WO2012172624A1 - 一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

一方向性電磁鋼板の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a unidirectional electrical steel sheet in which a glass film and an insulating film are formed on the surface of a steel plate, and the magnetic domain is controlled by laser irradiation.
  • the above-mentioned unidirectional electrical steel sheet is used as a material constituting an iron core of electrical equipment such as a transformer and a rotating machine. Such a unidirectional electrical steel sheet is required to reduce energy loss (iron loss) when magnetized. Iron loss is classified into eddy current loss and hysteresis loss. Furthermore, eddy current loss is classified into classical eddy current loss and abnormal eddy current loss.
  • a thin unidirectional electrical steel sheet having an insulating film formed on the plate surface is provided.
  • a unidirectional electrical steel sheet on which an insulating film is formed for example, as shown in Patent Document 1, a glass film is formed on the surface of a steel plate, and a two-layer structure in which an insulating film is further formed on the glass film. Structures have been proposed.
  • Patent Documents 2 and 3 in order to suppress abnormal eddy current loss, for example, as shown in Patent Documents 2 and 3, a laser beam is condensed and irradiated from above the insulating film, and is scanned in the substantially width direction of the electromagnetic steel sheet.
  • a magnetic domain control method has been proposed in which magnetic domains are subdivided by providing regions having residual strain periodically in the direction.
  • the above-mentioned unidirectional electrical steel sheet is, for example, a silicon steel slab as a raw material, a hot rolling process ⁇ an annealing process ⁇ a cold rolling process ⁇ a decarburizing annealing process ⁇ a final finish annealing process ⁇ an insulating film forming process ⁇ a laser irradiation process, It is manufactured by the procedure.
  • an oxide layer mainly composed of silica (SiO 2 ) is formed on the surface of the steel plate iron.
  • the final finishing annealing process it heat-processes using a batch type furnace in the state which wound steel plate iron in the shape of a coil.
  • an annealing separator mainly composed of magnesia is applied to the surface of the steel sheet steel before the final finishing annealing process.
  • the above glass film is formed by the reaction between the oxide layer mainly composed of silica and the annealing separator mainly composed of magnesia.
  • wrinkles may occur in the insulating film and the glass film due to the irradiation of the laser beam.
  • wrinkles refers to film damage such as defect peeling, lifting, alteration, and discoloration of these films, which can be recognized by visual inspection or visual inspection under a microscope.
  • the steel plate steel is exposed to the outside and rust is generated. For this reason, when wrinkles occurred in the glass film, it was necessary to apply the insulating film again.
  • a method for producing a unidirectional electrical steel sheet according to the present invention includes a steel sheet base iron, a glass coating formed on the surface of the steel plate base, and an insulating coating formed on the glass coating.
  • a method for producing a steel sheet comprising: annealing in a batch furnace in a state where the steel sheet steel is wound in a coil shape, and forming a glass film on the surface of the steel sheet steel; and the final finishing process.
  • a laser beam is irradiated onto the surface facing the radially outer side of the coil in the final finish annealing process.
  • heat treatment is performed in a batch furnace in a state where the steel sheet steel is wound in a coil shape, and the surface facing the radially outer side and the surface facing the radially inner side of the coiled steel sheet steel A glass film is formed.
  • an insulating film formation process an insulating film is formed on a glass film in the state which unwound the steel plate iron wound by coil shape, and was extended in plate shape.
  • the plate surface is irradiated with a laser beam in a state where the steel plate base iron on which the glass film and the insulating film are formed is extended in a plate shape.
  • the laser beam is focused and irradiated on the surface facing the radially outer side of the coil in the final finishing annealing process in which the adhesion between the main body of the steel plate (ground iron) and the glass coating has not deteriorated, It is possible to reliably suppress the occurrence of the above and provide a high-quality unidirectional electrical steel sheet.
  • a unidirectional electrical steel sheet 10 shown in FIG. 1 includes a steel sheet steel 11 (ground metal), a glass film 12 formed on the surface of the steel sheet steel 11, and an insulating film 13 formed on the glass film 12. It is equipped with.
  • the steel plate base iron 11 (base iron) is made of an iron alloy containing Si.
