JP6579294B1 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

本発明に係る方向性電磁鋼板は、溝が形成された鋼板表面を有する。前記鋼板表面において圧延方向と交差する直線上に、５〜１０ｍｍの長さを有する前記溝を含む破線を２本以上有し、前記溝を含む破線において、当該溝は等間隔に配置され、当該溝の長さ：非溝の長さ比は１：１〜１．５：１の範囲である。

Description

本発明は、方向性電磁鋼板に関する。
本願は、２０１８年１月３１日に日本に出願された特願２０１８−１４８７４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

鉄心は、トランス、リアクトル、ノイズフィルター等の磁心として広く用いられている。このような鉄心の材料としてはいわゆるゴス方位の集積度を高めることにより、高磁束密度化された方向性電磁鋼板が用いられる。このように集積度を高めた鋼板では、結晶粒が大きくなり、結果として磁区の幅が広くなる。磁区の幅が広い方向性電磁鋼板では、鉄損が増加するため、高効率化などの点から鉄損の低減が重要な課題の一つとなっている。
方向性電磁鋼板の低鉄損化の手段としては、磁区の細分化（磁区制御）が実用化されている。磁区制御の方法としては、鋼板表面に微小な歪を形成する非破壊的磁区制御と、鋼板表面に微小な溝を形成する破壊的磁区制御が挙げられる。

ここで、上記鉄心は積鉄心と巻鉄心に大別される。方向性電磁鋼板を曲げ加工して製造される巻鉄心では、通常、曲げ加工時に生じる応力を緩和するための焼鈍工程を経て製造されるため、使用される方向性電磁鋼板には耐熱性が求められる。非破壊的磁区制御により鋼板表面に導入された微小な歪は、焼鈍工程で消失してしまう（耐熱性がない）ため、巻鉄心の製造には、焼鈍工程で消失することがない鋼板表面に微小な溝を形成する破壊的磁区制御材を用いることが一般的である。

鋼板表面に微小な溝が形成された方向性電磁鋼板として、例えば、特許文献１には、最終冷間圧延後の冷延鋼板に、その圧延方向と交差する方向に最終処理工程を経ても消去しない溝を形成することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法が開示されている。
また、特許文献２には、方向性電磁鋼板の表面に形成したクレータの平均径が１００〜２００μｍで、そして深さが１０〜３０μｍで圧延方向に３〜１０ｍｍ、鋼板幅方向にクレータの穴加工比１．０以下になるように均一に配列された連続パターンの痕跡を有し、かつ鋼板裏面が平坦である方向性電磁鋼板が開示されている。
特許文献３には、仕上げ焼鈍後に絶縁皮膜を施した方向性電磁鋼板の片面あるいは両面の皮膜の一部を線状あるいは点列状に除去し地鉄を露出させた後、中性塩溶液を用いた電解エッチングにより、鋼板の少なくとも片面の地鉄露出部に、深さ５〜４０μｍの溝を形成することを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法が開示されている。

日本国特開平５−２４７５３８号公報 日本国特開平７−２２０９１３号公報 日本国特開２００１−３１６８９６号公報

前記先行技術文献に記載された電磁鋼板では、応力を緩和するための焼鈍工程後も鉄損の改善効果が維持されるものの、高い鉄損の低減効果を得るために鋼板表面の圧延方向と直角に連続かつ直線的な溝を形成すると、巻鉄心を製造する際の曲げ加工によって、当該溝に沿って鋼板が破断してしまうという問題があった。そのため、通常、圧延方向と直角方向に対してある程度の角度をつけて連続かつ直線的な溝を形成して曲げ加工による鋼板の破断を抑制している。
しかし、圧延方向と直角方向に対する角度が大きくなると磁区制御効果が弱くなるため、鉄損が悪化してしまうというトレードオフの関係があり、繰り返し曲げ特性と低鉄損とを高いレベルで備えた方向性電磁鋼板を得ることは困難であった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、低鉄損と優れた繰り返し曲げ特性とを高いレベルで兼ね備える耐熱性の方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用する。
（１）本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板は、溝が設けられた鋼板表面を有する方向性電磁鋼板であって、前記鋼板表面において圧延方向と交差する直線上に、５〜１０ｍｍの長さを有する前記溝を含む破線を２本以上有し、前記溝を含む破線において、当該溝は等間隔に配置され、当該溝の長さ：非溝の長さ比は１：１〜１．５：１の範囲であり、隣接する前記溝を含む破線は平行で、間隔が２．０〜２０ｍｍの範囲であり、前記溝の長さＡと、前記非溝の長さＢと、当該溝を含む破線と直角方向における溝同士のオーバーラップ量Ｃとの関係が下記（１）式を満たし、前記溝を含む破線は、前記圧延方向に対する角度が７５〜１０５°の範囲である。
Ｃ＝（Ａ−Ｂ）／２ …（１）式

