JPWO2020255552A1 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

低鉄損と低磁歪を両立する方向性電磁鋼板を、その有利な製造方法とともに提供する。圧延方向と交差する向きに延びる線状歪み部を備える方向性電磁鋼板とし、前記線状歪み部は、圧縮応力域と引張応力域とが、該線状歪み部の長手方向へ交互に並ぶ応力分布を有する。また、前記線状歪み部は、前記鋼板の表面に、電子ビームの照射を、前記鋼板の圧延方向を横切る向きへの移動及び停留を繰り返して行う際に、前記鋼板に板厚方向の振動を与えることにより形成する。

Description

本発明は変圧器などの鉄心材料として好適な方向性電磁鋼板および、その製造方法に関する。

近年、省エネ・環境規制の観点から、変圧器におけるエネルギー損失の低減、および変圧器の動作時における騒音の低減が求められている。変圧器のエネルギー損失および騒音は、鉄心材料に用いられる方向性電磁鋼板の鉄損および磁歪に相関するため、鉄損特性および磁歪特性が良好な電磁鋼板を開発することが求められている。

方向性電磁鋼板の鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損とに分離することができる。ヒステリシス損の低減には、地鉄の結晶方位集積性の向上や、不純物の低減が有効であることが知られている。

一方、渦電流損を改善する手法としては、Ｓｉ添加による電気抵抗の増加に加え、磁区細分化技術が知られている。磁区細分化技術とは、鋼板に溝や歪みを導入することで、鋼板の鉄損を劇的に改善する方法である。

例えば特許文献１には、幅３００μｍ以下かつ深さ１００μｍ以下の線状溝を鋼板表面に導入することで、０．８０Ｗ／ｋｇ以上あった鉄損を、０．７０Ｗ／ｋｇ以下にまで低減する技術が開示されている。

また、特許文献２には、二次再結晶後の鋼板表面の板幅方向にプラズマ炎を照射し、局所的に熱歪みを導入することで、８００Ａ／ｍの磁化力で励磁した際の磁束密度（Ｂ₈）が１．９３５Ｔである鋼板において、最大磁束密度１．７Ｔ、周波数５０Ｈｚで励磁した際の鉄損（Ｗ_17/50）を０．６８０Ｗ／ｋｇまで低減する方法が開示されている。

歪み導入による磁区細分化は、鉄損を低下させることができるが、その反面、歪みの導入に起因する磁歪の増加を招くことが知られている。したがって、歪みの導入方法を制御することで、低鉄損かつ低磁歪の方向性電磁鋼板を製造する試みが数多く検討されている。

例えば、特許文献３には、鋼板にレーザーを照射して歪みを導入する過程において、フォーカスレンズを振動させる方法が開示されている。しかしながらこの方法では、還流磁区が直線状に形成されないため、レンズを振動させずに照射した場合に比べて、変圧器鉄損が増加することが課題となっている。

一方、特許文献４では、電子ビームを鋼板に照射して歪みを導入する過程において、方向性電磁鋼板のフォルステライト被膜張力を増加させ、ドット状にビームを照射することにより、圧延方向に不均一な圧縮応力域を形成することで、低鉄損・低磁歪材料を製造する方法が開示されている。しかしながらこの方法では、フォルステライト被膜の張力を増加させることが必須となるが、フォルステライト被膜の張力を増加させた場合、地鉄との界面に生じる剪断応力が増加するため、ビーム照射時に被膜剥離が発生しやすく、製造時に問題が起こりやすいといった課題がある。

特公平６−２２１７９号公報 特開平７−１９２８９１号公報 特開２０１７−１２８７６５号公報 特開２０１２−３６４４５号公報

本発明は、上記課題を解決し、変圧器特性に優れる、低鉄損と低磁歪を両立する方向性電磁鋼板を、その有利な製造方法とともに提供することを目的とする。

発明者らは、方向性電磁鋼板の低鉄損および低磁歪を両立する方法として、より少ない歪み量で還流磁区を形成する手法について検討を試みた結果、還流磁区の形成機構に着目するに至った。