  • Si 2.5% by mass to 4.0% by mass
  • C 0.02% by mass to 0.10% by mass
  • Mn 0.05% by mass to 0.20% by mass
  • Acid-soluble Al 0.020% by mass or more and 0.040% by mass or less
  • N 0.002% by mass or more and 0.012% by mass or less
  • S 0.001% by mass or more and 0.010% by mass or less
  • P 0 0.01 mass% or more and 0.04 mass% or less
  • the thickness of the steel plate base iron 11 is generally 0.15 mm or more and 0.35 mm or less.
  • the glass film 12 is made of a composite oxide such as forsterite (Mg 2 SiO 4 ), spinel (MgAl 2 O 4 ), and cordierite (Mg 2 Al 4 Si 5 O 16 ).
  • the thickness of the glass coating 12 is about 1 ⁇ m.
  • the insulating film 13 is, for example, (JP-A-48-39338, JP-B-53-28375) a coating liquid mainly composed of colloidal silica and phosphate (magnesium phosphate, aluminum phosphate, etc.) (JP-A-6-65754, JP-A-6-65555)
  • the coating liquid is a mixture of alumina sol and boric acid.
  • the insulating film 13 is shown for aluminum phosphate, colloidal silica, and chromic anhydride (Japanese Patent Publication No. 53-28375).
  • the insulating film 13 has a thickness of about 2 ⁇ m.
  • residual strain is given to a linear region substantially orthogonal to the rolling direction by irradiating the insulating film 13 with a laser beam.
  • the linear region to which the residual strain is applied is formed in a predetermined cycle in the rolling direction, and in a region sandwiched between two linear regions and magnetized in the rolling direction, a direction substantially orthogonal to the rolling direction. Subdivide the magnetic domain width.
  • the method for producing a unidirectional electrical steel sheet includes a casting step S01, a hot rolling step S02, an annealing step S03, a cold rolling step S04, It has a carbon annealing step S05, an annealing separator coating step S06, a final finish annealing step S07, an insulating film forming step S08, and a laser irradiation step S09.
  • the molten steel prepared to the above composition is supplied to a continuous casting machine, and the ingot is continuously produced.
  • the hot rolling step S02 the obtained ingot is heated to a predetermined temperature (for example, 1150 to 1400 ° C.) to perform hot rolling. Thereby, for example, a hot rolled material having a thickness of 1.8 to 3.5 mm is produced.
  • the annealing step S03 heat treatment is performed on the hot-rolled material under conditions of, for example, 750 to 1200 ° C. ⁇ 30 seconds to 10 minutes.
  • the cold rolling step S04 the surface of the hot rolled material after the annealing step S03 is pickled and then cold rolling is performed. Thereby, for example, a cold rolled material having a thickness of 0.15 to 0.35 mm is produced.
  • the cold-rolled material is heat-treated, for example, under conditions of 700 to 900 ° C. ⁇ 1 to 3 minutes.
  • the decarburization annealing step S05 as shown in FIG. 3, the cold rolled material wound up in a coil shape is drawn out in a plate shape, and heat treatment is performed while running in the furnace 21. Thereby, the steel plate iron 11 is produced.
  • an oxide layer 15 mainly composed of silica (SiO 2 ) is formed on the surface of the steel plate 11 by the decarburization annealing step S05.
  • an annealing separator 16 mainly composed of magnesia (MgO) is applied on the oxide layer 15 as shown in the enlarged cross-sectional view of the steel plate surrounded by circles in FIG.
  • MgO magnesia
  • the steel plate 11 coated with the annealing separator 16 is wound in a coil shape and charged into the batch furnace 22 to perform heat treatment. .
  • the heat treatment condition in the final finish annealing step S07 is 1100 to 1300 ° C. ⁇ 20 to 24 hours.
  • the oxide layer 15 mainly composed of silica reacts with the annealing separator 16 mainly composed of magnesia, and as shown in the enlarged cross-sectional view of the steel sheet surrounded by circles in FIG.
  • a glass film 12 made of forsterite (Mg 2 SiO 4 ) is formed on the surface of the base iron 11.
  • the steel sheet steel 11 wound in a coil shape is unwound, stretched into a plate shape and conveyed, and the glass film formed on both surfaces of the steel sheet metal 11
  • An insulating agent 13 is formed on the insulating layer 13 by applying and baking on the insulating layer 12.
  • the steel plate base 11 on which the insulating film 13 is formed is wound up in a coil shape.
