CN115485400A - 线状槽形成方法和方向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在金属带钢表面以所希望的槽宽度形成线状槽进而磁特性极其优异的方向性电磁钢板。在金属带钢的至少单面形成抗蚀剂被膜，接着，对上述抗蚀剂被膜一边在横穿上述金属带钢的轧制方向的方向进行扫描一边照射激光，除去经上述激光照射的部分的上述抗蚀剂被膜，接着，对上述金属带钢的除去了上述抗蚀剂被膜的部分实施蚀刻处理而形成线状槽，上述抗蚀剂被膜以固体成分换算计含有20质量％以上的无机化合物，在上述金属带钢表面，上述激光具有长轴直径与短轴直径之比为5.0以上的椭圆状的射束形状，并且扫描正交方向的射束直径为10μm～100μm。

Description

线状槽形成方法和方向性电磁钢板的制造方法
技术领域
本公开涉及一种在金属带钢表面的线状槽形成方法以及利用该线状槽形成方法的方向性电磁钢板的制造方法。
背景技术
磁特性优异的方向性电磁钢板主要用作变压器的铁芯用材料。为了提高变压器的能量使用效率，要求方向性电磁钢板的低铁损化。作为使方向性电磁钢板低铁损化的技术，已知有利用钢板的表面加工的方法。
利用钢板的表面加工降低铁损的技术利用物理性的方法是对钢板的表面导入应变，细化磁畴的宽度而降低铁损，作为其中一种方法，有通过蚀刻在钢板的表面形成槽的方法。具体而言，使用凹版辊等在形成镁橄榄石被膜前的钢板表面，将抗蚀剂被膜形成用被覆剂涂布成图案状后，使用电解蚀刻等方法对未涂布上述抗蚀剂被膜形成用被覆剂的部分选择性地进行蚀刻而在钢板表面形成槽的方法。根据该方法，通过形成槽而使钢板表面的磁畴细化，能够降低方向性电磁钢板的铁损。
然而，已知这样的表面形成有线状槽的方向性电磁钢板的磁特性受线状槽的形状影响很大。线状槽的板厚方向的深度(槽深度)越深，在线状槽的壁面生成的磁极越多，磁畴细化的效果增大，因此优选加深槽深度。另一方面，在通过蚀刻形成线状槽时，如果电解量即因形成线状槽而基体铁的减少量变多，则导致磁通密度的降低和磁滞损耗的增大，因此优选电解量较少。因此，为了减少电解量，优选使槽宽度变窄。并且，如果蚀刻后的线状槽的槽形状变得不均匀，则方向性电磁钢板的磁特性变得参差不齐，因此优选形成均匀的抗蚀剂被膜图案，在钢板表面形成均匀的线状槽。
作为形成均匀的抗蚀剂被膜图案而形成均匀的线状槽而抑制钢板的磁特性的参差不齐的技术，专利文献1中记载了使用激光形成抗蚀剂被膜图案的方案。即，在专利文献1记载的技术中，通过在钢板表面整体均匀地形成抗蚀剂被膜后，对不需要抗蚀剂被膜的部分照射激光而使抗蚀剂被膜瞬间地气化，选择性地除去被照射的部分的抗蚀剂被膜。根据专利文献1所述的方法，期待能够形成均匀的形状的线状槽。另外，专利文献1中记载了通过将照射的激光的射束直径设为小直径，使激光的形状接近正圆，能够形成宽度窄的线状槽的方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2017/017908号说明书
发明内容
然而，根据现有的技术，存在如下的问题：即使照射小直径的射束，蚀刻后的槽宽度也比射束直径大，得不到所希望的槽宽度的情况。
本公开鉴于上述见解而完成，其目的在于提供一种在金属带钢表面以所希望的槽宽度形成线状槽进而磁特性极优异的方向性电磁钢板。
本发明人等为了实现上述的课题重复进行了深入研究，结果得到以下见解。
(1)在蚀刻后的槽宽度比与金属带钢表面的激光的扫描方向正交的方向(以下，也称为扫描正交方向)的射束直径大的区域，除去了抗蚀剂被膜的部分的激光的扫描正交方向的宽度(以下，也称为抗蚀剂被膜除去宽度)不是激光的扫描正交方向的射束直径(以后，也称为照射宽度)以上，另一方面，存在抗蚀剂被膜因激光的热而变质的部分(热影响部)，该热影响部在蚀刻时被除去，成为线状槽的槽宽度增大的原因。
(2)在向抗蚀剂被膜照射激光的扫描方向的射束直径和正交方向的射束直径相同，即接近正圆的射束形状的激光的情况下，激光照射后的热影响部的激光扫描正交方向的宽度(以后，也称为热影响幅度)在短时间内集中而投入了能量的情况下变大，在时间上分散地投入了能量的情况下变小。因此，为了减小热影响幅度，减少激光的输出很有效，但如果仅减少激光的输出，则抗蚀剂被膜的除去有可能变得不充分。因此，在减少激光的输出的情况下，为了向抗蚀剂被膜投入足够的能量，需要放慢激光的扫描速度，但如果放慢激光的扫描速度，则生产率降低。因此，作为代替减少激光输出的方法，将金属带钢表面的射束形状从接近正圆的形状变为椭圆状的方法很有效。通过使射束形状为椭圆状，即使相同的激光输出，能量的投入也在时间上分散，热影响幅度变小，进而能够防止线状槽的槽宽度增大。为了得到该效果，需要将激光的射束形状的长轴直径与短轴直径之比设为5.0以上。
