(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向性電磁鋼板を製造する際に、アルミナを主成分とし水溶性高分子粘結剤を含有する焼鈍分離剤を塗布する方法であって、塗布する鋼板の板厚ｔに対し、１０ｔ＜ρｆηω＜７０ｔなる式を満たすωを定め、その条件で焼鈍分離剤を塗布することを特徴とする焼鈍分離剤の塗布方法。
ここで、ωは焼鈍分離剤塗布量(g/m2)、ρは焼鈍分離剤中の粘結剤濃度（重量%）、f は粘結剤中C 濃度（重量分率）、ηは粘結剤化学式における(C-O)/C 比、t は鋼板の板厚(mm)である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向性電磁鋼板の仕上げ焼鈍の際に用いられる焼鈍分離剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な一方向性電磁鋼板の製造方法としては、Si：４％以下を含有する硅素鋼スラブを熱延し、１回もしくは中間焼鈍を含め２回の冷延により最終板厚に仕上げ、湿潤雰囲気中の焼鈍により、脱炭とSiO2を主体とするサブスケールを形成させ、次いで、MgO を主体とする焼鈍分離剤を水に懸濁してスラリー状にて塗布、乾燥の後コイルに巻き取り、高温仕上げ焼鈍を行う。この高温仕上げ焼鈍により、鋼板中においてはゴス方位の二次再結晶粒が発達し、一方、鋼板表面においては、焼鈍分離剤中のMgO とサブスケール中のSiO2が反応して、フォルステライトを主体とするグラス皮膜が形成される。更に、仕上げ焼鈍後の一方向性電磁鋼板には、必要に応じて絶縁コーティングが施される。
【０００３】
一方向性電磁鋼板の用途は主に変圧器、発電機等の鉄心材料である。
鉄心は、金型による打ち抜きもしくは剪断によって、所定形状に加工された一方向性電磁鋼板の積層によって製造される。打ち抜きもしくは剪断の際に問題となるのは返りである。返りが大きくなると鉄心積層体において端面短絡が起こり、鉄損の異常増加が起こる。現在製造されている一方向性電磁鋼板の表面には、前述のようにフォルステライトを主体とするグラス皮膜が形成されているが、この皮膜は硬質であるため、打ち抜きのための金型の摩耗が激しく、この打ち抜き返りを防止するためには金型の再研磨、あるいは交換を頻繁に行わなければならない。これは作業性を著しく低下させ、またコストの上昇を招く。従って、グラス皮膜のない鋼板であれば、打ち抜き性もしくは剪断加工性は大きく改善される。
【０００４】
一方、鉄心材の磁気的特性として要求される項目の中で最も重要なものは鉄損である。鉄損が低いほど発電機、変圧器等に使用された場合の変換ロスが減少するからである。一方向性電磁鋼板の鉄損値を低減させる手段としては、鋼板板厚の減少、鋼中Si含有量の増加、鋼板の高磁束密度化、皮膜による鋼板への張力付与などが検討されてきた。最近では、鋼板に線状の歪みや溝を導入する磁区制御技術も開発されている。これらの鉄損低減技術は工業的にはほぼ完成されたと言ってよく、更なる低鉄損化を図るためには新しい手段を開発する必要がある。最近注目されている課題は、鋼板と皮膜界面の平坦化である。現行の一方向性電磁鋼板においてはグラス皮膜と鋼板との界面の凹凸が激しく、磁化過程における磁壁移動を阻害している。従って、グラス皮膜のない一方向性電磁鋼板を製造できたならば、更なる低鉄損化が図られる。
【０００５】
また、一旦形成されたグラス皮膜を酸洗で除去する方法は良く知られている。しかしながら、フォルステライトは化学的に安定な化合物であり、比較的濃度の高くかつ温度の高い酸洗液に長時間浸漬しなければならない。従って、工業的な規模で酸洗を行うことは設備的にもコスト的にも困難が伴う。
