(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシアを主体とし、かつ体積収縮率が20％以上80％以下である方向性電磁鋼板用の焼鈍分離剤であって、該焼鈍分離剤中にイットリウム化合物をY2O3換算で0.0005質量％以上0.01質量％以下含有することを特徴とする焼鈍分離剤。
【請求項２】
前記焼鈍分離剤がマグネシアを80％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の焼鈍分離剤。
【請求項３】
前記焼鈍分離剤が水酸化マグネシウムおよび／または炭酸マグネシウムを主原料とし、これを焼成するに先立ってイットリウム化合物を添加したのち、焼成して得たものであることを特徴とする請求項１または２に記載の焼鈍分離剤。
【請求項４】
方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施したのち、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して最終冷延板とし、ついで、一次再結晶焼鈍を施したのち、焼鈍分離剤を塗布して、コイル状に巻取り、900℃以上の温度で仕上焼鈍を施すに当たり、該焼鈍分離剤として、請求項１〜３のいずれかに記載の焼鈍分離剤を用いることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼鈍分離剤が塗布された鋼板コイルを焼鈍した後、コイルを次工程の通板時に横置き状態（ダウンエンド状態）とした際の、コイル変形を防止するのに有用な焼鈍分離剤に関するものである。
また、本発明は、上記の焼鈍分離剤を用いた方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板の製造は、所定の成分組成に調整した鋼スラブに、熱間圧延、焼鈍および冷間圧延を施し、再結晶焼鈍、仕上焼鈍、そして平坦化焼鈍などを行うことが一般的である。これらの製造のうち、仕上焼鈍を行う場合は、コイル状に巻取られた状態で、800℃以上の温度を付与することによって二次再結晶を生じさせ、所望の磁気特性を発現させている。また、仕上焼鈍では、鋼板中の不純物の純化を目的として、1200℃という高温の焼鈍を行うこともある。さらに、仕上焼鈍後には、コイルセットを矯正する目的で平坦化焼鈍が施される。
【０００３】
ここに、仕上焼鈍後のコイルは、いわゆるルーズコイルの状態となりやすく、コイルを横置きにすると、コイルが偏平状に潰れてしまう場合があった。コイルが偏平状に潰れた場合は、コイル内径の短径が短くなり、次工程においてペイオフリールに挿入できなくなるという問題が発生する。コイルの内径変形は、巻き取られた鋼板間の摩擦力が乏しい場合に発生するため、コイル巻取時の張力を強めれば良い。しかし、単純に巻取り張力を高くしただけでは、今度はコイル内径部の一部が座屈するバックリングという問題が発生して、やはりペイオフリールヘの挿入が困難になる場合があった。
【０００４】
これらの問題に対して、例えば、特許文献１には、巻取り張力を適正範囲に制御することが提案されている。しかしながら、張力を付与してコイル状に鋼板を巻取った後に焼鈍すると、コイルに付与した張力が消失してしまい、その結果、やはり、ルーズコイルの状態に戻ってしまう。
また、特許文献２には、コイルの内径部にスリーブを入れることが提案されているが、スリーブ挿入工程が追加となるなどの問題があった。
【０００５】
さらに、特許文献３には、巻取り張力を適正化することに加えて、コイルに緩みが生じないように、焼鈍分離剤の線膨張率を制限することが提案されている。
しかし、上記の技術は、特許文献１と同様、焼鈍後に鋼板の張力が消失するという問題を抱えているため、コイルを横置きとした状態でのコイルの変形という問題が解消されていない。すなわち、特許文献３は、コイルの緩みを回避するための焼鈍分離剤を与えてはいるものの、コイルの横置き状態での変形を抑制する手立てを与えるものではない。
【０００６】
上記した問題を解決するものとして、発明者らは先に、特許文献４において、焼鈍分離剤の体積収縮率を所定の範囲に制限する技術を提案した。
