JP7529055B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、方向性電磁鋼板およびその製造方法に関し、特に、被膜密着性に優れた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。

一般に、方向性電磁鋼板においては、絶縁性、加工性、防錆性等を付与するために、表面に被膜を設ける。かかる被膜は、最終仕上げ焼鈍時に形成されるフォルステライトを主体とするフォルステライト被膜と、その上に形成されるリン酸塩系の張力絶縁被膜とからなる。

これらの被膜は高温で成膜され、しかも低い熱膨張率を持つことから、室温まで下がったときの鋼板と前記被膜の熱膨張率の差異により、鋼板に張力を付与し、鉄損を低減させる効果がある。この他、前記被膜には、耐食性や絶縁性、耐電圧性等の多数の要求特性をすべて満足させる必要がある。

このような諸特性を満たすために、従来からの種々の絶縁被膜が提案されている。例えば、特許文献１には、リン酸マグネシウムとコロイド状シリカと無水クロム酸とを主体とする絶縁被膜が提案され、特許文献２には、リン酸アルミニウムとコロイド状シリカと無水クロム酸とを主体とする絶縁被膜が提案されている。

ところで、方向性電磁鋼板を変圧器の鉄心として巻きコアやＥＩコアなどに利用する際には、所定の形状に加工した際に導入される歪を除去するため、８００℃程度での歪取り焼鈍が行われている。この時、ユーザーによっては歪取り焼鈍の雰囲気を大気やＤＸガスなどの反応性の高い雰囲気にして焼鈍することが多い。しかし、このような雰囲気で焼鈍した際、被膜が損傷して被膜密着性が劣化することがある。特にスリット加工した方向性電磁鋼板の板幅方向端部（加工端部）近傍の被膜が剥離しやすい。また、歪取り焼鈍を行わない方向性電磁鋼板においてもスリット加工した加工端部近傍で被膜剥離が発生しやすい傾向がある。

スリット加工は、製造工程での通板性改善やユーザーの注文幅に対応するために行われるため、スリット加工工程を回避することは非常に困難である。スリット加工が施され、被膜密着性が低下した状態では、例えばユーザー先で、方向性電磁鋼板から鉄心を製造する工程で被膜が剥離し、それが粉塵となって著しく製造効率を落とすといった問題が生じる場合がある。また、前記被膜密着性が低下した状態では、変圧器の鉄心として使用した時に積層間で導通が起こり、鉄心特性の劣化、場合によっては鉄心が溶損してしまうという大きなトラブルに発展する可能性がある。よって、スリット加工が施された方向性電磁鋼板の鋼板幅方向端部（加工端部）の被膜密着性向上は非常に大きな問題となっている。

このような被膜密着性の劣化を防ぐ対策として、例えば、特許文献３には、金属結合基を有する有機金属化合物を含有する塗布液を鋼板上に塗布し、焼付ける際の雰囲気の酸素分圧を特定するという技術が開示されている。特許文献４には、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、水酸化コバルト、水酸化ストロンチウム、有機樹脂エマルジョン、ケイ酸アルミニウム、チタニウムキレートを含む被覆組成物を鋼板上に塗布する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献３に開示された技術は、主にフォルステライト被膜を形成させない鋼板上に直接被膜を形成させる技術であり、従来主に用いられているフォルステライト被膜を有する鋼板の表面に絶縁被膜を形成する技術とは異なる。その上、高価なシランカップリング剤を用いるため工業的に大量生産するには難点があった。また、特許文献４は、主に無方向性電磁鋼板の表面に絶縁被膜を形成させる技術であり、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の表面に絶縁被膜を形成させる技術とは異なる。その上、有機樹脂エマルジョンを大量に用いるため、歪取り焼鈍中に鋼板に炭素が侵入して磁気特性が劣化するという問題があった。

上記問題を発生させない技術として、特許文献５には、フォルステライト被膜中に特定量のクロムを含有させるとともに、コーティング中のリン元素と金属元素との比率を特定することで、被膜密着性を向上させる技術が開示されている。この技術を用いることで、ある程度の被膜密着性の改善は期待できるが、更なる被膜密着性の向上を求められているのが現状である。

特公昭５６－５２１１７号公報 特公昭５３－２８３７５号公報 特許第４６３５３４７号公報 特許第４７３１６２５号公報 特開２０１７－１０１２９２号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、被膜密着性に優れる方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、これまでの多くの技術が、スリット加工前の被膜密着性を向上させ、それによりスリット加工後の被膜密着性を向上させる技術であることに気づいた。本発明者らは、今回、これまでの技術とは異なる視点であるスリット加工に着目し、スリット加工による被膜へのダメージを最小化することで、スリット加工後の被膜密着性を向上させる方向で、改善策の検討を行った。

