WO2024225455A1 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a grain-oriented electrical steel sheet. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2023-073596, filed on April 27, 2023, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Grain-oriented electrical steel sheets are soft magnetic materials and are primarily used as iron core materials for transformers, and therefore require magnetic properties such as high magnetization characteristics and low core loss.
  • Iron loss is the power loss consumed as heat energy when an iron core is excited by an AC magnetic field, and from the perspective of energy conservation, it is desirable to have as low iron loss as possible.
  • the level of iron loss is affected by factors such as magnetic susceptibility, sheet thickness, coating tension, amount of impurities, electrical resistivity, crystal grain size, and magnetic domain size.
  • Patent Document 1 shows that it is possible to easily reduce iron loss in both the L direction and
  • Patent Document 1 achieves a certain reduction in eddy current loss and thus a reduction in iron loss.
  • the reduction in iron loss is not as great as expected from the division of the magnetic domain width, and there is room for improvement.
  • laser irradiation of grain-oriented electrical steel sheet as proposed in Patent Document 1 is effective in reducing iron loss, there is a problem in that the closure domains formed by laser irradiation increase magnetostriction, thereby degrading noise characteristics.
  • Patent Document 2 discloses a method for manufacturing grain-oriented electrical steel sheet with excellent magnetic properties, whose iron loss reduction effect does not disappear even after stress relief annealing. Patent Document 2 also shows that in a method for locally forming grooves in the final cold-rolled sheet, by making improvements to the shape of the grooves, it is possible to obtain even lower iron loss than in the past.
  • Patent Document 2 is insufficient in reducing eddy current loss compared to the technology of imparting minute thermal distortion to steel sheets by irradiating them with laser light and plasma, and does not take noise characteristics into consideration.
  • Patent Document 3 discloses a grain-oriented electrical steel sheet in which a plurality of strain regions extending in a direction transverse to the rolling direction are formed at periodic intervals s (mm) in the rolling direction, which are locally introduced into the surface layer of the steel sheet, and in which closure domain regions are formed in each of the strain regions, which are continuous over a width of 200 mm or more, and in which the width in the rolling direction at the steel sheet surface changes periodically, and in which each of the closure domain regions satisfies the following conditions: the ratio (Wmax/Wmin) of the maximum width Wmax in the rolling direction at the steel sheet surface to the minimum width Wmin is 1.2 to 2.2, the average width Wave in the rolling direction at the steel sheet surface is 80 ⁇ m to 250 ⁇ m, the maximum depth D in the sheet thickness direction is 32 ⁇ m or more, and (Wave x D)/s is 0.0007 mm to 0.0016 mm.
  • Patent Document 3 describes that by periodically changing the width of the closure domain region in the rolling direction, it is possible to lower the magnetostrictive harmonic level and achieve both low iron loss and low noise.
  • the width of the region where no strain is introduced changes, which inhibits the movement of the domain walls and increases hysteresis loss, and therefore the effect of reducing iron loss by subdividing the magnetic domain width cannot be fully obtained.
  • the reason why Patent Document 1 does not achieve the effect of reducing iron loss as expected from the refinement of the magnetic domain width is believed to be because the movement of the magnetic domain walls is hindered and hysteresis loss increases.
  • the present invention aims to provide a grain-oriented electrical steel sheet with lower core loss than conventional steel sheets.
  • the inventors focused on the fact that in technology that achieves low iron loss and low noise by lowering the magnetostrictive harmonic level, although eddy current loss is reduced, hysteresis loss increases, and investigated methods for suppressing the increase in hysteresis loss and achieving even lower iron loss. As a result, they discovered that when introducing linear strain into the surface of a grain-oriented electrical steel sheet by laser irradiation or other means to refine magnetic domains, an increase in hysteresis loss can be suppressed by periodically increasing and decreasing the width of the introduced strain and by shifting the period of increase and decrease of the strain width between adjacent linear strains.
  • a grain-oriented electrical steel sheet is a grain-oriented electrical steel sheet having a surface into which a plurality of linear strains extending in a direction at an angle of 60 to 120° to the longitudinal direction have been introduced, wherein the longitudinal spacing between adjacent ones of the linear strains is 2 to 10 mm, the width of the linear strains, which is the width in a direction perpendicular to the extension direction of the linear strain, increases and decreases periodically in the extension direction of the linear strain, with the period being 200 to 400 ⁇ m, the period of change in the width of adjacent ones of the plurality of linear strains is shifted by 0.4 to 0.6 periods in the extension direction of the linear strain, the ratio of the maximum width to the minimum width is 1.2 to 8.0, and the minimum width is 30 ⁇ m or more.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a grain-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment, in which linear strain is introduced into the surface. This is an example of a graph drawn using ImageJ, with DISTANCE on the horizontal axis and GRAY VALUE on the vertical axis.
  • the grain-oriented electrical steel sheet 1 is a grain-oriented electrical steel sheet having a surface on which a plurality of linear distortions 2 extending in a direction of 60 to 120° with respect to the longitudinal direction (longitudinal direction of the grain-oriented electrical steel sheet) RD (which can also be said to be a direction of ⁇ 30° with respect to the width direction TD) have been introduced, and the spacing PL of adjacent plurality of linear distortions 2 in the longitudinal direction RD is 2 to 10 mm, and the width in the direction perpendicular to the extension direction of the linear distortions 2 is The width of the linear distortion 2 increases and decreases periodically in the extension direction of the linear distortion 2, with the period CYC being 200 to 400 ⁇ m.
