JP7620180B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。

方向性電磁鋼板は、鋼板成分として、一般的に、Ｓｉを２質量％～５質量％程度含有し、鋼板の結晶粒の方位をＧｏｓｓ方位と呼ばれる｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積させた鋼板である。方向性電磁鋼板は、磁気特性に優れ、例えば、変圧器等の静止誘導器の鉄心材料などとして利用される。

このような方向性電磁鋼板では、磁気特性を向上させるために、種々の技術開発がなされている。特に、近年の省エネルギー化の要請に伴って、方向性電磁鋼板では、さらなる低鉄損化が求められている。方向性電磁鋼板の低鉄損化には、鋼板の結晶粒の方位について、Ｇｏｓｓ方位への集積度を高めて磁束密度を向上させて、ヒステリシス損失を低減することが有効である。

巻トランスの母材として用いられる方向性電磁鋼板には、特に、鉄損ばらつきの低減が求められている。電磁鋼板では、低鉄損化の為に磁区細分化を行っているが、巻トランスでは製造時に歪み取り焼鈍を行う為、耐熱型の磁区細分化技術が必要である。

耐熱型の磁区制細分化手法として鋼板に周期的な溝を形成する手法がある。 例えば、特許文献１には、最終冷間圧延後、鋼板表面に印刷によってエッチングレジストを、非塗布領域として圧延方向と交わる向きに連続または非連続の線状領域を残存させて、塗布し、焼付けたのち、エッチング処理を施して鋼板表面に連続または非連続の線状溝を形成する低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法が記載されている。

特許文献２には、方向性電磁鋼板表面にレジストを塗布し、レーザーを照射することによってレーザーが照射された部分のレジストを除去し、レジストが除去された部分の方向性電磁鋼板をエッチングして線状溝を形成する方法が記載されている。

特開平４－８８１２１号公報 再表２０１７－０１７９０８号公報

本願発明者は、溝形成による鉄損低減効果を弱め、なおかつ鉄損をばらつかせる要因が、形成された溝形状にばらつきにあると考えた。特許文献１に記載の方法では、非塗布領域の線状領域を除いてエッチングレジストを塗布する。しかし、非塗布領域の線状領域の幅にばらつきが存在することがある。
特許文献２に記載の方法は、レーザーが照射された部分のレジストを除去し、その部分をエッチングして溝を形成するが、得られた溝幅にばらつきが存在している。
本願発明者は、溝形状のばらつきが、エッチング前のレジスト膜の線状形状の幅に起因していることを突き止めた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。エッチングして溝を形成する必要があるレジスト皮膜の線状幅を均一に形成する事で、溝形状のばらつきを低減させ、結果として各鋼板の鉄損のばらつきを低減することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。
質量％で、
Ｓｉ：２．５～４．５％、
Ｍｎ：０．０１～０．１５％、
Ｃ：０．０８５％以下、
酸可溶性Ａｌ：０．０６５％以下、
Ｎ：０．０１２％以下、
Ｃｒ：０．３％以下、
Ｃｕ：０．４％以下、
Ｐ：０．５％以下、
Ｓｎ：０．３％以下、
Ｓｂ：０．３％以下、
Ｎｉ：１％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｓｅ：０．０１５％以下、
Ｂｉ：０．０２％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、
圧延方向と交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向となる溝が形成された鋼板表面を有する鋼板を備える方向性電磁鋼板であって、
前記溝の平均深さが１０μｍ～５０μｍであり、
前記溝深さの半値幅の平均値が１０μｍ～２００μｍであり、
前記溝の深さの半値幅の標準偏差が５μｍ以下である
ことを特徴とする方向性電磁鋼板およびその製造方法である。

本発明によれば、溝幅のばらつきが小さく、結果として各鋼板の鉄損のばらつきが小さい電磁鋼板を提供することができる。また、そのような鉄損のばらつきが小さい電磁鋼板の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の方向性電磁鋼板の溝部の断面図を示す。 図２は、周期的な隙間を持つレジスト皮膜の上面からの観察図である。

以下に本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、特に断らない限り、数値Ａ及びＢについて「Ａ～Ｂ」という表記は「Ａ以上Ｂ以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Ｂのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Ａにも適用されるものとする。

本発明の一つの態様は、質量％で、Ｓｉ：２．５～４．５％、Ｍｎ：０．０１～０．１５％、Ｃ：０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０６５％以下、Ｎ：０．０１２％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｃｕ：０．４％以下、Ｐ：０．５％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｅ：０．０１５％以下、Ｂｉ：０．０２％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、
圧延方向と交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向となる溝が形成された鋼板表面を有する鋼板を備える方向性電磁鋼板であって、
前記溝の平均深さが１０μｍ～５０μｍであり、前記溝深さの半値幅の平均値が１０μｍ～２００μｍであり、前記溝の深さの半値幅の標準偏差が５μｍ以下である
ことを特徴とする方向性電磁鋼板である。

