(57)【要約】  本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板は、下地鋼板と、前記下地鋼板の表面に配された張力絶縁被膜とを有する方向性電磁鋼板であって、前記方向性電磁鋼板から前記張力絶縁被膜をアルカリ溶液で除去し、次いで前記下地鋼板の表面を圧延方向に測定することによって得られるＬ方向十点平均粗さＲｚＬが６．０μｍ以下である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地鋼板と、前記下地鋼板の表面に配された張力絶縁被膜とを有する方向性電磁鋼板であって、
前記方向性電磁鋼板から前記張力絶縁被膜をアルカリ溶液で除去した前記下地鋼板の、圧延方向の十点平均粗さＲｚＬが６．０μｍ以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
【請求項２】
前記方向性電磁鋼板から前記張力絶縁被膜を前記アルカリ溶液で除去した前記下地鋼板の、圧延直角方向の十点平均粗さＲｚＣが８．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項３】
前記圧延方向の十点平均粗さＲｚＬと、前記圧延直角方向の十点平均粗さＲｚＣとが、
ＲｚＬ／ＲｚＣ＜１．０を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項４】
圧延方向の算術平均粗さＲａＬが０．４μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項５】
圧延直角方向の算術平均粗さＲａＣが０．６μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の原板となる鋼板であって、
圧延方向の十点平均粗さＲｚＬが６．０μｍ以下であることを特徴とする鋼板。
【請求項７】
圧延直角方向の十点平均粗さＲｚＣが８．０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の鋼板。
【請求項８】
前記圧延方向の十点平均粗さＲｚＬと前記圧延直角方向の十点平均粗さＲｚＣとが、
ＲｚＬ／ＲｚＣ＜１．０を満足することを特徴とする請求項６又は７に記載の鋼板。
【請求項９】
圧延方向の算術平均粗さＲａＬが０．４μｍ未満であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の鋼板。
【請求項１０】
圧延直角方向の算術平均粗さＲａＣが０．６μｍ未満であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板、及び方向性電磁鋼板用の原板となる鋼板に関する。
本願は、２０１９年１月１６日に、日本に出願された特願２０１９−５１２７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、方向性電磁鋼板はトランスなどの鉄芯として用いられており、方向性電磁鋼板の磁気特性がトランスの性能に多大な影響を与えることから、磁気特性を改善するよう様々な研究開発がなされてきた。方向性電磁鋼板の鉄損を低減する手段として、例えば下記の特許文献１には、仕上げ焼鈍後の鋼板表面に対してコロイド状シリカとリン酸塩とを主成分とする溶液を塗布焼き付けることにより張力付与コーティングを形成して、鉄損を低減する技術が開示されている。更に、下記の特許文献２には、仕上げ焼鈍後の材料表面の平均粗さＲａを０．４μｍ以下とし、この表面に対してレーザビームを照射して局部歪みを鋼板に付与することにより磁区を細分化して、鉄損を低減する技術が開示されている。下記特許文献１や特許文献２に示したようなこれらの技術により、鉄損は極めて良好なものとなってきている。【０００３】
ところで、近年では、トランスの小型化や高性能化の要求が高まっており、トランスの小型化のためには、磁束密度の高い場合にも鉄損が良好であることが方向性電磁鋼板に求められている。鉄損を改善する手段として、通常の方向性電磁鋼板に存在する無機質系被膜を無くし、更に張力を付与することが研究されている。後に張力付与コーティングが形成されることから、無機質系被膜を１次被膜と称し、張力を付与した絶縁コーティングを２次被膜と称することもある。【０００４】
方向性電磁鋼板の表面には、脱炭焼鈍工程で生じるシリカを主成分とする酸化層と、焼き付き防止のために表面に塗布された酸化マグネシウムと、が仕上げ焼鈍中に反応して、フォルステライトを主成分とする無機質系被膜を生成する。無機質系被膜には若干の張力効果があり、方向性電磁鋼板の鉄損を改善する効果がある。しかしながら、これまでの研究の結果、無機質系被膜は非磁性層であることにより、磁気特性に悪影響を及ぼすことが明らかとなってきている。従って、無機質系被膜を研磨などの機械的あるいは酸洗などの化学的手段を用いて除去したり、あるいは、高温仕上げ焼鈍における無機質系被膜の生成を防止したりすることにより、無機質系被膜を有しない方向性電磁鋼板あるいは鋼板表面を鏡面状態とする技術が研究されている。【０００５】
