(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚：tの方向性電磁鋼板の表面に対し、圧延方向に交差する方向に電子ビームを照射するにあたり、板厚に応じて、電子ビームの照射エネルギＥ(ｔ)が、板厚：0.23mm材の鉄損を最小にする照射エネルギＥwmin(0.23)の値を用いた下記式（１）を満足するように、電子ビームの照射条件におけるビーム電流のみを調整する方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Ｅwmin(0.23)×(1.61−2.83×ｔ(mm))≦Ｅ(ｔ)≦Ｅwmin(0.23)×(1.78−3.12×ｔ(mm))・・・式（１）
【請求項２】
前記板厚：tが0.23mm以下である請求項１に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】
板厚(t)が0.23mm以上の方向性電磁鋼板の表面に対し、圧延方向に交差する方向に電子ビームを照射するにあたり、板厚に応じて、電子ビームの照射条件における電子ビームの線間隔ｓ(t)のみを、板厚：0.23mm材の鉄損を最小にする線間隔ｓmin(0.23)に対して、下記式（２）を満足するように調整する方向性電磁鋼板の製造方法。
記
ｓmin (0.23)／(1.78−3.12×ｔ(mm))≦ｓ(ｔ)≦ｓmin (0.23)／(1.61−2.83×ｔ(mm))・・・式（２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器鉄心などの用途に使用される方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギ使用の効率化が進み、例えば、変圧器においては、動作時のエネルギ損失の低減が求められている。【０００３】
ここで、変圧器で生じる損失には、主に導線に生じる銅損と鉄心に生じる鉄損がある。さらに鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損に分離することが可能であり、前者の低減には、素材の結晶方位の改善や、不純物の低減などが有効であることが知られている。例えば、特許文献１には、最終冷延前の焼鈍条件を適正化することによって、磁束密度と鉄損に優れた方向性電磁鋼板を製造する方法が示されている。【０００４】
一方で、渦電流損は、板厚の低減や、Si添加量増大の他に、鋼板表面への溝形成や歪みの導入によって、劇的に改善することが知られている。
例えば、特許文献２には、鋼板の片表面に線状の溝を、溝巾：300μm以下、溝深さ：100μm以下として形成することによって、溝形成前には0.80W/kg以上であった鉄損Ｗ17/50を、0.70W/kg以下に低減する技術が示されている。【０００５】
また、特許文献３には、２次再結晶後の鋼板にプラズマアークを照射することにより照射前には0.80W/kg以上であった鉄損Ｗ17/50を、0.65W/kg以下に低減する技術が示されている。【０００６】
さらに、特許文献４には、被膜厚と、電子ビーム照射によって鋼板面に形成された磁区不連続部の平均幅を適正化することによって、鉄損が低く、騒音が小さいトランス用素材を得る技術が示されている。【０００７】
ところで、このような溝形成や歪みの導入による鉄損低減の効果は、素材の板厚によって異なることが知られている。例えば、非特許文献１には、板厚が大きくなるほど、レーザ照射による鉄損低減量が小さくなる傾向が示されており、磁束密度：1.94Ｔの素材に対し、板厚が0.23mmと0.30mmとでは、それぞれの鉄損低減量（ΔＷ17/50）に0.05W/kgほどの違いが認められる。【０００８】
かかる背景に対して、磁区細分化手法の調整により、厚板材の鉄損低減効果を少しでも改善できないかが検討されてきた。例えば、特許文献５および６には、素材の板厚に応じてレーザ照射条件を適正化することにより、厚板材の方向性電磁鋼板の鉄損低減効果を高める技術が示されている。なかでも特許文献６によれば、歪み比率ηを0.013以下とすることによって、極めて低い鉄損が得られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2012-1741号公報
