JP6657837B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の磁区を制御して鉄損を低減するために母鋼板の表面に溝が形成され、低鉄損かつ絶縁被膜の密着性が良好な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｛１００｝＜０１１＞方位を主方位とする結晶組織を有し、磁気鉄心材料として多用されており、特にエネルギーロスが少ない低鉄損の材料が求められている。方向性電磁鋼板は張力を付与することにより鉄損が低減する。また、鉄心は方向性鋼板を積層して形成されるが、鉄損が低い鉄心を得るには、鋼板間を電気的に絶縁する必要がある。このような張力付与と絶縁性確保のため、母鋼板の表面には特許文献１に開示されたリン酸アルミニウムとコロイダルシリカを主成分とする絶縁被膜が形成される。しかし、この絶縁被膜は鋼には直接密着し難いため、鋼板製造過程の仕上げ焼鈍工程において母鋼板の表面にフォルステライト質のグラス被膜を形成し、母鋼板と絶縁被膜との間に介在させることで絶縁被膜の母鋼板への密着性を確保している。

さらに、鋼板の磁区を制御して鉄損を低減するため母鋼板の表面に局所的な歪領域が形成される場合がある。このような局所的な歪は加熱により容易に消失してしまう。このため、歪取り焼鈍を必要とする巻き鉄心トランス用の鋼板に、歪取り焼鈍を施しても消失しない幾何学的な溝を、鋼板の磁区を制御して鉄損を低減するために母鋼板の表面に形成する方法が、例えば特許文献２などに開示されている。このような溝は、レーザー照射、エッチングでの化学的反応、機械的加工等で形成されるが、溝形成によって溝内では絶縁被膜がグラス被膜とともに剥離されるため、良好な絶縁特性を確保するには、溝形成後に再度絶縁被膜を塗布して焼き付ける必要がある。しかし、溝内ではグラス被膜も好ましい状態を損ない、溝形成条件によってはグラス被膜も剥離してしまう。このため、溝内に再度形成された絶縁被膜は、グラス被膜を介することなく母鋼板上に形成されるので母鋼板との密着性が低い。

このため、溝内に再度形成された絶縁被膜は、トランス製造過程で剥離することになる。これにより、絶縁性が損なわれることが指摘されている。また、このような剥離が起きると、絶縁特性が損なわれることはもちろんであるが、母鋼板に形成された溝の内面が環境雰囲気にさらされることになるため耐食性も低下し、輸送中や使用中の溝内面からの発錆が問題になる。また、溝内での絶縁被膜およびグラス被膜の剥離によって形成される被膜の隙間に滞留するガスや汚染物質が、トランス等の電磁部材製造時の熱処理などにおいて放出され、これにより溝の形状に相当する縞状の筋模様が形成され、電磁部材の外観を損なうことも問題となっている。

電磁鋼板における母鋼板と絶縁被膜との密着性向上のため母鋼板と被膜の界面に特定の元素を濃化させる方法が、特許文献３に開示されている。しかしながら、該電磁鋼板は密着性向上のためにフォルステライト質のグラス被膜中に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ、およびＭｎのいずれか一種または二種類以上の元素を濃化させている。このため、グラス被膜形成後の溝形成によってグラス被膜が破壊される場合には、この方法による密着効果は小さくなることが想定されるので、この方法を、溝形成した電磁鋼板に適用することはできない。

特開昭４８−３９３３８号公報 特願２００９−１１１４５号公報 特開２００８−６９４１２号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、表面の溝内での母鋼板および絶縁被膜の密着性を向上させることができる方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、鋼板の表面に溝を形成することにより、グラス被膜の機能が低下し、またはグラス被膜が消失して母鋼板が剥き出しとなった溝の内面に、特定元素を濃化させた特定元素濃化部を形成することによって、上記課題を解決することができることを見出した。

本発明はこれらの知見を元になされたものであり、その要旨は、表面に圧延方向と交差する方向に延在し、かつ深さ方向が板厚方向となる溝が形成された母鋼板を有し、上記溝が形成されていない上記母鋼板の表面の平坦部上に１種または２種以上の絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板であって、上記母鋼板に形成された上記溝の最大深さは、上記平坦部における上記母鋼板の板厚をｔとしたときｔ／３０以上であり、上記母鋼板に形成された上記溝の内面に接するように上記１種または２種以上の絶縁被膜のうちの最表層の絶縁被膜が形成され、上記溝内の上記母鋼板と上記最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成されたことを特徴とする方向性電磁鋼板である。

また、他の要旨は、上記母鋼板の表面の平坦部上にグラス被膜が形成され、上記グラス被膜上に上記１種または２種以上の絶縁被膜が形成されたことを特徴とする方向性電磁鋼板である。

また、他の要旨は、上記溝内の上記母鋼板と上記最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下であるＳｉＯ_２粒子がさらに形成されたことを特徴とする方向性電磁鋼板である。

また、他の要旨は、上記溝内の上記母鋼板と上記最表層の絶縁被膜との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以上であることを特徴とする方向性電磁鋼板である。

また、他の要旨は、上述の方向性電磁鋼板の製造方法であって、溶鋼を鋳造してスラブとする鋳造工程と、上記スラブの熱間圧延を行う熱間圧延工程と、上記熱間圧延後の鋼板に一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延を行う冷間圧延工程と、上記冷間圧延後の鋼板に上記溝を形成する溝形成工程と、上記溝形成後の鋼板に上記特定元素濃化部を形成する特定元素濃化部形成工程と、上記特定元素濃化部形成後の鋼板に上記最表層の絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、を有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。

また、他の要旨は、上記特定元素濃化部形成工程において、浸漬めっき法を使用して、上記特定元素を含有する表面処理用水溶液に上記溝形成後の鋼板を浸漬することにより、上記溝形成後の鋼板に上記特定元素濃化部を形成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。

また、他の要旨は、上記表面処理用水溶液に直径が１０００ｎｍ以下であるＳｉＯ_２粒子がさらに含有されてい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、表面に溝が形成された鋼板の溝内での母鋼板および絶縁被膜の密着性を向上させることができる。これにより、トランス等の電磁部材製造時に加工された後においても、絶縁性が損なわれずに極めて良好な磁気特性を示し、耐食性が高く、電磁部材の外観が損なわれない方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することができる。

本発明の方向性電磁鋼板の一例の概略斜視図である。 本発明の方向性電磁鋼板における溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の一例の概略断面図である。 本発明の方向性電磁鋼板における溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の他の例の概略断面図である。

以下、本発明の方向性電磁鋼板およびその製造方法について詳細に説明する。

Ａ．方向性電磁鋼板
本発明の方向性電磁鋼板は、表面に圧延方向と交差する方向に延在し、かつ深さ方向が板厚方向となる溝が形成された母鋼板を有し、上記溝が形成されていない上記母鋼板の表面の平坦部上に１種または２種以上の絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板であって、上記母鋼板に形成された上記溝の最大深さは、上記平坦部における上記母鋼板の板厚をｔとしたときｔ／３０以上であり、上記母鋼板に形成された上記溝の内面に接するように上記１種または２種以上の絶縁被膜のうちの最表層の絶縁被膜が形成され、上記溝内の上記母鋼板と上記最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成されたことを特徴とする。

図１は、本発明の方向性電磁鋼板の一例の概略斜視図である。図２（ａ）は、本発明の方向性電磁鋼板における溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の一例の概略断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部分の拡大図である。本発明の方向性電磁鋼板の一例は、図１において母鋼板以外の構成が省略されて示され、図２（ａ）および図２（ｂ）において母鋼板以外の構成も含めて示されている。

図１に示されるように、方向性電磁鋼板１００は、板幅が数１０００ｍｍ、板厚が３００μｍの母鋼板１０１を有する。母鋼板１０１の表面には、矢印Ｘで示される圧延方向に垂直な方向（矢印Ｘで示される圧延方向と交差する方向）に延在し、かつ深さ方向が板厚方向となる複数の溝１０１ａが形成されている。複数の溝１０１ａは、母鋼板１０１の表面において一端から他端まで圧延方向に垂直な方向に延びるように形成されている。複数の溝１０１ａは、圧延方向に沿って所定間隔で形成され、圧延方向に垂直な方向の長さが板幅と同一、幅が５０μｍ、最大深さが２０μｍである。溝１０１ａの最大深さ（２０μｍ）は、母鋼板１０１の表面の平坦部における母鋼板１０１の板厚（３００μｍ）をｔとしたときｔ／３０以上となっている。

図２（ａ）には、溝１０１ａの延伸方向に垂直な断面での溝１０１ａ内の母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面構造を示した。図２（ａ）に示されるように、溝１０１ａが形成されていない母鋼板１０１の表面の平坦部１０１ｂにおいては、平坦部１０１ｂ上にグラス被膜１０２が形成され、グラス被膜１０２上に第１絶縁被膜１０３が形成され、第１絶縁被膜１０３上に第１絶縁被膜１０３とは異なる種類の第２絶縁被膜１０４が形成されている。また、溝１０１ａの内面に接するように第２絶縁被膜１０４が形成されている。
なお、第１絶縁被膜１０３および第２絶縁被膜１０４は、本発明における２種以上の絶縁被膜であり、第２絶縁被膜１０４は、当該２種以上の絶縁被膜のうちの最表層の絶縁被膜、第１絶縁被膜１０３は、当該２種以上の絶縁被膜のうちの最表層以外の絶縁被膜である。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示される溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造を形成する場合には、まず、一般的な方向性電磁鋼板の製造方法によって、グラス被膜１０２が仕上げ焼鈍により母鋼板１０１の表面の平坦部１０１ｂ上に形成された方向性電磁鋼板１００を製造する。次に、母鋼板１０１に張力が付与されて鉄損が低減されるように、かつ母鋼板１０１を積層して構成する鉄心等の電磁部材において鋼板間が電気的に絶縁されるように、グラス被膜１０２上に第１絶縁被膜１０３を形成する。次に、鋼板の磁区を制御して鉄損を低減するために、レーザー照射またはエッチングでの化学的反応により、母鋼板１０１の表面に、圧延方向と交差する方向に延在し、かつ深さ方向が板厚方向となる溝１０１ａを形成する。レーザー照射により形成する場合、グラス被膜１０２および第１絶縁被膜１０３ならびに母鋼板１０１は一瞬で溶けて蒸発する。また、エッチングでの化学的反応により溝１０１ａを形成する場合も、グラス被膜１０２および第１絶縁被膜１０３ならびに母鋼板１０１は溶解除去される。このため、図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、溝１０１ａの内面上にグラス被膜１０２および第１絶縁被膜１０３が残存することはない。

