JP7557127B2 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、方向性電磁鋼板に関する。

方向性電磁鋼板は、鋼板成分として、一般的に、Ｓｉを２質量％～５質量％程度含有し、鋼板の結晶粒の方位をＧｏｓｓ方位と呼ばれる｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積させた鋼板である。方向性電磁鋼板は、磁気特性に優れ、例えば、変圧器等の静止誘導器の鉄心材料などとして利用される。

このような方向性電磁鋼板では、磁気特性を向上させるために、種々の技術開発がなされている。特に、近年の省エネルギー化の要請に伴って、方向性電磁鋼板では、さらなる低鉄損化が求められている。方向性電磁鋼板の低鉄損化には、鋼板の結晶粒の方位について、Ｇｏｓｓ方位への集積度を高めて磁束密度を向上させて、ヒステリシス損失を低減することが有効である。

巻トランスの母材として用いられる方向性電磁鋼板には、特に、更なる低鉄損化が求められている。電磁鋼板では、低鉄損化の為に磁区細分化を行っているが、巻トランスでは製造工程で歪み取り焼鈍を行う為、磁区細分化を行う場合、耐熱型の磁区細分化技術が必要である。

耐熱型の磁区制細分化手法として鋼板に周期的な溝を形成する手法がある。例えば、特許文献１には、最終仕上げ焼鈍後形に成されるフォルステライト被膜中のＮ含有量を３．０質量％以下に抑制して、レーザー照射による磁区細分化処理を行うことで、得られた方向性電磁鋼板の鉄損が低減することが開示されている。また、フォルステライト被膜中のＡｌ量、Ｔｉ量を制御して各フォルステライトの組成変動を抑制し、フォルステライト粒子径の標準偏差を平均粒子径の１．０倍以下とすることで、鉄損改善効果がさらに向上することが開示されている。

特許文献２には、脱炭焼鈍前又は後の鋼板表面に、間隔５ｍｍ以下、幅１ｍｍ以下、深さがＲａ値で０．３～５．０μｍ且つＲｍａｘ値で１０μｍ以下の線状傷疵を付与することで、極めて鉄損が優れ、被膜密着性の優れた方向性電磁鋼板が得られることが記載されている。

特許文献３には、圧延方向と交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向となる溝が形成された鋼板表面を有する方向性電磁鋼板が記載されている。形成されている溝は、溝幅方向において前記溝幅中心を基準として非対称形状である。このような断面形状を有する溝の平均深さ、溝の溝底領域の輪郭を成す粗さ曲線の算術平均高さＲａ、溝底領域の前記輪郭を成す粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを特定の範囲にすることにより、鉄損低減効果が得られることが開示されている。

特開２０１２－３１５１２号公報 特開平１－１９８４２９号公報 再表２０１６－１７１１３０号公報

巻トランスの母材として用いられる方向性電磁鋼板には、更なる低鉄損化が求められている。耐熱型の磁区細分化は一般的には、線状溝を形成することによって行われているが、現状では十分な鉄損低減効果は得られていない。
磁区細分化の為に形成されている線状溝の深さが均一に形成されていない場合、磁壁移動による磁壁面積の変化が発生し、溝が無い場合より大きなピン止め効果を受け、鉄損低減効果が減少する。線状溝の深さが均一化されない一因として、溝を形成する鋼板内の析出物の影響が考えられる。
本発明では、溝形成の前に特殊な酸洗溶液を用いて酸洗処理をすることで、鋼板表面の析出物の比熱、伝熱係数を地鉄の比熱、伝熱係数と近づけることにより、伝熱の違いによる、溝形状の不均一化を予防できることを見出した。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。磁区細分化の為に形成された線状溝の形状および溝底面および溝側面の表面粗さのＲａ値を一定の範囲内にコントロールすることで、得られる方向性電磁鋼板の鉄損を更に低減することを目的とする。

