JP2022515236A - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】鋼板の結晶粒径に対応して変形部の間隔を調節して磁性を向上させた方向性電磁鋼板及びその製造方法の提供にある。
【解決手段】本発明の方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の表面に、圧延方向に沿って複数形成された線状の変形部を含み、鋼板全長にわたって結晶粒の粒径に対応して変形部間の間隔が変更され、変形部間の間隔が互いに異なる少なくとも２領域が存在することを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の表面に、圧延方向に沿って複数形成された線状の変形部を含み、鋼板全長にわたって結晶粒の粒径に対応して変形部間の間隔が変更され、変形部間の間隔が互いに異なる少なくとも２領域が存在することを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、方向性電磁鋼板およびその製造方法に係り、より詳しくは、鋼板の結晶粒径に対応して変形部の間隔を調節して磁性を向上させた方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。
方向性電磁鋼板は、優れた磁気的特性を有しており、一般的に変圧機の鉄心材料として使用され、電磁鋼板だけが有している特別な圧延プロセスを経て＜００１＞方向に特化されているＧｏｓｓ集合組織を鋼板全体に形成させる。
Ｇｏｓｓ集合組織は、固定器の磁性的側面で特化されている組織である。方向性電磁鋼板分野の場合、方向性電磁鋼板を使用時の効率性向上が最も大きい話題である。それは世界的なエネルギー問題により台頭しているエネルギー損失減少方案とその方向が一致する。そのため、効率性を代弁する鉄損と磁束密度、つまり、磁性特性が重要な要素である。
そして、優れた磁性特性を確保するためには、各工程で最適条件に維持することが必要であり、条件を最適に維持するために必要な因子のうちの一つが鋼板組織に形成される結晶粒の粒径（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）である。
Ｇｏｓｓ集合組織は、固定器の磁性的側面で特化されている組織である。方向性電磁鋼板分野の場合、方向性電磁鋼板を使用時の効率性向上が最も大きい話題である。それは世界的なエネルギー問題により台頭しているエネルギー損失減少方案とその方向が一致する。そのため、効率性を代弁する鉄損と磁束密度、つまり、磁性特性が重要な要素である。
そして、優れた磁性特性を確保するためには、各工程で最適条件に維持することが必要であり、条件を最適に維持するために必要な因子のうちの一つが鋼板組織に形成される結晶粒の粒径（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）である。
電磁鋼板の磁気的特性は、磁区（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ）の大きさと方向に影響を受け、磁区は、結晶粒の粒径に影響を受ける。ここで一つの結晶粒子内にも磁区壁（ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ）により多数個の磁区（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ）が形成され、一つの結晶粒子（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ内の単結晶）が一つの磁区（ｓｉｎｇｌｅ ｄｏｍａｉｎ）を形成することもでき、２個以上の結晶粒子であるとしても結晶方位が類似する場合、一つの磁区（ｓｉｎｇｌｅ ｄｏｍａｉｎ）を形成することもできるが、説明の便宜上、一つの結晶粒子（ｓｉｎｇｌｅ ｇｒａｉｎ）は一つの磁区（ｓｉｎｇｌｅ ｄｏｍａｉｎ）を形成することを基準として説明する。したがって、以下では結晶粒子という表現は、金属組織学的に結晶粒子自体を意味し、磁気的には一つの磁区（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ）を意味する。
電磁鋼板で磁区を微細化するということは、一つの磁区的特性を有する結晶粒子に物理的刺激を付与して多数個の磁区に分離する過程を意味する。このような磁区微細化工程の場合、脱炭工程以前に行うこともでき、絶縁コーティング以降に行うこともできる。いずれの場合でも微細化された磁区（つまり、結晶粒）を製造工程中に測定する必要があり、磁区が物理的に区分される場合もあるが、鋼板表面に絶縁コーティングされた状態では結晶粒の大きさを測定することが決して容易でない。また製造工程中にリアルタイムで結晶粒の大きさを測定する場合には、測定センサーなどの反応性が速くなってこそ結晶粒の大きさを測定することができる。
一般的に知られた結晶粒を測定する方法では、塩酸に鋼板を浸漬して測定する。結晶粒内部と結晶粒境界（Ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）との間のエネルギー差が大きいため、塩酸に鋼板を浸漬する場合、結晶粒境界側のエッチング速度が速くて一定時間が経過した後に鋼板を確認するようになるとエッチング量差によりタイルのような紋が示されるようになる。塩酸による方法は、明確な結晶粒径測定が可能であり、広く使用されているが、塩酸のエッチング時間が必要であることと、酸を使用しなければならないという環境的要素がある。そのため、絶縁コーティングがなされている電磁鋼板に非破壊およびリアルタイムで使用するには限界がある。