方向性電磁鋼板に電子ビームを照射すると、電子ビームが照射された部分（図１における「ビーム照射領域」であり、以下、照射部と呼ぶことがある）が局所的に急加熱され、熱膨張・熱収縮の過程を経て、熱歪みが形成される。このとき、照射部には鋼板の圧延方向、これと交差する板幅方向共に圧縮応力が残留する（図１）。一般的に、熱の拡散は等方的であり、通常の材料であればヤング率は等方的であるため、圧縮応力も等方的になる。一方、方向性電磁鋼板は圧延方向に磁化容易軸となるＧＯＳＳ方位（１１０）［００１］を持つ結晶粒が集積しているため、ヤング率は異方性を持ち、これによって、板幅方向の圧縮応力に比べて、圧延方向の圧縮応力が強く残留する。この結果、板幅方向に磁化方向を持つ磁区（還流磁区）を生じさせ、磁区が細分化され、鉄損が低下する。

このように、方向性電磁鋼板においては、圧延方向に圧縮応力が生じることで、磁化容易軸と垂直方向に磁化を持つ還流磁区が形成される。この効果は磁気弾性効果と呼ばれる。磁気弾性効果は、珪素鋼のように正の磁歪定数を持つ材料に応力を印加した場合、引張応力の場合は応力軸方向に対して平行方向、圧縮応力の場合は応力軸方向に対して直交方向に磁化しやすくなる現象である。したがって、方向性電磁鋼板において、板幅方向に磁化方向を有する還流磁区を形成するためには、従来の圧延方向への圧縮応力に加え、板幅方向への引張応力も有効であることが判明した。すなわち、本発明者らは、従来通りの圧延方向への圧縮応力に加え、照射部に板幅方向への引張応力をも生じさせることで、磁気弾性効果が更に増加し、より効果的に還流磁区が形成されることを新たに知見した。

この知見に基づき、電子ビーム照射後の方向性電磁鋼板の板幅方向に引張応力を生じさせる方法について鋭意検討を行った。その結果、本発明者らは、鋼板を板厚方向に振動させながら電子ビームを板幅方向かつドット状に照射すれば、照射部の板幅方向に周期的な強弱をもって線状の歪み（線状歪み部）を導入できることを見出した。そして、その結果、図２に示すような、導入した線状の歪みの長手方向（板幅方向）に沿って圧縮応力域と引張応力域とが交互に並ぶ、応力分布を形成可能であることを見出した。なお、鋼板の板厚方向に周期的強弱をもって鋼板に歪みを導入する方法としては、鋼板を振動させる以外にも、電子ビームの収束コイルの位置や、収束コイルに流す電流量を変化させることも考えられる。しかし、コイルの磁場変動によるビーム収束性の劣化等が起こり得ることから、鋼板自体を振動させることに到達した。

上記の手法に基づき、磁区細分化処理を行うことにより、還流磁区の形成が容易になり、従来同等の鉄損改善効果を得るために必要な歪み量を低減することが可能となるため、低鉄損かつ低磁歪の方向性電磁鋼板を提供することができる。そして、上記のとおり得られた方向性電磁鋼板を用いれば、低エネルギー損失かつ低騒音の変圧器を提供することができる。また、磁気弾性効果は、結晶の配向性が高い、つまり高い磁束密度Ｂ₈を有する材料において、より高い効果を得ることができる。この観点から、上記の手法は、高磁束密度の電磁鋼板に対して、より良好な低鉄損化及び低磁歪化をもたらすことができ、ひいては、変圧器に対して、より良好な低騒音化の効果を与えられる。

すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）方向性電磁鋼板の圧延方向と交差する向きに延びる線状歪み部を備え、
該線状歪み部は、圧縮応力域と引張応力域とが、該線状歪み部の長手方向へ交互に並ぶ応力分布を有する、方向性電磁鋼板。

（２）前記圧縮応力域における最大圧縮応力が３０ＭＰａ以上降伏応力以下であり、
前記引張応力域における最大引張応力が２０ＭＰａ以上降伏応力以下である、
前記（１）に記載の方向性電磁鋼板。

（３）前記方向性電磁鋼板の磁束密度Ｂ₈が１．９４Ｔ以上である、前記（１）または（２）に記載の方向性電磁鋼板。

（４）方向性電磁鋼板に線状歪み部を形成する方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記鋼板の表面に、電子ビームの照射を、前記鋼板の圧延方向を横切る向きへの移動及び停留を繰り返して行う際に、前記鋼板に板厚方向の振動を与えて前記線状歪み部を形成する、方向性電磁鋼板の製造方法。

