JP7459956B2 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Description
本発明は、変圧器などの鉄心材料として好適な方向性電磁鋼板に関する。
方向性電磁鋼板は、例えば、変圧器の鉄心用材料として用いられている。かかる変圧器においてはエネルギー損失および騒音を抑える必要があるところ、上記エネルギー損失には方向性電磁鋼板の鉄損が影響しており、上記騒音には方向性電磁鋼板の磁歪特性が影響している。
とりわけ近年では、省エネ・環境規制の観点から、変圧器におけるエネルギー損失、および、変圧器の動作時における騒音の低減が強く求められている。そのため、鉄損および磁歪特性の良好な方向性電磁鋼板を開発することが、極めて重要となっている。
とりわけ近年では、省エネ・環境規制の観点から、変圧器におけるエネルギー損失、および、変圧器の動作時における騒音の低減が強く求められている。そのため、鉄損および磁歪特性の良好な方向性電磁鋼板を開発することが、極めて重要となっている。
ここで、方向性電磁鋼板の鉄損は、主としてヒステリシス損と渦電流損とから構成される。ヒステリシス損を改善する手法としては、ＧＯＳＳ方位と呼ばれる（１１０）［００１］方位を鋼板の圧延方向に高度に配向させること、および、鋼板中の不純物を低減することなどが開発されている。また、渦電流損を改善する手法としては、Ｓｉの添加により鋼板の電気抵抗を増大させること、および、鋼板の圧延方向に被膜張力を付与することなどが開発されている。
しかしながら、方向性電磁鋼板の更なる低鉄損化を追求する際には、これらの手法では製造上の限界がある。
しかしながら、方向性電磁鋼板の更なる低鉄損化を追求する際には、これらの手法では製造上の限界がある。
そこで、方向性電磁鋼板の更なる低鉄損化を追求する手法として、磁区細分化技術が開発されている。磁区細分化技術とは、仕上げ焼鈍後、または絶縁被膜焼き付け後等の鋼板に対し、溝の形成や局所的な歪みの導入といった物理的な手法で磁束の不均一性を導入することにより、圧延方向に沿って形成される180°磁区（主磁区）の幅を細分化して、方向性電磁鋼板の鉄損、特に渦電流損を低減させる手法である。
例えば、特許文献１には、巾300μｍ以下かつ深さ100μｍ以下の線状溝を鋼板表面に導入することで、0.80Ｗ／ｋｇ以上であった鉄損を、0.70Ｗ／ｋｇ以下まで改善する技術が開示されている。
また、特許文献２には、二次再結晶後の鋼板表面の板幅方向にプラズマ炎を照射し、局所的に熱歪みを導入することで、800Ａ／ｍの磁化力で励磁した際の鋼板の磁束密度（Ｂ8）が1.935Ｔにおいて、最大磁束密度1.7Ｔかつ周波数50Ｈｚで励磁した際の鉄損（Ｗ17/50）を0.680Ｗ／ｋｇまで改善する方法が開示されている。
なお、特許文献１に開示されるような線状溝を導入する手法は、鉄心成形後に歪み取り焼鈍を行っても磁区細分化効果が消失しないため、耐熱型磁区細分化と称される。一方、特許文献２に開示されるような熱歪みを導入する手法では、歪み取り焼鈍によって、熱歪み導入の効果が得られなくなるため、非耐熱型磁区細分化と称される。
ここで、非耐熱型磁区細分化は、鋼板への局所的な歪みの導入によって渦電流損を大きく低下させることができる。その反面、非耐熱型磁区細分化は、かかる歪みの導入に起因して、ヒステリシス損の劣化、磁歪の劣化などを招くことが知られている。
したがって、従来よりも鉄損・磁歪特性に優れた方向性電磁鋼板の開発のため、ひいては、従来よりもエネルギー損失・騒音特性に優れた変圧器の開発のためには、非耐熱型磁区細分化の際の歪み導入パターンの最適化が要求されている。
この要求に対し、昨今の方向性電磁鋼板は、前述した手法の組み合わせ、特に高配向化および磁区細分化を鋼板に施すことによって大幅な鉄損の改善が実現されている。
したがって、従来よりも鉄損・磁歪特性に優れた方向性電磁鋼板の開発のため、ひいては、従来よりもエネルギー損失・騒音特性に優れた変圧器の開発のためには、非耐熱型磁区細分化の際の歪み導入パターンの最適化が要求されている。
この要求に対し、昨今の方向性電磁鋼板は、前述した手法の組み合わせ、特に高配向化および磁区細分化を鋼板に施すことによって大幅な鉄損の改善が実現されている。
しかしながら、このようにして製造した方向性電磁鋼板を変圧器に加工した後の鉄損は、高配向化の影響によりビルディングファクター（以下、ＢＦともいう）が増大し、素材の低鉄損特性を生かしきれないという問題があった。なお、ＢＦとは、電磁鋼板素材の鉄損に対する変圧器の鉄損の比であり、その値が１に近いほど、変圧器での鉄損が優れていることを意味する。
ＢＦが増大する要因の一つとして、変圧器として組み上げた際に生じる、電磁鋼板同士の接合部における回転鉄損が挙げられている。かかる回転鉄損とは、圧延方向に長軸を持つ回転磁束が印加されたときに、電磁鋼板素材に生じる鉄損を意味する。
方向性電磁鋼板は、圧延方向に磁化容易方向が高度に集積しているため、上述のように圧延方向に長軸を持つ回転磁束が印加された際に、極めて大きな損失（回転鉄損）が発生する。特に、変圧器鉄心では、接合部においてこのような回転磁束が発生する。
これに対して、電磁鋼板素材の鉄損は、圧延方向のみに磁化成分を持つ交流磁場を印加した際の鉄損である。そのため、変圧器として組み上げた際に、電磁鋼板素材の回転鉄損が大きいと、電磁鋼板素材の鉄損に対して変圧器の鉄損が増加する、すなわちＢＦが増大するのである。
したがって、変圧器のビルディングファクター改善のためには、回転鉄損を低減する、すなわち磁化の回転を容易にする必要がある。
したがって、変圧器のビルディングファクター改善のためには、回転鉄損を低減する、すなわち磁化の回転を容易にする必要がある。
非耐熱型磁区細分化では、例えば、仕上げ焼鈍の後、または絶縁被膜を焼き付けた後等の鋼板の表面にエネルギービームを照射して、局所的に熱歪みを導入する。このとき、圧延方向と交差する方向にエネルギービームが照射された箇所には、圧延方向に対して圧縮応力が残留する。すなわち、磁化容易軸となるＧＯＳＳ方位（１１０）［００１］を持つ結晶粒が圧延方向に集積している方向性電磁鋼板では、熱歪みの導入によって圧延方向に圧縮応力が働くと、磁気弾性効果によって、板幅方向（圧延方向と直交する方向）に磁化方向を持つ磁区（還流磁区）が形成される。
なお、磁気弾性効果とは、方向性電磁鋼板に引張応力を加えると当該引張応力の方向がエネルギー的に安定になり、圧縮応力を加えると当該圧縮応力と直交する方向がエネルギー的に安定になるという効果である。
なお、磁気弾性効果とは、方向性電磁鋼板に引張応力を加えると当該引張応力の方向がエネルギー的に安定になり、圧縮応力を加えると当該圧縮応力と直交する方向がエネルギー的に安定になるという効果である。
このようにして形成された還流磁区は、圧延方向と直交する方向に磁化成分を持つため、回転鉄損を改善させることが可能であり、ビルディングファクターの改善に有利である。
しかしながら、還流磁区の形成のために熱歪みの導入をすると、磁歪の増大、すなわち変圧器の騒音の増大も同時に招くことが分かっている。
