JPH0867913A - 鉄損の小さい珪素鋼板及びその製造法及び使用法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 いわゆる磁区制御法と称して製品の表面に人
工的欠陥を付与することで鉄損が低減することが知られ
ている。本発明は磁区制御法の物理的原理を追及しさら
に最適な方法を確立するものである。 【構成】 ＧＯＳＳ粒の磁化容易軸の歪弾性エネルギー
がＥｘ〔１００〕≦Ｅｙ〔０１０〕，Ｅｚ〔００１〕の
ときに人工的欠陥の周辺に９０°磁壁及び還流磁区が生
成されることを知見した。Ｅは外力、被膜張力、溝応力
で計算できるので、これにより最適の磁区制御法が推定
され、ひいては操業にも反映させることも考えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄損特性に優れた方向性
電磁鋼板（珪素鋼板とも言う）の製造法及び使用法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年アモルファスの登場に見られるよう
にエネルギー節減のためトランスのエネルギー変換効率
に影響の大きい電磁鋼板の鉄損低減への要求は大きく、
上記の従来技術の延長ではこの要望に耐えることは困難
となってきた。従来技術においては主として二次再結晶
焼鈍後にいわゆる製品鋼板表面に機械的、化学的あるい
はレーザー等のエネルギー照射的な方法で溝あるいはな
んらかの損傷を意図的に与え、磁区細分化を行い、鉄損
を向上せしめる方法が行われている。又、冷間圧延や一
次再結晶焼鈍後に溝等を付与する方法も行われている。
これらの磁区制御法は方向性珪素鋼板の鉄損を下げトラ
ンスのエネルギーロス低減を図る基本的な技術とされて
おり、鋼板の鉄損を小さくする効果があることが知られ
ている。ところが、この機構と原理が必ずしも明確でな
かったため、工業的にその最適な方策が十分行われてい
るとは言えなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を解明し、極めて高磁性の方向性電磁鋼板を得るべ
く新たな製品開発技術を見いだしたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の通
りである。 （１）Ｓｉを１〜７重量％含む方向性珪素鋼板におい
て、｛１１０｝〈００１〉組織における〔１００〕方向
（鋼板長手方向）をｘとし、直角の〔０１０〕，〔００
１〕方向をそれぞれｙ，ｚ方向とするとき、それぞれ各
主軸に生ずる歪弾性エネルギーＥｘ，Ｅｙ，ＥｚがＥｘ
≦Ｅｙ，Ｅｚを満足するような鋼板面垂直方向成分の残
留応力を有する局部的な欠陥が導入された鉄損の小さい
珪素鋼板。

【０００５】（２）８ＭＰａ以上の被膜張力を有する
（１）記載の鉄損の小さい珪素鋼板。 （３）局部的欠陥導入部の中心から３００μｍ以内の鋼
板面垂直方向成分の残留応力が６ＭＰａ以上である
（１）又は（２）記載の鉄損の小さい珪素鋼板。 （４）局部的欠陥導入部の鋼板長手（圧延）方向での平
均間隔が１〜３０ｍｍである（１）ないし（３）いずれ
かに記載の鉄損の小さい珪素鋼板。 （５）歪弾性エネルギーの代わりに、歪弾性エネルギー
に磁気弾性エネルギーを加えたＥｘ′，Ｅｙ′，Ｅｚ′
がＥｘ′≦Ｅｙ′，Ｅｚ′を満足することを特徴とする
（１）ないし（４）いずれかに記載の鉄損の小さい珪素
鋼板。 （６）Ｓｉを１〜７重量％含む方向性珪素鋼板におい
て、｛１１０｝〈００１〉組織における〔１００〕方向
（鋼板圧延方向）をｘ方向、それと直角方向〔０１０〕
方向、〔００１〕方向をそれぞれｙ，ｚ方向とすると
き、それぞれ各主軸に生ずる歪弾性エネルギーＥｘ，Ｅ
ｙ，Ｅｚを下記〜の手順で算出する珪素鋼板の製造
方法。 鋼板長手方向Ｘ、鋼板幅方向Ｙ、Ｘ及びＹと直角方向
をＺとし、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の応力を求める。 試料軸Ｘ−Ｙ−Ｚ軸での応力テンソルσＸ−Ｙ−Ｚを
結晶軸ｘ−ｙ−ｚ軸での応力テンソルσｘ−ｙ−ｚに座
標変換テンソルＴを用いて下記の式より変換する。 σｘ−ｙ−ｚ＝Ｔ^ｔ×σＸ−Ｙ−Ｚ×Ｔ 但し×はテ
ンソルのかけ算 弾性歪テンソルξｘ−ｙ−ｚを立方晶の弾性歪テンソ
ルＳを用いて下記式で求める。 ξｘ−ｙ−ｚ＝Ｓ×σｘ−ｙ−ｚ 弾性歪エネルギーＥを下記式により求める。 Ｅ＝σｘ−ｙ−ｚ×ξｘ−ｙ−ｚ

【０００６】（７）Ｓｉを１〜７重量％含む被膜張力が
８ＭＰａ以上の方向性珪素鋼板を所定の大きさに切断し
トランスに組み込む使用方法において、組み込まれた鋼
板の｛１１０｝〈００１〉組織における〔１００〕方向
（鋼板圧延方向）をｘ方向、それと直角方向〔０１０〕
方向、〔００１〕方向をそれぞれｙ，ｚ方向とし、それ
ぞれ各主軸に生ずる歪弾性エネルギーＥｘ，Ｅｙ，Ｅｚ
がＥｘ≦Ｅｙ，Ｅｚを満足するような鋼板面垂直方向成
分の残留応力が局部的に存在するように組み込むことを
特徴とする鉄損の小さい珪素鋼板の使用方法。

【０００７】（８）機械的方法、エネルギー照射的方
法、電気的方法及び化学的方法のいずれかにより局部的
欠陥導入部及びその周辺部に鋼板面垂直方向成分の残留
応力を存在せしめ、その局部的欠陥導入部の中心から３
００μｍ以内の鋼板面垂直方向成分の残留応力が６ＭＰ
ａ以上であるような（７）記載の鉄損の小さい珪素鋼板
の使用方法。 （９）不均質部の鋼板長手（圧延）方向での平均間隔が
１〜３０ｍｍであるような（７）記載の鉄損の小さい珪
素鋼板の使用方法。 （１０）歪弾性エネルギーの代わりに、歪弾性エネルギ
ーに磁気弾性エネルギーを加えたものを用いることを特
徴とする（７）記載の鉄損の小さい珪素鋼板の使用方
法。

【０００８】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。方向性珪素鋼
板の二次再結晶はＧＯＳＳ方位と呼ばれる｛１１０｝
〈００１〉方位の粒を二次再結晶焼鈍（仕上げ焼鈍とも
呼ばれる）ときに十分成長させることが肝要である。こ
れは一次再結晶焼鈍（一次焼鈍又は脱炭焼鈍とも呼ぶ）
の中のある特定方位粒のみを粗大再結晶させるもので、
この時にインヒビター（Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）と呼ばれ
るＡｌＮ等の微細析出物を仕上げ焼鈍前に十分作ってお
くことが技術上必要であることがよく知られている。そ
して、このために必要な窒素その他の元素を鋼溶製時に
添加すること等が行われる。

【０００９】鋼溶製時に十分低炭素化した鋼では脱炭機
能よりも一次焼鈍後の表面層の酸化物層を変えて、被膜
反応に有利な形にすることがむしろ重要な役割となる。
仕上げ焼鈍前の鋼板にＭｇＯを主体とする通称ＭｇＯパ
ウダーというものをスラリー状に鋼板表面に塗布し、仕
上げ焼鈍工程で被膜生成及び二次再結晶を行わせしめる
のが一つの方法である。通常はこの仕上げ焼鈍中に鋼表
面に生成されるＭｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）か
らなる被膜（一次被膜）の上にさらに最終のラインでリ
ン酸、クロム酸等からなる張力があり、かつ絶縁性の被
膜（二次被膜）を塗布することが行われる。

