(57)【要約】ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の欠陥高さを減少させる方法は、ミルガラス被覆材を効果的には除去することなく、ミルガラス被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部分を、この表面上の鉄欠陥の平均高さをミルガラス被覆材の厚さの０パーセント〜１５０パーセントの範囲の平均高さに減少させるのに十分な接触時間にわたって、酸性溶液と接触させることを含む。接触させた後は、酸と接触させたミルガラス被覆電磁鋼を、水ですすぎ洗いして乾燥させる。【選択図】図１Ｃ
2015507095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミルガラス（ｍｉｌｌ  ｇｌａｓｓ）被覆電磁鋼上の鉄マウンド（ｉｒｏｎ  ｍｏｕｎｄ）欠陥の高さを減少させる方法であって、
ミルガラス被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部分を、前記表面の前記少なくとも一部分上の鉄マウンド欠陥の平均高さを前記ミルガラス被覆材の厚さの０パーセント〜１５０パーセントの範囲の平均高さに減少させるのに十分な時間にわたって、酸性溶液と接触させることと、
前記酸に接触させたミルガラス被覆電磁鋼を水ですすぎ洗いすることと、
を含み、前記接触させることは、前記ミルガラス被覆材を効果的には除去しない、前記方法。
【請求項２】
前記接触させることは、前記ミルガラス被覆電磁鋼の平均Ｆｒａｎｋｌｉｎ試験を増加させない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸性溶液は、酸性水溶液を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記酸性溶液は、酸化性酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記酸性溶液は、硝酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記酸性溶液は、１体積パーセント〜１０体積パーセントの１５．８モルの硝酸溶液を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記酸性溶液は、１〜１０体積パーセントの１５．８モルの硝酸溶液を含み、前記接触時間が５秒〜１０秒である、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記酸性溶液は、有機酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記酸性溶液は、カルボン酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸性溶液は、多官能性カルボン酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記酸性溶液は、トリカルボン酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸性溶液は、クエン酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸性溶液は、４重量パーセント〜２０重量パーセントのクエン酸を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸性溶液は、１０パーセント〜１５パーセントのクエン酸および１０秒〜５分の範囲の時間を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記接触時間が、５秒〜２０秒の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記電磁鋼が、方向性電磁鋼である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記電磁鋼の上のミルガラス被覆材が、フォルステライト酸化物ミルガラス被覆材を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
ミルガラス被覆方向性電磁鋼上の鉄マウンド欠陥高さを減少させる方法であって、
ミルガラス被覆方向性電磁鋼を提供することと、
ミルガラス被覆方向性電磁鋼の表面の少なくとも一部分を、前記表面の前記少なくとも一部分の上の鉄マウンド欠陥の平均高さを前記ミルガラス被覆材の厚さの０パーセント〜１５０パーセントの平均高さに減少させるのに十分な接触時間にわたって、酸性溶液と接触させることと、
前記酸に接触させたミルガラス被覆方向性電磁鋼を水ですすぎ洗いすることと、
を含み、前記接触させることは、前記ミルガラス被覆材を効果的には除去しない、方法。
【請求項１９】
前記接触させることは、前記ミルガラス被覆方向性電磁鋼の平均Ｆｒａｎｋｌｉｎ試験値を増加させない、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥高さを減少させる方法であって、
ミルガラス被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部分を、５秒〜５分の範囲の酸処理時間にわたって４重量パーセント〜２０重量パーセントのカルボン酸溶液で酸処理することと、
前記酸処理されたミルガラス被覆電磁鋼を水ですすぎ洗いすることと、
前記すすぎ洗いされて酸処理されたミルガラス被覆電磁鋼を乾燥させることと、
を含む、前記方法。
【請求項２１】
前記カルボン酸溶液は、クエン酸を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記電磁鋼が、方向性電磁鋼である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
電気変圧器鉄心を形成する方法であって、
請求項１に記載の方法に従って処理された複数の方向性電磁鋼帯を提供することと、
前記複数の電磁鋼帯を積み重ねて、ＥＩ変圧器鉄心を形成することと、
を含む、前記方法。
【請求項２１】
電気変圧器鉄心を形成する方法であって、
請求項１に記載の方法に従って処理された複数の方向性電磁鋼帯を提供することと、
前記複数の電磁鋼帯を巻いて、巻き変圧器鉄心を形成することと、
を含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガラス被覆された電磁鋼の表面から欠陥を除去するための化学的方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁鋼は、シリコンを０〜６．５重量パーセント有し得る鉄合金である。市販の合金は通常は、最大で３．２重量パーセントのシリコン含有量を有するが、これは、シリコンの含有量がこれより高くなると、冷間圧延中に脆弱性が現れ得るからである。マンガンおよびアルミを、最大で０．５％だけ添加することが可能である。シリコンの量を増すと、渦電流が現れ、材料の履歴ループが狭くなって、鉄損が下がる。しかしながら、粒子構造は、金属を硬化させ、かつ脆弱化させ、これが材料の加工性に、特にこれを圧延するときに、負の影響を及ぼす。合金するとき、炭素、硫黄、酸素、および窒素の濃度レベルは、低く維持しなければならないが、これは、これらの元素は、結果として、炭化物、硫化物、酸化物、および窒化物の微粒子を形成するからである。これらの微粒子は、たとえ直径が１ミクロンと小さい微粒子でも、履歴損失を増し、同時に透磁率を減少させる。炭素の存在は、硫黄または酸素よりも大きい有害な影響を有する。炭素もまた、これがだんだんと固溶液を残し、かつ炭化物として沈殿し、その結果、時とともに電力損失をもたらすときに、磁気経年劣化を惹起させる。これらの理由により、炭素レベルは、０．００５重量パーセント以下に維持される。炭素レベルは、水素などの脱炭素雰囲気中で鋼を焼きなますことによって軽減することが可能である。
【０００３】
電磁鋼は、方向性電磁鋼（ＧＯＥＳ）および非方向性電磁鋼として入手可能である。ＧＯＥＳは、変圧器の鉄心用に、かつ、ある種の他の電気的応用分野で用いられる。ＧＯＥＳの薄板は、この薄板の結晶粒子配向性がきつく制御され、かつ薄板特性が圧延方向で最適化されるように処理される。粒子配向性の結果、磁気飽和は約５パーセントだけ減少し得るとはいえ、ＧＯＥＳ薄板の磁束密度は、コイル圧延方向で約３０パーセントだけ増大し得る。ＧＯＥＳ薄板は通常は、０．３５ｍｍ未満の厚さの冷間圧延された帯という形態で製造される。これらの帯は、「積層体」として積み重ねられて、鉄心を形成する。これらの組み立てられた鉄心は、電気変圧器中で積層済み鉄心として用いられ得る。
【０００４】