仕上げ焼鈍後に酸洗する方法に代わって検討されてきた方法は、MgO に代えて不活性な酸化物焼鈍分離剤を用いる方法である。例えば、米国特許第3,785,882 号公報においては粗粒高純度アルミナを用いてグラス皮膜形成を防止する方法が開示されている。しかしながら、粗粒アルミナはスラリー状になりにくくかつ、塗布乾燥後の鋼板に対する付着性が極めて弱い。この粒径の粗大化による鋼板への付着性の劣化は、他の酸化物焼鈍分離剤においても同様である。同公報では有機系粘結剤の使用によって前述したような粗粒アルミナでも鋼板に対する付着性が確保できるとされている。
【０００６】
しかしながら、有機系粘結剤を使用した場合には、特開昭53−22113 号公報にも示されているように浸炭が懸念される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、最終仕上げ焼鈍時にグラス皮膜が形成せず、焼鈍分離剤が焼き付かず、かつ浸炭がなく、その結果、打ち抜き性、磁気特性の良好な一方向性電磁鋼板が得られる焼鈍分離剤の塗布方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一方向性電磁鋼板の仕上げ焼鈍に用いるアルミナを主成分とする焼鈍分離剤において、10ｔ＜ρf ηω<70tなる式を満たすωを定め、その条件で焼鈍分離剤を塗布することを特徴とする焼鈍分離剤の塗布方法を要旨とするものである。
【０００９】
ここで、ωは焼鈍分離剤塗布量(g/m2)、ρは焼鈍分離剤中の粘結剤濃度（重量%)、f は粘結剤中C 濃度（重量分率）、ηは粘結剤化学式における(C-O)/C 比、t は鋼板の板厚(mm)である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、まず、実際の一方向性電磁鋼板の焼鈍分離剤塗布工程における操業性に対するアルミナの平均粒径の影響について調査した。アルミナの平均粒径はマイクロトラックにより粒度分布を測定し、累積重量百分率において50％に相当する粒径から見積もった。その結果、次のようなことが判明した。平均粒径：1 μm 未満のアルミナを用いた場合には焼鈍分離剤塗布工程において全く問題がない。また、平均粒径：1 〜20μm の場合にはスラリー作製は可能であるが、スラリー塗布乾燥後の鋼板に対する付着性が悪く、コイルの巻き取りや搬送の際に焼鈍分離剤が剥離してしまう。更に、平均粒径：20μm を越えると沈降しやすくスラリーが作製しにくい。
【００１１】
次に、仕上げ焼鈍後の焼鈍分離剤の鋼板に対する焼き付き性のアルミナ粒径依存性について調査した。その結果、平均粒径：1 μm 未満のアルミナからなるスラリーを塗布した場合にはアルミナの焼き付きが起こった。これは、粒径が細かくなると表面積が増大し、アルミナ粒子が活性化して焼結しやすくなることが原因であると思われる。一方、平均粒径：1 μm を越えるアルミナを用いた場合にはアルミナの焼き付きがなく、金属光沢を有する鋼板が得られる。
【００１２】
以上の調査から、焼鈍分離剤として操業性の良い細粒アルミナを用いた場合にはアルミナの鋼板への焼き付きが発生し、一方、焼き付きのない粗粒アルミナを用いた場合には操業性が悪いことが判明した。従って、アルミナを焼鈍分離剤として用いるためには平均粒径：1 μm 以上のアルミナの鋼板に対する付着性を改善せねばならない。
【００１３】
本発明者等は、焼き付きが発生しない平均粒径：1 μm 以上の粗粒アルミナスラリーの安定性、及び鋼板への付着性を改善するため、粘結剤の添加条件を詳しく検討した。アルミナスラリーはアルミナ粉を懸濁して作製するために、粘結剤は水溶性でなければならない。また、粘結剤がアルカリ金属等の無機物を含むならばアルミナの焼き付きを促進する恐れがあるため、無機物含有量のなるべく少ないものが望ましい。このような粘結剤としては、澱粉、セルロースエーテル、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等の水溶性高分子粘結剤があげられる。セルロースエーテルとしては、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースなどが知られている。これらの各種水溶性高分子粘結剤をアルミナに添加してスラリーを作製し、鋼板に塗布乾燥したところ、粘結剤添加量によってスラリーの安定性、及び鋼板に対する付着性が改善された。しかしながら、有機系高分子粘結剤を使用した場合には、特開昭53−22113 号公報にも示されているように、浸炭による磁気特性の劣化が懸念される。