【００１０】さらに補足すると以下のようになる。トラ
ンス用等の磁気特性に優れた１〜７％のＳｉを含んだ珪
素鋼板を製造するに際して、絶縁特性の確保と鋼板表面
に張力を与えトランスの性能向上に必要な磁気特性を向
上させ、かつ鋼板との密着性が良好な一次被膜を形成さ
せることは従来技術においても方向性電磁鋼板の一つの
重要な課題であった。すなわち、通常の技術では脱炭を
伴う一次再結晶焼鈍後に鋼板にマグネシアと呼ばれる酸
化マグネシウム（ＭｇＯ）の微粉末を水溶させたスラリ
ー状あものを塗り、必要に応じて乾燥させた後、二次再
結晶焼鈍を兼ねる高温仕上げ焼鈍工程で焼成させ、鋼板
中のＳｉＯ_２やＳｉとの反応でフォルステライト（Ｍｇ
_２ＳｉＯ_４）と呼ばれるセラミックス質状の絶縁性の一
次被膜を形成させる。これが鋼板に張力を与え、磁気特
性とりわけ鉄損と呼ばれるトランスの効率を支配する特
性値を向上させるのに有効である。

【００１１】しかも、このフォルステライト形成への状
態が、二次再結晶で鋼板の結晶方位を通称ＧＯＳＳ方位
と呼ばれ、透磁率や磁束密度の向上に不可欠な鋼板長手
方向（圧延方向）に対して｛１１０｝〈００１〉の結晶
方位を有するやや粗大な二次再結晶粒を成長させるのに
も重要な役割を果たしていることもよく知られている。
逆に、二次再結晶焼鈍昇温過程中に十分緻密な被膜が形
成されないまま二次再結晶させようとしても、鋼板内の
インヒビターと呼ばれる微細な窒化物や硫化物等がその
ままの状態で、あるいは分解して早く鋼板外に抜け出て
しまう。このため、昇温中にＧＯＳＳ方位粒を優先的に
成長させ、他の方位粒の成長を抑制させる役目のインヒ
ビター効果が発揮できず、通称、細粒と呼ばれ、ＧＯＳ
Ｓ方位粒の二次再結晶粒の十分な成長が部分的あるいは
全面的に行われない、極めて磁気特性の劣る鋼板を生み
出すことになる。なお、このＭｇＯの中に酸化チタン
（ＴｉＯ_２等）やその他の化合物を添加させ、さらに緻
密な一次被膜を形成させることも行われる。このように
してＧＯＳＳ方位の揃った母材に十分高い張力と絶縁性
を有する被膜を表面に付与された方向性珪素鋼板が製造
可能である。

【００１２】しかしながら最近の省資源化の中ではアモ
ルファストランスに象徴されるように、より鉄損の小さ
い方向性電磁鋼板の開発が必要である。このため近年磁
区制御法と称して鋼板表面に有意の人工的な欠陥を付与
し、これをもって磁区細分化を行う、より鉄損の小さい
方向性電磁鋼板の開発が盛んである。図１は方向性電磁
鋼板の表面の人工欠陥付与による磁区細分化の効果を示
した図である。いわゆる不均質部の人工的欠陥の周りに
９０゜磁壁が生じ、このために三角状の還流磁区が生成
され、一方これにより１８０°磁壁を有するメイン磁区
の細分化が達成され、その結果静磁エネルギーが下が
り、又実用途の鋼板磁界による磁化変化も容易となるの
でエネルギー的にも大変効率的であると言われている。

【００１３】この人工的欠陥を作る方法は多くの発明に
見られるが、それらはいずれもある程度の試行錯誤の繰
り返しと少なからず経験に基づくものが多い。従って、
いわゆる最適の人工的欠陥をどのように作るかは、用い
た手段や機械、電気、化学設備等に依存しているため他
に応用できないばかりか、とりわけ自己の設備において
も最適操業条件を見いだすことが困難であった。さらに
これらの珪素鋼板をトランス用コアとして使用する場合
の使用条件下の磁区制御の効果の最適利用についての知
見がほぼ皆無であった。このことは、磁区生成が外的応
力の影響に敏感である点を考慮すると工業的にさらに磁
区制御の効果を磁区制御の観点からより解明すべきこと
であると考えざるを得ない。本発明はこの磁区細分化に
不可欠の不均質部の人工的欠陥が与えられる条件と還流
磁区を形成している９０°磁壁の生成との間にある物理
的関係を発見し、ひいてはそれを制御することで、経験
だけでない工学的制御因子の把握により最適の人工的欠
陥の付与条件及び利用条件を見いだすことを狙いとして
いる。

【００１４】本発明はまず以下の実験を行った。０．２
３ｍｍの厚みを有し、電流８００Ａでの磁束密度を表す
Ｂ_８が１．９３テスラの方向性電磁鋼板の表面に接触幅
が約４０μｍのボールペンによるケガキ状の人工的欠陥
を鋼板圧延方向にほぼ直角に１０ｍｍピッチで入れた。
この際、鋼の被膜張力を２種類にした。一つ（符号：
Ａ）は最終製品と同様、フォルステライトを主とするい
わゆる一次被膜の上にさらに高張力の絶縁被膜（いわゆ
る二次被膜）を塗布しており、他の一つ（符号：Ｂ）は
この二次被膜を除去している。

【００１５】被膜張力はＡが１４．７ＭＰａ、Ｂが３．
９ＭＰａである。図２はＡ，Ｂのケガキ線の周辺の９０
°磁壁による還流磁区の生成状態を表している。明かに
Ｂの還流磁区の方が大きく、それに伴って１８０°磁壁
を有するメイン磁区の幅も大きく、さらに鉄損もＡがＷ
_{１７／５０}（５０Ｈｚで磁束密度１．７テスラのときの
鉄損）で０．７７Ｗ／ｋｇに対して、Ｂは０．８８Ｗ／
ｋｇと悪い。これはひとつにＢのメイン磁区の大きさに
依存しているが、それを決めるのは図１，２で明かのよ
うに還流磁区の大きさ、具体的には還流磁区が三角形を
しているので、おおまかにはケガキ線からの９０°磁壁
つまり還流磁区の到達距離が小さいほどメイン磁区の細
分化が行われることを示す。

【００１６】本発明ではこの還流磁区のケガキ線からの
距離を９０°磁壁の生成条件から以下のように求めたも
のである。本発明はこの９０°磁壁の生成はＧＯＳＳ方
位の鉄の結晶の三つある磁化容易軸（容易磁化軸とも言
う）の中のｘ方向（〔１００〕方向、鋼板長手方向）の
歪弾性エネルギー（弾性歪エネルギー、弾性（歪）エネ
ルギーとも言う）Ｅｘと直角方向（ｙ方向＝〔０１
０〕、ｚ方向：〔００１〕）の歪弾性エネルギーＥｙ，
Ｅｚとの比が９０°磁壁生成に支配的であることを知見
した。この理由は次のように考えられる。鉄の三つの磁
化容易軸ｘ〔１００〕，ｙ〔０１０〕，ｚ〔００１〕は
それぞれ正の磁歪を有している。このことはわかりやす
く言えば正の弾性歪がどれかに加わると、その方向にス
ピンが向き磁区が生成されることと対応している。

【００１７】通常は製品状態では鋼板の張力等により、
三つの磁化容易軸の中のｘ〔１００〕方向の歪弾性エネ
ルギーが最も大きいのでｘ〔１００〕磁区、つまり１８
０゜磁壁主体のメイン磁区が図１（ａ）のように形成さ
れているが、なんらかの強制的な応力条件によりｙ〔０
１０〕あるいはｚ〔００１〕の歪弾性エネルギーの方が
大きくなりその方向の磁区が形成されると、このとき図
１（ｂ）のように９０°磁壁の生成、つまり還流磁区の
生成が行われることを知見したものである。ここでｙ
〔０１０〕とｚ〔００１〕の歪弾性エネルギーＥｙ，Ｅ
ｚはＧＯＳＳ方位の幾何学的対称性から多少の鋼板内の
方位の回転があっても工業的にはほぼ等しくなると考え
ても実用的には問題ない。図３は鋼板（試料）とＧＯＳ
Ｓ方位との関係を示した図である。