したがって、従来以上にビルディングファクターの改善と低騒音化との両立を実現するには、磁歪の増大およびビルディングファクターの増大が効果的に抑制される新しい歪み導入パターンの開発が必要である。
したがって、従来以上にビルディングファクターの改善と低騒音化との両立を実現するには、磁歪の増大およびビルディングファクターの増大が効果的に抑制される新しい歪み導入パターンの開発が必要である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、変圧器特性に優れる低鉄損と低磁歪とを両立する方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。
発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた。
まず、ビルディングファクター増大の原因となる回転鉄損の改善方法について検討を行った。
その結果、前述した還流磁区の形成の他に、回転磁場を印加した際に、圧延方向とは異なる方向に磁化成分を持つ磁区（以下、補助磁区ともいう）を形成することでも、回転鉄損を改善できることが判明した。また、このような補助磁区は、欠陥および歪みといった局所的に高い静磁エネルギーを持つ領域を起点として形成されやすいことも判明した。
まず、ビルディングファクター増大の原因となる回転鉄損の改善方法について検討を行った。
その結果、前述した還流磁区の形成の他に、回転磁場を印加した際に、圧延方向とは異なる方向に磁化成分を持つ磁区（以下、補助磁区ともいう）を形成することでも、回転鉄損を改善できることが判明した。また、このような補助磁区は、欠陥および歪みといった局所的に高い静磁エネルギーを持つ領域を起点として形成されやすいことも判明した。
続いて、非耐熱型磁区細分化を施した鋼板素材において、かかる補助磁区を形成する領域の好適な分布について検討を行った。検討に際して想起した補助磁区を形成する箇所の候補を、図１に示す。
候補としては、還流磁区内部（Ｉ）、還流磁区端部（ＩＩ）、照射線間領域（ＩＩＩ）、還流磁区外側領域（ＩＶ）が考えられた。
かかる候補うち、還流磁区内部（Ｉ）は、すでに還流磁区が形成されているため、補助磁区の形成による回転鉄損の改善への寄与が小さい。
また、照射線間領域（ＩＩＩ）では、回転鉄損は改善するものの、歪み量の増加によって磁歪およびヒステリシス損の劣化を招く懸念がある。その上、圧延方向を横切るようにエネルギービームを照射する工程に加えて新たにエネルギービーム照射を施す工程が必要となるため、製造の観点からも望ましくない。
また、還流磁区端部（ＩＩ）は、上記（ＩＩＩ）のような懸念は解消でき、かつ還流磁区の外側に補助磁区が形成されるため、回転鉄損の改善効果が期待できる。しかしながら、補助磁区が形成される領域が還流磁区との界面に限られるため、回転鉄損の改善量には限界があることも推定される。
これに対し、還流磁区外側領域（ＩＶ）は、還流磁区の圧延方向外側に補助磁区が形成されるため、有利な回転鉄損の改善効果が期待できる。
候補としては、還流磁区内部（Ｉ）、還流磁区端部（ＩＩ）、照射線間領域（ＩＩＩ）、還流磁区外側領域（ＩＶ）が考えられた。
かかる候補うち、還流磁区内部（Ｉ）は、すでに還流磁区が形成されているため、補助磁区の形成による回転鉄損の改善への寄与が小さい。
また、照射線間領域（ＩＩＩ）では、回転鉄損は改善するものの、歪み量の増加によって磁歪およびヒステリシス損の劣化を招く懸念がある。その上、圧延方向を横切るようにエネルギービームを照射する工程に加えて新たにエネルギービーム照射を施す工程が必要となるため、製造の観点からも望ましくない。
また、還流磁区端部（ＩＩ）は、上記（ＩＩＩ）のような懸念は解消でき、かつ還流磁区の外側に補助磁区が形成されるため、回転鉄損の改善効果が期待できる。しかしながら、補助磁区が形成される領域が還流磁区との界面に限られるため、回転鉄損の改善量には限界があることも推定される。
これに対し、還流磁区外側領域（ＩＶ）は、還流磁区の圧延方向外側に補助磁区が形成されるため、有利な回転鉄損の改善効果が期待できる。
この還流磁区外側領域（ＩＶ）を補助磁区を形成する箇所の核とするための歪み分布について、さらなる検討を行った。
以下、本発明を完成させるに至らしめた実験結果について説明する。
はじめに、歪み量の差分の好適な範囲を調査するために、既知の方法で製造された板厚0.23ｍｍの方向性電磁鋼板の鋼帯に対して、電子源としてＣｅＢ６チップを用いた電子ビームを、エネルギービームとして異なる出力で圧延方向を横切るように照射し、熱歪み領域を形成した（磁区細分化処理）。このとき、照射間隔（隣接する熱歪み領域の間隔）を8ｍｍとし、ビーム径200μｍの電子ビームを使用した。照射した後の方向性電磁鋼板の鋼帯につき、市販のドメインビューワー（シグマハイケミカル社製MV-95）を用いて、鋼板表面における還流磁区の圧延方向の長さＷを測定した。
なお、本発明の方向性電磁鋼板においては、１つの熱歪み領域につき１つの還流磁区が発現し、また、その還流磁区の圧延方向の両外側に引張歪みの極大点が各々１カ所ずつ、すなわち１つの還流磁区につき２つの線状の極大点の領域が発現する。そして、かかる２つの極大点の間隔を、極大点の相互間距離Ｌと定義する。そして、上記照射では、極大点の相互間距離Ｌを300μmとしたとき、Ｌ／Ｗが1.5程度になるように、加速電圧、エネルギー強度、走査速度などの照射条件を調整した。
以下、本発明を完成させるに至らしめた実験結果について説明する。
はじめに、歪み量の差分の好適な範囲を調査するために、既知の方法で製造された板厚0.23ｍｍの方向性電磁鋼板の鋼帯に対して、電子源としてＣｅＢ６チップを用いた電子ビームを、エネルギービームとして異なる出力で圧延方向を横切るように照射し、熱歪み領域を形成した（磁区細分化処理）。このとき、照射間隔（隣接する熱歪み領域の間隔）を8ｍｍとし、ビーム径200μｍの電子ビームを使用した。照射した後の方向性電磁鋼板の鋼帯につき、市販のドメインビューワー（シグマハイケミカル社製MV-95）を用いて、鋼板表面における還流磁区の圧延方向の長さＷを測定した。
なお、本発明の方向性電磁鋼板においては、１つの熱歪み領域につき１つの還流磁区が発現し、また、その還流磁区の圧延方向の両外側に引張歪みの極大点が各々１カ所ずつ、すなわち１つの還流磁区につき２つの線状の極大点の領域が発現する。そして、かかる２つの極大点の間隔を、極大点の相互間距離Ｌと定義する。そして、上記照射では、極大点の相互間距離Ｌを300μmとしたとき、Ｌ／Ｗが1.5程度になるように、加速電圧、エネルギー強度、走査速度などの照射条件を調整した。
かかる電子ビームを照射した後の方向性電磁鋼板の鋼帯から一部を切り出し、ＪＩＳ Ｃ２５５６に記載の単板磁気測定法により、磁気特性として磁束密度（Ｂ８）および鉄損（素材鉄損：Ｗ17/50）を測定した。
