JP6299987B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、方向性電磁鋼板とその製造方法に関し、具体的には、磁区細分化処理を施した鉄損特性に優れる方向性電磁鋼板とその製造方法に関するものである。

方向性電磁鋼板は、主にトランスやモータコアの鉄心材料として用いられることから、磁気特性に優れていること、特に鉄損特性に優れる（鉄損が低い）ことが強く求められている。鉄損特性を改善するためには、製品鋼板中の二次再結晶粒を｛１１０｝＜００１＞方位（いわゆる、「ゴス方位」）に高度に揃えてやることや、不純物を低減してやることが有効な手段である。

しかし、上記の結晶方位制御や不純物低減による鉄損改善効果には限界がある。そこで、鋼板表面に物理的な手法で不均一性を導入し、磁区幅を細分化することによって鉄損を低減する、いわゆる「磁区細分化」技術が開発されている。例えば、特許文献１には、最終製品板にレーザを照射し、鋼板表層に高転位密度領域を導入することにより、磁区幅を狭くし、鉄損を低減する技術が提案されている。また、特許文献２には、電子ビーム照射により磁区幅を制御する技術が提案されている。

ところで、鋼板表面に、上記レーザ照射や電子ビーム照射（これらを、以降、単に「ビーム照射」、また、その照射装置を「ビーム照射装置」ともいう）を行うには、ビームの収束や照射速度、即ち、鋼板表面上のビーム走査速度（以降、単に「走査速度」という）等の制約から、１台のビーム照射装置で鋼板の全幅を照射することが困難な場合がある。このような場合には、板幅方向に複数台のビーム照射装置を設置して照射することになるため、各々のビーム照射装置がカバーする領域（以降、「ビーム照射領域」ともいう）間には、必然的に「つなぎ目」にずれが生じることとなる。このつなぎ目の不連続性（以降、「ずれ」ともいう）には２種類あり、その１つが圧延方向のずれである。このずれは、２台のビーム照射装置が、同期して制御されていないときなどに２台の照射領域が鋼板の長手方向（圧延方向：ＲＤ方向）にずれて、いわゆる「ちぐはぐ」となる現象である。もう１つのずれは、板幅方向（ＴＤ方向）のずれである。さらに、この板幅方向のずれには、２つの隣り合うビーム照射領域が幅方向に重なる場合と、逆に、２つ領域が重ならずに開いている場合とがある。

このような長手方向および板幅方向の照射領域の不連続性、即ち、ずれの量を最小とするには、各々のビーム照射装置の照射領域を適切に設定すると同時に、隣り合うビーム照射装置を同期させて制御することが必要である。しかし、たとえ初期状態の設定が上手くいっていても、連続的に鋼板に照射している最中に鋼板の蛇行が生じたり、光学系の経年劣化等によってビーム照射領域に誤差が生じたりして、つなぎ目において長手方向および／または板幅方向においてビーム照射領域にずれが生じ、ビーム照射領域が不連続となることがある。このような不連続が鋼板内に存在すると、鉄損特性の劣化が起こる。

このような不連続を解消する方法としては、例えば、特許文献３には、鋼帯の蛇行量を検知し、ビーム照射の走査範囲を変更するビーム照射方法が開示されている。また、ビームの照射領域を何らかの方法で感知し、ビーム照射領域をフィードバック制御する方法も考えられる。

特公昭５７−００２２５２号公報 特公平０６−０７２２６６号公報 特開平０６−１１６６５４号公報

しかし、上記特許文献３等の従来技術の方法は、追加の設備が必要であったり、それによって走査速度が遅くなったりするため、生産性が大きく阻害されることになる。

本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板を提供するとともに、その鋼板を生産性よく製造する方法を提案することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて、上記ビーム照射領域の不連続なつなぎ目の性状が、鉄損特性に及ぼす影響を鋭意調査した。その結果、隣り合うビーム照射領域のつなぎ目における性状を特定の範囲に制御してやることにより、ずれが生じていても鉄損の増大を小さく抑制することができ、かつ、生産性よく磁区細分化処理を施すことができることを見出し、本発明を開発するに至った。