(3)通过将射束形状设为椭圆，从而照射能量在空间上分散，抗蚀剂被膜的除去性劣化。因此，为了在减少抗蚀剂被膜除去所需的能量，照射射束形状为椭圆状的激光的情况下，也可靠地除去抗蚀剂被膜，有效的是使用含有无机化合物的抗蚀剂被膜。利用激光除去抗蚀剂被膜通过使抗蚀剂被膜中包含的有机化合物气化而实现，激光的能量用于有机化合物的气化。在抗蚀剂被膜含有无机化合物的情况下，如果通过激光照射使抗蚀剂被膜中的有机化合物气化，则抗蚀剂被膜中的无机化合物变成尘埃飞散而被除去，因此能够减少抗蚀剂被膜中的与无机化合物成分对应的有机化合物的气化所需的能量。为了利用椭圆状的激光可靠地除去抗蚀剂被膜，需要将抗蚀剂被膜中的无机化合物的含量以固体形状物换算计为20质量％以上。
本公开基于上述情况而完成。即，本公开的主要构成如下。
[1]一种线状槽形成方法，在金属带钢的至少单面形成抗蚀剂被膜，
接着，对上述抗蚀剂被膜一边在横穿上述金属带钢的轧制方向的方向进行扫描一边照射激光，将经上述激光照射的部分的上述抗蚀剂被膜除去，
接着，对上述金属带钢的除去了上述抗蚀剂被膜的部分实施蚀刻处理而形成线状槽，其中，
上述抗蚀剂被膜以固体成分换算计含有20质量％以上的无机化合物，
在上述金属带钢表面，上述激光具有长轴直径与短轴直径之比为5.0以上的椭圆状的射束形状，并且扫描正交方向的射束直径为10μm～100μm。
[2]根据上述[1]所述的槽形成方法，其中，将上述激光的照射能量设为30J/m以下。
[3]一种方向性电磁钢板的制造方法，对钢坯实施热轧而制成热轧钢板，
接着，对上述热轧钢板或者对上述热轧钢板实施热轧板退火而得到的热轧退火板，实施1次或者隔着中间退火的2次以上的冷轧而制成冷轧钢板，
接着，对上述冷轧钢板实施一次再结晶退火，制成一次再结晶板，
接着，对上述一次再结晶板实施二次再结晶退火，制成二次再结晶板，
在上述热轧后的任一钢板的至少单面，利用上述[1]或[2]所述的线状槽形成方法形成线状槽。
根据本公开，可以提供一种在金属带钢表面以所希望的槽宽度形成线状槽进而磁特性极其优异的方向性电磁钢板。
附图说明
图1是表示激光照射的概要的图。
图2是表示线状槽的槽宽度与铁损W17/50的关系的图。
图3是表示激光的长短轴比与蚀刻后的槽宽度的关系的图。
图4是用于说明抗蚀剂被膜除去宽度的测定方法的图。
图5是表示抗蚀剂被膜的无机化合物含有率与相对于激光的扫描正交方向的直径的抗蚀剂被膜除去宽度的比例的关系的图。
具体实施方式
首先，对成为开发本公开的契机的实验进行说明。应予说明，在以下的说明中，“％”只要没有特别说明，是指“质量％”。并且，在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指包含“～”前后记载的数值作为下限值和上限值的范围。
＜实验1＞
如图1所示，将在表面形成了抗蚀剂被膜(固体成分组成：水系醇酸树脂36％、三聚氰胺树脂1％、含Ti的氧化物20％、铝含有氧化物40％、其他(颜料，流平剂)3％)的板厚0.23mm的冷轧钢板(C:0.05％，Mn:0.10％，P:0.004％，S:0.001％，Al:0.008％，N:45ppm,Ti+Nb+V+Zr+Ta<0.001％)一边向箭头方向通板，一边将激光照射装置在与轧制方向(图中的钢板行进方向)正交的方向扫描，进行激光照射，除去激光照射部40的抗蚀剂。应予说明，上述冷轧钢板对钢坯实施热轧，制成热轧钢板，接着，对热轧钢板实施冷轧，制成冷轧钢板。向轧制方向隔着5mm的间隔重复该激光照射。应予说明，作为激光，使用纤维激光并变更激光照射装置的纤维，从而在钢板表面，使扫描正交方向的射束直径(图中的Bt)变化为5～300μm。作为激光，通过电流扫描方式照射单模纤维激光。按激光照射能量：25J/m、扫描宽度200mm和钢板的轧制方向的扫描间隔5mm进行。在所有条件下，激光照射部的抗蚀剂被膜被完全除去。
应予说明，激光的扫描正交方向的射束直径如下确定。使用市售的CCD相机型固定式光束分析仪在钢板表面测定激光的扫描正交方向的射束的强度分布，在该射束分布中，将射束强度为射束强度的最大值的0.135倍的2点间的分布条带宽度作为扫描正交方向的射束直径。
接下来，对除去了该抗蚀剂被膜的冷轧钢板实施电解蚀刻处理。接着，对电解蚀刻处理后的冷轧钢板进行一次再结晶退火，制成一次再结晶板后，在一次再结晶板的两面涂布退火分离剂。对涂布退火分离剂后的一次再结晶板实施兼具形成镁橄榄石被膜的二次再结晶退火，制成二次再结晶板。接着，对该二次再结晶板进行平坦化退火后，形成张力被膜，制造方向性电磁钢板(产品板)。使用该方向性电磁钢板调查线状槽的槽宽度与铁损的关系。
应予说明，对于铁损，这里，基于JIS C2556利用单板磁试验器评价磁通密度1.7T、励磁频率50Hz的铁损W17/50进行评价。应予说明，铁损的测定在槽加工前(电解蚀刻处理前)进行磁测定，选择使用磁通密度B8为1.90T的方向性电磁钢板。并且，对方向性电磁钢板实施电解蚀刻处理形成的线状槽的板厚方向的深度(槽深度)通过调节电解蚀刻的处理时间，将全部的方向性电磁钢板调整成相同。对于方向性电磁钢板的线状槽的槽宽度如下测定，使用共焦激光显微镜对槽部进行三维测定，将在轧制方向测定高度分布时的、槽最下部的高度设为“高度0％”，将轧制面高度的平均值设为“高度100％”时，将隔着槽最下部而成为“高度95％”的位置的轧制方向距离设为槽宽度，在板宽度方向以间隔1mm测定10个点的上述槽宽度并将其平均。