  • the steel sheet steel 11 wound in a coil shape is unwound, stretched into a plate shape, and conveyed, and a laser beam is collected toward one surface of the steel sheet steel 11.
  • the linear distortion substantially orthogonal to the rolling direction is imparted to the surface of the steel plate 11 at intervals set in advance in the rolling direction.
  • the laser irradiation device 23 is arranged so as to irradiate the laser beam onto the surface facing the radially outer side of the coil when charged in the batch furnace 22.
  • the light source and type of the laser are not particularly limited as long as they are laser light sources that are usually used for magnetic domain control by laser irradiation.
  • an example using a YAG laser is shown in the laser irradiation step S09.
  • the glass coating 12 and the insulating coating 13 are formed on the surface of the steel plate base 11, and the unidirectional electrical steel plate 10 whose magnetic domain is controlled by laser irradiation is manufactured.
  • the steel sheet base iron 11 coated with the annealing separator 16 is wound in a coil shape in the final finish annealing step S07. Since the heat treatment is performed by charging the batch-type furnace 22 in a heated state, the glass coating 12 is respectively provided on the surface facing the radially outer side and the surface facing the radially inner side of the coiled steel plate iron 11. It is formed.
  • the steel sheet steel 11 wound in a coil shape is unwound and stretched into a plate shape and conveyed, and the radial direction of the coil charged in the batch furnace 22 in the final finishing step S07.
  • a laser beam is applied to the surface facing outward.
  • the laser beam is irradiated onto the surface on which the glass film 12 on which the compressive stress is applied is formed.
  • the glass film 12 is weak against tensile stress but strong against compressive stress. Thereby, it is suppressed that a flaw generate
  • the production efficiency of the unidirectional electrical steel sheet 10 can be greatly improved. Moreover, the high-quality unidirectional electrical steel sheet 10 with less generation of wrinkles in the glass coating 12 can be provided.
  • heat treatment was performed on the hot-rolled material under conditions of 1000 ° C. ⁇ 1 minute.
  • the steel sheet was pickled and then cold rolled to produce a cold rolled material having a thickness of 0.23 mm.
  • the cold-rolled material was decarburized and annealed under conditions of 800 ° C. ⁇ 2 minutes.
  • the annealing separation material which has a magnesia as a main component was apply
  • the cold rolled material coated with the annealing separator was wound into a coil and charged into a batch furnace, and final finish annealing was performed at 1200 ° C. for 20 hours. Thereby, the steel plate iron with a glass film formed on the surface was produced. Next, an insulating material made of aluminum phosphate was applied and baked (850 ° C. ⁇ 1 minute) on the glass film to form an insulating film.
  • the laser beam was irradiated with respect to the steel plate iron in which the insulating film and the glass film were formed, and the distortion was provided to the surface of the steel plate iron.
  • the laser beam was applied to the surface facing the radially outer side of the coil during the final finish annealing.
  • a laser beam was applied to the surface facing the radially inner side of the coil during the final finish annealing.
  • the thus obtained unidirectional electrical steel sheet as an example of the present invention and the unidirectional electrical steel sheet as a comparative example were subjected to a salt spray test and evaluated with a rust rating.
  • the rust score was evaluated in the following five stages according to the rust generation rate (visual and image processing) of the laser irradiated portion according to JIS K2246 5.34 wetness test method. Rating 5 Pass, no rusting, and laser irradiation cannot be visually confirmed. It cannot be confirmed with a microscope. Score 4 Pass, no rusting, and the laser irradiated part is confirmed with a microscope. It cannot be confirmed visually. Rating 3 Pass, no rusting, and laser irradiation can be visually confirmed.
  • the rust score is 4 and 5, and it is confirmed that no flaws are generated in the glass film.
  • the comparative example as shown in FIG. It is judged that the glass film is wrinkled in many places, and the steel plate steel is exposed.
  • the surface of the glass coating on which the glass coating on which the compressive stress is applied is similarly irradiated to the surface of the glass coating. It was confirmed that the generation of soot was suppressed. Further, the generation of wrinkles was examined using a fiber laser or the like as the laser light to be irradiated, and similar results were obtained as a tendency. From the above, according to the example of the present invention, it was confirmed that generation of wrinkles in the glass film can be suppressed even under the same laser irradiation conditions.