ＧＯＥＳ薄板から変圧器鉄心を製造する従来のプロセスにおいては、シリコンが豊富な酸化物のガラス薄膜が、薄板の表面上に提供される。最終的な冷間圧延後は、ＧＯＥＳ薄板は、水素および窒素の雰囲気中で最終的な焼き慣らしを受ける。これによって、シリコンおよび鉄を含む表面の上に薄い酸化物を形成する。ＧＯＥＳ薄板の表面は、次に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末で被覆される。水素雰囲気中での最終焼きなましの間、焼き慣らしステップで形成された薄い酸化物中のシリコンは、ＭｇＯと反応して、薄膜表面上に結晶フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）の薄い、一様な、シリコン豊富な絶縁層を形成する。フォルステライト被覆ＧＯＥＳ薄板は、清潔にこすり洗いされる。フォルステライト層を持つＧＯＥＳ薄板は一般に、技術上、「ミルガラス（ｍｉｌｌ  ｇｌａｓｓ）」または、より簡単に「こすり洗い材料」として知られる。
【０００５】
変圧器の鉄心で用いようとすれば、こすり洗い材料は、更なる絶縁層で上塗りされる。無機充填材料を持つまたは持たないリン酸マグネシウム（Ｍｇ（Ｈ２ＰＯ４）２）は、ミルガラス被覆材に張り付けられる絶縁被覆の一例である。上塗りは、表面の低効率を増し、かつ薄板の電気的特性を向上させるために追加される。
【０００６】
ＧＯＥＳ薄板上の絶縁被覆の欠陥は、電流が被覆を介して漏れることを許容しかねない。これらの短絡は、例えば、薄板が変圧器に応用されることを意図している場合には問題となる。絶縁被覆の欠陥は、電気変圧器の鉄心中の薄板積層体同士間を電流が流れる短絡経路として機能し、電気効率を下げ、かつ廃熱の生成を増す。
【０００７】
ミルガラスで被覆されたＧＯＥＳ薄板の欠陥の１つのタイプは、「鉄マウンド（ｉｒｏｎ  ｍｏｕｎｄ）」欠陥である。鉄マウンドは、電磁鋼薄板上にミルガラスを生成するステップ中に形成される。鉄マウンドは、ＧＯＥＳの焼きなまし中に生成される鉄が豊富な酸化物から発生すると考えられる。鉄が豊富な酸化物は、トンネル炉高温浸漬サイクルの乾燥水素環境で還元される。結果得られる導電性の欠陥は、金属鉄が豊富であり、かつミルガラス被覆材を通って突出し得る。鉄マウンドを含むこすり洗い材料表面は、多くの小さくて明るいスポットがあって灰色に見える。図１Ａ〜１Ｃに、光学顕微鏡を通して見たときのこすり洗い材料上の鉄マウンド欠陥の一般的形態を示す。欠陥が表面から盛り上がり、かつ金属鉄および随伴した酸化鉄を含むように見える。図１Ａに最もよく示すように、基礎ガラス中のゲージまたはテールはしばしば、鉄マウンドと結合して、圧延方向に対して直角になる。ゲージは、鉄マウンドに次ぐものであり、鋼がきつくコイルに巻かれている間に形成される可能性が高く、ライン処理中にではなくコイルの取り扱い中に積層体同士間での摩擦によって盛り上がるが、これが一般的に圧延方向での損傷を生成する。鉄マウンドは、一般的に直径が５０〜２００ミクロンであり、かつ概して円形または楕円形であり、かつ薄板表面から約５０ミクロンだけ突出し得る。ミルガラスおよび上塗りは双方ともわずか数ミクロンの厚さであるから、５０ミクロンは、仕上がったＧＯＥＳ薄板上に提供された絶縁ガラス被覆材の全体よりかなり厚い。
【０００８】
図２Ａは、ＧＯＥＳ薄板上の鉄マウンドの二次電子を走査する電子の顕微鏡写真であり、図２Ｂは、同じ鉄マウンドの後方散乱電子の顕微鏡写真である。重い、すなわち高原子番号の元素は、光線より強く電子を後方散乱させ、したがって、低原子番号の元素は、図２Ｂの画像ではより明るく見える。したがって、図２Ｂでは、画像のより明るい部分は鉄マウンドを表し、画像のより暗い部分はミルガラス被覆材を表していると推論することが可能である。図２Ｃは、鉄マウント欠陥の断面図である。図２Ｃの上部部分の層は、断面部を下処理するために用いられた被覆であって、ミルガラスを表してはいない。ミルガラス被覆材は、判別するにはあまりに薄すぎて、図２Ｃでははっきりとしない。
【０００９】
鉄マウンドのＳＥＭによる微量分析を、図３Ａの走査電子顕微鏡写真と、図３Ｂ〜３Ｇのエネルギー分散ＳＥＭ  Ｘ線マップに示す。図３Ｂ〜３ＧのＸ線マップは、それぞれ元素Ｍｇ、Ｓｉ、Ｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、およびＳのマップである。各々の元素マップに対して、画像の輝度が、画像中で走査された元素の存在および濃度によって決定されている。図３Ｂ〜３Ｇを審査すると、鉄マウンド欠陥は、ほとんど鉄でできていることが示されている（図３Ｆ）。多量の酸素の存在は、鉄マウンド中では検出されていず（図３Ｄ）、鉄マウンド欠陥が導電性の鉄金属から成っていることを示唆している。鉄マウンド欠陥の外部の領域は、マグネシウムおよびシリコンが高く（図３Ｂおよび３Ｃ）、フォルステライトミルガラス被覆材の存在を示している。硫黄が豊富な微粒子が、鉄マウンドの周りのミルガラス中に見受けられるが、硫黄が、微粒子という形で鉄マウンド中に埋め込まれていることも、画像中に現れている。観察された大きい硫黄濃度は、鉄マウンド中の硫黄は多分、フォルステライトミルガラスを形成する素材であるＭｇＯ被覆中に存在する添加物からの残余物であることを示している。
【００１０】
鉄マウンド欠陥は、リン酸塩の上塗りを一回張り付けるだけではカバーするのがきわめて難しい。鉄マウンドに起因する被覆表面の局所的に高い導電性のため、一般的には、リン酸塩被覆を二度張り付けるという形態で再加工をしなければならない。２つの層の上塗りを張り付けることによって、経費および生産のための準備期間が増大し、例えば、変圧器の鉄心で用いられるＧＯＥＳ薄板生成物の積み重ねファクターを減少させる。したがって、更なる上塗りを張り付ける必要性を避けることが利点となるであろう。
【００１１】
「遊離鉄」微粒子は、処理中に鉄の道具に接触したステンレス鋼表面上に形成されることがある。鉄の道具は、遊離鉄微粒子をステンレス鋼表面に埋め込むことがある。遊離鉄微粒子は、さびることがあるが、これが、下層のステンレス鋼の腐食につながりかねない。一旦下層のステンレス鋼の腐食が始まると、この腐食は、遊離鉄が存在しなくても続くことがある。遊離鉄は、従来のパッシベーション技法を用いることによってステンレス鋼表面から除去することが可能である。ＡＳＴＭ９６７〜０５は、パッシベーションを、表面から遊離鉄または他の異物を除去する目的で、硝酸溶液などの軽度の酸化剤によるステンレス鋼の化学的処理と定義しているが、これは、表面から加熱着色または酸化物スケールの除去には概して効果的ではない。酸の酸化するという性質は、ステンレス鋼の耐食性を左右する自然の酸化クロム薄膜、すなわちパッシベーション層の形成を促進する。パッシベーションが、ステンレス鋼表面から鉄体積物の除去に効果的であるとはいえ、鋼中にクロムが存在しないことにより、ＧＯＥＳおよび非配向電磁鋼から鉄を除去するにあたっては、これらの技法は効果がない。
【００１２】
米国特許第４，１２３，３３７号（「第‘３３７号特許」）は、「絶縁性被覆を通って延長するまたはこれの上に突出する金属小塊、微粒子、および類似物」を除去するためにＧＯＥＳに応用され得る電気分解を開示している。第‘３３７号特許は、鉄マウンド欠陥を片付けるために水性硝酸ナトリウムまたは塩化ナトリウムの水槽に配置されたＧＯＥＳコイルに電圧を印加することを開示している。しかしながら、電気分解は、更なるインフラストラクチャを必要とし、かつ生産経費をかなり増大させ得る。
【００１３】
したがって、ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の高さを除去するまたは減少させるための新規な方法を提供することは利点となる。代替的には、本方法は、鉄マウンド欠陥に、これが、被覆材に塗布されるリン酸マグネシウムのかなりの量をよりよく保持できるほどに十分粗い程度にまで損傷を与える。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本開示の非制限的な態様によれば、ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の高さを減少させる方法は、ミルガラス被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部分を、酸性溶液と、この表面のこの部分上の鉄マウンド欠陥の平均高さを減少させるのに十分な時間にわたって接触させることと、この表面の少なくとも処理された１つ以上の部分を水ですすぎ洗いすることとを含む。本方法のある実施形態では、本方法による処理後の鉄マウンド欠陥の平均高さは、ミルガラス被覆材の厚さの０〜１５０パーセントの高さに減少し、この接触は、ミルガラス被覆材をあまり除去しない。ある実施形態では、この接触は、結果として、０．６アンペアより大きい平均のＦｒａｎｋｌｉｎ絶縁試験値をもたらさない。別の非制限的実施形態では、この接触は、結果として、０．８アンペアより大きい平均のＦｒａｎｋｌｉｎ絶縁試験値をもたらさない。電磁鋼は、ＧＯＥＳまたは非方向性電磁鋼であり得る。