本発明によれば、低鉄損と優れた繰り返し曲げ特性を高いレベルで兼ね備える耐熱性の方向性電磁鋼板を提供することができる。

本発明の磁区制御された方向性電磁鋼板の例を示す模式図である。 本電磁鋼板の溝パターンと、従来の一般的な電磁鋼板の溝パターンとを同一スケールにて対比した模式図である。 巻鉄心の例を示す模式図である。 非溝の長さが溝の長さと同じである破線を、圧延方向と直角に形成することにより磁区制御された電磁鋼板の模式図である。 溝の長さが非溝の長さより長い破線を、圧延方向と直角に形成することにより磁区制御された電磁鋼板の模式図である。 溝を有する破線の圧延方向に対する角度を示す模式図である。

以下、本実施形態に係る方向性電磁鋼板について詳細に説明する。
なお、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「垂直」、「同一」、「直角」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

本実施形態に係る方向性電磁鋼板（以下、本電磁鋼板と略称する）は、溝が設けられた鋼板表面を有する方向性電磁鋼板であって、前記鋼板表面において圧延方向と交差する直線上に、５〜１０ｍｍの長さを有する前記溝を含む破線を２本以上有し、前記溝を含む破線において当該溝は等間隔に配置され、当該溝の長さ：非溝の長さ比は１：１〜１．５：１の範囲である、ことを特徴とする。

上述のように、耐熱性を保持しつつ鉄損を低減することを目的として、素材鋼板表面に溝を形成することで磁区を細分化し鉄損を改善する技術が知られていた。しかし、素材鋼板の圧延方向と直角に連続かつ直線的な溝を形成して磁区制御を行った電磁鋼板では、高い鉄損の改善効果が得られるが、巻鉄心を製造する際の曲げ加工によって、鋼板が破断してしまうという問題があった。図２（Ａ）に巻鉄心の模式図を示し、及び、図２（Ｂ）に巻鉄心の１層を構成する方向性電磁鋼板の模式図を示す。図２に示すように巻鉄心は、通常、圧延方向に対して直角に曲げ加工が施された方向性電磁鋼板を積層して製造される。直角方向に絶え間なく連続的な（実線状の）溝を形成することにより磁区制御を行った従来の電磁鋼板では、当該溝に応力が集中し、鋼板が破断しやすくなるためである。
そのため、従来では、磁区制御効果が弱くなることを承知の上で、圧延方向と直角方向に対してある程度の角度をつけて連続かつ直線的な溝を形成して、曲げ加工による鋼板の破断を抑制していた。

本発明者らは、磁区制御のための溝を、方向性電磁鋼板の表面に特定のパターンで不連続な破線状に形成することで、低鉄損と高い繰り返し曲げ特性を兼ね備える方向性電磁鋼板を得ることができることを知見した。より具体的には、本発明者らは、鋼板表面における溝の形成パターンが、少なくとも以下の２つの条件を満たす場合に、鉄損低減と繰り返し曲げ特性の向上とを両立できることを見出した。
（条件１）鋼板表面において圧延方向と交差する直線上に５〜１０ｍｍの長さを有する溝を含む破線を２本以上有する。
（条件２）溝を含む破線において当該溝は等間隔に配置され、当該溝の長さ：非溝の長さ比は１：１〜１．５：１の範囲である。
上記のように、破線状に特定の長さの溝を形成することで、曲げ加工により溝部分に応力が集中して鋼板が破断することを抑制しつつ、従来用いられてきた連続かつ直線的な溝が形成された方向性電磁鋼板と同等の鉄損を実現することが可能となった。

