JPH10306380A

JPH10306380A - 低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH10306380A
Application number: JP9115951A
Authority: JP
Inventors: Takao Kanai; 隆雄金井; Kenichi Murakami; 健一村上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 1998-11-17
Anticipated expiration: 2017-05-06
Also published as: JP3406801B2

Abstract

(57)【要約】【課題】平滑化された鋼板表面にあらかじめ特定の化
合物の中間層を形成することで、良好な密着性の高張力
絶縁被膜を具備し、著しい低鉄損化を達成した一方向性
珪素鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】２次再結晶が完了した一方向性珪素鋼板
表面に、あらかじめ酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化
鉄の１種または２種以上の混合物、および／またはこれ
らの酸化物の２種以上の複合酸化物からなる中間層を形
成した後、その表面にほう酸アルミニウム質被膜を形成
することを特徴とする低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方
法。また、上記中間層を特定の厚さで形成することを特
徴とする低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトランスの鉄芯等に
用いる一方向性珪素鋼板のうち、特に表面の絶縁被膜の
密着性が良好であり、かつ鉄損特性に優れた一方向性珪
素鋼板の製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一方向性珪素鋼板は、（１００）［００
１］を主方位とする結晶組織を有し、磁気鉄芯材料とし
て多用されており、特にエネルギーロスを小さくするた
めに鉄損の小さい材料が求められている。５％以下の珪
素を含有する一方向性珪素鋼板の鉄損の低減には鋼板に
張力を付与することが有効であり、１．５kgf/mm²程度
までの張力付与によって効果的に鉄損が低減できること
が知られている。この張力は、通常、表面に形成された
被膜によって付与されている。

【０００３】これまでに発明者らは、特開平６−６５７
５４号公報、特開平６−６５７５５号公報などにおい
て、アルミナゾルとほう酸とを含む微粒子分散液を塗布
し、乾燥・ゲル化の後、焼き付けることによる新しい酸
化物被膜の形成方法、および得られる酸化アルミニウム
−酸化ほう素系複合被膜、ほう酸アルミニウム質高張力
被膜を提案してきた。この被膜は、鋼板に対して従来被
膜の１．５〜２倍の高い張力を付与することができ、結
果として鋼板の磁気特性を改善できることを見いだして
いる。

【０００４】近年、さらに低鉄損化を実現するために、
仕上げ焼鈍の際に焼鈍分離剤と反応して形成されるフォ
ルステライト質の被膜を除去、あるいはこの被膜が形成
されないような条件で焼鈍を行って、一方向性珪素鋼板
の表面を平滑面、あるいはさらに進んで鏡面化した鋼板
を得ようとする試みがなされている。この場合にも、鋼
板間の絶縁性を確保するために表面の被膜が必要である
が、前述した通り、被膜からの張力が大きければ大きい
ほど鉄損低減効果が大きい。

【０００５】ところが、表面を平滑にした一方向性珪素
鋼板の場合、従来の珪素鋼板と比較して表面の絶縁被膜
の密着性は著しく低下する。これは、従来の珪素鋼板の
場合、表面にフォルステライトを主体とした無機質の被
膜が形成されており、これと絶縁被膜とは通常、問題な
く密着していたのに対し、平滑な金属面に直接絶縁被膜
を形成するのが困難なためである。従って、絶縁被膜の
密着性という観点からは、より低い鉄損を追求して表面
の平滑度を向上させるほど解決が困難になるといえる。

【０００６】この問題点を克服するために、いくつかの
技術が提案されている。その主体とするところは、現状
鋼と同様に鋼板の表面、すなわち鋼板と絶縁被膜の界面
に無機質層を介在させるという点である。特開平３−１
３０３７６号公報には、平滑化した一方向性珪素鋼板表
面上にゾルゲル法により厚さ０．１〜０．５μｍの酸化
珪素、アンチモン酸化物、ジルコン酸化物などのゲル薄
膜を被成し、この上にリン酸マグネシウム−コロイダル
シリカからなる絶縁被膜を形成する技術が開示されてい
る。また特開平５−２８７５４４号公報には、焼き付け
工程での反応によって生成した酸化アルミニウムと他酸
化物との複合酸化物、鉄−アルミニウム系複合酸化物、
あるいは珪素−アルミニウム系複合酸化物を介在させて
表面に酸化アルミニウム質被膜を形成する技術が開示さ
れている。また、特開平８−２８３９５６号公報には、
焼き付け工程において生成した酸化珪素、酸化珪素と他
酸化物との複酸化物、鉄−珪素系複酸化物、鉄−ホウ素
系複酸化物を界面層として表面にホウ酸アルミニウム質
絶縁被膜を形成する技術が開示されている。