（５）前記方向性電磁鋼板の板厚方向の振動における振幅が１ｍｍ以下である、前記（４）に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。

本発明によれば、変圧器のエネルギー損失と騒音を低減させる方向性電磁鋼板を製造することができる。

電子ビームを照射され、圧縮応力が存在している方向性電磁鋼板の平面図である。 ビーム照射領域に圧縮応力と引張応力とが板幅方向に交互に存在している、方向性電磁鋼板の平面図である。 方向性電磁鋼板における、電子ビームのドット状照射の模式図である。 鋼板の振幅と鉄損改善量の関係を示すプロット図である。 鋼板の振幅と騒音変化量の関係を示すプロット図である。 鋼板の振幅と板幅方向最大応力値の関係を示すプロット図である。 板幅方向圧縮応力最大値と、鉄損改善量及び騒音変化量の関係を示すプロット図である。 板幅方向引張応力最大値と、鉄損改善量及び騒音変化量の関係を示すプロット図である。 方向性電磁鋼板における還流磁区幅の模式図である。

以下、本発明を完成させるに至った実験結果について説明する。
通常、電子ビーム照射においては、鋼板表面にフォーカスが合った条件で照射をすることで、エネルギー密度が最大になり、高い歪み導入効果を得られることが知られている。そのため、通常の方向性電磁鋼板の磁区細分化プロセスにおいては、鋼板表面にフォーカスが合った状態で電子ビームを照射するように制御している。このとき、図２に示す、導入した線状の歪み（ビーム照射領域）の長手方向へ圧縮応力域と引張応力域とが交互に並ぶ応力分布を得る方法として、電子ビームを移動と停留を繰り返して照射する、いわゆるドット状照射（図３参照）を検討したが、単純なドット照射だけでは、斯様な応力分布は得られなかった。これは、ドット状に照射をしても、ビームの停留点だけでなく、ビームの移動域においても鋼板表面にフォーカスが合い続けるため、移動域と停留点との間で、歪み量の差がさほど大きくならなかったためである。

上記のドット状照射において、照射部内でさらなる歪み量の差を与える方法について鋭意検討を行ったところ、ビーム照射中にフォーカス位置を板厚方向へ一定の周期で変動させると、ビームの移動域にはビーム照射による熱歪みがほとんど導入されず、応力場もほとんど形成されないことが判明した。一方、ビーム停留点では一定時間ビームが照射され続けるため、フォーカス変動による歪み量はほとんど変化せず、熱歪みにより一定の圧縮応力が残留する。そのため、電子ビームの移動域と停留点との間の熱歪み分布が大きく異なり、移動域は隣接するビーム停留点の圧縮応力の影響で、停留点を結ぶ線分の方向に引っ張られる状態となり、結果として引張応力が形成される。その結果、圧縮応力域と引張応力域が交互に並ぶ図２のような応力分布が形成されることを見出した。
通常は鋼板表面にフォーカスの合った条件でビーム照射を行うため、通板中の鋼板は振動しないように制御されているが、上記知見に基づけば、通板中に鋼板を意図的に板厚方向に振動させることによって、フォーカス位置を鋼板の厚み方向へ周期的に変動させながらの磁区細分化と、鋼板通板による製造とを両立させ得ることを突き止めた。

続いて、鋼板の適正な振動範囲を明らかにするため、通板時の鋼板の振動量を変化させて、方向性電磁鋼板に出力４５０Ｗで電子ビームを、停留時間８μｓ、移動速度４０ｍ／ｓ、移動域長さ１２０μｍのドット状に照射する際に、鋼板に与える振幅が、鋼板の鉄損改善量、騒音変化量および板幅方向の応力分布（圧縮応力値および引張応力値の変化）に及ぼす影響を調査した。

板厚方向での鋼板の振幅を変化させた際の、鉄損改善量、騒音変化量、圧縮および引張の応力値を調査した結果について、それぞれ図４から図６に示す。なお、振幅は、水平に配置した鋼板の上下振動として、電子ビーム照射裏面にガイドロールを設置し、ロール位置を変動させることで与えた。ここで、鋼板の振幅が１ｍｍを超過すると、通板ロールと鋼板が接する部分で破断が起き、磁区細分化処理が行えなかった。また、鋼板を振動させずにドット状照射を行った場合、ビーム移動域においても、鋼板表面にフォーカスが合っているため、移動域においても熱歪みが導入されることで圧縮応力域が形成されるため、本発明で所期する引張応力域と圧縮応力域が交互に並ぶ応力分布は得られず、低鉄損・低騒音（低磁歪）効果も確認できなかった。