しかしながら、焼鈍分離剤の体積収縮率が、特許文献４で限定している範囲よりも大きくなった場合には、依然としてコイルが変形するおそれが残っていた。また、生産ラインに予期せぬトラブル（ライン停止など）が発生するなどして、特に、コイルが横置き状態で長時間放置（例えば30分以上の保持）された場合には、たとえ特許文献４に従う焼鈍分離剤を適用したとしても、コイルの変形量が大きくなって、ペイオフリールに挿入できない事態を招来することがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平11−267746号公報
【特許文献２】特許第3702853号公報
【特許文献３】特許第3885463号公報
【特許文献４】特願2009−286862号明細書
【特許文献５】国際公開第2006／126660号パンフレット
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】窯業協会誌70〔2〕1962  P335「MgOとFe203との反応とそのマグネシアの焼結に対する影響」
【非特許文献２】化学工学論文集11,433（1985）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上掲した特許文献４の改良に係るもので、焼鈍分離剤の体積収縮率が大きくなった場合であっても、またコイルが横置き状態で長時間放置された場合であっても、焼鈍後のコイル内周の形状変形を効果的に抑制することができる焼鈍分離剤を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記した焼鈍分離剤を用いた方向性電磁鋼板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、前掲した特許文献４において、コイル内周部の変形量がバラつく原因を調査し、既に、コイル内周部の変形量と、焼鈍分離剤の体積収縮率との間に相関があることを解明した。しかしながら、焼鈍分離剤の体積収縮率が大きかったり、長時間放置した場合には、コイル内周の形状変形があったことは前述したとおりである。
そこで、発明者らは、焼鈍分離剤の体積収縮率が大きい場合であっても、コイルの変形を防止することについて鋭意検討した。その結果、焼鈍分離剤に、イットリウム化合物を添加することで、コイルの変形防止効果が大きくなることを見出した。すなわち、イットリウム化合物を添加すると、焼鈍分離剤による層の粒子同士の結合力が強化され、層自体にコイルを支える力が生じることで、コイルの変形が効果的に防止できることが解明されたのである。
なお、焼鈍分離剤にイットリアを含有することについては、特許文献５に開示されているが、特許文献５に開示の技術は、皮膜の付着強度の改善が目的であり、コイルの変形を抑制するための手立てについて、何ら考慮が払われていない。
【００１１】
すなわち、本発明は、上記した知見に基づくもので、その要旨構成は次のとおりである。
１．マグネシアを主体とし、かつ体積収縮率が20％以上80％以下である方向性電磁鋼板用の焼鈍分離剤であって、該焼鈍分離剤中にイットリウム化合物をY2O3換算で0.0005質量％以上0.01質量％以下含有することを特徴とする焼鈍分離剤。 
【００１２】
２．前記焼鈍分離剤がマグネシアを80％以上含有することを特徴とする前記１に記載の焼鈍分離剤。 
【００１３】
３．前記焼鈍分離剤が水酸化マグネシウムおよび／または炭酸マグネシウムを主原料とし、これを焼成するに先立ってイットリウム化合物を添加したのち、焼成して得たものであることを特徴とする前記１または２に記載の焼鈍分離剤。
【００１４】