加えて、上記鋼帯から３相積み変圧器（鉄心重量500ｋｇ）を作製し、周波数50Ｈｚにて、鉄心脚部分の磁束密度が1.7Ｔとなるときの鉄損（変圧器鉄損：Ｗ17/50（WM））を測定した。この、1.7Ｔ、50Ｈｚでの変圧器鉄損Ｗ17/50（WM）は、ワットメータを用いて測定される無負荷損とした。かかるＷ17/50（WM）の値と、上記の単板磁気測定法により測定したＷ17/50の値とから、以下の（１）式を用いてビルディングファクターを算出した。
ビルディングファクター＝Ｗ17/50（WM）／Ｗ17/50・・・（１）
加えて、上記鋼帯から３相積み変圧器（鉄心重量500ｋｇ）を作製し、周波数50Ｈｚにて、鉄心脚部分の磁束密度が1.7Ｔとなるときの鉄損（変圧器鉄損：Ｗ17/50（WM））を測定した。この、1.7Ｔ、50Ｈｚでの変圧器鉄損Ｗ17/50（WM）は、ワットメータを用いて測定される無負荷損とした。かかるＷ17/50（WM）の値と、上記の単板磁気測定法により測定したＷ17/50の値とから、以下の（１）式を用いてビルディングファクターを算出した。
ビルディングファクター＝Ｗ17/50（WM）／Ｗ17/50・・・（１）
さらに、上述のとおり電子ビームを照射した後の方向性電磁鋼板を用いて、変圧器用３相モデルトランスを作製した。このモデルトランスを、防音室内で、最大磁束密度Ｂｍ＝1.7Ｔ、周波数50Ｈｚの条件で励磁し、騒音計を用いて騒音レベル（ｄＢＡ）を測定した。
また、前述と同様に鋼帯から一部を切り出し、高輝度Ｘ線を用いた歪みスキャニング法にて、電子ビームの照射により導入された熱歪み領域周辺の圧延方向の歪み分布を測定した。かかる歪み分布の一例として、歪み量の曲線のグラフの模式図を図２に示す。
上記図２の歪み量の曲線のグラフに示されるように、熱歪み領域内の端部近傍に、２つの極大点が形成された歪み分布とした。これらの２つの極大点の歪み量の平均（平均歪み量）をＡ、これら２つの極大点間の中心における歪み量をＢとし、これら歪み量の差ΔＡＢ（＝Ａ－Ｂ）を算出した。また、ΔＡＢに対する、素材鉄損Ｗ17/50、変圧器騒音レベル、変圧器ビルディングファクターをそれぞれ調査した。
なお、図２にも示される歪み量は、参照点（無歪み点）のｄ値をｄ０、測定対象点のｄ値をｄ１としたときに、下式で算出することができる。すなわち、引張歪みは正、圧縮歪みは負となる。
｛（ｄ１―ｄ０）／ｄ０｝×１００（単位：％）
上記図２の歪み量の曲線のグラフに示されるように、熱歪み領域内の端部近傍に、２つの極大点が形成された歪み分布とした。これらの２つの極大点の歪み量の平均（平均歪み量）をＡ、これら２つの極大点間の中心における歪み量をＢとし、これら歪み量の差ΔＡＢ（＝Ａ－Ｂ）を算出した。また、ΔＡＢに対する、素材鉄損Ｗ17/50、変圧器騒音レベル、変圧器ビルディングファクターをそれぞれ調査した。
なお、図２にも示される歪み量は、参照点（無歪み点）のｄ値をｄ０、測定対象点のｄ値をｄ１としたときに、下式で算出することができる。すなわち、引張歪みは正、圧縮歪みは負となる。
｛（ｄ１―ｄ０）／ｄ０｝×１００（単位：％）
歪み量の差ΔＡＢと素材鉄損Ｗ17/50との関係を図３に示し、歪み量の差ΔＡＢと変圧器騒音レベルとの関係を図４に示し、歪み量の差ΔＡＢと変圧器ビルディングファクターとの関係を図５に示す。
図３を見ると、歪み量の差ΔＡＢが正（0.000％超）の領域では、Ｗ17/50の変化は小さいことが確認できる。これは、かかる磁区細分化が磁極の流れを遮ることでその磁区細分化を促進していることから、ΔＡＢが正（0.000％超）の領域では熱歪み領域の歪み分布が鉄損の改善に対しあまり悪影響を及ぼさないためと考えられる。一方、ΔＡＢが負の領域になると、鉄損の劣化が確認された。これは、歪みの総量が増加したことで、ヒステリシス損も増加したためと考えられる。
図４を見ると、歪み量の差ΔＡＢが正（0.000％超）の領域では、変圧器騒音の抑制が確認できる。これは、磁区細分化のための熱歪みが、両端に集中する分布となったことで、熱歪み領域内の歪みの総量が減少したためと考えられる。
図５を見ると、歪み量の差ΔＡＢが大きくなるほど、ビルディングファクターが減少する傾向にあることが分かる。これは、前記還流磁区外側領域（ＩＶ）に歪みが集中することで、先述の補助磁区の形成が促進され、回転鉄損が改善したことで、変圧器の鉄損が減少したためと考えられる。
次いで、極大点の相互間距離Ｌと、還流磁区の圧延方向の長さＷとの比ｒ（＝Ｌ／Ｗ）の好適な範囲を調査した。
かかる調査のため、既知の方法で製造された板厚0.23ｍｍの方向性電磁鋼板の鋼帯に対して、電子源としてＣｅＢ６チップを用いた電子ビームを、異なる出力で圧延方向を横切るように照射した。このとき、照射間隔（隣接する熱歪み領域の間隔）を8ｍｍとし、ビーム径200μmの電子ビームを使用した。また、このとき、ΔＡＢが0.100％程度になるように、加速電圧、エネルギー強度、走査速度などの照射条件を調整した。照射した後の方向性電磁鋼板の鋼帯につき、市販のドメインビューワー（シグマハイケミカル社製MV-95）を用いて、鋼板表面における還流磁区の圧延方向の長さＷを測定した。また、上記極大点の相互間距離Ｌは、EBSD-Wilkinson法を用い、得られた鋼板表面の弾性歪みマップから求めた。
かかる調査のため、既知の方法で製造された板厚0.23ｍｍの方向性電磁鋼板の鋼帯に対して、電子源としてＣｅＢ６チップを用いた電子ビームを、異なる出力で圧延方向を横切るように照射した。このとき、照射間隔（隣接する熱歪み領域の間隔）を8ｍｍとし、ビーム径200μmの電子ビームを使用した。また、このとき、ΔＡＢが0.100％程度になるように、加速電圧、エネルギー強度、走査速度などの照射条件を調整した。照射した後の方向性電磁鋼板の鋼帯につき、市販のドメインビューワー（シグマハイケミカル社製MV-95）を用いて、鋼板表面における還流磁区の圧延方向の長さＷを測定した。また、上記極大点の相互間距離Ｌは、EBSD-Wilkinson法を用い、得られた鋼板表面の弾性歪みマップから求めた。
かかる電子ビームを照射した後の方向性電磁鋼板の鋼帯から一部を切り出し、上記と同様にして、磁気特性として磁束密度（Ｂ８）、素材鉄損（Ｗ17/50）および変圧器鉄損（Ｗ17/50（WM））を測定し、ビルディングファクターを算出した。また、上記と同様にして、騒音レベル（ｄＢＡ）を測定した。
また、前述と同様に鋼帯から一部を切り出し、高輝度Ｘ線を用いた歪みスキャニング法にて、電子ビームの照射により導入された熱歪み領域周辺の圧延方向の歪み分布を測定した。かかる歪み分布により、前述した手順で極大点の平均歪み量Ａ、極大点間の中心における歪み量Ｂ、極大点の相互間距離Ｌ、還流磁区の長さＷをそれぞれ求めた。そして、ｒ（＝Ｌ／Ｗ）に対する、素材鉄損Ｗ17/50、変圧器騒音レベル、変圧器ビルディングファクターをそれぞれ調査した。
前記ｒと素材鉄損Ｗ17/50との関係を図６に示し、前記ｒと変圧器騒音レベルとの関係を図７に示し、また、前記ｒと変圧器ビルディングファクターとの関係を図８に示す。
図６および図７に示された結果から、ｒの値が2.50を超えると急激に鉄損、騒音ともに劣化することが分かる。
