(57)【要約】【課題】鋼板に対する密着性に優れた被膜を有する方向性電磁鋼板を提供する【解決手段】母材鋼板である珪素鋼板と、中間層と、絶縁被膜とを有する方向性電磁鋼板であり、中間層が酸化膜であり、酸化膜の平均厚さが２ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、絶縁被膜がホウ酸アルミニウム系被膜であり、ホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さが０．５μｍ超８μｍ以下であり、酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜に金属粒子が含まれ、この金属粒子が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖからなる群から選択される少なくとも１種であり、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に金属粒子が線分率０．５％以上２５％以下で存在する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材鋼板である珪素鋼板と、前記珪素鋼板上に接して配された中間層と、前記中間層上に接して配された絶縁被膜とを有する方向性電磁鋼板において、
前記中間層が酸化膜であり、前記酸化膜が酸化珪素を含み、且つ前記酸化膜の平均厚さが２ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記絶縁被膜がホウ酸アルミニウム系被膜であり、前記ホウ酸アルミニウム系被膜がアルミニウム・ホウ素酸化物を含み、且つ前記ホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さが０．５μｍ超８μｍ以下であり、
切断方向が板厚方向と平行となる切断面で見たとき、前記酸化膜および前記ホウ酸アルミニウム系被膜に金属粒子が含まれ、前記金属粒子が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖからなる群から選択される少なくとも１種であり、前記酸化膜と前記ホウ酸アルミニウム系被膜との界面に前記金属粒子が線分率０．５％以上２５％以下で存在する
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
【請求項２】
前記アルミニウム・ホウ素酸化物として、Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３またはＡｌ４Ｂ２Ｏ９の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項３】
前記ホウ酸アルミニウム系被膜が酸化アルミニウムをさらに含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項４】
前記切断面で見たとき、前記酸化膜中に含まれる金属粒子の面積率が１〜２０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項５】
前記切断面で見たとき、前記金属粒子の粒径の最大値が前記酸化膜の前記平均厚さより大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項６】
前記ホウ酸アルミニウム系被膜上に接して配されたリン酸系被膜をさらに有し、
前記リン酸系被膜がリン珪素複合酸化物を含む
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項７】
前記珪素鋼板が、化学組成として、質量％で、
Ｓｉ：０．８％以上７．０％以下、
Ｍｎ：０以上１．００％以下、
Ｃｒ：０以上０．３０％以下、
Ｃｕ：０以上０．４０％以下、
Ｐ：０以上０．５０％以下、
Ｓｎ：０以上０．３０％以下、
Ｓｂ：０以上０．３０％以下、
Ｎｉ：０以上１．００％以下、
Ｂ：０以上０．００８％以下、
Ｖ：０以上０．１５％以下、
Ｎｂ：０以上０．２％以下、
Ｍｏ：０以上０．１０％以下、
Ｔｉ：０以上０．０１５％以下、
Ｂｉ：０以上０．０１０％以下、
Ａｌ：０以上０．００５％以下、
Ｃ＋Ｎの合計：０以上０．００５％以下、及び、
Ｓ＋Ｓｅの合計：０以上０．００５％以下、
を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、
前記珪素鋼板が、｛１１０｝＜００１＞方位に発達した集合組織を有する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項８】
前記珪素鋼板が、化学組成として、質量％で、
Ｍｎ：０．０５％以上１．００％以下、
Ｃｒ：０．０２％以上０．３０％以下、
Ｃｕ：０．０５％以上０．４０％以下、
Ｐ：０．００５％以上０．５０％以下、
Ｓｎ：０．０２％以上０．３０％以下、
Ｓｂ：０．０１％以上０．３０％以下、
Ｎｉ：０．０１％以上１．００％以下、
Ｂ：０．０００５％以上０．００８％以下、
Ｖ：０．００２％以上０．１５％以下、
Ｎｂ：０．００５％以上０．２％以下、
Ｍｏ：０．００５％以上０．１０％以下、
Ｔｉ：０．００２％以上０．０１５％以下、及び、
Ｂｉ：０．００１％以上０．０１０％以下、
からなる群から選択される少なくとも１種を含有する
ことを特徴とする請求項７に記載の方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板に関する。特に、絶縁被膜の密着性に優れた方向性電磁鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板は、質量％で、Ｓｉを０．５〜７％程度含有し、結晶方位を｛１１０｝＜００１＞方位（ゴス方位）に集積させた珪素鋼板を母材鋼板とする。この珪素鋼板の結晶方位の制御には、二次再結晶と呼ばれるカタストロフィックな粒成長現象が利用される。
【０００３】
方向性電磁鋼板の製造方法は次のとおりである。スラブを加熱して熱間圧延を実施して、熱延鋼板を製造する。熱延鋼板を必要に応じて焼鈍する。熱延鋼板を酸洗する。酸洗後の熱延鋼板に対して、８０％以上の冷延率で冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造する。冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を実施して、一次再結晶を発現させる。脱炭焼鈍後の冷延鋼板に対して仕上げ焼鈍を実施して、二次再結晶を発現させる。以上の工程により、方向性電磁鋼板の母材鋼板である珪素鋼板が製造される。
【０００４】
方向性電磁鋼板としての磁束密度を高めるためには、珪素鋼板に張力を付与することが有効である。そこで、上述の脱炭焼鈍後であって仕上げ焼鈍前に、冷延鋼板の表面上に、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分とする焼鈍分離剤を含有する水性スラリーを塗布し、乾燥（焼付け）する手法が知られている。この場合、焼鈍分離剤を塗布して乾燥させた冷延鋼板を仕上げ焼鈍することにより、焼鈍分離剤中のＭｇＯと、脱炭焼鈍時に冷延鋼板の表面に形成された内部酸化層中のＳｉＯ２とが反応し、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）を主成分とする一次被膜が形成される。
【０００５】
さらに、一次被膜上に、絶縁被膜（張力被膜）を形成する場合がある。特開昭４８−３９３３８号公報（特許文献１）は、上述の一次被膜を形成後、一次被膜上に、コロイダルシリカ及びリン酸塩からなる絶縁被膜（リン酸系被膜ともいう）を形成する技術を開示する。一次被膜及びリン酸系被膜は、珪素鋼板よりも熱膨脹率が小さい。そのため、リン酸系被膜は、一次被膜とともに、珪素鋼板に張力を付与して鉄損を低減する。
【０００６】
また、絶縁被膜による珪素鋼板への張力を増大させる試みもなされている。特開平６−３０６６２８号公報（特許文献２）は、アルミナゾルとホウ酸とを主体とするコーティング液を珪素鋼板に塗布した後に焼き付け、ホウ酸アルミニウム系の被膜を形成する技術を開示する。ホウ酸アルミニウム系被膜は、同一膜厚であれば、コロイダルシリカとリン酸塩とを主体とする絶縁被膜と比較して、被膜の張力を１．５〜２倍に高めることができる。そのため、ホウ酸アルミニウム系被膜は、リン酸系被膜と比較して、より鉄損を低減する。
【０００７】
ところで、フォルステライトを主成分とする一次被膜と珪素鋼板との界面は、嵌入構造を有する。具体的には、一次被膜と珪素鋼板との界面付近では、一次被膜の根が珪素鋼板内部に張り巡らされている。被膜と珪素鋼板との界面が乱れた構造を有する場合、界面の構造が磁壁移動の阻害要因となり、磁気特性が低下する。そこで、方向性電磁鋼板の鉄損を低減する他の方法として、一次被膜を除去する試みがなされている。
【０００８】
特開昭４９−９６９２０号公報（特許文献３）、及び、特開平４−１３１３２６号公報（特許文献４）は、一次被膜を研磨や研削等の機械的手段、又は、酸洗等の化学的手段によって除去する技術を開示する。なお、一次被膜を除去した後、化学研磨、又は、再焼鈍によって、鋼板の表面を鏡面状態に加工する場合もある。
【０００９】
また、脱炭焼鈍後に焼鈍分離剤を塗布せず、仕上げ焼鈍を実施することにより、一次被膜を形成しない場合もある。特開平７−１２６７５１号公報（特許文献５）は、フォルステライトを主成分とする一次被膜を形成させずに、金属表面を露出させた状態で二次再結晶を実施する技術を開示する。この方法によれば、一次被膜は形成されないため、一次被膜を除去する工程は実施されない。
【００１０】
このようにして、一次被膜を除去した、又は、一次被膜を形成しない珪素鋼板の表面に、ホウ酸アルミニウム系の絶縁被膜を形成することによって、鉄損をさらに低減することが検討され始めている。
【００１１】
しかしながら、一次被膜のない珪素鋼板に絶縁被膜を形成すると、絶縁被膜の密着性が得られない場合がある。ここで、絶縁被膜の「密着性」とは、電磁鋼板を変形した場合の、割れの起こりにくさ、及び、剥離の起こりにくさの両方を意味する。一次被膜のない珪素鋼板に、直接に絶縁被膜を形成して電磁鋼板を製造した場合、製造された電磁鋼板を変形すると、絶縁被膜に割れが発生するか、絶縁被膜の一部が珪素鋼板から剥離する場合がある。
【００１２】
なお、絶縁被膜は、一般的に、珪素鋼板に対して付与する張力が高まるほど、被膜の密着性が低下する。そのため、ホウ酸アルミニウム系の絶縁被膜は、リン酸系の絶縁被膜と比較して、被膜の密着性が低下しやすい。すなわち、ホウ酸アルミニウム系の絶縁被膜は、リン酸系の絶縁被膜よりも、被膜に割れが発生しやすく、被膜の一部が珪素鋼板から剥離しやすい。
【００１３】
それゆえ、さらなる鉄損低減を目的として鏡面化仕上げを行った珪素鋼板に周知のホウ酸アルミニウム系の高張力な絶縁被膜を形成したとしても、実用に耐え得る密着性が得られないことが多い。そこで、絶縁被膜と珪素鋼板との密着性を高める技術が、特開２００３−１７１７７３号公報（特許文献６）、及び、特開平８−２８３９５６号公報（特許文献７）に開示されている。
【００１４】
特許文献６に記載の一方向性珪素鋼板は、母材鋼板の表面に中間皮膜を有し、さらに中間皮膜の上に張力皮膜を有している。中間皮膜は主として珪素酸化物からなる皮膜であり、中間皮膜中に金属鉄及び／又は鉄含有酸化物の粒子を有している。
【００１５】
特許文献７に記載の一方向性珪素鋼板は、２次再結晶が完了した一方向性珪素鋼板の表面に、フォルステライト質の１次被膜と、焼き付け工程において生成した酸化珪素または酸化珪素と他酸化物との複合酸化物よりなる中間層と、最表面のほう酸アルミニウム質被膜との３層の被膜を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開昭４８−３９３３８号公報
【特許文献２】特開平６−３０６６２８号公報
【特許文献３】特開昭４９−９６９２０号公報
【特許文献４】特開平４−１３１３２６号公報
【特許文献５】特開平７−１２６７５１号公報
【特許文献６】特開２００３−１７１７７３号公報
【特許文献７】特開平８−２８３９５６号公報
【特許文献８】特開平６−２８７７６５号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】山本祐義、外３名、「セラミックス粒子を微細分散させたフェライト棒鋼の再結晶集合組織とヤング率」、鉄と鋼、一般社団法人  日本鉄鋼協会、Ｖｏｌ．８２（１９９６）、Ｎｏ．９、ｐ．７７１−７７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記した特許文献６及び７に開示される技術を用いても、絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）の密着性は十分でない場合がある。
【００１９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フォルステライトを主体とする一次被膜を有さなくても、絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）の密着性に優れた方向性電磁鋼板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の要旨は次の通りである。