まず、図４に示すように、鋼板を振動させることにより、振動させない場合に比べて０．０１Ｗ／ｋｇ以上の鉄損改善が見られた。これは、以下の理由によるものと推察される。すなわち、まず、鋼板が振動することで、フォーカス位置が連続的に変化し、移動域における歪みの量が通常よりも減少した。一方、停留点では一定時間ビームが照射され続けるため、歪み量は大幅には変化しない。これより、移動域と停留点との間で歪みの量に大きな差が生じた結果、電子ビームの走査方向である板幅方向に引張応力が生じた。そして、この引張応力が作用し、還流磁区がより高い磁場まで安定となり、鉄損改善効果が高まったためと考えられる。

また、図５に示すように、騒音（磁歪）は振幅が増加するにしたがって減少する傾向が見られた。これは、振幅が増加すると、フォーカスのズレが大きくなり、同じ出力のビームで移動域に導入される歪みの総量が減少したためと考えられる。

図６に、各サンプルの線状歪み部における、後述の手法で測定した板幅方向の残留応力の最大値を示す。圧縮応力の最大値は、振幅による変化は小さい一方で、引張応力は鋼板を振動させることで初めて発生し、振幅の増加に伴ってその最大値も増加する傾向となった。これは、鋼板の振動によって、電子ビームのフォーカスが合う場所と合わない場所が周期的に発生した結果、ビーム移動域においてフォーカスの合う時間が減少し、移動域に熱歪みがほとんど導入されなくなったためと考えられる。一方、停留点においては、ビームが一定時間照射され続けるため、振動による歪み量の減少の影響は小さいと推定される。このようにして移動域と停留点とにもたらされる歪み量に大きな差が生じ、熱歪みがほとんど導入されない移動域が、隣接する停留点における熱歪みにより形成された圧縮応力域から引っ張られることで、圧縮応力域と引張応力域が交互に並ぶ応力分布が形成されたものと発明者らは考えている。
また、振幅を増加させると引張応力が増加するのは、振幅が大きくなったことで、フォーカスのズレが大きくなり、歪み量の差が増加したためと推定している。

以上の結果から、本実施形態では、鋼板に電子ビームをドット状に照射して磁区細分化処理を行うにあたって、鉄損・磁歪両特性に優れた方向性電磁鋼板を得るために、鋼板を板厚方向に破断しない程度（１ｍｍ以下）の振幅に制御して振動させることとした。

次に、鋼板の振幅を０．１ｍｍに固定した状態でビーム出力を変化させ、圧縮及び引張の最大応力値が種々に異なる試料を作製し、応力値と鉄損・騒音（磁歪）との関係を調査した。それらの結果を図７、図８に示す。引張応力の最大値が２０ＭＰａ以上、圧縮応力の最大値が３０ＭＰａ以上の場合において、鉄損の低減が明確に確認できた。また、特に引張応力の最大値が４０ＭＰａ以上、圧縮応力の最大値が６０ＭＰａ以上の場合において、高い低鉄損・低騒音（低磁歪）効果を確認できた。引張応力の増加による効果は、前述の通りであるが、本来還流磁区の形成に不利な、板幅方向の圧縮応力の増加による改善効果については以下のように推定している。すなわち、板幅方向の圧縮応力の大きさはフォーカスが合う点に生じる歪みの強さに相関するが、板幅方向の圧縮応力が増加すると、振動によってフォーカスが合わない点との歪み量の差が拡大するため、板幅方向の引張応力が増加する。その結果、本発明の効果が向上したと考えている。

ちなみに、上記結果を基にして、電子ビームでなく、レーザー照射による磁区細分化処理においても、同様の効果が見込めないか検証したが、レーザー照射では同様の効果は確認できなかった。これは、電子ビームとレーザーの入熱過程の違いによるものと推定される。電子ビームは物質の透過能が高いため、フォーカスが鋼板表面に合っていなくても、鋼板内部まで歪みを導入することが可能だが、レーザーは透過能が低く、表面からの熱伝達が主であるために、フォーカスが鋼板表面に合わない場合、歪みをほとんど与えられなかったからである、と考えられる。

