方向性電磁鋼板およびその製造方法
【課題】実機トランスに組上げた場合に、優れた騒音特性および鉄損特性を得ることが可能な方向性電磁鋼板を提供する。
【解決手段】二次再結晶粒の平均β角が２°以下、二次再結晶粒の粒内の平均β角変動幅が１°以上４°以下で、かつ圧延方向における表面張力が10MPa以上であり、磁束密度：1.7Ｔ、周波数：50Hzにおける磁歪λp-pの値が1.0×10-6以下で、さらに板厚tと鉄損Ｗ17/50とが、以下の式（１）を満足させる。
Ｗ17/50 ≦2.1×t + 0.3 ・・・（１）
t : 板厚(mm)
【解決手段】二次再結晶粒の平均β角が２°以下、二次再結晶粒の粒内の平均β角変動幅が１°以上４°以下で、かつ圧延方向における表面張力が10MPa以上であり、磁束密度：1.7Ｔ、周波数：50Hzにおける磁歪λp-pの値が1.0×10-6以下で、さらに板厚tと鉄損Ｗ17/50とが、以下の式（１）を満足させる。
Ｗ17/50 ≦2.1×t + 0.3 ・・・（１）
t : 板厚(mm)
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器などの鉄心材料に用いる方向性電磁鋼板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板は、主に変圧器の鉄心として利用され、その磁化特性が優れていること、特に鉄損が低いことが求められている。
そのためには、鋼板中の二次再結晶粒を、(110)[001]方位（いわゆる、ゴス方位）に高度に揃えることや、製品鋼板中の不純物を低減することが重要であるものの、結晶方位の制御や、不純物を低減することは、製造コストとの兼ね合い等で限界がある。そこで、鋼板の表面に対して電子ビームによって歪を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術が特許文献１などに開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平06-072266号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した磁区細分化処理によって、図１に示す領域内での良好な鉄損特性を得ようとした場合、必要な導入歪量が多くなるため、磁歪特性が劣化し、実機トランスの騒音が大きくなるという問題があり、鉄損と騒音の両立は困難であるという課題が残されている。
【０００５】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、実機トランスに組上げた場合に、優れた騒音特性および鉄損特性を得ることが可能な方向性電磁鋼板とその製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電子ビーム照射を用い、良好な鉄損特性とした材料を使用した実機トランスに発生する騒音の増加は、前述したように、歪導入による磁歪特性の劣化によるものである。ここに、この騒音特性の劣化を防止するためには、歪導入量を低減することが最も効果的であることが分かっている。そこで、発明者らは、少ない歪導入量で十分な磁区細分化効果を得る方策を検討した。
その結果、鋼板の二次再結晶粒の結晶方位（β角）・結晶粒内のβ角変動および圧延方向における表面張力の制御を行うことで、電子ビーム照射処理前の磁区幅を極力狭くすることができ、少ない歪導入量でも良好な鉄損特性が得られることが明らかになった。
本発明は上記知見に立脚するものである。
【０００７】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．熱歪の導入による磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板であって、二次再結晶粒の平均β角が２°以下、該二次再結晶粒の粒内の平均β角変動幅が１°以上４°以下で、かつ圧延方向における表面張力が10MPa以上であり、磁束密度：1.7Ｔ、周波数：50Hzにおける磁歪λp-pの値が1.0×10-6以下で、さらに板厚tと鉄損Ｗ17/50とが下記式（１）を満足することを特徴とする変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板。
記
Ｗ17/50 ≦2.1×t + 0.3 ・・・（１）
t : 板厚(mm)
【０００８】
２．前記熱歪の導入が、電子ビーム照射によるものであることを特徴とする前記１に記載の変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板。
【０００９】
３．方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、熱延板焼鈍を施したのち、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍を施し、ついで鋼板表面にMgＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を行った後、平坦化焼鈍を兼ねた張力コーティング処理を行い、該仕上げ焼鈍後または該張力コーティング処理後に、熱歪の導入による磁区細分化処理を行う、一連の工程になる方向性電磁鋼板の製造方法において、
(a) 上記熱延板焼鈍時の冷却過程において、750〜350℃の温度域における冷却速度を40℃/ｓ以上とする、
(b) 上記最終仕上げ焼鈍をコイル状で行い、その際、コイル内径を500mm以上、外径を1500mm以下とする、
(c) 上記平坦化焼鈍時の800℃以上におけるライン張力を８〜12MPaとする、
(d) 上記熱歪の導入の際、導入歪量を調節することで、磁束密度：1.7Ｔ、周波数：50Hzにおける磁歪λp-pを1.0×10-6以下、かつ、板厚tと鉄損Ｗ17/50とを下記式（１）を満足するように制御する
ことを特徴とする変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Ｗ17/50 ≦2.1×t + 0.3 ・・・（１）
t : 板厚(mm)
【００１０】
４．前記熱歪の導入を、電子ビーム照射で行うことを特徴とする前記３に記載の変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電子ビーム等により熱歪みを付与し、鉄損を低減した方向性電磁鋼板を積層した実機トランスにおいて、優れた鉄損特性と優れた騒音特性とを両立することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】鋼板の板厚と鉄損値の関係を示したグラフである。
【図２】平均β角および粒内の平均β角変動の異なる方向性電磁鋼板の磁区細分化処理前の鉄損を測定した結果を示したグラフである。
【図３】電子ビームを出力150Ｗで照射し、磁区細分化処理を施した後の鉄損評価結果を、β角度との関係で示したグラフである。
【図４】電子ビームの出力と鉄損の関係を調査した結果を示したグラフである。
【図５】レーザー照射の出力と鉄損の関係を調査した結果を示したグラフである。
【図６】300kVAの実機トランスに組上げて、50Hz、1.7Ｔで騒音および鉄損を測定した結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について具体的に説明する。
