WO2022153605A1 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

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正憲 大立
健 大村
義悠 市原
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Definitions

  • the present invention relates to an excellent grain-oriented electrical steel sheet which is used as an iron core of a transformer and whose magnetic domain subdivision effect is not lost by strain annealing and a method for manufacturing the same.
  • a method of subdividing the magnetic domain is generally used. Among them, a groove extending in a direction intersecting the rolling direction is formed on the surface of the steel sheet to form a groove.
  • a heat-resistant magnetic domain subdivision method is known, which utilizes the magnetic domain subdivision effect of static magnetic energy generated in the side wall portion of the free magnetic pole.
  • Methods for forming grooves on the surface of the steel sheet include protrusion roll stamping, electrolytic etching, laser machining, etc., and the depth and width of the grooves, the distance between the grooves, the angle between the groove wall and the surface of the steel sheet, etc. are optimal. It is proposed to.
  • Patent Document 1 discloses a device in which the shape of a groove formed on a steel sheet surface by electrolytic etching is devised
  • Patent Document 2 discloses a linear groove formed by laser processing and further forming a recess at the bottom of the groove. Is disclosed.
  • Patent Document 3 discloses a method of suppressing machining strain when forming a groove by machining.
  • the present invention has been developed in view of the above circumstances, and by devising an electrolytic etching method for forming a groove in a steel sheet, iron can be suppressed from a decrease in magnetic flux density without decreasing productivity. It is intended to provide a grain-oriented electrical steel sheet with further improved loss. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing such grain-oriented electrical steel sheets.
  • the present inventors have repeated experiments in which linear grooves are formed in the steel sheet after the final cold rolling by various methods and the magnetic characteristics after the secondary recrystallization are evaluated.
  • the shape of the bottom surface of the linear groove is flat and slightly rough, we found that the amount of improvement in iron loss is larger than the amount of deterioration of magnetic flux density, and by examining this in detail, the bottom surface of the groove An appropriate shape was found, and the present invention was completed.
  • the present invention has been obtained based on the above findings, and the gist structure of the present invention is as follows. 1. 1. In a grain-oriented electrical steel sheet having a linear groove formed extending in a direction intersecting the rolling direction on one side, the average depth of the linear groove is D, the average width is W, and the roughness curve at the center of the width is used. When the average roughness of 10 points is Rzjis, each linear groove is Of the total length of the linear groove, the ratio of the flat part defined as the part where the absolute value of the difference in depth from the average depth D is 1/10 or less of the average depth D is 30% or more and 90%.
  • the number of continuous points where the flat portion is 1.3 times or more the average width W is 10 or more and is A grain-oriented electrical steel sheet, characterized in that the ratio of ten-point average roughness Rzjis to average depth D, that is, Rzjis / D is 0.1 or more and 1 or less.
  • the average of the absolute values of the elevations based on the average depth D of the five peaks from the highest peak to the fifth highest peak in the roughness curve at the center position of the width of the linear groove is Pa, which is the lowest.
  • the Pa and the Va are expressed by the following equation (4): Va ⁇ Pa ⁇ 15 ⁇ m ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (4)
  • a method for producing a grain-oriented electrical steel sheet at least the final cold-rolling is performed on the grain-oriented electrical steel material, and then secondary recrystallization annealing is performed. After the final cold rolling and before the secondary recrystallization annealing, an insulating masking agent is applied to the surface of the steel sheet, and a masking agent is applied in a direction intersecting the rolling direction by laser irradiation in an inert atmosphere.
  • a method for producing a directional electromagnetic steel sheet which comprises forming a linear groove by electrolytic etching after removing the steel sheet into a shape.
  • the iron loss can be effectively improved by the magnetic domain subdivision effect through the grooves formed on the surface of the steel sheet. Therefore, the grain-oriented electrical steel sheet according to the present invention has the effect of improving the iron loss by forming the grooves. It is possible to suppress a decrease in magnetic flux density while enjoying it.
  • Heat-resistant magnetic domain subdivision by forming linear grooves (hereinafter, simply referred to as grooves means linear grooves unless otherwise specified) as in the present invention is static due to magnetic poles generated on the side surfaces of the grooves.
  • grooves As the magnetic energy increases, a new 180 ° domain wall is created to eliminate this, and the width of the magnetic domain becomes narrower.
  • the width of the magnetic domain is narrowed (subdivision of the magnetic domain occurs)
  • the moving distance of the domain wall when the steel sheet is magnetized is shortened, so that the energy loss during the domain wall movement, that is, the iron loss is reduced.