加えて、電子ビームをドット状でなく、直線状に連続照射しながら、鋼板を振動させた場合についても、同様の効果を得られるか検証を行ったが、この場合においても同様の効果は確認できなかった。これは、電子ビームを直線状に連続照射した場合、線状歪み部全体に亘り、ドット状照射における移動域のように歪み量が低減したためと考えている。

次に、本発明の実施形態について、具体的に説明する。
・方向性電磁鋼板
本実施形態では、公知の方法で製造された方向性電磁鋼板に対し、圧延方向に交差する方向に電子ビームを照射して一つ以上の線状歪み部を導入する。

・線状歪み部
本実施形態では、上記のように鋼板の圧延方向に交差する方向に電子ビームを照射して一つ以上の線状歪み部を導入するが、この線状歪み部のうち、電子ビームの停留により導入された歪みが圧縮応力域を生じさせ、圧縮応力域間に引張応力域が生じる。図３を参照して説明すると、この際、引張応力域の板幅方向の長さ（移動域の長さＬ）は、ビーム径をΦとしたとき、０．５Φ以上が望ましく、５．５Φ以下が望ましい。これは、移動域の長さＬを０．５Φ未満とした場合、隣り合う停留点が近くなり過ぎ、還流磁区が十分に形成されず、鉄損の改善代が低下するためである。一方、長さＬが５．５Φを超過する場合、還流磁区が連続的な直線状ではなく、局所的な島状に形成され、磁区細分化効果が低下することになる。

・圧縮応力域における最大圧縮応力：３０ＭＰａ以上降伏応力以下
・引張応力域における最大引張応力：２０ＭＰａ以上降伏応力以下
本発明では線状歪み部において、少なくとも圧縮応力域と引張応力域とが該線状歪みの長手方向へ交互に並ぶ応力分布を有すればよいが、その圧縮応力域における最大圧縮応力を３０ＭＰａ以上とすることが好ましく、引張応力域における最大引張応力を２０ＭＰａ以上とすることが好ましい。これは、最大圧縮応力が３０ＭＰａ以上であれば、還流磁区が確実に形成され、磁区細分化効果が大きくなるからである。また、最大引張応力が２０ＭＰａ以上であれば、磁気弾性効果による還流磁区の安定化作用が十分なものとなり、低鉄損効果が大きくなる。最大圧縮応力について、より好ましくは６０ＭＰａ以上、さらに好ましくは８０ＭＰａ以上とする。また、最大引張応力について、より好ましくは４０ＭＰａ以上、さらに好ましくは６０ＭＰａ以上とする。ここで最大圧縮応力および最大引張応力とは、後述の応力測定方法によって得られる圧縮応力域および引張応力域における、最大の応力値とする。

また、方向性電磁鋼板の製造時の破断を防ぐため、最大圧縮応力、最大引張応力共に降伏応力以下であることが好ましい。降伏応力は、冷間圧延後の、電子ビーム照射に供していない鋼帯から採取したサンプルを、引張試験により測定した値とする。

・応力測定方法
鋼板の応力測定方法に関しては、ＥＢＳＤ−Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ法や高エネルギーＸ線によるＸＲＤ測定によって、鋼板に導入された歪み量を計測し、この歪み量の値と、ヤング率などから、CrossCourt Ver．3．0（BLG Productions Bristol製）等の解析ソフトを使用して計算する。
本実施形態における歪み測定は、鋼板の電子ビーム照射面から圧延方向と板幅方向に各０．６ｍｍの範囲を、測定ピッチ５μｍで行った。なお、視野の中心で歪み分布が対称となるようにして、歪み測定に必要となる無歪み参照点は、測定視野端部に設定した。

・磁束密度Ｂ₈：１．９４Ｔ以上
磁束密度Ｂ₈：１．９４Ｔ以上においては、本発明に従う応力分布の付与により、さらに高い低鉄損効果を発現する。これは、Ｂ₈が高いほど磁気弾性効果が向上するためである。したがって、電子ビーム照射前の方向性電磁鋼板の磁束密度Ｂ₈は１．９４Ｔ以上が好ましく、１．９５Ｔ以上がより好ましい。また、通常、電子ビーム照射によって磁束密度が大きく変わることはないため、電子ビーム照射後の方向性電磁鋼板の好適な磁束密度についても上記と同様の範囲である。

