(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に絶縁被膜をそなえる方向性電磁鋼板に対し、圧延直角方向に45°以内の角度で、かつ被膜が地鉄に圧入されない条件で電子ビーム照射して磁区細分化処理を行うに当たり、加速電圧が10kV以上の差を持つ少なくとも２本の電子ビームを照射して電子ビーム照射帯を形成し、該電子ビーム照射帯中の電子ビームの中心間距離をそれぞれ１mm以内と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】
前記電子ビーム照射帯において照射する電子ビームを、電子ビーム相互に重なりが生じないように、該電子ビームの中心間距離を離して照射することを特徴とする請求項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、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、主に変圧器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。また、絶縁コーティングによる張力付与によって鉄損の改善を図る技術も用いられている。
しかしながら、結晶方位の制御や、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、絶縁コーティングを塗布した後の方向性電磁鋼板に対し、線状の熱歪を導入し、磁区幅を細かくすることで鉄損を低減する方策が広く採られている。
【０００３】
上記の熱歪を導入する手段としては、レーザ光やプラズマ炎、電子ビームなどが挙げられる。しかしながら、これらの手段では、照射源のエネルギー密度を高くした場合に、鋼板表面に過度の熱が発生するため、鉄損低減効果が頭打ちになってしまうという問題点があった。すなわち、鋼板の表面のみに熱歪みを与える従来の方法では、高い磁区細分化効果を得るために投入エネルギーを増加させた結果、鋼板の表面近傍の熱歪みが過剰となって、熱歪みによるヒステリシス損が増加し、磁区細分化による鉄損低減効果を阻害することになる。そのため、上記した手段では所期した鉄損低減効果が得られなかった。
【０００４】
この問題に対し、例えば、特許文献１には、電子ビームを用いて絶縁被膜を局所的に地鉄に圧入するため、加速エネルギーの異なる２種類の電子ビームを用いる技術が提案されている。  
また、特許文献２には、鋼板の表裏同じ位置に電子ビームを照射する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０４−３２５１７号公報
【特許文献２】特開平０４−２０２６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術において、高エネルギー側のビームは、絶縁被膜を地鉄に圧入して、歪取り焼鈍後に鉄損低減効果が消失しない磁区細分化材を得るために用いられるもので、歪みの導入量が過大となり易く、歪取り焼鈍なしの場合、鉄損の低減効果に限界があった。
また、特許文献２に記載の方法では、耐熱型の磁区細分化材を得るのが目的であるため、やはり、歪取り焼鈍なしでの鉄損低減効果は必ずしも十分でなかった。また、この方法は、上下変動を抑制しながら走行する鋼板の上下面に、電子銃をそれぞれ配置しなくてはいけないという設備上の制約があった。
【０００７】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、表面に絶縁被膜をそなえる方向性電磁鋼板に対し、高い磁区細分化効果を得るために、電子ビームの投入エネルギーを増加させた場合であっても、鋼板の表面近傍の熱歪みが過剰とならずに、所期した鉄損低減効果が得られる方向性電磁鋼板の製造方法を提供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、表面に絶縁被膜をそなえる方向性電磁鋼板に対して、電子ビームの照射条件を変更し、種々の照射パターンで熱歪みを導入することで、鉄損の低減を果たした方向性電磁鋼板を作製し、それぞれの鉄損を調査した。その結果、加速電圧が異なる２本以上の電子ビームを同じ部位に照射して、電子ビーム照射帯を形成することにより、従来よりも高い鉄損低減効果を得ることができるという知見を得て本発明に想到した。
本発明は上記知見に立脚するものである。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．表面に絶縁被膜をそなえる方向性電磁鋼板に対し、圧延直角方向に45°以内の角度で、かつ被膜が地鉄に圧入されない条件で電子ビーム照射して磁区細分化処理を行うに当たり、加速電圧が10kV以上の差を持つ少なくとも２本の電子ビームを照射して電子ビーム照射帯を形成し、該電子ビーム照射帯中の電子ビームの中心間距離をそれぞれ１mm以内とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１０】
２．前記電子ビーム照射帯において照射する電子ビームを、電子ビーム相互に重なりが生じないように、該電子ビームの中心間距離を離して照射することを特徴とする前記１に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、表面に絶縁被膜をそなえる方向性電磁鋼板に対し、電子ビームを用いた磁区細分化処理を施して鉄損低減効果に優れた方向性電磁鋼板を効率良く得ることができる。また、本発明に従う方向性電磁鋼板を用いることにより、方向性電磁鋼板を用いた変圧器で生じるエネルギー損失を効果的に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電子ビームの加速電圧の差と鉄損との関係を示す図である。
