CN107250392B - 方向性电磁钢板 - Google Patents

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Abstract

一种方向性电磁钢板，其包含具有形成了槽的钢板表面的钢板，所述槽在与轧制方向交叉的方向上延伸并且槽深度方向为板厚方向，其中，所述槽的平均深度D为超过10μm且为40μm以下，在与槽延伸方向正交的槽宽度方向断面上看所述槽的情况下，在将槽宽度方向上的所述槽的中心定义为槽宽度中心时，所述槽的最深部从所述槽宽度中心向所述槽宽度方向的一侧偏移，而且所述槽的断面形状在所述槽宽度方向上以所述槽宽度中心为基准呈非对称形状。

Description

方向性电磁钢板
技术领域
本发明涉及方向性电磁钢板。
本申请基于2015年4月20日在日本申请的特愿2015-086300号而主张优选权，并将其内容援用于此。
背景技术
以往，作为变压器的铁芯(core)用的钢板，众所周知的是在特定的方向上发挥优良的磁特性的方向性电磁钢板。该方向性电磁钢板是通过冷轧处理和退火处理的组合来控制了晶体取向以使得晶粒的易磁化轴与轧制方向一致的钢板。方向性电磁钢板的铁损优选尽可能低。
铁损分为涡流损耗和磁滞损耗。涡流损耗进一步分为经典涡流损耗和异常涡流损耗。为了减少经典涡流损耗，通常已知的是在如上述那样控制了晶体取向的钢板(基体钢)的表面形成有绝缘覆盖膜的方向性电磁钢板。该绝缘覆盖膜不仅为电绝缘性，而且还起到赋予钢板张力和耐热性等的作用。此外，近年来，还已知一种在钢板与绝缘覆盖膜之间形成有玻璃覆盖膜的方向性电磁钢板。
另一方面，作为减少异常涡流损耗的方法，已知有磁畴控制法，该方法通过沿着轧制方向以规定间隔形成在与轧制方向交叉的方向上延伸的应力形变部或槽部来使180°磁畴的宽度变窄(进行180°磁畴的细化)。在形成应力形变的方法中，利用在形变部产生的闭合磁畴的180°磁畴细化效果。其有代表性的方法为通过激光照射来利用冲击波、快速加热的方法。在该方法中照射部的表面形状几乎不会变化。另一方面，形成槽的方法是利用槽侧壁所产生的磁极而形成的退磁场效应的方法。在此种情况下，已知槽的断面形状越接近矩形则磁畴控制效果就越高(专利文献4)。即，磁畴控制被分类为形变赋予型和槽形成型。
在使用方向性电磁钢板制造带绕铁芯型的变压器的情况下，为了除去因方向性电磁钢板被卷绕成卷状而发生的变形形变，需要实施应力消除退火处理。在使用通过形变赋予法进行了磁畴控制的方向性电磁钢板来制造带绕铁芯的情况下，由于应力消除退火处理的实施使得形变消失，所以磁畴细化效果(即异常涡流损耗的减少效果)也消失。
另一方面，使用通过槽形成法进行了磁畴控制的方向性电磁钢板来制造带绕铁芯的情况下，由于应力消除退火处理的实施也不会使槽消失，所以能够维持磁畴细化效果。因此，作为带绕铁芯用的磁畴控制材料制造方法，采用槽形成型。
此外，在制造层压铁芯型的变圧器的情况下，由于不实施应力消除退火，所以能够有选择性地采用形变赋予型、槽形成型中的任一方。
另外，在形变赋予型的有代表性的方法即激光法中，例如如专利文献5中所公开的那样，在照射强度比较高的激光的情况下，有时钢板表面多少会熔化形成深度10μm左右的浅而缓的凹坑。但是，现已知道：在这样的浅而缓的凹坑中没有具有磁畴控制效果的磁极发生，其结果是，应力消除退火后磁畴控制效果会消失掉。
作为槽形成型的磁畴控制法，通常已知有：通过电解蚀刻在方向性电磁钢板的钢板表面形成槽的电解蚀刻法(参照下述专利文献1)、通过在方向性电磁钢板的钢板表面机械地压过齿轮从而将钢板表面形成槽的齿轮压制法(参照下述专利文献2)、通过激光照射而在方向性电磁钢板的钢板表面形成槽的激光照射法(参照下述专利文献3)。
在电解蚀刻法中，例如在通过激光或机械手段将钢板表面的绝缘覆盖膜(或玻璃覆盖膜)以线状除去后，对钢板的露出部分实施电解蚀刻，由此在钢板表面形成槽。在采用这样的电解蚀刻法的情况下，方向性电磁钢板的制造工序复杂，其结果是，有制造成本增高的问题。另外，在齿轮压制法中，方向性电磁钢板的钢板是含有大约3质量％的Si的非常硬的钢板，所以容易发生齿轮的磨损及损伤。在采用这样的齿轮压制法的情况下，如果齿轮磨损则槽变浅，而且槽的深度发生偏差，因此有不能充分获得异常涡流损耗的减少效果的问题。
另一方面，在采用激光照射法的情况下，因为是直接加工，所以不需要蚀刻那样的复杂的工序，而且因为是非接触加工，所以没有压制加工那样的齿轮的磨损等，能够稳定地在钢板表面形成槽。例如，下述专利文献4中，公开了在用激光照射法在钢板表面形成了槽的方向性电磁钢板中，通过使在与槽的延伸方向正交的断面上呈现的槽的轮廓的形状(槽断面形状)接近矩形来提高磁畴细化效果(铁损降低效果)的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭62-54873号公报
专利文献2：日本特公昭62-53579号公报
专利文献3：日本特开平6-57335号公报
专利文献4：日本特开2012-177164号公报
专利文献5：日本特开2007-2334号公报
发明内容
发明要解决的课题
作为表示方向性电磁钢板的性能的指标，除了上述的铁损以外还有磁通密度(例如800A/m的磁场中产生的磁通密度B8)。在方向性电磁钢板中，优选低铁损，优选高磁通密度。但是，如果钢板的表面形成有槽，则磁通密度降低。特别是，如上述专利文献4所公开的那样，槽断面形状越接近矩形，从钢板除去的铁的体积就越大，所以有磁通密度显著下降的问题。另外，在用于带绕铁芯时，如果对使用激光等高热源来形成槽的电磁钢板进行弯曲加工，则还有钢板容易以槽部为起点发生断裂的问题。
本发明鉴于上述课题而完成，目的是使为了磁畴细化而在钢板表面形成了槽的方向性电磁钢板可良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化。
用于解决课题的手段
本发明的要旨如下所述。
(1)本发明的一个方案的方向性电磁钢板包含具有形成了槽的钢板表面的钢板，所述槽在与轧制方向交叉的方向上延伸并且槽深度方向为板厚方向，其中，所述槽的平均深度D为超过10μm且为40μm以下，在与槽延伸方向正交的槽宽度方向断面上看所述槽的情况下，在将槽宽度方向上的所述槽的中心定义为槽宽度中心时，所述槽的最深部从所述槽宽度中心向所述槽宽度方向的一侧偏移，而且所述槽的断面形状在所述槽宽度方向上以所述槽宽度中心为基准呈非对称形状，在所述槽宽度方向断面上看所述槽的情况下，所述槽具有从所述钢板表面向所述槽的所述最深部倾斜的一对倾斜面即第1槽面及第2槽面，所述槽宽度中心从所述最深部看位于所述第2槽面侧，在将对所述第1槽面进行直线近似而得到的第1槽端直线与所述板厚方向所成的角度定义为第1角度θ1、将对所述第2槽面进行直线近似而得到的第2槽端直线与所述板厚方向所成的角度定义为第2角度θ2时，所述第1角度θ1和所述第2角度θ2满足下述条件式(1)～(3)：
0°≤θ1≤50° (1)
θ1＜θ2≤75° (2)
θ2－θ1≥10° (3)。
(2)根据上述(1)所述的方向性电磁钢板，其中，在所述钢板中，与所述槽接触的晶粒的粒径可以为5μm以上。
(3)根据上述(2)所述的方向性电磁钢板，其中，在所述槽宽度方向断面上看所述槽的情况下，在所述钢板上的所述槽的下部存在的晶粒的板厚方向粒径可以为5μm以上且为所述钢板的板厚以下。
(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的方向性电磁钢板，其中，在包含所述槽延伸方向和所述板厚方向的槽纵向断面上看所述槽的情况下，构成所述槽的槽底区域的轮廓的粗糙度曲线的算术平均高度Ra可以为1μm以上且3μm以下，构成所述槽底区域的所述轮廓的粗糙度曲线要素的平均长度RSm可以为10μm以上且150μm以下。
发明效果
根据本发明的上述方案，能够使为了磁畴细化而在钢板表面形成了槽的方向性电磁钢板可良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的方向性电磁钢板1的俯视图。