本発明の要旨は、質量％で、Ｓｉ：２．５０～４．５０％、Ｍｎ：０．０１～０．１５％、Ｃ：０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０６５％以下、Ｎ：０．０１２％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｃｕ：０．４％以下、Ｐ：０．５％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｅ：０．０１５％以下、Ｂｉ：０．０２％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、圧延直角方向と０～３０°の角度をなす方向に延在する線状溝が、１～２０ｍｍの間隔で形成された鋼板表面を有する鋼板を備える方向性電磁鋼板であって、前記溝の深さＤが１０～５０μｍであり、溝幅Ｗが２０～２００μｍであり、前記溝底面の表面粗さのＲａ値が０．１～５．０μｍであり、前記溝側面の表面粗さのＲａ値が０．１～５．０μｍである巻トランス用方向性電磁鋼板である。

本発明によれば、レーザー照射によって形成される溝が均一化されることにより、磁壁のピン止め効果が減少し、鉄損が低減される。

図１は、本発明の方向性電磁鋼板の溝部の断面図である。

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。なお、特に断らない限り、数値ＡおよびＢについて「Ａ～Ｂ」という表記は「Ａ以上Ｂ以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Ｂのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Ａにも適用されるものとする。

［鋼板の成分組成］
まず、発明に係る方向性電磁鋼板に用いられる鋼板の成分組成について説明する。
なお、以下では特に断りのない限り、「％」との表記は「質量％」を表わすものとする。また、以下で説明する元素以外の鋼板の残部は、Ｆｅおよび不純物である。

発明に係る方向性電磁鋼板に用いられる鋼板の成分は、結晶方位を｛１１０｝＜００１＞方位に集積させたＧｏｓｓ集合組織に制御するために好ましい成分構成を有し、Ｓｉ：２．５０～４．５０％、Ｍｎ：０．０１～０．１５％を含有する。

（Ｓｉ：２．５０～４．５０％）
Ｓｉ（ケイ素）の含有量は、２．５０～４．５０％である。Ｓｉは、鋼板の電気抵抗を高めることで、鉄損の原因の一つである渦電流損失を低減する。Ｓｉの含有量が２．５０％未満である場合、最終的な方向性電磁鋼板の渦電流損失を十分に抑制することが困難になるため好ましくない。Ｓｉの含有量が４．５０％超である場合、方向性電磁鋼板の加工性が低下するため好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量は、２．５０～４．５０％であり、好ましくは、２．７０～４．００％である。

（Ｍｎ：０．０１～０．１５％）
Ｍｎ（マンガン）の含有量は、０．０１～０．１５％である。Ｍｎは、二次再結晶を左右するインヒビターであるＭｎＳおよびＭｎＳｅなどを形成する。Ｍｎの含有量が０．０１％未満である場合、二次再結晶を生じさせるＭｎＳおよびＭｎＳｅの絶対量が不足するため好ましくない。Ｍｎの含有量が０．１５％超である場合、スラブ加熱時にＭｎの固溶が困難になるため好ましくない。また、Ｍｎの含有量が０．１５％超である場合、インヒビターであるＭｎＳおよびＭｎＳｅの析出サイズが粗大化し易く、インヒビターとしての最適サイズ分布が損なわれるため好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量は、０．０１～０．１５％であり、好ましくは、０．０３～０．１３％である。

ＳｉおよびＭｎ以外の成分は、通常の方向性電磁鋼板に含まれている成分となることができる。
例えば、Ｓｉ，Ｍｎ以外の成分として、質量％で、Ｃ：０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０６５％以下、Ｎ：０．０１２％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｃｕ：０．４％以下、Ｐ：０．５％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｅ：０．０１５％以下、Ｂｉ：０．０２％以下を含有することができる。

鋼板の上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不純物である。ここで、不純物元素とは、原材料に含まれる成分、または製造の過程で混入する成分であって、意図的に鋼板に含有させたものではない成分を指す。

磁区細分化のために鋼板表面には、圧延方向と交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向となる溝が形成されている。なお、溝は、圧延方向と交差するように設けられていればよく、必ずしも、溝延在方向と圧延方向とが直交している必要はないが、圧延直角方向と０～３０°の角度をなす方向に設けられている。また、溝は、板厚方向から視た場合（溝を平面視した場合）に、必ずしも直線形状を有していなくてもよく、弓状の形状を有してもよい。下記の溝形状の測定は最終製品から、酸洗等により絶縁被膜を除去して行う。

