(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォルステライト被膜を表面に有する仕上げ焼鈍後の方向性けい素鋼板に、張力被膜を被成して方向性電磁鋼板を製造するにあたり、
該けい素鋼板表面に、リン酸塩、無水クロム酸またはクロム酸塩、およびコロイド状シリカを含むコーティング溶液を、乾燥重量で片面当り３g/m2以上、６g/m2以下の範囲で塗布し750 ℃以上、900 ℃以下の温度範囲で30秒間以上とする塗布・焼付け処理を繰返し２回行って、１回目と２回目の張力被膜の境界面に脆弱部を生じせしめ、２回の合計の塗布量を乾燥重量で片面当り７g/m2以上、12g/m2以下の範囲に調整することを特徴とする歪み感受性が低く磁気特性に優れる方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項２】
フォルステライト被膜を表面に有する方向性けい素鋼板に、張力被膜を２回繰返し被成してなる方向性電磁鋼板であって、
繰り返し被成した張力被膜同志の境界面に脆弱部を有してなり、該張力被膜の片面当りの付着量が７g/m2以上、12g/m2以下の範囲であることを特徴とする歪み感受性が低く磁気特性に優れる方向性電磁鋼板。
【請求項３】
けい素鋼板表面に、その圧延方向と交わる方向で深さ：10〜50μm 、幅：50〜300 μm および間隔：１mm以上の線状溝を多数有してなる請求項２に記載の歪み感受性が低く磁気特性に優れる方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トランスなどの鉄心に有利に用いられる方向性電磁鋼板に関するもので、けい素鋼板上に、歪み感受性の低減および磁気特性の改善効果の大きい張力付与コーティングすなわち張力（絶縁）被膜を形成させる方向性電磁鋼板の製造方法およびこの方法によって得られる方向性電磁鋼板を提案しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板の鉄損低減方法の一つとして、絶縁被膜と鋼板との熱膨張率の差によって鋼板に張力を付与する手段が知られており、この被膜には、鋼板に歪みが加えられたときの鉄損の増加（歪み感受性）を軽減する効果も有する。
【０００３】
このような被膜のコーティング方法として、特公昭59−17521 号公報（方向性けい素鋼板に耐熱性のよい上塗り絶縁被膜を形成する方法）や特開昭53−28043 号公報（方向性珪素鋼板の絶縁被膜形成方法）などには、コロイド状シリカ、りん酸塩および無水クロム酸塩からなるコーティング液を用いる技術がそれぞれ提案開示されている。
【０００４】
また、特開昭59−197520号公報（鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法）や特開昭63−42332 号公報（低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法）などには、鋼板に線状疵等を導入する技術がそれぞれ開示されている。この線状疵によって歪み取り焼鈍を施しても鉄損が劣化することのない低鉄損の方向性電磁鋼板が得られる。この低鉄損化は磁区幅が減少することによるいわゆる磁区細分化効果と考えられている。
【０００５】
しかしながら、線状疵等を鋼板表面に導入した方向性電磁鋼板の場合、鋼板に外部から導入された歪みが疵の周辺に集中しやすくなり、鉄損や磁歪特性を劣化させることがある。例えば、鋼板を搬送するためのピンチロールや鋼板の長さを測るためのメジャーリングロールが押し当てられた場合、低鉄損が維持されなくなるといった事例がある。そのため、線状疵等の効果で低鉄損化がなされていても、トランス加工後の鉄損は期待されるほど低くならないことがあり、特に積鉄心トランスに使用する場合は、鉄心加工後に歪み取り焼鈍を行わないので、鉄損の劣化、騒音の増大等の問題の発生が懸念される。
【０００６】