图2是沿图1的A-A线的向视剖视图(在包含槽延伸方向的断面上看槽5的图)。
图3是沿图1的B-B线的向视剖视图(在与槽延伸方向正交的断面上看槽5的图)。
图4是有关对槽5的平均深度D进行确定的方法的第1说明图。
图5A是有关对槽5的平均深度D进行确定的方法的第2说明图。
图5B是有关对槽5的平均深度D进行确定的方法的第3说明图。
图6是有关对槽5的平均深度D进行确定的方法的第4说明图。
图7A是有关对槽宽度方向断面上的槽5的轮廓进行确定的方法的第1说明图。
图7B是有关对槽宽度方向断面上的槽5的轮廓进行确定的方法的第2说明图。
图8是有关对槽宽度方向断面上的槽5的轮廓进行确定的方法的第3说明图。
图9是示意性地表示钢板2中存在的二次再结晶粒的俯视图。
图10是有关对槽纵向断面中的槽5的槽底区域5d进行确定的方法的第1说明图。
图11是有关对槽纵向断面中的槽5的槽底区域5d进行确定的方法的第2说明图。
图12是表示方向性电磁钢板1的制造工艺的流程图。
图13是有关方向性电磁钢板1的制造工艺中的激光照射工序S08的第1说明图。
图14A是有关方向性电磁钢板1的制造工艺中的激光照射工序S08的第2说明图。
图14B是有关方向性电磁钢板1的制造工艺中的激光照射工序S08的第3说明图。
图14C是有关方向性电磁钢板1的制造工艺中的激光照射工序S08的第4说明图。
图15是有关方向性电磁钢板1的制造工艺中的激光照射工序S08的第5说明图。
具体实施方式
以下，对本发明的优选的实施方式进行详细说明。不过，本发明并不仅限于本实施方式中公开的构成，可以在不超出本发明的宗旨的范围内进行各种更改。另外，下述的数值限定范围中，下限值和上限值包含在其范围内。
不过，表述成“超过”下限值的数值限定范围不包含下限值，表述成“低于”上限值的数值限定范围不包含上限值。
以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行详细说明。
图1是本实施方式的方向性电磁钢板1的俯视图。图2是沿图1的A-A线的向视剖视图。图3是沿图1的B-B线的向视剖视图。此外，在图1～图3中，将方向性电磁钢板1的轧制方向定义为X、将方向性电磁钢板1的板宽度方向(在同一平面内与轧制方向正交的方向)定义为Y、将方向性电磁钢板1的板厚方向(与XY平面正交的方向)定义为Z。
如图1～3所示，方向性电磁钢板1具备：钢板(基体钢)2，其通过冷轧处理和退火处理的组合来控制晶体取向使得晶粒的易磁化轴与轧制方向X一致；玻璃覆盖膜3，其形成在钢板2的表面(钢板表面2a)上；和绝缘覆盖膜4，其形成在玻璃覆盖膜3的表面上。
如图1所示，为了磁畴细化，在钢板表面2沿着轧制方向X按规定间隔形成有在与轧制方向X交叉的方向上延伸并且槽深度方向与板厚方向Z一致的多条槽5。即，图2是在包含槽延伸方向和板厚方向Z的断面上看一条槽5的图。图3是在与槽延伸方向正交的断面上看一条槽5的图。此外，槽5可以以与轧制方向X交叉的方式进行设置即可，不一定需要与槽延伸方向和轧制方向X正交。但是，在本实施方式中为了便于说明，例示了与槽延伸方向和轧制方向X正交的情况。另外，槽5在从板厚方向Z看的情况下(俯视槽5的情况下)，也可以具有弓状的形状。但是，在本实施方式中为了便于说明，例示了具有直线形状的槽5。
钢板2中，作为化学成分以质量分率计含有：Si：0.8％～7％、C：超过0％且小于等于0.085％、酸可溶性Al：0％～0.065％、N：0％～0.012％、Mn：0％～1％、Cr：0％～0.3％、Cu：0％～0.4％、P：0％～0.5％、Sn：0％～0.3％、Sb：0％～0.3％、Ni：0％～1％、S：0％～0.015％、Se：0％～0.015％，剩余部分包含Fe和杂质。
上述的钢板2的化学成分是为了将晶体取向控制成集聚成{110}<001>方向的高斯织构(Goss texture)而优选的化学成分。上述元素中，Si和C是基本元素，酸可溶性Al、N、Mn、Cr、Cu、P、Sn、Sb、Ni、S和Se是可选元素。上述的可选元素根据其目的来含有即可，所以不需要限制下限值，下限值也可以为0％。另外，上述的可选元素即使作为杂质含有，也不会损坏本实施方式的效果。对于上述的钢板2而言，上述的基本元素和可选元素的剩余部分也可以包含Fe和杂质。此外，杂质是指工业上制造钢板2时，从作为原料的矿石、废料或者由制造环境等不可避免地混入的元素。
另外，电磁钢板在二次再结晶时一般要经过精炼退火。精炼退火时，会发生抑制剂形成元素朝体系外的排出。特别是对于N、S来说浓度的下降显著，变成50ppm以下。如果在通常的精炼退火条件下，浓度会达到9ppm以下、进一步为6ppm以下，如果充分进行精炼退火的话，则会达到一般的分析无法检测出来的程度(1ppm以下)。
上述钢板2的化学成分可以用钢的一般的分析方法来测定。例如，钢板2的化学成分可以使用ICP-AES(电感耦合等离子体原子发射光谱法；Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)来测定。具体而言，从覆盖膜除去后的钢板2的中央的位置采取35mm见方的试验片，在基于预先作成的校正曲线的条件下使用岛津制作所制ICPS-8100等(测定装置)进行测定，由此可以确定化学成分。此外，C和S可以使用燃烧-红外线吸收法来测定，N可以使用不活泼气体熔解-热导法来测定。
玻璃覆盖膜3例如由镁橄榄石(Mg2SiO4)、尖晶石(MgAl2O4)或者堇青石(Mg2Al4Si5O16)等复合氧化物形成。详情在后面叙述，玻璃覆盖膜3是在作为方向性电磁钢板1的制造工艺之一的最终退火工序中为了防止在钢板2上发生烧粘而形成的覆盖膜。因此，玻璃覆盖膜并不是作为方向性电磁钢板1的构成要素所必需的要素。
绝缘覆盖膜4例如含有胶体二氧化硅和磷酸盐，其不仅为电绝缘性，还起着赋予钢板2张力、耐蚀性和耐热性等的作用。
此外，方向性电磁钢板1的玻璃覆盖膜3和绝缘覆盖膜4例如可以使用下述的方法来除去。将具有玻璃覆盖膜3或绝缘覆盖膜4的方向性电磁钢板1在NaOH：10质量％+H2O：90质量％的氢氧化钠水溶液中于80℃下浸渍15分钟。接着在H2SO4：10质量％+H2O：90质量％的硫酸水溶液中于80℃下浸渍3分钟。然后，用HNO3：10质量％+H2O：90质量％的硝酸水溶液于常温下浸渍比1分钟稍短的时间来洗涤。最后，用暖风吹风机干燥比1分钟稍短的时间。此外，使用上述的方法从方向性电磁钢板1上除去玻璃覆盖膜3或绝缘覆盖膜4的情况下，确认到钢板2的槽5的形状、粗糙度与形成玻璃覆盖膜3或绝缘覆盖膜4之前的形状、粗糙度同等。
如图3所示，本实施方式中，在与槽延伸方向(本实施方式中与板宽度方向Y平行的方向)正交的断面(槽宽度方向断面或槽横向断面)上看槽5的情况下，将从钢板表面2a到槽5的最深部为止的深度设定为槽深度Da，将槽宽度方向(本实施方式中与轧制方向X平行的方向)上的槽5的中心设定为槽宽度中心GC。如图3所示，在本实施方式的方向性电磁钢板1中，槽5的最深部从槽宽度中心GC向槽宽度方向的一侧偏移，而且槽5的断面形状在槽宽度方向上以槽宽度中心GC为基准呈非对称形状。
另外，在槽横向断面上看槽5的情况下，槽5具有从钢板表面2a向槽5的最深部倾斜的一对倾斜面即第1槽面5a和第2槽面5b。从槽5的最深部看，槽宽度中心GC位于第2槽面5b侧。另外，在槽横向断面上看槽5的情况下，将对第1槽面5a进行直线近似而得到的第1槽端直线Lb1与板厚方向Z所成的角度设定为第1角度θ1，将对第2槽面5b进行直线近似而得到第2槽端直线Lb2与板厚方向Z所成的角度设定为第2角度θ2。
本实施方式中，槽5的平均深度D为超过10μm且40μm以下，在槽横向断面上看槽5的情况下，槽5的最深部从槽宽度中心GC向槽宽度方向的一侧偏移，而且槽5的断面形状在槽宽度方向上以槽宽度中心GC为基准呈非对称形状。以下，将有关槽5的平均深度D的上述特征称为深度条件，将有关槽5的断面形状的上述特征称为形状条件。
在满足上述那样的深度条件及形状条件的槽5的槽宽度被固定为恒定值的状态下，无论平均深度D的值如何，第1角度θ1总是为锐角，第2角度θ2总是大于第1角度θ1。另外，在槽5的槽宽度被固定为恒定值的状态下，第1角度θ1伴随着平均深度D的增大而减小，第1角度θ1伴随着平均深度D的减小而增大。
