(57)【要約】【課題】酸化珪素を主体とする中間層を有し、絶縁皮膜の密着性及び耐水性に優れる、方向性電磁鋼板を提供すること。【解決手段】前記母鋼板の前記表面上に直接接して形成されて、かつ酸化珪素を主体とする中間層と、前記中間層の表面上に形成されている絶縁皮膜とを備え、前記絶縁皮膜中の空洞率が、面積率で５〜３０％である、方向性電磁鋼板。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母鋼板と、
前記母鋼板の表面上に直接接して形成されており、かつ、酸化珪素を主体とする中間層と、
前記中間層の表面上に形成されている絶縁皮膜と
を備え、
前記皮膜がボイドを含み、前記絶縁皮膜中の空洞率が、面積率で５〜３０％である、
方向性電磁鋼板。
【請求項２】
請求項１に記載の方向性電磁鋼板であって、前記ボイドの平均径が、前記絶縁皮膜の膜厚の１／４以下かつ１／２０以上である、
方向性電磁鋼板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記絶縁皮膜が、Ｐ、ＯおよびＳｉを含む化合物と、Ｃｒとからなり、前記絶縁皮膜中の平均Ｃｒ濃度が、０．１原子％以上である、
方向性電磁鋼板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記ボイドの平均重心位置から、前記絶縁皮膜と前記中間層との界面までの距離が、前記絶縁皮膜の膜厚の４／５以下である、
方向性電磁鋼板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記絶縁皮膜の表面において、
Ｃｒ濃度が前記絶縁皮膜全体の平均Ｃｒ濃度の８０％未満であるＣｒ欠乏領域の総面積率が５０％以下である、
方向性電磁鋼板。
【請求項６】
スラブを準備する準備工程と、
前記スラブを１２８０℃以下で加熱した後、熱間圧延を実施して方向性電磁鋼板用熱延鋼板を製造する熱間圧延工程と、
前記方向性電磁鋼板用熱延鋼板に対して熱延板焼鈍を実施して焼鈍鋼板を製造する熱延板焼鈍工程と、
前記焼鈍鋼板に対して冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造する冷間圧延工程と、
前記冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を実施して母鋼板を製造する脱炭焼鈍工程と、
前記母鋼板に焼鈍分離剤を塗布する焼鈍分離剤塗布工程と、
前記焼鈍分離剤塗布工程後の前記母鋼板に対して仕上げ焼鈍を実施して、仕上げ焼鈍皮膜が形成された前記母鋼板を製造する仕上げ焼鈍工程と、
必要に応じて、仕上げ焼鈍皮膜を除去し、前記母鋼板の表面粗さをＲａで１．０μｍ以下の平滑面にする母鋼板表面平滑化工程と、
仕上げ焼鈍工程又は母鋼板平滑化工程後の前記母鋼板に対して熱処理を実施して、前記母鋼板の表面と接触し、酸化珪素を主体とする中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層の表面に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成工程と、
を備え、
前記絶縁皮膜形成工程は、
前記母鋼板の表面に形成された前記中間層の前記表面上に、燐酸塩、コロイド状シリカ、及び無水クロム酸又はクロム酸塩を含むコーティング溶液を塗布する塗布工程と、
前記コーティング溶液が塗布された前記母鋼板を加熱して、６００〜１１５０℃で５〜３００秒焼付け処理を行って前記絶縁皮膜を形成する焼付け工程と、
を含み、
前記焼付け工程では、前記母鋼板の加熱の際、１００〜６００℃の温度域での平均加熱速度を１０〜２００℃／秒とする、
方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板は、変圧器等の鉄心材料として用いられる。方向性電磁鋼板には、高磁束密度及び低鉄損等の磁気特性が要求される。
【０００３】
磁気特性を確保するため、方向性電磁鋼板の結晶方位は、例えば鋼板面に平行に｛１１０｝面が揃い、かつ圧延方向に〈１００〉軸が揃った方位（ゴス方位）に制御される。ゴス方位の集積を高めるために、ＡｌＮ、ＭｎＳ等をインヒビターとして用いた二次再結晶プロセスが広く活用されている。
【０００４】
通常、鉄損を低下させることを目的として、方向性電磁鋼板の表面には、皮膜が形成されている。この皮膜は、方向性電磁鋼板に張力を付与することにより、鋼板単板としての鉄損を低下させる。この皮膜はさらに、方向性電磁鋼板を積層して使用する際に、鋼板間の電気的絶縁性を確保することにより、鉄心としての鉄損を低下させる。
【０００５】
皮膜が形成された方向性電磁鋼板としては、母鋼板の表面に、Ｍｇを含有する酸化皮膜である仕上げ焼純皮膜が形成されて、さらに、仕上げ焼純皮膜の表面上に絶縁皮膜が形成されたものがある。つまり、この場合、母鋼板上の皮膜は、仕上げ焼鈍皮膜と、絶縁皮膜とを含む。仕上げ焼純皮膜及び絶縁皮膜の各々は、絶縁性を確保する機能及び母鋼板へ張力を付与する機能の両方の機能を担っている。
【０００６】
Ｍｇを含有する酸化皮膜である仕上げ焼純皮膜は、鋼板に二次再結晶を生じさせる仕上げ焼鈍において、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分とする焼鈍分離剤と母鋼板とが、６００〜１２００℃で３０時間以上施される熱処理中に反応することにより形成される。
【０００７】
絶縁皮膜は、仕上げ焼鈍後の母鋼板に、例えば、燐酸又は燐酸塩、コロイド状シリカ、及び、無水クロム酸又はクロム酸塩を含むコ−ティング溶液を塗布し、３００〜９５０℃で１０秒以上焼付け乾燥することにより形成される。
【０００８】
皮膜が、絶縁性及び母鋼板への張力付与の機能を発揮するために、これらの皮膜（仕上げ焼鈍皮膜及び絶縁皮膜）と母鋼板との高い密着性が要求される。
【０００９】
従来、上記密着性は、主として、母鋼板と仕上げ焼純皮膜との界面の凹凸によるアンカー効果によって確保されてきた。しかしながら、この界面の凹凸は、方向性電磁鋼板が磁化される際の磁壁移動の障害にもなるので、低鉄損化を妨げる要因にもなっている。
【００１０】
そこで、さらに低鉄損化するために、Ｍｇを含有する酸化皮膜である仕上げ焼純皮膜を存在させずに、上述の界面を平滑化した状態で絶縁皮膜の密着性を確保する技術が、たとえば、特開昭４９−０９６９２０号公報（特許文献１）及び国際公開第２００２／０８８４０３号（特許文献２）に提案されている。
【００１１】
特許文献１に開示された方向性電磁鋼板の製造方法では、仕上げ焼純皮膜を酸洗等により除去し、母鋼板表面を化学研磨又は電界研磨で平滑にする。特許文献２に開示された方向性電磁鋼板の製造方法では、仕上げ焼鈍時にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含む焼鈍分離剤を用いて、仕上げ焼鈍皮膜の形成自体を抑制して、母鋼板表面を平滑化する。しかしながら、特許文献１及び特許文献２の製造方法において、平滑な母鋼板表面に接触して（母鋼板表面上に直接）絶縁皮膜を形成する場合、母鋼板表面に対して絶縁皮膜が密着しにくい（十分な密着性が得られない）という問題があった。
【００１２】
このような課題に対し、平滑化された母鋼板表面に対する皮膜の密着性を高めるため、母鋼板と絶縁皮膜との間に中間層（下地皮膜）を形成する技術が、たとえば、特開平０５−２７９７４７号公報（特許文献３）、特開平０６−１８４７６２号公報（特許文献４）、特開平０９−０７８２５２号公報（特許文献５）、及び、特開平０７−２７８８３３号公報（特許文献６）に提案されている。
【００１３】
特許文献３には、燐酸塩又はアルカリ金属珪酸塩の水溶液を母鋼板表面に塗布して、母鋼板表面上に中間層を形成する方法が開示されている。また、特許文献４〜特許文献６には、母鋼板に対して、温度及び雰囲気を適切に制御した数十秒〜数分の熱処理を施すことにより、外部酸化型の酸化珪素膜を中間層として形成する方法が開示されている。
【００１４】
特許文献３〜特許文献６にて提案された中間層は、絶縁皮膜の密着性の向上と、母鋼板と皮膜との界面における凹凸の形成抑制等による平滑化による鉄損の低下にある程度の効果を発揮した。しかしながら、密着性についてはさらなる向上が求められた。
そのため、特開２００２−３２２５６６号公報（特許文献７）、特開２００２−３６３７６３号公報（特許文献８）、特開２００３−３１３６４４号公報（特許文献９）、特開２００３−１７１７７３号公報（特許文献１０）、特開２００２−３４８６４３号公報（特許文献１１）、及び、特開２００４−３４２６７９号公報（特許文献１２）に示す新たな技術が提案された。
【００１５】
特許文献７には、酸化珪素を主体とする外部酸化膜に加え粒状外部酸化物を形成する技術が開示されている。また、特許文献８には、酸化珪素を主体とする外部酸化型酸化膜の空洞を制御する技術が開示されている。
【００１６】
特許文献９〜特許文献１１には、酸化珪素主体の外部酸化膜に金属鉄や金属系酸化物（例えば、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｒ酸化物、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃａ−Ｔｉ酸化物、Ｆｅ酸化物等）を含有させることにより、外部酸化膜を改質する技術が開示されている。
【００１７】
特許文献１２には、酸化反応によって生成した酸化珪素を主体とする酸化膜と塗布焼付けによって形成した酸化珪素を主体とするコーティング層とを含む複層の中間層を有する方向性電磁鋼板が開示されている。
【００１８】
上述のとおり、酸化珪素を主体とする外部酸化膜を中間層として用いることにより、母鋼板表面が平滑化されていても、中間層を介して絶縁皮膜の母鋼板に対する密着性を確保し、かつ、磁気特性に優れた方向性電磁鋼板が提案されている。
【００１９】
ところで、方向性電磁鋼板は、トランスの鉄心として巻きコアやＥＩコア等に利用される場合、所望の形状に加工された後、空気中の水分、又は、鉄心が浸漬される油中の水分等と接触する。そのため、耐水性が求められる。しかしながら、上述の酸化珪素を主体とする中間層を有する方向性電磁鋼板の特許文献では、水による絶縁皮膜の剥離に関する記載はなく、絶縁皮膜の耐水性を課題として検討している文献はない。本発明者らの検討の結果、特許文献７〜１２のように「母鋼板／中間層／絶縁皮膜」の三層構造とした場合、広く実用化されている一般的な方向性電磁鋼板の「母鋼板／Ｍｇを含有する酸化皮膜／絶縁皮膜」の三層構造とした場合に比べて、絶縁皮膜の耐水性が低い場合があることが分かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開昭４９−０９６９２０号公報
【特許文献２】国際公開第２００２／０８８４０３号
【特許文献３】特開平０５−２７９７４７号公報
【特許文献４】特開平０６−１８４７６２号公報
【特許文献５】特開平０９−０７８２５２号公報
【特許文献６】特開平０７−２７８８３３号公報