【００１４】
浸炭の影響は鉄損への磁気時効効果として現れる。磁気時効は鋼中のC 量に影響され、C の含有量が少なければ時効は起きない。そこで、アルミナ塗布量、粘結剤濃度、粘結剤種類をパラメーターとして作製した、各種焼鈍分離剤を用いて仕上げ焼鈍を行った材料について、浸炭の影響を調べるため、150 ℃の温度で30日間の時効処理による鉄損増加率を調査した。図１はその結果を示したものである。焼鈍分離剤の各種パラメーターによって、鉄損増加率が予想できる。なお、ωは両面合計でのアルミナ塗布量(g/m2)、ρはアルミナ中粘結剤濃度( 重量%)、f は粘結剤中C 濃度（重量分率）、ηは粘結剤化学組成式における(C-O)/C 比、t は鋼板の板厚(mm)である。
【００１５】
鉄損増加率は〔（時効処理後の鉄損(W17/50)−時効処理前の鉄損(W17/50)）／時効処理前の鉄損(W17/50)（％）〕によって計算した。例えば、時効処理前に鉄損が0.9(W/kg) で時効処理後に1.1(W/kg) になったとすれば、(1.1-0.9)/0.9 ×100=22.2(%) と計算される。ρの計算は、例えば、アルミナ40g に対して粘結剤を10g 使用する場合、ρ=10/（10＋40）×100=20（％）と計算される。f 、すなわち粘結剤中のC 濃度（重量分率）は、粘結剤の化学組成式より計算される。例えば、澱粉((C6H10O5)n ) の場合には以下のように計算される。
【００１６】
【数１】
0004335984.tif 000002
またη、すなわち粘結剤化学式における(C-O)/C 比についても、粘結剤の化学組成式より計算される。例えば、澱粉((C6H10O5)n ) の場合には以下のように計算される。
【００１７】
【数２】
0004335984.tif 000003
表１にいくつかの粘結剤についてのρ、ηの値を示す。
【００１８】
【表１】
0004335984.tif 000004
【００１９】
以上の調査から、磁気時効による鉄損劣化を防ぐには、10＜ρf ηω<70tなる式を満たすことが必要であることがわかる。以上の検討により、アルミナ粉を仕上げ焼鈍時の焼鈍分離剤に使用する、一方向性電磁鋼板製造方法において、アルミナスラリー中に加える水溶性高分子粘結剤が、10＜ρf ηω<70tなる式を満たす一方向性電磁鋼板用焼鈍分離剤を用いるなら、鋼板に対する付着性が良好で、かつ仕上げ焼鈍時に浸炭の極めて少ない一方向性電磁鋼板が製造できることが分かった。なお、ωはアルミナ塗布量(g/m2)、ρはアルミナ中粘結剤濃度(%) 、f は粘結剤中C （重量分率）、ηは粘結剤化学式における(C-O)/C 比、t は鋼板の板厚(mm)である。
【００２０】
本発明は、仕上げ焼鈍により鋼板表面を鏡面化し、極めて鉄損の低い一方向性電磁鋼板を製造しようとする場合にも有効である。その場合には、実施例において示すように、脱炭焼鈍における酸素ポテンシャルを脱炭に必要な最小限に抑えて酸化層形成を抑制させるか、あるいは脱炭焼鈍後の鋼板に酸洗等を施して脱炭酸化膜を除去した後、本発明による焼鈍分離剤を塗布乾燥して仕上げ焼鈍を行えばよい。また、アルカリ金属不純物を含む焼鈍分離剤を用いることも有効である。更に、焼鈍分離剤スラリーに微量の防錆剤を添加するならば、なお一層仕上げ焼鈍後の鏡面化が良好となる。
【００２１】
【実施例】
＜実施例1 ＞
