JP2022503782A - 方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法 - Google Patents

方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2022503782000001
【課題】方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法を提供する。
【解決手段】本発明の一実施例による方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向に形成された線状のグルーブを含み、グルーブは、グルーブの長手方向および鋼板の圧延面法線方向を含む断面において、傾斜部および平坦部を含み、傾斜部（ＧＳ）の長さおよび平坦部（ＵＳ）の長さが下記式１を満足する。
〔式１〕
０．１≦［ＧＳＬ］／［ＵＳＬ］≦０．５
式１中、［ＧＳＬ］は、傾斜部の長さ（ｍｍ）を示し、［ＵＳＬ］は、平坦部の長さ（ｍｍ）を示す。
【選択図】図１

Description

本発明は、方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法に係り、より詳しくは、鋼板に形成されるグルーブの形状を調節した方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法に関する。
方向性電磁鋼板は、変圧器などの電磁製品の鉄心材料として用いられ、機器の電力損失を低減することによってエネルギー変換効率を向上させることができる。このため、鉄心素材の鉄損に優れ、積層および巻取の際に占積率が高い鋼板が要求される。
方向性電磁鋼板とは、熱延、冷延および焼鈍工程により２次再結晶された結晶粒が圧延方向に対し｛１１０｝＜００１＞方向に配向された集合組織（「Ｇｏｓｓ Ｔｅｘｔｕｒｅ」ともいう）を有する機能性鋼板をいう。
方向性電磁鋼板の鉄損を低くする方法として、磁区微細化方法が知られている。つまり、磁区をスクラッチやエネルギー的な衝撃を与えることにより方向性電磁鋼板を有する大きな磁区のサイズを微細化させることである。この場合、磁区が磁化され、その方向が変わる時、エネルギー的消耗量を磁区のサイズが大きい場合に比べ低減させることができる。磁区微細化方法としては、熱処理後にも改善効果が維持される永久磁区微細化と、そうでない一時磁区微細化とがある。
回復（Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）が現れる熱処理温度以上での応力緩和熱処理後にも鉄損改善効果を示す永久磁区微細化方法は、エッチング法、ロール法およびレーザ法に区分することができる。エッチング法は、溶液内の選択的な電気化学反応で鋼板表面に溝（グルーブ、ｇｒｏｏｖｅ）を形成させるため、溝の形状を制御しにくく、最終製品の鉄損特性を幅方向に均一に確保することが困難である。これとともに、溶媒として用いる酸溶液によって環境に負荷をかけるという欠点を有する。
ロールによる永久磁区微細化方法は、ロールに突起形状を加工してロールや板を加圧することによって、板表面に一定の幅と深さを有する溝を形成した後、焼鈍することによって、溝下部の再結晶を部分的に発生させ、鉄損改善効果を示す磁区微細化技術である。ロール法は、機械加工に対する安定性、及び厚さに応じた安定した鉄損の確保が得にくく、信頼性に乏しく、またプロセスが複雑であり、溝形成直後（応力緩和焼鈍前）に鉄損と磁束密度特性が劣化するという欠点を有する。
レーザによる永久磁区微細化方法は、高出力のレーザを高速で移動する電磁鋼板の表面部に照射し、レーザ照射により基地部の溶融を伴うグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）を形成させる方法である。欠点としては、一定深さ以上のグルーブを形成した場合、鉄粉が多量に発生して一部固着化され、一部に粉塵として飛散し、更に一部は粉末として鉄板に落ちて表面欠陥を誘発するという点である。グルーブの深さが増加するほど、鉄損が減少するが、自由面がグルーブのない時に比べて広くなるため、磁束密度つまり、単位面積あたりに通る磁力線の量が減少する。つまり、エネルギー伝達量が従来に比べて減少する。鉄損の減少によるエネルギー効率が増加しても一定以上に磁束密度が減少する場合、変圧器としての効用性を失ってしまう問題が発生する。
本発明の目的とするところは、方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法を提供することにある。具体的には、鋼板に形成されるグルーブの形状を調節して鉄損を改善すると同時に磁束密度の劣化を抑制した方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施例による方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向に形成された線状のグルーブを含み、グルーブは、グルーブの長手方向および鋼板の圧延面法線方向を含む断面において、傾斜部および平坦部を含み、傾斜部（ＧＳ）の長さおよび平坦部（ＵＳ）の長さが下記式１を満足することを特徴とする。
