(57)【要約】  この方向性電磁鋼板は、母鋼板と、前記母鋼板の表面上に形成されており、酸化珪素を主体とする中間層と、前記中間層の表面上に形成されている絶縁皮膜とを備える。前記母鋼板の表面から前記母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域での酸化物の数密度は０．０２０個／μｍ２以下である。前記方向性電磁鋼板は、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠してマンドレルを用いて行った曲げ試験後における前記絶縁皮膜が剥離した領域において、前記中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率が２０％以上である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
母鋼板と、
前記母鋼板の表面上に形成されており、酸化珪素を主体とする中間層と、
前記中間層の表面上に形成されている絶縁皮膜と、を備え、
前記母鋼板の表面から前記母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域での酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２以下であり、
ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠してマンドレルを用いて行った曲げ試験後における、前記絶縁皮膜が剥離した領域において、前記中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率が２０％以上である、
方向性電磁鋼板。
【請求項２】
スラブを１２８０℃以下で加熱した後、熱間圧延を実施して熱延鋼板を製造する熱間圧延工程と、
前記熱延鋼板に対して熱延板焼鈍を実施して焼鈍鋼板を製造する熱延板焼鈍工程と、
前記焼鈍鋼板に対して冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造する冷間圧延工程と、
前記冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を実施して母鋼板を製造する脱炭焼鈍工程と、
前記母鋼板にアルミナを５０質量％以上、及び、残部としてマグネシアを０〜５０質量％を含む組成を有する焼鈍分離剤を塗布する焼鈍分離剤塗布工程と、
前記焼鈍分離剤塗布工程後の前記母鋼板に対して、仕上げ焼鈍を実施する仕上げ焼鈍工程と、
前記仕上げ焼鈍工程後の前記母鋼板を、１１００〜５００℃の温度域における、水素分圧に対する水蒸気分圧の比で示される酸化度ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２を０．３０〜１０００００とした雰囲気下で冷却する冷却工程と、
前記冷却工程後の前記母鋼板を熱処理して、前記母鋼板の表面に酸化珪素を主体とする中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層形成工程後に、前記中間層の表面上に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成工程とを備える、
方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】
母鋼板と、
前記母鋼板の表面に形成された膜状酸化物と、
を備え、
前記膜状酸化物は、母鋼板の表面を膜状に覆うように存在し、
前記母鋼板の表面から前記母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域での酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２以下である、
方向性電磁鋼板用の中間鋼板。
【請求項４】
スラブを１２８０℃以下で加熱した後、熱間圧延を実施して熱延鋼板を製造する熱間圧延工程と、
前記熱延鋼板に対して熱延板焼鈍を実施して焼鈍鋼板を製造する熱延板焼鈍工程と、
前記焼鈍鋼板に対して冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造する冷間圧延工程と、
前記冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を実施して母鋼板を製造する脱炭焼鈍工程と、
前記母鋼板にアルミナを５０質量％以上、及び、残部としてマグネシアを０〜５０質量％を含む組成を有する焼鈍分離剤を塗布する焼鈍分離剤塗布工程と、
前記焼鈍分離剤塗布工程後の前記母鋼板に対して仕上げ焼鈍を実施する仕上げ焼鈍工程と、
前記仕上げ焼鈍工程後の前記母鋼板を、１１００〜５００℃の温度域における、水素分圧に対する水蒸気分圧の比で示される酸化度ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２を０．３０〜１０００００とした雰囲気下で冷却する冷却工程と、
を備える、
方向性電磁鋼板用の中間鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板用の中間鋼板及びそれらの製造方法に関する。
本願は、２０１９年１月１６日に、日本に出願された特願２０１９−５２００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】
方向性電磁鋼板は、変圧器等の鉄心材料として用いられる。方向性電磁鋼板には、低鉄損等の磁気特性が要求されている。【０００３】
通常、鉄損を低下させることを目的として、方向性電磁鋼板の表面には、皮膜が形成されている。この皮膜は、方向性電磁鋼板に張力を付与することにより、鋼板単板での鉄損を低下させる。この皮膜はさらに、方向性電磁鋼板を積層して鉄心として使用する際に、鋼板間の電気的絶縁性を確保することにより、鉄心としての鉄損を低下させる。【０００４】
皮膜が形成された方向性電磁鋼板としては、母鋼板の表面に、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）を主体とする仕上げ焼純皮膜が形成されて、さらに、仕上げ焼純皮膜の表面上に絶縁皮膜が形成されたものがある。つまり、この場合、母鋼板上の皮膜は、仕上げ焼鈍皮膜と、絶縁皮膜とを含む。仕上げ焼純皮膜及び絶縁皮膜の各々は、絶縁性及び母鋼板への張力付与の両方の機能を担っている。【０００５】
フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）を主体とする仕上げ焼純皮膜は、鋼板に二次再結晶を生じさせる仕上げ焼鈍において、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分とする焼鈍分離剤と母鋼板とが、６００〜１２００℃で３０時間以上保持される熱処理中に反応することにより形成される。【０００６】
絶縁皮膜は、仕上げ焼鈍後の鋼板に、たとえば、燐酸又は燐酸塩、コロイド状シリカ、及び、無水クロム酸又はクロム酸塩を含むコ−ティング溶液を塗布し、３００〜９５０℃で１０秒以上焼き付け乾燥することにより形成される。【０００７】
絶縁皮膜が、絶縁性及び母鋼板への張力付与の機能を発揮するためには、これらの皮膜（仕上げ焼鈍皮膜及び絶縁皮膜）と母鋼板との密着性が高いことが要求される。【０００８】
従来、上記密着性は、主として、母鋼板と仕上げ焼純皮膜との界面の凹凸によるアンカー効果によって確保されてきた。しかしながら、この界面の凹凸は、方向性電磁鋼板が磁化される際の磁壁移動の障害にもなる。そのため、この界面の凹凸は、方向性電磁鋼板の低鉄損化を妨げる要因にもなっている。【０００９】
フォルステライト皮膜等の仕上げ焼鈍皮膜を形成すると、母鋼板と仕上げ焼純皮膜との界面に凹凸が生じるので、低鉄損化するためには、仕上げ焼純皮膜形成を抑制して母鋼板の表面を平滑化することが有効である。【００１０】
例えば、特許文献１及び特許文献２には、低鉄損化を促進するために、フォルステライトを主体とする仕上げ焼純皮膜を存在させずに母鋼板の表面を平滑化する技術が提案されている。【００１１】
具体的には、特許文献１には、方向性電磁鋼板の製造方法において、仕上げ焼純皮膜を酸洗等により除去し、母鋼板表面を化学研磨又は電界研磨で平滑にすることが開示されている。また、特許文献２には、方向性電磁鋼板の製造方法において、仕上げ焼鈍時にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含む焼鈍分離剤を用いて、仕上げ焼鈍皮膜の形成自体を抑制して、母鋼板表面を平滑化することが開示されている。【００１２】
しかしながら、特許文献１、特許文献２の技術で得られるような仕上げ焼鈍皮膜の形成されていない平滑な母鋼板表面に接触して（母鋼板表面上に直接）絶縁皮膜を形成する場合、母鋼板表面に対して絶縁皮膜が密着しにくい（十分な密着性が得られない）という課題があった。【００１３】
このような課題に対し、例えば特許文献３、特許文献４、特許文献５及び特許文献６には、平滑化された母鋼板表面に対する絶縁皮膜の密着性を高めるため、母鋼板と絶縁皮膜との間に中間層（下地皮膜）を形成する技術が提案されている。【００１４】
特許文献３には、燐酸塩又はアルカリ金属珪酸塩の水溶液を母鋼板表面に塗布して、母鋼板表面上に中間層を形成する方法が開示されている。また、特許文献４〜特許文献６には、母鋼板に対して、温度及び雰囲気を適切に制御した数十秒〜数分の熱処理を施すことにより、外部酸化型の酸化珪素膜を中間層として形成する方法が開示されている。【００１５】
特許文献３〜特許文献６にて提案された中間層によれば、母鋼板に対する絶縁皮膜の密着性の向上と、母鋼板と皮膜との界面における凹凸の平滑化による鉄損の低下の抑制とにある程度の効果が得られる。しかしながら、近年、皮膜密着性についてはさらなる向上が求められている。このような要求に対し、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１及び特許文献１２に示される新たな技術が提案されている。【００１６】
特許文献７には、母鋼板の表面に、酸化珪素を主体とする外部酸化膜に加え、粒状外部酸化物を形成する技術が開示されている。また、特許文献８には、酸化珪素を主体とする外部酸化型酸化膜の空洞を制御する技術が開示されている。【００１７】
特許文献９〜特許文献１１には、酸化珪素主体の外部酸化膜に金属鉄や金属系酸化物（たとえば、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｒ酸化物、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃａ−Ｔｉ酸化物、Ｆｅ酸化物等）を含有させることにより、外部酸化膜を改質する技術が開示されている。【００１８】
特許文献１２には、酸化反応によって生成した酸化珪素を主体とする酸化膜と塗布焼付けによって形成した酸化珪素を主体とするコーティング層とを含む複層の中間層を有する方向性電磁鋼板が開示されている。【００１９】