その結果、従来の刃を用いたスリット加工ではなく、レーザを用いた加工において所定の条件に特定すれば、スリット加工時の被膜密着性の劣化を抑制できることを見出した。そして、スリット加工による被膜密着性の劣化が抑制された方向性電磁鋼板（以下、単に、電磁鋼板ともいう）は、スリット加工部周辺の絶縁被膜を貫通するクラックの発生が制御されていることを見出した。加えて、スリット加工による被膜密着性劣化が抑制された電磁鋼板は、電磁鋼板表面の粗さ係数が大きいことを見出した。電磁鋼板表面の粗さ係数は、電磁鋼板から切り出したサンプルの比表面積をＫｒガスを用いたガス吸着法により測定し、その結果から表面の微小な凹凸を含めた真の表面積を算出し、表面が完全に平滑であるとした場合の見かけの表面積で割ることで導出した。なお、本発明における方向性電磁鋼板は、表面に絶縁被膜を有するため、電磁鋼板表面の粗さ係数は、絶縁被膜表面の粗さ係数を意味する。

本発明は、上記した知見に基づきなされたものである。すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
［１］鋼板の表面側から順にフォルステライト被膜と絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板であって、
前記方向性電磁鋼板の板幅方向の端部から板幅中央方向に１００μｍ以内の領域において前記絶縁被膜を貫通するクラックの発生頻度（個／ｍｍ）が、前記端部から板幅中央方向に１００μｍ超５００μｍ以内の領域において前記絶縁被膜を貫通するクラックの発生頻度（個／ｍｍ）の３．０倍以下である、方向性電磁鋼板。
［２］表面の粗さ係数が２．０以上である、［１］に記載の方向性電磁鋼板。
［３］方向性電磁鋼板用スラブに、熱間圧延を施すかまたは施さずに、ついで、熱延板焼鈍を施すかまたは施さずに、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を含む焼鈍分離剤を塗布してから、仕上げ焼鈍を行った後、鋼板表面に絶縁被膜を形成して、素材となる方向性電磁鋼板を製造した後、前記素材となる方向性電磁鋼板にスリット加工を施して、スリット加工が施された方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法において、
前記スリット加工を、
前記素材となる方向性電磁鋼板に、ピコ秒パルスレーザ、または、フェムト秒パルスレーザを用いて施すか、もしくは、
水中で、または、当該方向性電磁鋼板の表面に水膜がある状態で、パルス幅がナノ秒以上のパルスレーザ、または、連続レーザを用いて施す、方向性電磁鋼板の製造方法。
［４］方向性電磁鋼板用スラブに、熱間圧延を施すかまたは施さずに、ついで、熱延板焼鈍を施すかまたは施さずに、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を含む焼鈍分離剤を塗布してから、仕上げ焼鈍を行った後、鋼板表面に絶縁被膜を形成して、素材となる方向性電磁鋼板を製造した後、前記素材となる方向性電磁鋼板にスリット加工を施して、スリット加工が施された方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法において、
前記絶縁被膜を形成する際に、絶縁被膜形成用コーティング液をｗｅｔ膜厚が３．０μｍ以上となるように塗布し、焼付け温度を８５０℃以上として絶縁被膜を形成し、
前記スリット加工を、
前記素材となる方向性電磁鋼板に、ビーム径が２００μｍ以下、かつ、パルス幅がナノ秒以上のパルスレーザ、または、ビーム径が２００μｍ以下の連続レーザを用いて施す、方向性電磁鋼板の製造方法。

本発明によれば、被膜密着性に優れる方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することができる。

本発明によれば、スリット加工により鋼板に導入される歪量を抑制でき、スリット加工により生じる被膜密着性の劣化を抑制できる。

図１は、加工に用いたレーザのパルス幅と、クラック発生頻度割合との関係を示す図である。 図２は、クラック発生頻度割合と、曲げ密着性との関係を示す図である。 図３は、絶縁被膜形成時のｗｅｔ膜厚と、電磁鋼板表面の粗さ係数との関係を示す図である。 図４は、絶縁被膜形成時の焼付け温度と、電磁鋼板表面の粗さ係数との関係を示す図である。 図５は、マイクロ秒レーザを用いて大気中で加工した場合の、電磁鋼板表面の粗さ係数と、曲げ密着性との関係を示す図である。 図６は、マイクロ秒レーザを用いて水中でまたは鋼板表面に水膜を形成して加工した場合の、電磁鋼板表面の粗さ係数と、曲げ密着性との関係を示す図である。 図７は、加工に用いたレーザのビーム径と、曲げ密着性との関係を示す図である。