〔式１〕
０．１≦［ＧＳＬ］／［ＵＳＬ］≦０．５
式１中、［ＧＳＬ］は、傾斜部の長さ（ｍｍ）を示し、［ＵＳＬ］は、平坦部の長さ（ｍｍ）を示す。
傾斜部は、グルーブの長手方向および鋼板の圧延面法線方向を含む断面において、グルーブおよび鋼板の境界地点の左側１ｍｍおよび右側１ｍｍの直線を連結した仮想の線と鋼板表面とのなす角度が３０～９０°の部分を意味し、平坦部は、仮想の線と鋼板表面とのなす角度が０°以上および３０°未満の部分を意味する。
傾斜部（ＧＳ）の長さは、１５～１００ｍｍであることがよい。
平坦部（ＵＳ）の長さは、１００～２５０ｍｍであることがよい。
鋼板表面と傾斜部とのなす平均角度（θＧＡ）は、２５～５０°であることができる。
鋼板表面と平坦部とのなす平均角度は、０～１０°であることがよい。
グルーブの深さは、３～３０μｍであることができる。
グルーブの長手方向と鋼板の圧延方向とは、７５～８８°の角度をなすことが好ましい。
グルーブと１ｍｍ以下の範囲で、鋼板の幅方向に対して、１００μｍあたりヒルアップの個数が３以上であることができる。
グルーブの下部に形成された凝固合金層を含み、凝固合金層は、平均粒径が１～１０μｍの再結晶を含むことが好ましい。
本発明の一実施例による方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向に形成された線状のグルーブを含み、グルーブは、グルーブの長手方向および鋼板の圧延面法線方向を含む断面において、傾斜部および平坦部を含み、前記傾斜部（ＧＳ）の幅および前記平坦部（ＵＳ）の幅が下記式２を満足することを特徴とする。
〔式２〕
１．５≦［ＧＳＷ］／［ＵＳＷ］≦２．０
式２中、［ＧＳＷ］は、傾斜部の幅（μｍ）を示し、［ＵＳＷ］は、平坦部の幅（μｍ）を示す。
傾斜部は、グルーブの長手方向および鋼板の圧延面法線方向を含む断面において、グルーブおよび鋼板の境界地点の左側１ｍｍおよび右側１ｍｍの直線を連結した仮想の線と鋼板表面とのなす角度が３０～９０°の部分を意味し、平坦部は、仮想の線と鋼板表面とのなす角度が０°以上および３０°未満の部分を意味する。
平坦部（ＵＳ）の幅は、１０～１００μｍであることがよい。
傾斜部（ＧＳ）の幅は、５０～１５０μｍであることがよい。
グルーブの長手方向と傾斜部とのなす平均角度は、２５～５０°であることができる。
グルーブの長手方向と平坦部とのなす平均角度は、０～５°であることが好ましい。
本発明の一実施例による方向性電磁鋼板の磁区微細化方法は、方向性電磁鋼板を用意する段階、および方向性電磁鋼板の一面に、圧延方向と交差する方向にレーザを照射して、グルーブを形成する段階を含み、グルーブを形成する段階は、傾斜部を形成する段階および平坦部を形成する段階を含み、傾斜部を形成する段階は、平均エネルギー密度が０．０５～０．５Ｊ／ｍｍ２のレーザを照射し、平坦部を形成する段階は、平均エネルギー密度が０．５Ｊ／ｍｍ２超過～５Ｊ／ｍｍ２のレーザを照射し、
傾斜部（ＧＳ）の長さおよび平坦部（ＵＳ）の長さが下記式１を満足することを特徴とする。
〔式１〕
０．１≦［ＧＳＬ］／［ＵＳＬ］≦０．５
式１中、［ＧＳＬ］は、傾斜部の長さ（ｍｍ）を示し、［ＵＳＬ］は、平坦部の長さ（ｍｍ）を示す。
傾斜部を形成する段階で、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、レーザのエネルギー密度が増加することができる。
傾斜部を形成する段階で、レーザのエネルギー密度は、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、１ｍｍあたり０．０１～０．０８Ｊ／ｍｍ２の範囲で増加することがよい。
レーザビームの形状は、幅１０～２００μｍ、長さ３００～５０００μｍでああることが好ましい。
本発明の一実施例による方向性電磁鋼板の磁区微細化方法は、方向性電磁鋼板を用意する段階、および方向性電磁鋼板の一面に圧延方向と交差する方向にレーザを照射してグルーブを形成する段階を含み、グルーブを形成する段階は、傾斜部を形成する段階および平坦部を形成する段階を含み、前記傾斜部を形成する段階は、レーザの平均焦点深度が１５０μｍ超過～５００μｍであり、平坦部を形成する段階は、レーザの平均焦点深度が０～１５０μｍであることが好ましい。
傾斜部を形成する段階で、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、レーザの焦点深度が減少することがよい。
傾斜部を形成する段階で、レーザの焦点深度は、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、１ｍｍあたり１～１０μｍの範囲で減少することができる。
本発明よると、本発明の方向性電磁鋼板は、グルーブの形状を適切に制御することによって、鉄損を改善すると同時に磁束密度の劣化を抑制することができる。