上記溝は、鋼板表面に、１～２０ｍｍの間隔で形成される。溝間隔が１ｍｍ未満であると、磁区細分化効果が飽和し渦電流損の低減効果が殆ど得られなくなる一方で、歪によってヒステリシス損は増加するため、鉄損は増加してしまい、好ましくない。２０ｍｍを超えると磁区細分化効果が減少するため、鉄損改善効果が不足し、好ましくない。好ましい、溝間隔は、２～１０ｍｍである。

図１は、本発明の電磁鋼板の溝部の断面図である。この図では溝部は、台形に近い形状となっているが溝形状は弓型になっていても構わない。本発明の電磁鋼板の一つの実施形態では、溝部の深さＤは、１０μｍ～５０μｍの範囲である。深さＤが１０μｍ未満である場合、溝壁面からの磁極の発生量が少なくなり、十分な鉄損低減効果が得られない。深さＤが５０μｍを超える場合、磁区は細分化されるが溝形成による磁束密度の低下が大きくなり、十分な鉄損低減効果が得られない。好ましい深さは、１５μｍ～３０μｍである。

（溝の深さＤの測定）
本発明に係る「深さＤ」の測定方法は、以下のとおりである。
電磁鋼板の任意の一か所を選択し、図１の溝断面図に示す、任意の３ｍｍ離れた２点の溝部（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれの最大深さのうち、深い方を深さｄ、浅い方を深さｄ’として、レーザー顕微鏡（ピンホールによる共焦点光学系を用いた３Ｄレーザー顕微鏡）を用いて測定した。深さＤは、これらの値の平均値である。

本発明にいう「溝部の幅Ｗ」とは、図１においてｗ、ｗ’で示す部分である。溝部の幅Ｗは、２０μｍ～２００μｍの範囲である。幅Ｗが２０μｍ未満である場合、溝壁面から漏れた磁束が反対側の溝壁面に入り、磁極の発生量が少なくなり、十分な鉄損低減効果が得られない。幅Ｗが２００μｍを超える場合、鉄損低減効果は飽和し、溝を形成する為に必要なレーザパワーが大きくなり製造コストが嵩むだけとなる。好ましい幅Ｗは、３０～１００ｍｍである。

（溝部幅Ｗの測定）
本発明に係る「溝幅Ｗ」の測定方法は、以下のとおりである。
電磁鋼板の任意の一か所を選択し、図１の溝断面図に示す、任意の３ｍｍ離れた２点の溝部（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれの溝深さが半分になる幅のうち、広い方をｗ、狭い方をｗ’として、レーザー顕微鏡（ピンホールによる共焦点光学系を用いた３Ｄレーザー顕微鏡）を用いて測定した。溝部幅Ｗは、これらの値の平均値である。

本発明にいう「溝底面および溝側面の表面粗さＲａ値」とは、図１において（Ａ）、（Ｂ）２点間の溝底面および溝側面の粗さ曲線の算術平均高さＲａの値のことである。粗さ曲線の算術平均高さＲａの定義は、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）にしたがう。本発明の方向性電磁鋼板では、それぞれのＲａは０．１～５．０μｍであり、好ましくは０．１～３．０μｍ、さらに好ましくは０．１～１．０μｍである。Ｒａが０．１μｍ未満である場合、磁気特性は問題ないが、製造技術的に実現が困難である。Ｒａが５．０μｍを超える場合、磁壁のピニング効果が大きくなり、ヒステリシス損が増加し、十分な鉄損低減効果が得られない。

本発明において、溝底面および溝側面の表面粗さＲａを０．１～５．０μｍの範囲内とすることで鉄損低減効果が得られる理由は、溝による磁壁のピニングが殆どなくなり、ヒステリシス損の増加が抑えられたためであると思われる。

（溝底面、溝側面の表面粗さＲａの測定方法）
レーザー顕微鏡（ピンホールによる共焦点光学系を用いた３Ｄレーザー顕微鏡）を用いて、各Ｒａを測定した。電磁鋼板の任意の一か所を選択し、図１の溝断面図に示す、任意の３ｍｍ離れた２点の溝部（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれの最大深さの点ｄ、ｄ’をつないだ直線の溝底面の凹凸を、本発明の溝底面の表面粗さＲａとする。また、両溝部のそれぞれの最大深さｄ、ｄ’の１／２の深さになる点（ｄ／２、ｄ’／２）のうち、最大深さを挟んで同じ側にある点をつないだ直線の溝側面の凹凸のＲａとＲａ’を導出し、これらの値の平均値を溝側面のＲａとする。