このような外部からの歪みの影響を軽減するのに効果のある張力被膜による鋼板張力は、被膜が厚いほど大きくなるが、厚すぎる場合は焼付け時にコーティング内部で発生した水蒸気の外部への排出が阻害され、被膜にふくれと呼ばれるふくらみ状の欠陥や穴欠陥を形成しやすくなる。このような場合、メジャーリングロールで圧下されるときに粉が発生して空回りが生じる等の問題がある。
【０００７】
特開平５−1387号公報（方向性けい素鋼板の絶縁コートの形成方法) には、焼付け時の昇温速度を制御することによってふくれを防止する技術が開示されているが、この技術を用いても被膜が厚くなるとふくれが大量に発生するようになるという問題があった。
【０００８】
一方、単に被膜を過剰に厚くすることだけで歪み感受性を緩和させる方法では、占積率が低下するという問題も生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、前記した問題点を有利に解決しようとするものであり、好適な張力被膜を被成することによる低鉄損と低い歪み感受性とを有する方向性電磁鋼板の製造方法および方向性電磁鋼板を提案することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、被膜の被成方法と鉄損および歪み感受性との関係について詳細に調査した結果、張力被膜の厚さ方向の中間に脆弱部を設けることが歪み感受性の低減に極めて有効であるとの新規知見を得て、この発明を達成したものである。
すなわち、この発明の要旨とするところは以下の通りである。
【００１１】
▲１▼フォルステライト被膜を表面に有する仕上げ焼鈍後の方向性けい素鋼板に、張力被膜を被成して方向性電磁鋼板を製造するにあたり、
該けい素鋼板表面に、リン酸塩、無水クロム酸またはクロム酸塩、およびコロイド状シリカを含むコーティング溶液を、乾燥重量で片面当り３g/m2以上、６g/m2以下の範囲で塗布し750 ℃以上、900 ℃以下の温度範囲で30秒間以上とする塗布・焼付け処理を繰返し２回行って、１回目と２回目の張力被膜の境界面に脆弱部を生じせしめ、２回の合計の塗布量を乾燥重量で片面当り７g/m2以上、12g/m2以下の範囲に調整することを特徴とする歪み感受性が低く磁気特性に優れる方向性電磁鋼板の製造方法（第１発明）。
【００１２】
▲２▼フォルステライト被膜を表面に有する方向性けい素鋼板に、張力被膜を２回繰返し被成してなる方向性電磁鋼板であって、
繰り返し被成した張力被膜同志の境界面に脆弱部を有してなり、該張力被膜の片面当りの付着量が７g/m2以上、12g/m2以下の範囲であることを特徴とする歪み感受性が低く磁気特性に優れる方向性電磁鋼板（第２発明）。
【００１３】
▲３▼けい素鋼板表面に、その圧延方向と交わる方向で深さ：10〜50μm 、幅：50〜300 μm および間隔：１mm以上の線状溝を多数有してなる第２発明に記載の歪み感受性が低く磁気特性に優れる方向性電磁鋼板（第３発明）。
【００１４】
ここで、張力被膜の脆弱部とは、この発明の付着量において、ピンチロールやメジャーリングロールの圧下程度の局部的応力の作用で、被膜が剥離しない程度の微細な亀裂が生じる部分のことをいう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の作用効果について以下に述べる。
この発明は、通常の工程を経て得られる最終仕上げ焼鈍後のフォルステライト被膜を有するけい素鋼板にりん酸塩、無水クロム酸またはクロム酸塩、およびコロイド状シリカを含む溶液を塗布・焼付け、張力被膜を被成して方向性電磁鋼板を製造するものであって、特に、この発明の骨子とするところは、コーティング溶液を塗布後750 〜900 ℃の温度範囲で30秒間以上焼付け乾燥する操作を２回繰り返し行って、乾燥重量で片面当りの塗布量（付着量と同意で、以下単に塗布量または付着量であらわす。）の２回の合計を７〜12g/m2の範囲にし、かつ、１回目と２回目に被成されるそれぞれの被膜間の境界面に故意に脆弱部を設けるようにするものである。
