(57)【要約】【課題】溝を形成した磁区細分化材において磁束密度の低下を抑制しつつ磁区構造を制御して更なる低鉄損化を実現する、方途について提案する。【解決手段】電磁鋼板の表面に、溝形成による磁区不連続部を設けた方向性電磁鋼板であって、前記磁区不連続部と磁区連続部との境界線は、曲率半径0.5mm以下の曲線を基調とする、うねりを有し、該うねりの周期が前記磁区不連続部の最大幅の0.3倍以上1.0倍以下とする。【選択図】図１
2015140470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板の表面に、溝形成による磁区不連続部を設けた方向性電磁鋼板であって、前記磁区不連続部と磁区連続部との境界線は、曲率半径0.5mm以下の曲線を基調とする、うねりを有し、該うねりの周期が前記磁区不連続部の最大幅の0.3倍以上1.0倍以下である方向性電磁鋼板。
【請求項２】
方向性電磁鋼板用スラブに熱間圧延を施し、ついで１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍を施し、ついで鋼板表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を行った後、張力コーティングを施す方向性電磁鋼板の製造方法において、
最終冷間圧延後の鋼板にエッチングレジストを部分的に付着し、その後電解エッチングにより前記鋼板表面に溝を形成するに当たり、前記エッチングレジストの付着域と非付着域との境界線は、曲率半径0.5mm以下の曲線を基調とし、かつ周期が前記非付着域の最大幅の0.3倍以上1.0倍以下である、うねりを有する形状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３】
方向性電磁鋼板用スラブに熱間圧延を施し、ついで１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍を施し、ついで鋼板表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を行った後、張力コーティングを施す方向性電磁鋼板の製造方法において、
最終冷間圧延後の鋼板にエッチングレジストを付着したのち、電子ビームあるいはレーザビームを点状に並べて照射してエッチングレジストを剥離し、その後電解エッチングにより前記鋼板表面に溝を形成するに当たり、前記エッチングレジストの剥離域と非剥離域との境界線は、曲率半径0.5mm以下の曲線を基調とし、かつ周期が前記剥離域の最大幅の0.3倍以上1.0倍以下である、うねりを有する形状とする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、トランスなどの鉄心材料に好適な方向性電磁鋼板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、磁化特性に優れていること、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（ゴス方位）に高度に揃えることや、製品中の不純物を低減することが重要である。
しかしながら、結晶方位の制御や不純物の低減には限界があることから、鋼板の表面に対して物理的な手法で不均一性を導入することにより、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】
たとえば、特許文献１には、最終製品板にレーザを照射し、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、仕上げ焼鈍済みの鋼板に882〜2156 MPa（90〜220 kgf/mm2）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ことにより、磁区を細分化する技術が提案されている。かような磁区細分化技術の開発により、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た。
【０００４】
上記の溝形成による磁区細分化技術は、上記の高転位密度域を導入するレーザなどの磁区細分化技術に比べて、鉄損低減効果が少ないことおよび磁束密度が低いこと、が問題として指摘され、更なる改善が望まれる中、溝形状の工夫について提案がなされている。
たとえば、特許文献３には、溝直線の接合部を屈曲させ、この屈曲部分には磁壁が発生し易いため、直線の接合数を十分に多くすることによって、全く屈曲のない直線状溝を導入する場合に比べて、磁区幅が狭くなり鉄損低減代を向上することが提案されている。
【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】特公昭62-53579号公報
【特許文献３】特開平06-299244号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３に記載の技術によって、線状溝を導入して鉄損を改善する技術についても、より効果的に鉄損を低減することが可能になった。しかしながら、高転位密度域を導入して鉄損を低減する技術と比較すると、まだ改善の余地があった。すなわち、この技術を適用しても線状溝導入による磁区細分化効果は、高転位密度域を導入する磁区細分化効果より小さいのが現状である。
【０００７】
そこで、本発明は、溝を形成した磁区細分化材において磁束密度の低下を抑制しつつ磁区構造を制御して更なる低鉄損化を実現する、方途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】