【００１８】すなわち、本発明の知見によれば局部的欠
陥導入部及びその周辺においてＥｘ≦Ｅｙ，Ｅｚを満た
すような応力条件のときに９０゜磁壁つまり還流磁区が
生成され、それによりメイン磁区の細分化が行われるこ
とが明かとなった。ここでＥｘ，Ｅｙ，Ｅｚの求め方を
以下に示す。 鋼板長手方向Ｘ、鋼板幅方向Ｙ、Ｘ及びＹと直角方向
をＺとし、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の応力を求める。 試料軸Ｘ−Ｙ−Ｚ軸での応力テンソルσＸ−Ｙ−Ｚを
結晶軸ｘ−ｙ−ｚ軸での応力テンソルσｘ−ｙ−ｚに座
標変換テンソルＴを用いて下記の式より変換する。 σｘ−ｙ−ｚ＝Ｔ^ｔ×σＸ−Ｙ−Ｚ×Ｔ 但し×はテ
ンソルのかけ算 弾性歪テンソルξｘ−ｙ−ｚを立方晶の弾性歪テンソ
ルＳを用いて下記式で求める。 ξｘ−ｙ−ｚ＝Ｓ×σｘ−ｙ−ｚ 弾性歪エネルギーＥを下記式により求める。 Ｅ＝σｘ−ｙ−ｚ×ξｘ−ｙ−ｚ

【００１９】この計算方法により、いかなる外力条件で
も磁化容易軸の歪弾性エネルギーの計算が可能であり、
上記Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚが求まる。表１は鋼板への外的圧
縮、引張応力、被膜張力、溝の鋼板面垂直方向（Ｚ方
向）の残留応力等を取り入れてＥｘ，Ｅｙ，Ｅｚを計算
した式を示す。さらに表１には磁気弾性エネルギーにつ
いても求めた結果を記載しているが、これについては後
述する。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】さて、実際に本発明の方法でケガキ線から
の還流磁区つまり、９０°磁壁の生成範囲を計算してみ
た。図４は上記Ａ，Ｂの被膜張力のときの外的圧縮、引
張応力及びケガキ溝周辺の鋼板面垂直方向の引張残留応
力の変化による、Ｅｘ≦Ｅｙ，Ｅｚあるいは略してＥｘ
≦Ｅｙ（Ｅｚ）、つまり９０°磁壁生成条件を表した図
である。これによれば試料Ａではたとえば外的付加応力
フリーの条件では溝の残留引張応力が１０ＭＰａと２０
ＭＰａの間、約１５ＭＰａ以上で９０°磁壁が生ずるこ
とがわかる。一方、試料Ｂでは５ＭＰａと２．５ＭＰａ
との間約４ＭＰａ以上の残留引張応力で９０゜磁壁が生
ずることがわかる。この差は被膜張力の差によるもので
ある。

【００２３】さて、府川（日本金属学会誌第４５巻第４
号（１９８１）３８４頁）によれば本発明とほぼ同一条
件のボールペンケガキによる方向性電磁鋼板の溝の周辺
付近の鋼板面垂直方向の引張残留応力の分布は求めら
れ、溝から遠ざかるにつれそれは小さくなる傾向があ
る。従って、図４から得られた被膜張力の異なる試料
Ａ，Ｂの上記に記述した溝周辺に９０゜磁壁の出る鋼板
面垂直方向の残留引張応力１５ＭＰａ，４ＭＰａと府川
の溝周辺の残留引張応力分布を照らし合わせることで９
０°磁壁の生成範囲が読み取れる。図５はこれを示した
もので、これによると試料Ａでは溝中心部から約２５０
μｍ、Ｂでは約４３０μｍとなる。

【００２４】これは図２の実験結果のＡの１９０μｍ、
Ｂの４２０μｍと極めてよく対応している。このことは
外的応力、被膜張力、溝周辺引張残留応力を取り入れ歪
弾性エネルギーＥｘ≦Ｅｙ（Ｅｚ）の計算から得た図４
の予測が実用に供し得ることを示したものである。この
ことは還流磁区の大きさ、つまり１８０゜磁壁を有する
メインの磁区細分化の程度がＥｘ≦Ｅｙ（Ｅｚ）の条件
で算出できることを意味している。これは従来、経験的
に取り扱われていた磁区制御による低鉄損化の最適条件
が図れることを意味し、鋼板の被膜張力がある程度大き
い鋼で、鋼表面にある程度規則的な不均質部（人工的欠
陥）が存在し、かつその人工的欠陥（溝等）周辺の鋼板
面垂直方向応力の存在下で、Ｅｘ≦Ｅｙ（Ｅｚ）を満た
す条件が必要であることを示している。これにより磁区
細分化への外的条件の定量化が行われ、これが本発明の
知見の最大の骨子であり、従来の工業的知見には見られ
ないものである。本発明で重要な点は９０°磁壁、つま
り還流磁区の生成範囲である。

【００２５】上記の実験で明かなように同じ溝等の人工
的欠陥を鋼板表面に作っても被膜張力の大小でＥｘ≦Ｅ
ｙ（Ｅｚ）を満たす溝等からの領域は異なってくるの
で、還流磁区の大きさ、つまり、１８０゜磁壁を有する
メイン磁区の磁区細分化状態は異なってくる。本発明に
よれば、定性的には被膜張力の大きい方が、Ｅｘ≦Ｅｙ
（Ｅｚ）を満たして９０°磁壁を生成する臨界の鋼板面
垂直方向の残留引張応力（引張残留応力とも言う）は高
い（例：試料Ａの１５ＭＰａ）が、還流磁区の生成範囲
の溝等からの距離が短く、このことが図１，２から類推
されるように、ひいてはメイン磁区の磁区細分化が十分
行われ、低鉄損化がもたらされることが知見された。

【００２６】一方、この考えに従えば、当然、溝等の人
工的欠陥を小さくしたり、浅くしたりして周辺部の引張
残留応力を小さくすれば、被膜張力が小さくて図４から
推定されるように９０°磁壁を生成する臨界の鋼板面垂
直方向の残留引張応力が小さくても、還流磁区の生成範
囲の溝等からの距離がやはり小さくなり、ひいてはメイ
ン磁区の磁区細分化が行われることも予測される。但し
本発明によれば、後者の場合、溝等の人工的欠陥を小さ
くしたり、浅くしたりして周辺部の鋼板面垂直方向の引
張残留応力を小さくし、一方被膜張力を小さくして９０
°磁壁の生成する鋼板面垂直方向の臨界応力も小さくし
て（例：試料Ｂの４ＭＰａ）、なおかつ安定した値を得
ることは工業的に不安定になりやすい点が認められた。
さらに被膜張力を小さくすることで、高磁束密度の磁化
下での負の磁歪等の増加もあり、可能であれば被膜張力
を高くし、Ｅｘ≦Ｅｙ（Ｅｚ）を満たして、メインの磁
区の細分化を図る方が工業的には好ましいことが知見さ
れた。

【００２７】本発明によれば方向性珪素鋼板の被膜張力
が８ＭＰａ以上であれば上記の被膜張力が小さいことに
よる溝等局部的欠陥導入部の周辺の鋼板面垂直方向の引
張残留応力の不安定さや高磁束密度の負の磁歪の発生等
が防止しやすいことが明かとなった。同様に溝等局部的
欠陥導入部の周辺の鋼板面垂直方向の引張残留応力が小
さすぎても本発明の要件を満たすことは工業的に不安定
になりやすく、溝等人工的欠陥の中心部から３００μｍ
以内でのそれが６ＭＰａ以上であれば十分安定して磁区
細分化が達成され、鉄損が小さくなることがわかった。