一般的に知られた結晶粒を測定する方法では、塩酸に鋼板を浸漬して測定する。結晶粒内部と結晶粒境界（Ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）との間のエネルギー差が大きいため、塩酸に鋼板を浸漬する場合、結晶粒境界側のエッチング速度が速くて一定時間が経過した後に鋼板を確認するようになるとエッチング量差によりタイルのような紋が示されるようになる。塩酸による方法は、明確な結晶粒径測定が可能であり、広く使用されているが、塩酸のエッチング時間が必要であることと、酸を使用しなければならないという環境的要素がある。そのため、絶縁コーティングがなされている電磁鋼板に非破壊およびリアルタイムで使用するには限界がある。
本発明が目的とするところは、方向性電磁鋼板およびその製造方法に関し、より詳細には、鋼板の結晶粒径に対応して変形部の間隔を調節して磁性を向上させた方向性電磁鋼板の製造方法の提供にある。
本発明の方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の表面に、圧延方向に沿って複数形成された線状の変形部を含み、鋼板全長にわたって結晶粒の粒径に対応して変形部間の間隔が変更され、変形部間の間隔が互いに異なる少なくとも２領域が存在する。
鋼板の幅方向（ＴＤ方向）に区間を分けて、各区間別に含まれる結晶粒の粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔が形成される。
鋼板の圧延方向（ＲＤ方向）に区間を分けて、各区間別に含まれる結晶粒の粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔が形成され、
結晶粒の粒径（ｘ、ｍｍ）と変形部間の間隔（ｙ、ｍｍ）が下記数１を満たす。
［数１］
ｙ－２≦８．９４３－０．４５ｘ＋０．０１１ｘ２≦ｙ＋２
線状の変形部は、一時磁区変形部、永久磁区変形部またはこれらの組み合わせを含む。
線状の変形部は、永久磁区変形部を含み、永久磁区変形部の深さは３～３０μｍである。
鋼板の幅方向（ＴＤ方向）に区間を分けて、各区間別に含まれる結晶粒の粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔が形成される。
鋼板の圧延方向（ＲＤ方向）に区間を分けて、各区間別に含まれる結晶粒の粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔が形成され、
結晶粒の粒径（ｘ、ｍｍ）と変形部間の間隔（ｙ、ｍｍ）が下記数１を満たす。
［数１］
ｙ－２≦８．９４３－０．４５ｘ＋０．０１１ｘ２≦ｙ＋２
線状の変形部は、一時磁区変形部、永久磁区変形部またはこれらの組み合わせを含む。
線状の変形部は、永久磁区変形部を含み、永久磁区変形部の深さは３～３０μｍである。
本発明の方向性電磁鋼板の製造方法は、鋼板の結晶粒径を測定する段階、および測定された結晶粒径値に基づいて間隔を決定して線状の変形部を形成する段階、を含み、変形部間の間隔が互いに異なる少なくとも２領域が存在するように変形部を形成する。
鋼板の幅方向に区間を分けて、各区間別に測定された平均結晶粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔を形成する。
圧延方向に区間を分けて、各区間別に測定された平均結晶粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔を形成することができる。
結晶粒の粒径（ｘ、ｍｍ）と変形部間の間隔（ｙ、ｍｍ）が下記数１を満たす。
［数１］
ｙ－２≦８．９４３－０．４５ｘ＋０．０１１ｘ２≦ｙ＋２
鋼板の結晶粒径を測定する段階は、鋼板表面に磁力を印加して磁化させる段階、結晶粒界により形成される漏洩磁束を検出する段階、および検出された漏洩磁束を演算して結晶粒径を測定する段階を含む。
鋼板の幅方向に区間を分けて、各区間別に測定された平均結晶粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔を形成する。
圧延方向に区間を分けて、各区間別に測定された平均結晶粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔を形成することができる。
結晶粒の粒径（ｘ、ｍｍ）と変形部間の間隔（ｙ、ｍｍ）が下記数１を満たす。
［数１］
ｙ－２≦８．９４３－０．４５ｘ＋０．０１１ｘ２≦ｙ＋２
鋼板の結晶粒径を測定する段階は、鋼板表面に磁力を印加して磁化させる段階、結晶粒界により形成される漏洩磁束を検出する段階、および検出された漏洩磁束を演算して結晶粒径を測定する段階を含む。
線状の変形部を形成する段階は、鋼板にレーザー、電子ビームまたはプラズマのうちの１種以上を照射する段階、酸を利用してエッチングする段階、または粒子を衝突させる段階を含む。
線状の変形部を形成する段階は、鋼板にレーザーを照射して一時磁区変形部を形成する段階を含む。
本発明の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置は、鋼板の結晶粒径を測定してその結果を変形部制御部に伝送する結晶粒径測定装置、結晶粒径測定装置から結晶粒径値を伝達されて変形部間の間隔を決定する変形部制御部、および変形部制御部で決定された間隔で鋼板表面に変形部を形成する変形部形成装置を含む。
結晶粒径測定装置は、鋼板表面に磁力を印加して磁化させる磁化器、および結晶粒界により形成される漏洩磁束を検出する磁気センサー、を含む。
変形部形成装置は、鋼板の幅方向に２～９台が設置され、各装置別に変形部制御部で決定された間隔で鋼板表面に変形部を形成することができる。
線状の変形部を形成する段階は、鋼板にレーザーを照射して一時磁区変形部を形成する段階を含む。
本発明の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置は、鋼板の結晶粒径を測定してその結果を変形部制御部に伝送する結晶粒径測定装置、結晶粒径測定装置から結晶粒径値を伝達されて変形部間の間隔を決定する変形部制御部、および変形部制御部で決定された間隔で鋼板表面に変形部を形成する変形部形成装置を含む。
結晶粒径測定装置は、鋼板表面に磁力を印加して磁化させる磁化器、および結晶粒界により形成される漏洩磁束を検出する磁気センサー、を含む。