  • adjacent linear distortions 2, 2' have width change periods shifted by 0.4 to 0.6 periods in the extension direction of the linear distortion.
  • the ratio (Tmax/Tmin) of the maximum width Tmax to the minimum width Tmin is 1.2 to 8.0, and the minimum width Tmin is 30 ⁇ m or more.
  • the extension direction of the strain (corresponding to the scanning direction when strain is introduced by an energy ray such as a laser or an electron beam) is set at an angle of 60 to 120° with respect to the longitudinal direction (rolling direction). If the angle is out of this range, the 180° magnetic domain refinement effect of the steel sheet is reduced, and a sufficient iron loss reduction effect cannot be obtained.
  • the distance between adjacent linear distortions in the longitudinal direction (normal rolling direction) RD exceeds 10 mm, the effect of refining the 180° magnetic domains is reduced, resulting in insufficient iron loss improvement. Therefore, the distance between adjacent linear distortions in the longitudinal direction is set to 10 mm or less. It is preferable that the distance between the linear distortions is approximately equal.
  • the longitudinal interval between adjacent linear distortions is set to 2 mm or more.
  • a linear distortion is a continuous distortion extending in one direction.
  • the width of the linear distortion is intentionally increased or decreased as described below.
  • the longitudinal distance PL between the multiple linear distortions is the distance from the center of a linear distortion to the center of an adjacent linear distortion.
  • the width of the linear strain which is the width in the direction perpendicular to the extension direction of the linear strain, periodically increases and decreases in the extension direction of the linear strain.
  • the introduced strain inhibits the movement of magnetic domain walls.
  • Iron loss consists of eddy current loss and hysteresis loss, and the introduction of strain increases the hysteresis loss of iron loss.
  • the present inventors discovered that by periodically increasing and decreasing the width of a single linear strain (the width in the direction perpendicular to the extension direction), a magnetic domain refinement effect can be obtained with a small amount of strain.
  • the period of the change and the magnitude of the change must be within the range described below.
  • "periodic" means that an error of about ⁇ 5% or less of the period is allowed (for example, ⁇ 10 ⁇ m is allowed for 200 ⁇ m, and ⁇ 20 ⁇ m is allowed for 400 ⁇ m).
  • the period of change in width of the linear distortion is 200 to 400 ⁇ m>
  • ⁇ The ratio of the maximum width to the minimum width of the linear distortion is 1.2 to 8.0>
  • the width of part of the linear distortion is changed and part is made larger, thereby controlling the position at which the closure domains occur (controlling them so that they occur at the largest position) and controlling so that the period of the width change matches the domain width. If the ratio of the maximum width to the minimum width of the linear distortion (width ratio) is less than 1.2, the result will be the same as in the conventional case (when a distortion of uniform width is introduced), and there is a concern that the closure domains will occur in unintended positions, and sufficient magnetic domain refinement effect will not be obtained.
  • the width ratio is set to 1.2 to 8.0.
  • the maximum width it is preferable that when an isosceles triangle is drawn with the length of one period (the length from one valley to the next valley when the width profile is illustrated) as its base and the position where the linear distortion is at its maximum width as its apex, the base angle of the triangle is 45° or less.
  • the width of the linear distortion is set to 30 ⁇ m or more even at the smallest portion (narrowest portion).
  • the cycle of the width change corresponds to the final magnetic domain width. If the cycle of the change exceeds 400 ⁇ m, the magnetic domain width is wide and a sufficient effect of improving iron loss cannot be obtained. Furthermore, although shortening the period reduces the magnetic domain width, if the period is too short, the magnetic domain width will correspond to multiple periods (for example, even if the period is 150 ⁇ m, the magnetic domain width will be twice that, or 300 ⁇ m), and there is a concern that the magnetic domain width will instead become wider. Therefore, the period of the width change is set to 200 ⁇ m or more.
  • adjacent linear distortions have width change periods shifted by 0.4 to 0.6 periods in a direction perpendicular to the extension direction of the linear distortions>
  • the width of the introduced strain is changed periodically to obtain the same magnetic domain width as one period of the strain.
  • the periodic change in the width of the linear distortion causes the width of the non-distorted area to vary depending on the position when viewed in the longitudinal direction of the grain-oriented electrical steel sheet, making it difficult for the domain walls to move.
  • the width of the region where no strain is introduced is made substantially constant by shifting the period of the change in width of adjacent linear strains among the multiple linear strains.
  • the shift in period is about half a period (0.5 period) as shown in Fig. 1, and a shift of 0.4 to 0.6 period is acceptable.
  • the amount of shift is evaluated by using the direction perpendicular to the extension direction of the linear strain as a reference and the amount of shift in the extension direction as a unit of period.
  • the location where the linear strain is introduced into the grain-oriented electrical steel sheet can be identified by the following method. That is, where distortion has been applied to the steel plate, the distortion causes distortion in the iron crystal lattice.
  • a method called X-ray topography is used to detect this distortion.
  • An overview of this method is given below. Normally, when X-rays are incident on a crystal lattice, the X-rays are reflected at specific angles of incidence and reflection according to each crystal lattice plane, and in this case the angles of incidence and reflection are equal. This is called the Bragg diffraction condition, and depending on the distortion of the crystal, i.e. the magnitude of the distortion of the iron crystal in this patent, the reflection angle changes slightly relative to the angle of incidence or the reflection intensity is weakened.
