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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-11
(45)【発行日】2023-04-19
(54)【発明の名称】方向性電磁鋼板の製造方法
(51)【国際特許分類】
C21D 9/46 20060101AFI20230412BHJP
C21D 8/12 20060101ALI20230412BHJP
H01F 1/147 20060101ALI20230412BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20230412BHJP
C22C 38/60 20060101ALN20230412BHJP
【ＦＩ】
C21D9/46 501B
C21D8/12 B
H01F1/147 183
C22C38/00 303U
C22C38/60
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020566452
(86)(22)【出願日】2020-01-16
(86)【国際出願番号】 JP2020001166
(87)【国際公開番号】W WO2020149332
(87)【国際公開日】2020-07-23
【審査請求日】2021-07-09
(31)【優先権主張番号】P 2019005399
(32)【優先日】2019-01-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】今井 武
(72)【発明者】
【氏名】奥村 俊介
【審査官】鈴木 葉子
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６０－１３１９７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－１８５７２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－０３３１４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－２５０４１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０９０８５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－３３７０３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０２０２１２８２（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２１Ｄ ８／１２， ９／４６
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
フォルステライト被膜が存在しない母鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層を有し、前記中間層の表面に絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板を製造する方法であって、Ｓｉを含む冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を施して、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下である脱炭焼鈍鋼板を得る脱炭焼鈍工程と、
前記脱炭焼鈍鋼板の表面に焼鈍分離材を塗布した状態で前記脱炭焼鈍鋼板を加熱して鋼板を二次再結晶させる仕上げ焼鈍工程と、
前記仕上げ焼鈍工程後の前記鋼板上の焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得る除去工程と、
前記仕上げ焼鈍鋼板に熱酸化焼鈍を施して前記中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層を形成した仕上げ焼鈍鋼板に前記絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、
を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項2】
フォルステライト被膜が存在しない母鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層を有し、前記中間層の表面に絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板を製造する方法であって、Ｓｉを含む冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を施して、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下である脱炭焼鈍鋼板を得る脱炭焼鈍工程と、
前記脱炭焼鈍鋼板の表面に焼鈍分離材を塗布した状態で前記脱炭焼鈍鋼板を加熱して鋼板を二次再結晶させる仕上げ焼鈍工程と、
前記仕上げ焼鈍工程後の前記鋼板上の焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得る除去工程と、
前記仕上げ焼鈍鋼板に前記中間層と前記絶縁被膜とを一工程で形成する中間層－絶縁被膜形成工程と、
を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項3】
前記脱炭焼鈍工程において、前記冷間圧延鋼板を脱炭焼鈍するための均熱帯に対し、雰囲気ガスを前記均熱帯の入り口付近および後段の２箇所から導入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項4】
前記脱炭焼鈍工程において前記均熱帯の前記入り口付近から導入する前記雰囲気ガスの露点ＤＰ１を４０～７０℃とし、前記均熱帯の後段から導入する前記雰囲気ガスの露点ＤＰ２をＤＰ２≦ＤＰ１かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１とすることを特徴とする請求項３に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項5】
前記冷間圧延鋼板は、化学成分として、質量％で、Ｓｉ：０．８０～７．００％、
Ｃ：０．０８５％以下、
酸可溶性Ａｌ：０．０１０～０．０６５％、
Ｎ：０．０１２％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
ＳおよびＳｅの合計：０．００３～０．０１５％、
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる
ことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フォルステライト被膜を実質的に有しない方向性電磁鋼板の製造方法に関する。
本願は、２０１９年０１月１６日に、日本に出願された特願２０１９－００５３９９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１９年０１月１６日に、日本に出願された特願２０１９－００５３９９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
方向性電磁鋼板は磁気鉄芯材料として多用されており、特にエネルギーロスを少なくするために鉄損が低い材料が求められている。鉄損の低減手段として、鋼板表面に張力を付与することが有効であることが知られている。
鋼板に張力を付与するためには、鋼板より熱膨張係数の小さい材質からなる被膜を高温で形成することが有効である。仕上げ焼鈍工程で鋼板表面の酸化物と焼鈍分離材とが反応して生成する仕上げ焼鈍被膜（フォルステライト被膜）は鋼板に張力を与えることができ、被膜密着性も優れている。
鋼板に張力を付与するためには、鋼板より熱膨張係数の小さい材質からなる被膜を高温で形成することが有効である。仕上げ焼鈍工程で鋼板表面の酸化物と焼鈍分離材とが反応して生成する仕上げ焼鈍被膜（フォルステライト被膜）は鋼板に張力を与えることができ、被膜密着性も優れている。
【0003】
一方、最近、仕上げ焼鈍被膜と地鉄との乱れた界面構造が鉄損に対する被膜張力効果を相殺することが明らかになっている。そのため、特許文献１や特許文献２に開示されているような方法により、仕上げ焼鈍中に鏡面化した方向性電磁鋼板を得た後、張力被膜を改めて施すことにより、更なる鉄損低減を試みる技術が提案されている。
【0004】
特許文献１では、鉄系酸化物の生成を抑制するために、加熱時の雰囲気酸化度ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２を０．０１～０．１５とすることが開示されている。また特許文献２では７７０～８６０℃までの加熱速度を９℃／ｓ以上とすることで、脱炭を効率的に行うことが可能になると述べられている。
しかしながら、これらの特許文献では脱炭焼鈍時の板厚が０．１４ｍｍ、０．２３ｍｍにて実施されており、厚手材（０．２３ｍｍ以上）への適用技術については述べられていない。
しかしながら、これらの特許文献では脱炭焼鈍時の板厚が０．１４ｍｍ、０．２３ｍｍにて実施されており、厚手材（０．２３ｍｍ以上）への適用技術については述べられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】日本国特開平０７－１１８７５０号公報
【文献】日本国特開平０７－２７８６６８号公報
【非特許文献】
【0006】
【文献】N.Morito et al:Scripta METALLURGICA,10(1976),619-622