これにより、溝１０１ａの内面の全体で母鋼板１０１が剥き出しとなるため、方向性電磁鋼板１００では、溝１０１ａが形成された部分で絶縁性が確保できない問題や耐食性および外観不良等の問題が生じることになる。これらの問題を回避するためには、溝１０１ａの内面上に第２絶縁被膜１０４を形成する必要があるが、第２絶縁被膜１０４および母鋼板１０１の密着性は低いため、溝１０１ａの内面上に第２絶縁被膜１０４を形成したとしても、第２絶縁被膜１０４が鉄心等の電磁部材の製造過程で剥離するので、これらの問題を回避することはできない。そこで、図２（ａ）および図２（ｂ）に示される溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造を形成する場合には、溝１０１ａの内面に接するように第２絶縁被膜１０４を形成する前に、溝１０１ａの内面に接するように特定元素濃化部１０５を形成する。

これにより、図２（ａ）および図２（ｂ）に示される溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造では、母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面が溝１０１ａの内面の全体に存在し、溝１０１ａの内面の全体に存在する母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面に、直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部１０５が、０．１個／μｍ以上の密度で形成されている。より具体的には、溝１０１ａの延伸方向に垂直な母鋼板１０１の断面において、溝内の母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４および特定元素濃化部１０５との境界における一または二以上の密度算出用区間において、特定元素濃化部１０５が母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４および特定元素濃化部１０５との境界に接するように０．１個／μｍ以上の密度で形成されている。

母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面において、特定元素濃化部１０５が形成されていない箇所では、母鋼板１０１および第２絶縁被膜１０４の間で成分の混合および原子の拡散が生じる。一方、母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面において、特定元素濃化部１０５が形成された箇所では、特定元素濃化部１０５が形成されていない箇所とは異なる反応が生じる。これにより、図２（ｂ）に示されるように、溝１０１ａの内面の全体に存在する母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面では反応が局所的に変動するため、母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面構造の複雑化が生じる。この結果、いわゆるアンカー効果が増大するので、溝１０１ａ内おいて母鋼板１０１および第２絶縁被膜１０４の密着性が向上する。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示される例では、母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面が溝１０１ａの内面の全体に存在する溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造を説明したが、本発明における溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造はこれに限定されるものではなく、図３（ａ）および図３（ｂ）に示される例のような溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造でもよい。図３（ａ）は、本発明の方向性電磁鋼板における溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の他の例の概略断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ部分の拡大図である。本発明の方向性電磁鋼板の一例は、図１において母鋼板以外の構成が省略されて示され、図３（ａ）および図３（ｂ）において母鋼板以外の構成も含めて示されている。

図３（ａ）には、溝１０１ａの延伸方向に垂直な断面での溝１０１ａ内の母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面構造を示した。図３（ａ）に示されるように、溝１０１ａが形成されていない母鋼板１０１の表面の平坦部１０１ｂにおいては、平坦部１０１ｂ上にグラス被膜１０２が形成され、グラス被膜１０２上に第１絶縁被膜１０３が形成され、第１絶縁被膜１０３上に第１絶縁被膜１０３とは異なる種類の第２絶縁被膜１０４が形成されている。また、溝１０１ａの内面に接するように第２絶縁被膜１０４が形成されている。
なお、第１絶縁被膜１０３および第２絶縁被膜１０４は、本発明における２種以上の絶縁被膜であり、第２絶縁被膜１０４は、当該２種以上の絶縁被膜のうちの最表層の絶縁被膜、第１絶縁被膜１０３は、当該２種以上の絶縁被膜のうちの最表層以外の絶縁被膜である。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示される溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造を形成する場合には、まず、図２（ａ）および図２（ｂ）に示される例と同様に、グラス被膜１０２が形成された方向性電磁鋼板１００を製造し、グラス被膜１０２上に第１絶縁被膜１０３を形成する。次に、鋼板の磁区を制御して鉄損を低減するために、機械的加工により、母鋼板１０１の表面に、圧延方向と交差する方向に延在し、かつ深さ方向が板厚方向となる溝１０１ａを形成する。この場合、金型を母鋼板１０１に押し付けることや凹凸ロールで軽い圧延を行うことにより、母鋼板１０１を変形させて溝１０１ａを形成する。このため、図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、溝１０１ａの内面上において、グラス被膜１０２は部分的に破壊され剥離するものの部分的に残存する。また、第１絶縁被膜１０３も、溝１０１ａ内において部分的に剥離するものの、残存したグラス被膜１０２上に部分的に残存する。

これにより、溝１０１ａの内面では部分的に母鋼板１０１が剥き出しとなるため、方向性電磁鋼板１００では、溝１０１ａの内面において母鋼板１０１が剥き出しとなった部分で絶縁性が確保できない問題や耐食性および外観不良等の問題が生じることになる。これらの問題を回避するためには、溝１０１ａの内面上に第２絶縁被膜１０４を形成する必要があるが、第２絶縁被膜１０４および母鋼板１０１の密着性は低いため、溝１０１ａの内面において母鋼板１０１が剥き出しとなった部分および第２絶縁被膜１０４の密着性は低い。このため、溝１０１ａの内面において母鋼板１０１が剥き出しとなった部分では、溝１０１ａの内面上に第２絶縁被膜１０４を形成したとしても、第２絶縁被膜１０４が鉄心等の電磁部材の製造過程で剥離するので、これらの問題を回避することはできない。そこで、図３（ａ）および図３（ｂ）に示される溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造を形成する場合には、溝１０１ａの内面に接するように第２絶縁被膜１０４を形成する前に、溝１０１ａの内面に接するように特定元素濃化部１０５を形成する。

これにより、図３（ａ）および図３（ｂ）に示される溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造では、母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面が溝１０１ａの内面に部分的に存在し、溝１０１ａの内面に部分的に存在する母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面に、直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部１０５が、０．１個／μｍ以上の密度で形成されている。より具体的には、溝１０１ａの延伸方向に垂直な母鋼板１０１の断面において、溝内の母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４および特定元素濃化部１０５との境界における一または二以上の密度算出用区間において、特定元素濃化部が母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４および特定元素濃化部１０５との境界に接するように０．１個／μｍ以上の密度で形成されている。

このため、溝１０１ａの内面に部分的に存在する母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面でも、図２（ａ）および図２（ｂ）に示される溝１０１ａの内面の全体に存在する両者の界面と同様に、反応が局所的に変動するため、母鋼板１０１と第２絶縁被膜１０４との界面構造の複雑化が生じる。この結果、いわゆるアンカー効果が増大するので、溝１０１ａ内おいて母鋼板１０１および第２絶縁被膜１０４の密着性が向上する。

したがって、図２（ａ）および図２（ｂ）に示される例ならびに図３（ａ）および図３（ｂ）に示される例で説明したように、本発明においては、母鋼板に形成された溝の内面に接するように最表層の絶縁被膜が形成され、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、上述の特定元素濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成されていることにより、溝内において母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上する。このため、本発明によれば、方向性電磁鋼板を、トランス等の電磁部材製造時に加工された後においても、絶縁性が損なわれずに極めて良好な磁気特性を示し、耐食性が高く、電磁部材の外観が損なわれないものにすることができる。

以下、本発明の方向性電磁鋼板における各構成について説明する。

１．母鋼板
まず、本発明の方向性電磁鋼板における母鋼板について説明する。
本発明における母鋼板は、特に限定されるものではないが、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。

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。母鋼板の化学組成の元素のうち、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可避的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および不可避的不純物からなる。
なお、本発明において、「不可避的不純物」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。
なお、母鋼板の化学成分は、方向性電磁鋼板から後述の方法により後述のグラス被膜および絶縁被膜を除去した鋼板を、母鋼板としてその成分を分析した成分である。

２．絶縁被膜
１種または２種以上の絶縁被膜は、溝が形成されていない母鋼板の表面の平坦部上に形成されている。

図２（ａ）および図３（ａ）に示される第１絶縁被膜１０３のような、上記１種または２種以上の絶縁被膜のうちの最表層以外の絶縁被膜は、例えば、コロイダルシリカおよびリン酸塩を含有し、電気的絶縁性だけでなく、張力、耐食性および耐熱性等を母鋼板に与える役割を担っている。

３．グラス被膜
本発明では、母鋼板の表面の平坦部上にグラス被膜が形成され、グラス被膜上に１種または２種以上の絶縁被膜が形成されていてもよい。

グラス被膜は、例えば、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、またはコーディエライト（Ｍｇ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１６）などの複合酸化物によって構成される。詳細については後述の「Ｂ．方向性電磁鋼板の製造方法 ７．その他の工程」の項目で説明するが、グラス被膜は、本発明の方向性電磁鋼板の製造方法の１つの工程である仕上げ焼鈍工程において、鋼板に焼き付きが発生することを防止するために形成される被膜である。