  • the X-ray topography device used was a Rigaku XRTmicron
  • the X-ray source was a Cu target
  • the diffraction plane during imaging was iron (310).
  • the CCD resolution was 2.4 ⁇ m
  • the digital resolution was 16 bits.
  • the procedure is as follows: first, a grain-oriented electrical steel sheet in which strain has been imparted by energy rays is processed by cutting 100 mm in the rolling direction and 100 mm in the sheet width direction to prepare a sample. If processing strain is imparted to the steel sheet during processing, it must be done carefully because it affects the X-ray reflection behavior.
  • an insulating coating is applied to the surface of a normal grain-oriented electrical steel sheet, but whether or not it is applied, the location of the strain can be identified, so it is important to prepare the sample so that as little processing strain as possible is imparted according to the state of the original sample.
  • a topography image is photographed in the sheet width direction using Snap Shot in high resolution mode.
  • the field of view diameter during photography is 6 to 7 mm in the sheet width direction and 7 to 8 mm in the rolling direction.
  • a TDI (Time Delay Integration) scan may be performed in advance.
  • the locations where distortion has been applied are specifically identified from the captured topography image using image analysis software called ImageJ.
  • a topography image is developed on ImageJ, and an ROI (Range of Interest) is set as an analysis range (pixel width and height are 2.406 ⁇ m).
  • the ROI is rectangular, and its range is 646 pixels (equivalent to approximately 1.55 mm) in the rolling direction and 84 pixels (equivalent to approximately 0.20 mm) in the plate width direction.
  • the side parallel to the rolling direction is referred to as the ROI long side
  • the side parallel to the plate width direction is referred to as the ROI short side.
  • the ROI is set so that the portion to which the strain is applied fits within the rectangle. At this time, it may be visually observed, so the portion to which the strain is applied is set to be located at the center of the ROI long side.
  • a graph is drawn in the ROI setting range with the horizontal axis set to DISTANCE and the vertical axis set to GRAY VALUE.
  • the graph drawing function is part of the functions of ImageJ and is used.
  • a spectrum having a negative peak as shown in FIG. 2 is obtained.
  • the Gray Scale is read for the plateau-shaped portions at both ends of the spectrum, and their average value is calculated.
  • this average value is called I Ave.
  • the negative peak intensity (minimum value of the spectrum) in the spectrum is called I Bottom .
  • the difference between I Ave. and I Bottom is defined as ⁇ I Height .
  • I HH Half Height
  • I HH is the Gray Scale value equivalent to half the peak intensity.
  • the width W of the portion where the distortion is applied is defined as the DISTANCE between two points corresponding to I HH .
  • IHH IHeight + (0.5 ⁇ IHeight )...(1)
  • the grain-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment can obtain the above-mentioned effects regardless of the manufacturing method, however, the manufacturing method including the following configuration is preferable because it can be manufactured relatively stably.
  • An irradiation step in which an energy beam is irradiated onto a surface of a grain-oriented electrical steel sheet obtained by a known method at approximately constant intervals of 2 to 10 mm in the longitudinal direction, by scanning the energy beam in a direction of 60 to 120° with respect to the longitudinal direction while periodically changing the width (thickness) of the energy beam in the direction perpendicular to the scanning direction, thereby introducing a plurality of linear strains into the grain-oriented electrical steel sheet.
  • the grain-oriented electrical steel sheet to be irradiated with the energy rays may be a steel sheet obtained by a known method, for example, a grain-oriented electrical steel sheet that satisfies JIS C2553:2019. It is preferable that the grain-oriented electrical steel sheet has a magnetic flux density B8 (magnetic flux density at 800 A/m) of 1.90 T or more, and more preferable that the grain-oriented electrical steel sheet has a B8 of 1.92 T or more.
  • B8 magnetic flux density at 800 A/m
  • the energy beam is irradiated by scanning the energy beam in a direction of 60 to 120° to the longitudinal direction at approximately constant intervals of 2 to 10 mm in the longitudinal direction (rolling direction) to introduce a plurality of linear strains extending in a direction of 60 to 120° to the longitudinal direction.
  • the energy beam is preferably a continuous wave laser to obtain a linear distortion that is continuous in the extension direction.
  • a continuous wave laser is preferably used.
  • the laser irradiation conditions may be any known conditions as long as they are within a range in which strain can be introduced into the surface of the grain-oriented electrical steel sheet.
  • the width of the energy line in the direction perpendicular to the scanning direction can be changed periodically by installing a shutter whose width varies periodically in the scanning direction immediately after the lens. Furthermore, by changing the position of the shutter during scanning, when the periods of adjacent linear distortions are shifted within a given range, the periods of the width changes can be shifted.
  • a grain-oriented electrical steel sheet having a Si content of 3.25% and a thickness of 0.23 mm was prepared.
  • the grain-oriented electrical steel sheet had a magnetic flux density B8 of 1.93 T and an iron loss W17/50 of 0.90 W/kg.
  • This grain-oriented electrical steel sheet was irradiated by scanning a continuous wave laser in the longitudinal direction (rolling direction) at a constant interval (pitch) shown in Table 1, in the direction (angle relative to the longitudinal direction) shown in Table 1.
  • a polygon mirror was used for scanning, and a shutter with a width that periodically varies in the scanning direction was installed immediately after the lens, thereby changing the width of the distortion in the period shown in Table 1.