（１）本発明の一態様にかかる方向性電磁鋼板は、母材鋼板である珪素鋼板と、珪素鋼板上に接して配された中間層と、中間層上に接して配された絶縁被膜とを有する方向性電磁鋼板において、中間層が酸化膜であり、この酸化膜が酸化珪素を含み、且つ酸化膜の平均厚さが２ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、絶縁被膜がホウ酸アルミニウム系被膜であり、このホウ酸アルミニウム系被膜がアルミニウム・ホウ素酸化物を含み、且つホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さが０．５μｍ超８μｍ以下であり、切断方向が板厚方向と平行となる切断面で見たとき、酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜に金属粒子が含まれ、この金属粒子が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖからなる群から選択される少なくとも１種であり、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に上記金属粒子が線分率０．５％以上２５％以下で存在する。
（２）上記（１）に記載の方向性電磁鋼板では、アルミニウム・ホウ素酸化物として、Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３またはＡｌ４Ｂ２Ｏ９の少なくとも１つを含んでもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の方向性電磁鋼板では、ホウ酸アルミニウム系被膜が酸化アルミニウムをさらに含有してもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の方向性電磁鋼板では、上記切断面で見たとき、酸化膜中に含まれる金属粒子の面積率が１〜２０％であってもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の方向性電磁鋼板では、上記切断面で見たとき、金属粒子の粒径の最大値が酸化膜の平均厚さより大きくてもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の方向性電磁鋼板では、ホウ酸アルミニウム系被膜上に接して配されたリン酸系被膜をさらに有し、このリン酸系被膜がリン珪素複合酸化物を含んでもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の方向性電磁鋼板では、上記珪素鋼板が、化学組成として、質量％で、Ｓｉ：０．８％以上７．０％以下、Ｍｎ：０以上１．００％以下、Ｃｒ：０以上０．３０％以下、Ｃｕ：０以上０．４０％以下、Ｐ：０以上０．５０％以下、Ｓｎ：０以上０．３０％以下、Ｓｂ：０以上０．３０％以下、Ｎｉ：０以上１．００％以下、Ｂ：０以上０．００８％以下、Ｖ：０以上０．１５％以下、Ｎｂ：０以上０．２％以下、Ｍｏ：０以上０．１０％以下、Ｔｉ：０以上０．０１５％以下、Ｂｉ：０以上０．０１０％以下、Ａｌ：０以上０．００５％以下、Ｃ＋Ｎの合計：０以上０．００５％以下、及び、Ｓ＋Ｓｅの合計：０以上０．００５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、上記珪素鋼板が、｛１１０｝＜００１＞方位に発達した集合組織を有してもよい。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の方向性電磁鋼板では、上記珪素鋼板が、化学組成として、質量％で、Ｍｎ：０．０５％以上１．００％以下、Ｃｒ：０．０２％以上０．３０％以下、Ｃｕ：０．０５％以上０．４０％以下、Ｐ：０．００５％以上０．５０％以下、Ｓｎ：０．０２％以上０．３０％以下、Ｓｂ：０．０１％以上０．３０％以下、Ｎｉ：０．０１％以上１．００％以下、Ｂ：０．０００５％以上０．００８％以下、Ｖ：０．００２％以上０．１５％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．２％以下、Ｍｏ：０．００５％以上０．１０％以下、Ｔｉ：０．００２％以上０．０１５％以下、及び、Ｂｉ：０．００１％以上０．０１０％以下からなる群から選択される少なくとも１種を含有してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の上記態様によれば、フォルステライトを主体とする一次被膜を有さなくても、絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）の密着性に優れる方向性電磁鋼板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明者らは、一次被膜を有さない母材鋼板（珪素鋼板）に対する、絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）の密着性について検討した。
【００２４】
なお、以下では、「一次被膜を有さない母材鋼板」とは、フォルステライトを主成分とする一次被膜の形成が抑制された母材鋼板、又は、この一次被膜が除去された母材鋼板を意味する。
【００２５】
上述のとおり、一次被膜を有さない母材鋼板に形成された絶縁被膜は、一次被膜を有する母材鋼板に形成された絶縁被膜よりも、密着性が低い。具体的には、一次被膜を有さない母材鋼板の表面に形成された絶縁被膜は、一部が割れやすくなったり、剥離しやすくなったりする。そこで本発明者らは、一次被膜を母材鋼板の表面から除去し、又は、一次被膜の形成を抑制し、次いで母材鋼板の表面上にシリカ（ＳｉＯ２）を主成分とする中間層（酸化膜）を形成し、その上で酸化膜の上にアルミニウム・ホウ素酸化物を主成分とする絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）を形成させる方法に着目した。
【００２６】
ただ、母材鋼板とホウ酸アルミニウム系被膜との間に酸化膜を単に形成しただけでは、電磁鋼板に曲げ応力を加えると、酸化膜からホウ酸アルミニウム系被膜が剥離する場合がある。この理由について、本発明者らは次のとおりに考えている。ホウ酸アルミニウム系被膜が鋼板に付与する張力は、酸化膜よりも大きい。具体的には、ホウ酸アルミニウム系被膜の主成分であるアルミニウム・ホウ素酸化物のヤング率は、２００ＧＰａである。一方、酸化膜の主成分である非晶質のシリカ（ＳｉＯ２）のヤング率は、８０ＧＰａである（特許文献８の表１及び表９参照）。すなわち、アルミニウム・ホウ素酸化物のヤング率は、非晶質のシリカのヤング率の２．５倍である。そのため、ホウ酸アルミニウム系被膜は、酸化膜より剛性が高くなり、変形しにくくなる。このような電磁鋼板に曲げ応力を加えた場合、ホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との界面に応力が集中し、変形しにくいホウ酸アルミニウム系被膜が、酸化膜から剥離すると考えられる。
【００２７】
そこで本発明者らは、母材鋼板（珪素鋼板）と中間層（酸化膜）と絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）とを有する方向性電磁鋼板に関して、変形時にホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との界面へ集中する応力を緩和する方法を詳細に検討した。
【００２８】
上述のとおり、ホウ酸アルミニウム系被膜（主成分がアルミニウム・ホウ素酸化物）と、酸化膜（主成分がシリカ）とでは、ヤング率の差が大きい。そのため、ホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との界面に応力が集中しやすい。すなわち、本発明者らは、ホウ酸アルミニウム系被膜のヤング率よりも低く、かつ、酸化膜のヤング率よりも高い緩衝体を、ホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との界面に配置させれば、界面の応力集中を緩和できるのではないかと考えた。
【００２９】
その結果、本発明者らは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖからなる群から選択される少なくとも１種を主成分とする金属粒子を、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に分散させる方法を見出した。Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖからなる群から選択される少なくとも１種を主成分とする金属粒子を、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に分散させれば、ホウ酸アルミニウム系被膜の密着性が好適に向上する。この理由について、本発明者らは次のように考えている。
【００３０】
上述のとおり、ホウ酸アルミニウム系被膜の主成分であるアルミニウム・ホウ素酸化物のヤング率は２００ＧＰａであり、酸化膜の主成分である非晶質のシリカのヤング率は８０ＧＰａである。上記の効果を発現する金属粒子は、ホウ酸アルミニウム系被膜より剛性が低く、酸化膜より剛性が高いと考えられる。例えば、上記界面に分散させる金属粒子は、その大きさから、結晶粒数が少なく、単結晶に近いと考えられる。上述した金属粒子を構成する元素の一つであるＦｅは、単結晶の＜１００＞方位のヤング率が１３２ＧＰａである（非特許文献１の図８参照）。このように、Ｆｅ単結晶のヤング率は、ホウ酸アルミニウム系被膜の主成分であるアルミニウム・ホウ素酸化物のヤング率よりも低く、酸化膜の主成分であるシリカのヤング率よりも高い。そのため、このような金属粒子は、ホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との界面にて応力集中を緩和する緩衝体になり得ると考えられる。Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖについても、Ｆｅと同様に、これらのヤング率が、アルミニウム・ホウ素酸化物よりも低く、且つ非晶質のシリカよりも高いため、上記の効果を発現できると考えられる。
【００３１】
上記の考察に基づけば、金属粒子のうちホウ酸アルミニウム系被膜中に存在する部分は変形しやすく、一方、金属粒子のうち酸化膜中に存在する部分は変形しにくいと考えられる。すなわち、電磁鋼板に曲げ応力を加えたとき、金属粒子のうち、ホウ酸アルミニウム系被膜中に存在する部分は変形し、金属粒子のうち、酸化膜中に存在する部分はほとんど変形しないと考えられる。この機構により、ホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との界面への応力集中を緩和することができると考えられる。
【００３２】
さらに言えば、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に金属粒子が嵌入することにより、界面構造が複雑になり、その結果、ホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜とが剥離しにくくなると考えられる。
【００３３】
本発明者らは、上述の金属粒子を有する酸化膜及びホウ酸アルミニウム系被膜を形成する方法について検討した。その結果、一例として、次の方法を用いれば、一部がホウ酸アルミニウム系被膜内に含まれ、残りの部分が酸化膜内に含まれる金属粒子を有する酸化膜及びホウ酸アルミニウム系被膜を形成できることを見出した。
【００３４】
具体的には、母材鋼板である珪素鋼板上に中間層である酸化膜を形成した後、この酸化膜上に金属塩とアルミナゾルとホウ酸とを有する混合物を塗布して焼付けてホウ酸アルミニウム系被膜を形成する際に、金属塩の粒子径や雰囲気ガスを適宜調整することで、金属塩を還元し、金属粒子を形成する。この金属粒子は、酸化膜やホウ酸アルミニウム系被膜との比重の違いにより、ホウ酸アルミニウム系被膜の焼き付け時に形成される外部酸化膜中で形成され、その一部がホウ酸アルミニウム系被膜に含まれる。すなわち、金属粒子が、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に配される。
【００３５】
なお、上述の特許文献６には、中間被膜中に金属鉄の粒子を形成させる方法が記載されている（特許文献６の段落［００２９］参照）。しかしながら、特許文献６に記載される方法を用いた場合、金属鉄の粒子は、酸化膜中にのみ形成される。これは、酸化膜を形成するために塗布したシリカゾルの内部で還元反応が進行するためである。
【００３６】
以下、本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板について詳細に説明する。ただ、本発明は本実施形態に開示の構成のみに制限されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、下記する数値限定範囲には、下限値及び上限値がその範囲に含まれる。「超」または「未満」と示す数値は、その値が数値範囲に含まれない。各元素の含有量に関する「％」は、「質量％」を意味する。
