JPWO2009104521A1 - 低鉄損一方向性電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents

低鉄損一方向性電磁鋼板及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

一方向性電磁鋼板は、鋼板の表面又は裏面の少なくとも一方に、幅が１０μｍ〜２００μｍ、深さが１０μｍ〜３０μｍの溝が１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔で存在し、前記溝が延びる方向と鋼板の圧延方向とのなす角度が６０度〜１２０度であり、前記溝の側面から１０μｍ〜３００μｍの範囲内に最大値が２０ＭＰａ〜３００ＭＰａの引張応力が圧延方向に作用していることを特徴とする。

Description

本発明は、変圧器（トランス）の鉄心等に好適な低鉄損一方向性電磁鋼板及びその製造方法に関する。
鋼板の圧延方向に磁化容易軸をもつ一方向性電磁鋼板は、変圧器等の電力変換器の鉄心に用いられている。鉄心の材料には、エネルギ変換時に生じる損失を小さくするために、低い鉄損特性が強く要求されている。
電磁鋼板の鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損とに大別される。ヒステリシス損は、結晶方位、欠陥、及び粒界等の影響を受ける。渦電流損は、厚さ、電気抵抗値、及び１８０度磁区幅等の影響を受ける。
そして、電磁鋼板の製造に際しては、ヒステリシス損を低減するために、結晶粒を（１１０）［００１］方位に高度に揃えたり、結晶の欠陥を少なくしたりする技術が採用されている。また、渦電流損を低減するために、電磁鋼板の厚さを薄くしたり、電気抵抗値を高めたり、１８０度磁区を細分化したりする技術が採用されている。電気抵抗値の上昇のためには、Ｓｉ含有量の増加等が行われ、１８０度磁区の細分化のためには、張力皮膜の電磁鋼板の表面への塗布等が行われている。
近年では、鉄損を飛躍的に減少させるために、鉄損の大部分を占める渦電流損を大幅に低減すべく、電磁鋼板の表面への張力の付与に加えて、電磁鋼板の表面に人為的に溝及び／又は歪みを導入して、更に１８０度磁区を細分化させる技術も提案されている。
例えば、特許文献１等には、レーザ光を一方向性電磁鋼板の表面の圧延方向に対して直角な方向に、所定のビーム幅、エネルギ密度、照射間隔で照射することにより、当該表面に局部的な歪みを導入する技術が記載されている。
特許文献２には、一方向性電磁鋼板の表面の所定方向に所定荷重で溝を形成した後、歪取り焼鈍により歪導入部に微細結晶粒を生じさせる技術が開示されている。
特許文献３には、焼鈍済みの一方向性電磁鋼板の所定方向に溝付きロール等により機械的に所定深さの溝を形成し、その後、エッチングにより機械的歪により生じた微細粒を除去し溝を深める技術が開示されている。
特許文献４には、仕上げ焼鈍皮膜を除去した一方向性電磁鋼板の表面に周期的に溝を形成し、その後、張力皮膜を付与する技術が開示されている。
特許文献５には、方向性電磁鋼板の表面に形成する溝の間隔及び角度を所定の範囲内に限定する技術が開示されている。
これらの特許文献１〜５に記載された技術は、電磁鋼板の表面に皮膜を形成することを前提としている。つまり、皮膜の形成が不可欠である。
しかしながら、製造工程のばらつき等のために、皮膜の張力の大きさが十分に得られない場合がある。そして、このような場合には、良好な鉄損特性を得ることができない。この対策として、皮膜を厚く塗ることも行われているが、皮膜を厚くすることは、必然的に非磁性層の増加につながり、磁束密度が低下してしまう。このため、変圧器の作製時に、電磁鋼板をより多く使う必要性が生じてしまい、重量が増加したり、コストが増加したりする。
特開昭５５−１８５６６号公報 特開昭６１−１１７２１８号公報 特開２０００−１６９９４６号公報 特開２００３−３０１２７２号公報 特開平７−３２０９２１号公報