【特許文献７】特開２００２−３２２５６６号公報
【特許文献８】特開２００２−３６３７６３号公報
【特許文献９】特開２００３−３１３６４４号公報
【特許文献１０】特開２００３−１７１７７３号公報
【特許文献１１】特開２００２−３４８６４３号公報
【特許文献１２】特開２００４−３４２６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述したように、現在、広く実用化されている一般的な方向性電磁鋼板の皮膜構造は、図１に示される「母鋼板１／Ｍｇを含有する酸化皮膜２Ａ／絶縁皮膜３」の三層構造を基本構造としている。絶縁皮膜は、一般的には非晶質燐酸塩とコロイド状シリカが混合して形成されたセラミックス皮膜である。
【００２２】
一方、鉄損の低減及び、母鋼板と絶縁皮膜との密着性の確保のために、母鋼板と皮膜との界面形態をマクロ的に均一で平滑とした方向性電磁鋼板の皮膜構造は、単純には、図２に示されるような「母鋼板１／中間層２Ｂ／絶縁皮膜３」の三層構造を基本構造とすることが好ましい。
【００２３】
しかしながら、図２の構成を有する方向性電磁鋼板の場合、図１に示すＭｇを含有する酸化皮膜である仕上げ焼純皮膜を有する方向性電磁鋼板よりも、絶縁皮膜の耐水性が低い場合がある。耐水性の低下は、皮膜（中間層及び絶縁皮膜）が薄くなると顕著になる。
【００２４】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされた。本発明の目的は、酸化珪素を主体とする中間層を有し、絶縁皮膜の密着性及び耐水性に優れる、方向性電磁鋼板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）母鋼板と、前記母鋼板の表面上に直接接して形成されており、かつ、酸化珪素を主体とする中間層と、前記中間層の表面上に形成されている絶縁皮膜とを備え、前記絶縁被膜がボイドを含み、前記絶縁皮膜中の空洞率が、面積率で５〜３０％である、方向性電磁鋼板。
（２）（１）に記載の方向性電磁鋼板であって、前記ボイドの平均径が、前記絶縁皮膜の膜厚の１／４以下かつ１／２０以上である、方向性電磁鋼板。
（３）（１）または（２）に記載の方向性電磁鋼板であって、前記絶縁皮膜が、Ｐ、ＯおよびＳｉを含む化合物と、Ｃｒとからなり、前記絶縁皮膜中の平均Ｃｒ濃度が、０．１原子％以上である、方向性電磁鋼板。
（４）（１）〜（３）のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板であって、前記ボイドの平均重心位置から、前記絶縁皮膜と前記中間層との界面までの距離が、前記絶縁皮膜の膜厚の４／５以下である、方向性電磁鋼板。
（５）（１）〜（４）のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板であって、前記絶縁皮膜の表面において、Ｃｒ濃度が前記絶縁皮膜全体の平均Ｃｒ濃度の８０％未満であるＣｒ欠乏領域の総面積率が５０％以下である、方向性電磁鋼板。
（６）スラブを準備する準備工程と、前記スラブを１２８０℃以下で加熱した後、熱間圧延を実施して方向性電磁鋼板用熱延鋼板を製造する熱間圧延工程と、前記方向性電磁鋼板用熱延鋼板に対して熱延板焼鈍を実施して焼鈍鋼板を製造する熱延板焼鈍工程と、前記焼鈍鋼板に対して冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造する冷間圧延工程と、前記冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を実施して母鋼板を製造する脱炭焼鈍工程と、前記母鋼板に焼鈍分離剤を塗布する焼鈍分離剤塗布工程と、前記焼鈍分離剤塗布後の前記母鋼板に対して仕上げ焼鈍を実施して、仕上げ焼鈍皮膜が形成された前記母鋼板を製造する仕上げ焼鈍工程と、必要に応じて、仕上げ焼鈍皮膜を除去し、前記母鋼板の表面粗さをＲａで１．０μｍ以下の平滑面にする母鋼板表面平滑化工程と、仕上げ焼鈍工程又は母鋼板平滑化工程後の前記母鋼板に対して熱処理を実施して、前記母鋼板の表面と接触し、酸化珪素を主体とする中間層を形成する中間層形成工程と、前記中間層の表面に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成工程と、を備え、前記絶縁皮膜形成工程は、前記母鋼板の表面に形成された前記中間層の前記表面上に、燐酸塩、コロイド状シリカ、及び無水クロム酸又はクロム酸塩を含むコーティング溶液を塗布する塗布工程と、前記コーティング溶液が塗布された前記母鋼板を加熱して、６００〜１１５０℃で５〜３００秒焼付け処理を行って前記絶縁皮膜を形成する焼付け工程と、を含み、前記焼付け工程では、前記母鋼板の加熱の際、１００〜６００℃の温度域での平均加熱速度を１０〜２００℃／秒とする、方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の方向性電磁鋼板は、母鋼板の表面上に酸化珪素を主体とする中間層を有し、絶縁皮膜に空洞が形成されているので、絶縁皮膜の密着性に優れている。また、本発明の方向性電磁鋼板はさらに、絶縁皮膜がＣｒを含有する場合は、密着性の向上に加え、耐水性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の方向性電磁鋼板の断面図の例を示す模式図である。
【図２】酸化珪素を主体とする中間層２Ｂを有する方向性電磁鋼板の断面図の例を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る方向性電磁鋼板の断面図の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明者らは、上述した課題を解決する手法について検討を行った。
【００２９】
本発明者らはまず、絶縁皮膜の、中間層を介した母鋼板に対する密着性（以下、単に絶縁皮膜の母鋼板に対する密着性という場合がある）を高める方法について検討を行った。検討の結果、絶縁皮膜中に、複数のボイド（空隙）が存在すれば、絶縁皮膜の母鋼板に対する密着性が高まると考えた。この理由は以下のように考えている。絶縁皮膜中にボイドが存在すれば、曲げ等の応力が加わった際に、ボイドが応力緩和サイトとして働く。応力が緩和されれば、母鋼板と中間層との界面、中間層と絶縁皮膜との密着界面に作用する応力が低くなる。その結果、絶縁皮膜の母鋼板に対する密着性が高まると考えられる。
【００３０】
本発明者らはさらに、酸化珪素を主体とする中間層が母鋼板表面と接触して形成されており、かつ、中間層の表面上に絶縁皮膜が接触して形成されている方向性電磁鋼板において、絶縁皮膜の耐水性が低下する原因について検討を行った。
【００３１】
発明者らはまず、酸化珪素を主体とする中間層が母鋼板表面と接触して形成されており、かつ、中間層の表面上に絶縁皮膜が接触して形成されている方向性電磁鋼板において、絶縁皮膜がＣｒを含有する場合に、絶縁皮膜の耐水性が低下することを見出した。そこで、絶縁皮膜がＣｒを含有する場合に、絶縁皮膜の耐水性が低下する原因について、さらに検討を行った。
【００３２】
Ｃｒを含有する絶縁皮膜の耐水性の低下は、中間層が薄くなるほど顕著になる。そのため、本発明者らは、絶縁皮膜の耐水性の低下は、母鋼板と絶縁皮膜との間の物質移動に伴う作用に関連しているものと考えた。さらに検討した結果、本発明者らは、酸化珪素を主体とする中間層と絶縁皮膜とを有する方向性電磁鋼板において、絶縁皮膜の耐水性が低下するメカニズムは、次のとおりであると考えた。
【００３３】
すなわち、絶縁皮膜の焼付け時に、熱拡散により、母鋼板中のＦｅが母鋼板から中間層を通って絶縁皮膜に侵入し、Ｆｅが絶縁皮膜内に拡散する。絶縁皮膜中のＦｅ濃度が低い場合、絶縁皮膜のマトリクスである非結晶性燐酸塩中にはＣｒを相当量固溶することができる。しかしながら、絶縁皮膜中のＦｅ濃度が高まれば、Ｆｅが絶縁皮膜中のＣｒと結合して、Ｆｅ及びＣｒの結晶性燐化物（（Ｆｅ，Ｃｒ）２Ｐ２Ｏ７）が形成される。Ｆｅ及びＣｒの結晶性燐化物が形成されれば、絶縁皮膜のマトリクス中にＣｒが欠乏している領域（以下、Ｃｒ欠乏領域）が形成される。絶縁皮膜中に占めるＣｒ欠乏領域の割合が大きくなるほど、絶縁皮膜の耐水性が低下する。
【００３４】
以上の絶縁皮膜の耐水性低下のメカニズムに基づいて、本発明者らは、Ｃｒを含有する絶縁皮膜の耐水性の低下を抑制するためには、絶縁皮膜の焼付け時において、母鋼板から絶縁皮膜にＦｅが侵入するのを抑制することが有効であると考えた。
【００３５】
このような考え方に基づき、本発明者らはさらに検討を進めた。その結果、焼付け時、Ｆｅの拡散限界温度である５５０℃以下の温度域において、絶縁皮膜中に意図的にボイド（バルク欠陥）を導入することにより、Ｆｅの拡散経路をボイドにより物理的に遮断でき、Ｆｅが絶縁皮膜のボイドよりも表面側に侵入するのを抑制できることを見出した。
【００３６】
以上の知見に基づいて完成した方向性電磁鋼板は、母鋼板と、母鋼板の表面上に直接接して形成されて、かつ酸化珪素を主体とする中間層と、中間層の表面上に形成されている絶縁皮膜とを備える。中間層は母鋼板の表面に直接接して形成されており、Ｍｇを含有する酸化皮膜である仕上げ焼鈍皮膜が表面に実質的に存在しない。また、絶縁皮膜中の空洞率は５〜３０％である。
【００３７】
上記絶縁皮膜が、Ｐ、ＯおよびＳｉを含む化合物と、Ｃｒとからなり、絶縁皮膜中の平均Ｃｒ濃度は０．１原子％以上である場合、絶縁皮膜の耐水性にも優れるので好ましい。
より好ましくは、上記絶縁皮膜の表面において、Ｃｒ濃度が絶縁皮膜全体の平均Ｃｒ濃度の８０％未満であるＣｒ欠乏領域の、皮膜全体に対する総面積率が、５０％以下である。
【００３８】
また、このような方向性電磁鋼板は、
（Ｓ０）スラブを準備する準備工程と、
（Ｓ１）前記スラブを１２８０℃以下で加熱した後、熱間圧延を実施して方向性電磁鋼板用熱延鋼板を製造する熱間圧延工程と、
（Ｓ２）前記方向性電磁鋼板用熱延鋼板に対して熱延板焼鈍を実施して焼鈍鋼板を製造する熱延板焼鈍工程と、
（Ｓ３）前記焼鈍鋼板に対して冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造する冷間圧延工程と、
（Ｓ４）前記冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を実施して母鋼板を製造する脱炭焼鈍工程と、
（Ｓ５）前記母鋼板に焼鈍分離剤を塗布する焼鈍分離剤塗布工程と、
（Ｓ６）前記焼鈍分離剤塗布後の前記母鋼板に対して仕上げ焼鈍を実施して、仕上げ焼鈍皮膜が形成された前記母鋼板を製造する仕上げ焼鈍工程と、
（Ｓ７）必要に応じて、仕上げ焼鈍皮膜を除去し、前記母鋼板の表面粗さをＲａで１．０μｍ以下の平滑面にする母鋼板表面平滑化工程と、
（Ｓ８）仕上げ焼鈍工程又は母鋼板平滑化工程後の前記母鋼板に対して熱処理を実施して、前記母鋼板の表面と接触し、酸化珪素を主体とする中間層を形成する中間層形成工程と、