［方向性電磁鋼板の製造方法］
本発明の方向性電磁鋼板の製造工程を、冷延鋼板を得るまでの工程と、その後の磁区制御工程とに分けて説明する。

〔スラブ～冷延鋼板を得るまでの工程］
質量％で、Ｓｉ：２．５０％～４．５０％、Ｍｎ：０．０１％～０．１５％を含有し、残部がＦｅおよび不純物であるスラブに熱間圧延を施すことで、熱延鋼板を得る。
次に、この熱延鋼板に酸洗を施すことで酸洗板を得るか、あるいはこの熱延鋼板に熱延板焼鈍をして熱延焼鈍板を得た後に、前記熱延焼鈍板に酸洗を施すことで酸洗板を得る。ここで使用する酸洗溶液は、Ｃｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうちから１種または２種以上を含有し、各元素の濃度の合計が０．０００１～０．１０００％以下であり、ｐＨが－１以上５以下である。酸洗溶液の液温は１５℃～１００℃であり、鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間は５秒以上２００秒以下である。この酸洗工程により酸洗板を得て、そして、この酸洗板に冷間圧延を施して冷延鋼板を得る。

［スラブの成分組成］
発明に係る方向性電磁鋼板の製造用いられるスラブの成分は、Ｓｉ：２．５０～４．５０％、Ｍｎ：０．０１～０．１５％を含有する。

Ｓｉ（ケイ素）の含有量は、２．５～４．５％である。Ｓｉは、鋼板の電気抵抗を高めることで、鉄損の原因の一つである渦電流損失を低減する。Ｓｉの含有量が２．５％未満である場合、最終的な方向性電磁鋼板の渦電流損失を十分に抑制することが困難になるため好ましくない。Ｓｉの含有量が４．５％超である場合、方向性電磁鋼板の加工性が低下するため好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量は、２．５％～４．５％であり、好ましくは、２．７～４．０％である。

Ｍｎ（マンガン）の含有量は、０．０１～０．１５％である。Ｍｎは、二次再結晶を左右するインヒビターであるＭｎＳおよびＭｎＳｅなどを形成する。Ｍｎの含有量が０．０１％未満である場合、二次再結晶を生じさせるＭｎＳおよびＭｎＳｅの絶対量が不足するため好ましくない。Ｍｎの含有量が０．１５％超である場合、スラブ加熱時にＭｎの固溶が困難になるため好ましくない。また、Ｍｎの含有量が０．１５％超である場合、インヒビターであるＭｎＳおよびＭｎＳｅの析出サイズが粗大化し易く、インヒビターとしての最適サイズ分布が損なわれるため好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量は、０．０１～０．１５％であり、好ましくは、０．０３～０．１３％である。

ＳｉおよびＭｎ以外の成分は、以下の成分となることができる。
例えば、Ｓｉ，Ｍｎ以外の成分として、質量％で、Ｃ：０．０２～０．１０％、ＳおよびＳｅのうち１種または２種の合計：０．００１～０．０５０％、酸可溶性Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｎ：０．００２～０．０１５％、Ｃｒ：０．３％以下、Ｃｕ：０．４％以下、Ｐ：０．５％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｅ：０．０１５％以下、Ｂｉ：０．０２％以下を含有することができる。

Ｃ（炭素）の含有量は、０．０２～０．１０％である。Ｃには、種々の役割があるが、Ｃの含有量が０．０２％未満である場合、スラブの加熱時に結晶粒径が過度に大きくなることで、最終的な方向性電磁鋼板の鉄損値を増大させるため好ましくない。Ｃの含有量が０．１０％超である場合、冷間圧延後の脱炭時に、脱炭時間が長時間になり、製造コストが増加するため好ましくない。また、Ｃの含有量が０．１０％超である場合、脱炭が不完全になり易く、最終的な方向性電磁鋼板において磁気時効を起こす可能性があるため好ましくない。したがって、Ｃの含有量は、０．０２～０．１０％であり、好ましくは、０．０５～０．０９％である。