・電子ビーム照射方向
本実施形態では、１台以上の電子銃を用いて、鋼板の圧延方向を横切る向きに電子ビームを照射することによって線状歪み部を形成する。このとき、ビームの走査方向は、圧延方向から６０°〜１２０°の範囲とすることが好ましく、圧延方向から９０°、すなわち板幅方向（圧延直角方向）に沿うように走査することがより好ましい。これは、板幅方向からの走査線のズレが大きくなると、鋼板に導入される歪みの量が増加し、磁歪の増加を招くためである。また、照射形態は走査方向に沿って移動と停留を繰り返す照射方法（ドット状照射、図３を参照）においてのみ、鉄損・騒音の改善効果が得られる。

・ドット状照射条件
ドット状照射の一例として、電子ビーム照射を、停留点において２〜２０μｓ停留させ、速度３０ｍ／ｓ以上で、移動域の長さＬがビーム径Φに対して０．５Φ〜５．５Φ程度となるよう移動させ、上記の停留及び移動を繰り返す照射法とすることができる。
停留時間が２μｓ未満では、エネルギー投入量が不十分となり歪みが導入されにくくなる。一方、停留時間が２０μｓを超えると電子ビームの処理時間が長大となり生産性が低下する。また、移動速度が３０ｍ／ｓ未満では、処理時間の増加により生産性が低下する。移動速度に上限は特に設けないが、実用上３００ｍ／ｓ程度である。移動域の長さＬがビーム径Φに対して０．５Φ未満となる場合、隣り合う停留点が近くなり過ぎ、還流磁区が十分に形成されず、鉄損の改善代が低下する。一方、移動域の長さＬがビーム径Φに対して５．５Φを超過する場合、還流磁区が連続的な直線状ではなく、局所的な島状に形成され、磁区細分化効果が低下する。

そして、「圧縮応力域と引張応力域とが線状歪み部の長手方向へ交互に」とは、線状歪み部が延びる方向（圧延方向と交差する向き）に沿って、圧縮応力域と引張応力域とが、圧縮応力域／引張応力域／圧縮応力域／引張応力域と、繰り返すことである。前述の通り、上記の停留点に圧縮応力域が形成され、移動域に引張応力域が形成される。したがって、隣り合う圧縮応力域の間隔（隣り合う引張応力域の間隔）、すなわち交互繰り返しの間隔は上記した停留点の間隔（図３を参照）に一致する。そして、停留点の間隔は移動域の長さＬとビーム径Φとの和となるため、停留点の好ましい間隔は１．５Φ以上であり、６．５Φ以下である。

・電子ビームの鋼板圧延方向における照射間隔
鋼板に複数本の線状歪み部（照射部）を形成する場合、照射部相互間の圧延方向における間隔は、７．０ｍｍ以上が好ましく、１５ｍｍ以下が好ましく、７．０〜１５ｍｍが好ましい。これは、照射部の線間隔が狭いと鋼板全体に導入される歪み量が過大となり、騒音やヒステリシス損の劣化を招くためである。一方で、照射部の線間隔が広すぎる場合は磁区細分化効果が低下し、鉄損改善効果が弱まるためである。

さらに、本発明を実施するにあたって、電子ビームを照射する条件について詳細に説明する。
・加速電圧：６０ｋＶ以上３００ｋＶ以下
鋼板への電子ビームの透過能を増加させるためには、加速電圧は高いほど好ましい。これは、鋼板への透過能が高いと、フォーカスが鋼板表面に合っていない条件下でも鋼板に歪みを導入できるためである。したがって、加速電圧は６０ｋＶ以上であることが好ましい。より好ましくは、加速電圧は９０ｋＶ以上で、１２０ｋＶ以上であればなお良い。
一方、加速電圧を高くしすぎると、電子ビーム照射に伴って発生するＸ線の遮蔽が困難になる。そのため、実用上の観点から加速電圧を３００ｋＶ以下にすると好ましい。より好ましい加速電圧は２００ｋＶ以下である。また、本実施形態では、線状歪み部の長手方向に沿って歪み量に差を設けることが重要であるため、ビーム移動域に導入される歪み量を抑制する観点からも、加速電圧の上限を上記のとおりとすることが好ましい。