変形部形成装置は、鋼板の幅方向に２～９台が設置され、各装置別に変形部制御部で決定された間隔で鋼板表面に変形部を形成することができる。
本発明によれば、結晶粒径により最適の磁区微細化を行うことによって、磁性を向上させることができる。
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だけに使用される。したがって、以下で叙述する第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得る。
ここで使用される専門用語は、単に特定の実施形態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の形態は、文言がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数の形態も含む。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」あると言及する場合、これは他の部分の直上にあるか、またはその間にまた他の部分が介され得る。対照的に、ある部分が他の部分の「直上に」あると言及する場合、その間にまた他の部分が介されない。
異なって定義しなかったが、ここで使用される技術用語および科学用語を含む全ての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的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、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味に解釈されない。
ここで使用される専門用語は、単に特定の実施形態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の形態は、文言がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数の形態も含む。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」あると言及する場合、これは他の部分の直上にあるか、またはその間にまた他の部分が介され得る。対照的に、ある部分が他の部分の「直上に」あると言及する場合、その間にまた他の部分が介されない。
異なって定義しなかったが、ここで使用される技術用語および科学用語を含む全ての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的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、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味に解釈されない。
以下、本発明の実施形態について本発明が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することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明の一実施形態では、鋼板の結晶粒径に対応して変形部の間隔を調節して磁性を向上させることを目的とする。
方向性電磁鋼板の場合、製造工程が非常に複雑であり、結晶粒の粒径を制御する因子が多様に存在する。理想的には方向性電磁鋼板の全長にわたって同一の粒径の結晶粒を形成することが好ましいが、現実的には鋼板の幅方向（ＴＤ方向）および圧延方向（ＲＤ方向）に結晶粒径に偏差が多く発生する。
従来はこのような結晶粒径の偏差が現実的に存在するにもかかわらず、機械的に同一の間隔の変形部を形成したが、本発明の一実施形態では、結晶粒の粒径に対応して変形部間の間隔を多様に変形することによって、製造工程条件の変化に応じて結晶粒子の大きさが存在するとしても最終製品の結晶粒子（つまり、磁区の大きさ）を均一化するようにして電磁鋼板の磁性を総合的に向上させる。
本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の表面に、圧延方向に沿って複数形成された線状の変形部２０を含み、鋼板全長にわたって結晶粒１０の粒径に対応して変形部間の間隔Ｄが変更され、変形部間の間隔Ｄが互いに異なる少なくとも２領域が存在する。
本発明の一実施形態では、鋼板の結晶粒径に対応して変形部の間隔を調節して磁性を向上させることを目的とする。
方向性電磁鋼板の場合、製造工程が非常に複雑であり、結晶粒の粒径を制御する因子が多様に存在する。理想的には方向性電磁鋼板の全長にわたって同一の粒径の結晶粒を形成することが好ましいが、現実的には鋼板の幅方向（ＴＤ方向）および圧延方向（ＲＤ方向）に結晶粒径に偏差が多く発生する。
従来はこのような結晶粒径の偏差が現実的に存在するにもかかわらず、機械的に同一の間隔の変形部を形成したが、本発明の一実施形態では、結晶粒の粒径に対応して変形部間の間隔を多様に変形することによって、製造工程条件の変化に応じて結晶粒子の大きさが存在するとしても最終製品の結晶粒子（つまり、磁区の大きさ）を均一化するようにして電磁鋼板の磁性を総合的に向上させる。
本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の表面に、圧延方向に沿って複数形成された線状の変形部２０を含み、鋼板全長にわたって結晶粒１０の粒径に対応して変形部間の間隔Ｄが変更され、変形部間の間隔Ｄが互いに異なる少なくとも２領域が存在する。
図１および図２に示すように、結晶粒径が比較的に小さい場合、変形部間の間隔Ｄを比較的大きく形成する。また、同じ鋼板内で図２のように結晶粒径が比較的大きい場合、変形部間の間隔Ｄを比較的に小さく形成する。
結晶粒径が異なるようになる場合、結晶粒内部の磁気的特性が異なるため、磁区と呼ばれる内部構造に差が生じるようになる。つまり、結晶粒径が大きい場合、磁区が類似する群が大きく位置付けるようになり、結晶粒径が小さい場合、磁区が類似する群が小さく位置付けている。