以下に本発明に至った実験について述べる。

＜実験１＞
Ｃ：０．０５質量％、Ｓｉ：３．７質量％、Ｍｎ：０．０５質量％、Ｎｉ：０．０１質量％、Ａｌ：３００質量ｐｐｍ、Ｎ：１００質量ｐｐｍ、Ｓｅ：５０質量ｐｐｍおよびＳ：５質量ｐｐｍを含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の成分組成からなる鋼スラブを連続鋳造にて製造した。前記鋼スラブを、１４５０℃に加熱後、熱間圧延により板厚：２．４ｍｍの熱延板としたのち、１０５０℃で１２０秒の熱延板焼鈍を施した。ついで、塩酸酸洗により表面のサブスケールを除去したのち、冷間圧延を実施して、板厚：０．３０ｍｍの冷延板とした。ついで、酸化度ＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２＝０．４８、均熱温度：８２０℃で１２０秒保持する脱炭焼鈍を施した。その後、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℃、５Ｈｒの条件で実施した。そして、コロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなる濃度６０質量％の絶縁被膜形成用コーティング液を塗布した後、焼付けて絶縁被膜を形成した。この焼付け処理は、平坦化焼鈍も兼ねている。以上のようにして、素材となる方向性電磁鋼板（電磁鋼板コイル）を作製した。なお、上記絶縁被膜形成用コーティング液を塗布する際に、コーティング液の塗布量（ｗｅｔ膜厚）を変えた２水準の電磁鋼板コイル（コイル１、コイル２）を作製した。

その後、上記のようにして作製した電磁鋼板コイルをスリット加工し、スリット加工が施されたコイルより加工端部を含むサンプルを採取し、８００℃で３時間、ＤＸガス雰囲気で歪取り焼鈍を行った後に、被膜（絶縁被膜）の曲げ密着性を評価した。被膜の曲げ密着性は、５ｍｍ刻みで径が異なる丸棒にサンプルを巻き付けて、被膜が剥離しなかった最大径（曲げ剥離径）を求めた。曲げ剥離径が小さいほど被膜密着性に優れることを意味している。

スリット加工の条件は、一般的なトリム刃を用いた場合と、連続波ファイバーレーザ（連続レーザ）を用いた場合について、ライン速度３０ｍｐｍで行った。レーザを用いたスリット加工は、レーザ出力０．８ｋＷ、レーザビーム径８０μｍ、レーザ照射位置は固定で実施した。被膜の曲げ密着性の評価結果を表１に示す。コイル１では、トリム刃およびレーザどちらの加工でも曲げ剥離径に差はなかった。一方、コイル２では、レーザで加工した場合、曲げ剥離径がトリム刃を用いた加工に対して小さい値を示し、トリム刃を用いた加工の曲げ剥離径は、コイル１でトリム刃およびレーザを用いて加工した場合と同レベルであった。

特に良好であったコイル２のレーザ加工材（レーザによりスリット加工が施された材、表１のＮｏ．４）とその他の加工材との比較を行った。その結果、スリット加工部（鋼板の加工端部）近傍において、絶縁被膜を貫通するクラック（以後、単に、クラックともいう）の発生頻度（個／ｍｍ）に差があることが分かった。クラック発生頻度は、加工面と垂直方向の断面（板厚断面）において、加工端部（電磁鋼板をスリット加工することで生じた電磁鋼板の板幅方向の端部）から板幅中央方向に５００μｍまでの領域を光学顕微鏡で５０カ所観察して求めた。具体的には、電磁鋼板の両面（表裏面）における加工端部から板幅中央方向に１００μｍ以内の領域（以下、加工端部領域ともいう）のクラック数、および、加工端部から板幅中央方向に１００μｍ超５００μｍ以内の領域（以下、加工端部以外の領域ともいう）におけるクラック数を計測した。そして、前記計測したそれぞれのクラック数を、単位長さあたりの個数に換算したものを、それぞれ加工端部領域におけるクラック発生頻度（個／ｍｍ）、加工端部以外の領域のクラック発生頻度（個／ｍｍ）として求めた。なお、前記５０カ所の観察は、同一の条件で加工が施された加工材について、断面観察が可能な観察用サンプルを切り出し、任意の５０カ所についてその断面を光学顕微鏡で観察することで行った。その際、絶縁被膜の状態が変化しないよう前記サンプル断面が観察可能な方向で樹脂モールドに固め、前記樹脂モールドに固めたサンプル断面を研磨して５ｍｍ以上減厚し、切り出し面から離れた（切り出しの影響を受けていない）箇所を観察した。また、加工端部から板幅中央方向への距離は、加工端部からの水平方向（観察断面において板厚方向と直交する方向）の距離である。

