方向性電磁鋼板の鉄損改善装置および鉄損改善方法
【課題】粉塵の問題を解消し、汚染によるレーザ照射能の低減を未然に防止し、方向性電磁鋼板の鉄損低減を確実に行うことのできる装置および方法について提案する。
【解決手段】仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射して電磁鋼板の鉄損を減少させるに当り、前記レーザーの照射装置におけるレーザー放射点と前記鋼板上におけるレーザー照射点との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点と前記レーザー照射点とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、Ｌを50以上とし、かつ
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となる位置に、前記レーザー放射点を配する。
【解決手段】仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射して電磁鋼板の鉄損を減少させるに当り、前記レーザーの照射装置におけるレーザー放射点と前記鋼板上におけるレーザー照射点との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点と前記レーザー照射点とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、Ｌを50以上とし、かつ
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となる位置に、前記レーザー放射点を配する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板に磁区細分化を施すことにより鉄損を改善する鉄損改善装置および鉄損改善方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板は、主にトランス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。しかしながら、結晶方位を制御することや、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物理的な手法で不均一性（歪）を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術、すなわち磁区細分化技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、最終製品板にレーザーを照射し、鋼板表層に線状の高転位密度領域を導入し、磁区幅を狭くすることによって、鋼板の鉄損を低減する技術が提案されている。レーザー照射を用いる磁区細分化技術は、その後改良され（特許文献２、特許文献３および特許文献４などを参照）鉄損特性が良好な方向性電磁鋼板が得られるようになってきている。
【０００４】
このレーザー照射の際、このレーザー照射によって鋼板表面から発生する粉塵がレーザ照射装置を汚染することが問題になった。そこで、特許文献５では、照射装置の光学制御機器の汚染を防止するために、レーザービームの出口をカバーガラスで保護すると同時に、レーザー照射装置の一方側に気体噴射装置を設けると共に他方側に吸引装置を設けて、粉塵を吸引装置に誘導して吸引除去する技術が提案された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５７−２２５２号公報
【特許文献２】特開２００６−１１７９６４号公報
【特許文献３】特開平１０−２０４５３３号公報
【特許文献４】特開平１１−２７９６４５号公報
【特許文献５】特開昭５８−１８７２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このガス流れのみをもって粉塵による汚染を防ぐのには限界があり、例えば24時間を超えるような、長時間の連続照射の後には、やはりカバーガラスの清掃が必要になることが課題として残されていた。また、前記の特許文献５の実施例に示される７m3/分という、大きな吸引風量の吸引装置を運転するには、大きな電力が必要になることも問題である。
【０００７】
本発明は、上記したガス流を利用した粉塵回収では不十分である、粉塵の問題を解消し、汚染によるレーザー照射能の低減を未然に防止し、方向性電磁鋼板の鉄損低減を確実に行うことのできる装置および方法について提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
さて、仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザービームが照射された際に生じる粉塵は、被膜を含む鋼板表面の蒸発に起因するため、その発生方向は鋼板に対して鉛直方向が最も大きい。従って、鋼板上のレーザー照射点の真上に照射装置（レーザーの放射点）がある場合が最も汚染が激しく、鋼板と照射装置の距離が近いほど汚染されやすい。しかしながら、鋼板上のレーザー照射点の真上から照射装置を退避させた場合にあっても未だ、該照射装置の汚染を完全には防止できないことが判明した。
