JP6597940B1 - 方向性電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明に係る方向性電磁鋼板は、表面に複数の溝を有する母材鋼板と、前記母材鋼板の前記表面に形成されたグラス被膜とを備える。前記溝の長手方向に直交する断面で前記溝を含む領域をみた場合に、前記グラス被膜の輪郭線上に存在するピーク点（３５）を通り且つ前記断面内で前記板厚方向に直交する溝幅方向に平行な直線を基準線（３１）と定義し、前記グラス被膜と前記母材鋼板との境界線上に存在し且つ前記板厚方向の最も低い位置に存在する点を最深点（３２）と定義し、前記最深点（３２）を中心として前記溝幅方向に２μｍの長さを有する領域において前記境界線上に存在し且つ前記板厚方向の最も高い位置に存在する点を最浅点（３３）と定義したとき、前記基準線（３１）と前記最深点（３２）との間の最短距離Ａと、前記基準線（３１）と前記最浅点（３３）との間の最短距離Ｂとの関係が下記（１）式を満たす。０．１μｍ ≦ Ａ−Ｂ ≦ ５．０μｍ …（１）

Description

本発明は、方向性電磁鋼板及びその製造方法に関する。
本願は、２０１８年２月９日に日本に出願された特願２０１８−０２２２３３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

変圧器の鉄芯（コア）用の鋼板として、特定の方向に優れた磁気特性を発揮する方向性電磁鋼板が知られている。方向性電磁鋼板は、冷間圧延処理と焼鈍処理との組み合わせによって、結晶粒の磁化容易軸と圧延方向とが一致するように結晶方位が制御された鋼板である。

方向性電磁鋼板の鉄損の一種である渦電流損を低減する技術として、結晶方位が制御された母材鋼板の表面に絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板が知られている。絶縁被膜は、電気的絶縁性だけでなく、張力及び耐錆性等を母材鋼板に与える役割も担っている。

また、異常渦電流損を低減するための他の方法として、圧延方向に交差する方向に形成された歪み領域や溝を、圧延方向に沿って所定間隔で形成することにより、１８０°磁区の幅を狭くする（１８０°磁区の細分化を行う）磁区制御法が知られている。したがって磁区制御法は、歪みを方向性電磁鋼板の母材鋼板に与える方法と、母材鋼板に張力をかけられる被膜が存在する母材鋼板の表面に溝を形成する方法とに分類される。

溝による磁区制御を施した方向性電磁鋼板を用いて巻コアを製造する場合、歪み取り焼鈍処理の実施によって溝が消失しないので、磁区細分化効果を維持することができる。したがって、巻きコアに対しては、異常渦電流損を低減するための方法として本磁区制御法が採用されることがある。

図１は、溝を形成した電磁鋼板の概略を示す図である。図１では、母材鋼板１０の表面に、複数の溝１１が母材鋼板１０の圧延方向に隣り合うように形成された状態を示している。図１において、符号θは、母材鋼板１０の圧延方向及び板厚方向に直交する方向（板幅方向）と溝１１の長手方向との成す角を示す。符号Ｗは溝１１の幅を示し、符号Ｄは溝１１の深さを示し、符号ｄは圧延方向に隣り合う溝１１の間隔を示す。電磁鋼板に溝を形成する方法は種々提案されている。

特許文献１には、電解エッチングによって方向性電磁鋼板の鋼板表面に溝を形成する電解エッチング法が開示されている。

特許文献２には、機械的に歯車を方向性電磁鋼板の鋼板表面にプレスすることにより、鋼板表面に溝を形成する歯車プレス法が開示されている。

特許文献３には、レーザ照射により鋼板（レーザ照射部）を溶融及び蒸発させるレーザ照射法が開示されている。

また、特許文献４には、安定した鉄損特性を得るための溝の構成として、溝部にレーザ照射によって電磁鋼板で溶融した溶融物が鋼板で再凝固した層の飛散合金層が均一に分布した方向性電磁鋼板が開示されている。