溝を形成した磁区細分化材において、磁束密度の低下を抑制しつつ磁区構造を制御することによって更なる低鉄損を得るための方途について鋭意検討した結果、以下に示す事項が重要であることを見出した。
I．溝形成に伴う歪み導入による磁区の不連続部が直線状ではなくうねって延び、該うねりの周期が該磁区不連続部の最大幅の0.3〜1.0倍であること。
II．磁区の不連続部と連続部との境界線を形成するうねりが曲率半径0.5mm以下の曲線の連なりであること。
III．上記電磁鋼板を得るには、エッチングにて溝形成するに当たり、エッチングレジストが付着されない部分を上記の磁区不連続部に従う形状とすること。
IV．前記エッチングレジストが付着されない部分を該エッチングレジストの剥離にて設ける場合は、電子ビームやレーザビームを点状に並べて照射してエッチングレジストを剥離すること。
【０００９】
本発明は、上記の知見に由来するものであり、その要旨は次のとおりである。
（１）電磁鋼板の表面に、溝形成による磁区不連続部を設けた方向性電磁鋼板であって、前記磁区不連続部と磁区連続部との境界線は、曲率半径0.5mm以下の曲線を基調とする、うねりを有し、該うねりの周期が前記磁区不連続部の最大幅の0.3倍以上1.0倍以下である方向性電磁鋼板。
【００１０】
（２）方向性電磁鋼板用スラブに熱間圧延を施し、ついで１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍を施し、ついで鋼板表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を行った後、張力コーティングを施す方向性電磁鋼板の製造方法において、
最終冷間圧延後の鋼板にエッチングレジストを部分的に付着し、その後電解エッチングにより前記鋼板表面に溝を形成するに当たり、前記エッチングレジストの付着域と非付着域との境界線は、曲率半径0.5mm以下の曲線を基調とし、かつ周期が前記非付着域の最大幅の0.3倍以上1.0倍以下である、うねりを有する形状とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１１】
（３）方向性電磁鋼板用スラブに熱間圧延を施し、ついで１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍を施し、ついで鋼板表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を行った後、張力コーティングを施す方向性電磁鋼板の製造方法において、
最終冷間圧延後の鋼板にエッチングレジストを付着したのち、電子ビームあるいはレーザビームを点状に並べて照射してエッチングレジストを剥離し、その後電解エッチングにより前記鋼板表面に溝を形成するに当たり、前記エッチングレジストの剥離域と非剥離域との境界線は、曲率半径0.5mm以下の曲線を基調とし、かつ周期が前記剥離域の最大幅の0.3倍以上1.0倍以下である、うねりを有する形状とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１２】
ここで、上記した磁区不連続部は、溝形成によって磁区が分断されている領域を意味し、具体的には、図１に溝形成後の電磁鋼板における磁区の観察結果を模式的に示すように、溝の形成により、連続する磁区構造が局所的に乱れた箇所を意味する。一般的には、圧延方向に平行な磁区構造が途切れた部分を指す。この不連続部は、ビッター法により溝形成面および溝非形成面の磁区観察を行い、磁区の連続部と不連続部との境界を画像解析することにより確定できる。このときの測定距離は、図２(a)に示すように、磁区不連続部が延びる方向に100mmとなるよう設定する。測定の対象とした部分で磁区不連続部が分断される場合は、図２(b)に示すように、磁区不連続部が延びる方向での距離が合計で100mmとなるように設定する。なお、溝形成前のエッチングレジストの非付着形状や剥離形状についても、観察領域の測定距離は磁区不連続部と同じように設定し、写真撮影した画像について画像解析ソフトを用いることで形状を確定した。
【００１３】
また、前記うねりについて、曲率半径0.5mm以下の曲線を基調とする、とは、曲率半径が0.5mm以下の１種類あるいは２種類以上の曲線が組み合わさることで、連続的な曲線を形成していることを意味している。そして、うねりの周期は、隣接円弧の山と山の距離をもって定義する。さらに、前記磁区不連続部の最大幅とは、１本の連続的な不連続部の中で、最も幅が大きい部分の値のことを示している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、溝形成による磁区細分化処理材において、磁束密度を劣化させることなしに素材鉄損の更なる改善を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】磁区の連続部と不連続部とを示す模式図である。
【図２】磁区不連続部の測定要領を示す図である。
【図３】磁区不連続部を示す模式図である。
【図４】電子ビームまたはレーザビームの照射手法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の方向性電磁鋼板は、最終冷間圧延後の鋼板に溝形成による磁区不連続部を導入して磁区細分化を施したものであり、かような磁区細分化材につき、磁束密度を劣化させることなしに素材鉄損の更なる改善を実現させるためには、以下の構成を満足する必要がある。
【００１７】
＜磁区不連続部の形状制御＞
磁区不連続部と連続部との境界に、うねり形状を与えて該境界面積を増大させ、磁壁出現量を増加させる必要がある。
上述の特許文献３に記載の発明は、線状溝の接合部相互間は直線状に結ばれており、接合部において磁壁出現量を増加する効果が得られてはいるが、本発明では、うねりを与えて溝全体での境界面積の増加を達成することにより、磁区の細分化効果をより高めることができる。