【００１５】
本開示の別の非制限的態様によれば、ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の高さを減少させる方法は、ミルガラス被覆電磁鋼を提供することと、被覆鋼の表面の少なくとも一部分を、この部分の上の鉄マウンド欠陥の平均高さを減少させるのに十分な時間にわたって酸性溶液と接触させることと、この表面の少なくとも処理された部分を水ですすぎ洗いすることと、を含む。本方法のある実施形態では、本方法により処理の後での鉄マウンド欠陥の平均高さは、ミルガラス被覆材の厚さの０〜１５０パーセントである高さに減少されるが、接触の実施は、ミルガラス被覆材を効果的には除去しない。電磁鋼は、ＧＯＥＳまたは非配向電磁鋼であり得る。
【００１６】
本開示の更に別の非制限的態様によれば、ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の高さを減少させる方法は、ミルガラス被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部分を、４分〜２０分の範囲の時間にわたって４〜２０重量パーセントのカルボン酸を含む水溶液と接触させることと、この表面の少なくとも処理された部分を水ですすぎ洗いすることと、ミルガラス被覆鋼の表面のすすぎ洗い済みの処理部分を乾燥させることと、を含み、接触の実施は、ミルガラス被覆材を効果的には除去しない。ある非制限的実施形態では、カルボン酸は、クエン酸を含む。電磁鋼は、ＧＯＥＳまたは非方向性電磁鋼であり得る。
【００１７】
ここに記載する方法の特徴および利点は、以下の添付図面を参照すればよりよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の光学顕微鏡写真である。
【図１Ｂ】同上。
【図１Ｃ】同上。
【図２Ａ】ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の二次電子走査型電子顕微鏡写真である。
【図２Ｂ】ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の後方散乱電子走査型電子顕微鏡写真である。
【図２Ｃ】ミルガラス被覆電磁鋼上の搭載され、かつ冶金研磨された鉄マウンド欠陥の断面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３Ａ】ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥のエッジの走査型電子顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】図３Ａの走査型電子顕微鏡写真に対応するマグネシウムの組成マップである。
【図３Ｃ】図３Ａの走査型電子顕微鏡写真に対応するシリコンの組成マップである。
【図３Ｄ】図３Ａの走査型電子顕微鏡写真に対応する酸素の組成マップである。
【図３Ｅ】図３Ａの走査型電子顕微鏡写真に対応するマンガンの組成マップである。
【図３Ｆ】図３Ａの走査型電子顕微鏡写真に対応する鉄の組成マップである。
【図３Ｇ】図３Ａの走査型電子顕微鏡写真に対応する硫黄の組成マップである。
【図４】本開示によるミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の高さを減少させる方法の非制限的実施形態のフローチャートである。
【図５】ミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の顕微鏡写真である。
【図６Ａ】１０体積パーセントの硝酸溶液中での５秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の写真である。
【図６Ｂ】１０体積パーセントの硝酸溶液中での１０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の写真である。
【図７Ａ】２５体積パーセントの硝酸溶液中での１０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の写真である。
【図７Ｂ】２５体積パーセントの硝酸溶液中での２０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の写真である。
【図８Ａ】１０重量パーセントのクエン酸溶液中での１０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の写真である。
【図８Ｂ】１０重量パーセントのクエン酸溶液中での２０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の写真である。
【図８Ｃ】１０重量パーセントのクエン酸溶液中での５分間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の写真である。
【図９Ａ】１５重量パーセントのクエン酸溶液中での１０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の写真である。
【図９Ｂ】１５重量パーセントのクエン酸溶液中での２０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の写真である。
【図１０Ａ】１０重量パーセントのクエン酸溶液中での１０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１０Ｂ】同上。
【図１０Ｃ】１０重量パーセントのクエン酸溶液中での１０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆ＧＯＥＳの表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１０Ｄ】同上。
【図１１Ａ】１５重量パーセントのクエン酸溶液による１０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆電磁鋼の表面上の鉄マウンド欠陥の二次電子走査型電子顕微鏡写真である。
【図１１Ｂ】１５重量パーセントのクエン酸溶液による１０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆電磁鋼の表面上の鉄マウンド欠陥の後方散乱電子走査型電子顕微鏡写真である。
【図１１Ｃ】図１１Ａおよび１１Ｂの走査型電子顕微鏡写真に対応する鉄の組成マップである。
【図１１Ｄ】図１１Ａおよび１１Ｂの走査型電子顕微鏡写真に対応するシリコンの組成マップである。
【図１１Ｅ】図１１Ａおよび１１Ｂの走査型電子顕微鏡写真に対応するマグネシウムの組成マップである。
【図１１Ｆ】図１１Ａおよび１１Ｂの走査型電子顕微鏡写真に対応する硫黄の組成マップである。
【図１１Ｇ】図１１Ａおよび１１Ｂの走査型電子顕微鏡写真に対応する酸素の組成マップである。
【図１２Ａ】１５重量パーセントのクエン酸溶液による２０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆電磁鋼の表面上の鉄マウンドの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１２Ｂ】サンプルを８０°傾けた状態での、図１２Ａに示す鉄マウンドの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１２Ｃ】１５重量パーセントのクエン酸溶液による２０秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆電磁鋼の表面上の鉄マウンドの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１２Ｄ】サンプルを８０°傾けた状態での、図１２Ｃに示す鉄マウンドの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１３Ａ】１０体積パーセントの硝酸溶液による５秒間にわたる処理の後のミルガラス被覆電磁鋼の表面上の鉄マウンドの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１３Ｂ】同上。
【図１３Ｃ】１０体積パーセントの硝酸溶液による１０秒間にわたる処理の鉄マウンドの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１３Ｄ】同上。
【図１４】様々な時間にわたって１４０°Ｆ（６０℃）で１５重量パーセントの酢酸水溶液中で処理されたこすり洗い材料に対するフラクリン絶縁試験の結果のグラフである。
【図１５Ａ】一般的なミルガラスの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１５Ｂ】同上。
【図１５Ｃ】同上。
【図１５Ｄ】同上。