图2中示出结果。可知槽宽度为10～100μm时铁损是良好的。认为因槽宽度变粗而铁损增大的理由是因为磁滞损耗随着电解量的增大而增大。另一方面，认为槽宽度过窄时铁损劣化是因为引起导致磁极的耦合，磁畴细化的效果降低。可知由于线状槽的槽宽度与激光的扫描正交方向的射束直径(图1中的Bt)几乎是一致的，所以将激光的扫描正交方向的射束直径设为10～100μm对低铁损化很重要。
＜实验2＞
接着，调查了激光的扫描正交方向的射束直径的长短轴比与蚀刻后的线状槽的槽宽度的关系。在本实验中，使用激光的射束直径为100μm的振荡器，使用圆柱透镜进行变换以使钢板上的射束形状为椭圆状。并且，射束形状的长轴方向与激光的扫描方向平行，并且短轴方向与激光的扫描方向垂直，对钢板照射激光。此时，将钢板表面的射束形状的长轴直径与短轴直径之比设为长短轴比，使长短轴比在1～200之间变化。调查照射各长短轴比的激光并除去了抗蚀剂被膜的冷轧钢板的蚀刻后的线状槽的槽宽度。作为形成线状槽的钢板，使用与实验1相同的钢板。应予说明，上述冷轧钢板对钢坯实施热轧，制成热轧钢板，接着，对热轧钢板实施冷轧，制成冷轧钢板。对蚀刻处理后的冷轧钢板进行一次再结晶退火，制成一次再结晶板后，在一次再结晶板的两面涂布退火分离剂。对涂布退火分离剂后的一次再结晶板实施兼具形成镁橄榄石被膜的二次再结晶退火，制成二次再结晶板。接着，对该二次再结晶板进行了平坦化退火后，形成张力被膜，制造方向性电磁钢板(产品板)。另外，在激光照射的激光照射能量、扫描宽度以及钢板的轧制方向的扫描间隔与实验1相同的条件下进行。
图3中示出结果。如果射束的长短轴比小于5.0，则出现蚀刻后的线状槽的槽宽度增大的趋势。认为这是因为如果照射射束的长短轴比小，即接近正圆的射束形状的激光，则激光输出相同的情况下，向狭窄区域在短时间内投入大的能量，能量的一部分成为热，通过热传导向扫描正交方向传递，使未照射激光的区域的抗蚀剂被膜变质而产生热影响部。抗蚀剂被膜的热影响部与未变质的部分相比蚀刻的抗蚀剂被膜的密合性变差。因此，在蚀刻时从该钢板除去该热影响部，因此认为与激光的扫描正交方向的射束直径相比，蚀刻后的槽宽度变大。如图2所示，如果线状槽的槽宽度变大而超过100μm，则铁损劣化，因此不优选由热影响部引起的槽宽度的增大。
＜实验3＞
通过使用椭圆状的射束，能够防止线状槽的槽宽度的增大，但由于射束的能量密度被分散，因此可能无法充分进行抗蚀剂被膜的除去。因此，出于降低除去抗蚀剂被膜所需的激光的照射能量的目的，调查了抗蚀剂被膜中的无机化合物含量对除去抗蚀剂被膜的影响。将醇酸系树脂(改性醇酸树脂；有机化合物)和二氧化硅(无机化合物)混合，制成以固形物换算计含有0～95质量％的无机化合物的抗蚀剂被膜。在冷轧钢板的两面形成这样制成的抗蚀剂被膜，对该抗蚀剂被膜与实验1相同地进行激光照射，除去激光照射部的抗蚀剂被膜。以使钢板表面的射束形状为椭圆、短轴直径为100μm、长短轴比为50、射束的长轴与扫描方向平行，短轴与扫描方向垂直的方式进行激光照射。照射激光后，测定抗蚀剂被膜除去宽度。这里，抗蚀剂被膜除去宽度如图4所示是利用显微镜观察激光照射后的抗蚀剂除去部时的激光扫描方向上的1mm长度(观察长度)的抗蚀剂除去部的轧制正交方向(TD)的宽度d的平均值。然后，以百分率求出在抗蚀剂除去宽度相对于各激光的扫描正交方向的射束直径(即本实验中射束的短轴直径100μm)的比率(以下也称为抗蚀剂除去比率)。作为钢板，使用与实验1相同的钢板。应予说明，上述冷轧钢板是对钢坯实施热轧而制成热轧钢板，接着，对热轧钢板实施冷轧而制成冷轧钢板。另外，在激光照射的激光照射能量、扫描宽度以及钢板的轧制方向的扫描间隔与实验1相同的条件下进行。
图5中示出结果。如果无机化合物的含有率小于20质量％，则抗蚀剂被膜除去比率大幅降低。如上所述，如果向抗蚀剂被膜照射激光，则抗蚀剂被膜的有机化合物瞬间气化，从而除去抗蚀剂被膜，但在抗蚀剂被膜中存在的无机化合物在周围的有机化合物气化时作为尘埃飞散而除去。因此，不需要使抗蚀剂被膜中的与无机化合物同体积的有机化合物气化所需的能量。因此，在使用含有20质量％以上的无机化合物的抗蚀剂被膜的情况下，即使激光的照射能量小，也能够均匀地除去抗蚀剂被膜。如果抗蚀剂除去比率降低，则在激光照射部露出了基体铁的区域(抗蚀剂除去部)与残存一部分抗蚀剂被膜的区域混合存在，蚀刻时基体铁的蚀刻速度容易变得不一样，导致槽宽度变得不均匀，磁特性有参差不齐。因此可知在抗蚀剂被膜中以固形物换算计含有20质量％以上的无机化合物很重要。
基于以上的结果，以下对本公开的实施方式进行说明。应予说明，以下的说明表示本公开的优选的一个实施方式，本公开并不受以下的说明任何限定。
本实施方式所涉及的线状槽形成方法是在金属带钢的至少单面形成抗蚀剂被膜；接着对上述抗蚀剂被膜一边在横穿上述金属带钢的轧制方向的方向扫描一边照射激光，将经上述激光照射的部分的上述抗蚀剂被膜除去；接着对上述金属带钢的除去了上述抗蚀剂被膜的部分实施蚀刻处理而形成线状槽的槽形成方法，