すなわち、本発明は、板幅方向と３０度以内の角度で線状または点列状の歪を有する領域を、鋼板表面に板幅方向に複数に分けて形成されてなる方向性電磁鋼板であって、上記ビーム照射領域のつなぎ目の性状が、下記（１）および（２）式；
０≦α≦０．３×ａ ・・・（１）
−１．２×ａ＋０．０２×ｗ−０．５×α−６．５≦β≦−０．１３×ａ−２００×（１／ｗ）＋５．４ ・・・（２）
ここで、α：ビーム照射領域のつなぎ目におけるＲＤ間隔（ｍｍ）
β：ビーム照射領域のつなぎ目におけるＴＤ間隔（ｍｍ）
ａ：ビーム線間隔（ｍｍ）
ｗ：磁区不連続部平均幅（μｍ）
を満たすことを特徴とする方向性電磁鋼板である。ここで上記「つなぎ目」とは、複数台のビーム照射装置でビーム照射するときの、隣り合うビーム照射装置がカバーするビーム照射領域間にずれが生じた不連続の部分のことであり、また、上記「つなぎ目におけるＲＤ間隔」とは、上記つなぎ目におけるビーム照射領域の圧延方向のずれ量、「つなぎ目におけるＴＤ間隔」とは、つなぎ目におけるビーム照射領域の板幅方向のずれ量のことである。

また、本発明は、上記方向性電磁鋼板の製造方法であって、鋼板表面を板幅方向に複数の領域に分け、それぞれの領域にレーザ照射装置または電子ビーム照射装置を設置し、ビームを照射してビーム照射領域を形成し、磁区細分化処理を施すにあたり、上記ビーム照射領域のつなぎ目におけるＴＤ間隔βを−３〜０ｍｍの範囲に設定してビームを照射することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法である。

本発明によれば、隣り合うビーム照射領域のつなぎ目における圧延方向および板幅方向における不連続性（ずれ）を、適正範囲に制御し、鉄損の増大を抑制することができるので、鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板を生産性よく製造することが可能となる。

実験に用いた試料を説明する模式図である。 隣り合うビーム照射領域のつなぎ目におけるＲＤ間隔αと鉄損Ｗ_{１７／５０}との関係を示すグラフである。 隣り合うビーム照射領域のつなぎ目におけるＴＤ間隔βと鉄損Ｗ_{１７／５０}との関係を示すグラフである。 磁区不連続部平均幅ｗを説明する図である。 隣り合うビーム照射領域のつなぎ目を特定する因子を説明する図である。 鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えないビーム線間隔ａとＲＤ間隔αとの関係を示すグラフである。 鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えないビーム線間隔ａとＴＤ間隔βとの関係を示すグラフである。 鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えない磁区不連続部平均幅ｗとＴＤ間隔βとの関係を示すグラフである。 鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えないＲＤ間隔αとＴＤ間隔βとの関係を示すグラフである。

発明者らは、前述した隣り合うビーム照射領域のつなぎ目における不連続性（ずれ）が、鉄損特性に及ぼす影響を調べるため、ビーム線間隔ａを５ｍｍ（一定）とし、つなぎ目部の性状が異なる各種鋼板を準備し、鉄損の測定を行った。具体的には、電子ビーム照射によって、図１に示すように、板幅中央部分に２つのビーム照射領域のつなぎ目を有する１００ｍｍ幅の鋼板のつなぎ目における長手方向のずれ量や板幅方向のずれ量を種々に変化させた試料を作製し、単板磁気測定装置にて鉄損Ｗ_{１７／５０}を測定した。なお、この際の電子ビーム照射条件は、加速電圧：６０ｋＶ、ビーム電流：９．５ｍＡ、走査速度：３０ｍ／ｓとした。

図２は、隣り合うビーム照射領域のつなぎ目における長手方向（ＲＤ方向）のずれ量（以降、この量を「ＲＤ間隔α」という。なお、同一つなぎ目には、ＲＤ間隔が大小２つあるが、本発明においては狭い方とする。）と鉄損Ｗ_{１７／５０}との関係を示したものである。また、図３は、隣り合うビーム照射領域のつなぎ目における板幅方向（ＴＤ方向）のずれ量（以降、このずれ量を「ＴＤ間隔β」といい、重なる場合を「負（−）」、開いている場合を「正（＋）」とする。）と鉄損Ｗ_{１７／５０}との関係を示したものである。

これらの図から、以下のことがわかる。
（１）隣り合うビーム照射領域が長手方向でずれが生じた場合（α＞０）には、ビーム照射領域が連続している場合と比べ、鉄損が増加する。
（２）隣り合うビーム照射領域がつなぎ目で板幅方向に重なる場合（β＜０）、開いている場合（β＞０）のいずれの場合にも、ビーム照射領域が連続している場合（β＝０）と比べて鉄損は増加する。しかし、開いている場合の方が、鉄損の増加量は大きい。
（３）しかし、ビーム照射領域の不連続が、幅方向および長手方向ともに、ある範囲内であれば、鉄損の増加量は小さく、つなぎ目の不連続により悪影響を受けない。

上記のように、ビーム照射領域のつなぎ目が不連続となった場合には、鉄損が増加するものの、その不連続の度合い（ずれ量）が所定の範囲内であれば、鉄損は増加しないこと、したがって、ずれ量を上記所定の範囲内に抑制することができれば、不連続部を完全に無くすことができなくても、低鉄損の方向性電磁鋼板を生産性よく製造できることがわかる。