本発明の一実施例による方向性電磁鋼板の圧延面（ＮＤ面）の模式図である。 本発明の一実施例による方向性電磁鋼板のＮＤ方向－Ｘ方向の面の模式図である。 図２における傾斜部の部分拡大図である。 図２における平坦部の部分拡大図である。 鋼板表面と傾斜部とのなす平均角度（θＧＡ）を示す図である。 本発明の一実施例による方向性電磁鋼板の圧延面（ＮＤ面）の模式図である。 本発明の一実施例による方向性電磁鋼板の圧延面（ＮＤ面）の模式図である。 照射位置とレーザのエネルギー密度との関係を示すグラフである。 照射位置とレーザの焦点深度との関係を示すグラフである。
第１、第２および第３などの用語は、多様な部分、成分、領域、層および／またはセクションを説明するために使用されるが、これらに限定されない。これらの用語は、ある部分、成分、領域、層またはセクションを他の部分、成分、領域、層またはセクションと区別するためにのみ使用される。したがって、以下に述べる第１部分、成分、領域、層またはセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で第２部分、成分、領域、層またはセクションと言及される。
ここで使用される専門用語は、単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数形態は、文章がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分の存在や付加を除外させるものではない。
ある部分が他の部分の「上に」あると言及した場合、これは直に他の部分の上にあるか、その間に他の部分が伴ってもよい。対照的に、ある部分が他の部分の「真上に」あると言及した場合、その間に他の部分が介在しない。
特に定義しないが、ここに使用される技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同一の意味を有する。通常使用される辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、特別に定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味で解釈されない。
以下、本発明の実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
図１には、本発明の一実施例により磁区微細化された方向性電磁鋼板１０の模式図を示した。
図１に示したとおり、本発明の一実施例による方向性電磁鋼板１０は、電磁鋼板１０の一面または両面に、圧延方向（ＲＤ方向）と交差する方向に形成された線状のグルーブ２０を含む。
図１に示したとおり、線状のグルーブは、圧延垂直方向（ＴＤ方向、鋼板の幅方向）に沿って２～１０個断続的に形成される。図１は、線状のグルーブは、圧延垂直方向（ＴＤ方向、鋼板の幅方向）に沿って３個断続的に形成された場合を示す。
図１に示したとおり、グルーブの長手方向（Ｘ方向）と鋼板の圧延方向（ＲＤ方向）とは、７５～８８°の角度（θ）をなすことができる。前述した角度を形成する時、方向性電磁鋼板の鉄損を改善するのに寄与することができる。
図１に示していないが、グルーブと１ｍｍ以下の範囲で、鋼板の幅方向に対して、１００μｍあたりヒルアップの個数が３以上形成される。これは、本発明の一実施例において、グルーブがレーザ照射により形成されることに起因する。グルーブと１ｍｍ以下の範囲とは、圧延面（ＮＤ面）に対して、圧延方向（ＲＤ方向）に上および下に１ｍｍ以下の範囲を意味する。ヒルアップの個数は、ヒルアップの高さが１μｍ以上、直径が１μｍ以上のヒルアップをその対象とする。ヒルアップの個数が適切に形成されている場合、方向性電磁鋼板の積層に際して、方向性電磁鋼板間の密着性を向上させるのに寄与することができる。
図１に示していないが、グルーブの下部に形成された凝固合金層を含み、凝固合金層は、平均粒径が１～１０μｍの再結晶を含むことができる。これは、本発明の一実施例において、グルーブがレーザ照射により形成されることに起因する。凝固合金層および凝固合金層内の再結晶が適切に形成されている場合、方向性電磁鋼板の鉄損を改善するのに寄与することができる。
図２は、図１の３０で表示したグルーブの一部分を拡大した図であって、本発明の一実施例による方向性電磁鋼板のＮＤ方向－Ｘ方向の面の模式図を示した。
図２に示したとおり、グルーブは、グルーブの長手方向および鋼板の圧延面法線方向を含む断面において、傾斜部（ＧＳ）および平坦部（ＵＳ）を含む。
傾斜部（ＧＳ）は、グルーブの長手方向（Ｘ方向）および鋼板の圧延面法線方向（ＮＤ方向）を含む断面において、グルーブおよび鋼板の境界地点の左側１ｍｍおよび右側１ｍｍの直線を連結した仮想の線と鋼板表面とのなす角度（θＧ）が３０～９０°の部分を意味し、平坦部は、仮想の線と鋼板表面とのなす角度（θＵ）が０°以上および３０°未満の部分を意味する。
