JP5131747B2 - 二方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気特性に優れた二方向性電磁鋼板の製造方法に関する。

従来より、電動機、発電機、変圧器などの磁心材料には電磁鋼板が用いられている。この電磁鋼板に要求されている磁性は、交流磁界中で磁気的なエネルギー損失（鉄損）が少ないこと、さらに磁化したときの伸縮（磁歪）が小さいことである。

電磁鋼板の磁気特性を用途に応じて制御するために、図1に示すような集合組織を発達させる方法が研究されている。図1(a)に示す集合組織は、{110}面が板面に平行であり、磁化容易方向である<001>軸が圧延方向に集積した組織であり、巻き鉄心を用いる変圧器の鉄心のように、圧延方向のみに磁束が流れる用途に適する。この集合組織を有する電磁鋼板は、一方向性電磁鋼板と呼ばれる。一方、図1(b)に示す集合組織は、{100}面が板面に平行であり、板面内の圧延方向と板幅方向に<001>軸が集積した組織である。この集合組織（{100}<001>集合組織）を有する電磁鋼板は、圧延方向と板幅方向の二方向に同様に優れた磁気特性を示すため、二方向性電磁鋼板と呼ばれる。二方向性電磁鋼板は、巻き鉄心を用いたトランスに加え、積み鉄心を用いたトランスの鉄心のように圧延方向と板幅方向に磁束が流れる用途にも好適である。

図1(b)に示す組織を有する二方向性電磁鋼板は、変圧器や回転機の鉄心に特に有用であるが、これまで実用化されていない。そこで、実用化に向けて、いくつかの研究開発が行われている。

鉄損の低減を目的として、特許文献１には、質量％でＣ：１％以下、Ｓｉ：０．２〜６．５％、Ｍｎ：０．０５〜５％を含む冷間圧延珪素鋼板に、焼鈍分離剤として、脱炭を促進する物質または脱炭を促進する物質と脱Ｍｎを促進する物質とを用いて、タイトコイル焼鈍もしくは積層焼鈍するという{100}面を板面と平行とする集合組織を有する珪素鋼板の製造方法が開示されている。
さらに、特許文献２および特許文献３には、上記の珪素鋼板の製造方法における冷間圧延工程を中間焼鈍を挟んだ複数回の冷間圧延とすることで、{100}面を板面と平行とし、かつ<001>軸を圧延方向に平行とする組織を有する珪素鋼板を製造する方法、すなわち二方向性電磁鋼板の製造方法が開示されている。

上述したように、変圧器や回転機の鉄心に用いられる二方向性電磁鋼板においては、低鉄損に加えて、磁歪が小さいことも重要である。しかしながら、特許文献１〜３には、磁歪については詳しく述べられていない。

一方、特許文献４には、鋼板の磁歪や鉄損を低減する方法として、キュリー温度以下の温度で回転する磁場を加えながら熱処理する方法が開示されている。
しかしながら、回転する磁界の中で鋼板を熱処理する方法は、工業的には困難である。これは、回転磁界を発生させることそのものも容易ではない上に、試料の形状によっては事実上、回転磁界を印加する方法が存在しないからである。例えば、長尺の鋼板をコイルに巻き取った状態で、鋼板面内に回転する磁界を加える工業的方法は未だ見出されていない。
また、この方法で磁歪や鉄損を低減させるためには、実質的に500℃以上の温度が必要である。したがって、熱処理の際には鋼板の酸化を防止する非酸化性の雰囲気を必要とする。

特開平７−１７３５４２号公報 特開平９−２０９６６号公報 国際公開ＷＯ９８／２０１７９号公報 特開２００３−２３１９２２号公報

そこで、二方向性電磁鋼板の磁歪や鉄損を低減する、工業的に使用可能な効率的な方法が望まれている。

本発明者は、上記課題を解決すべく種々検討を行い、印加が容易な静磁界もしくは交番磁界を用いた熱処理が磁気特性に及ぼす効果を詳細に調査した結果、二方向性電磁鋼板を磁化容易方向に磁化しながら熱処理する方法を採用することによって、従来と比較して低い温度であっても、磁歪と鉄損を十分に低減できることを見出し、本発明を完成させた。
ここで、交番磁界とは、磁界の方向が一定で、強さとその符号（正負）のみが変化する磁界である。

すなわち、本発明は、磁化容易方向を有する被処理鋼板に、キュリー温度以下２５０℃以上の熱処理温度で、上記磁化容易方向に静磁界もしくは交番磁界を加えながら熱処理を施す磁場中熱処理工程を有することを特徴とする二方向性電磁鋼板の製造方法を提供する。