そこで、方向性電磁鋼板へのレーザー照射時に発生する粉塵の拡散状況を鋭意検討したところ、レーザー照射による鉄損改善効果を損ねることなく、拡散した粉塵の影響を受けない位置を、レーザーの放射点と鋼板上の照射点との距離と、レーザーの照射角度との相関から導き出せることを知見し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射して電磁鋼板の鉄損を減少させる鉄損改善装置であり、前記レーザーの照射装置におけるレーザー放射点と前記鋼板上におけるレーザー照射点との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点と前記レーザー照射点とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、Ｌを50以上とし、かつ
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となる位置に、前記レーザー放射点を配することを特徴とする方向性電磁鋼板の鉄損改善装置。
（２）仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射して電磁鋼板の鉄損を減少させるに当り、前記レーザーの照射装置におけるレーザー放射点と前記鋼板上におけるレーザー照射点との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点と前記レーザー照射点とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、Ｌを50以上とし、かつ
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となる位置に、前記レーザー放射点を配することを特徴とする方向性電磁鋼板の鉄損改善方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に従う位置にレーザー照射装置を退避させてレーザー照射を行うことによって、レーザー照射による鉄損改善効果を損なうことなく、レーザー照射に伴う粉塵の影響を排除することができる。従って、レーザー照射による処理が長時間にわたって安定して行われるため、レーザー照射による低鉄損化を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の鉄損改善装置を示す図である。
【図２】照射装置のカバーガラスの汚染度合いと距離Ｌおよび角度θとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明では、図１に示すように、仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板（以下、単に鋼板という）Ｓをペイオフリール１から巻き出して、ピンチロール３および支持ロール４を介して、テンションリール２に巻き取る過程において、鋼板Ｓの表面にレーザーの照射装置５からレーザーを照射し、磁区細分化によって電磁鋼板の鉄損を減少させるに当り、前記照射装置５におけるレーザー放射点７と前記鋼板Ｓ上におけるレーザー照射点６との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点７と前記レーザー照射点６とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、まずＬを50以上とすることが重要である。
すなわち、レーザー照射によって鋼板Ｓ表面で発生する粉塵は、大きな初速度で飛散するため、粉塵発生源との距離が50mm未満では、照射方向を変えたとしても照射装置５の汚染を完全に抑制することが困難になる。
【００１３】
さらに、角度θを、距離Ｌとの関係において次のように規制することが肝要である。
すなわち、
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となるように、照射装置を距離Ｌが近いほどレーザー照射点６からの仰角が大きく傾く位置に配することにより、照射装置５の汚染を防止する。
各々の下限角度よりも角度θが小さい場合は、粉塵が照射装置５のレーザー放射点７（一般的には照射装置を保護するカバーガラスとなる）に付着しやすくなり、頻繁な清掃が必要になる。一方、いずれの場合も、角度θが60°を超えると照射点６のビーム形状は楕円状に引き伸ばされ、レーザー照射による歪導入領域が過大になって鉄損が劣化しやすくなるため、θは60°以下とする。
【００１４】
なお、Ｌの上限はレーザーの集光が可能ならば制限はなく、距離が大きいほど汚染に対しては有利であり、400mmを超える距離ならば照射点の鉛直方向にあっても粉塵（照射装置が照射点の真下にあって粉塵が照射点に落下する場合を除く）汚染の問題は生じない。
【００１５】
レーザーは、鋼板の圧延方向に略直交する方向に延びる線状に照射するために、照射装置１台について一ヶ所のレーザー放射点から光学的制御で鋼板上の照射点を走査するのが、一般的である。従って、θは照射点の移動に伴って変動するが、１台の発信器による全ての照射点で上記の条件を満たすようにすればよい。
【００１６】