日本国特公昭６２−５４８７３号公報 日本国特公昭６２−５３５７９号公報 日本国特開２００３−１２９１３５号公報 日本国特表２０１６−５３２７７６号公報

冷延鋼板にレーザにより溝を形成する方法は、生産性に優れている。しかしながら、電磁鋼板によって磁歪が良好な場合と磁歪が劣位な場合があり、安定した低磁歪の方向性電磁鋼板が得られないという問題がある。

本発明は上記の問題に鑑みなされたものであって、低鉄損かつ低磁歪の方向性電磁鋼板、及びそれを安定して製造する方向性電磁鋼板の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、表面に複数の溝を有する母材鋼板と、母材鋼板の表面に形成されたグラス被膜とを備える方向性電磁鋼板を製造したときに、磁歪の値にばらつきが生じる原因を調査した。その結果、溝の内部（以下「溝部」という）のグラス被膜の根の構造に差があることに起因して磁歪の値がばらつくことが判明した。本発明者らは、この調査結果に基づいてさらなる研究を行った結果、特定の条件を満たすようにグラス被膜の根の構造を制御することにより、磁歪の値を低レベルの値に安定的に制御できることを見出した。本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板は、表面に複数の溝を有する母材鋼板と、前記母材鋼板の前記表面に形成されたグラス被膜とを備える。前記母材鋼板の圧延方向及び板厚方向に直交する方向と、前記溝の長手方向との成す角が０〜４０°であり、前記溝の幅が２０〜３００μｍであり、前記溝の深さが１０〜４０μｍであり、前記圧延方向における前記溝の間隔が２〜３０ｍｍである。前記溝の長手方向に直交する断面で前記溝を含む領域をみた場合に、前記グラス被膜の輪郭線上に存在し且つ前記板厚方向の最も高い位置に存在する点をピーク点と定義し、前記ピーク点を通り且つ前記断面内で前記板厚方向に直交する溝幅方向に平行な直線を基準線と定義し、前記グラス被膜と前記母材鋼板との境界線上に存在し且つ前記板厚方向の最も低い位置に存在する点を最深点と定義し、前記最深点を中心として前記溝幅方向に２μｍの長さを有する領域において前記境界線上に存在し且つ前記板厚方向の最も高い位置に存在する点を最浅点と定義したとき、前記基準線と前記最深点との間の最短距離Ａと、前記基準線と前記最浅点との間の最短距離Ｂとの関係が下記（１）式を満たす。
０．１μｍ ≦ Ａ−Ｂ ≦ ５．０μｍ …（１）

（２）本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、上記（１）に記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、冷延鋼板の表面にレーザで溝を形成する工程を含む。前記工程において、レーザ照射部位を含む雰囲気の形成に用いられるアシストガスが空気または不活性ガスであり、前記空気の露点が−３０℃〜０℃であり、前記不活性ガスの露点が−２０℃〜２０℃である。

本発明によれば、低鉄損で、低磁歪の方向性電磁鋼板が得られる。

溝が形成された電磁鋼板の概略を示す図である。 溝周辺の概略図である。 界面混在領域を説明する概略図である。

はじめに、本発明者らによる検討の内容について詳細に説明する。

本発明者らは、表面に複数の溝を有する母材鋼板と、母材鋼板の表面に形成されたグラス被膜とを備える方向性電磁鋼板を製造したときに、磁歪の値がばらつく原因について調査した。低磁歪について、溝形成における影響因子の詳細は不明であり、二次再結晶後の方位集積度、溝深さと被膜張力に依存すると考え調査を行ったが、その結果、二次再結晶後の方位集積度、溝深さ及び被膜張力に違いは見られなかった。そこで、本発明者らは、磁歪のばらつきは溝の形状の差に起因すると考え、溝断面を詳細に調査した。その結果、磁歪が異なる方向性電磁鋼板は、溝部のグラス被膜の根の状況が異なることがわかった。