本発明によれば、所定の熱処理温度で、磁化容易方向に静磁界もしくは交番磁界を加えながら熱処理を施すことにより、二方向性電磁鋼板の磁歪および鉄損を改善することができ、効率的な方法で磁歪および鉄損を低減することが可能である。

本発明の二方向性電磁鋼板の製造方法は、冷間圧延鋼板を焼鈍して上記被処理鋼板として二方向性電磁鋼板を作製する仕上げ焼鈍工程を有しており、上記仕上げ焼鈍工程後に上記磁場中熱処理工程を行う。仕上げ焼鈍工程にて、所望の磁化容易方向を有する二方向性電磁鋼板が得られるからである。

上記発明においては、上記被処理鋼板が、上記磁化容易方向が長手方向と一致する長尺の二方向性電磁鋼板であり、上記磁場中熱処理工程にて、上記長尺の二方向性電磁鋼板に連続的に熱処理を施してもよい。また、上記被処理鋼板が、上記磁化容易方向が長手方向と一致する長尺の二方向性電磁鋼板であり、上記磁場中熱処理工程にて、上記長尺の二方向性電磁鋼板をコイル状に巻き取った状態で熱処理を施してもよい。これらの場合には、長尺方向に磁場を印加することができるので、静磁界もしくは交番磁界を加える方法が飛躍的に容易になる。

この際、上記熱処理温度が５００℃以下であることが好ましい。熱処理温度が上記範囲であれば、長尺の二方向性電磁鋼板をコイル状に巻き取った状態で熱処理を施しても、巻き癖が付き難いからである。

さらに、上記仕上げ焼鈍工程後に、上記二方向性電磁鋼板に部品加工を施す加工工程を行う場合、上記加工工程後に上記磁場中熱処理工程を行うことが好ましい。加工工程を行う場合、通常はその加工歪を取り除くために歪み取り焼鈍工程が行われる。歪み取り焼鈍工程での温度は一般に600℃を超える温度である。そのため、歪み取り焼鈍工程にて磁場を印加せずに加熱すると、加工工程前に磁場中熱処理工程を行った場合には、その磁場中熱処理の効果が消失してしまうおそれがあるからである。

また本発明においては、上記被処理鋼板が、上記被処理鋼板の圧延方向から±１５°以内の角度および上記被処理鋼板の板幅方向から±１５°以内の角度に〈１００〉軸を有する結晶粒の体積率が７０％以上である集合組織を有することが好ましい。電気機器のエネルギー効率の向上に極めて有効な低鉄損、低磁歪の二方向性電磁鋼板が得られるからである。

さらに本発明においては、上記被処理鋼板の平均結晶粒径が２ｍｍ以下であることが好ましい。平均結晶粒径が過度に大きいと、一般に磁区の幅が増大し、渦電流損が増加し、低鉄損特性を得るのが困難となるからである。また、静磁界もしくは交番磁界を加えながらの熱処理による効果も発現しなくなるおそれがあるからである。

本発明においては、効率的な方法で、二方向性電磁鋼板の低鉄損化、および、鋼板面内での低磁歪化が実現できるという効果を奏する。

以下、本発明の二方向性電磁鋼板の製造方法について詳細に説明する。
本発明の二方向性電磁鋼板の製造方法は、磁化容易方向を有する被処理鋼板に、キュリー温度以下２５０℃以上の熱処理温度で、上記磁化容易方向に静磁界もしくは交番磁界を加えながら熱処理を施す磁場中熱処理工程を有することを特徴とするものである。

電磁鋼板に用いられる珪素鋼の磁化容易方向（<100>方向）の磁歪定数は正で、4×10^-5程度の比較的大きな値である。したがって、磁化容易方向に磁化する結晶格子は、この磁化容易方向に磁歪定数の比率で伸びる。これが、電磁鋼板の磁歪を生む原因である。また、これによって鉄損も増加する。

珪素鋼中の磁化は、その大部分が磁壁の移動によって生じる。磁壁には、磁壁の両側の磁化の向きが180°変化する180°磁壁と、磁壁の両側で磁化の向きが90°変化する90°磁壁とがある。180°磁壁が移動して磁化する場合は、磁歪は生じず鉄損も少ない。一方、90°磁壁が移動すると、磁歪が生じて鉄損も大きくなる。したがって、同じ組成、同じ集合組織を有する珪素鋼板であっても、これら二つの磁壁の存在割合を変化させることができれば、原理的に、磁歪や鉄損を変化させることができる。本発明は、この90°磁壁の発生を抑制する方法である。