このような無機質系被膜の生成防止あるいは鋼板表面の平滑化技術として、例えば下記の特許文献３には、通常の仕上げ焼鈍後に酸洗して表面形成物を除去した後、化学研磨あるいは電解研磨により鋼板表面を鏡面状態とする技術が開示されている。また、近年では、例えば下記の特許文献４に開示されているような、仕上げ焼鈍時に使用される焼鈍分離剤にビスマスあるいはビスマス化合物を添加することにより、無機質系被膜の生成を防止する技術などがある。【０００６】
これら公知の方法により得られた、無機質系被膜を有しないあるいは磁気的平滑性に優れた方向性電磁鋼板の表面に対して、張力付与コーティングを施すことにより、更に優れた鉄損改善効果が得られることが判明している。【０００７】
しかしながら、上述の技術のみでは、方向性電磁鋼板に対する近年の高性能化の要求を充分に満足することはできない。【０００８】
さらに、表面粗度Ｒａの制御により特性を改善する技術として、特許文献５には方向性電磁鋼板の表面に設けられた張力付与型絶縁被膜を備え、前記方向性電磁鋼板の表面の一部又は全部は、無機質系被膜を有しておらず、前記張力付与型絶縁被膜が設けられた側の前記方向性電磁鋼板の表面は、矩形状の微細構造を有しており、前記方向性電磁鋼板の表面における前記微細構造の占める面積の割合である面積率が、５０％以上であり、圧延方向の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．１０〜０．３５μｍであり、圧延方向に対して直交する方向である直角方向の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．１５〜０．４５μｍである方向性電磁鋼板が開示されている。【０００９】
特許文献６には、珪素鋼スラブを熱間圧延し焼鈍した後、１回或いは中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延によって最終板厚とし、この材料を脱炭焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布した後、最終仕上焼鈍を施し、次いで絶縁被膜剤を塗布しヒートフラットニングを施す方向性電磁鋼板の製造方法において、前記絶縁被膜剤塗布以前の段階で鋼板（ストリップ）に表面加工を施して鋼板表面粗さをＲａ値で０．２５〜０．７０μｍとしかつ、ストリップの圧延方向の表面粗さＬＲａと圧延方向の直行する方向の表面粗さＣＲａの比をＬＲａ／ＣＲａ≧０．７とすることを特徴とする表面被膜の潤滑性が良く巻鉄心の加工性が優れる方向性電磁鋼板の絶縁被膜形成方法が、開示されている。【００１０】
特許文献７には、地鉄表面の３次元表面粗さが中心面平均粗さＳＲａで０．５μｍ以下でかつ、周波数解析による波長域：２７３０〜１０２４μｍにおけるパワースペクトル和が０．０４μｍ２以上であり、その表面に有機樹脂系の絶縁被膜をそなえることを特徴とする高速打抜性に優れた積層鉄心用電磁鋼板が、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】日本国特開昭４８−３９３３８号公報
【特許文献２】日本国特許第２６７１０７６号公報
【特許文献３】日本国特開昭４９−９６９２０号公報
【特許文献４】日本国特開平７−５４１５５号公報
【特許文献５】日本国特開２０１８−６２６８２号公報
【特許文献６】日本国特開平３−２８３２１号公報
【特許文献７】日本国特開平５−２９５４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
これら技術に従い、下地鋼板の算術平均粗さＲａを制御し、Ｂ−Ｗ特性（ＢとＷのバランス）を良好にしたにも関わらず、磁束密度が低く、良好な低鉄損化効果が得られない場合が見られた。この磁束密度低下を回避する技術を鋭意検討したところ、Ｌ方向粗度を制御することによって良好なＢ−Ｗバランスを維持した中で、磁束密度の低下を抑制し、良好な鉄損改善効果を得ることに成功した。
本発明は、上記問題および知見に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、Ｂ−Ｗ特性に優れ、かつ良好な鉄損特性をもつ方向性電磁鋼板、及びその原板となる鋼板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板は、下地鋼板と、前記下地鋼板の表面に配された張力絶縁被膜とを有し、前記方向性電磁鋼板から前記張力絶縁被膜をアルカリ溶液で除去した前記下地鋼板の、圧延方向の十点平均粗さＲｚＬが６．０μｍ以下である。
（２）上記（１）に記載の方向性電磁鋼板では、前記方向性電磁鋼板から前記張力絶縁被膜を前記アルカリ溶液で除去した前記下地鋼板の、圧延直角方向の十点平均粗さＲｚＣが８．０μｍ以下であることを特徴とする。
（３）上記（１）又は（２）に記載の方向性電磁鋼板では、前記圧延方向の十点平均粗さＲｚＬと、前記圧延直角方向の十点平均粗さＲｚＣとが、ＲｚＬ／ＲｚＣ＜１．０を満足することを特徴とする。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板では、圧延方向の算術平均粗さＲａＬが０．４μｍ未満であることを特徴とする。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板では、圧延直角方向の算術平均粗さＲａＣが０．６μｍ未満であることを特徴とする。
