JP2024500836A - 方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】連続グルーブおよび不連続グルーブを組み合わせて、鉄損特性とともに電気絶縁性を確保できる方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法を提供する。【解決手段】電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向（Ｘ１方向）に形成された線状のグルーブと、電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向（Ｘ２方向）に配列されて形成された点状のグルーブとを含み、線状のグルーブおよび点状のグルーブは、圧延方向に沿って複数個形成され、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．０２～１．７倍であり、前記点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が０．０１～９．０ｍｍであり、前記圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）が１．８～５．０ｍｍであることを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法に係り、より詳しくは、連続グルーブおよび不連続グルーブを組み合わせて、鉄損特性とともに電気絶縁性を確保できる方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法に関する。
方向性電磁鋼板は、乾式あるいは油入式環境下で電磁誘導現象を利用した変圧器鉄心素材として用いられるため、最終完成品の状態でコーティング材の密着性と耐食性を要求する。
方向性電磁鋼板は、Ｓｉを多量含有し、溶解、鋳造、熱延、熱延板焼鈍、冷延および高温焼鈍工程などにより２次再結晶粒の集合組織を圧延方向と同一のＧｏｓｓ方位（｛１１０｝＜００１＞）に配向させた機能性鋼板である。特に、方向性電磁鋼板の磁区微細化技術は、磁場印加時に２次結晶粒内の１８０゜磁区幅を減少させることによって鉄損特性を改善させる技術であって、０．２０ｍｍの厚さ以下の極薄物から０．３０ｍｍの厚さに達する厚物材まで広い範囲の厚さ製品に適用されている。磁区微細化技術のうち鉄損改善効果を応力緩和焼鈍熱処理（ＳＲＡ、Ｓｔｒｅｓｓ Ｒｅｌｉｅｆ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）後にも磁区微細化効果を確保できる技術を永久磁区微細化技術（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）という。この永久磁区微細化技術は、技術的特性のため、成形および熱処理を必要とする変圧器鉄心として用いられ、乾（湿）式の常温以上の環境で鉄心の鉄損特性とともに電気絶縁性を確保することが必要である。
方向性電磁鋼板は、Ｓｉを多量含有し、溶解、鋳造、熱延、熱延板焼鈍、冷延および高温焼鈍工程などにより２次再結晶粒の集合組織を圧延方向と同一のＧｏｓｓ方位（｛１１０｝＜００１＞）に配向させた機能性鋼板である。特に、方向性電磁鋼板の磁区微細化技術は、磁場印加時に２次結晶粒内の１８０゜磁区幅を減少させることによって鉄損特性を改善させる技術であって、０．２０ｍｍの厚さ以下の極薄物から０．３０ｍｍの厚さに達する厚物材まで広い範囲の厚さ製品に適用されている。磁区微細化技術のうち鉄損改善効果を応力緩和焼鈍熱処理（ＳＲＡ、Ｓｔｒｅｓｓ Ｒｅｌｉｅｆ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）後にも磁区微細化効果を確保できる技術を永久磁区微細化技術（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）という。この永久磁区微細化技術は、技術的特性のため、成形および熱処理を必要とする変圧器鉄心として用いられ、乾（湿）式の常温以上の環境で鉄心の鉄損特性とともに電気絶縁性を確保することが必要である。
本発明は、連続グルーブおよび不連続グルーブを組み合わせて、鉄損特性とともに電気絶縁性を確保できる方向性電磁鋼板およびその磁区微細化方法を提供することを目的とする。
本発明の方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向（Ｘ１方向）に形成された線状のグルーブと、電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向（Ｘ２方向）に配列されて形成された点状のグルーブとを含み、線状のグルーブおよび点状のグルーブは、圧延方向に沿って複数個形成され、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．０２～１．７倍である。
点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が０．０１～９．００ｍｍであり、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）が１．８ｍｍ～５．０ｍｍであってもよい。
圧延方向に対する線状のグルーブ間の間隔（Ｄ１）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．２～３倍であってもよい。
線状のグルーブおよび点状のグルーブは、鋼板の一面に形成される。
線状のグルーブおよび点状のグルーブの深さは、鋼板の厚さの５～１５％であってもよい。
線状のグルーブの長手方向および点状のグルーブの配列方向は、圧延方向と７５～１０５°の角度をなすことができる。
線状のグルーブは、前記鋼板の圧延垂直方向に沿って２個～１０個断続的に形成される。
点状のグルーブは、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する直径（ＬＧ）が０．０２ｍｍ～０．４ｍｍであってもよい。