パーマロイや珪素鋼などの合金は、磁場をかけた状態で（キュリー温度以下で）熱処理すると、誘導磁気異方性が発生することが知られている。これは、磁化した方向にFe-NiやFe-Siの原子対が配向するために起こると考えられている。一般に、磁場をかけた方向に磁化をもつ磁区が安定になるように、誘導磁気異方性が発生する。したがって、二方向性電磁鋼板の磁化容易方向に磁場をかけて熱処理すると、磁化容易方向を向いた磁区が安定になり(磁場をかけた方向に対して逆の方向を向いた磁区も安定化する)、他の方向に磁化が向いた磁区が消滅する。すなわち、180°磁壁のみが残るのである。本発明においては、上記の現象を利用することで、二方向性電磁鋼板の磁歪および鉄損が減少すると考えられる。

特開2003-231922号公報に記載のキュリー温度以下の温度で回転する磁場を加えながら熱処理する方法は、誘導磁気異方性を完全に除去することを目的としている。一方、本発明は、誘導磁気異方性を積極的に与え、それによって磁気特性を改善することを目的としている。特定の方向（磁化容易方向）に積極的に誘導磁気異方性を導入する方法を採用することによって、熱処理に必要な温度を低くし、磁場を発生させる装置の構造を飛躍的に簡略化することができる。これによって、例えば、連続焼鈍の最中での磁場中熱処理工程や、長尺の被処理鋼板をコイル状に巻き取った状態での箱焼鈍の最中にて巻き癖の付かない500℃以下の低温域での磁場中熱処理工程が可能になるなど、高生産性の処理が可能となる。

本発明においては、磁場を印加した方向でのみ磁気特性が改善される。しかしながら、板面内の二方向に磁化容易方向を有する二方向性電磁鋼板であっても、変圧器などのほとんどの用途では、主にいずれか一方の方向に磁化して使用するため、その主方向の特性を改善することで、鉄心としての特性を大幅に改善することができる。
以下、本発明の二方向性電磁鋼板の製造方法における各工程等について説明する。

１．磁場中熱処理工程
本発明における磁場中熱処理工程は、磁化容易方向を有する被処理鋼板に、キュリー温度以下２５０℃以上の熱処理温度で、上記磁化容易方向に静磁界もしくは交番磁界を加えながら熱処理を施す工程である。
以下、磁場中熱処理工程の条件、磁場中熱処理工程の態様、および被処理鋼板について説明する。

（１）磁場中熱処理工程の条件
（熱処理温度）
本発明においては、誘導磁気異方性の発生する温度域で静磁界もしくは交番磁界をかけることを基本とする。誘導磁気異方性はFe-Si原子対の短範囲規則化によるものであるので、誘導磁気異方性の発生する温度域は規則化の生じる温度域ともいえる。

熱処理温度は、誘導磁気異方性の発生する温度域であればよく、キュリー温度以下２５０℃以上とする。キュリー温度は、被処理鋼板の組成等によって異なるものであるが、本発明に用いられる被処理鋼板であれば、通常、６５０℃〜７６０℃程度となる。キュリー温度を超える温度で静磁界もしくは交番磁界を加えてもかまわないが、被処理鋼板がキュリー温度を超えると磁性を示さなくなる場合があるので、静磁界もしくは鋼板磁界を加えても磁気特性の改善効果が得られない可能性がある。

熱処理温度は、好ましくは５００℃以下である。熱処理温度が５００℃以下であれば、磁場中熱処理工程にて、被処理鋼板の酸化を防止するために酸化を抑制する雰囲気とする必要がなくなるからである。なお、熱処理温度が高くなるほど短時間で誘導磁気異方性が発現するが、２５０℃〜５００℃の範囲内で十分短期間に誘導磁気異方性が発現する。

特に、被処理鋼板が長尺のものである場合であって、被処理鋼板をコイル状に巻き取った状態で静磁界もしくは交番磁界を加えながら熱処理する場合には、巻き癖を被処理鋼板に残さないために、熱処理温度は、好ましくは５００℃以下、さらに好ましくは４５０℃以下とする。

また、熱処理温度は、好ましくは３００℃以上である。熱処理温度が３００℃未満であると、Fe-Si原子対の短範囲規則化が生じにくくなる場合があるからである。

（静磁界および交番磁界）
被処理鋼板に静磁界もしくは交番磁界を加える方法としては、特に限定されるものではない。例えば、直流もしくは交流電流を流したコイル中に被処理鋼板を配置する方法が挙げられる。また、永久磁石を用いて静磁界を発生させてもよい。