４．母鋼板に形成された溝および溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造
本発明の方向性電磁鋼板では、母鋼板の表面に圧延方向と交差する方向に延在し、かつ深さ方向が板厚方向となる溝が形成されている。溝の最大深さは、平坦部における上記母鋼板の板厚をｔとしたときｔ／３０以上である。母鋼板に形成された溝の内面に接するように１種または２種以上の絶縁被膜のうちの最表層の絶縁被膜が形成されている。溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成されている。
以下、母鋼板に形成された溝および溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造について詳細に説明する。

（１）溝
溝は、母鋼板の表面に形成され、圧延方向と交差する方向に延在し、かつ深さ方向が板厚方向となるものである。溝の最大深さは、平坦部における母鋼板の板厚をｔとしたときｔ／３０以上である。

溝の最大深さは、ｔ／３０以上ｔ／８以下の範囲内であることが好ましい。ｔ／３０より浅いと鉄損を低減する作用が弱くなり、ｔ／８より深いと磁束密度の劣化を招き鉄損特性が悪くなるからである。

また、溝の幅は、１０μｍ〜５００μｍの範囲内であることが好ましく、中でも２０μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。５００μｍを超えると磁束密度の劣化が大きくなり、鉄損を低減する作用が認められないからであり、１０μｍより狭くすることは技術的に難しいからである。

また、溝の圧延方向と交差する方向の長さは、十分な磁区制御の効果を得るため、母鋼板の板厚以上の範囲内であることが好ましい。また、長過ぎても特性上の致命的な問題は生じないが、溝を形成する工程において母鋼板の板幅より短い溝を母鋼板の幅方向全体に分散させるように配置しても良い。

さらに、溝としては、例えば、圧延方向に沿って数１０〜数１０００μｍの所定間隔で形成されている複数の溝が挙げられる。

（２）最表層の絶縁被膜
母鋼板に形成された溝の内面に接するように１種または２種以上の絶縁被膜のうちの最表層の絶縁被膜が形成されている。

１種または２種以上の絶縁被膜が、図２（ａ）および図３（ａ）に示される第１絶縁被膜１０３および第２絶縁被膜１０４のような２種以上の絶縁被膜である場合には、第２絶縁被膜１０４のような２種以上の絶縁被膜のうちの最表層の絶縁被膜が、最表層の絶縁被膜となる。１種または２種以上の絶縁被膜が１種の絶縁被膜である場合には、１種の絶縁被膜が最表層の絶縁被膜となる。

（３）溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造
溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成されている。

ここで、本発明において、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、特定元素濃化部が０．１個／μｍ以上の密度で形成されている構造とは、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面において、溝内の母鋼板と他の領域との境界における一または二以上の密度算出用区間に形成されている特定元素濃化部の合計の個数［個］を、当該一または二以上の密度算出用区間の合計の長さ［μｍ］で割って求められる特定元素濃化部の密度［個／μｍ］が、０．１個／μｍ以上となる構造を意味する。また、特定元素濃化部が密度算出用区間に形成されているとは、特定元素濃化部が密度算出用区間において溝内の母鋼板と他の領域との境界に接するように形成されていることを意味する。

また、密度算出用区間とは、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面に表われる溝内の母鋼板と他の領域との境界において、母鋼板と最表層の絶縁被膜および特定元素濃化部との境界、または母鋼板と最表層の絶縁被膜、特定元素濃化部、および後述のＳｉＯ_２粒子との境界が連続した区間であり、かつ一端から他端までに５個以上の特定元素濃化部が形成された区間を意味する。これは、密度算出用区間として、恣意的に長さの短い区間が使用されると、実態以上に高い特定元素濃化部の密度が求められるからである。

また、本発明において、「特定元素濃化部」とは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、およびＭｎから選ばれた１種または２種以上の特定元素の合計の濃度が３０質量％以上となっている濃化領域、または上記濃化領域および上記濃化領域の周囲の領域からなる領域であって、上記１種または２種以上の特定元素の合計の濃度の平均が３０質量％以上である領域を意味する。そして、上記濃化領域とは、ＥＰＭＡやＥＤＸ等を使用して作成された溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面の各位置における各元素濃度のマッピング像において、上記１種または２種以上の特定元素の合計の濃度が３０質量％以上となっている領域を意味する。

また、本発明において、「直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部」とは、母鋼板に形成された溝の内面への特定元素濃化部の投影面積と同一面積の円の直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部を意味する。

なお、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、およびＭｎは、母鋼板を構成する鉄（Ｆｅ）および最表層の絶縁被膜を構成する元素（Ｐ、Ｓｉ、およびＡｌ等）との酸化性が大きく異なる。このため、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、これらの元素から選ばれた１種または２種以上の元素を含有する特定元素濃化部を形成することによって、母鋼板に形成された溝の内面に接するように最表層の絶縁被膜を形成する時に生じる母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面の反応において、母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面の構造の複雑化が生じる。これにより、母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上するため、本発明においては、これらの元素から選ばれた１種または２種以上の元素が特定元素として用いられる。また、本発明において、上記１種または２種以上の特定元素の合計の濃度の平均が３０質量％以上である特定元素濃化部が形成されているのは、特定元素濃化部における上記１種または２種以上の特定元素の合計の濃度の平均が３０質量％よりも小さいと、特定元素濃化部と母鋼板および絶縁被膜との反応において、鋼板および後述の絶縁被膜の密着性を向上させるに十分な反応が得られないからである。

ａ．溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面
溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面は、特に限定されるものではないが、算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以上であるものが好ましい。溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面が、微細な噛み込み形状となることにより、いわゆるアンカー効果がさらに増大するので、溝内において母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が顕著に向上するからである。

ここで、本発明において、「溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以上である」とは、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面において、溝内の母鋼板と他の領域との境界における一または二以上の密度算出用区間を粗さ曲線として測定した算術平均粗さ（Ｒａ）を意味する。

ｂ．特定元素濃化部
特定元素濃化部としては、上記１種または２種以上の特定元素の合計の濃度の平均が３０質量％以上であるものであれば特に限定されるものではないが、中でも上記１種または２種以上の特定元素の合計の濃度の平均が６０質量％以上、特に上記１種または２種以上の特定元素の合計の濃度の平均が９０質量％以上であるものが好ましい。溝内の母鋼板と酸化物である最表層の絶縁被膜との反応で鉄（Ｆｅ）が酸化する過程において、上記１種または２種以上の特定元素が酸化せずに純金属としてより多く存在することにより、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の複雑化が顕著に生じ、母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が顕著に向上するからである。

特定元素濃化部としては、直径が１０００ｎｍ以下でありかつ界面に０．１個／μｍ以上の密度で形成されているものであれば特に限定されるものではないが、中でも直径が６００ｎｍ以下でありかつ界面に０．３個／μｍ以上の密度で形成されているもの、特に直径が３００ｎｍ以下でありかつ界面に１０個／μｍ以上の密度で形成されているものが好ましい。溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面において反応が局所的に変動する周期が短くなることにより、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の複雑化が顕著に生じる。この結果、いわゆるアンカー効果がさらに増大するので、溝内において母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が顕著に向上するからである。

ｃ．ＳｉＯ_２粒子
本発明では、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下であるＳｉＯ_２粒子がさらに形成されていることが好ましい。酸化物であるＳｉＯ_２粒子は、母鋼板および最表層の絶縁被膜との反応性が特定元素濃化部とは異なるため、ＳｉＯ_２粒子が形成されていない場合と比較して、上記界面において反応が局所的に変動する効果が顕著となる。これにより、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の複雑化が顕著に生じる結果、溝内において母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が顕著に向上するからである。なお、ＳｉＯ_２粒子の直径を１０００ｎｍ以下とするのは、上記界面においてＳｉＯ_２粒子により反応が局所的に変動する領域を短くなることにより、上記界面構造の複雑化が顕著に生じ、上記密着性が顕著に向上するからである。

ここで、本発明において、「直径が１０００ｎｍ以下であるＳｉＯ_２粒子」とは、母鋼板に形成された溝の内面へのＳｉＯ_２粒子の投影面積と同一面積の円の直径が１０００ｎｍ以下であるＳｉＯ_２粒子を意味する。

溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、ＳｉＯ_２粒子をさらに形成するためには、「Ｂ．方向性電磁鋼板の製造方法 ５．特定元素濃化部形成工程」の項目に記載の通り、浸漬めっき法を使用して、溝形成後の鋼板に上述の特定元素濃化部を形成する方法において、溝形成後の鋼板を、特定元素を含有する表面処理用水溶液に浸漬すると同時、またはその直前もしくは直後に、溝形成後の鋼板にＳｉＯ_２粒子を塗布することが好ましい。中でも、特定元素を含有する表面処理用水溶液にＳｉＯ_２粒子を含有させることにより、溝形成後の鋼板を表面処理用水溶液に浸漬すると同時に、溝形成後の鋼板にＳｉＯ_２粒子を塗布することが実用的に好ましい。

ＳｉＯ_２粒子としては、直径が１０００ｎｍ以下である粒子であれば特に限定されるものではないが、中でも直径が１００ｎｍ以下、特に直径が１０ｎｍ以下である粒子が好ましい。直径をより小さくすることによって、上記界面においてＳｉＯ_２粒子による反応の局所的な変動が生じる領域をさらに短くすることにより、上記界面構造の複雑化をさらに顕著にして、上記密着性を顕著にさらに向上させることができるからである。

ＳｉＯ_２粒子としては、上記界面に０．１個／μｍ以上の密度で形成されている粒子が好ましく、中でも０．３個／μｍ以上、特に１０個／μｍ以上の密度で形成されている粒子が好ましい。上記界面においてＳｉＯ_２粒子により反応が局所的に変動する周期が短くなることにより、上記界面構造の複雑化がより顕著に生じ、上記密着性がより顕著に向上するからである。