（６）本発明の別の態様に係る鋼板は、上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の原板となる鋼板であって、圧延方向の十点平均粗さＲｚＬが６．０μｍ以下である。
（７）上記（６）に記載の鋼板では、圧延直角方向の十点平均粗さＲｚＣが８．０μｍ以下であることを特徴とする。
（８）上記（６）又は（７）に記載の鋼板では、前記圧延方向の十点平均粗さＲｚＬと前記圧延直角方向の十点平均粗さＲｚＣとが、ＲｚＬ／ＲｚＣ＜１．０を満足することを特徴とする。
（９）上記（６）〜（８）のいずれか一項に記載の鋼板では、圧延方向の算術平均粗さＲａＬが０．４μｍ未満であることを特徴とする。
（１０）上記（６）〜（９）のいずれか一項に記載の鋼板では、圧延直角方向の算術平均粗さＲａＣが０．６μｍ未満であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、Ｂ−Ｗ特性に優れ、かつ優れた鉄損特性を有する方向性電磁鋼板、及びこれの材料となる原板（鋼板）を提供することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
（方向性電磁鋼板）
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、下地鋼板と、この下地鋼板の表面に配された張力絶縁被膜とを有する。一般に、方向性電磁鋼板を構成する下地鋼板には、鋼成分としてシリコン（ケイ素）が含有される。このシリコン元素は極めて酸化され易いので、方向性電磁鋼板の製造工程で実施される脱炭焼鈍の後の下地鋼板の表面には、シリコン元素を含有する酸化被膜が形成される。一般的な方向性電磁鋼板の製造工程では、脱炭焼鈍後、下地鋼板の表面に焼鈍分離剤を塗布した後で、下地鋼板をコイル状に巻き取り、これに仕上げ焼鈍を行う。ここで、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を下地鋼板に塗布した場合には、仕上げ焼鈍中にＭｇＯと下地鋼板表面の酸化被膜とが反応して、フォルステライトを主成分とする無機質系被膜が下地鋼板の表面に形成される。しかし本発明者らは、優れた高磁場鉄損を実現するためには、フォルステライトなどの無機質系被膜を方向性電磁鋼板の表面に存在しないようにした場合の方が、鉄損低減効果が大きいことを見出した。
【００１７】
そして本発明者らは、さらなる検討を重ねた。その結果、下地鋼板の表面粗度、特に十点平均粗さを適切に制御することで、磁気特性を一層向上できることを本発明者らは見出した。具体的には、無機質系被膜を方向性電磁鋼板の表面に存在しないようにする上述の処理（鏡面化処理）をすることによって同一の磁束密度Ｂ８における鉄損特性が良好となる（この状態を「Ｂ−Ｗ特性が良好」と称する）が、これに加えて十点平均粗さを所定の条件を満足するように制御すれば、Ｂ−Ｗ特性を良好に保ったまま、さらに磁束密度Ｂ８を向上させて、鉄損特性を改善できることを本発明者らは見出した。本発明は、このような知見に基づいて完成された。
【００１８】
ここで、本実施形態における十点平均粗さ（ｔｅｎ  ｐｏｉｎｔ  ｈｅｉｇｈｔ  ｏｆ  ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ  ｐｒｏｆｉｌｅ）とは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３における定義ではなく、旧規格ＪＩＳ  Ｂ  ０６６０：１９９８における定義「カットオフ値λｃの位相補償高域フィルタを適用して（カットオフ値λｓの位相補償低域フィルタは適用しない。）得た基準長さの輪郭曲線（旧規格  ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：１９９４の粗さ曲線）において、最高の山頂から高い順に５番目までの山高さの平均と最深の谷底から深い順に５番目までの谷深さの平均との和。」に基づいて測定される値（即ちＲｚＪＩＳ９４）である。本実施形態では、算術平均粗さ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ａｖｅｒａｇｅ  ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）Ｒａについても検討しているが、これの定義は、旧規格ＪＩＳ  Ｂ  ０６６０：１９９８における中心線平均粗さＲａ７５の定義「粗さ曲線（７５％）を用いて得られる次の算術平均高さで，μｍによって表したもの。
【００１９】
【数１】
2020149324.tif 000002
ここに、Ｚ（ｘ）：粗さ曲線（７５％）  ｌｎ：評価長さ」と同一である。
【００２０】