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、フォルステライト被膜が実質的に無い方向性電磁鋼板を製造する方法であって、広い板厚範囲において、鋼板の脱炭促進と酸化抑制とを両立することで、磁気特性に優れた方向性電磁鋼板を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
「１」本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、フォルステライト被膜が存在しない母鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層を有し、前記中間層の表面に絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板を製造する方法であって、Ｓｉを含む冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を施して、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下である脱炭焼鈍鋼板を得る脱炭焼鈍工程と、前記脱炭焼鈍鋼板の表面に焼鈍分離材を塗布した状態で前記脱炭焼鈍鋼板を加熱して鋼板を二次再結晶させる仕上げ焼鈍工程と、前記仕上げ焼鈍工程後の前記鋼板上の焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得る除去工程と、前記仕上げ焼鈍鋼板に熱酸化焼鈍を施して前記中間層を形成する中間層形成工程と、前記中間層を形成した仕上げ焼鈍鋼板に前記絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、を有することを特徴とする。
【0009】
「２」本発明の別の態様に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、フォルステライト被膜が存在しない母鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層を有し、前記中間層の表面に絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板を製造する方法であって、Ｓｉを含む冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を施して、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下である脱炭焼鈍鋼板を得る脱炭焼鈍工程と、前記脱炭焼鈍鋼板の表面に焼鈍分離材を塗布した状態で前記脱炭焼鈍鋼板を加熱して鋼板を二次再結晶させる仕上げ焼鈍工程と、前記仕上げ焼鈍工程後の前記鋼板上の焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得る除去工程と、前記仕上げ焼鈍鋼板に前記中間層と前記絶縁被膜とを一工程で形成する中間層－絶縁被膜形成工程と、を有する。
【0010】
「３」上記「１」または「２」に記載の方向性電磁鋼板の製造方法は、前記脱炭焼鈍工程において、前記冷間圧延鋼板を脱炭焼鈍するための均熱帯に対し、雰囲気ガスを前記均熱帯の入り口付近および後段の２箇所から導入してもよい。
【0011】
「４」上記「３」に記載の方向性電磁鋼板の製造方法は、前記脱炭焼鈍工程において前記均熱帯の前記入り口付近から導入する前記雰囲気ガスの露点ＤＰ１を４０～７０℃とし、前記均熱帯の後段から導入する前記雰囲気ガスの露点ＤＰ２をＤＰ２≦ＤＰ１かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１としてもよい。
【0012】
「５」上記「１」～「４」のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法では、前記冷間圧延鋼板は、化学成分として、質量％で、Ｓｉ：０．８０～７．００％、Ｃ：０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０１０～０．０６５％、Ｎ：０．０１２％以下、Ｍｎ：１．００％以下、ＳおよびＳｅの合計：０．００３～０．０１５％、を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなってもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の上記態様によれば、フォルステライト被膜を実質的に有しない方向性電磁鋼板の製造方法を提供することができる。上記態様に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、広い板厚範囲において脱炭と鋼板酸化抑制とを両立することで、鉄損が低く、磁気時効後の磁束密度が高い方向性電磁鋼板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】脱炭焼鈍後の鋼板の酸素量[Ｏ]と最終製品の鉄損との関係を示す図である。
【図2】脱炭焼鈍後の鋼板の炭素量[Ｃ]と最終製品の時効時間と磁束密度（Ｂ８）との関係を示す図である。
【図3】ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が脱炭焼鈍後の鋼板の酸化層に与える影響を示す図である。
【図4A】脱炭焼鈍炉において、均熱帯の後段のみから雰囲気ガスを導入する場合の構成図である
【図4B】脱炭焼鈍炉において、均熱帯の前段および後段の２箇所から雰囲気ガスを導入する場合の構成図である。
【図5】磁気特性と露点（前段露点ＤＰ１，後段露点ＤＰ２）との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
上述の通り、フォルステライト被膜と地鉄との乱れた界面構造が、鉄損に対する被膜張力効果を相殺する。そのため、本発明者らは、フォルステライト被膜を実質的に有しない方向性電磁鋼板の製造方法について検討を進めた。また、フォルステライト被膜を実質的に有しない方向性電磁鋼板において、絶縁被膜の密着性を確保するため、母鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層を形成し、中間層の表面に絶縁被膜を形成する製造方法を前提とした。
本発明者らの検討の結果、フォルステライト被膜が実質的に存在しない母鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層を有し、前記中間層の表面に絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板を製造する方法において、脱炭焼鈍工程で、特定の条件で処理し、脱炭後の鋼板の酸素量及び炭素量を特定の範囲に調整することで、広い板厚範囲において脱炭と鋼板酸化とを両立でき、優れた磁気特性を有する方向性電磁鋼板を提供できることを知見した。
本発明者らの検討の結果、フォルステライト被膜が実質的に存在しない母鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層を有し、前記中間層の表面に絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板を製造する方法において、脱炭焼鈍工程で、特定の条件で処理し、脱炭後の鋼板の酸素量及び炭素量を特定の範囲に調整することで、広い板厚範囲において脱炭と鋼板酸化とを両立でき、優れた磁気特性を有する方向性電磁鋼板を提供できることを知見した。
【0016】
以下、本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法（本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法）と本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法によって製造される方向性電磁鋼板とについて詳細に説明する。
下記説明において数値範囲を「下限値～上限値」で示す場合には、特に断らない限り「下限値以上、上限値以下」であることを意味する。
下記説明において数値範囲を「下限値～上限値」で示す場合には、特に断らない限り「下限値以上、上限値以下」であることを意味する。
【0017】
Ａ．方向性電磁鋼板
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法によって製造される方向性電磁鋼板（以下、本実施形態の方向性電磁鋼板と言う場合がある）は、母鋼板と、酸化珪素を主成分とする中間層、及び、絶縁被膜を、この順に有する三層構造の方向性電磁鋼板である。
以下、本実施形態の方向性電磁鋼板の三層の基本構造について説明する。
１－１．母鋼板
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法によって製造される電磁鋼板（本実施形態の方向性電磁鋼板）は、酸化珪素を主体とする中間層に接する絶縁被膜を有するが、本実施形態の方向性電磁鋼板における母鋼板の化学組成や組織等の構成は、Ｓｉを必須成分として含有することを除いてこのような絶縁被膜の層構成とは直接関連しない。このため、本実施形態の方向性電磁鋼板における母鋼板は、本実施形態で求める作用効果が得られるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板を用いることができる。以下、本実施形態の方向性電磁鋼板における母鋼板について説明する。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法によって製造される方向性電磁鋼板（以下、本実施形態の方向性電磁鋼板と言う場合がある）は、母鋼板と、酸化珪素を主成分とする中間層、及び、絶縁被膜を、この順に有する三層構造の方向性電磁鋼板である。
以下、本実施形態の方向性電磁鋼板の三層の基本構造について説明する。
１－１．母鋼板