方向性電磁鋼板の場合、磁区に加えられる磁場の方向が連続的に変わる状態で方向性電磁鋼板を使用する変圧機で主に使用するため、前述した内容が重要である。
より具体的に説明すれば、変圧機でＡＣ電圧を通常使用し、ＡＣ電圧を通じて磁化される方向が変化するようになる。ＡＣは、時間により電流および磁場の方向が変わるようになり、方向が変化する時、結晶粒の粒径が大きくなるとその損失が大きくなる。結晶粒の粒径が大きい場合、ＡＣ電圧により変化した磁場方向に全体磁区群を移動させることにエネルギー的損失が大きくなるため、これを減らすために変形部付与を通じて磁区微細化を行って磁区の大きさを減らすようにする。
結晶粒径が異なるようになる場合、結晶粒内部の磁気的特性が異なるため、磁区と呼ばれる内部構造に差が生じるようになる。つまり、結晶粒径が大きい場合、磁区が類似する群が大きく位置付けるようになり、結晶粒径が小さい場合、磁区が類似する群が小さく位置付けている。
方向性電磁鋼板の場合、磁区に加えられる磁場の方向が連続的に変わる状態で方向性電磁鋼板を使用する変圧機で主に使用するため、前述した内容が重要である。
より具体的に説明すれば、変圧機でＡＣ電圧を通常使用し、ＡＣ電圧を通じて磁化される方向が変化するようになる。ＡＣは、時間により電流および磁場の方向が変わるようになり、方向が変化する時、結晶粒の粒径が大きくなるとその損失が大きくなる。結晶粒の粒径が大きい場合、ＡＣ電圧により変化した磁場方向に全体磁区群を移動させることにエネルギー的損失が大きくなるため、これを減らすために変形部付与を通じて磁区微細化を行って磁区の大きさを減らすようにする。
反面、結晶粒径が比較的に小さい場合、磁区微細化を比較的大きい変形部間の間隔Ｄで進行しても問題がないが、結晶粒径が比較的に大きい場合、間隔Ｄを小さくする必要がある。結晶粒径が小さいにもかかわらず、小さい変形部間の間隔Ｄで磁区微細化する場合、境界を中心に磁化に得にならない磁区が多く発生して鉄損が劣化する問題が発生することがある。したがって、各結晶粒径に対応して変形部間の間隔を変更することによって、磁性をより向上させることができる。
本発明で結晶粒径とは、圧延面（ＮＤ面）を基準とした粒径である。また結晶粒径とは、結晶粒と同一の面積を有する仮想の円を想定してその円の粒径を意味する。
それぞれの結晶粒に対して変形部の間隔Ｄを全部異なるようにすることが最も理想的であるが、速く移動する鋼板設備内でこれを実現することは事実上難しい。
本発明では鋼板の幅方向（ＴＤ方向）に区間を分けて、各区間別に含まれる結晶粒１０の粒径により各区間別に相異なる変形部２０間の間隔Ｄが形成される。具体的に各区間に含まれる結晶粒１０の平均粒径を求め、その平均粒径により変形部間の間隔Ｄが形成される。具体的に鋼板の幅全体に対して２～９個の区間に分けることができる。
図３には鋼板の幅方向（ＴＤ方向）に区間を分けて、変形部間の間隔を異なるように形成した模式図を示した。
本発明で結晶粒径とは、圧延面（ＮＤ面）を基準とした粒径である。また結晶粒径とは、結晶粒と同一の面積を有する仮想の円を想定してその円の粒径を意味する。
それぞれの結晶粒に対して変形部の間隔Ｄを全部異なるようにすることが最も理想的であるが、速く移動する鋼板設備内でこれを実現することは事実上難しい。
本発明では鋼板の幅方向（ＴＤ方向）に区間を分けて、各区間別に含まれる結晶粒１０の粒径により各区間別に相異なる変形部２０間の間隔Ｄが形成される。具体的に各区間に含まれる結晶粒１０の平均粒径を求め、その平均粒径により変形部間の間隔Ｄが形成される。具体的に鋼板の幅全体に対して２～９個の区間に分けることができる。
図３には鋼板の幅方向（ＴＤ方向）に区間を分けて、変形部間の間隔を異なるように形成した模式図を示した。
本発明では鋼板の圧延方向（ＲＤ方向）に区間を分けて、各区間別に含まれる結晶粒１０の粒径により各区間別に相異なる変形部２０間の間隔Ｄが形成される。具体的に各区間に含まれる結晶粒１０の平均粒径を求め、その平均粒径により変形部間の間隔Ｄが形成される。具体的に鋼板の圧延方向（ＲＤ方向）に対して１～５０ｃｍの長さ間隔に区間を分けることができる。
図４では鋼板の圧延方向（ＲＤ方向）に区間を分けて、変形部間の間隔を異なるように形成した模式図を示した。図３および図４では、説明のために区間別に結晶粒の粒径が急変するものと表現したが、実際の鋼板では区間境界前後に勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を有して結晶粒径が変わる。鋼板の幅方向（ＴＤ方向）および圧延方向（ＲＤ方向）、つまり、格子状に区間を分けて、変形部間の間隔を異なるように形成することも可能である。
結晶粒の粒径（ｘ、ｍｍ）と変形部間の間隔（ｙ、ｍｍ）が下記数１を満たす。
［数１］
ｙ－２≦８．９４３－０．４５ｘ＋０．０１１ｘ２≦ｙ＋２
数１を満たさない場合、磁性、特に鉄損特性が顕著に落ちるようになる。既存のように結晶粒径と関係なく一律的に変形部の間隔Ｄを付与した場合、結晶粒径の偏差により前記数１を満たさなくなり、鉄損特性が劣化することがある。
より具体的に数１値がｙの±１．５範囲内に含まれる。さらに具体的に数１値がｙの±１範囲内に含まれる。さらに具体的に数１値がｙの±０．５範囲内に含まれる。さらに具体的に数１値がｙの±０．１範囲内に含まれる。
図４では鋼板の圧延方向（ＲＤ方向）に区間を分けて、変形部間の間隔を異なるように形成した模式図を示した。図３および図４では、説明のために区間別に結晶粒の粒径が急変するものと表現したが、実際の鋼板では区間境界前後に勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を有して結晶粒径が変わる。鋼板の幅方向（ＴＤ方向）および圧延方向（ＲＤ方向）、つまり、格子状に区間を分けて、変形部間の間隔を異なるように形成することも可能である。
結晶粒の粒径（ｘ、ｍｍ）と変形部間の間隔（ｙ、ｍｍ）が下記数１を満たす。
［数１］
ｙ－２≦８．９４３－０．４５ｘ＋０．０１１ｘ２≦ｙ＋２