【００２８】さらに、不均質部について述べたい。前述
のように周辺部の鋼板面垂直方向の引張残留応力を生じ
るような人工的欠陥であれば、その方法を問わない。こ
の引張残留応力は加工後の製品の使用中の磁区細分化を
考える場合には残留応力だけでなく直後の付加応力が鋼
板面垂直方向に加わる場合も本発明に含まれることは理
論計算上明かである。さらに、これらの周辺部の鋼板面
垂直方向の応力は引張応力に限定されず、圧縮応力でも
有効であることは、表１の式から明かである。

【００２９】又、トランス組立や使用等実用途において
鋼板の長手方向、幅方向あるいは鋼板面垂直方向の圧縮
や引張の応力が加わることは多いが、この場合も表１の
式から計算して、本発明の局部的欠陥導入部及び近傍で
Ｅｘ≦Ｅｙ（Ｅｚ）の条件で磁区細分化の最適条件を求
めることが可能である。さて、本発明のこの不均質部は
前述の図５の説明で明かなように溝等の人工的欠陥の周
辺に鋼板面垂直方向の残留応力がすそ野を引いたような
ある分布を有していることと、さらに図１，２から類推
されるように局部的欠陥導入部同士の間に１８０゜磁壁
を有するメインの磁区が存在することが重要であり、本
発明によれば図５から類推されるように好ましくは、１
ｍｍ以上の間隔が必要である。

【００３０】被膜張力が高い場合か鋼板面垂直方向残留
応力が高い場合は十分な１８０°磁壁を有するメインの
磁区が存在し、さらに安定して鉄損を下げるためには２
ｍｍ以上必要である。一方、３０ｍｍ超では広すぎて還
流磁区を形成して磁化変化を容易にする効果が期待でき
なくなる。さてこの人工的欠陥はケガキや突起付きロー
ル圧延に代表される機械的方法、レーザーやプラズマ照
射に代表されるエネルギー照射法、線条加熱、冷却等電
気的方法や局部的水圧法あるいは鋼板への腐食性の強い
液体、ガス、イオン、部分メッキ等による化学法等なん
でもよい。

【００３１】前二者は上記実験に示されるように鋼板面
垂直方向の引張残留応力が生じやすいことは容易に想像
できるが、一方、化学的方法で、たとえば鋼板製造の冷
延、一次焼鈍等の途中過程で鋼板に溝等の人工的欠陥を
作る場合もその後の工程、たとえば、二次再結晶焼鈍後
の形状矯正ライン（最終焼鈍ライン）等でのフラットニ
ング時あるいは鋼板の使用時に、溝部等人工的欠陥部の
周辺に鋼板面垂直方向の応力あるいは条件によっては局
所的な鋼板長手方向の圧縮応力も生じ、表１から類推さ
れるように、局所的にＥｘ≦Ｅｙ（Ｅｚ）の９０°磁壁
を生成することが容易に推定される。さらに、上記以外
の方法で人工的欠陥を鋼板の局所的不均質部として形成
し、Ｅｘ≦Ｅｙ（Ｅｚ）等の条件を満たす場合は本発明
の主旨に反するものではないことは明白である。

【００３２】なお、本発明で鋼の被膜張力の測定法の一
例を述べる。これは一般的に行われているように、鋼板
の片側面の被膜のみを剥離あるいは溶失させて、その際
の鋼板の反り量から弾性学的計算で被膜張力を推定する
方法である。ここで、被膜張力は通常の方向性珪素鋼板
の製品であれば、フォルステライト等の一次被膜と有機
物、半有機物、無機物、金属間化合物等からなる絶縁性
機能も兼ね備えた二次被膜の双方からくる被膜の張力を
意味するが、その一方のみ、又は、ゾルゲル法等の湿式
法による被膜形成、化学的蒸着法や物理的蒸着法等によ
る被膜形成を施す場合等被膜張力を発揮するならばいか
なる方法も本発明の主旨に反しないことは言うまでもな
い。

【００３３】本発明でさらに重要な点は以下の点であ
る。一般的には人工的局部的欠陥は方向性珪素鋼板の最
終製造工程までの製造過程で形成することが多いが、本
発明においては前述の基本原理からも予測されるよう
に、製品の使用過程の条件を利用しても十分適用でき
る。たとえば、通常の通り特に人工的欠陥を施さない鋼
板においてもたとえばトランス用コア組立時やトランス
使用時に機械的、エネルギー照射的、電気的方法等で不
均質部を有意に形成させて前述のＥｘ≦Ｅｙ（Ｅｚ）を
べースとした局所的な９０°磁壁の形成による鋼板の磁
区細分化を実現し、鉄損を小さくすることが可能であ
る。例として挙げれば、トランスコアの積み、あるいは
巻き時にある間隔で鋼板の間にワイヤーや固形物を挿入
し組み立てる方法やあるいはエネルギー照射や局部的加
工歪を加える等の方法である。

【００３４】なお、９０゜磁壁つまり還流磁区生成に関
してなぜ歪弾性エネルギーがこのように影響が大きいか
に触れる必要がある。一般的に、過去の研究によれば、
９０°磁壁の生成を支配する要因は磁気弾性エネルギー
Ｅａ＝−（３／２）λ_１００σγ_ｉ ^２（ここでγ_ｉは応
力σの〔１００〕（ｉ＝１）、〔０１０〕（ｉ＝２）、
〔００１〕（ｉ＝３）磁化容易軸への方向余弦、λ
_１００は容易磁化軸〈１００〉の磁化による伸び歪を表
す）と純粋に応力による磁化容易軸〈１００〉への歪弾
性エネルギーの和（本発明ではＣｏｍｂｉｎｅｄ Ｅｎ
ｅｒｇｙとする）に支配されると考えられる。なお、本
発明では磁気弾性エネルギーは複数の応力の組み合わせ
を考慮し、表１のような式となる。

【００３５】しかしながらいちいちＣｏｍｂｉｎｅｄ
Ｅｎｅｒｇｙ（Ｅｘ′（〔１００〕）、Ｅｙ′（〔０１
０〕）、Ｅｚ′（〔００１〕））を計算することは工業
的には煩雑である。図６はこれらのエネルギーの関係を
例で示した。図６で明かのように歪弾性エネルギーは相
対的に磁気弾性エネルギーより大きく、歪弾性エネルギ
ーＥｘ，Ｅｙ，Ｅｚの関係はＣｏｍｂｉｎｅｄ Ｅｎｅ
ｒｇｙ Ｅｘ′，Ｅｙ′，Ｅｚ′の関係と対応してお
り、ＥｘとＥｙ，Ｅｚとの大小関係はＣｏｍｂｉｎｅｄ
Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｘ′とＥｙ′，Ｅｚ′との大小関係
とほぼ類似している。つまり、９０°磁壁の生成しやす
さを本発明の簡便な歪弾性エネルギーで比較することの
工業的意義がここに認められる。

【００３６】さて、ここで方向性珪素鋼板の製造方法に
触れる必要がある。前述のように本発明が可能な珪素鋼
板はＳｉを主として含有する。Ｓｉは１％未満では鉄損
が劣化するが、一方、７％超では硬くなりすぎて冷間加
工に耐えられない。一般にＡｌを含有し、Ｓｉ_３Ｎ_４以
外にＡｌＮ、又鋼中のＳが多い場合はＭｎＳを主要イン
ヒビターとする鋼がよく使われるが、本発明はＳｉ以外
は鋼成分を特に限定するものではない。もちろんＳｉ，
Ａｌ以外に、Ｐ，Ｓ，Ｍｎ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ｓｅ，Ｓｂ，
Ｂ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｂｉ等の他の添加元
素を付加的に添加させ、磁気特性の向上を図ることは本
発明の基本を変えるものではない。

【００３７】以下主要元素の適正範囲を述べる。Ｓｉは
本発明においては上記のようにフォルステライト形成及
び低鉄損化のために最低１％は必要である。一方、７％
を超えると二次再結晶で十分なＧＯＳＳ方位の二次再結
晶粒の確保がむずかしくなり、一方Ｂ_８を高くするため
に好ましくは５％以下がよい。ＡｌはＡｌＮインヒビタ
ー形成に有効であり、鋼溶製時に酸可溶Ａｌで最低０．
０１０％は必要である。しかし本発明では酸可溶Ａｌ量
で０．０５％を超えると適量のＡｌＮが生成されないば
かりかＡｌ_２Ｏ_３生成量も多くなり鋼の清浄度を損な
い、かつ磁気特性に悪影響をもたらす。