  • the shift in period of the change in the width of the strain between adjacent linear strains was as shown in Table 1.
  • the magnetic properties of the obtained grain-oriented electrical steel sheets were evaluated in the following manner.
  • Magnetic property evaluation A sample having a width of 60 mm and a length of 300 mm was taken, including the center position of the sheet width of the grain-oriented electrical steel sheet of each test number. The length direction of the sample was parallel to the rolling direction. Using this sample, the magnetic flux density was determined by a single sheet magnetic property test (SST test) in accordance with JIS C 2556 (2015). Specifically, a magnetic field of 800 A/m was applied to the sample to determine the magnetic flux density B8 (T). Furthermore, using the above sample, the iron loss W17/50 (W/kg) was measured when the frequency was 50 Hz and the maximum magnetic flux density was 1.7 T in accordance with JIS C 2556 (2015).
  • this invention by realizing magnetic domain refinement that does not impede the movement of magnetic domain walls, it is possible to suppress an increase in hysteresis loss while reducing eddy current loss, resulting in a grain-oriented electrical steel sheet with low iron loss. Therefore, this invention has a high industrial applicability.

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Abstract

この方向性電磁鋼板は、表面に、長手方向に対して６０～１２０°の方向に延在する複数の線状の歪が導入された方向性電磁鋼板であって、隣り合う前記複数の線状の歪の、前記長手方向の間隔が、それぞれ２～１０ｍｍであり、前記線状の歪の延在方向に垂直な方向の幅である前記線状の歪の幅が、前記線状の歪の前記延在方向において周期的に増減しており、周期が、２００～４００μｍであり、前記複数の線状の歪のうち、隣り合う線状の歪は、前記幅の変化の周期が、前記線状の歪の前記延在方向に０．４～０．６周期分ずれており、前記幅の最小に対する前記幅の最大の比が、１．２～８．０であり、前記幅の最小は、３０μｍ以上である。

Description

方向性電磁鋼板
　本発明は方向性電磁鋼板に関する。
　本願は、２０２３年０４月２７日に、日本に出願された特願２０２３－０７３５９６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　方向性電磁鋼板は、軟磁性材料であり、主に、変圧器の鉄心材料として用いられる。そのため、方向性電磁鋼板には、高磁化特性および低鉄損という磁気特性が要求される。
　鉄損とは、鉄心を交流磁場で励磁した場合に、熱エネルギーとして消費される電力損失であり、省エネルギーの観点から、鉄損はできるだけ低いことが求められる。鉄損の高低には、磁化率、板厚、被膜張力、不純物量、電気抵抗率、結晶粒径、磁区サイズなどが影響する。方向性電磁鋼板に関し、様々な技術が開発されている現在においても、エネルギー効率を高めるため、鉄損を低減する研究開発が継続されている。
　低鉄損化する方法の一つとして、鋼板表面にレーザ照射を行う技術が提案されている。この技術では、レーザ照射により表面に歪が導入され、１８０°磁区幅が細分化されることで鉄損の一部である渦電流損を低減することができるとされている。
