方向性電磁鋼板とその絶縁被膜処理方法
【課題】方向性電磁鋼板のクロム酸を含有しない電気絶縁被膜の被膜張力を従来より高張力化し、電磁鋼板の磁気特性を向上させることを目的とする。
【解決手段】表面に、りん酸金属塩とコロイド状シリカを主成分とし、該りん酸金属塩の結晶化度が６０％以下の範囲であるクロムを含有しない高張力絶縁被膜を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。
【解決手段】表面に、りん酸金属塩とコロイド状シリカを主成分とし、該りん酸金属塩の結晶化度が６０％以下の範囲であるクロムを含有しない高張力絶縁被膜を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロム酸塩を含有しない高張力絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板、及び、その絶縁被膜処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、方向性電磁鋼板の表面被膜は、高温仕上げ焼鈍中に形成される１次被膜と称されるフォルステライト層と、りん酸塩などを主成分とする処理液を塗布し鋼板のヒートフラットニング時に焼き付け形成されるりん酸塩被膜層の２層から形成されている。りん酸塩被膜は、方向性電磁鋼板に電気絶縁性を付与し、渦電流損を低減して鉄損を改善するために必要とされるが、絶縁性以外にも、耐蝕性、耐熱性、すべり性、密着性といった種々の被膜特性が要求されている。
【０００３】
すなわち、方向性電磁鋼板を加工してトランスなどの鉄芯とするには、各種の製造工程を経るものであるが、この鉄芯製造の際に、耐熱性、すべり性、密着性が劣っていると、歪み取り焼鈍時に被膜が剥離したりして、本来の性能が発揮できなかったり、スムーズに鋼板を積層できず作業性が悪化したりする。
【０００４】
さらに、方向性電磁鋼板の絶縁被膜の重要な特性のひとつは、鋼板に張力を付与し方向性電磁鋼板の磁気特性を向上させる効果を奏することである。これは、方向性電磁鋼板に張力を付与することにより磁壁移動を容易にして、方向性電磁鋼板の鉄損を改善するもので、方向性電磁鋼板を鉄芯に用いて製造されたトランスの騒音の主原因のひとつである磁気ひずみの低減にも効果があることが知られている。
【０００５】
特許文献１には、仕上げ焼鈍後に鋼板表面に形成されたフォルステライト被膜の上に、特定組成のりん酸塩、クロム酸塩、コロイド状シリカを主成分とする絶縁被膜処理液を塗布し、焼き付けることにより、高い張力を有する絶縁被膜を鋼板表面に形成し、方向性電磁鋼板の鉄損と磁気ひずみを低減する方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、粒径が８μｍ以下の超微粒子コロイド状シリカと第一りん酸塩、クロム酸塩を特定割合で含有する処理液を塗布し、焼き付けることにより、絶縁被膜の高張力を保持し、さらに、被膜の潤滑性を向上する方法が開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、りん酸塩とクロム酸塩とガラス転移点が９５０〜１２００℃のコロイド状シリカを主成分とする絶縁被膜を特定付着量とする高張力絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板に関する技術が開示されている。
【０００８】
上記特許文献に開示された技術により、各種被膜特性が格段に優れ、被膜張力も従来より向上したものの、いずれも、クロム化合物であるクロム酸塩が配合されているところ、近年では、環境問題がクローズアップされており、鉛、クロム、カドミウムといった化合物の使用を禁止・制限することが求められている。
【０００９】
クロム化合物を含有しない技術として、特許文献４に、コロイド状シリカをＳｉＯ2で２０重量部、りん酸アルミを１０〜１２０重量部、ほう酸２〜１０重量部とＭｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎのそれぞれの硫酸塩の内から選ばれる１種又は２種の合計を４〜４０重量部とを含有する処理液を３００℃以上で焼付処理する絶縁被膜処理方法が開示されている。
【００１０】
また、特許文献５には、ホウ酸、アルミナゾルの混合物と水と相溶性を持つ有機溶媒を含む方向性電磁鋼板被膜形成用塗布剤に関する技術が開示されている。
【００１１】
さらに、特許文献６には、Ｃａ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｂ及びＡｌから選ばれる有機酸塩として、蟻酸塩、酢酸塩、蓚酸塩、酒石酸塩、乳酸塩、クエン酸塩、コハク酸塩及びサリチル酸塩から選ばれる有機酸塩の１種又は２種以上を添加することを特徴とする方向性電磁鋼板用表面処理剤に関する技術が開示されている。
【００１２】
しかしながら、特許文献４に開示の技術には、硫酸塩中の硫酸イオンによる耐蝕性低下の問題があり、特許文献５に開示の技術には、耐蝕性や焼付温度が高すぎるため鋼板に疵が付き易い問題があり、また、特許文献６に開示の技術には、有機酸塩中の有機酸による変色及び液安定性に問題が有り、いずれにしても、更なる改善が必要であった。
【００１３】
特許文献７には、「ＰH2O／ＰH2が１０-2未満の雰囲気で焼付けた場合、被膜の一部が結晶化し微小なクラックが入る。」との開示がある。しかし、特許文献７に開示の技術においては、結晶化を制御する意図は無く、クラックの発生を防止するためだけに結晶化しない乾燥雰囲気を規定するもので、結晶化は不十分であった。
【００１４】
【特許文献１】特公昭５３−２８３７５号公報
【特許文献２】特開昭６１−４１７７８号公報
【特許文献３】特開平１１−０７１６８３号公報
【特許文献４】特公昭５７−９６３１号公報
【特許文献５】特開平７−２７８８２８号公報
【特許文献６】特開２０００−１７８７６０号公報
【特許文献７】特開平９−７８２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、方向性電磁鋼板製造の最終工程で鋼板に塗布し焼き付けることにより表面に形成する絶縁被膜の性状を改善し、密着性などの各種被膜特性が良好で、かつ、従来よりも格段に優れた“クロム化合物を含有しない高張力被膜”を有する方向性電磁鋼板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の要旨は、以下のとうりである。
【００１７】
（１）表面に、りん酸金属塩とコロイド状シリカを主成分とし、該りん酸金属塩の結晶化度が６０％以下のクロムを含有しない高張力絶縁被膜を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。