【００１８】
すなわち、本発明に従う磁区不連続部は、うねりによって幅を部分的に減少させ、かつ上記境界面積を増加させることが可能であり、鉄損特性および磁束密度特性を両立するうえで有効である。本発明に従う手法では、境界面積の増加に加えて、うねりによって部分的に溝を減少させていることから、本発明の最大幅に相当する幅で直線的に溝を形成する場合よりも溝形成体積を減少させることが可能となる。よって、磁束密度低下を抑制することが可能となる。ただし、磁区不連続部における幅の減少が極端になると、磁区細分化効果に乏しくなるため、適正なうねり形状を与える必要がある。すなわち、図３に磁区不連続部を模式で示すように、磁区不連続部の連続部との境界を構成するうねりは、曲率半径Ｒが0.5mm以下の曲線を基調とし、かつ周期Ａが前記磁区不連続部の最大幅Ｂの0.3倍以上1.0倍以下であることが肝要である。
【００１９】
まず、うねりとして曲率半径Ｒが0.5mm以下の曲線を基調とするのは、曲率半径Ｒが0.5mmを超えると、磁区不連続部と連続部の境界曲線の曲率半径が大きくなりすぎて、境界曲線がうねることなくほとんど直線状と同様の状態になり、磁壁出現量の増加が期待できず、また溝形成体積減少も期待できないからである。
【００２０】
また、うねりの周期Ａが前記磁区不連続部の最大幅Ｂの0.3倍未満では、うねりが極めて小さくなって境界線が直線の場合との差異がなくなり、磁壁出現量増加が期待できず、また溝形成体積減少も期待できない。一方、最大幅Ｂの1.0倍を超えると、磁区不連続部の減少幅が大きくなりすぎて磁区細分化効果を十分に得られなくなる。
【００２１】
なお、鋼板の表面に形成する線状溝に関する上述以外の条件としては、最大幅：50〜300μm、最大深さ：10〜50μm および間隔：1.5〜10.0mm程度とし、溝の圧延方向と直交する向きに対するずれは±30°以内とすることが好ましい。
【００２２】
次に、上記の方向性電磁鋼板を製造するための条件について述べる。
すなわち、最終冷間圧延後の鋼板の表面に、エッチングレジストを部分的に付着し、その後電解エッチングにより前記鋼板表面に溝を形成するに当たり、前記エッチングレジストの付着域と非付着域との境界線は、曲率半径0.5mm以下の曲線を基調とし、かつ周期が前記非付着域の最大幅の0.3倍以上1.0倍以下である、うねりを有する形状とすることが肝要である。
具体的には、グラビアロールに上記付着域の形状を転写し、一回で付着部と非付着部を形成するのが最も好ましい。
【００２３】
また、最初にレジストインキを鋼板全面に塗布し、その後電子ビームあるいはレーザビームを、例えば図４に示すように、点状に並べて僅かに重複させながら照射し、該照射域のエッチングレジストを上記した磁区非連続部に従う形状に剥離し、その後電解エッチングにより前記鋼板表面に溝を形成することも可能である。なお、電子ビームまたはレーザビームを連続で照射した場合は、エッチングレジストも連続的に直線状に剥離してしまうため、所望の溝形状を得ることができない。
ここで、剥離形状は、電子ビームやレーザビームの照射点のピッチ、照射径および投入エネルギーを適宜調整することによって、本発明の磁区非連続部に合致する形状となるように制御すればよい。
【００２４】
最後に、本発明の方向性電磁鋼板を製造するに当たって、上記の条件以外は特に限定されないが、推奨される好適成分組成および上記条件（フォルステライト被膜張力向上）以外の製造条件について、以下に述べる。
本発明において、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、それぞれ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。
【００２５】
また、本発明は、Al、Ｎ、ＳおよびSeの含有量を制限した、基本的に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の量はそれぞれ、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。
【００２６】
その他の基本的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量が0.08質量％を超えると、製品での磁気時効の起こらない50質量ppm以下まで製造工程中に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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
上記の基本的成分以外に、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。
【００３０】
また、Sn、Sb、Cu、Ｐ、Cr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。
【００３１】
上記の好適成分組成に調整した鋼素材を、通常の造塊法、連続鋳造法でスラブとしてもよいし、100mm以下の厚さの薄鋳片を直接連続鋳造法で製造してもよい。スラブは、通常の方法で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に供してもよい。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めてもよい。ついで、必要に応じて熱延板焼鈍を行ったのち、一回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延により最終板厚とし、その後脱炭焼鈍ついで最終仕上げ焼鈍を施したのち、通常絶縁張力コーティングを塗布して製品とする。