十点平均粗さＲｚ及び算術平均粗さＲａは、いずれも単に「表面粗さ」と略称される場合がある。本実施形態でも、十点平均粗さＲｚ及び算術平均粗さＲａを包括する概念として「表面粗さ」という用語が用いられる場合がある。しかしながら、十点平均粗さＲｚ及び算術平均粗さＲａは区別されるべきパラメータである。本発明者らは当初、算術平均粗さＲａと鉄損との関係について検討を行っていたが、やがて算術平均粗さＲａだけでは鉄損のばらつきが説明できないことが明らかになった。本発明者らが種々の条件で作成した下地鋼板の評価結果では、算術平均粗さＲａが実質的に一致する下地鋼板を用いて得られた方向性電磁鋼板において、鉄損がばらつく現象が確認された。そこで本発明者らがさらなる検討を重ねた結果、上述の鉄損のばらつきが、下地鋼板の圧延方向の十点平均粗さＲｚＬと圧延直角方向の十点平均粗さＲｚＣによって説明できることが明らかになった。ここで着目すべきは、下地鋼板の表面粗度を十点平均粗さＲｚによって評価すべきであるという点、及び下地鋼板の圧延方向の粗度と圧延直角方向の粗度の関係に着目すべきであるという点である。
以降の説明では、十点平均粗さを「Ｒｚ」、圧延方向の十点平均粗さを「ＲｚＬ」、圧延直角方向の十点平均粗さを「ＲｚＣ」、算術平均粗さを「Ｒａ」、圧延方向の算術平均粗さを「ＲａＬ」、圧延直角方向の算術平均粗さを「ＲａＣ」と記述することがある。
【００２１】
Ｒｚの大小と、Ｒａの大小とは、必ずしも一致した傾向を示さない。例えば、下地鋼板のＲａＬが約０．２０μｍである種々の方向性電磁鋼板において、下地鋼板のＲｚＬがばらついている場合があった。そしてこれらの方向性電磁鋼板では、下地鋼板のＲｚＬの大小に応じて、鉄損の大小が発生していた。
【００２２】
上述した定義から明らかなように、Ｒａは粗さ曲線の平均値を示すものであり、ここで粗さ曲線における山高さ及び谷深さは反映されない。しかしながら本発明者らは、下地鋼板の粗さ曲線における谷深さこそが鉄損に影響すると推測している。下地鋼板の表面では、結晶粒界や不均一な表面酸化、さらには含有元素の偏析や転位等の格子欠陥の偏在に該当する箇所などにおいて粗さ曲線の谷が生じうる。粗さ曲線の谷は、磁性体である鋼板が分断される箇所であり、鋼板表面がむき出しになっている状態では空隙となっており、鋼板表面が張力絶縁被膜等で覆われていれば、粗さ曲線の谷には、非磁性体である張力絶縁被膜が入り込む。このように磁性体であるＦｅ相が分断されている粗さ曲線の谷部は、鋼板が磁化される際に、鋼板表面領域において磁束の通過の障害となる。すなわち、下地鋼板の表面近傍の磁束が、空隙である谷部または非磁性体で満たされた谷部を通過する場合、抵抗となって鋼板の磁束密度低下および鉄損の上昇が生じると考えられる。
このような影響は、比較的深い谷部に注目することで認識できるものであり、Ｒａのような数値では、これらの影響による特性変化はばらつきの中に埋もれてしまい、制御されるべき構成としては認識されない（以降の説明では、上記の「鋼板表面の粗さ曲線の谷（部）」を単に「谷（部）」と記述することがある）。このような理由に基づいて、本発明者らは、山高さ及び谷深さに基づいて算出される十点平均粗さＲｚによって、鉄損のばらつきを説明することが可能になったと考える。
【００２３】
一般的には、圧延方向、即ちＬ方向に沿って測定した算術平均粗さＲａＬは、Ｃ方向に沿って測定した算術平均粗さＲａＣよりも小さい。先行技術において、算術平均粗さと鉄損との関係に着目した例が存在するが、ここでは算術平均粗さＲａの大小のみが注目され、従ってＣ方向算術平均粗さＲａＣの方が重要であると考えられていた。具体的にはＲａＣの値を小さくすることで、同一の磁束密度Ｂ８をもつ鋼板のＷ１７／５０の値を小さくすることができていた（良好なＢ−Ｗ特性が得られていた）。
しかし、本発明者らが十点平均粗さＲｚに着目して表面粗さと鉄損との関係を調査した結果、同一Ｂ８でのＷ１７／５０の値は同じであっても、良好なＢ８自体を得ることができず、むしろＬ方向十点平均粗さＲｚＬと鉄損との間で良好な相関性が見られた。従って、本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、下地鋼板のＬ方向十点平均粗さＲｚＬを６．０μｍ以下に制御することとする。
【００２４】
なお、本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、下地鋼板のＲｚＣ（Ｃ方向に沿った十点平均粗さ測定において検出される谷）の影響を検討した結果、Ｌ方向十点平均粗さＲｚＬよりもＣ方向十点平均粗さＲｚＣが大きいことが好ましい。しかしながら、ＲｚＣを大きくし過ぎた場合、Ｃ方向に沿った十点平均粗さ測定において検出される谷による悪影響が顕著になる場合があり、またＬ方向十点平均粗さＲｚＬも粗大化する恐れがある。
従って、上述の効果を得ようとする場合、Ｃ方向十点平均粗さＲｚＣの上限値を８．０μｍ以下としておくことが望ましい。
【００２５】