表２に結果を示す。表２に示されるように、コイル２のレーザ加工材（Ｎｏ．４）では、クラック発生頻度割合［加工端部以外の領域のクラック発生頻度に対する加工端部領域のクラック発生頻度の割合（加工端部領域のクラック発生頻度／加工端部以外の領域のクラック発生頻度）］が、その他の加工材と比べて小さかった。クラックの発生は、スリット加工時に発生する応力が原因で、被膜が破壊されたことを意味しており、前記Ｎｏ．４以外では、この被膜破壊が被膜密着性を劣化させたと考えられる。それ以外にもコイル１とコイル２とでは、電磁鋼板の表面積に違いが確認された。電磁鋼板の表面積は、表面の粗さ係数というパラメータで評価した。電磁鋼板表面の粗さ係数は次に示す方法で評価した。電磁鋼板サンプルの比表面積をＫｒガスを用いたガス吸着法により測定し、その結果から表面の微小な凹凸を含めた真の表面積を算出し、表面が完全に平滑であるとした場合の見かけの表面積で割ることで導出した。電磁鋼板表面の粗さ係数は、コイル２の方がコイル１よりも値が大きかった。表２に、クラック発生頻度割合および電磁鋼板表面の粗さ係数を示す。なお、コイル１とコイル２は、表面に絶縁被膜を有するため、電磁鋼板表面の粗さ係数は、絶縁被膜表面の粗さ係数を意味する。

＜実験２＞
以上の結果から、被膜の曲げ密着性には、加工端部のクラック発生頻度が影響を及ぼしていると考え、上記のコイル１を用いて、クラック発生頻度と曲げ密着性の関係を調査した。ここでは、スリット加工をレーザのパルス幅をフェムト秒～連続波の範囲で変更したレーザを用いて施してレーザ加工材を得た。それ以外の条件は実験１と同じである。スリット加工に用いたレーザのパルス幅とクラック発生頻度割合（加工端部領域のクラック発生頻度／加工端部以外の領域のクラック発生頻度）との関係を図１に示す。スリット加工に用いるレーザのパルス幅を変更することでクラック発生頻度割合が変化することが確認できた。これはパルス幅が狭く（短く）なるにつれて熱影響範囲が広がる前に加工がおこなわれるため、クラックの発生原因である熱応力が鋼板に導入されにくいためと考えられる。パルス幅が狭くなることによって加工は衝撃波によって行われる。これは、パルス幅が狭くなってエネルギー密度が大きくなると、アブレーション時に衝撃波を誘起するのに十分なプラズマが発生するためと考えられる。図２に、クラック発生頻度割合と、被膜の曲げ密着性との関係を示す。クラック発生頻度割合を３．０以下、すなわち、加工端部領域において絶縁被膜を貫通するクラックの発生頻度（個／ｍｍ）が、加工端部以外の領域において絶縁被膜を貫通するクラックの発生頻度（個／ｍｍ）の３．０倍以下にすることで被膜の曲げ密着性が大きく改善した。そして、その方法としては、パルス幅をナノ（１×１０^－９）秒（図１では、1.E-09と表記）未満にしてレーザ照射（レーザ加工）すればよいことが明らかになった。なお、前記クラックの発生頻度割合は、好ましくは２．０倍以下である。また、前記クラック発生頻度割合の下限は特に限定されず、０倍であってもよい。