かくすることにより、方向性電磁鋼板として、他の特性に悪影響を及ぼすことなく、低鉄損化と歪み感受性の低減が可能になる。
【００１６】
なお、上記のコーティング溶液は、例えば特公昭56−52117 号公報（方向性珪素鋼板の絶縁被膜を形成する方法）などに示されているものであり、このコーティング溶液を用いることにより、大きい張力を鋼板に与え、歪み感受性を低減するより効果的な被膜が得られるものである。
【００１７】
上記したこの発明の作用効果をさらに詳細に以下に述べる。
上記の２回繰返し行って張力被膜を被成した方向性電磁鋼板に、外部からロール圧下等の応力が局部的に加えられると１回目と２回目に被成されたそれぞれの被膜同志の境界面の脆弱部に、被膜が剥離しない程度の微細な亀裂が生じて加えられた応力が緩和され、よって、鋼板に加わる歪みが減少し、歪み感受性が低減されることになる。
【００１８】
このとき、１回の塗布で付着量が７g/m2以上の厚い被膜を被成してみても、脆弱部が存在しないことから、上記したような外部からの応力により微細な亀裂が生じないため、歪み感受性の低減効果が劣るばかりでなく、このような厚い張力被膜を１回の塗布・焼付けで被成すると、ふくれが発生して発粉する問題や表面粗さが増大して占積率が低下するなどの問題が生じる。
なお、これらの問題は、１回目のフォルステライト被膜上に張力被膜を被成する場合も、２回目の張力被膜上に再度張力被膜を被成する場合も同様に発生する。
【００１９】
さらに、１回目および２回目ともにそれぞれ１回の塗布量が３g/m2より少ないと鋼板に付与される張力が小さくなり、低鉄損化や歪み感受性低減効果が小さくなる。そして２回の合計の塗布量が７g/m2以上ないと歪み感受性低減効果が不十分であり、逆に12g/m2を超えると歪み感受性低減効果はさほど向上せず占積率が低下するので好ましくない。
【００２０】
よって、張力被膜の塗布量としては、１回目および２回目ともに３g/m2以上６g/m2以下とし、２回の合計が７g/m2以上、12g/m2以下とすることが必要である。
【００２１】
また、同様のコーティング溶液の塗布・焼付けを３回繰り返し施した場合は、脆弱部が１回目と２回目および２回目と３回目に被成したそれぞれの被膜の境界面の２か所に生成し、外部からの応力によりそれらの２か所でそれぞれ微細な亀裂が発生するようになり、被膜の剥離が急増する。その結果、発粉が生じてメジャーリングロール等への付着物が増加してトラブルが生じるので好ましくない。したがって、塗布・焼付け回数は２回に限定する必要がある。また、塗布・焼付け回数の２回を超えて増加させることは、その分生産性を阻害することになり、この点からも好ましくない。
【００２２】
ついで、コーティング溶液塗布後の焼付け温度は、１回目および２回目ともに750 ℃以上の温度にする必要がある。これは特開平５−279864号公報（方向性珪素鋼板の絶縁被膜形成方法）に開示されているように、１回目の焼付け温度が600 ℃以下では、コーティング溶液のガラス転移温度に達しないので、鋼板に導入される張力が小さく、かつ、１回目の被膜とその後に被成される２回目の被膜とが一体化してしまいその境界面に脆弱部が生じないため、外部からの応力により、その応力を緩和させる微細な亀裂が発生しないので、歪感受性低減効果が不十分となる。
【００２３】
そこで、この焼付け温度を750 ℃以上にすると、鋼板に導入される張力はより大きくなり、１回目の被膜と２回目の被膜の境界面には脆弱部が生じるものの、両者間に適当な密着性が得られるようになる。また、その温度の上限は900 ℃とすることがよく、900 ℃より高い温度では鋼板の酸化や鉄損特性の劣化などが生じて好ましくない。
【００２４】
焼付け時間は30秒間以上とすることが必要で、30秒間未満ではコーティング溶液の脱水縮合反応が十分に進行しないので好ましくない。
【００２５】