磁界の強さは、低鉄損化、低磁歪化の効果を得るために、被処理鋼板の熱処理温度での保持力以上とすることが好ましい。具体的には、磁界の強さとしては、20A/m以上であることが好ましい。磁界の強さは強いほど好ましく、上限は特に限定されない。工業的な観点では、磁界の発生が困難となることから、磁界の強さの上限は50000A/m程度であることが好ましい。磁界の強さは、より好ましくは300A/m以上5000A/m以下である。

また、交番磁界を印加する場合、磁界の周波数としては、1KHz以下とすることが好ましく、より好ましくは500Hz以下である。磁界の周波数が過度に大きいと、被処理鋼板に生じる渦電流のために磁化し難くなるからである。

磁界の方向は、被処理鋼板の板面内の磁化容易方向とする。磁化容易方向は、被処理鋼板の種類に応じて適宜選択される。
例えば、被処理鋼板が{100}<001>集合組織を有する場合には、<100>軸が圧延方向および板幅方向に配向しているので、磁化容易方向は圧延方向もしくは板幅方向となり、磁界の方向も圧延方向もしくは板幅方向となる。この場合、磁界の方向は、圧延方向および板幅方向のいずれであってもよい。
また例えば、上記の場合であって、被処理鋼板が長尺のものである場合には、通常、長手方向が圧延方向となるので、磁化容易方向は圧延方向（長手方向）もしくは板幅方向となり、磁界の方向も圧延方向（長手方向）もしくは板幅方向となる。この場合、磁界の方向は、長手方向であることが好ましい。長手方向に静磁界もしくは交番磁界を印加できるので、静磁界もしくは交番磁界の印加が容易だからである。

したがって、被処理鋼板が長尺のものである場合には、磁化容易方向が長手方向と一致していることが好ましい。

（静磁界もしくは交番磁界を印加する期間）
磁場中熱処理を行った後、磁場の印加なしに250℃超の高温で長時間熱処理を行うと、前に行った磁場中熱処理による効果が消失するおそれがある。磁場中熱処理を行った後、磁場を印加せずに熱処理を行うと、前に行った磁場中熱処理の磁場の方向に対し直交する方向に磁化を持つ磁区が多数現れる。その磁区内では、直交方向の磁場が発生するので、直交方向に誘導磁気異方性が導入されるのである。
したがって、熱処理中に磁場印加を終了した後、長時間250℃以上の温度で保持することは避けなければいけない。
そのため、好ましくは、250℃以下の温度に被処理鋼板が冷却されるまで磁場を印加する。磁場印加の開始時点に特に制限はなく、例えば、熱処理の開始時点に磁場印加を開始してもよく、熱処理の途中から磁場印加を開始してもよい。

（雰囲気）
磁場中熱処理工程での雰囲気としては、特に限定されるものではなく、例えば、大気雰囲気、不活性ガスを主体とする雰囲気、真空等のいずれであってもよい。中でも、上記熱処理温度が500℃以下である場合には、被処理鋼板の酸化を考慮しなくてもよいため、大気雰囲気とすることが好ましい。生産性の点で好ましいからである。一方、上記熱処理温度が500℃超である場合には、被処理鋼板の酸化を考慮して、不活性ガスを主体とする雰囲気、または真空であることが好ましい。

（２）磁場中熱処理工程の態様
被処理鋼板に静磁界もしくは交番磁界を加えながら熱処理を施す方法としては、特に限定されるものではなく、被処理鋼板の形態や、二方向性電磁鋼板の製造工程において磁場中熱処理工程を行う順番等により適宜選択される。

例えば、被処理鋼板が長尺のものであり、磁化容易方向が長手方向と一致する場合には、上記の方法としては、被処理鋼板に長手方向に静磁界もしくは交番磁界を加えながら連続的に熱処理を施す方法、被処理鋼板をコイル状に巻き取った状態で長手方向に静磁界もしくは交番磁界を加えながら熱処理を施す方法が好ましく用いられる。このような方法とすると、長手方向に磁場を印加できるので、磁場印加方法が飛躍的に容易になるからである。さらに、被処理鋼板をコイル状に巻き取った状態で長手方向に静磁界もしくは交番磁界を加えながら熱処理を施す方法では、最も簡便な装置で大量に一括して磁場中熱処理を行うことができるからである。