また、ＲｚＣを８．０μｍ以下に制御した中では、Ｌ方向の十点平均粗さＲｚＬと、Ｃ方向の十点平均粗さＲｚＣの比であるＲｚＬ／ＲｚＣを１．０未満にすることが一層好ましいことが判明した。即ち、ＲｚＬ／ＲｚＣ＜１．０の関係が満たされることが一層好ましい。これは、Ｌ方向の十点平均粗さＲｚＬよりもＣ方向の十点平均粗さＲｚＣの方が大きい場合、Ｌ方向に沿った十点平均粗さ測定において検出される谷（Ｃ方向に沿った谷）の形状が不規則になるからであると推定される。谷の形状が不規則になることによって、磁束の移動がスムーズになり、Ｌ方向に沿った十点平均粗さ測定において検出される谷の悪影響を緩和し、一層の鉄損特性の向上が達成できるものと考えられる。
なお、ＲｚＬ／ＲｚＣ＜０．９、又はＲｚＬ／ＲｚＣ＜０．７とすることがさらに好ましい。
【００２６】
磁束通過の障害の指標となるＲｚが小さい方が磁気特性向上のために好ましいことは直感的に理解できるが、ＲｚＣが大きい方が磁気特性が良好となる理由は明確ではない。現時点で発明者らは以下のように考えている。
【００２７】
ＲｚＬおよびＲｚＣで評価される谷部は、形態的にはそれぞれの測定方向の垂直方向に延在したものとなっていると考えられる。例えばＲｚＬで評価される圧延方向に計測された谷部は圧延直角方向に延在した線状（または筋状）の凹部が計測されていると考えられる。また、ＲｚＣで評価される圧延直角方向に計測された谷部は圧延方向に延在した線状（または筋状）の凹部が計測されていると考えられる。
【００２８】
この状況においては、圧延方向に通過する磁束から見ると、ＲｚＬで評価される谷部は通過方向に壁のように立ち塞がる領域となる。これはＲｚＬが大きくなると磁気特性が劣化するという定性的な特徴を理解するのに都合が良い。一方、ＲｚＣで評価される谷部は圧延方向に通過する磁束に壁のように沿う領域となる。このような領域は磁束が圧延方向から外れることを抑制する効果を有すると考えられ、ＲｚＣが大きくなると磁気特性が向上するという定性的な特徴を理解するのに都合が良い。
【００２９】
以上ではＲｚＣによる谷部の影響を磁束の通過という観点で理解する可能性を示したが、もう一つ、電気抵抗という観点で本発明のメカニズムを理解することも可能である。圧延方向に磁束が通過する場合、これと垂直な方向、すなわち鋼板表面に沿って圧延直角方向に電流が流れることが電磁気学の基本現象である。この電流は電磁鋼板においては、渦電流と呼ばれ、鉄損の一因となっている。一般的には鋼板にＳｉ等の元素を高濃度で添加し電気抵抗を高めて渦電流の発生を抑えることで鉄損を抑えている。
本発明で制御するＲｚＣで評価される、鋼板表面で圧延方向に延在する谷部は、電導物質であるＦｅ相の分断領域であり、この渦電流の発生に対しては抵抗となり、磁気特性の向上、特に鉄損低下に寄与していることが考えられる。
【００３０】
以上のメカニズムは完全に解明されたものではないが、本発明における「圧延直角方向の粗度を大きくすることによる磁気特性向上」という現象は新規な視点であり、メカニズムの今後の解明が期待される。
【００３１】
また、本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、下地鋼板のＬ方向算術平均粗さＲａＬ及びＣ方向算術平均粗さＲａＣが小さいことが好ましい。本実施形態では、下地鋼板の表面の粗さ曲線における谷に最も強く着目しているが、粗さ曲線の平均値も鉄損にある程度の影響を及ぼすので、これらも合わせて規定することが好ましい。ＲａＬは０．４μｍ未満、ＲａＣは、０．６μｍ未満とすることが好ましい。
【００３２】
なお、本発明の実施形態に係る方向性電磁鋼板は、下地鋼板と、前記下地鋼板の表面側に配された張力絶縁被膜とを有する方向性電磁鋼板である。
【００３３】
＜下地鋼板について＞
本実施形態に係る方向性電磁鋼板において、張力絶縁被膜の母材鋼板として用いられる下地鋼板は、特に限定されない。例えば、公知の鋼成分からなる方向性電磁鋼板を下地鋼板とすることができる。このような方向性電磁鋼板として、例えば、２〜７質量％のＳｉを少なくとも含有する方向性電磁鋼板を挙げることができる。鋼成分中のＳｉ濃度を２％以上とすることで、所望の磁気特性を実現することが可能となる。一方、鋼成分中のＳｉ濃度が７％超となる場合には、下地鋼板の脆性が低く、製造が困難となるため、鋼成分中のＳｉ濃度は７％以下であることが好ましい。
【００３４】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板においては、下地鋼板と張力絶縁被膜との間にグラス被膜（フォルステライト被膜）があってもよいし、無くてもよい。下地鋼板と張力絶縁被膜との間にグラス被膜が無い場合、方向性電磁鋼板の鉄損特性の一層の向上が達成できる。なお、グラス被膜がない方向性電磁鋼板とは、下地鋼板の直上に張力絶縁被膜が配された方向性電磁鋼板、又は下地鋼板がグラスレス鋼板である方向性電磁鋼板と換言することができる。一方、下地鋼板と張力絶縁被膜との間にグラス被膜を形成することによって、張力絶縁被膜の密着性を高めることができる。
【００３５】
下地鋼板の表面のＲｚ、並びにＲａは、アルカリ溶液などを用いて方向性電磁鋼板の表面に形成された張力絶縁被膜を除去してから測定される。この張力絶縁被膜の除去は、以下の手順によって実施される。まず、４８％苛性ソーダ（水酸化ナトリウム水溶液、比重１．５）と水を体積比６対４で混合して、３３％苛性ソーダ水溶液（水酸化ナトリウム水溶液）を作成する。この３３％苛性ソーダ水溶液の温度を８５℃以上とする。そして、この苛性ソーダ水溶液中に、絶縁被膜付の方向性電磁鋼板を２０分浸漬させる。その後、方向性電磁鋼板を水洗、乾燥させることで、方向性電磁鋼板の絶縁被膜の除去ができる。また、絶縁被膜の厚さによってはこの浸漬、水洗、乾燥作業を繰り返して、絶縁被膜を除去する。