次に、発明者らは、ビーム照射領域のつなぎ目の不連続によって鉄損特性が劣化する原因について調査するため、上記の実験において測定した鉄損を、ヒステリシス損と渦電流損とに分離した結果、以下のことが判明した。なお、上記鉄損の分離は、直流励磁時の鉄損をヒステリシス損、交流励磁時の鉄損と直流励磁時の鉄損の差を渦電流損とした。
（１）隣り合うビーム照射領域が長手方向にずれる場合（α＞０）には、ビーム照射領域が連続的に続く場合（α＝０）と比べてヒステリシス損が増加した。これは、ずれによって歪みが不均一に導入されるため、局所的に磁化過程が複雑となる結果、ヒステリシス損が大きくなったものと考えられる。
（２）隣り合うビーム照射領域が幅方向に重なる場合（β＜０）には、ビーム照射領域が連続的に続く場合（β＝０）と比べてヒステリシス損が増加した。これは、ビーム照射領域が重なる場合には、その部分に歪みが過剰に導入されるため、その部分の透磁率が小さくなり、鋼板全体として透磁率が不均一になるとともに透磁率も小さくなってヒステリシス損が増大したものと考えられる。
（３）一方、ビーム照射領域が幅方向に開く場合（β＞０）には、ビーム照射領域が連続的に続く場合（β＝０）と比べて渦電流損が増加した。これは、ビーム照射領域が開く場合には、その部分が磁区細分化されないために磁区幅の減少が起こらず、渦電流損が増加したものと考えられる。

上記の鉄損特性の劣化挙動からは、照射するビーム線の長手方向の間隔や、磁区不連続部平均幅ｗ（図４参照）に代表される導入熱歪量が変わった場合にも、鉄損増加量が変化することが予想される。さらに、つなぎ目が不連続となった場合に、鉄損の増加を抑制することができる鋼板の長手方向や幅方向のビーム照射領域のずれ量の範囲も、上記図２や図３の範囲から変化することが予想される。

そこで、ＲＤ間隔αやＴＤ間隔βの他に、ビーム線間隔ａや磁区不連続部平均幅ｗを種々に変えた試料を作製し、鉄損増加を抑制することができる鋼板長手方向および幅方向のビーム照射領域のずれ量の範囲を再調査した。実験は、前述した実験と同じ手法で試料を作製して鉄損Ｗ_{１７／５０}を測定し、鉄損の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えない範囲の長手方向のビーム照射領域のずれ量（ＲＤ間隔α）および板幅方向のずれ量（ＴＤ間隔β）の範囲を求めた。その結果、隣り合うビーム照射領域のつなぎ目の性状が、下記（１）式および（２）式を満たす場合に、つなぎ目による鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇ以下、即ち、つなぎ目のずれに影響されない、鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板が得られることが判明した。
記
０≦α≦０．３×ａ ・・・（１）
−１．２×ａ＋０．０２×ｗ−０．５×α−６．５≦β≦−０．１３×ａ−２００（μｍ・ｍｍ）×（１／ｗ）＋５．４ ・・・（２）
ただし、α：ビーム照射領域のつなぎ目におけるＲＤ間隔（ｍｍ）
β：ビーム照射領域のつなぎ目におけるＴＤ間隔（ｍｍ）
ａ：ビーム線間隔（ｍｍ）
ｗ：磁区不連続部平均幅（μｍ）

ここで、上記のビーム照射領域と、因子α，β，ａおよびｗについて説明する。
ビーム照射領域
本発明におけるビーム照射領域とは、レーザを照射あるいは電子ビームを照射した領域をいう。ビーム出力が大きい場合は、ビーム照射によって鋼板表面に被成された被膜が損傷し、照射痕が生ずるため、ビーム照射領域を目視あるいは顕微鏡を用いて簡単に識別することができる。また、照射痕が生じない場合には、ビームを照射した領域では、圧延方向に平行な磁区構造が途切れたり、不連続になったりするので、ビッター法などの磁区観察手法を用いて可視化することで、ビーム照射領域を識別することができる。

α：ビーム照射領域のつなぎ目におけるＲＤ間隔（ｍｍ）
つなぎ目におけるビーム照射領域の圧延方向のずれ量をＲＤ間隔といい、同一つなぎ目にある２つのＲＤ間隔のうち狭い方を本発明では「ＲＤ間隔α」として採用する（図５参照）。また、ビーム線間隔が長手方向で変動し、ビーム照射領域のつなぎ目のＲＤ間隔が一定でない場合には、圧延方向５００ｍｍ間で５箇所についてＲＤ間隔を測定し、その平均値とする。また、鋼板の板幅方向に複数のつなぎ目がある場合には、それらの平均値とする。