  • the magnetic permeability of iron and air Taking advantage of the difference. Therefore, when a groove is formed, the effective magnetic permeability of the steel sheet decreases by the volume integral of the groove, and the magnetic flux density B 8 value when magnetized at 800 A / m, which is another index of magnetic characteristics, also decreases.
  • the present inventors have studied the shape of the groove, particularly the shape of the bottom surface of the groove, while maximizing the effect of the groove formation described above and not causing any disadvantage. While observing the groove shape created by the conventional groove formation technique, it was noticed that the depth of the groove fluctuated and that the fluctuation affected the iron loss, and the magnetic domain was subdivided. This is because it is possible to further reduce the iron loss by approaching the ideal groove shape that minimizes the decrease in the effective magnetic permeability of the steel sheet while fully drawing out the effect. As a result, it was found that it is effective to provide an uneven portion that satisfies a predetermined condition while smoothing the bottom surface of the linear groove.
  • the present inventors have both requirements that the bottom surface of the groove is provided with a flat portion having a small depth fluctuation of a certain length or more, and that a concave-convex portion having a large depth fluctuation is provided in addition to the flat portion. It has been found that satisfying the above conditions is appropriate for solving the above-mentioned problems and effectively exerting the effect of magnetic domain subdivision by groove formation.
  • the linear groove of the present invention is formed on one side surface (one surface) of the steel sheet. This is because the groove of the present invention is only formed on one side surface of the steel sheet, and the magnetic domain subdivision effect due to the groove formation spreads to the central portion in the thickness direction or the back surface (the other surface) of the steel sheet.
  • the spacing between the linear grooves is not particularly limited, but is preferably in the range of 2.0 mm to 5.0 mm.
  • the bottom surface of the linear groove of the present invention is basically flat.
  • the average depth D is the average value of the groove depth d measured at the center in the groove width direction
  • the fluctuation of the groove depth d is the variation of the groove depth d measured at the center in the groove width direction. The difference with respect to the average depth D.
  • the absolute value of the fluctuation (d-D) is 1/10 or less of the average depth D, that is, the following equation (1): -0.10D ⁇ (d-D) ⁇ 0.10D ... (1)
  • the part that satisfies is defined as a "flat part”.
  • the number of continuous flat portions having a length L of 1.3 times or more the average width W in the extending direction of the linear groove, that is, the continuous length L is the following equation (2): 1.3W ⁇ L ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (2)
  • the number of flat parts satisfying the above needs to be at least 10 in a surface area of 100 cm 2 of any steel sheet.
  • the surface area of 100 cm 2 of any of the above-mentioned steel sheets is representative of the whole if 20 places are sampled per 1 m 2 of the steel sheet.
  • the ratio of the flat portion to the total length of each groove must be 30% or more and 90% or less. Desirably, it is 40% or more and 90% or less.
  • the requirements for the grooves of the present invention are defined for each of the grooves, but it is sufficient that the requirements for 90% of all grooves are satisfied. That is, if the number of grooves is 100, 90 or more may satisfy the above requirements.
  • FIGS. 1 to 3 An example of measuring the groove depth in the extending direction of the linear groove is shown in FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 shows the measurement result of the groove depth
  • FIG. 2 shows the addition of the “flat portion”.
  • the portion indicated by "L” in FIG. 2 is a section in which the "flat portion” is continuous.
  • W and the L it is necessary for the W and the L to form a flat portion satisfying the following equation (2). This is because the wider the wattage, the smaller the volume of the ground iron. Because there is. 1.3W ⁇ L ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (2)
  • the bottom surface of the linear groove of the present invention is not completely flat, and includes a portion other than the flat portion, that is, an uneven portion having a predetermined height or depth.
  • a portion other than the flat portion that is, an uneven portion having a predetermined height or depth.
  • the uneven portion in the present invention is defined as a portion of the linear groove in which the absolute value of fluctuation (d-D) exceeds 1/10 of the average depth D.
  • the ten-point average roughness Rzjis according to JIS B 0601-2001 is 100% or less with respect to the average depth D.
  • a range of 2 mm in length is arbitrarily selected from the cross-sectional curve at the center of the groove, and within this range, the ten-point average roughness Rzjis according to JIS B 0601-2001 is averaged.
  • 0.1 or more and 1 or less with respect to the depth D that is, the following equation (3): 0.1 ⁇ Rzjis / D ⁇ 1 (3) It is necessary to satisfy. The reason is not clear, but if it is out of the range of the above equation (3), the iron loss will increase.