数１を満たさない場合、磁性、特に鉄損特性が顕著に落ちるようになる。既存のように結晶粒径と関係なく一律的に変形部の間隔Ｄを付与した場合、結晶粒径の偏差により前記数１を満たさなくなり、鉄損特性が劣化することがある。
より具体的に数１値がｙの±１．５範囲内に含まれる。さらに具体的に数１値がｙの±１範囲内に含まれる。さらに具体的に数１値がｙの±０．５範囲内に含まれる。さらに具体的に数１値がｙの±０．１範囲内に含まれる。
線状の変形部は、一時磁区変形部、永久磁区変形部またはこれらの組み合わせを含む。
一時磁区変形部は、鋼板表面に熱衝撃を付与して磁区を微細化した変形部である。一時磁区変形部は、外観上には他の鋼板表面とは区別することができない。一時磁区変形部は、塩酸濃度５％以上で１０分以上浸漬時に溝形態でエッチングされる部分であって、他の鋼板表面部分と区別が可能である。
永久磁区変形部は、鋼板表面にグルーブ（溝）を形成して磁区を微細化した変形部である。永久磁区変形部の深さは３～３０μｍである。
線状の変形部は、圧延方向と交差して形成される。
線状の変形部の長さ方向と圧延方向（ＲＤ方向）が７５～８８°の角度をなすことが可能である。前述した角度範囲内で磁性がより向上する。
線状の変形部は、鋼板の幅方向（ＴＤ方向）に連続的に形成されることも可能であり、断続的に形成されることも可能である。
前述したように、鋼板の全長にわたって結晶粒の粒径は３～２５ｍｍに多様に存在する。
一時磁区変形部は、鋼板表面に熱衝撃を付与して磁区を微細化した変形部である。一時磁区変形部は、外観上には他の鋼板表面とは区別することができない。一時磁区変形部は、塩酸濃度５％以上で１０分以上浸漬時に溝形態でエッチングされる部分であって、他の鋼板表面部分と区別が可能である。
永久磁区変形部は、鋼板表面にグルーブ（溝）を形成して磁区を微細化した変形部である。永久磁区変形部の深さは３～３０μｍである。
線状の変形部は、圧延方向と交差して形成される。
線状の変形部の長さ方向と圧延方向（ＲＤ方向）が７５～８８°の角度をなすことが可能である。前述した角度範囲内で磁性がより向上する。
線状の変形部は、鋼板の幅方向（ＴＤ方向）に連続的に形成されることも可能であり、断続的に形成されることも可能である。
前述したように、鋼板の全長にわたって結晶粒の粒径は３～２５ｍｍに多様に存在する。
本発明の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法は、鋼板の結晶粒径を測定する段階、および測定された結晶粒径値に基づいて間隔を決定して線状の変形部を形成する段階、を含む。以下、各段階別に具体的に説明する。
まず、鋼板の結晶粒径を測定する。本発明の一実施形態で結晶粒径を測定する方法としては、リアルタイムで結晶粒径を測定して後述する変形部形成時に測定された結晶粒径を反映できる方法であれば制限なしに使用することができる。既存の結晶粒径測定方法として広く知られた酸浸漬法は、リアルタイムで結晶粒径を測定することができず、不適切である。
鋼板の結晶粒径を測定する方法の一例として、漏洩磁束法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｘ Ｌｅａｋａｇｅ Ｍｅｔｈｏｄ）がある。具体的に結晶粒径を測定する段階は、鋼板表面に磁力を印加して磁化させる段階、結晶粒界により形成される漏洩磁束を検出する段階、および検出された漏洩磁束を演算して結晶粒径を測定する段階を含む。
結晶粒は、結晶粒内部と結晶粒界（結晶粒境界）に磁気的特性（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ）の差が存在する。これによって、該当する位置に磁気センサーが位置すれば結晶粒境界で磁場の変化により測定信号の大きさに大きい変化が発生する。
まず、鋼板の結晶粒径を測定する。本発明の一実施形態で結晶粒径を測定する方法としては、リアルタイムで結晶粒径を測定して後述する変形部形成時に測定された結晶粒径を反映できる方法であれば制限なしに使用することができる。既存の結晶粒径測定方法として広く知られた酸浸漬法は、リアルタイムで結晶粒径を測定することができず、不適切である。
鋼板の結晶粒径を測定する方法の一例として、漏洩磁束法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｘ Ｌｅａｋａｇｅ Ｍｅｔｈｏｄ）がある。具体的に結晶粒径を測定する段階は、鋼板表面に磁力を印加して磁化させる段階、結晶粒界により形成される漏洩磁束を検出する段階、および検出された漏洩磁束を演算して結晶粒径を測定する段階を含む。
結晶粒は、結晶粒内部と結晶粒界（結晶粒境界）に磁気的特性（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ）の差が存在する。これによって、該当する位置に磁気センサーが位置すれば結晶粒境界で磁場の変化により測定信号の大きさに大きい変化が発生する。
図５では磁場の変化について示す。矢印で表示した部分が測定信号の大きさに変化が発生した部分であり、結晶粒界が存在すると測定することができる。
これを利用して結晶粒の境界を測定して結晶粒の粒径を測定することができる。これと共に、センサーをスキャン方向と垂直方向に並んで配置するようになるとセンサー間隔により結晶粒を高解像度の２次元イメージで示すことができ、結晶粒径を明確に区分できるようになる。
即ち、磁化器（電磁石または永久磁石）で一定方向に鋼板を磁化させ、鋼板に存在する欠陥により外部に漏洩る磁場をホールセンサー（Ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）、ＧＭＲなど磁気センサーで測定して欠陥を検出する。磁化器に発生される磁場が強磁性体鋼板に特定方向に磁化させ、結晶粒内部領域は磁場が均一に流れるが、結晶粒界では漏洩磁束が発生するようになり、漏洩る磁束の垂直成分をホールセンサー（Ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）などの磁気センサーで測定する。