β：つなぎ目におけるビーム照射領域のＴＤ間隔（ｍｍ）
つなぎ目におけるビーム照射領域の板幅方向のずれ量を、先述したように「ＴＤ間隔β」といい、ビーム照射領域が重なる場合を「負（−）」、開いている場合を「正（＋）」とする（図５参照）。ビーム照射領域の幅が変動し、ＴＤ間隔が一定でない場合には、長手方向５００ｍｍの間で５箇所のＴＤ間隔を測定し、その平均値をＴＤ間隔βとする。また、鋼板幅方向に複数のつなぎ目がある場合には、平均せず、それぞれのつなぎ目におけるβ値によって上記（２）式を満たすか否かを判断する。これは、＋側に外れたものと−側に外れたものを単純平均したり、絶対値を平均したりすると、＋側と−側の効果が異なるので、鉄損値が適正な範囲となるＴＤ間隔βを正しく評価できないという問題があるからである。

なお、つなぎ目におけるＲＤ間隔がなく、２つのビーム照射領域が完全に重なっている場合には、ＴＤ間隔βを非常に決定し難いことがある。この場合には、ビーム照射痕が重なる箇所においては、熱歪み量が大きくなり、磁区不連続部の幅が大きくなることを利用し、磁区不連続部幅が、ビーム照射痕が重なっていないビーム照射領域の平均値に対して２０％以上広くなっている領域を重なり領域とし、ＴＤ間隔βを測定する。

ａ：ビーム線間隔（ｍｍ）
ビーム照射領域におけるビーム照射線の長手方向の間隔で定義する（図５参照）。同じビーム照射領域内で、ビーム線間隔が一定でない場合には、長手方向５００ｍｍで５箇所を測定し、その平均値とする。

ｗ：磁区不連続部平均幅（μｍ）
磁区不連続部は、ビーム照射による熱歪み導入によって、局所的に磁区構造が乱れた箇所であり、図４に示したように、圧延方向に平行な磁区構造が途切れたり、不連続になっている部分を指す。ビッター法による磁区観察で測定することができる。この幅は、ビーム照射部で必ずしも一定ではないので、ビーム線の線列方向１００ｍｍ間において５箇所以上を測定し、その平均値をその線列における磁区不連続部幅とし、これを、さらに長手方向５００ｍｍにおいて５線列以上で測定し、その平均値を磁区不連続部平均幅とする。

次に、ビーム照射領域のつなぎ目の性状を規定する上記２つの式について説明する。
０≦α≦０．３×ａ ・・・（１）
隣り合うビーム照射領域が長手方向にずれている場合、つなぎ目には歪みが不均一に導入されるため、規則的な磁区構造が局所的に乱れ、ヒステリシス損が大きくなる。この場合、ビーム線間隔ａが狭くなる程、単位面積当たりのビーム照射による熱歪み量は大きくなるので、上記歪の不均一導入によるヒステリシス損増加は大きくなることが予想される。

図６に、隣り合うビーム照射領域のつなぎ目におけるＴＤ間隔βを０ｍｍ（一定）とし、ＲＤ間隔αとビーム線間隔ａを種々に変化させて、それぞれのビーム線間隔ａにおける鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えないＲＤ間隔αを求めた結果を示したものである。なお、この際の電子ビーム照射条件は、加速電圧：６０ｋＶ、ビーム電流：９．５ｍＡ、走査速度：３０ｍ／ｓとした。この図から、ビーム線間隔ａが狭くなるほど、許容できるＲＤ間隔αは小さくなり、ＲＤ間隔αが（０．３×ａ）以下、すなわち、（１）式を満たせば、鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えず、鉄損増加を抑制できることがわかる。

−１．２×ａ＋０．０２×ｗ−０．５×α−６．５≦β≦−０．１３×ａ−２００×（１／ｗ）＋５．４ ・・・（２）
まず、ビーム線間隔ａの効果について説明する。
図７は、ビーム照射領域のつなぎ目のＲＤ間隔αを０ｍｍ（一定）とし、ＴＤ間隔βとビーム線間隔ａを種々に変化させて、それぞれのビーム線間隔ａにおける鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えないＴＤ間隔βを求めた結果を示したものである。なお、電子ビーム照射条件は、図６と同様、加速電圧：６０ｋＶ、ビーム電流：９．５ｍＡ、走査速度：３０ｍ／ｓとした。