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法によって製造される電磁鋼板（本実施形態の方向性電磁鋼板）は、酸化珪素を主体とする中間層に接する絶縁被膜を有するが、本実施形態の方向性電磁鋼板における母鋼板の化学組成や組織等の構成は、Ｓｉを必須成分として含有することを除いてこのような絶縁被膜の層構成とは直接関連しない。このため、本実施形態の方向性電磁鋼板における母鋼板は、本実施形態で求める作用効果が得られるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板を用いることができる。以下、本実施形態の方向性電磁鋼板における母鋼板について説明する。
【0018】
（１）化学組成
母鋼板の化学組成は、例えばＳｉを必須成分として含有することを除いて一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板の化学組成を用いることができる。Ｓｉの機能は、一般的な方向性電磁鋼板における機能と同様であるため、含有量は目的とする方向性電磁鋼板に求められる特性から、一般的な範囲で定めればよい。
以下において、母鋼板の化学組成における各成分の含有量は質量％での値である。また、本実施形態の方向性電磁鋼板の化学組成が安定している深さ５０～６０μｍにおける化学組成である。
母鋼板の化学組成は、例えばＳｉを必須成分として含有することを除いて一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板の化学組成を用いることができる。Ｓｉの機能は、一般的な方向性電磁鋼板における機能と同様であるため、含有量は目的とする方向性電磁鋼板に求められる特性から、一般的な範囲で定めればよい。
以下において、母鋼板の化学組成における各成分の含有量は質量％での値である。また、本実施形態の方向性電磁鋼板の化学組成が安定している深さ５０～６０μｍにおける化学組成である。
【0019】
母鋼板の化学組成の代表的な一例は、質量％で、Ｓｉ：０．８０％～７．００％、およびＭｎ：０．０５％～１．００％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるものである。また、前記化学組成に加え、ＳおよびＳｅを合計で０．００３％以上０．０１５％以下含んでいても良い。以下、化学組成の代表的な一例の限定理由について説明する。
【0020】
「Ｓｉ」：０．８０％以上７．００％以下
Ｓｉは必須成分であり、電気抵抗を高めて鉄損を低下させる。また、Ｓｉを高濃度で含有することで、酸化珪素を主体とする中間層との間に強い化学親和力が発現し、中間層と母鋼板とがより強固に密着する。しかしながら、Ｓｉの含有量が７．００％を超えると、冷間圧延が極めて困難となり、冷間圧延時に割れが生じやすくなる。このため、Ｓｉの含有量は７．００％以下とすることが好ましい。より好ましくは４．５０％以下であり、さらに好ましくは４．００％以下である。
一方、Ｓｉの含有量が０．８０％未満であると、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じ、方向性電磁鋼板の好ましい結晶方位が損なわれてしまう。このため、Ｓｉの含有量は０．８０％以上とすることが好ましい。より好ましくは２．００％以上であり、さらに好ましくは２．５０％以上である。
Ｓｉは必須成分であり、電気抵抗を高めて鉄損を低下させる。また、Ｓｉを高濃度で含有することで、酸化珪素を主体とする中間層との間に強い化学親和力が発現し、中間層と母鋼板とがより強固に密着する。しかしながら、Ｓｉの含有量が７．００％を超えると、冷間圧延が極めて困難となり、冷間圧延時に割れが生じやすくなる。このため、Ｓｉの含有量は７．００％以下とすることが好ましい。より好ましくは４．５０％以下であり、さらに好ましくは４．００％以下である。
一方、Ｓｉの含有量が０．８０％未満であると、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じ、方向性電磁鋼板の好ましい結晶方位が損なわれてしまう。このため、Ｓｉの含有量は０．８０％以上とすることが好ましい。より好ましくは２．００％以上であり、さらに好ましくは２．５０％以上である。
【0021】
「Ｍｎ」：０．０５％以上１．００％以下
「ＳおよびＳｅ」：合計で０．００３％以上０．０１５％以下
Ｍｎは、ＳおよびＳｅと共に、ＭｎＳおよびＭｎＳｅを生成し、複合化合物がインヒビターとして機能する。Ｍｎ含有量が０．０５％～１．００％の範囲内にある場合に、二次再結晶が安定する。このため、Ｍｎの含有量は、０．０５％～１．００％とすることが好ましい。Ｍｎの含有量は、０．０８％以上であることがより好ましく、０．０９％以上であることがさらに好ましい。また、Ｍｎの含有量は、０．５０％以下であることがより好ましく、０．２０％以下であることがさらに好ましい。
「ＳおよびＳｅ」：合計で０．００３％以上０．０１５％以下
Ｍｎは、ＳおよびＳｅと共に、ＭｎＳおよびＭｎＳｅを生成し、複合化合物がインヒビターとして機能する。Ｍｎ含有量が０．０５％～１．００％の範囲内にある場合に、二次再結晶が安定する。このため、Ｍｎの含有量は、０．０５％～１．００％とすることが好ましい。Ｍｎの含有量は、０．０８％以上であることがより好ましく、０．０９％以上であることがさらに好ましい。また、Ｍｎの含有量は、０．５０％以下であることがより好ましく、０．２０％以下であることがさらに好ましい。
【0022】
「残部」
残部はＦｅおよび不純物からなる。「不純物」とは、母鋼板を工業的に製造する際に、原材料に含まれる成分、または製造の過程で混入する成分から不可避的に混入する元素を意味する。
残部はＦｅおよび不純物からなる。「不純物」とは、母鋼板を工業的に製造する際に、原材料に含まれる成分、または製造の過程で混入する成分から不可避的に混入する元素を意味する。
【0023】
１－２．中間層
中間層は、母鋼板表面に形成され、酸化珪素を主成分とする。本実施形態の方向性電磁鋼板では、フォルステライト被膜を実質的に有しないので、中間層は母鋼板表面に直接接して形成される。中間層は、本実施形態の三層構造において母鋼板と絶縁被膜とを密着させる機能を有する。
中間層は、母鋼板表面に形成され、酸化珪素を主成分とする。本実施形態の方向性電磁鋼板では、フォルステライト被膜を実質的に有しないので、中間層は母鋼板表面に直接接して形成される。中間層は、本実施形態の三層構造において母鋼板と絶縁被膜とを密着させる機能を有する。
【0024】
本実施形態の方向性電磁鋼板において、中間層は、後述する母鋼板および後述する絶縁被膜（後述する化合物層）の間に存在する層を意味する。
中間層の主成分である酸化珪素は、ＳｉＯｘ（ｘ＝１．０～２．０）が好ましく、ＳｉＯｘ（ｘ＝１．５～２．０）がより好ましい。酸化珪素がより安定するからである。鋼板表面に酸化珪素を形成する熱処理を十分に施せば、シリカ（ＳｉＯ２）を形成することができる。
酸化珪素を主体とするとは、後述するように中間層の組成としてＦｅ含有量が３０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％未満、Ｓｉ含有量が２０原子％以上、Ｏ含有量が５０原子％以上、Ｍｇ含有量が１０原子％以下を満足することである。
中間層の主成分である酸化珪素は、ＳｉＯｘ（ｘ＝１．０～２．０）が好ましく、ＳｉＯｘ（ｘ＝１．５～２．０）がより好ましい。酸化珪素がより安定するからである。鋼板表面に酸化珪素を形成する熱処理を十分に施せば、シリカ（ＳｉＯ２）を形成することができる。
酸化珪素を主体とするとは、後述するように中間層の組成としてＦｅ含有量が３０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％未満、Ｓｉ含有量が２０原子％以上、Ｏ含有量が５０原子％以上、Ｍｇ含有量が１０原子％以下を満足することである。
【0025】
中間層が薄いと、熱応力緩和効果が十分に発現しないので被膜密着性を確保できない。そのため、中間層の厚さは２ｎｍ以上が好ましく、５ｎｍ以上がより好ましい。一方、中間層が厚いと、厚さが不均一になるとともに層内にボイドやクラック等の欠陥が生じることが懸念される。そのため、中間層の厚さは４００ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好ましい。また、中間層は被膜密着性を確保できる範囲内で薄くした方が、形成時間を短くして高生産性にも貢献できるとともに鉄心として利用する際の占積率の低下を抑制できるので、さらに１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましい。
【0026】
中間層の厚さや位置の測定方法は、特に限定されないが、例えば、電子線の径を１０ｎｍとしたＳＥＭ（走査電子顕微鏡）やＴＥＭ（透過電子顕微鏡）などを用いて中間層の断面を以下のように観察して測定することで求めることができる。
具体的には、切断面が板厚方向と平行かつ圧延方向と垂直となるようにＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）加工にて試験片を切り出し、この切断面の断面構造を、観察視野中に各層が入る倍率にてＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ－ＴＥＭ）で観察（明視野像）する。観察視野中に各層が入らない場合には、連続した複数視野にて断面構造を観察する。
具体的には、切断面が板厚方向と平行かつ圧延方向と垂直となるようにＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）加工にて試験片を切り出し、この切断面の断面構造を、観察視野中に各層が入る倍率にてＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ－ＴＥＭ）で観察（明視野像）する。観察視野中に各層が入らない場合には、連続した複数視野にて断面構造を観察する。
【0027】