まず、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。
二次再結晶粒（以下、単に二次粒ともいう）の平均β角および粒内の平均β角変動が異なる方向性電磁鋼板の、磁区細分化処理前の鉄損を測定した結果を図２に示す（平均β角：0.5°以下と平均β角：2.5〜3.5°のサンプルを評価した結果）。
なお、α角とは、二次粒方位の、圧延面法線方向（ND）軸に対する(110)<001>理想方位からのずれ角である。また、β角とは、二次粒方位の、圧延直角方向（TD）軸に対する(110)<001>理想方位からのずれ角である。
【００１４】
評価したサンプルは、全て平均α角が2.8〜3.2°の範囲内であり、α角はほぼ同レベルであった。
二次粒の粒内の平均β角変動の少ない場合は、β角２°以下で、鉄損が大幅に増加している。一方で、二次粒の粒内の平均β角変動の大きい場合は、β角２°以下での鉄損増加量が、平均β角変動が少ない場合に比べて少なかった。
上記の現象は、β角２°以下の鉄損劣化は、β角が小さくなることによって磁区幅が急激に増大したためであり、粒内の平均β角変動が大きい場合に鉄損増加量が少ないのは、粒内の一部に存在するβ角が大きい、すなわち磁区幅が小さい部分が、β角の小さい部分にも影響を及ぼし、磁区幅の増大が抑制されたためと考えられる。
【００１５】
図３に、電子ビームを出力150Ｗで照射し、磁区細分化処理を施した後の鉄損評価結果を示すが、β角が２°以下で特に良好な鉄損特性を示した。このことから、鉄損を良好にするためには、β角を２°以下することが重要であると言える。次に、良好な鉄損特性を示したβ=１°のサンプルについて、電子ビームの出力と鉄損の関係を調査した結果を図４に示す。粒内のβ角変動が大きい場合、電子ビームが低出力でも良好な鉄損特性を示した。これは、上述したように、電子ビームの照射処理前の磁区幅が小さいことに起因した現象であると考えている。
【００１６】
その後、引き続き、電子ビームの照射が低出力でも、磁区細分化効果が得られる条件を探索した。その結果、二次粒の粒内の平均β角変動が１°以上４°以下の範囲であることが重要であることが分かった。同様の実験を、レーザ照射で行った結果を図５に示す。レーザ照射材でもやや効果は低いものの、同じような傾向が認められた。
【００１７】
ここに、レーザと電子ビームでやや効果が異なったのは次のように考えている。電子ビームはレーザよりも鋼板内部への侵入能が高く、より効果的に歪が導入できる。この侵入能の差が、照射前の磁区幅が狭いという条件があることによって、異なった結果に導いたものと考えている。
従来、高出力条件では十分な歪が導入されるために、レーザと電子ビームとの間では差が出にくかった。また、低出力でも処理前の磁区幅が広い場合は、磁区幅が広い影響の方が大きく、侵入能に優れる電子ビームでも十分に鉄損が下がらず、電子ビームとレーザのと差が出にくかったと考えている。
以上の結果より、磁区細分化処理前の磁区幅をできる限り小さくすることが、電子ビームの照射を低出力の条件とした場合に、良好な鉄損を得るための重要な点であることが判明した。
【００１８】
次に、磁区幅に対して影響のある、圧延方向における表面張力（以下、単に張力ともいう）を調査した。その結果、表面張力が10MPa以上にならないと、上述したような現象は起こらないことが判明した。ここで、上記した実験のサンプルについて表面張力を測定したところ14MPaであった。なお、鋼板表面の張力は、以下に示す方法で求めた。
【００１９】
また、図４の各照射条件で電子ビームを照射し、磁区細分化処理を施したサンプルで、300kVAの実機トランスを組上げ、50Hz、1.7Ｔで騒音および鉄損を測定した結果を図６(a)および(b)に示す。本トランスの設計値は、鉄損：0.82W/kg 、騒音：46dBである。β角変動の大きい条件でのみトランス鉄損と騒音が良好になる条件が存在している。
そこで、騒音が良好な条件における素材磁歪を測定したところ、λp-pが1.0×10-6以下、騒音が大きいものは全て1.0×10-6超という結果であった。
従って、本発明における磁歪特性λp-pは、1.0×10-6以下とする。中でも、鉄損・騒音バランスが最もよい領域条件は、λp-pが0.8×10-6以下であったことから、好ましくは0.8×10-6以下とする。
【００２０】
以上より、トランスの鉄損特性および騒音特性を満足するためには、β角二次粒の平均β角を２°以下、粒内の平均β角変動を１°以上４°以下とし、かつ圧延方向に対する表面張力を10MPa以上とし、さらに磁束密度1.7T、周波数50Hzにおける磁歪のλp-pが1.0×10-6以下であっても、各板厚ｔ（mm）における鉄損特性がＷ17/50 ≦ 2.1× ｔ + 0.3を満足する条件で電子ビームの熱歪を導入することが必要であることが判明した。
【００２１】
なお、本発明では、Ｘ線ラウエ法を用いて、測定間隔を１mmピッチとし、１つの粒内の全測定点での、二次粒の粒内の変動幅およびその結晶粒の平均結晶方位（α角、β角）を求めた。ここでは、結晶粒をランダムに50個分を測定し、その平均値をそのサンプル全体の結晶方位とした。
【００２２】
また、製品（張力コーティング塗布材）より、前述したような圧延方向の張力を測定する場合は、圧延直角方向：280mm×圧延方向：30mmのサンプルを切り出した後、片面のフォルステライト被膜と張力コーティングを除去し、その除去前後の鋼板反り量を測定して得られた反り量を、以下の換算式（２）にて張力換算する。
この方法で求めた張力は、フォルステライト被膜と張力コーティングを除去しなかった面に付与されている張力である。張力はサンプル両面に付与されているので、上記方法で片面毎の張力を求め、さらに同じ製品の別のサンプルを用いて反対面の張力を同様の方法で求め、本発明では、その平均値をサンプルに付与されている張力とした。
【００２３】
次に、β角の制御方法について述べる。
β角の制御のポイントは、コイル焼鈍時における二次粒１個あたりの曲率を調整することで、本発明の最適範囲内に制御することが可能になる。ここで、二次粒１個あたりの曲率に最も大きな影響を与える因子は焼鈍時のコイル径である。すなわち、コイル径が大きいと曲率が減少し、粒内のβ角変動は小さくなる。一方、コイル径が小さいと曲率は増加し、粒内のβ角変動は大きくなる。
従って、コイル全長を本発明の目標範囲内に制御するためには、コイル内径を500mm以上、コイル外形を1500mm以下とする必要がある。
【００２４】
以下、β角を２°以下に制御する方法について述べる。
この制御については、熱延板焼鈍時の冷却速度を調整し、一次再結晶集合組織を改善することが極めて有効である。すなわち、熱延板焼鈍時の冷却速度を速くして、冷却時に析出する炭化物を微細に析出させることによって、圧延後に形成される一次再結晶集合組織を変化させる手段である。具体的には、熱延板焼鈍時の冷却過程において、750〜350℃の温度域を、40℃/ｓ以上の速度で冷却することである。
【００２５】
以下、圧延方向における表面張力を10MPa以上にする方法について述べる。
圧延方向の張力は、フォルステライト被膜およびその上に塗布する張力コーティングによって付与される。張力コーティングによって張力をアップするためには、平坦化焼鈍を兼ねた張力コーティング処理において、特に800℃以上の温度域でライン張力をアップさせ、鋼板を伸ばすことが有効である。しかしながら、ライン張力が強すぎるとフォルステライト被膜が破壊され、フォルステライト被膜の張力が大幅に低下しするため、所望の表面張力が得られない。従って、フォルステライト被膜を破壊しないために、ライン張力は12MPa以下に限定する。一方、ライン張力が低い場合は、張力コーティングにより付加される張力が低い上に、平坦化効果が低減して形状不良を招くため、ライン張力の下限は８MPaとする。