  • a high-quality unidirectional electrical steel sheet in which generation of wrinkles in a glass film is suppressed by irradiating a laser beam onto a surface on which a glass film on which compressive stress is applied is formed.

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Abstract

鋼板地鉄をコイル状に巻き取った状態でバッチ式炉において焼鈍を行い、前記鋼板地鉄の表面に前記グラス皮膜を形成する最終仕上焼鈍工程（Ｓ０７）と、最終仕上焼鈍工程（Ｓ０７）の後に、前記グラス皮膜の上に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成工程（Ｓ０８）と、前記絶縁皮膜の上からレーザビームを照射し、磁区制御を行うレーザ照射工程（Ｓ０９）と、を有し、レーザ照射工程（Ｓ０９）では、最終仕上焼鈍工程（Ｓ０７）時におけるコイルの径方向外側を向く面に対して、レーザビームを照射する。

Description

一方向性電磁鋼板の製造方法
　この発明は、鋼板地鉄の表面にグラス皮膜及び絶縁皮膜が形成され、レーザ照射によって磁区制御された一方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
上述の一方向性電磁鋼板は、トランス、回転機等の電気機器の鉄芯を構成する素材として用いられている。このような一方向性電磁鋼板においては、磁化する際のエネルギー損失（鉄損）を低減することが求められる。鉄損は、渦電流損とヒステリシス損とに分類される。さらに、渦流電流損は、古典的渦電流損と異常渦電流損とに分類される。
ここで、古典的渦電流損を低減するために、板表面に絶縁皮膜を形成した板厚の薄い一方向性電磁鋼板が提供されている。絶縁皮膜を形成した一方向性電磁鋼板としては、たとえば特許文献１に示すように、鋼板地鉄の表面に、グラス皮膜が形成され、そのグラス皮膜の上にさらに絶縁皮膜が形成された２層構造のものが提案されている。
　また、異常渦電流損を抑制するために、たとえば特許文献２，３に示すように、絶縁皮膜の上からレーザビームを集光・照射し、電磁鋼板の略幅方向に走査することにより、圧延方向に周期的に残留歪を有する領域を設けることにより、磁区を細分化する磁区制御法が提案されている。
上述の一方向性電磁鋼板は、例えば、素材をケイ素鋼スラブとし、熱間圧延工程→焼鈍工程→冷間圧延工程→脱炭焼鈍工程→最終仕上焼鈍工程→絶縁皮膜形成工程→レーザ照射工程、といった手順で製造される。ここで、最終仕上焼鈍工程前の焼鈍において、鋼板地鉄の表面には、シリカ（ＳｉＯ２）を主体とする酸化物層が形成される。
また、最終仕上焼鈍工程では、鋼板地鉄をコイル状に巻いた状態でバッチ式炉を用いて熱処理を行っている。このため、最終仕上焼鈍工程における鋼板地鉄の焼き付きを防止するために、最終仕上焼鈍工程の前に、鋼板地鉄の表面にマグネシア（ＭｇＯ）を主体とする焼鈍分離剤を塗布している。
そして、最終仕上焼鈍工程においては、シリカを主体とする酸化物層とマグネシアを主体とする焼鈍分離剤とが反応することにより、上述のグラス皮膜が形成される。
　ところで、レーザ照射工程おいては、グラス皮膜の上に絶縁皮膜を形成し、この絶縁皮膜の上からレーザビームを照射し、磁区制御を行っている。ここで、レーザビームの照射によって、絶縁皮膜及びグラス皮膜に疵が生じることがあった。ここで、疵とは、これら皮膜の欠損剥離、浮き上がり、変質、変色等の皮膜損傷であり、目視や顕微鏡観察の外観検査にて認識できるものを指す。特に、グラス皮膜に疵が発生した場合には、鋼板地鉄が外部に露出し、錆が発生してしまう。このため、グラス皮膜に疵が生じた場合には、再度、絶縁皮膜を塗布する必要があった。