上述のとおり、酸化珪素を主体とする外部酸化膜を中間層として用いることにより、母鋼板表面が平滑化されていても、絶縁皮膜の母鋼板に対する密着性を確保し、かつ、磁気特性に優れた方向性電磁鋼板が提案されている。【００２０】
ところで、方向性電磁鋼板がトランスの鉄心として巻きコアやＥＩコア等に利用される場合、方向性電磁鋼板が曲げ加工等の加工を受け、所望の形状にされる。また、所望の形状に加工された中間層を有する方向性電磁鋼板をトランスで使用する場合、空気中の水分、又は、鉄心が浸漬される油中の水分等との反応によって、絶縁皮膜が剥離する場合がある。そのため、トランスの鉄心として巻きコアやＥＩコア等に利用される方向性電磁鋼板には、絶縁皮膜の母鋼板に対する密着性だけでなく、耐水性についても要求される。
しかしながら、上述の酸化珪素を主体とする中間層を有する方向性電磁鋼板の特許文献に記載された技術において、水による絶縁皮膜の剥離について言及した文献は見られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】日本国特開昭４９−０９６９２０号公報
【特許文献２】国際公開第２００２／０８８４０３号
【特許文献３】日本国特開平０５−２７９７４７号公報
【特許文献４】日本国特開平０６−１８４７６２号公報
【特許文献５】日本国特開平０９−０７８２５２号公報
【特許文献６】日本国特開平０７−２７８８３３号公報
【特許文献７】日本国特開２００２−３２２５６６号公報
【特許文献８】日本国特開２００２−３６３７６３号公報
【特許文献９】日本国特開２００３−３１３６４４号公報
【特許文献１０】日本国特開２００３−１７１７７３号公報
【特許文献１１】日本国特開２００２−３４８６４３号公報
【特許文献１２】日本国特開２００４−３４２６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされた。本発明の目的は、酸化珪素を主体とする中間層を有する方向性電磁鋼板において、絶縁皮膜の密着性の向上、及び、従来は課題として認識されていなかった耐水性の向上を達成した方向性電磁鋼板、及びその方向性電磁鋼板用の中間鋼板、並びにそれらの製造方法を提供することである。
なお、耐水性に優れるとは、方向性電磁鋼板の表面に水が付着した際の腐食による絶縁皮膜の剥離進展を抑制することができることをいう。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）母鋼板と、前記母鋼板の表面上に形成されており、酸化珪素を主体とする中間層と、前記中間層の表面上に形成されている絶縁皮膜と、を備え、前記母鋼板の表面から前記母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域での酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２以下であり、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠してマンドレルを用いて行った曲げ試験後における、前記絶縁皮膜が剥離した領域において、前記中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率が２０％以上である方向性電磁鋼板。【００２４】
（２）スラブを１２８０℃以下で加熱した後、熱間圧延を実施して熱延鋼板を製造する熱間圧延工程と、前記熱延鋼板に対して熱延板焼鈍を実施して焼鈍鋼板を製造する熱延板焼鈍工程と、前記焼鈍鋼板に対して冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造する冷間圧延工程と、前記冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を実施して母鋼板を製造する脱炭焼鈍工程と、前記母鋼板にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）：５０質量％以上、及び、残部としてマグネシア（ＭｇＯ）：０〜５０質量％を含む組成を有する焼鈍分離剤を塗布する焼鈍分離剤塗布工程と、前記焼鈍分離剤塗布工程後の前記母鋼板に対して、仕上げ焼鈍を実施する仕上げ焼鈍工程と、前記仕上げ焼鈍工程後の前記母鋼板を、１１００〜５００℃の温度域における、水素分圧に対する水蒸気分圧の比で示される酸化度ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２を０．３０〜１０００００とした雰囲気下で冷却する冷却工程と、前記冷却工程後の前記母鋼板を熱処理して、前記母鋼板の表面に酸化珪素を主体とする中間層を形成する中間層形成工程と、前記中間層形成工程後に、前記中間層の表面上に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成工程とを備える、方向性電磁鋼板の製造方法。【００２５】
（３）母鋼板と、前記母鋼板の表面に形成された膜状酸化物と、を備え、前記膜状酸化物は、母鋼板の表面を膜状に覆うように存在し、前記母鋼板の最表面から前記母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域での酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２以下である、方向性電磁鋼板用の中間鋼板。【００２６】
（４）スラブを１２８０℃以下で加熱した後、熱間圧延を実施して熱延鋼板を製造する熱間圧延工程と、前記熱延鋼板に対して熱延板焼鈍を実施して焼鈍鋼板を製造する熱延板焼鈍工程と、前記焼鈍鋼板に対して冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造する冷間圧延工程と、前記冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を実施して母鋼板を製造する脱炭焼鈍工程と、前記母鋼板にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）：５０質量％以上、及び、残部としてマグネシア（ＭｇＯ）：０〜５０質量％を含む組成を有する焼鈍分離剤を塗布する焼鈍分離剤塗布工程と、前記焼鈍分離剤塗布工程後の前記母鋼板に対して仕上げ焼鈍を実施する仕上げ焼鈍工程と、前記仕上げ焼鈍工程後の前記母鋼板を、１１００〜５００℃の温度域における、水素分圧に対する水蒸気分圧の比で示される酸化度ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２を０．３０〜１０００００とした雰囲気下で冷却する冷却工程と、を備える、方向性電磁鋼板用の中間鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、酸化珪素を主体とする中間層を有する方向性電磁鋼板において、絶縁皮膜の密着性及び耐水性の高い方向性電磁鋼板を提供できる。また、この方向性電磁鋼板用中間鋼板およびそれらの製造方法を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明者らは、上述した課題を解決する手法について検討を行った。
【００２９】
本発明者らは初めに、空気中の水分、又は、鉄心が浸漬される油中の水分等によって絶縁皮膜が剥離した領域（以下、絶縁皮膜剥離領域という）を観察した。その結果、水による絶縁皮膜の剥離部分の組織は、曲げ変形による絶縁皮膜の剥離部分の組織と相関があることに、本発明者らは気が付いた。
【００３０】
具体的には、以下の通りである。
本発明者らは初めに、中間層と絶縁皮膜とを有する方向性電磁鋼板について、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に規定された曲げ試験を実施した。曲げ試験後の試験片表面（曲げ内側の面）において、絶縁皮膜が剥離した領域を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。観察の結果、絶縁皮膜が剥離した領域（絶縁皮膜剥離領域）には、絶縁皮膜が剥離しているものの中間層は残存する領域（中間層残存領域）と、絶縁皮膜とともに中間層も剥離しており、母鋼板の表面（地鉄）が露出している領域（母鋼板露出領域）とが存在していた。
【００３１】
このような、中間層残存領域と母鋼板露出領域とは、いずれも、水により絶縁皮膜が剥離した場合の方向性電磁鋼板においても出現していた。そして、水により絶縁皮膜が剥離した場合、絶縁皮膜が剥離した領域では、母鋼板露出領域の総面積の方が、中間層残存領域の総面積よりも大きかった。
【００３２】
以上の知見に基づいて、酸化珪素を主体とする中間層を有する方向性電磁鋼板における水による絶縁皮膜の剥離性に関して、本発明者らは次のとおり考えた。曲げ加工等により絶縁皮膜の一部が剥離した場合、絶縁皮膜剥離領域のうち、母鋼板露出領域の総面積の割合が大きいほど、水による絶縁皮膜の剥離進展率が大きくなる。つまり、水による絶縁皮膜の剥離がさらに促進されてしまう。この理由は定かではないが、母鋼板露出領域では水との接触により腐食するため、この腐食により、絶縁皮膜の剥離が促進されると考えられる。一方、絶縁皮膜剥離領域のうち、中間層残存領域の総面積の割合が大きいほど、水による絶縁皮膜の剥離進展率は小さくなる。そして、水による絶縁皮膜の剥離度合いは、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に規定された曲げ試験を実施したときの絶縁皮膜剥離領域における中間層残存領域の占める割合と相関する。
【００３３】
さらに本発明者らは、上記曲げ試験後の絶縁皮膜剥離領域において、中間層残存領域の面積率を高める方法について検討を行った。この際、中間層を形成する前の母鋼板の表面状態の制御による、母鋼板と中間層との密着性の変化に注目して検討した。
【００３４】
その結果、本発明者らは、適切な焼鈍分離剤を選定したうえで、さらに仕上げ焼鈍の冷却過程の雰囲気を制御し、仕上げ焼鈍終了時点での母鋼板表面の酸化状態を適切にすることで、その後形成される中間層の密着性が高まることを見出した。
【００３５】
具体的には、焼鈍分離剤のマグネシア（ＭｇＯ）含有率を５０質量％以下として、少なくとも二次再結晶が終了する時点において、母鋼板の表層付近を、内部酸化型の酸化物を有さない状態とする。二次再結晶が終了する時点とは、仕上げ焼鈍の冷却を開始する時点を意味する。
【００３６】
ここで内部酸化型とは、鋼板断面で観察した際に，酸化物が母鋼板表面まで貫通しておらず、母鋼板に囲まれて存在している状態を意味する。内部酸化型の酸化物（以下、内部酸化物ともいう）とはたとえば、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、シリカ（Ｓｉ−Ｏ）及びムライト（Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ）などである。母鋼板に内部酸化型の酸化物が形成されていると、方向性電磁鋼板の鉄損が悪化する。
【００３７】