【００３６】
Ｒｚ、並びにＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６６０：１９９８に則して、公知の方法により測定することが可能である。本発明では、下地鋼板の表面の５箇所においてＲｚ及びＲａの測定を圧延方向及び圧延直角方向それぞれに対して実施する。得られた複数の測定値の平均値を、着目している方向性電磁鋼板の下地鋼板のＲｚＬ及びＲｚＣ、並びにＲａＬ及びＲａＣとする。
【００３７】
（方向性電磁鋼板の製造方法）
続いて、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法について、詳細に説明する。以下に説明する製造方法によれば、本実施形態に係る方向性電磁鋼板が好適に得られる。ただし、以下に説明する製造方法とは異なる方法で得られた方向性電磁鋼板であっても、上述の要件を満たすものであれば本実施形態に係る方向性電磁鋼板に該当することは、言うまでもない。
【００３８】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、まず通常の手段により方向性電磁鋼板の下地鋼板を製造する。下地鋼板を製造するための条件は特に限定されず、通常の条件を採用することができる。例えば、方向性電磁鋼板に適した化学成分を有する溶鋼を原料として、鋳造、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、脱炭焼鈍、焼鈍分離剤塗布、及び仕上焼鈍を実施することにより、下地鋼板を得ることができる。
【００３９】
＜張力絶縁被膜について＞
方向性電磁鋼板は、下地鋼板上に形成された張力付与被膜（張力絶縁被膜）を有する。なお、下地鋼板の表面にはわずかな厚さの酸化膜などが形成されている場合がある。かかる張力付与被膜は、特に限定されるものではなく、従来方向性電磁鋼板の張力付与被膜として用いられてきたものを適用することが可能である。このような張力付与被膜として、例えば、リン酸塩又はコロイダルシリカの少なくとも一方を主成分とする被膜等を挙げることができる。
【００４０】
かかる張力付与被膜の付着量については、特に限定されるものではないが、通常０．４ｋｇｆ／ｍｍ２以上、さらには０．８ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高張力を実現可能な付着量とすることが好ましい。本実施形態に係る張力付与被膜の付着量は、例えば、２．０ｇ／ｍ２〜７．０ｇ／ｍ２程度である。
【００４１】
（下地鋼板の表面粗度の制御）
以上説明したような本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、上記のような特定の表面粗度を有することで、鉄損を極めて低く保つことが可能となる。
【００４２】
Ｒａを制御する方法は特に限定されるものでなく、公知の方法を適宜用いればよい。例えば、熱延鋼板及び冷延鋼板のロール粗度を適宜制御することや、下地鋼板の表面を研削することによって、下地鋼板のＲａを制御することができる。
【００４３】
Ｒｚについても、公知の方法を適宜使用することが可能であるが、本発明における適度な形状（深さ、さらには幅、延在長さなど）を得る方法の一例を以下に説明する。
ここでは、特に鋼板の表面反応を用いた制御方法を説明する。基本的な制御指針は、熱処理過程での結晶粒界などの組織制御、元素偏析、表面酸化などにおいて、適度な不均一領域を形成し、これに酸洗などの表面処理を施すことで表面形態を制御するものである。一例として、仕上焼鈍における表面制御と仕上焼鈍終了後の除粉酸洗処理を経る例を示す。
【００４４】
Ｒｚは鋼板製造工程における様々な表面反応の結果として得られるため、一概に所望のＲｚを得るための製造条件を決定することは困難である。とは言え、上記の基本的な制御指針、および下記の具体例が示されていれば、これらを参照したうえで、実際に製造した鋼板の表面状況を観察しながら、最終的に目的とするＲｚを得ることは、日常的に熱処理や酸洗や表面処理を実施しながら製品の表面粗度を調整している当業者であれば困難ではない。
【００４５】
＜仕上焼鈍＞
仕上焼鈍工程において表面反応を制御する因子としては、焼鈍分離剤のマグネシア添加量と焼鈍雰囲気の窒素分圧とが挙げられる。焼鈍分離剤のマグネシア添加量については、アルミナとマグネシアとからなる焼鈍分離剤を使用する場合、他の条件にも依るが、アルミナに対する質量％でマグネシア添加量を１０〜５０％とすることが好ましい。この範囲内および近傍領域で、マグネシア添加量が上限領域または下限領域に近づくと、Ｒｚが大きくなる傾向にある。これは、マグネシア添加量により、マグネシアと鋼中Ｓｉの局所的な反応およびそれに伴う鋼板内部から鋼板表面へのＳｉの拡散移動状況が変化することが原因と考えられる。