本発明の目的は、皮膜からの引張張力が十分でない場合であっても良好な鉄損特性をえることができる低鉄損一方向性電磁鋼板及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る一方向性電磁鋼板は、鋼板の表面又は裏面の少なくとも一方に、幅が１０μｍ〜２００μｍ、深さが１０μｍ〜３０μｍの溝が１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔で存在し、前記溝が延びる方向と鋼板の圧延方向とのなす角度が６０度〜１２０度であり、前記溝の側面から１０μｍ〜３００μｍの範囲内に最大値が２０ＭＰａ〜３００ＭＰａの引張応力が圧延方向に作用していることを特徴とする。
本発明に係る一方向性電磁鋼板の製造方法は、鋼板の表面又は裏面の少なくとも一方に、幅が１０μｍ〜２００μｍ、深さが１０μｍ〜３０μｍの溝が１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔で存在し、前記溝が延びる方向と鋼板の圧延方向とのなす角度が６０度〜１２０度である鋼板を得る工程と、前記鋼板の前記溝が形成されている面にレーザ光を照射して、前記溝の側面から１０μｍ〜３００μｍの範囲内に最大値が２０ＭＰａ〜３００ＭＰａの引張応力が圧延方向に作用させる工程と、を有することを特徴とする。
図１は、一方向性電磁鋼板における外部張力と鉄損との関係を示すグラフである。 図２は、鋼板に生じる磁区構造を示す図である。 図３は、溝が形成された一方向性電磁鋼板における磁区構造を示す図である。 図４は、本発明の実施形態における応力と磁区構造の再編成との関係を示す図である。 図５は、本発明の実施形態及び従来の鋼板における外部張力と鉄損との関係を示すグラフである。 図６は、レーザ光の照射により引張応力が導入される範囲を示す図である。 図７は、溝の深さと鉄損との関係を示すグラフである。 図８は、引張応力の最大値と鉄損との関係を示すグラフである。 図９は、引張応力が存在する領域の溝の側面からの距離と鉄損との関係を示すグラフである。 図１０は、溝の間隔と鉄損との関係を示すグラフである。 図１１は、溝が延びる方向と圧延方向とのなす角度と鉄損との関係を示すグラフである。 図１２は、溝が延びる方向と圧延方向との関係を示す図である。 図１３Ａは、レーザ光を照射する領域の例を示す図である。 図１３Ｂは、レーザ光を照射する領域の他の例を示す図である。 図１３Ｃは、レーザ光を照射する領域の更に他の例を示す図である。
本発明者らは、一方向性電磁鋼板の表面への溝の形成又は歪みの導入と皮膜の塗布とを組み合わせた鉄損を低減するための従来の技術について確認試験を行ったところ、以下の問題点を見出した。
図１は、従来の一方向性電磁鋼板における外部張力と鉄損との関係を示すグラフである。図１中の「plane」は、仕上げ焼鈍皮膜が除去された一方向性電磁鋼板における関係を示し、「溝」は、仕上げ焼鈍皮膜が除去され、かつ表面に溝が形成された一方向性電磁鋼板における関係を示し、「レーザ歪み」は、仕上げ焼鈍皮膜が除去され、かつ表面全体にレーザ光の照射により溝を形成することなく歪みが導入された一方向性電磁鋼板における関係を示す。
図１に示すように、溝の形成又は歪みの導入により鉄損が低下し、また、いずれにおいても、外部応力によって鋼板全体に作用する外部張力が大きくなるほど、鉄損が低下する。従来の製品化されている一方向性電磁鋼板では、その表面に塗布された皮膜により応力が一方向性電磁鋼板に作用しており、その大きさは、図１中の約５ＭＰａの外部張力に相当する。
但し、皮膜と一方向性電磁鋼板との密着性等の限界により、５ＭＰａ以上の外部張力を安定して得ることは難しい。また、製造プロセスのばらつき等により、設計通りの表面性状、即ち十分な外部張力が得られず、良好な鉄損特性が得られない場合もある。従って、一方向性電磁鋼板の表面への溝の形成又は歪みの導入と皮膜の塗布とを組み合わせた従来の技術では、鉄損が低い一方向性電磁鋼板を安定して製造することが難しい。
次に、本発明の実施形態について説明する。図２は、鋼板に生じる磁区構造を示す図である。一般に、一方向性電磁鋼板の磁化容易軸は圧延方向を向いているため、磁区２１は圧延方向に平行又は反平行な磁化２２で構成される。そして、互いに磁化２２の方向が逆向きの磁区２１の境界には１８０度磁壁２３が存在する。また、圧延方向に直交する方向（板幅方向）における磁区の寸法は１８０度磁区幅とよばれる。このような一方向性電磁鋼板の表面に板幅方向に延びる溝を形成すると、１８０度磁区幅が狭くなり、磁区が細分化される。磁区の細分化は、磁壁の移動距離を減少させるので、磁壁の移動に伴って誘導される渦電流損が低下する。