断面構造中の各層を特定するために、ＴＥＭ－ＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、板厚方向に沿って線分析を行い、各層の化学成分の定量分析を行う。試料の観察断面において、母鋼板表面に平行な方向に０．１μｍの間隔で１００箇所測定する。この際、電子線の径を１０ｎｍとしたエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）により、板厚方向に１ｎｍ間隔で定量分析を行う。
定量分析する元素は、Ｆｅ、Ｐ、Ｓｉ、Ｏ、Ｍｇの５元素とする。また、化合物層の特定には、ＥＤＳと合わせて、電子線回折による結晶相の同定を行う。
定量分析する元素は、Ｆｅ、Ｐ、Ｓｉ、Ｏ、Ｍｇの５元素とする。また、化合物層の特定には、ＥＤＳと合わせて、電子線回折による結晶相の同定を行う。
【0028】
上記したＴＥＭでの明視野像観察、ＴＥＭ－ＥＤＳの定量分析、電子線回折結果から、各層を特定して、各層の厚さの測定を行う。以降の各層の特定、厚さの測定はすべて同一試料の同一走査線上で行う。
【0029】
Ｆｅ含有量が８０原子％以上となる領域を母鋼板であると判断する。Ｆｅ含有量が８０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％以上、Ｓｉ含有量が２０原子％未満、Ｏ含有量が５０原子％以上、Ｍｇ含有量が１０原子％以下となる領域を絶縁被膜であると判断する。また、Ｆｅ含有量が３０原子％未満、Ｐ含有量が５原子％未満、Ｓｉ含有量が２０原子％以上、Ｏ含有量が５０原子％以上、Ｍｇ含有量が１０原子％以下を満足する領域を中間層であると判断する。
【0030】
上記のように各層を成分で判断すると、分析上いずれの組成にも該当しない領域（ブランク領域）が発生する場合がある。しかしながら、本実施形態の方向性電磁鋼板では、母鋼板、中間層、および絶縁被膜（組成変動層を含む）の三層構造となるように各層を特定する。その判断基準は以下のとおりである。
まず母鋼板と中間層との間のブランク領域は、ブランク領域の厚さ方向の中心を境界として、母鋼板側は母鋼板、中間層側は中間層とみなす。次に絶縁被膜と中間層との間のブランク領域は、ブランク領域の厚さ方向の中心を境界として、絶縁被膜側は絶縁被膜、中間層側は中間層とみなす。この手順により、母鋼板、絶縁被膜および中間層を分離できる。
まず母鋼板と中間層との間のブランク領域は、ブランク領域の厚さ方向の中心を境界として、母鋼板側は母鋼板、中間層側は中間層とみなす。次に絶縁被膜と中間層との間のブランク領域は、ブランク領域の厚さ方向の中心を境界として、絶縁被膜側は絶縁被膜、中間層側は中間層とみなす。この手順により、母鋼板、絶縁被膜および中間層を分離できる。
【0031】
１－３．絶縁被膜
絶縁被膜は、中間層表面に形成され、鋼板に張力を付与して鋼板単板としての鉄損を低下させる他、方向性電磁鋼板を積層して使用する際に方向性電磁鋼板間の電気的絶縁性を確保する機能を有する。
絶縁被膜は、中間層表面に形成され、鋼板に張力を付与して鋼板単板としての鉄損を低下させる他、方向性電磁鋼板を積層して使用する際に方向性電磁鋼板間の電気的絶縁性を確保する機能を有する。
【0032】
絶縁被膜の組成は、特に限定されず、公知のものの中から、用途等に応じて適宜選択して用いることができ、有機系被膜、無機系被膜のいずれであってもよい。
有機系被膜としては、例えばポリアミン系樹脂、アクリル樹脂、アクリルスチレン樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。また、無機系被膜としては、例えば、リン酸塩系被膜、リン酸アルミニウム系被膜や、更に前記の樹脂を含む有機－無機複合系被膜等が挙げられる。より具体的には、マトリックス中に、コロイド状シリカの粒子が分散されたものを焼き付けたものであっても良い。ここで、「マトリックス」とは、絶縁被膜の基質のことであり、例えば、非結晶性燐酸塩から構成されたものである。マトリックスを構成する非結晶性燐酸塩としては、例えば、燐酸アルミ、燐酸マグネシウム等が挙げられる。焼付け後の絶縁被膜は、Ｐ、Ｏ、Ｓのうち１種以上を含む複数の化合物からなる。
有機系被膜としては、例えばポリアミン系樹脂、アクリル樹脂、アクリルスチレン樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。また、無機系被膜としては、例えば、リン酸塩系被膜、リン酸アルミニウム系被膜や、更に前記の樹脂を含む有機－無機複合系被膜等が挙げられる。より具体的には、マトリックス中に、コロイド状シリカの粒子が分散されたものを焼き付けたものであっても良い。ここで、「マトリックス」とは、絶縁被膜の基質のことであり、例えば、非結晶性燐酸塩から構成されたものである。マトリックスを構成する非結晶性燐酸塩としては、例えば、燐酸アルミ、燐酸マグネシウム等が挙げられる。焼付け後の絶縁被膜は、Ｐ、Ｏ、Ｓのうち１種以上を含む複数の化合物からなる。
【0033】
絶縁被膜は薄くなると、鋼板に付与する張力が小さくなるとともに絶縁性も低下する。そのため、絶縁被膜の厚さは０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。一方、絶縁被膜の厚さが１０．０μｍを超えると、絶縁被膜の形成段階で、絶縁被膜にクラックが発生する恐れがあるので、絶縁被膜の厚さは１０．０μｍ以下が好ましく、５．０μｍ以下がより好ましい。
絶縁被膜には、必要に応じ、レーザー、プラズマ、機械的方法、エッチング、その他の手法で、局所的な微小歪領域または溝を形成する磁区細分化処理を施してもよい。
絶縁被膜には、必要に応じ、レーザー、プラズマ、機械的方法、エッチング、その他の手法で、局所的な微小歪領域または溝を形成する磁区細分化処理を施してもよい。
【0034】
Ｂ．方向性電磁鋼板の製造方法
次に、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
次に、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
【0035】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、上述した「Ａ．方向性電磁鋼板」の項目に記載のフォルステライト被膜が実質的に存在しない母鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層を有し、前記中間層の表面に絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板の製造方法である。言い換えれば、母鋼板と、母鋼板表面に形成された中間層と、中間層の表面に形成された絶縁被膜とを有する方向性電磁鋼板の製造方法である。母鋼板はフォルステライト被膜を有さないので、中間層は母鋼板に直接接して形成される。
【0036】
「第一実施形態の製造方法」
第一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、中間層と絶縁被膜とを別工程で形成する。すなわち、第一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、以下の工程を有する。
（Ｉ）Ｓｉを含む冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を施して、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下である脱炭焼鈍鋼板を得る脱炭焼鈍工程
（ＩＩ）前記脱炭焼鈍鋼板の表面に焼鈍分離材を塗布した状態で前記脱炭焼鈍鋼板を加熱して鋼板（脱炭焼鈍鋼板）を二次再結晶させる仕上げ焼鈍工程
（ＩＩＩ）前記仕上げ焼鈍工程後の前記鋼板（脱炭焼鈍鋼板）上の焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得る除去工程
（ＩＶ）前記仕上げ焼鈍鋼板に熱酸化焼鈍を施して中間層を形成する中間層形成工程
（Ｖ）前記中間層を形成した仕上げ焼鈍鋼板に絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程
第一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、中間層と絶縁被膜とを別工程で形成する。すなわち、第一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、以下の工程を有する。
（Ｉ）Ｓｉを含む冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を施して、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下である脱炭焼鈍鋼板を得る脱炭焼鈍工程
（ＩＩ）前記脱炭焼鈍鋼板の表面に焼鈍分離材を塗布した状態で前記脱炭焼鈍鋼板を加熱して鋼板（脱炭焼鈍鋼板）を二次再結晶させる仕上げ焼鈍工程
（ＩＩＩ）前記仕上げ焼鈍工程後の前記鋼板（脱炭焼鈍鋼板）上の焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得る除去工程
（ＩＶ）前記仕上げ焼鈍鋼板に熱酸化焼鈍を施して中間層を形成する中間層形成工程
（Ｖ）前記中間層を形成した仕上げ焼鈍鋼板に絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程
【0037】
「第二実施形態の製造方法」
第一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、中間層と絶縁被膜とを１工程で同時に形成する。すなわち、第二実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、以下の工程を有する。
（Ｉ）Ｓｉを含む冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を施して、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下である脱炭焼鈍鋼板を得る脱炭焼鈍工程