上述抗蚀剂被膜以固体成分换算计含有20质量％以上的无机化合物，
在上述金属带钢表面，上述激光具有长轴直径与短轴直径之比为5.0以上的椭圆状的射束形状，并且扫描正交方向的射束直径为10μm～100μm。
在本实施方式的线状槽形成方法中，对金属带钢依次实施下述的(1)～(3)的工序的处理。
(1)抗蚀剂被膜形成工序，
(2)激光照射工序
(3)蚀刻处理工序
[金属带钢]
根据本实施方式的线状槽形成方法，对各种各样的种类的金属带钢利用蚀刻在钢板的表面形成线状槽时，能够以均匀的形状形成槽宽度窄的线状槽。因此，成为形成线状槽的对象的金属带钢的种类不受限定。本实施方式涉及的线状槽形成方法特别是对方向性电磁钢板的低铁损化有用，因此优选将本线状槽形成方法应用于方向性电磁钢板的制造。
应予说明，在后述的蚀刻处理工序中，如果实施蚀刻处理时，对金属带钢的表面形成抗蚀剂被膜以外的被膜，则可能阻碍蚀刻。因此，优选在金属带钢的表面，不形成相对于镁橄榄石被膜、绝缘被膜以及张力被膜等的蚀刻液或者电解液不溶性、难溶性的被膜，在金属带钢的表面直接涂布后述的抗蚀剂被膜形成用被覆剂。
[抗蚀剂被膜形成工序]
首先，在金属带钢的至少单面涂布抗蚀剂被膜形成用被覆剂，在金属带钢的至少单面形成抗蚀剂被膜。上述抗蚀剂被膜在后述的蚀刻处理工序中，作为用于防止被覆的部位的金属带钢的蚀刻的蚀刻抗蚀剂被膜发挥功能。
(抗蚀剂被膜)
抗蚀剂被膜以固体成分换算计含有20质量％以上的无机化合物。如果抗蚀剂被膜的无机化合物的含量以固体成分换算计小于20质量％，则在后述的激光照射工序中照射具有长轴直径比大的椭圆状的射束形状的激光时，无法充分除去抗蚀剂被膜，无法形成所希望的槽宽度的线状槽。抗蚀剂被膜中含有的无机化合物优选以固体成分换算计为40质量％以上。另一方面，如果无机化合物的含量变得过大，则树脂成分的含量降低，因而耐蚀刻性降低，难以形成均匀的槽，因此抗蚀剂被膜中的无机化合物的含量优选以固体成分换算计为90质量％以下。
(无机化合物)
作为无机化合物，只要是公知的化合物就没有特别限定，例如可将二氧化硅、氧化镁、含Ti的氧化物、二氧化硅、含Zr氧化物、玻璃纤维等单独或者混合多个使用。
抗蚀剂被膜的无机化合物以外的固体成分包含有机化合物作为树脂成分。抗蚀剂被膜的树脂成分优选为热固性树脂。作为热固性树脂，例如可以使用选自醇酸系树脂、环氧系树脂、聚乙烯系树脂以及三聚氰胺系树脂中的至少一种。作为醇酸系树脂，可使用使多元酸、多元醇和油脂或者油脂加工品发生脱水缩合反应，任意进一步使一元酸反应而得到的醇酸树脂与聚合性乙烯基单体反应而得到的树脂。作为环氧系树脂，可使用双酚型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂以及多元醇的缩水甘油醚类等。作为三聚氰胺系树脂，例如可使用甲基化三聚氰胺和丁基化三聚氰胺等。
抗蚀剂被膜形成用被覆剂除了上述的有机化合物、无机化合物等固体成分之外可适当地含有溶剂。作为溶剂，可以使用乙二醇单正丁醚、二乙二醇单正丁醚等公知的溶剂。抗蚀剂被膜形成用被覆剂中的溶剂的含量没有特别限定，但从抑制抗蚀剂被膜形成用被覆剂的油墨垂滴的观点考虑，优选抗蚀剂被膜形成用被覆剂的粘度高。
在金属带钢的至少单面涂布抗蚀剂被膜形成用被覆剂的方法没有特别限定，可以利用任意的方法进行，但优选在各种辊的表面涂布抗蚀剂被膜形成用被覆剂，使该辊与金属带钢表面接触，从而将辊表面的抗蚀剂被膜形成用被覆剂转印到金属带钢表面的方法进行。其中，优选通过使用凹版辊的凹版印刷法将抗蚀剂被膜形成用被覆剂涂布在金属带钢表面，使用利用了胶印辊的凹版胶印印刷法，将抗蚀剂被膜形成用被覆剂涂布于金属带钢表面。应予说明，在本说明书中，“凹版印刷法”是指使用凹版辊的印刷法整体，也包含凹版胶印印刷法。另外，在使用凹版印刷法的情况下，使抗蚀剂被膜的膜厚一定，因此优选在凹版辊上方设置刮刀，使凹版辊表面的抗蚀剂被膜形成用被覆剂的量均等化。
对金属带钢涂布抗蚀剂被膜形成用被覆剂时，为了将抗蚀剂被膜形成用被覆剂的粘度保持较高，优选将抗蚀剂被膜形成用被覆剂的温度设为40℃以下。另一方面，涂布抗蚀剂被膜形成用被覆剂时的抗蚀剂被膜形成用被覆剂的温度的下限没有特别限定，从生产技术上的观点考虑，优选为20℃以上。
抗蚀剂被膜的单位面积重量(涂布量)优选每单面为1.0g/m2以上，并且优选为10.0g/m2以下。通过将抗蚀剂被膜的单位面积重量设为1.0g/m2以上，从而得到良好的耐抗蚀剂性，因此后述的蚀刻处理时可以适当进行蚀刻。另外，通过将抗蚀剂被膜的单位面积重量设为10.0g/m2以下，即使在激光的照射能量为30J/m以下的情况下，也能够适宜地除去抗蚀剂被膜。应予说明，抗蚀剂被膜的单位面积重量是抗蚀剂被膜干燥后且激光照射前的值，由抗蚀剂被膜涂布前的金属带钢与抗蚀剂被膜干燥后的金属带钢的重量差以及抗蚀剂被膜涂布面积导出。