［鋼板の成分組成］
まず、発明に係る方向性電磁鋼板に用いられる鋼板の成分組成について説明する。
なお、以下では特に断りのない限り、「％」との表記は「質量％」を表わすものとする。また、以下で説明する元素以外の鋼板の残部は、Ｆｅおよび不純物である。

発明に係る方向性電磁鋼板に用いられる鋼板の成分は、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成分構成を有し、Ｓｉ：２．５０～４．５０％、Ｍｎ：０．０１～０．１５％を含有する。

（Ｓｉ：２．５０～４．５０％）
Ｓｉ（ケイ素）の含有量は、２．５０～４．５０％である。Ｓｉは、鋼板の電気抵抗を高めることで、鉄損の原因の一つである渦電流損失を低減する。Ｓｉの含有量が２．５０％未満である場合、最終的な方向性電磁鋼板の渦電流損失を十分に抑制することが困難になるため好ましくない。Ｓｉの含有量が４．５０％超である場合、方向性電磁鋼板の加工性が低下するため好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量は、２．５０～４．５０％であり、好ましくは、２．７０～４．００％である。

（Ｍｎ：０．０１～０．１５％）
Ｍｎ（マンガン）の含有量は、０．０１～０．１５％である。Ｍｎは、二次再結晶を左右するインヒビターであるＭｎＳおよびＭｎＳｅなどを形成する。Ｍｎの含有量が０．０１％未満である場合、二次再結晶を生じさせるＭｎＳおよびＭｎＳｅの絶対量が不足するため好ましくない。Ｍｎの含有量が０．１５％超である場合、スラブ加熱時にＭｎの固溶が困難になるため好ましくない。また、Ｍｎの含有量が０．１５％超である場合、インヒビターであるＭｎＳおよびＭｎＳｅの析出サイズが粗大化し易く、インヒビターとしての最適サイズ分布が損なわれるため好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量は、０．０１～０．１５％であり、好ましくは、０．０３～０．１３％である。

ＳｉおよびＭｎ以外の成分は、通常の方向性電磁鋼板に含まれている成分となることができる。
例えば、Ｓｉ，Ｍｎ以外の成分として、質量％で、Ｃ：０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０６５％以下、Ｎ：０．０１２％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｃｕ：０．４％以下、Ｐ：０．５％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｅ：０．０１５％以下、Ｂｉ：０．０２％以下を含有することができる。

鋼板の上記成分以外の残部は、Ｆｅ及び不純物である。ここで、不純物元素とは、原材料に含まれる成分、または製造の過程で混入する成分であって、意図的に鋼板に含有させたものではない成分を指す。

磁区細分化のために鋼板表面には、圧延方向と交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向となる溝が形成されている。なお、溝は、圧延方向と交差するように設けられていればよく、必ずしも、溝延在方向と圧延方向とが直交している必要はない。また、溝は、板厚方向から視た場合（溝を平面視した場合）に、必ずしも直線形状を有していなくてもよく、弓状の形状を有してもよい。

図１は、本発明の電磁鋼板の溝部の断面図である。ｄは溝部の最大深さであり、溝の深さの半値幅Ｗ’は深さｄ／２の高さでの溝幅である。図１に示す溝部は、台形に近い形状となっているが、溝形状は弓型になっていても構わない。本発明の電磁鋼板の一つの実施形態では、溝部の平均深さは、１０μｍ～５０μｍである。平均深さが１０μｍ未満である場合、溝壁面からの磁極の発生量が少なくなり、十分な鉄損低減効果が得られない。平均深さが５０μｍを超える場合、磁区は細分化されるが溝形成による磁束密度の低下が大きくなり、十分な鉄損低減効果が得られない。好ましい平均深さは、１５μｍ～３０μｍである。

平均深さの測定は、溝形成後の冷延板の溝を、レーザー顕微鏡を用いて、１ｍｍ間隔で２０点測定して、各点の最大深さの平均値を平均深さとする

本発明で用いる「半値幅」は、溝深さが半分になる深さでの、溝の幅をいう（以下、「溝深さ半値幅」ともいう）。具体的には、図１のＷ’部である。半値幅の平均値は、１０μｍ～２００μｍであり、好ましくは、３０μｍ～１００μｍである。本発明の電磁鋼板では、半値幅の標準偏差は、５μｍ以下である。以下に示す、実施例の結果からわかるように、半値幅の標準偏差が、５μｍ以下であると、磁束密度１．７Ｔでの鉄損値は、平均０．７４Ｗ／ｋｇ程度であり、且つ標準偏差は０．０３Ｗ／ｋｇ以下となっており、十分な鉄損低減効果が得られている。
溝深さ半値幅の標準偏差の下限は、０．１μｍである。０．１μｍ未満では、鉄損値やそのばらつきは問題ないが、製造技術的に実現が困難である。