【００１８】
（２）前記りん酸金属塩が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａの中から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする（１）記載の方向性電磁鋼板。
【００１９】
（３）前記コロイド状シリカの平均粒径が５〜３５ｎｍであることを特徴とする（１）又は（２）記載の方向性電磁鋼板。
【００２０】
（４）前記方向性電磁鋼板が、Ｃを０．００５％以下、Ｓｉを２．５〜７．０％含有し、平均結晶粒径が１〜１０ｍｍであり、結晶方位が、（１１０）［００１］の理想方位に対し、平均値で圧延方向に８°以下の方位のズレを有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。
【００２１】
（５）方向性電磁鋼板の表面に、りん酸金属塩とコロイド状シリカを主成分とする処理液を塗布し高張力被膜を形成する際に、絶縁被膜処理剤として、平均粒径が５〜３５ｎｍのコロイド状シリカを固形分換算で１００重量部、及び、該１００重量部に対し、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａのりん酸塩の１種又は２種以上を固形分で１５５〜２５０重量部含有する処理液を塗布し、以下の（１）〜（６）の条件式を満たす昇温速度Ｖ（℃／秒）、焼付均熱温度Ｃ（℃）、均熱保持時間Ｓ（秒）で、クロムを含有しない高張力絶縁被膜を形成することを特徴とする方向性電磁鋼板の絶縁被膜処理方法。
３０≦Ｖ …（１）
１０≦Ｓ …（２）
８００≦Ｃ≦１０００ …（３）
Ｓ≦２Ｖ−４０ …（４）
Ｃ≦５／３Ｖ＋９００ …（５）
Ｓ≦−４／５Ｃ＋８２０ …（６）
【００２２】
（６）前記方向性電磁鋼板が、Ｃを０．００５％以下、Ｓｉを２．５〜７．０％含有し、平均結晶粒径が１〜１０ｍｍであり、結晶方位が（１１０）［００１］の理想方位に対して、平均値で圧延方向に８°以下の方位のズレを有することを特徴とする（５）に記載の方向性電磁鋼板の絶縁被膜処理方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、鋼板の表面に付与される被膜張力が大きく、トランス製造における鉄芯材料の密着性が良好で、磁気特性も良好な方向性電磁鋼板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明について、詳細に説明する。
【００２５】
まず、方向性電磁鋼板の絶縁被膜が鋼板に対して張力を付与するためには、鋼板と絶縁被膜の熱膨張率に差があることが必要である。絶縁被膜の熱膨張係数が鋼板よりも小さい場合、絶縁被膜が焼き付けられる際に、鋼板の収縮が絶縁被膜より大きいことから、鋼板は引張応力を受け、被膜には圧縮応力が付与されることになる。従って、絶縁被膜の熱膨張率を小さくすることにより、鋼板に付与される引張応力は、さらに大きくすることが可能である。
【００２６】
また、方向性電磁鋼板の絶縁被膜には、このような鋼板に張力を付与しても剥離したりしないために、優れた密着性が必要である。このような絶縁被膜を形成するものとして、りん酸塩とコロイド状シリカ、及び、クロム酸塩の混合物が一般に使用されている。
【００２７】
本発明者等は、クロム酸を含有しない、いわゆる環境問題に対応し、さらに、方向性電磁鋼板に必要な高張力を保持する絶縁被膜を得るべく鋭意研究した。その結果、りん酸塩、コロイド状シリカを主成分とする絶縁被膜において、りん酸塩の結晶化度が絶縁被膜の熱膨張係数に大きく関与しており、りん酸塩の結晶化度を６０％以下に制御することにより、被膜張力を格段に大きくすることが可能であることを見出した。
【００２８】
通常、りん酸塩とコロイド状シリカを主成分とする組成でクロム酸塩を除去した場合には、絶縁被膜がポーラスな構造となり、被膜張力が低く、さらには密着性、耐蝕性、吸湿性も劣位で、そのままの状態では使用できない。このようなポーラス構造となるのは、りん酸塩の結晶と結晶の間に隙間が多く発生するからであり、それ故、結晶化を制御することで、ポーラス化を防止し、緻密な被膜を形成する。
【００２９】
絶縁被膜が結晶構造を有することは、絶縁被膜を持つ方向性電磁鋼板をＸ線構造解析装置にて分析することにより簡便に知ることが可能である。Ｘ線回折法による結晶化度の算出には、プロファイルフィッティング手法や定量分析手法などが知られている。特に限定するものではないが、ピーク分離によるプロファイルフィッティングが簡便である。
【００３０】
しかし、プロファイルフィッティングの場合には、本発明のような絶縁被膜においては、コロイダルシリカとりん酸金属塩の混合状態となっているから、結晶化度の算出においては、あらかじめコロイダルシリカなどを単独で加熱処理を行い、その回折パターンを測定して除外するという注意が必要である。
【００３１】
図１に、代表的なＸ線回折の測定チャートを例示する（Ｃｕ線源を使用）。図１の場合、りん酸Ｎｉを２２５重量部と粒径１２ｎｍのコロイダルシリカを１００重量部配合した処理液を６０℃／秒の昇温速度で９００℃まで昇温し、２５秒間９００℃で保持したサンプルを用いてＸ線回折チャートを測定した。非晶質成分は、２θ＝２０°付近に、非晶質ハローとして現れており、りん酸Ｎｉは、３０°付近に、メインピークとして現れている。
【００３２】
これらのピークから、バックグランドを分離して散乱強度を求め、次式により結晶化度Ｘを算出する。
Ｘ＝Ｃ／（Ｃ＋Ａ）×１００
ここで、Ｃ：結晶性散乱強度、Ａ：非晶質散乱強度
【００３３】
なお、コロイダルシリカも非晶質成分を含むため、りん酸塩の結晶化度を算出する際には、予めコロイダルシリカを同一条件で加熱処理し、非晶質ハローの除去を行った。
【００３４】
また、コロイダルシリカの含有量から非晶質ハローの寄与分を算出し、りん酸金属塩の非晶質成分を計算する方法によっても、簡便で迅速に、結晶化度を求めることが可能である。
【００３５】
さらに、精度は劣るものの、絶縁被膜の付着量やりん酸金属塩の含有量及び金属の種類が特定できれば、方向性電磁鋼板の表面に形成されているフォルステライト被膜のピークと比較して、りん酸金属塩のピークが十分小さければ、りん酸金属塩の非晶質成分を含有すると推定することが可能である。
【００３６】
次に、本発明の限定理由について述べる。まず、本発明の特徴は、りん酸金属塩とコロイド状シリカによって絶縁被膜が形成され、りん酸金属塩の結晶化度が６０％以下であることである。結晶化度が６０％超の場合には、緻密な被膜を形成することができず、被膜張力が低下したり、耐蝕性が劣化する。好ましくは２〜４０％の範囲で、さらに好ましくは５〜２０％の範囲である。