本発明者らは、溝の形成による磁区の細分化のメカニズムについて磁区構造解析から検討した結果、図３に示すように、溝３１の側面に磁極３３が発生し、磁極３３が磁区３２の再構成を促し、結果的に１８０度磁区が細分化されることを見出した。更に、本発明者らは、図３に示すように、溝３１の近傍では、磁化３２の迂回が生じるため磁極３３の発生が弱まっていることも見出した。
そこで、本発明の実施形態では、図４に示すように、溝４１の近傍の局所的な部分に圧延方向に平行な引張応力４４を付与している。この結果、磁化４２の迂回が抑えられ、溝４１の側面に垂直な方向を向く磁化４２の割合が増加し、溝４１の側面の磁極４３の発生が強められる。
図５は、本発明の実施形態に係る一方向性電磁鋼板における鉄損Ｗ１７／５０（周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．７Ｔ）と外部張力との関係を示すグラフである。なお、本発明の実施形態に係る一方向性電磁鋼板は、次のようにして製造した。先ず、一方向性電磁鋼板の表面から仕上げ焼鈍皮膜を除去し、皮膜が存在しない表面に、幅が１００μｍ、深さが２０μｍの溝を圧延方向に直角に５ｍｍの間隔で形成した。次いで、図６に示すように、表面の溝６１の側面から１００μｍの範囲の領域６２内に溝６１に平行にＹＡＧパルスレーザ光を照射して、領域６２内に約１２０ＭＰａを最大値とする圧延方向に平行な引張応力６４を付与した。ＹＡＧパルスレーザ光の照射では、照射エネルギＵａが０．５ｍＪ／ｍｍ２〜３．０ｍＪ／ｍｍ２、集光スポットの直径φが０．２ｍｍ〜０．５ｍｍとなるように、パルスエネルギＥ、Ｃ方向ピッチＰｃ及びＬ方向ピッチＰＬを適宜調整した。照射エネルギＵａは「Ｕａ＝Ｅ／（Ｐｃ×ＰＬ）」で表わされる。なお、一方向性電磁鋼板の表面に作用する応力の値は、Ｘ線回折法等により測定される結晶格子の歪み及び一方向性電磁鋼板の弾性率等を用いて算出できる。
図５には、比較のために、本発明の実施形態の他に、図１中の「レーザ歪み」及び「溝」における関係も示している。上述のように、製品化されている一方向性電磁鋼板には、皮膜の塗布により約５ＭＰａの外部張力に相当する応力が作用している。従って、溝が形成され、更に皮膜が塗布された従来の一方向性電磁鋼板の鉄損は０．７５Ｗ／ｋｇ程度であり、レーザ光の照射により歪みが導入され、更に皮膜が塗布された従来の一方向性電磁鋼板の鉄損は０．７Ｗ／ｋｇ程度である。これに対し、本発明の実施形態では、外部張力が作用していない状態、つまり、皮膜が塗布されていない状態でも、鉄損は０．７Ｗ／ｋｇ程度である。このことは、本発明の実施形態では、皮膜が塗布されていない状態でも、溝又は歪みだけなく皮膜によっても鉄損が下げられている従来の一方向性電磁鋼板の鉄損以下まで鉄損を下げることができることを意味している。従って、本発明の実施形態に皮膜を塗布した場合に、製造プロセスのばらつき等により、５ＭＰａ程度の外部張力に相当する応力を得られなくても、確実に鉄損を低下させることができる。
このように、本発明の実施形態では、表面に溝が形成され、溝の近傍の表層にレーザ光の照射等により局所的に引張応力が導入されている。この結果、溝の側面に発生する磁極量が増加し、磁区の再構成が促され、１８０度磁区が細分化され、渦電流損が低減される。なお、表層とは、例えば電磁鋼板の表面からの深さが２０μｍ程度の部分をいう。
次に、本発明の効果を確実に得るための溝及び引張応力に関する条件について説明する。つまり、溝の深さ及び幅、並びに引張応力が付与される領域の範囲及び引張応力の大きさ等の範囲について説明する。