【図２】異なるビーム径の電子ビームを照射した場合における、ビーム中心間の距離と鉄損との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明では、絶縁被膜をそなえる方向性電磁鋼板に対し、圧延直角方向に45°以内の角度で電子ビーム照射して磁区細分化処理を行うに当たり、加速電圧が10kV以上の差を持つ少なくとも２本の電子ビームを照射して電子ビーム照射帯を形成し、該電子ビーム照射帯中の電子ビームの中心間距離をそれぞれ１mm以内とするところに特徴がある。
【００１４】
加速電圧が10kV以上の差を持つ、少なくとも２本の電子ビームにより形成した電子ビーム照射帯
本発明では、電子ビームによりもたらされる熱歪みを、鋼板内部で適正に制御するために鋼板表面の同じ位置もしくは近接した位置に対して、加速電圧で、10kV以上差がある電子ビームを少なくとも２本照射して、電子ビーム照射帯を形成する。
【００１５】
図１に、２本の電子ビームの加速電圧差を種々に変化させた場合の鉄損特性を示す。同図より、１つの電子ビーム照射帯において、加速電圧の差が10kV以上で、少なくとも２本の電子ビームを照射すると、優れた鉄損低減効果を得られることが分かる。
上述したように優れた鉄損低減効果を得られる理由は、１つの電子ビーム照射帯として、加速電圧が10kV以上異なる電子ビームを少なくとも２本照射することで、鋼板の表面近くとその内部とに、同時に効果的な熱歪を加えることが可能となり、その結果、単一の加速電圧の電子ビームを照射した場合よりも磁区細分化効果が向上するためと考えられる。なお、加速電圧の差の上限値に、特に限定はないが、400kV程度が好ましい。
【００１６】
図１に示した試験は、以下の手順で行った。
Ｃを0.06質量％、Siを３質量％、およびMnを0.01質量％を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、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た。その後、60質量％のコロイダルシリカと30質量％のリン酸アルミニウムからなる絶縁コーティングを塗布、800℃にて焼付け、絶縁コーティングを有する方向性電磁鋼板を得た。
【００１７】
ついで、1000mm立方の真空槽に、上記の方向性電磁鋼板を設置し、0.1Paの真空度に保持した後、加速電圧差：０〜190kV、ビーム電流：５mAの条件にて、２回の電子ビーム照射を行い、電子ビーム照射帯を形成した。また、上記試験で、電子ビームの照射径（直径）は0.3mm、間隔は0.1mm、電子ビーム照射帯の形成間隔は10mmとした。
なお、電子ビームの照射に際しては、鋼板表面に凹みを形成しないよう、電子ビームの走査速度を10m/sとした。
【００１８】
本発明では、１つの電子ビーム照射帯に、異なる加速電圧の電子ビームを、同時に照射しても、２回以上に分けて照射しても良い。また、３本または３回以上の異なる加速電圧で電子ビームを照射することもできるが、その場合は、３本または３回以上のうち少なくとも一組の電子ビームの加速電圧差が10kV以上であればよい。  
【００１９】
図２に、異なるビーム径（直径）の電子ビームを照射した場合における、電子ビームの中心間の距離と鉄損との関係を示す。なお、図２を求めた試験は、上掲図１の試験において、ビーム中心間の距離とビーム径を変更して行ったものである。
同図より、１つの電子ビーム照射帯における、複数の電子ビームの照射位置のずれは、ビーム中心間の距離で１mm以内とする必要がある。というのは、照射位置のずれが過度に大きく、１mmを超えた場合に、磁区細分化の基点とした歪領域が太くなりすぎて、ヒステリシス損の劣化を招くからである。従って、ビーム中心間の距離は１mm以内に限定され、重なっていても良い。
なお、１つの電子ビーム照射帯において、３本以上の電子ビームを照射する場合は、最も離れた電子ビーム間の距離を１mm以内とすればよい。
【００２０】
従って、本発明では、前述したような、１mm以内に照射された１群の電子ビームで電子ビーム照射帯を形成することになる。
【００２１】
圧延直角方向に45°以内で電子ビームを照射
本発明では、鋼板に照射される全ての電子ビームの走査方向と鋼板の圧延直角方向とのなす角度が45°以内である必要がある。というのは、45°を超える場合、磁区細分化効果が小さくなる反面、磁壁移動の阻害によりヒステリシス損がかえって劣化するからである。
【００２２】
また、本発明では、前記電子ビーム照射帯において、少なくとも２本以上の電子ビームを、該電子ビームのビーム径以上に離して照射することが望ましい。
というのは、照射される２つ以上の電子ビームに重なりが生じてもよいが、なるべく電子ビーム相互に重なりが生じないことが望ましいからである。すなわち、線状に照射した線から平行に位置をずらすことが望ましい。これは、電子ビーム相互の位置が重ならない方が、熱歪による鋼板表面の張力被膜の損傷が軽減されるためと考えられる。
【００２３】
本発明で電子ビームを照射する場合、前述した以外の照射条件に特段の制約はないが、照射（走査）方向は、前述したように、圧延直角方向に対し45°以内とすることが必須である。好適には圧延直角方向に対し、０°〜30°の方向である。また、電子ビーム照射帯それぞれの間隔は３〜15mm程度とすることが好ましい。さらに、電子ビームの照射条件は、10〜200kVの加速電圧、0.1〜100mAの電流、ビーム径は0.01〜0.5mmを用いて線状に施すことが望ましい。なお、本発明における線状とは、実線だけでなく、線状に連なる点線や破線なども含むものとする。
【００２４】
また、電子ビームの照射にあたっては、照射部で被膜が地鉄に圧入されると、電子ビームの照射により導入される歪量が過大となってしまう。そのため、被膜が地鉄に圧入されない、すなわち、鋼板表面に凹みを形成しない条件とするのが望ましい。ここで、板表面に凹みを形成しないとは、非照射部の面を基準として、凹部（穴）の最大深さを板厚の３％以内にすることである。凹部の深さがこの範囲であれば、本発明に従う方向性電磁鋼板は、鉄損改善効果を有効に発揮し、さらに高磁場域の透磁率が低下しないという利点を有する。なお、上記凹部の深さは、鋼板の断面（50mm長）あたり、任意の５視野（１視野当たり0.1mm長）程度以上の範囲を選び、光学顕微鏡（倍率：50倍）を用いて観察し、評価することができる。