点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が０．０１～９．００ｍｍであり、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）が１．８ｍｍ～５．０ｍｍであってもよい。
圧延方向に対する線状のグルーブ間の間隔（Ｄ１）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．２～３倍であってもよい。
線状のグルーブおよび点状のグルーブは、鋼板の一面に形成される。
線状のグルーブおよび点状のグルーブの深さは、鋼板の厚さの５～１５％であってもよい。
線状のグルーブの長手方向および点状のグルーブの配列方向は、圧延方向と７５～１０５°の角度をなすことができる。
線状のグルーブは、前記鋼板の圧延垂直方向に沿って２個～１０個断続的に形成される。
点状のグルーブは、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する直径（ＬＧ）が０．０２ｍｍ～０．４ｍｍであってもよい。
本発明の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法は、方向性電磁鋼板を用意する段階、方向性電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向に連続型発振周波数レーザを照射して、線状のグルーブを形成する段階、および方向性電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向にパルス型発振周波数レーザを照射して、点状のグルーブを形成する段階を含む。
線状のグルーブを形成する段階および前記点状のグルーブを形成する段階を複数回行って、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．０２～１．７倍である。
点状のグルーブを形成する段階で、レーザの周波数（Ｆｑ）は、２０ｋＨｚ～１００ｋＨｚであってもよい。
点状のグルーブを形成する段階で、レーザのデューティは、５０％以下であってもよい。
線状のグルーブを形成する段階および点状のグルーブを形成する段階で、レーザのエネルギー密度は、０．５～２Ｊ／ｍｍ２であってもよい。
グルーブを形成する段階および点状のグルーブを形成する段階で、レーザの鋼板圧延垂直方向のビーム長さが５０～７５０μｍであり、レーザの鋼板圧延方向のビーム幅が１０～３０μｍであってもよい。
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グルーブを形成する段階および点状のグルーブを形成する段階で、レーザの鋼板圧延垂直方向のビーム長さが５０～７５０μｍであり、レーザの鋼板圧延方向のビーム幅が１０～３０μｍであってもよい。
本発明によれば、連続グルーブおよび不連続グルーブを組み合わせて形成することによって、保磁力と鉄損が改善され、同時に電気絶縁特性も改善される。
第１、第２および第３などの用語は、多様な部分、成分、領域、層および／またはセクションを説明するために使われるが、これらに限定されない。これらの用語は、ある部分、成分、領域、層またはセクションを他の部分、成分、領域、層またはセクションと区別するためにのみ使われる。したがって、以下に述べる第１部分、成分、領域、層またはセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で第２部分、成分、領域、層またはセクションと言及されてもよい。
ここで使われる専門用語は単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使われる単数形態は、文言がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使われる「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分の存在や付加を除外させるわけではない。
ある部分が他の部分の「上に」あると言及した場合、これは直に他の部分の上にあるか、その間に他の部分が伴う。対照的に、ある部分が他の部分の「真上に」あると言及した場合、その間に他の部分が介在しない。
ここで使われる専門用語は単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使われる単数形態は、文言がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使われる「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分の存在や付加を除外させるわけではない。
ある部分が他の部分の「上に」あると言及した場合、これは直に他の部分の上にあるか、その間に他の部分が伴う。対照的に、ある部分が他の部分の「真上に」あると言及した場合、その間に他の部分が介在しない。
他に定義しないが、ここに使われる技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が般に理解する意味と同じ意味を有する。通常使用される事前に定義された用語は関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味で解釈されない。
以下、本発明の実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
以下、本発明の実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
図１および図２には、本発明の磁区微細化された方向性電磁鋼板１０の模式図を示す。
図１および図２に示すように、本発明の方向性電磁鋼板１０は、電磁鋼板の一面１１または両面１１、１２に、圧延方向（ＲＤ方向）と交差する方向（Ｘ１方向）に形成された線状のグルーブ２０と、電磁鋼板の一面１１または両面１１、１２に、圧延方向と交差する方向（Ｘ２方向）に配列されて形成された点状のグルーブ３０とを含む。