【特許文献２】特公平06-22179号公報
【特許文献３】特開2011-246782号公報
【特許文献４】特開2012-52230号公報
【特許文献５】特開2000-328139号公報
【特許文献６】特許第4705382号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. MAG-20, NO. 5,p.1557
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、方向性電磁鋼板の磁区細分化設備は、呼称板厚：0.20mm、0.23mm、0.27mmおよび0.30mmなど、複数の種類の鋼板が通板するだけでなく、生産効率向上の観点から、連続通板ラインであることが望まれる。従って、実操業では、板厚が異なるコイルを接合したコイルに対し、連続的に磁区細分化処理を実施する必要がある。【００１２】
上記したように、鉄損を減じるために適正な磁区細分化条件は、板厚ごとに異なると考えられるから、板厚の異なるコイルの接合部前後では、生産性を落とさないために、可及的速やかにレーザや電子ビームなどの照射条件を変更する必要がある。【００１３】
また、上記特許文献６によれば、鉄損は、板厚によらずに、歪み比率（｛(π/8)ｗ2｝/(t・s)）が２×10-3程度となる部分で極小になることが示されている。なお、ｗ：還流磁区幅、ｔ:板厚、ｓ:圧延方向の線間隔(以下、RD線間隔とも称す)である。
従って、板厚：tが大きい場合には、RD線間隔を短くするか、還流磁区幅を大きくすれば、鉄損を下げることができる。【００１４】
しかし、RD線間隔を短くすると、当然ながら生産性が減少してしまう。単純に、ｔ×ｓを一定として計算すると、板厚：0.23mm、RD線間隔が５mmでライン速度が100mpmとなるラインスペックの場合、板厚を0.30mmにすると、RD線間隔が3.83mmで、ライン速度が77mpmとなり生産性が落ちてしまう。このように、生産性を落とさないためには、線間隔を板厚材によって変えずに、できるだけ大きな値に設定するのが好ましい。【００１５】
一方、還流磁区幅には、ビーム径、単位走査長さ当たりの照射エネルギ（＝加速電圧×ビーム電流/ビームの鋼板上の走査速度（以下、単に走査速度とする）、あるいは出力/走査速度）が影響する。このうち、ビーム径は、板厚によらず小さいほど鋼板の鉄損低減に好ましいので、ビーム径は常に、可能な限り最小となる条件に固定するのが良い。
また、加速電圧を変更する場合には、光学系、収束条件などさまざまなビーム条件を同時に再調整する必要があるため、頻繁に変更した場合には大幅な生産量低下につながるため好ましくない。
さらに、走査速度は、生産性に大きく影響する部分であるから、板厚によらず常時最大値をとっておくことが好ましい。
従って、生産性を最大としてライン操業する場合には、還流磁区幅の調整は、出力（電子ビームの場合は、ビーム電流）のみによって行うのが最も好ましいことになる。【００１６】
本発明は、上記した現状に鑑み開発された、方向性電磁鋼板の磁気特性を電子ビームの照射により改善しようとするものであって、電子ビームのビーム径などの光学系の調整の必要がない、また厚板材であっても線間隔を小さくする必要がないゆえに、線間隔短縮による生産性の減少を抑制することが可能となる、生産性の高い方向性電磁鋼板を製造する方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
ここに、発明者らは、レーザ法において適用される技術を電子ビーム法にも適用できないかと考え、低鉄損化を試み、歪み比率（｛(π/8)ｗ2｝/(t・s)）と鉄損の関係を調査した。ここで、歪み比率（｛(π/8)ｗ2｝/(t・s)）は、ビーム電流の変更のみによって調整した。【００１８】
図１に、板厚：0.20mm材と0.23mm材とが、電子ビーム照射後の鉄損におよぼす歪み比率η(前記特許文献６に記載)の影響をそれぞれ示す。前記特許文献６に示されるように、歪み比率が高すぎる場合と低すぎる場合には、鉄損が劣化する傾向が確認された。上記調査結果は、ビーム径が一定条件ではあるものの、鉄損が最小となる歪み比率は、従来知見と異なって0.013以上の部分に存在していた。また、鉄損が最小となる歪み比率は、板厚によって異なっていた。【００１９】