・電子ビーム径：３００μｍ以下
電子ビーム径は、小さいほどエネルギー密度が増し、ジャストフォーカス点でより強い歪みを導入することができるため、好ましい。そこで、本実施形態では、電子ビームの径を３００μｍ以下とすることが好ましい。ビーム径は２８０μｍ以下とすることがより好ましく、更に好ましくは２６０μｍ以下である。ここで、ビーム径とは、幅３０μｍのスリットを用いてスリット法で取得したビームプロファイルの半値幅を指す。
また、ビーム径の下限については特に設けないが、実用上、ビーム径は５０μｍ程度を下限とすることが好ましい。

・ビーム電流：０．５〜４０ｍＡ
ビーム電流は、ビーム径縮小の観点からは、小さい方が好ましい。これは、電流を大きくするとクーロン反発によってビーム径が広がりやすいためである。そのため、本実施形態では、ビーム径を４０ｍＡ以下とするのが好ましい。一方でビーム電流が小さすぎると、歪みを形成するためのエネルギーが不足するため、０．５ｍＡ以上とすることが好ましい。

・ビーム照射領域内真空度：３Ｐａ以下
電子ビームは気体分子によって散乱を受け、ビーム径の増大や、エネルギーの減少が発生する。そのため、ビーム照射領域の真空度は高い方が良く、圧力にして３Ｐａ以下とすることが望ましい。下限については特に制限を設けないが、過度に低くしすぎると、真空ポンプなどの真空系統にかかるコストが増大する。そのため、実用上は、１０^-5Ｐａ以上の圧力とすることが望ましい。

・鋼板振幅：１ｍｍ以下
鋼板の振幅は、大きすぎると鋼板が破断し製造が困難になるため、一定以下の振幅に収まるように、操業時に制御を行う必要がある。振幅の基準位置は電子ビームがジャストフォーカスとなる位置とし、振幅の計測はレーザー距離計によって行い、計測値に応じて後述の手法にて通板ラインにおける張力を増減させることで振幅を制御する。
好ましい振幅の範囲は、前述の通り、板厚方向に１ｍｍ以下であり、これよりも大きな振幅を与えると、鋼板が破断し、操業に悪影響となるおそれがある。振幅の下限は、０ｍｍをわずかでも超えれば本発明の効果が得られるが、より好ましくは０．０５ｍｍ以上である。なお、振幅は、鋼帯の電子ビーム照射部裏面に、ガイドロールを設置し、ガイドロールの位置を変動させて通板張力を増減させることで与えることができる。

・鋼板の振動周波数
鋼板の振動周波数ｆｖは１０ｋＨｚ以上とすることが好ましく、１５ｋＨｚ以上とすることがより好ましい。振動周波数ｆｖを上記の好適下限以上とすることで、ビーム移動中のフォーカス変動が大きくなり、目的とする応力分布が得やすくなる。一方、振動周波数ｆｖの上限は、ビーム停留点の間隔（移動域の長さ＋ビーム径）をｄとし、ビームの移動速度をｖとし、ビームの停留周波数ｆをｆ＝ｖ／ｄとしたときに、ｆｖ≦ｆとすることが好ましく、ｆｖ≦ｆ／２とすることがより好ましい。振動周波数ｆｖをｆ以下とすることで、ビーム停留点でのフォーカス変動が過剰となることがなく、目的とする応力分布が得やすくなる。

・還流磁区幅：４００μｍ以下
鋼板へのビーム照射によって形成される還流磁区の幅が広い場合、歪み量が増加しているため、磁歪が増加する。したがって、還流磁区幅は４００μｍ以下であることが望ましい。
ここで還流磁区幅とは、図９に示すように、還流磁区の圧延方向の領域長を意味する。具体的には、市販のマグネットビューワーをビーム照射面に置いて還流磁区を転写した時の、圧延方向への転写長さで表される。
そして、還流磁区幅は、上述したビーム照射条件を適宜変更することにより調節可能である。