（溝深さ半値幅の標準偏差の測定）
溝形成後の冷延板の溝形状を、レーザー顕微鏡を用いて、１ｍｍ間隔で測定して、溝深さ半値幅の値を２０点取った時の平均値を求め、標準偏差の値を得た。

（鉄損の標準偏差の測定）
周波数５０Ｈｚ、磁束密度の振幅１．７Ｔの交流励磁での各電磁鋼板の鉄損Ｗ１７／５０を、ＪＩＳ Ｃ ２５５６に規定されている条件で測定し、その値を鋼板１０枚測定した平均値を求め、標準偏差の値を得た。

［方向性電磁鋼板の製造方法］
本発明者らは、得られる電磁鋼板のそれぞれの鉄損値のばらつきが、磁区細分化のために鋼板表面に形成された溝部の溝深さ半値幅のばらつきに関連し、さらにはエッチングして溝を形成する必要があるレジスト皮膜の線状幅のばらつきに起因することを見出した。そこで、方向性電磁鋼板の製造方法について鋭意検討を行った結果、以下の知見を見出した。

具体的には、本発明者らは、スラブを熱間圧延して得られた熱延鋼板を酸洗する際の酸洗処理条件を工夫することで、後に電磁鋼板の表面に形成されるレジスト皮膜の線状幅が均一に形成され、それにより、鋼板の鉄損が低減され、磁気特性を向上できることを見出した。

本発明の一つの実施形態は、以下の構成を備える方向性電磁鋼板の製造方法である。以下、本発明の方向性電磁鋼板の製造工程を、冷延鋼板を得るまでの工程と、その後の磁区制御工程とに分けて説明する。

〔スラブ～冷延鋼板を得るまでの工程］
質量％で、Ｓｉ：２．５％～４．５％、Ｍｎ：０．０１％～０．１５％、Ｃ：０．０２～０．１０％、酸可溶性Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｎ：０．００２～０．０１５％、Ｃｒ：０．３％以下、Ｃｕ：０．４％以下、Ｐ：０．５％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ｎｉ：１％以下、ＳおよびＳｅ：合計で０．００１～０．０５０％、Ｂｉ：０．０２％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物であるスラブに熱間圧延を施すことで、熱延鋼板を得て、
前記熱延鋼板に酸洗を施すことで酸洗板を得る、あるいは前記熱延鋼板に熱延板焼鈍を施すことで熱延焼鈍板を得た後、前記熱延焼鈍板に酸洗を施すことで酸洗板を得る工程であって、酸洗溶液が、Ｃｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうちから１種または２種以上を含有し、各元素の濃度の合計が０．０００１～０．１０００％以下であり、ｐＨが－１以上５以下であり、液温は１５℃以上１００℃以下であり、鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間は５秒以上２００秒以下である酸洗板を得る工程により酸洗板を得て、そして、
前記酸洗板に冷間圧延を施すことで冷延鋼板を得た。

［スラブの成分組成］
発明に係る方向性電磁鋼板の製造用いられるスラブの成分は、Ｓｉ：２．５０～４．５０％、Ｍｎ：０．０１～０．１５％を含有する。

Ｓｉ（ケイ素）の含有量は、２．５～４．５％である。Ｓｉは、鋼板の電気抵抗を高めることで、鉄損の原因の一つである渦電流損失を低減する。Ｓｉの含有量が２．５％未満である場合、最終的な方向性電磁鋼板の渦電流損失を十分に抑制することが困難になるため好ましくない。Ｓｉの含有量が４．５％超である場合、方向性電磁鋼板の加工性が低下するため好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量は、２．５％～４．５％であり、好ましくは、２．７～４．０％である。

Ｍｎ（マンガン）の含有量は、０．０１～０．１５％である。Ｍｎは、二次再結晶を左右するインヒビターであるＭｎＳおよびＭｎＳｅなどを形成する。Ｍｎの含有量が０．０１％未満である場合、二次再結晶を生じさせるＭｎＳおよびＭｎＳｅの絶対量が不足するため好ましくない。Ｍｎの含有量が０．１５％超である場合、スラブ加熱時にＭｎの固溶が困難になるため好ましくない。また、Ｍｎの含有量が０．１５％超である場合、インヒビターであるＭｎＳおよびＭｎＳｅの析出サイズが粗大化し易く、インヒビターとしての最適サイズ分布が損なわれるため好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量は、０．０１～０．１５％であり、好ましくは、０．０３～０．１３％である。

ＳｉおよびＭｎ以外の成分は、通常の方向性電磁鋼板に含まれている成分となることができる。
例えば、Ｓｉ，Ｍｎ以外の成分として、質量％で、Ｃ：０．０２～０．１０％、酸可溶性Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｎ：０．００２～０．０１５％、Ｃｒ：０．３％以下、Ｃｕ：０．４％以下、Ｐ：０．５％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ｎｉ：１％以下、ＳおよびＳｅ：合計で０．００１～０．０５０％、Ｂｉ：０．０２％以下を含有することができる。

