(57)【要約】  母材鋼板と、前記母材鋼板上に接して形成され、酸化ケイ素が主体である中間層と、前記中間層上に接して形成され、リン酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁皮膜と、を備え、前記母材鋼板は、所定の化学成分を含有し、平均粒径５０〜３００ｎｍのＢＮが存在し、グロー放電発光分析でＢの発光強度を測定したとき所定の要件を満たし、前記ＢＮの長軸と短軸との比率が１．５以下である方向性電磁鋼板。【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材鋼板と；
前記母材鋼板上に接して配され、酸化ケイ素が主体である中間層と；
前記中間層上に接して配され、リン酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁皮膜と；
を備え、
前記母材鋼板は、化学成分として、質量％で、
Ｃ：０．０８５％以下；
Ｓｉ：０．８０〜７．００％；
Ｍｎ：０．０５〜１．００％；
酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％；
Ｎ：０．００４０％以下；
Ｓ：０．０１００％以下；
Ｂ：０．０００５〜０．００８０％；
を含有し、
残部Ｆｅ及び不純物からなり、
前記中間層の表層に、平均粒径が５０〜３００ｎｍであるＢＮが存在し、
前記母材鋼板と前記中間層との合計厚さをｄとし、グロー放電発光分析（ＧＤＳ）でＢの発光強度を測定したとき、スパッタリング深さが前記中間層の最表面からｄ／１００の位置に到達するまでの時間をt(ｄ／１００)、前記スパッタリング深さが前記中間層の最表面からｄ／１０の位置に到達するまでの時間をt(ｄ／１０)としたとき、
t(ｄ／１００)におけるＢの発光強度ＩB_t(ｄ／１００)と、t(ｄ／１０)におけるＢの発光強度ＩB_t(ｄ／１０)とが下記式（１）を満たし、
前記ＢＮの長軸と短軸との比率が１．５以下である
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
ＩB_t(ｄ／１００)＞ＩB_t(ｄ／１０)                              ・・・式（１）
【請求項２】
前記中間層の表層における前記ＢＮの個数密度が２×１０6個／ｍｍ2以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォルステライト皮膜の生成を阻害する条件で製造するか、あるいは、研削や酸洗等の手段によってフォルステライト皮膜を除去するか、もしくは、鏡面光沢を呈するまで表面を平坦化させて調製を行った仕上げ焼鈍済み方向性ケイ素鋼板の表面に、酸化ケイ素主体の中間層を有し、前記中間層の上に、リン酸塩とコロイド状シリカを主体する絶縁皮膜を有する方向性電磁鋼板に関する。特に、強曲げ加工性に優れ、巻鉄心の製造性が優れた方向性電磁鋼板に関する。本願は、２０１９年１月１６日に、日本に出願された特願２０１９−００５３９５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、軟磁性材料であり、変圧器（トランス）等の電気機器の鉄心等に用いられる。方向性電磁鋼板は、７質量％以下程度のＳｉを含有し、結晶粒が、ミラー指数で｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積している鋼板である。【０００３】
方向性電磁鋼板の満たすべき特性としては、交流で励磁したときのエネルギー損失、即ち、鉄損が小さいことが挙げられる。また、方向性電磁鋼板を変圧器の鉄芯材料として用いる場合、鋼板の絶縁性を確保することも必須であるので、絶縁皮膜を鋼板表面に形成する。例えば、特許文献１に開示されている、コロイド状シリカとリン酸塩を主体とする塗布液を鋼板表面に塗布し、焼き付けて絶縁皮膜を形成する方法は、絶縁性の確保に有効である。このように、仕上げ焼鈍工程で生じたフォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）系皮膜（以下「グラス皮膜」又は「フォルステライト皮膜」ということがある。）の上に、コロイド状シリカとリン酸塩を主体とする絶縁皮膜を形成することが、一般的な、方向性電磁鋼板であり、その製造方法である。【０００４】
そうした中で、近年、地球温暖化などの世界的な環境問題への意識の高まりにより、方向性電磁鋼板を使用する変圧器の効率規制が実施されつつある。従来、ローグレードの方向性電磁鋼板を使用してきた用途、特に、巻鉄心変圧器において、厳格な効率規制が実施されつつあり、よりハイグレードの方向性電磁鋼板を使用する動きが広がりつつある。このため、方向性電磁鋼板には、さらなる低鉄損化の要請が強まっている。【０００５】
巻鉄心に使用する方向性電磁鋼板に要求される特性は、上述の理由から、（Ａ）低鉄損であることに加えて、（Ｂ）強曲げ加工部で絶縁皮膜が剥離しないことである。巻鉄心は、長尺の鋼板をコイル状に巻いて製造されるので、鋼板においては、内周側の曲率半径が小さくなって、強曲げ加工となり、絶縁皮膜が剥離するという課題がある。【０００６】
上記（Ａ）に関して、一般的な方向性電磁鋼板に対して、さらに鉄損を低減するためには、結晶粒の方位制御や磁区の動きを阻害する鋼板表面のグラス皮膜の界面の凹凸によるピン止め効果をなくすこと（以下、「鏡面化」及び「平滑化」ということがある。）が重要である。【０００７】
まず、結晶粒の方位制御には二次再結晶という異常粒成長現象を利用する。二次再結晶を適確に制御するためには、二次再結晶前の一次再結晶で得られる組織（一次再結晶組織）を適確に形成すること、及び、インヒビターという微細析出物又は粒界偏析元素を適切に析出させることが重要である。【０００８】
インヒビターは、二次再結晶において、一次再結晶組織中の｛１１０｝＜００１＞方位以外の結晶粒の成長を抑制し、｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒を優先的に成長させる機能を有するので、インヒビターの種類及び量の調整は、特に重要である。【０００９】
インヒビターに関しては、多くの研究結果が開示されている。なかでも、特徴的な技術として、Ｂをインヒビターとして活用する技術がある。特許文献２及び３には、固溶Ｂがインヒビターとして機能して、｛１１０｝＜００１＞方位の発達に有効であることが開示されている。【００１０】
特許文献４及び５には、Ｂを添加した材料を冷間圧延以降で窒化処理して形成した微細なＢＮがインヒビターとして機能して、｛１１０｝＜００１＞方位の発達に有効であることが開示されている。【００１１】
特許文献６には、熱間圧延でＢＮの析出を極力抑制して、その後の焼鈍の昇温過程で析出させた極めて微細なＢＮが、インヒビター機能を持つことが開示されている。特許文献６及び７には、熱延工程でＢの析出形態を制御して、インヒビターとしての機能を発揮させる方法が開示されている。【００１２】
次に、磁区の動きを阻害する鋼板表面のグラス皮膜の界面の凹凸によるピン止め効果をなくすために、例えば、特許文献７〜９には、脱炭焼鈍の露点を制御し、脱炭焼鈍時に形成する酸化層において、Ｆｅ系酸化物（Ｆｅ2ＳｉＯ4、ＦｅＯ等）を形成しないこと、及び、焼鈍分離剤としてシリカと反応しないアルミナ等の物質を用いて、仕上げ焼鈍後に表面の平滑化を達成することが開示されている。【００１３】
上記（Ｂ）に関して、仕上げ焼鈍工程で生じたグラス皮膜の上に、絶縁皮膜を有する一般的な方向性電磁鋼板は、良好な絶縁皮膜密着性を有するため、絶縁皮膜密着性は課題にならなかった。しかしながら、グラス皮膜を除去した場合、又は、仕上げ焼鈍工程で意図的にグラス皮膜を形成しなかった場合には、良好な絶縁皮膜密着性を得ることが難しいため、絶縁皮膜密着性の向上が課題となる。【００１４】