ここで、本発明において、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、ＳｉＯ_２粒子が０．１個／μｍ以上の密度で形成されている構造とは、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面において、溝内の母鋼板と他の領域との境界における一または二以上の密度算出用区間に形成されているＳｉＯ_２粒子の合計の個数［個］を、当該一または二以上の密度算出用区間の合計の長さ［μｍ］で割って求められるＳｉＯ_２粒子の密度［個／μｍ］が、０．１個／μｍ以上となる構造を意味する。

なお、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面にさらに形成させる酸化物粒子としては、ＳｉＯ_２粒子以外のものも考えられる。しかしながら、窒素（Ｎ）と反応して窒化物を形成し易い金属元素を含む酸化物粒子では、最表層の絶縁被膜を形成するための熱処理中に窒化物を形成し、窒化物が母鋼板表層の磁壁移動の障害となり磁気特性を劣化させることがあるので避けるべきである。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、ＺｒＯ_２粒子、ＴｉＯ_２粒子等は密着性の観点では効果が得られるものの磁気特性を劣化させることがある。

ｄ．溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造
本発明では、密度算出用区間としては、上述の区間であれば特に限定されるものではないが、中でも一端から他端までに１０個以上の特定元素濃化部が形成された区間、特に一端から他端までに２０個以上の特定元素濃化部が形成された区間が好ましい。溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面のより広い範囲において、母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上しているからである。

また、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、特定元素濃化部が０．１個／μｍ以上の密度で形成されている構造としては、上述の構造であれば特に限定されるものではないが、中でも、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面において、溝内の母鋼板と他の領域との境界における二以上の密度算出用区間に形成されている特定元素濃化部の個数［個］を、当該二以上の密度算出用区間の合計の長さ［μｍ］で割って求められる特定元素濃化部の密度［個／μｍ］が、０．１個／μｍ以上となる構造が好ましい。溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面のより広い範囲において、母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上しているからである。

また、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、特定元素濃化部が０．１個／μｍ以上の密度で形成されている構造としては、上述の構造であれば特に限定されるものではないが、中でも、溝の延伸方向に１μｍの間隔で指定した複数の位置における溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面において、上述の特定元素濃化部の密度［個／μｍ］が、０．１個／μｍ以上となる構造が好ましい。溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面のより広い範囲において、母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上しているからである。

母鋼板に形成された溝は、一般的にはレーザー照射もしくはエッチングでの化学的反応、または機械的加工等の方法により形成される。溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造は、これらの形成方法次第で大きく異なる。レーザー照射またはエッチングでの化学的反応により形成された上記界面構造は、図２（ａ）に示される例のようになり、機械的加工により形成された上記界面構造は、図３（ａ）に示される例のようになる。

なお、図３（ａ）に示される例において、母鋼板１０１に形成された溝１０１ａの内面上に部分的に残存するグラス被膜１０２および残存したグラス被膜１０２上に部分的に残存する第１絶縁被膜１０３は、上述の「３．グラス被膜」の項目に記載のグラス被膜および上述の「２．絶縁被膜」の項目に記載の１種または２種以上の絶縁被膜のうちの最表層以外の絶縁被膜が、溝の内面上に部分的に残存したものである。そして、母鋼板に形成された溝内には、例えば、図３（ａ）に示される例のように、母鋼板１０１と第１絶縁被膜１０３との界面や第１絶縁被膜１０３とグラス被膜１０２との界面のような母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面以外の界面が存在する場合もある。しかしながら、母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面以外の界面は、本発明において制御を要するものではない。

ｅ．溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の決定方法
上記溝内の母鋼板、上記１種または２種以上の絶縁被膜、上記グラス被膜、上記特定元素濃化部、上記濃化領域、および上記ＳｉＯ_２粒子の各領域の位置、形状、および大きさは、例えば、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面の各位置における各元素濃度（各元素の質量％）等から決定される。より具体的には、例えば、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面の各位置における各元素濃度のマッピング像等から決定される。これにより、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造は、決定される。また、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面の各位置における各元素濃度は、例えば、ＥＰＭＡやＥＤＸ等を使用して測定される。

また、上記溝内の母鋼板、上記１種または２種以上の絶縁被膜、上記グラス被膜、上記特定元素濃化部、および上記ＳｉＯ_２粒子における２つの領域の界面では、鋼板製造過程の熱処理により、上記２つの領域に含まれる含有元素が少なからず相互拡散する。このため、上記２つの領域の界面は不明瞭になり、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面において、上記２つの領域の境界も不明瞭になる。

そこで、本発明では、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面において、上記２つの領域の境界は、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面において、一方の領域において相互拡散の影響が及んでいない箇所における特定の含有元素の濃度を１００％とした場合に、特定の含有元素の濃度が５０％となる位置と定義する。そして、この位置は、例えば、ＥＰＭＡやＥＤＸ等を使用して測定される溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面の各位置における各元素濃度から定義する。
具体的には、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面において、上記２つの領域（領域１および領域２）の境界は、下記表１に示すように定義する。

また、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、溝の延伸方向に垂直な母鋼板の断面の各位置における各元素濃度から決定される母鋼板および１種または２種以上の絶縁被膜の位置、形状、および大きさから計算することもできるが、ＳＥＭでの断面観察を行って観察された界面の位置、形状、および大きさから計算することもできる。

５．製造方法
本発明の方向性電磁鋼板は、後述の「Ｂ．方向性電磁鋼板の製造方法」に記載の方向性電磁鋼板の製造方法により製造することが好ましい。

６．その他
本発明の方向性電磁鋼板では、上述のように、母鋼板に形成された溝の内面において、グラス被膜および最表層以外の絶縁被膜が破壊され剥離し、母鋼板が剥き出しとなった部分で生じる問題を回避するために、第２絶縁被膜１０４のような１種または２種以上の絶縁被膜のうちの最表層の絶縁被膜が、母鋼板に形成された溝の内面に接するように形成されている。このため、本発明の方向性電磁鋼板における被膜構造は、最表層の絶縁被膜が、母鋼板の表面の平坦部、または母鋼板に形成された溝の内面の一部に存在するグラス被膜上に形成された最表層以外の絶縁被膜上に形成された被膜構造になり得る。そして、最表層および最表層以外の絶縁被膜は、異なる材料から構成される必要はなく、生産を容易にするために同一材料から構成される場合がある。この場合には、最表層および最表層以外の絶縁被膜を区別することができない状況もあり得るが、このような状況では、最表層および最表層以外の絶縁被膜を含有する単一の絶縁被膜が形成されている被膜構造として認識されることになる。

上述のグラス被膜および絶縁被膜は、例えば、以下の方法によって方向性電磁鋼板から除去することができる。まず、グラス被膜または絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板を、ＮａＯＨ：１０質量％およびＨ_２Ｏ：９０質量％を含有する水酸化ナトリウム水溶液に、８０℃で１５分間浸漬する。次に、Ｈ_２ＳＯ_４：１０質量％およびＨ_２Ｏ：９０質量％を含有する硫酸水溶液に、８０℃で３分間浸漬する。次に、ＨＮＯ_３：１０質量％およびＨ_２Ｏ：９０質量％を含有する硝酸水溶液に、常温で１分間弱、浸漬して洗浄する。最後に、温風のブロアーで１分間弱、乾燥させる。

Ｂ．方向性電磁鋼板の製造方法
本発明の方向性電磁鋼板の製造方法は、上述の「Ａ．方向性電磁鋼板」の項目に記載の方向性電磁鋼板の製造方法であって、溶鋼を鋳造してスラブとする鋳造工程と、上記スラブの熱間圧延を行う熱間圧延工程と、上記熱間圧延後の鋼板に一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延を行う冷間圧延工程と、上記冷間圧延後の鋼板に上記溝を形成する溝形成工程と、上記溝形成後の鋼板に上記特定元素濃化部を形成する特定元素濃化部形成工程と、上記特定元素濃化部形成後の鋼板に上記最表層の絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、を有することを特徴とする。

以下、方向性電磁鋼板の製造方法における各工程について説明する。本発明を特定するために必要な工程の条件は、溝形成工程、特定元素濃化部形成工程、および絶縁被膜形成工程に関するものである。溝形成工程、特定元素濃化部形成工程、および絶縁被膜形成工程以外の工程の条件についての以下の説明は、一般的な条件を参考までに示したものであり、その条件を充足しなかったとしても、本発明の効果を得ることは可能である。

１．鋳造工程
鋳造工程においては、溶鋼を鋳造してスラブとする。

鋳造工程においては、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溶鋼を鋳造してスラブとする。具体的には、溶鋼を連続鋳造機に供給して、スラブを連続的に製出する。

２．熱間圧延工程
熱間圧延工程においては、スラブの熱間圧延を行う。

熱間圧延工程においては、鋳造工程で得られたスラブを所定の温度（例えば１１５０〜１４００℃の範囲内の温度）に加熱した後に、熱間圧延を行うことが好ましい。析出物を一度溶体化させ固溶させることで熱間圧延時に微細析出物として析出させることが、熱間圧延の目的の一つだからである。熱間圧延条件は、特に限定されるものではないが、例えば、７５０〜１２００℃で３０秒〜１０分間加熱する。また、例えば、１．８ｍｍ〜３．５ｍｍの板厚を有する鋼板を得る。

３．冷間圧延工程
冷間圧延工程においては、熱間圧延後の鋼板に一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延を行う。

冷間圧延工程においては、熱間圧延後の鋼板の表面に酸洗処理を実施した後、一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延を行うことが好ましい。冷間圧延条件は、特に限定されるものではないが、例えば、７００〜９００℃で１〜３分間加熱する。また、例えば、０．１５〜０．３５ｍｍの板厚を有する鋼板を得る。