発明者らは、上記の結果が、電子ビーム法とレーザ法の原理的な違いに影響されたものと推定し、電子ビーム法の場合、レーザ法とは異なる、板厚別の調整方法があると考えた。
そこで、再び基本に立ち返り、電子ビーム法における鉄損低減効果と照射エネルギとの関連を、板厚別に、詳細に調査し直した。調査結果を図２(a)〜(c)に示す。ここで、照射エネルギの変更は、ビーム電流の調整のみによって行った。【００２０】
調査結果を精査したところ、従来知見とは異なって、ビーム電流のみを調整する電子ビーム法においては、厚板材ほど適正な照射エネルギを低くしなければならないことが明らかとなった。これは、鉄損を、ヒステリシス損と渦電流損とに分離して考えると、薄板材ほど、ヒステリシス損劣化量が少なく、渦電流損改善量が多いためであった。特に、ヒステリシス損は、0.23mm材から0.20mm材にした時、すなわち薄板化すると大きく変わることが認められた。【００２１】
図２（ΔＷ17/50と照射エネルギの関係の図）に示した結果をもとに、適正照射エネルギにおよぼす板厚の影響を調査したところ、0.23mm厚材に対する照射エネルギ変化量の関係は、図３のようになった。ここで、図中、照射エネルギ上下限は、各板厚(t)での適正エネルギ範囲を、図２（ΔＷ17/50と照射エネルギの関係の図）のデータから求めた鉄損が極小になる値Ｅwmin(t)±５％とし、0.23mm厚材で鉄損が最小になる適正エネルギＥwmin(0.23)からの変化量として計算した。なお、上記±５％の範囲では、到達鉄損はほとんど変わらない。【００２２】
すなわち、適正な照射エネルギは、
−283×t(mm)＋61≦〔0.23mm材の適正照射エネルギからの変化量〕（％）≦−312×t(mm)＋78
の関係を満足させることが重要であると新たに究明された。【００２３】
さらに、厚板材の場合には、適正照射エネルギが低くなるとの上記知見に基づき、単位走査長さ当りの照射エネルギを変更しない場合、RD線間隔s(t)は、むしろ広げていく方が好ましいのではないかと考えた。すなわち、単位面積当たりに照射するエネルギ量（E/s）が、鉄損に影響をおよぼすこととあわせて、ｓmin(0.23)とs(t)とが所定の関係を満足することが好ましいことを新たに知見した。
本発明は上記知見に立脚するものである。【００２４】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．板厚：tの方向性電磁鋼板の表面に対し、圧延方向に交差する方向に電子ビームを照射するにあたり、板厚に応じて、電子ビームの照射エネルギＥ(ｔ)が、板厚：0.23mm材の鉄損を最小にする照射エネルギＥwmin(0.23)の値を用いた下記式（１）を満足するように、電子ビームの照射条件におけるビーム電流のみを調整する方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Ｅwmin(0.23)×(1.61−2.83×ｔ(mm))≦Ｅ(ｔ)≦Ｅwmin(0.23)×(1.78−3.12×ｔ(mm))・・・式（１）
【００２５】
２．前記板厚：tが0.23mm以下である前記１に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。【００２６】
３．板厚(t)が0.23mm以上の方向性電磁鋼板の表面に対し、圧延方向に交差する方向に電子ビームを照射するにあたり、板厚に応じて、電子ビームの照射条件における電子ビームの線間隔ｓ(t)のみを、板厚：0.23mm材の鉄損を最小にする線間隔ｓmin(0.23)に対して、下記式（２）を満足するように調整する方向性電磁鋼板の製造方法。
記
ｓmin (0.23)／(1.78−3.12×ｔ(mm))≦ｓ(ｔ)≦ｓmin (0.23)／(1.61−2.83×ｔ(mm))・・・式（２）