【００３７】
結晶化度が低い場合には、表面が平滑で被膜張力が高く、耐食性に優れた被膜が得られるが、結晶化度が２％未満の場合、りん酸金属塩の種類によっては、絶縁被膜形成後にも縮重合反応が進行し、その結果、余剰のりん酸が生成することにより吸湿したり、耐食性が劣化する場合がある。
【００３８】
また、本発明者等が検討した結果、りん酸金属塩の種類によって晶系は様々であるが、高温で加熱した場合、りん酸Ａｌでは主に六方晶や正方晶、単斜晶系になり易く、りん酸Ｎｉでは単斜晶、斜方晶になり易い。りん酸Ｃｏ、りん酸Ｍｎも単斜晶系、斜方晶系になり易く、特に限定するものではないが、りん酸金属塩の結晶系としては、単斜晶系や斜方晶系といった対称性の低い晶系の方が好ましい。
【００３９】
好ましい理由としては、晶系の対称性が低い場合、非晶質状態との連続性が良好で凹凸が形成され難く、滑らかな表面状態が得られやすいと推定され、りん酸Ｎｉやりん酸Ｍｇでは、良好な表面外観が得られるためである。
【００４０】
また、本発明で、例えば、りん酸Ｃａが使用できない理由の詳細は明らかではないが、本発明者等が検討したところでは、りん酸Ｃａは球晶を生じ易く、昇温するにしたがって体積が大きく変化し、ひび割れなどの被膜欠陥が発生するためである。このような物性を有するりん酸金属塩は、使用することができない。
【００４１】
次に、りん酸金属塩の種類については、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａのりん酸塩の１種又は２種以上の混合物に限定される。さらに好ましくはＮｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇの１種又は２種以上の混合物で、これらのりん酸金属塩を用いたときに、本発明で開示するメカニズムが発現する。なお、りん酸Ｂａ、Ｎｉ、Ｃｏ等のりん酸塩の溶解度が低い金属塩の場合には、酸性溶液とするか、あるいはコロイド状溶液、もしくは分散液としてもよい。
【００４２】
なお、上記以外のりん酸金属塩、例えば、Ｃａ塩は、アパタイト系の含水鉱物を生成しやすく、Ｎａ塩、Ｋ塩等のアルカリ金属塩と同様に被膜の耐蝕性が劣り、Ｓｒ塩、Ｂａ塩等は、溶解度が非常に低く、また、コロイド液の安定性も悪いため、均一な被膜を形成できない。
【００４３】
さらに、処理液には、ホウ酸、ホウ化ナトリウム、及び、酸化チタン、酸化モリブテン等の各種酸化物、顔料、チタン酸バリウム等の無機化合物を添加してもよい。特に、顔料等の無機化合物は、着色だけでなく被膜硬度を高め、絶縁被膜に疵が付きにくくする効果を奏する。
【００４４】
次に、製品の絶縁被膜量は２〜７ｇ／ｍ2が適当である。絶縁被膜量が２ｇ／ｍ2未満では、高張力を得るのが困難であり、また、絶縁性、耐蝕性等も低下し、一方、７ｇ／ｍ2を超えると、占積率が低下してトランス特性が劣化する。
【００４５】
次に、本発明の製造方法に係る限定理由について述べる。まず、本発明で用いるコロイド状シリカとりん酸塩との配合は、固形分換算で、コロイド状シリカ１００重量部に対し、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａのりん酸塩１５５〜２５０重量部を配合する。りん酸塩が１５５重量部未満では、コロイダルシリカによる発粉を生じるため、下限は１５５重量部に制限される。一方、２５０重量部超では、コロイド状シリカによる張力効果が十分に発揮できない。好ましくは１７５〜２３５重量部であり、この範囲で、表面外観の美麗な絶縁被膜が得られる。
【００４６】
本発明で使用するコロイド状シリカは、平均粒径が５〜３５ｎｍのものが好ましい。平均粒径が５ｎｍ未満では液の安定性が悪く、一方、３５ｎｍ超では反応性に乏しく、りん酸塩の固定能力が十分ではないため吸湿性が劣る。
【００４７】
さらに、好ましくは１２〜２５ｎｍのコロイド状シリカで、かつ、表面に、アルミニウムで化学的処理を施したものがよい。また、造膜性の観点から、真球状のものではなく、不定形もしくはビーズ状にシリカが連なったものが好ましい。
【００４８】
次に、本発明における絶縁被膜形成方法について述べる。本発明を適用するに際しては、仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板として、通常のフォルステライト被膜を有する鋼板、又は、フォルステライト被膜を有しない鋼板のどちらでもよい。いずれの鋼板を用いる場合でも、余剰の焼鈍分離剤を水洗除去した後、硫酸浴などによる酸洗処理、水洗処理を行い、表面洗浄と表面の活性化を行った後、絶縁被膜組成液を塗布する。
【００４９】
本発明では、非晶質構造と結晶質構造の混合状態とするため、昇温速度Ｖ（℃／秒）、焼付均熱温度Ｃ（℃）、均熱保持時間Ｓ（秒）、及び、これらの関係が非常に重要である。本発明者等が鋭意検討した結果、以下の条件式（１）〜（６）をすべて満たす場合にのみ、上記りん酸金属塩の結晶化度を達成できることが判明した。
【００５０】
３０≦Ｖ …（１）
１０≦Ｓ …（２）
８００≦Ｃ≦１０００ …（３）
Ｓ≦２Ｖ−４０ …（４）
Ｃ≦５／３Ｖ＋９００ …（５）
Ｓ≦−４／５Ｃ＋８２０ …（６）
【００５１】
まず、昇温速度Ｖ（℃／秒）は３０℃／秒以上、好ましくは５０℃／秒以上、さらに好ましくは７０℃／秒以上で、５０℃／秒以上であれば、容易に結晶化度を制御することが可能であり、７０℃／秒では非常に美麗な外観が得られ、３０℃／秒未満では結晶化の進行が進み、十分な非晶質構造が得られない。
【００５２】
次に、焼付均熱温度Ｃ（℃）とは到達板温のことで、８００℃以上１０００℃以下の範囲が必要であり、８００℃未満では十分な張力が発揮されず、また、１０００℃を超えると被膜に亀裂が生じ、被膜張力が低下したり絶縁性などが低下する。
【００５３】
また、均熱保持時間Ｓ（秒）は１０秒以上が必要で、１０秒未満では焼き付きが不足して吸湿性が劣化しがちであり、望ましくは２０秒以上である。
【００５４】
さらに、本発明では、結晶化度を制御するために、昇温速度、均熱温度、及び、均熱時間は、
Ｓ≦２Ｖ−４０、Ｃ≦５／３Ｖ＋９００、Ｓ≦−４／５Ｃ＋８２０
の各条件式を満たす必要がある。
【００５５】
これは、昇温速度が大きいと非晶質化しやすく、均熱温度は高いほど、均熱時間は長いほど結晶化しやすくなるため、それぞれが関連しているためであり、上記関係式を満たさない場合、結晶化が進行し、結晶化度が大きくなり過ぎる。
【００５６】