【００３７】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母材鋼板（珪素鋼板）と、中間層（酸化膜）と、絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）とを備え、酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜に金属粒子が含まれる。
【００３８】
母材鋼板である珪素鋼板は、化学組成として、質量％で、Ｓｉ：０．８〜７．０％、Ｍｎ：０〜１．００％、Ｃｒ：０〜０．３０％、Ｃｕ：０〜０．４０％、Ｐ：０〜０．５０％、Ｓｎ：０〜０．３０％、Ｓｂ：０〜０．３０％、Ｎｉ：０〜１．００％、Ｂ：０〜０．００８％、Ｖ：０〜０．１５％、Ｎｂ：０〜０．２％、Ｍｏ：０〜０．１０％、Ｔｉ：０〜０．０１５％、Ｂｉ：０〜０．０１０％、Ａｌ：０〜０．００５％、Ｃ＋Ｎの合計：０〜０．００５％、及び、Ｓ＋Ｓｅの合計：０〜０．００５％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、｛１１０｝＜００１＞方位に発達した集合組織を有すればよい。
【００３９】
中間層である酸化膜は、母材鋼板の表面上に形成されており、主成分が非晶質のシリカ（酸化珪素）であり、平均厚さが２〜５００ｎｍであればよい。
【００４０】
絶縁被膜であるホウ酸アルミニウム系被膜は、酸化膜の表面上に形成されており、主成分がアルミニウム・ホウ素酸化物であり、平均厚さが０．５μｍ超８μｍ以下であればよい。
【００４１】
金属粒子は、主成分が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖからなる群から選択される少なくとも１種であればよい。また、金属粒子は、切断方向が板厚方向と平行となる切断面で見たとき、酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜に含まれ、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に存在すればよい（すなわち、一部が酸化膜内に含まれ、他の部分がホウ酸アルミニウム系被膜内に含まれればよい）。
【００４２】
上記の酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に存在する金属粒子は、上記切断面で見たとき、この界面に対して線分率０．５％以上２５％以下で存在すればよい。
【００４３】
上記ホウ酸アルミニウム系被膜の主成分であるアルミニウム・ホウ素酸化物は、結晶質または非晶質であればよく、または非晶質を主体とすればよい。
【００４４】
上記ホウ酸アルミニウム系被膜の主成分であるアルミニウム・ホウ素酸化物は、結晶質のＡｌ１８Ｂ４Ｏ３３またはＡｌ４Ｂ２Ｏ９の少なくとも１つを含んでもよい。
【００４５】
上記ホウ酸アルミニウム系被膜は、結晶質の酸化アルミニウムをさらに含有してもよい。
【００４６】
上記切断面で見たとき、酸化膜中の金属粒子の面積率は、１〜２０％であってもよい。
【００４７】
上記金属粒子の粒径の最大値は、酸化膜の平均厚さより大きくてもよい。
【００４８】
上記方向性電磁鋼板は、上記ホウ酸アルミニウム系被膜の表面上にリン酸系被膜をさらに備えてもよい。
【００４９】
上記母材鋼板は、化学組成として、質量％で、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、Ｃｒ：０．０２〜０．３０％、Ｃｕ：０．０５〜０．４０％、Ｐ：０．００５〜０．５０％、Ｓｎ：０．０２〜０．３０％、Ｓｂ：０．０１〜０．３０％、Ｎｉ：０．０１〜１．００％、Ｂ：０．０００５〜０．００８％、Ｖ：０．００２〜０．１５％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｍｏ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．００２〜０．０１５％、及び、Ｂｉ：０．００１〜０．０１０％からなる群から選択される少なくとも１種を含有してもよい。
【００５０】
以下、本実施形態に係る方向性電磁鋼板について詳述する。
【００５１】
［方向性電磁鋼板の構成］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母材鋼板（珪素鋼板）と、中間層（酸化膜）と、絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）と、金属粒子とを備える。
【００５２】
［母材鋼板］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、母材鋼板が、化学組成として、基本元素を含み、必要に応じて選択元素を含み、残部がＦｅ及び不純物からなることが好ましい。
【００５３】
本実施形態では、母材鋼板が、基本元素（主要な合金元素）としてＳｉを含有すればよい。
【００５４】
Ｓｉ：０．８％以上７．０％以下
シリコン（Ｓｉ）は、鋼の電気抵抗を高めて、渦電流損を低減する。Ｓｉはさらに、外部酸化により酸化膜を形成する。Ｓｉ含有量が０．８％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が７．０％を超えれば、鋼の冷間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．８〜７．０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は４．５％であり、より好ましくは４．０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は２．５％であり、より好ましくは３．０％である。
【００５５】
本実施形態では、母材鋼板が、不純物を含有してもよい。ここで、不純物とは、母材鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石やスクラップから、または製造環境などから混入するものを指す。本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、悪影響を与えない範囲で不純物を含むことを許容される。
【００５６】
また、本実施形態では、母材鋼板が、上記した基本元素および不純物に加えて、選択元素を含有してもよい。例えば、上記した残部であるＦｅの一部に代えて、選択元素として、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｂ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｃ、Ｎ、Ｓ、Ｓｅを含有してもよい。これらの選択元素は、その目的に応じて含有させればよい。よって、これらの選択元素の下限値を制限する必要がなく、下限値が０％でもよい。また、これらの選択元素が不純物として含有されても、上記効果は損なわれない。
【００５７】
Ｍｎ：０以上１．００％以下
マンガン（Ｍｎ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｍｎは電気抵抗を高めて、鉄損を低減する。また、Ｓ又はＳｅと結合して、インヒビターとして機能する。この場合、鉄損をより低減する。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎれば、かえって磁気特性が低下する場合がある。したがって、Ｍｎ含有量は０〜１．００％であればよい。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．３０％であり、より好ましくは０．１５％である。これらの効果を有効に得るためのＭｎ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、より好ましくは０．０６％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
【００５８】
Ｃｒ：０以上０．３０％以下
クロム（Ｃｒ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｒは電気抵抗を高めて、鉄損を低減する。Ｃｒが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｃｒ含有量が０．３０％を超えれば、脱炭が困難になることがある。したがって、Ｃｒ含有量は０〜０．３０％であればよい。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０５％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．２０％であり、より好ましくは０．１２％である。
【００５９】
Ｃｕ：０以上０．４０％以下
銅（Ｃｕ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｕは電気抵抗を高めて、鉄損を低減する。Ｃｕが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｃｕ含有量が０．４０％を超えれば、熱間圧延時に“カッパーヘゲ”なる表面疵の原因になることがある。したがって、Ｃｕ含有量は０〜０．４０％であればよい。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、より好ましくは０．１０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．３０％であり、より好ましくは０．２０％である。
【００６０】
Ｐ：０以上０．５０％以下
リン（Ｐ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｐは電気抵抗を高めて、鉄損を低減する。Ｐが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｐ含有量が０．５０％を超えれば、製造工程で、加工性が低下することがある。したがって、Ｐ含有量は０〜０．５０％であればよい。Ｐ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、より好ましくは０．０１％である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．２０％であり、より好ましくは０．１５％である。
【００６１】
Ｓｎ：０以上０．３０％以下
スズ（Ｓｎ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｓｎは鋼板の二次再結晶を安定化する。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｓｎ含有量が０．３０％を超えれば、脱炭が困難になることがある。したがって、Ｓｎ含有量は０〜０．３０％であればよい。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０５％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．１５％であり、より好ましくは０．１０％である。
【００６２】
Ｓｂ：０以上０．３０％以下
アンチモン（Ｓｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｓｂは鋼板の二次再結晶を安定化する。Ｓｂが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｓｂ含有量が０．３０％を超えれば、脱炭が困難になることがある。したがって、Ｓｂ含有量は０〜０．３０％であればよい。Ｓｂ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは０．０３％である。Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．１５％であり、より好ましくは０．１０％である。
【００６３】
Ｎｉ：０以上１．００％以下
ニッケル（Ｎｉ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｎｉは電気抵抗を高めて、鉄損を低減する。Ｎｉが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｎｉ含有量が１．００％を超えれば、鋼板の二次再結晶が不安定になることがある。したがって、Ｎｉ含有量は０〜１．００％であればよい。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは０．０２％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．２０％であり、より好ましくは０．１０％である。
【００６４】
Ｂ：０以上０．００８％以下
ボロン（Ｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＢはＮと結合して、インヒビターとして機能する。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｂ含有量が０．００８％を超えれば、かえって磁気特性が低下する場合がある。したがって、Ｂ含有量は０〜０．００８％であればよい。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、より好ましくは０．００１％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００５％であり、より好ましくは０．００３％である。