図３には、傾斜部（ＧＳ）の部分拡大図を示した。図３に示したとおり、グルーブおよび鋼板の境界地点の左側１ｍｍおよび右側１ｍｍの直線を連結した仮想の線と鋼板表面とのなす角度（θＧ）が３０～９０°になる。グルーブの両端部から１ｍｍ未満で離れた部分の場合、前述した傾斜部（ＧＳ）および平坦部（ＵＳ）の定義による区分が不可能であり、傾斜部（ＧＳ）に相当するとみなす。
図４には、平坦部（ＵＳ）の部分拡大図を示した。図４に示したとおり、グルーブおよび鋼板の境界地点の左側１ｍｍおよび右側１ｍｍの直線を連結した仮想の線と鋼板表面とのなす角度（θＵ）が０°以上および３０°未満になる。平坦部（ＵＳ）の両端部は傾斜部（ＧＳ）と当接しており、平坦部（ＵＳ）および傾斜部（ＧＳ）が当接している部分を境界部という。
本発明の一実施例では、平坦部（ＵＳ）の長さおよび傾斜部（ＧＳ）の長さの間の関係を制御することによって、鉄損を改善すると同時に磁束密度の劣化を抑制することができる。レーザを数台用いてグルーブを形成する場合、「∪」字状のように、傾斜部（ＧＳ）がほとんど形成されず、平坦部（ＵＳ）だけが形成される。しかし、このように傾斜部（ＧＳ）なしに平坦部（ＵＳ）だけを形成した場合、グルーブの深さによって磁束密度が劣化する問題が発生する。本発明の一実施例では、傾斜部の長さおよび平坦部の長さが下記式１を満足するように形成することによって、鉄損を改善すると同時に磁束密度の劣化を抑制することができる。
〔式１〕
０．１≦［ＧＳＬ］／［ＵＳＬ］≦０．５
（式１中、［ＧＳＬ］は、傾斜部の長さ（ｍｍ）を示し、［ＵＳＬ］は、平坦部の長さ（ｍｍ）を示す。）
式１の値が小さすぎる場合、つまり、傾斜部を相対的に適切に確保できない場合、前述のように、グルーブの深さによって磁束密度が劣化する問題が発生する虞があるる。式１の値が大きすぎる場合、つまり、傾斜部が相対的に過度に長く形成された場合、全体的なグルーブの深さを確保できず、鉄損の改善が不十分になる虞がある。さらに具体的には、式１の値が０．２～０．４になることがよい。
図２に示したとおり、傾斜部または平坦部が連続的につながらず、断絶することも可能であり、この場合、傾斜部の長さまたは平坦部の長さは、グルーブ内のすべての傾斜部または平坦部の長さの合計を意味する。
傾斜部（ＧＳ）の長さは、１５～１００ｍｍであることがよい。傾斜部（ＧＳ）の長さが短すぎる場合、グルーブの深さによって磁束密度が劣化する問題が発生する。傾斜部（ＧＳ）の長さが長すぎる場合、全体的なグルーブの深さを確保できず、鉄損の改善が不十分になる。さらに具体的には、傾斜部（ＧＳ）の長さは、３０～７５ｍｍであることがよい。
平坦部（ＵＳ）の長さは、１００～２５０ｍｍであることがよい。平坦部（ＵＳ）の長さが短すぎる場合、全体的なグルーブの深さを確保できず、鉄損の改善が不十分になる。平坦部（ＵＳ）の長さが長すぎる場合、グルーブの深さによって磁束密度が劣化する問題が発生する。さらに具体的には、傾斜部（ＧＳ）の長さは、１５０～２００ｍｍであることがよい。
鋼板表面と傾斜部とのなす平均角度（θＧＡ）は、２５～５０°であることがよい。この時、鋼板表面と傾斜部とのなす平均角度（θＧＡ）とは、傾斜部の両端部を通過する仮想の線と鋼板表面とのなす角度（θＧＡ）を意味する。さらに具体的には、グルーブの端部および傾斜部および平坦部の境界部を通過する仮想の線と鋼板表面とのなす角度（θＧＡ）を意味する。図５にはこれについて説明している。傾斜部が複数形成された場合、複数の傾斜部それぞれに対する平均角度（θＧＡ）が２５～５０°であることがよい。
鋼板表面と平坦部とのなす平均角度は、０～１０°であることがよい。この時、鋼板表面と平坦部とのなす平均角度とは、平坦部の両端部を通過する仮想の線と鋼板表面とのなす角度を意味する。さらに具体的には、傾斜部および平坦部の両境界部を通過する仮想の線と鋼板表面とのなす角度を意味する。平坦部が複数形成された場合、複数の平坦部それぞれに対する平均角度が０～１０°であることがよい。
グルーブの深さ（ＧＤ）は、３～３０μｍであることがよい。グルーブの深さ（ＧＤ）については図２に説明したグルーブ内において、鋼板の表面とＮＤ方向に最も遠い長さを意味する。グルーブの深さ（ＧＤ）が浅すぎると、鉄損改善効率が低下することになる。逆に、グルーブの深さ（ＧＤ）が深すぎると、磁束密度が大きく劣化することになる。
本発明の一実施例による方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向に形成された線状のグルーブを含み、グルーブは、グルーブの長手方向および鋼板の圧延面法線方向を含む断面において、傾斜部および平坦部を含み、傾斜部（ＧＳ）の幅および平坦部（ＵＳ）の幅が下記式２を満足する。
〔式２〕
１．５≦［ＧＳＷ］／［ＵＳＷ］≦２．０
式２中、［ＧＳＷ］は、傾斜部の幅（μｍ）を示し、［ＵＳＷ］は、平坦部の幅（μｍ）を示す。
このように傾斜部の幅を平坦部の幅に比べて長くすることによって、鉄損を改善すると同時に磁束密度の劣化を抑制することができる。傾斜部の幅とは、圧延面（ＮＤ面）に対して、傾斜部のうちグルーブを形成する線の間隔が最も遠い部分の長さを意味する。