以下、本電磁鋼板について詳細に説明する。

１．本電磁鋼板の基本構成
本電磁鋼板は、圧延方向と平行に１８０°磁壁を有する鋼板であれば特に制限はないが、当該鋼板中の結晶粒の方位が｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積された鋼板であり、圧延方向に優れた磁気特性を有することが好ましい。本電磁鋼板として公知の方向性電磁鋼板の中から、要求される性能に従って、適宜選択して用いることができる。以下、好ましい母鋼板の一例について説明するが、母鋼板は以下の例に限定されるものではない。

母鋼板の化学組成は、特に限定されるものではないが、例えば、質量％で、Ｓｉ：０．８％〜７％、Ｃ：０％よりも高く０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０％〜０．０６５％、Ｎ：０％〜０．０１２％、Ｍｎ：０％〜１％、Ｃｒ：０％〜０．３％、Ｃｕ：０％〜０．４％、Ｐ：０％〜０．５％、Ｓｎ：０％〜０．３％、Ｓｂ：０％〜０．３％、Ｎｉ：０％〜１％、Ｓ：０％〜０．０１５％、Ｓｅ：０％〜０．０１５％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることが好ましい。上記母鋼板の化学組成は、結晶方位を｛１１０｝＜００１＞方位に集積させたＧｏｓｓ集合組織に制御するために好ましい化学成分である。母鋼板中の元素のうち、ＳｉおよびＣが基本元素であり、酸可溶性Ａｌ、Ｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｓ、およびＳｅが選択元素である。これらの選択元素は、その目的に応じて含有させればよいので下限値を制限する必要がなく、下限値が０％でもよい。また、これらの選択元素が不純物として含有されても、本発明の効果は損なわれない。母鋼板は、基本元素および選択元素の残部がＦｅおよび不純物からなる。
なお、「不純物」とは、母鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境等から不可避的に混入する元素を意味する。
また、電磁鋼板では二次再結晶時に純化焼鈍を経ることが一般的である。純化焼鈍においてはインヒビター形成元素の系外への排出が起きる。特にＮ、Ｓについては濃度の低下が顕著で、５０ｐｐｍ以下になる。通常の純化焼鈍条件であれば、９ｐｐｍ以下、さらには６ｐｐｍ以下、純化焼鈍を十分に行えば、一般的な分析では検出できない程度（１ｐｐｍ以下）にまで達する。
母鋼板の化学成分は、鋼の一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、母鋼板の化学成分は、ＩＣＰ−ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定すればよい。具体的には、例えば、被膜除去後の母鋼板の中央の位置から３５ｍｍ角の試験片を取得し、島津製作所製ＩＣＰＳ−８１００等（測定装置）により、予め作成した検量線に基づいた条件で測定することにより特定できる。なお、ＣおよびＳは燃焼−赤外線吸収法を用い、Ｎは不活性ガス融解−熱伝導度法を用いて測定すればよい。

母鋼板の製造方法は、特に限定されず、従来公知の方向性電磁鋼板の製造方法を適宜選択することができる。製造方法の好ましい具体例としては、例えば、スラブを１０００℃以上に加熱して熱間圧延を行った後、必要に応じて熱延板焼鈍を行い、次いで、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷延により冷延鋼板とし、当該冷延鋼板を、例えば湿水素−不活性ガス雰囲気中で７００〜９００℃に加熱して脱炭焼鈍し、必要に応じて更に窒化焼鈍し、１０００℃程度で仕上げ焼鈍する方法などが挙げられる。
母鋼板の厚みは特に限定されないが、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１５ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下であることがより好ましい。

本電磁鋼板の表面（母鋼板の表面）に被膜が形成されていてもよい。このような被膜としては、例えば、母鋼板上に形成されるグラス被膜などが挙げられる。グラス被膜としては、例えば、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、及びコーディエライト（Ｍｇ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１６）より選択される１種以上の酸化物を有する被膜が挙げられる。
被膜の厚みは特に限定されないが、０．５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。