【００６５】
Ｖ：０以上０．１５％以下
バナジウム（Ｖ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＶはＣ及びＮと結合して、インヒビターとして機能する。Ｖが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｖ含有量が０．１５％を超えれば、かえって磁気特性が低下する場合がある。したがって、Ｖ含有量は０〜０．１５％であればよい。Ｖ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、より好ましくは０．０１％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．１０％であり、より好ましくは０．０５％である。
【００６６】
Ｎｂ：０以上０．２％以下
ニオブ（Ｎｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＮｂはＣ及びＮと結合して、インヒビターとして機能する。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．２％を超えれば、かえって磁気特性が低下する場合がある。したがって、Ｎｂ含有量は０〜０．２％であればよい。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、より好ましくは０．０２％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．１％であり、より好ましくは０．０８％である。
【００６７】
Ｍｏ：０以上０．１０％以下
モリブデン（Ｍｏ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｍｏは電気抵抗を高めて、鉄損を低減する。Ｍｏが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｍｏ含有量が０．１０％を超えれば、製造工程で、加工性が低下することがある。したがって、Ｍｏ含有量は０〜０．１０％であればよい。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、より好ましくは０．０１％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、より好ましくは０．０５％である。
【００６８】
Ｔｉ：０以上０．０１５％以下
チタン（Ｔｉ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＴｉはＮ及びＣと結合して、インヒビターとして機能する。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０１５％を超えれば、かえって磁気特性が低下する場合がある。したがって、Ｔｉ含有量は０〜０．０１５％であればよい。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、より好ましくは０．００４％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０１０％であり、より好ましくは０．００８％である。
【００６９】
Ｂｉ：０以上０．０１０％以下
ビスマス（Ｂｉ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｂｉは硫化物等の析出物を安定化し、インヒビターの機能を高める。Ｂｉが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ｂｉ含有量が０．０１０％を超えれば、かえって磁気特性が低下する場合がある。したがって、Ｂｉ含有量は０〜０．０１０％であればよい。Ｂｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００２％である。Ｂｉ含有量の好ましい上限は０．００８％であり、より好ましくは０．００６％である。
【００７０】
Ａｌ：０以上０．００５％以下
アルミニウム（Ａｌ）は、Ｎと結合して、インヒビターとして機能する。上記効果を有効に得るため、素材鋼片（スラブ）としての好ましいＡｌ含有量は０．０１５〜０．０５０％であり、より好ましくは０．０２５〜０．０３５％である。しかしながら、Ａｌが最終製品（電磁鋼板）に不純物として残留して、Ａｌ含有量が０．００５％を超えると、製品の磁気特性が低下することがある。そのため、仕上げ焼鈍によって鋼を純化して、Ａｌ含有量を低減することが好ましい。
【００７１】
本実施形態では、母材鋼板のＡｌ含有量が、０〜０．００５％であればよい。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．００３％である。Ａｌ含有量は、不純物であり、なるべく低いほうが好ましい。ただし、Ａｌ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、より好ましくは０．００１％である。なお、本実施形態でのＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ、つまり「ｓｏｌ．Ａｌ」の含有量を意味する。
【００７２】
Ｃ＋Ｎの合計：０以上０．００５％以下
炭素（Ｃ）は、一次再結晶集合組織を調整して、鋼板の磁気特性を高める。上記効果を有効に得るため、素材鋼片としての好ましいＣ含有量は０．０２〜０．０８５％であり、より好ましくは０．０５〜０．０６５％である。しかしながら、Ｃが最終製品に不純物として残留すれば、製品の磁気特性が低下することがある。そのため、脱炭焼鈍や仕上げ焼鈍によって、鋼板を純化して、Ｃ含有量を低減することが好ましい。
【００７３】
窒素（Ｎ）は、Ａｌ及びＢと結合して、インヒビターとして機能する。上記効果を有効に得るため、素材鋼片としての好ましいＮ含有量は０．００４〜０．０１５％であり、より好ましくは０．００６〜０．０１３％である。しかしながら、Ｎが最終製品に不純物として残留すれば、製品の磁気特性が低下することがある。そのため、仕上げ焼鈍によって、鋼板を純化して、Ｎ含有量を低減することが好ましい。
【００７４】
本実施形態では、母材鋼板のＣ＋Ｎの合計含有量が、０〜０．００５％であればよい。Ｃ及びＮ含有量の合計の好ましい上限は０．００４％であり、より好ましくは０．００３％である。Ｃ及びＮ含有量の合計は、不純物であり、なるべく低いほうが好ましい。ただし、Ｃ及びＮ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、Ｃ及びＮ含有量の合計の好ましい下限は０．０００５％であり、より好ましくは０．００１％である。
【００７５】
Ｓ＋Ｓｅの合計：０以上０．００５％以下
硫黄（Ｓ）、及び、セレン（Ｓｅ）は、Ｍｎ等と結合して、インヒビターとして機能する。上記効果を有効に得るため、素材鋼片としての好ましいＳ及びＳｅ含有量の合計は０．００３〜０．０５０％であり、より好ましくは０．００５〜０．０３０％である。しかしながら、Ｓ及びＳｅが最終製品に不純物として残留すれば、製品の磁気特性が低下することがある。そのため、仕上げ焼鈍によって、鋼板を純化して、Ｓ及びＳｅの合計含有量を低減することが好ましい。
【００７６】
本実施形態では、母材鋼板のＳ＋Ｓｅの合計含有量が、０〜０．００５％であればよい。Ｓ及びＳｅ含有量の合計の好ましい上限は０．００４％であり、より好ましくは０．００３％である。Ｓ及びＳｅ含有量の合計は、不純物であり、なるべく低いほうが好ましい。ただし、Ｓ及びＳｅ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、Ｓ及びＳｅ含有量の合計の好ましい下限は０．０００５％であり、より好ましくは０．００１％である。
【００７７】
上記した母材鋼板の化学組成は、一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、鋼成分は、ＩＣＰ−ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定すればよい。なお、ＣおよびＳは燃焼−赤外線吸収法を用い、Ｎは不活性ガス融解−熱伝導度法を用い、Ｏは不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法を用いて測定すればよい。
【００７８】
また、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母材鋼板は、｛１１０｝＜００１＞方位に発達した集合組織を有することが好ましい。｛１１０｝＜００１＞方位とは、鋼板面に平行に｛１１０｝面が揃い、かつ圧延方向に〈１００〉軸が揃った結晶方位（ゴス方位）を意味する。母材鋼板がゴス方位に制御されることで、磁気特性が好ましく向上する。
【００７９】
上記した珪素鋼板の集合組織は、一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、Ｘ線回折法（ラウエ法）により測定すればよい。ラウエ法とは、鋼板にＸ線ビームを垂直に照射して、透過または反射した回折斑点を解析する方法である。回折斑点を解析することによって、Ｘ線ビームを照射した場所の結晶方位を同定することができる。照射位置を変えて複数箇所で回折斑点の解析を行えば、各照射位置の結晶方位分布を測定することができる。ラウエ法は、粗大な結晶粒を有する金属組織の結晶方位を測定するのに適した手法である。
【００８０】
［酸化膜］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母材鋼板（珪素鋼板）上に接して配された中間層である酸化膜を備える。
【００８１】
この酸化膜は、仕上げ焼鈍時に一次被膜の生成が抑制された又は仕上げ焼鈍後に一次被膜が除去された母材鋼板を、所定の酸化度に調整された雰囲気ガス中で熱処理することにより形成される。本実施形態では、酸化膜が、外部酸化によって形成された外部酸化膜であることが好ましい。
【００８２】
ここで、外部酸化とは、低酸化度雰囲気ガス中で生じる酸化であり、外部酸化では、鋼板中の合金元素（Ｓｉ）が鋼板表面まで拡散した後に、鋼板表面で膜状に酸化領域が形成される。それに対して、内部酸化とは、比較的高い酸化度雰囲気ガス中で生じる酸化のことであり、内部酸化では、鋼板中の合金元素が殆ど表面に拡散することなく、雰囲気の酸素が鋼板内部に拡散した後に、鋼板内部で島状に分散して酸化物が形成される。
【００８３】
この酸化膜は、主成分として酸化珪素（シリカ）を含む。酸化膜は、酸化珪素以外に、母材鋼板に含まれる合金元素の酸化物を含む場合もある。すなわち、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ａｌの何れかの酸化物、またはこれらの複合酸化物を含む場合がある。また、効果を損なわない範囲で不純物を含んでもよい。
【００８４】
酸化膜の結晶構造は、特に制限されない。ただ、酸化膜は、母相である酸化珪素が非晶質であることが好ましい。酸化膜の母相が非晶質であると、母材鋼板とホウ酸アルミニウム系被膜との密着性を好ましく向上できる。
【００８５】
酸化膜の平均厚さは２ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。酸化膜の平均厚さが２ｎｍ未満であれば、酸化膜の厚みが不均一になる。そのため、母材鋼板上に直接ホウ酸アルミニウム系被膜が形成され、ホウ酸アルミニウム系被膜の密着性が低下することがある。一方、酸化膜の平均厚さが５００ｎｍを超えれば、酸化膜の厚みが不均一となる。そのため、酸化膜の内部に応力が発生し、クラックが発生しやすくなる場合がある。したがって、酸化膜の平均厚さは２〜５００ｎｍとする。酸化膜の平均厚さの好ましい下限は５ｎｍであり、より好ましくは１０ｎｍである。酸化膜の平均厚さの好ましい上限は３００ｎｍであり、より好ましくは１００ｎｍであり、より好ましくは７０ｎｍであり、より好ましくは５０ｎｍである。
【００８６】
［絶縁被膜］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、中間層（酸化膜）上に接して配された絶縁被膜であるホウ酸アルミニウム系被膜を備える。
【００８７】
このホウ酸アルミニウム系被膜は、仕上げ焼鈍時に一次被膜の生成が抑制された又は仕上げ焼鈍後に一次被膜が除去された母材鋼板に、酸化膜を形成した後、コーティング液を塗布し、熱処理することにより形成される。このように形成されたホウ酸アルミニウム系被膜は、主成分としてアルミニウム・ホウ素酸化物を含み、必要に応じて酸化アルミニウムまたは酸化ホウ素を含む。また、効果を損なわない範囲で不純物を含んでもよい。
【００８８】
ホウ酸アルミニウム系被膜に含まれるアルミニウム・ホウ素酸化物は、ヤング率が大きいと考えられ、そのため、ホウ酸アルミニウム系被膜として、珪素鋼板に大きな張力を付与できると考えられる。
【００８９】
ホウ酸アルミニウム系被膜に含まれるアルミニウム・ホウ素酸化物の結晶構造は、特に制限されない。アルミニウム・ホウ素酸化物は非晶質または結晶質であればよい。本実施形態では、アルミニウム・ホウ素酸化物が主に非晶質である。ただ、ホウ酸アルミニウム系被膜は、アルミニウム・ホウ素酸化物として、結晶質であるＡｌ１８Ｂ４Ｏ３３またはＡｌ４Ｂ２Ｏ９の少なくとも１つを含んでもよい。アルミニウム・ホウ素酸化物として結晶質であるＡｌ１８Ｂ４Ｏ３３またはＡｌ４Ｂ２Ｏ９の少なくとも１つが含まれると、ホウ酸アルミニウム系被膜として母材鋼板に好ましく張力を付与できる。