測定された結晶粒界から結晶粒径を求める方法には、面積測定法、重畳部位測定法などの多様な方法があるが、特に制限されない。一例として、面積測定法は、一定面積に任意の線を引いた後、結晶粒界と接する領域の個数を測定した後、それを全体面積で割って換算することによって結晶粒径を求めることができる。図６ではこれを模式化して示した。図６では一定面積に対して対角で２個の線を引いた後、結晶粒界と接する領域（円で表示した部分）の個数を測定して換算した。
これを利用して結晶粒の境界を測定して結晶粒の粒径を測定することができる。これと共に、センサーをスキャン方向と垂直方向に並んで配置するようになるとセンサー間隔により結晶粒を高解像度の２次元イメージで示すことができ、結晶粒径を明確に区分できるようになる。
即ち、磁化器（電磁石または永久磁石）で一定方向に鋼板を磁化させ、鋼板に存在する欠陥により外部に漏洩る磁場をホールセンサー（Ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）、ＧＭＲなど磁気センサーで測定して欠陥を検出する。磁化器に発生される磁場が強磁性体鋼板に特定方向に磁化させ、結晶粒内部領域は磁場が均一に流れるが、結晶粒界では漏洩磁束が発生するようになり、漏洩る磁束の垂直成分をホールセンサー（Ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）などの磁気センサーで測定する。
測定された結晶粒界から結晶粒径を求める方法には、面積測定法、重畳部位測定法などの多様な方法があるが、特に制限されない。一例として、面積測定法は、一定面積に任意の線を引いた後、結晶粒界と接する領域の個数を測定した後、それを全体面積で割って換算することによって結晶粒径を求めることができる。図６ではこれを模式化して示した。図６では一定面積に対して対角で２個の線を引いた後、結晶粒界と接する領域（円で表示した部分）の個数を測定して換算した。
次に、測定された結晶粒径値に基づいて間隔を決定して線状の変形部を形成する。
前述したように、鋼板の幅方向、圧延方向または幅方向および圧延方向に区間を分けて、各区間別に測定された平均結晶粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔を形成することができる。
また、結晶粒の粒径（ｘ、ｍｍ）と変形部間の間隔（ｙ、ｍｍ）が下記数１を満たす。
［数１］
ｙ－２≦８．９４３－０．４５ｘ＋０．０１１ｘ２≦ｙ＋２
線状の変形部を形成する方法としては、多様な方法を制限なしに使用することができる。具体的に鋼板にレーザー、電子ビームまたはプラズマのうちの１種以上を照射したり、酸を利用してエッチングしたり、粒子を衝突させて変形部を形成することができる。
また、線状の変形部を形成する段階は、鋼板にレーザーを照射して一時磁区変形部を形成する。
前述したように、鋼板の幅方向、圧延方向または幅方向および圧延方向に区間を分けて、各区間別に測定された平均結晶粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔を形成することができる。
また、結晶粒の粒径（ｘ、ｍｍ）と変形部間の間隔（ｙ、ｍｍ）が下記数１を満たす。
［数１］
ｙ－２≦８．９４３－０．４５ｘ＋０．０１１ｘ２≦ｙ＋２
線状の変形部を形成する方法としては、多様な方法を制限なしに使用することができる。具体的に鋼板にレーザー、電子ビームまたはプラズマのうちの１種以上を照射したり、酸を利用してエッチングしたり、粒子を衝突させて変形部を形成することができる。
また、線状の変形部を形成する段階は、鋼板にレーザーを照射して一時磁区変形部を形成する。
一例としてレーザーを照射する方法は、ーのエネルギー密度（Ｅｄ）は０．５～２Ｊ／ｍｍ２である。エネルギー密度が過度に小さい場合、適切な深さのグルーブ２０が形成されず、鉄損改善効果を得難い。反対にエネルギー密度が過度に大きい場合にも、鉄損改善効果を得難い。
レーザーの鋼板幅方向（ＴＤ方向）のビーム長さ（Ｌ）が３００～５０００μｍである。幅方向（ＴＤ方向）のビーム長さ（Ｌ）が過度に短ければ、レーザーが照射される時間が過度に短いため、適切な変形部を形成することができず、鉄損改善効果を得難い。反対に圧延垂直方向（ＴＤ方向）のビーム長さ（Ｌ）が過度に長ければ、レーザーが照射される時間が過度に長いため、過度に厚い深さの変形部が形成されて、鉄損改善効果を得難い。
レーザーの鋼板圧延方向（ＲＤ方向）のビーム幅（Ｗ）は１０～２００μｍである。ビーム幅（Ｗ）が過度に短いか長ければ、変形部の幅が短いか長くなり、適切な磁区微細化効果を得ることができなくなる。
レーザービーム種類としては特に限定されず、シングルファイバーレーザー（ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ）を使用することができる。
レーザーの鋼板幅方向（ＴＤ方向）のビーム長さ（Ｌ）が３００～５０００μｍである。幅方向（ＴＤ方向）のビーム長さ（Ｌ）が過度に短ければ、レーザーが照射される時間が過度に短いため、適切な変形部を形成することができず、鉄損改善効果を得難い。反対に圧延垂直方向（ＴＤ方向）のビーム長さ（Ｌ）が過度に長ければ、レーザーが照射される時間が過度に長いため、過度に厚い深さの変形部が形成されて、鉄損改善効果を得難い。
レーザーの鋼板圧延方向（ＲＤ方向）のビーム幅（Ｗ）は１０～２００μｍである。ビーム幅（Ｗ）が過度に短いか長ければ、変形部の幅が短いか長くなり、適切な磁区微細化効果を得ることができなくなる。
レーザービーム種類としては特に限定されず、シングルファイバーレーザー（ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ）を使用することができる。
図７では本発明の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置２００を示す。図７の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置２００は、単に本発明を例示するためのものであり、本発明がここに限定されるのではない。したがって、方向性電磁鋼板の磁区微細化装置２００を多様に変形することができる。
