(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板表面にフォルステライト被膜および張力コーティングをそなえる方向性電磁鋼板に対し、電子線照射により熱歪みを導入して方向性電磁鋼板を製造するに際し、
上記電子線照射を、電子線照射部から鋼板表面までの距離をＬ［mm］、電子線照射を行う際の偏向角をθ［°］、さらに照射加工室の真空度をＰ［Pa］とした時、次式
（１−cos(θ／２)）・Ｌ・log〔１０００Ｐ〕≦４０
（ただし、Ｐ≧0.02）
を満足する条件下で行うことを特徴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、変圧器などの鉄心材料に用い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】
方向性電磁鋼板は、主にトランスの鉄心として利用される材料である。トランスの高効率化、低騒音化の観点から、方向性電磁綱板の材料特性としては、低鉄損、低磁歪といった特性が求められている。
【０００３】
そのためには、鋼板中の二次再結晶粒を、｛１１０｝＜００１＞方位（いわゆる、ゴス方位）に高度に揃えることが重要である。しかし、配向性が高すぎると、逆に鉄損が増加してしまうことも同時に知られている。
そこで、この欠点を解消するために、鋼板の表面に歪や溝を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術、すなわち磁区細分化技術が開発されている。
【０００４】
たとえば、特許文献１には、最終製品板にレーザーを照射し、鋼板表層に線状の高転位密度領域を導入することにより、磁区幅を狭くして鉄損を低減する技術が提案されている。
また、特許文献２には、電子ビーム（電子線）の照射により磁区幅を制御する技術が提案されている。この電子ビーム照射によって鉄損を低減する方法を用いると、磁場制御によって、電子ビームの走査を高速に行うことが可能である。
さらに、電子ビーム照射は、レーザーの光学的走査機構に見られるような機械的な可動部が必要ないため、特に１ｍ以上の広幅の連続したストリップに対して、連続かつ高速で磁区細分化処理を施す場合に有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５７−２２５２号公報
【特許文献２】特公平６−０７２２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、電子線照射を利用して磁区細分化処理を施す場合、電子線を連続かつ安定的に照射し続けるためには、処理を行う加工室内を真空にすることが重要である。しかしながら、工業的な生産を行なう場合、鋼帯を通板して連続的に電子線照射処理する際の加工室は広くなるため、その加工室の真空度はできる限り到達が容易な低位であることが望ましい。
【０００７】
また、鋼帯に対して通板と直角方向に電子線を走査して照射する際に、一台の電子銃で鋼帯の全幅を照射しようとすると、鋼帯幅方向の照射品質を均質化するためには、できるだけ電子線を照射する電子銃を鋼板から離して設置し、走査した方が有利になる。すなわち、電子線を電気的に偏向走査する偏向角はできる限り小さくして、鋼板における電子銃の直下と鋼板の端部との照射品質の差違を小さくすることが望ましい。しかしながら、そのためには、電子銃を遠方に設置することになって、真空保持が必要な加工室が大きくなってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、低真空度でかつ電子線照射部（電子銃）と鋼板との距離が短くても、効果的な磁区細分化処理を施すことができる方向性電磁鋼板の製造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】
【０００９】
発明者らは、低真空度であって、電子銃と鋼板との距離が短い場合であっても、方向性電磁鋼板の幅方向に対して均一な、鉄損の低減効果を得られる電子銃照射の条件につき鋭意検討を重ね、電子銃と鋼板（鋼帯）表面との距離、電子銃の偏向角度、および加工室の真空度との関係を明らかにした。
本発明は上記知見に立脚するものである。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．鋼板表面にフォルステライト被膜および張力コーティングをそなえる方向性電磁鋼板に対し、電子線照射により熱歪みを導入して方向性電磁鋼板を製造するに際し、
上記電子線照射を、電子線照射部から鋼板表面までの距離をＬ［mm］、電子線照射を行う際の偏向角をθ［°］、さらに照射加工室の真空度をＰ［Pa］とした時、次式
（１−cos(θ／２)）・Ｌ・log〔１０００Ｐ〕≦４０
（ただし、Ｐ≧0.02）