【００９０】
また、ホウ酸アルミニウム系被膜は、上記したアルミニウム・ホウ素酸化物のほかに、結晶質である酸化アルミニウムさらに含有してもよい。酸化アルミニウムは、ヤング率が大きいので、ホウ酸アルミニウム系被膜として母材鋼板に好ましく張力を付与できる。ホウ酸アルミニウム系被膜中に、酸化アルミニウムが、面積率で、０．０１％以上１％以下含まれてもよい。
【００９１】
また、ホウ酸アルミニウム系被膜は、上記したアルミニウム・ホウ素酸化物および酸化アルミニウムのほかに、結晶質である酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）をさらに含有してもよい。酸化ホウ素は、母材鋼板との熱膨張係数差が大きいので、ホウ酸アルミニウム系被膜として母材鋼板に好ましく張力を付与できる。また、酸化ホウ素は、被膜の焼き付け時に酸化アルミニウムの焼成温度を低下させて焼成を容易にし、更に、被膜密着性を高める働きがある。しかしながら、酸化ホウ素が単独で過剰に存在すると耐水性などを劣化させることがある。例えば、ホウ酸アルミニウム系被膜中に含まれる酸化ホウ素は、面積率で、２０％以下であればよく、５％以下であればよい。
【００９２】
ホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さは０．５μｍ超８μｍ以下である。ホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さが０．５μｍ以下であれば、ホウ酸アルミニウム系被膜は母材鋼板に十分な張力を付与できない。一方、ホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さの上限は特に制限されないが、ホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さが８μｍを超えれば、張力付与による鉄損を低減する効果が飽和し、加えて、鉄心の占積率が低下する。したがって、ホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さは０．５μｍ超〜８μｍとする。ホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さの好ましい下限は１μｍであり、より好ましくは２μｍである。ホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さの好ましい上限は６μｍであり、より好ましくは４μｍである。
【００９３】
［金属粒子］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、中間層である酸化膜および絶縁被膜であるホウ酸アルミニウム系被膜に金属粒子が含まれる。
【００９４】
この金属粒子は、ホウ酸アルミニウム系被膜を形成するための焼き付け時、コーティング液に含まれる金属塩が還元することで形成される。また、ホウ酸アルミニウム系被膜を形成するための焼き付け時、母材鋼板がさらに外部酸化することで酸化膜の厚さが厚くなるが、この際、金属粒子は、酸化膜やホウ酸アルミニウム系被膜との比重の違いにより、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜とに含まれるように形成される。すなわち、切断方向が板厚方向と平行となる切断面で見たとき、金属粒子の一部が、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に配されるように形成されると考えられる。
【００９５】
金属粒子は、主成分が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖからなる群から選択される少なくとも１種である。また、効果を損なわない範囲で不純物を含んでもよい。
【００９６】
この金属粒子の平均粒径は、円相当径で１〜１０００ｎｍであることが好ましい。なお、金属粒子の「平均粒径」とは、上記切断面で見たとき、金属粒子の円相当径の平均値を意味する。なお、「円相当径」とは、金属粒子の面積を、同じ面積を有する円に換算した場合の円の直径を意味する。
【００９７】
金属粒子の平均粒径が１ｎｍ未満の場合、金属粒子がホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との両者に含まれる可能性が低くなる。また、平均粒径が１ｎｍ未満の場合、金属粒子のうちのホウ酸アルミニウム系被膜中に含まれる部分での変形が生じにくい。そのため、金属粒子の存在による応力の緩和効果が十分に得られないことがある。金属粒子の円相当径のより好ましい下限は５ｎｍであり、さらに好ましくは１０ｎｍである。
【００９８】
一方、金属粒子の平均粒径が大きくなると、金属粒子がホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との両者に含まれる可能性が高くなる。また、平均粒径が大きくなると、金属粒子のうちのホウ酸アルミニウム系被膜中に含まれる部分で変形が生じやすい。そのため、金属粒子による応力の緩和効果が大きくなる。しかしながら、平均粒径が１０００ｎｍを超えると、金属粒子が酸化膜を分断して、ホウ酸アルミニウム系被膜の密着性が低下することがある。また、平均粒径が１０００ｎｍを超えると、金属粒子が酸化膜内で応力集中の起点になる場合がある。金属粒子の円相当径のより好ましい上限は５００ｎｍであり、さらに好ましくは２００ｎｍである。
【００９９】
本実施形態では、金属粒子の粒径の最大値が、酸化膜の平均厚さより大きいことが好ましい。具体的には、後述する方法で得られた金属粒子の円相当径の最大値が、後述する方法で得られた酸化膜の平均厚さより大きいことが好ましい。この場合、金属粒子は、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に配置されやすい。その結果、この金属粒子が応力の集中を緩和するので、ホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との密着性が好ましく高まる。
【０１００】
図１は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の断面模式図である。この図１は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の断面を透過電子顕微鏡で観察したときの被膜構成の模式図である。図１に示すように、方向性電磁鋼板１は、母材鋼板（珪素鋼板）１０と、中間層（酸化膜）１１と、絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）１２と、金属粒子１３とを有する。酸化膜１１は、母材鋼板１０の表面上に形成されており、ホウ酸アルミニウム系被膜１２は、酸化膜１１の表面上に形成されている。また、金属粒子１３のうちのいくつかの粒子は、酸化膜１１とホウ酸アルミニウム系被膜１２との界面１４に存在している。
【０１０１】
図１に示すように、金属粒子１３は、一部がホウ酸アルミニウム系被膜１２内に含まれ、残りの部分が酸化膜１１内に含まれてもよく、全てが酸化膜１１内に含まれてもよい。しかしながら、金属粒子１３のうちの少なくとも１つの粒子は、酸化膜１１とホウ酸アルミニウム系被膜１２との界面１４に存在する（すなわち、一部がホウ酸アルミニウム系被膜１２内に含まれ、残りの部分が酸化膜１１内に含まれる）。
【０１０２】
金属粒子がホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との界面に存在することで、変形時にこの界面へ応力が集中することを好ましく緩和できる。そのため、ホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との界面に存在する金属粒子の存在割合を制御することが好ましい。具体的には、上記切断面で見たとき、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に対して、金属粒子が線分率０．５％以上２５％以下で存在することが好ましい。
【０１０３】
上記した「酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に対する金属粒子の線分率」とは、例えば、図１に示す界面１４を基準として、この界面１４上に存在する金属粒子１３の割合と定義する。具体的には、「金属粒子の線分率」は、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面上に存在する金属粒子の線分の合計値を、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面の線分で割った値の百分率と定義する。この線分率の測定方法は詳しく後述する。
【０１０４】
上記の線分率が０．５％以上であると、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に存在する金属粒子の割合が高まって、変形の際にこの界面へ応力が集中することを好ましく緩和できる。この線分率のより好ましい下限は１．５％であり、さらに好ましくは３．５％である。一方、上記の線分率が２５％以下であると、変形の際に金属粒子が応力集中の起点になることが抑制されて、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との密着性を好ましく確保できる。この線分率のより好ましい上限は２０％であり、さらに好ましくは１５％である。
【０１０５】
また、上記切断面で見たとき、酸化膜中に含まれる金属粒子の面積率は、１〜２０％であることが好ましい。酸化膜中の金属粒子の面積率が１％未満であれば、ホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との界面で応力を緩和する効果が小さくなり、ホウ酸アルミニウム系被膜の密着性を高める効果が小さくなる場合がある。一方、酸化膜中の金属粒子の面積率が２０％を超えれば、金属粒子が酸化膜を分断して、ホウ酸アルミニウム系被膜の密着性が低下することがある。したがって、酸化膜中の金属粒子の面積率は１〜２０％であるのが好ましい。酸化膜中の金属粒子の面積率のより好ましい上限は１５％であり、さらに好ましくは１０％である。酸化膜中の金属粒子の面積率のより好ましい下限は２％であり、さらに好ましくは４％である。
【０１０６】
上述のように、金属粒子の一部が酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に存在する（すなわち、一部がホウ酸アルミニウム系被膜内に含まれ、残りの部分が酸化膜内に含まれる）ことで、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面への応力集中を緩和できる。そのため、本実施形態に係る電磁鋼板を変形させても、ホウ酸アルミニウム系被膜の割れや剥離を好ましく抑制することができる。なお、金属粒子が酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に偏在する理由について、本発明者らは、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜と金属粒子との比重の違いによって、金属粒子が、酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜のうちで母材鋼板側に多く形成されるためであると考えている。
【０１０７】
［リン酸系被膜］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、絶縁被膜としてホウ酸アルミニウム系被膜上に接して配されたリン酸系被膜をさらに有してもよい。
【０１０８】
このリン酸系被膜は、リン珪素複合酸化物（リンおよび珪素を含む複合酸化物）を含む。リン酸系被膜は、コロイダルシリカの混合物と、金属リン酸塩のようなリン酸塩と、水とを含むリン酸系被膜形成用組成物を、ホウ酸アルミニウム系被膜上に塗布して焼き付けることにより形成される。リン酸系被膜形成用組成物は、無水換算で、２５〜７５質量％のリン酸塩と、７５〜２５質量％のコロイダルシリカと、を含めばよい。リン酸塩は、リン酸のアルミニウム塩、マグネシウム塩、ニッケル塩、マンガン塩などであればよい。リン酸系被膜を形成することで、方向性電磁鋼板に更なる張力を付与して鉄損を好ましく低減させることができる。
【０１０９】
リン酸系被膜の平均厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。リン酸系被膜の平均厚さの上限は、５μｍであることが好ましく、３μｍであることがより好ましい。リン酸系被膜の平均厚さの下限は、０．５μｍであることが好ましく、１μｍであることがより好ましい。
【０１１０】
上記した本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、次のように観察し、測定する。
【０１１１】
