(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Si：2.0 〜4.0 mass％を含有する方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、１回または中間焼鈍をはさみ２回以上の冷間圧延により最終板厚としたのち、鋼板表面にエッチングレジストを塗布し、乾燥焼付け温度： 180〜 250℃の範囲で乾燥焼付けしてエッチングマスクを選択的に形成してから電解エッチング処理を施して鋼板表面に線状溝を形成し、しかるのちエッチングマスクを除去し、その後脱炭焼鈍ついで最終仕上焼鈍を施す方向性電磁鋼板の製造方法において、
前記エッチングマスクの除去が、濃度：20〜30mass％、液温：50〜70℃のNaOH水溶液中への浸漬によるものであり、かつ該NaOH水溶液への浸漬時間を15sec 以上と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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器その他の電気機器の鉄芯として用いられる低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板は主として変圧器の鉄芯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。とくに、鉄芯として使用される場合のエネルギー損失すなわち鉄損が低いことが重要である。
そこで、鉄損を低減させるために、▲１▼結晶方位を（110 ）〔001 〕方位に高度に揃える、▲２▼Si含有量を増加し鋼板の電気抵抗を増加させる、▲３▼不純物を低減する、▲４▼板厚を薄くするなどが試みられてきた。その結果、板厚が0.23mm以下の鋼板では、鉄損Ｗ17/50 （磁束密度1.7 Ｔ、50Hz）が0.9 W/kg以下のものが製造されるようになった。
【０００３】
しかしながら、このような冶金的な方法ではこれ以上の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、例えば、特公昭57-2252 号公報に記載された仕上焼鈍済の鋼板表面にレーザーを照射して、人為的に磁区を細分化する方法がある。しかしながら、この方法では、鉄損低減に効果があるが、歪取り焼鈍によっ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芯用としては用いられていない。
【０００４】
歪取り焼鈍が可能な電磁鋼板の製造方法として、例えば特公昭62-54873号公報には、仕上焼鈍済み鋼板に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、被膜除去部に酸洗や機械的手段で線状の溝を局所的に形成し、溝を充填するようにリン酸系の張力付与被膜処理を施す低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法が提案されている。しかし、この方法では、常に安定して被膜を除去することが困難なため、安定した溝の形成ができず、とくにナイフなどの機械的手段により地鉄に直接溝を形成する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る。
【０００５】
また、特公昭62-53579号公報には、仕上焼鈍済みの鋼板に90〜220kg/mm2 荷重で地鉄部分に深さ５μm 超えの溝を形成したのち、750 ℃以上の温度で加熱処理する低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法が提案されている。しかし、この方法では、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。
仕上焼鈍済み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、絶縁被膜の再塗装を必要とする場合が多く、占積率の低下やコスト増加を招くという問題があった。
【０００６】
このような問題を解決する手段として、最終冷延板に線状の溝を導入する方法、例えば特開昭63-42332号公報には、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法が提案されている。この方法によれば、絶縁被膜の再塗装という問題はないが、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像液中に浸漬した際の露光部の除去状態をコイル全体に均一に保つことが困難である。また、ステンシルを用いた電解エッチングでは、電解液のにじみにより常に一定な溝を導入することが困難であるという問題を残していた。
【０００７】