さらに、仕上げ焼鈍の冷却工程における１１００〜５００℃の温度域の雰囲気について、水素分圧に対する水蒸気分圧の比で示される酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）を０．３０〜１０００００の範囲とし、母鋼板表面に外部酸化型の酸化物を形成する。
【００３８】
ここで、外部酸化型とは、内部酸化型のように母鋼板内部に侵入した酸化物形態ではなく、酸化物が母鋼板の表面をほぼ均一に覆う形状、つまり膜状に母鋼板の表面を覆うような状態を意味する。したがって、外部酸化型の酸化物を、以下、膜状酸化物ともいう場合がある。外部酸化型の酸化物は、母鋼板の元素と、酸素との化合物である。本実施形態においては、たとえば、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３）及びファイアライト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ）が層構造をとった酸化物がある。
【００３９】
「内部酸化」及び「外部酸化」は、技術的には上述のような形態によって分類されるものではなく、その酸化機構によって分類されるものである。しかしながら、発明におけるそのような分類は複雑にもなり、酸化後にはその機構を確認することが困難にもなる。そのため、本実施形態においては、上記のような酸化の結果としての酸化物の形態による分類を用いて説明する。
【００４０】
仕上げ焼鈍後の母鋼板の表面における酸化物の制御により、曲げ試験後の絶縁皮膜剥離領域において中間層残存領域の面積率が高まる理由は定かではないが、次の事項が考えられる。
中間層形成工程で形成される中間層は、一般的にはＳｉを含有する母鋼板が酸化される過程で形成されると考えられている。しかしながら、仕上げ焼鈍後の母鋼板の表面に既に酸化物が存在する場合、これが還元されることによる中間層への影響を考慮する必要がある。仕上げ焼鈍後の１１００〜５００℃という広い温度域において、温度降下に伴い比較的ゆっくりと形成される外部酸化型の酸化物は、膜状かつ、板厚方向への元素の濃度変化や構造の変化など、母鋼板と酸化物との連続性が高いものになると考えられる。このような酸化物が還元されながら中間層が形成されることで、母鋼板表面と中間層との間の原子の結合構造がより強固なものとなり、密着性が向上するものと考えられる。
【００４１】
酸化物が母鋼板に侵入したような形態を有する場合、この酸化物は中間層形成時に還元されず、母鋼板と中間層との界面に凹凸形状が残存してしまう。これは、電磁鋼板を磁化した際の磁壁の移動の障害となる。そのため、内部酸化型の酸化物の形成は可能な限り回避する必要があると考えられる。
【００４２】
以上の知見に基づいて完成した本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板（本実施形態に係る方向性電磁鋼板）、本実施形態に係る方向性電磁鋼板用の中間鋼板、及びそれらの製造方法について説明する。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母鋼板と、母鋼板の表面上に形成されており、酸化珪素を主体とする中間層と、中間層の表面上に形成されている絶縁皮膜とを備える。母鋼板の表面から前記母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域（母鋼板の表面を始点として表面から内部に深さ方向（厚さ方向）１０μｍの深さ位置を終点とする領域）での酸化物の数密度は０．０２０個／μｍ２以下である。また、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠してマンドレルを用いて行った曲げ試験後において、絶縁皮膜が剥離した領域における、中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率が２０％以上である。
【００４３】
［方向性電磁鋼板］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、方向性電磁鋼板用の中間鋼板に対して、中間層及び絶縁皮膜を形成したものである。
言い換えると、本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母鋼板と、母鋼板の表面に接触して形成されている皮膜とを備える。この皮膜は、母鋼板の表面に接触して形成されている中間層と、中間層の表面に接触して形成されている絶縁皮膜とを備える。
【００４４】
［母鋼板］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母鋼板の表層部の酸化物の数密度、母鋼板の表面に形成されている皮膜（中間層および絶縁皮膜）の構成に特徴を有する。
具体的には、母鋼板の表面から母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域での酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２以下である。本実施形態では酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２以下である状態を、「内部酸化物が実質的に存在しない」と表現する。つまり、本実施形態に係る方向性電磁鋼板が備える母鋼板の表層部（母鋼板の表面から母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域）には、酸化物が母鋼板内部に侵入した状態である内部酸化物が実質的に存在しない。母鋼板の表面から母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域での酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２超であると、方向性電磁鋼板の鉄損が劣化する。
【００４５】
上記領域での酸化物（内部酸化物）の数密度は、以下の方法で求めることができる。すなわち、圧延方向に垂直な鋼板断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて倍率５０００倍以上で観察し、鋼板表面に平行な方向へ１００μｍ、母鋼板の表面（最表面）から母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域で、円相当径０．１μｍ以上の酸化物の数密度を計測することによって求めることができる。
【００４６】
さらに、本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠して、マンドレルを用いて行った曲げ試験後において、絶縁皮膜が剥離した領域における、中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率が、２０％以上である。マンドレルの直径は例えば１０〜１６ｍｍである。
【００４７】
母鋼板が露出していると、水との接触により母鋼板が腐食し、絶縁皮膜の剥離がさらに進展すると考えられる。一方で、母鋼板と中間層との密着性が高ければ、絶縁皮膜が剥離した領域においても中間層が剥離せずに残存する。つまり、絶縁皮膜が剥離したとしても中間層が残存していれば母鋼板の腐食を抑制でき、更なる絶縁皮膜の剥離を抑制できると考えられる。そのため、本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、母鋼板と中間層との密着性が高められている。
【００４８】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板が備える母鋼板は、曲げ試験後において絶縁皮膜が剥離した領域における、中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率（以下、中間層残存率と記載する場合がある）が２０％以上となるような状態に制御されているので、耐水性に優れる。上述の中間層残存領域の面積率が２０％未満であると、耐水性が低下する。中間層残存率は１００％でも構わない。
【００４９】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板は、内部酸化物の数密度及び中間層残存領域の面積率を満足していれば、化学組成及び組織は特に限定されるものではない。たとえば、本実施形態の母鋼板は、一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板でよい。以下、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板の一例を説明する。
【００５０】
［母鋼板の化学組成］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板の化学組成は、一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板の化学組成を用いることができる。母鋼板の化学組成はたとえば、次の元素を含有する。母鋼板の化学組成における各元素の含有量で使用する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。「〜」を挟んで記載する数値限定範囲には、下限値および上限値がその範囲に含まれる。
【００５１】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板はたとえば、Ｓｉ：０．５０〜７．００％、Ｃ：０．００５％以下、及び、Ｎ：０．００５０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。以下、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板の化学組成の代表的な一例の限定理由について説明する。
【００５２】
Ｓｉ：０．５０〜７．００％
シリコン（Ｓｉ）は、方向性電磁鋼板の電気抵抗を高めて鉄損を低下させる。Ｓｉ含有量が０．５０％未満であれば、この効果が十分に得られない。したがって、Ｓｉ含有量は０．５０％以上であることが好ましい。Ｓｉ含有量は、より好ましくは１．５０％以上であり、さらに好ましくは２．５０％以上である。
一方、Ｓｉ含有量が７．００％を超えると、母鋼板の飽和磁束密度が低下し、方向性電磁鋼板の鉄損が劣化する。したがって、Ｓｉ含有量は、７．００％以下であることが好ましい。Ｓｉ含有量は、より好ましくは５．５０％以下であり、さらに好ましくは４．５０％以下である。
【００５３】
Ｃ：０．００５％以下
炭素（Ｃ）は、母鋼板中で化合物を形成し、方向性電磁鋼板の鉄損を劣化させる。したがって、Ｃ含有量は、０．００５％以下であることが好ましい。Ｃ含有量は、より好ましくは０．００４％以下であり、さらに好ましくは０．００３％以下である。
一方、Ｃ含有量はなるべく低いほうが好ましいので０％でもよいが、Ｃは鋼中に不純物として含有される場合がある。したがって、Ｃ含有量は、０％超としてもよい。
【００５４】
Ｎ：０．００５０％以下