ビーム照射領域がつなぎ目で板幅方向に重なる場合（β＜０）、ビーム線間隔ａが狭まると、単位面積当たりのビーム照射による熱歪み導入量は大きくなるので、ビーム線が重なった場合のヒステリシス損の増大効果が助長され、鉄損増大量は大きくなる。つまり、ビーム線間隔ａが広い程、幅方向の重なりの許容量は大きくなると考えられる。その影響係数（傾き）は、図７（ａ）の実測結果から−１．２と見積られた。

一方、つなぎ目でビーム照射領域が開いている場合（β＞０）には、ビーム照射による熱歪み導入量は少なくなり、磁区細分化効果を補うためには、熱歪み導入量を大きくする必要があることから、ビーム線間隔が狭い程、空きの許容量は大きくなると考えられる。その影響係数（傾き）は、図７（ｂ）の実測結果から、−０．１３と見積られた。

次に、磁区不連続部平均幅ｗの効果について説明する。
磁区不連続部平均幅ｗは、ビーム照射領域における熱歪み導入量を表す指標である。ｗが大きい場合、熱歪み導入量は多く、ヒステリシス損は大きくなる。図８は、ビーム線間隔ａを５ｍｍ、ＲＤ間隔αを０ｍｍ（一定）とし、ＴＤ間隔βおよび磁区不連続部平均幅ｗを種々に変えて、それぞれのｗにおける鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えないβを求めた結果を示したものである。なお、電子ビーム照射条件は、図６と同様、加速電圧：６０ｋＶ、ビーム電流：９．５ｍＡ、走査速度：３０ｍ／ｓとした。

ビーム照射領域がつなぎ目で板幅方向に重なる場合（β＜０）、磁区不連続部平均幅ｗが大きくなると、熱歪み導入量が大きく、ビーム線が重なった場合のヒステリシス損増大効果が助長され、鉄損増大量は大きくなる。つまり、磁区不連続部平均幅ｗが狭い程、重なりの許容量は大きくなると考えられる。その影響係数（傾き）は、図８（ａ）の実測結果から、０．０２ｍｍ／μｍと見積られた。

一方、つなぎ目でビーム照射領域が開いている場合（β＞０）には、磁区細分化効果を補うために、熱歪み導入量を大きくする必要があり、磁区不連続部平均幅ｗが大きい程、空きの許容量は大きくなる。磁区細分化によって、鉄損はｗに大凡反比例して減少するので、その許容量はｗの逆数（１／ｗ）に比例すると考えられる。そして、発明者らの研究によれば、１／ｗに対する影響係数（傾き）は、図８（ｂ）の実測結果から、−２００μｍ・ｍｍと見積られた。

最後に、ビーム照射領域のつなぎ目における長手方向のずれ量を表わすＲＤ間隔αの効果について説明する。
図９は、ビーム線間隔ａを５ｍｍとし、ＴＤ間隔βおよびＲＤ間隔αを種々に変えて、それぞれのαにおける鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えないＴＤ間隔βを求めた結果を示したものである。なお、電子ビーム照射条件は、図６と同様、加速電圧：６０ｋＶ、ビーム電流：９．５ｍＡ、走査速度：３０ｍ／ｓとした。

ビーム照射領域がつなぎ目で板幅方向に重なる場合（β＜０）でも、ＲＤ間隔αが大きいと、熱歪みの導入が緩和されるため、重なりの許容量は大きくなると考えられる。その影響係数（傾き）は、図９（ａ）の実測結果から−０．５と見積もられた。一方、つなぎ目で板幅方向にビーム照射領域が開く場合（β＞０）には、その影響は小さく、無視できる程度である。

最後に、それぞれの効果を重ね合わせ、全体の切片を見積もると、ビーム照射領域がつなぎ目で板幅方向に重なる側（β＜０）では−６．５、開く側（β＞０）では５．４と見積もられた。以上の結果から、つなぎ目における性状によって鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えないためには、ＴＤ間隔βが上記（２）式を満たすよう制御する必要があることがわかる。

次に、上記（１）式および（２）式を満たすよう、ビーム照射領域のつなぎ目の長手方向および板幅方向のずれを小さくし、鉄損の増大を抑制する方法について説明する。
ビーム照射領域のつなぎ目におけるずれ量を小さくする方法としては、レーザ反射ミラーや電子銃の設置位置を機械的に変更することで、ビーム照射の走査範囲を調整する方法、ビームの照射領域事態を光学的、磁気的な何らかの方法で感知し、走査範囲を電気的にフィードバック制御する方法も考えられる。また、検知した鋼板の蛇行量に合わせてビームの照射領域を変更したり、鋼板の蛇行量自体を、ライン制御で最小としたりする方法もある。その際、ずれ量の変動を先述した範囲に制御することが重要である。