線状のグルーブ２０および点状のグルーブ３０は、圧延方向に沿って複数個形成され、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．０２～１．７倍である。
本発明によれば、線状のグルーブ２０および点状のグルーブ３０を同時に形成して、磁性特性と電気絶縁性特性を同時に改善することができる。例えば、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０を単独で形成する時、磁性特性確保のために溝深さの増加によるヒルアップの発生が問題とされて、磁性特性および電気絶縁性に劣る。本発明の一実施例では、これを組み合せることによって、磁性特性と電気絶縁性特性を同時に改善することができる。
図１および図２に示すように、本発明の方向性電磁鋼板１０は、電磁鋼板の一面１１または両面１１、１２に、圧延方向（ＲＤ方向）と交差する方向（Ｘ１方向）に形成された線状のグルーブ２０と、電磁鋼板の一面１１または両面１１、１２に、圧延方向と交差する方向（Ｘ２方向）に配列されて形成された点状のグルーブ３０とを含む。
線状のグルーブ２０および点状のグルーブ３０は、圧延方向に沿って複数個形成され、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．０２～１．７倍である。
本発明によれば、線状のグルーブ２０および点状のグルーブ３０を同時に形成して、磁性特性と電気絶縁性特性を同時に改善することができる。例えば、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０を単独で形成する時、磁性特性確保のために溝深さの増加によるヒルアップの発生が問題とされて、磁性特性および電気絶縁性に劣る。本発明の一実施例では、これを組み合せることによって、磁性特性と電気絶縁性特性を同時に改善することができる。
本発明において、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）および圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の比（Ｄ３／Ｄ２）が同じく重要である。
この比が過度に小さい場合、点状のグルーブ３０が線状のグルーブと類似の形態になって、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０を同時に形成した効果を得にくい。また、この比が過度に大きい場合、点状のグルーブ３０が実質的に形成されないも同然の形態になって、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０を同時に形成した効果を得にくい。したがって、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．０２～１．７倍になる必要がある。さらに具体的には０．３０～１．７倍になる必要がある。さらに具体的には０．６５～１．７倍になる必要がある。
この比が過度に小さい場合、点状のグルーブ３０が線状のグルーブと類似の形態になって、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０を同時に形成した効果を得にくい。また、この比が過度に大きい場合、点状のグルーブ３０が実質的に形成されないも同然の形態になって、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０を同時に形成した効果を得にくい。したがって、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．０２～１．７倍になる必要がある。さらに具体的には０．３０～１．７倍になる必要がある。さらに具体的には０．６５～１．７倍になる必要がある。
図３には、線状のグルーブ２０間の間隔をＤ１と表示し、圧延方向に対する点状のグルーブ３０間の間隔をＤ２と表示した。図２にて点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔をＤ３と表示した。図１のように、複数の線状のグルーブ２０および複数の点状のグルーブ３０が形成された場合、任意の線状のグルーブ２０およびその任意の線状のグルーブ２０と最も近い線状のグルーブ２０を、グルーブ間の間隔（Ｄ１）と定義する。また、任意の点状のグルーブ３０と圧延方向に最も近い点状のグルーブ３０とを、点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）と定義する。さらに、図３に示すように、任意の点状のグルーブ３０と点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に最も近い点状のグルーブ３０とを、点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）と定義する。
また、線状のグルーブ２０および点状のグルーブ３０に圧延方向（ＲＤ方向）に厚さが存在するので、線状のグルーブ２０の中心線と点状のグルーブ３０の最外郭線とを基準として間隔を定義する。さらに、線状のグルーブ２０および点状のグルーブ３０は、実質的に平行であるが、平行でない場合、最も近い位置を間隔と見なす。また、複数の線状のグルーブ２０および複数の点状のグルーブ３０が形成された場合、それぞれの間隔（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）の平均値、つまり、間隔（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）の総和を全体個数で割った値が前述した範囲を満足できる。