を満足する条件下で行うことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電子線照射による歪み導入により鉄損を低減した方向性電磁鋼板において、鋼帯幅方向の磁気特性を効果的に均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明における電子銃と鋼板との距離：Ｌ、電子線の偏向角：θとの関係を示した図である。
【図２】鋼板の中央と端部における到達鉄損値の差を、log〔１０００Ｐ〕と、（１−cos(θ／２)）・Ｌとの関係で評価した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体的に説明する。
はじめに、二次再結晶を伴う最終焼鈍を施した後、絶縁コーティングの形成と鋼板の平坦化を兼ねる連続焼鈍を行った０．２３ｍｍ厚みの方向性電磁鋼板を、長さ：３００ｍｍ、幅：３００ｍｍに剪断し、電子線照射実験に必要なサンプルを多数枚準備した。
次に、加速電圧：４０ｋＶの電子銃を持つ電子線照射装置を用いて、圧延と直角方向に電子線を走査して、３００ｍｍ全幅を一度に照射した。その照射処理を、圧延方向に５ｍｍ間隔でずらして繰り返し行い、サンプル全面を処理した。その際、電子銃とサンプルとの距離：Ｌ、照射加工室の真空度：Ｐを種々の組合せで変更した。その後、３０ｍｍ幅の評価サンプル１０枚に剪断して、サンプルの磁気特性を評価した。
なお、照射加工室の真空排気システムは、油回転ポンプと油拡散ポンプを組み合わせており、真空度：Ｐを０．０１Ｐａから７Ｐａまでの範囲で保持することができる。また、本発明における電子銃と鋼板との距離：Ｌ、電子線の偏向角：θとの関係を図１に示す。
【００１４】
上記試験を考察した結果、照射処理後のサンプル１０枚の鉄損Ｗ１７／５０値を測定すると、中央部に対して端部に行くほど到達鉄損値に劣化する傾向が見られた。なお、本発明では、中央部の鉄損値に対して、０．０１Ｗｋｇを超える差とならないサンプル位置までを、均一な照射と評価し、そのサンプル位置から中央部までの長さを均一な照射幅とした。
【００１５】
図２に、横軸をlog〔１０００Ｐ〕、縦軸を（１−cos(θ／２)）・Ｌとして、中央と端部の到達鉄損値の差が０．０１Ｗ／ｋｇ以下となる、すなわち均一照射と見なせるサンプルであった場合を○印、また０．０１Ｗ／ｋｇより大きくなったサンプルを×印としてそれぞれプロットした。
同図より、横軸、縦軸の積である（１−cos(θ／２)）・Ｌ・log〔１０００Ｐ〕の値が４０以下（図中の実線より下部）の範囲で均一照射が可能であることがわかる。
【００１６】
ここで、横軸はいわば真空度の指標であり、左側ほど真空度が高い。他方、縦軸は、中央部と鋼板端部における電子線の距離差に対応したパラメータである。すなわち、電子銃と鋼板との距離：Ｌあるいは偏向角：θが大きいほど、端部における電子線の真空中の飛行距離が長くなる。また、加工室は真空排気されているものの、真空度に応じて存在するわずかな残留ガス分子等に、電子線は散乱されて強度が低下するものと推定される。
したがって、電子線は、真空度が低いか、または飛行距離が長くなるほど、残留ガス分子の影響による散乱を受けやすくなるため、幅方向の電子線照射処理の効果に差違が生じるものと考えられる。
それ故に、（１−cos(θ／２)）・Ｌ・log〔１０００Ｐ〕の値を４０以下とすることで、所望の電子線照射処理の効果が得られるものと、発明者らは考えている。
【００１７】
本発明において、加工室の真空度：Ｐの下限値には制限はないが、生産性の観点から０．００５Ｐａ以下の高真空にする必要はない。また上限値については電子線が安定的に照射できる７Ｐａ程度以下が望ましい。
【００１８】
電子銃と鋼板との距離：Ｌについても、特別の制限はないが、１０ｃｍから１ｍ位までが好適である。１０ｃｍより小さいと１０００ｍｍ以上の幅を有する鋼板全体を照射処理するためには多数台の電子銃が必要となり、逆に１ｍより離した場合には、真空排気の必要な空間体積が大きくなるのでいずれの場合も不経済だからである。
【００１９】
偏向角：θは小さいほど望ましい。６０°より大きい場合には、電子線が鋼板に対して斜め方向に入射するため、距離差に基づく散乱とは別に、ビームスポットが楕円形になってしまい、均一な電子線照射効果が得られないおそれがある。
【００２０】
その他の電子線照射条件については、とくに限定されるものではないが、加速電圧は２０ｋＶから２００ｋＶ位までが一般的である。電子線走査の方向は、鋼板の圧延方向に対して、９０°から４５°をなす範囲の方向であることが好ましい。なお、本発明における電子線照射は、上記した条件下で行うものであれば、連続的でなく、ドット状の照射としても、鉄損の低減効果を発現する。
【００２１】
次に、本発明に従う方向性電磁鋼板の製造条件に関して具体的に説明する。
本発明において、方向性電磁鋼板用スラブの成分組成は、特に制限はなく、二次再結晶が生じる成分組成であればよい。