Ｃ（炭素）の含有量は、０．０２～０．１０％である。Ｃには、種々の役割があるが、Ｃの含有量が０．０２％未満である場合、スラブの加熱時に結晶粒径が過度に大きくなることで、最終的な方向性電磁鋼板の鉄損値を増大させるため好ましくない。Ｃの含有量が０．１０％超である場合、冷間圧延後の脱炭時に、脱炭時間が長時間になり、製造コストが増加するため好ましくない。また、Ｃの含有量が０．１０％超である場合、脱炭が不完全になり易く、最終的な方向性電磁鋼板において磁気時効を起こす可能性があるため好ましくない。したがって、Ｃの含有量は、０．０２～０．１０％であり、好ましくは、０．０５～０．０９％である。

Ｓ（硫黄）およびＳｅ（セレン）の含有量は、合計で０．００１～０．０５０％である。ＳおよびＳｅは、上述したＭｎと共にインヒビターを形成する。ＳおよびＳｅは、２種ともスラブに含有されていてもよいが、少なくともいずれか１種がスラブに含有されていればよい。ＳおよびＳｅの含有量の合計が上記範囲を外れる場合、十分なインヒビター効果が得られないため好ましくない。したがって、ＳおよびＳｅの含有量は、合計で０．００１～０．０５０％であり、好ましくは、０．００１～０．０４０％である。

酸可溶性Ａｌ（酸可溶性アルミニウム）の含有量は、０．０１～０．０５％である。酸可溶性Ａｌは、高磁束密度の方向性電磁鋼板を製造するために必要なインヒビターを構成する。酸可溶性Ａｌの含有量が０．０１％未満である場合、酸可溶性Ａｌが量的に不足し、インヒビター強度が不足するため好ましくない。酸可溶性Ａｌの含有量が０．０５％超である場合、インヒビターとして析出するＡｌＮが粗大化し、インヒビター強度を低下させるため好ましくない。したがって、酸可溶性Ａｌの含有量は、０．０１～０．０５％であり、好ましくは、０．０１～０．０４％である。

Ｎ（窒素）の含有量は、０．００２～０．０１５％である。Ｎは、上述した酸可溶性Ａｌと共にインヒビターであるＡｌＮを形成する。Ｎの含有量が上記範囲を外れる場合、十分なインヒビター効果が得られないため好ましくない。したがって、Ｎの含有量は、０．００２～０．０１５％であり、好ましくは、０．００２～０．０１２％である。

また、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造に用いられるスラブは、上述した元素の他に、二次再結晶を安定化させる元素として、Ｃｕ、Ｐ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、またはＢｉのいずれか１種または２種以上を含有してもよい。スラブが上記の元素を含有する場合、製造される方向性電磁鋼板の磁束密度をさらに向上することができる。

上記で説明した成分組成に調整された溶鋼を鋳造することで、スラブが形成される。なお、スラブの鋳造方法は、特に限定されない。また、研究開発において、真空溶解炉などで鋼塊が形成されても、上記成分について、スラブが形成された場合と同様の効果が確認できる。続いて、スラブを加熱して熱間圧延を施すことで熱延鋼板に加工される。

［熱延鋼板とする工程］
次に、加熱されたスラブは、熱間圧延されて熱延鋼板に加工される。加工後の熱延鋼板の板厚は、例えば、１．８ｍｍ～３．５ｍｍであってもよい。熱延鋼板の板厚が１．８ｍｍ未満である場合、熱間圧延後の鋼板温度が低温化し、鋼板中のＡｌＮの析出量が増加することで二次再結晶が不安定となって、最終的な板厚が０．２３ｍｍ以下の方向性電磁鋼板において磁気特性が低下するため好ましくない。熱延鋼板の板厚が３．５ｍｍ超である場合、冷間圧延の工程での圧延負荷が大きくなるため好ましくない。

［酸洗工程］
続いて、加工された熱延鋼板を酸洗するか、または熱延板焼鈍を行って、熱延焼鈍板を得た後に、この熱延焼鈍板に酸洗を施す。

酸洗溶液は、Ｃｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうちから１種または２種以上を含有し、各元素の濃度の合計が０．０００１～０．１０００％であり、ｐＨが－１以上５以下である。酸洗溶液の液温は１５℃以上１００℃以下であり、鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間は５秒以上２００秒以下である。

酸洗溶液のＣｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうち１種または２種以上の濃度の合計が０．０００１％未満である場合、それらの元素との硫化物の生成が不十分となり好ましくない。酸洗溶液のＣｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうち１種または２種以上の濃度の合計が０．１０００％超である場合、磁性向上の効果が飽和することに加えて、酸洗溶液のコストが増大するので好ましくない。したがって、酸洗溶液のＣｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうち１種または２種以上の濃度の合計は、０．０００１～０．１０００％である。