　例えば、特許文献１には、方向性電磁鋼板の表面に、集光した連続波レーザ光を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向から傾斜した方向に走査しながら照射する工程と、前記連続波レーザ光を走査する部分を所定の間隔でずらしながら繰り返す工程を有し、前記連続波レーザ光の平均パワーをＰ（Ｗ）、前記走査の速度をＶｃ（ｍｍ／ｓ）、前記所定の間隔をＰＬ（ｍｍ）と表わし、投入エネルギーＵａをＵａ＝Ｐ／（Ｖｃ×ＰＬ）（ｍＪ／ｍｍ２）と定義したとき、１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ、及び０．８ｍＪ／ｍｍ２≦Ｕａ≦２．０ｍＪ／ｍｍ２、を満たすことを特徴とする、レーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法が開示されている。
　特許文献１では、容易に、かつ高い生産性を確保しながら、方向性電磁鋼板のＬ方向及びＣ方向の両方向における鉄損を低減することができることが示されている。
　特許文献１の技術では、一定の渦電流損の低減による鉄損低減効果が得られる。しかしながら、磁区幅の細分化から予想されるほどの鉄損の低減効果は得られておらず、改善の余地がある。
　また、特許文献１に提案されるような方向性電磁鋼板へのレーザ照射は、鉄損の低減には効果的であるものの、レーザ照射によって形成される還流磁区が、磁歪を大きくすることで騒音特性が劣化するという課題があった。
　特許文献２では、歪取焼鈍後も鉄損低減効果が消失しない磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造方法が開示されている。特許文献２では、最終冷延板に局所的に溝を形成する方法において、その溝の形状に工夫を加えることによって、従来に比べてさらに低い鉄損が得られると示されている。
　しかしながら、特許文献２の技術では、またレーザ光照射およびプラズマ照射により鋼板に付与される微小な熱歪の付与する技術に比べ、渦電流損の低減効果が不十分であり、騒音特性について考慮されていない。
　特許文献３では、鋼板の表層部に局所的に導入され、圧延方向を横切る方向に延びる歪み領域が、圧延方向に周期的間隔ｓ（ｍｍ）で複数形成された方向性電磁鋼板であって、各々の前記歪み領域には、幅方向に２００ｍｍ以上にわたり連続的に、鋼板表面における圧延方向の幅が周期的に変化した還流磁区領域が形成され、各々の前記還流磁区領域が、鋼板表面における圧延方向の最大幅Ｗｍａｘの最小幅Ｗｍｉｎに対する比（Ｗｍａｘ／Ｗｍｉｎ）が１．２以上２．２以下、鋼板表面における圧延方向の平均幅Ｗａｖｅが８０μｍ以上２５０μｍ以下、板厚方向の最大深さＤが３２μｍ以上、（Ｗａｖｅ×Ｄ）／ｓが０．０００７ｍｍ以上０．００１６ｍｍ以下の条件を満たすことを特徴とする方向性電磁鋼板が開示されている。
日本国特許第４６６９５６５号公報 日本国特開平６－２９９２４４号方向 日本国特許第６０６０９８８号公報
　特許文献３には、還流磁区領域の圧延方向の幅を周期的に変化させることで、磁歪高調波レベルを低くでき、低鉄損及び低騒音を両立できると記載されている。
　しかしながら、本発明者らが検討した結果、特許文献３の技術では、歪が導入されていない領域の幅が変化することで、磁壁の移動が阻害され、ヒステリシス損が増加するので、磁区幅の細分化による鉄損低減効果が十分に得られない。
　また、特許文献１で、磁区幅の細分化から予想されるほどの鉄損の低減効果が得られないのも、磁壁の移動が阻害され、ヒステリシス損が増加しているからであると考えられる。
　本発明は、上記の課題に鑑み、従来よりも低鉄損な方向性電磁鋼板を提供することを課題とする。
　本発明者らは、磁歪高調波レベルを低くすることで、低鉄損と低騒音を実現する技術において、渦電流損は低減するもののヒステリシス損が増加するという点に着目し、ヒステリシス損の増加を抑え、より低鉄損を実現する方法について検討を行った。
　その結果、方向性電磁鋼板の表面にレーザ照射等によって線状の歪を導入して磁区細分化を行う際に、導入する歪の幅を周期的に増減させるとともに、隣り合う線状の歪同士で、歪の幅の増減の周期をずらすことで、ヒステリシス損の増加を抑えることができるとの知見を得た。
　本発明は上記の知見に鑑みてなされた。本発明の要旨は以下の通りである。
［１］本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板は、表面に、長手方向に対して６０～１２０°の方向に延在する複数の線状の歪が導入された方向性電磁鋼板であって、隣り合う前記複数の線状の歪の、前記長手方向の間隔が、それぞれ２～１０ｍｍであり、前記線状の歪の延在方向に垂直な方向の幅である前記線状の歪の幅が、前記線状の歪の前記延在方向において周期的に増減しており、周期が、２００～４００μｍであり、前記複数の線状の歪のうち、隣り合う線状の歪は、前記幅の変化の前記周期が、前記線状の歪の前記延在方向に０．４～０．６周期分ずれており、前記幅の最小に対する前記幅の最大の比が、１．２～８．０であり、前記幅の最小は、３０μｍ以上である。
　本発明の上記態様によれば、磁壁の移動を阻害しない磁区細分化を実現することで、渦電流損を低減したまま、ヒステリシス損の増加を抑えることができ、結果的に低鉄損な方向性電磁鋼板を得ることができる。
表面に線状の歪が導入された、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の例を示す模式図である。 ＩｍａｇｅＪを用いて描画した、横軸をＤＩＳＴＡＮＣＥ、縦軸をＧＲＡＹ　ＶＡＬＵＥとしたグラフの例である。