図２に溝周辺のグラス被膜の概略を示す。図２は、母材鋼板及びグラス被膜を備える方向性電磁鋼板の断面図であり、より詳細には、溝の長手方向に直交する断面で溝を含む領域をみた図である。グラス被膜２１は、後述のように通常二次再結晶焼鈍中に形成される酸化物層で、フォルステライトを主とした酸化物からなり、フォルステライトの含有率は７０体積％以上であることが一般的で、残部はアルミニウムやカルシウム等を含む酸化物からなる。母材鋼板１０には溝１１が形成され、溝１１の表面を含む母材鋼板１０の表面には、上記酸化物からなるグラス被膜２１が形成されている。グラス被膜２１の表面に、さらに、張力被膜２２を設けてもよい。グラス被膜２１の根２３は、グラス被膜２１が母材鋼板１０の内部に向かって伸びている部分であり、通常０．１〜２μｍ程度の間隔で存在する。

調査の結果、磁歪が大きい場合には溝部のグラス被膜２１の根２３が過度に発達しており、磁歪が良好な場合には、グラス被膜２１の根２３の発達の程度は溝部以外の部位と同程度であった。グラス被膜２１の根２３が過度に発達すると磁歪が大きくなる理由は明確ではないが、グラス被膜２１の根２３を起点として９０°磁区が生成しやすくなるためと推定される。

なお、グラス被膜２１の根２３が短すぎる場合、磁歪に悪影響はないと考えられるが、グラス被膜２１と地鉄（母材鋼板１０）との密着性が低下するため、溝部の被膜にクラックが発生しやすくなる。このクラックから水分が入ると錆が発生し、絶縁性、占積率、外観が損なわれる。

本発明者らは、溝部のグラス被膜２１の根２３が過度に発達しない方法を検討した結果、溝形成時のアシストガスの露点を適正な範囲に制御することにより、グラス被膜２１の根２３が生成される深さを制御できることを知見した。

以下、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）の構成について説明する。

本電磁鋼板は、表面に複数の溝１１を有する母材鋼板１０と、母材鋼板１０の表面に形成されたグラス被膜２１とを備える（図１及び図３参照）。本電磁鋼板において、グラス被膜２１の表面に張力被膜（絶縁被膜）２２が形成されていてもよい。図１に示すように、母材鋼板１０の表面において、複数の溝１１は、母材鋼板１０の圧延方向に隣り合うように形成されている。溝１１の方向（角度θ）、溝１１の幅Ｗ、深さＤ、及び間隔ｄは、本発明の課題である磁歪や溝部のクラックに影響するものではなく、通常の方向性電磁鋼板と同様、鉄損を考慮して決定する。

母材鋼板１０の圧延方向及び板厚方向に直交する方向（板幅方向）と溝１１の長手方向との成す角θは、大きすぎると鉄損改善効果が得られなくなるので、０〜４０°とする。溝１１の幅Ｗは、広すぎても狭すぎても良好な鉄損が得られないので、２０〜３００μｍとする。溝１１の深さＤは、浅すぎても深すぎても良好な鉄損が得られないので、１０〜４０μｍとする。溝１１は圧延方向に２〜３０ｍｍの間隔ｄで形成する。溝１１の間隔ｄは等間隔でなくてもよい。

本電磁鋼板における、界面混在領域と溝部のグラス被膜２１の根の構成について図３を用いて説明する。図３は、本電磁鋼板の断面図であり、より詳細には、溝１１の長手方向に直交する断面で溝１１を含む領域をみた図である。