＜実験３＞
ただし、上記実験では、連続波レーザ（連続レーザ）を用いた場合でもクラック発生頻度割合が抑制される条件が存在していた。そこで、パルス幅がナノ秒以上のレーザを用いた場合でも衝撃波を発生させる手段がないかの検討を行った。ポイントとなるのは、衝撃波を誘起するのに十分なプラズマを発生させられるかということである。エネルギー密度の低いパルス幅がナノ秒以上のレーザではプラズマが膨張してしまい衝撃波が発生しない。プラズマ膨張の抑制方法としては水分の活用が知られているので、本発明者らはスリット加工においても水分を活用できないか検討した。連続波レーザを用いた場合でもクラック発生頻度割合が抑制されていたコイル２では電磁鋼板表面の粗さ係数が大きい。これは鋼板に形成された絶縁被膜表面が凹凸していることを意味しており、凹凸が大きいほど電磁鋼板表面に付着する水分量は増大すると考えられる。今回、この電磁鋼板表面に付着した水分量が、衝撃波の発生に寄与したのではないかと考え、電磁鋼板表面の粗さ係数と曲げ密着性の関係を調査した。

絶縁被膜表面の凹凸を変化させる手段として、焼付け前の絶縁被膜形成用コーティング液のｗｅｔ膜厚および焼付け温度を変更させた。前述した条件以外は実験１で作製した電磁鋼板コイルと同じ条件で電磁鋼板コイルを作製した。図３、図４に、本実験で作製した電磁鋼板コイル（電磁鋼板）表面の粗さ係数と、前記電磁鋼板コイルを作製したときの絶縁被膜形成用コーティング液のｗｅｔ膜厚、および、焼付け温度との関係をそれぞれ示す。図３、図４から、電磁鋼板コイルを作製する際の絶縁被膜形成用コーティング液をｗｅｔ膜厚３．０μｍ以上で塗布し、８５０℃以上で焼付けて絶縁被膜を形成することで、電磁鋼板表面の粗さ係数が大きくなることが分かる。さらに、このように作製した表面の粗さ係数が異なる電磁鋼板に、マイクロ秒レーザを用いてスリット加工を施し、加工端部を含む部分の被膜の曲げ密着性を評価した。結果を図５に示す。電磁鋼板表面の粗さ係数を２．０以上とすることで被膜の曲げ密着性が改善することが分かった。これは、電磁鋼板表面の凹凸が大きくなったことで、電磁鋼板表面に付着した水分がプラズマの膨張を抑制し、衝撃波が発生し、従来の熱影響による加工から加工原理が変化したためと考えている。

水分の活用が有効であることが確認されたので、表面の粗さ係数が異なる電磁鋼板に対して、マイクロ秒レーザによるスリット加工を、水中で実施（水中レーザ）、または、電磁鋼板表面に水膜を形成させた条件で実施（水膜形成）した結果を図６に示す。これらの場合、電磁鋼板表面の付着水分は重要でなくなるため、電磁鋼板表面の粗さ係数に関係なく良好な被膜の曲げ密着性を示した。

＜実験４＞
衝撃波を発生させるためには、大きなエネルギーが必要である。パルス幅がナノ秒以上のレーザ（連続レーザを含む）の場合、エネルギー密度が小さいために、レーザのビーム径も重要な制御因子ではないかと考え、ここではレーザビーム径を変化させた。なお、レーザビーム径は、被加工材である電磁鋼板表面でのレーザビーム径である。加工サンプルはコイル２を使用し、大気中でのレーザ加工（大気中）、コイル２（電磁鋼板）表面に水膜を形成した条件でのレーザ加工（水膜形成）、水中でのレーザ加工（水中レーザ）の３条件でスリット加工を行った。ここでは、レーザビーム径を５０～３００μｍの間で変化させ、それ以外は実験１のレーザ使用条件と同じ条件である。図７に、レーザビーム径と被膜の曲げ密着性の関係を示す。大気中では、ビーム径を２００μｍ以下にする必要があることが分かった。水膜形成および水中レーザでは、ビーム径に関係なく良好な曲げ密着性を示した。これは、プラズマ膨張を抑制する水分量が関係していると考えている。

次に、本発明に係る方向性電磁鋼板の製造条件に関して具体的に説明する。

ここで、本発明の方向性電磁鋼板の製造に供する鋼素材（鋼スラブ）における好適な基本成分および任意添加成分について具体的に述べる。

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、Ｃ含有量は０．０８質量％以下とすることが好ましい。なお、Ｃ含有量の下限は、Ｃを含まない鋼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が、熱延板組織の改善の観点からは、Ｃ含有量は０．０１質量％以上が好ましい。

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ないおそれがある。一方、Ｓｉ含有量が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。そのため、Ｓｉ含有量は２．０～８．０質量％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、Ｓｉ含有量は２．５質量％以上である。また、より好ましくは、Ｓｉ含有量は４．０質量％以下である。