【図１６Ａ】それぞれ、一般的なミルガラス、ミルガラスの局所的な暗い領域、およびミルガラスの局所的な明るい領域の走査型電子顕微鏡使用微量化学分析の結果をそれぞれ表すプロットである。
【図１６Ｂ】同上。
【図１６Ｃ】同上。
【図１７】一般的なミルガラス、走査型電子顕微鏡使用微量化学分析の結果を表し、マンガンおよび硫黄のピークを強調するプロットである。
【図１８】１０重量パーセントのクエン酸溶液による５分間にわたる処理の後の一般的なミルガラスの走査型電子顕微鏡使用微量化学分析の結果を表すプロットである。
【図１９Ａ】酸性溶液での処理の前のミルガラスの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１９Ｂ】同上。
【図１９Ｃ】同上。
【図１９Ｄ】同上。
【図１９Ｅ】１０重量パーセントのクエン酸溶液中での１０秒間にわたる処理の後のミルガラスの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１９Ｆ】同上。
【図１９Ｇ】同上。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
読者は、本開示による方法のある非制限的実施形態の次の詳細な説明を考慮すれば、前記の詳細および他のものを理解するであろう。
【００２０】
ここに開示する実施形態のある説明は、開示する実施形態の明瞭な理解に関する要素、特徴、ステップ、および態様だけを開設するために簡略化されており、同時に、明瞭さという目的のために、他の要素、特徴、ステップ、および態様は削除されていることを理解すべきである。開示される実施形態の本説明を理解すれば、当業者は、他の要素、ステップ、および／または特徴は、開示する実施形態の特定の実施例または応用例においては望ましいことがあり得ることを認識するであろう。しかしながら、このような他の要素、ステップ、および／または特徴は、開示する実施形態の本説明を考慮すれば、通常の技術技量を有する人物によって容易に解明され、実施され得るし、したがって、開示する実施形態を完全に理解するためには不必要であるため、このような要素、ステップ、および／または特徴の説明は、ここには提供しない。したがって、ここに記述する説明は、開示する実施形態を単に例示し、解説するものであり、請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を制限することを意図するものではないことを理解すべきである。
【００２１】
非制限的実施形態の関する本説明において、動作例における以外の、または別様に示されている場合には、量または特徴を表現するすべての数字は、「約」という用語によってすべての事例で修正されているものと理解すべきである。したがって、逆に示されていない限り、以下の説明で記述されるいかなる数値パラメータも、本開示による主題で得ようとする所望の特性によって変動し得る近似値である。控えめに言っても、かつ請求項の範囲に対する等価物の原理の応用を制限する試みとしてではなく、各々の数値パラメータは少なくとも、伝えられた有効数字の数に照らし合わせて、かつ通常の四捨五入技法を応用することによって解釈されるべきである。
【００２２】
また、ここに記述されるいかなる数値範囲も、ここに包含されるすべてのサブ範囲を含むことを意図するものである。例えば、「１〜１０」の範囲とは、記述される１の最小値と記述される１０の最大値との間の（両端を含む）すなわち、１以上の最小値および１０以下の最大値を有する全てのサブ範囲を含むことを意図する。ここに記述するいかなる最大の数値限定も、そこに包含される全てのより小さい数値限定を含むことを意図し、かつ、ここに記述するいかなる最小の数値限定も、そこに包含される全てのより大きい数値限定を含むことを意図するものである。したがって、出願者等は、ここに明示的に記述する範囲内のいかなるサブ範囲を明示的に記述するために、請求の範囲を含め、本開示を修正する権利を留保する。すべてのこのような範囲も、いかなるこのようなサブ範囲をも明示的に記述するように修正することが３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２の第１パラグラフおよび３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１３２（ａ）の要件に準拠するように、ここに本質的に開示されることを意図する。
【００２３】
ここで用いられる「１つの」、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という文法的冠詞は、特に示さない限り、「少なくとも１つの」または「１つ以上の」を含むことを意図する。したがって、冠詞は、冠詞の文法的目的語のうちの１つまたは１つ以上（すなわち、少なくとも１つ）を言及するためにここでは用いられる。例えば、「部品」は１つ以上の部品を意味し、したがって、多分、１つ以上の部品が予測されており、かつ、説明する実施形態の実施例で採用され得るまたは用いられ得る。
【００２４】
ここに参照して全体をまたは部分を組み込まれると述べられるいかなる特許、出願、または他の開示材料も、組み込まれた材料が、この開示中に記載される既存の定義、記述、または他の開示材料と矛盾しない範囲にまでここに組み込まれるだけである。そのようなものとして、かつ必要な範囲にまで、ここに記載するような開示は、ここに参照して組み込まれるいかなる相容れない材料にも優先する。ここに参照として組み込まれると言われているが、ここに記載する既存の定義、記述、または他の開示材料と矛盾するいかなる材料またはこれの部分も、組み込まれた材料と既存の材料との間に矛盾が生じない範囲に組み込まれるだけである。
【００２５】
本開示は、さまざまな実施形態の説明を含む。ここに説明するあらゆる実施形態は、例示的、解説的、および非制限的であることを理解すべきである。したがって、本発明は、様々な例示的、解説的、および非制限的な実施形態の説明によって制限されるものではない。したがって、本発明は、内部で明示的にもしくは本質的に説明されるまたは本開示によって別様に明示的にもしくは本質的に支持されるいかなる特徴をも記述するために修正され得る請求の範囲によってのみ定義される。
【００２６】
本開示のある態様は、ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の高さを減少させるまたはこれを解消する方法を含む。ここで用いられる「電磁鋼」という用語は、合金のための主要な要素としてシリコンを最大で６．５重量パーセント有し得る鉄合金のことである。市販の合金は通常は、最大で３．２重量パーセントのシリコン含有量を有するが、これよりシリコン濃度が高くなると、冷間圧延中に脆弱性が現れ得るからである。マンガンおよびアルミは、最大で０．５％だけ添加することが可能である。シリコンの量を増すと、渦電流が現れ、材料の履歴ループが狭くなって、鉄損が減少する。しかしながら、粒子構造は、金属を硬化させ、かつ脆弱化するが、これが、材料の加工性にたいして、特にこれを圧延しているときに悪影響を及ぼす。合金しているとき、炭素、硫黄、酸素、および窒素の濃度レベルは低く抑えなければならないが、これは、これらの元素が、結果として、炭化物、硫化物、酸化物、および窒化物の微粒子を形成させることになるからである。これらの微粒子は、たとえ直径がたった１ミクロンの微粒子でも、履歴損失を増大させ、同時にまた、透磁率を低下させる。炭素の存在は、硫黄または酸素より有害な影響を有する。炭素はまた、これが、ゆっくりと固溶液を残し、炭化物として沈殿するときに磁気経年劣化を惹起させ、結果として、時間とともに電力損失を増すことになる。これらの理由により、炭素レベルは、０．００５重量パーセント以下に維持される。炭素レベルは、水素などの脱炭素雰囲気中で鋼を焼きなますことによって軽減することが可能である。
【００２７】
「方向性電磁鋼（ＧＯＥＳ）」とは、合金用の主要な添加物としてシリコンを含む鉄系の合金のことであり、ＧＯＥＳ薄板は、この薄板の結晶粒子配向性が、厳しく制御され、この薄板の特性が圧延方向で最適化されるように処理される。ＧＯＥＳ薄板は、一般に、導電性および磁気特性が重要である電源変圧器などの応用分野で用いられる。方向性電磁鋼の例は、ペンシルベニア州のＬｅｅｃｈｂｕｒｇＡＴＩ  Ａｌｌｅｒｇｈｅｎｙ  Ｌｕｄｉｕｍ社製の低炭素、すなわち約３％のシリコン−鉄合金があるが、これは、平板圧延された製品で向上した磁気特性が特徴である。方向性電磁鋼は、鉄損の磁気特性と、コイル圧延方向での透磁率とが最適化されるように注意深く処理される。ステンレス鋼とは異なって、方向性電磁鋼製品は、試験されて、これらの磁気特性および電気特性に基づいて売却される。
【００２８】