ここで、鉄損が劣化したことについては、鋼板に導入された歪みの総量が過度に増加することによって、ヒステリシス損が劣化したためと推定される。また、騒音が劣化したことについては、過剰に歪みが導入されると、かかる歪みの導入領域において生成する補助磁区の量が過度に増加するが、かかる補助磁区は圧延方向と垂直な方向に磁化成分を持つために、圧延方向への交番磁化が生じることによって補助磁区の形成と消滅とが繰り返されることによるものと推定される。
ここで、鉄損が劣化したことについては、鋼板に導入された歪みの総量が過度に増加することによって、ヒステリシス損が劣化したためと推定される。また、騒音が劣化したことについては、過剰に歪みが導入されると、かかる歪みの導入領域において生成する補助磁区の量が過度に増加するが、かかる補助磁区は圧延方向と垂直な方向に磁化成分を持つために、圧延方向への交番磁化が生じることによって補助磁区の形成と消滅とが繰り返されることによるものと推定される。
さらに、図８を見ると、還流磁区の圧延方向両外側に引張歪みの極大点を有する場合、すなわちｒの値が1.00超の場合、ビルディングファクターの改善効果が認められ、さらにｒの値が1.05以上では、より大きなビルディングファクターの改善効果が認められた。これは、先と同様に、歪み領域を起点として発生した補助磁区によって、特に変圧器の接合部における磁化回転が容易となり、回転鉄損が改善した結果と考えられる。
以上の実験結果から、ΔＡＢが正（0.000％超）の領域では、磁区細分化による低鉄損効果を維持しつつ、変圧器の騒音およびビルディングファクターが改善可能であり、さらに、ΔＡＢが0.040％以上0.200％以下である場合に、より高い低騒音低ビルディングファクター化効果があることが判明した。
また、ｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.05以上2.50以下の領域では、磁区細分化による低鉄損効果を維持しつつ、変圧器の騒音およびビルディングファクターが改善可能であり、さらに、ｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.10以上2.40以下である場合には、一段と高い低騒音かつ低ビルディングファクター化の効果があることが判明した。
また、ｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.05以上2.50以下の領域では、磁区細分化による低鉄損効果を維持しつつ、変圧器の騒音およびビルディングファクターが改善可能であり、さらに、ｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.10以上2.40以下である場合には、一段と高い低騒音かつ低ビルディングファクター化の効果があることが判明した。
本発明はかかる知見に基づきさらに検討を重ねて完成されたものであり、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．圧延方向を横切る方向に延びる熱歪み領域を有する方向性電磁鋼板であって、
該鋼板は、前記熱歪み領域内に還流磁区を有し、
前記熱歪み領域は、前記還流磁区の圧延方向両外側に、引張歪みの極大点を有し、
前記熱歪み領域の圧延方向の歪み分布において、前記還流磁区の両外側における歪みが、前記極大点間の中心における歪みより大きい引張歪みであることを特徴とする、方向性電磁鋼板。
１．圧延方向を横切る方向に延びる熱歪み領域を有する方向性電磁鋼板であって、
該鋼板は、前記熱歪み領域内に還流磁区を有し、
前記熱歪み領域は、前記還流磁区の圧延方向両外側に、引張歪みの極大点を有し、
前記熱歪み領域の圧延方向の歪み分布において、前記還流磁区の両外側における歪みが、前記極大点間の中心における歪みより大きい引張歪みであることを特徴とする、方向性電磁鋼板。
２．前記熱歪み領域の圧延方向の歪み分布において、
前記極大点の平均歪み量Ａ（単位：％）と、前記極大点間の中心における歪み量Ｂ（単位：％）との差ΔＡＢ（＝Ａ－Ｂ）が0.040％以上0.200％以下であり、
前記還流磁区の長さＷに対する、前記極大点の相互間距離Ｌの比であるｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.05以上2.50以下である、前記１に記載の方向性電磁鋼板。
前記極大点の平均歪み量Ａ（単位：％）と、前記極大点間の中心における歪み量Ｂ（単位：％）との差ΔＡＢ（＝Ａ－Ｂ）が0.040％以上0.200％以下であり、
前記還流磁区の長さＷに対する、前記極大点の相互間距離Ｌの比であるｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.05以上2.50以下である、前記１に記載の方向性電磁鋼板。
３．前記ｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.10以上2.40以下である、前記１または２に記載の方向性電磁鋼板。
本発明によれば、変圧器のエネルギー損失と騒音とを低減させる方向性電磁鋼板を得ることができる。
（方向性電磁鋼板）
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
＜方向性電磁鋼板の成分組成＞
本発明の方向性電磁鋼板またはその素材となるスラブの成分組成は、二次再結晶が生じる成分組成であればよい。また、インヒビターを利用する場合、例えばＡｌＮ系インヒビターを利用する場合であれば、ＡｌおよびＮを適量含有させればよく、また、ＭｎＳ・ＭｎＳｅ系インヒビターを利用する場合であれば、ＭｎとＳｅおよび／またはＳとを適量含有させればよい。もちろん、ＡｌＮ系インヒビター、およびＭｎＳ・ＭｎＳｅ系インヒビターの両方を併用してもよい。
本発明の方向性電磁鋼板またはその素材となるスラブの成分組成は、二次再結晶が生じる成分組成であればよい。また、インヒビターを利用する場合、例えばＡｌＮ系インヒビターを利用する場合であれば、ＡｌおよびＮを適量含有させればよく、また、ＭｎＳ・ＭｎＳｅ系インヒビターを利用する場合であれば、ＭｎとＳｅおよび／またはＳとを適量含有させればよい。もちろん、ＡｌＮ系インヒビター、およびＭｎＳ・ＭｎＳｅ系インヒビターの両方を併用してもよい。
上記インヒビターを利用する場合、方向性電磁鋼板またはその素材となるスラブにおけるＡｌ、Ｎ、ＳおよびＳｅの好適含有量は、それぞれ、
Ａｌ：0.010～0.065質量％、
Ｎ：0.0050～0.0120質量％、
Ｓ：0.005～0.030質量％、および
Ｓｅ：0.005～0.030質量％
である。
Ａｌ：0.010～0.065質量％、
Ｎ：0.0050～0.0120質量％、
Ｓ：0.005～0.030質量％、および
Ｓｅ：0.005～0.030質量％
である。
さらに、本発明は、Ａｌ、Ｎ、Ｓ、Ｓｅの含有量を制限した、インヒビターを使用しない方向性電磁鋼板にも適用することができる。この場合、方向性電磁鋼板またはその素材となるスラブにおけるＡｌ、Ｎ、Ｓ、Ｓｅの含有量は、それぞれ、