　また、一方向性電磁鋼板においては、多くの熱処理が実施されるため、鋼板地鉄の長手方向（圧延方向）及び幅方向において、グラス皮膜や絶縁皮膜の界面構造や厚みにばらつきが生じることがある。よって、レーザ照射条件を調整しても、鋼板地鉄全体でグラス皮膜における疵の発生を確実に抑制することが困難なことがあった。
　このような状況から、従来よりも、レーザ照射によるグラス皮膜における疵の発生を抑制でき、高品質な一方向性電磁鋼板を提供することができる一方向性電磁鋼板の製造方法が求められていた。
特開２００７－１１９８２１号公報 特表２００３－５００５４１号公報 特公平０６－０１９１１２号公報
本発明の一方向性電磁鋼板の製造方法は、鋼板地鉄と、この鋼板地鉄の表面に形成されたグラス皮膜と、グラス皮膜の上に形成された絶縁皮膜と、を有する一方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記鋼板地鉄をコイル状に巻き取った状態でバッチ式炉において焼鈍を行い、前記鋼板地鉄の表面にグラス皮膜を形成する最終仕上焼鈍工程と、前記最終仕上焼鈍工程の後に、前記グラス皮膜の上に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成工程と、前記絶縁皮膜の上からレーザビームを照射し、磁区制御を行うレーザ照射工程と、を有し、前記レーザ照射工程では、前記最終仕上焼鈍工程時におけるコイルの径方向外側を向く面に対して、レーザビームを照射するものである。
　最終仕上焼鈍工程においては、鋼板地鉄をコイル状に巻いた状態でバッチ式炉において熱処理を行っており、コイル状とされた鋼板地鉄の径方向外側を向く面及び径方向内側を向く面にグラス皮膜が形成される。そして、絶縁皮膜形成工程では、コイル状に巻き取られた鋼板地鉄を巻き解して板状に伸ばした状態で、グラス皮膜上に絶縁皮膜を形成する。さらに、レーザ照射工程においては、グラス皮膜及び絶縁皮膜が形成された鋼板地鉄を板状に伸ばした状態で、板面にレーザビームを照射する。
　ここで、コイル状に巻き取られた鋼板地鉄を巻き解して板状に伸ばした際には、コイルの径方向外側を向く面に形成されたグラス皮膜には圧縮応力が作用し、コイルの径方向内側を向く面に形成されたグラス皮膜には引張応力が作用することになる。また、グラス皮膜は、引張応力には弱いが圧縮応力には強い性質を有している。
　そこで、レーザ照射工程において、最終仕上焼鈍工程時におけるコイルの径方向外側を向く面、すなわち、圧縮応力が作用したグラス皮膜に対してレーザビームを照射することにより、グラス皮膜における疵の発生を抑制することが可能となる。これにより、レーザ照射工程後に、再度、絶縁皮膜を形成する必要がなく、一方向性電磁鋼板の生産効率を大幅に向上することができる。
　鋼板の本体（地鉄）とグラス皮膜の密着性が劣化していない最終仕上焼鈍工程時におけるコイルの径方向外側を向く面にレーザビームを集光照射する本発明によれば、グラス皮膜における疵の発生を確実に抑制することができ、高品質な一方向性電磁鋼板を提供することが可能となる。
本発明の実施形態である一方向性電磁鋼板の製造方法によって製造される一方向性電磁鋼板の断面説明図である。 本発明の実施形態である一方向性電磁鋼板の製造方法のフロー図である。 図２における脱炭焼鈍工程及び焼鈍分離剤塗布工程の概略説明図である。 図２における最終仕上焼鈍工程の概略説明図である。 図２における絶縁皮膜形成工程の概略説明図である。 図２におけるレーザ照射工程の概略説明図である。 本発明例の評価結果を示す図である。 比較例の評価結果を示す図である。
　以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。
　図１に示す一方向性電磁鋼板１０は、鋼板地鉄１１（地鉄）と、鋼板地鉄１１の表面に形成されたグラス皮膜１２と、グラス皮膜１２の上に形成された絶縁皮膜１３と、を備えている。