本発明者らは、溝の近傍に引張応力が付与されている一方向性電磁鋼板における溝の深さと鉄損との関係について調査した。この調査では、一方向性電磁鋼板の製造に際して、仕上げ焼鈍皮膜を除去し、溝６１を５ｍｍの間隔で形成した後、図６に示すように、溝６１の側面から１００μｍの範囲の領域６２内に溝６１に平行にＹＡＧパルスレーザ光を連続的に照射して、領域６２内に１５０ＭＰａを最大値とする圧延方向に平行な引張応力６４を付与した。なお、溝６１が延びる方向は圧延方向に直交する方向（板幅方向）とした。そして、溝６１の幅及び深さが異なる種々の一方向性電磁鋼板の鉄損を測定した。この結果を図７に示す。図７は、溝の近傍に引張応力が付与されている一方向性電磁鋼板における溝の深さと鉄損との関係を示すグラフである。
図７に示す結果から、溝の幅が１０μｍ〜２００μｍの場合は、溝の深さが１０μｍ〜３０μｍの範囲で、鉄損が特に低くなることが分かる。溝の幅が２００μｍを超えると、鉄損が高くなっている。これは、溝の非磁性部分が増加して、磁束密度が低下するからである。また、溝の深さが３０μｍを超えると、同様の理由により、鉄損が高くなっている。なお、溝の幅を１０μｍからとしたのは、幅が１０μｍ未満の溝を安定して製造することが容易でないからである。
従って、本発明において表面に形成される溝の幅は２００μｍ以下、溝の深さは１０μｍ〜３０μｍであり、溝の幅は１０μｍ以上であることが好ましい。
本発明者らは、溝の近傍に引張応力が付与されている一方向性電磁鋼板における引張応力の最大値と鉄損との関係について調査した。この調査では、一方向性電磁鋼板の製造に際して、上記の調査と同様の方法により溝６１を形成し、引張応力６４を付与した。但し、溝６１の幅は１００μｍとし、溝６１の深さは２０μｍとした。そして、最大値の引張応力６４が異なる種々の一方向性電磁鋼板の鉄損を測定した。この結果を図８に示す。図８は、溝の近傍に引張応力が付与されている一方向性電磁鋼板における引張応力の最大値と鉄損との関係を示すグラフである。なお、図８中の○は、溝の形成及び皮膜の塗布が行われた従来の一方向性電磁鋼板の鉄損を示し、□はレーザ光の照射により溝を形成することなく歪の導入及び皮膜の塗布が行われた従来の一方向性電磁鋼板の鉄損を示す。
図８に示す結果から、表層に付与される引張応力の最大値が２０ＭＰａから３００ＭＰａまでの範囲で、鉄損が特に低くなることが分かる。引張応力の最大値が３００ＭＰａを超えると、鉄損が高くなっている。これは、一方向性電磁鋼板が降伏点に近づき、塑性歪みが生じる領域が増えて、磁壁のピンニングの影響によりヒステリシス損が増加するからである。
従って、本発明において付与される引張応力の最大値は２０ＭＰａ〜３００ＭＰａとする。
なお、溝の形成及び皮膜による張力の付与が組み合わされた一方向性電磁鋼板に作用している応力は、上述のように、約５ＭＰａの外部張力に相当し、この値は溝の側面から１００μｍの範囲内でも同様である。つまり、本発明において規定される引張張力と比較して極めて低い。
本発明者らは、溝の近傍に引張応力が付与されている一方向性電磁鋼板における引張応力が作用する範囲と鉄損との関係について調査した。この調査では、一方向性電磁鋼板の製造に際して、上記の調査と同様の方法により溝６１を形成し、引張応力６４を付与した。但し、溝６１の幅は１００μｍとし、溝６１の深さは２０μｍとし、引張応力６４の最大値は１５０ＭＰａとした。そして、引張応力６４が作用する範囲が異なる種々の一方向性電磁鋼板の鉄損を測定した。この結果を図９に示す。図９は、溝の近傍に引張応力が付与されている一方向性電磁鋼板における引張応力が作用する範囲と鉄損との関係を示すグラフである。
図９から、引張応力が作用する領域が溝の側面から１０μｍ〜３００μｍの範囲で、鉄損が特に低くなることが分かる。引張応力が作用する範囲が溝の側面から３００μｍを超えると、鉄損が高くなっている。これは、引張応力が作用する領域が増え、磁壁のピンニングが増加し、ヒステリシス損が増加するからである。また、溝の側面から１０μｍ未満の範囲でも鉄損が高くなっている。これは、引張応力が作用する範囲が狭すぎて、磁極が強く発生しなくなるためである。
従って、本発明において引張応力が作用する範囲は、溝の側面から１０μｍ〜３００μｍとする。
本発明者らは、溝の近傍に引張応力が付与されている一方向性電磁鋼板における溝の間隔と鉄損との関係について調査した。この調査では、一方向性電磁鋼板の製造に際して、上記の調査と同様の方法により溝を形成し、引張応力６４を付与した。但し、溝６１の幅は１００μｍとし、溝６１の深さは２０μｍとし、引張応力の最大値は１５０ＭＰａとした。そして、溝６１の間隔が異なる種々の一方向性電磁鋼板の鉄損を測定した。この結果を図１０に示す。図１０は、溝の近傍に引張応力が付与されている一方向性電磁鋼板における溝の間隔と鉄損との関係を示すグラフである。