  • Rzjis is preferably 20% or more and 50% or less with respect to the average depth D. In other words, Rzjis / D is preferably 0.2 or more and 0.5 or less.
  • the average of the absolute values of the elevations of the five peaks from the highest peak to the fifth highest peak, based on the average depth is Pa.
  • the Pa and the Va are as follows (4). )formula: Va ⁇ Pa ⁇ 15 ⁇ m ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (4) It is desirable to satisfy. This is because when Pa and Va exceed 15 ⁇ m, the variation from the target groove depth becomes large, and it becomes difficult to obtain the locally expected magnetic domain subdivision effect.
  • the valley portion further reduces the ratio of iron in the steel sheet, it is desirable that Va ⁇ Pa as described above.
  • the peak refers to the apex of the upward convex on the roughness curve
  • the valley bottom refers to the lowest point of the concave downward on the roughness curve.
  • the absolute value of the altitude means the absolute value of the distance between the apex or the lowest point from the average depth D. Further, although this regulation is measured by the roughness curve in the cross section of the center of the groove in each groove, it is desirable that one or more per 10 grooves satisfy the above equation (4).
  • the components of the steel sheet used in the present invention are not particularly limited as long as they are used for conventionally known grain-oriented electrical steel sheets, but typical ones are described below.
  • the elements other than Si contained in the steel sheet are not particularly limited, and components of the conventionally known grain-oriented electrical steel sheet that cause secondary recrystallization in the normal manufacturing process of the grain-oriented electrical steel sheet are used.
  • the normal amount may be included.
  • the rest other than such a normal amount of component composition is Fe and unavoidable impurities.
  • a steel material for a directional electromagnetic steel plate (directional electromagnetic steel material) is subjected to final cold rolling through conventionally known steps such as hot rolling, and further subjected to secondary recrystallization annealing 2
  • an insulating masking agent is applied to the surface of the steel sheet after the final cold rolling and before the secondary recrystallization annealing.
  • the masking agent is linearly removed in a direction intersecting the rolling direction by laser irradiation, and then electrolytic etching is performed to form a linear groove.
  • the intersecting direction is a direction having an angle within ⁇ 30 degrees in a direction perpendicular to the rolling direction (orthogonal direction).
  • laser irradiation is performed in an inert atmosphere in a step of linearly removing the masking agent by laser irradiation. This suppresses the formation of an oxide film on the surface of the steel sheet from the laser irradiation to the electrolytic etching, prevents the groove shape formed by the electrolytic etching from becoming non-uniform, and makes the groove bottom more uniform. This is to flatten.
  • the area where the laser irradiation is performed and the electrolytic tank where the electrolytic etching is performed are close to each other. Further, it is desirable to put the steel sheet into the electrolytic tank within 10 s after the laser is applied to the steel sheet and the masking agent is linearly removed in order to flatten the groove bottom.
  • Rzjis, Pa, and Va related to roughness can be optimized by adjusting the electrolytic current and time during etching.
  • Table 1 the balance of which is Fe and an unavoidable impurity
  • the conditions for the groove forming treatment were set to the following three conditions.
  • An insulating masking agent is applied to the surface of the steel sheet, the masking agent is linearly removed in a direction orthogonal to the rolling direction by laser irradiation in an inert atmosphere, and then grooves are formed by electrolytic etching (II).
  • a groove is formed by pressing a linear protrusion roll
  • No groove formation treatment The target width of the linear groove is 40 to 80 ⁇ m, and it is orthogonal to the width direction of the steel sheet at intervals of 2.0 to 5.0 mm in the rolling direction. Formed in the direction.
  • the electrolytic etching treatment was carried out in a NaCl bath.
  • the Rzjis, Pa and Va of the linear groove were adjusted by adjusting the electrolytic current and the electrolytic time, and the target groove depth was further adjusted between 20 and 28 ⁇ m. .. Further, the ratio of the flat portion to the total length of the linear groove was changed by adjusting the output of the laser and the time of exposure to the atmosphere from the laser irradiation to the electrolytic etching. Ten test pieces were prepared under each treatment condition and groove depth.
  • test pieces are subjected to a primary recrystallization annealing treatment that also serves as decarburization annealing, an annealing separator containing MgO as a main component is applied, and after final finish annealing, an insulating film is coated to evaluate magnetic characteristics. It was used as a test piece. After the test piece was subjected to strain removing and annealing at 800 ° C. for 2 hours, the iron loss W 17/50 of the test piece was measured by a single plate magnetic measurement test, and no groove formation treatment was performed (III above). ) was evaluated as the amount of improvement in iron loss ⁇ W 17/50 . The shape of the groove was measured with a laser microscope.