この際、鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量が０．０１Ｗ／ｋｇを超えないためのＴＤ方向のずれ量（ＴＤ間隔β）の許容範囲は、ビーム照射領域が重なる側（β＜０）において広いため、ビーム照射領域が、板幅方向で０〜３ｍｍの範囲で重なるよう、すなわち、ＴＤ間隔β−３〜０ｍｍとなるように制御すれば、鋼板を通板中に若干の鋼板の蛇行が生じても、鉄損Ｗ_{１７／５０}の増加量を０．０１Ｗ／ｋｇ以下に抑えることができる。

磁区細分化処理の手段としては、大きなエネルギーを、ビーム径を絞って照射することができるレーザ照射や電子ビーム照射が好適である。
先ず、レーザ照射による磁区細分化処理条件について説明する。
レーザ照射に使用できるレーザの種類としては、ＹＡＧレーザやファイバーレーザなどの固体レーザ、ＣＯ_２レーザなどの気体レーザ等を好適に用いることができる。また、レーザの発振形態は、連続発振、Ｑスイッチ型のようなパルス発振のいずれでもよい。
照射するレーザの平均出力Ｐやビームの走査速度Ｖ、ビーム径ｄ等は、特に制限はないが、磁区細分化効果を十分に得るためには、ビームを走査する単位長さ当たりのエネルギー入熱量（Ｐ／Ｖ）は１０Ｗ・ｓ／ｍより大きいことが好ましい。
また、鋼板へのレーザ照射は、線状に連続して照射しても、点列状に照射してもよい。また、点列状に照射する点間隔は、広すぎると磁区細分化効果が小さくなるので、１．００ｍｍ以下とするのが好ましい。

次に、電子ビーム照射による磁区細分化処理条件について説明する。
電子ビームを照射する際の加速電圧Ｅ、ビーム電流Ｉ、ビームの走査速度Ｖは、特に制限はない。ただし、磁区細分化効果を十分に得ることが必要となるので、ビームを走査する単位長さ当たりのエネルギー入熱量（Ｅ×Ｉ／Ｖ）は、６Ｗ・ｓ／ｍより大きいことが好ましい。
また、電子ビームを鋼板に照射する加工室における圧力は、２Ｐａ以下であることが望ましい。これより圧力が高いと、電子銃から鋼板までの行路中に残存ガスによって電子ビームが乱反射してビームがぼやけたり、ビーム中心部のエネルギーが減衰して鋼板に与えるエネルギーが小さくなったりし、磁区細分化効果が小さくなる。

また、鋼板への電子ビームの照射は、線状に照射しても、点列状に照射しても良い。なお、点列状に照射する方法は、ビームを素早く走査しながら所定の時間間隔で停止し、その点でビームを所定時間照射した後、また走査を開始するというプロセスを繰り返すことにより実現することができる。また、電子ビーム照射でこのプロセスを実現するには、容量の大きなアンプを用いて、電子ビームの偏向電圧を変化させればよい。なお、点列状に照射するときの点間隔は、広すぎると磁区細分化効果が小さくなるので、０．８０ｍｍ以下とするのが好ましい。

レーザ照射あるいは電子ビーム照射によって磁区細分化処理を行う際の、圧延方向のビーム線間隔ａは、先述した（１）式および（２）式を満たす限り制限はないが、磁区細分化効果をより高めるためには、３〜１５ｍｍの範囲に設定するのが好ましい。また、ビーム線と板幅方向（圧延方向と直角方向）とがなす角度は、３０°以内であることが必要である。上記角度が３０°を超えると、磁区細分化効果が小さくなり、鉄損が十分に下がらなくなるためである。

次に、上記磁区細分化処理工程以外の本発明の方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
先ず、本発明の方向性電磁鋼板の製造に用いる鋼素材は、所定の成分組成を有するものであることが好ましい。具体的には、二次再結晶を起こさせるのにインヒビターを利用する場合には、例えば、ＡｌＮ系インヒビターを利用する場合にはＡｌおよびＮを、また、ＭｎＳ・ＭｎＳｅ系インヒビターを利用する場合にはＭｎとＳおよび／またはＳｅを適量含有したものを用いるのが好ましい。勿論、両方のインヒビターを含有してもよい。この場合におけるＡｌ，Ｎ，ＳおよびＳｅの好ましい含有量は、それぞれ、Ａｌ：０．０１〜０．０６５ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５〜０．０１２ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００５〜０．０３ｍａｓｓ％およびＳｅ：０．００５〜０．０３ｍａｓｓ％の範囲である。

一方、二次再結晶を起こさせるのにインヒビターを利用しない場合には、上記インヒビターを形成するＡｌ，Ｎ，ＳおよびＳｅの含有量は極力少なくすることが望ましく、Ａｌ，Ｎ，ＳおよびＳｅの含有量はそれぞれ、Ａｌ：０．０１００ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５０ｍａｓｓ％以下およびＳｅ：０．００５０ｍａｓｓ％以下に低減するのが好ましい。