（ＩＩ）前記脱炭焼鈍鋼板の表面に焼鈍分離材を塗布した状態で前記脱炭焼鈍鋼板を加熱して鋼板（脱炭焼鈍鋼板）を二次再結晶させる仕上げ焼鈍工程
（ＩＩＩ）前記仕上げ焼鈍工程後の前記鋼板（脱炭焼鈍鋼板）上の焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得る除去工程
（ＩＶ’）前記仕上げ焼鈍鋼板に中間層と絶縁被膜とを一工程で形成する中間層－絶縁被膜形成工程
第一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、中間層と絶縁被膜とを１工程で同時に形成する。すなわち、第二実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、以下の工程を有する。
（Ｉ）Ｓｉを含む冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を施して、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下である脱炭焼鈍鋼板を得る脱炭焼鈍工程
（ＩＩ）前記脱炭焼鈍鋼板の表面に焼鈍分離材を塗布した状態で前記脱炭焼鈍鋼板を加熱して鋼板（脱炭焼鈍鋼板）を二次再結晶させる仕上げ焼鈍工程
（ＩＩＩ）前記仕上げ焼鈍工程後の前記鋼板（脱炭焼鈍鋼板）上の焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得る除去工程
（ＩＶ’）前記仕上げ焼鈍鋼板に中間層と絶縁被膜とを一工程で形成する中間層－絶縁被膜形成工程
【0038】
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、絶縁被膜による鉄損の低下作用が仕上げ焼鈍被膜と母鋼板との界面凹凸により妨害されることを回避し、中間層により絶縁被膜と母鋼板との密着性を確保することができる。
【0039】
以下、第一実施形態と第二実施形態とに分けて、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法における各工程について説明する。
以下では、上述した特に特徴となる工程以外の条件は、一般的な条件を例として示したものであるから、充足しなかったとしても本実施形態の効果を得ることは可能である。
以下では、上述した特に特徴となる工程以外の条件は、一般的な条件を例として示したものであるから、充足しなかったとしても本実施形態の効果を得ることは可能である。
【0040】
Ｂ－１．第一実施形態
１．脱炭焼鈍工程に供する冷間圧延鋼板
最初に、後述する脱炭焼鈍に用いる冷間圧延鋼板について説明する。
冷間圧延鋼板は、Ｓｉを必須成分として含有することを除いて一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板の化学組成を有することができる。Ｓｉの電磁鋼板における機能は、一般的な方向性電磁鋼板と同様であるため、含有量は目的とする電磁鋼板に求められる特性から、一般的な範囲で定めればよい。
例えば、冷間圧延鋼板の化学組成は、質量％で、Ｓｉ：０．８０～７．００％、Ｃ：０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０１０～０．０６５％、Ｎ：０．０１２％以下、Ｍｎ：１．００％以下、ＳおよびＳｅの合計：０．００３～０．０１５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を例示することができる。
このような冷間圧延鋼板は、例えばスラブを加熱した後、熱間圧延を施して熱間圧延鋼板を得る熱間圧延工程と、当該熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施して焼鈍鋼板を得る熱延板焼鈍工程と、当該焼鈍鋼板に一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延を施して冷間圧延鋼板を得る冷間圧延工程を備える製造方法によって製造することができる。
１．脱炭焼鈍工程に供する冷間圧延鋼板
最初に、後述する脱炭焼鈍に用いる冷間圧延鋼板について説明する。
冷間圧延鋼板は、Ｓｉを必須成分として含有することを除いて一般的な方向性電磁鋼板における母鋼板の化学組成を有することができる。Ｓｉの電磁鋼板における機能は、一般的な方向性電磁鋼板と同様であるため、含有量は目的とする電磁鋼板に求められる特性から、一般的な範囲で定めればよい。
例えば、冷間圧延鋼板の化学組成は、質量％で、Ｓｉ：０．８０～７．００％、Ｃ：０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０１０～０．０６５％、Ｎ：０．０１２％以下、Ｍｎ：１．００％以下、ＳおよびＳｅの合計：０．００３～０．０１５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を例示することができる。
このような冷間圧延鋼板は、例えばスラブを加熱した後、熱間圧延を施して熱間圧延鋼板を得る熱間圧延工程と、当該熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施して焼鈍鋼板を得る熱延板焼鈍工程と、当該焼鈍鋼板に一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延を施して冷間圧延鋼板を得る冷間圧延工程を備える製造方法によって製造することができる。
【0041】
スラブ加熱、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延で実質的に化学組成は変化しないので、スラブは求める冷間圧延鋼板の化学組成に応じて、公知の技術に準じたものとする。化学組成の代表的な一例は、質量％で、Ｓｉ：０．８０％～７．００％、Ｃ：０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０１０％～０．０６５％、Ｎ：０．００４％～０．０１２％、およびＭｎ：０．０５％～１．００％、ならびにＳおよびＳｅ：合計で０．００３％～０．０１５％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるものである。
以下、スラブ及びそれによって得られる冷間圧延鋼板の化学組成の代表的な一例の限定理由について説明する。
以下、スラブ及びそれによって得られる冷間圧延鋼板の化学組成の代表的な一例の限定理由について説明する。
【0042】
ａ．Ｓｉ：０．８０％～７．００％
Ｓｉは必須成分であり、電気抵抗を高めて鉄損を低下させる。また、Ｓｉを高濃度で含有することで、酸化珪素を主体とする中間層との間に強い化学親和力が発現し、中間層と母鋼板とはより強固に密着する。しかしながら、Ｓｉの含有量が７．００％を超えると、冷間圧延が極めて困難となり、冷間圧延時に割れが生じやすくなる。このため、Ｓｉの含有量は７．００％以下とすることが好ましい。より好ましくは４．５０％以下であり、さらに好ましくは４．００％以下である。
一方、Ｓｉの含有量が０．８０％未満であると、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じ、方向性電磁鋼板の結晶方位が損なわれる。このため、Ｓｉの含有量は０．８０％以上とすることが好ましい。より好ましくは２．００％以上であり、さらに好ましくは２．５０％以上である。
Ｓｉは必須成分であり、電気抵抗を高めて鉄損を低下させる。また、Ｓｉを高濃度で含有することで、酸化珪素を主体とする中間層との間に強い化学親和力が発現し、中間層と母鋼板とはより強固に密着する。しかしながら、Ｓｉの含有量が７．００％を超えると、冷間圧延が極めて困難となり、冷間圧延時に割れが生じやすくなる。このため、Ｓｉの含有量は７．００％以下とすることが好ましい。より好ましくは４．５０％以下であり、さらに好ましくは４．００％以下である。
一方、Ｓｉの含有量が０．８０％未満であると、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じ、方向性電磁鋼板の結晶方位が損なわれる。このため、Ｓｉの含有量は０．８０％以上とすることが好ましい。より好ましくは２．００％以上であり、さらに好ましくは２．５０％以上である。
【0043】
ｂ．Ｃ：０．０８５％以下
Ｃは、一次再結晶組織の制御に有効な元素であるが、磁気特性に悪影響を及ぼす。このため、仕上げ焼鈍前に脱炭焼鈍を施す。Ｃ含有量が０．０８５％より多いと、脱炭焼鈍時間が長くなり、工業生産における生産性が損なわれてしまう。これらのことから、Ｃの含有量は０．０８５％以下であることが好ましい。Ｃ含有量の下限値としては、特に限定されないが、Ｃ含有量は０．０２０％以上であることが好ましく、０．０５０％以上であることがより好ましい。
Ｃは、一次再結晶組織の制御に有効な元素であるが、磁気特性に悪影響を及ぼす。このため、仕上げ焼鈍前に脱炭焼鈍を施す。Ｃ含有量が０．０８５％より多いと、脱炭焼鈍時間が長くなり、工業生産における生産性が損なわれてしまう。これらのことから、Ｃの含有量は０．０８５％以下であることが好ましい。Ｃ含有量の下限値としては、特に限定されないが、Ｃ含有量は０．０２０％以上であることが好ましく、０．０５０％以上であることがより好ましい。
【0044】
ｃ．酸可溶性Ａｌ：０．０１０％～０．０６５％
酸可溶性Ａｌは、Ｎと結合して（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎとして析出し、インヒビターとして機能する。酸可溶性Ａｌの含有量が０．０１０％～０．０６５％の範囲内にある場合に二次再結晶が安定する。このため、酸可溶性Ａｌの含有量は０．０１０％～０．０６５％とすることが好ましい。また、後述するように、仕上げ焼鈍において鋼板表面にＡｌを濃化させて、これを後述する本発明の方向性電磁鋼板の製造方法において中間層形成時の鋼板表面に存在するＡｌおよびＭｇのうちのＡｌとして活用する等の観点から、酸可溶性Ａｌの含有量は０．０１５％以上であることが好ましく、０．０２０％以上であることがより好ましい。また、二次再結晶の安定性の観点から、酸可溶性Ａｌ含有量は０．０５０％以下であることがより好ましく、０．０３５％以下であることがさらに好ましい。