図４を参照すると、１つの非制限的な実施形態において、鉄マウンド欠陥の高さを減少させる、またはミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の短絡効果を軽減する方法（１００）が、ミルガラス被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部分を、この表面の上の鉄マウンド欠陥の平均高さを事前選択された高さ未満にまで減少させるのに十分な時間にわたって酸性水溶液と接触させること（１０２）と、この表面の酸と接触した部分を水ですすぎ洗いすること（１０４）と、この表面のすすぎ洗いした部分を乾燥させること（１０６）と、を含む。本開示による方法のある非制限的な実施形態では、事前選択された高さはゼロであり、この場合、鉄マウンド欠陥材料の全てまたは実質的に全てが、本方法によって表面の処理済み部分から除去される。本開示による方法の別の非制限的な実施形態では、事前選択された高さは、ミルガラス被覆材の厚さの±１０％に等しいまたはこれ以内の高さである。本開示による方法の更に他の非制限的な実施形態では、事前選択された高さは、ミルガラス被覆材の厚さの０パーセント〜１５０パーセントの範囲の高さである。本開示による方法の別の非制限的な実施形態では、事前選択された高さは、ミルガラス被覆材の厚さの０パーセント〜１００パーセントの範囲の高さである。非制限的な実施形態では、ミルガラス被覆材の厚さは、約０．５ミクロン〜約２０ミクロンまたは約１ミクロン〜約１０ミクロンまたは約２ミクロン〜約５ミクロンの範囲にある。
【００２９】
ある非制限的な実施形態では、鉄マウンド欠陥の短絡効果を軽減する方法（１００）は、ミルガラス被覆電磁鋼を酸性水溶液と接触させること（１０２）によって個々の鉄マウンド欠陥の一部分を溶解させることまたは鉄マウンド欠陥を完全に溶解させることの一方を含む。酸性水溶液との接触（１０２）後に鉄マウンド欠陥の一部がミルガラス被覆電磁鋼上に残るとき、上塗り、例えばリン酸マグネシウム被覆材は、部分的に溶解させられた鉄マウンドに部分的により一層付着し、したがって、第２の上塗りを塗布する必要性を軽減または解消する。ある非制限的実施形態では、ミルガラス被覆材の表面を接触させること（１０２）は、各々の鉄マウンド欠陥の一部または全部を溶解させ、かつミルガラス被覆材をあまりまたは効果的には除去しない。非制限的実施形態では、ミルガラス被覆材は、Ｆｒａｎｋｌｉｎ絶縁試験などの導電性試験で、例えば０．９〜１．０アンペアの範囲の高い値を生じるときには、本説明の意味する範囲内にではかなりまたは効果的に除去される。この試験は、ここで後述する。
【００３０】
ミルガラス表面は一般的には、０．８以下というＦｒａｎｋｌｉｎ試験値を有する。ある非制限的実施形態では、酸水溶液との接触（１０２）は、接触（１０２）後の平均のＦｒａｎｋｌｉｎ試験値が、ミルガラス表面を酸水溶液と接触させるステップ（１０２）より前のミルガラス表面の平均のＦｒａｎｋｌｉｎ試験値と比較して増加していないときには、ミルガラス被覆材をあまりまたは効果的には除去しない。別の非制限的実施形態では、酸水溶液との接触（１０２）は、Ｆｒａｎｋｌｉｎ試験値を鉄マウンド欠陥を含まないミルガラス被覆材の一部で測定したときに、ミルガラス表面を酸性水溶液を接触させるステップ（１０２）に先立つミルガラス表面のＦｒａｎｋｌｉｎ試験値と比較してＦｒａｎｋｌｉｎ試験値を増加させない。別の非制限的実施形態では、酸性水溶液との接触（１０２）後のミルガラス表面の平均のＦｒａｎｋｌｉｎ試験値は、０．８アンペア以下である。
【００３１】
ある非制限的実施形態では、ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の高さ減少させる方法は、ミルガラス被覆電炉の表面の少なくとも一部を酸性水溶液と接触させることを含む。１つの非制限的実施形態では、酸性溶液は、例えば、硝酸またはクロム酸などの少なくとも１つの酸化性酸を含む。本開示による別の態様は、ミルガラス被覆電磁鋼の表面の一部を、有機酸を含む酸性溶液と接触させることを含む。例示の有機酸には、これに限られないが、カルボン酸、および、クエン酸、イソクエン酸、およびアコニット酸を含む、トリカルボン酸などの多官能カルボン酸が含まれる。
【００３２】
本開示による方法のある非制限的実施形態では、ミルガラス被覆電磁鋼表面の少なくとも一部分に適用される酸性溶液は加熱されるが、これによりこの部分における鉄マウンド欠陥の溶解が加速される。ある非制限的実施形態では、酸性溶液は、１００°Ｆ〜２００°Ｆ（３７．８℃〜９３．３℃）の範囲に加熱される。別の非制限的実施形態では、酸性溶液は、１４０°Ｆ（６０℃）に加熱される。
【００３３】
酸性溶液が硝酸を含む本開示による方法のある非制限的実施形態では、この酸性溶液は、水の中に１体積パーセント〜１０体積パーセントの１５．８モルの硝酸溶液を含む。本開示によるある非制限的実施形態では、ミルガラス被覆電磁鋼表面上の鉄マウンド欠陥の高さを減少させる方法は、この表面の少なくとも一部分を硝酸水溶液と接触させることと、５秒〜１０秒の時間にわたって接触させることとを含む。
【００３４】
酸性溶液が有機酸を含むある非制限的実施形態では、この溶液中の有機酸濃度は、２重量パーセント〜３０重量パーセントの範囲にある。酸性溶液がクエン酸を含むある非制限的実施形態では、この溶液中のクエン酸濃度は、４重量パーセント〜２０重量パーセントまたは１０重量パーセント〜１５重量パーセントの範囲にある。酸性溶液が１０重量パーセント〜１５重量パーセントのクエン酸または４重量パーセント〜２０重量パーセントを含むある非制限的実施形態では、ミルガラス被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部が、５秒〜５分または１０秒〜５分または５秒〜２０秒の範囲の時間にわたって酸性溶液と接触させられる。
【００３５】
本開示の１つの態様によれば、電磁鋼は、方向性電磁鋼（ＧＯＥＳ）である。２つの主要なタイプの電磁鋼は、方向性電磁鋼（ＧＯＥＳ）および非方向性電磁鋼である。ＧＯＥＳは通常は、３パーセントというシリコンレベルを有する。上記のように、ＧＯＥＳは、結晶粒子方位性を厳しく制御することによって、圧延方向に最適な特性が得られるように処理される。粒子の方位性を制御することによって、コイル圧延方向で磁束密度が約３０パーセント増加するが、磁気飽和は約５パーセントだけ減少する。非配向電磁鋼は通常は、２〜３．５重量パーセントのシリコンを含み、かつこれがすべての方向で類似の磁気特性を示すという点で等方性である。非配向電磁鋼は安価であり、電気モーターおよび発電機などの、磁束の方向が動作中に変化するデバイスで用いられる。ミルガラス被覆ＧＯＥＳおよびミルガラス被覆非方向性電磁鋼は、これらの鋼の表面上の鉄マウンド欠陥の平均高さを減少させるために、本開示による方法を用いて処理され得る。
【００３６】
本開示に従って電磁鋼上の鉄マウンド欠陥を減少させる方法の実施形態はいかなる電磁鋼にも応用され得ると予測されるとはいえ、特定の実施形態においては、本開示による方法を用いる処理を受けるＧＯＥＳ合金には、例えば、適用可能な国内（ＡＳＴＭ  Ａ８７６）および非国内（ＪＩＳ  Ｃ２５５３、ＥＮ１０１０７）の材料仕様書に規定されているような電磁鋼が含まれる。本開示による方法を用いる処理を受ける非粒子電磁鋼の特定の実施形態は、例えば、ＡＳＴＭ  Ａ６７７に規定する電磁鋼を含む。
【００３７】
本開示による非制限的実施形態では、ここでの方法を用いて処理された電磁鋼の表面上のミルガラス被覆材はフォルステライト酸化物Ｍｇ２ＳｉＯ４を含むが、この場合、被覆材は、フォルステライトミルガラス被覆材と呼ばれる。フォルステライトミルガラス被覆材は、実際には結晶質の絶縁性被覆材であって、非晶質のガラスではない。ここに用いられる「ミルガラス被覆材」という用語は、電磁鋼上に絶縁層を提供するために電磁鋼上で用いられる結晶絶縁被覆または絶縁性被覆のことである。他の結晶絶縁性被覆は、当業者に周知であり、ここでの開示内容の範囲内にある。１つ以上のこのような他の絶縁性結晶被覆材を含むミルガラス被覆材で被覆された電磁鋼もまた、フォルステライトミルガラスまたは他の結晶絶縁性被覆材をあまりまたは効果的に除去することなく、このような電磁鋼の表面上の鉄マウンド欠陥の高さを減少させるために、本開示による方法で処理され得る。したがって、本開示による方法の応用可能性は、フォルステライトミルガラス被覆材で被覆された電磁鋼表面上での用途に制限されることはないことが理解されるであろう。
【００３８】
ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の高さを減少させる本開示による方法のある非制限的実施形態は、ミルガラス被覆電磁鋼を提供することと、ミルガラス被覆電磁鋼の表面の一部分を酸性溶液と、表面の部分上の鉄マウンド欠陥の平均高さを事前選択された平均高さ未満に減少させるのに十分な時間にわたって接触させることと、を含み、事前選択された平均高さは、ミルガラス被覆材の厚さの０〜１５０パーセントの範囲にあり、酸性溶液との接触は、ミルガラス被覆材をあまりまたは効果的には除去しない。