４．溝形成工程
溝形成工程においては、冷間圧延後の鋼板に、上述の「Ａ．方向性電磁鋼板 ４．母鋼板に形成された溝および溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造 （１）溝」の項目に記載の溝を形成する。具体的には、冷間圧延後の鋼板の表面に圧延方向と交差する方向に延在し、かつ深さ方向が板厚方向となる溝を形成する。

溝を形成する方法としては、公知のどのような方法でも構わないが、例えば、レーザー照射、エッチングでの化学的反応、機械的加工等が挙げられる。

５．特定元素濃化部形成工程
特定元素濃化部形成工程においては、溝形成後の鋼板に上述の「Ａ．方向性電磁鋼板 ４．母鋼板に形成された溝および溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造 （３）溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造」の項目に記載の特定元素濃化部を形成する。

具体的には、母鋼板に形成された溝の内面に、直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部を０．１個／μｍ以上の密度で形成する。

母鋼板に形成された溝の内面に特定元素濃化部を形成する方法としては、例えば、浸漬めっき法、イオンプレーティング、めっき、各種物質の塗装など様々な方法を適用することが可能であり、また、複数の元素を含有する物質を一度に塗布してもよいし、元素を一種のみ、または一種ずつ複数回塗布してもよい。中でも、浸漬めっき法を使用して、特定元素を含有する表面処理用水溶液に溝形成後の鋼板を浸漬することにより、溝形成後の鋼板に特定元素濃化部を形成する方法が好ましい。特定元素を含有する表面処理用水溶液に溝形成後の鋼板を浸漬するだけで、特定元素濃化部を形成することができ、工業的にも実施が容易だからである。また、工業的にも実施が容易な浸漬めっき法では、公知の知見を活用して溶解している化学物質を変化させれば、様々な物質を鋼板上に塗布することが容易だからである。

そして、特定元素濃化部形成工程としては、例えば、溝形成後の鋼板を、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏを含有する硫酸ニッケル水溶液（表面処理用水溶液）に浸漬する浸漬めっき法により、Ｎｉを上記１種の特定元素として用いて、Ｎｉの平均濃度が３０質量％以上であるＮｉ濃化部を上記特定元素濃化部として形成する工程が挙げられる。この工程におけるＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏの濃度、硫酸ニッケル水溶液の温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間の条件は、使用する設備や対象となる母鋼板および目的とする特性レベルに応じて適切に調整すればよいが、中でも、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏを１〜８質量％含有し、温度が２０〜１００℃、ｐＨが１〜８である硫酸ニッケル水溶液に３０秒〜３０分浸漬する条件が好ましい。ｐＨについては、この範囲において鋼板と表面処理用水溶液との反応効率が高いとの知見が実験的に得られているからである。また、浸漬時間については、この範囲よりも短いと鋼板表層に特定元素が十分に濃化できず、この範囲よりも長いと鋼板表層全体に特定元素が濃化してしまい密着性が低下するからである。また、濃度については浸漬時間同様に、この範囲よりも低いと特定元素が十分に濃化されず、この範囲よりも高いと鋼板表層全体に特定元素が濃化してしまい密着性が低下するからである。さらに、温度については、この範囲よりも低いと反応効率が低く濃化が促進されず、この範囲よりも高いと効率が良すぎることでやはり鋼板表層全体に特定元素が濃化するもしくは絶縁皮膜の化学成分が溶け出す場合があるからである。

また、特定元素濃化部形成工程としては、例えば、溝形成後の鋼板を、ＣｏＣl・６Ｈ_２Ｏを含有する塩化コバルト水溶液（表面処理用水溶液）に浸漬する浸漬めっき法により、Ｃｏを上記１種の特定元素として用いて、Ｃｏの平均濃度が３０質量％以上であるＣｏ濃化部を上記特定元素濃化部として形成する工程が挙げられる。この工程におけるＣｏＣl・６Ｈ_２Ｏの濃度、塩化コバルト水溶液の温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間の条件は、使用する設備や対象となる母鋼板および目的とする特性レベルに応じて適切に調整すればよいが、中でも、ＣｏＣl・６Ｈ_２Ｏを１〜８質量％を含有し、温度が２０〜１００℃、ｐＨが７〜１３である塩化コバルト水溶液に１０〜３０分浸漬する条件が好ましい。浸漬めっき法によりＮｉ濃化部を形成する工程の好ましい条件が好ましい理由と同様の理由からである。

また、特定元素濃化部形成工程としては、例えば、溝形成後の鋼板を、Ｎａ_２Ｃｒ_２Ｏ_７・２Ｈ_２Ｏを含有するニクロム酸ナトリウム水溶液（表面処理用水溶液）に浸漬する浸漬めっき法により、Ｃｒを上記１種の特定元素として用いて、Ｃｒの平均濃度が３０質量％以上であるＣｒ濃化部を上記特定元素濃化部として形成する工程が挙げられる。この工程におけるＮａ_２Ｃｒ_２Ｏ_７・２Ｈ_２Ｏの濃度、ニクロム酸ナトリウム水溶液の温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間の条件は、使用する設備や対象となる母鋼板および目的とする特性レベルに応じて適切に調整すればよいが、中でも、Ｎａ_２Ｃｒ_２Ｏ_７・２Ｈ_２Ｏを１〜８質量％含有し、温度が２０〜１００℃、ｐＨが１０〜１４であるニクロム酸ナトリウム水溶液に１０〜３０分浸漬する条件が好ましい。浸漬めっき法によりＮｉ濃化部を形成する工程の好ましい条件が好ましい理由と同様の理由からである。

また、特定元素濃化部形成工程としては、例えば、溝形成後の鋼板を、Ｎａ_２ＭｏＯ_４・２Ｈ_２Ｏを含有するモリブデン酸ナトリウム水溶液（表面処理用水溶液）に浸漬する浸漬めっき法により、Ｍｏを上記１種の特定元素として用いて、Ｍｏの平均濃度が３０質量％以上であるＭｏ濃化部を上記特定元素濃化部として形成する工程が挙げられる。この工程におけるＮａ_２ＭｏＯ_４・２Ｈ_２Ｏの濃度、モリブデン酸ナトリウム水溶液の温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間の条件は、使用する設備や対象となる母鋼板および目的とする特性レベルに応じて適切に調整すればよいが、中でも、Ｎａ_２ＭｏＯ_４・２Ｈ_２Ｏを１〜８質量％含有し、温度が２０〜１００℃、ｐＨが１０〜１４であるモリブデン酸ナトリウム水溶液に１０〜３０分浸漬する条件が好ましい。浸漬めっき法によりＮｉ濃化部を形成する工程の好ましい条件が好ましい理由と同様の理由からである。

また、特定元素濃化部形成工程としては、例えば、溝形成後の鋼板を、ＶＯＳＯ_４・Ｈ_２Ｏを含有する硫酸バナジウム水溶液（表面処理用水溶液）に浸漬する浸漬めっき法により、Ｖを上記１種の特定元素として用いて、Ｖの平均濃度が３０質量％以上であるＶ濃化部を上記特定元素濃化部として形成する工程が挙げられる。この工程におけるＶＯＳＯ_４・Ｈ_２Ｏの濃度、硫酸バナジウム水溶液の温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間の条件は、使用する設備や対象となる母鋼板および目的とする特性レベルに応じて適切に調整すればよいが、中でも、ＶＯＳＯ_４・Ｈ_２Ｏを１０〜３０質量％含有し、温度が２０〜１００℃、ｐＨが１〜８である硫酸バナジウム水溶液に１０〜３０分浸漬する条件が好ましい。浸漬めっき法によりＮｉ濃化部を形成する工程の好ましい条件が好ましい理由と同様の理由からである。

また、特定元素濃化部形成工程としては、例えば、溝形成後の鋼板を、ＭｎＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏを含有する硫酸マンガン水溶液（表面処理用水溶液）に浸漬する浸漬めっき法により、Ｍｎを上記１種の特定元素として用いて、Ｍｎの平均濃度が３０質量％以上であるＭｎ濃化部を上記特定元素濃化部として形成する工程が挙げられる。この工程におけるＭｎＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏの濃度、硫酸マンガン水溶液の温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間の条件は、使用する設備や対象となる母鋼板および目的とする特性レベルに応じて適切に調整すればよいが、中でも、ＭｎＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏを１０〜３０質量％含有し、温度が２０〜１００℃、ｐＨが１〜８である硫酸マンガン水溶液に１０〜３０分浸漬する条件が好ましい。浸漬めっき法によりＮｉ濃化部を形成する工程の好ましい条件が好ましい理由と同様の理由からである。

なお、浸漬めっき法により、Ｃｏ濃化部、Ｃｒ濃化部、Ｍｏ濃化部、Ｖ濃化部、およびＭｎ濃化部を形成する工程は、浸漬時間が浸漬めっき法によりＮｉ濃化部を形成する工程に比べて長くなる。このため、生産性の観点から、これらの工程よりも、Ｎｉ濃化部を形成する工程の方が望ましい。

さらに、浸漬めっき法を使用して、溝形成後の鋼板に特定元素濃化部を形成する工程としては、表面処理用水溶液に直径が１０００ｎｍ以下であるＳｉＯ_２粒子がさらに含有されていることが好ましい。ＳｉＯ_２粒子が含有されていない場合と比較して、溝内の鋼板と最表層の絶縁被膜との界面において反応が局所的に変動する効果が顕著となる。これにより、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の複雑化が顕著に生じる結果、溝内において母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が顕著に向上するからである。