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い。一方、Ｍｎ含有量が１．０質量％を超えると製品板の磁束密度が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は０．００５～１．０質量％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、Ｍｎ含有量は０．０１質量％以上である。また、より好ましくは、Ｍｎ含有量は０．１質量％以下である。

上記の基本成分以外に、磁気特性改善成分として、次に述べる元素のうちから選んだ１種以上を、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％

Ｎｉ：０．０３～１．５０質量％
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１．５０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おそれがある。そのため、Ｎｉ含有量は０．０３～１．５０質量％の範囲とすることが好ましい。

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い。一方、上記した各成分の上限を超えると、二次再結晶粒の発達が阻害される。そのため、それぞれ上記含有量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。

次いで、上記した成分組成を有する鋼素材（方向性電磁鋼板用スラブ）は、常法に従い加熱して熱間圧延に供するが、例えばスラブに鋳造後に、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。

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おそれがある。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おそれがある。

熱延板焼鈍を施した後、または熱延板焼鈍を施さずに、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後、脱炭焼鈍を行う。ついで鋼板表面にＭｇＯを含む焼鈍分離剤を塗布し、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仕上げ焼鈍（最終仕上げ焼鈍）を施す。ついで鋼板表面に絶縁被膜を形成して、素材となる方向性電磁鋼板（方向性電磁鋼板コイル）を製造する。その後、前記素材となる方向性電磁鋼板にスリット加工を施して、スリット加工が施された方向性電磁鋼板を製造する。前記仕上げ焼鈍後には、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、鋼板表面に絶縁被膜を形成してもよいし、絶縁被膜を形成する際の焼付け処理が平坦化焼鈍を兼ねてもよい。ここに、この絶縁被膜は、本発明では、鉄損低減のために、鋼板に張力を付与できる絶縁被膜を意味する。なお、絶縁被膜としては、シリカを含有し、リン酸マグネシウムあるいはリン酸アルミニウムを主成分とする張力被膜が挙げられる。上記スリット加工を、ナノ秒以上のパルス幅のパルスレーザまたは連続レーザで行う場合、電磁鋼板表面にミクロな凹凸を付与し、電磁鋼板表面の粗さ係数を２．０以上にすることが必要である。この電磁鋼板表面粗さ係数の制御には、絶縁被膜形成用コーティング液を塗布する際のｗｅｔ膜厚および焼付け温度が重要である。なぜなら、これらの因子が、絶縁被膜の表面性状を決定づけるためである。電磁鋼板表面の粗さ係数２．０以上を満足するためには、絶縁被膜形成用コーティング液をｗｅｔ膜厚３．０μｍ以上で塗布し、焼付け温度８５０℃以上として絶縁被膜を形成することが有効である。なお、この場合、前記絶縁被膜形成用コーティング液のｗｅｔ膜厚の上限は特に限定されない。一例として、前記絶縁被膜形成用コーティング液のｗｅｔ膜厚は１２μｍ以下である。また、この場合、前記焼付け温度の上限は特に限定されない。一例として、前記焼付け温度は９５０℃以下である。