本発明に用いる鋼素材に含まれる基本成分としては、上記インヒビターを形成する成分以外、Ｃ，ＳｉおよびＭｎがあり、下記の組成範囲であることが好ましい。
Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以下
Ｃは、０．０８ｍａｓｓ％を超えると、製造工程中の脱炭焼鈍で磁気時効の起こらない０．００５０ｍａｓｓ％以下まで低減することが困難になるため、０．０８ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。なお、Ｃを含まない場合でも、二次再結晶は可能であるので、下限は特に設ける必要はない。

Ｓｉ：２．０〜８．０ｍａｓｓ％
Ｓｉは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を低減するのに有効な元素であるが、２．０ｍａｓｓ％未満では、十分な鉄損低減効果が得られない。一方、８．０ｍａｓｓ％を超えると、加工性が著しく低下し、圧延して製造することが難しくなる他、磁束密度も低下してしまう。よって、Ｓｉは２．０〜８．０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。

Ｍｎ：０．００５〜１．０ｍａｓｓ％
Ｍｎは、鋼の熱間加工性を改善にするのに必要な元素であるが、０．００５ｍａｓｓ％未満では上記改善効果に乏しい。一方、１．０ｍａｓｓ％を超えると、磁束密度が低下する。よって、Ｍｎは０．００５〜１．０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。

本発明に用いる鋼素材には、磁気特性の改善を目的として、さらに、Ｎｉ：０．０３〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０１〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．００５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０３〜３．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０３〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０３〜１．５０ｍａｓｓ％およびＭｏ：０．００５〜０．１０ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有させることができる。

Ｎｉは、熱延板の鋼組織を改善し、磁気特性を向上させるのに有用な元素である。しかし、０．０３ｍａｓｓ％未満では磁気特性の向上効果が小さく、一方、１．５ｍａｓｓ％を超えると、二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する。そのため、Ｎｉを添加する場合は０．０３〜１．５ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。

また、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｐ，ＣｒおよびＭｏは、それぞれ磁気特性の向上に有用な元素であるが、いずれも上記した各成分の下限値に満たないと、磁気特性の向上効果が小さく、一方、上記した各成分の上限値を超えると、二次再結晶粒の発達が阻害され、磁気特性が劣化する。よって、それぞれ、上記範囲で含有させることが好ましい。
なお、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび製造工程において混入してくる不可避的不純物である。

上記鋼素材は、上記の成分組成を有する鋼を通常の精錬プロセスで溶製した後、連続鋳造法や造塊−分塊圧延法で１００ｍｍ以上の通常厚のスラブとしたものでもよいし、薄スラブ鋳造法で１００ｍｍ以下の厚さの薄スラブとしたものでもよい。上記通常厚のスラブは、一般には加熱して熱間圧延に供するが、連続鋳造後、加熱せず、直ちに熱間圧延に供してもよい。また、薄スラブの場合には、熱間圧延しても良いし、熱間圧延を省略して、そのまま以後の工程に進めてもよい。

熱間圧延した鋼板あるいは熱間圧延を省略した鋳片は、その後、必要に応じて熱延板焼鈍を行ったのち、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延により最終板厚とした後、一次再結晶焼鈍または脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍し、焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布した後、二次再結晶と純化を施す仕上焼鈍し、さらに、絶縁被膜の塗布・焼付および形状矯正を兼ねた平坦化焼鈍を施して方向性電磁鋼板とする。なお、方向性電磁鋼板の板厚、即ち、冷間圧延の最終板厚は、特に規定しないが、鉄損低減や良好な打抜加工性を確保する観点から、０．１５〜０．３５ｍｍの範囲であることが好ましい。

次いで、上記のようにして得た鋼板表面に、レーザ照射装置あるいは電子ビーム照射装置からビームを照射し、磁区細分化処理を施す。上記ビーム照射装置は、鋼板の板幅方向に複数台設置し、鋼板表面を板幅方向に複数の領域に分けてビームを照射する。この際、隣り合うビーム照射領域のつなぎ目は、前述した本発明の（１）式および（２）式を満たすように制御する必要がある。なお、１台のビーム照射装置が受け持つビーム照射幅に特に制限はないが、設備コストの観点からは１５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の範囲とするのが好ましい。また、ビーム照射によって被膜が損傷した場合には、絶縁性や耐錆性を確保するため、その後の工程で、再度、絶縁被膜をコーティングするのが好ましい。