点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が０．０１～９．００ｍｍであり、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）が１．８ｍｍ～５．０ｍｍであってもよい。点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が過度に大きい場合、点状のグルーブ３０ではない線状のグルーブ２０だけが形成された効果が発生して、磁性および絶縁性に劣ることがある。圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）が過度に小さい場合、線状のグルーブ２０ではない点状のグルーブ３０だけが形成された効果が発生して、磁性および絶縁性に劣ることがある。逆に、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）が過度に大きい場合、線状のグルーブ２０だけが形成された効果が発生して、磁性および絶縁性に劣ることがある。さらに具体的には、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が０．１～３．０ｍｍであり、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）が２．０ｍｍ～４．０ｍｍであってもよい。
圧延方向に対する線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）は、圧延方向に対する点状のグルーブ３０間の間隔（Ｄ２）の０．２～３．０倍であってもよい。
図３には、線状のグルーブ２０の間に点状のグルーブ３０が１個形成された場合、つまり、Ｄ２／Ｄ１が１の場合を示したが、これに制限されない。
圧延方向に対する線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）が過度に大きい場合、点状のグルーブ３０だけが形成された効果が発生して、磁性および絶縁性に劣ることがある。逆に、圧延方向に対する線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）が過度に小さい場合、線状のグルーブ２０だけが形成された効果が発生して、磁性および絶縁性に劣ることがある。さらに具体的には、圧延方向に対する線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）は、圧延方向に対する点状のグルーブ３０間の間隔（Ｄ２）の０．５～１．５倍であってもよい。
さらに具体的には、圧延方向に対する線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）は、２～１５ｍｍであってもよい。
図３には、線状のグルーブ２０の間に点状のグルーブ３０が１個形成された場合、つまり、Ｄ２／Ｄ１が１の場合を示したが、これに制限されない。
圧延方向に対する線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）が過度に大きい場合、点状のグルーブ３０だけが形成された効果が発生して、磁性および絶縁性に劣ることがある。逆に、圧延方向に対する線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）が過度に小さい場合、線状のグルーブ２０だけが形成された効果が発生して、磁性および絶縁性に劣ることがある。さらに具体的には、圧延方向に対する線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）は、圧延方向に対する点状のグルーブ３０間の間隔（Ｄ２）の０．５～１．５倍であってもよい。
さらに具体的には、圧延方向に対する線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）は、２～１５ｍｍであってもよい。
圧延方向に対する線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）、圧延方向に対する点状のグルーブ３０間の間隔（Ｄ２）、および点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）は、全体電磁鋼板内でその間隔が一定であり得る。具体的には、全体電磁鋼板内のすべての間隔（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）が平均間隔（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）の１０％以内に相当できる。さらに具体的には１％以内に相当できる。
図１および図２には、線状のグルーブ２０および点状のグルーブ３０が鋼板の一面１１に形成されたことを示したが、これに制限されるわけではない。例えば、線状のグルーブ２０は、鋼板の一面１１に形成され、点状のグルーブ３０は、鋼板の他面１２に形成されることも可能である。
例えば、Ｄ２／Ｄ１が１より小さい場合も可能である。さらに具体的には、点状のグルーブ３０間の間隔（Ｄ２）は、線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）の０．２～０．５倍であってもよい。この場合、前述したように、それぞれの間隔（Ｄ１、Ｄ２）の平均値が前述した範囲を満足できる。さらに具体的には、点状のグルーブ３０間の間隔（Ｄ２）は、線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）の０．２～０．４倍になる。
また、逆に、Ｄ２／Ｄ１が１より大きい場合も可能である。さらに具体的には、点状のグルーブ３０間の間隔（Ｄ２）は、線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）の２～２．８倍であってもよい。
例えば、Ｄ２／Ｄ１が１より小さい場合も可能である。さらに具体的には、点状のグルーブ３０間の間隔（Ｄ２）は、線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）の０．２～０．５倍であってもよい。この場合、前述したように、それぞれの間隔（Ｄ１、Ｄ２）の平均値が前述した範囲を満足できる。さらに具体的には、点状のグルーブ３０間の間隔（Ｄ２）は、線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）の０．２～０．４倍になる。