４．方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施したのち、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して最終冷延板とし、ついで、一次再結晶焼鈍を施したのち、焼鈍分離剤を塗布して、コイル状に巻取り、900℃以上の温度で仕上焼鈍を施すに当たり、該焼鈍分離剤として、前記１〜３のいずれかに記載の焼鈍分離剤を用いることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、焼鈍分離剤の体積膨張率が大きくなったとしても、その焼鈍分離剤を適用して、コイル内周部の変形を効果的に防止することができる。また、長時間放置した場合でも、同様に、コイル内周部の変形を効果的に防止することができる。その結果、コイルの生産性向上、製造設備の安定稼動および製品歩留まりの向上（例えば、スクラップコイル発生防止）などを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】Y2O3を焼鈍分離剤を用いて得た積層体サンプルおよびY2O3を含有しない焼鈍分離剤を用いて得た積層体サンプルの３点曲げ試験において、ストロークと荷重との変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の解明経緯について説明する。
コイルを横置きにした際に、コイルの内周形状が偏平化する問題は、焼鈍後の方向性電磁鋼板に限った問題ではなく、焼鈍後の熱延鋼板や冷延鋼板にも発生する問題である。ここに、内周形状が変形する原因は、巻取った鋼板間のすべりにあり、その対策として、巻取り張力による鋼板間面圧の付与、鋼板間の摩擦力の調整、コイルへの外力付与、内周部へのスリーブ挿入、等が行われているのは既述のとおりである。しかしながら、方向性電磁鋼板の製造のように、焼鈍分離剤を塗布した後に900℃を超える温度で焼鈍する場合は、コイルに付与した巻取り張力が低下するため、巻取り張力を高くしたとしても、上記したような偏平化の問題は解決できない。
【００１８】
そのため、現在では、内周部に予めスリーブを挿入して焼鈍したり、焼鈍後にスリーブを挿入したりして、変形を防止する方策がとられている。しかしながら、スリーブ挿入のための手間やスリーブの消耗による交換用スリーブの作製が必要となるなどから、スリーブを挿入しない場合と比べると、コイルの製造コストが上昇するという問題がある。
【００１９】
上記の問題を解決するものとして前掲した特許文献４において、焼鈍分離剤の体積収縮率を所定の範囲に制御する技術が提案されている。
この特許文献４に記載の技術を用いると、上記したスリーブ挿入などを行わなくてもコイル変形を防止することが可能となる。
すなわち、焼鈍分離剤の体積収縮率を20〜60％の範囲に制御することにより、焼鈍後のコイルに残存する巻取り張力を確保し、鋼板間に面圧を残して摩擦力を確保して、コイル変形を防止するものである。
【００２０】
従って、特許文献４において、焼鈍分離剤は、マグネシアの焼成温度および粒度分布を調整することにより、焼鈍分離剤の体積収縮率を20〜60％の範囲に収めていた。しかしながら、かような調整を行ったとしても、必ずしも20〜60％の範囲に制御できるとは限らず、焼鈍分離剤の体積収縮率が60％を超えてしまうと、やはり、収縮率が大きすぎるため、コイルの変形が大きくなり、ペイオフリールへの挿入が阻害されてしまう場合があった。
【００２１】
また、焼鈍分離剤の体積収縮率を特許文献４に記載したように制御できたとしても、鋼板間のすべりが全く解消されたわけではなく、例えば、コイルが長時間横置き状態に保持されると徐々に鋼板間にすべりが生じ、コイルの変形量が大きくなってしまうという問題が残っていた。すなわち、鋼板間の摩擦力を向上させる以外の手段で、コイルの変形を防止する方策を講じる必要があった。
【００２２】
これらの問題に対し、前述したように、焼鈍分離剤中に、イットリウム化合物を適正量添加することにより、コイルの変形を効果的に防止できることを見出し、本発明に想到するに至った。
【００２３】
以下、本発明を由来するに至った実験について説明する。
鋼板を、幅：40mm、長さ：100mmにせん断後、30枚積層し、マグネシアを焼鈍分離剤として塗布した。この際、マグネシア100ｇ当たり、Y2O3を0.005ｇ添加した焼鈍分離剤と、Y2O3を添加しない焼鈍分離剤とを準備した。ついで、それぞれの鋼板を、温度：1200℃、時間：20ｈで焼鈍した。焼鈍後、島津製オートグラフ（AGI10ｋN）を用いて0.5mm/minの速度で圧子を押し込み、３点曲げ試験を実施して、鋼板の積層体の機械的特性を調査した。得られた鋼板の機械的特性について調査した結果を、図１に比較して示す。