（Ｓ９）前記中間層の表面に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成工程と、
を備える製造方法によって得られる。
【００３９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板（本実施形態に係る方向性電磁鋼板）及びその製造方法について詳述する。
【００４０】
［方向性電磁鋼板］
図３は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の表面近傍の断面図である。図３を参照して、本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母鋼板１と、母鋼板１の表面に接触して形成されている皮膜２０とを備える。皮膜２０は、母鋼板１の表面に直接接触して形成されている中間層２Ｂと、中間層２Ｂの表面に接触して形成されている絶縁皮膜３０とを備える。
【００４１】
［母鋼板］
本発実施形態に係る方向性電磁鋼板は、特に絶縁皮膜３０の構成に特徴を有する。
母鋼板１の化学組成及び組織は、絶縁皮膜３０の構成とは直接関連しない。そのため、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板１の化学組成及び組織は、特に限定されない。たとえば、母鋼板１は、一般的な方向性電磁鋼板に用いられる母鋼板でよい。以下、本実施形態に係る方向性電磁鋼板が備える母鋼板１の一例を説明する。
【００４２】
［母鋼板１の化学組成］
上述の母鋼板１の化学組成は、一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板の化学組成を用いることができる。母鋼板１の化学組成はたとえば、次の元素を含有する。母鋼板１の化学組成における各元素の含有量で使用する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【００４３】
本実施形態に係る向性電磁鋼板の母鋼板１はたとえば、Ｓｉ：０．５０〜７．００％、Ｃ：０．００５％以下、及び、Ｎ：０．００５０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。以下、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板１の化学組成の代表的な一例の限定理由について説明する。
【００４４】
Ｓｉ：０．５０〜７．００％
シリコン（Ｓｉ）は、方向性電磁鋼板の電気抵抗を高めて鉄損を低下させる。Ｓｉ含有量が０．５０％未満であれば、この効果が十分に得られない。そのため、Ｓｉ含有量は０．５０％以上であることが好ましい。Ｓｉ含有量は、より好ましくは１．５０％以上であり、さらに好ましくは２．５０％以上である。
一方、Ｓｉ含有量が７．００％を超えると、母鋼板１の飽和磁束密度が低下する。そのため、鉄損が劣化する。したがって、好ましくは、Ｓｉ含有量は、７．００％以下である。Ｓｉ含有量は、より好ましくは５．５０％以下であり、さらに好ましくは４．５０％以下である。
【００４５】
Ｃ：０．００５％以下
炭素（Ｃ）は、母鋼板１中で化合物を形成し、鉄損を劣化させる。したがって、Ｃ含有量は、０．００５％以下であることが好ましい。Ｃ含有量はなるべく低いほうが好ましい。Ｃ含有量は、より好ましくは０．００４％以下であり、さらに好ましくは０．００３％以下である。
一方、Ｃ含有量はなるべく低いほうが好ましいので０％でもよいが、Ｃは鋼中に不純物として含有される場合がある。したがって、Ｃ含有量は、０％超としてもよい。
【００４６】
Ｎ：０．００５０％以下
窒素（Ｎ）は、母鋼板１中で化合物を形成し、鉄損を劣化させる。したがって、Ｎ含有量は、０．００５０％以下であることが好ましい。Ｎ含有量はなるべく低いほうが好ましい。Ｎ含有量は、より好ましくは０．００４０％以下であり、さらに好ましくは０．００３０％以下である。
一方、Ｎ含有量はなるべく低いほうが好ましいので、０％でもよいが、Ｎは鋼中に不純物として含有される場合がある。したがって、Ｎ含有量は、０％超としてもよい。
【００４７】
母鋼板１の化学組成の残部はＦｅ及び不純物からなる。ここでいう「不純物」は、母鋼板１を工業的に製造する際に、原材料に含まれる成分、又は製造の過程で混入する成分から不可避的に混入し、本実施形態に係る方向性電磁鋼板によって得られる効果に実質的に影響を与えない元素を意味する。
【００４８】
［任意元素］
母鋼板１の化学組成は、磁気特性の改善や、製造上の課題解決を目的として、Ｆｅの一部に代えて、１種または２種以上の任意元素を以下の範囲で含有してもよい。Ｆｅの一部に代えて含有される任意元素として、たとえば、次の元素が挙げられる。これらの元素は含有させなくてもよいので、下限は０％である。一方、これらの元素の含有量が多すぎると、析出物が生成して鉄損が劣化したり、フェライト変態が抑制されて、ＧＯＳＳ方位が十分に得られなかったり、飽和磁束密度が低下したりして、鉄損が劣化する。そのため、含有させる場合でも、以下の範囲とすることが好ましい。
Ａｌ：０．０６５％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｓ及びＳｅ：合計で０．００１％以下、
Ｂｉ：０．０１０％以下、
Ｂ：０．００８０％以下、
Ｔｉ：０．０１５％以下、
Ｎｂ：０．０２０％以下、
Ｖ：０．０１５％以下、
Ｓｎ：０．５０％以下、
Ｓｂ：０．５０％以下、
Ｃｒ：０．３０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｐ：０．５０％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、及び
Ｍｏ：０．１０％以下。
【００４９】
上述した本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板の化学組成は、後述する化学組成を有するスラブを用いることによって得られる。
【００５０】
［母鋼板の表面の粗さ］
母鋼板１の表面の粗さは特に限定されない。しかしながら、皮膜２０と母鋼板１との界面に凹凸が形成されずに鉄損の低下作用の妨害が回避される観点から、たとえば、Ｒａ（算術平均粗さ）で１．０μｍ以下であることが好ましい。母鋼板１の表面の算術平均粗さＲａのより好ましい上限は０．７μｍであり、さらに好ましい上限は０．５μｍである。
【００５１】
上記母鋼板１の表面の算術平均粗さＲａは次の方法で測定する。
方向性電磁鋼板の圧延方向に垂直な断面を観察面とするサンプルを採取する。得られた観察面における母鋼板表面の粗さを次の方法で測定する。母鋼板表面に仕上げ焼純皮膜や中間層２Ｂ等の皮膜２０が形成されている場合には、観察面（断面）における母鋼板１と中間層２Ｂとの界面、皮膜２０が形成されておらず母鋼板表面が露出している場合には、観察面（断面）における母鋼板表面の板厚方向の位置座標を、０．０１μｍ以上の精度で計測し、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１）に準拠した算術平均粗さＲａを算出する。
計測は、母鋼板表面と平行な方向に０．１μｍピッチで連続した２ｍｍにわたる範囲（合計２００００点）について実施し、基準長さを２ｍｍとして算術平均粗さＲａを求める。母鋼板表面の少なくとも任意の５箇所で上記方法により算術平均粗さＲａを求め、各箇所で得られたＲａ値の平均値を、母鋼板表面の算術平均粗さＲａと定義する。この観察は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により実施でき、位置座標の計測は、画像処理を適用することが実用的である。
【００５２】
［Ｍｇを含有する酸化皮膜である仕上げ焼鈍皮膜について］
母鋼板１の表面には、Ｍｇを含有する酸化皮膜である仕上げ焼鈍皮膜（グラス皮膜）が実質的に存在しない。ここで、「グラス皮膜」とは、仕上げ焼鈍が実施されることにより、焼鈍分離剤のＭｇＯと母鋼板１とが反応して、母鋼板１の表面に形成されるＭｇを含有する酸化皮膜を意味する。また、「グラス皮膜」とは、皮膜中におけるＭｇの含有量が１５〜５５原子％の範囲である酸化皮膜である。
【００５３】
「仕上げ焼鈍皮膜」には、焼鈍分離剤と母鋼板１が反応して生じた生成物（例えば、フォルステライト等の無機鉱物質やＡｌを含有する酸化物等）のみならず、未反応の焼鈍分離剤が含まれていてもよい。
【００５４】
母鋼板１の表面に、「仕上げ焼純皮膜が実質的に存在しない」とは、仕上げ焼鈍工程において、仕上げ焼鈍皮膜の形成が意図的に抑制され、その結果、母鋼板１の最表面に仕上げ焼純皮膜が実質的に存在しない場合であってもよいし、仕上げ焼鈍工程後に母鋼板１の表面から仕上げ焼鈍皮膜を実質的に全て除去した結果、母鋼板１の表面上に仕上げ焼鈍皮膜が実質的に存在しない場合であってもよい。さらに、後述の母鋼板表面平滑化工程において、仕上げ焼鈍後の母鋼板１の表面に仕上げ焼鈍皮膜を残存させた後、中間層形成工程以降の工程で仕上げ焼鈍皮膜を実質的に全て消失させた結果、母鋼板１の表面上に仕上げ焼鈍皮膜が実質的に存在しない場合であってもよい。
【００５５】
［中間層２Ｂ］
中間層２Ｂは、仕上げ焼純皮膜が実質的に存在しない上記母鋼板１の表面に接触して形成されている。中間層２Ｂは、酸化珪素を主体とする外部酸化膜である。ここで、「酸化珪素を主体とする」とは、酸化珪素を主体とするとは、組成としてＦｅ含有量が８０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％未満、Ｓｉ含有量が２０原子％以上、Ｏ含有量が５０原子％以上、Ｍｇ含有量が１０原子％以下、を満足することを指す。
【００５６】
中間層２Ｂは、母鋼板１と絶縁皮膜３０との間に配置される層であり、母鋼板１と絶縁皮膜３０とを密着させる作用を有する。
【００５７】
中間層２Ｂの主体をなす酸化珪素は、ＳｉＯｘ（ｘ＝１．０〜２．０）が好ましく、ＳｉＯｘ（ｘ＝１．５〜２．０）がより好ましい。酸化珪素がより安定するからである。母鋼板１の表面に酸化珪素を形成する熱処理を十分に施せば、シリカ（ＳｉＯ２）を形成することができる。
【００５８】
例えば水素：２０〜５０体積％、残部：窒素及び不純物からなり、露点：−２０〜２℃の雰囲気において、６００〜１１５０℃の温度域で１０〜６００秒保持するような条件で、母鋼板１に対して熱処理を実施して中間層２Ｂを形成する場合、酸化珪素は非晶質のままとなる。このような非晶質な酸化珪素を含む中間層２Ｂは、熱応力に耐える高い強度を有し、かつ弾性率が比較的小さくて熱応力を容易に緩和できる緻密な材質の中間層２Ｂとなる。
【００５９】
方向性電磁鋼板の母鋼板１は、Ｓｉを高濃度（例えば、Ｓｉ：０．８０質量％以上７．００質量％以下）で含有しているので、酸化珪素を主体とする中間層２Ｂとの間に強い化学親和力が発現し、中間層２Ｂと母鋼板１とが強固に密着する。
【００６０】