被処理鋼板をコイル状に巻き取った状態で長手方向に静磁界もしくは交番磁界を加えながら熱処理を施す場合、長手方向に磁場を印加するには、コイル状に巻き取った被処理鋼板の周囲に導線コイルを巻き付け、電流を流すだけでよい。例えば、直径2m程度、重さ数トンの鋼板コイルであっても、50ターンの導線に200Aの電流を流すだけで、約1600A/mの磁場を印加することができる。この際、炉の中で加熱中に必ずしも磁場を印加する必要はなく、加熱後に鋼板コイルを炉より引き出し、導線コイルをセットし、緩冷却中に磁場を印加してもよい。導線コイルは、分割・組み合わせができる形態のものを用いると作業が容易になる。

本発明における磁場中熱処理工程は、磁化容易方向を有する被処理鋼板に所定の条件で熱処理を施すことができれば、一般的な二方向性電磁鋼板の製造方法におけるいずれの工程の最中もしくは後に行われてもよい。
しかしながら、上述したように、磁場中熱処理の後、磁場の印加なしに250℃超の高温で長時間熱処理を行うことは避ける必要がある。磁場中熱処理の後、磁場の印加なしに250℃超の高温で長時間熱処理を行うと、磁場中熱処理による効果が消失するおそれがあるためである。
したがって、好ましくは、二方向性電磁鋼板の製造方法における全工程のうち最後の加熱を伴う工程で磁場中熱処理工程を行う。

二方向性電磁鋼板の製造方法は、通常、冷間圧延鋼板を焼鈍して二方向性電磁鋼板を作製する仕上げ焼鈍工程を有するものである。この仕上げ焼鈍工程にて、所定の集合組織が発達し、二方向性電磁鋼板が得られる。この二方向性電磁鋼板は、磁化容易方向を有するものである。したがって、磁場中熱処理工程は、仕上げ焼鈍工程後、最後の加熱を伴う工程で行うことが好ましい。

また、二方向性電磁鋼板の製造方法は、通常、上記仕上げ焼鈍工程後に、加熱を伴う工程として、平坦化工程、表面コーティング工程を有する。したがって、磁場中熱処理は、平坦化工程もしくは表面コーティング工程で行うことが好ましい。平坦化工程では600℃以上、表面コーティング工程でも300℃以上の温度に昇温することが多く、効率的に磁場中熱処理工程を行うことができるからである。

平坦化工程では、被処理鋼板の平坦度を改善するために、被処理鋼板に焼鈍を施す。すなわち、被処理鋼板を加熱する。
平坦化工程での焼鈍方法は、通常は連続焼鈍である。

表面コーティング工程では、被処理鋼板の表面に皮膜を形成した後、この皮膜の硬度や密着性を改善するために、皮膜が形成された被処理鋼板を加熱する。
皮膜は、通常、有機皮膜、無機皮膜、もしくはこれらの混合皮膜である。無機皮膜では600℃以上、他の皮膜でも250℃以上の高温で加熱されることがある。
表面コーティング工程での加熱方法としては、特に限定されるものではないが、通常は連続的に加熱する方法が用いられる。表面コーティング工程での加熱温度としては、250℃以上であればよく、一般的な表面コーティング工程での加熱温度と同様とすることができる。また、表面コーティング工程のその他の点については、一般的な表面コーティング工程と同様である。

また、二方向性電磁鋼板の製造工程において、仕上げ焼鈍工程後に、切断や打ち抜き加工を施す加工工程を行い、さらにその加工歪を取り除くために歪み取り焼鈍を施す歪み取り焼鈍工程を行う場合は、この歪み取り焼鈍工程の最中もしくはその後に磁場中熱処理工程を施すことが好ましい。歪み取り焼鈍工程での温度は、一般に600℃を超える温度である。そのため、歪み取り焼鈍工程にて磁場を印加しなければ、加工工程前に磁場中熱処理工程を行った場合、前工程での磁場中熱処理の効果が消失してしまうおそれがあるからである。中でも、歪み取り焼鈍工程中に磁場中熱処理工程を行うことが、効率上好ましい。

歪み取り焼鈍工程では、被処理鋼板の加工工程後の加工歪を取り除くために、被処理鋼板に焼鈍を施す。すなわち、被処理鋼板を加熱する。
歪み取り焼鈍工程での焼鈍方法としては、連続焼鈍および箱焼鈍のいずれであってもよい。