　本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板（本実施形態に係る方向性電磁鋼板）について説明する。
　図１に示すように、本実施形態に係る方向性電磁鋼板１は、表面に、長手方向（方向性電磁鋼板の長手方向）ＲＤに対して６０～１２０°の方向（幅方向ＴＤに対して±３０°の方向とも言える）に延在する複数の線状の歪２が導入された、方向性電磁鋼板であって、隣り合う複数の線状の歪２の、長手方向ＲＤの間隔ＰＬが、それぞれ２～１０ｍｍであり、線状の歪２の延在方向に垂直な方向の幅である線状の歪２の幅が、線状の歪２の延在方向において周期的に増減しており、周期ＣＹＣが、２００～４００μｍであり、複数の線状の歪２のうち、隣り合う線状の歪２,２’は、幅の変化の周期が、線状の歪の延在方向に０．４～０．６周期分ずれており、幅の最小Ｔｍｉｎに対する幅の最大Ｔｍａｘの比（Ｔｍａｘ／Ｔｍｉｎ）が、１．２～８．０であり、前記幅の最小Ｔｍｉｎが３０μｍ以上である。
　以下、それぞれの限定理由について説明する。
＜表面に、長手方向（圧延方向）に対して６０～１２０°の方向に延在する複数の線状の歪が導入されている＞
＜隣り合う複数の線状の歪の、長手方向の間隔が、それぞれ２～１０ｍｍ＞
　方向性電磁鋼板では、長手方向（製造工程における圧延方向）ＲＤに磁化容易軸が揃っており、長手方向に垂直方向に近い方向にレーザや電子ビーム等のエネルギー線を走査しながら照射して方向性電磁鋼板の表面に歪を導入すると、１８０°磁区細分化作用によって、鉄損が更に低減される。
　本実施形態において、歪の延在方向（レーザや電子ビーム等のエネルギー線によって歪を導入する場合には、その走査方向に相当）を長手方向（圧延方向）に対して６０～１２０°の角度とする。角度がこの範囲から外れると、鋼板の１８０°磁区細分化作用は少なくなり十分な鉄損低減効果が得られない。
　また、隣り合う複数の線状の歪の、長手方向（通常圧延方向）ＲＤの間隔が１０ｍｍ超であると、１８０°磁区の磁区細分化効果が減少するため鉄損改善効果が不足する。そのため、それぞれの隣り合う線状の歪の、長手方向の間隔は、１０ｍｍ以下とする。複数の線状の歪の間隔は、略等間隔であることが好ましい。
　一方、照射間隔を小さくすると基本的には鉄損が小さくなるものの、過度に小さくなると磁区細分化効果が飽和し渦電流損がほとんど低下しなくなる一方で、歪によるヒステリシス損の増加が顕著になり、鉄損が悪化する。また、騒音特性が劣化する場合がある。そのため、それぞれの隣り合う線状の歪の、長手方向の間隔は、２ｍｍ以上とする。
　線状の歪とは、一方向に延在する連続的な歪である。本実施形態では、後述するようにその幅を意図的に増減させる。
　ここで、本実施形態において、複数の線状の歪の長手方向の間隔ＰＬとは、線状の歪の中心から隣り合う線状の歪の中心までの間隔である。
＜線状の歪の延在方向に垂直な方向の幅である線状の歪の幅が、線状の歪の延在方向において周期的に増減している＞
　上述のように、方向性電磁鋼板の表面エネルギー線を照射して線状の歪を導入することによって、渦電流損を低下させることができる。一方で、導入された歪は磁壁の移動を阻害する。鉄損は、渦電流損とヒステリシス損からなるが、歪の導入により、鉄損のうちヒステリシス損が増加する。
　ヒステリシス損を増加させないためには、歪の量を小さくすることが好ましいが、一方で、歪の量が小さいと、磁区細分化効果が小さくなる。
　本発明者らは、１本の線状の歪において、歪の幅（延在方向に垂直な方向の幅）を周期的増減させることで、少量の歪で磁区細分化効果を得られることを見出した。
　ただし、その変化の周期や、変化の大きさについては、十分な効果を得るため、後述する範囲とする必要がある。
　ここで本実施形態において周期的にとは、周期のおよそ±５％以下の誤差は許容する(例えば２００μｍの場合±１０μｍ、４００μｍの場合±２０μｍは許容する)。
＜線状の歪の幅の変化の周期が２００～４００μｍである＞
＜線状の歪の幅の最小に対する幅の最大の比が、１．２～８．０である＞
　本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、線状の歪の一部の幅を変化させ、一部を大きくすることで、還流磁区の発生位置を制御し（最も大きい位置から発生するように制御し）、幅の変化の周期と磁区幅とが一致するように制御している。
　線状の歪の幅の最小に対する幅の最大の比（幅の比）が１．２未満では、従来（均一な幅の歪を導入した場合）と同様であり、還流磁区の発生位置が意図しない位置となり、十分な磁区細分化効果が得られないことが懸念される。
　一方、幅の比が８．０超であっても、還流磁区の発生位置が意図しない位置となり、十分な磁区細分化効果が得られないことが懸念される。そのため、幅の比を１．２～８．０とする。
　幅の最大値に関し、好ましくは、１周期の長さ（幅のプロフィールを図示した際の谷から隣の谷までの長さ）を底辺、線状の歪の最大幅となる位置を頂点とする二等辺三角形を描いた際に、その三角形の底角が４５°以下であることが好ましい。
　磁区細分化効果を十分に得るため、線状の歪の幅は、最小の部分（最も細い部分）でも３０μｍ以上とする。
　また、幅の変化の周期は、最終的に得られる磁区幅に相当する。変化の周期が４００μｍ超では、磁区幅が広く、十分な効果が鉄損の改善効果が得られない。