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、該実施例によって何ら限定されるものではない。本発明の趣旨に適合しうる範囲で変更を加えて実施することも可能であり、そのような様態も本発明の技術的範囲に含まれる。
公知の方法で製造された、方向性電磁鋼板に対して、表１に示す通り、該鋼板に０〜１．１ｍｍの板幅方向の振幅を与えながら、出力１．５ｋＷのレーザーまたは加速電圧１２０ｋＶ、電子ビーム径２００μｍ、ビーム電流１０ｍＡ、ビーム照射領域内真空度０．３Ｐａ、電子ビームを圧延直角方向へ照射することを、圧延方向に８．０ｍｍの間隔にて行い、磁区細分化処理を行った。なお、電子ビームを照射した鋼板の一部は、加速電圧１２０ｋＶ、ビーム電流５ｍＡの条件とした（表１のＮｏ.６および１７。他の条件は同じ）。照射方式は、連続照射又はドット状照射とし、ドット状照射は、レーザー照射についても電子ビーム照射についても、停留時間８μｓ、移動速度４０ｍ／ｓ、移動域長さ１２０μｍで行った。磁区細分化に用いた鋼板（素材）としては、Ｂ₈が１．９２Ｔ、１．９４Ｔのものを用いた。
また、磁区細分化処理を行った試料のＢ₈も、それぞれ１．９２Ｔ、１．９４Ｔであった。

また、得られた試料について、鉄損を１００ｍｍＳＳＴ（単板磁気試験）によって１．７Ｔ、５０Ｈｚの交流磁場を印加した際の鉄損（Ｗ_17/50）を測定した。また、鋼板に導入された歪みをＸＲＤ測定（条件はＣｕ−Ｋα、hν＝３０ｋｅＶ、測定ピッチ５μｍとする）によって測定し、線状歪み部の長手方向に圧縮応力域と引張応力域とが交互に並ぶ応力分布を有することを確認するとともに、歪み計測値から、板幅方向の圧縮応力成分と引張応力成分との各最大値を算出した。また、それぞれの試料を用いて、変圧器用３相積鉄心を作製し、励磁コイルを取り付けた。この鉄心を防音室に設置して励磁し、騒音計（ＪＩＳ Ｃ １５０９−１ Ｃｌａｓｓ２）を用いて騒音レベルを測定した。励磁条件は１．７Ｔ，５０Ｈｚである。

上記の測定結果を表１に示す。この結果から、本発明の要件を満たす条件において、低鉄損・低磁歪の双方を満たす方向性電磁鋼板を得られることが分かる。方向性電磁鋼板の低磁歪については、該鋼板を用いて作製された変圧器用鉄心において低騒音を実現できていることからわかる。また、従来の照射方法（連続照射および振幅０ｍｍ）を用いた場合、高Ｂ₈材が有する元々の磁区幅が広いため、磁区細分化による低鉄損効果は低くなった。一方、本手法によって磁区細分化処理を行った場合、高Ｂ₈材においても、より良好な低鉄損・低騒音効果を得られることが分かる。これは、先述の通り、磁気弾性効果の差によるものと考えられる。

また、レーザー照射では、電子ビーム照射を所定の条件で行った場合と同様の効果は確認できなかった。これに対して、電子ビーム照射では、鋼板を板幅方向に振動させ、かつドット状照射をおこなった場合のみ、低鉄損・低騒音効果が確認できた。振幅０ｍｍでドット状照射を行った場合でも、移動域と停留点とで本発明と同様に歪みの量に強弱が生じるが、本発明のような低鉄損・低騒音効果は見られなかった。これは、鋼板を振動させずに、ドット状照射を行った場合、移動域においてもフォーカスが合っているため、移動域と停留点とにおける歪み量の強弱の差が本発明ほど大きくならず、低鉄損化かつ低騒音化（低磁歪化）の効果が低くなったと考えられる。

Claims (5)

1. 方向性電磁鋼板の圧延方向と交差する向きに延びる線状歪み部を備え、
   該線状歪み部は、圧縮応力域と引張応力域とが、該線状歪み部の長手方向へ交互に並ぶ応力分布を有する、方向性電磁鋼板。
2. 前記圧縮応力域における最大圧縮応力が３０ＭＰａ以上降伏応力以下であり、
   前記引張応力域における最大引張応力が２０ＭＰａ以上降伏応力以下である、
   請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
3. 前記方向性電磁鋼板の磁束密度Ｂ₈が１．９４Ｔ以上である、請求項１または２に記載の方向性電磁鋼板。
4. 方向性電磁鋼板に線状歪み部を形成する方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記鋼板の表面に、電子ビームの照射を、前記鋼板の圧延方向を横切る向きへの移動及び停留を繰り返して行う際に、前記鋼板に板厚方向の振動を与えて前記線状歪み部を形成する、方向性電磁鋼板の製造方法。
5. 前記方向性電磁鋼板の板厚方向の振動における振幅が１ｍｍ以下である、請求項４に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。

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