なお、上記絶縁被膜処理を、特開平７−２６８５６７号公報に開示されている技術を用いて製造した方向性電磁鋼板、即ち、Ｃを０．００５％以下、Ｓｉを２．５〜７．０％含有し、平均結晶粒径が１〜１０ｍｍであり、結晶方位が（１１０）［００１］の理想方位に対して、平均値で圧延方向に８°以下の方位のズレを有する方向性電磁鋼板に施すことにより、さらに鉄損を低減する効果が得られた。
【実施例】
【００５７】
次に、実施例について述べる。
【００５８】
（実施例１）厚さ０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板の最終仕上げ焼鈍後の同一コイルから幅７ｃｍ×長さ３０ｃｍの試料を切り出し、表面に残存している焼鈍分離剤を水洗と軽酸洗で除去し、グラス被膜を残した後、歪取り焼鈍を行った。次に、表１に示す配合割合で絶縁被膜処理液を調製した後、塗布量が４．５ｇ／ｍ2になるよう、表２の条件で鋼板に塗布し焼き付けし、その後、被膜特性と磁気特性を評価した。結果を表３に示す。
【００５９】
比較例１では、結晶化度が大きく、りん酸塩にＣａ塩を用いたため、被膜にワレが発生して密着性が劣化し、比較例２では、結晶化度が大きく、コロイダルシリカの粒径が小さ過ぎたため隙間の大きなポーラスな被膜となってやはり密着性が低下した。比較例３では、結晶化度が大きく、粒径の大きすぎるコロイダルシリカを用いたため、やはり被膜に亀裂が発生して密着性が低下した。比較例４では、りん酸配合割合が低すぎたため結晶化が進み密着性が低下した。
【００６０】
比較例５では、結晶化度が大きく、昇温速度が低過ぎたため被膜に膨れが発生し、比較例６では、均熱温度が低過ぎたため膨れが発生して被膜張力が劣化した。比較例７では、結晶化度が大きく、均熱温度が高すぎたため隙間の多いポーラスな被膜となって密着性が劣化した。比較例８は、均熱保持時間と昇温速度、比較例９は昇温速度と均熱保持温度の関係が合致しないため結晶化が進み、ポーラスな被膜となって密着性が劣化した。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【００６４】
（実施例２）特開平７−２６８５６７号公報に開示されている技術を用いて、Ｓｉを３．２５％含有する溶鋼を鋳造し、スラブ加熱後、熱間圧延を行い、１１００℃で５分間熱延板を焼鈍し、その後、冷間圧延により０．２２ｍｍ厚にした。この鋼板を加熱速度を４００℃／秒で８５０℃まで昇温した後、脱炭焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布し、１２００℃×２０時間の仕上げ焼鈍を行った。
【００６５】
このようにして得られた、平均粒径が９．５ｍｍで、結晶方位が（１１０）［００１］の理想方位より平均で４．４°の方位のズレを有する同一コイルから実施例１と同様の操作を行い、表４に示す溶液を用いて、表５に示す条件で、塗布量４．５ｇ／ｍ2になるよう鋼板に塗布し焼き付けし、その後、被膜特性と磁気特性を評価した。結果を表６に示す。
【００６６】
比較例１０では、結晶化度が大きく、りん酸塩にＣａ塩を配合したため、被膜にワレが発生して密着性が劣化し、比較例１１では、結晶化度が大きく、コロイダルシリカの粒径が小さ過ぎたため隙間の大きなポーラスな被膜となってやはり密着性が低下した。比較例１２では、結晶化度が大きく、粒径の大きすぎるコロイダルシリカを用いたため、やはり被膜に亀裂が発生して密着性が低下した。
【００６７】
比較例１３では、均熱温度が高すぎたため結晶化が進み密着性が低下した。比較例１４、１５では、昇温速度、均熱保持温度、均熱保持時間の関係が悪く、結晶化が進み密着性が劣化した。
【００６８】
【表４】
【００６９】
【表５】
【００７０】
【表６】
【００７１】
この試験の結果、特定りん酸金属塩を用い、結晶化度を６０％以下に制御した絶縁被膜は、比較例と比較して高張力で密着性に優れ、磁気特性の改善効果が良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明によれば、鋼板の表面に付与される被膜張力が大きく、トランス製造における鉄芯材料の密着性が良好で、磁気特性も良好な方向性電磁鋼板を得ることができる。よって、本発明は、電磁鋼板を利用する産業において、利用可能性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】代表的なＸ線回折チャート（Ｃｕ線源を使用）を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロム酸塩を含有しない高張力絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板、及び、その絶縁被膜処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、方向性電磁鋼板の表面被膜は、高温仕上げ焼鈍中に形成される１次被膜と称されるフォルステライト層と、りん酸塩などを主成分とする処理液を塗布し鋼板のヒートフラットニング時に焼き付け形成されるりん酸塩被膜層の２層から形成されている。りん酸塩被膜は、方向性電磁鋼板に電気絶縁性を付与し、渦電流損を低減して鉄損を改善するために必要とされるが、絶縁性以外にも、耐蝕性、耐熱性、すべり性、密着性といった種々の被膜特性が要求されている。
【０００３】
すなわち、方向性電磁鋼板を加工してトランスなどの鉄芯とするには、各種の製造工程を経るものであるが、この鉄芯製造の際に、耐熱性、すべり性、密着性が劣っていると、歪み取り焼鈍時に被膜が剥離したりして、本来の性能が発揮できなかったり、スムーズに鋼板を積層できず作業性が悪化したりする。
【０００４】
さらに、方向性電磁鋼板の絶縁被膜の重要な特性のひとつは、鋼板に張力を付与し方向性電磁鋼板の磁気特性を向上させる効果を奏することである。これは、方向性電磁鋼板に張力を付与することにより磁壁移動を容易にして、方向性電磁鋼板の鉄損を改善するもので、方向性電磁鋼板を鉄芯に用いて製造されたトランスの騒音の主原因のひとつである磁気ひずみの低減にも効果があることが知られている。
【０００５】
特許文献１には、仕上げ焼鈍後に鋼板表面に形成されたフォルステライト被膜の上に、特定組成のりん酸塩、クロム酸塩、コロイド状シリカを主成分とする絶縁被膜処理液を塗布し、焼き付けることにより、高い張力を有する絶縁被膜を鋼板表面に形成し、方向性電磁鋼板の鉄損と磁気ひずみを低減する方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、粒径が８μｍ以下の超微粒子コロイド状シリカと第一りん酸塩、クロム酸塩を特定割合で含有する処理液を塗布し、焼き付けることにより、絶縁被膜の高張力を保持し、さらに、被膜の潤滑性を向上する方法が開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、りん酸塩とクロム酸塩とガラス転移点が９５０〜１２００℃のコロイド状シリカを主成分とする絶縁被膜を特定付着量とする高張力絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板に関する技術が開示されている。