在将抗蚀剂被膜形成用被覆剂涂布于金属带钢的至少单面而形成抗蚀剂被膜后，使抗蚀剂被膜干燥至后述的蚀刻处理前。优选抗蚀剂被膜干燥至后述的激光照射前。抗蚀剂被膜形成用被覆剂的干燥方法没有特别限定，例如可以使用热风干燥和真空干燥等。在热风干燥的情况下，干燥温度优选为180～300℃。在真空干燥的情况下优选将压力设为10Pa以下，干燥时间优选为5秒以上。
[激光照射工序]
接下来，在横穿形成了抗蚀剂被膜的金属带钢的轧制方向的方向一边扫描激光一边照射。通过该激光照射，经激光照射的部分的抗蚀剂被膜被局部地加热，气化而除去。其结果是形成露出了金属带钢的表面的抗蚀剂除去部。在该抗蚀剂除去部露出的部分在后述的蚀刻处理工序中选择性地被蚀刻，成为线状槽。
(激光)
如果金属带钢表面的激光的射束形状接近正圆，则只要不减少激光的输出，在激光照射部周边形成热影响部。热影响部可以在蚀刻时被除去，导致槽宽度的增大，因此形成宽度窄的线状槽，特别是从提高方向性电磁钢板铁损的降低效果的观点考虑不优选。因此，将激光的金属带钢表面(钢板表面)的射束形状设为椭圆状，优选以长轴与扫描方向平行的方式，并且以短轴与扫描方向正交的方式一边扫描一边进行激光照射，从而使基于激光的能量投入在时间上分散，因此抑制热影响部的形成。为了抑制热影响部的形成，将射束形状的长轴直径与短轴直径之比即长短轴比设为5.0以上。抑制蚀刻处理后的线状槽的槽宽度的增大，形成具有所希望的槽宽度的线状槽，特别是从提高方向性电磁钢板铁损减少效果的观点考虑，射束的长短轴比优选为20以上，更优选为50以上，进一步优选为100以上。应予说明，射束的长短轴比的上限没有特别限定，但优选为100000以下。通过将射束的长短轴比设为100000以下，从而能够防止射束从金属带钢的宽度端部溢出，能够进一步降低用于保护设备免受溢出的射束影响的成本。另外，优选射束形状的长轴方向与激光的扫描方向是平行的，但即使长轴方向与扫描方向不平行，也能够享受本公开的效果。射束形状的长轴方向相对于激光的扫描方向所成的角度优选为30°以内，更优选为10°以内。作为在金属带钢表面将激光的射束形状形成为椭圆状的方法，除了使用出射光成为椭圆形的半导体激光的方法之外，还有利用圆柱透镜将圆形的激光束转换为椭圆状的方法、或者使激光反射到旋转驱动的多面反射镜而形成椭圆状的方法。通过调整相对于金属带钢表面的激光的照射角度，也能够使金属带钢表面的射束形状为椭圆状。
相对于射束形状的短轴直径的长轴直径如下测定。首先，使用市售的CCD相机型固定式光束分析仪，在金属带钢表面，测定激光的长轴方向的射束的强度分布，在该射束分布中，将射束强度为射束强度的最大值的0.135倍的2点间的分布条带宽度作为长轴方向的射束直径(长轴直径)。接着，也同样地测定激光的短轴方向的射束直径(短轴直径)，将得到的长轴直径除以短轴直径，得到长短轴比。
激光的扫描正交方向的射束直径特别是从方向性电磁钢板得到优异的铁损特性的观点考虑优选为10μm～100μm。扫描正交方向的射束直径如下进行测定。使用市售的CCD相机型固定式光束分析仪，在金属带钢表面，测定激光的扫描正交方向的射束的强度分布，在该射束分布中，将射束强度为射束强度的最大值的0.135倍的2点间的分布条带宽度设为扫描正交方向的射束直径。应予说明，在射束形状的长轴方向与激光的扫描方向一致的情况下，射束形状的短轴直径成为扫描正交方向的射束直径。
激光的照射能量越大，抗蚀剂被膜的除去残留越少，但从防止金属带钢的熔解，形成更均匀的形状的线状槽的观点考虑，激光的照射能量优选为40J/m以下，进一步优选为30J/m以下，进一步优选为10J/m以下。应予说明，激光的照射能量的下限没有特别限定，为了适宜地除去抗蚀剂被膜，优选激光的照射能量为3J/m以上。
应予说明，激光的种类可以从生产率的观点以及方向性电磁钢板进一步的铁损特性的观点考虑确定。从提高方向性电磁钢板的铁损特性的观点考虑，窄的槽宽度是有利的，因此优选使用聚光性高的激光装置，使抗蚀剂被膜除去宽度变窄。另一方面，从生产率的观点考虑，要求以高速进行激光扫描。在以高速进行激光扫描的情况下，为了确保除去所需要的能量密度，优选使用输出更高的激光照射装置。因此，为了兼具射束聚光性和激光输出，激光的种类优选为单模纤维激光。从高速化的观点考虑，激光的扫描优选通过电流镜、多面反射镜等镜子的旋转驱动进行。
一般使用的金属带钢大都板宽度为1m左右。为了在具有1m左右的板宽度的金属带钢的板宽度整个区域更均匀地照射激光，激光照射装置优选为2台以上。
激光的扫描优选直线状进行。另外，激光的扫描方向可以是横穿金属带钢的轧制方向的方向。
在上述的激光照射工序，照射了激光的部分的抗蚀剂被膜通过有机化合物的气化和无机化合物的飞散而除去。因此，优选在激光照射工序后，使用集尘机和排气清洗装置中的至少一方，回收通过送风或吸引而除去的抗蚀剂被膜。可以一边进行激光照射，一边将送风或者吸引除去的抗蚀剂被膜回收。但是，为了防止金属带钢因送风或吸引而振动而使焦点偏移，一边进行激光照射一边进行送风或者吸引时的集尘机或者排气清洗装置的风量优选为100m3/min以下。另外，上述风量的下限没有特别限定，从适当回收被除去的抗蚀剂被膜的观点考虑，风量优选为10m3/min以上。