また、逆に、Ｄ２／Ｄ１が１より大きい場合も可能である。さらに具体的には、点状のグルーブ３０間の間隔（Ｄ２）は、線状のグルーブ２０間の間隔（Ｄ１）の２～２．８倍であってもよい。
図３に示すように、線状のグルーブ２０および点状のグルーブ３０は、鋼板の表面の一部がレーザ、プラズマ、イオンビームなどの照射によって除去された部分を意味する。図１には、線状のグルーブ２０の形状が楔状に表現されており、点状のグルーブ３０の形状が半円形に表現されているが、これは一例に過ぎず、四角形、台形状、Ｕ字状、Ｗ状など多様な形態に形成可能である。
図４には、本発明の線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０の模式図を示す。線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０の深さ（ＨＧ）は、鋼板の厚さの５～１５％であってもよい。グルーブの深さ（ＨＧ）が過度に浅ければ、適切な鉄損改善効果を得にくい。グルーブの深さ（ＨＧ）が過度に深ければ、強いレーザ照射によって鋼板１０の組織特性を大きく変化させたり、多量のヒルアップおよびスパッタを形成して磁性を劣化させることがある。したがって、前述した範囲で線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０の深さを制御することができる。
図４に示すように、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０の下部に形成された凝固合金層４０を含み、凝固合金層４０は、厚さ（Ｈｃ）が０．１μｍ～３μｍであってもよい。凝固合金層４０の厚さを適切に制御することによって、２次再結晶の形成には影響を与えず、最終絶縁コーティング後、溝部にスパイクドメイン（ｓｐｉｋｅ ｄｏｍａｉｎ）のみを形成するようにする。凝固合金層４０の厚さが過度に厚ければ、１次再結晶時の再結晶に影響を与えるため、２次再結晶焼鈍後の２次再結晶のゴス集積度に劣るので、２次再結晶鋼板にレーザ照射を実施しても鉄損改善効果特性を確保できないことがある。凝固合金層は、平均粒径が１～１０μｍの再結晶を含み、他の鋼板部分と区分される。状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０の上部には絶縁被膜層５０が形成される。
図１および図２には、線状のグルーブ２０の長手方向（Ｘ１方向）または点状のグルーブ３０の配列方向（Ｘ２方向）と圧延方向（ＲＤ方向）とが直角を形成することを示しているが、これに制限されるわけではない。例えば、線状のグルーブ２０の長手方向（Ｘ１方向）または点状のグルーブ３０の配列方向（Ｘ２方向）は、７５～１０５°の角度をなすことができる。前述した角度を形成する時、方向性電磁鋼板の鉄損を改善するのに寄与できる。さらに具体的には７５～８８°または９７～１０５°であってもよい。
図１には、線状のグルーブ２０が圧延垂直方向（ＴＤ方向）に沿って連続的に形成されたことを示しているが、これに制限されるわけではない。例えば、線状のグルーブ２０は、鋼板の圧延垂直方向（ＴＤ方向）に沿って２個～１０個断続的に形成される。このように断続的に形成する時、方向性電磁鋼板の鉄損を改善するのに寄与できる。
点状のグルーブ３０は、点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する直径（ＬＧ）が０．０２ｍｍ～０．４０ｍｍであってもよい。適切な直径（ＬＧ）により方向性電磁鋼板の鉄損を改善するのに寄与できる。点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する直径（ＬＧ）が０．０５ｍｍ～０．３ｍｍであってもよい。
本発明の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法は、方向性電磁鋼板１０を用意する段階、方向性電磁鋼板１０の一面または両面に、圧延方向（ＲＤ方向）と交差する方向にレーザを照射して、連続型発振周波数レーザを照射して、線状のグルーブ２０を形成する段階、および方向性電磁鋼板１０の一面または両面に、圧延方向と交差する方向にパルス型発振周波数レーザを照射して、点状のグルーブ３０を形成する段階を含む。
まず、方向性電磁鋼板１０を用意する。本発明では、磁区微細化方法および形成される線状のグルーブ２０および点状のグルーブ３０の形状をその特徴とするものであって、磁区微細化の対象になる方向性電磁鋼板は制限なく使用可能である。特に、方向性電磁鋼板の合金組成とは関係なく本発明の効果が発現する。したがって、方向性電磁鋼板の合金組成に関する具体的な説明は省略する。
本発明の方向性電磁鋼板は、スラブから熱間圧延および冷間圧延により所定の厚さに圧延された方向性電磁鋼板を用いることができる。また、１次再結晶焼鈍または２次再結晶焼鈍を終えた方向性電磁鋼板を用いることができる。
次に、方向性電磁鋼板の一面１１に、圧延方向（ＲＤ方向）と交差する方向にレーザを照射して、線状のグルーブ２０を形成する。
この時、レーザのエネルギー密度（Ｅｄ）は、０．５～２Ｊ／ｍｍ２であってもよい。エネルギー密度が過度に小さい場合、適切な深さの線状のグルーブ２０が形成されず、鉄損改善効果を得にくい。逆に、エネルギー密度が過度に大きい場合にも、過度に厚い深さの線状のグルーブ２０が形成されて、鉄損改善効果を得にくい。
次に、方向性電磁鋼板の一面１１に、圧延方向（ＲＤ方向）と交差する方向にレーザを照射して、線状のグルーブ２０を形成する。
この時、レーザのエネルギー密度（Ｅｄ）は、０．５～２Ｊ／ｍｍ２であってもよい。エネルギー密度が過度に小さい場合、適切な深さの線状のグルーブ２０が形成されず、鉄損改善効果を得にくい。逆に、エネルギー密度が過度に大きい場合にも、過度に厚い深さの線状のグルーブ２０が形成されて、鉄損改善効果を得にくい。