また、インヒビターを利用する場合、例えばＡｌＮ系インヒビターを利用する場合であればＡｌおよびＮを、またＭｎＳ・ＭｎＳｅ系インヒビターを利用する場合であればＭｎとＳｅおよび／またはＳを適量含有させればよい。勿論、両インヒビターを併用してもよい。この場合におけるＡｌ、Ｎ、ＳおよびＳｅの好適含有量はそれぞれ、Ａｌ：０．０１〜０．０６５質量％、Ｎ：０．００５〜０．０１２質量％、Ｓ：０．００５〜０．０３質量％、Ｓｅ：０．００５〜０．０３質量％である。
【００２２】
さらに、本発明は、Ａｌ、Ｎ、ＳおよびＳｅの含有量を制限した、インヒビターを使用しない方向性電磁鋼仮にも適用することができる。
この場合には、Ａｌ、Ｎ、ＳおよびＳｅ量はそれぞれ、Ａｌ：１００質量ｐｐｍ以下、Ｎ：５０質量ｐｐｍ以下、Ｓ：５０質量ｐｐｍ以下、Ｓｅ：５０質量ｐｐｍ以下に抑制することが好ましい。
【００２３】
加えて、本発明の方向性電磁鋼板用スラブの基本成分および任意添加成分について具体的に述べると次のとおりである。
Ｃ：０．０８質量％以下
Ｃは、熱延板組織の改善のために添加をするが、０．０８質量％を超えると製造工程中に磁気時効の起こらない５０質量ｐｐｍ以下までＣを低減することが困難になるため、０．０８質量％以下とすることが好ましい。なお、下限に関しては、Ｃを含まない素材でも二次再結晶が可能であるので特に設ける必要はない。
【００２４】
Ｓｉ：２．０〜８．０質量％
Ｓｉは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を改善するのに有効な元素であるが、含有量が２．０質量％に満たないと十分な鉄損低減効果が達成できない、一方、８．０質量％を超えると加工性が著しく低下し、また磁束密度も低下するため、Ｓｉ量は２．０〜８．０質量％の範囲とすることが好ましい。
【００２５】
Ｍｎ：０．００５〜１．０質量％
Ｍｎは、熱間加工性を良好にする上で必要な元素であるが、含有量が０．００５質量％未満ではその添加効果に乏しく、一方１．０質量％を超えると製品板の磁束密度が低下するため、Ｍｎ量は０．００５〜１．０質量％の範囲とすることが好ましい。
【００２６】
また上記の基本成分以外に、磁気特性改善成分として、次に述べる元素を適宜含有させることができる。
Ｎｉ：０．０３〜１．５０質量％、Ｓｎ：０．０１〜１．５０質量％、Ｓｂ：０．００５〜１．５０質量％、Ｃｕ：０．０３〜３．０質量％、Ｐ：０．０３〜０．５０質量％およびＭｏ：０．００５〜０．１０質量％のうちから選んだ少なくとも１種
Ｎｉは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるために有用な元素である。しかしながら、含有量が０．０３質量％未満では磁気特性の向上効果が小さく、一方１．５０質量％を超えると二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する。そのため、Ｎｉ量は０．０３〜１．５０質量％の範囲とするのが好ましい。
【００２７】
また、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、ＰおよびＭｏはそれぞれ磁気特性の向上に有用な元素であるが、いずれも上記した各成分の下限に満たないと、磁気特性の向上効果が小さく、一方、上記した各成分の上限量を超えると、二次再結晶粒の発達が阻害されるため、それぞれ上記の範囲で含有させることが好ましい。
なお、上記成分以外の残部は、製造工程において混入する不可避的不純物およびＦｅである。
【００２８】
次いで、上記した成分組成を有するスラブは、常法に従い加熱して熱間圧延に供するが、鋳造後、加熱せずに直ちに熱間圧延してもよい。薄鋳片の場合には熱間圧延しても良いし、熱間圧延を省略してそのまま以後の工程に進んでもよい。
さらに、必要に応じて熱延板焼鈍を施す。この時、ゴス組織を製品板において高度に発達させるためには、熱延板焼鈍温度として８００〜１１００℃の範囲が好適である。熱延板焼鈍温度が８００℃未満であると、熱間圧延でのバンド組織が残留し、整粒した一次再結晶組織を実現することが困難になり、二次再結晶の発達が阻害される。一方、熱延板焼鈍温度が１１００℃を超えると、熱延板焼鈍後の粒径が粗大化しすぎるために、整粒した一次再結晶組織の実現が極めて困難となる。
【００２９】
熱延板焼鈍後は、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施した後、再結晶焼鈍を行い、焼鈍分離剤を塗布する。焼鈍分離剤を塗布した後に、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的として最終仕上げ焼鈍を施す。
【００３０】