酸可溶性Ａｌは、Ｎと結合して（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎとして析出し、インヒビターとして機能する。酸可溶性Ａｌの含有量が０．０１０％～０．０６５％の範囲内にある場合に二次再結晶が安定する。このため、酸可溶性Ａｌの含有量は０．０１０％～０．０６５％とすることが好ましい。また、後述するように、仕上げ焼鈍において鋼板表面にＡｌを濃化させて、これを後述する本発明の方向性電磁鋼板の製造方法において中間層形成時の鋼板表面に存在するＡｌおよびＭｇのうちのＡｌとして活用する等の観点から、酸可溶性Ａｌの含有量は０．０１５％以上であることが好ましく、０．０２０％以上であることがより好ましい。また、二次再結晶の安定性の観点から、酸可溶性Ａｌ含有量は０．０５０％以下であることがより好ましく、０．０３５％以下であることがさらに好ましい。
【0045】
ｄ．Ｎ：０．００４％～０．０１２％
Ｎは、Ａｌと結合してインヒビターとして機能する。Ｎ含有量が０．００４％未満であると、十分な量のインヒビターを得ることができない。このため、Ｎ含有量は０．００４％以上とすることが好ましい。より好ましくは０．００５％以上であり、さらに好ましくは０．００６％以上である。
一方、Ｎの含有量が０．０１２％を超えていると、鋼板中にブリスターとよばれる欠陥を生じ易くなる。このため、Ｎ含有量は０．０１２％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．０１１％以下であり、さらに好ましくは０．０１０％以下である。
Ｎは、Ａｌと結合してインヒビターとして機能する。Ｎ含有量が０．００４％未満であると、十分な量のインヒビターを得ることができない。このため、Ｎ含有量は０．００４％以上とすることが好ましい。より好ましくは０．００５％以上であり、さらに好ましくは０．００６％以上である。
一方、Ｎの含有量が０．０１２％を超えていると、鋼板中にブリスターとよばれる欠陥を生じ易くなる。このため、Ｎ含有量は０．０１２％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．０１１％以下であり、さらに好ましくは０．０１０％以下である。
【0046】
ｅ．Ｍｎ：０．０５％～１．００％
ｆ．ＳおよびＳｅ：合計で０．００３％～０．０１５％
Ｍｎは、Ｓおよび／またはＳｅと共に、ＭｎＳおよび／またはＭｎＳｅを生成し、複合化合物がインヒビターとして機能する。Ｍｎの含有量が０．０５％～１．００％の範囲内にある場合に、二次再結晶が安定する。このため、Ｍｎの含有量は、０．０５％～１．００％とすることが好ましい。Ｍｎの含有量は、０．０８％以上であることがより好ましく、０．０９％以上であることがさらに好ましい。また、Ｍｎの含有量は０．５０％以下であることがより好ましく、０．２０％以下であることがさらに好ましい。
ｆ．ＳおよびＳｅ：合計で０．００３％～０．０１５％
Ｍｎは、Ｓおよび／またはＳｅと共に、ＭｎＳおよび／またはＭｎＳｅを生成し、複合化合物がインヒビターとして機能する。Ｍｎの含有量が０．０５％～１．００％の範囲内にある場合に、二次再結晶が安定する。このため、Ｍｎの含有量は、０．０５％～１．００％とすることが好ましい。Ｍｎの含有量は、０．０８％以上であることがより好ましく、０．０９％以上であることがさらに好ましい。また、Ｍｎの含有量は０．５０％以下であることがより好ましく、０．２０％以下であることがさらに好ましい。
【0047】
ＳおよびＳｅの含有量が合計で０．００３％～０．０１５％の範囲内にある場合に、二次再結晶が安定する。このため、ＳおよびＳｅの含有量は合計で０．００３％～０．０１５％とすることが好ましい。
【0048】
ここで、「ＳおよびＳｅの含有量が合計で０．００３％～０．０１５％である」とは、母鋼板がＳまたはＳｅのいずれか一方のみを含有し、ＳまたはＳｅのいずれか一方の含有量が合計で０．００３％～０．０１５％である場合と、母鋼板がＳおよびＳｅの両方を含有し、ＳおよびＳｅの含有量が合計で０．００３％～０．０１５％である場合の両方を意味する。
【0049】
ｇ．その他元素
化合物形成によるインヒビター機能の強化や磁気特性への影響を考慮して、残部のＦｅの一部に代えて様々な種類の元素を公知文献に従って含有させることができる。Ｆｅの一部に代えて含有させる元素の種類と含有量の目途としては、例えば、「Ｂｉ：０．０１０％以下」、「Ｂ：０．０８０％以下」、「Ｔｉ：０．０１５％以下」、「Ｎｂ：０．２０％以下」、「Ｖ：０．１５％以下」、「Ｓｎ：０．１０％以下」、「Ｓｂ：０．１０％以下」、「Ｃｒ：０．３０％以下」、「Ｃｕ：０．４０％以下」、「Ｐ：０．５０％以下」、「Ｎｉ：１．００％以下」、「Ｍｏ：０．１０％以下」等が挙げられる。
化合物形成によるインヒビター機能の強化や磁気特性への影響を考慮して、残部のＦｅの一部に代えて様々な種類の元素を公知文献に従って含有させることができる。Ｆｅの一部に代えて含有させる元素の種類と含有量の目途としては、例えば、「Ｂｉ：０．０１０％以下」、「Ｂ：０．０８０％以下」、「Ｔｉ：０．０１５％以下」、「Ｎｂ：０．２０％以下」、「Ｖ：０．１５％以下」、「Ｓｎ：０．１０％以下」、「Ｓｂ：０．１０％以下」、「Ｃｒ：０．３０％以下」、「Ｃｕ：０．４０％以下」、「Ｐ：０．５０％以下」、「Ｎｉ：１．００％以下」、「Ｍｏ：０．１０％以下」等が挙げられる。
【0050】
ｈ．残部
残部はＦｅおよび不純物からなる。「不純物」とは、母鋼板を工業的に製造する際に、原材料に含まれる成分、または製造の過程で混入する成分から混入する元素を意味する。
残部はＦｅおよび不純物からなる。「不純物」とは、母鋼板を工業的に製造する際に、原材料に含まれる成分、または製造の過程で混入する成分から混入する元素を意味する。
【0051】
スラブは、例えば、上述した化学組成を有する鋼を転炉または電気炉等により溶製して、必要に応じて真空脱ガス処理し、次いで連続鋳造または造塊後分塊圧延することによって得られる。スラブの厚さは、特に限定されないが、例えば、１５０ｍｍ～３５０ｍｍであり、２２０ｍｍ～２８０ｍｍであることが好ましい。また、厚さが、１０ｍｍ～７０ｍｍ程度であるスラブ（いわゆる「薄スラブ」）であってもよい。薄スラブを用いる場合は、熱間圧延工程において、仕上げ圧延前の粗圧延を省略できる。
【0052】
＜熱間圧延工程＞
熱間圧延工程においては、上述したようなＳｉを含有するスラブを、例えば８００℃～１３００℃の温度域で加熱した後、熱間圧延を施して熱間圧延鋼板を得る。
スラブの加熱温度を１２００℃以下とすることで、例えば、１２００℃よりも高い温度で加熱した場合の諸問題（専用の加熱炉が必要なこと、および溶融スケール量の多さ等）を回避することができるため好ましい。
加熱温度が低すぎる場合、熱間圧延が困難になって、生産性が低下することがある。そのため、スラブの加熱温度の下限値は９５０℃とすることが好ましい。また、スラブ加熱工程そのものを省略して、鋳造後、スラブの温度が下がるまでに熱間圧延を開始することも可能である。
熱間圧延工程においては、上述したようなＳｉを含有するスラブを、例えば８００℃～１３００℃の温度域で加熱した後、熱間圧延を施して熱間圧延鋼板を得る。
スラブの加熱温度を１２００℃以下とすることで、例えば、１２００℃よりも高い温度で加熱した場合の諸問題（専用の加熱炉が必要なこと、および溶融スケール量の多さ等）を回避することができるため好ましい。
加熱温度が低すぎる場合、熱間圧延が困難になって、生産性が低下することがある。そのため、スラブの加熱温度の下限値は９５０℃とすることが好ましい。また、スラブ加熱工程そのものを省略して、鋳造後、スラブの温度が下がるまでに熱間圧延を開始することも可能である。
【0053】
熱間圧延工程では、加熱後のスラブに粗圧延を施し、さらに仕上げ圧延を施すことによって、所定厚さの熱間圧延鋼板とする。仕上げ圧延完了後、熱間圧延鋼板を所定の温度で巻き取る。
また、熱間圧延鋼板の板厚は、特に限定されないが、例えば、３．５ｍｍ以下とする。
また、熱間圧延鋼板の板厚は、特に限定されないが、例えば、３．５ｍｍ以下とする。
【0054】
＜熱延板焼鈍工程＞
熱延板焼鈍工程においては、熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施して焼鈍鋼板を得る。熱延板焼鈍条件は、一般的な条件であればよいが、例えば、７５０～１２００℃の範囲内の温度で３０秒～１０分間保持する。
熱延板焼鈍工程においては、熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施して焼鈍鋼板を得る。熱延板焼鈍条件は、一般的な条件であればよいが、例えば、７５０～１２００℃の範囲内の温度で３０秒～１０分間保持する。
【0055】
＜冷間圧延工程＞
冷間圧延工程においては、焼鈍鋼板に一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延を施して冷間圧延鋼板を得る。
最終の冷間圧延での冷間圧延率（最終冷延率）は、特に限定されないが、結晶方位制御の観点から、８０％以上とすることが好ましく、９０％以上とすることがより好ましい。
また、冷間圧延鋼板の板厚は、特に限定されないが、鉄損をより低下させるためには、０．３５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．３０ｍｍ以下とすることがより好ましい。
冷間圧延工程においては、焼鈍鋼板に一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延を施して冷間圧延鋼板を得る。