【００３８】ＮはＳｉ_３Ｎ_４及びＡｌＮのインヒビター
を形成するのに不可欠であり、本発明においては、鋼溶
製時に最低０．００３０％は必要である。一方、０．０
３００％を超えるとＡｌやＳｉを食いすぎて二次再結晶
に好ましくない。Ｓはこれを積極的に利用する場合は鋼
溶製時に最低０．００８％はＭｎＳをインヒビターとし
て有効に使うのに必要である。一方、０．０６％超では
ＭｎＳが凝集して好ましくない。二次再結晶前になんら
かの方法で侵硫する方法でも同様の効果が期待できる。
Ｍｎも、インヒビターにＭｎＳを利用する場合は、Ｍｎ
Ｓ生成に必要で鋼溶製時に最低０．０３％は確保すべき
である。しかし０．２０％を超えるとかえってＭｎＳは
できにくい。しかしながら、Ｍｎの電気抵抗率の高いこ
とを利用する場合は４％までは問題ない。Ｃは熱延での
γ量確保及び適度の熱間変形抵抗を得るために必要で鋼
溶製時に最低０．００１％は本発明の磁気特性確保に必
要である。０．１２％を超えると、一次再結晶焼鈍時に
好ましい集合組織が得にくい。二次再結晶の安定化のた
めには好ましくは０．０２〜０．１０％がよい。

【００３９】Ｐも０．１５％以下であれば磁束密度向上
に好ましい働きがある。Ｓｎ，Ｓｂ，Ｓｅ，Ｐｂ及びＣ
ｕは本発明でも鉄損低減に極めて有効である。その一種
以上の合計が０．０２％未満ではその結果は認められ
ず、一方０．５０％超では一次被膜が十分できず、好ま
しくはない。Ｂｉ，Ｈｆ等も０．０１５％以下であれば
磁束密度向上に有効である。

【００４０】次に化学成分以外の本発明の製造方法につ
いて述べる。鋼を転炉又は電気炉等で出鋼し、必要応じ
て精錬工程を加えて成分調整を行った溶鋼を連続鋳造
法、造塊分塊圧延法あるいは熱延工程省略のための薄ス
ラブ連続鋳造法等により、厚さ３０〜４００ｍｍ（薄ス
ラブ連続鋳造法では５０ｍｍ以下）のスラブとする。こ
こで、３０ｍｍは生産性の下限であり、４００ｍｍは中
心偏析でＡｌ_２Ｏ_３等の分布が異常になることを防ぐた
めの上限である。又５０ｍｍは冷速が小さくなって粗大
粒が出てくることを抑制するための上限である。

【００４１】該スラブをガス加熱、電気利用加熱等によ
り１０００℃以上で再加熱を行い、引き続き熱間圧延を
行って厚さ１０ｍｍ以下のホットコイルとする。ここで
１０００℃はＡｌＮ溶解の下限である。ＭｎＳを利用す
るときは１２５０℃以上が好ましい。１４００℃超では
表面肌あれが出やすい。又１０ｍｍは適正な析出物を生
成する冷速を得る上限である。なお、薄スラブ連続鋳造
法では直接コイル状にすることも可能であり、そのため
には１０ｍｍ以下が好ましい。このように作ったホット
コイルを再び８００〜１２５０℃で焼鈍し、しかる後に
水冷、空冷、その他、あるいはそれらの組み合わせで適
宜磁性向上を図ることもしばしば行われる。ここで８０
０℃はＡｌＮ再溶解の下限であり、１２５０℃はＡｌＮ
粗粒化防止の上限である。

【００４２】熱間圧延の途中に保熱したり、コイル通し
をつなげたりして連続熱延をすることは本発明でも有効
である。かかる処理工程の後、ホットコイルを直接又は
バッチ的に酸洗後冷間圧延を行う。冷間圧延は圧下率６
０〜９５％で行うが、６０％は本発明で再結晶可能な限
界であり、好ましくは７０％以上が一次焼鈍で｛１１
１］〔１１２〕方位粒を多くして、二次再結晶焼鈍時の
ＧＯＳＳ方位粒の生成を促進させる下限であり、一方９
５％超では二次再結晶焼鈍で首振りＧＯＳＳ粒と称する
ＧＯＳＳ方位粒が板面内回転した磁気特性に好ましくな
い結晶粒が生成される。以上はいわゆる一回冷延法で製
造する場合だが、なお、二回冷延法と称して冷延−焼鈍
−冷延を行う場合は、一回目の圧下率は１０〜８０％、
二回目の圧下率は５０〜９５％となる。ここで１０％は
再結晶に必要な最低圧下率、８０％と９５％はそれぞれ
二次再結晶時に適正なＧＯＳＳ方位粒を生成させるため
の上限圧下率、又５０％は二回冷延法においては一次焼
鈍時の｛１１１｝〔１１２〕方位粒を適正に残す下限圧
下率である。

【００４３】なお、通称パス間エージングと称し、冷間
圧延の途中で鋼板を適当な方法で１００〜４００℃の範
囲で加熱することも磁気特性の向上に有効である。１０
０℃未満ではエージングの効果がなく、一方、４００℃
超では転位が回復してしまう。一回冷延法でも二回冷延
法でも一次再結晶焼鈍（脱炭焼鈍とも言う）を行うわけ
であるが、この焼鈍で脱炭を行うことは有効である。前
述のようにＣは二次再結晶粒の成長に好ましくないばか
りか、不純物として残ると鉄損の劣化を招く。なお、鋼
の溶製時にＣを下げておくと脱炭工程が短縮化されるば
かりか｛１１１｝〔１１２〕方位粒も増やすので好まし
い。なお、この脱炭焼鈍を兼ねる一次再結晶焼鈍工程で
適正な露点を設定することで後の一次被膜生成に必要な
酸化層の確保が行われる。

【００４４】一次再結晶焼鈍温度は７００〜９５０℃が
好ましい。ここで７００℃は再結晶可能な下限温度であ
り、９５０℃は一次再結晶の粗大粒の発生を抑制する上
限温度である。さらに本発明で重要な点は脱炭を兼ねる
一次再結晶焼鈍での酸化量が酸素量（〔Ｏ〕量）で２５
〜１２００ｐｐｍでかつＦｅＯ／ＳｉＯ_２が０．７０以
下が好ましい。〔Ｏ〕が２５ｐｐｍ未満では一次被膜生
成に必要な最低の酸素量が確保できず、一方〔Ｏ〕が１
２００ｐｐｍ超では必然的に酸化膜中のＳｉＯ_２量、Ｆ
ｅＯ量が多くなり、酸化膜の厚みも増すため、高温仕上
げ焼鈍中でのグラス被膜分解反応を行うに際し、不利と
なる。好ましくは〔Ｏ〕量で４００〜１０００ｐｐｍで
ある。一方ＦｅＯ／ＳｉＯ_２は０．７０以下が好ましい
が、これは０．７０超では高温仕上げ焼鈍前半のグラス
被膜形成反応性が極端に増し、前半でのフォルステライ
ト形成量が増大するため、後のフォルステライトの分解
反応工程で十分に反応が進行しない。さらに一次焼鈍後
にアンモニアガス等を使って、鋼板に窒化することも必
要により行われる。これでＡｌＮを鋼中に富化させ、後
の二次再結晶でより方位集積度の高い鋼板が製造可能と
なり、磁性にも好ましいからである。一次再結晶焼鈍
後、酸化マグネシウム（ＭｇＯを主成分とする。以下Ｍ
ｇＯと呼ぶ）パウダーを水又は水を主成分とする水溶液
に溶かしスラリー状にして鋼板に塗布する。この際、後
の二次再結晶焼鈍時にＭｇＯパウダーの溶融を容易にさ
せ、フォルステライト生成反応を促進させる目的で、適
当な化合物を微量添加することも行われる。ＴｉＯ_２を
添加する場合は１〜１５％が好ましいが、ここで１％は
フォルステライト反応促進効果を発揮する下限であり、
１５％超ではＭｇＯが少なくなってかえってフォルステ
ライト反応が進まない。