それ故、グラス皮膜を有しない方向性電磁鋼板における絶縁皮膜密着性を確保するための技術として、絶縁皮膜の形成に先き立ち、仕上げ焼鈍済みの方向性ケイ素鋼板の表面に酸化膜を形成する方法が、例えば、特許文献１０〜１３にて提案された。【００１５】
例えば、特許文献１１に開示の技術は、鏡面化した、又は、鏡面に近い状態に調製した仕上げ焼鈍済みの方向性ケイ素鋼板に、温度毎に、特定の雰囲気で焼鈍を施して、鋼板表面に外部酸化型の酸化膜を形成し、この酸化膜により、絶縁皮膜と鋼板との密着性を確保する方法である。【００１６】
特許文献１２に開示の技術は、絶縁皮膜が結晶質である場合において、無機鉱物質皮膜のない仕上げ焼鈍済みの方向性ケイ素鋼板の表面に、非晶質酸化物の下地皮膜を形成して、結晶質の絶縁皮膜を形成する際に起きる鋼板酸化を防止する技術である。【００１７】
特許文献１３に開示の技術は、特許文献１１に開示の技術をさらに発展させ、絶縁皮膜と鋼板の界面において、Ａｌ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉを含む金属酸化膜の膜構造を制御し、絶縁皮膜の密着性を改善する方法である。【００１８】
しかしながら、特許文献１０〜１３にて提案されているフォルステライト皮膜を有しない方向性電磁鋼板も、Ａｌ系インヒビターをベースにしたものであり、特許文献２〜６に開示のＢ添加の方向性電磁鋼板における絶縁皮膜密着性の改善に関しては触れられていない。Ｂ添加のフォルステライト皮膜を有しない方向性電磁鋼板は、低鉄損であるものの、依然として、巻鉄心に要求される絶縁皮膜密着性においては課題が残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】日本国特開昭４８−０３９３３８号公報
【特許文献２】米国特許第３９０５８４２号明細書
【特許文献３】米国特許第３９０５８４３号明細書
【特許文献４】日本国特開平０１−２３０７２１号公報
【特許文献５】日本国特開平０１−２８３３２４号公報
【特許文献６】日本国特開平１０−１４０２４３号公報
【特許文献７】日本国特開平０７−２７８６７０号公報
【特許文献８】日本国特開平１１−１０６８２７号公報
【特許文献９】日本国特開２００２−１７３７１５号公報
【特許文献１０】日本国特開昭６０−１３１９７６号公報
【特許文献１１】日本国特開平０６−１８４７６２号公報
【特許文献１２】日本国特開平０７−２７８８３３号公報
【特許文献１３】日本国特開２００２−３４８６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述した従来技術により、鉄心の材料として、フォルステライト皮膜を有しない低鉄損の方向性電磁鋼板が得られるようになったが、変圧器、特に、巻鉄心変圧器を製造する際、鋼板の内周側の強曲げ加工部で、絶縁皮膜が剥離するという課題があり、該課題は、いまだ解決されていない。上記課題は、高効率の変圧器が求められているなか、高効率の変圧器を工業的に製造するうえで、解決が待たれている。【００２１】
本発明は、従来技術の現状を踏まえ、変圧器、特に、巻鉄心変圧器の鉄心材料として使用する、ＢＮをインヒビターとし、フォルステライト皮膜を有しない低鉄損の方向性電磁鋼板において、鉄心の内周側となる鋼板の強曲げ加工部で生じる絶縁皮膜の剥離を抑制することを課題とし、該課題を解決する、絶縁皮膜密着性に優れ、かつ、低鉄損である方向性電磁鋼板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】
【００２２】
ＢＮをインヒビターとし、フォルステライト皮膜を有しない低鉄損の方向性電磁鋼板において、絶縁皮膜密着性を改善するためには、二次再結晶で、｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒を高度に集積して、磁束密度を高めるとともに、鋼板中のＢの析出形態を制御することが重要である。【００２３】
ＢＮをインヒビターとして用いる場合、仕上げ焼鈍後のＢＮが、鋼板全厚にわたって析出していると、ヒステリシス損が増大し、低鉄損の方向性電磁鋼板を得ることが難しく、また、絶縁皮膜密着性も劣位となる。【００２４】
本発明者らは、これらのことを踏まえ、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、フォルステライト皮膜を有しない方向性電磁鋼板において、酸化ケイ素を主体とする酸化層を含む鋼板表層にＢを微細な球状ＢＮとして析出させると、上記課題を解決できることを見出した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。【００２５】
（１）母材鋼板と、前記母材鋼板上に接して配され、酸化ケイ素が主体である中間層と、前記中間層上に接して配され、リン酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁皮膜と、を備え、前記母材鋼板は、化学成分として、質量％で、Ｃ：０．０８５％以下、Ｓｉ：０．８０〜７．００％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％、Ｎ：０．００４０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００８０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、前記中間層の表層に、平均粒径が５０〜３００ｎｍであるＢＮが存在し、前記母材鋼板と前記中間層との合計厚さをｄとし、グロー放電発光分析（ＧＤＳ）でＢの発光強度を測定したとき、スパッタリング深さが前記中間層の最表面からｄ／１００の位置に到達するまでの時間をｔ（ｄ／１００）、前記スパッタリング深さが前記中間層の最表面からｄ／１０の位置に到達するまでの時間をｔ（ｄ／１０）としたとき、t(ｄ／１００)におけるＢの発光強度ＩB_t(ｄ／１００)と、t(ｄ／１０)におけるＢの発光強度ＩB_t(ｄ／１０)とが、下記式（１）を満たし、前記ＢＮの長軸と短軸との比率が１．５以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
ＩB_t(ｄ／１００)＞ＩB_t(ｄ／１０)                              ・・・式（１）【００２６】
（２）前記中間層の表層における前記ＢＮの個数密度が２×１０6個／ｍｍ2以上であることを特徴とする前記（１）に記載の方向性電磁鋼板。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ＢＮをインヒビターとする方向性電磁鋼板において、鉄心の内周側となる鋼板の強曲げ加工部で生じる絶縁皮膜の剥離を抑制することができ、絶縁皮膜密着性に優れ、かつ、低鉄損で、巻鉄心としての製造性に優れる方向性電磁鋼板を安定して提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の絶縁皮膜密着性に優れるフォルステライト皮膜を有しない方向性電磁鋼板（以下「本発明電磁鋼板」ということがある。）は、母材鋼板と、前記母材鋼板上に接して形成され、酸化ケイ素が主体である中間層と、前記中間層上に接して形成され、リン酸塩とコロイド状シリカを主体する絶縁皮膜と、を備え、前記母材鋼板は、化学成分として、質量％で、Ｃ：０．０８５％以下、Ｓｉ：０．８０〜７．００％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％、Ｎ：０．００４０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００８０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、前記中間層の表層に、平均粒径が５０〜３００ｎｍであるＢＮが存在し、前記母材鋼板と前記中間層との合計厚さをｄとし、グロー放電発光分析（ＧＤＳ）でＢの発光強度を測定したとき、スパッタリング深さが前記中間層の最表面からｄ／１００の位置に到達するまでの時間をt(ｄ／１００)、スパッタリング深さが前記中間層の最表面からｄ／１０の位置に到達するまでの時間をt(ｄ／１０)としたとき、t(ｄ／１００)におけるＢの発光強度ＩB_t(ｄ／１００)と、t(ｄ／１０)におけるＢの発光強度ＩB_t(ｄ／１０)とが下記式（１）を満たし、前記中間層の表層における前記ＢＮの長軸と短軸との比率が１．５以下である。