２．磁区制御（本電磁鋼板の溝パターン）
本実施形態では、破線状の溝を本電磁鋼板の鋼板表面（母鋼板の表面）に特定のパターンで形成することで、磁区制御を行う。図１Ａに溝を破線状に形成することで磁区制御された本電磁鋼板の例を示す。
図１Ａに示すように本電磁鋼板は、鋼板表面において圧延方向と交差する直線上に５〜１０ｍｍの長さを有する溝を含む破線を２本以上有する。
溝の長さが１０ｍｍを超えると溝に応力が集中しやすくなり、鋼板が破断しやすくなる。一方、溝の長さを５ｍｍ未満とすると加工精度の問題から、後述するように溝を含む破線と直角方向において溝同士の重なり（オーバーラップ量）が最小となるように加工することが困難になり、鉄損の低減効果を十分に得られない場合がある。従って、溝の長さは５〜１０ｍｍであり、好ましくは７〜８ｍｍである。
溝の幅に特に制限はないが、磁区制御を効率的に行うために、通常、１０〜５００μｍの範囲であり、２０〜４００μｍの範囲としてもよい。
溝の深さにも特に制限はないが、磁区制御を効率的に行うために、通常、２〜５０μｍの範囲であり、４〜４０μｍの範囲としてもよい。
前記溝を含む破線を２本以上有すれば、特に制限はないが、以下で説明する特定のパターンで鋼板全体に有することが好ましい。

前記溝を含む破線において、当該溝は等間隔に配置され、当該溝の長さ：非溝の長さ比は１：１〜１．５：１である。非溝の長さが溝の長さの１倍を超えると鉄損の改善効果が十分ではなく、溝の長さが非溝の長さの１．５倍を超えると十分に高い繰り返し曲げ特性が得られない。当該溝の長さ：非溝の長さ比は１：１であることが好ましい。なお、「非溝」とは、一本の破線上において隣り合う溝同士の間の領域、つまり溝の存在しない領域を意味する。

なお、上記のように、本電磁鋼板における溝の長さは５ｍｍ〜１０ｍｍであるが、この長さは従来の一般的な溝の長さと比較して非常に短い。従来の一般的な溝の長さは約２００ｍｍなどの数百ｍｍオーダーである。図１Ｂは、本電磁鋼板の溝パターンと、従来の一般的な電磁鋼板の溝パターンとを同一スケールにて対比した模式図である。図１Ｂに示すように、本電磁鋼板の溝パターンと、従来の一般的な電磁鋼板の溝パターンとを同一スケールにて対比した場合、明らかに両パターンが異なることは容易に理解できるであろう。
このように、従来の溝の長さは、鉄損低減効果を得るために設定されたものであって、繰り返し曲げ特性の向上を目的として設定されたものではないため、数百ｍｍオーダーの比較的大きな数値となっていた。一方、本発明者らは、鉄損低減効果を得るためだけでなく、繰り返し曲げ特性の向上を図るために鋭意研究を行った結果、少なくとも以下の２つの条件を満たす場合に、鉄損低減と繰り返し曲げ特性の向上とを両立できることを見出したのである。
（条件１）鋼板表面において圧延方向と交差する直線上に５〜１０ｍｍの長さを有する溝を含む破線を２本以上有する。
（条件２）溝を含む破線において当該溝は等間隔に配置され、当該溝の長さ：非溝の長さ比は１：１〜１．５：１の範囲である。
従って、繰り返し曲げ特性の向上について全く関心のなかった従来の溝形成技術を基に、本電磁鋼板のように５〜１０ｍｍという極めて短い長さを有する溝を形成することは、当業者といえども容易に想到し得るものではない。

本電磁鋼板において、隣接する前記溝を含む破線は平行で、間隔が２．０〜２０ｍｍの範囲であり、前記溝の長さＡと、前記非溝の長さＢと、当該溝を含む破線と直角方向における溝同士のオーバーラップ量Ｃとの関係が下記（１）式を満たすことが好ましい。
Ｃ＝（Ａ−Ｂ）／２ …（１）式
隣接する破線同士が平行でない場合、及び、隣接する破線同士の間隔が上記範囲外の場合には、鉄損の改善効果が十分ではない。優れた鉄損改善効果を得るため、隣接する破線同士の間隔が２〜２０ｍｍの範囲であることが好ましく、５〜１０ｍｍの範囲であることがより好ましい。