各層を形成した方向性電磁鋼板から試験片を切り出し、試験片の層構造を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）又は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察する。例えば、厚さが３００ｎｍ以上の層はＳＥＭで観察し、厚さが３００ｎｍ未満の層はＴＥＭで観察すればよい。
【０１１２】
具体的には、まず初めに、切断方向が板厚方向と平行となるように試験片を切り出し（詳細には、切断面が板厚方向と平行かつ圧延方向と垂直となるように試験片を切り出し）、この切断面の断面構造を、観察視野中に各層が入る倍率にてＳＥＭで観察する。例えば、反射電子組成像（ＣＯＭＰＯ像）で観察すれば、断面構造が何層から構成されているかを類推できる。例えば、ＣＯＭＰＯ像において、母材鋼板は淡色、金属粒子は淡色、酸化膜は濃色、ホウ酸アルミニウム系被膜およびリン酸系被膜は中間色として判別できる。
【０１１３】
断面構造中の各層を特定するために、ＳＥＭ−ＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、板厚方向に沿って線分析を行い、各層の化学組成の定量分析を行う。定量分析する元素は、Ｆｅ、Ｐ、Ｓｉ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌの６元素とする。使用する装置は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、ＳＥＭ（日立ハイテクノロジーズ社製のＮＢ５０００）、ＥＤＳ（ブルカーエイエックスエス社製のＸＦｌａｓｈ（ｒ）６│３０）、ＥＤＳ解析ソフトウエア（ブルカーエイエックスエス社製のＥＳＰＲＩＴ１．９）を用いればよい。
【０１１４】
上記したＣＯＭＰＯ像での観察結果およびＳＥＭ−ＥＤＳの定量分析結果から、板厚方向で最も深い位置の存在している層状の領域であり、且つ測定ノイズを除いてＦｅ含有量が８０原子％以上およびＯ含有量が３０原子％未満となる領域であり、且つこの領域に対応する線分析の走査線上の線分（厚さ）が３００ｎｍ以上であるならば、この領域を母材鋼板であると判断し、この母材鋼板を除く領域を、酸化膜、ホウ酸アルミニウム系被膜、リン酸系被膜、および金属粒子であると判断する。
【０１１５】
上記で特定した母材鋼板を除く領域に関して、ＣＯＭＰＯ像での観察結果およびＳＥＭ−ＥＤＳの定量分析結果から、測定ノイズを除いて、Ｆｅ含有量が８０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％以上、Ｏ含有量が３０原子％以上となる領域であり、且つこの領域に対応する線分析の走査線上の線分（厚さ）が３００ｎｍ以上であるならば、この領域をリン酸系被膜であると判断する。なお、リン酸系被膜を特定するための判断元素である上記３つの元素以外に、リン酸系被膜には、リン酸塩に由来するアルミニウム、マグネシウム、ニッケル、マンガンなどが含まれてもよい。また、コロイダルシリカに由来するシリコンなどが含まれてもよい。また、本実施形態では、リン酸系被膜が存在しない場合もある。
【０１１６】
上記で特定した母材鋼板およびリン酸系被膜を除く領域に関して、ＣＯＭＰＯ像での観察結果およびＳＥＭ−ＥＤＳの定量分析結果から、測定ノイズを除いて、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％未満、Ｏ含有量が２０原子％以上、Ａｌ含有量が１０原子％以上となる領域であり、且つこの領域に対応する線分析の走査線上の線分（厚さ）が３００ｎｍ以上であるならば、この領域をホウ酸アルミニウム系被膜であると判断する。なお、ホウ酸アルミニウム系被膜を特定するための判断元素である上記５つの元素以外に、ホウ酸アルミニウム系被膜にはホウ素が含まれる。ただ、ホウ素は、炭素などの影響を受けてＥＤＳ定量分析で含有量を精度よく分析することが難しい場合がある。そのため、必要に応じて、ホウ酸アルミニウム系被膜にホウ素が含まれるか否かをＥＤＳ定性分析すればよい。
【０１１７】
上記のホウ酸アルミニウム系被膜またはリン酸系被膜である領域を判断する際には、各被膜中に含まれる析出物、介在物、および空孔などを判断の対象に入れず、母相として上記の定量分析結果を満足する領域をホウ酸アルミニウム系被膜またはリン酸系被膜であると判断する。例えば、線分析の走査線上に析出物、介在物、および空孔などが存在することがＣＯＭＰＯ像や線分析結果から確認されれば、この領域を対象に入れないで母相としての定量分析結果によって判断する。なお、析出物、介在物、および空孔は、ＣＯＭＰＯ像ではコントラストによって母相と区別でき、定量分析結果では構成元素の存在量によって母相と区別できる。なお、ホウ酸アルミニウム系被膜またはリン酸系被膜を特定する際には、線分析の走査線上に析出物、介在物、および空孔が含まれない位置にて特定することが好ましい。
【０１１８】
上記で特定した母材鋼板、ホウ酸アルミニウム系被膜、およびリン酸系被膜を除く領域であり、且つこの領域に対応する線分析の走査線上の線分（厚さ）が３００ｎｍ以上であるならば、この領域を酸化膜であると判断する。この酸化膜は、全体の平均として、Ｆｅ含有量が平均で８０原子％未満、Ｐ含有量が平均で５原子％未満、Ｓｉ含有量が平均で２０原子％以上、Ｏ含有量が平均で３０原子％以上を満足すればよい。また、本実施形態では、酸化膜がフォルステライト被膜ではなく酸化珪素を主体とする酸化膜であるので、酸化膜では、Ｍｇ含有量が平均で２０原子％未満を満足すればよい。なお、酸化膜の定量分析結果は、酸化膜に含まれる析出物、介在物、および空孔などの分析結果を含まない、母相としての定量分析結果である。なお、酸化膜を特定する際には、線分析の走査線上に析出物、介在物、および空孔が含まれない位置にて特定することが好ましい。
【０１１９】
上記のＣＯＭＰＯ像観察およびＳＥＭ−ＥＤＳ定量分析による各層の特定および厚さの測定を、観察視野を変えて５カ所以上で実施する。計５カ所以上で求めた各層の厚さについて、最大値および最小値を除いた値から平均値を求めて、この平均値を各層の平均厚さとする。
【０１２０】
なお、上記した５カ所以上の観察視野の少なくとも１つに、線分析の走査線上の線分（厚さ）が３００ｎｍ未満となる層が存在するならば、該当する層をＴＥＭにて詳細に観察し、ＴＥＭによって該当する層の特定および厚さの測定を行う。
【０１２１】
ＴＥＭを用いて詳細に観察すべき層を含む試験片を、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）加工によって、切断方向が板厚方向と平行となるように切り出し（詳細には、切断面が板厚方向と平行かつ圧延方向と垂直となるように試験片を切り出し）、この切断面の断面構造を、観察視野中に該当する層が入る倍率にてＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ−ＴＥＭ）で観察（明視野像）する。観察視野中に各層が入らない場合には、連続した複数視野にて断面構造を観察する。
【０１２２】
断面構造中の各層を特定するために、ＴＥＭ−ＥＤＳを用いて、板厚方向に沿って線分析を行い、各層の化学組成の定量分析を行う。定量分析する元素は、Ｆｅ、Ｐ、Ｓｉ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌの６元素とする。使用する装置は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、ＴＥＭ（日本電子社製のＪＥＭ−２１００Ｆ）、ＥＤＳ（日本電子社製のＪＥＤ−２３００Ｔ）、ＥＤＳ解析ソフトウエア（日本電子社製のＡｎａｌｙｓｉｓＳｔａｔｉｏｎ）を用いればよい。
【０１２３】
上記したＴＥＭでの明視野像観察結果およびＴＥＭ−ＥＤＳの定量分析結果から、各層を特定して、各層の厚さの測定を行う。ＴＥＭを用いた各層の特定方法および各層の厚さの測定方法は、上記したＳＥＭを用いた方法に準じて行えばよい。
【０１２４】
なお、ＴＥＭで特定した各層の厚さが５ｎｍ以下であるときは、空間分解能の観点から球面収差補正機能を有するＴＥＭを用いることが好ましい。また、各層の厚さが５ｎｍ以下であるときは、板厚方向に沿って例えば２ｎｍ以下の間隔で点分析を行い、各層の線分（厚さ）を測定し、この線分を各層の厚さとして採用してもよい。例えば、球面収差補正機能を有するＴＥＭを用いれば、０．２ｎｍ程度の空間分解能でＥＤＳ分析が可能である。
【０１２５】
上記した各層の特定方法では、まず全領域中で母材鋼板を特定し、次にその残部中でのリン酸系被膜を特定し、さらにその残部中でのホウ酸アルミニウム系被膜を特定し、最後にその残部を酸化膜と判断するので、本実施形態の構成を満たす方向性電磁鋼板の場合には、全領域中に上記各層以外の未特定層が存在しない。
【０１２６】
なお、上記方法で特定したホウ酸アルミニウム系被膜の化学分析の定量分析結果が、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％未満、Ｏ含有量が２０原子％以上、Ａｌ含有量が１０原子％以上であり、且つ定性分析でホウ素が検出されれば、ホウ酸アルミニウム系被膜がアルミニウム・ホウ素酸化物を主体として含むと判断する。
【０１２７】
同様に、上記方法で特定した酸化膜の化学分析の定量分析結果が、Ｆｅ含有量が平均で８０原子％未満、Ｐ含有量が平均で５原子％未満、Ｓｉ含有量が平均で２０原子％以上、Ｏ含有量が平均で３０原子％以上であり、且つＭｇ含有量が平均で２０原子％未満ならば、酸化膜が酸化珪素を主体として含むと判断する。
【０１２８】
同様に、上記方法で特定したリン酸系被膜の化学分析の定量分析結果が、Ｆｅ含有量が８０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％以上、Ｏ含有量が３０原子％以上ならば、リン酸系被膜が、リン珪素複合酸化物を主体として含むと判断する。
【０１２９】
次に、酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜に含まれる金属粒子の特定方法を説明する。例えば、短径が３００ｎｍ以上の金属粒子はＳＥＭで観察し、短径が３００ｎｍ未満の金属粒子はＴＥＭで観察すればよい。
【０１３０】
具体的には、観察視野内で酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜の領域を特定し、この特定した酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜の領域内に観察される析出物や介在物のＥＤＳ点分析を行い、これら析出物や介在物が金属粒子であるかどうかを特定すればよい。
【０１３１】
なお、観察視野内で酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜の領域を特定するには、まず初めに、１つの観察視野内の複数箇所で板厚方向に沿う線分析を行う。この線分析は、線分析の走査線上に析出物、介在物、および空孔が含まれない位置にて行うことが好ましい。それぞれの線分析の走査線上にて、母材鋼板と酸化膜との境界（境界１とする）と、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との境界（境界２とする）と、ホウ酸アルミニウム系被膜の表面側端部（表面側端部１とする）とをそれぞれ特定する。
【０１３２】
１つの観察視野内の複数箇所で上記の線分析を行えば、１つの観察視野内で、境界１、境界２、および表面側端部１が、それぞれ点線を形成する。例えば、１つの観察視野内で、境界１に関して、隣り合う境界１同士を直線で結べば、この観察視野内で、母材鋼板と酸化膜との界面（界面１とする）を特定できる。同様に、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面（界面２とする）、およびホウ酸アルミニウム系被膜の表面（表面１とする）も特定できる。すなわち、この観察視野内で、酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜の領域を２次元的に特定できる。１つの観察視野内で行う線分析の回数を十分に大きくすれば、例えば１つの観察視野内で行う線分析を３０カ所以上とすれば、観察視野内に存在する酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜の領域を十分に正確に特定できる。
【０１３３】
上記で特定した酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜の領域内に含まれる析出物や介在物を点分析する。この点分析の定量結果が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、またはＶの含有量が８０原子％以上であれば、この析出物や介在物が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖからなる群から選択される少なくとも１種の金属粒子であると判断し、且つ酸化膜またはホウ酸アルミニウム系被膜に金属粒子が含まれると判断する。
【０１３４】
