(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、圧延方向と交差する向きに延びる線状の溝を有する仕上焼鈍済みの一方向性電磁鋼板に対し、該線状溝の圧延方向における間隔をl1（mm）としたとき、下記式を満足する間隔：l2（mm）の下に線状の微小圧延歪を、同じく圧延方向と交差する向きに導入することを特徴とする鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法。
記
５≦l2・(l1)1/2 ≦100
【請求項２】
請求項１において、線状溝が、幅：30〜300 μm 、深さ：10〜70μm 、間隔：１〜30mm、圧延方向との交差角度：圧延方向と直角な方向に対し30°以内である鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、微小圧延歪の付与手段が、線状突起幅：50〜500 μm 、突起高さ：10〜100 μm 、ロール軸となす角度：30°以内の線状突起を有するロールであり、この線状突起付きロールを鋼板に対し、面圧：10〜70 kg/mm2 で押圧することを特徴とする鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、変圧器その他の電機機器の鉄心に用いて好適な鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板は、主として変圧器その他の電機機器の鉄心材料として用いられ、特にエネルギー損失すなわち鉄損が低いことが必要とされる。
そこで従来から、鉄損を低減させるために、結晶方位を(110)(001)方位により高度に揃える、Si含有量を上げそれによって鋼板の電気抵抗を増加させる、不純物を低減させる、さらには板厚を薄くするなど、種々の対策が講じられてきた。その結果、板厚が0.23mm以下の鋼板では、鉄損W17/50（磁束密度：1.7 T, 50Hz)が0.9 W/kg以下のものも得られるようになった。
しかしながら、このような冶金学的な手法では、これ以上の大幅な鉄損の改善は期待できない状況に至った。
【０００３】
近年、上記の問題を克服し、さらに低鉄損を達成し得る手段として、人為的に磁区を細分化する方法が種々試みられるようになった。その中で、現在工業化されている方法としては、特公昭57−2252号公報に開示されているような仕上焼鈍済みの鋼板表面にレーザーを照射する方法や、特開昭62-96617号公報に開示されているようなプラズマ炎を放射する方法などがある。これらの方法はいずれも、レーザーやプラズマ炎により導入された局所的な高転位密度領域によって 180°磁区の細分化を図り、もって鉄損の低減を達成しようとするものである。
しかしながら、このようにして得られた鋼板には、歪取り焼鈍のような高温での熱処理によって高転位密度領域が消失し、鉄損の劣化を招くことから、歪取り焼鈍を必須とする巻鉄心には用いられないという欠点があった。
【０００４】
一方、歪取り焼鈍が可能な技術として、たとえば特公昭62-54873号公報には、仕上焼鈍済みの鋼板にレーザーや機械的手段によって絶縁被膜を局所的に除去したのち、酸洗やナイフ等の機械的手段によって被膜除去部に線状の溝を形成し、ついでこの溝を充填するようにりん酸系の張力付与被膜を形成する方法が、また特公昭62-53579号公報には、仕上焼鈍済みの鋼板に90〜220 kg/mm2程度の荷重で地鉄部分に深さ５μm 超の溝を形成したのち、750 ℃以上の温度で加熱処理する方法が提案されている。さらに、特公平３-69968号公報には、最終冷間圧延後、鋼板の圧延方向とほぼ直角な方向に線状の刻み目を導入する方法が提案されている。
上記のようにして得られた鋼板はいずれも、表面に形成された線状溝の近傍に生じる磁極によって磁区が細分化されることが一つの要因となって、低鉄損が達成されるものと考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法によって、歪取り焼鈍が可能な低鉄損材料が得られるようになったが、その後の綿密な調査によれば、このような鋼板の鉄損は、特公昭57−2252号公報等に開示された線状の高転位密度領域を有する鋼板に比べると、やや劣る場合があることが判明した。
そこで発明者らは、この点について調査したところ、鉄損劣化の原因は、もたらされる磁極量の違いによるものと推測した。