磁場中熱処理工程は、複数回行ってもよい。例えば、仕上げ焼鈍工程後に、平坦化工程、加工工程および歪み取り焼鈍工程を行う場合、平坦化工程中に磁場中熱処理工程を行い、さらに歪み取り焼鈍工程中にも磁場中熱処理工程を行ってもよい。

上記の平坦化工程、表面コーティング工程および歪み取り焼鈍工程等の加熱を伴う工程中に磁場中熱処理工程を行う場合、250℃以下の温度に被処理鋼板が冷却されるまで磁場を印加することが好ましい。上述したように、磁場中熱処理の後、磁場の印加なしに250℃超の高温で長時間熱処理を行うと、それ以前の磁場中熱処理の効果が消失するためである。

加熱を伴う工程での磁場印加の開始時点に特に制限はなく、例えば、加熱を伴う工程での昇温・保持・冷却のうち、昇温の開始時点に磁場印加を開始してもよく、昇温・保持・冷却の途中から磁場印加を開始してもよい。

中でも、加熱を伴う工程中に磁場中熱処理工程を行う場合であって、加熱を伴う工程にてキュリー温度超の温度まで昇温する場合には、加熱を伴う工程での昇温・保持・冷却のうち冷却中のキュリー温度〜250℃になる期間のすべての期間で磁場を印加することが好ましい。上述したように、磁場中熱処理の後、磁場の印加なしに250℃超の高温で長時間熱処理を行うと、それ以前の磁場中熱処理の効果が消失するためである。

（３）被処理鋼板
本発明に用いられる被処理鋼板は、磁化容易方向を有するものであれば特に限定されるものではない。
以下、被処理鋼板の各構成について説明する。

（鋼組成）
（ｉ）Ｓｉ
Ｓｉは、電気抵抗を高め渦電流損失を低減するため、含有させることが好ましい。一方、Ｓｉを多量に含有すると、飽和磁化を減少させ、かつ鋼を脆くし、加工性を劣化させるため、Ｓｉ含有量は6.5％以下であることが好ましい。磁気特性と加工性のバランスから、Ｓｉ含有量は、好ましくは1.5％以上5％以下、より好ましくは2％以上4％以下とする。

（ii）Ｍｎ
Ｍｎは、電気抵抗を高め渦電流損失を低減するため、含有させてもよい。一方、Ｍｎを多量に含有すると、飽和磁化を減少させ、かつ鋼を脆くし、加工性を劣化させるため、Ｍｎ含有量は3％以下とすることが好ましい。

（iii）Ｃ
磁気時効を生じさせないために、Ｃ含有量は30ppm以下とすることが好ましい。

（iv）Ａｌ
Ａｌは、電気抵抗を高めるため、含有させてもよい。一方、Ａｌを多量に含有させると、磁歪が増加するため、Ａｌ含有量は3％以下とすることが好ましい。

（ｖ）その他の成分
その他不純物も、一般的な電磁鋼板に許される範囲で含有させてもよい。

（集合組織）
本発明に用いられる被処理鋼板としては、磁化容易方向を有するものであれば特に限定されるものではないが、通常は二方向性電磁鋼板が用いられる。被処理鋼板としては、低鉄損低磁歪特性を有する二方向性電磁鋼板を得るために、板面と平行に{100}面が配向し、板面内の直交する二方向に<100>軸が配向した集合組織を有することが好ましい。特に、被処理鋼板は、圧延方向および板幅方向に<100>軸が配向した集合組織（{100}<001>集合組織）を有することが好ましい。

被処理鋼板が{100}<100>集合組織を有する場合、圧延方向から±15゜以内の角度および板幅方向から±15゜以内の角度に<100>軸を有する結晶粒の体積率が70％以上であることが好ましく、より好ましくは80％以上である。集積度の高い{100}<001>集合組織を有する二方向性電磁鋼板を得ることができるからである。

（結晶組織）
二方向性電磁鋼板の磁区構造は、磁場中熱処理工程での条件や集合組織のみならず、結晶粒径にも大きく影響される。結晶粒径が被処理鋼板の厚さに対して過度に大きいと、結晶粒が被処理鋼板の厚さ方向に貫通するようになるため、磁区構造は大きく変化する。

平均結晶粒径は、磁歪を低減し、また渦電流損失を低減して、鉄損を低下させるために、2mm以下とすることが好ましく、より好ましくは1mm以下である。平均結晶粒径の下限は、ヒステリシス損失を増加させないため、0.05mm以上とすることが好ましい。