　鋼板地鉄１１（地鉄）は、Ｓｉを含有する鉄合金で構成されている。本実施形態では、Ｓｉ；２．５質量％以上４．０質量％以下、Ｃ；０．０２質量％以上０．１０質量％以下、Ｍｎ；０．０５質量％以上０．２０質量％以下、酸可溶性Ａｌ；０．０２０質量％以上０．０４０質量％以下、Ｎ；０．００２質量％以上０．０１２質量％以下、Ｓ；０．００１質量％以上０．０１０質量％以下、Ｐ；０．０１質量％以上０．０４質量％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物、といった組成とされている。
　また、鋼板地鉄１１（地鉄）の厚さは、一般的に０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下とされている。
　グラス皮膜１２は、例えば、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）及びコージライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１６）、といった複合酸化物によって構成されている。なお、このグラス皮膜１２の厚さは、１μm前後とされている。
　絶縁皮膜１３は、例えば、（特開昭４８－３９３３８号公報、特公昭５３－２８３７５号公報）コロイド状シリカとリン酸塩（リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウムなど）を主体とするコーティング液や、（特開平６－６５７５４号公報、特開平６－６５７５５号公報）アルミナゾルとホウ酸を混合したコーティング液によって構成されている。本実施形態では、絶縁皮膜１３は、リン酸アルミニウムとコロイダルシリカ、無水クロム酸（特公昭５３－２８３７５号公報）について示す。なお、この絶縁皮膜１３の厚さは、２μm前後とされている。
　そして、この一方向性電磁鋼板１０においては、絶縁皮膜１３の上からレーザビームが照射されることによって、圧延方向にほぼ直交する線状の領域に残留歪が付与されている。この残留歪が付与された線状領域は、圧延方向に所定の周期で形成されており、二つの線状領域に挟まれて圧延方向に磁化が向いた領域において、圧延方向と略直交する方向の磁区幅を細分化する。
　次に、本実施形態である一方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
　本実施形態である一方向性電磁鋼板の製造方法は、図２のフロー図に示すように、鋳造工程Ｓ０１と、熱間圧延工程Ｓ０２と、焼鈍工程Ｓ０３と、冷間圧延工程Ｓ０４と、脱炭焼鈍工程Ｓ０５と、焼鈍分離剤塗布工程Ｓ０６と、最終仕上焼鈍工程Ｓ０７と、絶縁皮膜形成工程Ｓ０８と、レーザ照射工程Ｓ０９と、を有している。
　鋳造工程Ｓ０１では、上述の組成に調製された溶鋼を連続鋳造機に供給し、鋳塊を連続的に製出する。
　熱間圧延工程Ｓ０２では、得られた鋳塊を所定温度（例えば１１５０～１４００℃）に加熱して熱間圧延を実施する。これにより、たとえば厚さ１．８～３．５ｍｍの熱間圧延材を製出する。
　焼鈍工程Ｓ０３では、熱間圧延材に対して、例えば７５０～１２００℃×３０秒～１０分の条件で熱処理を行う。
　冷間圧延工程Ｓ０４では、焼鈍工程Ｓ０３後の熱間圧延材の表面を酸洗した上で、冷間圧延を実施する。これにより、たとえば厚さ０．１５～０．３５ｍｍの冷間圧延材を製出する。
　脱炭焼鈍工程Ｓ０５では、冷間圧延材に対して、例えば７００～９００℃×１～３分の条件で熱処理を行う。ここで、脱炭焼鈍工程Ｓ０５は、図３に示すように、コイル状に巻き取られた冷間圧延材を板状に引き出して炉２１内を走行させながら熱処理を実施する。これにより、鋼板地鉄１１が製出される。また、図３に示すように、この脱炭焼鈍工程Ｓ０５により、鋼板地鉄１１の表面にはシリカ（ＳｉＯ２）を主体とする酸化物層１５が形成される。
焼鈍分離剤塗布工程Ｓ０６では、図３の○で囲んだ鋼板の断面拡大図に示すように、酸化物層１５の上に、マグネシア（ＭｇＯ）を主体とする焼鈍分離剤１６を塗布する。