図５には、レーザビームの形状に対する模式図を示した。線状のグルーブ２０を形成する段階で、レーザの鋼板圧延垂直方向（ＴＤ方向）のビーム長さ（Ｌ）が５０～７５０μｍであってもよい。圧延垂直方向（ＴＤ方向）のビーム長さ（Ｌ）が過度に短ければ、レーザの照射される時間が過度に短くて、適切なグルーブを形成できず、鉄損改善効果を得にくい。逆に、圧延垂直方向（ＴＤ方向）のビーム長さ（Ｌ）が過度に長ければ、レーザの照射される時間が過度に長くて、過度に厚い深さの線状のグルーブ２０が形成されて、鉄損改善効果を得にくい。
レーザの鋼板圧延方向（ＲＤ方向）のビーム幅（Ｗ）は、１０～３０μｍであってもよい。ビーム幅（Ｗ）が過度に短かったり長ければ、線状のグルーブ２０の幅が短かったり長くなり、適切な磁区微細化効果が得られなくなる。
図５には、ビーム形状を楕円形に示したが、球状、あるいは長方形など形状の制限を受けない。
レーザの鋼板圧延方向（ＲＤ方向）のビーム幅（Ｗ）は、１０～３０μｍであってもよい。ビーム幅（Ｗ）が過度に短かったり長ければ、線状のグルーブ２０の幅が短かったり長くなり、適切な磁区微細化効果が得られなくなる。
図５には、ビーム形状を楕円形に示したが、球状、あるいは長方形など形状の制限を受けない。
レーザとしては、１０Ｗ～１００ｋＷの出力を有するレーザを用いることができ、Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｍｏｄｅ、Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ、Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｍｏｄｅのレーザを用いることができる。ＴＥＭｏｏ形態のビームであり、Ｍ２値は１．０～１．２の範囲値を有することができる。
次に、方向性電磁鋼板１０の一面または両面に、圧延方向（ＲＤ方向）と交差する方向にパルス型発振周波数レーザを照射して、点状のグルーブ３０を形成する。
次に、方向性電磁鋼板１０の一面または両面に、圧延方向（ＲＤ方向）と交差する方向にパルス型発振周波数レーザを照射して、点状のグルーブ３０を形成する。
前述した、線状のグルーブ２０を形成する段階および点状のグルーブ３０を形成する段階は、時間の前後の制限なく、行われる。具体的には、線状のグルーブ２０を形成する段階の後、点状のグルーブ３０を形成することができる。また、点状のグルーブ３０を形成する段階の後、線状のグルーブ２０を形成することができる。さらに、線状のグルーブ２０および点状のグルーブ３０を同時に形成することも可能である。
点状のグルーブ３０を形成する段階で、レーザのエネルギー密度、形状、出力、種類は、前述した線状のグルーブ２０を形成する段階と同一のレーザを用いることができる。
ただし、線状のグルーブ２０を形成する段階とは異なり、点状のグルーブ３０を形成する段階で、パルス型発振周波数レーザを照射することができる。パルス型発振周波数レーザとは、連続型発振周波数レーザとは異なり、時間に対するレーザビームの出力変化があるレーザである。このように出力変化があるため、レーザピークエネルギーが低い部分ではグルーブが形成されず、高い部分でのみグルーブが形成されて、点状のグルーブ３０が形成される。
点状のグルーブ３０を形成する段階で、レーザのエネルギー密度、形状、出力、種類は、前述した線状のグルーブ２０を形成する段階と同一のレーザを用いることができる。
ただし、線状のグルーブ２０を形成する段階とは異なり、点状のグルーブ３０を形成する段階で、パルス型発振周波数レーザを照射することができる。パルス型発振周波数レーザとは、連続型発振周波数レーザとは異なり、時間に対するレーザビームの出力変化があるレーザである。このように出力変化があるため、レーザピークエネルギーが低い部分ではグルーブが形成されず、高い部分でのみグルーブが形成されて、点状のグルーブ３０が形成される。
点状のグルーブ３０を形成する段階で、レーザの周波数（Ｆｑ）および圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）が下記式１を満足できる。
［式１］
１１ｍｍ・ｓ≦［Ｆｑ］／［Ｄ２］≦２００００ｍｍ・ｓ
（式１中、［Ｆｑ］は、点状のグルーブを形成する段階で、レーザの周波数（Ｈｚ）を示し、［Ｄ２］は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（ｍｍ）を示す。）
この比が過度に小さい場合、点状のグルーブ３０が線状のグルーブと類似の形態になって、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０を同時に形成した効果を得にくい。また、この比が過度に大きい場合、点状のグルーブ３０が実質的に形成されないも同然の形態になって、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０を同時に形成した効果を得にくい。さらに具体的には、式１の値が１１１～２０００ｍｍ・ｓになる必要がある。
レーザの周波数（Ｆｑ）は、２０～１００ｋＨｚになる。前述した範囲で点状のグルーブ３０が適切に形成されて、磁性および絶縁性を同時に向上させることができる。
［式１］
１１ｍｍ・ｓ≦［Ｆｑ］／［Ｄ２］≦２００００ｍｍ・ｓ
（式１中、［Ｆｑ］は、点状のグルーブを形成する段階で、レーザの周波数（Ｈｚ）を示し、［Ｄ２］は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（ｍｍ）を示す。）
この比が過度に小さい場合、点状のグルーブ３０が線状のグルーブと類似の形態になって、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０を同時に形成した効果を得にくい。また、この比が過度に大きい場合、点状のグルーブ３０が実質的に形成されないも同然の形態になって、線状のグルーブ２０または点状のグルーブ３０を同時に形成した効果を得にくい。さらに具体的には、式１の値が１１１～２０００ｍｍ・ｓになる必要がある。
レーザの周波数（Ｆｑ）は、２０～１００ｋＨｚになる。前述した範囲で点状のグルーブ３０が適切に形成されて、磁性および絶縁性を同時に向上させることができる。