【００３９】
ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の高さを減少させる本開示による方法のより特定的な非制限的実施形態では、本方法は、ミルガラス被覆電磁鋼の表面の一部分を４〜２０重量パーセントのクエン酸を含むクエン酸溶液と５秒〜５分にわたって接触させ、これにより表面のこの部分上の鉄マウンド欠陥の平均高さをミルガラス被覆材の厚さの０パーセント〜１５０パーセントの高さに減少させ、酸性溶液との接触は、ミルガラス被覆材をあまりまたは効果的には除去しない。
【００４０】
ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥の高さを減少させる本開示による方法の別の非制限的実施形態によれば、本方法は、ミルガラス被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部を、４重量パーセント〜２０重量パーセントのカルボン酸を含む酸性溶液で、５秒〜５分の範囲の処理時間にわたって酸処理することと、酸処理されたミルガラス被覆電磁鋼表面のこの部分を水ですすぎ洗いすることと、すすぎ洗いされ酸処理されたミルガラス被覆電磁鋼の部分を乾燥させることと、を含む。ある非制限的実施形態では、カルボン酸はクエン酸である。
【００４１】
ここで用いられる鉄マウンド欠陥の「高さ」とは、鉄マウンドが形成された電磁鋼の表面から鉄マウンド欠陥が突出する距離のことである。ここで用いられる、表面または表面の部分を「すすぎ洗いする」とは、この表面または表面部分に、液体スプレーとしてであれ、蒸気としてであれ、別様としてであれ、液体を適用するいずれかの適切な技法のことであり、液体の槽または水槽の中にこの表面または表面部分を入れることを含む。ここで用いられる、表面または表面部分を「乾燥させる」とは、例えば外気の中で乾燥させる、空気流で乾燥させる、この表面を周辺温度より高い温度に加熱することによって乾燥させることを含むいずれか適切な乾燥技法のことである。本説明は、被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部分を処理することに言及しているとはいえ、このような言葉は、浸漬用の槽または水槽を用いる電線工事などにおけるように、バッチ処理においてであろうと連続動作においてであろうと、表面の一部分だけを処理することまたは表面全体を処理することを含むことを理解されるであろう。
【００４２】
本開示の別の態様は、電気変圧器鉄心を形成する方法を含む。ある非制限的実施形態では、電気変圧器鉄心を形成する方法は、本開示のこの非制限的実施形態にしたがって処理された複数のＧＯＥＳ帯を提供することと、通常の技量を有する人たちに周知のように、これらの複数の電磁鋼帯を従来のＥ−Ｉ様式で積み重ねて、ＥＩ変圧器鉄心を形成することとを含む。Ｒ鉄心およびトロイダル鉄心などの当業者に周知の他のタイプの変圧器鉄心も、本開示の範囲内にあることが理解される。
【００４３】
別の非制限的実施形態では、電気変圧器鉄心を形成する方法は、本開示のこの非制限的実施形態にしたがって処理された複数のＧＯＥＳ帯を提供することと、これらの複数の電磁鋼帯を巻いて、巻き変圧器鉄心を形成することとを含む。帯を積み重ねて巻いて、変圧器鉄心を形成するステップは、通常の技量を有する人には周知であり、したがってここに説明する必要はない。
【実施例１】
【００４４】
被覆材の欠陥は、多くの変圧器製造業者にとってはガラス被覆電磁鋼を評価するための資格認定の慣例として用いられる従来の試験技法であるＦｒａｎｋｌｉｎ絶縁試験（ＡＳＴＭ規格Ａ−３４４−６８）を用いて検出することが可能である。この試験は、３インチの長さに沿った複数の点でガラス被覆電磁鋼表面から漏れる電流を、指定された接触圧力と印加された電位の条件下で測定する。試験結果は、アンペア単位で「Ｆｒａｎｋｌｉｎ値」として報告される。完全な電気絶縁体はＦｒａｎｋｌｉｎ値がゼロである。完全な導電体はＦｒａｎｋｌｉｎ値が１アンペアである。
【００４５】
帯サンプル（約１インチｘ６インチ）（約２．５４ｃｍｘ１５．２ｃｍ）が、従来型のミルガラス被覆ＧＯＥＳ（こすり洗い材料）から切り出された。帯サンプルには、高密度の可視の鉄マウンド（材料の平方インチあたり数個）が見られた。Ｆｒａｎｋｌｉｎ値は、Ｆｒａｎｋｌｉｎ絶縁試験によって測定された。帯サンプルは、約０．８アンペアの漏えい電流を示すことが分かった。約０．８アンペアという値は、一般的にこすり洗いされた表面の典型的な値である。
【実施例２】
【００４６】
実施例１のこすり洗い材料帯サンプルは、各々の帯を互いの異なった４つの酸性溶液の内の１つに５秒〜５分の範囲の時間にわたって浸漬させることによって処理された。帯を処理するために用いられた酸性溶液は、次のように調整された。約１．５リットルの調製したての酸を、処理毎に用いた。ＡＳＴＭＡ９６７の「化学的パッシベーション／またはステンレス鋼部品の規格仕様」を、酸の濃度に対する参考として用いた。１０（体積）パーセントおよび２５（体積）パーセントの硝酸溶液が、標準の１５．８モルの硝酸を純水と混合することによって調整された。１０（重量）パーセントおよび１５（重量）パーセントのクエン酸溶液が、クエン酸を純水中で溶解させることによって調整された。酸性溶液は、処理のために約１４０°Ｆ（６０℃）に維持された。帯サンプルは、酸性溶液中に浸漬され、所望の浸漬時間が完了したら酸性溶液から取り出され、冷たい水道水ですすぎ洗いされた。すすぎ洗い後、各々の帯サンプルの両側が、柔軟な毛ブラシで軽くブラシかけし、変性アルコール中に浸漬してあらゆる水分を排除して、空気乾燥させた。
【００４７】
図５は、オリジナルのこすり洗い材料の表面を表す白黒写真である。図５の写真は、平坦で特徴のない表面を示している。１０パーセントの硝酸溶液と、５秒間および１０秒間にわたって接触させられた（この中に浸漬された）こすり洗い材料の表面写真を、それぞれ図６Ａおよび６Ｂに示す。こすり洗い材料が１０パーセントの硝酸溶液に浸漬されたとき、泡立ちが観察された。こすり洗い材料が１０パーセントの硝酸溶液中に５秒間にわたって浸漬された（図６Ａ）とき、ミルガラスはオリジナルのこすり洗い材料より淡い灰色に変色し、ミルガラスの一部が除去されたことを示した。１０パーセントの硝酸に１０秒間にわたって浸漬した後、ミルガラスに対する損傷が、サンプルのエッジのところで観察された（図６Ｂ）。
【００４８】
こすり洗い材料の帯サンプルもまた、２５パーセントの硝酸中に１０秒間および２０秒間にわたって浸漬された。図７Ａは、１０秒間浸漬した後の帯サンプルの写真である。図７Ｂは、２０秒間浸漬した後のサンプルの写真である。１０秒間以上にわたって２５パーセントの硝酸にこすり洗い材料を浸漬することは、ＧＯＥＳ材料からミルガラスを完全に除去し、したがって、サンプルから鉄マウンドを除去する目的にとっては適切ではないことが図７Ａおよび７Ｂから明らかである。
【００４９】
こすり洗い材料の帯サンプルは、１０パーセントのクエン酸中に１０秒間、２０秒間、および５分間にわたって浸漬された。１０秒間、２０秒間、および５分間の浸漬時間後のサンプルの表面の写真を、図８Ａ、８Ｂ、８Ｃにそれぞれ提供する。１０パーセントクエン酸溶液に浸漬されたこすり洗い材料からは泡は観察されなかった。表面は比較的無特徴のままであり、ミルガラスが効果的には損傷を受けていないまたは除去されていないことを示している。クエン酸で処理されたサンプルは、未処理のこすり洗い材料より淡い灰色であった。
【００５０】
こすり洗い材料帯は、１５パーセントのクエン酸に１０秒間および２０秒間にわたって浸漬された。１０秒間および２０秒間にわたって浸漬された表面の写真を、それぞれ図９Ａおよび９Ｂに示す。１０パーセントのクエン酸溶液に浸漬されたこすり洗い材料からは泡は観察されなかった。表面は比較的無特徴のままであり、ミルガラスが効果的には損傷を受けていないまたは除去されていないことを示している。クエン酸で処理されたサンプルは、未処理のこすり洗い材料より淡い灰色であった。
【００５１】
クエン酸溶液に浸漬することと、低濃度硝酸溶液に短時間にわたって（１０体積パーセントで、５秒間）浸漬することとの一般的効果は、表面を幾分か明るくして、かつ表面の色をより均一にすることであることが観察された。この明るくなることは、表面を清浄化した結果であると考えられる。クエン酸溶液に浸漬して、低濃度硝酸溶液中に短時間（１０体積パーセントで、５秒間）にわたって浸漬した後での表面の視覚検査では、鉄マウンドが、処理後にあまり見えなくなり、処理前に認められた明るい突出部でなはくて小さな暗いスポットのように見えることが示された。
【００５２】