また、隣接する破線では、当該破線と直角方向において溝同士のオーバーラップ量Ｃが最小であることが好ましい。溝の長さＡと、非溝の長さＢと、当該溝を含む破線と直角方向における溝同士のオーバーラップ量Ｃとの関係が上記（１）式を満たす場合に、溝同士のオーバーラップ量Ｃが最小となる。隣接する破線の溝同士のオーバーラップ量Ｃが最小でない場合（Ａ、Ｂ及びＣの関係が上記（１）式を満たさない場合）であっても、繰返し曲げ特性に影響はないが、十分に鉄損を低減することができない。
以下、図３、及び４を参照しながら、非溝の長さＢが溝の長さＡと同じである場合と非溝の長さＢが溝の長さＡより短い場合に分けて、溝同士のオーバーラップ量Ｃが最小である溝パターンについて説明する。

（１）非溝の長さＢが溝の長さＡと同じである場合
図３に、非溝の長さＢが溝の長さＡと同じである破線を、圧延方向と直角に形成することにより磁区制御された電磁鋼板の模式図を示す。
図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示す溝を有する破線では、直角方向において隣接する破線の溝同士のオーバーラップ量Ｃが最小ではなく、溝同士の全部又は一部が重なっている。このように、溝同士が重なる部分においては、溝同士の間隔が狭くなりすぎて、鉄損が悪化する。また、溝を有しない部分即ち磁区制御されない部分の面積が広くなるため、鉄損が悪化する。
そのため、溝の長さＡ：非溝の長さＢ比は１：１であっても、十分に鉄損を低減することができない。
図３（ａ）に示す溝を有する破線では、直角方向において隣接する破線の溝同士のオーバーラップ量Ｃが最小（Ｃ＝０）で、溝同士は重ならない。この場合、溝同士の間隔は最適な条件が保たれ、磁区制御されない溝を有しない部分の面積が最小となるため、鉄損の低減効果が高い。そのため、十分に鉄損を低減することが可能となる。

（２）溝の長さＡが非溝の長さＢより長い場合
図４に、非溝の長さＢが溝の長さＡより短い破線を、圧延方向と直角に形成することにより磁区制御された電磁鋼板の模式図を示す。図４において、溝の長さＡ：非溝の長さＢ比は１．５：１である。
図４（ｂ）、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示す溝を有する破線では、直角方向において隣接する破線の溝同士のオーバーラップ量Ｃが最小ではなく、溝同士の全部又は一部が重なっている。このように、溝同士が重なる部分においては、溝同士の間隔が狭くなりすぎて、鉄損が悪化する。また、磁区制御されない溝を有しない部分の面積が広くなるため、鉄損が悪化する。そのため、溝の長さ：非溝の長さ比は１．５：１であっても、十分に鉄損を低減することができない。
図４（ａ）に示す溝を有する破線では、溝同士の一部が重なっているが、直角方向において隣接する破線の溝同士のオーバーラップ量Ｃが最小である。この場合、溝同士の間隔は最適な条件が保たれ、磁区制御されない溝を有しない部分がないため、鉄損の低減効果が高い。そのため、十分に鉄損を低減することが可能となる。

本電磁鋼板において、前記溝を含む破線は圧延方向に対する角度が７５〜１０５°の範囲あることが好ましい。図５に、圧延方向に対する溝を有する破線の角度を模式的に示す。圧延方向に対する溝を有する破線の角度は９０°からずれるほど、溝に応力が集中しにくくなるため繰返し曲げ特性が優れているが、磁区制御効果が弱まるため鉄損が高くなる。
本電磁鋼板では、７５〜１０５°の範囲内で圧延方向に対する溝を有する破線の角度を適宜選択することにより、鋼板表面の幅方向に連続かつ直線的に存在する溝を有する従来の電磁鋼板より、巻鉄心に要求される性能を高いレベルで達成することができる。
なお、７５°と１０５°では、圧延方向に対する角度が９０°である場合との差が、１５°と同一であるので、鋼板としての特性は同一である。