上記の製法で作製された素材となる方向性電磁鋼板（方向性電磁鋼板コイル）は、客先の要望に応じて任意の幅にスリット加工され、スリット加工が施された方向性電磁鋼板（前記素材となる方向性電磁鋼板よりも板幅の小さい方向性電磁鋼板）とされる。本発明では、この際のスリット加工方法をレーザ加工に限定する。一般的な刃を用いたスリット加工では、加工時に鋼板に導入される応力が大きく、スリット加工部周辺のクラック発生頻度を本発明の範囲内に抑えることが困難なためである。スリット加工時の鋼板への応力導入を抑制するためには、加工メカニズムとして熱ではなく衝撃波を利用することが重要である。レーザ加工で衝撃波を発生させるために、ピコ秒パルスレーザまたはフェムト秒パルスレーザを用いることが好適である。ピコ秒パルスレーザまたはフェムト秒パルスレーザを用いる場合の加工雰囲気は、特に限定されない。ピコ秒パルスレーザまたはフェムト秒パルスレーザを用いる場合は大気中で加工することが好ましいが、これに限定されず、窒素ガス中や不活性ガス中など、その他の雰囲気中で加工してもよい。また、水中や鋼板表面に水膜がある状態で加工してもよい。パルス幅がナノ秒以上のパルスレーザまたは連続レーザを用いてスリット加工する場合は、水中または電磁鋼板表面に水膜がある状態とする、あるいは、大気中であれば電磁鋼板表面の粗さ係数が２．０以上の電磁鋼板を使用した上で、レーザビーム径を２００μｍ以下にする。これにより、パルス幅がナノ秒以上のパルスレーザまたは連続レーザを用いてスリット加工する場合でも、衝撃波を発生させることが可能になる。なお、この場合、電磁鋼板表面の粗さ係数の上限は特に限定されない。一例として、電磁鋼板表面の粗さ係数は１２．０以下である。また、この場合、レーザビーム径の下限は特に限定されない。一例として、前記レーザビーム径は１０μｍ以上である。なお、ナノ秒パルスレーザとは、パルス幅が１ナノ秒以上１０００ナノ秒未満のレーザ、ピコ秒パルスレーザとは、パルス幅が１ピコ秒以上１０００ピコ秒未満のレーザ、フェムト秒パルスレーザとは、パルス幅が１フェムト秒以上１０００フェムト秒未満のレーザを意味する。また、スリット加工が施される電磁鋼板表面に水膜がある状態は、レーザ加工の際にレーザが照射される電磁鋼板表面のレーザ照射面（レーザ加工が施される領域）が水膜で覆われた状態を意味する。前記電磁鋼板表面に水膜がある状態は、前記電磁鋼板表面の全面が水膜で覆われるようにしてもよいし、前記電磁鋼板表面の一部、すなわち、前記電磁鋼板表面のレーザ照射面を含む前記電磁鋼板表面の一部の領域が水膜で覆われるようにしてもよい。また、水膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、スプレーノズル等を用いて水を前記電磁鋼板表面に供給する方法等が挙げられる。

以上の方法で製造したスリット加工が施された方向性電磁鋼板は、スリット加工された電磁鋼板端部の被膜密着性が良好で（スリット加工時の被膜密着性の低下が抑制され）、被膜の剥離が原因で発生するトラブルを大幅に低減することが可能になる。

（実施例１）
Ｃ：０．０４質量％、Ｓｉ：２．９質量％、Ｍｎ：０．０５質量％、Ｎｉ：０．０１質量％、Ａｌ：５０質量ｐｐｍ、Ｎ：３０質量ｐｐｍ、Ｓｅ：５質量ｐｐｍおよびＳ：５質量ｐｐｍを含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の成分組成からなる方向性電磁鋼板用スラブを連続鋳造にて製造した。前記方向性電磁鋼板用スラブを、１３００℃に加熱後、熱間圧延により板厚：２．０ｍｍの熱延板としたのち、１０７０℃で３０秒の熱延板焼鈍を施した。ついで、塩酸酸洗により表面のサブスケールを除去したのち、冷間圧延を実施して、板厚：０．３５ｍｍの冷延板とした。

ついで、酸化度ＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２＝０．４２、均熱温度：８１０℃で１００秒保持する脱炭焼鈍を施した。その後、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１１００℃、５０Ｈｒの条件で実施した。そして、コロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなる濃度５０質量％の絶縁被膜形成用コーティング液をｗｅｔ膜厚０．５～５μｍで塗布し、９００℃で焼付けて絶縁被膜を形成した。この焼付け処理は、平坦化焼鈍も兼ねている。以上のように、素材となる方向性電磁鋼板（コイル）を作製した。

その後、作製されたコイルに対し、３０ｍｍ幅にスリット加工を施し、スリット加工が施された板幅３０ｍｍの方向性電磁鋼板を製造した。そして、前記方向性電磁鋼板からスリット加工端部を含む鉄損特性評価用および曲げ密着性評価用のサンプルを採取した。鉄損特性は、８００℃で３時間の歪取り焼鈍を行った場合と行わなかった場合の両条件について、ＪＩＳ Ｃ ２５５０に従って評価した。スリット加工は、レーザ出力３．０ｋＷ、ライン速度１００ｍｐｍで行った。その他の加工条件については表３に示す。比較としてトリム刃を用いたスリット加工も実施した。この際、クリアランスは一般的な条件である板厚の１０％とした。