窒素（Ｎ）は、母鋼板中で化合物を形成し、方向性電磁鋼板の鉄損を劣化させる。したがって、Ｎ含有量は、０．００５０％以下であることが好ましい。Ｎ含有量は、より好ましいくは０．００４０％以下であり、さらに好ましくは０．００３０％以下である。
一方で、Ｎ含有量はなるべく低いほうが好ましいので、０％でもよいが、Ｎは鋼中に不純物として含有される場合がある。したがって、Ｎ含有量は、０％超としてもよい。
【００５５】
母鋼板の化学組成の残部はＦｅ及び不純物からなる。なお、ここでいう「不純物」は、母鋼板を工業的に製造する際に、原材料に含まれる成分、又は製造の過程で混入する成分から混入し、本実施形態に係る方向性電磁鋼板によって得られる効果に実質的に影響を与えない元素を意味する。
【００５６】
［任意元素］
母鋼板の化学組成は、上記の元素を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなることを基本とするが、磁気特性の改善や、製造上の課題解決を目的として、Ｆｅの一部に代えて、任意元素を１種または２種以上含有してもよい。Ｆｅの一部に代えて含有される任意元素として、たとえば、次の元素が挙げられる。これらの元素は含有させなくてもよいので、下限は０％である。一方、これらの元素の含有量が多すぎると、析出物が生成して方向性電磁鋼板の鉄損が劣化したり、フェライト変態が抑制されて、ＧＯＳＳ方位が十分に得られなかったり、飽和磁束密度が低下したりして、方向性電磁鋼板の鉄損が劣化する。そのため、含有させる場合でも、以下の範囲とすることが好ましい。
酸可溶性Ａｌ：０．００６５％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｓ及びＳｅ：合計で０．００１％以下、
Ｂｉ：０．０１０％以下、
Ｂ：０．００８０％以下、
Ｔｉ：０．０１５％以下、
Ｎｂ：０．０２０％以下、
Ｖ：０．０１５％以下、
Ｓｎ：０．５０％以下、
Ｓｂ：０．５０％以下、
Ｃｒ：０．３０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｐ：０．５０％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、及び
Ｍｏ：０．１０％以下。
なお、「Ｓ及びＳｅ：合計で０．００１％以下」とは、母鋼板がＳ又はＳｅのいずれか一方のみを含有し、Ｓ又はＳｅのいずれか一方の含有量が０．００１％以下であってもよいし、母鋼板がＳ及びＳｅの両方を含有し、Ｓ及びＳｅの含有量が合計で０．００１％以下であってもよい。
【００５７】
上述した本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板の化学組成は、後述する化学組成を有するスラブを用いて本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法を採用することによって得られる。
【００５８】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板の化学組成は、スパーク放電発光分析法：Ｓｐａｒｋ−ＯＥＳ（Ｓｐａｒｋ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定すれば良い。また、含有量が微量の場合には、必要に応じてＩＣＰ−ＭＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定すればよい。なお、酸可溶性Ａｌは、試料を酸で加熱分解した後の濾液を用いてＩＣＰ−ＭＳによって測定すればよい。また、ＣおよびＳは燃焼−赤外線吸収法を用い、Ｎは不活性ガス融解−熱伝導度法を用いて測定すればよい。
【００５９】
［母鋼板の表面の粗さ］
母鋼板表面の粗さは特に限定されない。しかしながら、母鋼板表面に凹凸が形成されると、鉄損の低下作用が妨害される場合がある。このような鉄損の低下作用の妨害を回避するため、たとえば、母鋼板表面の粗さは、Ｒａ（算術平均粗さ）で１．０μｍ以下であることが好ましい。母鋼板表面の算術平均粗さＲａのより好ましい上限は０．８μｍであり、さらに好ましい上限は０．６μｍである。母鋼板表面の算術平均粗さＲａの下限は、０．００１μｍとしてもよい。
【００６０】
上記母鋼板表面の算術平均粗さＲａは次の方法で測定する。
方向性電磁鋼板の圧延方向に垂直な断面を観察面とするサンプルを採取する。得られた観察面における母鋼板表面の粗さを測定する。具体的には、母鋼板表面に仕上げ焼純皮膜や中間層等の皮膜が形成されている場合には、観察面（断面）における母鋼板と中間層との界面、皮膜が形成されておらず母鋼板表面が露出している場合には、観察面（断面）における母鋼板表面の板厚方向の位置座標を、０．０１μｍ以上の精度で計測し、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１）に準拠した算術平均粗さＲａを算出する。計測は、母鋼板表面と平行な方向に０．１μｍピッチで連続した２ｍｍにわたる範囲（合計２００００点）について実施し、基準長さを２ｍｍとして算術平均粗さＲａを求める。母鋼板表面の少なくとも任意の５箇所で上記方法により算術平均粗さＲａを求め、各箇所で得られたＲａ値の平均値を、母鋼板表面の算術平均粗さＲａと定義する。この観察は、ＳＥＭにより実施でき、位置座標の計測は、画像処理を適用することが実用的である。
【００６１】
［中間層］
中間層は、内部酸化物が実質的に存在しない上記母鋼板の表面に接触して形成される。中間層は、酸化珪素を主体とする外部酸化膜である。ここで、「酸化珪素を主体とする」とは、中間層の組成としてＦｅ含有量が３０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％未満、Ｓｉ含有量が５０原子％未満、２０原子％以上、Ｏ含有量が８０原子％未満、５０原子％以上、Ｍｇ含有量が１０原子％以下を満足することを指す。
【００６２】
中間層は、母鋼板と絶縁皮膜との間に配置される層であり、母鋼板と絶縁皮膜とを密着させるために有効である。中間層はたとえば、後述する製造工程にて説明するとおり、仕上げ焼鈍工程において特定の冷却工程を実施することにより形成された膜状酸化物を還元することにより形成される。
【００６３】
中間層の主体をなす酸化珪素は、ＳｉＯｘ（ｘ＝１．０〜２．０）が好ましく、ＳｉＯｘ（ｘ＝１．５〜２．０）がより好ましい。酸化珪素がより安定するからである。母鋼板表面に酸化珪素を形成する熱処理を十分に施せば、シリカ（ＳｉＯ２）を形成することができる。
【００６４】
水素：２０〜５０体積％、残部：窒素及び不純物からなり、露点：−２０〜２℃の雰囲気において、６００〜１１５０℃の温度域で１０〜６００秒保持する条件で、母鋼板に対して熱処理を実施することにより形成された中間層では、酸化珪素は非晶質の状態で存在する。この熱処理条件で形成された非晶質な酸化珪素を主体とする中間層は、熱応力に耐える高い強度を有し、かつ弾性率が比較的小さくて熱応力を容易に緩和できる緻密な材質の中間層であり、好ましい。
【００６５】
方向性電磁鋼板の母鋼板は、Ｓｉを高濃度（たとえば、Ｓｉ：０．５０〜７．００質量％）で含有している。そのため、酸化珪素を主体とする中間層と母鋼板との間に強い化学親和力が発現し、中間層と母鋼板とが強固に密着する。
【００６６】
中間層の厚さは特に限定されない。２ｎｍ以上であれば、絶縁皮膜の母鋼板に対する密着性がより有効に高まるため、中間層の好ましい厚さは２ｎｍ以上であり、さらに好ましくは５ｎｍ以上である。中間層の厚さが４００ｎｍ以下であれば、中間層内のボイドやクラック等の欠陥が有効に抑制される。したがって、中間層の好ましい厚さは４００ｎｍ以下であり、より好ましくは３００ｎｍ以下である。中間層は皮膜密着性を確保できる範囲内で薄くした方が、形成時間を短くして高生産性にも貢献できるとともに、鉄心として利用する際の占積率の低下を抑制できる。そのため、中間層の厚さは１００ｎｍ以下がさらに好ましく、５０ｎｍ以下がより一層好ましい。
【００６７】
中間層の厚さの測定方法は次のとおりである。
電子線の径を１０ｎｍとしたＴＥＭ（透過電子顕微鏡）で中間層の断面を観察して測定する。具体的には、たとえば、ＴＥＭ観察用に、試料を板厚方向に平行な観察断面を有するように切り出して、該試料の観察断面において、母鋼板表面に平行な方向の幅が１０μｍ以上であり、中間層、上述の母鋼板、及び後述する絶縁皮膜を含む測定領域中から、該幅方向に相互に２μｍ以上離れた５箇所以上の測定位置を選択して、中間層の厚さをＴＥＭで測定する。測定された値の平均を、中間層の厚さとする。測定領域中における各測定位置の中間層の厚さをＴＥＭで測定する場合には、上述の母鋼板及び絶縁皮膜の間に存在する層を、中間層として測定する。
【００６８】
［絶縁皮膜］
絶縁皮膜は、中間層の表面上に形成される。絶縁皮膜は、公知のものを用いることができる。一例として、絶縁皮膜は、主としてＰ、ＯおよびＳｉを含む化合物からなり、Ｃｒを含んでもよい。絶縁皮膜は、母鋼板に張力を付与して鋼板単板としての鉄損を低下させる。絶縁皮膜はさらに、方向性電磁鋼板を積層して使用する際に、方向性電磁鋼板間の電気的絶縁性を確保する。
【００６９】
絶縁皮膜は薄くなると、母鋼板に付与する張力が小さくなるとともに絶縁性も低下するので、絶縁皮膜の厚さは０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。一方、絶縁皮膜の厚さが１０μｍを超えると、絶縁皮膜の形成段階で、絶縁皮膜にクラックが発生する恐れがあるので、絶縁皮膜の厚さは１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。
絶縁皮膜の厚さは、絶縁皮膜（または方向性電磁鋼板）の断面をＴＥＭ（透過電子顕微鏡）で観察して測定することができる。具体的な測定方法は、中間層の厚さの測定方法と同じとすればよい。
【００７０】
絶縁皮膜には、必要に応じ、レーザ、プラズマ、機械的方法、エッチング、その他の手法で、局所的な微小歪領域または溝を形成する磁区細分化処理を施してもよい。
【００７１】
［方向性電磁鋼板の皮膜構造の特徴］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠してマンドレルを用いて行った曲げ試験後において、絶縁皮膜が剥離した領域における、中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率が２０％以上となる状態に制御されている。そのため、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠した曲げ試験後を行った場合、絶縁皮膜が剥離した領域における、中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率が２０％以上となる。上述の中間層残存領域の面積率は、好ましくは３０％以上であり、より好ましくは４０％以上である。中間層残存率は１００％でも構わない。
【００７２】
中間層残存領域の面積率は次の方法で求める。