【００２６】
以下、熱歪導入法について述べる。
本発明での熱歪導入方法は、電子ビームやレーザといった、公知の熱歪導入方法を適用すればよいが、鋼板への侵入能が高く、効果がより高い電子ビームを使用することが好ましい。ここに、本発明の方向性電磁鋼板を得るために、導入歪量を変化させるパラメータとしては、ビーム出力・照射間隔・走査速度・真空度などが挙げられる。鋼板の鉄損特性および磁歪特性が本発明を満足するように、これらのパラメータを組み合わせればよい。制御するパラメータは特に限定しないが、ビーム出力・照射間隔の変更が比較的容易である。照射方向は圧延方向を横切る方向、好適には60°〜90°の方向、３〜15mm程度の間隔で照射を施すのが好適である。
【００２７】
その他の条件としては、電子ビームは、加速電圧：10〜200kV、ビーム電流：0.1〜100mA、ビーム径：0.01〜0.3mmとするのが好適である。レーザは、単位長さ当たりの熱量：５〜100J/m程度、スポット径：0.1〜0.5mm程度とすることが好ましい。
【００２８】
上述した熱歪導入条件により、β角およびβ角変動を本発明の範囲内に制御したサンプルについては、磁束密度1.7Ｔ、周波数50Hzにおける磁歪のλp-pが1.0×10-6以下となり、かつ鋼板の鉄損特性が、以下の式（１）を満足することが可能になる。
Ｗ17/50 ≦ 2.1×t + 0.3 ・・・（１）
一方、β角およびβ角変動を本発明の範囲内に制御しない場合には、熱歪導入条件を調整したとしても、所望の鉄損を狙えば磁歪が大きくなりすぎ、磁歪を適正化しようとすると鉄損が不十分となってしまうため、良好な鉄損特性と良好な磁歪特性を両立することは困難となる。
【００２９】
また、磁区細分化処理前の磁区幅をできる限り小さくするためには、上記の条件に加えて、二次粒の粒径を小さくすることも有効である。前述したように、コイル径および表面張力を制御することで、本発明の効果を得ることが可能であるが、二次粒径の制御を追加することで安定性が向上するため、二次粒径を同時に制御することが好ましい。具体的には、二次粒径を15mm以下にすることが好ましく、その方法としては脱炭焼鈍時の昇温速度を50℃/ｓ以上とすることにより、一次再結晶集合組織中のゴス粒の存在頻度を増加させることが極めて有効である。より好ましくは昇温速度を100℃/ｓ以上とすることである。
【００３０】
本発明において、方向性電磁鋼板用スラブの成分組成は、磁区細分化効果の大きい二次再結晶が生じる成分組成であればよい。
また、インヒビターを利用する場合、例えばAlＮ系インヒビターを利用する場合であればAlおよびＮを、またMnＳ・MnSe系インヒビターを利用する場合であればMnとSeおよび／またはＳを適量含有させればよい。勿論、両インヒビターを併用してもよい。この場合におけるAl、Ｎ、ＳおよびSeの好適含有量はそれぞれ、Al：0.01〜0.065質量％、Ｎ：0.005〜0.012質量％、Ｓ：0.005〜0.03質量％、Se：0.005〜0.03質量％である。
【００３１】
さらに、本発明は、Al、Ｎ、Ｓ、Seの含有量を制限した、インヒビターを使用しない方向性電磁鋼板にも適用することができる。
この場合には、Al、Ｎ、ＳおよびSe量はそれぞれ、Al：100 質量ppm以下、Ｎ：50 質量ppm以下、Ｓ：50 質量ppm以下、Se：50 質量ppm以下に抑制することが好ましい。
【００３２】
本発明の方向性電磁鋼板用スラブの基本成分および任意添加成分について具体的に述べると次のとおりである。
Ｃ：0.08質量％以下
Ｃは、熱延板組織の改善のために添加をするが、0.08質量％を超えると製造工程中に磁気時効の起こらない50質量ppm以下までＣを低減することが困難になるため、0.08質量％以下とすることが好ましい。なお、下限に関しては、Ｃを含まない素材でも二次再結晶が可能であるので特に設ける必要はない。
【００３３】
Si：2.0〜8.0質量％
Siは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を改善するのに有効な元素であるが、含有量が2.0質量％に満たないと十分な鉄損低減効果が達成できず、一方、8.0質量％を超えると加工性が著しく低下し、また磁束密度も低下するため、Si量は2.0〜8.0質量％の範囲とすることが好ましい。
【００３４】
Mn：0.005〜1.0質量％
Mnは、熱間加工性を良好にする上で必要な元素であるが、含有量が0.005質量％未満ではその添加効果に乏しく、一方1.0質量％を超えると製品板の磁束密度が低下するため、Mn量は0.005〜1.0質量％の範囲とすることが好ましい。
【００３５】
上記の基本成分以外に、磁気特性改善成分として公知である、次に述べる元素を適宜含有させることができる。
Ni：0.03〜1.50質量％、Sn：0.01〜1.50質量％、Sb：0.005〜1.50質量％、Cu：0.03〜3.0質量％、Ｐ：0.03〜0.50質量％、Mo:0.005〜0.10質量％およびCr:0.03〜1.50質量％のうちから選んだ少なくとも１種
Niは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるために有用な元素である。しかしながら、含有量が0.03質量％未満では磁気特性の向上効果が小さく、一方1.5質量％を超えると二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する。そのため、Ni量は0.03〜1.5質量％の範囲とするのが好ましい。
【００３６】
また、Sn、Sb、Cu、Ｐ、MoおよびCrはそれぞれ磁気特性の向上に有用な元素であるが、いずれも上記した各成分の下限に満たないと、磁気特性の向上効果が小さく、一方、上記した各成分の上限量を超えると、二次粒の発達が阻害されるため、それぞれ上記の範囲で含有させることが好ましい。
なお、上記成分以外の残部は、製造工程において混入する不可避的不純物およびFeである。
【００３７】
次いで、上記した成分組成を有するスラブは、常法に従い加熱して熱間圧延に供するが、鋳造後、加熱せずに直ちに熱間圧延してもよい。薄鋳片の場合には熱間圧延しても良いし、熱間圧延を省略してそのまま以後の工程に進んでもよい。
【００３８】
さらに、必要に応じて熱延板焼鈍を施す。この時、ゴス組織を製品板において高度に発達させるためには、熱延板焼鈍温度として800〜1100℃の範囲が好適である。熱延板焼鈍温度が800℃未満であると、熱間圧延でのバンド組織が残留し、整粒した一次再結晶組織を実現することが困難になり、二次再結晶の発達が阻害される。一方、熱延板焼鈍温度が1100℃を超えると、熱延板焼鈍後の粒径が粗大化しすぎるために、整粒した一次再結晶組織の実現が極めて困難となる。
また、この熱延板焼鈍時の冷却速度を、少なくとも750〜350℃の温度域の平均で、40℃/s以上とする必要があることは、前述したとおりである。
【００３９】