図１０から、溝の間隔が１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で、鉄損が特に低くなることが分かる。溝の間隔が１ｍｍ未満であると、鉄損が高くなっている。これは、一方向性電磁鋼板の全体に対する引張応力が作用する領域の割合が大きくなりすぎて、磁壁のピンニングの影響によりヒステリシス損が増加するためである。また、溝の間隔が１０ｍｍを超えても、鉄損が高くなっている。これは、溝の形成に伴う１８０度磁区の細分化が十分にならないためである。
従って、本発明において溝の間隔は、１ｍｍ〜１０ｍｍとする。
本発明者らは、溝の近傍に引張応力が付与されている一方向性電磁鋼板における溝が延びる方向と鉄損との関係について調査した。この調査では、一方向性電磁鋼板の製造に際して、上記の調査と同様の方法により溝を形成し、引張応力６４を付与した。但し、溝の幅は１００μｍとし、溝の深さは２０μｍとし、溝の間隔は５ｍｍとし、引張応力の最大値は１５０ＭＰａとした。そして、溝の延びる方向（溝が延びる方向と圧延方向とのなす角度）が異なる種々の一方向性電磁鋼板の鉄損を測定した。この結果を図１１に示す。図１１は、溝の近傍に引張応力が付与されている一方向性電磁鋼板における溝が延びる方向と鉄損との関係を示すグラフである。
図１１から、溝が延びる方向と圧延方向とのなす角度が６０度〜１２０度の範囲で、鉄損が特に低くなり、８０度〜１００度の範囲でより低くなることが分かる。溝が延びる方向と圧延方向とのなす角度θは、図１２のように表わされる。そして、上記の６０度〜１２０度という範囲は、磁化容易軸方向、つまり、圧延方向に直交する方向（板厚方向）からのずれが３０度以内という範囲に相当する。そして、角度θが６０度未満となるか、１２０度を超えると、圧延方向を向いている磁化が溝の側面を貫く割合が小さくなり、磁区の細分化が十分にならず、鉄損が高くなる。
これらの理由から、本発明では、溝の幅を１０μｍ〜２００μｍとし、溝の深さを１０μｍ〜３０μｍとし、溝が延びる方向と圧延方向とのなす角度を６０度〜１２０度とし、溝の間隔を１ｍｍ〜１０ｍｍとする。また、溝の側面から１０μｍ〜３００μｍの範囲の領域に最大値が２０ＭＰａ〜３００ＭＰａの引張応力が圧延方向に作用している。
なお、溝を形成する方法は特に限定されず、例えば、歯車を用いた加工、プレス加工、エッチングによる加工、機械加工による切削、及び放電加工等が挙げられる。また、溝の断面も特に限定されず、例えば、矩形、台形、及び矩形又は台形等が歪んだ形等が挙げられる。いずれにしても、一方向性電磁鋼板の表面に凹状の溝が形成されていればよい。
また、引張応力を付与する方法も特に限定されず、マイクロ波等を用いた局所加熱、イオン注入法等が挙げられる。いずれにしても、一方向性電磁鋼板の表層の所定領域に引張応力が付与されればよい。レーザ光の照射により引張応力が付与される場合、その方法は特に限定されず、例えば、パルス照射、連続照射、並びに、パルス照射及び連続照射の複合照射が挙げられる。また、外部応力が付与される範囲は、溝の側面に沿って連続であっても、不連続であってもよい。また、レーザ光１３２の照射により引張応力が付与される場合、その領域は、図１３Ａに示すように、溝１３１の片側でもよく、図１３Ｂに示すように、溝１３１の両側でもよい。また、図１３Ｃに示すように、溝１３１を含むようにレーザ光が照射されてもよい。同様に、マイクロ波又はイオン注入を用いて引張応力が付与される場合も、その領域は、溝の片側でも、溝の両側でもよく、また、溝を含むようにこれらの処理が施されてもよい。
製品レベルで一方向性電磁鋼板を製造する場合には、一方向性電磁鋼板をコイル状に巻き取りながら、溝の形成及び引張応力の付与を行うことが好ましい。この場合、巻き取り速度で流れている一方向性電磁鋼板に処理を施すこととなる。従って、上記の条件を満たすように、溝を形成したり、引張応力を付与したりするためには、位置の調整が容易であり、かつ付与する引張応力の強さが制御しやすい方法がより好ましい。このため、引張応力の付与は、レーザ光の照射により行うことが好ましい。レーザ光の照射によれば、レーザ出力の電力の調整等により引張応力の最大値を容易に制御することができるからである。