【００４５】Ｓｂ_２（ＳＯ_４）_３等のアンチモン系の化
合物はＭｇＯを比較的低温で溶融させるのに効果があ
り、添加を行う場合は０．０５〜５％が好ましい。ここ
で、０．０５％は上記低温溶融を起こす下限であり、一
方、５％を超える場合は多すぎてＭｇＯのフォルステラ
イトの本来の反応を不活性化する。Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７等の
ボロン系の化合物及びそれと同様の作用を持つストロン
チウム・バリウム系、炭・窒化物系の化合物はアンチモ
ン系よりは比較的高温でＭｇＯを溶融させるのに効果が
あり、添加する場合は０．０５〜５％が好ましい。ここ
で、０．０５％は上記の効果を発揮する下限であり、一
方５％超ではやはりＭｇＯのフォルステライトの本来の
反応を不活性化するので好ましくない。

【００４６】なおこれらの化合物は互いに複合して添加
することも可能である。但し、アンチモン系の低温溶融
型とボロン系の高温溶融型の化合物を混ぜて使用すると
きは、その効果は高温溶融型に近いことになるが、本発
明の主旨と矛盾するものではなく、その場合は本発明の
高温溶融型の昇温速度をとることが好ましい。なお、こ
こで添加する化合物の％はＭｇＯの重量を１００％とし
たときの重量比を％で示してある。又ＭｇＯの水和水分
も重要であり、本発明では０．５〜５％に制約される。
０．５％未満ではマグネシアの反応性が劣化し、一方、
５％超では鋼板間の露点が高くなって昇温時前段で追加
酸化を生じ表面に酸化膜のむらを生じて均一な一次被膜
を得ることができない。

【００４７】フォルステライトの生成はＭｇＯと鋼板中
の表面濃化したＳｉが反応し、 ２ＭｇＯ＋ＳｉＯ_２→Ｍｇ_２ＳｉＯ_４ の反応を起こしたものと一般的に考えられている。さら
に一次被膜の形成過程と珪素鋼板の諸性質との因果関係
が明確になれば当然被膜張力の改善のため工業的にそれ
を製造に反映させることができることになる。

【００４８】Ｓｂ系の化合物をＭｇＯに微量添加した場
合、ＭｇＯの溶融は比較的低温で行われるので、たとえ
ば二次再結晶焼鈍の昇温速度を比較的小さくした方がよ
り早くフォルステライトの生成を促進させ、優れた一次
被膜を生成させやすいことになる。なおアンチモン（Ｓ
ｂ）系の化合物とは当実験で用いたＳｂ_２（ＳＯ_４）_３
のみならずＳｂを含む他の化合物を含む。一方、同じ低
融点化合物でもボロン（Ｂ）系の化合物をＭｇＯに微量
添加した場合はＭｇＯの溶融はＳｂ系の化合物よりも比
較的高温で行われるので、たとえば二次再結晶焼鈍の昇
温速度を比較的大きくした方がより早くフォルステライ
トの生成を促進させる。なおボロン（Ｂ）系はＮａ系の
みならずＮａの代わりにＣａ，Ｍｇ等を含む化合物やほ
う酸（Ｈ_３ＢＯ_３）やほう酸ソーダも含まれる。

【００４９】さらに、アンチモン系よりも高融点系とい
う点でストロンチウム・バリウム系、炭・窒化物系、硫
化物系、塩化物系もボロン系と同等の作用が認められ
る。この中でもＭｇＣｌ_２は被膜形成促進に有効であ
る。これらの化合物を総称して非アンチモン系と呼ぶこ
とにする。このように二次再結晶焼鈍の昇温速度はとり
わけ本発明では重要である。すなわち、ＭｇＯ中に添加
する化合物の種類によって昇温速度を変化させることが
必要である。アンチモン系の化合物をＭｇＯに添加する
場合は８００℃〜最高到達温度の平均昇温速度は毎時
０．１〜８０℃の比較的小さいことが必要である。ここ
で、０．１℃／時は工業的昇温速度の下限であり、一方
前述のようにＭｇＯがアンチモン系の化合物の添加では
低温で溶融するためより早く確実にフォルステライトの
生成を行っておく必要があり、それには昇温速度は８０
℃／時以下にしておく必要がある。

【００５０】一方、ボロン系、ストロンチウム・バリウ
ム系、炭・窒化物系、硫化物系及び塩化物系では上記平
均昇温速度は毎時５〜４００℃が好ましい。すなわち、
高温溶融型の化合物の添加ではＭｇＯの溶融を比較的高
温で起こすため早く高温に到達するため５℃／時以上の
昇温速度が必要であり、一方、４００℃／時超では二次
再結晶そのものがインヒビターとの関係で十分行われな
い。

【００５１】なお、ＴｉＯ_２等の酸化物を添加させ高温
反応を容易にすることが行われるが、本発明の上記の添
加物の効果はその酸化物の添加量に関係なく発揮される
ので本発明においてはＭｇＯにＴｉＯ_２等の酸化物が添
加されても、これをプレインと称してベース材の一部と
みなしている。なお、近年アモルファス並みの低鉄損の
材料が珪素鋼板でも要求される場合があるが、この場合
やあるいは特別の用途、たとえば硬い被膜を有するがた
めの珪素鋼板切断時の工具寿命の低減を要求される場合
に、鋼板のいわゆる一次被膜と呼ばれるフォルステライ
トの量を極力少なくするかあるいはなくす方法がとられ
ることがある。このような鋼板には従来法では通常、二
次被膜と呼ばれる張力性の絶縁コーティングやさらに高
張力のコーティングであるゾルゲル法やイオンプレーテ
ィング、化学蒸着法、物理的蒸着法等が施される場合が
多いが、このような場合にも本発明の方法は極めて有効
である。

【００５２】このように方向性珪素鋼板の特性にとりわ
け本発明で重要な支配要因となる一次被膜は本発明によ
り、その組成分布の解明及びそれと相関を有する製造方
法との組み合わせにより、ある程度自由にコントロール
することが可能となった。二次再結晶を兼ねる仕上げ焼
鈍は最高到達温度を１１００〜１３００℃で行うのが好
ましい。１１００℃は二次再結晶が行われる下限の温度
であり、一方１３００℃超は結晶粒が粗大化しすぎて鉄
損の劣化を招く。この二次再結晶焼鈍で重要な点は以下
の通りである。

【００５３】本発明ではＭｇＯパウダーへ特殊添加物の
効果でフォルステライトを主成分とする一次被膜が極端
に少なくなるか、なくなるので、焼鈍中に二次再結晶に
必要な窒素系のインヒビター（ＡｌＮ，Ｓｉ_３Ｎ_４等）
も仕上げ焼鈍中に逃げやすい傾向にあるが、一方、Ｍｎ
Ｓをインヒビターとして積極的に使用する場合はＭｎＳ
のインヒビターの機能も重要であり、このときは仕上げ
焼鈍の雰囲気ガス中の窒素分圧（Ｐ_Ｎ２）を４０％以下
とすることで鋼中へのＮの侵入を防ぐことが必要で、こ
れにより安定した二次再結晶を得ることが可能である。
もし８００℃〜最高到達温度の温度範囲でＮが多く侵入
するとＡｌＮが多すぎ、ＭｎＳのような適度の強さのイ
ンヒビターと異なり二次再結晶焼鈍での健全なＧＯＳＳ
方位の結晶粒の成長が期待できない。しかしながらＭｎ
Ｓを積極的に使用せず、ＡｌＮにインヒビター機能を依
存する場合はむしろ、仕上げ焼鈍中の８００〜１０５０
℃のＮ_２分圧を上げた方が好ましいことが多く、２０％
以上にする。なお、７００℃未満ではＮの侵入は行われ
ず、最高到達温度超では二次再結晶等が完了してしま
う。さらに好ましくは水素雰囲気でこの焼鈍を行えば極
めて優れたＧＯＳＳ方位の二次再結晶が得られる、こと
も本発明の成果である。