如果平均深度D增大，则从钢板2除去的铁的体积增大，所以磁通密度的降低量也增大。但是，如果第1角度θ1伴随着平均深度D的增大而减小，则在槽5的侧面上出现的磁极的退磁场效应增大，所以磁畴细化效果(铁损降低效果)也增大。另一方面，如果平均深度D减少，则从钢板2除去的铁的体积减少，所以磁通密度的降低量也减少。但是，如果第1角度θ1伴随着平均深度D的减少而增大，则在槽5的侧面上出现的磁极的退磁场效应减小，所以铁损降低效果也减小。
这样一来，如果通过使铁损降低效果的最大化优先而增大槽5的平均深度D，则磁通密度的降低显著，另一方面，如果通过使磁通密度降低的最小化优先而减小槽5的平均深度D，则无法得到充分的铁损降低效果。根据本发明者的验证结果，判明：为了良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化，槽5在满足上述的形状条件的基础上，满足槽5的平均深度D为超过10μm且40μm以下的深度条件是重要的。
在平均深度D为10μm以下的情况下(平均深度D浅于10μm的情况下)，从钢板2除去的铁的体积减少，所以磁通密度的降低量也减少，但由于第1角度θ1增大，因此使在槽5的侧面上出现的磁极的退磁场效应减小。其结果是，在平均深度D为10μm以下的情况下，无法得到充分的铁损降低效果。另一方面，在平均深度D超过40μm的情况下(平均深度D深于40μm的情况下)，由于第1角度θ1减小，因此在槽5的侧面上出现的磁极的退磁场效应增大，其结果是，能够得到大的铁损降低效果。但是，在平均深度D超过40μm的情况下，从钢板2除去的铁的体积增大，所以磁通密度的降低量也增大。
这样一来，在平均深度D为10μm以下的情况下以及平均深度D超过40μm的情况下，不能良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化。因此，本实施方式中，通过在钢板2上设置满足上述的形状条件和平均深度D为超过10μm且40μm以下的深度条件这两者的槽5，从而良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化。
此外，在槽5中将满足上述深度条件和形状条件的区域定义为槽非对称区域，将槽延伸方向上的槽非对称区域的存在率定义为α(＝槽延伸方向上的槽非对称区域的合计长度/槽5的总长)时，槽5中的槽非对称区域的存在率α越大，抑制磁通密度降低的效果越提高。因此，槽非对称区域的存在率α优选尽量大。但是，只要在槽5的至少一部分的区间内存在槽非对称区域就可获得上述效果，所以槽非对称区域的存在率α大于零即可。
通过将槽断面形状设定为非对称，从而能够良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化。即，断面形状为非对称的槽与断面形状为矩形的槽相比，可抑制从钢板除去的铁的体积，能够抑制磁通密度的降低。另外，断面形状为非对称的槽通过部分残留与铁损降低效果大的断面形状为矩形的槽的侧面相近的形状，从而能够抑制铁损效果的减退。
关于槽5的非对称形状，优选第1角度θ1和第2角度θ2满足下述条件式(1)～(3)。根据本发明者的验证，其结果是：通过槽5满足上述深度条件和形状条件的基础上，第1角度θ1和第2角度θ2满足下述条件式(1)～(3)，使得铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化的平衡更加优化。
0°≤θ1≤50° (1)
θ1＜θ2≤75° (2)
θ2－θ1≤10° (3)
从对铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化的平衡进行最优化的观点出发，更优选第1角度θ1的下限值为20°，另外，更优选第2角度θ2和第1角度θ1的差分值(θ2－θ1)为15°以上。
可是，在用电子显微镜等观察槽5的槽横向断面的情况下，有时槽5和钢板表面2a的边界以及槽5的轮廓等会有不清楚的情况。因此，如何对槽5的平均深度D、槽5的最深部(槽深度Da)、槽宽度中心GC、第1槽面5a以及第2槽面5b进行确定变得重要。以下，对它们的确定方法的一个例子进行说明。
如图4所示，在从板厚方向Z看槽5的情况下(俯视槽5的情况下)，将观察范围50设定为槽5的一部分，同时沿着槽延伸方向在观察范围50内假设多条(n条)假想线L1～Ln。观察范围50优选设定为除去槽5的延伸方向上的端部的区域(即槽底的形状稳定的区域)。例如，可以将观察范围50设定为槽延伸方向的长度为30μm～300μm左右的观察区域。接着，当使用激光式表面粗糙度测定仪等沿着假想线L1测定槽5的表面粗糙度时，就会如图5A所示，以沿着假想线L1的形状得到构成槽5的槽延伸方向的轮廓的测定断面曲线MCL1。
在将低通滤波器(截止值λs)应用于按上述那样针对假想线L1而得到的测定断面曲线MCL1来得到断面曲线后，如果将带通滤波器(截止值λf、λc)应用于该断面曲线并从断面曲线上除去长的波长成分和短的波长成分，就会如图5B所示，以沿着假想线L1的形状得到构成槽5的槽延伸方向的轮廓的波形曲线LWC1。波形曲线与后述的粗糙度曲线同为轮廓曲线的一种，但粗糙度曲线是特别适于高精度地示出轮廓的表面粗糙度的轮廓曲线，而波形曲线是适于将轮廓的形状本身简单化为平滑线的轮廓曲线。
如图5B所示，如果使用波形曲线LWC1，则可在沿着假想线L1的多个(k个)位置处，分别得到钢板表面2a与槽5的轮廓(即波形曲线LWC1)之间的板厚方向Z的距离(深度e1～ek：单位是μm)。进而，获得到这些深度e1～ek的平均值(平均深度D1)。
针对其它的各个假想线L2～Ln也使用同样的测定手法得到平均深度D2～Dn。
此外，为了测定钢板表面2a与槽5的轮廓(波形曲线LWC1)之间的距离，需要预先测定Z方向上的钢板表面2a的位置(高度)。例如，使用激光式表面粗糙度测定仪对观察范围50内的钢板表面2a的多个地方分别测定Z方向上的位置(高度)，这些测定结果的平均值可以用作钢板表面2a的高度。
本实施方式中，在上述的假想线L1～Ln中，将沿着槽延伸方向并且满足平均深度达到最大的条件的假想线选择作为槽基准线BL，将针对该槽基准线BL而得到的平均深度定义为槽5的槽深度D(单位是μm)。例如，在对假想线L1～Ln分别得到的平均深度D1～Dn中，在平均深度D3为最大的情况下，如图6所示，将假想线L3定义为槽基准线BL，将针对假想线L3而得到的平均深度D3定义为槽5的槽深度D。
另外，如图6所示，从板厚方向Z看槽5的情况下(俯视槽5的情况下)，在观察范围50内假想设定与槽延伸方向正交的方向(槽宽度方向：本实施方式中与轧制方向X平行的方向)平行的假想线LS。假想线LS作为能够在板厚方向Z上设定成任意的高度的假想线，如果使用激光式表面粗糙度测定仪等，沿着假想线LS测定包含槽5的钢板2的表面粗糙度，则如图7A所示，能以沿着假想线LS的形状得到构成槽5的槽宽度方向的轮廓的测定断面曲线MLS。
在通过将低通滤波器(截止值λs)应用于按上述那样针对假想线LS而得到的测定断面曲线MLS而得到断面曲线之后，如果将带通滤波器(截止值λf、λc)应用于该断面曲线并从断面曲线上除去长的波长成分和短的波长成分，就会如图7B所示，以沿着假想线LS的形状得到构成槽5的槽宽度方向的轮廓的波形曲线(以下称为槽横向波形曲线)SWC。波形曲线与后述的粗糙度曲线同为轮廓曲线的一种，但粗糙度曲线是特别适于高精度地示出轮廓的表面粗糙度的轮廓曲线，而波形曲线是适于将轮廓的形状本身简单化为平滑线的轮廓曲线。
如图7B所示，如果采用槽横向波形曲线SWC，则在沿着假想线LS的多个(m个)位置处，分别得到钢板表面2a与槽5的槽宽度方向的轮廓(即槽横向波形曲线SWC)之间的板厚方向Z的距离(深度d1～dm：单位是μm)。本实施方式中，如图7B所示，波形曲线SWC只具有1个极小值，没有极大值。本实施方式中，在按上述那样得到的深度d1～dm中，将最大的值作为槽深度Da(槽5的最深部的深度)。另外，如图7B所示，在槽横向波形曲线SWC上，将满足下述条件式(4)的区域定义为槽区域5c，将该槽区域5c的槽宽度方向的中心作为槽中心GC。