最終の冷間圧延での冷間圧延率（最終冷延率）は、特に限定されないが、結晶方位制御の観点から、８０％以上とすることが好ましく、９０％以上とすることがより好ましい。
また、冷間圧延鋼板の板厚は、特に限定されないが、鉄損をより低下させるためには、０．３５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．３０ｍｍ以下とすることがより好ましい。
【0056】
２．脱炭焼鈍工程
脱炭焼鈍工程においては、冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を施して脱炭焼鈍鋼板を得る。
具体的には、脱炭焼鈍を施すことで、冷間圧延鋼板に一次再結晶を生じさせ、冷間圧延鋼板中に含まれるＣを除去し、脱炭焼鈍後の鋼板の炭素量を２５ｐｐｍ以下にする。脱炭焼鈍は、Ｃを除去するために湿潤雰囲気中で施すことが好ましい。また、脱炭焼鈍工程では、酸化を抑制することで脱炭焼鈍後の酸素量を３２０ｐｐｍ以下に制御する。
脱炭焼鈍工程においては、冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を施して脱炭焼鈍鋼板を得る。
具体的には、脱炭焼鈍を施すことで、冷間圧延鋼板に一次再結晶を生じさせ、冷間圧延鋼板中に含まれるＣを除去し、脱炭焼鈍後の鋼板の炭素量を２５ｐｐｍ以下にする。脱炭焼鈍は、Ｃを除去するために湿潤雰囲気中で施すことが好ましい。また、脱炭焼鈍工程では、酸化を抑制することで脱炭焼鈍後の酸素量を３２０ｐｐｍ以下に制御する。
【0057】
以下、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法が含む脱炭焼鈍方法について詳細に説明する。
方向性電磁鋼板においては、磁性を良好とするための集合組織を得るために、炭素は５００～６００ｐｐｍ程度添加されている。しかしながら、前述の冷間圧延工程後において、炭素（Ｃ）は不要となるため、脱炭焼鈍工程においては焼鈍後の炭素量は変圧器等の最終製品における磁気時効を発生しないレベルまで除去する必要がある。フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板においては、鋼板表層にファイヤライトを有する酸化層を形成する必要があるため、通常、冷間圧延鋼板を露点６０～７０℃、均熱温度８００～９００℃にて焼鈍する。
方向性電磁鋼板においては、磁性を良好とするための集合組織を得るために、炭素は５００～６００ｐｐｍ程度添加されている。しかしながら、前述の冷間圧延工程後において、炭素（Ｃ）は不要となるため、脱炭焼鈍工程においては焼鈍後の炭素量は変圧器等の最終製品における磁気時効を発生しないレベルまで除去する必要がある。フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板においては、鋼板表層にファイヤライトを有する酸化層を形成する必要があるため、通常、冷間圧延鋼板を露点６０～７０℃、均熱温度８００～９００℃にて焼鈍する。
【0058】
しかしながら、本実施形態の方向性電磁鋼板のようにフォルステライト被膜を実質的に有しない方向性電磁鋼板においては、上述したような高露点の条件にて焼鈍してしまうと、高温焼鈍時に酸化物（ムライト）が形成され、鋼板の酸化により表面の平滑性が低下し、磁気特性が低下する。また、これを回避するために露点を低減した場合、本発明者らの研究によると、脱炭速度が低下して残留炭素量が多くなり、磁気時効が発生することが判明した。すなわち、鋼板の脱炭促進と酸化抑制とは雰囲気条件を確立する上で相反する現象であるため、脱炭焼鈍時の露点を一定条件にて実現することは困難である。
【0059】
本発明者らは、脱炭焼鈍処理として、最初に、高露点にて脱炭を優先的に行い、次に露点を下げることで脱炭を完了させた後の酸化を最小限とすることで、脱炭と酸化抑制を両立することが可能ではないかと考えた。この考えに基づき本発明者は、以下の実験を行い、脱炭焼鈍処理の前半における露点制御と、脱炭焼鈍処理の後半における露点制御の影響について調査した。
【0060】
この実験について、図４Ａ、図４Ｂに示す構成の箱型の加熱炉１と均熱炉２とを備えた脱炭焼鈍炉を用いて行った。
図４Ａ、図４Ｂに示すように加熱炉１の内部は加熱帯であり、均熱炉２の内部は均熱帯であり、加熱帯から均熱帯にかけて図４Ａ、図４Ｂに示す矢印が示す右方向へ鋼板を水平搬送することができ、搬送途中で鋼板に対する脱炭焼鈍処理を実施できる脱炭焼鈍炉である。
図４Ａに示す脱炭焼鈍炉は、均熱炉２の出口近くの側壁部（均熱帯後段）から均熱炉２の内部に鋼板の通過方向と反対方向向きに雰囲気ガスを供給出来る炉である。
図４Ｂに示す脱炭焼鈍炉は、均熱炉２の出口近くの側壁部（均熱帯後段）から均熱炉２の内部に鋼板の通過方向と反対方向向きに雰囲気ガスを供給出来るとともに、均熱炉２の入口近くの底部（均熱帯前段（加熱帯後段））から加熱炉１側に向かって鋼板の搬送方向と反対側向きに雰囲気ガスを供給出来る脱炭焼鈍炉である。
本実施形態において、均熱帯前段とは、均熱帯の中央より加熱帯側（上流側）、均熱帯後段とは、均熱帯の中央より下流側の位置を意味し、例えば図４Ｂに示す位置である。雰囲気ガスを導入する位置は、前段であれば均熱帯の入口付近（均熱温度到達位置）、後段であれば均熱帯の出口付近が好ましい。
図４Ａ、図４Ｂに示すように加熱炉１の内部は加熱帯であり、均熱炉２の内部は均熱帯であり、加熱帯から均熱帯にかけて図４Ａ、図４Ｂに示す矢印が示す右方向へ鋼板を水平搬送することができ、搬送途中で鋼板に対する脱炭焼鈍処理を実施できる脱炭焼鈍炉である。
図４Ａに示す脱炭焼鈍炉は、均熱炉２の出口近くの側壁部（均熱帯後段）から均熱炉２の内部に鋼板の通過方向と反対方向向きに雰囲気ガスを供給出来る炉である。
図４Ｂに示す脱炭焼鈍炉は、均熱炉２の出口近くの側壁部（均熱帯後段）から均熱炉２の内部に鋼板の通過方向と反対方向向きに雰囲気ガスを供給出来るとともに、均熱炉２の入口近くの底部（均熱帯前段（加熱帯後段））から加熱炉１側に向かって鋼板の搬送方向と反対側向きに雰囲気ガスを供給出来る脱炭焼鈍炉である。
本実施形態において、均熱帯前段とは、均熱帯の中央より加熱帯側（上流側）、均熱帯後段とは、均熱帯の中央より下流側の位置を意味し、例えば図４Ｂに示す位置である。雰囲気ガスを導入する位置は、前段であれば均熱帯の入口付近（均熱温度到達位置）、後段であれば均熱帯の出口付近が好ましい。
【0061】
＜実験１＞
本実施形態では図４Ｂに示す脱炭焼鈍炉を用いて、以下の表１に記載の処理条件において、均熱帯前段から露点（ＤＰ１）を３０～７０℃とした雰囲気ガスを導入し、かつ均熱帯後段から導入する雰囲気ガスの露点（ＤＰ２）を－２０～５０℃へ変更する試験を行った。続いて得られた脱炭焼鈍鋼板を表１に記載の窒化処理条件にて窒化処理を行い、脱炭焼鈍後の鋼板の炭素量と酸素量とを調査した。得られた鋼板中の炭素量については、酸素気流中にて燃焼させることでＣＯガスとし、赤外線吸収法を用いて分析を行った。酸素量については、Ｈｅなどの不活性ガス中にて黒鉛坩堝中にて試料を燃焼させることでＣＯガスとし、これを赤外線吸収法にて分析を行った。
得られた脱炭焼鈍鋼板については、従来のようにマグネシア水スラリーを塗布することもあるが、この例の場合、仕上げ焼鈍工程にてシリカと反応するために表層酸化層の凸凹が発生することから、本実験では、アルミナを主成分とする（例えば、ＭｇＯ：１０～５０％程度、Ａｌ2Ｏ3：９０～５０％を含む）焼鈍分離剤を用いた水スラリー塗布を実施した。
次に、仕上げ焼鈍を実施し、さらに張力コーティング塗布を行い、その後にレーザー照射による磁区細分化を行って複数の方向性電磁鋼板を得た。これらの方向性電磁鋼板についてＪＩＳＣ２５５０－１：２０１１に記載のエプスタインン法に基づき、磁気特性（１．７Ｔ、５０Ｈｚにおける鉄損Ｗ１７／５０及び磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８）の測定を行った。
本実施形態では図４Ｂに示す脱炭焼鈍炉を用いて、以下の表１に記載の処理条件において、均熱帯前段から露点（ＤＰ１）を３０～７０℃とした雰囲気ガスを導入し、かつ均熱帯後段から導入する雰囲気ガスの露点（ＤＰ２）を－２０～５０℃へ変更する試験を行った。続いて得られた脱炭焼鈍鋼板を表１に記載の窒化処理条件にて窒化処理を行い、脱炭焼鈍後の鋼板の炭素量と酸素量とを調査した。得られた鋼板中の炭素量については、酸素気流中にて燃焼させることでＣＯガスとし、赤外線吸収法を用いて分析を行った。酸素量については、Ｈｅなどの不活性ガス中にて黒鉛坩堝中にて試料を燃焼させることでＣＯガスとし、これを赤外線吸収法にて分析を行った。
得られた脱炭焼鈍鋼板については、従来のようにマグネシア水スラリーを塗布することもあるが、この例の場合、仕上げ焼鈍工程にてシリカと反応するために表層酸化層の凸凹が発生することから、本実験では、アルミナを主成分とする（例えば、ＭｇＯ：１０～５０％程度、Ａｌ2Ｏ3：９０～５０％を含む）焼鈍分離剤を用いた水スラリー塗布を実施した。
次に、仕上げ焼鈍を実施し、さらに張力コーティング塗布を行い、その後にレーザー照射による磁区細分化を行って複数の方向性電磁鋼板を得た。これらの方向性電磁鋼板についてＪＩＳＣ２５５０－１：２０１１に記載のエプスタインン法に基づき、磁気特性（１．７Ｔ、５０Ｈｚにおける鉄損Ｗ１７／５０及び磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８）の測定を行った。
【0062】
【表1】
【0063】
図１に、得られた鋼板酸素量と磁気特性との関係を示す。
図１より、鋼板酸素量が３２０ｐｐｍ超になるといずれの試料も鉄損が悪化することが判明した。これは脱炭焼鈍における酸化量が３２０ｐｐｍを超えてしまうと、高温焼鈍時に酸化物（ムライト）が形成され、鋼板の平滑性が失われることで鉄損が低下するためである。