【００５４】さて、本発明では前述のように二次再結晶
を終了した後、ヒートフラットニング焼鈍や絶縁被膜を
塗布する前後のいわゆる製品板に、あるいは途中の冷間
圧延や一次焼鈍等の中間工程の間で鋼板表面に人工的欠
陥を機械的、化学的、光学的、熱的、電気的その他のエ
ネルギー付加的な方法で間隔を開けてある程度規則的な
配列で付与せしめることが重要である。この溝等人工的
欠陥の付与の仕方は溝付きロール、溝付き又は歯型プレ
ス等の機械的方法、レーザー、プラズマ等のエネルギー
照射方法、水、油等を高圧で吹き付ける方法、電気的加
熱、冷却法や酸等による化学的腐食、電気的腐食による
方法、あるいはそれらを組み合わせた方法等、基本的に
手段はどれでもよく、又前述のように鋼板製造途中の工
程でもよい。

【００５５】人工的欠陥の形成方法は前述の通りどれで
もよいが、たとえば機械的方法や化学的方法で溝を作る
場合には、その最大部の平均の深さが５０μ超では深す
ぎて磁束の円滑な流れを妨げてかえって鉄損も悪くな
る。好ましくは３０μ以下がよい。溝は必ずしも規則的
に配列されている必要はないが、工業的にはその方が作
りやすい。これは、９０°磁壁生成による磁区細分化が
規則的に行われるからである。この場合さらに鋼板幅方
向等に人工的欠陥の連鎖又は連続したその方向は通常鋼
板長手方向に対し４５°から直角までの角度を有し、か
つ長手方向にほぼ一定のピッチで刻まれることが好まし
い。４５°未満では応力分布が不均一になりやすく１８
０゜磁壁を有するメイン磁区の磁区細分化の効果が十分
好ましくならないからである。又、溝のピッチは鋼板長
手方向において平均１〜３０ｍｍが好ましいがその理由
は前述の通りである。

【００５６】以上が本発明の珪素鋼板の製造方法での重
要な部分であるが、前述のように工業的にはさらに絶縁
特性や磁気特性を向上させる目的で二次再結晶後の鋼板
に有機質や無機質による絶縁被膜を有する高張力被膜
（コーターロール法やゾルゲル法）を熱処理等と組み合
わせて塗布したり、ゾルゲル法、化学的，物理的蒸着法
等で塗布することがとりわけ重要である。とりわけフォ
ルステライト等の高張力特性を有する一次被膜が極端に
少ないか、ない場合はそれを補完するべく高張力特性を
有する絶縁被膜を塗布することが効果的である。

【００５７】

【実施例】表２及び表３の化学成分を有する鋼を表２及
び表３の製造方法で方向性電磁鋼板を製造した。なお、
ここで脱炭（一次）焼鈍のＦｅＯ／ＳｉＯ_２は０．１０
〜０．５０にあり、又酸素量は４００〜１０００ｐｐｍ
の範囲にあった。脱炭焼鈍の昇温速度はＢ−２，Ｂ−
３，Ｅ−３は２００℃／秒であるが、他は全て１０〜４
０℃／秒で行った。一方、Ｄ−１，Ｄ−２，Ｅ−１〜Ｅ
−５以外は冷間圧延中に２５０℃のパス間エージングを
施した。一次焼鈍後の鋼板に焼鈍分離材のパウダーを塗
布したが、パウダーは水に溶解させスラリー状にして塗
布後、３５０℃で乾燥させた。ＭｇＯの水和水分は１〜
３％とした。この表で、％はＭｇＯの重量を１００％と
したときの重量比率である。しかる後に、８００℃〜最
高到達温度の平均昇温速度をＥ−３，Ｅ−４は１００℃
／時、Ａ−１，Ａ−２は３℃／時だが他は全て１０〜３
０℃／時で二次再結晶焼鈍を行い、さらにフラットニン
グ焼鈍（最終焼鈍）処理を施した。又、鋼板製品の
Ｂ_８、鉄損の測定はエプスタイン法を使用した。

【００５８】表３の実験はＰ−４，Ｐ−５を除き方向性
電磁鋼板の製品段階では不均質部の人工的欠陥を作らず
に、トランスコアを加工する段階で人工的欠陥を作っ
た。Ｐ−４，Ｐ−５は鋼板製品の段階でもレーザー照射
を施した。表３では組み立て後のトランスコアの鉄損を
測定した。Ｂ_８は８００Ａ／ｍの磁束密度（テスラ）を
表し、Ｗ_{１７／５０}は５０Ｈｚで１．７テスラのときの
鉄損（Ｗ／ｋｇ）を表す。不均質部の人工的欠陥の中心
から３００μｍでの鋼板面垂直方向の応力は負の符号の
付いたもの（圧縮（残留）応力）以外は引張（残留）応
力を表す。なお、鋼板の被膜でグラスレスとあるのは僅
かにフォルステライト被膜等が残り、鋼の結晶粒界がは
っきり肉眼で見える程度の一次被膜が殆どないか極めて
少ない状態を表し、一方、鏡面とはフォルステライトが
ないばかりか、表面の鉄面が光沢をもって露出した鏡面
状の状態を表す。

【００５９】又、人工的欠陥の周辺の磁化容易軸のエネ
ルギーＥｘ（〔１００〕），Ｅｙ（〔０１０〕）及びＥ
ｚ（〔００１〕）は前述の方法（表１参照）で求めたも
のである。なお、Ｅ−３〜Ｅ−５については鋼板長手方
向に圧縮応力を２ＭＰａ、Ｓ−６，Ｓ−７についてはそ
の上さらに鋼板幅方向に１ＭＰａの引張応力をかけなが
ら、一方Ｂ−３〜Ｂ−６，Ｓ−９〜Ｓ−１１は鋼板面垂
直方向に圧縮応力を０．５ＭＰａをそれぞれかけなが
ら、磁性測定、歪弾性エネルギー計算を行った。

【００６０】

【表３】

【００６１】

【表４】

【００６２】

【表５】

【００６３】

【表６】

【００６４】

【表７】

【００６５】

【表８】

【００６６】

【表９】

【００６７】

【表１０】

【００６８】

【表１１】

【００６９】

【表１２】

【００７０】

【表１３】

【００７１】

【表１４】

【００７２】

【表１５】

【００７３】

【表１６】

【００７４】

【表１７】

【００７５】

【表１８】

【００７６】

【表１９】

【００７７】

【表２０】

【００７８】

【表２１】

【００７９】

【表２２】

【００８０】

【表２３】

【００８１】さて、表２，表３で明かなように、不均質
部周辺の磁化容易軸の歪弾性エネルギーがＥｘ（〔１０
０〕）≦Ｅｙ（〔０１０〕），Ｅｚ（〔００１〕）を満
たし、かつ被膜張力、不均質部の人工的欠陥の中心から
３００μｍでの鋼板面垂直方向の応力及び不均質部の鋼
板長手方向での平均間隔が本発明の適正範囲に入ってい
るものは鋼板の鉄損（表２）あるいはトランス組み立て
後の鉄損（表３）が著しくよいことが明らかである。
又、本発明の成分（Ｓｉ）範囲から外れた鋼Ｆ，Ｇは鉄
損が劣化している。

【００８２】

【発明の効果】本発明はＳｉを１〜７重量％含む方向性
珪素鋼板において、｛１１０｝〈００１〉組織における
〔１００〕方向（鋼板長手方向）をｘとし、直角の〔０
１０〕，〔００１〕方向をそれぞれｙ，ｚ方向とすると
き、それぞれ各主軸に生ずる歪弾性エネルギーＥｘ，Ｅ
ｙ，ＥｚがＥｘ≦Ｅｙ，Ｅｚを満足するような鋼板面垂
直方向成分の残留応力が存在するので局部的な欠陥が導
入された鉄損の小さい珪素鋼板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】１８０゜磁壁を有する方向性電磁鋼板のメイン
磁区の細分化に及ぼす不均質部（人工的欠陥）の効果の
写真。（ａ）は不均質部なし、（ｂ）は不均質部あり。

