセット印
刷、オフセットロールを用いないグラビア印刷、平版オ
フセット印刷およびスクリーン印刷等の方法を利用する
ことができるが、コイルでの連続印刷が容易なこと、ロ
ールの摩耗が少なく常に安定した印刷面が得られるこ
と、レジスト厚みのコントロールが容易なこと等からグ
ラビアオフセット印刷が最も有利に適合する。

次にレジストの厚みについて述べる。発明者らは、エ
ッチングレジスト用として用いるのであるから、ある一
定の厚みが必要であろうとの予測のもとに厚みの異なる
レジストを得、それが製品の特性に及ぼす影響を調べ
た。

レジスト厚は、グラビアオフセット印刷においてグラ
ビアロール版胴の凹型メッシュセル深さ及びゴム転写ロ
ールの押付厚を種々変化させることにより、またスクリ
ーン印刷を用いることにより変化させた。供試材は板厚
0.20mmの最終冷延板であり、レジスト塗布後、電解エッ
チングすることにより線状の溝を導入した。印刷時のパ
ターン及び電解エッチングの処理条件は前述の実験と同
一とした。

第１図に、最終仕上げ焼鈍後の鉄損Ｗ_17/50とレジス
ト厚との関係を示す。

同図より明らかなように、レジスト厚が0.5μｍ以
上、30μｍ以下の範囲では、無処理の場合に比べて鉄損
が著しく減少しているが、レジスト厚が0.5μｍに満た
なかったり、30μｍより厚くなると鉄損の低減は少なく
なっている。

この原因の解明のため、エッチング後の鋼板をよく観
察したところ、レジスト厚が0.5μｍ未満の場合にはエ
ッチングによりレジストそのものが冒され、また30μｍ
より厚い場合には線状の非塗布部にまでレジストが被さ
っている部分が多く、いずれも所望の深さの溝が形成さ
れ難いことが判明した。

従って十分な鉄損の低減を実現するためには、印刷す
るレジストの厚みは0.5μｍ以上、30μｍ以下とするこ
とが好ましい。

とくにグラビアオフセット印刷では、グラビアロール
のメッシュセル深さは少なくとも10μｍ以上とすること
が好ましい。

次にエッチングレジストとして使用するインキとして
は、アルキド系、エポキシ系およびポリエチレン系の樹
脂を主成分とするインキが好適である。またレジストイ
ンキを塗布後、樹脂を硬化させるために焼付けを行う必
要があるが、かかる焼付けはインキに含まれている溶
剤、水等が蒸発する程度の温度で十分であり、通常100
℃以上程度の温度でよい。

次に印刷に引き続いて行うエッチングについて述べ
る。エッチングは電解エッチング、化学エッチングのい
ずれでも良い。電解エッチングの場合、NaCl水溶液やKC
l水溶液等の電解浴中で電流密度１〜100A/dm²の範囲で
実施するのが好ましい。というのは電流密度が低すぎる
と十分なエッチング効果が得られず、一方高過ぎるとエ
ッチング時にレジストを損なうおそれがあるからであ
る。

化学エッチングの場合はFeCl₃,HNO₃,H₂SO₄,H₃PO₄等や
それらの混合液が好適に用いられる。

なお工業的に安定した効果を得るためにはレジストを
傷めやすい化学エッチングよりも電流密度のコントロー
ルが容易な電解エッチングの方がより適している。

エッチング後のレジスト除去法については、特に限定
はしないが、アルカリまたは有機溶剤等が適している。

このようにして導入する溝の形状は、連続線でも非連
続の点線でも良いが、連続線の方が望ましい。かかる線
状溝は、幅:5〜300μｍ、深さ:100μｍ以下好ましくは
５〜50μｍとするのが適当である。また線状溝の方向は
圧延方向と直角な方向が最も良いが、直角方向に対し30
゜以内の範囲であればほぼ同等の効果が得られる。さら
に線状溝の間隔は３〜30mmの範囲とするのが好適であ
る。

なお溝の形成は、鋼板の片面だけでも十分であるが、
両面に施しても効果を有することは言うまでもない。

この発明において、対象とする方向性電磁鋼板の成分
組成は特に限定されるものではなく、従来公知のいずれ
もが適合する。その代表組成について掲げると、例えば
C:0.01〜0.08％、Si:2.0〜4.0％を含みかつ、インヒビ
ターとしてMnSe,MnS,AlN,BN等のうち１種または２種以
上を少量含む組成である。なおインヒビター成分として
は上記以外にSb,Sn,Cu,Bi等を含むものもこの発明に含
まれる。

上記の好適成分組成に調整されたスラブを熱間圧延
し、その後必要に応じて熱延板焼鈍を行った後、１回ま
たは中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延により最終製
品板厚とし、ついで脱炭焼鈍を施すわけであるが、かよ
うな最終冷延板を素材として上に述べた方法によりエッ
チングを施すわけである。

なおエッチング後、レジストを除去したのち、脱炭焼
鈍を施し、さらに焼鈍分離剤を塗布してから最終仕上げ
焼鈍を行う。かかる仕上げ焼鈍後、焼鈍分離剤を除去
し、必要に応じて上塗りコーティング塗布を行って製品
とするが、この発明の効果は上塗りコーティングの有無
にかかわらず発揮される。