ＩB_t(ｄ／１００)＞ＩB_t(ｄ／１０)                              ・・・式（１）
【００２９】
また、本発明電磁鋼板は、前記中間層の表層における前記ＢＮの個数密度が、２×１０6個／ｍｍ2以上であることを特徴とする。
【００３０】
まず、本発明電磁鋼板において、母材鋼板の化学成分を限定した理由について説明する。以下、「％」は特に断りが無ければ「質量％」を意味する。
【００３１】
＜母材鋼板の成分組成（化学成分）＞
Ｃ：０．０８５％以下
Ｃは、一次再結晶組織の制御に有効な元素であるが、磁気特性に悪影響を及ぼすので、仕上げ焼鈍前に脱炭焼鈍で除去する元素である。最終製品で０．０８５％を超えると、時効析出し、ヒステリシス損が増大するので、Ｃは０．０８５％以下とする。Ｃは、好ましくは０．０７０％以下、より好ましくは０．０５０％以下である。
【００３２】
下限は０％を含むが、Ｃを０．０００１％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼板上、０．０００１％が実質的な下限である。なお、方向性電磁鋼板において、Ｃは、脱炭焼鈍で、通常、０．００１％程度以下に低減する。
【００３３】
Ｓｉ：０．８０〜７．００％
Ｓｉは、鋼板の電気抵抗を高めて、鉄損特性を改善する元素である。０．８０％未満では、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じ、鋼板の結晶方位が損なわれるので、Ｓｉは０．８０％以上とする。Ｓｉは、好ましくは１．５０％以上、より好ましくは２．５０％以上である。
【００３４】
一方、Ｓｉが７．００％を超えると、加工性が低下し、圧延時に割れが発生するので、Ｓｉは７．００％以下とする。好ましくは５．５０％以下、より好ましくは４．５０％以下である。
【００３５】
Ｍｎ：０．０５〜１．００％
Ｍｎは、熱間圧延時の割れを防止するとともに、Ｓと結合して、インヒビターとして機能するＭｎＳを形成する元素である。Ｍｎが０．０５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｍｎは０．０５％以上とする。好ましくは０．０７％以上、より好ましくは０．０９％以上である。
【００３６】
一方、Ｍｎが１．００％を超えると、ＭｎＳの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、Ｍｎは１．００％以下とする。Ｍｎは、好ましくは０．８０％以下、より好ましくは０．６０％以下である。
【００３７】
酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％
酸可溶性Ａｌは、Ｎと結合して、インヒビターとして機能する（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎを生成する元素である。酸可溶性Ａｌが０．０１０％未満では、添加効果が十分に発現せず、二次再結晶が十分に進行しないので、酸可溶性Ａｌは０．０１０％以上とする。酸可溶性Ａｌは、好ましくは０．０１５％以上、より好ましくは０．０２０％以上である。
【００３８】
一方、酸可溶性Ａｌが０．０６５％を超えると、（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、酸可溶性Ａｌは０．０６５％以下とする。酸可溶性Ａｌは、好ましくは０．０５０％以下、より好ましくは０．０４０％以下である。
【００３９】
Ｎ：０．００４０％以下
Ｎは、Ａｌと結合して、インヒビターとして機能するＡｌＮを形成する元素であるが、最終製品で０．００４０％以上であると、鋼板中にＡｌＮとして析出し、ヒステリシス損を劣化させるので、０．００４０％以下とする。下限は０％を含むが、Ｎを０．０００１％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼板上、０．０００１％が実質的な下限である。なお、方向性電磁鋼板において、仕上げ焼鈍で、通常、Ｎは０．０００１％程度以下に低減する。
【００４０】
Ｓ：０．０１００％以下
Ｓは、Ｍｎと結合して、インヒビターとして機能するが、最終製品においてＳが、０．０１００％超であると、鋼板中にＭｎＳとして析出し、ヒステリシス損を増大させるので、０．０１００％以下とする。下限は０％を含むが、Ｓを０．０００１％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼板上、０．０００１％が実質的な下限である。なお、方向性電磁鋼板において、仕上げ焼鈍で、通常、Ｓは０．００５％程度以下に低減する。
【００４１】
Ｂ：０．０００５〜０．００８０％
Ｂは、Ｎと結合し、ＭｎＳと複合析出して、インヒビターとして機能するＢＮを形成する元素である。
【００４２】
０．０００５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｂは０．０００５％以上とする。Ｂは、好ましくは０．００１０％以上、より好ましくは０．００１５％以上である。一方、０．００８０％を超えると、ＢＮの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、Ｂは０．００８０％以下とする。好ましくは０．００６０％以下、より好ましくは０．００４０％以下である。
【００４３】
母材鋼板の成分において、上記元素を除く残部は、Ｆｅ及び不純物である。不純物は、鋼原料から及び／又は製鋼過程で不可避的に混入する元素を含み、本発明電磁鋼板の特性を阻害しない範囲で許容される元素である。
【００４４】
また、母材鋼板は、磁気特性を阻害せず、他の特性を高め得る範囲で、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｃｕ：０．４０％以下、Ｐ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｓｎ：０．３０％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、及び、Ｂｉ：０．０１％以下の１種又は２種以上を含有してもよい。
【００４５】
上記した母材鋼板の化学成分は、鋼の一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、化学成分は、ＩＣＰ−ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  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−ＡＥＳによって測定すればよい。また、Ｃ及び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。
【００４６】
＜中間層＞
本発明電磁鋼板は、前記母材鋼板上に接して形成され、酸化ケイ素が主体である中間層を備える。本発明電磁鋼板において、中間層は母材鋼板と絶縁皮膜とを密着させる機能を有する。