【０００８】
上記特許文献に開示された技術により、各種被膜特性が格段に優れ、被膜張力も従来より向上したものの、いずれも、クロム化合物であるクロム酸塩が配合されているところ、近年では、環境問題がクローズアップされており、鉛、クロム、カドミウムといった化合物の使用を禁止・制限することが求められている。
【０００９】
クロム化合物を含有しない技術として、特許文献４に、コロイド状シリカをＳｉＯ2で２０重量部、りん酸アルミを１０〜１２０重量部、ほう酸２〜１０重量部とＭｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎのそれぞれの硫酸塩の内から選ばれる１種又は２種の合計を４〜４０重量部とを含有する処理液を３００℃以上で焼付処理する絶縁被膜処理方法が開示されている。
【００１０】
また、特許文献５には、ホウ酸、アルミナゾルの混合物と水と相溶性を持つ有機溶媒を含む方向性電磁鋼板被膜形成用塗布剤に関する技術が開示されている。
【００１１】
さらに、特許文献６には、Ｃａ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｂ及びＡｌから選ばれる有機酸塩として、蟻酸塩、酢酸塩、蓚酸塩、酒石酸塩、乳酸塩、クエン酸塩、コハク酸塩及びサリチル酸塩から選ばれる有機酸塩の１種又は２種以上を添加することを特徴とする方向性電磁鋼板用表面処理剤に関する技術が開示されている。
【００１２】
しかしながら、特許文献４に開示の技術には、硫酸塩中の硫酸イオンによる耐蝕性低下の問題があり、特許文献５に開示の技術には、耐蝕性や焼付温度が高すぎるため鋼板に疵が付き易い問題があり、また、特許文献６に開示の技術には、有機酸塩中の有機酸による変色及び液安定性に問題が有り、いずれにしても、更なる改善が必要であった。
【００１３】
特許文献７には、「ＰH2O／ＰH2が１０-2未満の雰囲気で焼付けた場合、被膜の一部が結晶化し微小なクラックが入る。」との開示がある。しかし、特許文献７に開示の技術においては、結晶化を制御する意図は無く、クラックの発生を防止するためだけに結晶化しない乾燥雰囲気を規定するもので、結晶化は不十分であった。
【００１４】
【特許文献１】特公昭５３−２８３７５号公報
【特許文献２】特開昭６１−４１７７８号公報
【特許文献３】特開平１１−０７１６８３号公報
【特許文献４】特公昭５７−９６３１号公報
【特許文献５】特開平７−２７８８２８号公報
【特許文献６】特開２０００−１７８７６０号公報
【特許文献７】特開平９−７８２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、方向性電磁鋼板製造の最終工程で鋼板に塗布し焼き付けることにより表面に形成する絶縁被膜の性状を改善し、密着性などの各種被膜特性が良好で、かつ、従来よりも格段に優れた“クロム化合物を含有しない高張力被膜”を有する方向性電磁鋼板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の要旨は、以下のとうりである。
【００１７】
（１）表面に、りん酸金属塩とコロイド状シリカを主成分とし、該りん酸金属塩の結晶化度が６０％以下のクロムを含有しない高張力絶縁被膜を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。
【００１８】
（２）前記りん酸金属塩が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａの中から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする（１）記載の方向性電磁鋼板。
【００１９】
（３）前記コロイド状シリカの平均粒径が５〜３５ｎｍであることを特徴とする（１）又は（２）記載の方向性電磁鋼板。
【００２０】
（４）前記方向性電磁鋼板が、Ｃを０．００５％以下、Ｓｉを２．５〜７．０％含有し、平均結晶粒径が１〜１０ｍｍであり、結晶方位が、（１１０）［００１］の理想方位に対し、平均値で圧延方向に８°以下の方位のズレを有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。
【００２１】
（５）方向性電磁鋼板の表面に、りん酸金属塩とコロイド状シリカを主成分とする処理液を塗布し高張力被膜を形成する際に、絶縁被膜処理剤として、平均粒径が５〜３５ｎｍのコロイド状シリカを固形分換算で１００重量部、及び、該１００重量部に対し、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａのりん酸塩の１種又は２種以上を固形分で１５５〜２５０重量部含有する処理液を塗布し、以下の（１）〜（６）の条件式を満たす昇温速度Ｖ（℃／秒）、焼付均熱温度Ｃ（℃）、均熱保持時間Ｓ（秒）で、クロムを含有しない高張力絶縁被膜を形成することを特徴とする方向性電磁鋼板の絶縁被膜処理方法。
３０≦Ｖ …（１）
１０≦Ｓ …（２）
８００≦Ｃ≦１０００ …（３）
Ｓ≦２Ｖ−４０ …（４）
Ｃ≦５／３Ｖ＋９００ …（５）
Ｓ≦−４／５Ｃ＋８２０ …（６）
【００２２】
（６）前記方向性電磁鋼板が、Ｃを０．００５％以下、Ｓｉを２．５〜７．０％含有し、平均結晶粒径が１〜１０ｍｍであり、結晶方位が（１１０）［００１］の理想方位に対して、平均値で圧延方向に８°以下の方位のズレを有することを特徴とする（５）に記載の方向性電磁鋼板の絶縁被膜処理方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、鋼板の表面に付与される被膜張力が大きく、トランス製造における鉄芯材料の密着性が良好で、磁気特性も良好な方向性電磁鋼板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明について、詳細に説明する。
【００２５】
まず、方向性電磁鋼板の絶縁被膜が鋼板に対して張力を付与するためには、鋼板と絶縁被膜の熱膨張率に差があることが必要である。絶縁被膜の熱膨張係数が鋼板よりも小さい場合、絶縁被膜が焼き付けられる際に、鋼板の収縮が絶縁被膜より大きいことから、鋼板は引張応力を受け、被膜には圧縮応力が付与されることになる。従って、絶縁被膜の熱膨張率を小さくすることにより、鋼板に付与される引張応力は、さらに大きくすることが可能である。