Ｓ（硫黄）およびＳｅ（セレン）の含有量は、合計で０．００１～０．０５０％である。ＳおよびＳｅは、上述したＭｎと共にインヒビターを形成する。ＳおよびＳｅは、２種ともスラブに含有されていてもよいが、少なくともいずれか１種がスラブに含有されていればよい。ＳおよびＳｅの含有量の合計が上記範囲を外れる場合、十分なインヒビター効果が得られないため好ましくない。したがって、ＳおよびＳｅの含有量は、合計で０．００１～０．０５０％であり、好ましくは、０．００１～０．０４０％である。

酸可溶性Ａｌ（酸可溶性アルミニウム）の含有量は、０．０１～０．０５％である。酸可溶性Ａｌは、高磁束密度の方向性電磁鋼板を製造するために必要なインヒビターを構成する。酸可溶性Ａｌの含有量が０．０１％未満である場合、酸可溶性Ａｌが量的に不足し、インヒビター強度が不足するため好ましくない。酸可溶性Ａｌの含有量が０．０５％超である場合、インヒビターとして析出するＡｌＮが粗大化し、インヒビター強度を低下させるため好ましくない。したがって、酸可溶性Ａｌの含有量は、０．０１～０．０５％であり、好ましくは、０．０１～０．０４％である。

Ｎ（窒素）の含有量は、０．００２～０．０１５％である。Ｎは、上述した酸可溶性Ａｌと共にインヒビターであるＡｌＮを形成する。Ｎの含有量が上記範囲を外れる場合、十分なインヒビター効果が得られないため好ましくない。したがって、Ｎの含有量は、０．００２～０．０１５％であり、好ましくは、０．００２～０．０１２％である。

また、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造に用いられるスラブは、上述した元素の他に、磁気特性向上のために、残部Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｕ：０．４％以下、Ｐ：０．５％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｅ：０．０１５％以下、Ｂｉ：０．０２％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。一態様に係るスラブにおいては、質量％で、Ｃｒの含有量が０．０２％以上であってよく、Ｂｉの含有量が０．０００５％以上であってよく、Ｓｂの含有量が０．００５％以上であってよく、Ｓｅの含有量が０．００１％以上であってよく、Ｍｏの含有量が０．００５％以上であってよい。

上記で説明した成分組成に調整された溶鋼を鋳造することで、スラブが形成される。なお、スラブの鋳造方法は、特に限定されない。また、研究開発において、真空溶解炉などで鋼塊が形成されても、上記成分について、スラブが形成された場合と同様の効果が確認できる。

［熱延鋼板とする工程］
鋳造されたスラブを所定の温度で加熱し、加熱されたスラブは、熱間圧延されて熱延鋼板に加工される。加工後の熱延鋼板の板厚は、例えば、１．８ｍｍ～３．５ｍｍであってもよい。熱延鋼板の板厚が１．８ｍｍ未満である場合、熱間圧延後の鋼板温度が低温化し、鋼板中のＡｌＮの析出量が増加することで二次再結晶が不安定となって、最終的な板厚が０．２３ｍｍ以下の方向性電磁鋼板において磁気特性が低下するため好ましくない。熱延鋼板の板厚が３．５ｍｍ超である場合、冷間圧延の工程での圧延負荷が大きくなるため好ましくない。

［ショットブラスト工程］
酸洗処理の前に、ショットブラスト処理等の処理によって鋼板表面にひび割れ等の欠陥を導入して、その後の酸洗処理で、酸洗液が一定深さの範囲までに及ぶようにする。この目的は、
析出物であるＭｎＳを、ＣｕＳ等で置換もしくはコーティングするために、鋼板の一定深さまで酸洗液を浸透させることである。これによりＭｎＳをＣｕＳ等で置換もしくはコーティングできるため、鋼板表層の伝熱係数を一定にすることで溝深さのばらつきを抑制するためである。
鋼板表面にひび割れ等の欠陥を導入する方法としては、ショットブラスト以外にも、レベラー等を用いることができる。

ショットブラストの条件は、例えば、機械式の投射装置を用いて、硬度がＨｖ５００程度、φ１．５ｍｍ程度の鉄球を投射速度５０ｍ／ｓで毎分１０００ｋｇ投射する条件があるが酸洗溶液が浸透する微細な亀裂が鋼板に導入されれば条件は問わない。