サンプルは、クエン酸溶液中では泡立たなかった。しかしながら、２５パーセントの硝酸溶液は、非常に活動的であった。サンプル表面では活発な泡立ちが始まり、かつミルガラスは即座に溶解し始めた。類似の効果が、サンプルが１０パーセントの硝酸溶液に２０秒間にわたって浸漬された後で発生し始めた。硝酸溶液に浸漬されたサンプル上のミルガラスの溶解は予測されないものであったが、これは、ミルガラスがすでに安定した酸化物の形態にあるからである。いかなる理論にも束縛されることを希望しないとはいえ、次の副作用が、硝酸と酸化マグネシウム（フォルステライトガラスの成分）との間で発生して、安定した窒化マグネシウム化合物を形成し得るということが考えられる。
【化１】
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【実施例３】
【００５３】
小さいサンプルが、例２で処理された帯サンプルの各々から切り出され、かつ帯の表面上の鉄マウンドがＳＥＭで検査された。１０パーセントのクエン酸溶液の効果は、１０秒間の浸漬に対する図１０Ａおよび１０Ｂと、２０秒間の浸漬に対する図１０Ｃおよび１０Ｄの顕微鏡写真に示されている。図１０Ａ〜１０Ｄを検査すると、鉄マウンドがクエン酸溶液によってかなり腐食されていることが分かる。この処理された鉄マウンドは多孔性の外観となっており、鉄マウンドの、全てではないが多くが、酸処理によってサイズおよび高さがかなり減少した。
【００５４】
クエン酸濃度を１５重量パーセントまで増すと、その結果、鉄マウンドがより激しく腐食されることになった。１５パーセントのクエン酸溶液中に１０秒間にわたって浸漬されたこすり洗い材料のサンプル上の残留鉄マウンドの二次電子および後方散乱した走査電子の写真を、それぞれ図１１Ａおよび１１Ｂに提示する。後方散乱画像（図１１Ｂ）中での処理後の鉄マウンドの外観と、鉄マウンド領域全体の輝度の欠如とは、鉄のかなりの部分が、１５パーセントのクエン酸溶液中での１０秒間にわたる処理中に鉄マウンドから除去されたことを示唆している。１５パーセントのクエン酸溶中に１０秒間にわたって浸漬された後に残った鉄マウンド残留物のＸ線写真を、図１１Ｃ〜１１Ｇに提示する。図１１Ａ〜１１Ｇの分析は、マウンドの残留構造体は、大量の埋め込まれた酸化物微粒子（図１１Ｇ）を持つ幾分かの金属鉄から成っている（図１１Ｃ）ことを示す。鉄マウンド中の硫黄のほとんど（図１１Ｆ）が、酸処理によって除去されている。少量の硫黄が、鉄マウンド上に残って存在したが、周囲のミルガラスには硫黄は検出されなかった。
【００５５】
鉄マウンドの溶解は、クエン酸溶液中での浸漬の時間が増すにつれて進行した。これは、１５パーセントクエン酸中で２０秒間にわたって処理された鉄マウンドの二次電子撮像の電子顕微鏡写真である図１２Ａおよび１２Ｂを、１５パーセントクエン酸中で１０秒間にわたって処理された鉄マウンドの二次電子撮像の電子顕微鏡写真である図１１Ａと比較することによって明らかである。図１２Ｂおよび１２Ｄ顕微鏡写真は、クエン酸処理後に残る鉄マウンド欠陥の高さのより良い図を提供するために、それぞれ図１２Ａおよび１２Ｃのサンプルと、ＳＥＭ中で８０°傾けて撮った。
【実施例４】
【００５６】
硝酸溶液に浸漬された帯サンプルは詳細には考察されなかったが、これは、ミルガラスが硝酸溶液の影響に対して完全な耐性を示さなかったことが観察されたからである。にもかかわらず、鉄マウンドもまた、硝酸溶液によって腐食された。図１３Ａおよび１３Ｂは、５秒間にわたって１０体積パーセントの硝酸溶液で処理されたこすり洗い材料の走査電子顕微鏡写真である。図１３Ｃおよび１３Ｄは、１０秒間にわたって１０体積パーセントで処理されたこすり洗い材料の走査電子顕微鏡写真である。図１３Ａ〜Ｄの鉄マウンドは、同様の濃度のクエン酸溶液中で同様の時間にわたって浸漬されたサンプルより大きい程度にまで硝酸溶液中で腐食されているように見える。
【実施例５】
【００５７】
約２”ｘ６”のサイズを有するフォルステライトミルガラス被覆ＧＯＥＳのサンプルは、１５パーセントのクエン酸水溶液中に１４０°Ｆ（６０℃）で５分間にわたって浸漬されることによって処理された。浸漬後、サンプルは、水道水で徹底的にすすぎ洗いされ、柔らかい毛ブラシでこすり洗いされ、次に、変性アルコールに漬けて、この後で温風で乾燥させた。試験サンプルの表面は、最初多くの鉄マウンドを含んでいたことが目視観察された。次に、サンプルは、ＡＳＴＭ規格Ａ−３４４−６８に従って、Ｆｒａｎｋｌｉｎ絶縁試験を用いて電流漏洩がないか評価された。
【００５８】
処理に先立って、サンプル材料は、図１４に見るように、比較的高いＦｒａｎｋｌｉｎ試験平均電流値を有していた。サンプルは、１０秒間にわたって酸性溶液中に浸漬されて、可能なミルスケールのプロセス時間を促進した。連続したコイル処理ラインでライン停止が発生して、材料が、数分間にわたって酸性溶液に浸漬されたまま残るという最悪のシナリオを促進するために、５分間にわたって酸性溶液中に浸漬されたサンプルもあった。図１４に、こすり洗い材料の場合および２つの浸漬時間にわたって浸漬されていた材料の場合の最大記録値および最少記録値と共に平均のＦｒａｎｋｌｉｎ試験結果を示す。双方の酸処理されたサンプルは、かなり低い最小のＦｒａｎｋｌｉｎ試験値を示したが、全てのサンプルに対する最大記録値は同様であった。処理されたサンプルは双方ともが、こすり洗いサンプルより少し低い最小のＦｒａｎｋｌｉｎ値を示し、平均と最大のＦｒａｎｋｌｉｎ値が減少する傾向を示した。５分間という長い浸漬時間の場合でさえも、この特定的な処理は、測定された導電性で見てもミルガラス被覆材に損傷を与えないと思われる。
【実施例６】
【００５９】
ＧＯＥＳ上のフォルステライトミルガラス被覆材を分析して、ＧＯＥＳ薄板表面の大部分を占める最上の品質のエリアに対する酸処理の効果に対する参照を提供した。図１５Ａ〜１５Ｄに、ＳＥＭによる一連の拡大写真を示す。ミルガラスは、顕微鏡の尺度では粗くて、視野が明るくなると、散乱するスポットが暗くなっている。
【００６０】
ＳＥＭの微量化学分析システムを用いて、ガラスの化学的性質を分析した。これは、ミルガラスの下のＧＯＥＳ薄板が強力な信号を提供するため、的確な方法ではないが、この方法は、酸清浄化の前のミルガラスと後のミルガラスとを比較する方法を提供する。図１６Ａは、全体的なガラス組成と、ガラス中の明るいエリア（図１６Ｂ）および暗いエリア（図１６Ｃ）を分析した結果とを示す。マグネシウム／シリコン比は、フォルステライト層から予測されたように、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２に非常に近い。強力な鉄信号があり、このほとんどが鋼から多分来ている。暗い領域は、鉄と比較してマグネシウムおよびシリコンが豊富であるが、スペクトルにおけるマグネシウム／シリコン比はガラス全体と同じであり、ミルガラスの暗い領域はまさに厚いエリアである可能性があることを示している。明るく薄い領域は、鉄が非常に豊富であり、かつマグネシウムよりシリコンをより多く含んでおり、これらの領域が、非常に薄い酸化物で覆われており、かつ信号がほとんど鋼から来ていることを示唆している。
【００６１】
マンガンおよび硫黄のピークを強調する一般的なミルガラスのＳＥＭによる微量化学分析を、図１７に提示する。マンガンに対する小さいが顕著な信号が存在し、ＭｎＳ抑制剤粒子の残留物が、トンネル炉の焼きなまし中にガラスと金属との境界に集中していることを示唆している。硫黄に対するかなり大きい信号が、ＭgＯ粉末に添加された硫酸マグネシウム（エプソム塩）の残留物から発している可能性がある。
【００６２】
５分間にわたって１０パーセントのクエン酸に暴露されたサンプルは、ＳＥＭで試験されて、長期化した暴露中にミルガラスにいずれかの化学的または構造的変化が発生したかどうか判定した。サンプルのＸ線スペクトルを図１８に示す。硫黄およびマグネシウムのピークは、図１８に提示されたＸ線スペクトルには存在しない。その他の点では、ガラスは、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２に近いマグネシウム／シリコン比を酸化物が保持していて、化学的に比較的不変のままであるように見える。図１９Ａ〜１９Ｄは、未処理のミルガラス被覆ＧＯＥＳの一連の拡大された走査電子顕微鏡写真を示す。図１９Ｅ〜１９Ｈは、５分間にわたって１０パーセントのクエン酸で処理されたミルガラス被覆ＧＯＥＳの一連の拡大された走査電子顕微鏡写真を示す。図１９Ｄ〜１９Ｈの一連の拡大された走査電子顕微鏡写真に示す処理されたミルガラスは、図１９Ａ〜１９Ｄの一連の拡大された走査電子顕微鏡写真に示す未処理のミルガラスより平坦で粒状であるように見えるが、その他の点では、同じように見える。
【実施例７】
【００６３】