【００２６】
また、方向性電磁鋼板の絶縁被膜には、このような鋼板に張力を付与しても剥離したりしないために、優れた密着性が必要である。このような絶縁被膜を形成するものとして、りん酸塩とコロイド状シリカ、及び、クロム酸塩の混合物が一般に使用されている。
【００２７】
本発明者等は、クロム酸を含有しない、いわゆる環境問題に対応し、さらに、方向性電磁鋼板に必要な高張力を保持する絶縁被膜を得るべく鋭意研究した。その結果、りん酸塩、コロイド状シリカを主成分とする絶縁被膜において、りん酸塩の結晶化度が絶縁被膜の熱膨張係数に大きく関与しており、りん酸塩の結晶化度を６０％以下に制御することにより、被膜張力を格段に大きくすることが可能であることを見出した。
【００２８】
通常、りん酸塩とコロイド状シリカを主成分とする組成でクロム酸塩を除去した場合には、絶縁被膜がポーラスな構造となり、被膜張力が低く、さらには密着性、耐蝕性、吸湿性も劣位で、そのままの状態では使用できない。このようなポーラス構造となるのは、りん酸塩の結晶と結晶の間に隙間が多く発生するからであり、それ故、結晶化を制御することで、ポーラス化を防止し、緻密な被膜を形成する。
【００２９】
絶縁被膜が結晶構造を有することは、絶縁被膜を持つ方向性電磁鋼板をＸ線構造解析装置にて分析することにより簡便に知ることが可能である。Ｘ線回折法による結晶化度の算出には、プロファイルフィッティング手法や定量分析手法などが知られている。特に限定するものではないが、ピーク分離によるプロファイルフィッティングが簡便である。
【００３０】
しかし、プロファイルフィッティングの場合には、本発明のような絶縁被膜においては、コロイダルシリカとりん酸金属塩の混合状態となっているから、結晶化度の算出においては、あらかじめコロイダルシリカなどを単独で加熱処理を行い、その回折パターンを測定して除外するという注意が必要である。
【００３１】
図１に、代表的なＸ線回折の測定チャートを例示する（Ｃｕ線源を使用）。図１の場合、りん酸Ｎｉを２２５重量部と粒径１２ｎｍのコロイダルシリカを１００重量部配合した処理液を６０℃／秒の昇温速度で９００℃まで昇温し、２５秒間９００℃で保持したサンプルを用いてＸ線回折チャートを測定した。非晶質成分は、２θ＝２０°付近に、非晶質ハローとして現れており、りん酸Ｎｉは、３０°付近に、メインピークとして現れている。
【００３２】
これらのピークから、バックグランドを分離して散乱強度を求め、次式により結晶化度Ｘを算出する。
Ｘ＝Ｃ／（Ｃ＋Ａ）×１００
ここで、Ｃ：結晶性散乱強度、Ａ：非晶質散乱強度
【００３３】
なお、コロイダルシリカも非晶質成分を含むため、りん酸塩の結晶化度を算出する際には、予めコロイダルシリカを同一条件で加熱処理し、非晶質ハローの除去を行った。
【００３４】
また、コロイダルシリカの含有量から非晶質ハローの寄与分を算出し、りん酸金属塩の非晶質成分を計算する方法によっても、簡便で迅速に、結晶化度を求めることが可能である。
【００３５】
さらに、精度は劣るものの、絶縁被膜の付着量やりん酸金属塩の含有量及び金属の種類が特定できれば、方向性電磁鋼板の表面に形成されているフォルステライト被膜のピークと比較して、りん酸金属塩のピークが十分小さければ、りん酸金属塩の非晶質成分を含有すると推定することが可能である。
【００３６】
次に、本発明の限定理由について述べる。まず、本発明の特徴は、りん酸金属塩とコロイド状シリカによって絶縁被膜が形成され、りん酸金属塩の結晶化度が６０％以下であることである。結晶化度が６０％超の場合には、緻密な被膜を形成することができず、被膜張力が低下したり、耐蝕性が劣化する。好ましくは２〜４０％の範囲で、さらに好ましくは５〜２０％の範囲である。
【００３７】
結晶化度が低い場合には、表面が平滑で被膜張力が高く、耐食性に優れた被膜が得られるが、結晶化度が２％未満の場合、りん酸金属塩の種類によっては、絶縁被膜形成後にも縮重合反応が進行し、その結果、余剰のりん酸が生成することにより吸湿したり、耐食性が劣化する場合がある。
【００３８】
また、本発明者等が検討した結果、りん酸金属塩の種類によって晶系は様々であるが、高温で加熱した場合、りん酸Ａｌでは主に六方晶や正方晶、単斜晶系になり易く、りん酸Ｎｉでは単斜晶、斜方晶になり易い。りん酸Ｃｏ、りん酸Ｍｎも単斜晶系、斜方晶系になり易く、特に限定するものではないが、りん酸金属塩の結晶系としては、単斜晶系や斜方晶系といった対称性の低い晶系の方が好ましい。
【００３９】
好ましい理由としては、晶系の対称性が低い場合、非晶質状態との連続性が良好で凹凸が形成され難く、滑らかな表面状態が得られやすいと推定され、りん酸Ｎｉやりん酸Ｍｇでは、良好な表面外観が得られるためである。
【００４０】
また、本発明で、例えば、りん酸Ｃａが使用できない理由の詳細は明らかではないが、本発明者等が検討したところでは、りん酸Ｃａは球晶を生じ易く、昇温するにしたがって体積が大きく変化し、ひび割れなどの被膜欠陥が発生するためである。このような物性を有するりん酸金属塩は、使用することができない。
【００４１】
次に、りん酸金属塩の種類については、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａのりん酸塩の１種又は２種以上の混合物に限定される。さらに好ましくはＮｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇの１種又は２種以上の混合物で、これらのりん酸金属塩を用いたときに、本発明で開示するメカニズムが発現する。なお、りん酸Ｂａ、Ｎｉ、Ｃｏ等のりん酸塩の溶解度が低い金属塩の場合には、酸性溶液とするか、あるいはコロイド状溶液、もしくは分散液としてもよい。
【００４２】
なお、上記以外のりん酸金属塩、例えば、Ｃａ塩は、アパタイト系の含水鉱物を生成しやすく、Ｎａ塩、Ｋ塩等のアルカリ金属塩と同様に被膜の耐蝕性が劣り、Ｓｒ塩、Ｂａ塩等は、溶解度が非常に低く、また、コロイド液の安定性も悪いため、均一な被膜を形成できない。
【００４３】
さらに、処理液には、ホウ酸、ホウ化ナトリウム、及び、酸化チタン、酸化モリブテン等の各種酸化物、顔料、チタン酸バリウム等の無機化合物を添加してもよい。特に、顔料等の無機化合物は、着色だけでなく被膜硬度を高め、絶縁被膜に疵が付きにくくする効果を奏する。
【００４４】
次に、製品の絶縁被膜量は２〜７ｇ／ｍ2が適当である。絶縁被膜量が２ｇ／ｍ2未満では、高張力を得るのが困難であり、また、絶縁性、耐蝕性等も低下し、一方、７ｇ／ｍ2を超えると、占積率が低下してトランス特性が劣化する。
【００４５】