［酸洗工程］
続いて、加工された熱延鋼板を酸洗するか、または熱延板焼鈍を行って、熱延焼鈍板を得た後に、この熱延焼鈍板に酸洗を施す。

酸洗溶液は、Ｃｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうちから１種または２種以上を含有し、各元素の濃度の合計が０．０００１～０．１０００％であり、ｐＨが－１以上５以下である。酸洗溶液の液温は１５℃以上１００℃以下であり、鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間は５秒以上２００秒以下である。

酸洗溶液のＣｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうち１種または２種以上の濃度の合計が０．０００１％未満である場合、板厚方向のインヒビター制御の効果が不十分となり好ましくない。酸洗溶液のＣｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうち１種または２種以上の濃度の合計が０．１０００％超である場合、磁性向上の効果が飽和することに加えて、酸洗溶液のコストが増大するので好ましくない。したがって、酸洗溶液のＣｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうち１種または２種以上の濃度の合計は、０．０００１～０．１０００％である。

酸洗溶液のｐＨが－１未満である場合、酸性が強くなり過ぎて酸洗溶液の取扱いが困難となるので好ましくない。酸洗溶液のｐＨが５超である場合、酸洗処理による板厚方向のインヒビター制御の効果が不十分となり好ましくない。したがって、酸洗溶液のｐＨは、－１以上５以下である。

酸洗溶液の液温が１５℃未満である場合、酸洗処理による板厚方向のインヒビター制御の効果が不十分となり好ましくない。酸洗溶液の液温が１００℃超である場合、酸洗溶液の取扱いが困難となるので好ましくない。したがって、酸洗溶液の液温は１５℃以上１００℃以下である。

酸洗処理において鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間が５秒未満である場合、酸洗処理による板厚方向のインヒビター制御の効果が不十分となり好ましくない。酸洗処理において鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間が２００秒超である場合、設備が長大となるので好ましくない。したがって、酸洗処理において鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間は５秒以上２００秒以下である。

本願条件で酸洗を行った場合、鋼中の析出物であるＭｎＳがＣｕＳ等の硫化物で置換もしくはコーティングされることで、析出物を含む鋼板表層の伝熱係数が一定になる。これにより、レーザー照射等の熱の効果を一定にできる。そのため、酸洗で十分に硫化物が置換もしくはコーティングされないと鋼板表層の伝熱係数のばらつきが大きく、溝底面と溝側面のＲａが大きくなる。一方で酸洗時間や酸洗液濃度を一定以上にしても伝熱係数一定化の効果は飽和してＲａの更なる低減は見込めない。

［冷延鋼板とする工程］
熱延鋼板に酸洗を施した後、１回の冷間圧延、または中間焼鈍を挟んだ複数回の冷間圧延にて圧延することで、冷延鋼板に加工する。
また、冷間圧延のパス間、圧延ロールスタンド間、または圧延中に、鋼板を、３００℃程度以下で加熱処理してもよい。このような場合、最終的な方向性電磁鋼板の磁気特性を向上させることができる。なお、熱延鋼板を、３回以上の冷間圧延によって圧延してもよいが、多数回の冷間圧延は、製造コストを増大させるため、熱延鋼板を、１回または２回の冷間圧延によって圧延することが好ましい。冷間圧延をゼンジミアミルなどのリバース圧延で行う場合、それぞれの冷間圧延におけるパス回数は、特に限定されないが、製造コストの観点から、９回以下が好ましい。
以上、スラブ～冷延鋼板を得るまでの工程を説明した。

続いて、脱炭焼鈍を行う。冷延鋼板に対して、所定の温度条件（例えば７００～９００℃で１～３分間加熱する条件）の下で熱処理（すなわち、脱炭焼鈍処理）が実施する。脱炭焼鈍処理を実施すると、冷延鋼板において、炭素が所定量以下に低減され、一次再結晶組織が形成される。また、脱炭焼鈍では、冷延鋼板の表面に、シリカ（ＳｉＯ₂）を主成分として含有する酸化物層が形成される。