そこでこの推測に基づき、鉄損特性の一層の改善について鋭意実験と検討を重ねた結果、線状の溝を付与した鋼板に、さらに一定の条件下で線状の微小圧延歪を導入することが、所期した目的の達成に関し、極めて有効であることの知見を得た。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、表面に、圧延方向と交差する向きに延びる線状の溝を有する仕上焼鈍済みの一方向性電磁鋼板に対し、該線状溝の圧延方向における間隔をl1（mm）としたとき、下記式を満足する間隔：l2（mm）の下に線状の微小圧延歪を、同じく圧延方向と交差する向きに導入することを特徴とする鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法である。
記
５≦l2・(l1)1/2 ≦100
【０００７】
この発明において、仕上焼鈍済みの一方向性電磁鋼板に形成する線状溝の形態は、幅：30〜300 μm 、深さ：10〜70μm 、間隔：１〜30mm、圧延方向との交差角度：圧延方向と直角な方向に対し30°以内とすることが好ましい。
【０００８】
またこの発明において、微小圧延歪の導入に際しては、線状突起幅：50〜500 μm 、突起高さ：10〜100 μm 、ロール軸となす角度：30°以内の線状突起を有するロールを用い、この線状突起付きロールを鋼板に対し、面圧：10〜70kg/mm2で押圧することが望ましい。
【０００９】
以下、この発明を具体的に説明する。
まず、この発明の基礎となった実験結果について説明する。
インヒビターとしてMnSe、AlＮを含む 3.2％けい素鋼の熱延板を、中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延により0.23mm厚まで圧延した後、グラビアオフセット印刷によるエッチングレジスト塗布後、電解エッチングを施すことにより、圧延方向と直角な方向に、幅：180 μm 、深さ：18μm の線状の溝を形成した。このとき、グラビアロールのパターンを変えることにより線状溝の間隔を 0.7mmから100mm まで種々に変化させた。なお電解エッチングは、20％NaCl電解浴中にて20A/dm2 の電流密度下で行い、エッチング時間をコントロールすることにより溝幅が多少変化しても溝深さは18μm 一定となるようにした。
上記のような溝形成処理後、脱炭焼鈍ついで最終仕上焼鈍を施し、さらに上塗りコーティング処理を施して製品とした。
【００１０】
かくして得られた製品板からエプスタイン試片を切り出し、歪取り焼鈍後の磁気特性について調査した。
得られた結果を、線状溝の間隔と鉄損W17/50との関係で図１に示す。
同図より明らかなように、溝形成処理を施した鋼板は非処理のものに比べ鉄損が低減している。
【００１１】
図１の結果は、特公平３-69968号公報等において開示された従来の結果と、ほぼ同じである。
次に発明者らは、特に低い鉄損が得られた間隔：１〜30mmで線状溝を形成した製品に対し、さらに突起付きロールによって鋼板に微小圧延歪を導入した場合の磁気特性の変化について調査した。なお、微小圧延歪の導入には、図２に示すようなロール軸方向に平行に線状突起を有するロールを用いた。突起高さは50μm 、突起幅は 200μm であり、20kg/mm2の荷重を加えた。この際、線状突起の間隔を１mmから100mm まで変化させた。鋼板の線状突起押圧部には幅：300 μm にわたって線状の高転位密度部が観察された。
このようにして得た製品から幅：150 mm、長さ：280 mmの試料を採取し、単板磁気試験器（ＳＳＴ）によって磁気特性を測定したところ、突起付きロール圧延によって、溝のみの場合に比べてより低鉄損となった製品と逆に鉄損が劣化した製品とが得られた。
【００１２】
そこで発明者らは、得られた測定結果を綿密に解析した結果、線状溝の圧延方向における間隔をl1(mm)、突起付きロールの線状突起間隔（微小圧延歪の間隔）をl2(mm)としたとき、図３に示すように、l2・(l1)1/2 が５以上、100 以下の場合において、従来に比べ格段に鉄損が低減することを新規に見出した。ここに、l2・(l1)1/2 が５より小さい場合には、鉄損は溝のみの場合に比べてむしろ劣化するが、この理由は高転位密度部形成により導入される磁極量が多くなりすぎ、かえって履歴損の増大を招くためと考えられる。また、l2・(l1)1/2 が 100より大きい場合には磁極の生成量が少ないので、目立つほどの鉄損の改善効果は得られない。