ここで、鋼板Ｓを水平方向に通板する際、図１に示したように、鋼板下側を支持ロール４で支えるのが一般的である。かように、図１の例では鋼板が水平な状態でレーザーを照射しているが、通板方向は水平方向に対して傾きを持っていても構わない。すなわち、粉塵の飛散は鋼板の状態に関わらずに鉛直方向が最も多くなるため、通板方向が水平方向に対して傾いていた場合でも、照射装置のレーザー放射点と鋼板上の照射点とを結ぶ直線と鋼板上の照射点の鉛直方向とがなす角度を本発明範囲内にすれば、汚染は確実に防止されるのである。
【００１７】
前記距離Ｌを大きくすることは、粉塵の汚染を防止し、広範囲の安定的な照射を実現するのに有効である。そのため、レーザー発振はシングルモードとする方が集光特性上有利である。
【００１８】
さらに、粉塵防止のために気体の吹き付けや吸引、あるいはエアカーテンのようなガス流を制御する装置を併用してもよい。
【００１９】
本発明における鉄損改善の対象となる方向性電磁鋼板は、従来公知の方向性電磁鋼板であれば、いずれでも構わないが、仕上げ焼鈍と張力被膜の形成後である必要がある。方向性電磁鋼板の特徴であるゴス方位の二次再結晶を成長させるための仕上焼鈍、および張力絶縁被膜の形成と張力効果の発現のためには、いずれも高温での熱処理が必要である。しかし、このような高温処理は鋼板に導入された歪みを除去または減少させるため、本発明の磁区細分化処理前に実施する必要がある。
また、磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板の鉄損は、二次再結晶の方位集積が高い方がより小さいことが知られている。この方位集積の目安として、Ｂ８（800A/mで磁化した際の磁束密度）がよく用いられるが、本発明に用いる方向性電磁鋼板はＢ８が1.88Ｔ以上、より好ましくは1.92Ｔ以上のものが好適である。
【００２０】
電磁鋼板の表面に形成された張力絶縁被膜は、従来公知の張力絶縁被膜で構わないが、リン酸アルミニウムまたはリン酸マグネシウムとシリカを主成分とするガラス質の張力絶縁被膜であることが好ましい。
【００２１】
また、熱歪みを導入する手段は、YAGレーザ、CO2レーザ、ファイバーレーザ等のパルス発振、または連続発振での照射等、公知の方法を取ることができる。本発明は、Ｑスイッチパルス型レーザのような高ピーク出力のために被膜が瞬間的に蒸発して粉塵が発生するような場合に特に有用である。熱歪みは、圧延方向に対して90°から60°をなす方向、特に圧延方向に直交する方向に線状に導入するが、連続線状、または点線状のいずれでもよい。この線状の歪み導入領域は、圧延方向に２mm以上20mm以下の間隔で反復して形成する。鋼板に付与される塑性歪の深さは、５〜40μｍ程度とするのが好適である。
本発明の好適な照射条件の例は、Ｑスイッチパルス型YAGレーザの出力を1パルス当たり４mJとし、焦点径0.3mmに集光し、圧延方向に直交する方向に点線状に0.4mm間隔で照射したラインを圧延方向に５mm間隔で繰り返すものである。
【００２２】
上述のとおり、本発明の方法では、二次再結晶焼鈍後に張力絶縁被膜を形成した方向性電磁鋼板に施す歪導入処理に特徴があり、従って、素材については方向性電磁鋼板の一般に従えばよい。例えば、Si：2.0〜8.0質量％を含む電磁鋼素材を用いればよい。
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。
【００２３】
ここで、Siの他の基本成分および任意添加成分について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。
【００２４】
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。
【００２５】
ここで、二次再結晶を生じさせるために、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。
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。
【００２６】
上記の基本成分以外に、磁気特性改善成分として、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。
【００２７】
また、Sn、Sb、Cu、Ｐ、CrおよびMo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、二次再結晶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。
【実施例】
【００２８】
仕上焼鈍後、張力絶縁被膜を塗布・焼付した、板厚が0.23mmの方向性電磁鋼板のコイルを連続的に送りながらレーザーを連続的に照射する鉄損改善装置において、距離Ｌと角度θが照射装置の汚染に及ぼす影響について調査した。この鉄損改善装置の概要は、図１に示したとおりである。なお、方向性電磁鋼板は、3.4質量％のSiを含有し、800A/mでの磁束密度(Ｂ８)が1.93Ｔおよび1.7Ｔ、50Hzでの鉄損(Ｗ17/50)が0.90W/kgと、一般的な高配向性の方向性電磁鋼板であり、張力絶縁被膜はフォルステライト被膜の上に形成されたコロイド状シリカ、リン酸マグネシウム、クロム酸からなる薬液を840℃で焼き付けた、一般的な張力絶縁被膜である。