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Abstract

溝形成による鉄損改善効果を享受しつつ磁束密度の低下を効果的に抑制することができる方向性電磁鋼板を提供する。方向性電磁鋼板は、所定の線状溝を有し、各線状溝は、線状溝全長のうち所定の通り定義された平坦部が占める割合が、30％以上90％以下であり、表面積100cm2の中で、前記平坦部が所定の長さで連続する箇所の数が、10箇所以上であり、かつ、平均深さDに対する十点平均粗さRzjisの比が、0.1以上1以下である。

Description

方向性電磁鋼板およびその製造方法
　本発明は、変圧器の鉄心として用いられ、歪取り焼鈍により磁区細分化効果が消失しない、優れた方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。
　Siを含有し、かつ結晶方位が(110)〔001〕方位や(100)〔001〕方位に配向した方向性電磁鋼板は、優れた軟磁気特性を有することから商用周波数領域での各種鉄心材料として広く用いられている。このとき、電磁鋼板に要求される特性のうち、一般に50Hzの周波数で最大磁束密度1.7Tに磁化させた場合の損失であるW17/50 (W/kg)で表されるところの鉄損が重要である。すなわち、W17/50の値が低い材料を用いることにより、発電機や変圧器の主要な商用周波数領域である50Hzの交流電流での鉄損が大幅に低減できるからである。
　そして、かかる鉄損低減効果を有する材料の開発が年々強く求められてきている。
　方向性電磁鋼板の鉄損を低減する方法としては、磁区を細分化する方法が一般的であるが、その中でも、鋼板表面に圧延方向と交差する方向に延長した溝を形成することで、溝の側壁部に生じた自由磁極による静磁エネルギーの磁区細分化効果を利用する、耐熱型磁区細分化方法が知られている。
　上記鋼板表面に溝を形成する方法としては、突起ロール圧刻、電解エッチング、レーザ加工などがあり、溝の深さや幅、溝同士の間隔、溝壁部と鋼板表面とのなす角度などを最適にすることが提案されている。
　例えば、特許文献1では電解エッチングで鋼板表面に形成する溝の形状を工夫したものが開示され、特許文献2ではレーザ加工により線状溝を形成し、その溝の底部にさらに凹部を形成することが開示されている。また、特許文献3では機械加工により溝を形成する際の加工歪を抑制する方法が開示されている。
特許第４７１９３１９号公報 特開２０１８－１３１６８０号公報 特開２０１０－１６８６１５号公報
　また、最近では、前述したような最大磁束密度1.7Tといった鋼板グレードを決める磁化領域での鉄損W17/50が小さいだけではなく、1.0～1.5Tといった低い磁束密度となるように低い磁化力で磁化した領域での鉄損に優れ、かつ磁化力800A/mといった高い磁化力で磁化した領域における磁束密度B8といった磁気特性にも優れる方向性電磁鋼板が求められている。
　溝形成による耐熱型磁区細分化技術では、磁区細分化効果を高めるために溝を深くすることが効果的であることが知られている。しかしながら、かかる手段では、溝の容積分だけ地鉄の体積が減少するため、磁束密度が低下することが問題である。この問題は、特許文献1でも未だ残っている。さらに、特許文献2や特許文献3のように加工方法を工夫する場合は、生産性が低下する点、あるいは製造コストが増加する点等に、課題が残る。
　本発明は、上記の実情に鑑み開発されたものであり、鋼板に溝を形成する際の電解エッチングの方法を工夫することにより、生産性を低下させることなく、磁束密度の低下を抑えて鉄損をより一層改善した方向性電磁鋼板を提供しようとするものである。
　また、かかる方向性電磁鋼板の製造方法を併せて提供することを目的とする。
　上記の課題を解決すべく、本発明者らは、種々の方法により最終冷間圧延後の鋼板に線状溝を形成し、二次再結晶後の磁気特性を評価する実験を繰り返す中で、かかる線状溝の溝底面の形状が平坦、かつ、わずかに荒れているものの中に、磁束密度劣化量に比し鉄損改善量が多いものを発見し、これを詳しく調べることによって溝底面の適正形状を見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明は上記の知見に基づき得られたものであり、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．圧延方向に交差する方向に延長し形成された線状溝を片側表面に有する方向性電磁鋼板において、線状溝の平均深さをD、平均幅をW、幅中央位置での粗さ曲線における十点平均粗さをRzjisとしたときに、各線状溝は、