di≥0.05×Da (4)
(其中，i为1～m的整数)
另外，如图8所示，在表示槽5的轮廓的槽横向波形曲线SWC上，将从钢板表面2a向槽5的最深部倾斜的线段设定为第1槽面5a及第2槽面5b。如图8所示，在槽横向波形曲线SWC上的第1槽面5a上，将距离钢板表面2a的板厚方向Z的深度达到0.05×Da的点设定为P1，将距离钢板表面2a的板厚方向Z的深度达到0.50×Da的点设定为P2。在槽横向波形曲线SWC上的第2槽面5b上，将距离钢板表面2a的板厚方向Z的深度达到0.05×Da的点设定为P3，将距离钢板表面2a的板厚方向Z的深度达到0.50×Da的点设定为P4。
进而，如图8所示，将连结第1槽面5a上的点P1和点P2的直线设定为第1槽端直线Lb1，将连结第2槽面5b上的点P3和点P4的直线设定为第2槽端直线Lb2。这样一来，由槽横向波形曲线SWC得到的第1槽端直线Lb1与板厚方向Z所成的角度为第1角度θ1，由槽横向波形曲线SWC得到的第2槽端直线Lb2与板厚方向Z所成的角度为第2角度θ2。
这样一来，在本实施方式中，例示了通过连结第1槽面5a上的2点间的直线来对第1槽面5a进行直线近似的情况，但作为对第1槽面5a进行直线近似的方法也可以采用其它方法。例如，也可以采用最小二乘法对第1槽面5a进行直线近似。对于第2槽面5b的直线近似也是同样的。
此外，槽5的槽宽度W按照钢板表面2a和第1槽面5a的交点以及钢板表面2a和第2槽面5b的交点的距离来进行定义。具体而言，如图8所示，在槽5的槽横向断面上看的情况下，可求出连结上述P1点和上述P3点的线段的长度(槽开口部)。该槽宽度W为了优选得到磁畴细化效果而优选为10μm～250μm。
可是，在带绕铁芯的制造工序中，对方向性电磁钢板1实施有弯曲加工。已知：进行弯曲时，在通过激光加工了槽的电磁钢板中以槽部为起点钢板发生断裂的概率高。因而本发明的发明者们对槽部的晶体结构等进行了详细分析，结果发现：在槽部中存有粒径小的部位的情况下，即在存有熔融再凝固层的情况下容易发生断裂。
如果钢板2上的槽5中存有熔融再凝固层，则在对方向性电磁钢板1进行弯曲加工时，容易以熔融再凝固层为起点发生断裂。即得到如下结论：如果钢板2上的槽5中存有熔融再凝固层，则方向性电磁钢板1的耐弯曲特性变低。
因此，本实施方式中，在钢板2中，与槽5接触的晶粒的平均粒径优选为5μm以上。在槽5的周边存有由槽5的形成所导致的熔融再凝固层的情况下，无法得到优选的耐弯曲特性的可能性增高。因此，在槽5的周边优选不存有熔融再凝固层。当槽5的周边不存有熔融再凝固层的情况下，与槽5接触的晶粒(二次再结晶粒)的平均粒径为5μm以上。例如，有时熔融再凝固层的晶体形状为从表面向垂直方向伸长的长柱状。因此，与槽5接触的晶粒(二次再结晶粒)的粒径优选不是柱状晶的长轴长度，短轴长度为5μm以上。即，对于与槽5接触的晶粒而言，在与方向性电磁钢板1的板面平行的观察面上看的情况下，其平均粒径优选为5μm以上。晶粒的粒径例如可以参考ASTM E112等一般的晶体粒径测量法来求出，或者也可以使用EBSD(电子背散射衍射图案：Electron Back Scattering Diffraction Pattern)法来求出。上述的不具有熔融再凝固区域的槽5可以使用例如后述的制造方法来获得。
特别是，在槽横向断面上看槽5的情况下，也是存在于钢板2上的槽5的下部的晶粒(二次再结晶粒)的板厚方向粒径更优选为5μm以上并且为钢板2的板厚以下。该特征意味着在钢板2上的槽5的下部不存在晶粒的板厚方向粒径为1μm左右的微细粒层(熔融再凝固区域)。
如图9所示，当从板厚方向Z看钢板2的情况下，钢板2上存在的二次再结晶粒的粒径最大为100mm左右。另一方面，当在槽横向断面上看槽5的情况下，钢板2上的槽5的下部所存在的晶粒(二次再结晶粒)的板厚方向粒径最小为5μm左右，最大为钢板2的板厚(例如0.1～0.4mm)左右。因此，优选将钢板2上的槽5的下部所存在的二次再结晶粒的板厚方向粒径的下限值设定为5μm，将上限值设定为钢板2的板厚。这样一来，通过采用槽5的下部不存在熔融再凝固层的构成，从而能够提高方向性电磁钢板1的耐弯曲特性。
另外，形成有槽5的区域上的绝缘覆盖膜4的厚度大于其它区域上的绝缘覆盖膜4的厚度，所以形成有槽5的区域上的钢板2和绝缘覆盖膜4的密合性比其它区域差。其结果是，槽5的周边的绝缘覆盖膜4上容易产生裂纹或剥离。如果绝缘覆盖膜4上产生裂纹或剥离，则钢板2生锈。
因而，本实施方式中，如图2所示，在包含槽延伸方向和板厚方向Z的断面(槽纵向断面)上看槽5的情况下，构成槽5的槽底区域5d的轮廓的粗糙度曲线的算术平均高度Ra为1μm以上且3μm以下，优选为1.2μm以上且2.5μm以下，更优选为1.3μm以上且2.3μm以下为宜，构成上述槽底区域5a的轮廓的粗糙度曲线要素的平均长度RSm为10μm以上且150μm以下，优选为40μm以上且145μm以下，更优选为60μm以上且140μm以下为宜。
通过表面粗糙度参数(Ra、RSm)满足上述的范围，使得槽5的槽底区域5d成为一定程度的粗糙面，所以通过锚定效应(anchor effect)使钢板2和玻璃覆盖膜3或者绝缘覆盖膜4的密合性提高。因此，槽5的周边的玻璃覆盖膜3或者绝缘覆盖膜4变得不易发生裂纹或剥离。其结果是，能够提高方向性电磁钢板1的耐锈蚀性。
但是，如图3所示，在槽5的宽度方向上，槽5的深度未必是一定的。因此，如何对在槽纵向断面上看槽5的情况下的槽底区域5d进行确定变得重要。以下，对在槽纵向断面上看槽5的情况下的槽底区域5d的确定方法的一个例子进行说明。
图10是沿图6的C-C线的向视剖视图。即，图10是在包含有上述的槽基准线BL和板厚方向Z的槽纵向断面上看槽5的图。如图10所示，将使在槽纵向断面上所呈现的构成槽5的轮廓的测定断面曲线变换为波形曲线而成的曲线定义为槽纵向波形曲线LWC。该槽纵向波形曲线LWC可通过以下获得：将低通滤波器(截止值λs)应用于对槽基准线BL所得到的测定断面曲线而得到断面曲线之后，将带通滤波器(截止值λf、λc)应用于该断面曲线并从断面曲线上除去长的波长成分和短的波长成分。其是沿图6的C-C线的向视剖视图。即，图10是在包含上述的槽基准线BL和板厚方向Z的槽纵向断面上看槽5的图。本实施方式中，如图10所示，在包含有槽基准线BL和板厚方向Z的槽纵向断面上看槽5的情况下，将观察范围50内所呈现的槽5的轮廓设定为槽底区域5d。
可用以上那样的方法来确定槽5的槽底区域5d。即，本实施方式中，如图11所示，对包含有槽基准线BL和板厚方向Z的槽纵向断面的观察范围50内所呈现的构成槽5的槽底区域5d的轮廓的测定断面曲线进行变换而得到的粗糙度曲线RC的算术平均高度Ra为1μm以上且3μm以下，优选为1.2μm以上且2.5μm以下，更优选为1.3μm以上且2.3μm以下，通过对构成上述槽底区域5d的轮廓的测定断面曲线进行变换而得到的粗糙度曲线要素的平均长度RSm为10μm以上且150μm以下，优选为40μm以上且145μm以下，更优选为60μm以上且140μm以下。粗糙度曲线RC可通过以下获得：将截止值为λs的低通滤波器应用于针对槽基准线BL所得到的测定断面曲线而得到断面曲线后，将高通滤波器(截止值λc)应用于该断面曲线并从断面曲线上除去长的波长成分。如上所述，粗糙度曲线RC是特别适于高精度地表示轮廓的表面粗糙度的轮廓曲线。此外，粗糙度曲线RC的算术平均高度Ra和粗糙度曲线要素的平均长度RSm的定义遵循日本工业标准JIS B0601(2013)。
如上所述，根据本实施方式的方向性电磁钢板1，在钢板2上设置满足上述深度条件和形状条件的槽5，因此能够良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化。
另外，根据本实施方式，采用钢板2上的槽5的下部处不存在熔融再凝固层的构成，因此能够提高方向性电磁钢板1的耐弯曲特性。
进而，根据本实施方式，采用构成槽底区域5d的轮廓的粗糙度曲线RC的算术平均高度Ra为1μm以上且3μm以下、粗糙度曲线要素的平均长度RSm为10μm以上且150μm以下的构成，因此能够提高方向性电磁钢板1的耐锈蚀性。