図６には、本発明の一実施例による方向性電磁鋼板の圧延面（ＮＤ面）の模式図を示した。図６には、傾斜部（ＧＳ）の幅および平坦部（ＵＳ）の幅を表示している。図６には、傾斜部（ＧＳ）の幅がグルーブ端部におけるグルーブ幅として表示しているが、これに限定されるものではない。
式２の値が少なすぎるか、大きすぎる場合、鉄損および磁束密度の面で劣位となる。さらに具体的には、式２の値は、１．６５～１．８５になる。
平坦部（ＵＳ）の幅は、１０～１００μｍであることがよい。平坦部の幅が過度に小さいか、大きい場合、前記式２の値を満足しにくく、鉄損および磁束密度の面で劣位となる。さらに具体的には、平坦部（ＵＳ）の幅は、３０～７０μｍであることが好ましい。
傾斜部（ＧＳ）の幅は、５０～１５０μｍであることがよい。平坦部の幅が過度に狭いか、広い場合、上記の式２の値を満足しにくく、鉄損および磁束密度の面で劣位となる。さらに具体的には、傾斜部（ＧＳ）の幅は、８０～１００μｍであることが好ましい。
グルーブの長手方向（Ｘ方向）と傾斜部とのなす平均角度（θＧＢ）は、２５～５０°であることがよい。グルーブの長手方向と傾斜部とのなす平均角度（θＧＢ）とは、傾斜部の両端部を通過する仮想の線とグルーブの長手方向とのなす角度（θＧＢ）を意味する。さらに具体的には、グルーブの端部および傾斜部および平坦部の境界部を通過する仮想の線とグルーブの長手方向とのなす角度（θＧＢ）を意味する。図７にはこれについて説明している。傾斜部が複数形成された場合、複数の傾斜部それぞれに対する平均角度（θＧＢ）が２５～５０°であることがよい。
グルーブの長手方向（Ｘ方向）と平坦部とのなす平均角度は、０～５°であることがよい。この時、グルーブの長手方向と平坦部とのなす平均角度とは、平坦部の両端部を通過する仮想の線と鋼板表面とのなす角度を意味する。さらに具体的には、傾斜部および平坦部の両境界部を通過する仮想の線とグルーブの長手方向とのなす角度を意味する。平坦部が複数形成された場合、複数の平坦部それぞれに対する平均角度が０～５°であることがよい。
本発明の一実施例による方向性電磁鋼板の磁区微細化方法は、方向性電磁鋼板１０を用意する段階、および方向性電磁鋼板の一面に、圧延方向と交差する方向にレーザを照射して、グルーブを形成する段階を含む。
まず、方向性電磁鋼板１０を用意する。本発明の一実施例では、磁区微細化方法および形成されるグルーブ２０の形状にその特徴があるものであって、磁区微細化の対象になる方向性電磁鋼板は制限なく使用可能である。特に、方向性電磁鋼板の合金組成とは関係なく本発明の効果が発現する。したがって、方向性電磁鋼板の合金組成に関する具体的な説明は省略する。
本発明の一実施例において、方向性電磁鋼板は、スラブから熱間圧延および冷間圧延により所定の厚さに圧延された方向性電磁鋼板である。あるいは冷間圧延後、最終焼鈍過程でベースコーティング層が形成された方向性電磁鋼板、ベースコーティング層上に絶縁被膜層がさらに形成された方向性電磁鋼板を用いることも可能である。
上記のとおり、本発明の一実施例では、グルーブの形状を制御することによって、鉄損を改善すると同時に磁束密度の劣化を抑制しようとするものである。その具体的な方法として、方向性電磁鋼板の一面に、圧延方向と交差する方向にレーザを照射して、グルーブを形成する段階を含み、グルーブを形成する段階は、傾斜部を形成する段階および平坦部を形成する段階を含む。傾斜部および平坦部を形成する時、レーザのエネルギー密度を異なるよう調節することによって、傾斜部および平坦部を上記の形状に形成することができる。傾斜部および平坦部の形状については上記の説明と同一であるので、重複する説明は省略する。
具体的には、傾斜部を形成する段階は、平均エネルギー密度が０．０５～０．５Ｊ／ｍｍ２のレーザを照射し、平坦部を形成する段階は、平均エネルギー密度が０．５Ｊ／ｍｍ２超過～５Ｊ／ｍｍ２のレーザを照射する。図２に示したとおり、傾斜部を形成する段階または平坦部を形成する段階は、２回以上の複数回含むことができる。図２は、傾斜部を形成する段階、平坦部を形成する段階、および傾斜部を形成する段階で行われた例である。
傾斜部を形成する段階は、平均エネルギー密度が０．０５～０．５Ｊ／ｍｍ２のレーザを照射することが好ましい。エネルギー密度が過度に低いか、高い場合、適切な傾斜部が形成されなくなる。さらに具体的には、傾斜部を形成する段階は、平均エネルギー密度が０．１～０．３Ｊ／ｍｍ２のレーザを照射することが好ましい。
平坦部を形成する段階は、平均エネルギー密度が０．５Ｊ／ｍｍ２超過～５Ｊ／ｍｍ２のレーザを照射することが好ましい。エネルギー密度が過度に低いか、高い場合、適切な平坦部が形成されなくなる。さらに具体的には、平坦部を形成する段階は、平均エネルギー密度が１～３Ｊ／ｍｍ２のレーザを照射することが好ましい。
図８には、照射位置とレーザのエネルギー密度との関係を示すグラフを示した。図８に示したとおり、傾斜部を形成する段階で、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、レーザのエネルギー密度が増加することができる。さらに具体的には、傾斜部を形成する段階で、レーザのエネルギー密度は、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、１ｍｍあたり（ＧＳＬ）０．０１～０．０８Ｊ／ｍｍ２の範囲で増加することができる。