以上、述べたとおり、線状溝の圧延方向における間隔をl1(mm)としたとき、５≦l2・(l1)1/2 ≦100 を満足する間隔：l2(mm)で線状の微小圧延歪を鋼板に導入することにより、従来に比べ、より一層鉄損を低減し得ることが究明されたのである。
【００１３】
【作用】
この発明において導入される線状の溝と微小圧延歪の形態について述べる。
まず、線状溝の幅は30〜300 μm 、深さは10〜70μm とするのが鉄損低減効果の上で望ましい。というのは、溝幅および深さが小さすぎるとで磁極の生成量が少なく十分な磁区細分化効果が得られず、一方大きすぎると磁束密度の著しい低下を招くからである。
また、溝の導入角度は圧延方向と直角な方向に対し30°以内とするのが良い。というのは、30°を超えると磁区細分化効果が急激に小さくなるからである。
さらに、溝の導入間隔は30mm以下で特に良好な結果が得られる。しかしながら、導入間隔が１mmより小さくなると、磁極生成量が多くなりすぎて履歴損の増大を招くので、溝の導入間隔は１〜30mmの範囲とするのが好ましい。。
【００１４】
次に、微小圧延歪について述べると、歪の付与手段としては線状突起付きロールがとりわけ有利に適合する。突起形状については、先端部が尖っていても、丸くなっていても、また平坦であっても良いが、耐久性および効果の点から先端部は丸い方が望ましい。線状突起部の幅は50〜500 μm 程度が好適である。というのは、50μm 以下では微小歪領域が狭いため効果が小さく、一方 500μm 以上では歪量が多過ぎて履歴損の劣化を招くからである。また、突起高さは特に限定されることはないが10〜100 μm 程度が実用上好適である。さらに、突起の間隔については前述したとおり、５≦l2・(l1)1/2 ≦100 を満たす間隔：l2(mm)とすることが必須条件である。さらに、線状突起の角度はロール軸方向に平行な方向とするのが最も好ましいが、軸方向から30°以内の角度であれば交差していても良い。また、圧延に際して印加する面圧は10〜70kg/mm2程度とするのが好ましい。というのは、面圧が10kg/mm2より小さい場合は微小歪の導入効果に乏しく、一方70kg/mm2を超える場合は歪量が大きすぎて履歴損の劣化を招くからである。
なお、線状溝と微小圧延歪導入部の位置関係については、特に規制されることはない。すなわち、溝と歪導入部は同一位置であっても、溝間に歪導入部があっても、また両者が交差していても良く、さらに両者は同一面、両面のいずれに形成されていていもかまわないことが確認されている。
また、微小圧延歪導入手段としては、上述したような突起付きロールがとりわけ有利に適合するが、その他、鋼板上に間隔をおいて配置したスチール製ワイヤの上から圧下を加える方法なども使用できる。
【００１５】
次に、この発明に従う方向性電磁鋼板の製造工程について説明する。
まず、方向性電磁鋼板用スラブを熱間圧延し、その後必要に応じて熱延板焼鈍を行ったのち、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延により最終製品板厚とし、その後脱炭焼鈍についで最終仕上げ焼鈍を施したのち、通常上塗コーティングを施して製品とする。
線状溝の導入時期については、最終仕上焼鈍の前後のいずれでも構わない。溝を形成する方法については局所的にエッチング処理する方法、刃物等でけがく方法、突起付きロールで圧延する方法等が挙げられる。最も望ましい方法は、最終冷間圧延後、鋼板に印刷等によりエッチングレジストを付着させたのち電解エッチング等の処理により溝を形成する方法である。
その後、前述したところに従って鋼板に微小圧延歪を導入する。
なお、このようにして得られた鋼板は、特に歪取焼鈍を要しない積鉄心用材料として優れた性能を呈するが、歪取焼鈍を要する巻鉄心用材料として用いた場合であっても従来材と同等程度の性能を発揮する。
【００１６】
【実施例】
実施例１