このような張力被膜をフォルステライト被膜のない鋼板に被成すると、外部からの応力によって張力被膜と鋼板との間に大きな亀裂が生じて張力被膜が剥離してしまう。したがって、張力被膜の密着性を確保するためには、フォルステライト被膜を介して鋼板に張力を被成することが必要であり、加えて、亀裂発生による張力被膜の剥離を防止するための密着性を得るには、そのフォルステライト被膜の表面粗度を0.5 μm 以上にしておくことが好ましい。
【００２６】
なお、繰返し２回の塗布・焼付けにより張力被膜を被成する場合、最終２回目の張力被膜の外観を美麗にするために２回目の張力被膜の被成の直前にりん酸酸洗および乾燥を行うことが好ましい。
【００２７】
また、上記したこの発明に適合する張力被膜には、歪み取り焼鈍時の鋼板同士の焼付きを防止する目的でシリカあるいはアルミナの粉末を少量含有させてもかまわない。
【００２８】
さらに、この発明は、鋼板表面に磁区細分化のための線状溝を設けた場合にも有利に適用でき、より効果的な歪み感受性の低減が得られる。
【００２９】
つぎに、この発明の方向性電磁鋼板用素材の好適成分組成ならびに好適製造工程について述べる。
【００３０】
・成分組成
磁気特性に優れる方向性電磁鋼板を製造するためのけい素鋼スラブを対象とするもので、その好適成分組成は以下の通りである。
【００３１】
Ｃ：0.10wt％以下（以下単に％であらわす）
Ｃは、出鋼段階で低下させて脱炭焼鈍を行わない方法と、ある程度の量を確保して組織の改善をはかり、その後の脱炭・１次再結晶焼鈍により除去する方法とがあり、この発明ではどちらの方法も適用可能である。前者の方法の場合は、Ｃの悪影響を避けるためその含有量は0.01％未満とすることがよく、後者の方法の場合、組織改善のための好適範囲としては0.01％以上、0.10％以下がよい。
【００３２】
Si：2.0 〜4.5 ％
Siは、鋼の比抵抗を高めて鉄損の低減に有効に寄与するもので、含有量が２％未満では鉄損低減効果が十分でなく、4.5 ％超えでは冷間圧延性が損なわれる。
【００３３】
これらの成分の他に、インヒビター構成成分を含有させることが重要である。
このインヒビターに、MnS および／またはMnSeを用いる場合は、Mn：0.03〜0.10％およＳ＋Se：0.01〜0.03％の範囲で含有させることがよく、AlN を用いる場合は、Al：0.01〜0.04％およびＮ：0.005 〜0.012 ％の範囲とすることがよい。これらは、含有量が上記各範囲より低いとインヒビターとしての効果が不十分であり、高いと２次再結晶が不安定になる。また、上記の他にCu, Sn, Sb, Ge, Mo, Te, Bi, Ｐ，ＶおよびNbなどを用いてもよい。
なお、上記の各インヒビターは、それぞれ単独使用、複合使用のいずれもが適用可能である。
【００３４】
・製造工程
従来からの製鋼法で得られる上記成分組成に調整した溶鋼を連続鋳造法または造塊法で鋳造し、必要に応じて分塊工程を挟んでスラブとしたのち、熱間圧延を施し、必要に応じて熱延板焼鈍を行い、１回もしくは中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施して最終冷延板厚とし、その後この冷延板に脱炭・１次再結晶焼鈍を施したのち、焼鈍分離剤を塗布してから最終仕上げ焼鈍を施す一連の通常工程により方向性けい素鋼板とすることでよい。
【００３５】
かくして得られた最終仕上げ焼鈍後の方向性けい素鋼板に前記したようにコーティング溶液の塗布・焼付けを２回繰り返す張力被膜の被成を行い、方向性電磁鋼板製品とする。
【００３６】
なお、鋼板表面の線状溝の導入は、最終仕上げ焼鈍前のいずれかの工程で行うことでよい。
【００３７】
【実施例】
Ｃ：0.069 ％，        Si：3.34％，          Mn：0.073 ％，
sol.Al：0.026 ％，    Ｎ：0.0083％  および  Sb：0.024 ％
を含有するけい素鋼スラブから、通常の工程を経て得られた最終仕上げ焼鈍板( 板厚：0.23mm）を用い、フォルステライト被膜上の未反応焼鈍分離剤を除去したのち、歪み取り焼鈍後、りん酸酸洗および乾燥を行ってから、コーティング溶液を塗布し、窒素雰囲気の電気炉で焼付け乾燥する操作を１回、２回または３回と繰返し行い張力被膜を被成した。