【図２】被膜張力の異なる方向性電磁鋼板のケガキ（不
均質部）の周辺の９０゜磁壁を有する還流磁区の生成の
写真。（ａ）は試料Ａ（被膜張力１４．７ＭＰａ）、
（ｂ）は試料Ｂ（被膜張力３．９ＭＰａ）。

【図３】結晶粒の模式図。

【図４】付加応力と歪弾性エネルギー差の図表。

【図５】ケガキ周辺の鋼板面垂直方向の残留引張応力分
布の図表。

【図６】圧縮力一部張力の弾性歪、磁気弾性エネルギー
の図表。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１２月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】しかしながら最近の省資源化の中ではアモ
ルファストランスに象徴されるように、より鉄損の小さ
い方向性電磁鋼板の開発が必要である。このため近年磁
区制御法と称して鋼板表面に有意の人工的な欠陥を付与
し、これをもって磁区細分化を行う、より鉄損の小さい
方向性電磁鋼板の開発が盛んである。図１はＳＥＭ顕微
鏡写真による方向性電磁鋼板の表面の人工欠陥付与によ
る磁区細分化の効果を示した図である。いわゆる不均質
部の人工的欠陥の周りに９０°磁壁が生じ、このために
三角状の還流磁区が生成され、一方これにより１８０°
磁壁を有するメイン磁区の細分化が達成され、その結果
静磁エネルギーが下がり、又実用途の鋼板磁界による磁
化変化も容易となるのでエネルギー的にも大変効率的で
あると言われている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】被膜張力はＡが１４．７MPa 、Ｂが３．９
MPa である。図２はＳＥＭ顕微鏡写真によるＡ，Ｂのケ
ガキ線の周辺の９０°磁壁による還流磁区の生成状態を
表している。明かにＢの還流磁区の方が大きく、それに
伴って１８０°磁壁を有するメイン磁区の幅も大きく、
さらに鉄損もＡがＷ17/50 （５０Hzで磁束密度１．７テ
スラのときの鉄損）で０．７７Ｗ／kgに対して、Ｂは
０．８８Ｗ／kgと悪い。これはひとつにＢのメイン磁区
の大きさに依存しているが、それを決めるのは図１，２
で明かのように還流磁区の大きさ、具体的には還流磁区
が三角形をしているので、おおまかにはケガキ線からの
９０°磁壁つまり還流磁区の到達距離が小さいほどメイ
ン磁区の細分化が行われることを示す。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】１８０°磁壁を有する方向性電磁鋼板のメイン
磁区の細分化に及ぼす不均質部（人工的欠陥）の効果の
ＳＥＭ顕微鏡写真。（ａ）は不均質部なし、（ｂ）は不
均質部あり。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】被膜張力の異なる方向性電磁鋼板のケガキ（不
均質部）の周辺の９０°磁壁を有する還流磁区の生成の
ＳＥＭ顕微鏡写真。（ａ）は試料Ａ（被膜張力１４．７
MPa ）、（ｂ）は試料Ｂ（被膜張力３．９MPa ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 征夫 北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉを１〜７重量％含む方向性珪素鋼板
   において、｛１１０｝〈００１〉組織における〔１０
   ０〕方向（鋼板長手方向）をｘとし、直角の〔０１
   ０〕，〔００１〕方向をそれぞれｙ，ｚ方向とすると
   き、それぞれ各主軸に生ずる歪弾性エネルギーＥｘ，Ｅ
   ｙ，ＥｚがＥｘ≦Ｅｙ，Ｅｚを満足するような鋼板面垂
   直方向成分の残留応力を有する局部的な欠陥が導入され
   た鉄損の小さい珪素鋼板。
2. 【請求項２】 ８ＭＰａ以上の被膜張力を有する請求項
   １記載の鉄損の小さい珪素鋼板。
3. 【請求項３】 局部的欠陥導入部の中心から３００μｍ
   以内の鋼板面垂直方向成分の残留応力が６ＭＰａ以上で
   ある請求項１又は２記載の鉄損の小さい珪素鋼板。
4. 【請求項４】 局部的欠陥導入部の鋼板長手（圧延）方
   向での平均間隔が１〜３０ｍｍである請求項１ないし３
   いずれかに記載の鉄損の小さい珪素鋼板。
5. 【請求項５】 歪弾性エネルギーの代わりに、歪弾性エ
   ネルギーに磁気弾性エネルギーを加えたＥｘ′，Ｅ
   ｙ′，Ｅｚ′がＥｘ′≦Ｅｙ′，Ｅｚ′を満足すること
   を特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の鉄損の
   小さい珪素鋼板。
6. 【請求項６】 Ｓｉを１〜７重量％含む方向性珪素鋼板
   において、｛１１０｝〈００１〉組織における〔１０
   ０〕方向（鋼板圧延方向）をｘ方向、それと直角方向
   〔０１０〕方向、〔００１〕方向をそれぞれｙ，ｚ方向
   とするとき、それぞれ各主軸に生ずる歪弾性エネルギー
   Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚを下記〜の手順で算出する珪素鋼
   板の製造方法。 鋼板長手方向Ｘ、鋼板幅方向Ｙ、Ｘ及びＹと直角方向
   をＺとし、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の応力を求める。 試料軸Ｘ−Ｙ−Ｚ軸での応力テンソルσＸ−Ｙ−Ｚを
   結晶軸ｘ−ｙ−ｚ軸での応力テンソルσｘ−ｙ−ｚに座
   標変換テンソルＴを用いて下記の式より変換する。 σｘ−ｙ−ｚ＝Ｔ^ｔσＸ−Ｙ−Ｚ×Ｔ 但し×はテン
   ソルのかけ算 弾性歪テンソルξｘ−ｙ−ｚを立方晶の弾性歪テンソ
   ルＳを用いて下記式で求める。 ξｘ−ｙ−ｚ＝Ｓ×σｘ−ｙ−ｚ 弾性歪エネルギーＥを下記式により求める。 Ｅ＝σｘ−ｙ−ｚ×ξｘ−ｙ−ｚ
7. 【請求項７】 Ｓｉを１〜７重量％含む被膜張力が８Ｍ
   Ｐａ以上の方向性珪素鋼板を所定の大きさに切断しトラ
   ンスに組み込む使用方法において、組み込まれた鋼板の
   ｛１１０｝〈００１〉組織における〔１００〕方向（鋼
   板圧延方向）をｘ方向、それと直角方向〔０１０〕方
   向、〔００１〕方向をそれぞれｙ，ｚ方向とし、それぞ
   れ各主軸に生ずる歪弾性エネルギーＥｘ，Ｅｙ，Ｅｚが
   Ｅｘ≦Ｅｙ，Ｅｚを満足するような鋼板面垂直方向成分
   の残留応力が局部的に存在するように組み込むことを特
   徴とする鉄損の小さい珪素鋼板の使用方法。
8. 【請求項８】 機械的方法、エネルギー照射的方法、電
   気的方法及び化学的方法のいずれかにより局部的欠陥導
   入部及びその周辺部に鋼板面垂直方向成分の残留応力を
   存在せしめ、その局部的欠陥導入部の中心から３００μ
   ｍ以内の鋼板面垂直方向成分の残留応力が６ＭＰａ以上
   であるような請求項７記載の鉄損の小さい珪素鋼板の使
   用方法。
9. 【請求項９】 不均質部の鋼板長手（圧延）方向での平
   均間隔が１〜３０ｍｍであるような請求項７記載の鉄損
   の小さい珪素鋼板の使用方法。
10. 【請求項１０】 歪弾性エネルギーの代わりに、歪弾性
    エネルギーに磁気弾性エネルギーを加えたものを用いる
    ことを特徴とする請求項７記載の鉄損の小さい珪素鋼板
    の使用方法。