【００４７】
中間層の主体をなす酸化ケイ素は、ＳｉＯα（α＝１．０〜２．０）が好ましい。α＝１．５〜２．０であれば、酸化ケイ素がより安定するので、より好ましい。鋼板表面に酸化ケイ素を形成する酸化焼鈍を十分に行えば、α≒２．０のＳｉＯ２を形成することができる。
【００４８】
中間層の厚さ（板厚方向の長さ）は、特段制限されず、例えば、１ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。中間層の厚さは、好ましくは、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００４９】
中間層の表層（中間層と絶縁皮膜との界面近傍）とは、中間層の厚さＡｎｍとしたとき、中間層の最表面からＡ×１／４ｎｍまでを言う。
【００５０】
＜絶縁皮膜＞
本発明電磁鋼板は、前記中間層上に接して形成され、リン酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁皮膜を備える。本発明電磁鋼板が絶縁皮膜を備えることにより、本発明電磁鋼板に高い面張力を付与することができる。
【００５１】
＜ＢＮの存在形態＞
中間層の表層（以下では、中間層の表層を、単に、中間層表層と呼称することがある。）に存在するＢＮの平均粒径：５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下
中間層表層（中間層と絶縁皮膜との界面近傍）に、平均粒径（長軸の長さ）が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるＢＮが存在すると、絶縁皮膜密着性（母材鋼板と絶縁皮膜との密着性）が向上する。この理由は明確でないが、仕上げ焼鈍後に存在する酸化層（中間層）、又は、中間層形成熱処理で形成する酸化層（中間層）に上記平均粒径を有するＢＮが存在することで、酸化層のアンカーとして機能し、絶縁皮膜密着性が向上すると考えられる。
【００５２】
ＢＮは、固溶後の再析出であるので、表面エネルギーを低減するため、形態が球状となる場合が多い。それ故、ＢＮの形態は球状であることが好ましい。なお、本実施形態において「球状ＢＮ」とは、長軸／短軸の比率が１．５以下のＢＮを表す。
【００５３】
ＢＮの平均粒径は、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。平均粒径はＢＮ析出物の長軸で定義し、ＢＮの平均粒径が５０ｎｍ未満であると、ＢＮの析出頻度が高くなり、鉄損が増大するので、ＢＮの平均粒径は５０ｎｍ以上である。ＢＮの平均粒径は、好ましくは８０ｎｍ以上である。
【００５４】
ＢＮの平均粒径が３００ｎｍを超えると、ＢＮの析出頻度が低下し、絶縁皮膜密着性の向上効果が十分に得られないので、ＢＮの平均粒径は３００ｎｍ以下である。ＢＮの平均粒径は、好ましくは２８０ｎｍ以下である。
【００５５】
平均粒径は、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）又はＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に取り付けられたＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、板幅方向４μｍ×板厚方向２μｍの視野を１０視野観察し、ＢＮであることをＥＤＳにて同定した観察視野中の析出物の長軸の長さを測定し、その平均値を平均粒径とする。
【００５６】
ＢＮの個数密度：２×１０6個／ｍｍ2以上
平均粒径５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下のＢＮの個数密度は２×１０6個／ｍｍ2以上であることが好ましい。ＢＮの個数密度が２×１０6個／ｍｍ2未満であると、アンカーとして機能するＢＮの分散が不十分となり、絶縁皮膜密着性の向上効果が十分に得られない。そのため、ＢＮの個数密度は２×１０6個／ｍｍ2以上が好ましい。ＢＮの個数密度は、より好ましくは３×１０6個／ｍｍ2以上である。ＢＮの個数密度は、鋼板のＢ量により変動するので、特に上限は設けない。
【００５７】
ＢＮの個数密度は、方向性電磁鋼板（製品）を水酸化ナトリウムで洗浄し、鋼板表面の絶縁皮膜を除去し、鋼板面（つまり、中間層表層）をＦＥ−ＳＥＭ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察して計測する。鋼板の圧延方向に垂直な断面における中間層表層ついて、ＦＥ−ＳＥＭに取り付けられたＥＤＳを用いて、板幅方向４μｍ×板厚方向２μｍの視野を１０視野撮影し、ＥＤＳにて同定されたＢＮの個数を数えることで個数密度を計測できる。
【００５８】
鋼板の厚さ方向のＢの分布において、仕上げ焼鈍後の鋼板の母材鋼板上に接して存在する酸化層（中間層）、又は、熱酸化で形成する酸化層（中間層）を含む鋼板表層のＢ濃度（強度）が、鋼板内部の地鉄（母材鋼板）のＢ濃度（強度）より低い場合、鋼板表層に、ＢＮが析出していないか、又は、析出していても少量であり、絶縁皮膜密着性が劣位となる。なお、鋼板表層とは、中間層の最表面から、地鉄表面と中間層の界面から地鉄厚さの１／１００の位置までの部分を言う。よって、鋼板表層は、中間層と、母材鋼板の一部と、を含む。
【００５９】
ＩB_t(ｄ／１００)＞ＩB_t(ｄ／１０)
本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、絶縁皮膜を除く板厚をｄとしたとき、グロー放電発光分析（ＧＤＳ）で測定し、スパッタリング深さが絶縁皮膜を除く前記鋼板の最表層（中間層の最表面）からｄ／１００の位置に到達するまでのスパッタ時間をt(ｄ／１００)とし、スパッタリング深さが中間層の最表面からｄ／１０の位置に到達するスパッタ時間をt(ｄ／１０)としたとき、Ｂの発光強度ＩBが下記式（１）を満たしている。中間層の最表面からｄ／１００の位置は、鋼板表層に位置し、中間層の最表面からｄ／１０の位置は、鋼板表層よりも母材鋼板側に位置する。よって、Ｂの発光強度ＩBが下記式（１）を満たせば、鋼板表層に、ＢＮが十分な量析出していることになるので、鉄損は劣化せず、絶縁皮膜密着性がより向上する。
【００６０】
ＩB_t(ｄ／１００)＞ＩB_t(ｄ／１０)                              ・・・式（１）
ＩB_t(ｄ／１００)：t(ｄ／１００)におけるＢの発光強度
ＩB_t(ｄ／１０)：t(ｄ／１０)におけるＢの発光強度
【００６１】
なお、前述したように、ＢＮの粒径、析出頻度、存在位置を適確に制御するためには、仕上げ焼鈍後の降温速度を適切に制御する必要がある。
【００６２】
＜方向性電磁鋼板を構成する層の特定＞
本電磁鋼板の断面構造中の各層を特定するために、ＳＥＭ又はＴＥＭに取り付けられたＥＤＳを用いて、板厚方向に沿って線分析を行い、各層の化学成分の定量分析を行う。定量分析する元素は、Ｆｅ、Ｐ、Ｓｉ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌの６元素とする。
【００６３】
板厚方向で最も深い位置に存在している層状の領域であり、且つ測定ノイズを除いてＦｅ含有量が８０原子％以上及びＯ含有量が３０原子％未満となる領域を母材鋼板であると判断する。
【００６４】
上記で特定した母材鋼板を除く領域に関して、測定ノイズを除いて、Ｆｅ含有量が８０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％以上、Ｏ含有量が３０原子％以上となる領域を絶縁皮膜であると判断する。
【００６５】