中間層２Ｂの厚さは特に限定されない。２ｎｍ以上であれば、絶縁皮膜３０の母鋼板１に対する密着性がより有効に高まるため、中間層２Ｂの好ましい厚さは２ｎｍ以上であり、さらに好ましくは５ｎｍ以上である。一方、中間層２Ｂの厚さが４００ｎｍ以下であれば、中間層２Ｂ内のボイド３３やクラック等の欠陥が有効に抑制される。したがって、中間層２Ｂの好ましい厚さは４００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３００ｎｍ以下である。中間層２Ｂは皮膜密着性を確保できる範囲内で薄くした方が、形成時間を短くして高生産性にも貢献できるとともに鉄心として利用する際の占積率の低下を抑制できるので、中間層２Ｂの厚さはさらに１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましい。
【００６１】
中間層２Ｂの厚さの測定方法は次のとおりである。
電子線の径を１０ｎｍとしたＴＥＭ（透過電子顕微鏡）で中間層２Ｂの断面を観察して測定する。具体的には、例えば、ＴＥＭ観察用に、試料を板厚方向に平行な観察断面を有するように切り出して、該試料の観察断面において、母鋼板１の表面に平行な方向の幅が１０μｍ以上であり、中間層２Ｂ、後述する母鋼板１、及び後述する絶縁皮膜３０を含む測定領域中から、該幅方向に相互に２μｍ以上離れた５箇所以上の測定位置を選択して、中間層２Ｂの厚さをＴＥＭで測定する。測定された値の平均を、中間層２Ｂの厚さとする。測定領域中における各測定位置の中間層２Ｂの厚さをＴＥＭで測定する場合には、後述する母鋼板１及び絶縁皮膜３０の間に存在する層を、中間層２Ｂとして測定する。
【００６２】
［絶縁皮膜３０］
絶縁皮膜３０は、中間層２Ｂの表面上に形成される。絶縁皮膜３０は、母鋼板１に張力を付与して鋼板単板としての鉄損を低下させる。絶縁皮膜３０はさらに、方向性電磁鋼板を積層して使用する際に、鋼板間の電気的絶縁性を確保する。
【００６３】
絶縁皮膜３０は、その組成については一般的なものであればよい。絶縁皮膜３０はたとえば、燐酸塩や硼酸アルミを主体とするものでもよい。例えば、燐酸塩とコロイド状シリカとが混合物されて得られた皮膜であって、Ｐ、ＯおよびＳｉを含む化合物からなってもよい。
【００６４】
絶縁皮膜３０は、各種の特性を改善するために様々な元素や化合物をさらに含有してもよい。
絶縁皮膜３０は、Ｃｒを含有しなくてもよい。しかしながら、絶縁皮膜３０がＣｒを含有する場合、後述するように絶縁皮膜が空洞を有していれば、母鋼板１と絶縁皮膜３０との密着性に加え、耐水性が高まる。
【００６５】
絶縁皮膜３０がＣｒを含有する場合、絶縁皮膜３０中の平均Ｃｒ濃度は、０．１原子％以上であることが好ましい。絶縁皮膜３０中の平均Ｃｒ濃度の好ましい上限は、５．０原子％である。Ｃｒ濃度が０．１原子％未満では上述の効果が十分に得られない。
【００６６】
絶縁皮膜３０がＣｒを含有する場合、全体のＣｒ濃度の平均が０．１原子％以上であるものであれば特に限定されないが、無水クロム酸又はクロム酸塩を含有するものでもよい。さらに、絶縁皮膜３０は、各種の特性を改善するために様々な元素や化合物をさらに含有するものでもよい。
【００６７】
平均Ｃｒ濃度の測定方法は次のとおりである。ＴＥＭで絶縁皮膜３０全体を観察して、絶縁皮膜３０の厚さ方向の全厚が含まれるように、Ｃｒ濃度分布についてＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）面分析を行う。面分析で得られた絶縁皮膜３０の各位置でのＣｒ濃度の平均値を、平均Ｃｒ濃度（原子％）と定義する。面分析は鋼板表面に平行な方向へ２０μｍ以上分析する。
【００６８】
絶縁皮膜３０中のボイド３３は、絶縁皮膜３０の母鋼板１に対する密着性を高める。この理由は次のとおりである。
絶縁皮膜中にボイドが存在すれば、曲げ等の応力が加わった際に、ボイドが応力緩和サイトとして働く。応力が緩和されれば、特に中間層２Ｂと母鋼板１との密着界面に作用する応力が低くなる。その結果、絶縁皮膜の母鋼板１に対する密着性が高まる。
【００６９】
絶縁皮膜３０における空洞率が５％未満であれば、絶縁皮膜３０の密着性が十分に向上しない。したがって、絶縁皮膜３０における空洞率は５％以上である。絶縁皮膜３０における空洞率の好ましい下限は、７％であり、さらに好ましくは１０％である。
一方、絶縁皮膜３０の空洞率が３０％を超えれば、絶縁性が低下する。したがって、絶縁皮膜３０における空洞率は３０％以下である。絶縁皮膜３０における空洞率の好ましい上限は、２５％であり、さらに好ましくは２０％である。
【００７０】
効率的に応力緩和する観点から、ボイドの平均径が絶縁皮膜の膜厚の１／４以下、かつ１／２０以上であることが好ましく、１／５以下、１／２０以上であることがより好ましい。すなわち、ボイドの平均径をＲ、絶縁被膜の膜厚をｔとしたとき、Ｒ／ｔが０．０５〜０．２５であることが好ましい。
【００７１】
絶縁皮膜３０中のボイド３３はさらに、絶縁皮膜がＣｒを含有する場合、後述の絶縁皮膜形成工程における焼付け工程時において、熱拡散によりＦｅが母鋼板１から中間層２Ｂを通って絶縁皮膜３０に侵入するのを物理的に阻止する。これにより、絶縁皮膜３０中のＦｅ濃度を下げることができ、絶縁皮膜３０中において、ＦｅがＣｒと結合して結晶性燐化物を形成するのを抑制できる。その結果、絶縁皮膜３０において、Ｃｒ欠乏領域が発生するのを抑制することができ、絶縁皮膜３０の耐水性を高く維持できる。
絶縁皮膜３０における空洞率が５％未満であれば、Ｆｅの侵入を阻止する効果が小さい。
【００７２】
前述のボイド３３によるＦｅの熱拡散の抑制は、ボイド３３よりも母鋼板１側のＦｅに対して有効である。そのため、Ｃｒ欠乏領域の形成抑制の観点から、各ボイドの平均重心位置から中間層と絶縁皮膜との界面までの距離は、絶縁皮膜厚さの４／５以内であることが好ましい。より好ましくは２／３以内、更に好ましくは１／２以内である。
【００７３】
ボイドの形成によって上昇する絶縁皮膜３０における空洞率、ボイドの平均径および平均重心位置は次の測定方法により求めることができる。
鋼板の圧延方向に垂直な断面を鋼板表面に平行な方向へ１ｍｍ以上ＳＥＭ観察し、空洞の面積率を画像解析により算出する。平均径は、観察領域内の各ボイドの面積から算出される円相当径を平均して求める。平均重心位置は、画像解析により求める。
具体的には、１００００倍の倍率で撮影した反射電子像の画像を２５６諧調のモノクロ画像に変換する。２５６諧調の内、黒色側から５０％の諧調を閾値として二値化画像に変換し、黒色領域を絶縁皮膜（ボイド含む）と定義する。また、２５６諧調の内、黒色側から２０％の諧調を閾値として二値化画像に変換し、黒色領域をボイドと定義する。
絶縁皮膜中の空洞率は、上記２つの二値化画像で得られた各領域の面積から以下の式で算出する。
（空洞率）＝（ボイドの面積）÷（絶縁皮膜（ボイド含む）の面積）×１００（％）
また、ボイドの平均径は、二値化画像に対して、粒子解析により得られるボイドの平均円相当径とする。
さらに、ボイドの平均重心位置は、母鋼板表面からボイド内の画像ピクセルまでの距離をhとした時に、次式で求められる母鋼板表面とボイド内の全ピクセルとの平均距離ｈａｖｅとする。
【００７４】
【数１】
2020111816.tif 000003
【００７５】
ここで、上記式中、ｎはボイド内の全ピクセル数、ｈｉはボイド内のi番目のピクセルから母鋼板表面までの距離である。
【００７６】
［絶縁皮膜３０中のＣｒ欠乏領域の総面積率］
絶縁皮膜３０において、Ｃｒ濃度が絶縁皮膜３０全体の平均Ｃｒ濃度の８０％未満の領域を、「Ｃｒ欠乏領域」と定義する。母鋼板１の表面と垂直な断面での絶縁皮膜３０において、絶縁皮膜３０の空洞率が５〜３０％、かつボイドの平均重心位置から中間層と絶縁皮膜との界面までの距離が絶縁皮膜の厚さの４／５以内であれば、絶縁皮膜３０中のＣｒ欠乏領域の面積率を５０％以下に制御できる。
【００７７】
Ｃｒ欠乏領域の総面積率は、鋼板表面において、鋼板表面に対して平行な方向に２０μｍ以上を分析して算出する。測定は、ＴＥＭを用いて行う。ＴＥＭで絶縁皮膜３０全体を観察する。観察面に対して、Ｃｒ濃度分布についてＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）面分析を行う。Ｃｒ濃度が、原子濃度で、絶縁皮膜３０全体の平均濃度の８０％未満であれば、Ｃｒ欠乏領域であると特定する。
絶縁皮膜３０全体のＣｒ濃度の平均は、皮膜部の空洞を除いた面分析結果すべての平均値とする。特定されたＣｒ欠乏領域の総面積の、視野観察面中の絶縁皮膜３０全体の総面積に対する比（％）を、観察視野の皮膜全体の面積に対する、Ｃｒ欠乏領域の総面積率（％）と定義する。
【００７８】
絶縁皮膜３０の厚さは特に限定されない。絶縁皮膜３０の厚さは０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。この場合、母鋼板１に対して有効に張力を付与することができ、さらに、優れた耐水性を示す。
一方、絶縁皮膜３０の厚さは１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。この場合、絶縁皮膜の膜厚増加による占積率の低下を抑制でき、鉄損の劣化を抑制することができる。
【００７９】
絶縁皮膜３０の厚さは、皮膜２０の断面をＳＥＭ又はＴＥＭで観察して測定することができる。
【００８０】
絶縁皮膜３０には、必要に応じ、レーザー、プラズマ、機械的方法、エッチング、その他の手法で、局所的な微小歪領域又は溝を形成する磁区細分化処理を施してもよい。
【００８１】
［方向性電磁鋼板の製造方法］
上述の本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、たとえば次の製造方法により製造できる。以下、本実施形態の方向性電磁鋼板の製造方法の一例を詳述する。
【００８２】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、次の工程Ｓ０〜Ｓ９を含む製造方法によって得られる。
Ｓ０：準備工程
Ｓ１：熱間圧延工程
Ｓ２：熱延板焼鈍工程
Ｓ３：冷間圧延工程
Ｓ４：脱炭焼鈍工程
Ｓ５：焼鈍分離剤塗布工程
Ｓ６：仕上げ焼鈍工程
Ｓ７：（必要に応じて）母鋼板表面平滑化工程
Ｓ８：中間層形成工程
Ｓ９：絶縁皮膜形成工程
以下、各工程について説明する。
【００８３】
［Ｓ０：準備工程］
準備工程では、方向性電磁鋼板の製造に用いるスラブ（鋼素材）を準備する。スラブの化学組成は、一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板の化学組成を用いることができる。スラブの製造方法の一例は次のとおりである。
溶鋼を製造（溶製）する。溶鋼を用いてスラブを製造する。連続鋳造法によりスラブを製造してもよい。溶鋼を用いてインゴットを製造し、インゴットを分塊圧延してスラブを製造してもよい。他の方法によりスラブを製造してもよい。スラブの厚さは、特に限定されない。スラブの厚さはたとえば、１５０〜３５０ｍｍである。スラブの厚さは好ましくは、２２０〜２８０ｍｍである。スラブとして、厚さが１０〜７０ｍｍの、いわゆる薄スラブを用いてもよい。薄スラブを用いる場合、熱間圧延工程において、次工程の仕上げ圧延前の粗圧延を省略できる。