本電磁鋼板では、母材鋼板１０上に形成された溝１１の内部のグラス被膜２１の根を過度に発達させず、適切な範囲に制御する。具体的には、図３に示すように、溝１１の長手方向に直交する断面で溝１１を含む領域をみた場合に、グラス被膜２１の輪郭線２１ａ上に存在し且つ板厚方向の最も高い位置に存在する点をピーク点３５と定義する。そのピーク点３５を通り且つ図３に示す断面内で板厚方向に直交する溝幅方向に平行な直線を基準線３１と定義する。図３に示す断面内で、グラス被膜２１と母材鋼板１０との境界線１２上に存在し且つ板厚方向の最も低い（深い）位置に存在する点を最深点３２と定義する。また、図３に示す断面内で、最深点３２を中心として溝幅方向に２μｍ（つまり、±１μｍ）の長さを有する領域において境界線１２上に存在し且つ板厚方向の最も高い（浅い）位置に存在する点を最浅点３３と定義する。
上記のように、図３に示す断面内で、基準線３１、最深点３２及び最浅点３３を定義したとき、本電磁鋼板では、基準線３１と最深点３２との間の最短距離Ａと、基準線３１と最浅点３３との間の最短距離Ｂとの関係が下記（１）式を満たすように、グラス被膜２１の根の構造が制御されている。
ここで、基準線３１と最深点３２との間の最短距離Ａとは、基準線３１に対して垂直な直線で最深点３２と基準線３１とを結んだときの、その直線の長さである。また、基準線３１と最浅点３３との間の最短距離Ｂとは、基準線３１に対して垂直な直線で最浅点３３と基準線３１とを結んだときの、その直線の長さである。
以下では、板厚方向における最深点３２と最浅点３３との間の領域を界面混在領域３４と定義し、最短距離Ａから最短距離Ｂを減算して得られる値（＝Ａ−Ｂ）を界面混在領域３４の厚さと定義する。界面混在領域３４では、鋼とグラス被膜が混在している。
０．１μｍ ≦ Ａ−Ｂ ≦ ５．０μｍ …（１）

溝１１が存在する母材鋼板１０の任意の場所５か所（ただし、それぞれ異なる溝１１とする）で溝部の断面を走査型電子顕微鏡で観察し、断面の写真から界面混在領域３４の厚さを求め、５か所の厚さの平均値を界面混在領域３４の厚さとする。
界面混在領域３４の厚さ（＝Ａ−Ｂ）が０．１μｍ未満の場合、グラス被膜２１と地鉄（母材鋼板１０）との密着性が低下するため、溝部の被膜にクラックが発生しやすくなる。そのため、界面混在領域３４の厚さの下限は０．１μｍである。一方、界面混在領域３４の厚さが５．０μｍを越える場合、グラス被膜２１の根が過度に発達することに起因して磁歪の値が増大する。そのため、界面混在領域３４の厚さの上限は５．０μｍである。被膜の密着性向上効果と磁歪の低減効果とをバランス良く得るために、界面混在領域３４の厚さは、１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。

次に、上記のような構成とするための本電磁鋼板の製造方法について説明する。

はじめに、常法により、本電磁鋼板用の冷延鋼板を製造する。冷延鋼板の製造方法は特に限定されるものではなく、一般的に知られる方法を用いればよい。

次に、冷延鋼板にレーザを照射することにより、圧延方向に交差する方向に複数の溝を所定間隔で形成する。

レーザ光源としては、たとえばファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、またはＣＯ_２レーザ等の一般的に工業用に用いられる高出力レーザを使用できる。溝を安定的に形成することができれば、パルスレーザでも連続波レーザでもよい。レーザ光の照射条件として、たとえば、レーザ出力を２００〜３０００Ｗに、レーザ光の圧延方向における集光スポット径（レーザ出力の８６％を含む直径、以下「８６％径」という）を１０〜１０００μｍに、レーザ光の板幅方向における集光スポット径（８６％径）を１０〜１０００μｍに、レーザ走査速度を５ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓとすることができる。

レーザ光の照射と同時に、アシストガスを、レーザ光が照射される鋼板の部位に吹き付ける。アシストガスは、レーザ照射によって鋼板から溶融又は蒸発した成分を除去する役割を担う。アシストガスの吹き付けにより、レーザ光が安定的に鋼板に到達するため、溝が安定的に形成される。アシストガスの流量は、たとえば、毎分１０〜１０００リットルとすることができる。

本発明においては、アシストガスを空気または不活性ガスとし、空気の場合はその露点を−３０〜０℃とし、不活性ガスの場合はその露点を−２０〜２０℃とする。これにより、上述したような（１）式を満たすグラス被膜の根を形成することができる。

鋼板に溝を形成した後は、公知の方法で、冷延鋼板を脱炭、窒化後、ＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤を塗布し、加熱、保定後冷却し、グラス被膜を形成する。グラス被膜のみでも鋼板に張力を付与できるが、磁区制御効果を高めるため、グラス被膜の上には通常張力被膜（絶縁被膜）を形成する。