另外，如图3所示，上述实施方式中例示了槽5上不存在玻璃覆盖膜3的状态(即玻璃覆盖膜3的平均厚度为0μm的状态)，但也可以在槽5上配置平均厚度为超过0μm且5μm以下的玻璃覆盖膜3和平均厚度为1μm以上且5μm以下的绝缘覆盖膜4。另外，也可以在钢板表面2a上配置平均厚度为0.5μm以上且5μm以下的玻璃覆盖膜3和平均厚度为1μm以上且5μm以下的绝缘覆盖膜4。另外，槽5上的玻璃覆盖膜3的平均厚度可以低于钢板表面2a上的玻璃覆盖膜3的平均厚度。
如上所述，通过对玻璃覆盖膜3和绝缘覆盖膜4的厚度进行设定，使得槽5的周边的绝缘覆盖膜4更不容易发生裂纹或剥离，因此方向性电磁钢板1的耐锈蚀性进一步提高。另外，通过采用槽5上不存在玻璃覆盖膜3的构成(即槽5上的玻璃覆盖膜3的平均厚度为0μm的构成)，可将彼此相对的槽的壁间的距离(槽宽度)进一步变窄，因此能够进一步提由高槽5所产生的铁损降低效果。
另外，上述实施方式中例示了具备玻璃覆盖膜3的方向性电磁钢板1，但如上所述玻璃覆盖膜3不是必需的构成要素，所以对于只由钢板2和绝缘覆盖膜4构成的方向性电磁钢板而言，通过应用本发明也可得到上述效果。在只由钢板2和绝缘覆盖膜4构成的方向性电磁钢板中，也可以在槽5上配置平均厚度为1μm以上且5μm以下的绝缘覆盖膜4、在钢板表面2a上配置平均厚度为1μm以上且5μm以下的绝缘覆盖膜4。
下面，对本实施方式的方向性电磁钢板1的制造方法进行说明。
图12是表示方向性电磁钢板1的制造工艺的流程图。如图12所示，在最初的铸造工序S01中，钢水被供给至连续铸造机，板坯被连续地制造出来，所述钢水具有下述的化学成分：以质量分率计含有：Si：0.8％～7％、C：超过0％且小于等于0.085％、酸可溶性Al：0％～0.065％、N：0％～0.012％、Mn：0％～1％、Cr：0％～0.3％、Cu：0％～0.4％、P：0％～0.5％、Sn：0％～0.3％、Sb：0％～0.3％、Ni：0％～1％、S：0％～0.015％、Se：0％～0.015％，剩余部分包含Fe和杂质。
然后，在热轧工序S02中，在规定的温度条件(例如1150～1400℃)下加热由铸造工序S01得到的板坯之后，对该板坯实施热轧。由此可以得到例如具有1.8～3.5mm的厚度的热轧钢板。
然后，在退火工序S03中，在规定的温度条件(例如在750～1200℃下加热30秒～10分钟的条件)下对由热轧工序S02得到的热轧钢板实施退火处理。然后，在冷轧工序S04中，对在退火工序S03中实施了退火处理的热轧钢板的表面实施酸洗处理，然后对热轧钢板实施冷轧。由此可以得到例如具有0.15～0.35mm的厚度的冷轧钢板。
然后，在脱碳退火工序S05中，在规定的温度条件(例如在700～900℃下加热1～3分钟的条件)下对由冷轧工序S04得到的冷轧钢板实施热处理(即脱碳退火处理)。如果实施上述的脱碳退火处理，则冷轧钢板中的碳降低到规定量以下，形成一次再结晶组织。另外，在脱碳退火工序S05中，在冷轧钢板的表面形成含有二氧化硅(SiO2)作为主成分的氧化物层。
然后，在退火分离剂涂布工序S06中，含有以氧化镁(MgO)为主成分的退火分离剂被涂布于冷轧钢板的表面(氧化物层的表面)。然后，在最终退火工序S07中，在规定的温度条件(例如在1100～1300℃下加热20～24小时的条件)下对涂布了退火分离剂的冷轧钢板实施热处理(即，最终退火处理)。如果实施上述的最终退火处理，则在冷轧钢板上产生二次再结晶，并且冷轧钢板被纯化。其结果是，可以得到下述冷轧钢板(即形成方向性电磁钢板1的槽5之前的状态的钢板2)：具有上述的钢板2的化学组成并控制了晶体取向以使得晶粒的易磁化轴与轧制方向X一致。
另外，如果实施上述的最终退火处理，则含有以二氧化硅为主成分的氧化物层与含有以氧化镁为主成分的退火分离剂反应，从而在钢板2的表面形成含有镁橄榄石(Mg2SiO4)等复合氧化物的玻璃覆盖膜3。在最终退火工序S07中，在钢板2被卷绕成卷状的状态下实施最终退火处理。通过在最终退火处理中在钢板2的表面形成玻璃覆盖膜，可以防止在被卷绕成卷状的钢板2上发生烧粘。
然后，在激光照射工序S08中，通过对形成有玻璃覆盖膜3的钢板2的表面(仅单面)照射激光，从而在钢板2的表面沿着轧制方向X以规定间隔形成在与轧制方向X交叉的方向上延伸的多条槽5。以下，参照图13～图15对激光照射工序S08进行详细说明。
如图13所示，在激光照射工序S08中，从激光源(省略图示)射出的激光YL通过光纤9被传送到激光照射装置10。激光照射装置10内置了多角镜及其旋转驱动装置(均省略图示)。
通过多角镜的旋转驱动，激光照射装置10将激光YL照射向钢板2的表面并且与钢板2的板宽度方向Y大致平行地扫描激光YL。
在照射激光YL的同时，将空气或不活泼气体等辅助气体25喷射至照射激光YL的钢板2的部位。不活泼气体例如为氮气或氩气等。辅助气体25起到除去因激光照射而从钢板2熔融或蒸发的成分的作用。通过辅助气体25的喷射，使得激光YL在不被上述的熔融或蒸发的成分阻碍的情况下到达钢板2，因此可稳定地形成槽5。另外，通过辅助气体25的喷射，可以抑制上述成分附着于钢板2。作为上述结果，槽5可沿着激光YL的扫描线形成。另外，如上所述，通过辅助气体25的喷射，从而除去了上述成分，其结果能够得到槽5的下部不存在熔融再凝固层的构成。
在激光照射工序S08中，一边沿着与轧制方向X一致的走板方向输送钢板2，一边对钢板2的表面照射激光YL。这里，将多角镜的旋转速度与钢板2的搬送速度进行同步控制，以使得槽5沿着轧制方向X以规定的间隔PL被形成，其结果是，如图13所示，与轧制方向X交叉的多条槽5在钢板2的表面沿着轧制方向X以规定间隔PL被形成。
作为激光源，可以使用例如光纤激光。也可以使用YAG激光、半导体激光或者CO2激光等一般工业上使用的高输出功率激光作为激光源。另外，只要能够稳定地形成槽5，则也可以使用脉冲激光或连续波激光作为激光源。作为激光YL，优选使用聚光性高、适于形成槽的单模激光。
作为激光YL的照射条件，例如优选如下设定：将激光输出功率设定为200W～3000W、将激光YL在轧制方向X上的聚焦光斑直径(即包含激光输出功率的86％的直径，以下略记为86％直径)设定为10μm～1000μm、将激光YL在板宽度方向Y上的聚焦光斑直径(86％直径)设定为10μm～1000μm、将激光扫描速度设定为5m/s～100m/s、将激光扫描间距(间隔PL)设定为4mm～10mm。为了得到所希望的槽深度D，可以适宜调整这些激光照射条件。例如，在获得深的槽深度D的情况下，可以设定缓慢的激光扫描速度、设定高输出功率。
如图14A所示，在从激光扫描方向(槽延伸方向)看槽5的情况下，在将板厚方向Z与激光YL的照射方向之间的角度(激光照射角度)定义为φ1时，为了在槽5的槽横向断面上得到所希望的第1角度θ1，优选将激光照射角度φ1设定在10～45°的范围内。由此，能够将槽5的断面形状形成为图3所示的非对称形状。此外，虽然辅助气体25是以追随激光YL的方式喷射，但在将激光照射角度φ1设定在上述的范围的情况下，辅助气体25的喷射方向(喷射角度)没有特别的限定。
另一方面，通过按以下方式设定辅助气体25的喷射方向，可将槽5的断面形状形成为图3所示的非对称形状。如图14B所示，对沿着与轧制方向X平行的走板方向TD输送的钢板2进行俯视时，从相对于激光YL的激光扫描方向SD(与板宽度方向Y平行的方向)具有角度φ2的倾斜度的方向以追随激光YL的方式喷射辅助气体25。另外，如图14C所示，从板宽度方向Y(激光扫描方向SD)看沿着走板方向TD输送的钢板2时，从相对于钢板表面2a具有角度φ3的倾斜度的方向以追随激光YL的方式喷射辅助气体25。角度φ2优选设定为90°以上且180°以下的范围，角度φ3优选设定为1°以上且85°以下的范围。
此外，优选的是，以存在于钢板2的走板气氛中的具有0.5μm以上的直径的粒子的数量为每1CF(立方英尺)为10个以上且小于10000个的方式进行气氛控制。