熱延板焼鈍後は、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げ、ついで脱炭焼鈍を施したのち、焼鈍分離剤を塗布する。焼鈍分離剤を塗布した後に、コイルに巻きとって二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的として最終仕上げ焼鈍を施す。
ここに、この脱炭焼鈍時の昇温速度を、前述したとおり、50℃/s以上とするのが好ましい、より好ましくは100℃/s以上である。
また、上記最終仕上げ焼鈍をコイル状で行い、その際、コイル内径を500mm以上、外径を1500mm以下とする必要があることは、前述したとおりである。
【００４０】
最終仕上げ焼鈍後には、平坦化焼鈍を行って形状を矯正することが有効である。なお、本発明では、平坦化焼鈍前または後に、鋼板表面に絶縁コーティングを施す。ここに、この絶縁コーティングは、本発明では、鉄損低減のために、鋼板に張力を付与できるコーティング（以下、張力コーティングという）を意味する。なお、張力コーティングとしては、シリカを含有する無機系コーティングや物理蒸着法、化学蒸着法等によるセラミックコーティング等が挙げられる。
ここに、上記平坦化焼鈍時の800℃以上におけるライン張力を８〜12MPaとする必要があることは、前述したとおりである。
【００４１】
ついで、本発明では、歪導入による磁区細分化処理を行う。なお、歪導入方法は電子ビームやレーザといった公知の方法であり、歪導入に関する各パラメータおよびその他の条件は、前述したとおりである。なお、その際、上記歪導入における導入歪量を調節し、磁歪λp-pを1.0×10-6以下に制御する必要があることは、前述したとおりである。
【００４２】
本発明において、上述した工程や製造条件以外については、従来公知の熱歪を導入して磁区細分化処理を施す方向性電磁鋼板の製造方法を、適宜使用することができる。
【実施例１】
【００４３】
Ｃ：0.055質量％、Si：3.05質量％、Mn：0.08質量％、Ni：0.02質量％、Al：190質量ppm、Ｎ：65質量ppm、Se：150質量ppm、Ｓ：10質量ppmおよびＯ：15質量ppmを含有し、残部は、Feおよび不可避不純物からなる鋼スラブを、連続鋳造にて製造し、1450℃に加熱後、熱間圧延により板厚：2.4 mmの熱延板としたのち、1025℃で300秒の熱延板焼鈍を施した。このとき、熱延板焼鈍の冷却過程における350〜750℃温度域の冷却速度を20〜60℃/ｓの範囲で変化させた。ついで、冷間圧延により中間板厚：1.6mmとし、酸化度PH2O/PH2=0.42、温度：1075℃、時間：20秒の条件で中間焼鈍を実施した。その後、塩酸酸洗により表面のサブスケールを除去したのち、再度、冷間圧延を実施して、板厚：0.215mmの冷延板とした。
【００４４】
ついで、酸化度PH2O/PH2=0.52、均熱温度825℃で300秒保持する脱炭焼鈍を施したのち、MgＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶・フォルステライト被膜形成および純化を目的とした最終仕上げ焼鈍を1220℃、50ｈの条件で実施した。脱炭焼鈍時の昇温速度を20〜100℃/ｓと変更し、最終仕上げ焼鈍時の内径を300mm〜700mm、外径を1200〜1800mmとした。
【００４５】
そして、60％のコロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなる絶縁コートを塗布、850℃にて焼付けた。このコーティング塗布処理は、平坦化焼鈍も兼ねている。平坦化焼鈍時には800℃以上のライン張力を６〜14MPaの範囲で変化させた。その後、圧延方向と直角に電子ビームまたはレーザを照射する磁区細分化処理を片面に施した。
電子ビーム・レーザ照射条件は、照射間隔およびビーム出力を表１に示すように複数の条件で行った。
【００４６】
次いで、各製品を斜角せん断し、1000kVAの三相トランスを組み立て、60Hz、1.7Ｔで励磁した状態での鉄損および騒音を測定した。本トランスにおける鉄損および騒音の設計値は0.94W/kg および70dBである。別途、得られたコイルより500m間隔でサンプルを採取し、二次粒の径・平均β角・平均β角変動および圧延方向の表面張力を評価した。素材特性については、各コイル内サンプルの最大値を示す。
各評価結果を、表１に併記する。
【００４７】
【表１】
【００４８】
同表に示したとおり、コイル全長にわたって、本発明の範囲を満足する方向性電磁鋼板を用いた場合、鋼板に導入する歪量が少ない条件（ビーム出力が低い、あるいは照射間隔が増加している）であっても、鉄損・騒音共に、設計値を満足する。
また、素材鋼板の鉄損は、上掲式（１）より、
Ｗ17/50 ≦ 2.1×0.215 ＋ 0.3 ＝0.7515
Ｗ17/50 ≦ 0.7515 (W/kg)
より、鉄損Ｗ17/50が 0.7515 (W/kg)以下を満足していることが分かる。
これに対し、本発明の範囲を逸脱した方向性電磁鋼板がコイルの一部分に存在する場合、そのコイルを鉄心素材として用いた実機トランスは、設計どおりの諸特性を得られていない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器などの鉄心材料に用いる方向性電磁鋼板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板は、主に変圧器の鉄心として利用され、その磁化特性が優れていること、特に鉄損が低いことが求められている。
そのためには、鋼板中の二次再結晶粒を、(110)[001]方位（いわゆる、ゴス方位）に高度に揃えることや、製品鋼板中の不純物を低減することが重要であるものの、結晶方位の制御や、不純物を低減することは、製造コストとの兼ね合い等で限界がある。そこで、鋼板の表面に対して電子ビームによって歪を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術が特許文献１などに開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平06-072266号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した磁区細分化処理によって、図１に示す領域内での良好な鉄損特性を得ようとした場合、必要な導入歪量が多くなるため、磁歪特性が劣化し、実機トランスの騒音が大きくなるという問題があり、鉄損と騒音の両立は困難であるという課題が残されている。
【０００５】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、実機トランスに組上げた場合に、優れた騒音特性および鉄損特性を得ることが可能な方向性電磁鋼板とその製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電子ビーム照射を用い、良好な鉄損特性とした材料を使用した実機トランスに発生する騒音の増加は、前述したように、歪導入による磁歪特性の劣化によるものである。ここに、この騒音特性の劣化を防止するためには、歪導入量を低減することが最も効果的であることが分かっている。そこで、発明者らは、少ない歪導入量で十分な磁区細分化効果を得る方策を検討した。
その結果、鋼板の二次再結晶粒の結晶方位（β角）・結晶粒内のβ角変動および圧延方向における表面張力の制御を行うことで、電子ビーム照射処理前の磁区幅を極力狭くすることができ、少ない歪導入量でも良好な鉄損特性が得られることが明らかになった。