　線状溝全長のうち、平均深さDとの深さの差の絶対値が当該平均深さDの1/10以下である部分として定義される平坦部が占める割合が、30％以上90％以下であり、
　表面積100cm2の中で、前記平坦部が平均幅Wの1.3倍以上の長さで連続する箇所の数が、10箇所以上であり、かつ、
　平均深さDに対する十点平均粗さRzjisの比、すなわちRzjis/Dが、0.1以上1以下である、ことを特徴とする、方向性電磁鋼板。
２．前記線状溝の幅中央位置での粗さ曲線における最も高い山頂から5番目に高い山頂までの5つの山頂の、平均深さDを基準とした標高の絶対値の平均をPaとし、最も低い谷底から5番目に低い谷底までの5つの谷底の、平均深さDを基準とした標高の絶対値の平均をVaとしたときに、前記Paと前記Vaとが、下記(4)式：
　　　　　　　　　　Va≦Pa≦15μm・・・・・・(4)
を満足する、前記１に記載の方向性電磁鋼板。
３．方向性電磁鋼素材に対し、少なくとも、最終冷間圧延を施し、さらに2次再結晶焼鈍を施す方向性電磁鋼板の製造方法において、
　前記最終冷間圧延後であって前記2次再結晶焼鈍前に、絶縁性のあるマスキング剤を鋼板表面に塗布し、不活性雰囲気中でレーザ照射により圧延方向に交差する方向にマスキング剤を線状に除去した後、電解エッチングを施して線状溝を形成することを特徴とする、方向性電磁鋼板の製造方法。
４．前記電解エッチングを、前記マスキング剤を線状に除去した後１０ｓ以内に電解漕に入れて施す、前記３に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
　本発明によれば、鋼板表面に形成した溝を介した磁区細分化効果により鉄損を効果的に改善することができるので、本発明に従う方向性電磁鋼板は、溝形成による鉄損改善効果を享受しつつ磁束密度の低下を抑制することができる。
電解エッチングにより形成した溝底部の形状を説明する図である。 図１に示した溝底部の平坦部を示した図である。 図１に示した溝底部のRzjisを示した図である。
　以下、本発明の詳細を説明する。
　本発明のような、線状溝（以下、単に溝といった場合は、特に断らない限り線状溝を意味する。）の形成による耐熱型の磁区細分化は、溝の側面に生じた磁極により静磁エネルギーが高くなることで、これを解消するための新たな180°磁壁が生成して磁区幅が狭くなることにより生じる。そして、このように磁区幅が狭くなる（磁区細分化が生じる）と、鋼板が磁化された際の磁壁の移動距離が短くなるので、磁壁移動時のエネルギー損失、すなわち鉄損が低減する。
　上記のメカニズムの発現には、磁極の生成が必要であり、透磁率の異なる物質の界面をつくりだすことが重要であるが、上述のような溝を利用する技術では、鉄と空気の透磁率の違いを利用している。そのため、溝を形成すると、溝の体積分だけ鋼板の実効透磁率が低下し、磁気特性の他の指標である800A/mで磁化したときの磁束密度Ｂ8値が低下するという問題を併せ持つ。
　従って、磁区細分化効果を高くしようと、磁極を沢山生成すると、実効透磁率が低下し磁束密度が低下してしまうという不利が生じる。また、磁極は溝の側面でしか生じないため、鋼板の片側表面（一方の平面）に溝を形成する場合、鋼板の厚み方向中心部あるいは裏面（他方の平面）では、溝形成による磁区細分化効果が波及し難い、という問題があった。
　そこで、本発明者らは、かかる問題を解決するために、上記した溝形成による効果を最大限に生かしつつ不利が生じない溝の形状、特に溝底面の形状について検討した。これは、従来の溝形成技術により作られた溝形状を観察する中で、溝の深さが変動していること、およびその変動が鉄損に影響していることに気づき、磁区細分化の効果を十分に引き出しつつ、鋼板の実効透磁率の低下を最小限にとどめる理想的な溝形状に近づけることで更なる鉄損低減が可能であると考えたからである。
　その結果、線状溝の底面を平滑にしつつ、所定の条件を満足する凹凸部を設けることが有効であるとの知見を得た。
　すなわち、本発明者らは、溝の底面に、深さ変動の小さい平坦部を一定の長さ以上備えることおよび、かかる平坦部以外に、深さ変動の大きい凹凸部を備えること、の両要件を満たすことが、前記した問題を解決し、溝形成による磁区細分化の効果を有効に発揮するのに適正であることを見出した。
　次に、本発明の各構成要件の限定理由について述べる。