脱炭条件は、公知一般の条件とすることができ、たとえば、８５０℃まで昇温した後、６０秒保定した後冷却とし、脱炭雰囲気は水素−不活性ガス雰囲気でＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２で０．１５〜０．６５の範囲とするとよく、特に０．３３付近で良好な特性が得られる。窒化も公知一般の方法とすることができ、窒化量は、たとえば５０〜４００ｐｐｍの範囲とすることができるが、特に２００ｐｐｍ付近で良好な特性が得られる。焼鈍分離剤の組成は公知一般のものが使え、たとえば、ＭｇＯ：１００質量部、ＴｉＯ_２：５質量部とし、添加物としては、たとえばＦｅＣｌ_２を塩素で２００ｐｐｍとなるよう添加したものとすることができる。グラス被膜の形成は、後述するように、鋼板をコイル状に巻き取って、最高温度１２００℃で２０時間程度保定したのち冷却する工程で形成される。張力被膜は、たとえば、リン酸アルミニウムを主成分とするものとすることができ、厚さを１μｍとすることができる。

アシストガスの組成及び露点が、溝部のグラス被膜の根の発達に影響を与える機構は、以下のように考えられる。

グラス被膜の根は主としてフォルステライトで構成されており、溝が形成された後の二次再結晶焼鈍中に形成される。フォルステライトを形成する原料は、二次再結晶前の鋼板表面に存在するＳｉＯ_２と、焼鈍分離剤のＭｇＯからなる。鋼板表面に存在するＳｉＯ_２は、通常脱炭酸化層由来である。これに加えて、焼鈍分離剤中の水分が二次再結晶焼鈍昇温中に放出されて、鋼板を酸化してさらにＳｉＯ_２を増やす場合もある。焼鈍分離剤中の水分が鋼板を酸化することを追加酸化と称するが、追加酸化が起こるとグラス被膜が過度に形成されてグラス被膜の根が発達すると考えられる。

追加酸化が起こらないような対策は、焼鈍分離剤塗布量の適正化および、焼鈍分離剤の水分量の制御である。焼鈍分離剤の塗布量が少なすぎると、フォルステライトの原料たるＭｇ量が少なくなるために、良好なグラス被膜ができなくなる。また、水分量が少なすぎると二次再結晶焼鈍の昇温中にＳｉＯ_２が分解してフォルステライトの原料が少なくなり、良好なグラス被膜ができなくなる。焼鈍分離剤が多すぎても特に害はないが、未反応の焼鈍分離剤が増えて無駄に塗布することになり、経済的ではない。水分量が多すぎると前述のように過度な内部酸化が生じ、グラス被膜の根が過度に形成される問題が生じる。

溝がなければ、焼鈍分離剤を塗布する際の制御は塗布量、水分量のみで十分だが、溝部では焼鈍分離剤が溜まるため、鋼板のほかの部位よりも追加酸化が起きやすくなる。

溝の部分のグラス被膜を適正な量にするために、焼鈍分離剤の塗布量や、水分量を少なくすると、溝以外の部分で健全なグラス被膜が形成されなくなるため、焼鈍分離剤の塗布量や水分量で問題を解決することはできない。

そのため、溝形成時のアシストガスの露点制御で、溝の部分の追加酸化を抑制することにより、溝の部分のグラス被膜の根の過度な発達が抑制される。この機構は、以下のように考えられる。

レーザで加熱して溝を形成する際に適度な酸素ポテンシャルの雰囲気とすると、雰囲気シール性の良い酸化膜が形成される。酸素ポテンシャルを制御するために、アシストガスは、空気組成で露点を−３０〜０℃とする。このような条件で形成された酸化膜があると、二次再結晶の昇温時に溝の部分で焼鈍分離剤から大量の水分が放出されても、鋼中に酸素が侵入しないバリア層として機能すると考えられる。