また、特開平4-88121 号公報には、最終冷間圧延後、鋼板表面に連続または非連続の線状の非塗布部領域を残存させてエッチングレジストを印刷により塗布し、焼付けしたのち、エッチング処理を施して鋼板表面に線状溝を形成する低鉄損電磁鋼板の製造方法が提案されている。この方法によれば、絶縁被膜の再塗装という問題はないが、得られた製品特性にばらつきがあることが問題点として生じてきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
さらに、最終冷間圧延後鋼板表面にエッチングレジストを塗布し焼付けてエッチングマスクを形成し、電解エッチングにより線状溝を導入したのち、エッチングマスクを除去して脱炭焼鈍、仕上焼鈍を施し製品板とした場合に、均一な溝が導入されたにもかかわらず、磁気特性の大きな変動が生じるという問題が残されていた。
【０００９】
本発明者は、上記した問題を有利に解決し、コイル全体にわたって均一な磁気特性を有する低鉄損電磁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】
本発明者は、上記した磁気特性変動の原因を解明し、コイル全体にわたって均一な磁気特性を安定して得る方法について鋭意検討した。
上記原因の解明のため、製品板および脱炭焼鈍板を詳細に調査した結果、鋼板表面におけるシリカ被膜の形成が不十分な部分があり磁気特性の劣化をもたらしていることを見いだした。さらに調査を進めた結果、この不十分なシリカ被膜の形成は一次再結晶焼鈍時に鋼板表面にエッチングマスクが残存していたためであるとの知見を得た。そこで、さらにエッチングマスクの除去条件について検討した。
【００１１】
まず、本発明の基礎となった実験結果について説明する。
Si：3.0 mass％含有する方向性珪素鋼素材を熱間圧延し、さらに冷間圧延により板厚0.22mmの最終冷延板とした。この最終冷延板にエポキシ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ヤオフセット印刷により、非塗布部が圧延方向に幅：150 μm 、間隔：４mmで線状に残存するように片面塗布したのち、乾燥焼付け温度を200 ℃、乾燥焼付け時間を20sec として乾燥焼付けした。エッチングマスクの膜厚は１μm とした。その後、NaCl電解液中で電解エッチングを施すことにより、幅：150 μm 、深さ：20μm の線状溝を形成した。ついでNaOH水溶液中で、液温を60℃として濃度を５〜50mass％の範囲で、また、濃度を25mass％として液温を10〜90℃の範囲で変化し、さらに浸漬時間を変化してエッチングマスクを除去した。NaOH水溶液に浸漬後、水洗しながらナイロンブラシを用いて表面を洗浄した。エッチングマスク除去後、コイルからサンプルを採取し、エッチングマスクの残存状況を調査した。また、同一NaOH水溶液を700hr までの長時間使用し、エッチングマスクの残存状況を調査し、NaOH水溶液の洗浄力持続時間を調査した。
【００１２】
これらの結果を図１〜図３に示す。
図１は、エッチングマスクの残存状況とNaOH水溶液濃度、浸漬時間の関係を示す図である。図１から、NaOH水溶液の濃度が10％未満では浸漬時間を長くしてもエッチングマスクが残存し、35％を超えるとエッチングマスクを除去するための浸漬時間が長くなることがわかる。また、浸漬時間が15sec 未満では、溶液の濃度を高くしてもエッチングマスクが残存する。
【００１３】
図２は、エッチングマスクの残存状況とNaOH水溶液液温、浸漬時間の関係を示す図である。図２から、NaOH水溶液の液温が50℃未満では、また、浸漬時間が10sec 未満ではエッチングマスクが残存しやすくなることがわかった。
図３は、エッチングマスクの残存状況とNaOH水溶液の液温、使用時間の関係を示す図である。図３から、NaOH水溶液の液温が70℃を超えると、NaOH水溶液の使用時間が比較的短時間でエッチングマスクが残存しやすくなることから、NaOH水溶液の洗浄力が極端に劣化してくることがわかる。
【００１４】
このように、本発明者は、鋼板表面に形成したエッチングマスクを電解エッチング後除去する際にエッチングマスクの除去条件を適正に制御することにより、エッチングマスクを完全に除去でき均一な磁気特性を有する、鉄損のばらつきの少ない低鉄損方向性電磁鋼板が製造できることを見いだした。
本発明は、上記した知見をもとに構成されたものである。
【００１５】