【００８４】
［スラブの化学組成］
スラブの化学組成はたとえば、次の元素を含有する。化学組成に関する％は質量％である。
【００８５】
Ｓｉ：０．８０〜７．００％
シリコン（Ｓｉ）は、方向性電磁鋼板の電気抵抗を高めて鉄損を低下させる。Ｓｉ含有量が０．８０％未満であれば、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じて、方向性電磁鋼板の結晶方位が損なわれてしまう。したがって、Ｓｉ含有量は０．８０％以上であることが好ましい。Ｓｉ含有量は、より好ましくは２．００％以上であり、さらに好ましくは２．５０％以上である。
一方、Ｓｉ含有量が７．００％を超えれば、冷間加工性が低下して、冷間圧延時に割れが発生しやすくなる。したがって、好ましくは、Ｓｉ含有量は７．００％以下である。Ｓｉ含有量は、より好ましくは４．５０％以下であり、さらに好ましくは４．００％以下である。
【００８６】
Ｃ：０．０８５％以下、
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。Ｃは、一次再結晶組織の制御に有効な元素であるものの、磁気特性に悪影響を及ぼす。したがって、Ｃ含有量は０．０８５％以下であることが好ましい。Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。
しかしながら、工業生産における生産性を考慮した場合、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。Ｃは後述の脱炭焼鈍工程及び仕上げ焼鈍工程で純化され、仕上げ焼鈍工程後の母鋼板では０．００５％以下となる。
【００８７】
酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％
酸可溶性アルミニウム（Ａｌ）は、Ｎと結合して（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎとして析出し、インヒビターとして機能する。酸可溶性Ａｌの含有量が０．０１０〜０．０６５％の範囲内にある場合に二次再結晶が安定する。したがって、酸可溶性Ａｌの含有量は０．０１０〜０．０６５％であることが好ましい。酸可溶性Ａｌ含有量は、より好ましくは０．０１５％以上であり、さらに好ましくは０．０２０％以上である。二次再結晶の安定性の観点から、酸可溶性Ａｌ含有量は、より好ましくは０．０４５％以下であり、さらに好ましくは０．０３５％以下である。
酸可溶性Ａｌは、仕上げ焼鈍後に残留すると化合物を形成し、鉄損を劣化させる。そのため、仕上げ焼鈍中の純化により、方向性電磁鋼板の母鋼板においては、酸可溶性Ａｌをできるだけ少なくすることが好ましい。
【００８８】
Ｎ：０．００４０〜０．０１２０％
窒素（Ｎ）は、Ａｌと結合してインヒビターとして機能する。Ｎ含有量が０．００４０％未満であれば、十分な量のインヒビターが生成しない。したがって、Ｎ含有量は０．００４０％以上であることが好ましい。Ｎ含有量は、より好ましくは０．００５０％以上であり、さらに好ましくは０．００６０％以上である。
一方、Ｎ含有量が０．０１２０％を超えれば、鋼板中に欠陥の一種であるブリスタが発生しやすくなる。したがって、Ｎ含有量は０．０１２０％以下であることが好ましい。Ｎ含有量は、より好ましくは０．０１１０％以下であり、さらに好ましくは０．０１０００％以下である。
Ｎは仕上げ焼鈍工程で純化され、仕上げ焼鈍工程後の母鋼板では０．００５０％以下となる。
【００８９】
Ｍｎ：０．０５〜１．００％
マンガン（Ｍｎ）は、Ｓ又はＳｅと結合して、ＭｎＳ、又は、ＭｎＳｅを生成し、インヒビターとして機能する。Ｍｎ含有量が０．０５〜１．００％の範囲内にある場合に、二次再結晶が安定する。したがって、Ｍｎ含有量は、０．０５〜１．００％であることが好ましい。Ｍｎ含有量は、より好ましくは０．０６％以上であり、さらに好ましくは０．０８％以上である。Ｍｎ含有量は、より好ましくは０．５０％以下であり、さらに好ましくは０．２０％以下である。
【００９０】
Ｓ及びＳｅ：合計で０．００３〜０．０１５％
硫黄（Ｓ）及びセレン（Ｓｅ）は、Ｍｎと結合して、ＭｎＳ又はＭｎＳｅを生成し、インヒビターとして機能する。Ｓ及びＳｅの含有量が合計で０．００３〜０．０１５％であれば、二次再結晶が安定する。したがって、Ｓ及びＳｅの含有量は合計で０．００３〜０．０１５％であることが好ましい。
Ｓ及びＳｅは仕上げ焼鈍後に残留すると化合物を形成し、鉄損を劣化させる。そのため、仕上げ焼鈍中の純化により、仕上げ焼鈍後の母鋼板においては、Ｓ含有量及びＳｅ含有量をできるだけ少なくすることが好ましい。
【００９１】
ここで、「Ｓ及びＳｅの含有量が合計で０．００３〜０．０１５％である」とは、スラブの化学組成がＳ又はＳｅのいずれか一方のみを含有し、Ｓ又はＳｅのいずれか一方の含有量が合計で０．００３〜０．０１５％であってもよいし、スラブがＳ及びＳｅの両方を含有し、Ｓ及びＳｅの含有量が合計で０．００３〜０．０１５％であってもよい。
【００９２】
スラブの化学組成の残部はＦｅ及び不純物からなる。ここでいう「不純物」は、母鋼板１を工業的に製造する際に、原材料に含まれる成分、又は製造の過程で混入する成分から混入し、本実施形態に係る方向性電磁鋼板によって得られる効果に実質的に影響を与えない元素を意味する。
【００９３】
［任意元素］
スラブの化学組成は、化合物形成によるインヒビター機能の強化や磁気特性への影響を考慮して、Ｆｅの一部に代えて、任意元素の１種または２種以上を以下の範囲で含有してもよい。Ｆｅの一部に代えて含有される任意元素として、たとえば、次の元素が挙げられる。
Ｂｉ：０．０１０％以下、
Ｂ：０．０８０％以下、
Ｔｉ：０．０１５％以下、
Ｎｂ：０．２０％以下、
Ｖ：０．１５％以下、
Ｓｎ：０．１０％以下、
Ｓｂ：０．１０％以下、
Ｃｒ：０．３０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｐ：０．５０％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、及び
Ｍｏ：０．１０％以下。
【００９４】
［Ｓ１：熱間圧延工程］
熱間圧延工程では、準備されたスラブに対して、熱間圧延機を用いて熱間圧延を実施して熱延鋼板（方向性電磁鋼板用熱延鋼板）を製造する。
具体的には、まず、スラブを加熱する。たとえば、スラブを周知の加熱炉又は周知の均熱炉に装入して、加熱する。スラブの好ましい加熱温度は１２８０℃以下である。スラブの加熱温度を１２８０℃以下とすることにより、たとえば、１２８０℃よりも高い温度で加熱した場合の諸問題（専用の加熱炉が必要なこと、及び溶融スケール量の多さ等）を回避することができる。
【００９５】
スラブの加熱温度の下限値は特に限定されない。加熱温度が低すぎる場合、熱間圧延が困難になって、生産性が低下することがある。したがって、加熱温度は、１２８０℃以下の範囲で生産性を考慮して設定すればよい。スラブの加熱温度の好ましい下限は１１００℃である。スラブの加熱温度の好ましい上限は１２５０℃である。
【００９６】
スラブ加熱工程そのものを省略して、鋳造後、スラブの温度が下がるまでに熱間圧延を開始することも可能である。
【００９７】
次に、加熱されたスラブに対して、熱間圧延機を用いた熱間圧延を実施して、熱延鋼板を製造する。熱間圧延機はたとえば、粗圧延機と、粗圧延機の下流に配置された仕上げ圧延機とを備える。粗圧延機は、一列に並んだ粗圧延スタンドを備える。各粗圧延スタンドは、上下に配置された複数のロールを含む。仕上げ圧延機も同様に、一列に並んだ仕上げ圧延スタンドを備える。各仕上げ圧延スタンドは、上下に配置される複数のロールを含む。加熱された鋼材を粗圧延機により圧延した後、さらに、仕上げ圧延機により圧延して、熱延鋼板を製造する。
【００９８】
熱間圧延により製造される熱延鋼板の厚さは特に限定されない。熱延鋼板の厚さはたとえば、３．５ｍｍ以下である。
熱間圧延工程における仕上げ温度（仕上げ圧延機において最後に鋼板を圧下する仕上げ圧延スタンドの出側での鋼板温度）は、たとえば９００〜１０００℃である。以上の熱間圧延工程により、熱延鋼板を製造する。
【００９９】
［Ｓ２：熱延板焼鈍工程］
熱延板焼鈍工程では、熱間圧延工程により製造された方向性電磁鋼板用熱延鋼板に対して、熱延板焼鈍を実施して、焼鈍鋼板を製造する。
【０１００】
熱延板焼鈍の条件は、たとえば、熱延板焼鈍における焼鈍温度（熱延板焼鈍炉での炉温）が、７５０〜１２００℃である。焼鈍温度での保持時間はたとえば、３０〜６００秒である。
【０１０１】
［Ｓ３：冷間圧延工程］
冷間圧延工程では、熱延板焼鈍工程後の焼鈍鋼板に対して、冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造する。冷間圧延は、冷間圧延機を用いて実施する。冷間圧延機は、一列に配列された複数の冷間圧延スタンドを備える。各冷間圧延スタンドは、複数の冷間圧延ロールを含む。
【０１０２】
冷間圧延工程において、冷間圧延は１回のみ実施してもよいし、複数回実施してもよい。冷間圧延を複数回実施する場合、冷間圧延を実施した後、軟化を目的とした中間焼鈍を実施し、その後、冷間圧延を再び実施する。中間焼鈍条件は、公知の方法が用いられる。
【０１０３】
中間焼鈍工程を実施することなく、複数の冷間圧延工程を実施する場合、製造された方向性電磁鋼板において、均一な特性が得られにくい場合がある。一方、複数回の冷間圧延工程を実施し、かつ、各冷間圧延工程の間に中間焼鈍工程を実施する場合、製造された方向性電磁鋼板において、磁束密度が低くなる場合がある。したがって、冷間圧延工程の回数、及び、中間焼鈍工程の有無は、最終的に製造される方向性電磁鋼板に要求される特性及び製造コストに応じて決定される。
【０１０４】
１回又は複数回での冷間圧延における、好ましい累計の冷延率（累積圧下率）は８０％以上であり、より好ましくは９０％以上である。累積の冷延率の好ましい上限は９５％である。ここで、累計の冷延率（％）は次のとおり定義される。
冷延率（％）＝（１−最後の冷間圧延後の冷延鋼板の板厚／最初の冷間圧延開始前の焼鈍鋼板の板厚）×１００
【０１０５】
焼鈍鋼板に対して冷間圧延を実施する前に、焼鈍鋼板に対して酸洗処理を実施してもよい。製造された冷延鋼板は、コイル状に巻き取られる。冷延鋼板の板厚は、特に限定されないが、鉄損をより低下させるためには、０．３５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．３０ｍｍ以下とすることがより好ましい。
【０１０６】
［Ｓ４：脱炭焼鈍工程］
脱炭焼鈍工程では、冷間圧延工程により製造された冷延鋼板に対して、脱炭焼鈍を実施して一次再結晶させる。脱炭焼鈍はたとえば、次の方法で実施する。