本発明は上記知見に立脚するものである。
【０００７】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．熱歪の導入による磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板であって、二次再結晶粒の平均β角が２°以下、該二次再結晶粒の粒内の平均β角変動幅が１°以上４°以下で、かつ圧延方向における表面張力が10MPa以上であり、磁束密度：1.7Ｔ、周波数：50Hzにおける磁歪λp-pの値が1.0×10-6以下で、さらに板厚tと鉄損Ｗ17/50とが下記式（１）を満足することを特徴とする変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板。
記
Ｗ17/50 ≦2.1×t + 0.3 ・・・（１）
t : 板厚(mm)
【０００８】
２．前記熱歪の導入が、電子ビーム照射によるものであることを特徴とする前記１に記載の変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板。
【０００９】
３．方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、熱延板焼鈍を施したのち、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍を施し、ついで鋼板表面にMgＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を行った後、平坦化焼鈍を兼ねた張力コーティング処理を行い、該仕上げ焼鈍後または該張力コーティング処理後に、熱歪の導入による磁区細分化処理を行う、一連の工程になる方向性電磁鋼板の製造方法において、
(a) 上記熱延板焼鈍時の冷却過程において、750〜350℃の温度域における冷却速度を40℃/ｓ以上とする、
(b) 上記最終仕上げ焼鈍をコイル状で行い、その際、コイル内径を500mm以上、外径を1500mm以下とする、
(c) 上記平坦化焼鈍時の800℃以上におけるライン張力を８〜12MPaとする、
(d) 上記熱歪の導入の際、導入歪量を調節することで、磁束密度：1.7Ｔ、周波数：50Hzにおける磁歪λp-pを1.0×10-6以下、かつ、板厚tと鉄損Ｗ17/50とを下記式（１）を満足するように制御する
ことを特徴とする変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Ｗ17/50 ≦2.1×t + 0.3 ・・・（１）
t : 板厚(mm)
【００１０】
４．前記熱歪の導入を、電子ビーム照射で行うことを特徴とする前記３に記載の変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電子ビーム等により熱歪みを付与し、鉄損を低減した方向性電磁鋼板を積層した実機トランスにおいて、優れた鉄損特性と優れた騒音特性とを両立することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】鋼板の板厚と鉄損値の関係を示したグラフである。
【図２】平均β角および粒内の平均β角変動の異なる方向性電磁鋼板の磁区細分化処理前の鉄損を測定した結果を示したグラフである。
【図３】電子ビームを出力150Ｗで照射し、磁区細分化処理を施した後の鉄損評価結果を、β角度との関係で示したグラフである。
【図４】電子ビームの出力と鉄損の関係を調査した結果を示したグラフである。
【図５】レーザー照射の出力と鉄損の関係を調査した結果を示したグラフである。
【図６】300kVAの実機トランスに組上げて、50Hz、1.7Ｔで騒音および鉄損を測定した結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について具体的に説明する。
まず、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。
二次再結晶粒（以下、単に二次粒ともいう）の平均β角および粒内の平均β角変動が異なる方向性電磁鋼板の、磁区細分化処理前の鉄損を測定した結果を図２に示す（平均β角：0.5°以下と平均β角：2.5〜3.5°のサンプルを評価した結果）。
なお、α角とは、二次粒方位の、圧延面法線方向（ND）軸に対する(110)<001>理想方位からのずれ角である。また、β角とは、二次粒方位の、圧延直角方向（TD）軸に対する(110)<001>理想方位からのずれ角である。
【００１４】
評価したサンプルは、全て平均α角が2.8〜3.2°の範囲内であり、α角はほぼ同レベルであった。
二次粒の粒内の平均β角変動の少ない場合は、β角２°以下で、鉄損が大幅に増加している。一方で、二次粒の粒内の平均β角変動の大きい場合は、β角２°以下での鉄損増加量が、平均β角変動が少ない場合に比べて少なかった。
上記の現象は、β角２°以下の鉄損劣化は、β角が小さくなることによって磁区幅が急激に増大したためであり、粒内の平均β角変動が大きい場合に鉄損増加量が少ないのは、粒内の一部に存在するβ角が大きい、すなわち磁区幅が小さい部分が、β角の小さい部分にも影響を及ぼし、磁区幅の増大が抑制されたためと考えられる。
【００１５】
図３に、電子ビームを出力150Ｗで照射し、磁区細分化処理を施した後の鉄損評価結果を示すが、β角が２°以下で特に良好な鉄損特性を示した。このことから、鉄損を良好にするためには、β角を２°以下することが重要であると言える。次に、良好な鉄損特性を示したβ=１°のサンプルについて、電子ビームの出力と鉄損の関係を調査した結果を図４に示す。粒内のβ角変動が大きい場合、電子ビームが低出力でも良好な鉄損特性を示した。これは、上述したように、電子ビームの照射処理前の磁区幅が小さいことに起因した現象であると考えている。
【００１６】
その後、引き続き、電子ビームの照射が低出力でも、磁区細分化効果が得られる条件を探索した。その結果、二次粒の粒内の平均β角変動が１°以上４°以下の範囲であることが重要であることが分かった。同様の実験を、レーザ照射で行った結果を図５に示す。レーザ照射材でもやや効果は低いものの、同じような傾向が認められた。
【００１７】
ここに、レーザと電子ビームでやや効果が異なったのは次のように考えている。電子ビームはレーザよりも鋼板内部への侵入能が高く、より効果的に歪が導入できる。この侵入能の差が、照射前の磁区幅が狭いという条件があることによって、異なった結果に導いたものと考えている。
従来、高出力条件では十分な歪が導入されるために、レーザと電子ビームとの間では差が出にくかった。また、低出力でも処理前の磁区幅が広い場合は、磁区幅が広い影響の方が大きく、侵入能に優れる電子ビームでも十分に鉄損が下がらず、電子ビームとレーザのと差が出にくかったと考えている。
以上の結果より、磁区細分化処理前の磁区幅をできる限り小さくすることが、電子ビームの照射を低出力の条件とした場合に、良好な鉄損を得るための重要な点であることが判明した。
【００１８】
次に、磁区幅に対して影響のある、圧延方向における表面張力（以下、単に張力ともいう）を調査した。その結果、表面張力が10MPa以上にならないと、上述したような現象は起こらないことが判明した。ここで、上記した実験のサンプルについて表面張力を測定したところ14MPaであった。なお、鋼板表面の張力は、以下に示す方法で求めた。
【００１９】