レーザのデューティは、５０％以下であってもよい。デューティは、レーザビームの出力に対する時間波形において、［出力変調周期時間］（Ｔａ）に対する［最大出力（Ｐｍａｘ）の１０％以上の出力で照射した時間］（Ｔｂ）の比（Ｔｂ／Ｔａ）を示す。デューティが適切に調節されてこそ、点状のグルーブ３０が適切に形成されて、磁性および絶縁性を同時に向上させることができる。さらに具体的には２～３０％であってもよい。
本発明の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法は、絶縁被膜層を形成する段階をさらに含むことができる。絶縁被膜層を形成する段階は、方向性電磁鋼板を用意する段階の後、線状のグルーブを形成する段階の後、または点状のグルーブを形成する段階の後に含まれる。さらに具体的には、線状のグルーブおよび点状のグルーブを形成する段階の後に含まれる。線状のグルーブおよび点状のグルーブを形成した後、絶縁被膜層を形成する時、絶縁コーティングを１回だけ行ってもよいという点でメリットがある。
絶縁被膜層を形成する方法は特に制限なく使用可能であり、一例として、リン酸塩を含む絶縁コーティング液を塗布する方式で絶縁被膜層を形成することができる。このような絶縁コーティング液は、コロイダルシリカと金属リン酸塩とを含むコーティング液を使用することが好ましい。この時、金属リン酸塩は、Ａｌリン酸塩、Ｍｇリン酸塩、またはこれらの組み合わせであってもよいし、絶縁コーティング液の重量に対するＡｌ、Ｍｇ、またはこれらの組み合わせの含有量は、１５重量％以上であってもよい。
絶縁被膜層を形成する方法は特に制限なく使用可能であり、一例として、リン酸塩を含む絶縁コーティング液を塗布する方式で絶縁被膜層を形成することができる。このような絶縁コーティング液は、コロイダルシリカと金属リン酸塩とを含むコーティング液を使用することが好ましい。この時、金属リン酸塩は、Ａｌリン酸塩、Ｍｇリン酸塩、またはこれらの組み合わせであってもよいし、絶縁コーティング液の重量に対するＡｌ、Ｍｇ、またはこれらの組み合わせの含有量は、１５重量％以上であってもよい。
以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。しかし、このような実施例は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限定されるものではない。
実験例１
冷間圧延、１次再結晶焼鈍および２次再結晶焼鈍した厚さ０．３０ｍｍの方向性電磁鋼板を用意した。この電磁鋼板に１．０ｋＷ．Ｍ２＝１．０７のＧａｕｓｓｉａｎ ｍｏｄｅの連続波レーザを照射して、ＲＤ方向と８６°の角度の線状のグルーブを形成した。レーザビームの幅（Ｗ）は２０μｍであり、レーザビームの長さ（Ｌ）は６００μｍである。レーザのエネルギー密度は１．５Ｊ／ｍｍ２であった。線状のグルーブ間の間隔は２．５ｍｍであった。グルーブの深さを下記表１に記した。
実験例１
冷間圧延、１次再結晶焼鈍および２次再結晶焼鈍した厚さ０．３０ｍｍの方向性電磁鋼板を用意した。この電磁鋼板に１．０ｋＷ．Ｍ２＝１．０７のＧａｕｓｓｉａｎ ｍｏｄｅの連続波レーザを照射して、ＲＤ方向と８６°の角度の線状のグルーブを形成した。レーザビームの幅（Ｗ）は２０μｍであり、レーザビームの長さ（Ｌ）は６００μｍである。レーザのエネルギー密度は１．５Ｊ／ｍｍ２であった。線状のグルーブ間の間隔は２．５ｍｍであった。グルーブの深さを下記表１に記した。
この電磁鋼板に５００Ｗの平均出力、Ｍ２＝１．２のパルス型レーザを照射して、ＲＤ方向と８６°の角度の点状のグルーブを形成した。レーザビームの幅（Ｗ）は２０μｍであり、レーザビームの長さ（Ｌ）は５００μｍである。レーザのエネルギー密度は１．５Ｊ／ｍｍ２であった。圧延方向への点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）、配列方向への点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）、グルーブの深さを下記表１に記した。
グルーブの形成後、酸洗およびブラシをし、絶縁コーティングをした。表１は、本発明の実施例を示している。
以後、８４０℃で熱処理し、保磁力、鉄損および絶縁性を測定して、下記表１にまとめた。
保磁力は５０Ｈｚ、１．７Ｔで測定した。
鉄損は、磁束密度の値が１．７Ｔｅｌｓａの時、周波数が５０Ｈｚの場合の鉄損値（Ｗ１７／５０）で測定した。
絶縁性はＡＳＴＭ Ａ７１７のＦｒａｎｋｌｉｎ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｓｅｔ方法で測定した。
グルーブの形成後、酸洗およびブラシをし、絶縁コーティングをした。表１は、本発明の実施例を示している。
以後、８４０℃で熱処理し、保磁力、鉄損および絶縁性を測定して、下記表１にまとめた。
保磁力は５０Ｈｚ、１．７Ｔで測定した。
鉄損は、磁束密度の値が１．７Ｔｅｌｓａの時、周波数が５０Ｈｚの場合の鉄損値（Ｗ１７／５０）で測定した。
絶縁性はＡＳＴＭ Ａ７１７のＦｒａｎｋｌｉｎ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｓｅｔ方法で測定した。
表１に示すように、実施例１～実施例４は、圧延方向への点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）および配列方向（Ｘ２方向）への点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が適切に調節されて、保磁力、鉄損および絶縁性に同時に優れていることを確認できる。
これに対し、比較例１は、配列方向（Ｘ２方向）への点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が過度に狭くて、実質的に線状のグルーブだけが形成された場合と類似しており、保磁力、鉄損および絶縁性に劣ることを確認できる。
これに対し、比較例１は、配列方向（Ｘ２方向）への点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が過度に狭くて、実質的に線状のグルーブだけが形成された場合と類似しており、保磁力、鉄損および絶縁性に劣ることを確認できる。