なお、図中、横軸に圧子のストローク量、縦軸に荷重を示した。
【００２４】
同図より、Y2O3を添加した焼鈍分離剤を塗布したサンプルは、Y2O3を添加しない焼鈍分離剤を塗布したサンプルに比べて、圧子のストローク初期に荷重が急激に高くなり、その後、Y2O3未添加と同一の傾向を示すことが分かる。
また、Y2O3を添加した焼鈍分離剤を用いたサンプルは、ある荷重まで（ストローク量：約1.7mm）の変形量がY2O3未添加のものよりも少なく（すなわちストローク量が小さく）、積層体が変形しにくいことも分かった。
【００２５】
この理由は、焼鈍後、鋼板間に残留している焼鈍分離剤の粒子同士の結合力が強化されるためと考えられる。また、粒子同士の結合力が強化されることで、焼鈍分離剤による層自体にコイルを支える力が生じるため、その力を利用すれば、コイルの変形が効果的に防止でき、さらに、焼鈍分離剤の体積収縮率の許容範囲をも拡げることができる。
【００２６】
上記した実験中、圧子のストローク量に対する荷重が一定になる部分（本実験では7.5Ｎ程度）がある。この荷重が一定になる部分においては、マグネシア粒子同士の結合が破壊されていると考えられるため、圧子のストローク量に対する荷重が一定になってると推定されるが、一旦、マグネシア粒子同士の結合が破壊された後は、Y2O3を添加したサンプルも、Y2O3未添加サンプルとほぼ同一の傾向を示すこととなる。
【００２７】
以下、本発明について、構成要件について述べる。
本発明において、焼鈍分離剤中に含有させるべきイットリウム化合物の量はY2O3換算で0.0005質量％以上0.01質量％以下とする必要がある。
というのは、Y2O3換算で0.0005質量％に満たない場合、焼結を促進する効果が十分に発揮されないからである。一方、0.01質量％よりも多くなった場合、焼鈍分離剤の焼結が促進され過ぎるので、焼鈍後に鋼板から焼鈍分離剤を除去することが困難となるからである。
【００２８】
ここに、本発明における焼鈍分離剤の成分組成としては、マグネシアを主体とし、イットリウム化合物を上記した所定量で含有し、後述する体積収縮率が20〜80％を満たすものであれば、特に制限はない。
なお、本発明において、マグネシアを主体とするとは、焼鈍分離剤中の比率で、51質量％以上含有していることを意味し、好ましい範囲としては80質量％以上である。
【００２９】
その他の成分組成についても、上記同様、体積収縮率が20〜80％を満たすものであれば、特に制限はないが、代表組成を示すと以下のとおりである。
Al2O3:0.02質量％以上0.50質量％以下、SiO2：0.05質量％以上0.50質量％以下、Fe2O3: 0.02質量％以上0.50質量％以下、CaO：0.10質量％以上0.80質量％以下、SO3：0.05質量％以上0.50質量％以下、Ｂ：0.040質量％以上0.20質量％以下である。
【００３０】
上記の構成とすることにより、焼鈍分離剤の体積収縮率の許容範囲を、20％以上80％以下まで拡げることができる。
ここに、体積収縮率の許容範囲を20％以上80％以下に限定した理由は次のとおりである。すなわち、20％未満では、焼鈍中にコイル鋼板間への雰囲気ガスの流通性が悪くなり、コイル内の被膜均一性が悪くなってしまう。特に、方向性電磁鋼板では、焼鈍時に形成されるフォルステライト被膜の均一性が損なわれるため、体積収縮率を20％以上にすることが必要である。一方、体積収縮率が80％超では、収縮率が大きすぎるため、イットリウム化合物を適正量添加したとしても、コイル変形が大きくなり、ペイオフリールへの挿入が阻害されてしまう。従って、体積収縮率は80％以下とする必要がある。
【００３１】
本発明における焼鈍分離剤の体積収縮率（％）は、
（焼成前の体積（cm3）−焼成後の体積（cm3））÷（焼成前の体積（cm3））×100
で算出する。
また、体積収縮率を求めるに当たっては、焼鈍分離剤：2.0ｇを、圧力：200kgf／cm2（19.6MPa）で外径：20mmにプレス成型したものを測定に供した。そして、焼成は1200℃、20ｈで窒素雰囲気下にて実施した。
