(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次再結晶焼鈍後に張力絶縁被膜を形成した方向性電磁鋼板を、圧延方向が母線となる弧柱面における弧の曲率半径が６.０ｍ以下である、弧柱面状に反らせたまま、該弧の凸側から鋼板の圧延方向と交差する向きに線状の歪を導入することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記弧柱面の弧の曲率半径が２０ｃｍ以上５ｍ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランス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、その磁化特性が優れていること、特に鉄損が低いことが求められている。
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や、製品鋼板中の不純物を低減することが重要である。しかしながら、結晶方位を制御することや、不純物を低減することは、製造コストとの兼ね合い等で限界がある。そこで、鋼板の表面に対して物理的な手法で不均一性（歪）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。
【０００３】
例えば、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し、磁区幅を狭くすることによって、鋼板の鉄損を低減する技術が提案されている。レーザー照射を用いる磁区細分化技術は、その後改良され（特許文献２、特許文献３および特許文献４などを参照）鉄損特性が良好な方向性電磁鋼板が得られるようになってきている。
【０００４】
また、レーザーや電子ビームを照射するに当り、点光源であるレーザーや電子ビームの焦点距離がなるべく一定になるように、幅方向に鋼板を湾曲させて該湾曲内側面にレーザーや電子ビームを照射する技術が、特許文献５および６に開示されている。
【０００５】
以上の通り、電磁鋼板の鉄損低減に向けて、種々の技術的改善がなされてはいるものの、近年の省エネルギーや環境保護に対する意識の高まりから、方向性電磁鋼板に対して、更なる鉄損特性の改善が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭５７−２２５２号公報
【特許文献２】特開２００６−１１７９６４号公報
【特許文献３】特開平１０−２０４５３３号公報
【特許文献４】特開平１１−２７９６４５号公報
【特許文献５】特開昭５９−９７７８９号公報
【特許文献６】特開平２−２５５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上掲した特許文献１〜６に記載の方向性電磁鋼板に係る技術は、そのいずれもが上記した要求に応えられる鉄損値を得られるものではなかった。
そこで、本発明は、歪を付与して鉄損を低減させる方向性電磁鋼板の製造方法において、より効果的に鉄損を低減させる手法について提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、上記した課題を解決するために、歪の導入による磁区細分化を行うに際し、鉄損低減に影響を与える因子について種々調査した。その結果、歪の導入後の鋼板の変形が大きな影響を及ぼしていることを見出した。
【０００９】
レーザーやプラズマジェットの照射においては、その照射により鋼板に導入される歪みにより鋼板はわずかに被処理面を内側に凹面形となる。これは、局所的な入熱により被処理部のごく近傍に圧縮応力が生じることによるものと、一般的に考えられている。一般に、鋼板は幅方向と比較して圧延方向に長いため、幅方向の形状変化はあまり着目されないが、歪み導入後は幅方向にも僅かに凹面形に反りを生じる傾向が認められる。そして、このような凹面形状はトランス等の鉄心に組み込まれた際に、平坦な形状に矯正されるため、歪み導入時の凹面形に沿った内面側は延ばされる結果、引張応力が生じることになる。かように、鋼板の幅方向へのほぼ連続的な歪みの導入は、幅方向への引張応力を生じるため、その分、圧延方向には圧縮応力を生じることになる。圧延方向に圧縮応力が加わると、絶縁被膜によって圧延方向に付与した張力効果が阻害されることになり、磁気特性が劣化される、おそれがある。従って、この幅方向に生じる引張応力を抑制するための方途を鋭意究明した結果、本発明を完成するに到った。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）二次再結晶焼鈍後に張力絶縁被膜を形成した方向性電磁鋼板を、圧延方向が母線となる弧柱面における弧の曲率半径が６.０ｍ以下である、弧柱面状に反らせたまま、該弧の凸側から鋼板の圧延方向と交差する向きに線状の歪を導入することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１１】
（２）前記弧柱面の弧の曲率半径が２０ｃｍ以上５ｍ以下である前記（１）に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、鋼板への歪導入時に幅方向に生じる引張応力を抑制し、かつ歪み導入処理後に平坦形状へ戻した際に幅方向に圧縮応力が生じる結果、圧延方向の引張応力が増長されてより大きな鉄損低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従う歪導入処理の要領を示す図である。
【図２】本発明に従う鋼板への反りの付与方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の方法について具体的に説明する。
本発明は、二次再結晶焼鈍後に張力絶縁被膜を形成した方向性電磁鋼板に、連続または断続する線状に歪を導入して磁区細分化をはかるに当り、図１に示すように、鋼板を、圧延方向が母線となる弧柱面状に反らせたまま、該弧の凸側から鋼板の圧延方向と交差する向きに、例えばレーザービーム照射によって、線状の歪を導入する。
かように、予め鋼板を反らせておき、その凸側から鋼板の圧延方向と交差する向きに線状の歪を導入すれば、歪導入時に幅方向に生じる引張応力は抑制され、かつ歪み導入処理後に反りを平坦形状へ戻した際に、幅方向に圧縮応力が生じる結果、圧延方向の引張応力が増長されるのである。
【００１５】
ここで、鋼板に強制する弧柱面状の反りの程度は、該弧の曲率半径で表され、この曲率半径を５ｍ以下にすれば上記した効果が発現するが、２ｍ以下とすることが好適である。一方、曲率半径が５ｍより大きい場合には、湾曲の度合いが小さくなり、上記した鉄損低減効果を得ることが難しくなる。また、曲率半径が２０ｃｍより小さい場合には、例えば連続処理する鋼板の幅が１．２ｍの場合、弧状に湾曲させることができずにコイル状になってしまう。また、円柱面への歪導入処理となるため、コイル状にならなくとも曲率半径が小さくなるとレーザービーム等の照射が困難となり、幅方向に均一に歪みを導入することが困難となる。従って、曲率半径は５０ｃｍ以上がより望ましい。