方向性電磁鋼板の圧延方向に対して垂直な方向に１０ｍｍ、圧延方向に対して平行な方向に１５０ｍｍ、の矩形状のサンプルを採取する。試験片のうち、１０ｍｍ×１５０ｍｍのサンプルの観察面は、皮膜を含む面とする。採取されたサンプルに対して、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠した曲げ試験を実施する。具体的には、採取したサンプルを直径１０〜１６ｍｍの丸棒（マンドレル）に巻きつけ、１８０°曲げを行う。曲げた後の試験片を曲げ戻す。
【００７３】
曲げ試験後の観察面（曲げ内側の面）をＳＥＭのＣＯＭＰＯ像にて観察し、観察面のうち、絶縁皮膜が剥離した領域（絶縁皮膜剥離領域）を特定する。具体的には、観察面のＣＯＭＰＯ像を２５６階調のモノクロ画像に変換し、白色側から５０％以下の階調の領域を絶縁皮膜が剥離している領域と判断する。特定された絶縁皮膜剥離領域の総面積を求める。
【００７４】
曲げ試験における、絶縁皮膜剥離の評価面積を以下の式で定義する。絶縁皮膜剥離面積が評価面積の５％未満である場合は、曲げ径を小さくして（直径の小さいマンドレルを使用して）再評価する。再評価の結果、絶縁皮膜剥離面積が評価面積の５％以上の場合、中間層残存領域の面積率を求める。
（絶縁皮膜剥離の評価面積）＝（マンドレルの直径）×（円周率）÷２
【００７５】
さらに、上記観察面の絶縁皮膜剥離領域を、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を用いてマッピングし、原子％でのＳｉ濃度分布を得る。得られたＳｉ濃度分布において、Ｓｉ濃度の最大値とＳｉ濃度の最小値とを特定する。次の式を満たす領域を、中間層残存領域と定義する。
（領域のＳｉ濃度）＞｛（Ｓｉ濃度の最大値）＋（Ｓｉ濃度の最小値）｝／２
だだし、Ｓｉ濃度の最大値とＳｉ濃度の最小値とが以下の式を満たす場合は、中間層残存領域の面積率は０％とする。
（Ｓｉ濃度の最大値）−（Ｓｉ濃度の最小値）＜５原子％
【００７６】
観察面における中間層残存領域の総面積の、絶縁皮膜剥離領域（皮膜剥離部）のＥＤＳマッピング総面積に対する割合を、中間層残存領域の面積率（％）と定義する。つまり、中間層残存領域の面積率は、次の式で定義される。
中間層残存領域の面積率＝（中間層残存領域の総面積）／（ＥＤＳマッピング総面積）×１００
ここで、ＥＤＳマッピング総面積は１５ｍｍ２以上とする。中間層残存領域の面積率は、ひとつの試験片で、皮膜剥離部の面積が足りない場合は、複数試験片を用いてその平均値として算出してもよい。
【００７７】
ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠してマンドレルを用いて行った曲げ試験後における絶縁皮膜が剥離した領域における、中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率が２０％以上であれば、中間層の母鋼板に対する密着性が十分に高い。したがって、この場合、絶縁皮膜の一部が剥離した状態であっても、母鋼板が中間層によって被覆されているため、水が付着した際の腐食による絶縁皮膜の剥離進展を抑制することができる。すなわち、方向性電磁鋼板の耐水性を高めることができる。
【００７８】
［方向性電磁鋼板用の中間鋼板について］
本実施形態に係る方向性電磁鋼板用の中間鋼板は、母鋼板と、母鋼板表面に形成された膜状酸化物と、を備える。上記膜状酸化物は、母鋼板の表面を膜状に覆うように存在する。また、上記母鋼板は、母鋼板の表面から母鋼板の内部に向かって１０μｍの深さの領域での、母鋼板中に存在する酸化物（内部酸化物）の数密度が０．０２０個／μｍ２以下である。
この中間鋼板は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造に用いる鋼板であり、仕上げ焼鈍後（より具体的には、後述する冷却工程後且つ中間層形成工程前）の鋼板である。この中間鋼板に対して、母鋼板の表面に酸化珪素を主体とする中間層を形成し、さらに中間層の表面上に絶縁皮膜を形成することによって、本実施形態に係る方向性電磁鋼板が得られる。
【００７９】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板用の中間鋼板において、母鋼板の表面には、酸化物が母鋼板内部に侵入した状態である内部酸化物が実質的に存在しない。仕上げ焼鈍後に内部酸化物が存在する場合、中間層形成時にその内部酸化物が還元されず、母鋼板表面に内部酸化物が残存する。この内部酸化物が方向性電磁鋼板を磁化した際の磁壁の移動の障害となり、方向性電磁鋼板の鉄損が劣化する。
一方で、母鋼板の表面には、母鋼板の表面を膜状に覆う、外部酸化によって形成された膜状酸化物が存在する。
【００８０】
内部酸化物が実質的に存在しないとは、具体的には、母鋼板の表面（最表面）から母鋼板の内部に向かって板厚方向に１０μｍの深さの領域（母鋼板の表面を始点として表面から内部に深さ方向（厚さ方向）１０μｍの深さ位置を終点とする領域）での酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２以下であることを示す。この領域での酸化物の数密度は、鋼板断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて倍率５０００倍以上で観察し、鋼板表面に平行な方向へ１００μｍ、母鋼板の表面から母鋼板内部に向かって１０μｍの深さの領域で、円相当径０．１μｍ以上の酸化物の数密度を計測することによって求めることができる。
この内部酸化物の数密度は、中間層の形成、絶縁皮膜の形成を行っても変化しない。
【００８１】
酸化物は、仕上げ焼鈍後の冷却工程の条件を調整することにより、母鋼板の表面全体を覆う膜状の構成となる。具体的には、仕上げ焼鈍後の冷却工程において、母鋼板を冷却し、母鋼板が１１００〜５００℃となる温度域における、水素分圧に対する水蒸気分圧の比で示される酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）を０．３０〜１０００００とした雰囲気下で冷却することによって得られる。酸化度が０．３０〜１０００００であれば、膜状酸化物が階層構造をとり、母鋼板表面を均一に覆うようになる。その結果、次工程で母鋼板との結合が強い中間層が形成され、絶縁皮膜の密着性が高まると考えられる。
【００８２】
仕上げ焼鈍後の膜状酸化物は、主に酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３）及びファイアライト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ）である。そのため、この膜状酸化物は、次工程の中間層を主に形成する雰囲気中で酸化鉄中のＦｅが還元され、外部酸化型の酸化珪素を主体とする中間層に置き換わると考えられる。
【００８３】
次に、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法、及び本実施形態に係る方向性電磁鋼板用の中間鋼板の製造方法について説明する。
上述の特徴を有する皮膜（中間層および絶縁皮膜）は、たとえば、後述の製造方法により製造することができる。
【００８４】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板用の中間鋼板は、次の工程（Ｓ０）〜（Ｓ６２）を備える製造方法によって得られる。
（Ｓ０）準備工程
（Ｓ１）熱間圧延工程
（Ｓ２）熱延板焼鈍工程
（Ｓ３）冷間圧延工程
（Ｓ４）脱炭焼鈍工程
（Ｓ５）焼鈍分離剤塗布工程
（Ｓ６１）仕上げ焼鈍工程
（Ｓ６２）冷却工程
【００８５】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、上記工程（Ｓ０）〜（Ｓ６２）にさらに、工程（Ｓ７）および（Ｓ８）を備える製造方法によって得られる。
（Ｓ７）中間層形成工程
（Ｓ８）絶縁皮膜形成工程
【００８６】
以下、各工程について説明する。
【００８７】
［Ｓ０：準備工程］
準備工程では、スラブを準備する。スラブの製造方法については限定されないが、次の方法が例示される。
溶鋼を製造（溶製）する。溶鋼を用いてスラブを製造する。連続鋳造法によりスラブを製造してもよい。溶鋼を用いてインゴットを製造し、インゴットを分塊圧延してスラブを製造してもよい。他の方法によりスラブを製造してもよい。スラブの厚さは、特に限定されない。スラブの厚さはたとえば、１５０〜３５０ｍｍである。スラブの厚さは、好ましくは、２２０〜２８０ｍｍである。スラブとして、厚さが１０〜７０ｍｍの、いわゆる薄スラブを用いてもよい。薄スラブを用いる場合、熱間圧延工程において、仕上げ圧延前の粗圧延を省略できる。
【００８８】
［スラブの化学組成］
スラブの化学組成は、一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板の化学組成を得るために、スラブから方向性電磁鋼板への製造途中で変化する含有量等も考慮し、たとえば、以下の範囲とすることができる。なお、スラブの化学組成における各元素の含有量で使用する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。「〜」を挟んで記載する数値限定範囲には、下限値および上限値がその範囲に含まれる。
Ｓｉ：０．８０〜７．００％、
Ｃ：０．０８５％以下、
酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％、
Ｎ：０．００４０〜０．０１２０％、
Ｍｎ：０．０５〜１．００％、
Ｓ及びＳｅ：合計で０．００３〜０．０１５％、および
残部：Ｆｅおよび不純物。
以下、各元素について説明する。
【００８９】
Ｓｉ：０．８０〜７．００％
シリコン（Ｓｉ）は、方向性電磁鋼板の電気抵抗を高めて鉄損を低下させる。Ｓｉ含有量が０．８０％未満であると、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じて、方向性電磁鋼板の結晶方位が損なわれてしまう。
一方、Ｓｉ含有量が７．００％を超えると、冷間加工性が低下して、冷間圧延時に割れが発生しやすくなる。したがって、好ましいＳｉ含有量は０．８０〜７．００％である。Ｓｉ含有量は、より好ましくは２．００％以上であり、さらに好ましくは２．５０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、より好ましくは４．５０％以下であり、さらに好ましくは４．００％以下である。
【００９０】
Ｃ：０．０８５％以下
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。Ｃは、一次再結晶組織の制御に有効な元素であるものの、磁気特性に悪影響を及ぼす。したがって、Ｃ含有量は０．０８５％以下であることが好ましい。Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。
しかしながら、工業生産における生産性を考慮した場合、Ｃ含有量は０．０２０％以上が好ましく、０．０４０％以上がより好ましい。