酸洗溶液のｐＨが－１未満である場合、酸性が強くなり過ぎて酸洗溶液の取扱いが困難となるので好ましくない。酸洗溶液のｐＨが５超である場合、酸洗処理によるそれらの元素との硫化物の生成が不十分となり好ましくない。したがって、酸洗溶液のｐＨは、－１以上５以下である。

酸洗溶液の液温が１５℃未満である場合、酸洗処理によるそれらの元素との硫化物の生成が不十分となり好ましくない。酸洗溶液の液温が１００℃超である場合、酸洗溶液の取扱いが困難となるので好ましくない。したがって、酸洗溶液の液温は１５℃以上１００℃以下である。

酸洗処理において鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間が５秒未満である場合、酸洗処理によるそれらの元素との硫化物の生成が不十分となり好ましくない。酸洗処理において鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間が２００秒超である場合、設備が長大となるので好ましくない。したがって、酸洗処理において鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間は５秒以上２００秒以下である。

［冷延鋼板とする工程］
熱延鋼板に酸洗を施した後、１回の冷間圧延、または中間焼鈍を挟んだ複数回の冷間圧延にて圧延されることで、冷延鋼板に加工される。
また、冷間圧延のパス間、圧延ロールスタンド間、または圧延中に、鋼板は、３００℃程度以下で加熱処理されてもよい。このような場合、最終的な方向性電磁鋼板の磁気特性を向上させることができる。なお、熱延鋼板は、３回以上の冷間圧延によって圧延されてもよいが、多数回の冷間圧延は、製造コストを増大させるため、熱延鋼板は、１回または２回の冷間圧延によって圧延されることが好ましい。冷間圧延をゼンジミアミルなどのリバース圧延で行う場合、それぞれの冷間圧延におけるパス回数は、特に限定されないが、製造コストの観点から、９回以下が好ましい。

以上、スラブ～冷延鋼板を得るまでの工程を説明したが、本発明の方向性電磁鋼板の製造方法の特徴は、上記酸洗処理条件を用いて熱延鋼板を酸洗することである。

［鋼板表面にレジスト皮膜を形成する工程］
冷延後の鋼板表面に線状の被膜非塗布部が存在するレジスト皮膜を形成する工程を、次に示す態様１または態様２にしたがって行う。
どちらの工程でも鋼板表面に周期的な線状のレジスト皮膜非塗布部が存在するレジスト皮膜の形成を行う。前記レジスト皮膜は、後述するエッチング工程において、鋼板の溝形成部以外がエッチングされることを防止するために機能する。その為レジスト皮膜は鋼板のエッチングを防止できるものであれば任意の材料を用いることができる。
このとき線状のレジスト皮膜非塗布部は鉄損低減効果を高める観点から、鋼板の幅方向に対しての角度が３０°以下とすることが好ましい。また、レジスト皮膜の除去間隔を１．５～１０ｍｍにすることで方向性電磁鋼板の磁気特性を更に向上することができる。

（レジスト皮膜を形成する態様１）
冷延後の鋼板に周期的な隙間を持つレジスト皮膜の形成を、例えば、グラビア印刷を用いて行った後に、電解及び酸洗エッチングを行い周期的な溝形成を行う。
本工程では、例えば、グラビアロールを用いたグラビア印刷法を用いて、レジスト皮膜を塗布する方法であり。表面に凹凸を加工したグラビアロールとグラビアオフセットロールで形成されるグラビアオフセット印刷装置によって鋼板表面に、周期的な線状のレジスト皮膜非塗布部が存在するレジスト皮膜を形成する。

（レジスト皮膜を形成する態様２）
冷延後の鋼板にレジスト皮膜形成用の溶液を塗布後に、レーザー、アーク灯、プラズマまたは電子ビーム等を照射する事により（レジスト除去し）、周期的な隙間を持つレジスト皮膜の形成を、行う。
本工程では任意の方法で鋼板表面の全面にレジスト皮膜の塗布を行った後に、レーザー、アーク灯、プラズマまたは電子ビーム等を照射することによって、照射された部分のレジスト皮膜が局所的に加熱され気化し、除去され、周期的な線状のレジスト皮膜非塗布部が形成される。

［電解及び酸洗エッチングを行う工程］
レジスト皮膜の形成後に、エッチングを行う事で鋼板表面に線状溝を形成する。エッチングは、鋼板をエッチングすることができれば、任意の方法で構わないが、電解エッチングもしくは酸洗エッチングで行う事が好ましい。たとえば電解エッチングであればＮａＣｌやＫＣｌ等を用いることができる。また、酸洗エッチングであれば、ＦｅＣｌ_３やＨＣｌ等を用いることができる。