{100}<001>集合組織が強く発達した被処理鋼板では、結晶間の粒界のほとんどは小角粒界となる。本発明においては、両側の結晶方位に0.5°以上の角度差がある境界を結晶粒界と定義し、この結晶粒界で囲まれた粒を結晶粒と定義する。また、結晶粒径は、結晶粒の面積と等面積の円の直径と定義する。双晶境界は、結晶粒界とはみなさない。
なお、結晶粒径は、被処理鋼板を、被処理鋼板の表面に平行な断面で観察することで測定することができる。

（板厚）
被処理鋼板の板厚としては、特に限定されない。しかしながら、渦電流損失を低下させ、鉄損を低減するためには、被処理基板の板厚は、0.7mm以下であることが好ましい。一方、被処理鋼板の板厚の下限は特に限定されず、冷間圧延で製造可能な厚さであればよい。

（形状）
被処理鋼板の形状としては、特に限定されるものではない。例えば、コイル状に巻き取られたものであってもよく、切断や打ち抜き等されて、切り板状、短冊状、その他任意の形状に加工されたものであってもよい。

（被処理鋼板の製造方法）
被処理鋼板の製造方法としては、磁化容易方向を有する被処理鋼板を作製できる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的な方法を用いればよい。

例えば、{100}<001>集合組織を有する被処理鋼板の製造方法としては、焼鈍分離剤を用いて仕上げ焼鈍を施す方法；中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施した後、弱脱炭性雰囲気での焼鈍および強脱炭性雰囲気での焼鈍の二段階の仕上げ焼鈍を施す方法；インヒビタとしてＡｌを用い、交差圧延を施した後、仕上げ焼鈍を施す方法；などが挙げられる。

焼鈍分離剤を用いて仕上げ焼鈍を施す方法では、例えば、まず、所定の鋼組成を有する鋼に熱間圧延および冷間圧延を施して所望の厚さの冷間圧延鋼板とする。次に、この冷間圧延鋼板に、焼鈍分離剤として脱炭促進剤または脱炭促進剤と脱Ｍｎ促進剤とを用いて、仕上げ焼鈍を施す。この仕上げ焼鈍により、冷間圧延鋼板中のＣやＭｎが除かれるとともに{100}<001>集合組織が発達する。

２．その他の工程
本発明の二方向性電磁鋼板の製造方法は、上述の工程以外に、一般的な二方向性電磁鋼板の製造方法にて行われる種々の工程を有していてもよい。例えば、熱間圧延工程、冷間圧延工程等が挙げられる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、実施例および比較例を例示して、本発明を具体的に説明する。
［実施例１］
下記表１のＡに示す鋼組成を有する鋼塊を真空溶製し、70mm厚さの板に熱間鍛造した後、熱間圧延して3mm厚の熱間圧延板とした。次いで、熱間圧延板を酸洗してスケールを除去した後、0.9mmまで冷間圧延し、その後1050℃で熱処理した。さらに0.35mm厚まで冷間圧延した。この冷間圧延板を、SiO₂粉末およびTiO₂粉末を混合した焼鈍分離剤と積層した後、10^-3Torrの真空中にて1℃/minの速度で昇温して、1100℃で16時間焼鈍した。積層焼鈍後の鋼板の組成は下記表１のＢに示すようになった。

鋼板の結晶組織と集合組織を、EBSP（Electron Back Scattering Pattern）法を用いて解析した。平均結晶粒径は0.38mm、板面から15°以内に{100}面を有する結晶粒の体積率は98％であった。結晶粒の<001>方向は、鋼板の圧延方向に配向しており、集合組織は{100}<001>であった。結晶粒の96％が圧延方向および板幅方向から15°以内に<001>軸を有していた。

次に、積層焼鈍後の鋼板から、30mm×280mmの短冊試験片を圧延方向に沿って切りだし、歪み取り焼鈍を施した。

それらの短冊試験片に関して、連続焼鈍（昇温・保持・冷却）における冷却中に磁界を加えながら熱処理する方法について模擬実験を行った。
すなわち、短冊試験片をキュリー温度以上の800℃に昇温した後、2℃/minの速度で冷却しながら、下記表２に示す温度域で圧延方向に1600A/mの静磁界を印加した。その後、短冊試験片の圧延方向の磁気特性と磁歪特性をそれぞれ、単板磁化測定装置、レーザードップラー磁歪測定装置を用いて測定した。測定周波数は50Hzとした。結果を表２と図２に示す。