次に、本発明の製造方法に係る限定理由について述べる。まず、本発明で用いるコロイド状シリカとりん酸塩との配合は、固形分換算で、コロイド状シリカ１００重量部に対し、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａのりん酸塩１５５〜２５０重量部を配合する。りん酸塩が１５５重量部未満では、コロイダルシリカによる発粉を生じるため、下限は１５５重量部に制限される。一方、２５０重量部超では、コロイド状シリカによる張力効果が十分に発揮できない。好ましくは１７５〜２３５重量部であり、この範囲で、表面外観の美麗な絶縁被膜が得られる。
【００４６】
本発明で使用するコロイド状シリカは、平均粒径が５〜３５ｎｍのものが好ましい。平均粒径が５ｎｍ未満では液の安定性が悪く、一方、３５ｎｍ超では反応性に乏しく、りん酸塩の固定能力が十分ではないため吸湿性が劣る。
【００４７】
さらに、好ましくは１２〜２５ｎｍのコロイド状シリカで、かつ、表面に、アルミニウムで化学的処理を施したものがよい。また、造膜性の観点から、真球状のものではなく、不定形もしくはビーズ状にシリカが連なったものが好ましい。
【００４８】
次に、本発明における絶縁被膜形成方法について述べる。本発明を適用するに際しては、仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板として、通常のフォルステライト被膜を有する鋼板、又は、フォルステライト被膜を有しない鋼板のどちらでもよい。いずれの鋼板を用いる場合でも、余剰の焼鈍分離剤を水洗除去した後、硫酸浴などによる酸洗処理、水洗処理を行い、表面洗浄と表面の活性化を行った後、絶縁被膜組成液を塗布する。
【００４９】
本発明では、非晶質構造と結晶質構造の混合状態とするため、昇温速度Ｖ（℃／秒）、焼付均熱温度Ｃ（℃）、均熱保持時間Ｓ（秒）、及び、これらの関係が非常に重要である。本発明者等が鋭意検討した結果、以下の条件式（１）〜（６）をすべて満たす場合にのみ、上記りん酸金属塩の結晶化度を達成できることが判明した。
【００５０】
３０≦Ｖ …（１）
１０≦Ｓ …（２）
８００≦Ｃ≦１０００ …（３）
Ｓ≦２Ｖ−４０ …（４）
Ｃ≦５／３Ｖ＋９００ …（５）
Ｓ≦−４／５Ｃ＋８２０ …（６）
【００５１】
まず、昇温速度Ｖ（℃／秒）は３０℃／秒以上、好ましくは５０℃／秒以上、さらに好ましくは７０℃／秒以上で、５０℃／秒以上であれば、容易に結晶化度を制御することが可能であり、７０℃／秒では非常に美麗な外観が得られ、３０℃／秒未満では結晶化の進行が進み、十分な非晶質構造が得られない。
【００５２】
次に、焼付均熱温度Ｃ（℃）とは到達板温のことで、８００℃以上１０００℃以下の範囲が必要であり、８００℃未満では十分な張力が発揮されず、また、１０００℃を超えると被膜に亀裂が生じ、被膜張力が低下したり絶縁性などが低下する。
【００５３】
また、均熱保持時間Ｓ（秒）は１０秒以上が必要で、１０秒未満では焼き付きが不足して吸湿性が劣化しがちであり、望ましくは２０秒以上である。
【００５４】
さらに、本発明では、結晶化度を制御するために、昇温速度、均熱温度、及び、均熱時間は、
Ｓ≦２Ｖ−４０、Ｃ≦５／３Ｖ＋９００、Ｓ≦−４／５Ｃ＋８２０
の各条件式を満たす必要がある。
【００５５】
これは、昇温速度が大きいと非晶質化しやすく、均熱温度は高いほど、均熱時間は長いほど結晶化しやすくなるため、それぞれが関連しているためであり、上記関係式を満たさない場合、結晶化が進行し、結晶化度が大きくなり過ぎる。
【００５６】
なお、上記絶縁被膜処理を、特開平７−２６８５６７号公報に開示されている技術を用いて製造した方向性電磁鋼板、即ち、Ｃを０．００５％以下、Ｓｉを２．５〜７．０％含有し、平均結晶粒径が１〜１０ｍｍであり、結晶方位が（１１０）［００１］の理想方位に対して、平均値で圧延方向に８°以下の方位のズレを有する方向性電磁鋼板に施すことにより、さらに鉄損を低減する効果が得られた。
【実施例】
【００５７】
次に、実施例について述べる。
【００５８】
（実施例１）厚さ０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板の最終仕上げ焼鈍後の同一コイルから幅７ｃｍ×長さ３０ｃｍの試料を切り出し、表面に残存している焼鈍分離剤を水洗と軽酸洗で除去し、グラス被膜を残した後、歪取り焼鈍を行った。次に、表１に示す配合割合で絶縁被膜処理液を調製した後、塗布量が４．５ｇ／ｍ2になるよう、表２の条件で鋼板に塗布し焼き付けし、その後、被膜特性と磁気特性を評価した。結果を表３に示す。
【００５９】
比較例１では、結晶化度が大きく、りん酸塩にＣａ塩を用いたため、被膜にワレが発生して密着性が劣化し、比較例２では、結晶化度が大きく、コロイダルシリカの粒径が小さ過ぎたため隙間の大きなポーラスな被膜となってやはり密着性が低下した。比較例３では、結晶化度が大きく、粒径の大きすぎるコロイダルシリカを用いたため、やはり被膜に亀裂が発生して密着性が低下した。比較例４では、りん酸配合割合が低すぎたため結晶化が進み密着性が低下した。
【００６０】
比較例５では、結晶化度が大きく、昇温速度が低過ぎたため被膜に膨れが発生し、比較例６では、均熱温度が低過ぎたため膨れが発生して被膜張力が劣化した。比較例７では、結晶化度が大きく、均熱温度が高すぎたため隙間の多いポーラスな被膜となって密着性が劣化した。比較例８は、均熱保持時間と昇温速度、比較例９は昇温速度と均熱保持温度の関係が合致しないため結晶化が進み、ポーラスな被膜となって密着性が劣化した。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【００６４】
（実施例２）特開平７−２６８５６７号公報に開示されている技術を用いて、Ｓｉを３．２５％含有する溶鋼を鋳造し、スラブ加熱後、熱間圧延を行い、１１００℃で５分間熱延板を焼鈍し、その後、冷間圧延により０．２２ｍｍ厚にした。この鋼板を加熱速度を４００℃／秒で８５０℃まで昇温した後、脱炭焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布し、１２００℃×２０時間の仕上げ焼鈍を行った。
【００６５】
このようにして得られた、平均粒径が９．５ｍｍで、結晶方位が（１１０）［００１］の理想方位より平均で４．４°の方位のズレを有する同一コイルから実施例１と同様の操作を行い、表４に示す溶液を用いて、表５に示す条件で、塗布量４．５ｇ／ｍ2になるよう鋼板に塗布し焼き付けし、その後、被膜特性と磁気特性を評価した。結果を表６に示す。
【００６６】