増加度が小さすぎる場合、傾斜部の長さが相対的に長くなる問題が発生する。増加度が大きすぎる場合、傾斜部の長さが相対的に短くなる虞がある。本発明の一実施例において、平均エネルギー密度とは、傾斜部または平坦部の長さに対するエネルギー密度の平均を意味する。
レーザビームの形状は、幅１０～２００μｍ、長さ３００～５０００μｍであることがよい。レーザビームの幅および長さを適切に制御することによって、適切な形状のグルーブを形成することができる。レーザビームの形状は楕円形であり、長さはグルーブの長手方向への楕円の長軸、幅は長手方向と垂直な方向の楕円の短軸を意味する。
上記のとおり、本発明の一実施例では、グルーブの形状を制御することによって、鉄損を改善すると同時に磁束密度の劣化を抑制しようとするものである。その具体的な方法として、方向性電磁鋼板の一面に、圧延方向と交差する方向にレーザを照射して、グルーブを形成する段階を含み、グルーブを形成する段階は、傾斜部を形成する段階および平坦部を形成する段階を含む。傾斜部および平坦部を形成する時、レーザの焦点深度が異なるように調節することによって、傾斜部および平坦部を上記の形状に形成することができる。傾斜部および平坦部の形状については上記の説明と同一であるので、重複する説明は省略する。
具体的には、傾斜部を形成する段階は、平均焦点深度が１５０μｍ超過～５００μｍのレーザを照射し、平坦部を形成する段階は、平均焦点深度が０～１５０μｍのレーザを照射する。図２に示したとおり、傾斜部を形成する段階または平坦部を形成する段階は、２回以上の複数回行うことができる。図２は、傾斜部を形成する段階、平坦部を形成する段階、および傾斜部を形成する段階で行われた例である。
焦点深度とは、レーザの焦点と方向性電磁鋼板の表面との距離を意味する。焦点深度が０に近いほど、焦点が方向性電磁鋼板の表面に正確に結ばれることを意味する。レーザの焦点は、方向性電磁鋼板の内部に形成されるか、または方向性電磁鋼板の外部に形成されることも可能である。
傾斜部を形成する段階は、平均焦点深度が１５０μｍ超過～５００μｍのレーザを照射することができる。平均焦点深度が過度に浅いか、深い場合、適切な傾斜部が形成されなくなる。さらに具体的には、傾斜部を形成する段階は、焦点深度が２００～５００μｍのレーザを照射することができる。
平坦部を形成する段階は、焦点深度が０～１５０μｍのレーザを照射することができる。焦点深度が深すぎる場合、適切な平坦部が形成されなくなる。さらに具体的には、平坦部を形成する段階は、焦点深度が５０～１３０μｍのレーザを照射することができる。
図９には、照射位置と焦点深度との関係を示すグラフを示した。図９に示したとおり、傾斜部を形成する段階で、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、レーザの焦点深度を浅くすることができる。さらに具体的には、傾斜部を形成する段階で、レーザの焦点深度は、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、１ｍｍあたり（ＧＳＬ）１～１０μｍの範囲で浅くすることができる。
減少幅が過度に小さいか、大きい場合、適切な形状の傾斜部が形成できない虞がある。本発明の一実施例において、平均焦点深度とは、傾斜部または平坦部の長さに対する焦点深度の平均を意味する。
レーザビームの形状は、幅１０～２００μｍ、長さ３００～５０００μｍであることがよい。レーザビームの幅および長さを適切に制御することによって、適切な形状のグルーブを形成することができる。レーザビームの形状は楕円形であり、長さはグルーブの長手方向への楕円の長軸、幅は長手方向と垂直な方向の楕円の短軸を意味する。
以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。しかし、このような実施例は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限定されるものではない。
実験例１：傾斜部および平坦部の長さ制御
冷間圧延した厚さ０．２０ｍｍの方向性電磁鋼板を用意した。この電磁鋼板の一面にファイバー（Ｆｉｂｅｒ）連続化レーザを用いて、カッパー（ｃｏｐｐｅｒ）ミラーを用いてレーザを照射して、グルーブを形成した。この時、レーザビームの幅（Ｗ）は２５μｍであり、レーザビームの長さ（Ｌ）は４００μｍであった。グルーブの深さ（ＧＤ）は１０μｍであった。
レーザのエネルギー密度を傾斜部の平均エネルギー密度を０．１０７Ｊ／ｍｍ２、平坦部の平均エネルギー密度を１．０７Ｊ／ｍｍ２に調節して傾斜部および平坦部を形成し、傾斜部の形成時には平均エネルギー密度を次第に増加させて形成した。また、傾斜部および平坦部の長さをそれぞれ異なるよう制御した。表１に結果をまとめた。