［一次再結晶焼鈍を施す工程］
鋼板表面に線状溝を形成した後に、冷延鋼板は、昇温された後、脱炭焼鈍される。これらの過程は、一次再結晶焼鈍とも称され、連続して行われることが好ましい。一次再結晶焼鈍の昇温を急速昇温とすることで、冷延鋼板では、二次再結晶前のＧｏｓｓ方位粒を増加させることが可能となり、二次再結晶過程において、より理想Ｇｏｓｓ方位に近い方位粒が二次再結晶することが期待される。

このような急速昇温は、例えば、通電加熱方法または誘導加熱方法を用いることで、実施することが可能である。

ここで、昇温過程は、複数の装置によって実施されてもよい。たとえば、鋼板の回復、すなわち鋼中の転位密度の減少が生じる５５０℃よりも低温で保持または徐冷することも、昇温前の鋼板の均温性を向上することができるので、実施してもかまわない。さらに、５５０℃から７００℃までの昇温を含む昇温過程も、１つまたは２つ以上の装置によって実施されてもよい。

昇温が開始された点とは、５５０℃以下の低温側において、鋼板の温度が低下した状態から、鋼板の温度が上昇する状態に遷移する点（すなわち、温度変化が極小値をとる点）である。また、昇温が終了した点とは、７００℃以上の高温側において、鋼板の温度が上昇した状態から、鋼板の温度が低下する状態に遷移する点（すなわち、温度変化が極大値をとる点）である。

ただし、複数の昇温装置の配置によっては、７００℃を含む昇温過程よりも高温側で、鋼板の温度が上昇し続ける可能性がある。このような場合、例えば、急速昇温終了点は、７００℃以上で、昇温速度の変化率が負の値で最小となる点としてもよい。

ここで、昇温開始点および急速昇温終了点の判別方法は、特に限定されないが、例えば、放射温度計等を用いて鋼板温度を測定することによって判別することが可能である。なお、鋼板温度の測定方法については、特に限定されない。また、一次再結晶の昇温終了温度が、引き続く脱炭焼鈍温度よりも低温となっても、または高温となっても、本発明の効果は損なわれない。一次再結晶の昇温終了温度が、脱炭焼鈍温度よりも低温になる場合は、脱炭焼鈍工程で加熱しても構わない。一次再結晶の昇温終了温度が、脱炭焼鈍温度よりも高温になる場合は、放熱処理やガス冷却処理などを施して、鋼板温度を冷却しても構わない。さらに、脱炭焼鈍温度よりも低温まで冷却した後、脱炭焼鈍工程で再加熱しても構わない。

ただし、鋼板温度の測定が困難であり、昇温開始点および急速昇温終了点の正確な場所の推定が困難である場合は、昇温過程および冷却過程の各々のヒートパターンを類推することで、これらの場所を推定してもよい。また、さらには、昇温過程における昇温装置への鋼板の入側温度および出側温度を、昇温開始点および急速昇温終了点としてもよい。

なお、一次再結晶焼鈍の工程では、冷延鋼板に対して、磁性特性および被膜特性向上を目的として、脱炭焼鈍に続く還元焼鈍が施されてもよい。

［仕上焼鈍を施す工程］
その後、一次再結晶焼鈍後の冷延鋼板に仕上焼鈍を施す。その際、鋼板間の焼き付き防止や、一次被膜形成や、二次再結晶挙動制御などを目的としてＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤が仕上焼鈍前に塗布されてもよい。前記焼鈍分離剤は、一般的に水スラリーの状態で鋼板表面に塗布、乾燥されるが、静電塗布法などを用いてもよい。

続いて、一次被膜形成および二次再結晶を目的として仕上焼鈍が施される。仕上焼鈍は、例えば、バッチ式加熱炉等を用いて、コイル状の鋼板を熱処理することで行われてもよい。さらに、最終的な方向性電磁鋼板の鉄損値をより低減するためには、コイル状の鋼板を１２００℃程度の温度まで昇温させた後に保持する純化処理が施されてもよい。
仕上焼鈍は室温程度から昇温されることが一般的であり、また仕上焼鈍の昇温速度は様々であるが、本発明では特に限定されず、一般的な仕上焼鈍の条件を用いることが可能である。例えば、生産性および一般的な設備制約の観点から５℃／ｈ～１００℃／ｈとしてもよい。また、他の公知のヒートパターンで行ってもよい。冷却過程においても、ヒートパターンは特に限定されない。

仕上焼鈍における雰囲気ガス組成は、特に限定されない。二次再結晶進行過程では、窒素と水素の混合ガスであってもよい。乾燥雰囲気でもよいし、湿潤雰囲気でも構わない。純化焼鈍は、乾燥水素ガスであってもよい。