Ａｌ：0.010質量％未満、
Ｎ：0.0050質量％未満、
Ｓ：0.0050質量％未満、および
Ｓｅ：0.0050質量％未満
に抑制することが好ましい。
Ａｌ：0.010質量％未満、
Ｎ：0.0050質量％未満、
Ｓ：0.0050質量％未満、および
Ｓｅ：0.0050質量％未満
に抑制することが好ましい。
次に、本発明の方向性電磁鋼板またはその素材となるスラブの基本成分および任意添加成分について、さらに具体的に述べる。
Ｃ：0.08質量％以下
Ｃは、基本成分の一つであり、熱延板組織の改善のために添加をするが、Ｃの含有量が0.08質量％を超えると、磁気時効の起こらない50質量ppm以下まで製造工程中に脱炭することが難しくなるため、Ｃ含有量は0.08質量％以下とすることが望ましい。また、Ｃを含まない鋼素材でも二次再結晶は生じ得ることから、Ｃ含有量の下限については特に設ける必要はない。したがって、Ｃ含有量は、0質量％であってもよい。
Ｃは、基本成分の一つであり、熱延板組織の改善のために添加をするが、Ｃの含有量が0.08質量％を超えると、磁気時効の起こらない50質量ppm以下まで製造工程中に脱炭することが難しくなるため、Ｃ含有量は0.08質量％以下とすることが望ましい。また、Ｃを含まない鋼素材でも二次再結晶は生じ得ることから、Ｃ含有量の下限については特に設ける必要はない。したがって、Ｃ含有量は、0質量％であってもよい。
Ｓｉ：2.0～8.0質量％
Ｓｉは、基本成分の一つであり、鋼の電気抵抗を増大させ、鉄損を改善するのに有効な元素である。そのためには含有量を2.0質量％以上とすることが好ましい。一方、含有量が8.0質量％を超えると、加工性および通板性が劣化し得ることに加え、磁束密度も低下し得る。そのため、Ｓｉ含有量は、8.0質量％以下とすることが望ましい。さらに、Ｓｉ含有量は、2.5質量％以上とすることがより好ましく、また、7.0質量％以下とすることがより好ましい。
Ｓｉは、基本成分の一つであり、鋼の電気抵抗を増大させ、鉄損を改善するのに有効な元素である。そのためには含有量を2.0質量％以上とすることが好ましい。一方、含有量が8.0質量％を超えると、加工性および通板性が劣化し得ることに加え、磁束密度も低下し得る。そのため、Ｓｉ含有量は、8.0質量％以下とすることが望ましい。さらに、Ｓｉ含有量は、2.5質量％以上とすることがより好ましく、また、7.0質量％以下とすることがより好ましい。
Ｍｎ：0.005～1.0質量％
Ｍｎは、基本成分の一つであり、熱間加工性を向上させるうえで必要な元素である。そのためには含有量を0.005質量％以上とすることが好ましい。一方、含有量が1.0質量％を超えると、磁束密度が劣化し得るため、Ｍｎ含有量は1.0質量％以下とすることが好ましい。さらに、Ｍｎ含有量は、0.01質量％以上とすることがより好ましく、また、0.9質量％以下とすることがより好ましい。
Ｍｎは、基本成分の一つであり、熱間加工性を向上させるうえで必要な元素である。そのためには含有量を0.005質量％以上とすることが好ましい。一方、含有量が1.0質量％を超えると、磁束密度が劣化し得るため、Ｍｎ含有量は1.0質量％以下とすることが好ましい。さらに、Ｍｎ含有量は、0.01質量％以上とすることがより好ましく、また、0.9質量％以下とすることがより好ましい。
本発明では、上記の基本成分以外に、磁気特性改善に有効であることが知られている任意添加成分として、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｐ、Ｍｏ、Ｃｒをそれぞれ適宜用いることができる。
すなわち、方向性電磁鋼板またはその素材となるスラブは、
Ｎｉ：0.03～1.50質量％、
Ｓｎ：0.01～1.50質量％、
Ｓｂ：0.005～1.50質量％、
Ｃｕ：0.03～3.0質量％、
Ｐ：0.03～0.50質量％、
Ｍｏ：0.005～0.10質量％、および
Ｃｒ：0.03～1.50質量％のうちから選ばれる１種以上
を好適に含有することができる。
すなわち、方向性電磁鋼板またはその素材となるスラブは、
Ｎｉ：0.03～1.50質量％、
Ｓｎ：0.01～1.50質量％、
Ｓｂ：0.005～1.50質量％、
Ｃｕ：0.03～3.0質量％、
Ｐ：0.03～0.50質量％、
Ｍｏ：0.005～0.10質量％、および
Ｃｒ：0.03～1.50質量％のうちから選ばれる１種以上
を好適に含有することができる。
上記の任意添加成分のうち、Ｎｉは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるために有効な元素である。Ｎｉ含有量が0.03質量％未満では磁気特性への貢献は小さい。一方、1.50質量％を超えると二次再結晶が不安定となり磁気特性が劣化し得る。そのため、Ｎｉの含有量は、0.03～1.50質量％の範囲とすることが望ましい。
また、上記の任意添加成分のうち、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｐ、ＭｏおよびＣｒも、Ｎｉと同様に磁気特性を向上させる元素である。いずれも、含有量が上記の下限未満ではその効果は十分ではなく、また上記の上限を超えると二次再結晶粒の成長が抑制されるために磁気特性が劣化し得る。そのため、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｐ、ＭｏおよびＣｒの含有量を、それぞれ上記の範囲とすることが好ましい。
なお、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
なお、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
ここで、上記の成分中、Ｃは、一次再結晶焼鈍において脱炭され、Ａｌ、Ｎ、ＳおよびＳｅは、二次再結晶焼鈍において純化される。そのため、これらの成分は、二次再結晶焼鈍後の鋼板（最終製品としての方向性電磁鋼板）では、不可避的不純物程度の含有量に低減され得る。
＜方向性電磁鋼板の製造（熱歪み領域の形成前まで）＞
本発明の方向性電磁鋼板は、熱歪み領域の形成前までは、以下の手順で製造することができる。
すなわち、前記の成分系からなる方向性電磁鋼板の鋼素材（スラブ）に、熱間圧延を施した後、必要に応じて熱延板焼鈍を施す。次いで、１回の冷間圧延または中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚の鋼帯に仕上げる。その後、前記鋼帯に、脱炭焼鈍を施し、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、コイル状に巻き取って、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的とした仕上げ焼鈍を施す。必要に応じ、かかる仕上げ焼鈍後の鋼帯に対し、平坦化焼鈍を施し、さらに絶縁被膜（例えばリン酸マグネシウム系の張力被膜）を形成する。このようにして、熱歪み領域を形成する前の方向性電磁鋼板を得ることができる。