　まず、本発明の線状溝は、鋼板の片側表面（一方の表面）に形成する。本発明の溝は、鋼板の片側表面に形成するだけで、鋼板の厚み方向中心部あるいは裏面（他方の表面）にも、溝形成による磁区細分化効果が波及するからである。
　また、上記線状溝の間隔は、特に限定されないが、2.0mmから5.0mmの範囲とするのが好ましい。
　本発明の線状溝の底面は、基本的に平坦であることが望ましい。線状溝の平均深さD（以下、単に平均深さDという）に対して溝深さの実測値d（本発明において、単に溝深さdという）の変動（d－D）の絶対値が、平均深さDの1/10を超えると、溝深さdを深くしても鉄損が低下しない傾向にあるからである。なお、平均深さDは、溝幅方向の中央部で測定した溝深さdの平均値であり、溝深さdの変動とは、溝幅方向の中央において測定した溝深さdの、平均深さDに対する差である。
　この変動（d－D）にかかる上記現象（変動が大きいと溝深さを深くしても鉄損が低下しない傾向）のメカニズムは、明らかではないが、同じ溝の中で溝深さdの変動が大きい場合、磁区細分化が不十分となる溝の浅い部分と、地鉄体積の減少によるヒステリシス損が増加する溝の深い部分とが同時に存在するために、最適と考えられる平均溝深さとした場合でも鉄損が下がりきらないからと推定している。
　本発明では、線状溝のうち、変動（d－D）の絶対値が平均深さDの1/10以下、すなわち、下記(1)式：
　　　　　　　　　　-0.10D≦（d－D）≦0.10D　　・・・・(1)
を満足する部分を「平坦部」と定義する。そして、線状溝の延びる方向に平均幅Wの1.3倍以上の長さLで連続する平坦部の箇所の数、すなわち、連続する長さLが下記(2)式：
　　　　　　　　　　1.3W≦L　　・・・・(2)
を満足する平坦部の数が、任意の鋼板の表面積100cm2の中で、少なくとも10箇所である必要がある。
　かかる箇所の数が10箇所に満たないと、溝底面の平坦な部分が短く、磁区細分化の効果を十分に引き出しつつ、鋼板の実効透磁率の低下を最小限にとどめることができないからである。なお、上記任意の鋼板の表面積100cm2は、鋼板１m2当たり20箇所サンプリングすれば、全体を代表しているといえる。
　さらに、各溝の溝全長のうち平坦部が占める割合は、30％以上90％以下であることが必要である。望ましくは40％以上90％以下である。
　なお、本発明の上記溝にかかる要件は、溝各々で規定されるが、全溝のうち90％の溝がかかる要件を満足していれば良い。すなわち、溝数が100本とすれば、90本以上が上記要件を満足していれば良い。
　線状溝の延びる方向に溝深さを測定した一例を、図１～図３に示す。図１は溝深さの測定結果であり、これについて前記「平坦部」を追記したものが図２である。なお、図２に「L」と示した部分は、「平坦部」が連続する区間である。
　本発明では、前述したとおり、前記Wと上記Lとが下記(2)式を満足する平坦部を形成する必要がある。というのは、前記Wが広いほど地鉄体積が減少するため、溝底面の変動が大きい部分を減らして、地鉄体積の減少あるいは磁区細分化に必要な深さに足りない区間を減らす必要があるからである。
　　　　　　　　　　　1.3W≦L　　・・・・(2)
　一方で、本発明の線状溝の底面は、完全な平坦ではなく、平坦部以外の部分、つまり所定の高さあるいは深さを有する凹凸部を備える。前述したように溝が平坦であれば、鋼板表面に形成した溝の深さが最適な深さとなった時の効果は大きくなると考えられるが、許容範囲が狭まり、生産管理にかかるコストが増加する。そこで、平坦な溝の中にあえて粗い部分を残すことで、溝形成による磁区細分化効果と特性の安定化の両立が可能になる。
　なお、本発明における凹凸部とは、線状溝のうち、変動（d－D）の絶対値が平均深さDの1/10を超えである部分と定義する。また、本発明においては、JIS B 0601-2001に従う十点平均粗さRzjisが、平均深さDに対して100％以下である。
　具体的には、図３に示すように、溝中央の断面曲線から2mmの長さ分の範囲を任意に選択し、かかる範囲内においてJIS B 0601-2001に従う十点平均粗さRzjisが、平均深さDに対して0.1以上、1以下、すなわち、下記(3)式：
　　　　　　　　　　0.1≦Rzjis/D≦1　　・・・・・(3)
を満足することが必要である。理由は明らかではないが、前記(3)式の範囲を外れた場合、鉄損が増加するからである。なお、Rzjisは、平均深さDに対して望ましくは20％以上、50％以下である。換言すると、Rzjis/Dは、望ましくは0.2以上、0.5以下である。