【００２９】
レーザー発信器はＱスイッチパルス型YAGレーザー、出力は1パルス当たり４mJ、ビーム径は0.3mm、パルス繰り返し周波数25kHzで、ガルバノスキャナによって圧延方向と直交する方向に幅120mmの点線を５mm間隔で描くように照射した。この際、照射点の被膜は蒸発して剥離した。このレーザー照射を連続４日間行った後、照射装置のカバーガラスの汚染度合いを調査した。そして、レーザー光の透過率が90％以上を良好、90％未満を不良として判定した。この結果を図２に示すように、本発明に従う距離Ｌおよび角度θの下では、良好な汚染抑制が可能であった。
【００３０】
また、処理後の鉄損Ｗ17/50の平均値は、本発明の範囲内では連続処理の開始時点で0.75W/kg、連続４日照射の後でも0.75W/kgと変わらなかったのに対して、本発明の範囲外となる比較例では、連続処理の開始時点では0.75W/kgであったが、連続４日照射の後では0.80W/kg以上に劣化していた。処理後の素材の調査より、鉄損劣化の原因はレーザーの照射エネルギーが低下したためと判明した。ちなみに、照射装置のカバーガラスを清掃し、再度照射のテストを行ったところ、処理後の鉄損は0.75W/kgに回復した。
【符号の説明】
【００３１】
Ｓ 鋼板
１ ペイオフリール
２ テンションリール
３ ピンチロール
４ 支持ロール
５ 照射装置
６ レーザー照射点
７ レーザー放射点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板に磁区細分化を施すことにより鉄損を改善する鉄損改善装置および鉄損改善方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板は、主にトランス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。しかしながら、結晶方位を制御することや、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物理的な手法で不均一性（歪）を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術、すなわち磁区細分化技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、最終製品板にレーザーを照射し、鋼板表層に線状の高転位密度領域を導入し、磁区幅を狭くすることによって、鋼板の鉄損を低減する技術が提案されている。レーザー照射を用いる磁区細分化技術は、その後改良され（特許文献２、特許文献３および特許文献４などを参照）鉄損特性が良好な方向性電磁鋼板が得られるようになってきている。
【０００４】
このレーザー照射の際、このレーザー照射によって鋼板表面から発生する粉塵がレーザ照射装置を汚染することが問題になった。そこで、特許文献５では、照射装置の光学制御機器の汚染を防止するために、レーザービームの出口をカバーガラスで保護すると同時に、レーザー照射装置の一方側に気体噴射装置を設けると共に他方側に吸引装置を設けて、粉塵を吸引装置に誘導して吸引除去する技術が提案された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５７−２２５２号公報
【特許文献２】特開２００６−１１７９６４号公報
【特許文献３】特開平１０−２０４５３３号公報
【特許文献４】特開平１１−２７９６４５号公報
【特許文献５】特開昭５８−１８７２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このガス流れのみをもって粉塵による汚染を防ぐのには限界があり、例えば24時間を超えるような、長時間の連続照射の後には、やはりカバーガラスの清掃が必要になることが課題として残されていた。また、前記の特許文献５の実施例に示される７m3/分という、大きな吸引風量の吸引装置を運転するには、大きな電力が必要になることも問題である。
【０００７】
本発明は、上記したガス流を利用した粉塵回収では不十分である、粉塵の問題を解消し、汚染によるレーザー照射能の低減を未然に防止し、方向性電磁鋼板の鉄損低減を確実に行うことのできる装置および方法について提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
さて、仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザービームが照射された際に生じる粉塵は、被膜を含む鋼板表面の蒸発に起因するため、その発生方向は鋼板に対して鉛直方向が最も大きい。従って、鋼板上のレーザー照射点の真上に照射装置（レーザーの放射点）がある場合が最も汚染が激しく、鋼板と照射装置の距離が近いほど汚染されやすい。しかしながら、鋼板上のレーザー照射点の真上から照射装置を退避させた場合にあっても未だ、該照射装置の汚染を完全には防止できないことが判明した。