　また、周期を短くすることで、磁区幅が小さくなるものの、周期が短くなりすぎると、磁区幅が、複数周期分に対応するようになり（例えば周期が１５０μｍであっても、磁区幅はその２倍の３００μｍとなり）、むしろ、磁区幅が広くなることが懸念される。そのため、幅の変化の周期は２００μｍ以上とする。
＜複数の線状の歪のうち、隣り合う線状の歪は、幅の変化の周期が、線状の歪の延在方向に垂直な方向に０．４～０．６周期分ずれている＞
　上述の通り、導入される歪の幅を周期的に変化させ、歪の１周期と同じ磁区幅を得る。しかしながら、複数の線状の歪を導入するに際し、一様に線状の歪を導入する場合、磁壁が動きにくくなり、磁区幅の細分化による鉄損低減効果が十分に得られない。
　これは、線状の歪の幅の周期的な変化によって、方向性電磁鋼板の長手方向で見た際に、歪の導入されてない領域の幅が位置によって異なることで、磁壁が動きにくくなることが理由であると考えられる。
　そのため、本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、複数の線状の歪のうち、隣り合う線状の歪は、前記幅の変化の周期を、ずらすことで歪が導入されていない領域の幅を略一定にする。周期のずれは、図１に示すように、約半周期（０．５周期）であり、０．４～０．６周期であれば許容される。ずれの量は、線状の歪の延在方向に垂直な方向を基準として、延在方向のずれ量を、周期を単位として、評価する。
　方向性電磁鋼板の導入された線状の歪が付与された箇所は、以下の方法により特定することができる。
　すなわち鋼板で歪が付与された箇所は、歪により鉄の結晶格子に歪みが生じる。この歪みを検出する方法として、Ｘ線トポグラフィという方法を用いる。以下にその概要を説明する。通常結晶格子にＸ線を入射した場合、各結晶格子面に応じた特定の入射角度と反射角度にてＸ線の反射が生じ、その場合入射角度と反射角度は等しくなる。これはブラッグ回折条件と呼ばれるが、結晶の歪み、すなわち本特許の場合は鉄結晶の歪みの大きさにより、入射角度に対して反射角度がわずかに変化したり反射強度が弱められる。この現象を利用する分析法である。
　分析に際し、Ｘ線トポグラフィ装置は、リガク製のＸＲＴｍｉｃｒｏｎを用い、Ｘ線源はＣｕターゲットとする。また撮影時の回折面は鉄の（３１０）とする。ＣＣＤ解像度を２．４μｍ、Ｄｉｇｉｔａｌ分解能を１６ｂｉｔとする。
　手順としては、まずエネルギー線により鋼板に歪が付与された方向性電磁鋼板について圧延方向に１００ｍｍ、板幅方向に１００ｍｍを切断等により加工し試料を準備する。加工の際に加工歪が鋼板に付与されると、それがＸ線反射挙動に影響するので注意深く行う必要がある。得た試料について、通常の方向性電磁鋼板にはその表面に絶縁被膜が施されているが、それが施されていてもいなくても、いずれでも歪の付与箇所を特定できるので元の試料の状態に応じてなるべく加工歪が付与されないように準備することが肝要である。そして、板幅方向に対して、トポグラフィ画像を高解像モードでのＳｎａｐ Ｓｈｏｔ撮影とする。撮影時の視野径は、板幅方向６～７ｍｍ、圧延方向７～８ｍｍとする。撮影箇所を決めるために、事前にＴＤＩ（Ｔｉｍｅ　Ｄｅｌａｙ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）スキャンを実施しても良い。
　次に撮影されたトポグラフィ画像から、ＩｍａｇｅＪという画像解析ソフトを用いて、歪が付与された箇所を具体的に特定する。
　特定に際しては、ＩｍａｇｅＪ上で、トポグラフィ画像を展開し、解析範囲であるＲＯＩ（Ｒａｎｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を設定する（ピクセル幅および高さは２．４０６μｍ）ＲＯＩは矩形であり、その範囲は圧延方向を６４６ピクセル（およそ１．５５ｍｍ相当）とし、板幅方向を８４ピクセル（およそ０．２０ｍｍ相当）とする。以降、圧延方向に対して平行な辺をＲＯＩ長辺、板幅方向に対して平行な辺をＲＯＩ短辺と呼称する。矩形内に歪が付与された箇所が収まるようにＲＯＩを設定する。この時、目視でも良いので、歪が付与された箇所がＲＯＩ長辺の中心に位置するように設定する。ＲＯＩ設定が終わったら、次はＲＯＩ設定範囲において、横軸をＤＩＳＴＡＮＣＥ、縦軸をＧＲＡＹ　ＶＡＬＵＥとして、グラフを描画する。グラフ描写機能はＩｍａｇｅＪの機能の一部でありこれを用いる。これにより、図２に示す様な、負のピークを有するスペクトルが得られる。スペクトル両端のプラトー形状部分についてＧｒａｙ　Ｓｃａｌｅを読み取り、それらの平均値を算出する。以降、この平均値をＩＡｖｅ.と呼ぶ。スペクトルにおける、負のピーク強度（スペクトルの最小値）をＩＢｏｔｔｏｍとする。ＩＡｖｅ．とＩＢｏｔｔｏｍの差分を、ΔＩＨｅｉｇｈｔと定義する。ここで、以下の式で定義できる、ＩＨＨ（Ｈａｌｆ　Ｈｅｉｇｈｔ）という概念を導入する。ＩＨＨとは、ピーク強度の半分に相当するＧｒａｙ　Ｓｃａｌｅ値である。歪が付与された箇所の幅Ｗを、ＩＨＨに対応する２点間のＤＩＳＴＡＮＣＥと定義する。
　　　　ＩＨＨ　＝　ＩＨｅｉｇｈｔ＋（０．５×ＩＨｅｉｇｈｔ）・・・(1)
＜製造方法＞
　本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、製造方法によらず、上記の特徴を有していればその効果が得られる。しかしながら、以下の構成を含む製造方法によれば比較的安定して製造できるので、好ましい。