最終仕上げ焼鈍後、平坦化焼鈍を行って鋼板の形状を矯正することが有効である。なお、鋼板を積層して使用する場合には、鉄損を改善する目的で、平坦化焼鈍前または後に、鋼板表面に張力コーティングを施すことが有効である。この張力コーティングは、リン酸塩−コロイダルシリカ系のガラスコーティングが一般的であるが、他にホウ酸アルミナ系などの低熱膨張係数を有する酸化物でも良い。また、さらなる高張力を生じる被膜として、ヤング率の大きな炭化物、窒化物等も有効である。
【００３１】
本発明において張力コーティングを施す際には塗布量・焼付け条件を調整し、発生張力を十全に発揮させることが重要である。本発明では、張力コーティング付与後の時点で、鋼板表面に電子線を照射することにより磁区を細分化する。
【００３２】
なお、本発明において、上述した工程や製造条件以外については、従来公知の電子銃照射方法および方向性電磁鋼板の製造方法を適宜使用することができる。
【実施例】
【００３３】
〔実施例１〕
Ｓｉ：３質量％を含有する最終板厚：０．２３ｍｍに圧延された冷延板を、脱炭、一次再結晶焼鈍した後、ＭｇＯを主成分とした焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶過程と純化過程を含む最終焼鈍を施し、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を得た。５０％のコロイダルシリカとリン酸マグネシウムからなる張力コートを塗布、８５０℃にて焼付けた。その後、長さ：２８０ｍｍおよび幅：３０ｍｍサイズの試料を切り出した。
なお、圧延方向と直角に電子ビームを照射することで磁区細分化処理を施した。また、加速電圧は６０ｋＶとし、電子ビームの鋼板上での走査は、偏向コイルにより行って、連続的に照射を行い、圧延方向の照射列の間隔は５ｍｍで一定とした。
【００３４】
電子ビーム照射時の真空度：Ｐ、電子銃と試料との距離：Ｌ、電子ビームの偏向角：θを表１に示すように変化させた。その際、Ｌとθにより幅方向の走査幅は一義的に決まることになる。
走査角が０°の電子銃直下と最大に偏向させた時との、両端の走査位置に試料を配置にして、両者の到達鉄損値Ｗ１７／５０値から、Ｎ＝１０で求めた鉄損差△Ｗ１７／５０を併せて表１に記載する。
【００３５】
【表１】
0005594302.tif 000002
【００３６】
同表より、本発明の電子ビーム照射条件である（１−cos(θ／２)）・Ｌ・log〔１０００Ｐ〕≦４０の関係を満たしていない照射条件No.１、３、５および７では、中央部と端部とで到達鉄損値の差が大きくなっており、鋼板の幅方向に均一な磁区細分化処理を施せないことがわかる。一方、本発明の電子ビーム照射条件を満たすNo.２、４、６および８では、鉄損差が十分に小さく、幅方向に均一照射できることがわかる。
【００３７】
〔実施例２〕
Ｓｉ：３質量％を含有する最終板厚：０．２３ｍｍに圧延された冷延板を、脱炭し、一次再結晶焼鈍を施した後、ＭｇＯを主成分とした焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶過程と純化過程を含む最終焼鈍を施し、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を得た。ついで、６０％のコロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなる張力コートを塗布、８００℃にて焼付けた。その後、長さ：２８０ｍｍおよび幅：３０ｍｍサイズの試料を切り出した。
なお、圧延方向と直角に電子ビームを照射することで磁区細分化処理を実施した。加速電圧は４０ｋＶ、電子ビームの鋼板上での走査は偏向コイルにより行った。また、電子ビームは連続的に照射したのではなく、ドット状に照射し、その走査方向の点列間隔は０．２ｍｍで一定とし、圧延方向の照射列の間隔は４ｍｍとした。
【００３８】
電子ビーム照射時の真空度：Ｐ、電子銃と試料との間隔：Ｌ、電子ビームの偏向角：θを表２に示すように変化させた。その際、Ｌとθにより幅方向の走査幅は一義的に決まることになる。
走査角が０°の電子銃直下と最大に走査角を偏向させた位置に試料を配置にして、両者の到達鉄損値Ｗ１７／５０値をＮ＝１０で比較し、鉄損差△Ｗ１７／５０を求めて表２に併記した。
【００３９】
【表２】
0005594302.tif 000003
【００４０】
同表に示したとおり、本発明の（１−cos(θ／２)）・Ｌ・log〔１０００Ｐ〕≦４０を満たしていない照射条件No.２、３、６および８では、中央部と端部とで到達鉄損値の差が大きくなっており、鋼板の幅方向に均一に磁区細分化処理を施せないことがわかる。一方、本発明に従う照射条件のNo.１、４、５および７では、鉄損差が十分に小さく、幅方向に均一照射できることがわかる。
【図１】
0005594302.tif 000004
【図２】
0005594302.tif 000005