ただし、表面粗度は後述するＢＡＦ雰囲気条件及び酸洗条件にも影響される。アルミナに対する質量％でのマグネシア添加量を５０％超とした場合でも、ＢＡＦ雰囲気条件及び酸洗条件の適正化によって、好ましい表面粗度を達成することは可能である。
【００４６】
焼鈍雰囲気（ＢＡＦ雰囲気）の窒素分圧については、雰囲気を窒素と水素の混合ガスとする場合、窒素分圧を高くすると酸化ポテンシャルが高くなる。これにより鋼板の酸化が主に鋼板表面で起こるようになり、除粉酸洗処理後のＲｚを小さくするように制御することが可能となる。一方で窒素分圧が低くなると、鋼板の内部でも酸化が起こるようになり、除粉酸洗処理後のＲｚが大きくなると考えられる。他の条件にも依るが、基本的には窒素分圧はＲｚＣよりも特にＲｚＬへの影響が大きい。
【００４７】
＜仕上焼鈍終了後の除粉酸洗処理＞
仕上焼鈍終了後の下地鋼板に対して、除粉酸洗を行う。除粉は、下地鋼板をブラシでこすりながら水洗することによって行う。この際のブラシの押下圧等を、仕上焼鈍終了時の下地鋼板の表面状態（焼鈍分離剤の残存や仕上げ焼鈍中に鋼板表面に形成された酸化物の除去状態）を考慮しながら制御することで、Ｒｚを制御することができる。水洗の際の洗浄液は、通常の工業用水であってもよい。他の条件にも依るが、基本的には除粉条件はＲｚＬよりも特にＲｚＣへの影響が大きい。
【００４８】
次に、除粉終了後の下地鋼板に対して、酸洗を行う。酸洗は、水洗によって下地鋼板に付着した洗浄液を乾燥させる前に実施しなければならない。また、酸洗は酸濃度３％以下の硫酸を用いて、温度９０℃以下で、１〜６０秒間実施することが好ましい。酸洗時間は好ましくは４５秒以下である。酸濃度、酸洗温度、及び酸洗時間を上述のように組み合わせることによって、Ｌ方向の十点平均粗さＲｚＬを所定範囲内とすることができる場合が多い。
ただし、表面粗度は上述したマグネシア添加量及びＢＡＦ雰囲気条件にも影響される。酸洗時間を６０秒超とした場合でも、ＢＡＦ雰囲気条件及び酸洗条件の適正化によって、好ましい表面粗度を達成することは可能である。一方、上記した酸洗条件の範囲内であっても、表面粗度を大きくする条件同士を組み合わせた場合は、良好な表面状態が得られない場合がある。
【００４９】
（原板）
次に、本発明の別の態様に係る方向性電磁鋼板の原板となる鋼板（以下、「原板」と略する）について以下に説明する。本実施形態に係る方向性電磁鋼板の原板の表面に張力絶縁被膜を形成することで、上述された本実施形態に係る方向性電磁鋼板が得られる。即ち、本実施形態に係る原板は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の下地鋼板と実質的に同一であり、原板の表面を圧延方向に測定することによって得られるＬ方向十点平均粗さＲｚＬが６．０μｍ以下であることを特徴とする。
上記鋼板では、圧延直角方向の十点平均粗さＲｚＣ（μｍ）が８．０μｍ以下であってもよい、また上記鋼板ではＲｚＬ／ＲｚＣの値が１．０未満であってもよい。上記鋼板では、圧延方向の算術平均粗さＲａＬが０．４μｍ未満であってもよい。上記鋼板では、圧延直角方向の算術平均粗さＲａＣが０．６μｍ未満であってもよい。
これら特徴点に係る技術効果は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の下地鋼板の特徴点に係る技術効果と同じである。本実施形態に係る原板は、その表面に張力絶縁被膜を形成した場合に極めて優れた鉄損を示す。
【実施例】
【００５０】
続いて、実施例及び比較例を示しながら、本発明に係る方向性電磁鋼板及び方向性電磁鋼板の張力絶縁被膜形成方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明に係る方向性電磁鋼板及び方向性電磁鋼板の張力絶縁被膜形成方法のあくまでも一例であって、本発明に係る方向性電磁鋼板及び方向性電磁鋼板の張力絶縁被膜形成方法が下記の例に限定されるものではない。【００５１】
（実施例１）
板厚０．２３ｍｍ、及びＳｉ：３．２質量％の方向性電磁鋼板製造用の冷延鋼板に、脱炭焼鈍を施し、この脱炭焼鈍鋼板の表面に、表１に記載の成分を有する焼鈍分離剤の水スラリーを塗布し、乾燥させた後、コイル状に巻き取った。次いで、乾燥窒素雰囲気中で脱炭焼鈍鋼板を二次再結晶させ、表１に記載のＢＡＦ雰囲気で１２００℃の純化焼鈍（仕上げ焼鈍）を行い、仕上げ焼鈍済みの方向性珪素鋼板を得た。【００５２】
これら仕上げ焼鈍済みの鋼板に、表１に示す種々の条件で除粉酸洗処理を実施した。そして、酸洗後の鋼板に、焼き付け焼鈍を実施した。焼き付け焼鈍の条件は以下の通りとした。リン酸アルミニウムとコロイダルシリカからなる張力絶縁被膜を片面あたり５ｇ／ｍ２塗布した。その後、水素７５％窒素２５％からなり露点３０℃の焼鈍雰囲気で、８５０℃の温度下で３０秒保持し、焼き付けた。【００５３】
上述の手順によって、下地鋼板と、この下地鋼板の表面に配された張力絶縁被膜とを有する種々の方向性電磁鋼板が得られた。これらに対し、レーザー照射による磁区制御をし、以下の評価を実施した。【００５４】
（１）磁気特性評価