本発明の方向性電磁鋼板は、熱歪み領域の形成前までは、以下の手順で製造することができる。
すなわち、前記の成分系からなる方向性電磁鋼板の鋼素材（スラブ）に、熱間圧延を施した後、必要に応じて熱延板焼鈍を施す。次いで、１回の冷間圧延または中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚の鋼帯に仕上げる。その後、前記鋼帯に、脱炭焼鈍を施し、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、コイル状に巻き取って、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的とした仕上げ焼鈍を施す。必要に応じ、かかる仕上げ焼鈍後の鋼帯に対し、平坦化焼鈍を施し、さらに絶縁被膜（例えばリン酸マグネシウム系の張力被膜）を形成する。このようにして、熱歪み領域を形成する前の方向性電磁鋼板を得ることができる。
＜熱歪み領域の形成＞
次いで、かかる方向性電磁鋼板に、熱歪み領域を形成する。熱歪み領域は、磁化細分化の一つである非耐熱型磁区細分化により形成することができる。
次いで、かかる方向性電磁鋼板に、熱歪み領域を形成する。熱歪み領域は、磁化細分化の一つである非耐熱型磁区細分化により形成することができる。
・エネルギービームの照射方法
熱歪み領域の形成にあたっては、レーザーの波長としてより金属への吸収率の高いグリーンレーザー、ブルーレーザーを適用するほか、電子ビームの直進性を高めるために、高輝度且つ高エミッタンスの六ほう化セリウム(ＣｅＢ６)を電子源とした電子ビームを用いることができる。
これは、エネルギービームによる入熱を局所的にすることで、熱影響部と周辺部との温度差をさらに増大させることが可能であるためである。
熱歪み領域の形成にあたっては、レーザーの波長としてより金属への吸収率の高いグリーンレーザー、ブルーレーザーを適用するほか、電子ビームの直進性を高めるために、高輝度且つ高エミッタンスの六ほう化セリウム(ＣｅＢ６)を電子源とした電子ビームを用いることができる。
これは、エネルギービームによる入熱を局所的にすることで、熱影響部と周辺部との温度差をさらに増大させることが可能であるためである。
・電子ビームの照射方向および間隔
本発明の方向性電磁鋼板の製造にあたっては、熱歪み領域を、上述したエネルギービームである電子ビームの照射によって、鋼板に線状に形成することができる。
具体的には、１台以上の電子銃を用いて、ビームを圧延方向と交差するように照射しながら、線状の熱歪みの導入（熱歪み領域の形成）を行う。このとき、ビームの走査方向は、圧延方向に対して60°～120°の範囲内の方向とすることが好ましく、この中でも、圧延方向に対して90°の方向とすること、すなわち板幅方向に沿うように走査することがより好ましい。これは、板幅方向からのズレが大きくなると、鋼板に導入される歪みの量が増加し、磁歪の劣化を招くためである。
また、電子ビームの照射間隔（隣接する熱歪み領域の間隔）は、通常用いられている条件であれば特に制限はないが、3～10ｍｍ程度の範囲が好ましい。
また、電子ビームの照射形式は、本発明の他の要件を満たせば、走査方向に沿って連続的に照射を行うもの（連続線状照射）でも、停留と移動とを繰り返して照射を行うもの（ドット状照射）でもよい。いずれの照射形式であっても、ビルディングファクターおよび磁歪につき、それぞれ本発明の改善効果が得られる。
なお、上記の連続線状およびドット状のいずれも、「線状」の一態様である。
本発明の方向性電磁鋼板の製造にあたっては、熱歪み領域を、上述したエネルギービームである電子ビームの照射によって、鋼板に線状に形成することができる。
具体的には、１台以上の電子銃を用いて、ビームを圧延方向と交差するように照射しながら、線状の熱歪みの導入（熱歪み領域の形成）を行う。このとき、ビームの走査方向は、圧延方向に対して60°～120°の範囲内の方向とすることが好ましく、この中でも、圧延方向に対して90°の方向とすること、すなわち板幅方向に沿うように走査することがより好ましい。これは、板幅方向からのズレが大きくなると、鋼板に導入される歪みの量が増加し、磁歪の劣化を招くためである。
また、電子ビームの照射間隔（隣接する熱歪み領域の間隔）は、通常用いられている条件であれば特に制限はないが、3～10ｍｍ程度の範囲が好ましい。
また、電子ビームの照射形式は、本発明の他の要件を満たせば、走査方向に沿って連続的に照射を行うもの（連続線状照射）でも、停留と移動とを繰り返して照射を行うもの（ドット状照射）でもよい。いずれの照射形式であっても、ビルディングファクターおよび磁歪につき、それぞれ本発明の改善効果が得られる。
なお、上記の連続線状およびドット状のいずれも、「線状」の一態様である。
以下、本発明の方向性電磁鋼板を製造するにあたって、電子ビームを照射する際の好適な条件を、さらに詳細に説明する。
・加速電圧：60kV以上300kV以下
加速電圧は、高い方が、電子の直進性が増加し、電子ビーム照射箇所の外側への熱影響が低下するので好ましい。かかる理由から、加速電圧は60kV以上とすることが好ましい。より好ましくは90kV以上であって、120kV以上であればなお良い。
一方、加速電圧を高くしすぎると、電子ビームの照射に伴って発生するＸ線の遮蔽が困難になる。そのため、加速電圧は、実用上の観点から300kV以下にすることが好ましい。より好ましくは200kV以下である。
加速電圧は、高い方が、電子の直進性が増加し、電子ビーム照射箇所の外側への熱影響が低下するので好ましい。かかる理由から、加速電圧は60kV以上とすることが好ましい。より好ましくは90kV以上であって、120kV以上であればなお良い。
一方、加速電圧を高くしすぎると、電子ビームの照射に伴って発生するＸ線の遮蔽が困難になる。そのため、加速電圧は、実用上の観点から300kV以下にすることが好ましい。より好ましくは200kV以下である。
・スポット径（ビーム径）：300μm以下
スポット径は、小さいほど、局所的に歪みを導入することができるため好ましい。そこで、電子ビームのスポット径（ビーム径）は、300μm以下とすることが好ましい。また、電子ビームのスポット径（ビーム径）は、280μm以下とすることがより好ましく、さらに好ましくは260μm以下である。なお、スポット径とは、幅30μmのスリットを用いてスリット法で取得したビームプロファイルの半値全幅を指す。
スポット径は、小さいほど、局所的に歪みを導入することができるため好ましい。そこで、電子ビームのスポット径（ビーム径）は、300μm以下とすることが好ましい。また、電子ビームのスポット径（ビーム径）は、280μm以下とすることがより好ましく、さらに好ましくは260μm以下である。なお、スポット径とは、幅30μmのスリットを用いてスリット法で取得したビームプロファイルの半値全幅を指す。
・ビーム電流：0.5mA以上40mA以下