インヒビターとしてMnSe, Sb, AlＮを含む 3.3％けい素鋼の熱間圧延板を、中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延により0.23mm厚まで圧延したのち、グラビアオフセット印刷によるエッチングレジスト塗布後、電解エッチング、アルカリ液中でのレジスト剥離の各処理を施すことにより、幅：160 μm 、深さ：18μm の線状溝を圧延方向と直角な方向から10°の角度をなすように３mmピッチ（l1＝３）で導入した。ついで、脱炭焼鈍、最終仕上焼鈍を施したのち、上塗りコーティングを施した。
その後、得られた鋼板に対し、突起付きロール圧延を用いて局所的に高転位密度部を形成した。突起付きロールとしては、突起高さ：20μm のロール軸方向に平行な線条突起を有するロールを用い、30kg/mm2の荷重を付加した。この際、線状突起の間隔を１mmから100mm まで変化させた。
かくして得られた製品板から、幅：150 mm、長さ：280 mmの試片を採取し、単板磁気試験器（ＳＳＴ）によって磁気特性を測定した結果を、表１に示す。
なお表１には、比較として突起ロール圧延処理を施さない溝のみの鋼板及び突起ロール圧延のみを行った鋼板についての調査結果も併せて示す。
【００１７】
【表１】
0003541419.tif 000002
【００１８】
表１に示したとおり、溝の間隔がl1(mm)であるとき、５≦l2・(l1)1/2 ≦100 を満たす間隔l2(mm)の下で突起付きロールを用いて線状の微小圧延歪を導入した鋼板は、溝のみの場合は勿論、突起付きロール圧延のみを施した場合と比べても優れた鉄損値を示した。
またこれらの鋼板を、 N2 中で 800℃, ３ｈの歪取焼鈍を施したところ、突起付きロール圧延のみの鋼板（No.8）は0.87W/kgまで鉄損が劣化したが、溝形成した鋼板（No.2〜5)は高々0.72W/kgであった。
【００１９】
実施例２
インヒビターとしてMnSe, Sb, AlＮを含む 3.2％けい素鋼の熱延板を、常法に従って処理し、0.18mm厚の鋼板とした。
この仕上焼鈍済みの鋼板に対し、超音波振動子を用いて線状に絶縁被膜を除去したのち、30％HNO3液中で酸洗処理することにより、幅：180 μm 深さ：15μm の溝を圧延方向と直角な方向に４mm間隔（l1＝４）で形成したのち、再度上塗りコーティングを施してから、 800℃で３min 焼付けた。その後、突起付きロール圧延により局所的に高転位密度部を形成した。突起付きロールとしては、突起高さ：30μm のロール軸方向に平行な線状突起を有するロールを用い、25kg/mm2の荷重を付加した。この際、線状突起の間隔を１mmから80mmまで変化させた。
かくして得られた製品板から、幅：150 mm、長さ：280 mmの試片を採取し、ＳＳＴにより磁気特性を測定した結果を、表２に示す。
なお表２には、比較として突起ロール圧延処理を施さない溝のみの鋼板及び突起ロール圧延のみを行なった鋼板についての調査結果も併せて示す。
【００２０】
【表２】
0003541419.tif 000003
【００２１】
表２に示したとおり、溝の間隔がl1(mm)であるとき、５≦l2・(l1)1/2 ≦100 を満たす間隔l2(mm)の下で突起付きロールを用いて線状の微小圧延歪を導入した鋼板は、溝のみの鋼板は勿論のこと、突起付きロール圧延のみを施した鋼板に比べても優れた鉄損値を示した。
またこれらの鋼板を、 N2 中で 800℃, ３ｈの歪取焼鈍を施したところ、突起付きロール圧延のみの鋼板(No.16) は0.82W/kgまで鉄損が劣化したが、溝形成した鋼板(No.10〜13) は高々0.71W/kgであった。
【００２２】
【発明の効果】
かくしてこの発明によれば、表面に圧延方向とほぼ直角な方向に延びる線状の溝を有する仕上焼鈍済みの一方向性電磁鋼板に、さらに所定の条件下で線状の微小圧延歪を導入することにより、従来に比べ鉄損特性を格段に向上させることができ、ひいては変圧器の効率向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】線状溝の間隔と鉄損W17/50との関係を示すグラフである。
【図２】突起付きロールの外観を示す図である。
【図３】l2・(l1)1/2 と鉄損W17/50との関係を示すグラフである。
【図１】
0003541419.tif 000004
【図２】
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【図３】
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