続いて、焼鈍分離剤塗布行う。この工程では、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分として含有する焼鈍分離剤を、冷延鋼板の表面（酸化物層の表面）に塗布する。
続いて、仕上焼鈍を行う、焼鈍分離剤が塗布された冷延鋼板に対して、所定の温度条件（例えば１１００～１３００℃で２０～２４時間加熱する条件）の下で熱処理（すなわち、仕上げ焼鈍処理）を実施する。仕上焼鈍処理を実施すると、二次再結晶が冷延鋼板に生じるとともに、冷延鋼板が純化される。その結果、上述の鋼板の化学組成を有し、結晶粒の磁化容易軸と圧延方向Ｘとが一致するように結晶方位が制御された冷延鋼板が得られる。

また、上記のような仕上焼鈍処理が実施されると、シリカを主成分として含有する酸化物層が、マグネシアを主成分として含有する焼鈍分離剤と反応して、鋼板の表面にフォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）等の複合酸化物を含むグラス皮膜が形成される。仕上焼鈍工程では、鋼板がコイル状に巻かれた状態で仕上げ焼鈍処理が実施される。仕上げ焼鈍処理中に鋼板の表面にグラス皮膜が形成されることにより、コイル状に巻かれた鋼板に焼き付きが発生することを防止することができる。

［鋼板表面に線状溝を形成する工程］
その後に続く、レーザー照射工程で、グラス皮膜が形成された鋼板の表面（片面のみ）に対してレーザーを照射して、鋼板の表面に、圧延方向と交差する方向に延びる複数の溝を、圧延方向に沿って１～２０ｍｍの間隔で形成する。

レーザー照射工程では、レーザー照射装置が、ポリゴンミラーの回転駆動によって、レーザー光を鋼板の表面に向けて照射すると共に、レーザー光を圧延直角方向と０～３０°の角度をなす方向に走査する。

レーザー光の照射と同時に、空気又は不活性ガス等のアシストガスが、レーザー光が照射される鋼板の部位に吹き付けられる。不活性ガスとは、例えば、窒素又はアルゴン等である。アシストガスは、レーザー照射によって鋼板から溶融又は蒸発した成分を除去する役割を担っている。アシストガスの吹き付けにより、レーザー光が上記溶融又は蒸発した成分によって阻害されずに鋼板に到達するため、溝が安定的に形成される。

レーザー光源としては、例えばファイバレーザー、ＹＡＧレーザー、半導体レーザー、またはＣＯ₂レーザー等の一般的に工業用に用いられる高出力レーザーを使用することができる。また、溝を安定的に形成することができさえすれば、パルスレーザー、または連続波レーザーをレーザー光源として使用してもよい。レーザー光としては、集光性が高く、溝の形成に適したシングルモードレーザーを用いることが好ましい。

レーザー光の照射条件として、例えば、レーザー出力を２００Ｗ～３０００Ｗに、レーザー光の圧延方向における集光スポット径（すなわちレーザー出力の８６％を含む直径、以下８６％径と省略記載）を１０μｍ～２００μｍに設定し、レーザー光の板幅方向における集光スポット径（８６％径）を１０μｍ～１０００μｍに、レーザー走査速度を５ｍ／ｓ～５０ｍ／ｓに設定することが好ましい。１０～５０μｍの溝深さＤが得られるように、これらのレーザー照射条件を適宜調整する。

最後の絶縁皮膜成形工程では、上記のレーザー照射によって溝が形成された鋼板表面に対して、例えばコロイダルシリカおよびリン酸塩を含有する絶縁コーティング液が、グラス皮膜の上から塗布される。その後、所定の温度条件（例えば８４０～９２０℃）の下で熱処理が実施されることにより、最終的に、本発明に係る溝が形成された鋼板、グラス皮膜および絶縁皮膜を備える方向性電磁鋼板が得られる。

得られた方向性電磁鋼板に形成された溝形状について、上述した測定方法を用いて、溝深さＤ、溝幅Ｗおよび溝底面および溝側面の表面粗さＲａを測定した。

以下に、実施例を示しながら、本発明の方向性電磁鋼板について、より具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板のあくまでも一例に過ぎず、本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、以下に示す実施例に限定されるものではない。

質量分率で、Ｓｉ：３．０％、Ｃ：０．０８％、酸可溶性Ａｌ：０．０５％、Ｎ：０．０１％、Ｍｎ：０．１２％、Ｃｒ：０．０５％、Ｃｕ：０．０４％、Ｐ：０．０１％、Ｓｎ：０．０２％、Ｓｂ：０．０１％、Ｎｉ：０．００５％、Ｓ：０．００７％、Ｓｅ：０．００１％、を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学成分を有するスラブに対して熱間圧延が実施され、厚さ２．３ｍｍの熱延鋼板が得た。

