專利名稱：方向性電磁鋼板及其絕緣皮膜成型法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方向性電磁鋼板的絕緣皮膜成形方法，更具體地說，涉及鋼板表面皮膜的滑動性和耐熱性均良好，在變壓器制造中的鐵芯的加工性能良好，同時使變壓器產(chǎn)品的磁特性良好的方向性電磁鋼板的絕緣皮膜成形方法及用所說的方法得到的方向性電磁鋼板。
方向性電磁鋼板由以下方法制造，例如使含有2-4%的硅鋼的板坯經(jīng)熱軋、退火之后，經(jīng)一次或包括中間退火的二次以上的冷軋，軋成最終的鋼板厚度。接著，脫碳退火后，涂敷以MgO為主要成分的退火分離劑，進行最終退火且使保持高斯方位的二次再結(jié)晶晶粒生長，在去除S、N等雜質(zhì)的同時形成玻璃皮膜，然后涂敷絕緣皮膜用的涂液，進行焙燒處理，形成絕緣皮膜，制成最終產(chǎn)品。
由此所得的方向性電磁鋼板主要用作電力機械和電器、變壓器等的鐵芯材料，要求磁通密度高，鐵損值低。
當(dāng)方向性電磁鋼板用作變壓器的鐵芯時，方向性電磁鋼板的帶鋼一面連續(xù)地開卷一面在剪切機上以一定長度切斷之后，由鐵芯加工機依次疊卷或者重疊，制成卷鐵芯或疊鐵芯。卷鐵芯時，經(jīng)壓縮成型、消除應(yīng)力退火，進行所謂捆扎(レ-シング)的卷線操作，制成變壓器。
在所說的鐵芯的制作過程中，例如卷鐵芯時，必需順利地進行卷加工、成型操作，成型后的鋼板端面和卷纏部分不產(chǎn)生凹凸，形狀良好以及鋼板表面的潤滑性良好。
此外，消除應(yīng)力退火時，沒有鋼板表面皮膜之間的發(fā)熱膠著粘結(jié)，能順利地進行捆扎操作，從提高鐵芯加工效率或者防止因燒結(jié)引起的變形和皮膜性能變差的觀點來看，這是重要的。對于這些問題，從對方向性電磁鋼板表面的絕緣皮膜的性狀影響大的角度來看，消除應(yīng)力退火時鋼板的表面皮膜相互之間沒有膠著，捆扎作業(yè)能順利進行，不僅從加工性的觀點來看，還是從提高變壓器的磁特性方面來看，這均是十分渴望的。
作為提高這樣的變壓器鐵芯的加工性的手段，已進行了絕緣皮膜成形時的涂敷劑的改進。特開昭61-4773號公報揭示了一種技術(shù)，它是以一代磷酸鹽中存在一種或二種以上的由粒徑為8mμm以下的超微粒子膠體狀二氧化硅、鉻酸、鉻酸鹽組成的混合液作為涂敷劑涂敷在最終退火后的鋼板(帶材)上，通過燒結(jié)處理，改善了在鋼板表面上形成的絕緣皮膜的滑動性。
近年來，由于改善了所說的絕緣皮膜，故而改善了方向性電磁鋼板的鐵損、磁致伸縮、絕緣特性以及皮膜潤滑性，獲得了相應(yīng)的效果。
但是，對于用方向性電磁鋼板制造變壓器等的廠家來說，鐵芯加工時的加工成型機的自動化和高速化已得以發(fā)展，已可期望在排除加工上的損壞以及磁特性方面比用上述已改善的絕緣皮膜用涂敷劑時更改進的絕緣皮膜。
本發(fā)明的目的在于提供一種從方向性電磁鋼板的絕緣特性角度來看皮膜表面的潤滑性和進行消除應(yīng)力退火時的耐熱性均良好且鐵芯的加工性優(yōu)良以及因絕緣皮膜的張力提高而有效改善鐵損的絕緣皮膜成形的方法。