すなわち、本発明は、Si：2.0 〜4.0 mass％を含有する方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、１回または中間焼鈍をはさみ２回以上の冷間圧延により最終板厚としたのち、鋼板表面にエッチングレジストを塗布し、乾燥焼付け温度： 180〜 250℃の範囲で乾燥焼付けしてエッチングマスクを選択的に形成してから電解エッチング処理を施して鋼板表面に線状溝を形成し、しかるのちエッチングマスクを除去し、その後脱炭焼鈍ついで最終仕上焼鈍を施す方向性電磁鋼板の製造方法において、前記エッチングマスクの除去が、NaOH水溶液中への浸漬によるものであり、該NaOH水溶液の濃度が20〜30mass％、液温が50〜70℃で、かつ該NaOH水溶液への浸漬時間を15sec 以上と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である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の方法を好適に実施できる装置列の１例を図４に示す。図４では、鋼帯１（冷延板）の表面にグラビヤオフセット印刷によるエッチングマスク塗布装置２によりエッチングレジストを塗布し、乾燥焼付け装置３でエッチングマスクを焼付けたのち、電解エッチング装置７で線状溝を導入する。ついで、鋼帯１をNaOH水溶液浴からなるエッチングマスク除去装置15に浸漬してエッチングマスクを除去し、水洗槽20とリンス槽19で洗浄する。なお、エッチングマスクの形成、線状溝の導入、エッチングマスクの除去に使用する装置は、図４に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００１７】
本発明では、最終板厚に冷間圧延された方向性電磁鋼板表面に、エッチングレジストを塗布し、乾燥焼付けしてエッチングマスクを選択的に形成する。
エッチングレジストの塗布は、例えば図４に示すように、バックアップロール８に巻掛けしてグラビヤロール10とゴム転写ロール９とにより行うのが好ましい。塗布されたエッチングレジストは乾燥焼付け装置３中で乾燥焼付けされる。
【００１８】
エッチングマスクの形成に際し、エッチングレジストの乾燥焼付け温度は180 〜250 ℃の範囲とする。乾燥焼付け温度が180 ℃未満では、形成されるエッチングマスクの膜強度が低くサポートロール等との接触により剥離し、外観上問題となり、さらに溝以外の部分がエッチングされる。また、250 ℃を超えると膜の絶縁抵抗が低下し、溝以外の部分もエッチングされ、均一な溝形状が得られない。
【００１９】
本発明においては、エッチングレジストの塗布は、グラビヤオフセット印刷、オフセットロールを用いないグラビヤ印刷、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。コイルでの連続印刷が容易なこと、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ヤオフセット印刷がもっとも好適である。
【００２０】
エッチングレジストとして使用するインキは、アルキド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン系樹脂のうちのいずれかの樹脂を主成分とするレジストインキが好適である。
エッチングマスクを形成したのち、エッチングを行うが、エッチングは電解エッチングが好ましい。電解エッチングは、NaCl水溶液やKCl 水溶液等の電解浴中で、電流密度１〜100 Ａ/dm2の範囲で行うのがよい。電流密度は低すぎるとエッチング効果が得られず、また、高すぎるとエッチングマスクが損なわれる。電解エッチングは、図４に示すように、鋼帯１をバックアップロール８に巻掛けして、電解浴14中に浸漬し、コンダクタロール12と電極13の間で通電して電解エッチングする、ラジアルセル方式の電解エッチングとするのが好ましい。
【００２１】
エッチング後、鋼帯をNaOH水溶液中に浸漬してエッチングマスクを除去する。使用するNaOH水溶液の濃度は20〜30mass％とする。濃度が20mass％未満ではエッチングマスクが残存し、また、濃度が30mass％を超えると浸漬時間を長くしないとエッチングマスクが除去できず、生産能率が低下する。このため、NaOH水溶液の濃度は20〜30mass％に限定した。
【００２２】
また、NaOH水溶液の液温は50〜70℃とする。NaOH水溶液の液温が50℃未満では浸漬時間を長くしてもエッチングマスクが残存し、また、液温が70℃を超えると比較的短時間でNaOH水溶液の洗浄力が極端に劣化しエッチングマスクが残存しやすくなる。このため、NaOH水溶液の液温は50〜70℃の範囲に限定した。
また、NaOH水溶液への浸漬時間は15sec 以上とする。浸漬時間が15sec 未満では、上記溶液の濃度、液温としてもエッチングマスクが残存する。このため、浸漬時間は15sec 以上に限定した。
【００２３】
エッチングマスクの除去は、図４に示すように、エッチングマスク除去装置15中に鋼帯１を浸漬して行う。エッチングマスク除去装置15では、蒸気蛇管16等で液温を調節して、適正温度に制御するのがよい。ついで、水洗槽20で、スプレーノズル18で水を吹きつけながらブラシロール17で鋼帯表面を水洗し、リンス槽19に浸漬して洗浄する。なお、ブラシは砥粒なしのナイロンブラシを用いるのがNaOH処理の点から好ましい。
【００２４】