下記表１に鉄損改善率および磁束密度劣化率を示した。鉄損改善率は、レーザを照射してグルーブを形成する前の電磁鋼板の鉄損（Ｗ１）と、レーザを照射してグルーブを形成した後の鉄損（Ｗ２）を測定して、（Ｗ１－Ｗ２）／Ｗ１で計算した。鉄損は、磁束密度の値が１．７テスラ（Ｔｅｌｓａ）の時、周波数が５０Ｈｚの場合の鉄損値（Ｗ１７／５０）で測定した。磁束密度減少率は、レーザを照射してグルーブを形成する前の電磁鋼板の磁束密度（Ｂ１）と、レーザを照射してグルーブを形成した後の磁束密度（Ｂ２）を測定して、（Ｂ１－Ｂ２）／Ｂ１で計算した。磁束密度は８００Ａ／ｍでの磁束密度（Ｂ８）を測定した。
Figure 2022503782000002
 表１に示したとおり、傾斜部および平坦部の長さを制御することによって、鉄損および磁束密度を最適化可能であることを確認できる。
これに対し、傾斜部および平坦部の長さを適切に制御できない場合、鉄損改善率または磁束密度減少率の面で、本発明の一実施例に比べて、劣位であることを確認できる。
実験例２：傾斜部および平坦部の幅制御
冷間圧延した厚さ０．２０ｍｍの方向性電磁鋼板を用意した。この電磁鋼板の一面にファイバー（Ｆｉｂｅｒ）連続化レーザを用いて、カッパー（ｃｏｐｐｅｒ）ミラーを用いてレーザを照射して、グルーブを形成した。この時、レーザビームの幅（Ｗ）は２５μｍであり、レーザビームの長さ（Ｌ）は４００μｍであった。グルーブの深さ（ＧＤ）は１０μｍであった。
レーザのエネルギー密度を前記実施例５と同一に調節して傾斜部および平坦部を形成し、傾斜部の長さを９０ｍｍおよび平坦部の長さを１８０ｍｍに制御した。同時に、レーザの焦点深度を平坦部の形成時には１２５μｍに固定し、傾斜部の形成時には下記表２のように平均焦点深度を調節し、減少幅を調節して、傾斜部および平坦部の幅をそれぞれ異去るよう制御した。表２に結果を示した。
前述したものと同様の方法で鉄損および磁束密度を測定して、下記表２にまとめた。
Figure 2022503782000003
本発明は、実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施可能であることを理解するであろう。そのため、上記の実施例はあらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。
１０：方向性電磁鋼板
２０：グルーブ
３０：グルーブの拡大部分
Ｂ１：グルーブを形成する前の電磁鋼板の磁束密度
Ｂ２：グルーブを形成した後の電磁鋼板の磁束密度
ＧＤ：グルーブの深さ
ＧＳ：傾斜部
ＧＳＬ：傾斜部の長さ
ＧＳＷ：傾斜部の幅
Ｌ：レーザビームの長さ
ＮＤ面：圧延面
ＲＤ方向：圧延方向
ＴＤ方向：圧延垂直方向、鋼板の幅方向
ＵＳ：平坦部
ＵＳＬ：平坦部の長さ
ＵＳＷ：平坦部の幅
Ｘ方向：グルーブの長手方向
Ｗ：レーザビームの幅
Ｗ１：グルーブを形成する前の電磁鋼板の鉄損
Ｗ２：グルーブを形成した後の電磁鋼板の鉄損
θ：角度
θＧ：傾斜部における仮想の線と鋼板表面とのなす角度
θＧＡ：鋼板表面と傾斜部とのなす平均角度
θＧＢ：グルーブの長手方向（Ｘ方向）と傾斜部とのなす平均角度
θＵ：平坦部における仮想の線と鋼板表面とのなす角度

Claims (21)

  1. 電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向に形成された線状のグルーブを含み、前記グルーブは、グルーブの長手方向および鋼板の圧延面法線方向を含む断面において、傾斜部（ＧＳ）および平坦部（ＵＳ）を含み、傾斜部の長さおよび平坦部の長さが下記式１を満足することを特徴とする方向性電磁鋼板。
    〔式１〕
    ０．１≦［ＧＳＬ］／［ＵＳＬ］≦０．５
    （式１中、［ＧＳＬ］は、傾斜部の長さ（ｍｍ）を示し、［ＵＳＬ］は、平坦部の長さ（ｍｍ）を示す。
    傾斜部は、グルーブの長手方向および鋼板の圧延面法線方向を含む断面において、グルーブおよび鋼板の境界地点の左側１ｍｍおよび右側１ｍｍの直線を連結した仮想の線と鋼板表面とのなす角度が３０～９０°の部分を意味し、平坦部は、仮想の線と鋼板表面とのなす角度が０°以上および３０°未満の部分を意味する。）
  2. 前記傾斜部（ＧＳ）の長さは、１５～１００ｍｍ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。
  3. 前記平坦部（ＵＳ）の長さは、１００～２５０ｍｍ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。
  4. 前記鋼板表面と前記傾斜部とのなす平均角度（θＧＡ）は、２５～５０°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。
  5. 前記鋼板表面と前記平坦部とのなす平均角度は、０～１５°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。
  6. 前記グルーブの深さは、３～３０μｍ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。