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、電子ビームのビーム径・線間隔を調整することなく、常に極小ビームにてあらゆる板厚の方向性電磁鋼板を適正に磁区細分化することができる。従って、従来不可避であった光学系の調整時間の拡大や、線間隔短縮による生産性の減少を抑制することが可能である。さらに、電子ビーム出力を調整することなく、線間隔を増大することのみによって厚板材を適正に磁区細分化することができるため、生産性の高い方向性電磁鋼板を製造可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】板厚：0.20mm材と0.23mm材について、電子ビーム照射後の鉄損におよぼす歪み比率ηの影響を示した図である。
【図２】(a)は、電子ビーム法における鉄損変化量と照射エネルギの関連を、(b)は、電子ビーム法におけるヒステリシス損変化量と照射エネルギの関連を、(c)は、電子ビーム法における渦電流損変化量と照射エネルギの関連を、それぞれ板厚別に調査した結果を示す図である。
【図３】適正照射エネルギにおよぼす板厚の影響を調査した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明は、鉄損低減を目的に、電子ビームを照射する方向性電磁鋼板の製造方法である。電子ビームを照射する電磁鋼板には、絶縁被膜が形成されていても良いし、無くても問題は無い。また、本発明に用いられる方向性電磁鋼板は、従来公知の方向性電磁鋼板であれば、例えば、インヒビター成分の使用不使用等にかかわらず、そのいずれもが好適に使用することができる。
【００３０】
本発明は、図２および図３に示した結果から、各板厚(t)での適正エネルギ範囲を、鉄損が極小になる値Ｅwmin(t)±５％とした。このＥwmin(t)±５％の範囲では、到達鉄損がほとんど変わらないからである。ここでのエネルギは、単位走査長さ当りの照射エネルギを指し、ビーム出力／走査速度で表わすことができる。
【００３１】
ついで、図２(a)〜(c)および図３に示した結果を用いて、0.23mm厚材で鉄損が最小になる適正エネルギＥwmin(0.23)からの変化量として計算してもとめた照射エネルギは、
−283×t(mm)＋61≦〔0.23mm材の適正照射エネルギからの変化量〕（％）≦−312×t(mm)＋78
となった。
【００３２】
そこで、上記式を、各板厚(t)での適正エネルギ範囲Ｅ(t)について求めると、以下の式（１）となる。
Ｅwmin(0.23)×(1.61−2.83×ｔ(mm))≦Ｅ(ｔ)≦Ｅwmin(0.23)×(1.78−3.12×ｔ(mm))  ・・・式（１）
従って、上記式（１）を満足すれば、電子ビームのビーム径・線間隔を調整することなく、光学系の調整作業や、線間隔短縮による生産性の減少を抑制することが可能となるのである。
ここで、上記式（１）は、0.23mm以下の鋼板に適用するのが好ましいのは、0.23mm厚以上では以下に述べるように線間隔の増大によって低鉄損化させた方が生産性の点で有利であるからである。
【００３３】
さらに、0.23mm以上の厚板材の場合には、前述した図２(a)〜(c)および図３に示した結果から、RD線間隔s(t)はむしろ広げる方が好ましく、単位面積当たりに照射するエネルギ量（E/s）が鉄損に影響をおよぼすこととあわせて、以下の式（２）を満足することが重要である。
ｓmin(0.23)／(1.78−3.12×ｔ(mm))≦ｓ(ｔ)≦ｓmin(0.23)／(1.61−2.83×ｔ(mm))・・・式（２）
【００３４】
また、本発明において、電子ビームの好ましい発生条件は、以下のとおりである。
［加速電圧Va：30〜300kV］
加速電圧Vaは、30kVを下回ると、ビーム径を絞ることが難しくなり鉄損低減効果が小さくなる。一方、300kVを超えると、フィラメントなどの装置寿命が短くなるだけでなく、Ｘ線漏洩防止のために装置が過度に巨大化して、メンテナンス性・生産性を減じてしまう。従って、加速電圧Vaは、30〜300kVの範囲が好ましい。
【００３５】
［ビーム径：50〜500μm］
電子ビーム径が50μm未満であると、そのために、鋼板と偏向コイルとの距離を極度に低減するなどの処置を講じざるを得ず、その場合、１つの電子ビーム源によって偏向照射可能な距離が大幅に減少してしまう。その結果、1200mmほどの広幅コイルを照射するために、多数の電子銃が必要となって、メンテナンス性・生産性を減じる。
一方、ビーム径が500μmより大きいと、十分な鉄損低減効果が得られない。というのも、鋼板のビームが照射される面積（歪み形成部分の体積）が過度に増大して、ヒステリシス損が劣化するためである。