図７に示すように、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置２００は、鋼板の結晶粒１０粒径を測定してその結果を変形部制御部２２０に伝送する結晶粒径測定装置２１０、結晶粒径測定装置２１０から結晶粒径値を伝達されて変形部間の間隔を決定する変形部制御部２２０、および変形部制御部２２０で決定された間隔で鋼板表面に変形部を形成する変形部形成装置２３０を含む。
以下、各構成別に詳細に説明する。
図７に示すように、矢印方向に鋼板が移動し、ディフレクターロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｒｏｌｌ）２４１、２４２により鋼板支持ロール２４３に向かうように転換される。
結晶粒径測定装置２１０は、鋼板の結晶粒１０粒径を測定してその結果を変形部制御部２２０に伝送する。前述した方向性電磁鋼板の磁区微細化方法でも説明したように、結晶粒径測定装置２１０は、リアルタイムで結晶粒径を測定して後述する変形部形成装置２３０で測定された結晶粒径を反映できる装置であれば制限なしに使用することができる。一例として、漏洩磁束法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｘ Ｌｅａｋａｇｅ Ｍｅｔｈｏｄ）を適用した装置を使用することができる。
図７に示すように、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置２００は、鋼板の結晶粒１０粒径を測定してその結果を変形部制御部２２０に伝送する結晶粒径測定装置２１０、結晶粒径測定装置２１０から結晶粒径値を伝達されて変形部間の間隔を決定する変形部制御部２２０、および変形部制御部２２０で決定された間隔で鋼板表面に変形部を形成する変形部形成装置２３０を含む。
以下、各構成別に詳細に説明する。
図７に示すように、矢印方向に鋼板が移動し、ディフレクターロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｒｏｌｌ）２４１、２４２により鋼板支持ロール２４３に向かうように転換される。
結晶粒径測定装置２１０は、鋼板の結晶粒１０粒径を測定してその結果を変形部制御部２２０に伝送する。前述した方向性電磁鋼板の磁区微細化方法でも説明したように、結晶粒径測定装置２１０は、リアルタイムで結晶粒径を測定して後述する変形部形成装置２３０で測定された結晶粒径を反映できる装置であれば制限なしに使用することができる。一例として、漏洩磁束法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｘ Ｌｅａｋａｇｅ Ｍｅｔｈｏｄ）を適用した装置を使用することができる。
図８に結晶粒径測定装置２１０の一例を概略的に示す。図８に示すように、結晶粒径測定装置２１０は、鋼板表面に磁力を印加して磁化させる磁化器２１１および結晶粒界により形成される漏洩磁束を検出する磁気センサー２１２を含む。結晶粒径測定装置２１０の測定原理については前述したため、重複する説明は省略する。
変形部制御部２２０は、結晶粒径測定装置２１０から結晶粒径値を伝達されて変形部間の間隔を決定する。変形部間の間隔を決定する原理については前述したため、重複する説明は省略する。
変形部形成装置２３０は、鋼板表面に変形部を形成できる装置であれば制限なしに使用することができる。図７では一例としてレーザー、電子ビームまたはプラズマ照射装置を表示した。それ以外にも酸エッチングや粒子衝突装置も使用することができる。
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、本発明はこれに限定されるのではない。
［実験例１］
変形部制御部２２０は、結晶粒径測定装置２１０から結晶粒径値を伝達されて変形部間の間隔を決定する。変形部間の間隔を決定する原理については前述したため、重複する説明は省略する。
変形部形成装置２３０は、鋼板表面に変形部を形成できる装置であれば制限なしに使用することができる。図７では一例としてレーザー、電子ビームまたはプラズマ照射装置を表示した。それ以外にも酸エッチングや粒子衝突装置も使用することができる。
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、本発明はこれに限定されるのではない。
［実験例１］
結晶粒径に応じた最適間隔の導出
２０ｃｍ×１０ｃｍの大きさの試片を準備した。試片内の平均結晶粒径は、それぞれ、６．５９ｍｍ（試片１）、１０．２ｍｍ（試片２）および１８．７ｍｍ（試片３）であり、結晶粒径の偏差が殆どない一定の試片を準備した。
それぞれの試片に変形部間の間隔を３～７ｍｍに変えながら形成し、これに対する鉄損（１７／５０）を測定して表２に示した。
変形部は１００ｍｐｍ基準として１５００Ｗ水準のＮＤファイバーレーザー（ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ）を使用した。
図９および図１０では、それぞれ試片１および試片３での結晶粒を磁束漏洩法で分析した写真を示す。
２０ｃｍ×１０ｃｍの大きさの試片を準備した。試片内の平均結晶粒径は、それぞれ、６．５９ｍｍ（試片１）、１０．２ｍｍ（試片２）および１８．７ｍｍ（試片３）であり、結晶粒径の偏差が殆どない一定の試片を準備した。
それぞれの試片に変形部間の間隔を３～７ｍｍに変えながら形成し、これに対する鉄損（１７／５０）を測定して表２に示した。
変形部は１００ｍｐｍ基準として１５００Ｗ水準のＮＤファイバーレーザー（ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ）を使用した。
図９および図１０では、それぞれ試片１および試片３での結晶粒を磁束漏洩法で分析した写真を示す。
［実験例２］
結晶粒径が３～２５ｍｍ範囲で多様に形成された試片を準備した。