　最終仕上焼鈍工程Ｓ０７では、図４に示すように、焼鈍分離剤１６を塗布された鋼板地鉄１１をコイル状に巻き取った状態で、バッチ式炉２２内に装入して熱処理を実施する。なお、この最終仕上焼鈍工程Ｓ０７における熱処理条件は、１１００～１３００℃×２０～２４時間とされている。この最終仕上焼鈍工程Ｓ０７によって、シリカを主体とする酸化物層１５とマグネシアを主体とする焼鈍分離剤１６とが反応し、図４の○で囲んだ鋼板の断面拡大図に示すように、鋼板地鉄１１の表面にフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）からなるグラス皮膜１２が形成される。
　絶縁皮膜成形工程Ｓ０８では、図５に示すように、コイル状に巻き取られた鋼板地鉄１１を巻き解して板状に伸ばして搬送し、鋼板地鉄１１の両面に形成されたグラス皮膜１２の上に絶縁剤を塗布、焼付けを行い、絶縁皮膜１３を形成する。絶縁皮膜１３を形成した鋼板地鉄１１はコイル状に巻き取られる。
　レーザ照射工程Ｓ０９では、図６に示すように、コイル状に巻き取られた鋼板地鉄１１を巻き解して板状に伸ばして搬送し、鋼板地鉄１１の片面に向けてレーザビームを集光・照射し、電磁鋼板の略幅方向に走査する。これにより、鋼板地鉄１１表面に、圧延方向にほぼ直交する線状の歪を、圧延方向について予め設定した間隔で付与する。このとき、最終仕上工程Ｓ０７において、バッチ式炉２２に装入された際のコイルの径方向外側を向く面に対してレーザビームを照射するように、レーザ照射装置２３を配置している。レーザの光源、種類については、通常レーザ照射による磁区制御に用いられるレーザ光源であれば特に限定はされない。本実施形態では、レーザ照射工程Ｓ０９では、ＹＡＧレーザを用いた例を示す。
　このようにして、鋼板地鉄１１の表面にグラス皮膜１２及び絶縁皮膜１３が形成され、レーザ照射によって磁区制御された一方向性電磁鋼板１０が製造される。
　以上のような構成とされた本実施形態である一方向性電磁鋼板の製造方法によれば、最終仕上焼鈍工程Ｓ０７において、焼鈍分離剤１６を塗布された鋼板地鉄１１をコイル状に巻き取った状態でバッチ式炉２２内に装入して熱処理を実施しているので、コイル状とされた鋼板地鉄１１の径方向外側を向く面及び径方向内側を向く面にそれぞれグラス皮膜１２が形成される。
　そして、レーザ照射工程Ｓ０９では、コイル状に巻き取られた鋼板地鉄１１を巻き解して板状に伸ばして搬送し、最終仕上工程Ｓ０７においてバッチ式炉２２に装入されたコイルの径方向外側を向く面に対してレーザビームを照射している。
　ここで、コイル状に巻き取られた鋼板地鉄１１を巻き解して板状に伸ばした際には、コイルの径方向外側を向く面に形成されたグラス皮膜１２には圧縮応力が作用し、コイルの径方向内側を向く面に形成されたグラス皮膜１２には引張応力が作用することになる。
　本実施形態では、レーザ照射工程Ｓ０９において、圧縮応力が作用しているグラス皮膜１２が形成されている面に対してレーザビームを照射することになる。グラス皮膜１２は、引張応力には弱いが圧縮応力には強い性質を有している。これにより、グラス皮膜１２に疵が発生することが抑制され、鋼板地鉄１１が外部に露出することを防止できる。
したがって、レーザ照射工程Ｓ０９後に、再度、絶縁皮膜１３を形成する必要がない。また、レーザ照射工程Ｓ０９におけるレーザ照射条件を必要以上に制限することなく、グラス皮膜１２における疵の発生を確実に抑制することが可能となる。よって、一方向性電磁鋼板１０の生産効率を大幅に向上することができる。
また、グラス皮膜１２に疵の発生が少ない高品質の一方向性電磁鋼板１０を提供することができる。
次に、本発明の効果を確認するために実施した確認実験について説明する。
まず、Ｓｉ；３．０質量％、Ｃ；０．０５質量％、Ｍｎ；０．１質量％、酸可溶性Ａｌ；０．０２質量％、Ｎ；０．０１質量％、Ｓ；０．０１質量％、Ｐ；０．０２質量％、残部がＦｅ及び不可避不純物、といった組成のスラブを準備した。
このスラブに対して、１２８０℃で熱間圧延を実施し、厚さ２．３ｍｍの熱間圧延材を製出した。
次に、熱間圧延材に対して、１０００℃×１分の条件で熱処理を行った。熱処理後に酸洗処理を施した上で冷間圧延を実施し、厚さ０．２３ｍｍの冷間圧延材を製出した。
この冷間圧延材に対して、８００℃×２分の条件で脱炭焼鈍を実施した。そして、脱炭焼鈍後の冷間圧延材の両面に、マグネシアを主成分とする焼鈍分離材を塗布した。