冷延鋼板を熱処理炉に装入する。熱処理炉の温度（脱炭焼鈍温度）をたとえば、８００〜９５０℃とし、熱処理炉の雰囲気を、水素及び窒素を含有する湿潤雰囲気とする。脱炭焼鈍を実施することにより、一次再結晶が発現すると共に、鋼板中の炭素が鋼板から除去される。上述のとおり、脱炭焼鈍工程での脱炭焼鈍温度の一例は、８００〜９５０℃であり、脱炭焼鈍温度での保持時間の一例は、１５〜１５０秒である。
【０１０７】
［Ｓ５：焼鈍分離剤塗布工程］
焼鈍分離剤塗布工程では、鋼板の表面に焼鈍分離剤を塗布する。焼鈍分離剤は、特に限定されない。例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする焼鈍分離剤、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分とする焼鈍分離剤、又は、これら両方を主成分とする焼鈍分離剤等が挙げられる。
【０１０８】
焼鈍分離剤としては、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤が好ましい。仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成されることを抑制できるからである。また、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤としては、アルミナ及びマグネシアの両方を主成分とする焼鈍分離剤が好ましい。鋼板の中に含まれているＡｌを仕上げ焼鈍皮膜中に取り込んで鋼板を純化することができるので、鋼板に含まれているＡｌが内部酸化し鉄損が上昇することを抑制できるからである。
【０１０９】
また、アルミナ及びマグネシアを主成分とする焼鈍分離剤としては、主成分におけるマグネシアの質量比を１０〜６０％としたものが好ましく、中でも２０〜５０％、特に２０〜４０％としたものがより好ましい。主成分のうちのマグネシアの質量比が２０％未満（アルミナの質量比が８０％超）では、鋼板に含まれているＡｌを仕上げ焼鈍皮膜に取り込んで鋼板を純化することができないからである。一方、マグネシアの質量比が高いと、仕上げ焼鈍時にマグネシアが母鋼板１と反応して、仕上げ焼鈍皮膜と鋼板との界面に凹凸が生じて鉄損が劣化する傾向があるからである。
【０１１０】
焼鈍分離剤塗布工程後の母鋼板１（脱炭焼鈍鋼板）は、コイル状に巻取った状態で、次工程の仕上げ焼鈍工程に供される。
【０１１１】
［Ｓ６：仕上げ焼鈍工程］
仕上げ焼鈍工程では、焼鈍分離剤塗布工程後の母鋼板１に対して、仕上げ焼鈍を実施する。これにより、母鋼板１において二次再結晶を生じさせる。また、仕上げ焼鈍が行われると、焼鈍分離剤と母鋼板１とが反応して母鋼板表面に仕上げ焼純皮膜が形成される。仕上げ焼純皮膜には、焼鈍分離剤と鋼板とが反応して生じた生成物が含まれており、未反応の焼鈍分離剤が含まれていてもよい。その結果、仕上げ焼鈍工程により、仕上げ焼鈍皮膜が形成された母鋼板が製造される。
【０１１２】
例えば、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤のような、Ａｌを含有する焼鈍分離剤が塗布された場合には、焼鈍分離剤と母鋼板１が反応してＡｌを含有する酸化物を主体とする仕上げ焼純皮膜が形成される。また、Ａｌを含有しない焼鈍分離剤が塗布された場合でも、焼鈍分離剤と母鋼板１に含有されるＡｌが反応して、鋼板表面にＡｌを含有する酸化物を主体とする仕上げ焼純皮膜が形成される。また、マグネシアを主成分とする焼鈍分離剤が塗布された場合には、焼鈍分離剤と母鋼板１が反応してフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）を主体とする仕上げ焼純皮膜が形成される。さらに、Ａｌ又はＭｇを含有する焼鈍分離剤が塗布された場合には、焼鈍分離剤が完全に反応せずに、未反応の焼鈍分離剤が含まれている仕上げ焼純皮膜が形成されることがある。
【０１１３】
仕上げ焼鈍条件は、特に限定されず、例えば、１１００〜１３００℃の範囲内の温度で２０〜２４時間加熱することによって実施する。
【０１１４】
また、Ａｌを含有しない焼鈍分離剤が塗布された場合において、焼鈍分離剤と母鋼板１に含有されるＡｌとを反応させて、鋼板表面にＡｌを含有する酸化物を主体とする仕上げ焼純皮膜を形成させる場合にも、仕上げ焼鈍条件は特別な条件とする必要はなく一般的な条件であればよい。
【０１１５】
仕上げ焼鈍は、純化焼鈍も兼ねている。純化焼鈍により、上記のＡｌ、Ｎ、Ｍｎ、Ｓ及びＳｅのようなインヒビター成分が鋼中から除去される。
【０１１６】
［Ｓ７：母鋼板表面平滑化工程］
母鋼板表面平滑化工程は、必要に応じて実施される。つまり、母鋼板表面平滑化工程は、実施しなくてもよい。母鋼板表面平滑化工程が実施される場合、母鋼板表面平滑化工程では、絶縁皮膜３０による鉄損の低下作用の妨害を回避できるように、必要に応じて、仕上げ焼鈍後の母鋼板表面を平滑面に調整する（平滑にする）。具体的には、母鋼板表面の算術平均粗さＲａが、例えば、１．０μｍ以下となるように調整するのが好ましい。鉄損の低下作用の妨害を効果的に回避できるからである。平滑化後の母鋼板表面の算術平均粗さＲａが０．７μｍ以下となるように調整することがより好ましく、０．５μｍ以下となるように調整することがさらに好ましい。
【０１１７】
母鋼板表面平滑化工程の実施の必要性は、仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成される場合と、仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成されない場合とで大別される。以下、それぞれの場合について説明する。
【０１１８】
「仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成される場合」とは、フォルステライトを主体とする仕上げ焼鈍皮膜が形成される従来の方向性電磁鋼板のように、仕上げ焼鈍皮膜が母鋼板１との界面においていわゆる「根」とも呼ばれる形態で母鋼板内側の深い位置まで形成され、絶縁皮膜３０による鉄損の低下作用が妨害される場合を意味する。具体的には、仕上げ焼鈍後の母鋼板表面の算術平均粗さＲａが、例えば、１．０μｍを超える場合を意味する。
一方、「仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成されない場合」とは、仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成されない場合を意味する。具体的には、仕上げ焼鈍後の母鋼板表面のＲａ（算術平均粗さ）が、例えば、１．０μｍ以下である場合を意味する。
【０１１９】
（１）仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成される場合
仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成される場合には、絶縁皮膜３０による鉄損の低下作用が界面の凹凸によって妨害されることを回避するために、母鋼板表面平滑化工程を実施する。具体的には、仕上げ焼鈍後の鋼板表面から仕上げ焼純皮膜を全て除去した上、仕上げ焼鈍後の母鋼板表面を平滑化することにより平滑面に調整する。
【０１２０】
仕上げ焼純皮膜の全てを除去する方法としては、酸洗、研削等の手段で念入りに除去して母鋼板１を剥き出しにする方法が用いられる。また、仕上げ焼鈍後の母鋼板表面を平滑化する方法としては、母鋼板表面を化学研磨又は電界研磨で平滑化する方法が用いられる。
【０１２１】
（２）仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成されない場合
仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成されない場合には、母鋼板表面平滑化工程を実施しなくてよい。
【０１２２】
［Ｓ８：中間層形成工程］
中間層形成工程では、仕上げ焼鈍工程後、又は、仕上げ焼鈍皮膜と母鋼板１との界面に凹凸が形成された場合には母鋼板表面平滑化工程後、母鋼板１に対して熱処理を実施して、母鋼板１の表面に接触し、酸化珪素を主体とする中間層２Ｂを形成する。
【０１２３】
熱処理の条件としては、特に限定されないが、中間層２Ｂを２〜４００ｎｍの厚さに成膜する場合、３００〜１１５０℃の温度域で５〜１２０秒保持することが好ましく、６００〜１１５０℃の温度域で１０〜６０秒保持することがより好ましい。
【０１２４】
さらに、母鋼板１の内部を酸化させないようにする観点から、焼鈍の昇温時及び温度保持時の雰囲気を還元性の雰囲気とすることが好ましく、水素を混合した窒素雰囲気とすることがより好ましい。水素を混合した窒素雰囲気としては、例えば、水素：５〜５０体積％及び残部：窒素及び不純物からなり、露点：−２０〜２℃の雰囲気が挙げられる。中でも、水素：１０〜３５体積％、残部：窒素及び不純物からなり、露点：−１０〜０℃の雰囲気が好ましい。
【０１２５】
中間層形成工程では、水素：２０〜５０体積％、残部：窒素及び不純物からなり、露点：−２０〜２℃の雰囲気中にて６００〜１１５０℃の温度域で１０〜６０秒保持して鋼板に熱処理を施すことが好ましい。
【０１２６】
［Ｓ９：絶縁皮膜形成工程］
絶縁皮膜形成工程では、中間層表面にＰ、ＯおよびＳｉを含む化合物からなる絶縁皮膜３０を形成する。絶縁皮膜３０はＣｒを含んでもよい。絶縁皮膜形成工程は、絶縁皮膜３０用のコーティング溶液を、中間層２Ｂの表面上に塗布する塗布工程と、コーティング溶液が塗布された母鋼板１を加熱し、焼付け処理を実施して絶縁皮膜３０を形成する焼付け工程とを含む。以下、塗布工程及び焼付け工程について詳述する。
【０１２７】
［塗布工程］
塗布工程では、燐酸塩、コロイド状シリカ、及び必要に応じて無水クロム酸又はクロム酸塩を含むコーティング溶液を、母鋼板１上の中間層２Ｂの表面上に塗布する。無水クロム酸又はクロム酸塩は含有しなくてもよい。燐酸塩としては、たとえば、Ｃａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｒ等の燐酸塩が挙げられる。コロイド状シリカとは、直径１ｎｍ〜直径１μｍ程度の粒子状の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。コロイド状シリカは特に限定はなく、その粒子サイズも適宜使用することができる。クロム酸塩としては、例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ等のクロム酸塩が挙げられる。さらに、コ−ティング溶液には、各種の特性を改善するために様々な元素や化合物をさらに添加してもよい。塗布方法も特に限定されず、周知の方法で足りる。
【０１２８】
［焼付け工程］
焼付け工程では、コーティング溶液が塗布された母鋼板１を加熱し、焼付け処理を実施して絶縁皮膜３０を形成する。同時に、この焼付け工程により、絶縁皮膜３０中にボイド３３を形成する。形成されたボイドは熱拡散によるＦｅの絶縁皮膜３０への侵入を抑制する。
【０１２９】