上記で特定したケイ素鋼板及び絶縁皮膜を除く領域を中間層であると判断する。中間層は、全体の平均として、Ｆｅ含有量が平均で８０原子％未満、Ｐ含有量が平均で５原子％未満、Ｓｉ含有量が平均で２０原子％以上、Ｏ含有量が平均で３０原子％以上を満足すればよい。また、本実施形態では、中間層がフォルステライト被膜ではなく酸化ケイ素を主体とする酸化膜であるので、中間層では、Ｍｇ含有量が平均で２０原子％未満を満足すればよい。
【００６６】
本発明電磁鋼板を製造する製造方法について説明する。
【００６７】
＜ケイ素鋼スラブ成分＞
本発明電磁鋼板の材料であるケイ素鋼スラブは、化学成分として、質量％で、Ｃ：０．０８５％以下、Ｓｉ：０．８０〜７．００％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％、Ｎ：０．００４０〜０．０１２０％、Ｓ：０．０１００％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００８０％を含有する。
【００６８】
Ｃ：０．０８５％以下
Ｃは、一次再結晶組織の制御に有効な元素であるが、磁気特性に悪影響を及ぼすので、仕上げ焼鈍前に脱炭焼鈍で除去する元素である。０．０８５％を超えると、脱炭焼鈍時間が長くなり、生産性が低下するので、Ｃは０．０８５％以下とする。Ｃは、好ましくは０．０７０％以下、より好ましくは０．０５０％以下である。
【００６９】
下限は０％を含むが、Ｃを０．０００１％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼板上、０．０００１％が実質的な下限である。なお、方向性電磁鋼板において、Ｃは、脱炭焼鈍で、通常、０．００１％程度以下に低減する。
【００７０】
Ｓｉ：０．８０〜７．００％
Ｓｉは、鋼板の電気抵抗を高めて、鉄損特性を改善する元素である。０．８０％未満では、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じ、鋼板の結晶方位が損なわれるので、Ｓｉは０．８０％以上とする。Ｓｉは、好ましくは１．５０％以上、より好ましくは２．５０％以上である。
【００７１】
一方、７．００％を超えると、加工性が低下し、圧延時に割れが発生するので、Ｓｉは７．００％以下とする。Ｓｉは、好ましくは５．５０％以下、より好ましくは４．５０％以下である。
【００７２】
Ｍｎ：０．０５〜１．００％
Ｍｎは、熱間圧延時の割れを防止するとともに、Ｓ及び／又はＳｅと結合して、インヒビターとして機能するＭｎＳを形成する元素である。０．０５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｍｎは０．０５％以上とする。Ｍｎは、好ましくは０．０７％以上、より好ましくは０．０９％以上である。
【００７３】
一方、１．００％を超えると、ＭｎＳの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、Ｍｎは１．００％以下とする。Ｍｎは、好ましくは０．８０％以下、より好ましくは０．６０％以下である。
【００７４】
酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％
酸可溶性Ａｌは、Ｎと結合して、インヒビターとして機能する（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎを生成する元素である。０．０１０％未満では、添加効果が十分に発現せず、二次再結晶が十分に進行しないので、酸可溶性Ａｌは０．０１０％以上とする。酸可溶性Ａｌは、好ましくは０．０１５％以上、より好ましくは０．０２０％以上である。
【００７５】
一方、０．０６５％を超えると、（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、酸可溶性Ａｌは０．０６５％以下とする。酸可溶性Ａｌは、好ましくは０．０５０％以下、より好ましくは０．０４０％以下である。
【００７６】
Ｎ：０．００４０〜０．０１２０％
Ｎは、Ａｌと結合して、インヒビターとして機能するＡｌＮを形成する元素であるが、一方で、冷間圧延時、鋼板中にブリスター（空孔）を形成する元素でもある。０．００４％未満では、ＡｌＮの形成が不十分となるので、Ｎは０．００４％以上とする。Ｎは、好ましくは０．００６％以上、より好ましくは０．００７％以上である。
【００７７】
一方、０．０１２％を超えると、冷間圧延時、鋼板中にブリスター（空孔）が生成する懸念があるので、Ｎは０．０１２％以下とする。Ｎは、好ましくは０．０１０％以下、より好ましくは０．００９％以下である。
【００７８】
Ｓ：０．０１００％以下
Ｓは、Ｍｎと結合して、インヒビターとして機能するＭｎＳを形成する元素である。
【００７９】
Ｓが０．０１００％以上であると、純化後にＭｎＳの析出分散が不均一となり、所望の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下し、ヒシテリシス損が増大したり、純化後にＭｎＳが残存し、ヒステリシス損が増大する。
下限は特に設けないが、好ましくは０．００３０％以上とする。より好ましくは０．００７０％以上である。
【００８０】
Ｂ：０．０００５〜０．００８０％
Ｂは、Ｎと結合し、ＭｎＳと複合析出して、インヒビターとして機能するＢＮを形成する元素である。
【００８１】
０．０００５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｂは０．０００５％以上とする。Ｂは、好ましくは０．００１０％以上、より好ましくは０．００１５％以上である。一方、０．００８０％を超えると、ＢＮの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、Ｂは０．００８０％以下とする。Ｂは、好ましくは０．００６０％以下、より好ましくは０．００４０％以下である。
【００８２】
ケイ素鋼スラブにおいて、上記元素を除く残部は、Ｆｅ及び不純物である。不純物は、鋼原料から及び／又は製鋼過程で不可避的に混入する元素を含み、本発明電磁鋼板の特性を阻害しない範囲で許容される元素である。
【００８３】
また、ケイ素鋼スラブは、本発明電磁鋼板の磁気特性を阻害せず、他の特性を高め得る範囲で、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｃｕ：０．４０％以下、Ｐ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｓｎ：０．３０％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、及び、Ｂｉ：０．０１％以下の１種又は２種以上を含有してもよい。
【００８４】
＜ケイ素鋼スラブの製造＞
転炉又は電気炉等で溶製し、必要に応じ、真空脱ガス処理を施した、所要の成分組成の溶鋼を、連続鋳造又は造塊後分塊圧延してケイ素鋼スラブを得る。ケイ素鋼スラブは、通常、１５０〜３５０ｍｍ、好ましくは２２０〜２８０ｍｍの厚さの鋳片であるが、３０〜７０ｍｍの薄スラブでもよい。薄スラブの場合、熱延板を製造する際、中間厚みに粗加工を行う必要がないという利点がある。
【００８５】
＜ケイ素鋼スラブの加熱温度＞
ケイ素鋼スラブを、好ましくは１２５０℃以下に加熱して、熱間圧延に供する。加熱温度が１２５０℃を超えると、溶融スケール量が増加するとともに、ＭｎＳ及び／又はＭｎＳｅが完全に固溶し、その後の工程で微細に析出して、所望の一次再結晶粒径を得るための脱炭焼鈍温度を９００℃以上とする必要がある。そのため、加熱温度は１２５０℃以下が好ましい。加熱温度は、より好ましくは１２００℃以下である。
【００８６】
加熱温度の下限は、特に限定されないが、ケイ素鋼スラブの加工性を確保する点で、加熱温度は１１００℃以上が好ましい。