そこで、方向性電磁鋼板へのレーザー照射時に発生する粉塵の拡散状況を鋭意検討したところ、レーザー照射による鉄損改善効果を損ねることなく、拡散した粉塵の影響を受けない位置を、レーザーの放射点と鋼板上の照射点との距離と、レーザーの照射角度との相関から導き出せることを知見し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射して電磁鋼板の鉄損を減少させる鉄損改善装置であり、前記レーザーの照射装置におけるレーザー放射点と前記鋼板上におけるレーザー照射点との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点と前記レーザー照射点とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、Ｌを50以上とし、かつ
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となる位置に、前記レーザー放射点を配することを特徴とする方向性電磁鋼板の鉄損改善装置。
（２）仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射して電磁鋼板の鉄損を減少させるに当り、前記レーザーの照射装置におけるレーザー放射点と前記鋼板上におけるレーザー照射点との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点と前記レーザー照射点とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、Ｌを50以上とし、かつ
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となる位置に、前記レーザー放射点を配することを特徴とする方向性電磁鋼板の鉄損改善方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に従う位置にレーザー照射装置を退避させてレーザー照射を行うことによって、レーザー照射による鉄損改善効果を損なうことなく、レーザー照射に伴う粉塵の影響を排除することができる。従って、レーザー照射による処理が長時間にわたって安定して行われるため、レーザー照射による低鉄損化を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の鉄損改善装置を示す図である。
【図２】照射装置のカバーガラスの汚染度合いと距離Ｌおよび角度θとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明では、図１に示すように、仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板（以下、単に鋼板という）Ｓをペイオフリール１から巻き出して、ピンチロール３および支持ロール４を介して、テンションリール２に巻き取る過程において、鋼板Ｓの表面にレーザーの照射装置５からレーザーを照射し、磁区細分化によって電磁鋼板の鉄損を減少させるに当り、前記照射装置５におけるレーザー放射点７と前記鋼板Ｓ上におけるレーザー照射点６との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点７と前記レーザー照射点６とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、まずＬを50以上とすることが重要である。
すなわち、レーザー照射によって鋼板Ｓ表面で発生する粉塵は、大きな初速度で飛散するため、粉塵発生源との距離が50mm未満では、照射方向を変えたとしても照射装置５の汚染を完全に抑制することが困難になる。
【００１３】
さらに、角度θを、距離Ｌとの関係において次のように規制することが肝要である。
すなわち、
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となるように、照射装置を距離Ｌが近いほどレーザー照射点６からの仰角が大きく傾く位置に配することにより、照射装置５の汚染を防止する。
各々の下限角度よりも角度θが小さい場合は、粉塵が照射装置５のレーザー放射点７（一般的には照射装置を保護するカバーガラスとなる）に付着しやすくなり、頻繁な清掃が必要になる。一方、いずれの場合も、角度θが60°を超えると照射点６のビーム形状は楕円状に引き伸ばされ、レーザー照射による歪導入領域が過大になって鉄損が劣化しやすくなるため、θは60°以下とする。
【００１４】
なお、Ｌの上限はレーザーの集光が可能ならば制限はなく、距離が大きいほど汚染に対しては有利であり、400mmを超える距離ならば照射点の鉛直方向にあっても粉塵（照射装置が照射点の真下にあって粉塵が照射点に落下する場合を除く）汚染の問題は生じない。
【００１５】
レーザーは、鋼板の圧延方向に略直交する方向に延びる線状に照射するために、照射装置１台について一ヶ所のレーザー放射点から光学的制御で鋼板上の照射点を走査するのが、一般的である。従って、θは照射点の移動に伴って変動するが、１台の発信器による全ての照射点で上記の条件を満たすようにすればよい。
【００１６】
ここで、鋼板Ｓを水平方向に通板する際、図１に示したように、鋼板下側を支持ロール４で支えるのが一般的である。かように、図１の例では鋼板が水平な状態でレーザーを照射しているが、通板方向は水平方向に対して傾きを持っていても構わない。すなわち、粉塵の飛散は鋼板の状態に関わらずに鉛直方向が最も多くなるため、通板方向が水平方向に対して傾いていた場合でも、照射装置のレーザー放射点と鋼板上の照射点とを結ぶ直線と鋼板上の照射点の鉛直方向とがなす角度を本発明範囲内にすれば、汚染は確実に防止されるのである。