【００３８】
ここで、鋼板には、片側表面に深さ：20μm 、幅：200 μm および間隔：３mmの圧延方向と略直角方向の線状溝を導入したものを用い、また、コーティング溶液には、りん酸マグネシウム：50.5％、無水クロム酸：７％、コロイド状シリカ：42％およびシリカ粉末：0.5 ％からなるものを用いた。
【００３９】
その１
１回で張力被膜を被成した場合と、１度張力被膜を被成した上にさらに２回目の張力被膜を被成した場合における、塗布量と被成された張力被膜の表面性状および耐発粉性との関係について調査した。
【００４０】
ここで、張力被膜の焼付け条件は全て800 ℃・60秒間とした。
また、メジャーリングロールは直径：100mm 、幅：50mmのスチールロール２本を上下に組み合せたもので、上ロールをエアシリンダで下ロールに押付けている。この押付け荷重をロール幅に対して150kgf/cm になるように調整して、板を通過させた。
これらの調査結果を表１にまとめて示す。
【００４１】
【表１】
0003651213.tif 000002
【００４２】
表１から明らかなように、１回目、２回目ともに１回の塗布量が６g/m2を超えるものは表面性状が悪く、発粉の問題があることが分る。
【００４３】
その２
張力被膜の付着量と鋼板に付与される張力との関係について調査した。
【００４４】
このとき、張力被膜の付着量が４g/m2のものは１回の塗布・焼付けで、６kg/m2 以上のものは１回目に４g/m2付着させたのち２回目の塗布・焼付けを行ったものであり、これらの焼付け条件は全て800 ℃・60秒間とした。
また、張力は幅：30mm、長さ：280mm に切り出した試片の鋼板片面の張力被膜を水酸化ナトリウム水溶液で除去したときの鋼板の反りの大きさ（反りが大きいほど張力が大きい）で評価した。
【００４５】
これらの調査結果をもとにして、図１に鋼板の反りと張力被膜の付着量との関係のグラフを示す。
【００４６】
図１から明らかなように、張力被膜の付着量が大きくなるにしたがって鋼板の反りすなわち張力は大きくなり、その張力は付着量が４〜７g/m2の間で増加する度合いが大きい。
【００４７】
その３
塗布量を変化させて塗布・焼付け回数１回で張力被膜を被成した場合と、２回の繰返しにより張力被膜を被成した場合の各鋼板の歪み感受性について調査した。
【００４８】
このとき、張力被膜の塗布における付着量は、１回の塗布・焼付のみのものは、６〜12g/m2の範囲にし、２回の塗布・焼付のものは１回目と２回目をほぼ同じ量にして合計で４〜15g/m2の範囲にした。
焼付条件は全て800 ℃・60秒間とした。
【００４９】
歪み感受性は、幅：100mm 、長さ：400mm に切り出した鋼板を、径：60mm、幅：30mmの２本のロール間を15kgf/cmのロール圧下圧で通板したときの通板前後の鋼板の鉄損差で評価した。
これは圧下力が比較的大きい場合のメジャーリングロールの影響を再現するものである。また、上記結果で鉄損差が小さい方が歪み感受性は小さいことになる。
【００５０】
これらの調査結果をもとにして、図２に塗布・焼付け回数をパラメータとする張力被膜の付着量と歪み感受性との関係のグラフを示す。
【００５１】
図２より明らかなように、塗布・焼付け回数が１回と２回の場合で比較すると、同量の張力被膜の付着量で塗布・焼付け回数が２回の方が鉄損差が小さく、すなわち歪み感受性が低くなる。また、塗布・焼付け回数が２回の場合で付着量が７g/m2以上になると極めて低い歪み感受性を示しており、その歪み感受性の低減効果は付着量が12g/m2を超えるとあまりない。したがって、占積率が付着量の増加にとなって減少することから、張力被膜の付着量の上限は12g/m2にすることが好ましい。
【００５２】
その４