　また、線状溝の幅中央位置での粗さ曲線において、最も高い山頂から5番目に高い山頂までの5つの山頂の、平均深さを基準としたときの標高の絶対値の平均をPaとし、最も低い谷底から5番目に低い谷底までの5つの谷底の、平均深さを基準としたときの標高の絶対値の平均をVaとしたときに、前記Paと前記Vaとが、下記(4)式：
　　　　　　　　　　Va≦Pa≦15μm　　・・・・(4)
を満足することが望ましい。これは、PaおよびVaが15μｍを超えると目標の溝深さからのバラつきが大きくなり、局所的に期待していた磁区細分化効果が得られ難くなるからである。また、谷となる部分はさらに鋼板中の鉄の割合を低下させるため、上記の通り、Va ≦ Paであることが望ましい。なお、本発明において、上記山頂とは、粗さ曲線における上に凸の頂点の箇所を指し、上記谷底とは、粗さ曲線における下に凹の最下点の箇所を指す。また、上記標高の絶対値とは、平均深さDからの頂点または最下点の距離の絶対値を意味する。また、本規定は、各溝における溝中央の断面での粗さ曲線で測定するが、溝１０本当たり１本以上が、上記(4)式を満足することが望ましい。
　本発明に用いる鋼板の成分は、従来公知の方向性電磁鋼板に用いられるものであれば特に限定されないが、代表的なものを以下に述べる。
［成分組成］
Si：2.0質量％以上、5.0質量％以下
　Siは、鋼の比抵抗を高め、鉄損を低減するのに必要な元素である。上記効果は、2.0質量％未満では十分ではなく、一方、5.0質量％を超えると、加工性が低下し、圧延して製造することが困難となる。よって、本発明に用いる鋼板のSi量は2.0～5.0質量％の範囲が好ましい。より好ましくは2.5～4.5質量％の範囲である。
　なお、鋼板中に含有するSi以外の元素は特に限定されず、従来公知の方向性電磁鋼板の成分であって、方向性電磁鋼板の通常の製造工程において、二次再結晶を生じさせる成分を通常量含めばよい。また、かかる通常量の成分組成以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
　本発明の方向性電磁鋼板を製造する方法を以下説明する。
　本発明は、方向性電磁鋼板用の鋼素材（方向性電磁鋼素材）に対し、熱間圧延等の従来公知の工程を経て、最終冷間圧延を施し、さらに2次再結晶焼鈍とかかる2次再結晶焼鈍の後に続き絶縁張力被膜の処理を施す方向性電磁鋼板の製造方法において、前記最終冷間圧延後であって前記2次再結晶焼鈍前に、絶縁性のあるマスキング剤を鋼板表面に塗布し、不活性雰囲気中でレーザ照射により圧延方向に交差する方向にマスキング剤を線状に除去した後、電解エッチングを施して線状溝を形成する方法を採る。
　なお、上記交差する方向とは、圧延方向と直角な方向（直交する向き）に±30度以内の角度を有する方向のことである。
　ここで、本発明では、絶縁性のマスキング材を塗布して乾燥させた後に、レーザ照射によりマスキング剤を線状に除去する工程において、不活性雰囲気中でレーザ照射を行う。これは、レーザ照射してから電解エッチングを施すまでに鋼板表面に酸化膜が形成されるのを抑制し、電解エッチングにより形成される溝形状が不均一になるのを防止し、溝底部をより平坦化するためである。
　レーザ照射を行う区域と電解エッチングを施す電解漕とは、近接していることが望ましい。
　また、レーザが鋼板に照射され、マスキング剤が線状に除去されてから10s以内に、かかる鋼板を上記電解漕に入れることが、溝底部を平坦化するために望ましい。
　なお、粗さに関するRzjisやPa、Vaは、エッチングの際の電解電流および時間を調整することで、適正化することができる。
　以下、本発明の実施例について述べる。
　本実施例では、以下の表１に示す成分を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物である鋼スラブを、常法に従い熱間圧延して熱延鋼板とし、さらに中間焼鈍を含む2回の冷間圧延によって、板厚：0.23ｍｍの冷延鋼板とした。この後、鋼板の幅方向の両エッジから100ｍｍ以上を除いた中央部分からサンプルを切り出し、幅30ｍｍ、長さ280ｍｍの冷延鋼板を採取した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　この後、溝形成処理の条件を、以下の３条件とした。