400℃以上の温度からの冷却中に磁場を印加することで、鉄損と磁歪が顕著に低下したことが分かった。また、本発明外の200℃以下の温度での磁場印加では効果が全く見られなかった。

［実施例２］
実施例１と同様の方法で、圧延方向に長辺を有する30mm×280mmの短冊試験片を用意した。鋼板の組成、結晶組織および集合組織は、実施例１と同じであった。歪み取り焼鈍後の圧延方向のB₈は1.86T、W_17/50は1.26W/kg、λ_p-p(1.7T)は8×10^-6であった。

これらの短冊試験片に関して、コイル状に巻き取った後の箱焼鈍（昇温・保持・冷却）において磁界を加えながら熱処理する方法を模擬するため、295℃〜375℃の範囲の所定温度で、圧延方向に1600A/mの静磁界を印加しながら熱処理した。その後、実施例１と同様の方法で磁気特性を測定した。その結果を表３と図３に示す。

295℃の温度でも効果が得られ、300℃を超えると短時間の熱処理で大きな効果が得られることが分かった。これにより、コイルに巻き取った後の箱焼鈍を300℃〜400℃の温度で行い、箱焼鈍における保持の最中もしくは冷却開始直後から、温度が室温になるまで、磁場を加えることで、二方向性電磁鋼板の磁気特性を顕著に改善できることが分かった。300℃〜400℃の温度では、鋼板に巻き癖が付くこともなく、また鋼板に表面処理が施されている場合には大気中で焼鈍が行えることは明らかである。

［実施例３］
実施例１と同様の方法で、圧延方向に長辺を有する30mm×280mmの短冊試験片を用意した。鋼板の組成、結晶組織および集合組織は、実施例１と同じであった。本実施例では、部品加工後に磁界を加えながら熱処理する方法を模擬するため、短冊試験片の切り出し後の歪み取り焼鈍は行わなかった。これらの短冊試験片の圧延方向のB₈は1.84T、W_17/50は1.66W/kg、λ_p-p(1.7T)は16×10^-6であった。

これらの短冊試験片に関して、圧延方向に周波数が20Hz〜500Hz、最大磁場800A/mの交番磁界を印加しながら、350℃の温度で60分間熱処理した。その後、実施例１と同様の方法で磁気特性を測定した。その結果を表４に示す。

交番磁界でも静磁界と同様な効果があり、部品加工後の磁気特性の向上も図れることが分かった。

結晶方位を模式的に示す図である。 実施例１の熱処理後の鉄損と磁場印加開始温度との関係を示すグラフである。 実施例２の熱処理後の鉄損と熱処理時間との関係を示すグラフである。

Claims (8)

1. 磁化容易方向を有する被処理鋼板（但し、鋼板表面から、アルミニウム、ケイ素、コバルトまたはゲルマニウムから選んだ１種以上の元素を拡散させ、鋼板表面から中心部に向かって減少するように分布させた鋼板を除く）に、キュリー温度以下２５０℃以上の熱処理温度で、前記磁化容易方向のうちの一つの方向に静磁界もしくは交番磁界を加えながら熱処理を施す磁場中熱処理工程を有することを特徴とする二方向性電磁鋼板の製造方法。
2. 冷間圧延鋼板を焼鈍して前記被処理鋼板として二方向性電磁鋼板を作製する仕上げ焼鈍工程を有し、前記仕上げ焼鈍工程後に前記磁場中熱処理工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
3. 前記被処理鋼板が、前記磁化容易方向が長手方向と一致する長尺の二方向性電磁鋼板であり、前記磁場中熱処理工程にて、前記長尺の二方向性電磁鋼板に連続的に熱処理を施すことを特徴とする請求項２に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
4. 前記被処理鋼板が、前記磁化容易方向が長手方向と一致する長尺の二方向性電磁鋼板であり、前記磁場中熱処理工程にて、前記長尺の二方向性電磁鋼板をコイル状に巻き取った状態で熱処理を施すことを特徴とする請求項２に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
5. 前記熱処理温度が５００℃以下であることを特徴とする請求項４に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
6. 前記仕上げ焼鈍工程後に、前記二方向性電磁鋼板に部品加工を施す加工工程を行い、前記加工工程後に前記磁場中熱処理工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
7. 前記被処理鋼板が、前記被処理鋼板の圧延方向から±１５°以内の角度および前記被処理鋼板の板幅方向から±１５°以内の角度に〈１００〉軸を有する結晶粒の体積率が７０％以上である集合組織を有することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
8. 前記被処理鋼板の平均結晶粒径が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。

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