本發(fā)明的要點在于，一種鐵芯的加工性、耐熱性以及張力旋加性均優(yōu)的方向性電磁鋼板的絕緣皮膜的成形方法，在硅鋼坯熱軋退火之后，進行一次或包括中間退火的二次以上的冷軋，并軋成最終的鋼板厚度且脫碳退火，涂敷退火分離劑之后，再進行最終退火，接著涂敷絕緣皮膜成形涂敷劑，進行焙燒處理和熱平整的方向性電磁鋼板的制造方法中，其特征在于涂敷、焙燒的絕緣皮膜成形涂敷劑由如下形成，即在100份(重量)膠狀物質(zhì)混合物(以固態(tài)換算)，所說的膠狀物質(zhì)混合物則50-98%(重量)粒徑為50mμm以下的膠體狀二氧化硅(SiO2，以固態(tài)重量表示)和2-50%(重量)一種或二種以上以選自由在Fe、Ca、Ba、Zn、Al、Ni、Sn、Cu、Cr、Cd、Nd、Mn、Mo、Si、Ti、W、Bi、Sr、V的組中選擇的元素的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、硼化物、氫氧化物、硅酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物且其粒徑為80-3000mμm的膠狀物質(zhì)組成的組組成(以固態(tài)換算)，添加130-250份(重量)一種或二種以上選自由Al、Mg、Ca或Zn的磷酸鹽組成的組，以及10-40份(重量)一種或二種以上選自由無水鉻酸、鉻酸鹽或重鉻酸鹽組成的組。以及根據(jù)上述的方法制造的方向性電磁鋼板，其特征在于絕緣皮膜形成處理后的鋼板表面光潔度Ra值為0.15-0.60μm。
圖1所示為測定絕緣皮膜的摩擦系數(shù)的方法的說明圖;
圖2(a)所示為對消除應(yīng)力退火時的粘附進行研究時，退火試樣疊層狀示意圖;圖2(b)所示為測定消除應(yīng)力退火后鋼板層間粘結(jié)狀態(tài)示意圖;
圖3所示為采用本發(fā)明制得的產(chǎn)品的表面形狀與潤滑特性(B法)的關(guān)系圖;
圖4所示為絕緣皮膜處理劑組成(參照表6)與產(chǎn)品表面潤滑性(B法)的關(guān)系圖。
以下，將對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。
本發(fā)明人對必須解決上述課題的方向性鋼板的絕緣皮膜成形方法作了種種研討。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在絕緣皮膜成形用的涂敷劑的涂敷和燒結(jié)過程中，通過添加配合膠體物質(zhì)，所說的膠體物質(zhì)包括粒徑為80-3000mμm，作為絕緣皮膜成形用涂敷劑的組成的一部分的由膠體狀二氧化硅-磷酸鹽-鉻化物組成的物質(zhì)，顯著地提高由燒結(jié)處理所形成的絕緣皮膜的潤滑性(滑動性)，還大幅度地改善消除應(yīng)力退火時通常稱之粘附的皮膜粘結(jié)現(xiàn)象，同時還改善鐵損。
以下，將基于實驗數(shù)據(jù)對本發(fā)明作更詳細(xì)地說明。
由采用公知的方法制造的板厚為0.23mm的方向性電磁鋼板的最終退火后的板卷中切取試樣。在N2中，進行850℃×4小時消除應(yīng)力退火，去除卷狀變形之后，經(jīng)在2%H2SO4中80℃下經(jīng)酸洗10秒鐘作為起始材料。把燒結(jié)后的重量為4.5g/m2的配合添加表1中所示的粒徑為80-3000mμm的Cr、V、Si的氧化物的膠體溶液的絕緣皮膜成形處理劑涂敷在所說的試樣上，再進行850℃×30秒鐘燒結(jié)處理。
從由上所得的板中切取試樣，以圖1所示的方法(A法)測定絕緣皮膜的摩擦系數(shù)(FF值)。即在夾板1-1和1-2之間放置試樣2，用重錘3加負(fù)荷，用彈簧秤4測定拉伸試樣2的力F′再由μ(FF)＝F′求出滑動摩擦系數(shù)μ。