【００１７】
前記距離Ｌを大きくすることは、粉塵の汚染を防止し、広範囲の安定的な照射を実現するのに有効である。そのため、レーザー発振はシングルモードとする方が集光特性上有利である。
【００１８】
さらに、粉塵防止のために気体の吹き付けや吸引、あるいはエアカーテンのようなガス流を制御する装置を併用してもよい。
【００１９】
本発明における鉄損改善の対象となる方向性電磁鋼板は、従来公知の方向性電磁鋼板であれば、いずれでも構わないが、仕上げ焼鈍と張力被膜の形成後である必要がある。方向性電磁鋼板の特徴であるゴス方位の二次再結晶を成長させるための仕上焼鈍、および張力絶縁被膜の形成と張力効果の発現のためには、いずれも高温での熱処理が必要である。しかし、このような高温処理は鋼板に導入された歪みを除去または減少させるため、本発明の磁区細分化処理前に実施する必要がある。
また、磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板の鉄損は、二次再結晶の方位集積が高い方がより小さいことが知られている。この方位集積の目安として、Ｂ８（800A/mで磁化した際の磁束密度）がよく用いられるが、本発明に用いる方向性電磁鋼板はＢ８が1.88Ｔ以上、より好ましくは1.92Ｔ以上のものが好適である。
【００２０】
電磁鋼板の表面に形成された張力絶縁被膜は、従来公知の張力絶縁被膜で構わないが、リン酸アルミニウムまたはリン酸マグネシウムとシリカを主成分とするガラス質の張力絶縁被膜であることが好ましい。
【００２１】
また、熱歪みを導入する手段は、YAGレーザ、CO2レーザ、ファイバーレーザ等のパルス発振、または連続発振での照射等、公知の方法を取ることができる。本発明は、Ｑスイッチパルス型レーザのような高ピーク出力のために被膜が瞬間的に蒸発して粉塵が発生するような場合に特に有用である。熱歪みは、圧延方向に対して90°から60°をなす方向、特に圧延方向に直交する方向に線状に導入するが、連続線状、または点線状のいずれでもよい。この線状の歪み導入領域は、圧延方向に２mm以上20mm以下の間隔で反復して形成する。鋼板に付与される塑性歪の深さは、５〜40μｍ程度とするのが好適である。
本発明の好適な照射条件の例は、Ｑスイッチパルス型YAGレーザの出力を1パルス当たり４mJとし、焦点径0.3mmに集光し、圧延方向に直交する方向に点線状に0.4mm間隔で照射したラインを圧延方向に５mm間隔で繰り返すものである。
【００２２】
上述のとおり、本発明の方法では、二次再結晶焼鈍後に張力絶縁被膜を形成した方向性電磁鋼板に施す歪導入処理に特徴があり、従って、素材については方向性電磁鋼板の一般に従えばよい。例えば、Si：2.0〜8.0質量％を含む電磁鋼素材を用いればよい。
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。
【００２３】
ここで、Siの他の基本成分および任意添加成分について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。
【００２４】
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。
【００２５】
ここで、二次再結晶を生じさせるために、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。
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。
【００２６】
上記の基本成分以外に、磁気特性改善成分として、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。
【００２７】
また、Sn、Sb、Cu、Ｐ、CrおよびMo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、二次再結晶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。
【実施例】
【００２８】
仕上焼鈍後、張力絶縁被膜を塗布・焼付した、板厚が0.23mmの方向性電磁鋼板のコイルを連続的に送りながらレーザーを連続的に照射する鉄損改善装置において、距離Ｌと角度θが照射装置の汚染に及ぼす影響について調査した。この鉄損改善装置の概要は、図１に示したとおりである。なお、方向性電磁鋼板は、3.4質量％のSiを含有し、800A/mでの磁束密度(Ｂ８)が1.93Ｔおよび1.7Ｔ、50Hzでの鉄損(Ｗ17/50)が0.90W/kgと、一般的な高配向性の方向性電磁鋼板であり、張力絶縁被膜はフォルステライト被膜の上に形成されたコロイド状シリカ、リン酸マグネシウム、クロム酸からなる薬液を840℃で焼き付けた、一般的な張力絶縁被膜である。
【００２９】