Ｃは後述の脱炭焼鈍工程及び仕上げ焼鈍工程で純化され、仕上げ焼鈍工程後にはＣ含有量が０．００５％以下となる。
【００９１】
酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％
酸可溶性アルミニウム（Ａｌ）は、Ｎと結合して（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎとして析出し、インヒビターとして機能する。酸可溶性Ａｌの含有量が０．０１０〜０．０６５％である場合に二次再結晶が安定する。したがって、酸可溶性Ａｌの含有量は０．０１０〜０．０６５％であることが好ましい。酸可溶性Ａｌ含有量は、より好ましくは０．０１５％以上であり、さらに好ましくは０．０２０％以上である。二次再結晶の安定性の観点から、酸可溶性Ａｌ含有量は、より好ましくは０．０４５％以下であり、さらに好ましくは０．０３５％以下である。
酸可溶性Ａｌは、仕上げ焼鈍後に残留すると化合物を形成し、方向性電磁鋼板の鉄損を劣化させる。そのため、仕上げ焼鈍中の純化により、仕上げ焼鈍後の鋼板に含有される酸可溶性Ａｌをできるだけ少なくすることが好ましい。仕上げ焼鈍の条件によっては、仕上げ焼鈍後の鋼板は、酸可溶性Ａｌを含有しないことがある。
【００９２】
Ｎ：０．００４０〜０．０１２０％
窒素（Ｎ）は、Ａｌと結合してインヒビターとして機能する。Ｎ含有量が０．００４０％未満であれば、十分な量のインヒビターが生成しない。Ｎ含有量は、より好ましくは０．００５０％以上であり、さらに好ましくは０．００６０％以上である。
一方、Ｎ含有量が０．０１２０％を超えれば、鋼板中に欠陥の一種であるブリスタが発生しやすくなる。したがって、好ましいＮ含有量は０．００４０〜０．０１２０％である。Ｎ含有量は、より好ましくは０．０１１０％以下であり、さらに好ましくは０．０１００％以下である。
Ｎは仕上げ焼鈍工程で純化され、仕上げ焼鈍工程後にはＮ含有量が０．００５０％以下となる。
【００９３】
Ｍｎ：０．０５〜１．００％
マンガン（Ｍｎ）はＳ又はＳｅと結合して、ＭｎＳ、又は、ＭｎＳｅを生成し、インヒビターとして機能する。Ｍｎ含有量が０．０５〜１．００％の範囲内にある場合に、二次再結晶が安定する。したがって、好ましいＭｎ含有量は、０．０５〜１．００％である。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０６％以上であり、さらに好ましくは０．０７％以上である。
また、Ｍｎ含有量は、より好ましくは０．５０％以下であり、さらに好ましくは０．２０％以下である。
仕上げ焼鈍の条件によっては、仕上げ焼鈍後の鋼板は、Ｍｎを含有しないことがある。
【００９４】
Ｓ及びＳｅ：合計で０．００３〜０．０１５％
硫黄（Ｓ）及びセレン（Ｓｅ）は、Ｍｎと結合して、ＭｎＳ又はＭｎＳｅを生成し、インヒビターとして機能する。Ｓ及びＳｅの含有量が合計で０．００３〜０．０１５％であれば、二次再結晶が安定する。したがって、好ましいＳ及びＳｅの含有量は合計で０．００３〜０．０１５％である。
Ｓ及びＳｅは仕上げ焼鈍後に残留すると化合物を形成し、方向性電磁鋼板の鉄損を劣化させる。そのため、仕上げ焼鈍中の純化により、仕上げ焼鈍後の鋼板に含有されるＳ及びＳｅをできるだけ少なくすることが好ましい。仕上げ焼鈍の条件によっては、仕上げ焼鈍後の鋼板は、ＳおよびＳｅを含有しないことがある。
【００９５】
ここで、「Ｓ及びＳｅの含有量が合計で０．００３〜０．０１５％である」とは、スラブがＳ又はＳｅのいずれか一方のみを含有し、Ｓ又はＳｅのいずれか一方の含有量が０．００３〜０．０１５％であってもよいし、スラブがＳ及びＳｅの両方を含有し、Ｓ及びＳｅの含有量が合計で０．００３〜０．０１５％であってもよい。
【００９６】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造に用いるスラブの化学組成の残部はＦｅ及び不純物からなる。ここでいう「不純物」は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の母鋼板を工業的に製造する際に、原材料に含まれる成分、又は製造の過程で混入する成分から混入し、本実施形態に係る方向性電磁鋼板によって得られる効果に実質的な悪影響を与えない元素を意味する。
【００９７】
［任意元素］
スラブの化学組成は、化合物形成によるインヒビター機能の強化や磁気特性への影響を考慮して、Ｆｅの一部に代えて、任意元素を１種または２種以上含有してもよい。Ｆｅの一部に代えて含有される任意元素として、たとえば、次の元素が挙げられる。これらの元素は任意元素であり、含有させなくてもよいので、その下限は０％である。
Ｂｉ：０．０１０％以下、
Ｂ：０．０８０％以下、
Ｔｉ：０．０１５％以下、
Ｎｂ：０．２０％以下、
Ｖ：０．１５％以下、
Ｓｎ：０．５０％以下、
Ｓｂ：０．５０％以下、
Ｃｒ：０．３０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｐ：０．５０％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、及び、
Ｍｏ：０．１０％以下。
【００９８】
［Ｓ１：熱間圧延工程］
熱間圧延工程では、準備されたスラブに対して、熱間圧延機を用いて熱間圧延を実施して鋼板（熱延鋼板）を製造する。
具体的には、まず、スラブを加熱する。加熱に際しては、たとえば、スラブを周知の加熱炉又は周知の均熱炉に装入して、加熱する。スラブの好ましい加熱温度は１２８０℃以下である。スラブの加熱温度を１２８０℃以下とすることにより、たとえば、１２８０℃よりも高い温度で加熱した場合の諸問題（専用の加熱炉が必要なこと、及び溶融スケール量の多さ等）を回避することができる。スラブの加熱温度の好ましい上限は１２５０℃である。スラブの加熱時間は、４０〜１２０分間とすればよい。
【００９９】
スラブの加熱温度の下限値は特に限定されない。しかしながら、加熱温度が低すぎる場合、熱間圧延が困難になって、生産性が低下することがある。したがって、加熱温度は、１２８０℃以下の範囲で生産性を考慮して設定すればよい。スラブの加熱温度の好ましい下限は１１００℃である。
【０１００】
スラブ加熱工程そのものを省略して、鋳造後、スラブの温度が下がるまでに熱間圧延を開始することも可能である。
【０１０１】
加熱されたスラブに対して、熱間圧延機を用いて熱間圧延を実施して、熱延鋼板を製造する。熱間圧延機はたとえば、粗圧延機と、粗圧延機の下流に配置された仕上げ圧延機とを備える。粗圧延機は、一列に並んだ粗圧延スタンドを備える。各粗圧延スタンドは、上下に配置された複数のロールを含む。仕上げ圧延機も同様に、一列に並んだ仕上げ圧延スタンドを備える。各仕上げ圧延スタンドは、上下に配置される複数のロールを含む。加熱された鋼材を粗圧延機により圧延した後、さらに、仕上げ圧延機により圧延して、熱延鋼板を製造する。
【０１０２】
熱間圧延により製造される熱延鋼板の厚さは特に限定されない。熱延鋼板の厚さはたとえば、３．５ｍｍ以下である。
熱間圧延工程における仕上げ温度（仕上げ圧延機において最後に鋼板を圧下する仕上げ圧延スタンドの出側での鋼板温度）は、たとえば９００〜１０００℃である。
以上の熱間圧延工程により、熱延鋼板を製造する。
【０１０３】
［Ｓ２：熱延板焼鈍工程］
熱延板焼鈍工程では、熱間圧延工程により得られた熱延鋼板に対して、熱延板焼鈍を実施して、焼鈍鋼板を得る。
【０１０４】
熱延板焼鈍の条件は、周知の条件を用いればよい。たとえば、熱延板焼鈍における焼鈍温度（熱延板焼鈍炉での炉温）は、７５０〜１２００℃である。焼鈍温度での保持時間はたとえば、３０〜６００秒である。
【０１０５】
［Ｓ３：冷間圧延工程］
冷間圧延工程では、熱延板焼鈍後の焼鈍鋼板に対して、冷間圧延を実施する。
【０１０６】
冷間圧延工程において、冷間圧延は１回のみ実施してもよいし、複数回実施してもよい。冷間圧延を複数回実施する場合、冷間圧延を実施した後、軟化を目的とした中間焼鈍を実施し、その後、冷間圧延を再び実施してもよい。中間焼鈍条件は、公知の方法が用いられる。
焼鈍鋼板に対して冷間圧延を実施する前に、焼鈍鋼板に対して酸洗処理を実施してもよい。
【０１０７】
中間焼鈍工程を実施することなく、複数の冷間圧延工程を実施する場合、製造された方向性電磁鋼板において、均一な特性が得られにくい場合がある。一方、複数回の冷間圧延工程を実施し、かつ、各冷間圧延工程の間に中間焼鈍工程を実施する場合、製造された方向性電磁鋼板において、磁束密度が低くなる場合がある。したがって、冷間圧延工程の回数、及び、中間焼鈍工程の有無は、最終的に製造される方向性電磁鋼板に要求される特性及び製造コストに応じて決定される。
【０１０８】
１回又は複数回での冷間圧延における、好ましい累計の冷延率（累積圧下率）は８０％以上であり、さらに好ましくは９０％以上である。累計の冷延率の好ましい上限は９５％である。ここで、累計の冷延率（％）は次のとおり定義される。
累計の冷延率（％）＝（１−最後の冷間圧延後の冷延鋼板の板厚／最初の冷間圧延開始前の焼鈍鋼板の板厚）×１００
【０１０９】
冷間圧延工程によって得られた冷延鋼板は、コイル状に巻き取られる。冷延鋼板の板厚は、特に限定されないが、鉄損をより低下させるためには、０．３５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．３０ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。
【０１１０】
［Ｓ４：脱炭焼鈍工程］
脱炭焼鈍工程では、冷間圧延工程により得られた冷延鋼板に対して、脱炭焼鈍を実施する。
脱炭焼鈍はたとえば、次の方法で実施する。冷間圧延鋼板を熱処理炉に装入する。熱処理炉の温度（脱炭焼鈍温度）をたとえば、８００〜９５０℃で３０〜１８０秒保持とし、熱処理炉の雰囲気を、水素及び窒素を含有する湿潤雰囲気とする。
上述の条件で脱炭焼鈍を実施することにより、一次再結晶が発現するとともに、鋼板中の炭素が鋼板から除去される。
【０１１１】
［Ｓ５：焼鈍分離剤塗布工程］
焼鈍分離剤塗布工程では、脱炭焼鈍後の母鋼板の表面に焼鈍分離剤を塗布する。一般的な方向性電磁鋼板の製造方法では、ＭｇＯを９０質量％以上含有する焼鈍分離剤が用いられる。しかしながら、この場合、鋼板の表面に凹凸形状を有するグラス皮膜が形成される。凹凸形状を有するグラス皮膜が形成されると、鉄損が劣化する。したがって、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、焼鈍分離剤として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を５０質量％以上、残部はマグネシア（ＭｇＯ）：０〜５０質量％を含む組成を有する焼鈍分離剤を用いる。ＭｇＯ含有量が５０質量％以下であれば、膜状酸化物を形成しつつ、鋼板との界面における凹凸形状の原因となる内部酸化物の形成を抑制できる。焼鈍分離剤におけるＭｇＯの好ましい上限は４５質量％であり、より好ましい上限は４０質量％である。
【０１１２】