另外，使在絕緣皮膜上施加一定載荷的鋼球滑動，其間通過連續(xù)地讀出鋼球與絕緣皮膜表面接觸的電阻值的方式(B法)，測定皮膜表面的潤滑性。
再者，把另外切取的3cm×4cm的板層疊，其上施加80kg/cm2壓緊力之后，在N2氣氛中進行850℃×4小時消除應(yīng)力退火。按照圖2所示的方法，測定鋼板的剝離載負(fù)，進行有關(guān)粘結(jié)性研究，其結(jié)果示于表1。
如表1所示，與以往的僅僅由粒徑為10mμm的膠體狀二氧化硅構(gòu)成的絕緣皮膜劑相比，本發(fā)明因涂敷及焙燒了已添加配合了粗大的粒子粒徑為80-3000mμm的膠體狀的其他溶液的皮膜成形劑，故而皮膜潤滑性、皮膜張力、消除應(yīng)力退火時的耐粘結(jié)性都有明顯的提高。
以下，敘述本發(fā)明的絕緣皮膜成形方法。
本發(fā)明以涂敷在100份(重量)膠狀物質(zhì)混合物(以固態(tài)換算)，所說的膠狀物質(zhì)混合物由50-98%(重量)粒徑為50mμm以下的膠體狀二氧化硅(SiO2，以固態(tài)重量表示)和2-50%(重量)一種或二種以上選自由在Fe、Ca、Ba、Zn、Al、Ni、Sn、Cu、Cr、Cd、Nd、Mn、Mo、Si、Ti、W、Bi、Sr、V的組中選擇的元素的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、硼化物、氫氧化物、硅酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物且其粒徑為80-3000mμm的膠狀物質(zhì)組成的組組成(以固態(tài)換算)中，添加130-250份(重量)一種或二種以上選自由Al、Mg、Ca或Zn的磷酸鹽組成的組，以及10-40份(重量)一種或二種以上選自由無水鉻酸、鉻酸鹽或重鉻酸鹽組成的組的絕緣皮膜成形涂敷劑，且進行燒結(jié)處理。
為實施本發(fā)明時，為了獲得上述膠體狀物質(zhì)混合物，則要使粒徑在上述規(guī)定范圍內(nèi)的一種或二種以上的膠狀二氧化硅與同樣粒徑在上述規(guī)定范圍內(nèi)的一種或二種以上的其它膠狀物質(zhì)混合，或者也可以使粒徑均勻地調(diào)整在滿足上述規(guī)定的范圍內(nèi)的一種或二種以上的膠狀二氧化硅與同樣使粒徑均勻地調(diào)整到滿足上述規(guī)定的一種或二種以上的其他膠狀物質(zhì)混合配制。
以下，將說明本發(fā)明中的各種條件的限定理由。
在本發(fā)明的絕緣皮膜成形涂敷劑的涂敷及焙燒處理階段，使用如下配制的絕緣皮膜成形涂敷劑，即在100份由50-98%(重量)粒徑在50mμm以下的膠狀二氧化硅(SiO，以固態(tài)換算)與2-50%(重量)粒徑被調(diào)整到80-3000mμm的其他膠狀物質(zhì)(以固態(tài)換算)組成的膠狀混合物溶液中，配合130-250份選自Al、Mg、Ca、Zn的磷酸鹽組的一種或二種以上以及10-40份選自無水鉻酸、鉻酸鹽或重鉻酸鹽的組組成的一種或二種以上的物質(zhì)。本發(fā)明最佳的特征在于，使用在50-98%(重量)粒徑在50mμm以下的膠狀二氧化硅中配合有2-50%(重量)粒徑80-3000mμm的其他膠狀物質(zhì)之中;添加上述的其他添加劑后配制成的絕緣皮膜成形涂敷劑。