（１）公知の方法で得られた方向性電磁鋼板の表面に、長手方向に２～１０ｍｍの略一定の間隔で、エネルギー線を、走査方向に垂直な方向のエネルギー線の幅（太さ）を周期的に変化させながら、前記長手方向に対して６０～１２０°の方向に走査することで照射して、方向性電磁鋼板に複数の線状の歪を導入する照射工程。
　エネルギー線を照射する方向性電磁鋼板は、公知の方法で得られた鋼板であればよく、例えば、ＪＩＳＣ２５５３：２０１９を満足する方向性電磁鋼板である。磁束密度Ｂ８（８００Ａ／ｍにおける磁束密度）が１．９０Ｔ以上である方向性電磁鋼板であることが好ましく、Ｂ８が１．９２Ｔ以上である方向性電磁鋼板であることがより好ましい。
　エネルギー線の照射は、隣り合う複数の線状の歪の、長手方向（圧延方向）の間隔が、それぞれ２～１０ｍｍであり、長手方向に対して６０～１２０°の方向に延在する複数の線状の歪を導入するため、長手方向に２～１０ｍｍの略一定の間隔で、エネルギー線を、長手方向に対して６０～１２０°の方向に走査することで照射する。
　エネルギー線は、延在方向に連続した線状の歪を得るため、連続波レーザであることが好ましい。また、電子ビームやパルス波の場合板幅方向の歪が生じやすいので、連続波である連続波レーザであることが好ましい。
　レーザの照射条件は、方向性電磁鋼板の表面に歪を導入できる範囲であれば公知の条件を採用することができる。
　連続波レーザであれば、ポリゴンミラーにより走査する際に、レンズの直後に走査方向に周期的に幅が異なるシャッターを設置することで、走査方向に垂直な方向のエネルギー線の幅は、周期的に変化させることができる。
　また走査する際に、シャッターの位置を変化させることで、隣り合う線状の歪において任意の範囲で周期をずらす場合、幅の変化の周期をずらすことができる。
　Ｓｉ含有量が３．２５％、板厚が０．２３ｍｍである方向性電磁鋼板を準備した。この方向性電磁鋼板の磁束密度Ｂ８は１．９３Ｔ、鉄損Ｗ１７／５０は０．９０Ｗ／ｋｇであった。
　この方向性電磁鋼板に対し、長手方向（圧延方向）に表１に示す一定の間隔（ピッチ）で、表１に示す方向（長手方向に対する角度）に、連続波レーザを走査して照射した。走査に際しては、ポリゴンミラーにより走査するとともに、レンズの直後に走査方向に周期的に幅が異なるシャッターを設置することで、表１の周期で歪の幅を変化させた。
　隣り合う線状の歪における歪の幅の変化の周期のずれは、表１に示す通りとした。
　得られた方向性電磁鋼板に対し、以下の要領で、磁気特性を評価した。
［磁気特性評価］
各試験番号の方向性電磁鋼板の板幅中央位置を含む、幅６０ｍｍ×長さ３００ｍｍのサンプルを採取した。サンプルの長さ方向は、圧延方向に平行であった。このサンプルを用いて、ＪＩＳ　Ｃ　２５５６（２０１５）に準拠して、単板磁気特性試験（ＳＳＴ試験）により、磁束密度を求めた。具体的には、サンプルに８００Ａ／ｍの磁場を付与して、磁束密度Ｂ８（Ｔ）を求めた。
　さらに、上記サンプルを用いて、ＪＩＳ　Ｃ　２５５６（２０１５）に準拠して、周波数を５０Ｈｚ、最大磁束密度を１．７Ｔとしたときの鉄損Ｗ１７／５０（Ｗ／ｋｇ）を測定した。
　また、最大磁束密度を１．７Ｔとしたときのヒステリシスループを測定し、そこから得られたヒステリシス損とＷ１７／５０から渦電流損を求めた。
　結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１、表２から分かるように、所定の周期で幅が変化する複数の線状の歪が所定の方向に所定の間隔で導入された、本発明例Ｎｏ．２、３、５、７、１１～１６、１８、２０、２１、２４～２６、３０、３１では、鉄損（Ｗ１７／５０）が０．７９Ｗ／ｋｇ以下と低くなっていた。
　これに対し、比較例であるＮｏ．１、４、６、８～１０、１７、１９、２２、２３、２７～２９では、線状の歪の幅の変化の周期、歪の最大幅／最小幅、歪の幅の最小、周期のずれ、複数の線状の歪の間隔、延在方向の少なくとも１つが本発明範囲外であり、鉄損が大きかった。
　本発明によれば、磁壁の移動を阻害しない磁区細分化を実現することで、渦電流損を低減したまま、ヒステリシス損の増加を抑えることができ、結果的に低鉄損な方向性電磁鋼板を得ることができる。そのため、産業上の利用可能性が高い。
　１　　方向性電磁鋼板
　２　　線状の歪
　２’　　２と隣り合う線状の歪
　ＲＤ　　鋼板（方向性電磁鋼板）の長手方向
　ＴＤ　　鋼板（方向性電磁鋼板）の幅方向
　ＰＬ　　線状の歪の、鋼板（方向性電磁鋼板）の長手方向の間隔
　ＣＹＣ　　周期
　Ｔｍｉｎ　　幅の最小
　Ｔｍａｘ　　幅の最大

Claims (1)

  1. 　表面に、長手方向に対して６０～１２０°の方向に延在する複数の線状の歪が導入された方向性電磁鋼板であって、
    　隣り合う前記複数の線状の歪の、前記長手方向の間隔が、それぞれ２～１０ｍｍであり、
    　前記線状の歪の延在方向に垂直な方向の幅である前記線状の歪の幅が、前記線状の歪の前記延在方向において周期的に増減しており、周期が、２００～４００μｍであり、
    　前記複数の線状の歪のうち、隣り合う線状の歪は、前記幅の変化の前記周期が、前記線状の歪の前記延在方向に０．４～０．６周期分ずれており、
    　前記幅の最小に対する前記幅の最大の比が、１．２～８．０であり、
    　前記幅の最小は、３０μｍ以上である、
    方向性電磁鋼板。
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