６．絶縁被膜形成工程
絶縁被膜形成工程においては、特定元素濃化部形成後の鋼板に上述の「Ａ．方向性電磁鋼板 ４．母鋼板に形成された溝および溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造 （２）最表層の絶縁被膜」の項目に記載の最表層の絶縁被膜を形成する。

具体的には、特定元素濃化部形成後の鋼板の溝の内面および溝の内面に形成された特定元素濃化部に、例えばコロイダルシリカおよびリン酸塩を含有する絶縁コーティング液を塗布して、これを焼付けることによって、最表層の絶縁被膜を形成する。

焼付けの条件は、特に限定されるものではないが、例えば、８４０〜９２０℃の範囲内の温度で１〜６００秒間焼付ける。

以上の絶縁被膜形成工程までの工程によって、本発明の方向性電磁鋼板を製造することができる。

７．その他の工程
本発明は、一般的に一方向性電磁鋼板の製造方法において行われる工程をさらに有するものでもよい。

具体的には、本発明は、熱延板焼鈍工程をさらに有するものでもよい。

熱延板焼鈍工程においては、熱間圧延後の鋼板の熱延板焼鈍を行い、熱延板焼鈍後の鋼板を熱間圧延後の鋼板として冷間圧延工程に供する。

熱延板焼鈍条件は、特に限定されるものではないが、例えば、７５０〜１２００℃の範囲内の温度で３０秒〜１０分間加熱する。

また、具体的には、本発明は、脱炭焼鈍工程をさらに有するものでもよい。

脱炭焼鈍工程においては、冷間圧延後の鋼板の脱炭焼鈍を行い、脱炭焼鈍後の鋼板を、冷間圧延後の鋼板として、後述の焼鈍分離剤塗布工程、仕上げ焼鈍工程、もしくは溝形成前の絶縁被膜形成工程、または溝形成工程に供給する。

脱炭焼鈍条件は、特に限定されるものではないが、例えば、７００〜９００℃の範囲内の温度で１〜３分間加熱する。脱炭焼鈍が行われると、冷延鋼板において炭素が所定量以下に低減され、一次再結晶組織が形成される。また、脱炭焼鈍が行われると、冷延鋼板の表面にシリカ（ＳｉＯ_２）を主成分として含有する酸化物層が形成される。

また、具体的には、本発明は、仕上げ焼鈍工程をさらに有するものでもよい。さらに、本発明が仕上げ焼鈍工程をさらに有する場合には、本発明は焼鈍分離剤塗布工程をさらに有するものでもよい。

仕上げ焼鈍工程においては、冷間圧延後の鋼板の仕上げ焼鈍を行い、仕上げ焼鈍後の鋼板を冷間圧延後の鋼板として後述の溝形成前の絶縁被膜形成工程または溝形成工程に供する。

仕上げ焼鈍条件は、特に限定されるものではないが、例えば、１１００〜１３００℃の範囲内の温度で２０〜２４時間加熱する。

焼鈍分離剤塗布工程においては、仕上げ焼鈍工程前に、冷間圧延後の鋼板に焼鈍分離剤を塗布し、焼鈍分離剤塗布後の鋼板を冷間圧延後の鋼板として仕上げ焼鈍工程に供給する。

具体的には、例えば、脱炭焼鈍後の鋼板における酸化物層の表面に焼鈍分離剤を塗布する。焼鈍分離剤としては、例えば、マグネシア（ＭｇＯ）またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分として含有する焼鈍分離剤等が挙げられる。

仕上げ焼鈍が行われると、脱炭焼鈍後の鋼板において二次再結晶が生じるとともに、脱炭焼鈍後の鋼板が純化される。また、仕上げ焼鈍が行われると、上述のマグネシアを主成分として含有する焼鈍分離剤を塗布していた場合、上述のシリカを主成分として含有する酸化物層がこれと反応して、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）等の複合酸化物を含むグラス被膜が脱炭焼鈍後の鋼板の表面に形成される。また、上述のアルミナを主成分として含有する焼鈍分離剤を塗布していた場合は、グラス被膜は形成されず、いわゆるグラスレスの方向性電磁鋼板になる。

さらに、具体的には、本発明は、溝形成前の絶縁被膜形成工程をさらに有するものでもよい。

溝形成前の絶縁被膜形成工程においては、冷間圧延後の鋼板の表面に「Ａ．方向性電磁鋼板 ２．絶縁被膜」の項目に記載の１種または２種以上の絶縁被膜のうちの最表層以外の絶縁被膜を形成し、最表層以外の絶縁被膜形成後の鋼板を冷間圧延後の鋼板として溝形成工程に供する。

具体的には、例えば、コロイダルシリカおよびリン酸塩を含有する絶縁コーティング液を冷間圧延後の鋼板の表面に塗布して、これを焼付けることによって、上述の最表層以外の絶縁被膜を形成する。焼付けの条件は、特に限定されるものではないが、例えば、８４０〜９２０℃の範囲内の温度で１〜６００秒間焼付ける。

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。

まず、実施例で母鋼板として使用する方向性電磁鋼板について以下に説明する。本発明の効果は母鋼板の成分や製造履歴に関わらず得られるため、後述する実施例１〜６の全ての実施例では、以下に説明する代表的な方向性電磁鋼板を母鋼板として評価を実施する。

このような代表的な方向性電磁鋼板である母鋼板を製造する時には、まず、質量％で、Ｓｉ：３．２％、Ｃ：０．０７％、酸可溶性Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．００３％、Ｍｎ：０．５％、Ｃｕ：０．０５％、Ｐ：０．０１％、Ｓｎ：０．０３％、Ｎｉ：０．０２％、およびＳ：０．００３％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる溶鋼を鋳造してスラブを得る。

次に、スラブの熱間圧延を行って、板厚が２．８ｍｍの鋼板を得る。熱間圧延の条件は、１１５０℃で１０分間加熱する条件とする。

次に、熱間圧延後の鋼板に一回の冷間圧延を行って、板幅が８０ｍｍ、板厚が０．２３ｍｍの鋼板を得る。冷間圧延の条件は、７００℃で１分間加熱する条件とする。

次に、冷間圧延後の鋼板の仕上げ焼鈍を行う。仕上げ焼鈍条件は、１２００℃で２４時間加熱する条件とする。

次に、仕上げ焼鈍後の鋼板の表面に絶縁コーティング液を塗布して、これを焼付けることによって、最表層以外の絶縁被膜を形成する。絶縁コーティング液としては、コロイダルシリカおよびリン酸塩を含有する絶縁コーティング液を用い、８５０℃の温度で１００秒間焼付ける。

次に、最表層以外の絶縁被膜形成後の鋼板の表面に圧延方向と交差する方向に延在し、かつ深さ方向が板厚方向となる複数の溝を形成する。これにより、実施例で母鋼板として使用する方向性電磁鋼板を得る。複数の溝は、圧延方向に沿って５０００μｍの間隔で形成し、幅を６０μｍ、圧延方向と交差する方向の長さを６０ｍｍ、最大深さを２５μｍとする。

（実施例１）
実施例１では、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に特定元素濃化部が形成されていることにより、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上する効果を評価する。

まず、上述の溝形成後の方向性電磁鋼板である１枚の母鋼板を、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏを２質量％含有し、温度が２５℃、ｐＨが４である硫酸ニッケル水溶液（表面処理用水溶液）に１２０秒間浸漬することにより、Ｎｉ濃化部（特定元素濃化部）を形成する。

次に、母鋼板の溝の内面および溝の内面に形成されたＮｉ濃化部に絶縁コーティング液を再塗布して、これを焼付けることによって最表層の絶縁被膜を形成する。絶縁コーティング液としては、コロイダルシリカおよびリン酸塩を含有する絶縁コーティング液を用い、８７０℃で１００秒間焼付ける。

以上の工程により、下記表２に示す試料Ｎｏ．１の方向性電磁鋼板が得られる。試料Ｎｏ．１は、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下であるＮｉ濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成された方向性電磁鋼板であることが、ＥＰＭＡやＥＤＸ等を使用して測定される溝の延伸方向に垂直な鋼板の断面の各位置における各元素濃度から分かる。

また、Ｎｉ濃化部（特定元素濃化部）を形成する点を除いて、試料Ｎｏ．１が得られた工程と同一の工程により、下記表２に示す試料Ｎｏ．２の方向性電磁鋼板が得られる。

次に、得られた各試料から、Ｗ×Ｌが６０ｍｍ×３００ｍｍの試験片をせん断する。そして、それぞれの試験片について、Ｎｉ濃化部の直径［ｎｍ］および密度［個／μｍ］を測定する。また、それぞれの試験片を直径２０ｍｍの丸棒に巻き付けた際の溝内の最表層の絶縁被膜の剥離の有無を判定し、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性を評価する。さらに、試料Ｎｏ．１については、浸漬前の鋼板（硫酸ニッケル水溶液への浸漬によりＮｉ濃化部が形成される前の鋼板）および浸漬後の鋼板（硫酸ニッケル水溶液への浸漬によりＮｉ濃化部が形成された後の鋼板）について、単板磁気特性測定法（単板ＳＳＴ）を行って、５０Ｈｚおよび１．７Ｔでの鉄損Ｗ_{１７／５０}［Ｗ／ｋｇ］を測定する。また、試料Ｎｏ．２については、浸漬前の鋼板（硫酸ニッケル水溶液への浸漬によりＮｉ濃化部が形成される前の鋼板）について、単板磁気特性測定法（単板ＳＳＴ）を行って、５０Ｈｚおよび１．７Ｔでの鉄損Ｗ_{１７／５０}［Ｗ／ｋｇ］を測定する。そして、これらの浸漬前後の鉄損Ｗ_{１７／５０}を指標として浸漬前磁性および浸漬後磁性を評価する。これらの結果を、下記表２に示す。なお、界面にＮｉ濃化部は複数個形成されているので、下記表２においては、界面に形成された複数個のＮｉ濃化部の直径の範囲を示す。