焼付け処理では、コーティング溶液が塗布された母鋼板１を熱処理炉内で加熱する。そして、６００〜１１５０℃の温度域（焼付け温度）で焼付け処理を実施する。焼付け温度での保持時間は５〜３００秒とする。
【０１３０】
焼付け温度に到達する前の加熱時において、母鋼板１が１００℃〜６００℃の温度域での平均加熱速度を、１０〜２００℃／秒とする。絶縁皮膜３０は、１００℃〜６００℃の間の温度域で、内包した水分や酸素がガスとして放出される。１００℃〜６００℃の間の温度域の加熱速度を制御することで、脱ガスに起因するボイド３３の量（絶縁皮膜の空洞率）及びボイド３３のサイズ（平均径）を制御できると考えられる。
母鋼板１の表面温度が１００℃〜６００℃の温度域での平均加熱速度が１０℃／秒未満であれば、脱ガス速度が遅いため、絶縁皮膜３０中に十分なボイド３３が形成されない。その結果、絶縁皮膜３０中の空洞率が５％未満となり、絶縁皮膜の密着性が低下する。一方、母鋼板１の表面温度が１００℃〜６００℃の温度域での平均加熱速度が２００℃／秒を超えれば、絶縁皮膜３０内にボイド３３が過剰に形成される。そのため、絶縁皮膜３０中の空洞率が３０％を超える。この場合、鋼板の絶縁性が低下する。したがって、母鋼板１の表面温度が１００℃〜６００℃の温度域での平均加熱速度を、１０〜２００℃／秒とする。
【０１３１】
また、絶縁皮膜３０がＣｒを含有する場合、母鋼板１の表面温度が１００℃〜６００℃の温度域でボイド３３を形成すると同時に、その後の絶縁皮膜焼付け温度を８００℃以上〜９００℃未満に制御することで、ボイドの存在位置を中間層と絶縁皮膜との界面付近に制御してＦｅの絶縁皮膜３０中への拡散を効果的に抑制できる。そのため、耐水性も向上させることができる。この理由は次のとおりである。
ボイドによるＦｅの拡散抑制効果はボイドよりも母鋼板１側（中間層２Ｂと絶縁皮膜３０との界面側）のＦｅに対して有効である。したがって、最も拡散速度の速い焼付け温度でのボイドの存在位置が、より界面側にあるほどＦｅの拡散が抑制され、Ｃｒ欠乏領域の形成を抑制する効果が高い。前記の制御でボイド３３の存在位置が変化する理由は明らかではないが、ボイドに成長する核が形成するまでの、コーティング溶液の表面側からの乾燥状態、結晶水などの分解反応、さらには絶縁皮膜を形成する際の燐酸塩とコロイド状シリカの反応速度が影響して、中間層、絶縁皮膜界面に近い適切な領域にボイドの核が形成されるものと考えられる。さらに焼付け温度においてもボイド内に残留した水蒸気等の脱ガス過程が影響して、中間層、絶縁皮膜界面に近い位置でボイドの成長が優勢となる。その結果、ボイド分布が好ましい状態となり、Ｆｅの拡散およびそれに起因するＣｒ欠乏層の拡大を効率的に抑制できると思われる。
【０１３２】
焼付け工程での他の条件は、周知の条件でよい。焼付け処理の雰囲気はたとえば、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．００１〜０．１の雰囲気であってもよいし、他の雰囲気であってもよい。
【０１３３】
絶縁皮膜形成工程では、焼付け後に絶縁皮膜３０及び中間層２Ｂが変化しないように、上記ガスの酸化度をより低く保持した雰囲気において鋼板を冷却することが好ましい。冷却条件としては、一般的な条件であればよいが、例えば、水素：７５体積％及び残部：窒素及び不純物からなり、露点：５〜１０℃及びガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０１未満の雰囲気で冷却する。
【０１３４】
［その他の製造工程］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、一般的に方向性電磁鋼板の製造方法において行われる工程をさらに含んでいてもよい。好ましくは、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、脱炭焼鈍工程後であって、仕上げ焼鈍工程前に、鋼板中のＮ含有量を増加させる窒化処理を実施する窒化処理工程をさらに含んでもよい。一次再結晶領域と二次再結晶領域の境界部位の鋼板に与える温度勾配が低くとも磁束密度を安定して向上させることができるからである。窒化処理としては、一般的な処理であればよい。例えば、アンモニア等の窒化能のあるガスを含有する雰囲気中で焼鈍する処理、ＭｎＮ等の窒化能のある粉末を含む焼鈍分離剤を塗布した母鋼板（脱炭焼鈍鋼板）を仕上げ焼鈍する処理等が挙げられる。
【０１３５】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１３６】
以下、実施例を提示して、本発明を具体的に説明する。以下において、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得る。
【０１３７】
＜実施例１＞
質量％で、Ｓｉ：３．３０％、Ｃ：０．０５０％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００８０％、及びＭｎ：０．１０％、Ｓ及びＳｅ：合計で０．００５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成のスラブを準備した。
上記スラブを１１５０℃で６０分均熱加熱した。
加熱後のスラブに対して熱間圧延を施して、板厚が２．６ｍｍの熱延鋼板を製造した。
製造した熱延鋼板に対して、熱延板焼鈍を実施して、焼鈍鋼板を製造した。熱延板焼鈍の条件は、９００℃に１２０秒保持することとした。
製造された焼鈍鋼板に対して冷間圧延を施し、板厚が０．３ｍｍの冷延鋼板を製造した。
【０１３８】
製造された冷延鋼板に対して、脱炭焼鈍を施した。脱炭焼鈍は、水素：７５体積％、残部：窒素及び不純物からなる雰囲気中にて、８５０℃で９０秒保持する条件で実施した。
【０１３９】
得られた母鋼板の表面に、焼鈍分離剤を塗布した。焼鈍分離剤は、試験番号１〜８については、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とマグネシア（ＭｇＯ）を質量比で６０：４０とした。また、試験番号９〜１６については、マグネシア（ＭｇＯ）のみで構成される焼鈍分離材を用いた。
【０１４０】
焼鈍分離剤を塗布した鋼板に対して、仕上げ焼鈍を実施して母鋼板を得た。仕上げ焼鈍は、水素−窒素混合雰囲気にて、１５℃／時の昇温速度で１２００℃まで加熱した後に、水素雰囲気にて１２００℃で２０時間保持する条件で実施した。その後、自然冷却し、二次再結晶及び純化が完了した鋼板を得た。
仕上げ焼鈍後の鋼板の化学組成は、いずれも質量％で、Ｓｉ：３．３０％、Ｃ：０．００２０％以下、酸可溶性Ａｌ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００２０％以下、及びＭｎ：０．１０％、Ｓ及びＳｅ：合計で０．０００５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなっていた。
【０１４１】
仕上げ焼鈍後の母鋼板に対して、熱処理を実施して、試験番号９〜１６については母材表面の平滑化を行った後、中間層を形成した。中間層形成工程の条件は次のとおりであった。水素：３５体積％、残部：窒素及び不可避不純物からなり、露点：−２℃の雰囲気で、８００℃まで加熱して３０秒間保持した。その後、自然冷却した。いずれの例でも、中間層の組成は、Ｆｅ含有量が８０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％未満、Ｓｉ含有量が２０原子％以上、Ｏ含有量が５０原子％以上、Ｍｇ含有量が１０原子％以下を満足していた。
【０１４２】
中間層を形成した母鋼板に対して、絶縁被膜を形成した。絶縁被膜の形成に際しては、まず、中間層の表面に、コーティング溶液を塗布した。コーティング溶液の組成は、燐酸アルミ：６０％、及び、コロイド状シリカ：４０％であった。コーティング溶液を塗布した鋼板に対して、水素：７５体積％、残部：窒素及び不純物からなる雰囲気で、８５０℃まで加熱した。その際、鋼板の表面温度が１００℃〜６００℃の間の温度域での平均加熱速度は、表１の、「焼付け工程での加熱速度」欄に記載のとおりとした。加熱した鋼板を、３０秒間保持して絶縁皮膜を焼付けた。焼付け後、室温まで鋼板を冷却した。
【０１４３】
【表１】
2020111816.tif 000004
【０１４４】
試験番号１〜試験番号１６の鋼板表面には、燐酸塩を主体とし、コロイド状シリカ３２を含有する絶縁皮膜３０が形成された。絶縁皮膜の厚みは、１．５〜２．０μｍであった。以上の工程により、方向性電磁鋼板を作製した。
得られた方向性電磁鋼板について、絶縁皮膜中の空洞率を測定した。また、皮膜の密着性、絶縁性を評価した。
【０１４５】
［絶縁皮膜中の空洞率測定］
絶縁皮膜中の空洞率を測定した。
具体的には、各試験番号の方向性電磁鋼板から、方向性電磁鋼板の圧延方向に垂直な断面が得られるように、試験片を採取した。試験片の断面に対して、ＳＥＭを用いて、倍率１００００倍、視野面積８μｍ×６μｍで、観察した。観察領域は、方向性電磁鋼板表面に平行な方向へ１ｍｍとした。空洞の面積率を画像解析により算出した。
より具体的には、１００００倍の倍率で撮影した反射電子像の画像を２５６諧調のモノクロ画像に変換し、２５６諧調の内、黒色側から５０％の諧調を閾値として二値化画像に変換し、黒色領域を絶縁皮膜（ボイド含む）と定義した。また、２５６諧調の内、黒色側から２０％の諧調を閾値として二値化画像に変換し、黒色領域をボイドと定義した。
そして、絶縁皮膜中の空洞率は、上記２つの二値化画像で得られた各領域の面積から以下の式で算出した。
（空洞率）＝（ボイドの面積）÷（絶縁皮膜（ボイド含む）の面積）×１００（％）
結果を表１に示す。
また、ボイドの平均径は、同様の画像を用いて、二値化画像に対して、粒子解析により得られる円相当径を平均して求めた。
【０１４６】
［密着性試験］
密着性試験は、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）の耐屈曲性試験に準じて実施した。試験番号１〜試験番号１６の方向性電磁鋼板から、圧延方向に８０ｍｍ、圧延垂直方向に４０ｍｍの試験片を採取した。採取した試験片を直径１６ｍｍの丸棒に巻きつけた。密着性試験には、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）の耐屈曲性試験に記載のタイプ１の試験装置を用いて、１８０°曲げを行った。曲げた後の試験片について、絶縁皮膜３０が剥離した部分の合計面積を測定した。試験片の皮膜側の表面全体の面積に対する、絶縁皮膜３０が剥離した部分の合計面積の割合を、φ１６ｍｍ曲げ皮膜剥離率（％）とした。結果を表１に示す。
φ１６ｍｍ曲げ皮膜剥離率（％）が５０％以下であれば密着性に優れると判断した。
【０１４７】
［絶縁性試験］