ビーム電流は、ビーム径の観点から小さい方が好ましい。これは、電流を大きくするとクーロン反発によってビーム径が広がりやすいためである。そのため、ビーム電流は、40mA以下とするのが好ましい。一方で、ビーム電流が小さすぎると、歪みを形成するためのエネルギーが不足する。そのため、ビーム電流は、0.5mA以上とすることが好ましい。
ビーム電流は、ビーム径の観点から小さい方が好ましい。これは、電流を大きくするとクーロン反発によってビーム径が広がりやすいためである。そのため、ビーム電流は、40mA以下とするのが好ましい。一方で、ビーム電流が小さすぎると、歪みを形成するためのエネルギーが不足する。そのため、ビーム電流は、0.5mA以上とすることが好ましい。
・ビーム照射環境の真空度
電子ビームは、気体分子によって散乱を受け、ビーム径やハロー径などの増大、エネルギーの減少等を生じさせる。そのため、ビーム照射環境の真空度は高い方が良く、圧力にして３Pa以下とすることが望ましい。下限については特に制限を設けないが、過度に低下させると、真空ポンプなどの真空系統にかかるコストが増大する。そのため、ビーム照射環境の真空度は、実用上、10-5Pa以上とすることが望ましい。
電子ビームは、気体分子によって散乱を受け、ビーム径やハロー径などの増大、エネルギーの減少等を生じさせる。そのため、ビーム照射環境の真空度は高い方が良く、圧力にして３Pa以下とすることが望ましい。下限については特に制限を設けないが、過度に低下させると、真空ポンプなどの真空系統にかかるコストが増大する。そのため、ビーム照射環境の真空度は、実用上、10-5Pa以上とすることが望ましい。
＜方向性電磁鋼板における歪み特性＞
・還流磁区の圧延方向の長さＷ
鋼板表面に形成される還流磁区の圧延方向の長さＷは、市販のドメインビューワーを使用し、鋼板表面の磁区パターンを取得して測定することができる。
・還流磁区の圧延方向の長さＷ
鋼板表面に形成される還流磁区の圧延方向の長さＷは、市販のドメインビューワーを使用し、鋼板表面の磁区パターンを取得して測定することができる。
・歪み分布
鋼板表面における熱歪み領域の圧延方向の歪み分布は、EBSD-Wilkinson法により測定することができる。このEBSD-Wilkinson法では、例えば、電子線を鋼板表面に照射し、測定点毎に菊池パターンを取得し、無歪み点を参照点として、CrossCourtなどの解析ソフトを使用して、各点における菊池パターンの変形量から歪み量を算出する。
ここで、極大点の存在を一特徴とする本発明における熱歪み領域とは、EBSD-Wilkinson法で得られた歪み分布において、極大点の平均歪み量の1/2以上の歪みを有する領域を指すものとする。
鋼板表面における熱歪み領域の圧延方向の歪み分布は、EBSD-Wilkinson法により測定することができる。このEBSD-Wilkinson法では、例えば、電子線を鋼板表面に照射し、測定点毎に菊池パターンを取得し、無歪み点を参照点として、CrossCourtなどの解析ソフトを使用して、各点における菊池パターンの変形量から歪み量を算出する。
ここで、極大点の存在を一特徴とする本発明における熱歪み領域とは、EBSD-Wilkinson法で得られた歪み分布において、極大点の平均歪み量の1/2以上の歪みを有する領域を指すものとする。
・平均歪み量Ａおよび歪み量Ｂ
本発明の方向性電磁鋼板の熱歪み領域は、還流磁区の圧延方向両外側に、引張歪みの極大点を有する。そして、上記の測定手法を用いた、本発明の鋼板表面における熱歪み領域の圧延方向の歪み分布の測定において、極大点の平均歪み量をＡとし、極大点間の中心における歪み量をＢとする。なお、還流磁区の圧延方向両外側における極大点の歪み量は、同じであってもよく、異なってもよい。
このとき、上記Ａと上記Ｂとの差ΔＡＢ（＝Ａ－Ｂ）が正（0.000％超）であれば、本発明の効果を得られ、0.040％以上0.200％以下であれば、さらに高い特性を持つ方向性電磁鋼板が得られる。また、ΔＡＢは、より好ましくは0.050％以上0.160％以下の範囲である。
本発明の方向性電磁鋼板の熱歪み領域は、還流磁区の圧延方向両外側に、引張歪みの極大点を有する。そして、上記の測定手法を用いた、本発明の鋼板表面における熱歪み領域の圧延方向の歪み分布の測定において、極大点の平均歪み量をＡとし、極大点間の中心における歪み量をＢとする。なお、還流磁区の圧延方向両外側における極大点の歪み量は、同じであってもよく、異なってもよい。
このとき、上記Ａと上記Ｂとの差ΔＡＢ（＝Ａ－Ｂ）が正（0.000％超）であれば、本発明の効果を得られ、0.040％以上0.200％以下であれば、さらに高い特性を持つ方向性電磁鋼板が得られる。また、ΔＡＢは、より好ましくは0.050％以上0.160％以下の範囲である。
・Ｌ／Ｗ（＝ｒ）
前記極大点の相互間距離Ｌと、前記還流磁区の圧延方向の長さＷとを用いて求められるＬ／Ｗが1.05以上2.50以下の範囲であれば、より高い特性を持つ方向性電磁鋼板が得られ、1.10以上2.40以下であれば、さらに一層高い特性を持つ方向性電磁鋼板が得られる。なお、Ｌ／Ｗは、より好ましくは1.15以上2.30以下の範囲である。
前記極大点の相互間距離Ｌと、前記還流磁区の圧延方向の長さＷとを用いて求められるＬ／Ｗが1.05以上2.50以下の範囲であれば、より高い特性を持つ方向性電磁鋼板が得られ、1.10以上2.40以下であれば、さらに一層高い特性を持つ方向性電磁鋼板が得られる。なお、Ｌ／Ｗは、より好ましくは1.15以上2.30以下の範囲である。
次に、実施例に基づいて本発明を説明する。以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本実施例によって何ら限定を受けるものではない。また、本発明の趣旨に適合しうる範囲で変更を加えて実施することが可能であり、そのような態様でも本発明の技術範囲に含まれ得ることは、言うまでもない。
本実施例においては、方向性電磁鋼板の素材として、表１に示す成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である成分組成のスラブを用いた。かかるスラブに対し、熱間圧延、熱延板焼鈍、１回の冷間圧延、脱炭焼鈍、焼鈍分離剤の塗布、仕上げ焼鈍をこの順にそれぞれ所定の条件で施し、板厚0.23ｍｍの方向性電磁鋼板の鋼帯を得た。
上記の方向性電磁鋼板の鋼帯を供試材とし、かかる供試材に、電子ビームを照射した。このときの電子ビームとして、ＣｅＢ６を熱電子源とする電子ビームを用い、連続線状またはドット状のいずれかの照射形式（表２に示す）にて、照射を行った（磁区細分化処理）。ここで、ドット状照射とは、走査方向における停留と移動とを繰り返してエネルギービームの照射を行う照射形式を意味する。
エネルギービームの照射条件は、照射方向：圧延方向に対して約90°の方向、ビーム出力：0.6～6ｋW（加速電圧：60～150kV、ビーム電流：1～40mA）、照射間隔：8mm、ビーム照射環境の真空度：0.3Paとした。照射するビームのプロファイルはガウシアン形状のものを使用し、ビーム径が200μmのビームを使用した。このとき、平均歪み量Ａ、歪み量Ｂ、ΔＡＢの値を変えるため、加速電圧、エネルギー強度、走査速度などの照射条件を調整してビーム照射を行った。