本電磁鋼板に溝を形成する方法に特に制限はないが、例えば、エッチング、歯車プレス、レーザ照射などの手法を用いることができる。
中でも、レーザ光を反射して鋼板上に照射する特殊なポリゴンミラーを用いると効率的に溝を形成することができるため好ましい。ポリゴンミラーは通常６−８角の角柱の形をしているが、前記特殊なポリゴンミラーでは、角柱を形成している長方形の側面上に数本から数十本のくし型の溝が形成されており、当該溝の底面は数度傾斜を持っている。
本電磁鋼板の製造工程中に鋼板に溝を形成する場合に、どの工程で溝を形成するかについても特に制限はなく、例えば、前記冷延鋼板、前記仕上げ焼鈍鋼板、又は、前記被膜形成後の鋼板に対して溝を形成してもよいし、絶縁被膜を破壊しないために前記冷延鋼板に対して溝を形成してもよい。

３．耐熱性方向性電磁鋼板の用途
本電磁鋼板は、耐熱性を有し、優れた鉄損及び繰り返し曲げ特性を有することから、特に、巻鉄心の材料として適している。

以下、本発明の実施例を挙げながら、本発明の技術的内容について更に説明する。なお、以下に示す実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した条件例であり、本発明は、この条件例に限定されるものではない。また本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
本実施例で使用した母鋼板は、下記のように製造した板幅１０５０ｍｍ、板厚０．２３ｍｍの鋼板で、化学成分はＦｅに３．０１％Ｓｉを含有することを特徴とする。また、冷延工程後にレーザ処理することによって形成した溝の幅と深さは、全ての鋼板に共通である。

１．方向性電磁鋼板の製造
（実施例１）
（１）母鋼板
主成分として質量分率３．０１％のＳｉ、０．０５８％のＭｎを含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学成分を有する溶鋼を連続鋳造機へ供給し、スラブを連続的に製出した。続いて、得られたスラブを加熱した後、そのスラブに対して熱間圧延を実施し、１．６ｍｍの厚さを有する熱延鋼板を得た。
得られた熱延鋼板に対して９００℃で３０秒加熱する条件で焼鈍を行った後、表面に酸洗処理した状態で冷間圧延を施し０．２３ｍｍの厚さを有する冷延鋼板を得た。
得られた冷延鋼板に対して、溝の形成を後述の条件で施した。
溝の形成後、湿水素−不活性ガス雰囲気中で８００℃の条件で加熱して脱炭焼鈍し、更に窒化焼鈍した。
マグネシア（ＭｇＯ）を主成分として含有する焼鈍分離剤を溝が形成された鋼板の表面（酸化物層の表面）に塗布し、焼鈍分離剤が塗布された鋼板に対して、１１００℃の温度条件で２０時間加熱して熱処理を実施し仕上げ焼鈍鋼板を得た。
得られた仕上げ焼鈍鋼板に対して、コロイダルシリカ及びリン酸塩を含有する絶縁コーティング液を塗布し８４０℃の下で熱処理を実施することにより、最終的に、板幅１０５０ｍｍ、板厚０．２３ｍｍであり、表２に示す溝が形成された実施例１の方向性電磁鋼板を得た。
（２）磁区制御（溝の形成）
冷延鋼板への破線状の溝の形成には、レーザ光を反射して鋼板上に照射する一般的なポリゴンミラーに加工を施した特殊なポリゴンミラーを用いた。ポリゴンミラーは通常６−８角の角柱の形をしているが、使用した特殊なポリゴンミラーは、角柱を形成している長方形の側面上に数本から数十本のくし型の溝が形成されているもので、この溝の底面は数度傾斜を持っている。このような特殊なポリゴンミラーを用いて、冷延鋼板の表面に圧延方向に対して９０°の角度で破線状の溝（溝の長さ１０ｍｍ、非溝の長さ１０ｍｍ、深さ２０μｍ、幅１００μｍ）を２ｍｍ間隔で形成した。