上記で特定した酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜の領域内に含まれる金属粒子に関して、組織観察（ＣＯＭＰＯ像または明視野像）およびＥＤＳ定量分析の結果から、観察視野上での各金属粒子の領域（面積）を特定する。この特定した金属粒子の面積から、各金属粒子の円相当径を求める。観察視野を変えて５視野以上で上記の測定を行い、この複数視野で求めた各金属粒子の円相当径から平均値を求めて、この平均値を金属粒子の平均粒径とする。また、この複数視野で求めた各金属粒子の円相当径のうちの最大値を、金属粒子の粒径の最大値とする。
【０１３５】
次に、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に存在する金属粒子の線分率の測定方法を説明する。上記したように、界面２は、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との推定界面である。上記したように、この推定界面は、１つの観察視野内で行う線分析の回数を十分に大きくして求めることが好ましく、例えば１つの観察視野内で行う線分析を３０カ所以上にして求めることが好ましい。この推定界面に沿って、ＥＤＳ定量分析を行う。この推定界面が直線ならばＥＤＳ線分析を行えばよく、この推定界面が曲線ならば推定界面に沿って等間隔にＥＤＳ点分析を行えばよく、線分析と点分析と組み合わせて定量分析を行ってもよい。ＥＤＳ点分析を行う際には、点分析の間隔を十分に小さく設定することが好ましい。例えば、推定界面上に金属粒子が存在するとき、１つの金属粒子内での分析点が少なくとも２点以上となるように、点分析の間隔を設定することが好ましい。
【０１３６】
上記の推定界面に沿った定量分析結果から、推定界面上で、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、またはＶの含有量が８０原子％以上となる金属粒子の領域を特定し、推定界面上でのそれぞれの金属粒子の線分、及びそれら線分の合計値を求める。この求めた線分合計値を、推定界面の線分（全長）で割った値の百分率を、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に存在する金属粒子の線分率とする。この金属粒子の線分率は、少なくとも推定界面の総長さが５μｍ以上となる領域から求める。
【０１３７】
次に、上記で特定した酸化膜の領域内で、具体的には、上記で特定した界面１および界面２の２つの界面で囲まれる領域内で、正方格子上の測定点を設定し、これらの測定点でＥＤＳ点分析を行う。ＥＤＳ点分析を行う際には、例えば、上記した正方格子の間隔は、酸化膜の平均厚さの１／１０以下に設定することが好ましい。
【０１３８】
上記した正方格子上の各測定点での定量分析結果から、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、またはＶの含有量が８０原子％以上となる測定点の数を求める。この求めた測定点数を、正方格子上の測定点の総数で割った値の百分率を、酸化膜中に含まれる金属粒子の面積率とする。この金属粒子の面積率は、少なくとも正方格子上の測定点の総数が一万点以上から求めればよい。
【０１３９】
ホウ酸アルミニウム系被膜に、結晶質である、酸化アルミニウム、Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３、Ａｌ４Ｂ２Ｏ９、酸化ホウ素などが含まれるか否かは、以下の方法によって特定する。方向性電磁鋼板から試料を切り出し、板面と平行な面が測定面となるように、必要に応じて研磨してホウ酸アルミニウム系被膜を露出させ、Ｘ線回折測定を行う。例えば、ＣｏＫα線（Ｋα１）を入射Ｘ線として使用してＸ線回折を行えばよい。Ｘ線回折パターンから、酸化アルミニウム、Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３、Ａｌ４Ｂ２Ｏ９、酸化ホウ素などが存在するか否かを同定する。この同定は、ＩＣＤＤ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｒｅ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔａ）のＰＤＦ（Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｆｉｌｅ）を用いて行えばよい。酸化アルミニウムの同定は、ＰＤＦ：Ｎｏ．００−０４７−１７７０、または００−０５６−１１８６に基づいて行えばよい。Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３の同定は、ＰＤＦ：Ｎｏ．００−０２９−０００９、００−０５３−１２３３、または００−０３２−０００３に基づいて行えばよい。Ａｌ４Ｂ２Ｏ９の同定は、ＰＤＦ：Ｎｏ．００−０２９−００１０に基づいて行えばよい。酸化ホウ素の同定は、ＰＤＦ：Ｎｏ．００−０４４−１０８５、００−０２４−０１６０、または００−００６−０６３４に基づいて行えばよい。
【０１４０】
次に、本実施形態に係る方向性電磁鋼板を製造する方法を説明する。
【０１４１】
なお、本実施形態に係る方向性電磁鋼板を製造する方法は、下記の方法に限定されない。下記の製造方法は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板を製造するための１つの例である。
【０１４２】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、仕上げ焼鈍時にフォルステライト被膜（一次被膜）の生成が抑制された又は仕上げ焼鈍後にフォルステライト被膜が除去された珪素鋼板（母材鋼板）に対して、酸化膜（中間層）を形成し、その後にホウ酸アルミニウム系被膜（絶縁被膜）を形成することによって製造すればよい。
【０１４３】
具体的には、本実施形態に係る方向性電磁鋼板を製造する方法は、
｛１１０｝＜００１＞方位に発達した集合組織を有し、且つフォルステライト被膜の生成が抑制された又はフォルステライト被膜が除去された珪素鋼板を出発材料とし、
この珪素鋼板に、酸化膜を形成する酸化焼鈍工程と、
酸化膜が形成された珪素鋼板に、ホウ酸アルミニウム系被膜を形成する被膜形成工程（金属粒子含有被膜形成工程）と、を備え、
酸化焼鈍工程では、
珪素鋼板を、水素を含有し且つ酸化度ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２が０．００００８以上０．０１２以下に調整された雰囲気ガス中で、６００℃以上１１５０℃以下の温度範囲で、１０秒以上１００秒以下の均熱を行い、
被膜形成工程では、
酸化膜が形成された珪素鋼板に、アルミナゾルと、ホウ酸と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖからなる群から選択される少なくとも１種であり且つ平均一次粒径が１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の金属塩とを含むコーティング液を塗布し、
コーティング液が塗布された珪素鋼板を乾燥してゲルを形成し、
ゲルが形成された珪素鋼板を、水素及び窒素を含有し且つ酸化度ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２が０．０００２以上０．０４以下に調整された雰囲気ガス中で、７５０℃以上１３５０℃以下の温度範囲で、１０秒以上１００秒以下の均熱を行い、
上記の温度範囲で均熱された珪素鋼板を、水素を含有し且つ酸化度ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２が０．０００２以上０．０４以下の範囲内で上記した均熱時の酸化度よりも低い酸化度に変更された雰囲気ガス中で、６００℃以下まで冷却すればよい。
【０１４４】
酸化焼鈍工程に供する母材鋼板の製造方法は、特に限定されない。方向性電磁鋼板を製造する通常の条件を適用して、｛１１０｝＜００１＞方位に発達した集合組織を有する母材鋼板を製造すればよい。また、一次被膜の生成が抑制された母材鋼板を製造するには、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする焼鈍分離剤を用いて仕上げ焼鈍を行って母材鋼板を製造すればよい。また、一次被膜が除去された母材鋼板を製造するには、例えば、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分とする焼鈍分離剤を用いて仕上げ焼鈍を行い、仕上げ焼鈍後に一次被膜を機械的または化学的に除去して母材鋼板を製造すればよい。なお、一次被膜の生成が抑制された母材鋼板、または一次被膜が除去された母材鋼板の何れの場合も、酸化焼鈍工程前に母材鋼板の表面を鏡面化仕上げしてもよい。
【０１４５】
［酸化焼鈍工程］
酸化焼鈍工程（金属粒子含有被膜形成前焼鈍工程）では、集合組織が制御され且つ一次被膜を有さない母材鋼板に対して焼鈍を施し、母材鋼板上に接して配された酸化膜を形成する。
【０１４６】
酸化焼鈍工程では、母材鋼板に対して、６００〜１１５０℃の温度範囲で、水素を含有し且つ酸化度が０．００００８〜０．０１２に調整された雰囲気ガス中で、１０〜１００秒の均熱を行えばよい。ここで、「酸化度」とは、雰囲気ガス中のＨ２Ｏガスの分圧（ＰＨ２Ｏ）をＨ２ガスの分圧（ＰＨ２）で割ったもの、すなわち、ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２である。この焼鈍によって鋼板表面にシリカを主体とする酸化膜を先行して形成させることができる。この酸化膜は、外部酸化によって形成された被膜である。この焼鈍によって、酸化膜をより安定して形成することができる。
【０１４７】
酸化焼鈍工程での均熱時の酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）は、０．００００８〜０．０１２の範囲が好ましい。この雰囲気の酸化度が０．０１２を超えると、珪素鋼板の表面にて内部酸化が起きやすくなる。一方、この雰囲気の酸化度が０．００００８未満であると、酸化膜を形成するための焼鈍に長時間を要するようになる。
【０１４８】
また、酸化焼鈍工程での均熱温度は、６００〜１１５０℃の範囲が好ましい。均熱温度が６００℃未満では酸化膜を形成できなくなるので好ましくない。一方、均熱温度が１１５０℃を超えると酸化膜の膜厚が増大してしまうので好ましくない。
【０１４９】
酸化焼鈍工程での均熱時間は、１０〜１００秒の範囲が好ましい。均熱時間が１０秒以上であれば酸化膜を安定して形成することができ、また、均熱時間が１００秒以下であれば生産性も良く、また、酸化膜の膜厚を好ましい厚みに制御できる。
【０１５０】
［被膜形成工程］
被膜形成工程（金属粒子含有被膜形成工程）では、酸化膜が形成された母材鋼板に対してコーティング液を塗布して焼鈍することで、酸化膜上に接して配されたホウ酸アルミニウム系被膜を形成する。
【０１５１】
ホウ酸アルミニウム系被膜を形成するための焼鈍時に、コーティング液に含まれる金属塩が還元することで金属粒子が形成される。この金属粒子は、ホウ酸アルミニウム系被膜を形成するための焼鈍時に母材鋼板がさらに外部酸化することで酸化膜の厚さが厚くなる際、酸化膜やホウ酸アルミニウム系被膜との比重の違いにより、酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜とに含まれるように形成される。この被膜形成工程は、主に、ゲル形成処理と、均熱処理と、冷却処理とを含む。以下、各処理について詳細に説明する。
【０１５２】
［ゲル形成処理］
ゲル形成処理では、アルミナゾルと、ホウ酸と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、及び、Ｖからなる群から選択される少なくとも１種あり且つ平均一次粒径が１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の金属塩とを含有するコーティング液を、酸化膜が形成された母材鋼板の表面に塗布し、このコーティング液が塗布された珪素鋼板を乾燥してゲルを形成する。
【０１５３】
このコーティング液は、アルミナゾルおよびホウ酸を、アルミニウム酸化物およびホウ素酸化物に換算して、合計で９５質量％以上９９．９質量％以下含有し、且つ金属塩を０．１質量％以上５質量％以下含有することが好ましい。また、コーティング液中のアルミナゾルとホウ酸との組成比率は、アルミニウムとホウ素とのモル比率（Ａｌ／Ｂ）で０．２以上１０以下であることが好ましい。
【０１５４】
コーティング液中の金属塩の含有量が０．１質量％未満であれば、金属粒子が十分に得られないことがある。そのため、金属粒子による、ホウ酸アルミニウム系被膜と酸化膜との界面での応力集中の緩和効果が十分に得らず、ホウ酸アルミニウム系被膜の密着性が低下することがある。一方、金属塩の含有量が５質量％を超えれば、金属粒子が過剰に形成される場合がある。この場合、金属粒子が酸化膜を分断して、ホウ酸アルミニウム系被膜の密着性が低下することがある。したがって、金属塩の含有量は０．１〜５％質量であることが好ましい。
【０１５５】
なお、「金属塩」とは、たとえば、金属の水酸化物、金属の酸化物等である。これらの金属塩は、後述する均熱処理及び冷却処理中に還元され、金属粒子となる。金属塩が微粒子であれば、後述する金属塩の還元が進行しやすくなる。したがって、金属塩は微粒子であることが好ましい。
【０１５６】