【００３２】
本発明において、焼鈍分離剤の体積収縮率は、マグネシアへの微量元素の添加やマグネシアの焼成温度、粒度分布によって調整することができる。
例えば、マグネシアに微量元素を添加することによって焼鈍分離剤の体積収縮率を調整する場合、非特許文献1にはFe203を添加することでマグネシアの収縮率が高くなる皆記載されているように、Fe203の含有量を制御することにより調整でき、同様にFe203以外の微量元素の含有量制御によっても調整出来る。
また、マグネシアの焼成温度によって焼鈍分離剤の体積収縮率を調整する場合、焼成温度は、700〜1200℃程度の範囲とすることが好ましく、焼成温度の高い方が体積収縮率が低くなる。
【００３３】
さらに、マグネシアの粒度分布によって焼鈍分離剤の体積収縮率を調整する場合には、粒径は、例えば、0.2μmから数10μm程度の範囲で調整することが望ましく、粒径が大きい方が収縮率が低くなる傾向にある。
かかる体積収縮率の調整は、一般に、単一分散粒子よりも複数の粒度の粒子を混合したほうが充填率は上昇し、焼鈍による体積収縮率が低下する傾向があるため、粒度分布を調整することが有効である。なお、粒度分布は一山である必要はなく、バイモーダルな分布等、複数の山〈ピーク)を持つ分布やブロードな分布であってもよい。
非特許文献２には、最密充填を得る粒度分布を計算するアルゴリズムが公開されている。また、マグネシアの粒度分布制御のみにて体積収縮率を適切な範囲に調整できない場合は、シリカ、珪酸化合物、アルミナなどを混合して調整することができる。
【００３４】
なお、本発明は、基本的に900℃以上で焼鈍されるコイルを対象とする。なぜなら、900℃未満の焼鈍では、ほとんどコイルが融着しないので、焼鈍分離剤を塗布しないか、塗布したとしても焼鈍分離剤の体積収縮量が小さい。そのため、焼鈍分離剤の体積収縮率を規定する必要がないからである。
【００３５】
次に、本発明に従う方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
本発明に従う方向性電磁鋼板は、方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施したのち、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して最終冷延板とし、ついで、一次再結晶焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布してから、仕上焼鈍を施すという、方向性電磁鋼板の製造方法の常法を用いることができる。
ここで、上記した一次再結晶焼鈍後の鋼板に、焼鈍分離剤中のイットリウム化合物がY2O3換算で0.0005質量％以上0.01質量％以下で含有し、かつ焼鈍分離剤の体積収縮率が20％以上80％以下である焼鈍分離剤を塗布したのち、コイル状に巻取り、900℃以上の温度で焼鈍することで、偏平化を防止するという所望の効果を得ることができる。
【００３６】
すなわち、本発明に従う焼鈍分離剤を用い、かつ仕上焼鈍を経ることによって、均一なフォルステライト被膜を有し、かつペイオフリールへの挿入が保障されたコイルとすることで、健全な方向性電磁鋼板を得ることができるのである。
【実施例１】
【００３７】
質量％で、Ｃ：0.045％、Si：3.25％、Mn：0.070％、Al：0.008％、Ｎ：0.004％およびＳ：0.002％を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる電磁鋼板用スラブを、1200℃の温度に加熱後、熱間圧延し、2.2mm厚の熱延板とした。この熱延板に1000℃の温度で30秒間の熱延板焼鈍を施し、鋼板表面のスケ一ルを除去した。次に、タンデム圧延機により冷間圧延し、最終板厚：0.30mmとした。その後、均熱温度：850℃で90秒間保持する脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施してから、MgO中に、TiO2：10質量％およびY2O3を表１に示す比率で添加した焼鈍分離剤を塗布して、内径：500mmおよび外径：1000mmのコイル状に巻取った。