ここで、鋼板表面の凹み形成を抑制する手段としては、ビーム径を調整する、ビームの走査速度を調整する、ビームを微小に搖動させる、等が挙げられる。
なお、本発明に用いる絶縁被覆をそなえる方向性電磁鋼板および電子ビームを照射する電子ビーム設備は、共に従来公知のものを使用することができる。
【００２５】
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、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％およびSe：0.005〜0.03質量％である。
【００２６】
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板にも適用することができる。
この場合、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。
【００２７】
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：0.12質量％以下
Ｃは、熱延板組織の改善のために添加をするが、0.12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、0.12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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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1.50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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、二次再結晶の形成および必要に応じて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。
【００３５】
最終仕上げ焼鈍後には、平坦化焼鈍を行って形状を矯正することが有効である。なお、本発明では、平坦化焼鈍前または後に、鋼板表面に絶縁被膜を施す。ここに、この絶縁被膜は、本発明では、鉄損低減のために、鋼板に張力を付与できる被膜（以下、張力コーティングともいう）を意味する。なお、張力コーティングとしては、シリカを含有する無機系コーティングや物理蒸着法、化学蒸着法等によるセラミックコーティング等が挙げられる。
【００３６】
本発明では、上述した絶縁コーティング後の方向性電磁鋼板の表面、板幅方向に電子ビームを照射することにより、磁区細分化を施すものであり、その際、電子ビームの照射を、前述したとおり、同じ位置もしくは近接した位置に、加速電圧が10ｋV以上異なる電子ビームを２回以上照射することが必要である。
【００３７】
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、従来公知の電子ビームを用いた磁区細分化処理を施す方向性電磁鋼板の製造方法を、適用することができる。
【実施例１】
【００３８】
質量％でSi：3.3％、Ｃ：0.06％、Mn：0.08％、Ｓ：0.023％、Al：0.03％、Ｎ：0.007％、Cu：0.2％およびSb：0.02％を含有する鋼スラブを、1430℃、30分加熱後、熱間圧延して2.5mmの板厚の熱延板とした後、1000℃、１分間の焼鈍を施し、ついで、板厚：1.5mmまでの冷間圧延と、1100℃、２分間の中間焼鈍とを施して、さらに冷間圧延で0.23mmの最終板厚とした。次に、850℃、２分間の脱炭焼鈍を行った後、MgＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してからコイルに巻き取って、最終仕上げ焼鈍を行い、続いて、リン酸塩系の絶縁コーティングの塗布焼付けと鋼帯の平坦化を目的とする平坦化焼鈍を施した。
その後、電子ビームを、圧延直角方向となす角度：15°、電子ビーム照射帯の間隔：10mm、ビーム径：0.3mm、走査速度：２m/sで表１に示す各条件で電子ビームを照射して、磁区細分化処理を行い製品とした。
なお、電子ビーム照射帯について、断面（50mm長）を光学顕微鏡（倍率：50倍）で観察し、その断面のうち任意の10視野（１視野当たり0.1mm長）を確認したところ、いずれの鋼板も、照射による凹部の形成は認められないか、もしくは凹部の最大深さが板厚の３％以内となっていた。
【００３９】
このようにして得られた製品から単板磁気試験片を採取し、鉄損Ｗ17/50を測定した。
計測した変圧器の鉄損の測定結果と電子ビームの照射条件とを表１に併記する。
【００４０】
【表１】
0005845848.tif 000002
【００４１】
同表に示したとおり、試験Ｎｏ．８〜16，20では、ビーム相互の加速電圧の差を10kV以上とすることによって優れた鉄損低減効果が得られている。また、試験Ｎｏ．17，18，21，22，24は、ビーム相互の加速電圧の差を10kV以上とし、さらにビームに重なりが生じないような条件で照射した場合であるが、かような条件で照射することにより、一層の優れた鉄損低減効果が得られることが分かる。
一方、加速電圧差が10kVに満たない試験Ｎｏ．１〜７およびビームの中心間距離が1.0mmを超えている試験Ｎｏ．19，23，25は、いずれも、鉄損低減効果に劣っていた。
【図１】
0005845848.tif 000003
【図２】
0005845848.tif 000004