這樣，對50-98%(重量)作為基質(zhì)的50mμm以下的膠狀二氧化硅(SiO2，以固態(tài)換算)，通過添加配合2-50%(重量)粒徑為80-3000mμm的其他膠狀物質(zhì)，會產(chǎn)生顯著地改善成品板上形成的絕緣皮膜的特性的效果，如潤滑性、消除應(yīng)力退火時的耐粘結(jié)性、皮膜張力等。
作為基質(zhì)的膠狀二氧化硅粒徑為50mμm以下是重要的。如果大于50mμm，則會使作為絕緣皮膜基本特性的鐵損、磁致伸縮的改善效果變小，或者因皮膜趨于不透明(混濁化)而使外觀變差。
作為與微粒子膠狀二氧化硅配合的粗粒子的膠狀物質(zhì)為由Fe、Ca、Ba、Zn、Al、Ni、Sn、Cu、Cr、Cd、Nd、Mn、Mo、Si、Ti、W、Bi、Sr、V等組成的氧化物，碳化物、氮化物、硫化物、硼化物、氫氧化物、硅酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物，其粒徑為80-3000mμm。如果粒徑不大于80mμm，潤滑性及耐粘結(jié)性的改善效果小。另外，如果粒徑大于3000mμm，則雖然有潤滑性及耐粘結(jié)性的改善效果，也會造成成品的填充系數(shù)下降，進而會使鐵損特性下降，故不夠理想。
作為添加配合用的其他的膠狀物質(zhì)，只要是上述的物質(zhì)則均可以，但作為絕緣皮膜處理劑，如果考慮到膠狀二氧化硅、磷酸鹽、鉻化合物混合時的液體的穩(wěn)定性，則最好的物質(zhì)為上述元素的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物。作為膠狀物質(zhì)的形態(tài)可以為球狀、網(wǎng)狀、鏈狀、片狀等任一種，但最好的形態(tài)為球形膠體。
此外，為了使膠液穩(wěn)定，也可以添加其他微量的穩(wěn)定化物質(zhì)。
其次，膠狀二氧化硅+其他添加膠狀物質(zhì)(膠狀物質(zhì)混合物)與選自Al、Mg、Ca、Zn的磷酸鹽組的一種或二種以上的配比為100份(重量)上述膠狀物質(zhì)混合物對130-250份(重量)上述的磷酸鹽。所說的配比對方向性電磁鋼板的絕緣皮膜的張力效果及絕緣皮膜的耐熱性是重要。
100份(重量)膠狀物質(zhì)混合物與磷酸鹽的配比如果小于130份(重量)，則相對于膠狀二氧化硅的粘結(jié)料就不足，形成后的絕緣皮膜上產(chǎn)生龜裂，會喪失由絕緣皮膜產(chǎn)生的張力效果，不能令人滿意。而如果配比大于250份(重量)，則會引起皮膜外觀的混濁化或者張力效果的減少進而會使消除應(yīng)力退火時的耐熱性急劇變壞，故而上限定為250份(重量)。
用作磷酸鹽的有如上所述的選自Al、Mg、Ca、Zn的磷酸鹽組的一種或二種以上。
磷酸鹽可以使用市售50%溶液。磷酸鈣其溶解度低，得不到50%溶液，故而最好配合磷酸鈣固體制備涂敷劑。
從提高其皮膜的潤滑性的定義上看，最好的磷酸鹽組合為Al-Mg-Ca、Al-Ca、Mg-Ca。
一種或二種以上選自由無水鉻酸、鉻酸鹽、重鉻酸鹽組成的組是對于100份(重量)上述膠狀物質(zhì)混合物，其配比為10-40份(重量)。上述的鉻化物的配合量，若不到10份(重量)，則達不到由CrPO4生成等反應(yīng)使皮膜成分中游離磷酸穩(wěn)定的必要量，從而成為產(chǎn)生發(fā)粘的原因。而若超過40份(重量)，則會出現(xiàn)游離的鉻酸過剩，這時也會產(chǎn)生發(fā)粘。