[蚀刻处理工序]
激光照射工序结束后，实施蚀刻处理，在金属带钢的表面形成线状槽。用于蚀刻处理的方法没有特别限定，但优选使用化学蚀刻和电解蚀刻中的至少一方。从控制线状槽的板厚方向的槽深度的观点考虑，更优选使用电解蚀刻作为蚀刻处理的方法。作为蚀刻处理的方法使用化学蚀刻的情况下，例如可以将含有选自FeCl3、HNO3、HCl以及H2SO4中的至少1种的水溶液用作蚀刻液。另外，在电解蚀刻的情况下，例如可以将含有选自NaCl、KCl、CaCl2以及NaNO3中的至少1种的水溶液用作蚀刻液(电解液)。
另外，优选一边搅拌蚀刻液一边实施蚀刻处理。通过搅拌蚀刻液来消除蚀刻槽内的电解液的温度和物质浓度的失衡，能够更均匀地进行蚀刻。另外，也可以通过搅拌蚀刻液，提高蚀刻槽内的电解液的流速，提高蚀刻效率。进行上述搅拌的方法没有特别限定，例如可以通过基于搅拌部件的机械搅拌和使蚀刻液循环进行的搅拌等。进行机械搅拌的情况下，优选考虑对蚀刻液的耐性，使用树脂制的搅拌部件。在基于循环进行搅拌的情况下，例如在蚀刻槽内设置蚀刻液的喷出口，能够使用泵等使蚀刻液从上述喷出口喷出。
利用电解蚀刻实施蚀刻处理的情况下，可以利用任意的方法进行向金属带钢的通电。例如使用径向池方式或者水平池方式的蚀刻槽，利用直接通电或者间接通电对金属带钢进行通电。通电的电解条件根据成为蚀刻处理的对象的钢板的种类和所使用的电解液等适当地调整即可，例如可以在1～100A/dm2的范围内调整电流密度。
由蚀刻处理形成的线状槽的槽宽度和槽深度可以根据激光的射束形状和蚀刻条件进行调整，从提高方向性电磁钢板的磁特性的观点考虑，优选将线状槽的槽宽度设为10μm以上，并且优选设为100μm以下。另外，关于线状槽的板厚方向的深度，优选为10μm以上，并且优选为40μm以下。这里，在本实施方式涉及的线状槽形成方法中，线状槽的槽宽度与抗蚀剂除去宽度几乎一致，因此激光的扫描正交方向的射束直径优选为10μm以上，优选为100μm以下。
在本线状槽形成方法中，上述条件以外的条件可以根据常规方法进行。
应予说明，本线状槽形成方法优选除了上述的抗蚀剂被膜形成工序、激光照射工序和蚀刻处理工序之外，在上述(2)激光照射工序后且上述(3)蚀刻处理工序前，为了监视抗蚀剂被膜的除去的状况，还具有拍摄装置将激光照射部放大进行拍摄的图像拍摄工序。拍摄装置将所拍摄的图像供给于解析部。解析部基于由拍摄装置获取的图像以及激光的扫描正交方向的射束直径来确定抗蚀剂除去比率。可以使用该抗蚀剂除去比率来调整激光的照射条件等。并且，可以记录抗蚀剂除去比率在产品管理中活用。根据激光照射部的抗蚀剂被膜的除去的状况，槽形状变化，因此抗蚀剂被膜除去状况的监视可以用槽宽度的监视代替。然而，槽形状也受到抗蚀剂被膜除去以外的影响，因此更优选直接监视槽形成前的抗蚀剂被膜的除去的状况。
＜方向性电磁钢板的制造方法＞
本实施方式所涉及的线状槽形成方法可以适宜地应用于方向性电磁钢板的制造。本实施方式涉及的方向性电磁钢板的制造方法是对钢坯实施热轧而制成热轧钢板；接着，对上述热轧钢板或者对上述热轧钢板实施热轧板退火而得到的热轧退火板，实施1次或者隔着中间退火的2次以上的冷轧而制成冷轧钢板；接着，对上述冷轧钢板实施一次再结晶退火而制成一次再结晶板；接着，对上述一次再结晶板实施二次再结晶退火而制成二次再结晶板；在上述热轧后的任一钢板的至少单面，利用上述的线状槽形成方法形成线状槽。
将线状槽形成方法应用于方向性电磁钢板的制造的情况下，成为线状槽形成的对象的金属带钢可以是热轧后的任一钢板。更具体而言，成为槽形成的对象的金属带钢可以是热轧后的热轧钢板、对热轧钢板进行热轧板退火的热轧退火板、冷轧为1次的情况下的冷轧后的冷轧钢板、冷轧为隔着中间退火的2次以上的情况下的中间退火前或后的冷轧钢板或者中间退火后冷轧后的冷轧钢板、一次再结晶退火后的一次再结晶板、二次再结晶退火后的二次再结晶板。
制造上述方向性电磁钢板的情况下的成分组成没有特别限定，可以为任意的成分组成。从降低方向性电磁钢板的铁损的观点考虑，优选为以2.0～8.0质量％的范围含有Si的成分组成，并且从通板性的观点考虑，更优选为以2.5～4.5质量％的范围含有Si的成分组成。
应予说明，作为制造方向性电磁钢板情况下的成分组成优选的Si以外的成分组成如下。当然，并不限于以下的成分组成，即使是任一方向性电磁钢板，通过应用本公开，也可靠地改善应用前的钢板的铁损。
C：0.01～0.08质量％
C是改善一次再结晶时的织构所需要的元素，为了得到该效果，优选含有0.01质量％以上。另外，从利用一次再结晶退火将C的含量适宜地减少至不会发生磁时效的量的观点考虑，C的含量优选为0.08质量％以下。更优选C的含量为0.03质量％以上。另外，更优选C的含量为0.07质量％以下。
Mn：0.005～1.0质量％
Mn是对改善热加工性有效的元素。为了得到上述效果，Mn的含量优选为0.005质量％以上。另外，从得到更好的磁通密度的观点考虑，Mn的含量优选为1.0质量％以下。更优选Mn的含量为0.010质量％以上。另外，更优选Mn的含量为0.2质量％以下。