なお、レーザ出力は所定の引張応力を付与できる程度で十分であり、照射エネルギＵａは６ｍＪ／ｍｍ２以下であることが好ましい。照射エネルギＵａが６ｍＪ／ｍｍ２を超えると、一方向性電磁鋼板の表面に新たな疵が生じて、特性が変化することがある。また、溝の側面から１０μｍ〜３００μｍの範囲の領域に引張応力を付与するためには、レーザ光を照射する位置は溝の側面から３００μｍ以内にすることが好ましく、１００μｍ以内にすることがより好ましい。
（第１の実験）
次に、本発明者らが実際に行った、本発明の効果を確認するための第１の実験について説明する。第１の実験では、先ず、Ｓｉを約３質量％含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、厚さが０．２３ｍｍの一方向性電磁鋼板を作製した。その後、一方向性電磁鋼板の表面に、レジストを塗布し、湿式エッチングにより、表１に示す形状の溝を形成した。次いで、溝の近傍に、照射エネルギＵａ及び照射位置を調整しながらＹＡＧパルスレーザ光を照射して、表２に示す引張応力を付与した。下記表２に示すように、照射エネルギは０．２ｍＪ／ｍｍ２〜２．５ｍＪ／ｍｍ２とし、照射位置は溝の側面から１５μｍ〜３５０μｍとした。そして、各一方向性電磁鋼板の鉄損Ｗ１７／５０を測定した。なお、表２中の引張応力の最大値は、上述のように、Ｘ線回折法により結晶格子の歪みを測定し、弾性率等の物性値を用いた変換により得られた値である。また、鉄損の値は、単板磁気装置を用いて測定した、周波数が５０Ｈｚ、磁束密度が１．７Ｔの時の値である。
表２から明らかなように、試験Ｎｏ．１〜４（実施例）の一方向性電磁鋼板では、本発明で規定する範囲内にあるため、０．７Ｗ／ｋｇ未満の低い鉄損が得られた。これに対し、本発明で規定する範囲から外れる試験Ｎｏ．５及び６（比較例）の一方向性電磁鋼板では、実施例と比較して鉄損が高くなった。
Figure 2009104521
Figure 2009104521
（第２の実験）
次に、本発明者らが実際に行った、本発明の効果を確認するための第２の実験について説明する。第２の実験では、先ず、Ｓｉを約３質量％含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、厚さが０．２３ｍｍの一方向性電磁鋼板を作製した。その後、一方向性電磁鋼板の表面に、歯車を用いた加工又はプレス加工により、表３に示す形状の溝を形成した。次いで、８００℃、２時間の歪み取り焼鈍を行った。そして、溝の側面から８０μｍの範囲の領域にＹＡＧパルスレーザを照射して、表４に示す引張応力を付与した。また、比較のために、歯車を用いた加工又はプレス加工による溝の形成後に、歪み取り焼鈍を行っただけの一方向性電磁鋼板も作製した。そして、各一方向性電磁鋼板の鉄損Ｗ１７／５０を測定した。なお、表４中の引張応力の最大値は、上述のように、Ｘ線回折法により結晶格子の歪みを測定し、弾性率等の物性値を用いた変換により得られた値である。また、鉄損の値は、単板磁気装置を用いて測定した、周波数が５０Ｈｚ、磁束密度が１．７Ｔの時の値である。
表４から明らかなように、試験Ｎｏ．１１及び１２（実施例）の一方向性電磁鋼板では、本発明で規定する範囲内にあるため、０．７Ｗ／ｋｇ未満の低い鉄損が得られた。これに対し、本発明で規定する範囲から外れる試験Ｎｏ．１３及び１４（比較例）の一方向性電磁鋼板では、実施例と比較して鉄損が高くなった。
Figure 2009104521
Figure 2009104521
本発明によれば、表面に塗布された皮膜から作用する張力が十分でなくても、十分に低い鉄損を得ることができる。