特别是，通过将相对于激光扫描方向的辅助气体喷射角φ2和相对于钢板表面2a的辅助气体喷射角φ3设定在上述范围，从而不仅能够将槽5的断面形状控制为图3所示的非对称形状，还能够高精度地控制槽底区域5d的表面粗糙度(Ra、RSm)。除此以外，通过将走板气氛中存在的具有0.5μm以上的直径的粒子的数量也设定在上述范围，从而能够更高精度地控制槽底区域5d的表面粗糙度(特别是RSm)。另外，优选将辅助气体25的流量设定为每分钟10～1000升以下的范围。但是，在辅助气体25的流量为每分钟50升以下的情况下，槽5的下部容易产生熔融再凝固层。因此，辅助气体25的流量的下限值更优选为每分钟超过50升。
以往，在通过照射激光来形成槽的情况下，为了高效率地形成断面为矩形状的槽(即具有左右对称形状的槽)，而从与钢板表面垂直的方向(板厚方向)，以追随激光的方式向钢板表面喷射辅助气体。对此，本申请的发明者们经过深入研究，结果发现：通过如图14A～图14C所示那样三维地规定激光YL的照射方向和辅助气体25的喷射方向，能够将槽5的断面形状高精度地控制为满足上述(1)式～(3)式的非对称形状，而且通过规定激光照射时的走板气氛中的粒子量，还能够高精度地控制槽底区域5d的表面粗糙度(Ra、RSm)
于是，本申请的发明者们发现：如果通过上述那样的新制造方法在方向性电磁钢板上形成具有满足上述(1)式～(3)式的非对称形状的槽，则能够良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化，还能够提高耐锈蚀性，由此完成了本发明。因此，本实施方式的方向性电磁钢板的制造方法(特别是激光照射工序)是本领域技术人员无法预想到的新制造方法，由此得到的方向性电磁钢板1也是具有本领域技术人员无法预想到的新构成(槽5的断面形状和槽底区域5d的表面粗糙度)的方向性电磁钢板。
在通过1台激光照射装置10难以在钢板2的整个板宽度方向Y上形成槽5的情况下，如图15所示，也可以使用多台激光照射装置10在钢板2的整个板宽度方向Y上形成槽5。在此种情况下，如图15所示，多台激光照射装置10沿着轧制方向X以规定间隔进行配置。另外，从轧制方向X看时，各激光照射装置10在板宽度方向Y上的位置按照各激光照射装置10的激光扫描线不会相互重叠的方式进行设定。通过采用这样的图15所示的激光照射方法，能够在钢板表面2a形成图1所示那样的多条槽5。
再返回到图12进行说明，在最后的绝缘覆盖膜成形工序S09中，对于通过上述激光照射工序S08形成了槽5的钢板表面2a而言，例如从玻璃覆盖膜3的上面涂布含有胶体二氧化硅及磷酸盐的绝缘涂布液。然后，在规定的温度条件(例如840～920℃)下实施热处理，从而最终得到图1～3所示那样的具备形成有槽5的钢板2、玻璃覆盖膜3和绝缘覆盖膜4的方向性电磁钢板1。
按上述制造的方向性电磁钢板1的钢板2的化学成分以质量分率计含有Si：0.8％～7％、C：超过0％且小于等于0.085％、酸可溶性Al：0％～0.065％、N：0％～0.012％、Mn：0％～1％、Cr：0％～0.3％、Cu：0％～0.4％、P：0％～0.5％、Sn：0％～0.3％、Sb：0％～0.3％、Ni：0％～1％、S：0％～0.015％、Se：0％～0.015％，剩余部分包含Fe和杂质。
此外，上述实施方式中，例示了采用下述制造工艺的情况：在钢板表面2a上形成绝缘覆盖膜4之前，通过照射激光在钢板表面2a形成槽5，然后在钢板表面2a形成绝缘覆盖膜4。本实施方式并不局限于此，也可以采用在钢板表面2a上形成了绝缘覆盖膜4后，通过从绝缘覆盖膜4上方朝钢板表面2a照射激光YL从而在钢板表面2a形成槽5的制造工艺。在此种情况下，由于激光照射刚刚完成后的槽5是暴露于外部的，所以在形成槽5后需要再次在钢板2上形成绝缘覆盖膜4。或者，在本实施方式中，也可以在钢板2上形成了槽5后，形成玻璃覆盖膜3或绝缘覆盖膜4。
因此，本实施方式的方向性电磁钢板包括用于二次再结晶的高温退火已完成并且玻璃覆盖膜3和绝缘覆盖膜4的涂布已完成的方向性电磁钢板1，同样也包括玻璃覆盖膜3和绝缘覆盖膜4涂布完成之前并且形成了槽5之后的方向性电磁钢板的方向性电磁钢板。即，也可以通过使用本实施方式的方向性电磁钢板，作为后工序形成玻璃覆盖膜3或绝缘覆盖膜4，由此获得最终产品。此外，如上所述，在通过上述的覆盖膜除去方法从形成了玻璃覆盖膜3或者绝缘覆盖膜4的方向性电磁钢板1上除去了玻璃覆盖膜3或者绝缘覆盖膜4的情况下，确认到槽5的形状、粗糙度与形成玻璃覆盖膜3或者绝缘覆盖膜4之前的等同。
此外，上述实施方式中，例示了在最终退火工序S07之后实施激光照射工序S08的情况，但在冷轧工序S04和脱碳退火工序S05之间也可以实施激光照射工序。即，也可以通过对由冷轧工序S04得到的冷轧钢板进行激光照射和辅助气体喷射，从而在冷轧钢板的钢板表面2a形成槽5，然后再对该冷轧钢板实施脱碳退火。
实施例
以下，通过实施例来更具体地说明本发明的一个方案的效果，但实施例中的条件是为了确认本发明的可实施性和效果而采用的一个条件例，本发明不限于这一个条件例。只要能够在不超出本发明的要旨的情况下实现本发明的目的，便可采用各种条件。
〔铁损降低效果的最大化与磁通密度降低的最小化的平衡的验证1〕
首先，本验证1中使用的方向性电磁钢板按以下步骤进行制造。通过对具有下述化学成分的板坯实施热轧，得到厚度为2.3mm的热轧钢板，所述板坯以质量分率计含有：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％，剩余部分包含Fe和杂质。
接着，对上述热轧钢板在1000℃加热1分钟的温度条件下实施了退火处理。在对实施了退火处理的热轧钢板的表面实施了酸洗处理后，对热轧钢板实施冷轧，得到了厚度为0.23mm的冷延钢板。然后，对上述冷延钢板在800℃加热2分钟的温度条件下实施了脱碳退火处理后，将含有氧化镁(MgO)作为主成分的退火分离剂涂布在冷延钢板的表面上。
然后，对涂布了退火分离剂的冷延钢板在1200℃加热20小时的温度条件下实施了最终退火处理。其结果是：得到了具有上述化学组成并且以晶粒的易磁化轴与轧制方向一致的方式控制了晶体取向的冷延钢板(表面形成有玻璃覆盖膜的钢板)。
然后，如上所述，通过对形成有玻璃覆盖膜的钢板表面照射激光，使得在钢板表面上沿着轧制方向以规定间隔形成了在与轧制方向交叉的方向上延伸的多条槽。
作为激光YL的照射条件，为了得到所希望的槽深度D进行了如下调整：将激光输出功率调整为200W～3000W的范围、将激光YL在轧制方向X上的聚焦光斑直径(86％直径)调整为10μm～1000μm的范围、将激光YL在板宽度方向Y上的聚焦光斑直径(86％直径)调整为10μm～1000μm的范围、将激光扫描速度调整为5m/s～100m/s的范围、将激光扫描间距(间隔PL)调整为4mm～10mm的范围。
另外，为了在槽5的槽横向断面上得到所希望的第1角度θ1和第2角度θ2，将辅助气体相对于激光扫描方向的喷射角φ2调整为90°以上且180°以下的范围，将辅助气体相对于钢板表面的喷射角φ3调整为1°以上且85°以下的范围。
如上所述，将含有胶体二氧化硅和磷酸盐的绝缘涂布液从玻璃覆盖膜的上面涂布于形成有槽的钢板，然后，在850℃加热1分钟的温度条件下实施热处理，最终得到了具备形成有槽的钢板、玻璃覆盖膜和绝缘覆盖膜的方向性电磁钢板。
最终得到的上述方向性电磁钢板中的钢板(形成有槽的钢板)主要含有Si：3.0％。
如表1中所示，通过以上那样的工艺准备了槽的平均深度D(单位是μm)和槽宽度W(单位是μm)不同的方向性电磁钢板作为试验编号1～8所对应的方向性电磁钢板。试验编号1～8所对应的所有方向性电磁钢板中，在槽横向断面上看槽5的情况下的第1角度θ1设定为45°，第2角度θ2设定为60°。
试验编号3～7所对应的方向性电磁钢板是满足槽的平均深度D为超过10μm且40μm以下的条件(条件1)、第1角度θ1为0°以上且50°以下的条件(条件2)、第2角度θ2为大于第1角度θ1且在75°以下的条件(条件3)、以及第2角度θ2和第1角度θ1的差分值(θ2-θ1)为10°以上的条件(条件4)的发明例方向性电磁钢板。试验编号1、2和8所对应的方向性电磁钢板是只满足上述条件2～4的比较例方向性电磁钢板。另外，在所有的试验编号1～8所对应的方向性电磁钢板中，槽延伸方向上的槽非对称区域的存在率α为70％以上。此外，在上述实施方式中进行过说明的范围内对激光照射条件进行了调整的钢板为实施例，在该范围之外的钢板为比较例。