また、図４の各照射条件で電子ビームを照射し、磁区細分化処理を施したサンプルで、300kVAの実機トランスを組上げ、50Hz、1.7Ｔで騒音および鉄損を測定した結果を図６(a)および(b)に示す。本トランスの設計値は、鉄損：0.82W/kg 、騒音：46dBである。β角変動の大きい条件でのみトランス鉄損と騒音が良好になる条件が存在している。
そこで、騒音が良好な条件における素材磁歪を測定したところ、λp-pが1.0×10-6以下、騒音が大きいものは全て1.0×10-6超という結果であった。
従って、本発明における磁歪特性λp-pは、1.0×10-6以下とする。中でも、鉄損・騒音バランスが最もよい領域条件は、λp-pが0.8×10-6以下であったことから、好ましくは0.8×10-6以下とする。
【００２０】
以上より、トランスの鉄損特性および騒音特性を満足するためには、β角二次粒の平均β角を２°以下、粒内の平均β角変動を１°以上４°以下とし、かつ圧延方向に対する表面張力を10MPa以上とし、さらに磁束密度1.7T、周波数50Hzにおける磁歪のλp-pが1.0×10-6以下であっても、各板厚ｔ（mm）における鉄損特性がＷ17/50 ≦ 2.1× ｔ + 0.3を満足する条件で電子ビームの熱歪を導入することが必要であることが判明した。
【００２１】
なお、本発明では、Ｘ線ラウエ法を用いて、測定間隔を１mmピッチとし、１つの粒内の全測定点での、二次粒の粒内の変動幅およびその結晶粒の平均結晶方位（α角、β角）を求めた。ここでは、結晶粒をランダムに50個分を測定し、その平均値をそのサンプル全体の結晶方位とした。
【００２２】
また、製品（張力コーティング塗布材）より、前述したような圧延方向の張力を測定する場合は、圧延直角方向：280mm×圧延方向：30mmのサンプルを切り出した後、片面のフォルステライト被膜と張力コーティングを除去し、その除去前後の鋼板反り量を測定して得られた反り量を、以下の換算式（２）にて張力換算する。
この方法で求めた張力は、フォルステライト被膜と張力コーティングを除去しなかった面に付与されている張力である。張力はサンプル両面に付与されているので、上記方法で片面毎の張力を求め、さらに同じ製品の別のサンプルを用いて反対面の張力を同様の方法で求め、本発明では、その平均値をサンプルに付与されている張力とした。
【００２３】
次に、β角の制御方法について述べる。
β角の制御のポイントは、コイル焼鈍時における二次粒１個あたりの曲率を調整することで、本発明の最適範囲内に制御することが可能になる。ここで、二次粒１個あたりの曲率に最も大きな影響を与える因子は焼鈍時のコイル径である。すなわち、コイル径が大きいと曲率が減少し、粒内のβ角変動は小さくなる。一方、コイル径が小さいと曲率は増加し、粒内のβ角変動は大きくなる。
従って、コイル全長を本発明の目標範囲内に制御するためには、コイル内径を500mm以上、コイル外形を1500mm以下とする必要がある。
【００２４】
以下、β角を２°以下に制御する方法について述べる。
この制御については、熱延板焼鈍時の冷却速度を調整し、一次再結晶集合組織を改善することが極めて有効である。すなわち、熱延板焼鈍時の冷却速度を速くして、冷却時に析出する炭化物を微細に析出させることによって、圧延後に形成される一次再結晶集合組織を変化させる手段である。具体的には、熱延板焼鈍時の冷却過程において、750〜350℃の温度域を、40℃/ｓ以上の速度で冷却することである。
【００２５】
以下、圧延方向における表面張力を10MPa以上にする方法について述べる。
圧延方向の張力は、フォルステライト被膜およびその上に塗布する張力コーティングによって付与される。張力コーティングによって張力をアップするためには、平坦化焼鈍を兼ねた張力コーティング処理において、特に800℃以上の温度域でライン張力をアップさせ、鋼板を伸ばすことが有効である。しかしながら、ライン張力が強すぎるとフォルステライト被膜が破壊され、フォルステライト被膜の張力が大幅に低下しするため、所望の表面張力が得られない。従って、フォルステライト被膜を破壊しないために、ライン張力は12MPa以下に限定する。一方、ライン張力が低い場合は、張力コーティングにより付加される張力が低い上に、平坦化効果が低減して形状不良を招くため、ライン張力の下限は８MPaとする。
【００２６】
以下、熱歪導入法について述べる。
本発明での熱歪導入方法は、電子ビームやレーザといった、公知の熱歪導入方法を適用すればよいが、鋼板への侵入能が高く、効果がより高い電子ビームを使用することが好ましい。ここに、本発明の方向性電磁鋼板を得るために、導入歪量を変化させるパラメータとしては、ビーム出力・照射間隔・走査速度・真空度などが挙げられる。鋼板の鉄損特性および磁歪特性が本発明を満足するように、これらのパラメータを組み合わせればよい。制御するパラメータは特に限定しないが、ビーム出力・照射間隔の変更が比較的容易である。照射方向は圧延方向を横切る方向、好適には60°〜90°の方向、３〜15mm程度の間隔で照射を施すのが好適である。
【００２７】
その他の条件としては、電子ビームは、加速電圧：10〜200kV、ビーム電流：0.1〜100mA、ビーム径：0.01〜0.3mmとするのが好適である。レーザは、単位長さ当たりの熱量：５〜100J/m程度、スポット径：0.1〜0.5mm程度とすることが好ましい。
【００２８】
上述した熱歪導入条件により、β角およびβ角変動を本発明の範囲内に制御したサンプルについては、磁束密度1.7Ｔ、周波数50Hzにおける磁歪のλp-pが1.0×10-6以下となり、かつ鋼板の鉄損特性が、以下の式（１）を満足することが可能になる。
Ｗ17/50 ≦ 2.1×t + 0.3 ・・・（１）
一方、β角およびβ角変動を本発明の範囲内に制御しない場合には、熱歪導入条件を調整したとしても、所望の鉄損を狙えば磁歪が大きくなりすぎ、磁歪を適正化しようとすると鉄損が不十分となってしまうため、良好な鉄損特性と良好な磁歪特性を両立することは困難となる。
【００２９】
また、磁区細分化処理前の磁区幅をできる限り小さくするためには、上記の条件に加えて、二次粒の粒径を小さくすることも有効である。前述したように、コイル径および表面張力を制御することで、本発明の効果を得ることが可能であるが、二次粒径の制御を追加することで安定性が向上するため、二次粒径を同時に制御することが好ましい。具体的には、二次粒径を15mm以下にすることが好ましく、その方法としては脱炭焼鈍時の昇温速度を50℃/ｓ以上とすることにより、一次再結晶集合組織中のゴス粒の存在頻度を増加させることが極めて有効である。より好ましくは昇温速度を100℃/ｓ以上とすることである。
【００３０】
本発明において、方向性電磁鋼板用スラブの成分組成は、磁区細分化効果の大きい二次再結晶が生じる成分組成であればよい。
また、インヒビターを利用する場合、例えばAlＮ系インヒビターを利用する場合であればAlおよびＮを、またMnＳ・MnSe系インヒビターを利用する場合であればMnとSeおよび／またはＳを適量含有させればよい。勿論、両インヒビターを併用してもよい。この場合におけるAl、Ｎ、ＳおよびSeの好適含有量はそれぞれ、Al：0.01〜0.065質量％、Ｎ：0.005〜0.012質量％、Ｓ：0.005〜0.03質量％、Se：0.005〜0.03質量％である。
【００３１】
さらに、本発明は、Al、Ｎ、Ｓ、Seの含有量を制限した、インヒビターを使用しない方向性電磁鋼板にも適用することができる。