　焼鈍分離材を塗布した冷間圧延材をコイル状に巻き取った状態で、バッチ式炉に装入し、１２００℃×２０時間の条件で最終仕上焼鈍を実施した。これにより、表面にグラス皮膜が形成された鋼板地鉄を製出した。
　次に、グラス皮膜の上に、リン酸アルミニウムからなる絶縁材を塗布、焼付け（８５０℃×１分）し、絶縁皮膜を形成した。
そして、絶縁皮膜及びグラス皮膜が形成された鋼板地鉄に対して、レーザビームを照射し、鋼板地鉄の表面に歪を付与した。このときのレーザビームの照射条件は、出力２００Ｗ、略楕円形状の集光スポット形状ｄｌ（圧延方向径）×ｄｃ（幅方向径）＝１００μｍ×４０００μｍ、スキャン速度Ｖｃ＝１６ｍ／ｓ、ピッチ４ｍｍとした。
本発明例では、最終仕上焼鈍時においてコイルの径方向外側を向く面に対してレーザビームを照射した。
比較例では、最終仕上焼鈍時においてコイルの径方向内側を向く面に対してレーザビームを照射した。
このようにして得られた本発明例である一方向性電磁鋼板及び比較例である一方向性電磁鋼板について、塩水噴霧試験を実施し、錆評点で評価した。なお、錆評点は、ＪＩＳ　Ｋ２２４６　５．３４　湿潤試験方法に準じて、レーザ照射部の錆の発生率（目視および画像処理）によって、以下の５段階で評価した。
評点５　合格、錆発生なし、レーザ照射部が目視確認できない。顕微鏡でも確認できない。　
評点４　合格、錆発生なし、レーザ照射部が顕微鏡で確認される。目視では確認できない。　
評点３　合格、錆発生なし、レーザ照射部が目視確認できる。（絶縁皮膜は、変質・損傷している可能性があるが、グラス皮膜は健全であり、絶縁性が維持されている状態）　
評点２　不合格、錆発生あり、目視で離散的に錆を確認。
評点１　不合格、錆発生あり、目視で連続的に錆を確認。
なお、評点が４以上であれば、絶縁皮膜の再塗布を実施する必要がない。評価結果を、図７及び図８に示す。
本発明例によれば、図７に示すように、錆評点が４，５となっており、グラス皮膜に疵が発生していないことが確認される。
一方、比較例においては、図８に示すように、錆評点が１，２，３となる箇所がある。多くの箇所でグラス皮膜に疵が発生し、鋼板地鉄が露出していると判断される。
なお、上記の実施例以外の前述した他のグラス皮膜や絶縁皮膜でも、同様に圧縮応力が作用しているグラス皮膜が形成されている面に対してレーザビームを照射することにより、グラス皮膜における疵の発生が抑制されることを確認した。さらに、照射するレーザ光として、ファイバーレーザ等を用いて疵の発生を調べて、傾向として同様の結果を得た。
以上のことから、本発明例によれば、同一のレーザ照射条件であっても、グラス皮膜における疵の発生を抑制可能であることが確認された。
本発明によれば、圧縮応力が作用しているグラス皮膜が形成されている面に対してレーザビームを照射することにより、グラス皮膜における疵の発生が抑制された高品質な一方向性電磁鋼板を提供することができる。
１０　一方向性電磁鋼板
１１　鋼板地鉄
１２　グラス皮膜
１３　絶縁皮膜
Ｓ０７　最終仕上焼鈍工程
Ｓ０９　レーザ照射工程

Claims (1)

  1. 　鋼板地鉄と、この鋼板地鉄の表面に形成されたグラス皮膜と、グラス皮膜の上に形成された絶縁皮膜と、を有する一方向性電磁鋼板の製造方法であって、
    前記鋼板地鉄をコイル状に巻き取った状態でバッチ式炉において焼鈍を行い、前記鋼板地鉄の表面にグラス皮膜を形成する最終仕上焼鈍工程と、
    　前記最終仕上焼鈍工程の後に、前記グラス皮膜の上に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成工程と、
    　前記絶縁皮膜の上からレーザビームを照射し、磁区制御を行うレーザ照射工程と、を有し、
    　前記レーザ照射工程では、前記最終仕上焼鈍工程時におけるコイルの径方向外側を向く面に対して、レーザビームを照射することを特徴とする一方向性電磁鋼板の製造方法。
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