ＭｇＯの好ましい下限は１０質量％であり、より好ましい下限は１５質量％である。ＭｇＯの含有量が１０質量％以上であれば、内部酸化物の一種であるムライト（Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ）の形成を抑制することができる。これにより、内部酸化物による鉄損の劣化を抑制することができる。
Ａｌ２Ｏ３は１００質量％としてもよい。また、Ａｌ２Ｏ３は、９０質量％以下、８５質量％以下としてもよい。更に、Ａｌ２Ｏ３は、５５質量％以上、６０質量％としてもよい。
【０１１３】
［Ｓ６１：仕上げ焼鈍工程］
仕上げ焼鈍工程では、焼鈍分離剤塗布工程後の母鋼板（コイル）に対して、仕上げ焼鈍を実施する。これにより、焼鈍分離剤が焼き付けられるとともに、母鋼板において二次再結晶を生じさせる。
【０１１４】
仕上げ焼鈍が行われると、母鋼板の表面が酸化されて、母鋼板の表面に膜状酸化物が形成される。
たとえば、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする焼鈍分離剤が塗布された場合には、鋼板の主成分であるＦｅおよびＳｉの酸化物を主体とする膜状酸化物が形成される。
【０１１５】
仕上げ焼鈍条件はたとえば、次のとおりである。仕上げ焼鈍における炉内雰囲気は、特に限定されず、周知の雰囲気でよい。
【０１１６】
仕上げ焼鈍温度：１１００〜１３００℃
仕上げ焼鈍温度での保持時間：２０〜２４時間
仕上げ焼鈍温度が１１００〜１３００℃であれば、十分な二次再結晶が発現して、方向性電磁鋼板の磁気特性が高まる。さらに、母鋼板表面上に上記膜状酸化物が形成される。
仕上げ焼鈍温度が１１００℃未満であると、十分な二次再結晶が発現しない場合がある。また、１３００℃超であると、高温でコイル強度が低下し、コイルが変形する場合がある。また、保持時間が２０時間未満であると、純化不良となる場合がある。一方、保持時間が２４時間超では生産性が低下するので好ましくない。
【０１１７】
［Ｓ６２：冷却工程］
仕上げ焼鈍工程後、母鋼板を冷却する冷却工程を実施する。このとき、母鋼板が１１００〜５００℃となる温度域では、酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．３０〜１０００００のガス雰囲気で冷却を行う。１１００〜５００℃という温度域は、母鋼板の酸化が起こり得る温度域である。そのため、この広い温度域全体で酸化を制御することにより、好ましい膜状酸化物を形成することができる。
【０１１８】
１１００〜５００℃の温度域での酸化度が０．３０未満であると、酸化物そのものが形成されない。この場合、次工程の中間層形成工程において形成される中間層の母鋼板に対する密着性が低下する。その結果、製造された方向性電磁鋼板において、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠してマンドレルを用いて行った曲げ試験後における、絶縁皮膜が剥離した領域における、中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率が２０％未満になってしまう。結果として、水による絶縁皮膜の耐剥離性（耐水性）が低下する。一方、上記温度域での酸化度が１０００００を超えると、内部酸化物が形成する。この場合、中間層形成後も内部酸化物は還元されずに残存するので、方向性電磁鋼板の鉄損が劣化する。
したがって、母鋼板が１１００〜５００℃となる温度域における雰囲気の酸化度は０．３０〜１０００００である。
【０１１９】
母鋼板が１１００〜５００℃となる温度域での冷却方法は、特に限定されない。冷却方法はたとえば、バッチ焼鈍においてヒーターを切り、そのまま冷却する方法が挙げられる。
【０１２０】
以上の工程により、内部酸化物が実質的に存在せず、膜状酸化物が形成された母鋼板、つまり本実施形態に係る方向性電磁鋼板用の中間鋼板が製造される。本実施形態に係る方向性電磁鋼板用の中間鋼板は、内部酸化物を実質的に含まない。そのため、仕上げ焼鈍工程後の母鋼板の表面は平滑面であり、凹凸が抑制されている。たとえば、母鋼板表面の算術平均粗さＲａが、１．０μｍ以下である。そのため、この中間鋼板を用いて得られる方向性電磁鋼板は、低鉄損を実現できる。
【０１２１】
上記仕上げ焼鈍は、純化焼鈍も兼ねている。純化焼鈍により、上記のＡｌ、Ｎ、Ｍｎ、Ｓ及びＳｅのようなインヒビター成分が鋼中から除去される。
【０１２２】
［Ｓ７：中間層形成工程］
中間層形成工程では、本実施形態に係る方向性電磁鋼板用の中間鋼板に対して熱処理を実施する。これにより、母鋼板の表面に接触してかつ酸化珪素を主体とする、中間層を形成する。
【０１２３】
中間層形成に際しての熱処理の条件としては、特に限定されるものではない。中間層を２〜４００ｎｍの厚さに成膜する場合、３００〜１１５０℃の温度域で５〜１２０秒保持することが好ましく、６００〜１１５０℃の温度域で１０〜６０秒保持することがより好ましい。
さらに、母鋼板の内部を酸化させないようにする観点から、温度保持する温度域までの昇温時および温度保持時の雰囲気を還元性の雰囲気とすることが好ましく、水素を混合した窒素雰囲気とすることがより好ましい。水素を混合した窒素雰囲気としては、たとえば、水素：５〜５０体積％及び残部：窒素及び不純物からなり、露点：−２０〜２℃の雰囲気が挙げられる。特に、水素：１０〜３５体積％、残部：窒素及び不純物からなり、露点：−１０〜０℃の雰囲気が好ましい。
【０１２４】
中間層形成工程では、上記膜状酸化物が還元されて、上記酸化珪素を主体とする中間層が形成される。そのため、中間層の母鋼板に対する密着性が高まる。その結果、製造された方向性電磁鋼板において、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）に準拠してマンドレルを用いて行った曲げ試験後における、絶縁皮膜が剥離した領域における中間層が剥離せずに残存している中間層残存領域の面積率が、２０％以上になる。
【０１２５】
中間層形成工程における熱処理は、中間層の形成だけを目的とした個別の熱処理を実施してもよい。熱処理はまた、絶縁皮膜の形成を目的とした熱処理と同時又は連続的に実施しても良い。中間層の形成だけを目的とした個別の熱処理を実施した場合には、その後に絶縁皮膜の形成を目的とした熱処理を別に実施する。
【０１２６】
［Ｓ８：絶縁皮膜形成工程］
絶縁皮膜形成工程では、中間層表面にＰ、ＯおよびＳｉを含む化合物からなる絶縁皮膜を形成する。絶縁皮膜は、さらにＣｒを含有してもよい。
【０１２７】
絶縁皮膜形成工程では、中間層表面に、燐酸又は燐酸塩、コロイド状シリカ、及び必要に応じて無水クロム酸又はクロム酸塩を含むコ−ティング溶液を塗布する。コーティング液を塗布後に焼付けを実施して、中間層の表面に接触した絶縁皮膜を形成する。
【０１２８】
燐酸塩としては、たとえば、Ｃａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｒ等の燐酸塩が挙げられる。コロイド状シリカは特に限定はなく、その粒子サイズも適宜使用することができる。さらに、コ−ティング溶液には、各種の特性を改善するために様々な元素や化合物をさらに添加してもよい。
【０１２９】
焼付け条件としては、特に限定されない。焼付け条件はたとえば、水素、水蒸気及び窒素からなり、雰囲気の酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０００１〜１．０の雰囲気において、３００〜１１５０℃の温度域で５〜３００秒間保持する条件である。
【０１３０】
絶縁皮膜形成工程では、中間層表面に、上記コ−ティング溶液を塗布して、雰囲気の酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．００１〜０．１の雰囲気において、３００℃〜９００℃の温度域で１０秒以上保持して焼き付けることが好ましい。雰囲気の酸化度が０．００１以上であれば、絶縁皮膜の主構成相である燐酸塩が分解しにくく、耐水性がさらに高まる。また、雰囲気の酸化度が０．１以下であれば、鉄損をさらに低下させることができる。
【０１３１】
絶縁皮膜形成工程では、焼き付け後に絶縁皮膜及び中間層が変化しないように、上記ガスの酸化度をより低く保持した雰囲気において鋼板を冷却することが好ましい。冷却条件としては、一般的な条件であればよいが、たとえば、水素、窒素、水蒸気及び不純物からなり、雰囲気の酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０１未満の雰囲気とすればよい。
【０１３２】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、一般的に方向性電磁鋼板の製造方法において行われる工程をさらに含んでいてもよい。例えば、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、脱炭焼鈍工程後であって、焼鈍分離剤塗布工程前に、母鋼板中のＮ含有量を増加させる窒化処理を実施する窒化処理工程をさらに含んでもよい。一次再結晶領域と二次再結晶領域との境界部位の鋼板に与える温度勾配が低くとも磁束密度を安定して向上させることができるからである。窒化処理としては、一般的な処理であればよい。たとえば、アンモニア等の窒化能のあるガスを含有する雰囲気中で焼鈍する処理、ＭｎＮ等の窒化能のある粉末を含む焼鈍分離剤を塗布した脱炭焼鈍鋼板を仕上げ焼鈍する処理等が挙げられる。
【０１３３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１３４】
以下、実施例を提示して、本発明を具体的に説明する。以下において、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。【０１３５】
Ｓｉ：３．３０％、Ｃ：０．０５０％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００８０％、及びＭｎ：０．１０％、Ｓ及びＳｅ：合計で０．００５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成のスラブを用意した。
上記スラブを１１５０℃で６０分間均熱加熱し、加熱後のスラブに対して熱間圧延を施して、板厚が２．６ｍｍの熱延鋼板を製造した。製造した熱延鋼板に対して、熱延板焼鈍を実施して、焼鈍鋼板を製造した。熱延板焼鈍の条件は、焼鈍温度９００℃に１２０秒保持とした。得られた焼鈍鋼板に対して冷間圧延を施し、最終板厚が０．２３ｍｍの冷延鋼板を製造した。【０１３６】
得られた冷延鋼板に対して、脱炭焼鈍を施した。脱炭焼鈍の条件は、水素：７５体積％、残部：窒素及び不純物からなる湿潤雰囲気中にて、８５０℃で９０秒保持とした。【０１３７】
得られた鋼板の表面に、表１に示す割合でＭｇＯを含有する焼鈍分離剤を塗布した。焼鈍分離剤において、ＭｇＯ以外の残部はＡｌ２Ｏ３であった。【０１３８】