従って、電子ビーム径は、50〜500μmの範囲が好ましい。なお、スリット法によって得られたビームプロファイルの半値幅をビーム径として測定した。
【００３６】
［ビーム走査速度：20ｍ/ｓ以上］
ビーム走査速度が20ｍ/ｓ未満であると、鋼板の生産量が少なくなる。従って、ビーム走査速度は20ｍ/ｓ以上が好ましい。なお、ビーム走査速度の上限値に特に制限はないが、設備的な制約から1000ｍ/ｓ程度とするのが現実的である。
【００３７】
［RD線間隔：３〜12mm］
本発明では、電子ビームを、直線状に鋼板の幅端部から、もう一方の幅端部へ照射し、これを圧延方向に周期的に繰り返して行う。この間隔（線間隔）は、３〜12mmであることが好ましい。線間隔が３mmより線間隔が狭いと、鋼中に形成される歪領域が過度に大きくなって、鉄損（ヒステリシス損）が劣化するだけでなく、生産性を劣化する。一方で、線間隔が12mmより広すぎると、いくら深さ方向に還流磁区を拡大しても、磁区細分化効果が乏しくなり鉄損が改善しないからである。
［線角度：60°から120°］
本発明において、鋼板の幅端部から、もう一方の幅端部へ、電子ビームを直線状に照射する時に、始点から終点に向かう方向は、圧延方向に対して60°から120°の方向とする。60°から120°の方向を逸脱すると、歪み導入部の体積が過度に増大してしまうため、ヒステリシス損が劣化するからである。望ましくは圧延方向に対して90°である。
【００３８】
［加工室圧力：３Pa以下］
電子ビームを照射する加工室の圧力が３Paより高いと、電子銃から発生した電子が散乱されて、電子ビーム照射部での還流磁区を形成する電子のエネルギが減少する。その結果、鋼板は十分に磁区細分化が施されずに、鉄損が改善しないからである。
【００３９】
［ビームの収束］
電子ビームを、鋼板の幅方向に偏向して照射させるときには、幅方向のビームが均一になるように、事前に収束条件（収束電流など）を最適な状態に調整しておくのが好ましいことは言うまでもない。
【実施例】
【００４０】
本実施例では、呼称板厚（ｔ）が0.23mm、0.27mm、0.30mm、0.20mmである、それぞれ1500ｍの４つの方向性電磁鋼板コイルの先尾端をそれぞれ接合して電子ビーム照射に供した。【００４１】
電子ビーム照射は、加速電圧：60kV、ビーム径：250μm、ビーム走査速度：90ｍ/ｓ、線角度：90°、加工室圧力：0.1Paの条件にて行い、各コイルの電子ビーム照射時間を記録した。なお、各板厚のコイルの先尾端部の４ｍは電子ビーム照射を行わない領域（非照射部）とした。
照射後、各板厚のコイルにおいて電子ビーム照射を行った部分（照射部）および非照射部からそれぞれ60枚のSST試料を採取し、鉄損を測定した。
電子ビームの照射条件および鉄損の測定結果を表１に併記する。【００４２】
【表１】
0005594440.tif 000002
【００４３】
同表より、本技術を適用し、ビーム電流によって板厚別に照射エネルギを適正化した条件（Ｎｏ．２）では、0.20mm、0.27mmおよび0.30mm厚材の鉄損が最大１％近く改善されていることが分かる。【００４４】
また、線間隔によって照射エネルギを適正化した条件（Ｎｏ．３）では、0.27mmおよび0.30mm厚材の鉄損が最大１％近く改善され、さらに照射時間が10％近く短くなったことよって、生産性に優れていることが分かる。
【要約】
本発明に従い、板厚：tの方向性電磁鋼板の表面に対し、圧延方向に交差する方向に電子ビームを照射するにあたり、板厚：0.23mm材の鉄損を最小にする照射エネルギＥwmin(0.23)の値を用い、電子ビームの照射エネルギＥ(ｔ)を、以下の式（１）を満足するように調整することによって、光学系の調整作業や、線間隔短縮による生産性の減少を抑制することが可能な生産性の高い方向性電磁鋼板を得ることができる。
Ｅwmin(0.23)×(1.61−2.83×ｔ(mm))≦Ｅ(ｔ)≦Ｅwmin(0.23)×(1.78−3.12×ｔ(mm))・・・（１）。【図１】
0005594440.tif 000003
【図２】
0005594440.tif 000004
【図３】
0005594440.tif 000005