【０００７】このうち、特開平５−２８７５４４号公
報、あるいは特開平８−２８３９５６号公報に開示され
ている、最表面の酸化アルミニウム質、あるいはほう酸
アルミニウム質被膜の焼き付け工程において同時に中間
層を形成する方法は、工程を増やすことなく簡便に良好
な密着性の被膜を得るのに優れた方法である。しかしな
がら、磁気特性を比較した場合、焼き付け工程において
同時に中間層を形成する方法は、比較的限られた条件以
外で焼き付けを行った場合、良好な鉄損、磁束密度が得
られない可能性があることがわかってきた。また、特開
平３−１３０３７６号公報に開示されている技術は、リ
ン酸塩−コロイダルシリカなど被膜張力のそれほど高く
ない被膜に対しては良好な密着性を示すものの、ほう酸
アルミニウムなどの高張力被膜に対しては中間層／鋼板
界面からの剥離が生じてしまう。

【０００８】発明者らの検討によれば、開示されている
塗布・乾燥による方法では中間層／鋼板界面で十分な密
着性が得られない場合があること、また、０．１〜０．
５μｍという厚さが中間層としては厚すぎることによる
という結論に至った。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来技術の問題点を解決するものであって、平滑化された
鋼板表面にあらかじめ特定の化合物の中間層を形成する
ことで、良好な密着性の高張力絶縁被膜を具備し、著し
い低鉄損化を達成した一方向性珪素鋼板の製造方法を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、２次再結晶が
完了した一方向性珪素鋼板表面に、あらかじめ酸化珪
素、酸化アルミニウム、酸化鉄の１種または２種以上の
混合物、および／またはこれらの酸化物の２種以上の複
合酸化物からなる中間層を形成することを特徴とし、そ
の表面にほう酸アルミニウム質被膜を形成することによ
る低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法、を要旨とする。
また、前記中間層が０．００１μｍ以上０．１μｍ未満
の厚さである一方向性珪素鋼板の製造方法、を要旨とす
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。本
発明の製造方法は、仕上げ焼鈍が完了した一方向性珪素
鋼板表面にあらかじめ酸化珪素、酸化アルミニウム、酸
化鉄の１種または２種以上の混合物、および／またはこ
れらの酸化物の２種以上の複合酸化物からなる中間層を
形成する。従来、この中間層としてはＳｉＯ₂、酸化チ
タン、アンチモン酸化物、ジルコン酸化物、ＳｉＺｒＯ
₄、あるいは焼き付け工程で生成した鉄−アルミニウム
系、珪素−アルミニウム系、鉄−珪素系、鉄−ほう素系
複合酸化物などが提案されているが、ほう酸アルミニウ
ム被膜を表面に密着性良く形成し、かつ良好な磁気特
性、低い鉄損値を得ようとした場合、本発明で開示した
酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄の１種または２種
以上の混合物、および／またはこれらの酸化物の２種以
上の複合酸化物からなる中間層が好ましく、特に酸化珪
素、および／または酸化珪素と酸化アルミニウムの複合
酸化物が好ましい。

【００１２】これらの中間層を形成する方法には何通り
かあるが、以下に代表的な方法について述べる。第１の
方法は珪素、アルミニウム、鉄の金属アルコキシドおよ
び／またはその加水分解生成物、あるいはコロイド状シ
リカ、コロイド状アルミナ、ベーマイトゾル、水酸化鉄
コロイドあるいはこれらの混合物を鋼板表面に塗布する
方法である。塗布する方法はディップ、スプレーなどい
かなる方法でも構わない。コロイド、あるいはゾルを用
いる場合、特に含有している微粒子が含水率が少なく、
結晶性の良いものを用いることでほう酸アルミニウム被
膜の高張力に耐える密着性の良い中間層が得られる。ま
た、微粒子の粒径を約３０nm以下、好ましくは２０nm以
下とすることで薄くて均一な中間層を形成することがで
き、密着性に対してより有利にすることができる。