Ｓｉ：３ｍａｓｓ％を含有する最終板厚０．２３ｍｍ×板幅１２５０ｍｍの冷間圧延後の鋼板に脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した後、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布し、二次再結晶焼鈍と純化焼鈍を含む仕上焼鈍を施して、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板とし、その後、６０ｍａｓｓ％のコロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなる絶縁コートを塗布し、８００℃の温度の平坦化焼鈍を施して焼付けた。
次いで、上記鋼板板の圧延方向と直角方向に、板幅方向に４台設置したファイバーレーザにて線状に連続レーザを照射し、または、板幅方向に８台設置した電子ビーム照射装置で電子ビームを０．２０ｍｍの間隔で点列状に照射して磁区細分化処理を施した。その際、ビーム照射条件は、表１−１〜表１−４に示したように変化させた。さらに、ビーム照射領域のつなぎ目における長手方向（ＲＤ方向）のずれ量（ＲＤ間隔α）および板幅方向のずれ量（ＴＤ間隔β）の設定（目標）を故意に種々に振ってつなぎ目の性状を変化させた。
その後、上記つなぎ目部分を幅中央部に含む幅１００ｍｍ×長さ４００ｍｍの試料を剪断して採取し、単板磁気測定装置にて鉄損Ｗ_{１７／５０}を測定した。
また、上記鉄損測定に用いた試料について、前述した方法で、ビーム照射領域のつなぎ目におけるＲＤ間隔αおよびＴＤ間隔β、ビーム線間隔ａならびに磁区不連続部平均幅ｗを測定した。

上記測定の結果を表１−１〜表１−４に併記した。この結果から、ビーム照射領域つなぎ目の性状が本発明の条件を満たす方向性電磁鋼板は、つなぎ目のずれがない場合と比べて鉄損Ｗ_{１７／５０}の劣化量が小さく、０．０１Ｗ／ｋｇ以下に抑えられていることがわかる。

最終板厚０．２３ｍｍ×板幅１２５０ｍｍで、コイル長さが５０００ｍの絶縁被膜形成後の方向性電磁鋼板に、板幅方向に６台設置された電子ビーム照射装置で電子ビームを照射し磁区細分化処理を施した。この際、ビーム照射領域のつなぎ目のＴＤ間隔βを−５ｍｍ，−３ｍｍ，０ｍｍおよび３ｍｍとなるように目標β値を変化させて電子ビームを照射した。
その後、製品コイルから１００ｍおきに合計５１の試験片を採取し、ビーム照射領域のつなぎ目のＴＤ間隔βを測定し、測定した５１の試料のＴＤ間隔βの最大値および最小値を表２に示した。この結果から、ＴＤ間隔βの目標値を−３〜０ｍｍに設定してビーム照射することによって、実績のＴＤ間隔βの範囲は、鉄損特性の劣化が小さいマイナス側（重なる側）に偏らせることができ、ひいては、照射条件に多少の変動があっても、鉄損が良好となる条件でビーム照射を行うことができることがわかる。

Claims (2)

1. 板幅方向と３０度以内の角度で線状または点列状の歪を有するビーム照射領域を、鋼板表面に板幅方向に複数に分けて形成されてなる方向性電磁鋼板であって、
   上記ビーム照射領域のつなぎ目の性状が、下記（１）および（２）式を満たす（ただし、αおよびβがともに０である場合を除く）ことを特徴とする方向性電磁鋼板。ここで上記「つなぎ目」とは、隣り合うビーム照射領域間にずれが生じた不連続の部分のことであり、また、上記「つなぎ目におけるＲＤ間隔」とは、上記つなぎ目におけるビーム照射領域の圧延方向のずれ量、「つなぎ目におけるＴＤ間隔」とは、つなぎ目におけるビーム照射領域の板幅方向のずれ量のことである。
   記
   ０≦α≦０．３×ａ ・・・（１）
   −１．２×ａ＋０．０２×ｗ−０．５×α−６．５≦β≦−０．１３×ａ−２００×（１／ｗ）＋５．４ ・・・（２）
   ここで、α：ビーム照射領域のつなぎ目におけるＲＤ間隔（ｍｍ）
   β：ビーム照射領域のつなぎ目におけるＴＤ間隔（ｍｍ）
   ａ：ビーム線間隔（ｍｍ）
   ｗ：磁区不連続部平均幅（μｍ）
2. 請求項１に記載の方向性電磁鋼板の製造方法であって、
   鋼板表面を板幅方向に複数の領域に分け、それぞれの領域にレーザ照射装置または電子ビーム照射装置を設置し、ビームを照射してビーム照射領域を形成し、磁区細分化処理を施すにあたり、
   上記ビーム照射領域のつなぎ目におけるＴＤ間隔βを−３〜０ｍｍの範囲に設定してビームを照射することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
   

Images