重量％で、C:0.046%, Si:3.12%, Mn:0.057%, S:0.022% を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる電磁鋼熱延鋼帯を、980 ℃で3 分間の中間焼鈍を挟む2 回の冷間圧延により板厚0.35mmの冷延板とし、ついで湿潤雰囲気中で脱炭焼鈍を行った。次いで、この鋼板に表２に示す各種組成の焼鈍分離剤を水でスラリー化し、塗布乾燥後、仕上げ焼鈍を行った。また、その後150 ℃の温度で30日間の時効処理を行った。得られた鋼板の外観、打ち抜き性、時効による鉄損増加率（％）、残留炭素量を表２に示す。表２から明らかなように、本発明による焼鈍分離剤を用いた場合には、浸炭を抑制でき優れた一方向性電磁鋼板が製造できる。なお、打ち抜き性は直径5mm のスチールダイスにより打ち抜き作業を行った際に、カエリ高さが50μm に達する打ち抜き回数で評価している。また、時効による鉄損増加率は、〔（時効処理後の鉄損(W17/50)−時効処理前の鉄損(W17/50)）／時効前の鉄損(W17/50)（％）〕により計算した。
【００２２】
【表２】
0004335984.tif 000005
【００２３】
＜実施例2 ＞
重量％で、C:0.06%, Si:3.25%,酸可溶性Al:0.027%, N:0.008%, Mn:0.11%, S:0.007% を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる電磁鋼熱延鋼帯を、1100℃で2 分間の焼鈍を行った後、冷間圧延により板厚0.23mmの冷延板とし、次いで湿潤雰囲気中で脱炭焼鈍を行った。続いて二次再結晶を安定化させるため、アンモニア雰囲気中で窒化処理を行った。その後、フッ酸中に浸漬することにより脱炭酸化膜を除去した。次いでこの鋼板に表３に示す各種組成の焼鈍分離剤を水でスラリー化し、塗布乾燥後、仕上げ焼鈍を行った。更に燐酸塩とコロイド状シリカを主体とするコーティング液を塗布焼き付け、レーザービームを照射して磁区細分化処理を行った。また、その後150 ℃の温度で30日間の時効処理を行った。得られた鋼板の外観、時効による鉄損増加率（％）、残留炭素量を表３に示す。表３から明らかなように、本発明による焼鈍分離剤を用いた場合には、極めて鉄損の低い一方向性電磁鋼板が製造できる。なお、時効による鉄損増加率は、〔（時効処理後の鉄損(W17/50)−時効処理前の鉄損(W17/50)）／時効前の鉄損(W17/50)（％）〕により計算した。
【００２４】
【表３】
0004335984.tif 000006
【００２５】
＜実施例3 ＞
重量％で、C:0.05%, Si:3.22%,酸可溶性Al:0.028%, N:0.008%, Mn:0.10%, S:0.008% を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる電磁鋼熱延鋼帯を、1100℃で2 分間の焼鈍を行った後、冷間圧延により板厚0.23mmの冷延板とし、次いで湿潤雰囲気中で脱炭焼鈍を行った。続いて二次再結晶を安定化させるため、アンモニア雰囲気中で窒化処理を行った。次いでこの鋼板に表４に示す各種組成の焼鈍分離剤を水でスラリー化し、塗布乾燥後、仕上げ焼鈍を行った。更に燐酸塩とコロイド状シリカを主体とするコーティング液を塗布焼き付け、レーザービームを照射して磁区細分化処理を行った。また、その後150 ℃の温度で30日間の時効処理を行った。得られた鋼板の外観、時効による鉄損増加率（％）、残留炭素量を表４に示す。表４から明らかなように、本発明による焼鈍分離剤を用いた場合には、極めて鉄損の低い一方向性電磁鋼板が製造できる。なお、時効による鉄損増加率は、〔（時効処理後の鉄損(W17/50)−時効処理前の鉄損(W17/50)）／時効前の鉄損(W17/50)（％）〕により計算した。
【００２６】
【表４】
0004335984.tif 000007
【００２７】
【発明の効果】
本発明による焼鈍分離剤を用いることにより、グラス皮膜が生成することなく、仕上げ焼鈍中の鋼板中への浸炭が小さく、かつ極めて鉄損の低い、あるいは打ち抜き性の良好な一方向性電磁鋼板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】時効処理による鉄損増加率を示す図。
【図１】
0004335984.tif 000008