本發(fā)明中，在膠狀二氧化硅的其他膠狀物質(zhì)的制備階段中，使用使粒徑適度分散而制備的，或者使分別制備的微粒子、粗粒子的膠狀二氧化硅與其他膠狀物質(zhì)以二種以上混合，制成本發(fā)明規(guī)定的粒徑的組合體，任一手段均適用。
由此所形成的絕緣皮膜成形后的鋼板表面光潔度Ra值為0.15-0.60μm。如果Ra值低于0.15μm，則潤滑性改善效果差，反之，如果超過0.60μm，則鋼板層疊時的填充系數(shù)降低，不能令人滿意。對于本發(fā)明絕緣皮膜組成來說，可以大體上調(diào)整到上述最合適的范圍。
以下，敘述由本發(fā)明所形成的絕緣皮膜具有優(yōu)良的潤滑性、耐熱性的原因。使成品板表面的潤滑性提高的機理有如下三種1)皮膜表面基本上應(yīng)該是光滑的;
2)皮膜成分本身的潤滑性應(yīng)是良好的;
3)從表面形狀效果觀點來看，點接觸類型應(yīng)是良好的。
本發(fā)明人的特開昭61-4773號公報中所公開的方法是由1)的效果達到的。
對于本發(fā)明，被認(rèn)為是由3)的形狀效果所產(chǎn)生的點接觸效果大之故。即由于粗粒子的其他膠狀物質(zhì)被添加到微粒子膠狀二氧化硅中。則會因表面的球面狀微細(xì)的凹凸形狀而在表面上產(chǎn)生光滑的滑動機構(gòu)，特別在鐵芯消除應(yīng)力退火時，由于這種微細(xì)的球面形狀而減少鋼板的接觸面積，從而使耐粘結(jié)性得以提高。
本發(fā)明改善鐵損的原因并不明確，但可以估計，在微粒子膠狀二氧化硅中混合其他粗粒子的膠體粒子時，由于膠體的性質(zhì)是粗粒子的粒子表面吸附微粒子，故而焙燒過程中，會加速該反應(yīng)，產(chǎn)生新的應(yīng)力，加快了張力效果。
圖3所示為由采用本發(fā)明所得的成品表面形狀與潤滑特征(B法)的關(guān)系圖。
由本發(fā)明，Ra值達0.15μm的成品板，其潤滑性的改善效果很明顯。
圖4所示為絕緣皮膜處理劑組成(參照表6)與成品表面的潤滑特性(B法)的關(guān)系圖。
對照例(a)中，在反復(fù)測定2-3次下，會產(chǎn)生相當(dāng)高的表面電阻，而使用本發(fā)明處理劑(a)、(b)的例中，在反復(fù)測定下均沒有變化，電阻值低。
實施例1以公知的方法熱軋由C0.076%、Si3.30%、Mn0.068%、S0.024%、酸可溶Al0.030%(以上均為重量%)、余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)組成的板坯，退火后冷軋，最終板厚為0.29mm。接著進行脫碳退火，涂敷退火分離劑后，進行最終退火1200℃×20小時，在其表面形成鎂橄欖石皮膜。
緊接著，用水洗去除剩余的退火分劑，用稀硫酸經(jīng)輕酰洗之后，以焙燒后的重量為4.5g/m2涂敷絕緣皮膜處理劑，其中配合添加有如表2所示的粒徑200mμm的各種膠體溶液，在N2氣氛中進行850℃×30秒鐘焙燒處理。其間，基質(zhì)組分中使用的膠狀二氧化硅采用市售的粒徑為10mμm的水溶液。
從經(jīng)上述焙燒處理后的成品板中切取試樣，評定鋼板的表面光潔度、表面潤滑性、皮膜張力、涂除應(yīng)力退火時的耐焙燒性等。
其結(jié)果示于表3。
注1)潤滑性A法的評定基準(zhǔn)◎ 非常良好 (表面完全不出現(xiàn)缺陷)○ 良好 (表面稍有缺陷)△ 稍不好 (表面缺陷略多)× 不好 (表面缺陷非常多)注2)耐粘結(jié)性消除應(yīng)力退火(850℃×2小時，N2中，壓緊壓力60kg/cm2)后的鋼板的剝離載荷。