【００１３】さらに、この塗布材を熱処理することでよ
り密着性を向上させることができる。熱処理の温度は塗
布したものによって変えることが望ましく、通常は、水
酸化物が分解して酸化物になる温度をｔとした場合、熱
処理温度Ｔは、ｔ＜Ｔ≦ｔ＋２００℃に設定するのが良
い。熱処理温度が低すぎる場合、完全に酸化物となって
いないため安定性に欠け、また鋼板がさびたりする可能
性がある。逆に高すぎると経済的でない。本方法の場
合、中間層としてねらった成分をそのまま塗布する方法
もあるが、鋼板中の成分、例えば、鉄、珪素と塗布成分
とを反応させて所望の組成の中間層とする方法もある。
この場合には中間層／鋼板界面でより高い密着性が得ら
れる可能性が大きい。

【００１４】第２の方法はアルミニウム、鉄などの金属
の硝酸塩、硫酸塩、塩化物などの可溶性塩に浸して表面
を処理した後、熱処理する方法である。これらの化合物
を用いることで、含まれている酸によって鋼板表面を活
性化する効果も期待できる。熱処理の温度は、金属塩の
分解温度をｔとした場合に上述の熱処理温度条件をその
まま当てはめることができる。薄くて均一な中間層を形
成するため、また、平滑化／鏡面化した鋼板表面を活性
化しすぎて荒らさないようにするためにも、本方法で用
いる処理液の濃度は薄い方が好ましい。好ましい濃度
は、成分全体の合計で０．１mol/ｌ（リットル）以下、
より好ましくは０．０５mol/ｌ（リットル）以下であ
る。もちろん第１の処理液と第２の処理液とを混合した
処理液を用いて中間層を形成しても一向に差し支えな
い。

【００１５】第３の方法は、酸化珪素、酸化鉄、あるい
はこれらの複酸化物に限定されるが、仕上げ焼鈍が完了
し、平滑化／鏡面化した一方向性珪素鋼板を焼鈍し、表
面に中間層となるべき化合物を形成しておく方法であ
る。絶縁被膜の密着性と磁気特性を両立するためにとり
わけ好ましい化合物は酸化珪素であり、特に酸素ポテン
シャルの低い雰囲気で熱処理して形成した酸化珪素が最
適である。

【００１６】この中間層は、０．００１μｍ以上０．１
μｍ未満の厚さにすると特に密着性に対して効果的であ
る。とりわけ、第１の方法において塗布処理のみを行
い、十分な熱処理を行わないようなときに特に有効であ
る。０．１μｍ未満が中間層被膜の柔軟性／可とう性を
確保するための限界厚さであり、曲げ剥離に対して耐え
うる限界である。好ましくは０．０８μｍ以下の厚さと
するのが良い。逆に中間層が薄すぎると密着性を向上さ
せる効果が得られないため、０．００１μｍ以上が必要
であり、好ましくは０．００５μｍ以上、特に好ましく
は０．０１μｍ以上である。

【００１７】この厚さの中間層を形成するためには、第
１の方法の場合、処理液濃度を薄くするか、あるいはコ
ロイド、ゾル溶液の場合には、既に述べたように、微細
な粒子を活用すると良い。第２の方法では同様に処理液
の濃度を薄くすることで実現できる。第３の方法では、
熱処理の温度、時間で調整する。通常、温度の効果しろ
の方が大きく、また、時間を長くすると製造ライン長さ
も必要なため、短時間で必要厚さが確保できる最適温度
を決定すると良い。

【００１８】中間層を形成する、仕上げ焼鈍が完了し平
滑化／鏡面化した鋼板とは、(1) 仕上げ焼鈍工程で生成
するフォルステライト質の被膜、および付随的に生成し
ている界面酸化層を酸に浸漬して除去した鋼板、(2) 上
記(1) で得た鋼板を水素中で平坦化焼鈍した鋼板、ある
いは化学研磨、電解研磨等の研磨を行った鋼板、(3)被
膜生成に対して不活性であるアルミナ粉末など、あるい
は塩化物等の微量添加物を添加した従来公知の焼鈍分離
剤を用い、フォルステライト質の焼鈍被膜が生成しない
条件で仕上げ焼鈍を行った鋼板等を指す。