露点が高すぎるとＳｉＯ_２が大量に生成して過度な追加酸化と同様な現象が生じる。一方、露点が低すぎると生成する酸化膜のシール性が過度に良好になり、脱炭中に形成されるＳｉＯ_２酸化層が十分に発達せず、健全なグラス被膜の根が形成されなくなる。
以上の理由から、本電磁鋼板の製造方法では、冷延鋼板の表面にレーザで溝を形成する工程において、レーザ照射部位を含む雰囲気が空気の場合、つまりアシストガスとして空気を用いる場合、その空気の露点を−３０℃〜０℃に制御する。

アシストガスとして不活性ガスを用いる場合は、その不活性ガスの露点を−２０〜２０℃に制御する。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、またはアルゴンなどが挙げられる。

以上の製造方法により、グラス被膜の根が適切に発達し、良好な磁歪を有する方向性電磁鋼板を得ることができる。
なお、従来では、レーザ照射時に水分が発生することを防止するために、除湿されたアシストガスが用いられるが、そのようなアシストガスとして特別に露点が制御されたガスは用いられていない。一般的に工業的に使用される、いわゆるドライガスの露点は、−３５℃程度であることが技術常識である。一方、本電磁鋼板の製造方法では、アシストガスの露点を積極的に特定範囲に制御することで、溝部におけるグラス被膜の根を特定の状態（式（１）を満たす状態）に制御し、その結果、磁気特性（磁歪）の改善とグラス被膜の密着性との両立を実現できたのである。アシストガスの露点を上記の特定範囲に制御することによりレーザ照射時に水分が発生する問題に対しては、レーザ照射時の雰囲気温度を９０℃程度に保持しておくことで解決することができる。

以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。本発明は以下に説明する実施例の態様に限定されるものではない。

［実施例１］
Ｓｉ：３．４質量％、Ｍｎ：０．１５質量％、Ｓ：０．００６質量％、Ｃ：０．０４５質量％、酸可溶解Ａｌ：０．０２２質量％、Ｎ：０．００７質量％を含んだスラブを素材として公知の方法にて熱間圧延後、熱延板焼鈍を行い、冷間圧延で０．２２ｍｍを最終板厚とする鋼板を得た。

続いて、鋼板の表面にレーザを照射し、圧延方向に交差する方向に延びる複数の溝を、圧延方向に沿って５ｍｍ間隔で形成した。溝形成方向は、鋼板のＣ方向に対してＬ方向に２０°傾斜した方向とし、溝幅は５０μｍ、溝深さは２５μｍとした。

レーザ光の照射条件は、レーザ出力が２００〜３０００Ｗ、レーザ光の圧延方向における集光スポット径（８６％径）が１０〜１０００μｍ、レーザ光の板幅方向における集光スポット径（８６％径）が１０〜１０００μｍ、レーザ走査速度が５〜１００ｍ／ｓの範囲で調整した。

レーザ照射の際の、レーザにより溶融、蒸発した鋼板の金属を効率的に除去するためにアシストガスを１００リットル／分で吹き付けた。アシストガスの組成と露点は、表１に示すとおりとした。

溝を形成した冷延鋼板を脱炭し、さらに窒化処理を施した。脱炭条件は、８５０℃まで昇温した後、６０秒保定して冷却とした。脱炭雰囲気は水素−窒素雰囲気で、ＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２を０．３３とした。また、窒化量は２００ｐｐｍとした。

その後、ＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤を、塗布量が片面４ｇ／ｍ^２となるよう塗布した。焼鈍分離剤の組成は、ＭｇＯ：１００質量部、ＴｉＯ_２：５質量部に対し、ＦｅＣｌ_２を塩素で２００ｐｐｍとなるよう添加した。

続いて、鋼板をコイル状に巻き取って、最高温度１２００℃で２０時間保定したのち冷却し、表面にグラス被膜を形成した。さらに、リン酸アルミニウムを主成分とする張力被膜を厚さ１μｍとなるよう形成し方向性電磁鋼板を得た。この際の張力は、グラス被膜を含めて圧延方向に対して１２ＭＰａであった。