続いて、上記の熱延鋼板に対して、１０００℃で１分間加熱するという温度条件の下で焼鈍処理を実施した。

焼鈍処理の後、上述のショットブラスト処理よって鋼板表面にひび割れ等の欠陥を導入した。

ショットブラストを実施した熱延鋼板の表面に表１に示す酸洗液および酸洗条件で、酸洗処理を実施した後、冷間圧延を実施して、厚さ０．２３ｍｍの冷延鋼板を得た。続いて、この冷延鋼板に対して、８００℃で２分間加熱するという温度条件の下で脱炭焼鈍処理を実施した後、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分として含有する焼鈍分離剤を、冷延鋼板の表面に塗布した。

使用した酸洗液の成分、濃度、ｐＨ値、浸漬時間を表１に示す。

続いて、焼鈍分離剤が塗布された冷延鋼板に対して、１２００℃で２０時間加熱するという温度条件の下で仕上げ焼鈍処理を実施した。その結果、上述の化学組成を有し、結晶粒の磁化容易軸と圧延方向とが一致するように結晶方位が制御された、グラス皮膜が表面に形成された鋼板が得られた。

続いて、グラス皮膜が形成された鋼板の表面に対してレーザーを照射して、鋼板の表面に、圧延方向に交差する方向に延びる複数の溝を、圧延方向に沿って所定間隔で形成した。

レーザー光の照射条件は、所望の溝深さＤが得られるように、レーザー出力が２００Ｗ～３０００Ｗの範囲で、レーザー光の圧延方向における集光スポット径（８６％径）を１０μｍ～５００μｍの範囲で、レーザー光の板幅方向における集光スポット径（８６％径）を１０μｍ～１０００μｍの範囲で、レーザー走査速度を５ｍ／ｓ～５０ｍ／ｓの範囲で、レーザー走査ピッチ（間隔ＰＬ）を１ｍｍ～２０ｍｍの範囲に調整した。

上記のように、溝が形成された鋼板に対して、コロイダルシリカおよびリン酸塩を含有する絶縁コーティング液をグラス皮膜の上から塗布した後、８５０℃で１分間加熱するという温度条件の下で熱処理を実施し、最終的に、溝が形成された鋼板、グラス皮膜および絶縁皮膜を備える方向性電磁鋼板が得られた。

比較例として、酸洗溶液として、本発明の範囲外の酸洗液を用いて酸洗を行った結果を示す。

形成された溝形状について、上述した測定方法を用いて、溝深さＤ、溝幅Ｗ、溝底面および溝側面の表面粗さＲａを測定した。酸洗条件および鉄損Ｗ１７／５０と併せて、測定結果を表２に示す。

この結果から、実施例（発明例）の酸洗処理を行ったことにより、溝底面および溝側面の表面粗さのＲａ値が一定の範囲内にコントロールされ、鉄損が比較例によりも更に低減されていることが分かる。

Claims (1)

1. 質量％で、
   Ｓｉ：２．５０～４．５０％、
   Ｍｎ：０．０１～０．１５％、
   Ｃ：０．０８５％以下、
   酸可溶性Ａｌ：０．０６５％以下、
   Ｎ：０．０１２％以下、
   Ｃｒ：０．３％以下、
   Ｃｕ：０．４％以下、
   Ｐ：０．５％以下、
   Ｓｎ：０．３％以下、
   Ｓｂ：０．３％以下、
   Ｎｉ：１％以下、
   Ｓ：０．０１５％以下、
   Ｓｅ：０．０１５％以下、
   Ｂｉ：０．０２％以下
   を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、圧延直角方向と０～３０°の角度をなす方向に延在する線状溝が、１～２０ｍｍの間隔で形成された鋼板表面を有する鋼板を備える方向性電磁鋼板であって、
   前記溝の深さＤが１０～５０μｍであり、
   溝幅Ｗが２０～２００μｍであり、
   前記溝底面の表面粗さのＲａ値が０．１～５．０μｍであり、
   前記溝側面の表面粗さのＲａ値が０．１～５．０μｍである巻トランス用方向性電磁鋼板。