金属塩の平均一次粒径は、１ｎｍ以上であることが好ましい。一方、金属塩の粒子が大きければ、金属塩を還元して金属粒子にすることが困難になり、また金属粒子が酸化膜を分断することがある。そのため、金属塩の平均一次粒径は、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。なお、金属塩の平均一次粒径は、面積基準の算術平均直径を意味する。金属塩の粒子の大きさを調整することによって、金属粒子の円相当径を調整することができる。
【０１５７】
上述のコーティング液を母材鋼板に塗布した後、乾燥してゲル化する。乾燥は周知の方法を用いればよく、特に限定されない。
【０１５８】
［均熱処理］
均熱処理では、ゲルが形成された母材鋼板を、水素と窒素とを含有し且つ酸化度が０．０００２〜０．０４に調整された雰囲気ガス中で、７５０〜１３５０℃の温度範囲で、１０〜１００秒の均熱を行う。
【０１５９】
均熱処理時の雰囲気ガスは、水素及び窒素の混合気体であり、酸化度が０．０００２〜０．０４であればよい。酸化度が０．０４を超えれば、シリカを主体とする酸化膜の形成が阻害されるとともに、金属塩の還元が進行せず、金属粒子が十分に形成しない。酸化度の下限は特に制限するものではないが、酸化度の過度の低下は製造コストを極端に高める。したがって、酸化度の下限は、０．０００２が好ましい。
【０１６０】
均熱処理時の均熱温度は、７５０〜１３５０℃の範囲であればよい。均熱温度が７５０℃未満であれば、ホウ酸アルミニウム系被膜の張力が低下し、母材鋼板に十分な張力が付与されない。一方、均熱温度が１３５０℃以上であれば、酸化膜の厚さの過剰になり、また加熱のための装置への負荷が大きく経済的でない。
【０１６１】
なお、均熱処理時の均熱温度が１０００℃以上になると、非晶質が主体であるアルミニウム・ホウ素酸化物中に、結晶質であるＡｌ１８Ｂ４Ｏ３３またはＡｌ４Ｂ２Ｏ９の少なくとも１つが含まれるようになる。なお、ホウ酸アルミニウム系被膜に含まれることがある酸化アルミニウムや酸化ホウ素は、コーティング液のアルミナゾルとホウ酸との組成比率の影響を受ける。コーティング液のアルミナゾルの比率が高い場合は、酸化アルミニウムが生成しやすく、コーティング液のホウ酸の比率が高い場合には、酸化ホウ素が生成しやすい。
【０１６２】
均熱処理時の均熱時間は、１０〜１００秒の範囲が好ましい。均熱時間が１０秒以上であればアルミニウム・ホウ素酸化物系のホウ酸アルミニウム系被膜を安定して形成することができ、また、均熱時間が１００秒以下であれば生産性も良く、また、酸化膜の膜厚を好ましい厚みに制御できる。
【０１６３】
［冷却処理］
冷却処理では、均熱後の母材鋼板を、水素を含有し且つ酸化度が０．０００２以上０．０４以下の範囲内で上記した均熱時の酸化度よりも低い酸化度に変更された雰囲気ガス中で、６００℃以下まで冷却する。
【０１６４】
冷却処理時の酸化度は、均熱時の酸化度よりも低い酸化度に変更した上で、０．０００２〜０．０４の範囲であればよい。冷却時に、均熱時の酸化度よりも低い酸化度に変更しないと、金属粒子の一部が酸化して金属酸化物となることがある。また、冷却処理時の酸化度が０．１５を超えれば、金属粒子の一部が酸化して金属酸化物となることがある。この場合、粒子のヤング率が高くなりすぎ、ホウ酸アルミニウム系被膜の応力を緩和する効果が低下する。
【０１６５】
被膜形成工程では、上記の雰囲気ガス中で６００℃以下まで冷却することが好ましい。冷却終了温度が６００℃を超えると、金属粒子の一部が酸化して金属酸化物となることがある。
【０１６６】
なお、本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、被膜形成工程のゲル形成処理、均熱処理、および冷却処理での各条件を制御することで、金属粒子を酸化膜およびホウ酸アルミニウム系被膜に含有させ、且つ金属粒子を酸化膜とホウ酸アルミニウム系被膜との界面に線分率０．５％以上２５％以下で配することができる。
【０１６７】
具体的には、コーティング液に含有させる金属塩の平均一次粒径を制御し、均熱条件を制御し、且つ冷却条件を制御することで、金属粒子を目的の存在状態に制御することが可能となる。上記したように、ゲル形成処理、均熱処理、および冷却処理の各条件は、コーティング液中の金属塩を還元してホウ酸アルミニウム系被膜中に金属粒子を生成させるための制御条件であるので、どれか１つの条件だけを満足させればよいわけではない。これらの条件を同時に且つ不可分に制御しなければ、金属粒子の存在状態や線分率を満足できない。
【０１６８】
［リン酸系被膜形成工程］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板を製造する際には、被膜形成工程後に、リン酸系被膜形成工程をさらに有してもよい。
【０１６９】
リン酸系被膜形成工程では、被膜形成工程後のホウ酸アルミニウム系被膜上に、コロイド状シリカ及びリン酸塩を主体とするリン酸系被膜形成用コーティング剤を塗布した後、焼付けを実施する。これにより、ホウ酸アルミニウム系被膜上に、リン酸系被膜が形成される。リン酸系被膜形成は周知の方法を用いればよい。焼き付け条件は、上述の被膜形成工程での工程条件に準じて行えばよい。
【実施例】
【０１７０】
次に、実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に詳細に説明するが、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り、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ものである。
【０１７１】
表１〜表３に示す鋼成分が鋼Ａ〜鋼Ｎの珪素鋼板を出発材料として、酸化焼鈍工程および被膜形成工程を実施した。また、必要に応じて、リン酸系被膜形成工程を実施した。また、製造した方向性電磁鋼板に対して、レーザーを照射して磁区細分化処理を行った。なお、表中で、珪素鋼板の化学組成の「−」は、合金元素を意図的に添加していないか、または含有量が測定検出下限以下であることを示す。
【０１７２】
表１〜表３に示す珪素鋼板は、成分が調整されたスラブを１１５０℃に加熱し、板厚２．６ｍｍまで熱間圧延し、１１２０℃＋９００℃の二段階で熱延板焼鈍し、熱延板焼鈍後に急冷し、酸洗し、板厚０．２３ｍｍまで冷間圧延し、水素−窒素−水蒸気を含む雰囲気中にて均熱８３０℃−２分で脱炭焼鈍し、水素−窒素−アンモニアを含む雰囲気中にて窒素量２００ｐｐｍとなるように窒化焼鈍し、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはマグネシア（ＭｇＯ）を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、水素−窒素を含む雰囲気中にて１２００℃まで加熱し、加熱後に水素雰囲気に切り替えて１２００℃にて２０時間の仕上げ焼鈍を行い、必要に応じてフォルステライト被膜を除去して製造した。
【０１７３】
上記のスラブには、質量％で、酸可溶性Ａｌ：０．０２７％、Ｃ：０．０６％、Ｎ：０．００８％、Ｓ＋Ｓｅ合計：０．００６％が含まれていた。
【０１７４】
また、上記の珪素鋼板は、｛１１０｝＜００１＞方位に発達した集合組織を有しているが、フォルステライト被膜を有さなかった。
【０１７５】
酸化焼鈍工程として、上記の珪素鋼板を、水素を含有し且つ表４〜表６に示す酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）に調整された雰囲気ガス中にて、表４〜表６に示す温度および時間の均熱条件で焼鈍した。なお、試験番号９では、酸化焼鈍の代わりに、珪素鋼板上に硝酸鉄を３％含有するシリカゾルを塗布し、還元雰囲気下で８７０℃まで平均昇温速度１０℃／秒で昇温し、６０秒保持してから空冷した。
【０１７６】
被膜形成工程として、酸化焼鈍工程後の珪素鋼板に、アルミナゾルとホウ酸とを合計で９４〜９９．９質量％含有し、表４〜表６に示す金属の水酸化物または酸化物（Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、及び、Ｍｎは水酸化物、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、及び、Ｓｎは酸化物）を０．１〜６質量％含有するコーティング液を、塗布した後に乾燥させてゲルを形成した。アルミナゾルとホウ酸との比率は、アルミニウムとホウ素とのモル比で１．３〜１．７であった。なお、試験番号９および２２の珪素鋼板には、金属塩を含有せずにアルミナゾルとホウ酸とを合計で１００質量％含有するコーティング液を塗布して乾燥させた。
【０１７７】
コーティング液を塗布して乾燥させた珪素鋼板を、水素及び窒素を含有し且つ表４〜表６に示す酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）に調整された雰囲気ガス中にて、表４〜表６に示す温度および時間の均熱条件で焼鈍した。また、均熱後の珪素鋼板を、水素及び窒素を含有し且つ表４〜表６に示す酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）に調整された雰囲気ガス中にて、表４〜表６に示す冷却条件で冷却した。なお、試験番号４９の微粒子分散液はアルミナゾルの比率が高く、試験番号５０の微粒子分散液はホウ酸の比率が高かった。
【０１７８】
なお、鋼Ｂ〜鋼Ｎの珪素鋼板は、酸化焼鈍工程および被膜形成工程の後に、リン酸系被膜形成工程を実施した。リン酸系被膜形成工程では、製造した方向性電磁鋼板に、コロイダルシリカの混合物と、アルミニウム塩またはマグネシウム塩のリン酸塩と、水とを含むリン酸系被膜形成用組成物を塗布して、通常条件で焼鈍した。形成したリン酸系被膜は、リン珪素複合酸化物（リンおよび珪素を含む複合酸化物）を含んでいた。このリン酸系被膜の平均厚さは、いずれも１μｍであった。
【０１７９】
表７〜表９に製造結果を示す。なお、表中のホウ酸アルミニウム系被膜の構成相は、「ａ」がアルミニウム・ホウ素酸化物であることを示し、「ｂ１」がＡｌ１８Ｂ４Ｏ３３であることを示し、「ｂ２」がＡｌ４Ｂ２Ｏ９であることを示し、「ｃ」が酸化アルミニウムであることを示し、「ｄ」が酸化ホウ素であることを示す。また、酸化膜の構成相、酸化膜の平均厚さ、ホウ酸アルミニウム系被膜の構成相、ホウ酸アルミニウム系被膜の平均厚さ、金属粒子の有無、金属粒子の配置、金属粒子の線分率、金属粒子の平均粒径および最大径、および金属粒子の面積分率などは、上記の方法に基づいて測定した。
【０１８０】
表７〜表９に評価結果を示す。密着性は、１８０度曲げ試験によって評価した。製造した方向性電磁を直径１５ｍｍのロールに巻き付け、ロールに接触した鋼板面積に対する被膜の剥離面の面積率を算出した。ロールに接触した鋼板面積は、計算で求めた。剥離面の面積は、試験後の鋼板の写真を撮影し、写真画像に対して画像解析を行うことによって求めた。ロールに接触した鋼板面積に対する剥離した面積の割合を、剥離面積率（％）と定義した。表中では、剥離面積率が１０％以下の場合を「ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ」、剥離面積率が１０％超３０％未満の場合を「ｇｏｏｄ」、剥離面積率が３０％以上の場合を「ＮＡ（Ｎｏｔ  Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ）」と示す。剥離面積率が「ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ」および「ｇｏｏｄ」であるとき、密着性が良好であると判断した。
【０１８１】
表１〜表９に示すように、本発明例は、酸化膜、ホウ酸アルミニウム系被膜、および金属粒子が好ましく制御されているので、方向性電磁鋼板として密着性に優れていた。
【０１８２】
一方、比較例は、酸化膜、ホウ酸アルミニウム系被膜、または金属粒子の少なくとも一つが好ましく制御されていないので、方向性電磁鋼板として密着性が満足できなかった。なお、表中で下線を付した数値は、本発明の範囲外にあることを示す。
【０１８３】
【表１】
2020111811.tif 000003
【０１８４】
【表２】
2020111811.tif 000004
【０１８５】
【表３】
2020111811.tif 000005
【０１８６】
【表４】
2020111811.tif 000006
【０１８７】
【表５】
2020111811.tif 000007
【０１８８】
【表６】
2020111811.tif 000008
【０１８９】
【表７】
2020111811.tif 000009
【０１９０】
【表８】
2020111811.tif 000010
【０１９１】
【表９】
2020111811.tif 000011
【産業上の利用可能性】
【０１９２】
本発明の上記態様によれば、フォルステライトを主体とする一次被膜を有さなくても、絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）の密着性に優れる方向性電磁鋼板、及びその製造方法を提供できる。よって、産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【０１９３】
１   方向性電磁鋼板
１０ 母材鋼板（珪素鋼板）
１１ 中間層（酸化膜）
１２ 絶縁被膜（ホウ酸アルミニウム系被膜）
１３ 金属粒子
１４ 中間層１１と絶縁被膜１２との界面
【図１】
2020111811.tif 000012