对试验编号1～8所对应的各方向性电磁钢板，分别测定了铁损W17/50和磁通密度B8的降低量ΔB8。将其测定结果示于表1中。此外，铁损W17/50是指：在磁通密度为1.7T、频率为50Hz的励磁条件下，对方向性电磁钢板的试验片(例如100mm×500mm的试验片)所测得的单位重量的能量损耗(单位是W/kg)。另外，磁通密度B8的降低量ΔB8是指：将槽形成前测得的磁通密度B8减去槽形成后测得的磁通密度B8所得的值(单位是G)。槽形成前的磁通密度B8为1.910T(＝19100G)，槽形成前的铁损W17/50为0.97W/kg。
如表1中所示，在试验编号1和2所对应的比较例(槽的平均深度D为10μm以下)方向性电磁钢板中，与槽形成前相比铁损W17/50几乎没有变化(即改善铁损的效果小)。另外，在试验编号8所对应的比较例(槽的平均深度D超过40μm)方向性电磁钢板中，磁通密度B8的降低量ΔB8非常大(即抑制磁通密度B8降低的效果小)。
另一方面，如表1中所示，在试验编号3～7所对应的发明例方向性电磁钢板中，与槽形成前相比铁损W17/50大幅度降低(即改善铁损的效果大)，而且将磁通密度B8的降低量ΔB8抑制在比较小的值(即抑制磁通密度B8下降的效果大)。通过以上那样的本验证1确认到：为了良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化，需要满足全部上述条件1～4。
表1
编号 D(μm) W(μm) θ1(度) θ2(度) W17/50(W/kg) ΔB8(G) 备注
1 8 25 45 60 0.980 0 比较例
2 10 30 45 60 0.960 10 比较例
3 12 35 45 60 0.790 10 发明例
4 20 60 45 60 0.750 30 发明例
5 25 70 45 60 0.755 30 发明例
6 30 85 45 60 0.770 60 发明例
7 40 110 45 60 0.790 80 发明例
8 45 130 45 60 0.900 150 比较例
〔铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化的平衡的验证2〕
接着，如表2所示，通过与上述验证1同样的工艺，准备了第1角度θ1和第2角度θ2的组合不同的方向性电磁钢板作为试验编号9～14所对应的方向性电磁钢板。在试验编号9～14所对应的全部方向性电磁钢板中，将槽的平均深度D设定为20μm，将槽宽度W设定为70μm。
试验编号11～13所对应的方向性电磁钢板是满足全部上述条件1～4的发明例方向性电磁钢板。试验编号9和10所对应的方向性电磁钢板是只满足上述条件1的比较例方向性电磁钢板。试验编号14所对应的方向性电磁钢板是只满足上述条件1～3的比较例方向性电磁钢板。与上述验证1同样地，对试验编号9～14所对应的各方向性电磁钢板分别测定了铁损W17/50和磁通密度B8的降低量ΔB8。将其测定结果示于表2中。
如表2中所示，在试验编号11～13所对应的发明例方向性电磁钢板中，与槽形成前相比铁损W17/50大幅度降低(即改善铁损的效果大)，而且将磁通密度B8的降低量ΔB8抑制在较小值(即抑制磁通密度B8降低的效果大)。
另一方面，在试验编号9和10所对应的比较例方向性电磁钢板(θ1＞50°)中，与试验编号11～13相比改善铁损的效果小。另外，在试验编号14所对应的比较例(θ1＝θ2)方向性电磁钢板中，与试验编号11～13相比改善铁损的效果大致同等，但磁通密度B8的降低量ΔB8大(即抑制磁通密度B8降低的效果小)。通过以上那样的本验证2确认到：为了良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化，需要满足全部上述条件1～4。
另外，在试验编号11-2所对应的发明例方向性电磁钢板和试验编号11-3所对应的比较例电磁钢板中，按与试验编号11相同的θ1条件使θ2增加。
在θ2不满足条件3的试验编号11-3(θ2＞75°)中，磁通密度B8的降低量ΔB8大(即抑制磁通密度B8降低的效果小)。通过以上那样的本验证2确认到：为了良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化，需要满足全部上述条件1～4。
表2
编号 D(μm) W(μm) θ1(度) θ2(度) W17/50(W/kg) ΔB8(G) 备注
9 20 70 60 60 0.830 20 比较例
10 20 70 55 66 0.820 30 比较例
11 20 70 50 60 0.760 20 发明例
12 20 70 20 60 0.750 30 发明例
13 20 70 5 60 0.745 30 发明例
14 20 70 45 45 0.750 60 比较例
11-2 20 100 50 75 0.765 60 发明例
11-3 20 150 50 80 0.770 150 比较例
〔铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化的平衡的验证3〕
接着，如表3中所示，通过与上述验证1同样的工艺，准备了槽的平均深度D、槽宽度W、第1角度θ1和第2角度θ2的组合不同的方向性电磁钢板作为试验编号15～18所对应的方向性电磁钢板。在试验编号15和16所对应的方向性电磁钢板中，将槽的平均深度D设定为15μm，将槽宽度W设定为45μm。在试验编号17和18所对应的方向性电磁钢板中，将槽的平均深度D设定为25μm，将槽宽度W设定为70μm。
试验编号15和17所对应的方向性电磁钢板是满足全部上述条件1～4的发明例方向性电磁钢板。试验编号16和18所对应的方向性电磁钢板是只满足上述条件1～3的比较例方向性电磁钢板。与上述验证1同样地，对试验编号15～18所对应的各方向性电磁钢板测定了铁损W17/50和磁通密度B8的降低量ΔB8。将其测定结果示于表3中。
如表3中所示，只要槽的平均深度D相同，则改善铁损的效果也相当。但是，与槽的断面形状(槽横向波形曲线的形状)为对称的情况(θ1＝θ2的情况)相比，在槽的断面形状为非对称的情况(θ1＜θ2的情况)下，磁通密度B8的降低量ΔB8更小(即抑制磁通密度B8降低的效果大)。通过以上那样的本验证3确认到：为了良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化，需要满足全部上述条件1～4。
表3
编号 D(μm) W(μm) θ1(度) θ2(度) W17/50(W/kg) ΔB8(G) 备注
15 15 45 45 60 0.770 10 发明例
16 15 45 45 45 0.770 30 比较例
17 25 70 45 60 0.755 30 发明例
18 25 70 45 45 0.755 60 比较例
〔耐弯曲特性的验证〕
接着，如表4中所示，通过与上述验证1同样的工艺，准备了槽的下部处的微细粒层(熔融再凝固层)的有无不同的方向性电磁钢板作为试验编号19和20所对应的方向性电磁钢板。在试验编号19和20所对应的方向性电磁钢板中，将槽的平均深度D设定为20μm，将槽宽度W设定为70μm，将第1角度θ1设定为45°，将第2角度θ2设定为60°。
在图12所示的激光照射工序S08中，通过按每分钟10升～1000升的范围适当地调整辅助气体25的流量，从而对槽的下部处的微细粒层的有无进行了控制。此外，无微细粒层是指满足下述条件：槽的下部所存在的二次再结晶粒的板宽度方向粒径为5μm以上且为钢板的板厚以下(条件5)。即，试验编号19所对应的方向性电磁钢板是满足上述条件1～4，但没有满足上述条件5的比较例方向性电磁钢板。试验编号20所对应的方向性电磁钢板是满足全部上述条件1～5的发明例方向性电磁钢板。