絶縁性試験は、ＪＩＳ  Ｃ  ２５５０−４（２０１１）に準じて実施した。試験番号１〜試験番号１４の方向性電磁鋼板から、圧延方向に垂直な方向に３０ｍｍ×圧延方向に２８０ｍｍの試験片を採取した。採取した試験片に対して、ＪＩＳ  Ｃ  ２５５０−４に記載された、層間抵抗（Ω・ｃｍ２）を測定した。電圧は０．５Ｖ、加圧力２Ｎ／ｍｍ２とした。１０個の接触子電極に流れる全電流値から、層間抵抗値を算出した。測定された層間抵抗値の平均値を求め、層間抵抗とした。結果を表１に示す。層間抵抗が１００Ω・ｃｍ２以上であれば、絶縁性に優れると判断した。
【０１４８】
表１を参照して、試験番号３〜試験番号６及び試験番号１１〜試験番号１４は、φ１６ｍｍ曲げ皮膜剥離率が５０％以下となり、層間抵抗が１００Ω・ｃｍ２以上であり、密着性及び絶縁性に優れた。
【０１４９】
一方、試験番号１、２、９及び１０では、焼付け工程での加熱速度が１０℃／秒未満であり、絶縁皮膜中の空洞率が５％未満となった。その結果、φ１６ｍｍ曲げ皮膜剥離率が５０％を超えた。つまり、密着性が低かった。
【０１５０】
試験番号７、８、１５及び１６では、焼付け工程での加熱速度が２００℃／秒を超え、絶縁皮膜中の空洞率が３０％を超えた。その結果、層間抵抗が１００Ωｃｍ２未満となった。つまり、絶縁性が低かった。
【０１５１】
＜実施例２＞
質量％で、Ｓｉ：３．３０％、Ｃ：０．０５０％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００８０％、及びＭｎ：０．１０％、Ｓ及びＳｅ：合計で０．００５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成のスラブを準備した。
上記スラブを１１５０℃で６０分均熱加熱した。
加熱後のスラブに対して熱間圧延を施して、板厚が２．６ｍｍの熱延鋼板を製造した。
製造した熱延鋼板に対して、熱延板焼鈍を実施して、焼鈍鋼板を製造した。熱延板焼鈍の条件は、９００℃に１２０秒保持することとした。
製造された焼鈍鋼板に対して冷間圧延を施し、板厚が０．３ｍｍの冷延鋼板を製造した。
【０１５２】
製造された冷延鋼板に対して、脱炭焼鈍を施した。脱炭焼鈍は、水素：７５体積％、残部：窒素及び不純物からなる雰囲気中にて、８５０℃で９０秒保持する条件で実施した。
【０１５３】
得られた母鋼板の表面に、焼鈍分離剤を塗布した。焼鈍分離剤は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とマグネシア（ＭｇＯ）を質量比で６０：４０とした。焼鈍分離剤を塗布した鋼板に対して、仕上げ焼鈍を実施して母鋼板を得た。仕上げ焼鈍は、水素−窒素混合雰囲気にて、１５℃／時の昇温速度で１２００℃まで加熱した後に、水素雰囲気にて１２００℃で２０時間保持する条件で実施した。その後、自然冷却し、二次再結晶及び純化が完了した鋼板を得た。
また、仕上げ焼鈍後の鋼板の化学組成は、いずれも質量％で、Ｓｉ：３．３０％、Ｃ：０．００２０％以下、酸可溶性Ａｌ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００２０％以下、及びＭｎ：０．１０％、Ｓ及びＳｅ：合計で０．０００５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなっていた。
仕上げ焼鈍後の母鋼板に対して、熱処理を実施して、中間層を形成した。中間層形成工程の条件は次のとおりであった。水素：３５体積％、残部：窒素及び不可避不純物からなり、露点：−２℃の雰囲気で、８００℃まで加熱して３０秒間保持した。その後、自然冷却した。いずれの例でも、中間層の組成は、Ｆｅ含有量が８０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％未満、Ｓｉ含有量が２０原子％以上、Ｏ含有量が５０原子％以上、Ｍｇ含有量が１０原子％以下を満足していた。
【０１５４】
中間層を形成した母鋼板に対して、絶縁被膜を形成した。まず、中間層の表面に、コーティング溶液を塗布した。コーティング溶液の組成は、燐酸アルミ：５０％、コロイド状シリカ：５０％、及び、無水クロム酸：１０％であった。
コーティング溶液を塗布した鋼板に対して、水素：７５体積％、残部：窒素及び不純物からなる雰囲気で、表２の「焼付け温度」欄に記載の温度まで加熱した。また、鋼板の表面温度が１００℃〜６００℃の間の温度域での平均加熱速度は、表２の、「焼付け工程での加熱速度」欄に記載のとおりとした。加熱した鋼板を、３０秒間保持して絶縁皮膜を焼付けた。
【０１５５】
焼付け後、室温まで鋼板を冷却した。Ｐ、ＯおよびＳｉを含む化合物と、Ｃｒとからなる絶縁皮膜が形成された。絶縁皮膜の厚みは、１．５〜２．０μｍであった。以上の工程により、方向性電磁鋼板を作製した。
得られた方向性電磁鋼板について、絶縁皮膜中の空洞率、ボイドの平均径、重心位置、絶縁皮膜中のＣｒ濃度、Ｃｒ欠乏領域の総面積率を測定した。また、皮膜の密着性、絶縁性、耐水性を評価した。
【０１５６】
［絶縁皮膜中の空洞率測定］
各試験番号の方向性電磁鋼板から、方向性電磁鋼板の圧延方向に垂直な断面が得られるように、試験片を採取した。試験片の断面に対して、ＳＥＭを用いて、倍率１００００倍、視野面積８μｍ×６μｍで、観察した。観察領域は、方向性電磁鋼板表面に平行な方向へ１ｍｍとした。空洞の面積率を実施例１と同様の要領で画像解析により算出した。
結果を表２に示す。
【０１５７】
［絶縁皮膜中のボイドの平均径、重心位置の測定］
空洞率の測定に用いた画像を用いて、ボイドの平均径を、実施例１と同様の要領で観察領域内の各ボイドの面積から算出される円相当径を平均して求めた。
また、ボイドの平均重心位置は、母鋼板表面からボイド内の画像ピクセルまでの距離をhとした時に、次式で求められる母鋼板表面とボイド内の全ピクセルとの平均距離ｈａｖｅとして求めた。
【０１５８】
【数２】
2020111816.tif 000005
【０１５９】
ここで、上記式中、ｎはボイド内の全ピクセル数、ｈｉはボイド内のi番目のピクセルから母鋼板表面までの距離である。
結果を表２に示す。表２の「ボイドの平均重心位置」の欄のＡ〜Ｄは、以下を示す。
Ａ：ボイドの平均重心位置から中間層と絶縁皮膜との界面までの距離が、絶縁皮膜厚さの４／５超
Ｂ：ボイドの平均重心位置から中間層と絶縁皮膜との界面までの距離が、絶縁皮膜厚さの４／５以下、２／３超
Ｃ：ボイドの平均重心位置から中間層と絶縁皮膜との界面までの距離が、絶縁皮膜厚さの２／３以下、１／２超
Ｄ：ボイドの平均重心位置から中間層と絶縁皮膜との界面までの距離が、絶縁皮膜厚さの１／２以下
【０１６０】
［絶縁皮膜中のＣｒ濃度測定］
絶縁皮膜中のＣｒ濃度測定は、各試験番号の方向性電磁鋼板表面において、方向性電磁鋼板表面に対して平行な方向に１０μｍを分析して算出した。ＴＥＭで絶縁皮膜全体を観察して、絶縁皮膜の厚さ方向の全厚が含まれるように、Ｃｒ濃度分布についてＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）面分析を行い、面分析で得られた絶縁皮膜の各位置でのＣｒ濃度の平均値を、平均Ｃｒ濃度（原子％）と定義した。測定条件は、倍率１０００倍で、被膜部の総視野面積は２０μｍ２とした。
【０１６１】
［絶縁皮膜中のＣｒ欠乏領域の総面積率測定］
絶縁皮膜のＣｒ欠乏領域の総面積率を測定した。絶縁皮膜中のＣｒ濃度測定を、上記のとおり行った結果、Ｃｒ濃度が、原子濃度で、絶縁皮膜全体の平均濃度の８０％未満であれば、Ｃｒ欠乏領域であると特定した。絶縁皮膜全体のＣｒ濃度の平均は、皮膜部の空洞を除いた面分析結果すべての平均値とした。特定されたＣｒ欠乏領域の総面積の、視野観察面中の絶縁皮膜全体の総面積に対する比（％）を、Ｃｒ欠乏領域の面積率（％）とした。
【０１６２】
［密着性試験］
密着性試験は、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）の耐屈曲性試験に準じて実施した。試験番号１７〜試験番号３０の方向性電磁鋼板から、圧延方向に８０ｍｍ、圧延垂直方向に４０ｍｍの試験片を採取した。採取した試験片を直径１６ｍｍの丸棒に巻きつけた。密着性試験には、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）の耐屈曲性試験に記載のタイプ１の試験装置を用いて、１８０°曲げを行った。曲げた後の試験片について、絶縁皮膜３０が剥離した部分の合計面積を測定した。試験片の皮膜側の表面全体の面積に対する、絶縁皮膜３０が剥離した部分の合計面積の割合を、φ１６ｍｍ曲げ皮膜剥離率（％）とした。結果を表２に示す。
φ１６ｍｍ曲げ皮膜剥離率（％）が５０％以下であれば密着性に優れると判断した。
【０１６３】
［絶縁性試験］
絶縁性試験は、ＪＩＳ  Ｃ  ２５５０−４（２０１１）に準じて実施した。試験番号１７〜３０の方向性電磁鋼板から、圧延方向に垂直な方向に３０ｍｍ×圧延方向に２８０ｍｍの試験片を採取した。採取した試験片に対して、ＪＩＳ  Ｃ  ２５５０−４に記載された、層間抵抗（Ω・ｃｍ２）を測定した。電圧は０．５Ｖ、加圧力２Ｎ／ｍｍ２とした。１０個の接触子電極に流れる全電流値から、層間抵抗値を算出した。測定された層間抵抗値の平均値を求め、層間抵抗とした。結果を表２に示す。層間抵抗が１００Ω・ｃｍ２以上であれば、絶縁性に優れると判断した。
【０１６４】
［耐水性試験］
絶縁皮膜の耐水性については、上記の密着性試験後の試験片を用いて評価した。密着性試験後の試験片の曲げた部分を、曲げたまま水の中に浸漬した。１分経過後、試験片を引き上げ、絶縁皮膜が剥離した部分の合計面積を測定した。試験片の皮膜側の表面全体の面積に対する、絶縁皮膜が剥離した部分の合計面積の割合を、水浸漬後の皮膜剥離率（％）とした。結果を表２に示す。
φ１６ｍｍ曲げ皮膜剥離率と水浸漬後の皮膜剥離率の差が２０％以下である場合に、耐水性に優れると判断した。
【０１６５】
【表２】
2020111816.tif 000006
【０１６６】
表２を参照して、試験番号１７〜２２、２５〜２８では、φ１６ｍｍ曲げ皮膜剥離率が５０％以下となり、層間抵抗が１００Ω・ｃｍ２以上であり、密着性及び絶縁性に優れた。
試験番号１８〜２０、２５〜２８ではさらに、水浸漬後の皮膜剥離率が（φ１６ｍｍ曲げ皮膜剥離率＋２０）％以下となり、耐水性にも優れた。
【０１６７】
一方、試験番号２３、２４では、焼付け工程での加熱速度が１０℃／秒未満であり、絶縁皮膜中の空洞率が５％未満となった。その結果、φ１６ｍｍ曲げ皮膜剥離率が５０％を超えた。つまり、密着性が低かった。また、耐水性にも劣っていた。
【０１６８】
試験番号２９、３０では、焼付け工程での加熱速度が２００℃／秒を超え、絶縁皮膜中の空洞率が３０％を超えた。その結果、層間抵抗が１００Ωｃｍ２未満となった。つまり、絶縁性が低かった。
【符号の説明】
【０１６９】
１  母鋼板
２Ａ  Ｍｇを含有する酸化皮膜である仕上げ焼鈍皮膜
２Ｂ  中間層
３、３０  絶縁皮膜
３１  マトリクス
３３  ボイド
【図１】
2020111816.tif 000007
【図２】
2020111816.tif 000008
【図３】
2020111816.tif 000009