（Ｉ）　絶縁性のあるマスキング剤を鋼板表面に塗布し、不活性雰囲気中でレーザ照射により圧延方向と直交する向きにマスキング剤を線状に除去した後、電解エッチングにより溝を形成
（ＩＩ）　線状の突起ロールを押し付けて溝を形成
（ＩＩＩ）　溝形成処理を行わない
　線状溝の目標幅は40～80μｍとし、圧延方向に2.0～5.0ｍｍ間隔で鋼板の幅方向に対して直交する方向に形成した。電解エッチング処理は、ＮａＣｌ浴中で実施した。また、電解エッチングで溝を形成する際は、電解電流および電解時間を調整することで、線状溝のRzjis、PaおよびVaを調整し、さらに目標溝深さを20～28μｍの間で調整した。また、レーザの出力とレーザ照射してから電解エッチングするまでに大気にさらす時間とを調整することで、線状溝全長のうちの平坦部の割合を変更した。各処理条件と溝深さで、１０枚ずつ試験片を作製した。
　これらの試験片に脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍処理を施し、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、最終仕上げ焼鈍を施した後、絶縁被膜をコーティングし、磁気特性評価試験片とした。かかる試験片に、800℃で2時間の歪取り焼鈍を施した後、単板磁気測定試験によりかかる試験片の鉄損Ｗ１７／５０を測定し、溝形成処理を行わなかった場合（上記III）の鉄損との差を鉄損改善量ΔＷ１７/５０として評価した。溝の形状は、レーザ顕微鏡により計測した。
　上記溝の形状測定をし、変動（d－D）の絶対値が平均深さDの1/10以下の部分を平坦部とし、かかる平坦部の長さをかかる部分の存在する溝毎に積算し、該積算した溝の長さ（全長）で除したものを平坦部の割合（％）とした。
　また、上記平坦部の中で前記(2)式を満足する箇所の個数を、鋼板の表面積100cm2当たりに換算するため、上記試験片で確認された10枚の平坦部の個数の平均値を119倍（＝100／（0.3×2.8））した。
　表２に示す溝形状と鉄損との関係から、線状溝全長のうちの平坦部の割合や粗度Rzjisなどを適正に管理することで、溝形成による磁区細分化効果を安定化し、鉄損をさらに改善できることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002

Claims (4)

  1. 　圧延方向に交差する方向に延長し形成された線状溝を片側表面に有する方向性電磁鋼板において、線状溝の平均深さをD、平均幅をW、幅中央位置での粗さ曲線における十点平均粗さをRzjisとしたときに、各線状溝は、
    　線状溝全長のうち、平均深さDとの深さの差の絶対値が当該平均深さDの1/10以下である部分として定義される平坦部が占める割合が、30％以上90％以下であり、
    　表面積100cm2の中で、前記平坦部が平均幅Wの1.3倍以上の長さで連続する箇所の数が、10箇所以上であり、かつ、
    　平均深さDに対する十点平均粗さRzjisの比、すなわちRzjis/Dが、0.1以上1以下である、ことを特徴とする、方向性電磁鋼板。
  2. 　前記線状溝の幅中央位置での粗さ曲線における最も高い山頂から5番目に高い山頂までの5つの山頂の、平均深さDを基準とした標高の絶対値の平均をPaとし、最も低い谷底から5番目に低い谷底までの5つの谷底の、平均深さDを基準とした標高の絶対値の平均をVaとしたときに、前記Paと前記Vaとが、下記(4)式：
    　　　　　　　　　　Va≦Pa≦15μm　　・・・・・・(4)
    を満足する、請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
  3. 　方向性電磁鋼素材に対し、少なくとも、最終冷間圧延を施し、さらに2次再結晶焼鈍を施す方向性電磁鋼板の製造方法において、
    　前記最終冷間圧延後であって前記2次再結晶焼鈍前に、絶縁性のあるマスキング剤を鋼板表面に塗布し、不活性雰囲気中でレーザ照射により圧延方向に交差する方向にマスキング剤を線状に除去した後、電解エッチングを施して線状溝を形成することを特徴とする、方向性電磁鋼板の製造方法。
  4. 　前記電解エッチングを、前記マスキング剤を線状に除去した後１０ｓ以内に電解漕に入れて施す、請求項３に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
     
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