この場合には、Al、Ｎ、ＳおよびSe量はそれぞれ、Al：100 質量ppm以下、Ｎ：50 質量ppm以下、Ｓ：50 質量ppm以下、Se：50 質量ppm以下に抑制することが好ましい。
【００３２】
本発明の方向性電磁鋼板用スラブの基本成分および任意添加成分について具体的に述べると次のとおりである。
Ｃ：0.08質量％以下
Ｃは、熱延板組織の改善のために添加をするが、0.08質量％を超えると製造工程中に磁気時効の起こらない50質量ppm以下までＣを低減することが困難になるため、0.08質量％以下とすることが好ましい。なお、下限に関しては、Ｃを含まない素材でも二次再結晶が可能であるので特に設ける必要はない。
【００３３】
Si：2.0〜8.0質量％
Siは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を改善するのに有効な元素であるが、含有量が2.0質量％に満たないと十分な鉄損低減効果が達成できず、一方、8.0質量％を超えると加工性が著しく低下し、また磁束密度も低下するため、Si量は2.0〜8.0質量％の範囲とすることが好ましい。
【００３４】
Mn：0.005〜1.0質量％
Mnは、熱間加工性を良好にする上で必要な元素であるが、含有量が0.005質量％未満ではその添加効果に乏しく、一方1.0質量％を超えると製品板の磁束密度が低下するため、Mn量は0.005〜1.0質量％の範囲とすることが好ましい。
【００３５】
上記の基本成分以外に、磁気特性改善成分として公知である、次に述べる元素を適宜含有させることができる。
Ni：0.03〜1.50質量％、Sn：0.01〜1.50質量％、Sb：0.005〜1.50質量％、Cu：0.03〜3.0質量％、Ｐ：0.03〜0.50質量％、Mo:0.005〜0.10質量％およびCr:0.03〜1.50質量％のうちから選んだ少なくとも１種
Niは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるために有用な元素である。しかしながら、含有量が0.03質量％未満では磁気特性の向上効果が小さく、一方1.5質量％を超えると二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する。そのため、Ni量は0.03〜1.5質量％の範囲とするのが好ましい。
【００３６】
また、Sn、Sb、Cu、Ｐ、MoおよびCrはそれぞれ磁気特性の向上に有用な元素であるが、いずれも上記した各成分の下限に満たないと、磁気特性の向上効果が小さく、一方、上記した各成分の上限量を超えると、二次粒の発達が阻害されるため、それぞれ上記の範囲で含有させることが好ましい。
なお、上記成分以外の残部は、製造工程において混入する不可避的不純物およびFeである。
【００３７】
次いで、上記した成分組成を有するスラブは、常法に従い加熱して熱間圧延に供するが、鋳造後、加熱せずに直ちに熱間圧延してもよい。薄鋳片の場合には熱間圧延しても良いし、熱間圧延を省略してそのまま以後の工程に進んでもよい。
【００３８】
さらに、必要に応じて熱延板焼鈍を施す。この時、ゴス組織を製品板において高度に発達させるためには、熱延板焼鈍温度として800〜1100℃の範囲が好適である。熱延板焼鈍温度が800℃未満であると、熱間圧延でのバンド組織が残留し、整粒した一次再結晶組織を実現することが困難になり、二次再結晶の発達が阻害される。一方、熱延板焼鈍温度が1100℃を超えると、熱延板焼鈍後の粒径が粗大化しすぎるために、整粒した一次再結晶組織の実現が極めて困難となる。
また、この熱延板焼鈍時の冷却速度を、少なくとも750〜350℃の温度域の平均で、40℃/s以上とする必要があることは、前述したとおりである。
【００３９】
熱延板焼鈍後は、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げ、ついで脱炭焼鈍を施したのち、焼鈍分離剤を塗布する。焼鈍分離剤を塗布した後に、コイルに巻きとって二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的として最終仕上げ焼鈍を施す。
ここに、この脱炭焼鈍時の昇温速度を、前述したとおり、50℃/s以上とするのが好ましい、より好ましくは100℃/s以上である。
また、上記最終仕上げ焼鈍をコイル状で行い、その際、コイル内径を500mm以上、外径を1500mm以下とする必要があることは、前述したとおりである。
【００４０】
最終仕上げ焼鈍後には、平坦化焼鈍を行って形状を矯正することが有効である。なお、本発明では、平坦化焼鈍前または後に、鋼板表面に絶縁コーティングを施す。ここに、この絶縁コーティングは、本発明では、鉄損低減のために、鋼板に張力を付与できるコーティング（以下、張力コーティングという）を意味する。なお、張力コーティングとしては、シリカを含有する無機系コーティングや物理蒸着法、化学蒸着法等によるセラミックコーティング等が挙げられる。
ここに、上記平坦化焼鈍時の800℃以上におけるライン張力を８〜12MPaとする必要があることは、前述したとおりである。
【００４１】
ついで、本発明では、歪導入による磁区細分化処理を行う。なお、歪導入方法は電子ビームやレーザといった公知の方法であり、歪導入に関する各パラメータおよびその他の条件は、前述したとおりである。なお、その際、上記歪導入における導入歪量を調節し、磁歪λp-pを1.0×10-6以下に制御する必要があることは、前述したとおりである。
【００４２】
本発明において、上述した工程や製造条件以外については、従来公知の熱歪を導入して磁区細分化処理を施す方向性電磁鋼板の製造方法を、適宜使用することができる。
【実施例１】
【００４３】
Ｃ：0.055質量％、Si：3.05質量％、Mn：0.08質量％、Ni：0.02質量％、Al：190質量ppm、Ｎ：65質量ppm、Se：150質量ppm、Ｓ：10質量ppmおよびＯ：15質量ppmを含有し、残部は、Feおよび不可避不純物からなる鋼スラブを、連続鋳造にて製造し、1450℃に加熱後、熱間圧延により板厚：2.4 mmの熱延板としたのち、1025℃で300秒の熱延板焼鈍を施した。このとき、熱延板焼鈍の冷却過程における350〜750℃温度域の冷却速度を20〜60℃/ｓの範囲で変化させた。ついで、冷間圧延により中間板厚：1.6mmとし、酸化度PH2O/PH2=0.42、温度：1075℃、時間：20秒の条件で中間焼鈍を実施した。その後、塩酸酸洗により表面のサブスケールを除去したのち、再度、冷間圧延を実施して、板厚：0.215mmの冷延板とした。
【００４４】
ついで、酸化度PH2O/PH2=0.52、均熱温度825℃で300秒保持する脱炭焼鈍を施したのち、MgＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶・フォルステライト被膜形成および純化を目的とした最終仕上げ焼鈍を1220℃、50ｈの条件で実施した。脱炭焼鈍時の昇温速度を20〜100℃/ｓと変更し、最終仕上げ焼鈍時の内径を300mm〜700mm、外径を1200〜1800mmとした。
【００４５】
そして、60％のコロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなる絶縁コートを塗布、850℃にて焼付けた。このコーティング塗布処理は、平坦化焼鈍も兼ねている。平坦化焼鈍時には800℃以上のライン張力を６〜14MPaの範囲で変化させた。その後、圧延方向と直角に電子ビームまたはレーザを照射する磁区細分化処理を片面に施した。