另外，用于本公开的方向性电磁钢板的制造的钢坯材的上述成分以外的基本成分在为了引起二次再结晶而利用抑制剂的情况与不利用的情况不同。
在为了引起二次再结晶而使用抑制剂的情况下，形成包含各种抑制剂成分的成分组成。例如在利用AlN系抑制剂时，优选分别以Al：0.01～0.065质量％、N：0.005～0.012质量％的范围含有Al和N。另外，在利用MnS·MnSe系抑制剂时，优选含有S：0.005～0.03质量％和Se：0.005～0.03质量％中的至少一方。
另一方面，在为了引起二次再结晶而不利用抑制剂的情况下，作为抑制剂成分的Al、N、S和Se分别优选减少到Al：0.0100质量％以下、N：0.0050质量％以下、S：0.0050质量％以下、Se：0.0050质量％以下。
另外，用于本实施方式涉及的方向性电磁钢板的制造的钢坯材中，除了上述基本成分之外，除了进一步改善磁特性的目的，除了上述成分组成之外，进一步可以含有选自Ni：0.03～1.50质量％、Sn：0.01～1.50质量％、Sb：0.005～1.50质量％、Cu：0.03～3.0质量％、P：0.03～0.50质量％、Mo：0.005～0.10质量％和Cr：0.03～1.50质量％中的1种或2种以上。
Ni是对改善热轧板组织而提高磁特性有用的元素。为了得到磁特性的提高效果，优选Ni的含量为0.03质量％以上。另外，从使二次再结晶粒适当发展而提高磁特性的观点考虑，Ni的含量优选为1.50质量％以下。另外，Sn、Sb、Cu、P、Mo和Cr是对磁特性的提高有用的元素。为了得到磁特性的提高效果，优选均在上述的各下限值以上含有这些元素。另外，从适当地使二次再结晶粒发达的观点考虑，优选均在上述上限以下含有这些元素。
在用于本实施方式涉及的方向性电磁钢板的制造的钢坯材中，上述成分以外的剩余部分可以是Fe和不可避免的杂质。应予说明，C在一次再结晶退火中脱碳，Al、N、S和Se在二次再结晶退火中被纯化，因此在二次再结晶退火后的钢板(方向性电磁钢板)中，这些成分降低到不可避免的杂质程度的含量。
在制造方向性电磁钢板的情况下，从提高铁损降低效果的观点考虑，优选将相对于金属带钢的板宽度方向(轧制正交方向TD)的激光扫描方向的角度设为40°以下。更优选激光的扫描方向与金属带钢的板宽度方向平行(将相对于钢板的板宽度方向的激光扫描方向的角度设为0°)。另外，激光照射工序中的激光扫描优选在上述钢板的轧制方向周期性地进行。换言之，优选以在钢板的轧制方向以一定的间隔形成抗蚀剂除去部的方式重复进行激光扫描。钢板的轧制方向的抗蚀剂除去部的间隔(以下，也称为“抗蚀剂除去部的间隔”)优选为2mm以上，并且优选为10mm以下。由蚀刻处理形成的线状槽的轧制方向的间隔(以下也称为“线状槽的间隔”)与抗蚀剂除去部的间隔相等，因此通过将抗蚀剂除去部的间隔设在上述范围内，能够将线状槽的间隔设在合适的范围，进一步提高方向性电磁钢板的磁特性。
实施例
接下来，基于实施例具体说明本公开。以下的实施例表示本公开的优选的一个例子，本公开并不受该实施例任何限定。
(实施例1)
为了评价激光照射条件对线状槽的形态和方向性电磁钢板的铁损特性的影响，在多个条件下在冷轧钢板的表面形成线状槽。应予说明，作为冷轧钢板，对具有含有C：0.05质量％、Si：3.25质量％、Mn：0.01质量％、Al：0.029质量％、N：0.012质量％、S：0.005质量％和Se：0.012质量％的组成(包含抑制剂成分的组成)的钢坯实施热轧而制成热轧钢板，接着，使用对该热轧钢板实施冷轧而制成0.27mm、宽度1120mm的冷轧钢板。其后，利用凹版胶印印刷法在该冷轧钢板的两面整体均匀地涂布抗蚀剂被膜形成用被覆剂。作为抗蚀剂被膜形成用被覆剂，涂布含有环氧改性三聚氰胺·醇酸树脂、以固体成分换算计40质量％的氧化镁的抗蚀剂被膜形成用被覆剂。抗蚀剂被膜的单位面积重量(干燥后)为3.0g/m2。
涂布抗蚀剂被膜形成用被覆剂后，在330℃下进行40s的干燥，在冷轧钢板的表面形成抗蚀剂被膜。接着，在表1所示的条件下，在冷轧钢板的板宽度方向一边直线状扫描一边照射激光。上述激光的扫描在钢板的轧制方向以3.5mm间隔周期性地进行。在本实验中，在冷轧钢板的板宽度方向并列设置3台单模纤维激光的照射装置，通过该3台的照射装置进行激光照射。激光的扫描速度、照射能量、激光的扫描正交方向的射束直径和激光的长短轴比如表1所示。
＜抗蚀剂被膜除去宽度的测定＞
对激光照射后的冷轧钢板，测定抗蚀剂被膜的除去宽度。利用光学显微镜观察激光照射后的冷轧钢板表面，将激光照射部的基体铁露出的区域的轧制方向的宽度在激光扫描方向1mm测定10点，将其平均值作为抗蚀剂被膜的除去宽度。应予说明，如果抗蚀剂被膜的除去宽度与扫描正交方向的射束直径之差相对于扫描正交方向的射束直径为－80％～+180％，则判断为能够以与照射的激光的直径同程度的宽度除去抗蚀剂被膜。