【実施例１】
【００３２】
表１に示す成分を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、連続鋳造にて製造し、1400℃に加熱後、熱間圧延により板厚：2.2 mmの熱延板としたのち、1020℃で180秒の熱延板焼鈍を施した。ついで、冷間圧延により中間板厚：0.55mmとし、雰囲気酸化度Ｐ(H2O)/Ｐ(H2)＝0.25、90秒の条件で中間焼鈍を施したのち、塩酸酸洗により表面のサブスケールを除去してから、再度冷間圧延を施して最終板厚：0.23mmの冷延板に仕上げた。
【００３３】
次に、グラビアオフセット印刷によってエッチングレジストを塗布した。このとき非塗布部が形成されるようにグラビアロールを加工して、表２に示すような非塗布部を形成させた。その後、電解エッチングおよびアルカリ液中でのレジスト剥離により、幅：250μm、深さ：20μm の溝を、圧延方向と直交する向きに対し10°の傾斜角度にて圧延方向へ３mm間隔で形成した。ついで、雰囲気酸化度Ｐ(H2O)/Ｐ(H2)＝0.55、均熱温度：825℃で200秒保持する脱炭焼鈍を施したのち、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶とフォルステライト被膜形成および純化を目的とした最終仕上げ焼鈍を、N2：H2＝60：40の混合雰囲気中にて1250℃，10ｈの条件で実施した。その後、830℃×30ｓの条件で形状を整える平坦化焼鈍を行い、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張力コート処理を施し製品とした。
かくして得られた製品について、JIS C 2550に準拠して磁気特性を調査した。その結果を表２に併記する。
【００３４】
また、比較として、溝形成を実施せず公知の条件でレーザ照射を行って高転位密度域を導入した非耐熱型の磁区細分化材の磁気特性についても調査した。その調査結果を表２に示す。
【００３５】
本発明に従って製造した場合、本発明範囲外のものよりも鉄損特性が良好で、非耐熱型の磁区細分化技術と同等レベルの鉄損特性が得られている。また、磁束密度も本発明範囲外のものよりも高くなっていることが分かる。No.４の磁区不連続部のうねりの周期が本発明を満足しているが曲率半径が発明範囲外であり、磁区不連続部と連続部との境界がほぼ直線状になった結果、磁壁量の増加が不十分になり、本発明の条件を満足する条件下に製造されたものよりも鉄損特性が劣っている。
【００３６】
【表１】
2015140470.tif 000003
【００３７】
【表２】
2015140470.tif 000004
【実施例２】
【００３８】
表３に示す成分を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、連続鋳造にて製造し、1440℃に加熱後、熱間圧延により板厚：2.6 mmの熱延板としたのち、1000℃で300秒の熱延板焼鈍を施した。ついで、冷間圧延により中間板厚：0.45mmとし、雰囲気酸化度Ｐ(H2O)/Ｐ(H2)＝0.25、90秒の条件で中間焼鈍を施したのち、塩酸酸洗により表面のサブスケールを除去してから、再度冷間圧延を施して最終板厚：0.23mmの冷延板に仕上げた。
【００３９】
その後、グラビアオフセット印刷によってエッチングレジストを塗布し、ついで電子ビームにて溝形成部のエッチングレジスト剥離形状を変化させた。その剥離形状は表４に示すとおりである。引き続き、電解エッチングおよびアルカリ液中でのレジスト剥離により、幅：150μm、深さ：30μm の溝を、圧延方向と直交する向きに対し15°の傾斜角度にて圧延方向へ４mm間隔で形成した。ついで、雰囲気酸化度Ｐ(H2O)/Ｐ(H2)＝0.55、均熱温度：825℃で200秒保持する脱炭焼鈍を施したのち、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶とフォルステライト被膜形成および純化を目的とした最終仕上げ焼鈍を、N2：H2＝60：40の混合雰囲気中にて1250℃，10ｈの条件で実施した。その後、830℃×30secの条件で形状を整える平坦化焼鈍を行い、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張力コート処理を施し製品とした。
かくして得られた製品について、JIS C 2550に準拠して磁気特性を調査した。その結果を表４に併記する。
【００４０】
また、比較として、溝形成を実施せず公知の条件でレーザ照射を行って高転位密度域を導入した非耐熱型の磁区細分化材の磁気特性についても調査した。その調査結果を表４に示す。
【００４１】
本発明に従って製造した場合、本発明範囲外のものよりも鉄損特性が良好で、非耐熱型の磁区細分化技術と同等レベルの鉄損特性が得られている。また、磁束密度も本発明範囲外のものよりも高くなっていることが分かる。No.４の磁区不連続部のうねりの周期が本発明を満足しているが曲率半径が発明範囲外であり、磁区不連続部と連続部の境界がほぼ直線となっており、磁壁量の増加が不十分で本発明の範囲内で製造されたものよりも鉄損特性が劣っている。
【００４２】
【表３】
2015140470.tif 000005
【００４３】
【表４】
2015140470.tif 000006
【図１】
2015140470.tif 000007
【図２】
2015140470.tif 000008
【図３】
2015140470.tif 000009
【図４】
2015140470.tif 000010