磁気特性は、ＪＩＳ  Ｃ  ２５５３：２０１２に規定されているＢ８（磁界の強さ８００Ａ／ｍにおける材料固有の磁束密度）及びＷ１７／５０（周波数５０Ｈｚ、最大磁束密度１．７Ｔにおけるキログラム当たりのワット値（Ｗ／ｋｇ））によって評価した。
今回の実施例においては、Ｂ８が１．９３Ｔ以上であり、且つＷ１７／５０が０．７０Ｗ／ｋｇ以下である方向性電磁鋼板は、磁気特性に優れると判断した。
但し、この合否基準は板厚やＳｉ量などの成分によっても変動するので、本発明に係る方向性電磁鋼板における絶対的な基準ではない。例えば、Ｂ８が同じ素材であれば、板厚は０．０２５ｍｍ程度薄くなると、鉄損値は０．０５Ｗ／ｋｇ程度よくなる傾向にあり、Ｓｉ量が０．１％増加すれば、鉄損値は０．０２Ｗ／ｋｇ程度さらに良くなる。即ち、上述の合否基準は、本発明に係る方向性電磁鋼板であって、板厚０．２３ｍｍ、及びＳｉ：３．２質量％である方向性電磁鋼板の評価用の閾値である。【００５５】
（２）下地鋼板の表面粗度測定
以下の手順によって、方向性電磁鋼板の張力絶縁被膜を除去した。まず、４８％苛性ソーダ（水酸化ナトリウム水溶液、比重１．５）と水を体積比６対４で混合して、３３％苛性ソーダ水溶液（水酸化ナトリウム水溶液）を作成した。この３３％苛性ソーダ水溶液の温度を８５℃以上に加熱した。そして、この苛性ソーダ水溶液中に、張力絶縁被膜付の方向性電磁鋼板を２０分浸漬させた。その後、方向性電磁鋼板を水洗、乾燥させることで、方向性電磁鋼板の張力絶縁被膜を除去した。
次に、ＪＩＳ  Ｂ  ０６６０：１９９８に則して、Ｌ方向（下地鋼板の圧延方向）に沿った十点平均粗さＲｚＬ及び算術平均粗さＲａＬと、Ｃ方向（下地鋼板の圧延方向に垂直な方向）に沿った十点平均粗さＲｚＣ及び算術平均粗さＲａＣとを測定した。
なお、表面粗度測定は、張力絶縁被膜を形成する直前の下地鋼板（原板）に対しても実施した。その結果、方向性電磁鋼板から張力絶縁被膜を除去した後の下地鋼板の表面粗度と、張力絶縁被膜を形成する前の原板の表面粗度とが実質的に同一であることが確認された。
これら評価結果を、表１に示す。【００５６】
【表１】
2020149324.tif 000003
【００５７】
本発明の範囲内のＲｚＬを有する下地鋼板から構成される方向性電磁鋼板は、全て良好な磁気特性を呈した。
一方、製造方法が本発明の製造条件を満たさなかったためにＲｚＬが本発明の範囲外であった方向性電磁鋼板では、磁気特性が損なわれた。具体的には、原板Ａ０及びＡ６から製造された方向性電磁鋼板は、ＲｚＬ≦６．０を満足しなかったので、磁気特性が損なわれた。
原板Ａ０から製造された方向性電磁鋼板の下地鋼板の表面粗度が好ましく制御されなかった理由は、焼鈍分離剤中のマグネシア量が少なすぎたからであると考えられる。原板Ａ６から製造された方向性電磁鋼板の下地鋼板の表面粗度が好ましく制御されなかった理由は、焼鈍分離剤中のマグネシア量が多すぎたからであると考えられる。ただし、焼鈍分離剤中のマグネシア量がＡ６と同量であったＡ５においては、ＢＡＦ雰囲気における窒素分圧を下げることによって、下地鋼板の表面粗度を制御することができた。【００５８】
（実施例２）
実施例１と同様の手順で、酸洗時間を表２に記載の通り変動させた製造条件で方向性電磁鋼板を作成した。なお、表２に記載されていない製造条件は、表１の原板Ａ４と同じとした。これらの評価結果を表２に示す。【００５９】
【表２】
2020149324.tif 000004
【００６０】
本発明の範囲内となるＲｚＬを有する下地鋼板から構成された方向性電磁鋼板は、全て良好な磁気特性を呈した。
一方、本発明の製造条件を満たさなかったためにＬ方向表面粗度が本発明の範囲外であった方向性電磁鋼板は、磁気特性が損なわれた。具体的には、酸洗時間が１２０秒であった方向性電磁鋼板は、ＲｚＬ≦６．０を満足しなかったので、磁気特性が損なわれた。これは、酸洗時間が長すぎた点に起因すると推定される。【００６１】
（実施例３）
実施例１と同様の手順で、酸洗温度及び酸濃度を表３に記載の通り種々異ならせた製造条件で方向性電磁鋼板を作成した。なお、表３に記載されていない製造条件は、表１の原板Ａ３と同じとした。これらの評価結果を表３に示す。【００６２】
【表３】
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【００６３】
本発明の範囲内となるＲｚＬを有する下地鋼板から構成された方向性電磁鋼板は、全て良好な磁気特性を呈した。
一方、本発明の製造条件を満たさなかったためにＲｚＬが本発明の範囲外であった方向性電磁鋼板は、磁気特性が損なわれた。具体的には、酸洗溶液の温度が９０℃と高い場合には酸濃度の影響が顕著になるため、３％Ｈ２ＳＯ４を用いて酸洗をすると、ＲｚＬが６．０μｍを超える。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明によれば、優れた磁気特性を有する方向性電磁鋼板、及びこれの材料となる原板を提供することが可能となる。従って、本発明は極めて大きな産業上の利用可能性を有する。
【国際調査報告】
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