【００１９】本発明の製造方法では、上述のようにして
形成した中間層の表面に、ほう酸アルミニウム質高張力
被膜を形成する。被膜の形成方法は、従来公知の酸化ホ
ウ素前駆体化合物、酸化アルミニウム前駆体化合物を出
発原料として鋼板表面に塗布し、焼き付け・固化し酸化
物を形成することによって得られる。特に好ましい実施
態様としては、ほう酸とベーマイトを含む塗布液を仕上
げ焼鈍が完了し、平滑化／鏡面化した中間層を有する鋼
板表面に塗布し、制御された酸素ポテンシャルの雰囲気
中において所定の温度で焼き付けることによって得られ
る。用いるベーマイトは特に限定されるものではない
が、比較的結晶性の良好なものと結晶性の良くないもの
とを混合して用いることで鋼板に対する密着性、張力の
いずれも良好な被膜が得られる。また、ほう酸とベーマ
イトの比率をそれぞれの酸化物換算の重量割合で合計を
１００としたときに１２超〜４０％のほう酸、６０〜８
８未満％のベーマイトとした場合に、特に種々の特性に
優れたほう酸アルミニウム被膜が得られる。また、上記
塗布液中には、ほう酸、ベーマイトゾルのほかに微量の
添加物を含んでいても一向に差し支えない。通常よく用
いられる添加物としては、酸化珪素前駆体化合物、遷移
金属化合物、アルカリ／アルカリ土類金属化合物、希土
類元素化合物、無機酸、有機酸等の酸、アンモニアなど
であり、目的に応じて必要量添加することができる。

【００２０】塗布液は、中間層を形成した鋼板表面に、
ロールコーター等のコーター、ディップ法、スプレー吹
き付け、あるいは電気泳動法など従来公知の方法によっ
て塗布する。塗布方法は、液性状によって最適な方法を
選択することができる。塗布厚さは、焼き付け後の片面
の被膜厚さが鋼板厚さの２％を超えないようにする。被
膜が鋼板厚さの２％を超える場合においては、張力付与
による鉄損低減効果がほぼ一定で飽和する領域であり、
かえって厚い被膜のために占積率を低下することとな
る。

【００２１】塗布した鋼板は乾燥することでゲル化を生
ぜしめ、その後、最終的に不活性ガスまたは水素を含有
する還元性雰囲気中５００〜１２００℃で焼き付け・固
化を行い、ほう酸アルミニウムを主体とした酸化物絶縁
被膜を形成する。酸化性の雰囲気中での焼き付けは鋼板
が酸化する可能性があるため好ましくない。平滑化／鏡
面化した鋼板は雰囲気酸化に対して敏感であり、界面が
酸化によって少しでも損傷を受け、凹凸が生じた場合、
顕著な特性の低下が生じるため、特に注意して条件を設
定することが望ましい。発明者らの検討では、酸素ポテ
ンシャルがＰ H₂O ／Ｐ H₂≦０．２であれば概ね良好
な結果が得られることがわかっている。焼き付け温度が
５００℃未満の場合、ゲル中のベーマイトの分解が不十
分で酸化物とならず、安定性に欠ける被膜となる可能性
が高い。また、１２００℃超の場合、特に大きな不都合
はないものの経済的でない。特に好ましいのは６００〜
１０００℃の温度範囲であり、この範囲であれば密着
性、張力をはじめとしてほとんど全ての特性に優れた被
膜を有する鋼板が得られる。

【００２２】また、本発明の一方向性珪素鋼板の製造方
法は、中間層を形成した後に表面の絶縁／張力付与被膜
を形成するものであるが、最終的に得られる被膜は必ず
しも２層に分かれている必要はない。絶縁被膜の焼き付
けの際に、中間層の成分が絶縁被膜側に、あるいは絶縁
被膜の成分が中間層側に拡散していても特に差し支えな
い。あるいは中間層と絶縁被膜との界面に反応層が形成
されている場合も同様である。むしろ、このような成分
同士の拡散、あるいは反応層の形成は中間層／絶縁被膜
間の密着性の向上をもたらす可能性が高い。