上記表２に示すように、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、Ｎｉの平均濃度が３０質量％以上であり、直径が１０００ｎｍ以下であるＮｉ濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成された試料Ｎｏ．１は、試料Ｎｏ．２よりも溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上する。また、上記表２に示すように、試料Ｎｏ．１では、浸漬前後で鉄損はほとんど変化せず、Ｎｉ濃化部が形成されても鉄損が劣化しないことが分かる。

（実施例２）
実施例２では、Ｎｉ濃化部の直径および密度と、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性との関係について評価を行う。

まず、上述の溝形成後の方向性電磁鋼板である３枚の母鋼板を、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏをそれぞれ２質量％、６質量％、および１０質量％含有し、温度が２５℃、ｐＨが４である３種類の硫酸ニッケル水溶液（表面処理用水溶液）に、それぞれ１２０秒間浸漬することにより、それぞれ異なるＮｉ濃化部（特定元素濃化部）を形成する。次に、実施例１と同様に、最表層の絶縁被膜を形成する。

以上の工程により、下記表３に示す試料Ｎｏ．１〜３の方向性電磁鋼板が得られる。試料Ｎｏ．１〜２は、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下であるＮｉ濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成された方向性電磁鋼板であることが、ＥＰＭＡやＥＤＸ等を使用して測定される溝の延伸方向に垂直な鋼板の断面の各位置における各元素濃度から分かる。

次に、得られた各試料から、Ｗ×Ｌが６０ｍｍ×３００ｍｍの試験片をせん断する。そして、それぞれの試験片について、Ｎｉ濃化部の直径［ｎｍ］および密度［個／μｍ］を測定する。また、それぞれの試験片について、ＳＥＭでの断面観察を行って、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）を計算する。また、それぞれの試験片を直径２０ｍｍの丸棒に巻き付けた際の溝内の最表層の絶縁被膜の剥離の有無を判定し、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性を評価する。これらの結果を、下記表３に示す。なお、界面にＮｉ濃化部は複数個形成されているので、下記表３においては、界面に形成された複数個のＮｉ濃化部の直径の範囲を示す。

上記表３に示すように、Ｎｉ濃化部の直径が小さくなり、かつＮｉ濃化部の密度が大きくなるほど、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）が高くなり、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が顕著に向上する。

（実施例３）
実施例３では、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、特定元素濃化部とともに酸化物粒子を形成することによって、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が顕著に向上する効果を評価する。

まず、上述の溝形成後の方向性電磁鋼板である８枚の母鋼板を、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏの濃度が２質量％、温度が２５℃、ｐＨが４である硫酸ニッケル水溶液（表面処理用水溶液）であって、下記表４に示す種類の酸化物粒子を含有する８種類の水溶液に、それぞれ１２０秒間浸漬することにより、それぞれ異なるＮｉ濃化部（特定元素濃化部）を形成する。次に、実施例１と同様に、最表層の絶縁被膜を形成する。

以上の工程により、下記表４に示す試料Ｎｏ．１〜８の方向性電磁鋼板が得られる。試料Ｎｏ．１〜３は、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下であるＮｉ濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成された方向性電磁鋼板であることが、ＥＰＭＡやＥＤＸ等を使用して測定される溝の延伸方向に垂直な鋼板の断面の各位置における各元素濃度から分かる。

次に、得られた各試料から、Ｗ×Ｌが６０ｍｍ×３００ｍｍの試験片をせん断する。そして、それぞれの試験片について、界面に形成されたＮｉ濃化部の直径［ｎｍ］および密度［個／μｍ］ならびに界面に形成された酸化物粒子の直径［ｎｍ］および密度［個／μｍ］を測定する。また、それぞれの試験片について、浸漬前の鋼板（硫酸ニッケル水溶液への浸漬によりＮｉ濃化部が形成される前の鋼板）に対する鉄損の変化を求める。また、それぞれの試験片を直径２０ｍｍの丸棒に巻き付けた際の溝内の最表層の絶縁被膜の剥離の有無を判定し、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性を評価する。これらの結果を、酸化物粒子の種類と合わせて下記表４に示す。なお、界面にＮｉ濃化部は複数個形成されているので、下記表４においては、界面に形成された複数個のＮｉ濃化部の直径の範囲を示す。また、界面に酸化物粒子は複数個形成されているので、下記表４においては、界面に形成された複数個の酸化物粒子の直径の範囲を示す。

上記表４に示すように、界面に直径が１０００ｎｍ以下である酸化物粒子が形成されていることにより、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が顕著に向上する傾向が見られる。また、酸化物粒子の直径が小さくなるほど、または酸化物粒子の密度が大きくなるほど、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が顕著に向上する傾向が見られる。また、ＳｉＯ_２以外の酸化物粒子を添加した場合には、鉄損が劣化する傾向が見られる。

（実施例４）
実施例４では、溝形成後の鋼板を、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏを含有する硫酸ニッケル水溶液（表面処理用水溶液）に浸漬する浸漬めっき法により、Ｎｉを上記１種の特定元素として用いて、Ｎｉ濃化部（特定元素濃化部）を形成する工程について、浸漬めっきの条件の最適条件を検討する。
具体的には、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏの濃度、硫酸ニッケル水溶液の温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間を変化させて、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性への影響を評価する。

まず、上述の溝形成後の方向性電磁鋼板である２２枚の母鋼板を、下記表５に示すＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏの濃度［質量％］、温度［℃］、およびｐＨを有する硫酸ニッケル水溶液（表面処理用水溶液）に、下記表５に示す浸漬時間［ｍｉｎ］それぞれ浸漬することにより、それぞれ異なるＮｉ濃化部（特定元素濃化部）を形成する。次に、実施例１と同様に、最表層の絶縁被膜を形成する。

以上の工程により、下記表５に示す試料Ｎｏ．１−Ａ〜１−Ｋおよび試料Ｎｏ．２−Ａ〜２−Ｋの方向性電磁鋼板が得られる。試料Ｎｏ．１−Ｂ、１−Ｃ、１−Ｆ、１−Ｇ、１−Ｊ、２−Ｃ、２−Ｇ、および２−Ｈは、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下であるＮｉ濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成された方向性電磁鋼板であることが、ＥＰＭＡやＥＤＸ等を使用して測定される溝の延伸方向に垂直な鋼板の断面の各位置における各元素濃度から分かる。

次に、得られた各試料から、Ｗ×Ｌが６０ｍｍ×３００ｍｍの試験片をせん断する。そして、それぞれの試験片について、Ｎｉ濃化部の直径［ｎｍ］および密度［個／μｍ］を測定する。また、それぞれの試験片を直径２０ｍｍの丸棒に巻き付けた際の溝内の最表層の絶縁被膜の剥離の有無を判定し、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性を評価する。この結果を、浸漬めっきの条件と合わせて下記表５に示す。なお、界面にＮｉ濃化部は複数個形成されているので、下記表５においては、界面に形成された複数個のＮｉ濃化部の直径の範囲を示す。

上記表５に示すように、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏの濃度が１〜８質量％の範囲内、硫酸ニッケル水溶液の温度が２０〜１００℃の範囲内、硫酸ニッケル水溶液のｐＨが１〜８の範囲内、浸漬時間が３０秒〜３０分間の範囲内である場合に、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下であるＮｉ濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成され、溝内の鋼板および最層の絶縁被膜の密着性が顕著に向上する傾向が見られる。そして、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏの濃度、表面処理用水溶液の温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間のいずれかがこれらの範囲外となると、密着性が低下する傾向が見られる。

（実施例５）
実施例５では、溝形成後の鋼板を、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏを含有する硫酸ニッケル水溶液（表面処理用水溶液）に浸漬する浸漬めっき法により、Ｎｉを上記１種の特定元素として用いて、Ｎｉ濃化部（特定元素濃化部）を形成する工程について、さらに浸漬めっきの条件の最適条件を検討する。
具体的には、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏの濃度、硫酸ニッケル水溶液の温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間のみならず、硫酸ニッケル水溶液におけるＳｉＯ_２粒子の含有有無を変化させて、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性への影響を評価する。

まず、上述の溝形成後の方向性電磁鋼板である１７枚の母鋼板を、下記表６に示すＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏの濃度［質量％］、温度［℃］、およびｐＨを有し、ＳｉＯ_２粒子の含有有無が下記表６に示す通りの硫酸ニッケル水溶液（表面処理用水溶液）に、下記表６に示す浸漬時間［ｍｉｎ］それぞれ浸漬することにより、それぞれ異なるＮｉ濃化部（特定元素濃化部）を形成する。次に、実施例１と同様に、最表層の絶縁被膜を形成する。

以上の工程により、試料Ｎｏ．１〜１７の方向性電磁鋼板が得られる。試料Ｎｏ．１〜１１および試料Ｎｏ．１３〜１４は、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下であるＮｉ濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成された方向性電磁鋼板であることが、ＥＰＭＡやＥＤＸ等を使用して測定される溝の延伸方向に垂直な鋼板の断面の各位置における各元素濃度から分かる。