  7. 前記グルーブの長手方向と前記鋼板の圧延方向とは、７５～８８°の角度をなすことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
  8. グルーブと１ｍｍ以下の範囲で、鋼板の幅方向に対して、１００μｍあたりヒルアップの個数が３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。
  9. 前記グルーブの下部に形成された凝固合金層を含み、前記凝固合金層は、平均粒径が１～１０μｍの再結晶を含むことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
  10. 前記傾斜部（ＧＳ）の幅および平坦部（ＵＳ）の幅が下記式２を満足することを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
    〔式２〕
    １．５≦［ＧＳＷ］／［ＵＳＷ］≦２．０
    （式２中、［ＧＳＷ］は、傾斜部の幅（μｍ）を示し、［ＵＳＷ］は、平坦部の幅（μｍ）を示す。）
  11. 前記平坦部（ＵＳ）の幅は、１０～１００μｍ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。
  12. 前記傾斜部（ＧＳ）の幅は、５０～１５０μｍ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。
  13. 前記グルーブの長手方向と傾斜部とのなす平均角度は、２５～５０°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。
  14. 前記グルーブの長手方向と平坦部とのなす平均角度は、０～５°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。
  15. 方向性電磁鋼板を用意する段階、および
    前記方向性電磁鋼板の一面に、圧延方向と交差する方向にレーザを照射して、グルーブを形成する段階を含み、
    前記グルーブを形成する段階は、傾斜部を形成する段階および平坦部を形成する段階を含み、
    前記傾斜部を形成する段階は、平均エネルギー密度が０．０５～０．５Ｊ／ｍｍ２のレーザを照射し、前記平坦部を形成する段階は、平均エネルギー密度が０．５Ｊ／ｍｍ２超過～５Ｊ／ｍｍ２のレーザを照射し、
    前記傾斜部および前記平坦部の長さは、下記式１を満足することを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
    〔式１〕
    ０．１≦［ＧＳＬ］／［ＵＳＬ］≦０．５
    （式１中、［ＧＳＬ］は、傾斜部の長さ（ｍｍ）を示し、［ＵＳＬ］は、平坦部の長さ（ｍｍ）を示す。）
  16. 前記傾斜部を形成する段階で、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、レーザのエネルギー密度が増加することを特徴とする請求項１５に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
  17. 前記傾斜部を形成する段階で、レーザのエネルギー密度は、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、１ｍｍあたり０．０１～０．０８Ｊ／ｍｍ２の範囲で増加することを特徴とする請求項１６に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
  18. レーザビームの形状は、幅１０～２００μｍ、長さ３００～５０００μｍであることを特徴とする請求項１５に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
  19. 前記傾斜部を形成する段階は、レーザの焦点深度が１５０μｍ超過～５００μｍであり、前記平坦部を形成する段階は、レーザの焦点深度が０～１５０μｍであることを特徴とする請求項１５に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
  20. 前記傾斜部を形成する段階で、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、レーザの焦点深度が減少することを特徴とする請求項１９に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
  21. 前記傾斜部を形成する段階で、レーザの焦点深度は、グルーブの端部から傾斜部および平坦部の境界部へいくほど、１ｍｍあたり１～１０μｍの範囲で減少することを特徴とする請求項２０に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
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