焼鈍分離剤を塗布し、乾燥させた鋼板に対して仕上げ焼鈍を実施し、冷却を行うことで母鋼板を得た。仕上げ焼鈍の条件は、水素−窒素混合雰囲気にて、１５℃／時の昇温速度で１２００℃まで加熱した後に、水素雰囲気にて１２００℃で２０時間保持することとした。仕上げ焼鈍後の母鋼板に対して、バッチ焼鈍においてヒーターを切り、そのまま冷却した。母鋼板が１１００〜５００℃となる温度域における、水素分圧に対する水蒸気分圧の比で示される酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）は、表１のとおりであった。
また、仕上げ焼鈍後の母鋼板の化学組成は、いずれもＳｉ：３．３０％、Ｃ：０．００２％以下、酸可溶性Ａｌ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００２０％以下、及びＭｎ：０．１０％、Ｓ及びＳｅ：合計で０．０００５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなっていた。【０１３９】
【表１】
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【０１４０】
試験番号１〜試験番号１２については、仕上げ焼鈍後の母鋼板に対して、中間層と絶縁皮膜とを同時に形成する熱処理を実施した。
中間層及び絶縁皮膜形成工程の条件は次のとおりであった。
鋼板表面に、コーティング溶液を塗布した。コーティング溶液の組成は、試験番号１〜試験番号１０は、質量％で燐酸塩：５０％、コロイド状シリカ：４５％及び無水クロム酸５％であった。試験番号１１〜試験番号１２のコーティング溶液の組成は、質量％で燐酸塩：５５％、コロイド状シリカ：４５％であった。コーティング溶液を塗布した鋼板に対して、水素、窒素、水蒸気及び不純物からなり、酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．１の雰囲気で、８５０℃まで加熱して３０秒間保持した。【０１４１】
試験番号１３〜試験番号１７については、中間層形成工程と絶縁皮膜形成工程とを別々に実施した。仕上げ焼鈍後の母鋼板に対して、熱処理を実施して、中間層を形成した。中間層形成工程の条件は次のとおりであった。酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０１の雰囲気で、８５０℃まで加熱して３０秒間保持した。
また、中間層を形成した母鋼板に対して、絶縁皮膜を形成した。絶縁皮膜形成工程では、中間層の表面に、コーティング溶液を塗布した。コーティング溶液の組成は、燐酸塩：６０％、コロイド状シリカ：４０％であった。コーティング溶液を塗布した鋼板に対して、水素：７５体積％、残部：窒素及び不純物からなる雰囲気で、８５０℃まで加熱し、３０秒間保持して絶縁皮膜を形成した後、室温まで冷却した。【０１４２】
［断面観察］
各試験番号の方向性電磁鋼板から、圧延方向に垂直な断面を有する試験片を採取し、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて該断面を観察した。倍率は１００００倍、鋼板表面から深さ１０μｍの領域を、鋼板表面に平行な方向へ１００μｍの範囲について観察した。試験番号１〜試験番号８及び試験番号１１〜試験番号１５、試験番号１７では、内部酸化物はほとんど形成されていなかった。つまり、母鋼板の表面から母鋼板内部に向かって１０μｍの深さの領域における、円相当径０．１μｍ以上の酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２以下であった。
一方、試験番号９および試験番号１６では、母鋼板の表面に凹凸を形成する酸化珪素を主体とする内部酸化物が多量に形成されていた。つまり、母鋼板の表面から母鋼板内部に向かって１０μｍの深さの領域における、円相当径０．１μｍ以上の酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２超であった。試験番号１０では、母鋼板の表面に凹凸を形成するフォルステライトを主体とする、円相当径０．１μｍ以上の内部酸化物が多量に形成されていた。【０１４３】
各試験番号の方向性電磁鋼板について、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）による断面観察において、電子線回折図形及びＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）により、中間層の組成として、Ｆｅ含有量が３０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％未満、Ｓｉ含有量が５０原子％未満、２０原子％以上、Ｏ含有量が８０原子％未満、５０原子％以上、Ｍｇ含有量が１０原子％以下であることも確認した。【０１４４】
［密着性試験］
密着性試験は、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）の耐屈曲性試験に準じて実施した。試験番号１〜試験番号１７の方向性電磁鋼板から、圧延方向に８０ｍｍ、圧延垂直方向に４０ｍｍの試験片を採取した。採取した試験片を直径１０ｍｍまたは１６ｍｍのマンドレルに巻きつけた。密着性試験には、ＪＩＳ  Ｋ  ５６００−５−１（１９９９）の耐屈曲性試験に記載のタイプ１の試験装置を用いて、１８０°曲げを行った。曲げた後の試験片の曲げ内側の面について、絶縁皮膜が剥離した部分の合計面積（絶縁皮膜剥離面積）を測定した。
その後、上記した方法で、中間層残存領域の面積率を求めた。結果を表１に示す。なお、表１の曲げ径はマンドレルの直径を示す。
巻き付けたマンドレルの直径が１０ｍｍの場合には、絶縁皮膜剥離面積が７．５ｍｍ２以下であれば、密着性に優れると判断した。また、巻き付けたマンドレルの直径が１６ｍｍの場合には、絶縁皮膜剥離面積が５．０ｍｍ２以下であれば、密着性に優れると判断した。【０１４５】
曲げ試験における、絶縁皮膜剥離の評価面積を以下の式で定義した。絶縁皮膜剥離面積が評価面積の５％未満である場合は、曲げ径（マンドレルの直径）を小さくして再評価した。再評価の結果、絶縁皮膜剥離面積が評価面積の５％以上の場合、中間層残存領域の面積率を求めた。
（評価面積）＝（曲げ直径）×（円周率）÷２【０１４６】
中間層残存領域の面積率は、特定された絶縁皮膜剥離領域を、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を用いてマッピングし、Ｓｉ濃度分布を得て、得られたＳｉ濃度分布において、Ｓｉ濃度の最大値とＳｉ濃度の最小値とを特定し、次の式を満たす領域を、中間層残存領域と定義した。
（領域のＳｉ濃度）＞｛（Ｓｉ濃度の最大値）＋（Ｓｉ濃度の最小値）｝／２
そして、定義された中間層残存領域の総面積の、皮膜剥離部のＥＤＳマッピング総面積に対する割合を、中間層残存領域の面積率（％）と定義した。中間層残存領域の面積率が２０％以上の場合を、本発明で規定する要件を満たすとして合格と判定した。一方、中間層残存領域の面積率が２０％未満の場合を、本発明で規定する要件を満たさないとして不合格と判定した。
だだし、Ｓｉ濃度の最大値とＳｉ濃度の最小値が以下の式を満たす場合は，中間層残存領域の面積率は０％とした。
（Ｓｉ濃度の最大値）−（Ｓｉ濃度の最小値）＜５原子％【０１４７】
［耐水性試験］
試験番号１〜試験番号１７の試験片に対して、密着性試験と同様の条件で曲げ試験を行った。試験片の、曲げた部分（曲げ加工領域）を曲げたまま、曲げ加工領域全体を純水に１分間浸漬させた。１分経過後、試験片を引き上げた。その後、試験片を乾燥させた。試験片を曲げ戻し、画像解析により、水浸漬後の絶縁皮膜剥離面積を算出した。水による剥離面積は、次の式により算出した。結果を表１に示す。
（水による剥離面積）＝（水浸漬後の絶縁皮膜剥離面積）−（絶縁皮膜剥離面積）
水による剥離面積が５．０ｍｍ２以下であれば、耐水性に優れると判断した。一方、水による剥離面積が５．０ｍｍ２超であれば、耐水性に劣ると判断した。【０１４８】
［鉄損測定］
ＪＩＳ  Ｃ  ２５５０−１に基づき、エプスタイン試験により励磁磁束密度１．７Ｔ、周波数５０Ｈｚにおける鉄損Ｗ１７／５０（Ｗ／ｋｇ）を測定した。鉄損Ｗ１７／５０が１．００未満の場合を、鉄損が良好であると判断した。一方、鉄損Ｗ１７／５０が１．００以上の場合を、鉄損に劣ると判断した。【０１４９】
表１を参照して、試験番号２、試験番号４、試験番号７、試験番号８、試験番号１２、試験番号１４及び試験番号１５は、絶縁皮膜剥離面積が小さく、また、中間層残存領域の面積率が２０％以上となり、密着性および耐水性に優れた。特に、試験番号２、試験番号４、試験番号７、試験番号８、試験番号１４及び試験番号１５は、水による剥離面積が、絶縁皮膜剥離面積よりも小さくなり、より耐水性に優れた。さらに、これらの発明例は、円相当径０．１μｍ以上の内部酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２以下であり、鉄損も良好であった。また、これらの発明例は、母鋼板表面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以下であり、中間層の厚さが２〜４００ｎｍであった。算術平均粗さＲａおよび中間層の厚さの測定は上述の方法により行った。【０１５０】
一方、試験番号１、試験番号３、試験番号５、試験番号６、試験番号１１、試験番号１３、１７は、冷却工程での酸化度が０．３０未満であった。そのため、中間層残存領域の面積率が２０％未満となり、密着性が低かった。試験番号１、試験番号３、試験番号５、試験番号１１、試験番号１３および試験番号１７では、水による剥離面積が、５．０ｍｍ２超であり、耐水性が劣っていた。【０１５１】
試験番号９、試験番号１６は、仕上げ焼鈍後の冷却工程での酸化度が１０００００を超えた。そのため、酸化珪素を主体とする内部酸化物が形成し、内部酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２を超えた。そのため、方向性電磁鋼板として必要な低鉄損が得られなかった。【０１５２】
試験番号１０は、焼鈍分離剤におけるＭｇＯ含有量が高かった。そのため、フォルステライトを主体とする内部酸化物が形成し、円相当径０．１μｍ以上の内部酸化物の数密度が０．０２０個／μｍ２を超えた。そのため、方向性電磁鋼板として必要な低鉄損が得られなかった。
試験番号１、試験番号３、試験番号５、試験番号６、試験番号９、試験番号１０、試験番号１１、試験番号１３、試験番号１６では絶縁皮膜の剥離面積も大きかった。【０１５３】
以上、本発明の実施形態を説明した。しかしながら、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変更して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明によれば、酸化珪素を主体とする中間層を有する方向性電磁鋼板において、絶縁皮膜の密着性及び耐水性の高い方向性電磁鋼板を提供できる。また、この方向性電磁鋼板用中間鋼板およびそれらの製造方法を提供できる。
【国際調査報告】
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