また、反りの形状は完全に円弧とならなくてもよく、鋼板幅方向（圧延直角方向）で曲率が変化してもよい。その場合も、曲率半径が２０ｃｍ以上５ｍ以下の範囲となることが好ましい。
【００１６】
さらに、鋼板に反りを与えるには、ロール状の架台に沿うように鋼板を固定する方法が好ましいが、工業的には、例えば図２に示すように、母線が弧状となっている樽状のバックアップロールに沿わせるように、押しつけロールによって鋼板を押し付けながら通板することによっても反りを与えることができる。
【００１７】
なお、図示例において、線状の歪は、光学的手段であるレーザービームを照射して導入しているが、その他、電子ビームやプラズマ炎を照射する熱的手段等、歪みを局所的に導入することが可能であれば、いずれの方法も利用できる。歪みを導入する方向は、圧延方向と交差する方向であり、具体的には鋼板の圧延方向に対して、90°から60°をなす方向であることが好ましい。
【００１８】
そして、本発明で照射するレーザーの光源としては、連続波レーザー、パルスレーザーのいずれでもよく、ＹＡＧレーザーやＣＯ２レーザー等の種類も選ぶ必要はない。ここで、最近使用されるようになってきたグリーンレーザーマーカーは、照射精度の面で特に好適である。その際、グリーンレーザーマーカーにおけるレーザーの出力は、単位長さ当たりの熱量として、５〜100J/m程度の範囲が好ましい。
また、レーザービームのスポット径は0.1〜0.5mm程度の範囲とし、圧延方向の繰返し間隔は１〜20mm程度の範囲とすることが好ましい。
【００１９】
歪み導入処理は、圧延方向（母線）に対して概ね垂直方向に線状に歪み導入領域が形成されるように施し、その後、弧柱面状に反らせた鋼板をその母線方向に走行させて送りながら、圧延方向に所定の間隔をもって繰返し歪導入することが、工業的規模の生産には好適である。
【００２０】
以上述べたように、本発明に従う方法は、圧延方向が母線となる弧柱面状に反らせたまま、該弧の凸側から鋼板の圧延方向と交差する向きに線状の歪を導入するものである。対して、上述の特許文献５および６は、鋼板の幅方向に湾曲させてその内側にレーザー照射や電子ビーム照射を行う技術であり、点光源であるレーザーや電子ビームの焦点距離がなるべく一定になるように意図された技術であり、本発明の技術思想とは全く異なるものである。
【００２１】
本発明の方法では、二次再結晶焼鈍後に張力絶縁被膜を形成した方向性電磁鋼板に施す歪導入処理に特徴があり、従って、素材については方向性電磁鋼板の一般に従えばよい。例えば、Si：2.0〜8.0質量％を含む電磁鋼素材を用いればよい。
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ず、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。
【００２２】
ここで、Siの他の基本成分および任意添加成分について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。
【００２３】
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。
【００２４】
ここで、二次再結晶を生じさせるために、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。
さらに、本発明は、Al、Ｎ、Ｓ、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板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。
【００２５】
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％、Mo:0.005〜0.10質量％およびCr:0.03〜1.50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1.5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0.03〜1.5質量％の範囲とするのが好ましい。
【００２６】
また、Sn、Sb、Cu、Ｐ、MoおよびCr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。
【００２７】
上記した成分組成になる鋼スラブは、やはり方向性電磁鋼板の一般に従う工程を経て、二次再結晶焼鈍後に張力絶縁被膜を形成した方向性電磁鋼板とする。すなわち、スラブ加熱後に熱間圧延を施し、１回又は中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延にて最終板厚とし、その後、脱炭、一次再結晶焼鈍した後、例えば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、例えばコロイダルシリカとリン酸マグネシウムからなる絶縁コートを塗布して焼付ければよい。
【実施例】
【００２８】
Si：３質量％を含有する、最終板厚0.20ｍｍ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、50％のコロイダルシリカとリン酸マグネシウムからなる絶縁コートを塗布して800℃にて焼付けた。次いで、30cm角の試料を切り出し、種々の半径を有するロール状の架台（半円柱状の台座）へ沿うように、圧延方向が母線となる弧柱面状に反らせて、その形状に試料を両端部で固定した。歪み導入は、圧延方向と直角に５mm間隔でパルスレーザー照射により行った。
なお、凸面への１点からのレーザー照射となるため、曲率半径が小さくなると１回での導入が難しくなるから、３０ｃｍ幅方向への点線状の歪み導入処理は必要に応じて処理を鋼板の処理領域を幅方向で分割しながら行った。
その後、10cm幅３枚に剪断し、磁気特性として鉄損Ｗ１７／５０値を測定した。各反り条件に対する鉄損値は３枚の平均値として算出した。
【００２９】
試料に与えた弧柱面状の弧の曲率半径と得られた鉄損値とを表１にまとめて示した。同表において、No.1は平坦のままレーザー照射処理した比較例であり、これらと他の条件との鉄損値を比較することによって、本発明の効果を確認することができた。
No.２〜９は、本発明を満足する適合例であり、処理後の鉄損値がNo.1と比較して改善していることがわかる。そして、曲率半径が0.5mから5.0mの範囲で磁区細分化処理の鉄損改善効果がより高くなっていることがわかる。
【００３０】
【表１】
0005533348.tif 000002
【図１】
0005533348.tif 000003
【図２】
0005533348.tif 000004