電子ビーム・レーザ照射条件は、照射間隔およびビーム出力を表１に示すように複数の条件で行った。
【００４６】
次いで、各製品を斜角せん断し、1000kVAの三相トランスを組み立て、60Hz、1.7Ｔで励磁した状態での鉄損および騒音を測定した。本トランスにおける鉄損および騒音の設計値は0.94W/kg および70dBである。別途、得られたコイルより500m間隔でサンプルを採取し、二次粒の径・平均β角・平均β角変動および圧延方向の表面張力を評価した。素材特性については、各コイル内サンプルの最大値を示す。
各評価結果を、表１に併記する。
【００４７】
【表１】
【００４８】
同表に示したとおり、コイル全長にわたって、本発明の範囲を満足する方向性電磁鋼板を用いた場合、鋼板に導入する歪量が少ない条件（ビーム出力が低い、あるいは照射間隔が増加している）であっても、鉄損・騒音共に、設計値を満足する。
また、素材鋼板の鉄損は、上掲式（１）より、
Ｗ17/50 ≦ 2.1×0.215 ＋ 0.3 ＝0.7515
Ｗ17/50 ≦ 0.7515 (W/kg)
より、鉄損Ｗ17/50が 0.7515 (W/kg)以下を満足していることが分かる。
これに対し、本発明の範囲を逸脱した方向性電磁鋼板がコイルの一部分に存在する場合、そのコイルを鉄心素材として用いた実機トランスは、設計どおりの諸特性を得られていない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱歪の導入による磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板であって、二次再結晶粒の平均β角が２°以下、該二次再結晶粒の粒内の平均β角変動幅が１°以上４°以下で、かつ圧延方向における表面張力が10MPa以上であり、磁束密度：1.7Ｔ、周波数：50Hzにおける磁歪λp-pの値が1.0×10-6以下で、さらに板厚tと鉄損Ｗ17/50とが下記式（１）を満足することを特徴とする変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板。
記
Ｗ17/50 ≦2.1×t + 0.3 ・・・（１）
t : 板厚(mm)
【請求項２】
前記熱歪の導入が、電子ビーム照射によるものであることを特徴とする請求項１に記載の変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板。
【請求項３】
方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、熱延板焼鈍を施したのち、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍を施し、ついで鋼板表面にMgＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を行った後、平坦化焼鈍を兼ねた張力コーティング処理を行い、該仕上げ焼鈍後または該張力コーティング処理後に、熱歪の導入による磁区細分化処理を行う、一連の工程になる方向性電磁鋼板の製造方法において、
(a) 上記熱延板焼鈍時の冷却過程において、750〜350℃の温度域における冷却速度を40℃/ｓ以上とする、
(b) 上記最終仕上げ焼鈍をコイル状で行い、その際、コイル内径を500mm以上、外径を1500mm以下とする、
(c) 上記平坦化焼鈍時の800℃以上におけるライン張力を８〜12MPaとする、
(d) 上記熱歪の導入の際、導入歪量を調節することで、磁束密度：1.7Ｔ、周波数：50Hzにおける磁歪λp-pを1.0×10-6以下、かつ、板厚tと鉄損Ｗ17/50とを下記式（１）を満足するように制御する
ことを特徴とする変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Ｗ17/50 ≦2.1×t + 0.3 ・・・（１）
t : 板厚(mm)
【請求項４】
前記熱歪の導入を、電子ビーム照射で行うことを特徴とする請求項３に記載の変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項１】
熱歪の導入による磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板であって、二次再結晶粒の平均β角が２°以下、該二次再結晶粒の粒内の平均β角変動幅が１°以上４°以下で、かつ圧延方向における表面張力が10MPa以上であり、磁束密度：1.7Ｔ、周波数：50Hzにおける磁歪λp-pの値が1.0×10-6以下で、さらに板厚tと鉄損Ｗ17/50とが下記式（１）を満足することを特徴とする変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板。
記
Ｗ17/50 ≦2.1×t + 0.3 ・・・（１）
t : 板厚(mm)
【請求項２】
前記熱歪の導入が、電子ビーム照射によるものであることを特徴とする請求項１に記載の変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板。
【請求項３】
方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、熱延板焼鈍を施したのち、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍を施し、ついで鋼板表面にMgＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を行った後、平坦化焼鈍を兼ねた張力コーティング処理を行い、該仕上げ焼鈍後または該張力コーティング処理後に、熱歪の導入による磁区細分化処理を行う、一連の工程になる方向性電磁鋼板の製造方法において、
(a) 上記熱延板焼鈍時の冷却過程において、750〜350℃の温度域における冷却速度を40℃/ｓ以上とする、
(b) 上記最終仕上げ焼鈍をコイル状で行い、その際、コイル内径を500mm以上、外径を1500mm以下とする、
(c) 上記平坦化焼鈍時の800℃以上におけるライン張力を８〜12MPaとする、
(d) 上記熱歪の導入の際、導入歪量を調節することで、磁束密度：1.7Ｔ、周波数：50Hzにおける磁歪λp-pを1.0×10-6以下、かつ、板厚tと鉄損Ｗ17/50とを下記式（１）を満足するように制御する
ことを特徴とする変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Ｗ17/50 ≦2.1×t + 0.3 ・・・（１）
t : 板厚(mm)
【請求項４】
前記熱歪の導入を、電子ビーム照射で行うことを特徴とする請求項３に記載の変圧器特性に優れた方向性電磁鋼板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７７１４９（Ｐ２０１２−１７７１４９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０１９６（Ｐ２０１１−４０１９６）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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