【００２３】なお、本発明の対象とする一方向性電磁鋼
板は従来実用化され、あるいは既に開示された技術によ
って製造されるものであり、特に磁気特性の優れた鋼板
である。

【００２４】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
アルミナを焼鈍分離剤として仕上げ焼鈍を行い、表面を
鏡面に仕上げた一方向性珪素鋼板（Ｓｉ含有量：３．２
％，厚さ：０．２mm）表面に、表１に示した成分の中間
層を形成した。形成方法の概要も併記した。この鋼板に
ほう酸、およびベーマイトゾルを主成分として含む微粒
子分散液を、焼き付け後の被膜厚さが片面あたり約２μ
ｍとなるようにロールコーターで塗布し、乾燥・ゲル化
工程を経た後、最終的にＨ₂を７５ vol％含有するＮ₂
雰囲気中で８００〜８５０℃、約３０秒間焼き付けてほ
う酸アルミニウム質被膜を形成した。

【００２５】得られた方向性珪素鋼板の絶縁被膜の密着
性、磁気特性を表１に示した。中間層成分は、Ｘ線回
折、赤外線分光法などによって測定し、厚さは中間層形
成前後の重量変化、および鋼板断面を直接顕微鏡で観察
することによって測定した。ほう酸アルミニウム被膜の
密着性は、所定の径の円柱に、その角度が１８０°にな
るように巻き付け試験を行い、剥離が生じる円柱の直径
で評価した。φ２０以下であれば合格、φ２０超〜φ３
０は要注意、φ３０超は不合格レベルである。磁気特性
は試験片１０枚の平均値とした。総合評価は密着性と磁
気特性を総合的に考慮して評価し、◎，○は合格レベ
ル、△は何とか使用可能であるも要注意、×は不合格で
ある。

【００２６】表１から、本願発明の方法で中間層を形成
した場合に絶縁被膜の密着性に優れ、良好な磁気特性が
得られていることがわかる。特に、０．０８μｍ以下の
厚さの中間層の場合、極めて良好な密着性が得られてい
る。

【００２７】一方、従来技術をもとに行った比較例で
は、中間層成分が本発明と異なることによって著しい密
着性不良が生じたり、磁気特性の低下が起っている。ま
た、ほう酸アルミニウム被膜の焼き付け工程で同時に中
間層を形成した場合、中間層の成分が本願発明と同じで
あっても著しい密着性不良、磁気特性の低下が生じてい
ることがわかる。

【００２８】従って、平滑化／鏡面化した鋼板に絶縁被
膜を密着性良く形成し、良好な磁気特性を得るために
は、あらかじめ所定の成分の中間層を形成しておくこと
が必要であり、加えて所定の厚さの範囲でこの中間層を
形成することでさらなる向上が期待できる。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【発明の効果】本願発明の製造方法は、平滑化／鏡面化
した一方向性珪素鋼板表面に高い張力の絶縁被膜を密着
性良く形成し、良好な磁気特性を得ることを目的として
おり、得られた一方向性珪素鋼板の磁気特性はこれまで
にない優れたものである。また、本発明の製造方法は、
中間層を形成する工程が加わるほかは従来の工程と同じ
であり、設備的にも従来のものをそのまま使用できるた
め、汎用性、量産性の観点からも工業的効果は甚大であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次再結晶が完了した一方向性珪素鋼板
表面に、あらかじめ酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化
鉄の１種あるいは２種以上の混合物、および／またはこ
れらの酸化物の２種以上の複合酸化物からなる中間層を
形成した後、その表面にほう酸アルミニウム質被膜を形
成することを特徴とする低鉄損一方向性珪素鋼板の製造
方法。
【請求項２】酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄の
１種または２種以上の混合物、および／またはこれらの
酸化物の２種以上の複合酸化物からなる中間層の厚さが
０．００１μｍ以上０．１μｍ未満であることを特徴と
する請求項１に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方
法。