得られた方向性電磁鋼板の溝部の地鉄とグラス被膜が混在する領域（界面混在領域）の厚さ（＝Ａ−Ｂ）と、磁気特性（磁歪、磁束密度、鉄損）及び溝部のクラックの有無を以下に示す。

磁歪は、５０Ｈｚの正弦波にて鋼板の最大磁束密度が１．７Ｔになるよう励磁した際、鋼板が最も伸びた長さと最も縮んだ長さの差の絶対値とし、０．６×１０^−６以下を良好とした。

鉄損は、周波数５０Ｈｚの正弦波で鋼板の最大磁束密度が１．７Ｔになるように励磁した場合の鉄損（Ｗ１７／５０）であり、０．８Ｗ／ｋｇ以下を良好とした。

溝部のクラックは、得られた試料の溝部の被膜の溝長手方向に１０ｍｍの範囲を走査型電子顕微鏡で観察し、長さ０．５μｍを超えるクラックが存在しない場合にクラック無しと判断した。

本実施例の結果から、アシストガスの組成及び露点が本発明の範囲にあると、界面混在領域の厚さが０．１μｍ以上５．０μｍ以下の範囲内に制御され、溝部のクラックがなく、磁歪及び鉄損が良好であることがわかった。

［実施例２］
Ｓｉ：３．４質量％、Ｍｎ：０．１５質量％、Ｓ：０．００６質量％、Ｃ：０．０４５質量％、酸可溶解Ａｌ：０．０２２質量％、Ｎ：０．００７質量％を含んだスラブを素材として公知の方法にて熱間圧延後、熱延板焼鈍を行い、冷間圧延で０．２２ｍｍを最終板厚とする鋼板を得た。

続いて、鋼板の表面にレーザを照射し、圧延方向に交差する方向に延びる複数の溝を、圧延方向に沿って５ｍｍ間隔で形成した。溝形成方向は、鋼板のＣ方向に対してＬ方向に２０°傾斜した方向とし、溝幅、及び溝深さは表２に示す大きさとした。

レーザ光の照射条件は、実施例１と同様とし、アシストガスとして、露点−１５℃の空気を１００リットル／分で吹き付けた。

溝を形成した冷延鋼板を脱炭し、さらに窒化処理を施した。脱炭条件は、８５０℃まで昇温した後、６０秒保定して冷却とした。脱炭雰囲気は水素−窒素雰囲気で、ＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２を０．３３とした。また、窒化量は２００ｐｐｍとした。

その後、ＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤を、塗布量が片面４ｇ／ｍ^２となるよう塗布した。焼鈍分離剤の組成は、ＭｇＯ：１００質量部、ＴｉＯ_２：５質量部に対し、ＦｅＣｌ_２を塩素で２００ｐｐｍとなるよう添加した。

続いて、鋼板をコイル状に巻き取って、最高温度１２００℃で２０時間保定したのち冷却し、表面にグラス被膜を形成した。さらに、リン酸アルミニウムを主成分とする張力被膜を厚さ１μｍとなるよう形成し方向性電磁鋼板を得た。この際の張力は、グラス被膜を含めて圧延方向に対して１２ＭＰａであった。

得られた方向性電磁鋼板の界面混在領域の厚さと、磁気特性（磁歪、磁束密度、鉄損）及び溝部のクラックの有無を以下に示す。

磁歪、鉄損、溝部のクラックの評価方法は、実施例１と同様である。本実施例の結果から、溝深さ及び溝幅が本発明の範囲にあると、溝部のクラックがなく、磁歪及び鉄損が良好であることがわかった。

［実施例３］
Ｓｉ：３．４質量％、Ｍｎ：０．１５質量％、Ｓ：０．００６質量％、Ｃ：０．０４５質量％、酸可溶解Ａｌ：０．０２２質量％、Ｎ：０．００７質量％を含んだスラブを素材として公知の方法にて熱間圧延後、熱延板焼鈍を行い、冷間圧延で０．２２ｍｍを最終板厚とする鋼板を得た。