次に、得られた各試料から、Ｗ×Ｌが６０ｍｍ×３００ｍｍの試験片をせん断する。そして、それぞれの試験片について、Ｎｉ濃化部のＮｉの平均濃度［質量％］を測定する。また、それぞれの試験片について、界面に形成されたＮｉ濃化部の直径［ｎｍ］および密度［個／μｍ］を測定する。また、界面にＳｉＯ_２粒子が形成された試験片については、界面に形成されたＳｉＯ_２粒子の直径［ｎｍ］および密度［個／μｍ］を測定する。また、それぞれの試験片について、ＳＥＭでの断面観察を行って、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）を計算する。また、それぞれの試験片を直径２０ｍｍの丸棒に巻き付けた際の溝内の最表層の絶縁被膜の剥離の有無を判定し、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性を評価する。さらに、ＪＩＳ Ｃ ２５５０−４の表面絶縁抵抗の測定方法を用いて、１０個の金属接触子電極をＷ×Ｌが６０ｍｍ×３００ｍｍの試験片片側の皮膜面に接触させ規定の電圧および圧力を印加することによって、層間電流［ｍＡ］を測定する。これらの結果を、浸漬めっきの条件と合わせて下記表６に示す。なお、界面にＮｉ濃化部は複数個形成されているので、下記表６においては、界面に形成された複数個のＮｉ濃化部の直径の範囲を示す。また、界面にＳｉＯ_２粒子は複数個形成されているので、下記表６においては、界面に形成された複数個のＳｉＯ_２粒子の直径の範囲を示す。さらに、界面にＮｉ濃化部は複数個形成されているので、下記表６おいては、界面に形成された複数個のＮｉ濃化部のＮｉの平均濃度の範囲を示す。

上記表６に示すように、試料Ｎｏ．１５〜１７では、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下であるＮｉ濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成されない。これは、ＮｉＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏの濃度、表面処理用水溶液の温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間のいずれかが上述の範囲外となっているからであると考えられる。また、硫酸ニッケル水溶液にＳｉＯ_２粒子を含有させる場合には、界面に直径が１０００ｎｍ以下であるＳｉＯ_２粒子が形成されることによって密着性が顕著に向上する傾向が見られる。上記表６に示すように、Ｎｉ濃化部のＮｉの平均濃度が高いほど、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上する傾向が見られる。これは、Ｎｉ濃化部のＮｉの平均濃度が高いほど、溝内の母鋼板と酸化物である最表層の絶縁被膜との反応で鉄（Ｆｅ）が酸化する過程において、Ｎｉが酸化せずに純金属としてより多く存在することにより、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の複雑化が顕著に生じるからであると考えられる。さらに、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上するほど、層間電流が低くなった。このため、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上するほど、積層される方向性電磁鋼板間の絶縁性が十分に確保されると考えられる。

（実施例６）
実施例６では、Ｎｉ以外の特定元素を含有する表面処理用水溶液に溝形成後の鋼板を浸漬する浸漬めっき法により、Ｎｉ以外の特定元素を含有する特定元素濃化部を形成することにより得られる効果を評価する。

まず、上述の溝形成後の方向性電磁鋼板である１６枚の母鋼板を、下記表７に示す溶質の濃度［質量％］、温度［℃］、およびｐＨを有し、ＳｉＯ_２粒子の含有有無が下記表６に示す通りの表面処理用水溶液に、下記表７に示す浸漬時間［ｍｉｎ］それぞれ浸漬することにより、それぞれ異なる特定元素濃化部を形成する。次に、実施例１と同様に、最表層の絶縁被膜を形成する。

上記のように、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、およびＭｎを特定元素として含有する特定元素濃化部を形成するためには、それぞれ、溶質としてＣｏＣl・６Ｈ_２Ｏを含有する塩化コバルト水溶液、溶質としてＮａ_２Ｃｒ_２Ｏ_７・２Ｈ_２Ｏを含有するニクロム酸ナトリウム水溶液、溶質としてＮａ_２ＭｏＯ_４・２Ｈ_２Ｏを含有するモリブデン酸ナトリウム水溶液、溶質としてＶＯＳＯ_４・Ｈ_２Ｏを含有する硫酸バナジウム水溶液、および溶質としてＭｎＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏを含有する硫酸マンガン水溶液を、表面処理用水溶液として使用する。また、溝形成後の母鋼板をこれらの表面処理用水溶液に浸漬する浸漬めっき法により、特定元素濃化部を形成する時には、溶質の濃度、温度およびｐＨ、ならびに浸漬時間のみならず、ＳｉＯ_２粒子の含有有無を変化させる。

以上の工程により、下記表７に示す試料Ｎｏ．１〜１６の方向性電磁鋼板が得られる。試料Ｎｏ．１〜１６は、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成された方向性電磁鋼板であることが、ＥＰＭＡやＥＤＸ等を使用して測定される溝の延伸方向に垂直な鋼板の断面の各位置における各元素濃度から分かる。

次に、得られた各試料から、Ｗ×Ｌが６０ｍｍ×３００ｍｍの試験片をせん断する。そして、それぞれの試験片について特定元素濃化部の特定元素の平均濃度［質量％］を測定する。この時、特定元素濃化部が２種以上の特定元素を含有する場合は、特定元素濃化部における２種以上の特定元素の合計の濃度の平均を測定する。また、それぞれの試験片について、界面に形成された特定元素濃化部の直径［ｎｍ］および密度［個／μｍ］を測定する。また、界面にＳｉＯ_２粒子が形成された試験片については、界面に形成されたＳｉＯ_２粒子の直径［ｎｍ］および密度［個／μｍ］を測定する。また、それぞれの試験片について、ＳＥＭでの断面観察を行って、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）を計算する。また、それぞれの試験片を直径２０ｍｍの丸棒に巻き付けた際の溝内の最表層の絶縁被膜の剥離の有無を判定し、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性を評価する。さらに、ＪＩＳ Ｃ ２５５０−４の表面絶縁抵抗の測定方法を用いて、１０個の金属接触子電極をＷ×Ｌが６０ｍｍ×３００ｍｍの試験片片側の皮膜面に接触させ規定の電圧および圧力を印加することによって、層間電流［ｍＡ］を測定する。これらの結果を、浸漬めっきの条件と合わせて下記表７に示す。なお、界面に特定元素濃化部は複数個形成されているので、下記表７においては、界面に形成された複数個の特定元素濃化部の直径の範囲を示す。また、界面にＳｉＯ_２粒子は複数個形成されているので、下記表７においては、界面に形成された複数個のＳｉＯ_２粒子の直径の範囲を示す。さらに、界面に特定元素濃化部は複数個形成されているので、下記表７においては、界面に形成された複数個の特定元素濃化部の特定元素の平均濃度の範囲を示す。

溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性について、上記表２示す特定元素濃化部が形成されていない試料Ｎｏ．２鋼板と上記表７に示す試料Ｎｏ．１〜１６の鋼板とを比較すると、特定元素濃化部に含有される特定元素の種類にかかわらず、特定元素濃化部が形成されていることによって、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上することが分かる。また、上記表７に示すように、特定元素濃化部に含有される特定元素の種類にかかわらず、界面に直径が１０００ｎｍ以下であるＳｉＯ_２粒子が形成されている鋼板の方が、ＳｉＯ_２粒子が形成されていない鋼板と比較して、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上する傾向が見られる。上記表７に示すように、特定元素濃化部の特定元素の平均濃度が高いほど、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上する傾向が見られる。これは、特定元素濃化部の特定元素の平均濃度が高いほど、溝内の母鋼板と酸化物である最表層の絶縁被膜との反応で鉄（Ｆｅ）が酸化する過程において、特定元素が酸化せずに純金属としてより多く存在することにより、溝内の母鋼板と最表層の絶縁被膜との界面構造の複雑化が顕著に生じるからであると考えられる。さらに、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上するほど、層間電流が低くなった。このため、溝内での母鋼板および最表層の絶縁被膜の密着性が向上するほど、積層される方向性電磁鋼板間の絶縁性が十分に確保されると考えられる。

Claims (7)

1. 表面に圧延方向と交差する方向に延在し、かつ深さ方向が板厚方向となる溝が形成された母鋼板を有し、前記溝が形成されていない前記母鋼板の表面の平坦部上に１種または２種以上の絶縁被膜が形成された方向性電磁鋼板であって、
   前記母鋼板に形成された前記溝の最大深さは、前記平坦部における前記母鋼板の板厚をｔとしたときｔ／３０以上であり、
   前記母鋼板に形成された前記溝の内面に接するように前記１種または２種以上の絶縁被膜のうちの最表層の絶縁被膜が形成され、
   前記溝内の前記母鋼板と前記最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下である特定元素濃化部が、０．１個／μｍ以上の密度で形成されたことを特徴とする方向性電磁鋼板。
2. 前記母鋼板の表面の平坦部上にグラス被膜が形成され、前記グラス被膜上に前記１種または２種以上の絶縁被膜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。
3. 前記溝内の前記母鋼板と前記最表層の絶縁被膜との界面に、直径が１０００ｎｍ以下であるＳｉＯ_２粒子がさらに形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方向性電磁鋼板。
4. 前記溝内の前記母鋼板と前記最表層の絶縁被膜との界面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の方向性電磁鋼板。
5. 請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法であって、
   溶鋼を鋳造してスラブとする鋳造工程と、
   前記スラブの熱間圧延を行う熱間圧延工程と、
   前記熱間圧延後の鋼板に一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延を行う冷間圧延工程と、
   前記冷間圧延後の鋼板に前記溝を形成する溝形成工程と、
   前記溝形成後の鋼板に前記特定元素濃化部を形成する特定元素濃化部形成工程と、
   前記特定元素濃化部形成後の鋼板に前記最表層の絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、
   を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
6. 前記特定元素濃化部形成工程において、浸漬めっき法を使用して、前記特定元素を含有する表面処理用水溶液に前記溝形成後の鋼板を浸漬することにより、前記溝形成後の鋼板に前記特定元素濃化部を形成することを特徴とする請求項５に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
7. 前記表面処理用水溶液に直径が１０００ｎｍ以下であるＳｉＯ_２粒子がさらに含有されていることを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。