（実施例２〜１７）
表２〜６に示す条件で溝を形成したこと以外は、実施例１と同様に実施例２〜１７の方向性電磁鋼板を得た。

（比較例１）
実施例１で用いた母鋼板に溝を形成することなく、比較例１の方向性電磁鋼板として使用した。

（比較例２〜２４）
表１〜６に示す条件で溝を形成したこと以外は、実施例１と同様に比較例２〜２４の方向性電磁鋼板を得た。

２．鉄損の評価
実施例及び比較例の方向性電磁鋼板（幅３０ｍｍ×長さ３００ｍｍ、１セット０．５ｋｇ）の試料に対して、ＪＩＳ Ｃ ２５５６に記載のＨコイル法を用いた電磁鋼板単板磁気特性試験による測定を、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．７Ｔの条件で行い、実施例及び比較例の方向性電磁鋼板の鉄損値Ｗ１７／５０（Ｗ／Ｋｇ）を求めた。
得られた鉄損値から、下記計算式（２）をもちいて得られる鉄損改善量を算出した。
式（２）
鉄損改善量（％）＝（母鋼板鉄損値−試験鋼板鉄損値）／母鋼板鉄損値×１００

３．繰返し曲げ特性の評価
繰り返し曲げ特性の評価方法についてはＪＩＳ Ｃ ２５５０に記載の機械的試験の項目中に示されている手法で測定した。試料は３０×３００ｍｍの長方形で、常温（２０±１５℃）で行い、半径５ｍｍの丸みを持った金属製の試験器にはさみ、全長に沿って試験片を一方に９０°曲げ、次に元位置に戻し（これを曲げ１回とする。）、次に同様にして他方に９０°曲げ原位置に戻す（これを曲げ２回とする。）。この回数を数え、割れが試験片の裏面まで通ったときは曲げ回数に通算せず、終了とする。
得られた最小破断回数から、下記計算式（３）をもちいて得られる最小破断回数比を算出した。なお、本試験において、最小破断回数比が８．１％以上であることが、巻鉄心の素材として使用できるか否かの指標となる。
式（３）
最小破断回数比（％）＝試験鋼板最小破断回数／母鋼板最小破断回数×１００
また、得られた平均破断回数から、下記計算式（４）をもちいて得られる平均破断回数比を算出した。
式（４）
平均破断回数比（％）＝試験鋼板平均破断回数／母鋼板平均破断回数×１００

４．評価結果
結果を表１から表６にまとめた。

表１に示すように磁区制御を行っていない比較例１の母鋼板では、最小破断回数が３７回と繰返し曲げ特性に問題はないが、鉄損値が０．８５Ｗ／ｋｇと極めて高い。また、圧延方向に対して直角方向に絶え間のない（実線状の）溝を５ｍｍ間隔で形成することにより磁区制御を行った比較例２の方向性電磁鋼板では、鉄損改善量が１４．１２％と高く問題はないが、最小破断回数比が２．７％と繰返し曲げ特性が極めて悪い。なお、圧延方向に対して直角（９０°）方向に実線状の溝を２．５ｍｍ間隔で形成することにより磁区制御を行った比較例３の方向性電磁鋼板では、鉄損改善量が７．０６％と悪化したため、鉄損の改善効果は溝を５ｍｍ間隔で形成した場合が最適であると考えられる。
比較例３〜７に示すように、繰返し曲げ特性を改善する目的で実線状の溝を、圧延方向に対して９５°（８５°）、１００°（８０°）、１０５°（７５°）、１１０°（７０°）の角度で形成した場合には、１０５°の角度で実線状の溝を形成した比較例６の鋼板で、鉄損改善量が１２．４７％、最小破断回数比が８．１％と、鉄損と繰返し曲げ特性のバランスがもっとも優れていたが、巻鉄心を製造するために十分であるとはいえなかった。