接着，对激光照射后的冷轧钢板实施电解蚀刻，在冷轧钢板的两面形成线状槽。作为电解液，使用25质量％的NaCl水溶液，全部冷轧钢板中以槽深度为20μm的方式预先进行电流密度调整。电解条件为电解液温度：20℃、电流密度：4～24A/dm2、通电时间：2min。蚀刻处理结束后，利用NaOH水溶液除去在冷轧钢板的表面和背面残留的抗蚀剂被膜。上述NaOH水溶液的液温保持在50～70℃的范围内。在蚀刻处理结束后，对冷轧钢板实施水洗和表面清洗处理。
其后，对冷轧钢板在850℃下实施一次再结晶退火，制成一次再结晶板，接着，对该一次再结晶板在1000℃下实施二次再结晶退火，制成二次再结晶板，接着在该二次再结晶板形成张力被膜。对于这样得到的方向性电磁钢板，与实验例1同样地测定铁损W17/50。应予说明，如果铁损W17/50为0.80W/kg以下，则判定为铁损特性优异。将测定结果一并标注于表1。
＜线状槽的槽宽度的测定＞
使用共焦激光显微镜测定轧制方向的线状槽的深度分布。将轧制面设为“高度100％”，将槽深度的最大深度设为“高度0％”，将成为“高度90％”的位置的轧制方向的宽度设为槽宽度，将在激光扫描方向测定10点的平均值作为线状槽的槽宽度。应予说明，如果线状槽的槽宽度与扫描正交方向的射束直径之差相对于扫描正交方向的射束直径为－70％～+500％以下，则判断为能够形成所希望的宽度宽度的线状槽。另外，如果线状槽的槽宽度为10μm～100μm左右，则判断为线状槽的槽宽度良好。将测定结果一并标注于表1。
[表1]
表1
Figure BDA0003914262940000181
下划线表示本发明的适当范围外
根据表1所示的结果可知，在采用本公开的范围内的线状槽形成方法的发明例中，具有所希望的槽宽度，并且能够形成槽宽度的良好的线状槽，具有与比较例相比良好的铁损特性。
(实施例2)
与实施例1同样地制造槽形成前的冷轧钢板。对该冷轧钢板，利用凹版胶印印刷法将在以水系醇酸树脂作为主成分的抗蚀剂被膜形成用被覆剂中配合了以固形物换算为0～95质量％的二氧化硅的抗蚀剂被膜形成用被覆剂均匀地涂布于整个钢板表面。抗蚀剂被膜的单位面积重量(干燥后)为3.0g/m2。在涂布抗蚀剂被膜形成用被覆剂后，以330℃进行40s的干燥。接着，在扫描速度60m/s、射束照射能量30J/m、射束的短轴直径50μm、射束的长短轴比50的条件下沿着冷轧钢板的板宽度方向一边沿着直线状扫描一边照射激光。激光的扫描在冷轧钢板的轧制方向以3.5mm间隔周期性地进行。在本实验中，沿着冷轧钢板的板宽度方向并列设置3台单模纤维激光的照射装置，通过该3台的照射装置进行激光照射。
接着，对各冷轧钢板实施电解蚀刻，在冷轧钢板的表面形成线状槽。作为电解液，使用25质量％的NaCl水溶液，以对全部的冷轧钢板形成槽深度20μm的线状槽的方式预先进行电流密度调整。电解条件为电解液温度：20℃、电流密度：4～24A/dm2、通电时间：2min。蚀刻处理结束后，将在冷轧钢板的表面和背面残留的抗蚀剂被膜利用NaOH水溶液除去。蚀刻处理结束后，对冷轧钢板实施水洗和表面清洗处理。
其后，对冷轧钢板利用850℃实施一次再结晶退火，制成一次再结晶板，接着对该一次再结晶板在1000℃下实施二次再结晶退火，制成二次再结晶板，接着对该二次再结晶板形成张力被膜。对这样得到的方向性电磁钢板，利用与实验例1相同的方法测定铁损W17/50。应予说明，如果铁损W17/50为0.80W/kg以下，则判断为铁损特性优异。将测定结果一并标注于表2。
[表2]
表2
Figure BDA0003914262940000191
下划线表示本发明的适当范围外
根据表2所示的结果可知，在采用含有20质量％以上的无机化合物的抗蚀剂被膜的发明例中，能够形成具有所希望的槽宽度且良好的槽宽度的线状槽，具有与比较例相比良好的铁损特性。
符号的说明
10 激光照射装置
20 金属带钢
30 激光
40 激光照射部

Claims (3)

1.一种线状槽形成方法，在金属带钢的至少单面形成抗蚀剂被膜，
接着，对所述抗蚀剂被膜一边在横穿所述金属带钢的轧制方向的方向进行扫描一边照射激光，将经所述激光照射的部分的所述抗蚀剂被膜除去，
接着，对所述金属带钢的除去了所述抗蚀剂被膜的部分实施蚀刻处理而形成线状槽，其中，
所述抗蚀剂被膜以固体成分换算计含有20质量％以上的无机化合物，
在所述金属带钢表面，所述激光具有长轴直径与短轴直径之比为5.0以上的椭圆状的射束形状，并且扫描正交方向的射束直径为10μm～100μm。
2.根据权利要求1所述的槽形成方法，其中，将所述激光的照射能量设为30J/m以下。
3.一种方向性电磁钢板的制造方法，对钢坯实施热轧而制成热轧钢板，
接着，对所述热轧钢板或者对所述热轧钢板实施热轧板退火而得到的热轧退火板，实施1次或者隔着中间退火的2次以上的冷轧而制成冷轧钢板，
接着，对所述冷轧钢板实施一次再结晶退火，制成一次再结晶板，
接着，对所述一次再结晶板实施二次再结晶退火，制成二次再结晶板，
在所述热轧后的任一钢板的至少单面，利用权利要求1或2所述的线状槽形成方法形成线状槽。
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