本発明の目的は、皮膜からの引張張力が十分でない場合であっても良好な鉄損特性を得ることができる低鉄損一方向性電磁鋼板及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る一方向性電磁鋼板は、鋼板の表面又は裏面の少なくとも一方に、幅が１０μｍ〜２００μｍ、深さが１０μｍ〜３０μｍの溝が１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔で存在し、前記溝が延びる方向と鋼板の圧延方向とのなす角度が６０度〜１２０度であり、前記溝の側面から１０μｍ〜３００μｍの範囲内に、レーザ光の照射により付与され、最大値が２０ＭＰａ〜３００ＭＰａの引張応力が板幅方向の全域にわたって圧延方向に作用していることを特徴とする。
本発明に係る一方向性電磁鋼板の製造方法は、鋼板の表面又は裏面の少なくとも一方に、幅が１０μｍ〜２００μｍ、深さが１０μｍ〜３０μｍの溝が１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔で存在し、前記溝が延びる方向と鋼板の圧延方向とのなす角度が６０度〜１２０度である鋼板を得る工程と、前記鋼板の前記溝が形成されている面の前記溝の側面から３００μｍまでの範囲内にレーザ光を照射して、前記溝の側面から１０μｍ〜３００μｍの範囲内に最大値が２０ＭＰａ〜３００ＭＰａの引張応力を板幅方向の全域にわたって圧延方向に作用させる工程と、を有することを特徴とする。
表２から明らかなように、試験Ｎｏ．１〜４（実施例）の一方向性電磁鋼板では、本発明で規定する範囲内にあるため、０．７Ｗ／ｋｇ未満の低い鉄損が得られた。これに対し、本発明で規定する範囲から外れる試験Ｎｏ．５（比較例）の一方向性電磁鋼板では、実施例と比較して鉄損が高くなった。
Figure 2009104521
Figure 2009104521

Claims (8)

  1. 鋼板の表面又は裏面の少なくとも一方に、幅が１０μｍ〜２００μｍ、深さが１０μｍ〜３０μｍの溝が１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔で存在し、
    前記溝が延びる方向と鋼板の圧延方向とのなす角度が６０度〜１２０度であり、
    前記溝の側面から１０μｍ〜３００μｍの範囲内に最大値が２０ＭＰａ〜３００ＭＰａの引張応力が圧延方向に作用していることを特徴とする一方向性電磁鋼板。
  2. 前記引張応力はレーザ光の照射により付与されていることを特徴とする請求項１に記載の一方向性電磁鋼板。
  3. 鋼板の表面又は裏面の少なくとも一方に、幅が１０μｍ〜２００μｍ、深さが１０μｍ〜３０μｍの溝が１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔で存在し、前記溝が延びる方向と鋼板の圧延方向とのなす角度が６０度〜１２０度である鋼板を得る工程と、
    前記鋼板の前記溝が形成されている面にレーザ光を照射して、前記溝の側面から１０μｍ〜３００μｍの範囲内に最大値が２０ＭＰａ〜３００ＭＰａの引張応力が圧延方向に作用させる工程と、
    を有することを特徴とする一方向性電磁鋼板の製造方法。
  4. 前記レーザ光を、前記溝の側面から３００μｍまでの範囲内に照射することを特徴とする請求項３に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
  5. 前記レーザ光を、前記鋼板の表面に溝が形成されない程度に照射することを特徴とする請求項３に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
  6. 前記レーザ光を、前記鋼板の表面に溝が形成されない程度に照射することを特徴とする請求項４に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
  7. 前記レーザ光を、６ｍＪ／ｍｍ２以下の照射エネルギで照射することを特徴とする請求項５に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
  8. 前記レーザ光を、６ｍＪ／ｍｍ２以下の照射エネルギで照射することを特徴とする請求項６に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
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