続いて、鋼板の表面にレーザを照射し、圧延方向に交差する方向に延びる複数の溝を、圧延方向に沿って表３に示す間隔で、鋼板のＣ方向に対してＬ方向に表３に示す角度で傾斜した方向に溝を形成した。溝幅は５０μｍ、溝深さは２５μｍとした。

レーザ光の照射条件は、実施例１と同様とし、アシストガスとして、露点−１５℃の空気を１００リットル／分で吹き付けた。

溝を形成した冷延鋼板を脱炭し、さらに窒化処理を施した。脱炭条件は、８５０℃まで昇温した後、６０秒保定して冷却とした。脱炭雰囲気は水素−窒素雰囲気で、ＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２を０．３３とした。また、窒化量は２００ｐｐｍとした。

その後、ＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤を、塗布量が片面４ｇ／ｍ^２となるよう塗布した。焼鈍分離剤の組成は、ＭｇＯ：１００質量部、ＴｉＯ_２：５質量部に対し、ＦｅＣｌ_２を塩素で２００ｐｐｍとなるよう添加した。

続いて、鋼板をコイル状に巻き取って、最高温度１２００℃で２０時間保定したのち冷却し、表面にグラス被膜を形成した。さらに、リン酸アルミニウムを主成分とする張力被膜を厚さ１μｍとなるよう形成し方向性電磁鋼板を得た。この際の張力は、グラス被膜を含めて圧延方向に対して１２ＭＰａであった。

得られた方向性電磁鋼板の界面混在領域の厚さと、磁気特性（磁歪、磁束密度、鉄損）及び溝部のクラックの有無を以下に示す。

磁歪、鉄損、溝部のクラックの評価方法は、実施例１と同様である。本実施例の結果から、溝ピッチ及び、溝形成方向につき鋼板のＣ方向に対してＬ方向に傾斜する角度が、本発明の範囲にあると、溝部のクラックがなく、磁歪及び鉄損が良好であることがわかった。

１０ 鋼板
１１ 溝
２１ グラス被膜
２２ 張力被膜
２３ グラス被膜の根
３１ 基準線
３２ 最深点
３３ 最浅点
３４ 界面混在領域
３５ ピーク点
θ 溝が圧延方向に対して垂直な方向となす角度
Ｗ 溝の幅
Ｄ 溝の深さ
ｄ 溝の間隔

Claims (2)

1. 表面に複数の溝を有する母材鋼板と、前記母材鋼板の前記表面に形成されたグラス被膜とを備える方向性電磁鋼板であって、
   前記母材鋼板の圧延方向及び板厚方向に直交する方向と、前記溝の長手方向との成す角が０〜４０°であり、
   前記溝の幅が２０〜３００μｍであり、
   前記溝の深さが１０〜４０μｍであり、
   前記圧延方向における前記溝の間隔が２〜３０ｍｍであり、
   前記溝の長手方向に直交する断面で前記溝を含む領域をみた場合に、
   前記グラス被膜の輪郭線上に存在し且つ前記板厚方向の最も高い位置に存在する点をピーク点と定義し、
   前記ピーク点を通り且つ前記断面内で前記板厚方向に直交する溝幅方向に平行な直線を基準線と定義し、
   前記グラス被膜と前記母材鋼板との境界線上に存在し且つ前記板厚方向の最も低い位置に存在する点を最深点と定義し、
   前記最深点を中心として前記溝幅方向に２μｍの長さを有する領域において前記境界線上に存在し且つ前記板厚方向の最も高い位置に存在する点を最浅点と定義したとき、
   前記基準線と前記最深点との間の最短距離Ａと、前記基準線と前記最浅点との間の最短距離Ｂとの関係が下記（１）式を満たす、
   ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
   ０．１μｍ ≦ Ａ−Ｂ ≦ ５．０μｍ …（１）
2. 請求項１に記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
   冷延鋼板の表面にレーザで溝を形成する工程を含み、
   前記工程において、レーザ照射部位を含む雰囲気の形成に用いられるアシストガスが空気または不活性ガスであり、前記空気の露点が−３０℃〜０℃であり、前記不活性ガスの露点が−２０℃〜２０℃である
   ことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。

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