レーザー発信器はＱスイッチパルス型YAGレーザー、出力は1パルス当たり４mJ、ビーム径は0.3mm、パルス繰り返し周波数25kHzで、ガルバノスキャナによって圧延方向と直交する方向に幅120mmの点線を５mm間隔で描くように照射した。この際、照射点の被膜は蒸発して剥離した。このレーザー照射を連続４日間行った後、照射装置のカバーガラスの汚染度合いを調査した。そして、レーザー光の透過率が90％以上を良好、90％未満を不良として判定した。この結果を図２に示すように、本発明に従う距離Ｌおよび角度θの下では、良好な汚染抑制が可能であった。
【００３０】
また、処理後の鉄損Ｗ17/50の平均値は、本発明の範囲内では連続処理の開始時点で0.75W/kg、連続４日照射の後でも0.75W/kgと変わらなかったのに対して、本発明の範囲外となる比較例では、連続処理の開始時点では0.75W/kgであったが、連続４日照射の後では0.80W/kg以上に劣化していた。処理後の素材の調査より、鉄損劣化の原因はレーザーの照射エネルギーが低下したためと判明した。ちなみに、照射装置のカバーガラスを清掃し、再度照射のテストを行ったところ、処理後の鉄損は0.75W/kgに回復した。
【符号の説明】
【００３１】
Ｓ 鋼板
１ ペイオフリール
２ テンションリール
３ ピンチロール
４ 支持ロール
５ 照射装置
６ レーザー照射点
７ レーザー放射点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射して電磁鋼板の鉄損を減少させる鉄損改善装置であり、前記レーザーの照射装置におけるレーザー放射点と前記鋼板上におけるレーザー照射点との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点と前記レーザー照射点とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、Ｌを50以上とし、かつ
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となる位置に、前記レーザー放射点を配することを特徴とする方向性電磁鋼板の鉄損改善装置。
【請求項２】
仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射して電磁鋼板の鉄損を減少させるに当り、前記レーザーの照射装置におけるレーザー放射点と前記鋼板上におけるレーザー照射点との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点と前記レーザー照射点とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、Ｌを50以上とし、かつ
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となる位置に、前記レーザー放射点を配することを特徴とする方向性電磁鋼板の鉄損改善方法。
【請求項１】
仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射して電磁鋼板の鉄損を減少させる鉄損改善装置であり、前記レーザーの照射装置におけるレーザー放射点と前記鋼板上におけるレーザー照射点との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点と前記レーザー照射点とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、Ｌを50以上とし、かつ
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となる位置に、前記レーザー放射点を配することを特徴とする方向性電磁鋼板の鉄損改善装置。
【請求項２】
仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射して電磁鋼板の鉄損を減少させるに当り、前記レーザーの照射装置におけるレーザー放射点と前記鋼板上におけるレーザー照射点との距離をＬ(mm)、前記レーザー放射点と前記レーザー照射点とを結ぶ直線が鉛直方向となす角度をθ(°)とするとき、Ｌを50以上とし、かつ
Ｌ≦100の場合は、60−0.3Ｌ≦θ≦60
100＜Ｌ≦400の場合は、40−0.1Ｌ≦θ≦60
400＜Ｌの場合は、θ≦60
となる位置に、前記レーザー放射点を配することを特徴とする方向性電磁鋼板の鉄損改善方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１２６６１（Ｐ２０１２−１２６６１Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５０１７３（Ｐ２０１０−１５０１７３）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【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１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【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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