［平坦化焼鈍を施す工程］
続いて、仕上焼鈍の後、鋼板へ絶縁性および張力付与を目的として、例えば、リン酸アルミニウムまたはコロイダルシリカなどを主成分とした絶縁被膜が鋼板の表面に塗布される。その後、絶縁被膜の焼付、および仕上焼鈍による鋼板形状の平坦化を目的として、平坦化焼鈍が施される。なお、鋼板に対して絶縁性および張力が付与されるのであれば、絶縁被膜の成分は特に限定されない。なお、本実施形態では、需要家の目的によっては、方向性電磁鋼板に磁区制御処理が施されてもよいことは言うまでもない。

最終的な方向性電磁鋼板の、形成された溝形状について、上述した測定方法を用いて、溝深さ半値幅の標準偏差を測定した。実施例に示すように、線状溝を形成する態様１で、以下の実施例に示すように、発明例においては、溝の深さの半値幅の標準偏差は、５μｍ以下となり、均一な溝形状が作製されていた。
線状溝を形成する態様１で形成された溝形状が均一になるメカニズムの詳細は不明であるが、以下のように推察される。鋼板表面に析出しているＭｎＳが、酸洗処理によって、Ｃｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉの硫化物で置換もしくはコーティングされたことで、レジスト皮膜形成用の溶液と鋼板の摩擦が全面で一定になり液だれに差が生じなくなったためであると、推定される。

同様に以下の実施例に示すように、線状溝を形成する態様２で、発明例においては、溝の深さの半値幅の標準偏差は、５μｍ以下となり、均一な溝形状が作製されていた。
線状溝を形成する態様２で形成された溝形状が均一になるメカニズムの詳細は不明であるが、以下のように推察される。鋼板表面に析出しているＭｎＳが、酸洗処理によって、Ｃｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉの硫化物で置換もしくはコーティングされたことで、鋼板表面での伝熱係数が一定になったことや鋼板表面の粗度が一定になり、レーザー等によるレジスト被膜の剥離が均一に生じたためであると、推定される。

以上の工程により、最終的な方向性電磁鋼板を製造することができた。本実施形態に係る製造方法によって、鉄損のばらつきが低減され、磁気特性に優れた方向性電磁鋼板を製造することができた。

以上、本実施形態に係る方向性電磁鋼板ついて説明した。本実施形態に係る方向性電磁鋼板は上述した本実施形態の方向性電磁鋼板の製造方法により製造することができる。ただし、その方法のみに限定されるものではない。

以下に、実施例を示しながら、本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法、および方向性電磁鋼板について、より具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板のあくまでも一例に過ぎず、本実施形態に係る方向性電磁鋼板が以下に示す実施例に限定されるものではない。

酸洗処理にはＣｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉを含有する酸洗溶液を用いて行った。また、酸洗溶液の温度は２５℃にして行った。またｐＨ－１以下は安全の為、実施しなかった。

実施例Ｉ、ＩＩにおいて使用した酸洗液の成分、濃度、ｐＨ値、浸漬時間を表１に示す。

（実施例Ｉ）
本発明の効果を具体的に示す。前述した熱延板焼鈍を行った珪素鋼スラブを用い、グラビアオフセット印刷を用いた工程で方向性電磁鋼板の作製を行った。珪素鋼スラブの組成比は、質量％で、Ｓｉ．：３．３％、Ｍｎ：０．１％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．００８％、Ｓｎ：０．０６％、残部にＦｅ及び不可避的な不純物を有していた。
熱延焼鈍板に、前述した酸洗溶液を用いて酸洗を行った後に、前述した冷延工程を行った試料鋼板にグラビアオフセット印刷を用いて幅約４０μｍの周期的な線状のレジスト皮膜非塗布部を有する被膜を形成した。その後に電解エッチングを行い、図２に示すように、圧延方向と直角方向から１０度の方向（圧延方向に対して８０°の方向）で幅約５０μｍ、溝深さ約２０μｍの溝を５ｍｍ間隔で形成した。
その後、前述した一次再結晶以降の工程を行った。
形成された溝形状について、上述した測定方法を用いて、溝形成後の冷延板の溝形状を、レーザー顕微鏡を用いて、１ｍｍ間隔で測定して、溝深さ半値幅の値を２０点取った時の平均値を求め、半値幅の標準偏差値を得た。

得られた方向性電磁鋼板において鉄損のばらつきを１．７Ｔ、５０Ｈｚでの鉄損の標準偏差値で評価した。鉄損の標準偏差値は、各電磁鋼板の鉄損Ｗ１７／５０をＪＩＳ Ｃ ２５５６に規定されている条件で測定し、その値を１０枚取った時の平均値を求め、標準偏差の値を得た。鉄損の標準偏差値が０．０３Ｗ／ｋｇ以下である場合を合格とした。結果を表２に示す。尚、比較例は、表１に示す比較例の酸洗条件を用いた方向性電磁鋼板で得られた結果である。