エッチングにより導入される線状溝は、幅：50〜300 μm 、深さ：10〜35μm とするのが好ましい。また、線状溝の間隔は２〜10mm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。
【００２５】
本発明において対象とする電磁鋼板は、Siを2.0 〜4.0 mass％含有する電磁鋼板である。Siが2.0 mass％未満では、鉄損が高く、また、4.0 mass％を超えると冷間圧延が困難となるため、Si含有量を2.0 〜4.0 mass％に限定した。その他、Ｃが0.01〜0.08mass％を含み、かつインヒビターとしてMnSe、MnS 、AlN 、BN等の１種または２種以上を少量含む組成である。なお、インヒビターとして上記以外にSb、Sn、Cu、Bi等を含んでもよい。
【００２６】
上記好適成分組成に調整されたスラブに熱間圧延を施し、その後必要に応じ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、ついでエッチングマスクを鋼板表面に形成し、エッチングにより線状溝を導入する。エッチング後、上記した方法でエッチングマスクを除去して、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焼鈍を行う。仕上焼鈍後、焼鈍分離剤を除去し、必要に応じ上塗りコーティング塗布を行い製品板とする。
【００２７】
【実施例】
Ｃ：0.065 mass％、Si：3.0 mass％、Mn：0.072 mass％、Se：0.017 mass％、Al：0.024 mass％、およびＮ：0.0085mass％を含み、残部Feおよび不可避的不純物の珪素鋼スラブを、熱間圧延し、1050℃×２min の熱延板焼鈍後冷間圧延により、0.22mm厚の冷延板とした。この冷延板表面に、図４に示す装置で、エッチングマスクを選択的に形成した。エッチングレジストとして、アルキド系樹脂を主成分とするレジストインキを用いた。乾燥焼付け温度は200 ℃とした。なお、マスクの厚みは１μm であった。
【００２８】
鋼板表面にエッチングマスクを形成した後、15％NaCl水溶液中で直接通電方式による電解エッチングを施し、線状溝を導入した。導入した線状溝は、幅：150 μm 、深さ：15μm で、溝間隔：３mmとした。なお、電解エッチングに際し用いた電流量は、300 Ｃ/dm2一定とした。
電解エッチングののち、図４に示すエッチングマスク除去装置15、水洗槽20、リンス槽19を順次通過させ、鋼板表面のエッチングマスクを除去した。エッチングマスク除去では、NaOH水溶液の液温、濃度、およびNaOH水溶液中の浸漬時間を変えて処理した。
【００２９】
このように処理したコイルについて、さらに脱炭焼鈍後最終仕上焼鈍を行った。各製品コイルについて、磁気特性を測定した。その鉄損のばらつきを表１に示す。
【００３０】
【表１】
0003669086.tif 000002
【００３１】
表１から、本発明例No.1のように本発明の範囲でエッチングマスク除去処理を行えば、エッチングマスクの残存もなく、磁気的特性も優れ、そのばらつきも小さくなっている。しかし、本発明の範囲を外れる比較例No.2〜No.4では、エッチングマスクが残存し、磁気的特性が劣化し、そのばらつきも大きくなっている。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、従来に比較し、磁気特性のばらつきが少ない低鉄損方向性電磁鋼板を工業的に安定して製造することができ、しかも歪取り焼鈍による鉄損の劣化がないため、積鉄心用、巻鉄心用ともに使用できるという効果を奏するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチングマスクの残存状況と、NaOH水溶液の濃度、浸漬時間との関係を示す図である。
【図２】エッチングマスクの残存状況と、NaOH水溶液の液温、浸漬時間との関係を示す図である。
【図３】エッチングマスクの残存状況と、NaOH水溶液の液温、NaOH水溶液の使用時間との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に好適な装置列の１例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  鋼帯
２  エッチングマスク塗布装置
３  乾燥焼付け装置
６  サポートロール
７  電解エッチング装置
８  バックアップロール
９  ゴム転写ロール
10  グラビヤロール
11  デフレクタロール
12  コンダクタロール
13  電極
14  電解浴
15  エッチングマスク除去装置
16  蒸気蛇管
17  ブラシロール
18  スプレーノズル
19  リンス槽
20  水洗槽
【図２】
0003669086.tif 000003
【図３】
0003669086.tif 000004
【図４】
0003669086.tif 000005
【図１】
0003669086.tif 000006