试验编号19中辅助气体流量设定为每分钟40升，试验编号20中设定为每分钟500升，从而控制熔融层的有无。
对试验编号19和20所对应的各方向性电磁钢板分别进行了5次弯曲的重复弯曲试验，并确认了槽周边断裂的发生状况。其结果是：在试验编号20所对应的发明例方向性电磁钢板中，没有在槽周边发生断裂。通过这样的验证，确认到：通过满足上述条件1～4以外还满足上述条件5，从而使方向性电磁钢板的弯曲特性提高。
表4
编号 D(μm) W(μm) θ1(度) θ2(度) 槽底微细粒层 耐弯曲特性 备注
19 20 70 45 60 有 × 比较例
20 20 70 45 60 无 ○ 发明例
〔耐锈蚀性的验证1〕
接着，对满足上述条件1～4并且满足以下的条件6和条件7的方向性电磁钢板的耐锈蚀性进行了验证。
(条件6)
在槽纵向断面上看槽的情况下，构成槽的槽底区域的轮廓的粗糙度曲线的算术平均高度Ra为1μm以上且3μm以下。
(条件7)
在槽纵向断面上看槽的情况下，构成槽的槽底区域的轮廓的粗糙度曲线要素的平均长度RSm为10μm以上且150μm以下。
如表5中所示，通过与上述验证1同样的工艺，准备了满足上述条件1～4并且满足上述条件6和条件7的方向性电磁钢板作为发明例1～8。另外，准备了满足上述条件1～4但没有满足上述条件6和条件7中的至少一方的方向性电磁钢板作为比较例1～4。此外，在发明例1～8和比较例1～4中皆设定为：槽的平均深度D为超过10μm且40μm以下，第1角度θ1为0°以上且50°以下，第2角度θ2大于第1角度θ1且在75°以下，槽宽度W为10μm～250μm。
在图12所示的激光照射工序S08中，通过将辅助气体相对于激光扫描方向的喷射角φ2、辅助气体相对于钢板表面的喷射角φ3、辅助气体25的流量、走板气氛中的粒子量调整至上述实施方式中所说明的范围内，可得到满足上述条件6和条件7的方向性电磁钢板。特别是，通过对辅助气体喷射角φ2与φ3以及走板气氛中的粒子量进行调整，可高精度地控制槽底区域的表面粗糙度。
此外，通过上述实施方式中说明的确定方法对实施例1～8和比较例1～4所对应的各方向性电磁钢板分别确定了槽的槽底区域。对于表示槽底区域的表面粗糙度的表面粗糙度参数(Ra、RSm)的测定，使用了激光式表面粗糙度测定仪(Keyence公司制造的VK-9700)。
对发明例1～8和比较例1～4所对应的各方向性电磁钢板分别进行了耐锈蚀性的验证。具体而言，从各方向性电磁钢板上采取30mm见方的试验片，在温度为50℃和湿度为91％的气氛中将该试验片放置1周，并根据其前后的试验片的重量变化进行了评价。如果生锈则试验片的重量增加，所以重量增加量越少的试验片，则判断为耐锈蚀性越好。具体而言，将重量增加量为5.0mg/m2以下的试验片的耐锈蚀性评价为“良”，将重量增加量超过10.0mg/m2的试验片的耐锈蚀性评价为“不良”。如表5中所示，对发明例1～8所对应的方向性电磁钢板的耐锈蚀性进行了验证，结果确认到：通过采用满足上述的条件6和条件7的构成，从而使方向性电磁钢板的耐锈蚀性提高。
表5
Ra(μm) Rsm(μm) 耐锈蚀性
发明例1 3 10 良
发明例2 1.5 30 良
发明例3 2.1 50 良
发明例4 1.8 60 良
发明例5 2.6 20 良
发明例6 2.4 40 良
发明例7 1.3 130 良
发明例8 1 150 良
比较例1 0.8 40 不良
比较例2 4.1 10 不良
比较例3 3.5 5 不良
比较例4 0.8 6 不良
〔耐锈蚀性的验证2〕
接着，如表6中所示，使用公知的制造方法，准备了满足上述条件1～4而且满足上述条件6和条件7且不具备玻璃覆盖膜的方向性电磁钢板作为发明例9。另外，准备了满足上述条件1～4但不满足上述条件6和条件7中的至少一方且不具备玻璃覆盖膜的方向性电磁钢板作为比较例5～7。此外，在发明例9和比较例5～7中皆设定为：槽的平均深度D为超过10μm且40μm以下，第1角度θ1为0°以上且50°以下，第2角度θ2大于第1角度θ1且在75°以下，槽宽度W为10μm～250μm。
钢板的化学组成与上述耐锈蚀性的验证1相同。与上述耐锈蚀性的验证1同样地，为了满足上述条件6和条件7，在上述实施方式中说明的范围内适当地调整了辅助气体相对于激光扫描方向的喷射角φ2、辅助气体相对于钢板表面的喷射角φ3、辅助气体25的流量和走板气氛中的粒子量。
对发明例9和比较例5～7所对应的各方向性电磁钢板分别采用与上述耐锈蚀性的验证1同样的验证方法进行了耐锈蚀性的验证。结果确认到：如表6中所示，即便是不具备玻璃覆盖膜的方向性电磁钢板，但通过采用满足上述条件6和条件7的构成，也可使方向性电磁钢板的耐锈蚀性提高。
表6
Ra(μm) Rsm(μm) 耐锈蚀性
发明例9 1.5 40 良
比较例5 1.3 7 不良
比较例6 0.8 4 不良
比较例7 0.6 7 不良
工业上的可利用性
根据本发明的上述方案，对于为了磁畴细化而在钢板表面形成有槽的方向性电磁钢板而言，良好地平衡兼顾铁损降低效果的最大化和磁通密度降低的最小化是可能的，而且弯曲特性也优异，所以本发明充分具有产业上的可利用性。
符号说明
1 方向性电磁钢板
2 钢板
2a 钢板表面
3 玻璃覆盖膜
4 绝缘覆盖膜
5 槽
5a 第1槽面
5b 第2槽面
5c 槽区域
5d 槽底区域
BL 槽基准线
LWC 槽纵向波形曲线
SWC 槽横向波形曲线
RC 粗糙度曲线
D 槽的平均深度
W 槽宽度
X 轧制方向
Y 板宽度方向
Z 板厚方向

Claims (4)

1.一种方向性电磁钢板，其包含具有形成了槽的钢板表面的钢板，所述槽在与轧制方向交叉的方向上延伸并且槽深度方向为板厚方向，其中，
所述槽的平均深度D为超过10μm且为40μm以下，
在与槽延伸方向正交的槽宽度方向断面上看所述槽的情况下，
在将槽宽度方向上的所述槽的中心定义为槽宽度中心时，
所述槽的最深部从所述槽宽度中心向所述槽宽度方向的一侧偏移，而且所述槽的断面形状在所述槽宽度方向上以所述槽宽度中心为基准呈非对称形状，
在所述槽宽度方向断面上看所述槽的情况下，
所述槽具有从所述钢板表面向所述槽的所述最深部倾斜的一对倾斜面即第1槽面及第2槽面，
所述槽宽度中心从所述最深部看位于所述第2槽面侧，
将从所述钢板表面到所述槽的所述最深部为止的深度设定为Da，
在所述第1槽面上，将距离所述钢板表面的所述板厚方向的深度达到0.05×Da的点设定为P1，将距离所述钢板表面的所述板厚方向的深度达到0.50×Da的点设定为P2，
在所述第2槽面上，将距离所述钢板表面的所述板厚方向的深度达到0.05×Da的点设定为P3，将距离所述钢板表面的所述板厚方向的深度达到0.50×Da的点设定为P4，
在将对所述第1槽面进行由连结P1和P2的直线所进行的直线近似而得到的第1槽端直线与所述板厚方向所成的角度定义为第1角度θ1、将对所述第2槽面进行由连结P3和P4的直线所进行的直线近似而得到的第2槽端直线与所述板厚方向所成的角度定义为第2角度θ2时，
所述第1角度θ1和所述第2角度θ2满足下述条件式(1)～(3)：
0°≤θ1≤50° (1)
θ1＜θ2≤75° (2)
θ2－θ1≥10° (3)。
2.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板，其特征在于，所述钢板中，与所述槽接触的晶粒的粒径为5μm以上。
3.根据权利要求2所述的方向性电磁钢板，其特征在于，
在所述槽宽度方向断面上看所述槽的情况下，
在所述钢板上的所述槽的下部存在的晶粒的板厚方向粒径为5μm以上且为所述钢板的板厚以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方向性电磁钢板，其特征在于，
在包含所述槽延伸方向和所述板厚方向的槽纵向断面上看所述槽的情况下，
构成所述槽的槽底区域的轮廓的粗糙度曲线的算术平均高度Ra为1μm以上且3μm以下，
构成所述槽底区域的所述轮廓的粗糙度曲线要素的平均长度RSm为10μm以上且150μm以下。
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