ＧＯＥＳのインゴットは従来、熱間圧延、冷間圧延、および焼きなましのステップを用いて熱化学的に処理されている。最終の冷間圧延後、ＧＯＥＳ薄板は、水素および窒素の雰囲気中で、最終的な焼きならしを受ける。これによって、シリコンおよび鉄を含む表面上に薄い酸化物の層が形成される。次に、ＧＯＥＳの薄板表面は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末で過度に被覆され、これにより、コイルのラップが、最終の熱間焼きなましステップ中に付着することを防止する。ＧＯＥＳ薄板は、水素雰囲気中で最終焼きなましを受けて、薄板表面上に結晶性フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）の薄く、一様で、シリコンが豊富な絶縁層を形成する。帯は、余分のＭｇＯ粉末を除去する連続加熱平坦化・こすり洗い台上で伸ばされる。こすり洗い台は、活発なブラシ掛けおよび散水を含む。帯は、１０秒間という接触時間にわたって、噴霧であれ浸漬であれ、５％のクエン酸溶液と接触させられる。帯は、次に、水ですすぎ洗いされる。すぎ洗いの後、帯は、炉の中で加熱平坦化されるが、これで、帯を軽く引きながら高温にまで加熱することによって皺および波を除去する。このステップの後、帯は、冷却し、次に、リン酸マグネシウム化合物を用いて上塗りされる。これは次に、第２の炉に入り、ここで、被覆を焼いて硬化させる。上塗りされた帯は、約０．１アンペアという平均のＦｒａｎｋｌｉｎ絶縁値を有する。
【実施例８】
【００６４】
実施例７からの仕上げられた鋼は、適切な幅に切られて、鉄心の組み立て加工業者に送られる。鉄心鋼は、適切な大きさに切られて、Ｅ−Ｉ様式で積み上げられるか巻かれるかして、変圧器鉄心を形成する。
【００６５】
本開示を、様々な例示的な、解説的な、および非制限的な実施形態を参照して記載した。しかしながら、開示された実施形態（またはこれらの部分）のどれでもこれらの様々な置換、修正、または組み合わせが、請求の範囲のみで定義される本発明の範囲から逸脱することなく可能であることが、当業者には理解されるだろう。したがって、本開示は、ここに明示的には記載されていない更なる実施形態を含むことが予期され、理解される。このような実施形態は、例えば、ここに説明する実施形態の開示されたステップ、素材、成分、構成要素、要素、特徴、態様、および類似物のどれでも組み合わせるおよび／または修正することによって得られ得る。したがって、本開示は、様々な例示的な、解説的な、および非制限的な実施形態の説明には制限されず、請求の範囲によってのみ制限される。このように、請求の範囲は、本特許出願の審査中に修正して、ここに様々に記述するように、請求される本発明に対して特徴を追加し得ることが理解されるであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図１９Ｅ】
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【図１９Ｆ】
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【図１９Ｇ】
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【図１９Ｈ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１４】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年9月12日(2014.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミルガラス（ｍｉｌｌ  ｇｌａｓｓ）被覆電磁鋼上の鉄マウンド（ｉｒｏｎ  ｍｏｕｎｄ）欠陥の高さを減少させる方法であって、
ミルガラス被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部分を、前記表面の前記少なくとも一部分上の鉄マウンド欠陥の平均高さを前記ミルガラス被覆材の厚さの０パーセント〜１５０パーセントの範囲の平均高さに減少させるのに十分な時間にわたって、酸性溶液と接触させることと、
前記酸に接触させたミルガラス被覆電磁鋼を水ですすぎ洗いすることと、
を含み、前記接触させることは、前記ミルガラス被覆材を効果的には除去しない、前記方法。
【請求項２】
前記接触させることは、前記ミルガラス被覆電磁鋼の平均Ｆｒａｎｋｌｉｎ試験を増加させない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸性溶液は、酸性水溶液を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記酸性溶液は、酸化性酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記酸性溶液は、硝酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記酸性溶液は、１体積パーセント〜１０体積パーセントの１５．８モルの硝酸溶液を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記酸性溶液は、１〜１０体積パーセントの１５．８モルの硝酸溶液を含み、前記接触時間が５秒〜１０秒である、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記酸性溶液は、有機酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記酸性溶液は、カルボン酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸性溶液は、多官能性カルボン酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記酸性溶液は、トリカルボン酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸性溶液は、クエン酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸性溶液は、４重量パーセント〜２０重量パーセントのクエン酸を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸性溶液は、１０パーセント〜１５パーセントのクエン酸および１０秒〜５分の範囲の時間を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記接触時間が、５秒〜２０秒の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記電磁鋼が、方向性電磁鋼である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記電磁鋼の上のミルガラス被覆材が、フォルステライト酸化物ミルガラス被覆材を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
ミルガラス被覆方向性電磁鋼上の鉄マウンド欠陥高さを減少させる方法であって、
ミルガラス被覆方向性電磁鋼を提供することと、
ミルガラス被覆方向性電磁鋼の表面の少なくとも一部分を、前記表面の前記少なくとも一部分の上の鉄マウンド欠陥の平均高さを前記ミルガラス被覆材の厚さの０パーセント〜１５０パーセントの平均高さに減少させるのに十分な接触時間にわたって、酸性溶液と接触させることと、
前記酸に接触させたミルガラス被覆方向性電磁鋼を水ですすぎ洗いすることと、
を含み、前記接触させることは、前記ミルガラス被覆材を効果的には除去しない、前記方法。
【請求項１９】
前記接触させることは、前記ミルガラス被覆方向性電磁鋼の平均Ｆｒａｎｋｌｉｎ試験値を増加させない、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ミルガラス被覆電磁鋼上の鉄マウンド欠陥高さを減少させる方法であって、
ミルガラス被覆電磁鋼の表面の少なくとも一部分を、５秒〜５分の範囲の酸処理時間にわたって４重量パーセント〜２０重量パーセントのカルボン酸溶液で酸処理することと、
前記酸処理されたミルガラス被覆電磁鋼を水ですすぎ洗いすることと、
前記すすぎ洗いされて酸処理されたミルガラス被覆電磁鋼を乾燥させることと、
を含む、前記方法。
【請求項２１】
前記カルボン酸溶液は、クエン酸を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記電磁鋼が、方向性電磁鋼である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
電気変圧器鉄心を形成する方法であって、
請求項１に記載の方法に従って処理された複数の方向性電磁鋼帯を提供することと、
前記複数の電磁鋼帯を積み重ねて、ＥＩ変圧器鉄心を形成することと、
を含む、前記方法。
【請求項２４】
電気変圧器鉄心を形成する方法であって、
請求項１に記載の方法に従って処理された複数の方向性電磁鋼帯を提供することと、
前記複数の電磁鋼帯を巻いて、巻き変圧器鉄心を形成することと、
を含む、前記方法。
【国際調査報告】
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