前記試片を領域で分けて各領域別に式１値の±０．１範囲を満たすように変形部間隔を調節して形成し、これを実施例とした。
比較例１～３は、変形部間隔をそれぞれ４．５ｍｍ、５．５ｍｍ、６．５ｍｍに一括的に適用した。
実施例と比較例１～３の鉄損（Ｗ１７／５０）を測定して表３に示した。
前記試片を領域で分けて各領域別に式１値の±０．１範囲を満たすように変形部間隔を調節して形成し、これを実施例とした。
比較例１～３は、変形部間隔をそれぞれ４．５ｍｍ、５．５ｍｍ、６．５ｍｍに一括的に適用した。
実施例と比較例１～３の鉄損（Ｗ１７／５０）を測定して表３に示した。
本発明は、前記実施形態に限定されるのではなく、互いに異なる多様な形態に製造可能であり、本発明が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に実施可能であることを理解できるはずである。したがって、以上で記述した実施形態は、全ての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。
１００：方向性電磁鋼板
１０：結晶粒
２０：変形部
２００：磁区微細化装置
２１０：粒径測定装置
２２０：変形部制御部
２３０：変形部形成装置
１０：結晶粒
２０：変形部
２００：磁区微細化装置
２１０：粒径測定装置
２２０：変形部制御部
２３０：変形部形成装置
Claims (16)
- 電磁鋼板の表面に、圧延方向に沿って複数形成された線状の変形部を含み、
鋼板全長にわたって結晶粒の粒径に対応して変形部間の間隔が変更され、
前記変形部間の間隔が互いに異なる少なくとも２領域が存在することを特徴とする方向性電磁鋼板。 - 鋼板の幅方向に区間を分けて、各区間別に含まれる結晶粒の粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
- 鋼板の圧延方向に区間を分けて、各区間別に含まれる結晶粒の粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
- 結晶粒の粒径（ｘ、ｍｍ）と変形部間の間隔（ｙ、ｍｍ）が下記数１を満たすことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
［数１］
ｙ－２≦８．９４３－０．４５ｘ＋０．０１１ｘ２≦ｙ＋２ - 前記線状の変形部は、一時磁区変形部、永久磁区変形部またはこれらの組み合わせ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。
- 前記線状の変形部は、永久磁区変形部を含み、永久磁区変形部の深さは３～３０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の方向性電磁鋼板。
- 鋼板の結晶粒径を測定する段階、および
前記測定された結晶粒径値に基づいて間隔を決定して線状の変形部を形成する段階、
を含み、
変形部間の間隔が互いに異なる少なくとも２領域が存在するように変形部を形成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。 - 鋼板の幅方向に区間を分けて、各区間別に測定された平均結晶粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔を形成することを特徴とする請求項７に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
- 圧延方向に区間を分けて、各区間別に測定された平均結晶粒径により各区間別に相異なる変形部間の間隔を形成することを特徴とする請求項７に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
- 結晶粒の粒径（ｘ、ｍｍ）と変形部間の間隔（ｙ、ｍｍ）が下記数１を満たすことを特徴とする請求項９に記載の磁区微細化方法。
［数１］
ｙ－２≦８．９４３－０．４５ｘ＋０．０１１ｘ２≦ｙ＋２ - 前記鋼板の結晶粒径を測定する段階は、
鋼板表面に磁力を印加して磁化させる段階、結晶粒界により形成される漏洩磁束を検出する段階、および検出された漏洩磁束を演算して結晶粒径を測定する段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の磁区微細化方法。 - 前記線状の変形部を形成する段階は、鋼板にレーザー、電子ビームまたはプラズマのうちの１種以上を照射する段階、酸を利用してエッチングする段階、または粒子を衝突させる段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の磁区微細化方法。
- 前記線状の変形部を形成する段階は、鋼板にレーザーを照射して一時磁区変形部を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の磁区微細化方法。
- 鋼板の結晶粒径を測定してその結果を変形部制御部に伝送する結晶粒径測定装置、
前記結晶粒径測定装置から結晶粒径値を伝達されて変形部間の間隔を決定する変形部制御部、
および前記変形部制御部で決定された間隔で鋼板表面に変形部を形成する変形部形成装置、
を含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。 - 前記結晶粒径測定装置は、鋼板表面に磁力を印加して磁化させる磁化器、および
結晶粒界により形成される漏洩磁束を検出する磁気センサー、
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。 - 前記変形部形成装置は、鋼板の幅方向に２～９台が設置され、各装置別に変形部制御部で決定された間隔で鋼板表面に変形部を形成することを特徴とする請求項１４に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
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