比較例１０では、結晶化度が大きく、りん酸塩にＣａ塩を配合したため、被膜にワレが発生して密着性が劣化し、比較例１１では、結晶化度が大きく、コロイダルシリカの粒径が小さ過ぎたため隙間の大きなポーラスな被膜となってやはり密着性が低下した。比較例１２では、結晶化度が大きく、粒径の大きすぎるコロイダルシリカを用いたため、やはり被膜に亀裂が発生して密着性が低下した。
【００６７】
比較例１３では、均熱温度が高すぎたため結晶化が進み密着性が低下した。比較例１４、１５では、昇温速度、均熱保持温度、均熱保持時間の関係が悪く、結晶化が進み密着性が劣化した。
【００６８】
【表４】
【００６９】
【表５】
【００７０】
【表６】
【００７１】
この試験の結果、特定りん酸金属塩を用い、結晶化度を６０％以下に制御した絶縁被膜は、比較例と比較して高張力で密着性に優れ、磁気特性の改善効果が良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明によれば、鋼板の表面に付与される被膜張力が大きく、トランス製造における鉄芯材料の密着性が良好で、磁気特性も良好な方向性電磁鋼板を得ることができる。よって、本発明は、電磁鋼板を利用する産業において、利用可能性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】代表的なＸ線回折チャート（Ｃｕ線源を使用）を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、りん酸金属塩とコロイド状シリカを主成分とし、該りん酸金属塩の結晶化度が６０％以下のクロムを含有しない高張力絶縁被膜を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。
【請求項２】
前記りん酸金属塩が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａの中から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１記載の方向性電磁鋼板。
【請求項３】
前記コロイド状シリカの平均粒径が５〜３５ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の方向性電磁鋼板。
【請求項４】
前記方向性電磁鋼板が、Ｃを０．００５％以下、Ｓｉを２．５〜７．０％含有し、平均結晶粒径が１〜１０ｍｍであり、結晶方位が、（１１０）［００１］の理想方位に対し、平均値で圧延方向に８°以下の方位のズレを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項５】
方向性電磁鋼板の表面に、りん酸金属塩とコロイド状シリカを主成分とする処理液を塗布し高張力被膜を形成する際に、絶縁被膜処理剤として、平均粒径が５〜３５ｎｍのコロイド状シリカを固形分換算で１００重量部、及び、該１００重量部に対し、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａのりん酸塩の１種又は２種以上を固形分で１５５〜２５０重量部含有する処理液を塗布し、以下の（１）〜（６）の条件式を満たす昇温速度Ｖ（℃／秒）、焼付均熱温度Ｃ（℃）、均熱保持時間Ｓ（秒）で、クロムを含有しない高張力絶縁被膜を形成することを特徴とする方向性電磁鋼板の絶縁被膜処理方法。
３０≦Ｖ …（１）
１０≦Ｓ …（２）
８００≦Ｃ≦１０００ …（３）
Ｓ≦２Ｖ−４０ …（４）
Ｃ≦５／３Ｖ＋９００ …（５）
Ｓ≦−４／５Ｃ＋８２０ …（６）
【請求項６】
前記方向性電磁鋼板が、Ｃを０．００５％以下、Ｓｉを２．５〜７．０％含有し、平均結晶粒径が１〜１０ｍｍであり、結晶方位が、（１１０）［００１］の理想方位に対し、平均値で圧延方向に８°以下の方位のズレを有することを特徴とする請求項５に記載の方向性電磁鋼板の絶縁被膜処理方法。
【請求項１】
表面に、りん酸金属塩とコロイド状シリカを主成分とし、該りん酸金属塩の結晶化度が６０％以下のクロムを含有しない高張力絶縁被膜を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。
【請求項２】
前記りん酸金属塩が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａの中から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１記載の方向性電磁鋼板。
【請求項３】
前記コロイド状シリカの平均粒径が５〜３５ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の方向性電磁鋼板。
【請求項４】
前記方向性電磁鋼板が、Ｃを０．００５％以下、Ｓｉを２．５〜７．０％含有し、平均結晶粒径が１〜１０ｍｍであり、結晶方位が、（１１０）［００１］の理想方位に対し、平均値で圧延方向に８°以下の方位のズレを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項５】
方向性電磁鋼板の表面に、りん酸金属塩とコロイド状シリカを主成分とする処理液を塗布し高張力被膜を形成する際に、絶縁被膜処理剤として、平均粒径が５〜３５ｎｍのコロイド状シリカを固形分換算で１００重量部、及び、該１００重量部に対し、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂａのりん酸塩の１種又は２種以上を固形分で１５５〜２５０重量部含有する処理液を塗布し、以下の（１）〜（６）の条件式を満たす昇温速度Ｖ（℃／秒）、焼付均熱温度Ｃ（℃）、均熱保持時間Ｓ（秒）で、クロムを含有しない高張力絶縁被膜を形成することを特徴とする方向性電磁鋼板の絶縁被膜処理方法。
３０≦Ｖ …（１）
１０≦Ｓ …（２）
８００≦Ｃ≦１０００ …（３）
Ｓ≦２Ｖ−４０ …（４）
Ｃ≦５／３Ｖ＋９００ …（５）
Ｓ≦−４／５Ｃ＋８２０ …（６）
【請求項６】
前記方向性電磁鋼板が、Ｃを０．００５％以下、Ｓｉを２．５〜７．０％含有し、平均結晶粒径が１〜１０ｍｍであり、結晶方位が、（１１０）［００１］の理想方位に対し、平均値で圧延方向に８°以下の方位のズレを有することを特徴とする請求項５に記載の方向性電磁鋼板の絶縁被膜処理方法。
【図１】
【公開番号】特開２００７−２１７７５８（Ｐ２００７−２１７７５８Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４０６６６（Ｐ２００６−４０６６６）
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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