これに対して、表２に示すように圧延方向に対して直角方向に溝：非溝比が１：１となるように破線２ｍｍ間隔で形成することにより磁区制御を行った方向性電磁鋼板では、溝の長さが５〜１０ｍｍの範囲である実施例１〜３の方向性電磁鋼板において、鉄損改善量が１４．１２％、最小破断回数比が８．１％以上と、比較例６の鋼板よりもバランスに優れた鋼板とすることができることが明らかとなった。

次に、溝：非溝比について検討を行った結果、表３に示すように溝：非溝比が１：１〜１．５：１である実施例４〜７の方向性電磁鋼板において、鉄損改善量が１３．７６％以上、最小破断回数比が８．１％以上と、比較例６の鋼板よりもバランスに優れた鋼板とすることができることが明らかとなった。

次に、隣接する破線の間隔について検討を行った結果、表４に示すように隣接する破線の間隔が２．０〜２０ｍｍの範囲である実施例８〜１２の方向性電磁鋼板において、鉄損改善量が１２．７１％以上、最小破断回数比が８．１％以上と、比較例６の鋼板よりもバランスに優れた鋼板とすることができることが明らかとなった。

次に、隣接する破線の溝の位置について検討を行った結果、表５に示すように破線と直角方向において、隣接する破線の溝との重なり（オーバーラップ量）が無（最小）となるように配置された実施例１３の方向性電磁鋼板において、鉄損改善量が１４．１２％、最小破断回数比が１０．８％と、比較例６の鋼板よりもバランスに優れた鋼板とすることができることが明らかとなった。

次に、圧延方向に対する溝を有する破線の角度について検討を行った結果、表６に示すように破線と直角方向において、角度が９０°〜１０５°の範囲である実施例１４〜１７の方向性電磁鋼板において、鉄損改善量が１２．４７％以上、最小破断回数比が８．１％以上と、比較例６の鋼板よりもバランスに優れた鋼板とすることができることが明らかとなった。

表７は、溝の長さが５ｍｍ未満の比較例２５〜２７と、溝の長さが数百ｍｍオーダーの比較例２８〜３０を示している。比較例２５〜３０において、溝の長さと非溝の長さとの比は１：１であり、溝同士の重なりは「無し」（つまり溝同士のオーバーラップ量がゼロ）であり、溝の間隔は２ｍｍであり、溝の角度は９０°である。この表７に示されるように、溝の長さが極端に短い場合と溝の長さが極端に長い場合とでは、鉄損改善率及び最小破断回数比が悪化し、磁気特性と繰り返し曲げ特性の両方に優れた方向性電磁鋼板を得られないことがわかる。

以上の結果から、圧延方向と平行に１８０°磁壁を有する方向性電磁鋼板であって、前記方向性電磁鋼板の表面であって圧延方向と交差する直線上に、長さが５〜１０ｍｍの範囲である溝を含む破線を２本以上有し、前記溝を含む破線において当該溝は等間隔に配置され、当該溝の長さ：非溝の長さ比は１：１〜１．５：１の範囲であり、隣接する前記溝を含む破線は平行で、間隔が２．０〜２０ｍｍの範囲であり、当該溝を含む破線と直角方向において溝同士の重なりが最小である本開示の方向性電磁鋼板は、低鉄損と優れた繰り返し曲げ特性を高いレベルで兼ね備えていることが明らかとなった。

１ 方向性電磁鋼板
２ 曲げ加工部

Claims (1)

1. 溝が設けられた鋼板表面を有する方向性電磁鋼板であって、
   前記鋼板表面において圧延方向と交差する直線上に、５〜１０ｍｍの長さを有する前記溝を含む破線を２本以上有し、
   前記溝を含む破線において、当該溝は等間隔に配置され、当該溝の長さ：非溝の長さ比は１：１〜１．５：１の範囲であり、
   隣接する前記溝を含む破線は平行で、間隔が２．０〜２０ｍｍの範囲であり、
   前記溝の長さＡと、前記非溝の長さＢと、当該溝を含む破線と直角方向における溝同士のオーバーラップ量Ｃとの関係が下記（１）式を満たし、
   前記溝を含む破線は、前記圧延方向に対する角度が７５〜１０５°の範囲である
   ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
   Ｃ＝（Ａ−Ｂ）／２ …（１）式