【００８７】
＜熱間圧延、熱延板焼鈍＞
１２５０℃以下に加熱したケイ素鋼スラブを熱間圧延に供して熱延板とする。熱延板焼鈍は、熱延板を１０００〜１１５０℃（一段目温度）に加熱して再結晶させた後、続いて、一段目温度より低い８５０〜１１００℃（二段目温度）に加熱して焼鈍し、熱間圧延時に生じた不均一組織を均一化する。熱延板焼鈍は、熱延板を最終冷間圧延に供する前に熱間圧延での履歴を均一化するため、１回以上行うことが好ましい。
【００８８】
熱延板焼鈍において、一段目温度は、その後の工程でのインヒビターの析出に大きく影響する。一段目温度が１１５０℃を超えると、その後の工程でインヒビターが微細に析出し、所望の一次再結晶粒径を得るための脱炭焼鈍温度を９００℃以上にする必要がある。そのため、一段目温度は１１５０℃以下が好ましい。一段目温度は、より好ましくは１１２０℃以下である。
【００８９】
一方、一段目温度が１０００℃未満であると、再結晶が不十分となり、熱延板組織の均一化が達成されないので、一段目温度は１０００℃以上が好ましい。一段目温度は、より好ましくは１０３０℃以上である。
【００９０】
二段目温度が１１００℃を超えると、一段目温度の場合と同様に、その後の工程でインヒビターが微細に析出するので、二段目温度は１１００℃以下が好ましい。二段目温度は、より好ましくは１０７０℃以下である。一方、二段目温度が８５０℃未満であると、γ相が生成せず、熱延板組織の均一化が達成されないので、二段目温度は８５０℃以上が好ましい。二段目温度は、より好ましくは８８０℃以上である。
【００９１】
＜冷間圧延＞
熱延板焼鈍を施した鋼板に、１回の冷間圧延又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚の鋼板とする。冷間圧延は、常温（１０〜３０℃）で行ってもよいし、常温より高い温度、例えば、２００℃程度に鋼板を加熱して温間圧延してもよい。
【００９２】
＜脱炭焼鈍＞
最終板厚の鋼板に、鋼板中のＣの除去と、一次再結晶粒径を所望の粒径に制御することを目的とし、酸化度が０．１５未満の湿潤雰囲気中で、脱炭焼鈍を施す。例えば、７７０〜９５０℃の温度で、一次再結晶粒径が１５μｍ以上となるような時間、脱炭焼鈍を行うことが好ましい。ここで、酸化度とは、雰囲気ガス中のＨ２Ｏガスの分圧（ＰＨ２Ｏ）をＨ２ガスの分圧（ＰＨ２）で割ったもの、すなわち、ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２である。
【００９３】
脱炭焼鈍温度が７７０℃未満であると、所望の結晶粒径が得られないので、脱炭焼鈍温度は７７０℃以上が好ましい。脱炭焼鈍温度は、より好ましくは８００℃以上である。一方、脱炭焼鈍温度が９５０℃を超えると、結晶粒径が所望の結晶粒径を超えてしまうので、脱炭焼鈍温度は９５０℃以下が好ましい。脱炭焼鈍温度はより好ましくは９２０℃以下である。
【００９４】
＜窒化処理＞
脱炭焼鈍を施した鋼板に、仕上げ焼鈍を施す前に、鋼板のＮ量が４０〜１０００ｐｐｍとなるように、窒化処理を施す。窒化処理方法は、特段制限されず、例えば、脱炭焼鈍を施した鋼板に対して、アンモニアガスにより窒化処理を施すことができる。窒化処理後の鋼板のＮ量が４０ｐｐｍ未満であると、ＡｌＮが十分に析出せず、ＡｌＮがインヒビターとして機能しないので、窒化処理後の鋼板のＮ量は４０ｐｐｍ以上が好ましい。窒化処理後の鋼板のＮ量は、より好ましくは８０ｐｐｍ以上である。
【００９５】
一方、鋼板のＮ量が１０００ｐｐｍを超えると、次の仕上げ焼鈍において、二次再結晶完了後も過剰にＡｌＮが存在し、鉄損が増大するので、Ｎ量は１０００ｐｐｍ以下が好ましい。窒化処理後の鋼板のＮ量は、より好ましくは９７０ｐｐｍ以下である。
【００９６】
＜焼鈍分離剤の塗布＞
続いて、窒化処理を施した鋼板にマグネシアを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、仕上げ焼鈍に供する。仕上げ焼鈍により鋼板表面にはフォルステライトからなるグラス皮膜が形成されるが、該皮膜は、酸洗、研削等の手段で除去される。グラス皮膜除去後、好ましくは、鋼板表面を化学研磨又は電界研磨で平滑に仕上げる。
【００９７】
あるいは、焼鈍分離剤としてマグネシアの代わりにアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を用いることができ、これを窒化処理を施した鋼板に塗布して乾燥し、乾燥後、コイル状に巻き取って、仕上げ焼鈍（二次再結晶及び／又は純化焼鈍）に供する。仕上げ焼鈍により、フォルステライト等の無機鉱物質の皮膜の生成を抑制して方向性電磁鋼板を作製することができる。作製後、好ましくは、鋼板表面を化学研磨又は電界研磨で平滑に仕上げる。
【００９８】
＜仕上げ焼鈍＞
［二次再結晶焼鈍］
仕上げ焼鈍のうち、二次再結晶焼鈍では、ＢＮのインヒビター機能により｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒が優先的に成長する。二次再結晶焼鈍は、純化焼鈍温度までの昇温過程において、１０００〜１１００℃の温度域の加熱速度を１５℃／時間以下で、焼鈍分離剤が塗布された鋼板を焼鈍する処理である。加熱１０００〜１１００℃の温度域の速度は、より好ましくは１０℃／時間以下である。二次再結晶焼鈍では、加熱速度の制御に替えて、焼鈍分離剤が塗布された鋼板を１０００〜１１００℃の温度域に１０時間以上保持してもよい。
【００９９】
［純化焼鈍］
二次再結晶焼鈍を施した鋼板に、二次再結晶焼鈍に引き続いて、純化焼鈍を施してもよい。二次再結晶完了後の鋼板に純化焼鈍を施すと、インヒビターとして利用した析出物が無害化されて、最終磁気特性におけるヒステリシス損が低減する。純化焼鈍は、例えば、水素雰囲気で、１２００℃で１０〜３０時間保定して行うことが好ましい。
【０１００】
ＢＮの平均粒径を５０〜３００ｎｍに制御するため、１２００〜１０００℃の温度域の降温速度は５０℃／時間未満とする。さらに、１０００〜６００℃の温度域の降温速度は３０℃／時間未満とする。
【０１０１】
このような降温速度とする理由は、以下のとおりである。
ＢＮは、高温域で固溶Ｂと固溶Ｎとなり、降温中、固溶できないＮは大気中に放出されるが、降温中、固溶できないＢは大気中に放出されず、酸化ケイ素主体の中間層を含む鋼板表層又は鋼板内部に、Ｂ化合物、例えば、ＢＮ、Ｆｅ2Ｂ、Ｆｅ3Ｂとして析出する。鋼板内部に、固溶Ｎが十分に存在しない場合には、ＢＮは析出せず、Ｆｅ2Ｂ又はＦｅ3Ｂが析出する。
【０１０２】
高温域からの降温中、降温速度が適切であれば、固溶Ｎは系外に放出され、鋼板内部にＦｅ2Ｂ又はＦｅ3Ｂが析出し、さらに、析出したＦｅ2Ｂ又はＦｅ3Ｂが、オストワルド成長して粗大化する。鋼板表層の固溶Ｂは、雰囲気中のＮと結合し、表層に存在する酸化層又は鋼板最表層で微細なＢＮとして析出する。
【０１０３】
降温速度が速いと、固溶Ｎが系外に放出されず、鋼板内部でＢＮが微細に析出したり、Ｆｅ2Ｂ又はＦｅ3Ｂがオストワルド成長せずに、微細に析出してしまう。鋼板内部に微細に析出したＢＮは、ヒステリシス損を増大させ、最終製品の鉄損増大の原因となる。
【０１０４】
降温速度の下限は特に限定されないが、降温速度が１０℃／時間未満であると、生産性への影響が大きいので、降温速度は１０℃／時間以上が好ましい。それ故、１２００〜１０００℃の温度域の降温速度は１０〜５０℃／時間が好ましく、１０００〜６００℃の温度域の降温速度は１０〜３０℃／時間が好ましい。
【０１０５】
＜中間層形成熱処理＞
フォルステライト等の無機鉱物質の皮膜（フォルステライト皮膜）を除去した方向性電磁鋼板、又は、フォルステライト等の無機鉱物質の皮膜の生成を抑制した方向性電磁鋼板に焼鈍を施して、母材鋼板表面に酸化ケイ素を主体とする中間層を形成する。