このコイルを縦置きして、1200℃まで25℃／ｈで昇熱を行う仕上焼鈍を施したのち、横置き状態としてペイオフリールに挿入し、平坦化焼鈍を施した。このとき、焼鈍分離剤の体積収縮率を表１に示すように変化させた。なお、体積収縮率は、焼鈍分離剤の粒度を変えることで調整した。
【００３８】
表１に、コイルを横置き状態にしてから60分経過後の縦（径）方向の内径を測定し求めたコイルの変形量、また、被膜外観、ペイオフリールへの挿入可否、焼鈍分離剤除去性の調査結果をそれぞれ併記する。
なお、コイルの変形量は、コイルを横置き状態にしてから60分経過後の縦（径）方向の内径を測定し、（初期内径（500mm））−（60分経過後の内径）で計算した。なお、コイル変形量が50mmを超えると、ペイオフリールに挿入することができない。被膜外観は、目視で観察し、模様、欠陥があるものを「不均一」、無いものを「均一」と判定した。焼鈍分離剤除去性は、焼鈍分離剤の除去残りが発生した場合を「困難」とした。
【００３９】
【表１】
0005494268.tif 000002
【００４０】
同表から、本発明に従う焼鈍分離剤を塗布したものは、60分という長時間に渡って横置き状態になっていても、いずれもその変形が、45mm以下と小さく、ペイオフリールに挿入することができる変形量に留まっていることが分かる。
これに対し、焼鈍分離剤の体積収縮率が80％より大きい場合には、コイルの変形が大きくなることが分かる。また、Y2O3の添加量が0.0005質量％に満たないと、やはりコイルの変形が大きくなることが分かる。さらに、焼鈍分離剤の体積収縮率が20％に満たないと、被膜均一性に劣り、Y2O3の含有量が0.01質量％を超えると焼鈍分離剤の除去性に劣ることが分かる。
【実施例２】
【００４１】
質量％で、Ｃ：0.06％、Si：2.95％、Mn：0.07％、Se：0.015％、Sb：0.015％およびCr：0.03％を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる電磁鋼板用スラブを、1350℃で40分加熱後、熱間圧延して2.6mmの板厚にした後、900℃、60秒間の熱延板焼鈍を施してから、1050℃、60秒間の中間焼鈍を挟んで冷間圧延し、0.23mmの最終板厚に仕上げた。ついで、脱炭焼鈍後、MgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布して、内径：1000mmおよび外径：2000mmのコイル状に巻取り、このコイルを縦置きして、1200℃まで25℃／ｈで昇熱を行う仕上焼鈍を施したのち、平坦化焼鈍を施した。このとき、焼鈍分離剤の体積収縮率を、表２に示すように変化させた。なお、体積収縮率は、焼鈍分離剤の粒度及びFe203の含有量を変えることで調整した。また、イットリウム化合物として表２に記載の化合物を、同じく表２に記載の比率で添加した。
【００４２】
表２に、コイルを横置き状態にしてから60分経過後の縦（径）方向の内径を測定し求めたコイルの変形量、また、被膜外観、ペイオフリールへの挿入可否、焼鈍分離剤除去性の調査結果をそれぞれ併記する。なお、コイルの変形量、被膜外観、ペイオフリールへの挿入可否および焼鈍分離剤除去性は、上記した実施例１と同様の手順にて調査した。
【００４３】
【表２】
0005494268.tif 000003
【００４４】
同表から、本発明に従う焼鈍分離剤を塗布したものは、60分という長時間に渡って横置き状態になっていても、いずれもその変形が、43mm以下と小さく、ペイオフリールに挿入することができる変形量に留まっていることが分かる。
これに対して、焼鈍分離剤の体積収縮率が80％より大きい場合、コイルの変形が大きくなる。また、Y2O3の添加量が0.0005質量％に満たないと、やはりコイルの変形が大きくなる。さらに、焼鈍分離剤の体積収縮率が20％に満たないと、被膜均一性が劣り、イットリウム化合物の添加量がY2O3換算で0.01質量％を超えると焼鈍分離剤の除去性が劣ることが分かる。
【図１】
0005494268.tif 000004