エネルギービームの照射条件は、照射方向：圧延方向に対して約90°の方向、ビーム出力：0.6～6ｋW（加速電圧：60～150kV、ビーム電流：1～40mA）、照射間隔：8mm、ビーム照射環境の真空度：0.3Paとした。照射するビームのプロファイルはガウシアン形状のものを使用し、ビーム径が200μmのビームを使用した。このとき、平均歪み量Ａ、歪み量Ｂ、ΔＡＢの値を変えるため、加速電圧、エネルギー強度、走査速度などの照射条件を調整してビーム照射を行った。
かくして熱歪み領域が形成された方向性電磁鋼板の鋼帯から一部を切り出し、ＪＩＳ Ｃ２５５６に記載の単板磁気測定法により、磁気特性として磁束密度（Ｂ8）および鉄損（素材鉄損：Ｗ17/50）を測定した。加えて、上記鋼帯から３相積み変圧器（鉄心質量500ｋｇ）を作製し、周波数50Ｈｚにて、鉄心脚部分の磁束密度が1.7Ｔとなるときの鉄損（変圧器鉄損：Ｗ17/50（WM））を測定した。この、1.7Ｔ、50Ｈｚでの変圧器鉄損Ｗ17/50（WM）は、ワットメータを用いて測定される無負荷損とした。かかるＷ17/50（WM）の値と、上記の単板磁気測定法により測定したＷ17/50の値とから、以下の（１）式を用いてビルディングファクター（ＢＦ）を算出した。
ビルディングファクター＝Ｗ17/50（WM）／Ｗ17/50・・・（１）
ビルディングファクター＝Ｗ17/50（WM）／Ｗ17/50・・・（１）
さらに、上述のとおり磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板を用いて、変圧器用３相モデルトランスを作製した。このモデルトランスを、防音室内で、最大磁束密度Ｂｍ＝1.7Ｔ、周波数：50Ｈｚの条件で励磁し、騒音計を用いて騒音レベル（ｄＢＡ）を測定した。結果を表２に示す。
また、前述と同様に鋼帯から一部を切り出し、EBSD-Wilkinson法にて、熱歪み領域周辺の圧延方向の歪み分布を測定した。いずれの例の歪み分布においても、還流磁区の圧延方向の両端又は両端より外側、かつ熱歪み領域内の端部近傍に、２つのピーク（極大点）が形成されていた。また、これら２つのピーク（極大点）の歪み量の平均（平均歪み量）をＡ、これら２つのピーク（極大点）間の中心における歪み量をＢとし、これら歪み量の差ΔＡＢ（＝Ａ－Ｂ）を算出した。なお、引張歪みを正、圧縮歪みを負とした。これらの値を表２に示す。
また、圧延方向の歪み分布（プロファイル）を取得した際に得たデータを基に、上記２つのピーク（極大点）の相互間距離Ｌを算出した。さらに、市販のドメインビューワー（シグマハイケミカル社製MV-95）を用いて、鋼板表面に形成された還流磁区の圧延方向の長さＷを計測した。これらＬとＷの値から、ｒ（＝Ｌ／Ｗ）を算出した。これらの値を表２に示す。
表２より、本発明に従う、ΔＡＢが正であり、かつ還流磁区の圧延方向両外側の熱歪み領域に引張歪みの極大点を有するNo.２～10、14、16、18、20およびNo.26～34、38、40、42、44の条件では、照射形式によらず、低ビルディングファクター効果が確認できる。
加えて、ΔＡＢが0.040％以上0.200％以下でかつ、ｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.05以上2.50以下の条件では、低騒音、低ビルディングファクターの高い効果が見られる。また、ΔＡＢが正であってｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.10以上2.40以下の場合にも、かかる高い効果が見られる。さらに、ΔＡＢが0.040％以上0.200％以下でかつｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.10以上2.40以下の場合には、一層高い効果が見られる。
加えて、ΔＡＢが0.040％以上0.200％以下でかつ、ｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.05以上2.50以下の条件では、低騒音、低ビルディングファクターの高い効果が見られる。また、ΔＡＢが正であってｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.10以上2.40以下の場合にも、かかる高い効果が見られる。さらに、ΔＡＢが0.040％以上0.200％以下でかつｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.10以上2.40以下の場合には、一層高い効果が見られる。
Claims (4)
- 圧延方向を横切る方向に延びる熱歪み領域を有する方向性電磁鋼板であって、
該鋼板は、前記熱歪み領域内に還流磁区を有し、
前記熱歪み領域は、前記還流磁区の圧延方向両外側に、引張歪みの極大点を有し、
前記熱歪み領域の圧延方向の歪み分布において、前記還流磁区の両外側における歪みが、前記極大点間の中心における歪みより大きい引張歪みであり、かつ前記極大点の平均歪み量Ａ（単位：％）と、前記極大点間の中心における歪み量Ｂ（単位：％）との差ΔＡＢ（＝Ａ－Ｂ）が0.040％以上0.200％以下であることを特徴とする、方向性電磁鋼板。 - 圧延方向を横切る方向に延びる熱歪み領域を有する方向性電磁鋼板であって、
該鋼板は、前記熱歪み領域内に還流磁区を有し、
前記熱歪み領域は、前記還流磁区の圧延方向両外側に、引張歪みの極大点を有し、
前記熱歪み領域の圧延方向の歪み分布において、前記還流磁区の両外側における歪みが、前記極大点間の中心における歪みより大きい引張歪みであり、かつ前記還流磁区の圧延方向の長さＷに対する、前記極大点の相互間距離Ｌの比であるｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.05以上2.50以下であることを特徴とする、方向性電磁鋼板。 - 圧延方向を横切る方向に延びる熱歪み領域を有する方向性電磁鋼板であって、
該鋼板は、前記熱歪み領域内に還流磁区を有し、
前記熱歪み領域は、前記還流磁区の圧延方向両外側に、引張歪みの極大点を有し、
前記熱歪み領域の圧延方向の歪み分布において、前記還流磁区の両外側における歪みが、前記極大点間の中心における歪みより大きい引張歪みであり、かつ前記極大点の平均歪み量Ａ（単位：％）と、前記極大点間の中心における歪み量Ｂ（単位：％）との差ΔＡＢ（＝Ａ－Ｂ）が0.040％以上0.200％以下および、前記還流磁区の圧延方向の長さＷに対する、前記極大点の相互間距離Ｌの比であるｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.05以上2.50以下であることを特徴とする、方向性電磁鋼板。 - 前記ｒ（＝Ｌ／Ｗ）が1.10以上2.40以下である、請求項２または３に記載の方向性電磁鋼板。
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