【０１０６】
焼鈍雰囲気は、鋼板の内部が酸化しないように、還元性の雰囲気が好ましく、特に、水素を混合した窒素雰囲気が好ましい。例えば、水素：窒素が７５体積％：２５体積％で、露点が−２０〜０℃の雰囲気が好ましい。
【０１０７】
フォルステライト等の無機鉱物質の皮膜を除去した方向性電磁鋼板、又は、フォルステライト等の無機鉱物質の皮膜の生成を抑制した方向性電磁鋼板に対して、該中間層の形成熱処理工程を省略しても構わない。
【０１０８】
＜絶縁皮膜の形成＞
酸化ケイ素主体の中間層にリン酸塩とコロイド状シリカを主体とした水系塗布溶液（絶縁皮膜形成液）を中間層を有する鋼板に塗布した後、当該絶縁皮膜形成液を焼き付けて、絶縁皮膜を形成する。
リン酸塩として、例えば、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｒ等のリン酸塩が好ましいが、中でも、リン酸アルミニウム塩がより好ましい。コロイダルシリカの種類は、特に限定されず、その粒子サイズ（平均粒径）も、適宜選択できるが、２００ｎｍを超えると、処理液中で沈降する場合があるので、コロイダルシリカの粒子サイズ（個数基準の平均粒径）は、２００ｎｍ以下が好ましい。コロイダルシリカの粒子サイズは、より好ましくは１７０ｎｍである。
【０１０９】
コロイダルシリカの粒子サイズが１００ｎｍ未満でも、分散に問題はないが、製造コストが上昇するので、経済性の点で、１００ｎｍ以上が好ましい。コロイダルシリカの粒子サイズは、より好ましくは１５０ｎｍ以上である。
【０１１０】
絶縁皮膜形成液の塗布方法は、特段制限されず、例えば、ロールコーター等による湿式塗布方法で行うことができる。
【０１１１】
焼き付け雰囲気は、例えば、空気中、８００〜９００℃で、１０〜６０秒焼き付けて形成することができるが、焼き付け雰囲気は、特段制限されない。
【０１１２】
＜磁区制御＞
絶縁皮膜を形成した方向性電磁鋼板に、鉄損を低減するため、磁区制御を施す。磁区制御方法は特定の方法に限定されないが、例えば、レーザー照射、電子ビーム照射、エッチング、歯車による溝形成法にて、磁区制御を施すことができる。これにより、より低鉄損の方向性電磁鋼板が得られる。磁区制御処理は、冷間圧延後の鋼板に対して施してもよい。
【実施例】
【０１１３】
＜実施例１＞
表１−１に示す成分組成の鋼スラブＡ１〜Ａ１５を、１１５０℃に加熱して熱間圧延に供し、板厚２.６ｍｍの熱延鋼板とし、該熱延鋼板に、１１００℃で焼鈍し、引続き９００℃で焼鈍する熱延板焼鈍を施した後、３０℃で一回の冷間圧延又は中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施して、最終板厚０．２２ｍｍの冷延鋼板とした。
表１−１に示す成分組成の鋼スラブａ１〜ａ１３を、１１５０℃に加熱して熱間圧延に供し、板厚２.６ｍｍの熱延鋼板とし、該熱延鋼板に、１１００℃で焼鈍し、引続き９００℃で焼鈍する熱延板焼鈍を施した後、３０℃で一回の冷間圧延又は中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施して、最終板厚０．２２ｍｍの冷延鋼板とした。【０１１４】
【表１−１】
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【０１１５】
表２に示すＮｏ．Ｂ１〜Ｂ１５の方向性電磁鋼板は、以下のようにして製造した。最終板厚０．２２ｍｍの冷延鋼板に、酸化度０．１０の湿潤雰囲気中で、８６０℃で均熱処理を施す脱炭焼鈍を施し、その後、アンモニアガスにより窒化処理（鋼板の窒素量を増加する焼鈍）を施した。続いて、窒化処理後の鋼板にアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、１２００℃の温度で２０時間、水素ガス雰囲気中で仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍における昇温の際、１０００〜１１００℃の範囲の加熱速度は、５℃／時間とした。また、１２００℃に２０時間保持した後、１２００〜１０００℃の範囲の降温速度は、４５℃／時間とし、１０００〜６００℃の範囲の降温速度は、２５℃／時間とした。仕上げ焼鈍後、鋼板から余剰のアルミナを除去し、水素：窒素が７５体積％：２５体積％、露点が−５℃の雰囲気で、余剰のアルミナが除去された鋼板に中間層形成熱処理を施した。中間層形成熱処理後の鋼板上にコロイダルシリカとリン酸塩を主体とする水系塗布溶液を塗布し、水素：窒素が７５体積％：２５体積％の雰囲気下で、−５℃の温度で３０秒焼き付けて絶縁皮膜を形成し、製品とした。使用した水系塗布溶液のコロイダルシリカの個数基準の平均粒径は、１００ｎｍであった。
製品中の母材鋼板に含まれる化学成分を表１−２に記載した。母材鋼板の成分は、ＩＣＰ−ＡＥＳを用いて測定した。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−ＡＥＳによって測定した。また、Ｃ及び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した。【０１１６】
表１−２に示すＮｏ．ｂ１〜ｂ１３の方向性電磁鋼板は、以下のようにして製造した。最終板厚０．２２ｍｍの冷延鋼板に、酸化度０．１０の湿潤雰囲気中で、８６０℃で均熱処理を施す脱炭焼鈍を施し、その後、アンモニアガスにより窒化処理（鋼板の窒素量を増加する焼鈍）を施した。続いて、窒化処理後の鋼板にアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、１２００℃の温度で２０時間、水素ガス雰囲気中で仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍における昇温の際、１０００〜１１００℃の範囲の加熱速度は、５℃／時間とした。また、１２００℃に２０時間保持した後、１２００〜１０００℃の範囲の降温速度は、１００℃／時間とし、１０００〜６００℃の範囲の降温速度は、１００℃／時間とした。仕上げ焼鈍後、鋼板から余剰のアルミナを除去し、水素：窒素が７５体積％：２５体積％、露点が−５℃の雰囲気で、余剰のアルミナが除去された鋼板に中間層形成熱処理を施した。中間層形成熱処理後の鋼板上にコロイダルシリカとリン酸塩を主体とする水系塗布溶液を塗布し、水素：窒素が７５体積％：２５体積％の雰囲気下で、−５℃の温度で３０秒焼き付けて絶縁皮膜を形成し、製品とした。使用した水系塗布溶液のコロイダルシリカの個数基準の平均粒径は、１００ｎｍであった。
製品中の母材鋼板に含まれる化学成分を表１−２に記載した。母材鋼板の成分は、鋼Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ１５と同様の方法で測定した。【０１１７】
表１−２に示す鋼Ｎｏ．ｂ１４の方向性電磁鋼板は、以下のようにして製造した。最終板厚０．２２ｍｍの冷延鋼板に、酸化度０．１０の湿潤雰囲気中で、８５０℃で均熱処理を施す脱炭焼鈍を施し、その後、アンモニアガスにより窒化処理（鋼板の窒素量を増加する焼鈍）を施した。続いて、窒化処理後の鋼板にアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、１２００℃の温度で２０時間、水素ガス雰囲気中で仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍における昇温の際、１０００〜１１００℃の範囲の加熱速度は、５℃／時間とした。また、１２００℃に２０時間保持した後、１２００〜１０００℃の範囲の降温速度は、２００℃／時間とし、１０００〜６００℃の範囲の降温速度は、１００℃／時間とした。仕上げ焼鈍後、鋼板から余剰のアルミナを除去し、水素：窒素が７５体積％：２５体積％、露点が−５℃の雰囲気で、余剰のアルミナが除去された鋼板に中間層形成熱処理を施した。中間層形成熱処理後の鋼板上にコロイダルシリカとリン酸塩を主体とする水系塗布溶液を塗布し、水素：窒素が７５体積％：２５体積％の雰囲気下で、８００℃の温度で３０秒焼き付けて絶縁皮膜を形成し、製品とした。使用した水系塗布溶液のコロイダルシリカの個数基準の平均粒径は、１００ｎｍであった。【０１１８】