比較例２は、配列方向（Ｘ２方向）への点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が過度に広くて、保磁力、鉄損および絶縁性に劣ることを確認できる。
本発明は実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できることを理解するであろう。そのため、以上に述べた実施例はすべての面で例示的であり、限定的ではないと理解しなければならない。
本発明は実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できることを理解するであろう。そのため、以上に述べた実施例はすべての面で例示的であり、限定的ではないと理解しなければならない。
１０：方向性電磁鋼板、
１１：鋼板の一面、
１２：鋼板の他面、
２０：線状のグルーブ、
３０：点状のグルーブ、
４０：凝固合金層、
５０：絶縁被膜層
１１：鋼板の一面、
１２：鋼板の他面、
２０：線状のグルーブ、
３０：点状のグルーブ、
４０：凝固合金層、
５０：絶縁被膜層
Claims (13)
- 電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向（Ｘ１方向）に形成された線状のグルーブと、
前記電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向（Ｘ２方向）に配列されて形成された点状のグルーブとを含み、
前記線状のグルーブおよび前記点状のグルーブは、圧延方向に沿って複数個形成され、
前記点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．０２～１．７倍であることを特徴とする方向性電磁鋼板。 - 前記点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）が０．０１～９．０ｍｍであり、前記圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）が１．８～５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記圧延方向に対する線状のグルーブ間の間隔（Ｄ１）は、前記圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．２～３倍であることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記線状のグルーブおよび前記点状のグルーブは、鋼板の一面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記線状のグルーブおよび前記点状のグルーブの深さは、鋼板の厚さの５～１５％であることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記線状のグルーブの長手方向および点状のグルーブの配列方向は、前記圧延方向と７５～１０５°の角度をなすことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記線状のグルーブは、前記鋼板の圧延垂直方向に沿って２個～１０個断続的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記点状のグルーブは、前記点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する直径が０．０２～０．４ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
- 方向性電磁鋼板を用意する段階、
前記方向性電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向に連続型発振周波数レーザを照射して、線状のグルーブを形成する段階、および
前記方向性電磁鋼板の一面または両面に、圧延方向と交差する方向にパルス型発振周波数レーザを照射して、点状のグルーブを形成する段階を含み、
前記線状のグルーブを形成する段階および前記点状のグルーブを形成する段階を複数回行って、前記線状のグルーブおよび前記点状のグルーブを圧延方向に沿って複数個形成し、
前記点状のグルーブの配列方向（Ｘ２方向）に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ３）は、圧延方向に対する点状のグルーブ間の間隔（Ｄ２）の０．０２～１．７倍であることを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。 - 前記点状のグルーブを形成する段階で、レーザの周波数（Ｆｑ）は、２０ｋＨｚ～１００ｋＨｚであることを特徴とする請求項９に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
- 前記点状のグルーブを形成する段階で、レーザのデューティは、５０％以下であることを特徴とする請求項９に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
- 前記線状のグルーブを形成する段階および前記点状のグルーブを形成する段階で、前記レーザのエネルギー密度は、０．５～２Ｊ／ｍｍ２であることを特徴とする請求項９に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
- 前記線状のグルーブを形成する段階および前記点状のグルーブを形成する段階で、前記レーザの鋼板圧延垂直方向のビーム長さが５０～７５０μｍであり、前記レーザの鋼板圧延方向のビーム幅が１０～３０μｍであることを特徴とする請求項９に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
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