以上のようにして製造した鋼板は安定して極めて低い
鉄損値を示し、その値は歪取り焼鈍後も保持されるため
巻鉄心用材料としても安定して使用することができる。
なお一般に歪取り焼鈍を必要としない積鉄心用として使
用してもよいのは言うまでもない。

（実施例）実施例１ C:0.062％,Si:3.3％,Mn:0.076％,Se:0.024％,Al:0.02
5％およびN:0.008％を含み、残部は実質的にFeの組成に
なるけい素鋼スラブを、熱間圧延し、1050℃,2minの焼
鈍後冷間圧延を施して、0.20mmの最終板厚まで圧延し
た。

かかる圧延コイルを５個用意し、それぞれに以下の処
理を施した。

（１）グラビアオフセット印刷によるレジスト塗布後、
電解エッチング。

（２）グラビアオフセット印刷によるレジスト塗布後、
化学エッチング。

（３）フォトエッチング。

（４）ポリウレタン製ステンシルを用いた電解エッチン
グ。

（５）処理なし。

ここでグラビアオフセット印刷は175メッシュ、40μ
ｍのメッシュセルを有するグラビアロールを用い、エポ
キシ系樹脂を主成分とするインキをレジストした。焼付
け後のレジスト厚みは３μｍであった。電解エッチング
はKCl電解液中において電流密度8A/dm²で30秒間エッチ
ング処理した。化学エッチングはFeCl₃液中に20秒間浸
漬することにより行った。またフォトエッチングは重ク
ロム酸塩合成コロイドをフォトレジストとして用い、Fe
Cl₃液を20秒間スプレーすることによりエッチング処理
し、さらにステンシルを用いる電解エッチング処理は、
ポリウレタン製のステンシルを鋼板にかぶせNaCl電解液
と陰極を含むローラー型カートリッジをステンシル上で
回転させ、電流密度8A/dm²、処理時間30秒となるよう処
理した。

以上の処理によるエッチング領域は、圧延方向に対し
直角方向で幅約0.2mm、間隔3.5mmの線状領域とした。エ
ッチングにより得られた溝の深さは、（１），（２）は
いずれもコイル全長にわたり20±２μｍの範囲であった
が、（３），（４）はそれぞれ（１），（２）と同一処
理条件であるにもかかわらず溝の深さは0.35μｍとばら
ついていた。

上記のようにして処理したコイルを無処理のコイル
（５）と共に、脱炭焼鈍後、最終仕上げ焼鈍した。

各製品コイルの長手方向20ケ所にわたって磁気特性を
測定した結果を、平均値とそのばらつきでもって表３に
示す。

同表より明らかなように、この発明に従って処理した
鋼板は、従来の方法に比べて安定した低鉄損値を示し
た。

実施例２ C:0.045％,Si:3.2％,Mn:0.070％,Se:0.020％およびS
b:0.025％を含み、残部は実質的にFeの組成になるけい
素鋼スラブを熱間圧延後、1000℃,1minの中間焼鈍をは
さむ２回の冷間圧延を施して、0.20mmの最終板厚まで圧
延した。

（６）グラビアオフセット印刷によるレジスト塗布後、
電解エッチング。

（７）グラビアオフセット印刷によるレジスト塗布後、
化学エッチング。

（８）ナイフ刃先でのケガキ。

（９）レザー光による溝導入。

（10）処理なし。

（６），（７）の処理はそれぞれ実施例１の（１），
（２）と同一処理とし、また（８），（９）については
いずれも幅0.2mm、深さ20μｍの溝が導入されるよう処
理した。

これらのコイルを無処理のもの（10）を含めて脱炭焼
鈍し、さらに最終仕上げ焼鈍後、磁気特性及び占積率を
測定した。

かくして得られた結果を表４に示す。

同表に示したとおり、この発明によれば占積率を低下
させることなく著しい鉄損の改善が達成されている。

（発明の効果）かくしてこの発明によれば、従来に比べより一層工業
的に安価にかつ安定した低鉄損値の方向性電磁鋼板を得
ることができ、しかもかかる鋼板は歪取り焼鈍による鉄
損劣化がないので、積鉄心、巻鉄心共に使用可能であ
り、変圧器の効率向上に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エッチングレジスト厚さと製品の鉄損Ｗ
_17/50（W/kg）との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延した
のち、１回または中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延
により最終板厚とし、その後脱炭焼鈍ついで最終仕上焼
鈍を施す一連の工程によって方向性電磁鋼板を製造する
に当り、最終冷間圧延後、鋼板表面に印刷によってエッチングレ
ジストを、非塗布領域として圧延方向と交わる向きに連
続または非連続の線状領域を残存させて、塗布、焼付け
たのち、エッチング処理を施して鋼板表面に連続または
非連続の線状溝を形成し、しかるのち該レジストを除去
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】請求項１において、塗布、焼付け後のレジ
スト厚さが0.5〜30μｍである低鉄損方向性電磁鋼板の
製造方法。