塗布量および焼付け条件を変えて塗布・焼付け回数を２回または３回として張力被膜を被成した各鋼板について、歪み感受性の指標とする鉄損差を上記その３と同様の方法で調査するとともに、上記その３と同様のロール通板後の発粉状況について調査した。
これらの調査結果を表２にまとめて示す。
【００５３】
【表２】
0003651213.tif 000003
【００５４】
表２から明らかなように、試料No. １のこの発明の適合例では鉄損差が小さくかつ発粉の問題もないのに対し、試料No. ２〜６の比較例では、鉄損差が大きかったり、試料No. ３のように１回目の焼付け温度が高すぎるため歪み付与前の鉄損がすでに高かったり、試料No. ５のように塗布・焼付けを３回行ったものは発粉が生じたりしている。
【００５５】
その５
１回目の塗布量：４g/m2、焼付け条件：800 ℃・60秒間、２回目を塗布量：４g/m2、焼付け条件：800 ℃・60秒間として張力被膜を被成し２回の合計の付着量を８g/m2とした方向性電磁鋼板（適合例）と、１回の塗布・焼付けで（焼付け条件：800 ℃・60秒間）付着量を４g/m2とした方向性電磁鋼板（比較例）について、鋼板での鉄損を測定するとともに、これらの鋼板を用いて試験用トランスをそれぞれ作製し、それらのトランスの特性を調査した。
【００５６】
なお、試験用のトランスは３相３脚積み鉄心トランスで、脚およびヨーク幅：150mm 、外寸：750mm ×750mm 、鋼板使用量：100kg のものである。また、鋼板の切断の際には、径：100mm 、幅：50mmのメジャーリングロールを15kgf/cmで押し当てた。
これらの調査結果を表３にまとめて示す。
【００５７】
【表３】
0003651213.tif 000004
【００５８】
表３から明らかなように、鋼板での鉄損は適合例、比較例ともに同等であるのに対し、トランスでの鉄損および騒音は適合例の方が優れた値を示している。
【００５９】
さらに、上記トランスの特性調査後、トランスを解体して使用鋼板を調査したところ、比較例の鋼板にはメジャーリングロールで圧下された部分の鉄損劣化が見られ、磁区観察ではランセットと呼ばれる磁区パターンの多発が認められたが、この発明の適合例ではこのような現象は認められなかった。
【００６０】
その６
鋼板表面に線状溝を導入しなかった以外は上記と同様のけい素鋼板を用い、２回の塗布・焼付けにより付着量を変化させて張力被膜を被成したのち、上記そ３と同様の条件でメジャーリングロールを通過させた方向性電磁鋼板について鉄損を測定し、付着量と鉄損との関係について調査した。
このとき、張力被膜の塗布条件は、１回目、２回目の付着量を同じにして、合計の付着量を４〜15g/m2の範囲とした。これを800 ℃・60秒で焼付けた。
これらの調査結果をもとにして、張力被膜の付着量と鉄損との関係のグラフを図３に示す。
【００６１】
図３から明らかなように、表面に線状溝のない鋼板を用いても、２回の塗布・焼付けを行った場合では張力被膜の付着量の増加とともに鉄損は低下するすなわち歪み感受性は低減し、付着量が７g/m2以上で良好な鉄損を示している。
【００６２】
【発明の効果】
この発明は、フォルステライト被膜を有する仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板に、付着量、焼付け条件を特定する塗布・焼付けを２回繰返し行って張力被膜を被成するものであって、
この発明による方向性電磁鋼板は、歪み感受性が低減し、効率のよりよいトランスを作製することが可能になり、電力損失の低減に有利に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼板の反りと張力被膜の付着量との関係のグラフである。
【図２】塗布・焼付け回数をパラメータとする張力被膜の付着量と歪み感受性との関係のグラフである。
【図３】張力被膜の付着量と鉄損との関係のグラフである。
【図１】
0003651213.tif 000005
【図２】
0003651213.tif 000006
【図３】
0003651213.tif 000007