（実施例ＩＩ）
前述した熱延板焼鈍を行った珪素鋼スラブを用い、上記した工程で方向性電磁鋼板の作製を行った。珪素鋼スラブの組成比は、質量％で、Ｓｉ．：３．３％、Ｍｎ：０．１％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．００８％、Ｓｎ：０．０６％、残部にＦｅ及び不可避的な不純物を有していた。
熱延焼鈍板に、前述した酸洗溶液を用いて酸洗を行った後に、前述した冷延工程を行った試料鋼板にグラビアオフセット印刷を用いて鋼板全面にレジスト被膜を形成した後にレーザーの照射を行い幅約４０μｍのレジスト皮膜の部分的な除去を行った。
その後、電解エッチングを行い、圧延方向と直角方向から１０度の方向（圧延方向に対して８０°の方向）で幅約５０μｍ、溝深さ約２０μｍの溝を５ｍｍ間隔で形成した。
その後に、前述される一次再結晶以降の工程を行った。
形成された溝形状について、上述した測定方法を用いて、半値幅の標準偏差を測定した。

得られた方向性電磁鋼板１０枚に対して、１．７Ｔ、５０Ｈｚでの鉄損の値を測定し、平均値を求め、各電磁鋼板の鉄損のばらつきを鉄損の標準偏差値で評価した。鉄損の標準偏差値が０．０３Ｗ／ｋｇ以下である場合を合格とした。結果を表２に示す。尚、比較例は、表１に示す比較例の酸洗条件を用いた方向性電磁鋼板で得られた結果である。

Claims (4)

1. 質量％で、
   Ｓｉ：２．５～４．５％、
   Ｍｎ：０．０１～０．１５％、
   Ｃ：０．０８５％以下、
   酸可溶性Ａｌ：０．０６５％以下、
   Ｎ：０．０１２％以下、
   Ｃｒ：０．３％以下、
   Ｃｕ：０．４％以下、
   Ｐ：０．５％以下、
   Ｓｎ：０．３％以下、
   Ｓｂ：０．３％以下、
   Ｎｉ：１％以下、
   Ｓ：０．０１５％以下、
   Ｓｅ：０．０１５％以下、
   Ｂｉ：０．０２％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、
   圧延方向と交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向となる溝が形成された鋼板表面を有する鋼板を備える方向性電磁鋼板であって、
   前記溝の平均深さが１０μｍ～５０μｍであり、
   前記溝深さの半値幅の平均値が１０μｍ～２００μｍであり、
   前記溝の深さの半値幅の標準偏差が５μｍ以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
2. 周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．７Ｔでの鉄損の標準偏差が０．０３Ｗ／ｋｇ以下である請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
3. 質量％で、
   Ｓｉ：２．５％～４．５％、
   Ｍｎ：０．０１％～０．１５％、
   Ｃ：０．０２～０．１０％、
   酸可溶性Ａｌ：０．０１～０．０５％、
   Ｎ：０．００２～０．０１５％、
   Ｃｒ：０．３％以下、
   Ｃｕ：０．４％以下、
   Ｐ：０．５％以下、
   Ｓｎ：０．３％以下、
   Ｓｂ：０．３％以下、Ｎｉ：１％以下、
   ＳおよびＳｅ：合計で０．００１～０．０５０％、
   Ｂｉ：０．０２％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物であるスラブに、熱間圧延を施して、熱延鋼板を得る工程、
   前記熱延鋼板に酸洗を施すことで酸洗板を得る、あるいは前記熱延鋼板に熱延板焼鈍を施すことで熱延焼鈍板を得た後、前記熱延焼鈍板に酸洗を施すことで酸洗板を得る工程であって、酸洗溶液が、Ｃｕ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｏ、ＺｎおよびＮｉのうちから１種または２種以上を含有し、各元素の濃度の合計が０．０００１～０．１０００％以下であり、ｐＨが－１以上５以下であり、液温は１５℃以上１００℃以下であり、鋼板が酸洗溶液に浸漬される時間は５秒以上２００秒以下である酸洗板を得る工程により酸洗板を得て、そして、
   前記酸洗板に冷間圧延を施すことで冷延鋼板を得る工程、
   前記冷延鋼板に、印刷により、周期的な隙間を持つレジスト皮膜を形成する工程、
   前記レジスト皮膜が形成された冷延鋼板を、電解及び酸洗エッチングを行い周期的な溝形成を行う工程
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
4. 前記印刷により、周期的な隙間を持つレジスト皮膜を形成する工程に代えて、前記冷延鋼板に、レジスト皮膜形成用の溶液を塗布し、その後、レーザー、アーク灯、プラズマまたは電子ビームを照射して線状にレジストを除去する工程を有し、
   前記線状にレジスト皮膜が形成された冷延鋼板を、電解及び酸洗エッチングを行い周期的な溝形成を行う工程
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。

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