表１−２に示す鋼Ｎｏ．ｂ１５の方向性電磁鋼板は、以下のようにして製造した。最終板厚０．２２ｍｍの冷延鋼板に、酸化度０．１０の湿潤雰囲気中で、８６０℃で均熱処理を施す脱炭焼鈍を施し、その後、アンモニアガスにより窒化処理（鋼板の窒素量を増加する焼鈍）を施した。続いて、窒化処理後の鋼板にアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、１２００℃の温度で２０時間、水素ガス雰囲気中で仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍における昇温の際、１０００〜１１００℃の範囲の加熱速度は、５℃／時間とした。また、１２００℃に２０時間保持した後、１２００〜１０００℃の範囲の降温速度は、３０℃／時間とし、１０００℃にて１時間以上保持し、１０００〜６００℃の範囲の降温速度は、５０℃／時間とした。仕上げ焼鈍後、鋼板から余剰のアルミナを除去し、水素：窒素が７５体積％：２５体積％、露点が−５℃の雰囲気で、余剰のアルミナが除去された鋼板に中間層形成熱処理を施した。中間層形成熱処理後の鋼板上にコロイダルシリカとリン酸塩を主体とする水系塗布溶液を塗布し、水素：窒素が７５体積％：２５体積％の雰囲気下で、８００℃の温度で３０秒焼き付けて絶縁皮膜を形成し、製品とした。使用した水系塗布溶液のコロイダルシリカの個数基準の平均粒径は、１００ｎｍであった。【０１１９】
【表１−２】
2020149344.tif 000003
【０１２０】
＜磁区制御＞
絶縁皮膜を形成した製品に、機械的手法やレーザー、電子ビームを用いて磁区制御を行った。一部の製品には、冷延板に、エッチングやレーザー照射で溝加工を行い磁区制御を行った。【０１２１】
＜析出物＞
析出物については、鋼板の圧延方向に垂直面の中間層の最表面から５μｍまでに観察されるＢ化合物をＳＥＭ−ＥＤＳで分析し、ＢＮの粒径と組成を同定した。なお、表２の「ＢＮ析出の有無」の項目が○とは球状ＢＮ（長軸と短軸との比率が１．５以下のＢＮ）が観察視野中に１個以上存在したことを表し、当該項目が×とは球状ＢＮが観察視野中に０個であったことを表す。【０１２２】
＜Ｂ発光強度＞
グロー放電発光分析（ＧＤＳ）でＢの発光強度ＩＢを測定した。スパッタリング深さが絶縁皮膜を除く鋼板の最表面からｄ／１００の位置に到達するまでのスパッタ時間をt(ｄ／１００)とし、スパッタリング深さが絶縁皮膜を除く鋼板の最表面からｄ／１０の位置に到達するまでのスパッタ時間をt(ｄ／１０)としたときの、t(ｄ／１００)におけるＢの発光強度であるＩB_t(ｄ／１００)と、t(ｄ／１０)におけるＢの発光強度であるＩB_t(ｄ／１０)とを求め、それらの比率であるＩB_t(ｄ／１００)／ＩB_t(ｄ／１０)を表に記入した。【０１２３】
＜皮膜密着性＞
皮膜密着性は、仕上げ焼鈍後に鋼板上に絶縁皮膜を形成した後、直径の異なる（２０ｍｍ、１０ｍｍ、５ｍｍ）丸棒に鋼板を巻き付け、各直径における剥離面積率で評価した。剥離面積率は、実際に剥離した面積を、加工部面積（鋼板が丸棒に接する面積で試験幅×丸棒直径×πに相当）で除した比率である。強曲げ加工で絶縁皮膜が剥離しても、その剥離が進展せず、剥離面積率が小さければ、トランス特性の劣化は小さいと評価することができる。【０１２４】
皮膜密着性は、剥離面積率０％をＡ、０％超２０％未満をＢ、２０％以上４０％未満をＣ、４０％以上６０％未満をＤ、６０％以上８０％未満をＥ、８０％以上１００％未満をＦ、１００％をＧとし、Ａ〜Ｇの７段階で評価した。評価Ｂ以上を、皮膜密着性が良好と評価した。【０１２５】
＜磁気特性＞
＜磁束密度Ｂ８＞
上述の製法で得られた方向性電磁鋼板に対して、単板磁気測定（ＳＳＴ）により磁束密度Ｂ８（８００Ａ／ｍで磁化した際の磁束密度）を測定した。【０１２６】
＜鉄損Ｗ１７／５０＞
磁区制御前及び磁区制御後の方向性電磁鋼板から試験片（例えば、１００ｍｍ×５００ｍｍの試験片）を作製し、磁束密度１．７Ｔ、周波数５０Ｈｚでの励磁条件下で測定された単位重量当たりのエネルギー損失である鉄損Ｗ１７／５０（単位はＷ／ｋｇ）を測定した。【０１２７】
方向性電磁鋼板（製品）のＢＮの析出状態及びＧＤＳの結果と皮膜密着性の評価、及び、磁気特性を表２に示す。本発明の範囲内の発明例Ｃ１〜Ｃ１５では、皮膜密着性に優れ、かつ、磁気特性に優れた方向性電磁鋼板が得られている。本発明の範囲外の比較例ｃ１〜ｃ１５では、皮膜密着性又は磁気特性のいずれかが劣位である。【０１２８】
【表２】
2020149344.tif 000004
【０１２９】
＜実施例２＞
まず、実施例１と同じ方法で方向性電磁鋼板（製品）を作製した。次に、製品に対して、機械的手法やレーザー、電子ビームを用いて磁区制御を行った。【０１３０】
ＢＮの個数密度を測定する際は、上述の製法で得られた方向性電磁鋼板に対して、水酸化ナトリウムを用いて絶縁皮膜を除去した。次に、鋼板の圧延方向に垂直な断面の中間層の最表面から５μｍまでを、ＳＥＭを用いて、板幅方向４μｍ×板厚方向２μｍの視野で、１０視野観察し、粒径５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下のＢＮの個数を計数した。
また、平均粒径はＳＥＭ−ＥＤＳを用いて、板幅方向４μｍ×板厚方向２μｍの視野１０視野観察し、ＢＮであることをＥＤＳにて同定した観察視野中の析出物の長軸の長さを測定し、その平均値を平均粒径とした。
さらに、上述と同様の方法でＩB_t(ｄ／１００)／ＩB_t(ｄ／１０)を測定した。【０１３１】
方向性電磁鋼板（製品）のＢＮの析出状態及びＧＤＳの結果と皮膜密着性の評価、及び、磁気特性を表３に示す。本発明の範囲内の発明例Ｄ１〜Ｄ５では、より皮膜密着性に優れ、かつ、磁気特性に優れていた。【０１３２】
【表３】
2020149344.tif 000005
【０１３３】
＜実施例３＞
実施例１及び２と同じ方法で方向性電磁鋼板（製品）を作製した。次に、製品に対して、機械的手法やレーザー、電子ビームを用いて磁区制御を行った。【０１３４】
方向性電磁鋼板（製品）について、ＢＮの析出態様、ＩB_t(ｄ／１００)／ＩB_t(ｄ／１０)、皮膜密着性、及び、磁気特性を測定した。この結果を表４に示す。【０１３５】
【表４】
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【０１３６】
鋼板中心（鋼板表層よりも母材鋼板側）のＢの発光強度に対する鋼板表層のＢの発光強度の比ＩB_t(ｄ／１００)／ＩB_t(ｄ／１０)が上記式（１）を満たす発明例Ｅ１〜Ｅ５では、皮膜密着性と磁気特性がより優れていた。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
前述したように、本発明によれば、ＢＮをインヒビターとする方向性電磁鋼板において、鉄心の内周側となる鋼板の強曲げ加工部で生じる絶縁皮膜の剥離を抑制することができ、絶縁密着性に優れ、かつ、低鉄損で、巻鉄心としての製造性に優れる方向性電磁鋼板を安定して提供することができる。よって、本発明は、電磁鋼板製造及び利用産業において利用可能性が高いものである。
【国際調査報告】
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