由本發(fā)明可得到良好的結(jié)果，潤滑性、耐粘結(jié)性顯著提高，特別是皮膜張力也提高，鐵損特性也良好。
實施例2將與實施例1同樣調(diào)整的最終板厚為0.22mm的冷軋板，同樣進行最終退火，使其表面上形成鎂橄欖石皮膜。
接著，用稀硫酸輕酸洗所說的鋼板表面之后，如表4所示，變更基質(zhì)處理液組成的磷酸鹽，在粒徑為15mμm的膠狀二氧化硅液中配合添加變更粒徑的其他膠狀物質(zhì)的溶液，以焙燒后的重量為4.5g/m涂敷溶液，再進行焙燒處理。從所說的成品板上切取試樣，以與實施例1相同的方式進行研究。其結(jié)果示于表5。
與實施例1相同，本發(fā)明的潤滑性、耐粘結(jié)性也都顯著改善，得到良好的鐵損特性。
權(quán)利要求
1.一種鐵芯的加工性、耐熱性以及張力施加性均優(yōu)的方向性電磁鋼板的絕緣皮膜的成形方法，在硅鋼坯熱軋退火之后，進行一次或包括有中間退火的二次以上的冷軋，作成最終的鋼板厚度，進行脫碳退火，涂敷退火分離劑之后，再進行最終退火，接著涂敷絕緣皮膜成形涂敷劑，進行焙燒處理和熱平整的方向性電磁鋼板的制造方法中，其特征在于涂敷、焙燒處理的絕緣皮膜成形涂敷劑由如下形成，即在100份(重量)膠狀物質(zhì)混合物(以固態(tài)換算)中；所說的膠狀物質(zhì)混合物由50-98%(重量)粒徑為50mμm以下的膠體狀二氧化硅(SiO2，以固態(tài)重量表示)和2-50%(重量)一種或二種以上選自由在Fe、Ca、Ba、Zn、Al、Ni、Sn、Cu、Cr、Cd、Nd、Mn、Mo、Si、Ti、W、Bi、Sr、V的組中選擇的元素的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、硼化物、氫氧化物、硅酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物且其粒徑為80-3000mμm的膠狀物質(zhì)組成的組(以固態(tài)換算)，添加130-250份(重量)一種或二種以上選自Al、Mg、Ca或Zn的磷酸鹽組，以及10-40份(重量)一種或二種以上選自無水鉻酸、鉻酸鹽或重鉻酸鹽組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制造的方向性電磁鋼板，其特征在于絕緣皮膜形成處理后的鋼板表面光潔度Ra值為0.15-0.60μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及方向性電磁鋼板的絕緣皮膜成型方法與硅鋼坯經(jīng)熱軋退火之后，進行一次或包括中間退火的二次以上冷孔，軋成最終鋼板厚度且脫碳退火，涂敷退火分離劑后，再進行最終退火，接著涂敷由膠狀物質(zhì)混合物，磷酸鹽及鉻酸鹽組成的絕緣皮膜成型涂敷劑，再進行焙燒處理和熱平整制成的方向性電磁鋼板。采用本發(fā)明的方法制造成的方向性電磁鋼板表面皮膜的滑動性和耐熱性均良好，在變壓器制造中的鐵芯加工性能良好，產(chǎn)品磁特性也良好。
文檔編號H01F1/147GK1048554SQ9010325
公開日1991年1月16日 申請日期1990年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月5日
發(fā)明者田中收, 峰松英資, 藤井宜憲, 廣瀨喜久司 申請人:新日本制鐵株式會社