Ｎｏ.１は、一般的なトリム刃を用いたスリット加工であるが、歪取り焼鈍前後の鉄損差が大きく、スリット加工により大きな歪が導入され鉄損が劣化したと考えられる。そして大きな応力が付与された結果、クラック発生頻度割合が本発明の範囲を外れ、被膜の曲げ密着性が劣化したと考えられる。Ｎｏ.２、３、４は、スリット加工を、通常のレーザ加工方法の条件に倣って実施した例である。Ｎｏ.２、３、４は、電磁鋼板表面の粗さ係数が、本発明のパルス幅がナノ秒以上のレーザ（連続レーザを含む）を用いる場合の条件の範囲外であるため、通常の熱エネルギーによる加工となり、導入応力によりクラック発生頻度割合が本発明の範囲を外れた。Ｎｏ.８、１０は、電磁鋼板表面の粗さ係数は、前記条件の範囲内であるが、レーザのビーム径が前記条件の範囲よりも大きく、エネルギー集中が不足した。その結果、衝撃波が発生せず、通常の熱エネルギーによる加工となったために、導入応力によりクラック発生頻度割合が本発明の範囲を外れた。それ以外の本発明の範囲内でスリット加工したものは、歪取り焼鈍前後の鉄損に差がなく、スリット加工により導入された歪量が少なかったと考えられる。その結果、クラック発生頻度割合が本発明の範囲内に入り、被膜の曲げ密着性が良好であった。

Claims (4)

1. 鋼板の表面側から順にフォルステライト被膜と絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板であって、
   前記方向性電磁鋼板の板幅方向の端部から板幅中央方向に１００μｍ以内の領域において前記絶縁被膜を貫通するクラックの発生頻度（個／ｍｍ）が、前記端部から板幅中央方向に１００μｍ超５００μｍ以内の領域において前記絶縁被膜を貫通するクラックの発生頻度（個／ｍｍ）の３．０倍以下であり、
   前記端部にスリット加工部を有する、方向性電磁鋼板。
2. 表面の粗さ係数が２．０以上である、請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
3. 方向性電磁鋼板用スラブに、熱間圧延を施すかまたは施さずに、ついで、熱延板焼鈍を施すかまたは施さずに、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を含む焼鈍分離剤を塗布してから、仕上げ焼鈍を行った後、鋼板表面に絶縁被膜を形成して、素材となる方向性電磁鋼板を製造した後、前記素材となる方向性電磁鋼板にスリット加工を施して、スリット加工が施された方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法において、
   前記スリット加工を、
   前記素材となる方向性電磁鋼板に、ピコ秒パルスレーザ、または、フェムト秒パルスレーザを用いて施すか、もしくは、
   水中で、または、当該方向性電磁鋼板の表面に水膜がある状態で、パルス幅がナノ秒以上のパルスレーザ、または、連続レーザを用いて施す、
   鋼板の表面側から順にフォルステライト被膜と絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板であって、前記方向性電磁鋼板の板幅方向の端部から板幅中央方向に１００μｍ以内の領域において前記絶縁被膜を貫通するクラックの発生頻度（個／ｍｍ）が、前記端部から板幅中央方向に１００μｍ超５００μｍ以内の領域において前記絶縁被膜を貫通するクラックの発生頻度（個／ｍｍ）の３．０倍以下であり、前記端部にスリット加工部を有する方向性電磁鋼板の製造方法。
4. 方向性電磁鋼板用スラブに、熱間圧延を施すかまたは施さずに、ついで、熱延板焼鈍を施すかまたは施さずに、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を含む焼鈍分離剤を塗布してから、仕上げ焼鈍を行った後、鋼板表面に絶縁被膜を形成して、素材となる方向性電磁鋼板を製造した後、前記素材となる方向性電磁鋼板にスリット加工を施して、スリット加工が施された方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法において、
   前記絶縁被膜を形成する際に、絶縁被膜形成用コーティング液をｗｅｔ膜厚が３．０μｍ以上となるように塗布し、焼付け温度を８５０℃以上として絶縁被膜を形成し、
   前記スリット加工を、
   前記素材となる方向性電磁鋼板に、ビーム径が２００μｍ以下、かつ、パルス幅がナノ秒以上のパルスレーザ、または、ビーム径が２００μｍ以下の連続レーザを用いて施す、
   鋼板の表面側から順にフォルステライト被膜と絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板であって、前記方向性電磁鋼板の板幅方向の端部から板幅中央方向に１００μｍ以内の領域において前記絶縁被膜を貫通するクラックの発生頻度（個／ｍｍ）が、前記端部から板幅中央方向に１００μｍ超５００μｍ以内の領域において前記絶縁被膜を貫通するクラックの発生頻度（個／ｍｍ）の３．０倍以下であり、前記端部にスリット加工部を有し、表面の粗さ係数が２．０以上である方向性電磁鋼板の製造方法。

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