また、図２に、１５０℃にて焼鈍しながら最大１０日間保持した後に得られた、時効時間と鋼板炭素量と磁束密度との関係を示す。図２より、鋼板炭素量が２５ｐｐｍ超の試料において保持力が急激に悪化することが判明した。これは、時効により炭化物や窒化物が析出し、これらが磁壁の移動を妨げるためであると考えられる。
図１より、鋼板酸素量が３２０ｐｐｍ超になるといずれの試料も鉄損が悪化することが判明した。これは脱炭焼鈍における酸化量が３２０ｐｐｍを超えてしまうと、高温焼鈍時に酸化物（ムライト）が形成され、鋼板の平滑性が失われることで鉄損が低下するためである。
また、図２に、１５０℃にて焼鈍しながら最大１０日間保持した後に得られた、時効時間と鋼板炭素量と磁束密度との関係を示す。図２より、鋼板炭素量が２５ｐｐｍ超の試料において保持力が急激に悪化することが判明した。これは、時効により炭化物や窒化物が析出し、これらが磁壁の移動を妨げるためであると考えられる。
【0064】
次に本実施形態では、脱炭、酸化反応の支配因子を明確化し、低露点脱炭焼鈍時に脱炭と酸化とを両立するための技術について検討を行った。
鋼板中の脱炭反応速度については鋼板中の炭素の拡散律速であることが知られており、また、脱炭反応は約７００℃以上から開始することが知られている。よって７００℃以上において、脱炭温度、脱炭時間、及び雰囲気ガスのガス酸化度を向上させることが脱炭性を改善する上で重要となると考えられる。
非特許文献１には、３％Ｓｉ鋼板を８５０℃にて焼鈍した際にガス酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が鋼板の酸化に与える影響について説明されている（図３参照）。図３に示されるように、ガス酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０２（７５％水素雰囲気の場合、露点は１８℃に相当）以下の場合、鋼板表面に形成される酸化物はＳｉＯ２が主体となる。このＳｉＯ２は非晶質であるため、ガス浸透効果が極めて小さいことが知られている。また、低温部において低露点で焼鈍した場合に、ＳｉＯ２が優先的に形成されることから、脱炭改善のためには、酸化初期において比較的高露点で焼鈍し、ＳｉＯ２の形成を抑制することが重要であることがわかる。
鋼板中の脱炭反応速度については鋼板中の炭素の拡散律速であることが知られており、また、脱炭反応は約７００℃以上から開始することが知られている。よって７００℃以上において、脱炭温度、脱炭時間、及び雰囲気ガスのガス酸化度を向上させることが脱炭性を改善する上で重要となると考えられる。
非特許文献１には、３％Ｓｉ鋼板を８５０℃にて焼鈍した際にガス酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が鋼板の酸化に与える影響について説明されている（図３参照）。図３に示されるように、ガス酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０２（７５％水素雰囲気の場合、露点は１８℃に相当）以下の場合、鋼板表面に形成される酸化物はＳｉＯ２が主体となる。このＳｉＯ２は非晶質であるため、ガス浸透効果が極めて小さいことが知られている。また、低温部において低露点で焼鈍した場合に、ＳｉＯ２が優先的に形成されることから、脱炭改善のためには、酸化初期において比較的高露点で焼鈍し、ＳｉＯ２の形成を抑制することが重要であることがわかる。
【0065】
図４Ｃに、図４Ａのように脱炭焼鈍炉において均熱帯の後段から雰囲気ガスを導入した場合の炉内の雰囲気ガス露点分布（点線）、及び図４Ｂのように均熱帯の前段（入り口付近）と後段の２箇所から雰囲気ガスを導入した場合の炉内の雰囲気ガス露点分布（実線）の模式図を示す。
図４Ａに示すように均熱帯２の後段から一括して雰囲気ガスを導入する場合、雰囲気ガス中の水蒸気は均熱帯２から加熱帯側１向かって流れていく間に消費されることから、均熱帯２の後段にて導入された雰囲気ガスの露点は、図４Ｃで点線で示されるように加熱帯１の方向に向かうに従い低下してゆくことがわかる。この露点低下は、非晶質ＳｉＯ２の生成を促進することとなり、脱炭と酸化の両立を一層困難なものとする。また、脱炭は均熱温度到達時に完了することから、脱炭を促進するためには、高露点の雰囲気ガスを均熱温度到達前に供給することが有効である。
一方、図４Ｂに示すように均熱帯の前段と後段の２箇所から雰囲気ガスを導入する場合、前段にて高露点ガスを導入することで、前記非晶質ＳｉＯ２の生成を抑制し、脱炭反応を促進することができる。一方、後段にて低露点ガスを導入することで脱炭後のＳｉの過剰酸化を抑制することができる。
以上の考察から、本実施形態では、図４Ｂの実線に示すように均熱帯２の前段（均熱温度到達点）において脱炭を促進するために、高露点（ＤＰ１）の雰囲気ガスを導入し、更に、均熱帯２の後段から過剰酸化を抑制するために低露点（ＤＰ２）の雰囲気ガスを導入する２段階のガス導入により、脱炭と酸化抑制との両立が可能になると考えた。
図４Ａに示すように均熱帯２の後段から一括して雰囲気ガスを導入する場合、雰囲気ガス中の水蒸気は均熱帯２から加熱帯側１向かって流れていく間に消費されることから、均熱帯２の後段にて導入された雰囲気ガスの露点は、図４Ｃで点線で示されるように加熱帯１の方向に向かうに従い低下してゆくことがわかる。この露点低下は、非晶質ＳｉＯ２の生成を促進することとなり、脱炭と酸化の両立を一層困難なものとする。また、脱炭は均熱温度到達時に完了することから、脱炭を促進するためには、高露点の雰囲気ガスを均熱温度到達前に供給することが有効である。
一方、図４Ｂに示すように均熱帯の前段と後段の２箇所から雰囲気ガスを導入する場合、前段にて高露点ガスを導入することで、前記非晶質ＳｉＯ２の生成を抑制し、脱炭反応を促進することができる。一方、後段にて低露点ガスを導入することで脱炭後のＳｉの過剰酸化を抑制することができる。
以上の考察から、本実施形態では、図４Ｂの実線に示すように均熱帯２の前段（均熱温度到達点）において脱炭を促進するために、高露点（ＤＰ１）の雰囲気ガスを導入し、更に、均熱帯２の後段から過剰酸化を抑制するために低露点（ＤＰ２）の雰囲気ガスを導入する２段階のガス導入により、脱炭と酸化抑制との両立が可能になると考えた。
【0066】
＜実験２＞
本発明者らは、図４Ｂに示す脱炭焼鈍炉１０を用いて以下の表２に記載の処理条件において、加熱帯１にて脱炭を促進し、均熱帯２にて酸化を調整するために、脱炭焼鈍中の露点条件を焼鈍中に変更する実験を行った。脱炭焼鈍時の均熱温度については、脱炭焼鈍鋼板の脱炭と酸化量が両立する条件として決定され、８００～８７０℃にて行えばよく、好ましくは８０５～８５０℃であり、より好ましくは８２０～８３５℃である。
本発明者らは、図４Ｂに示す脱炭焼鈍炉１０を用いて以下の表２に記載の処理条件において、加熱帯１にて脱炭を促進し、均熱帯２にて酸化を調整するために、脱炭焼鈍中の露点条件を焼鈍中に変更する実験を行った。脱炭焼鈍時の均熱温度については、脱炭焼鈍鋼板の脱炭と酸化量が両立する条件として決定され、８００～８７０℃にて行えばよく、好ましくは８０５～８５０℃であり、より好ましくは８２０～８３５℃である。
【0067】
【表2】
【0068】
得られた脱炭焼鈍鋼板については、表２に記載の窒化処理焼鈍を行い、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を用いた水スラリー塗布して仕上げ焼鈍を実施、張力コーティング塗布後にレーザー照射による磁区細分化を行って得た複数の方向性電磁鋼板について磁気特性の測定を行った。磁気測定については、ＪＩＳＣ２５５０－１：２０１１に記載のエプスタインン法に基づき、１．７Ｔ、５０Ｈｚにおける鉄損Ｗ１７／５０及び磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８の評価を行った。
図５にその試験結果を示す。図５において、〇は、磁性目標を満足した例であり、×は満足しなかった例である。図５に示す試験結果から、ＤＰ１が４０～７０℃、ＤＰ２≦ＤＰ１、かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１の条件において、良好な磁気特性が得られることが判明した。
すなわち、脱炭焼鈍後の酸素量を３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量を２５ｐｐｍ以下として、良好な磁気特性を得る場合、ＤＰ１が４０～７０℃、ＤＰ２≦ＤＰ１、かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１となる条件で脱炭焼鈍を行うことが好ましい。
ＤＰ１が４０℃未満の場合に厚手材の脱炭が困難になり、ＤＰ１が７０℃超の場合は、薄手材の酸化が過剰となる。厚手材では、さらに好ましくは５０～７０℃であり、薄手材では、さらに好ましくは４０～６０℃である。
図５にその試験結果を示す。図５において、〇は、磁性目標を満足した例であり、×は満足しなかった例である。図５に示す試験結果から、ＤＰ１が４０～７０℃、ＤＰ２≦ＤＰ１、かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１の条件において、良好な磁気特性が得られることが判明した。
すなわち、脱炭焼鈍後の酸素量を３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量を２５ｐｐｍ以下として、良好な磁気特性を得る場合、ＤＰ１が４０～７０℃、ＤＰ２≦ＤＰ１、かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１となる条件で脱炭焼鈍を行うことが好ましい。
ＤＰ１が４０℃未満の場合に厚手材の脱炭が困難になり、ＤＰ１が７０℃超の場合は、薄手材の酸化が過剰となる。厚手材では、さらに好ましくは５０～７０℃であり、薄手材では、さらに好ましくは４０～６０℃である。
【0069】
また、ＤＰ２＞ＤＰ１の場合、加熱帯での脱炭進行が遅れる上、加熱帯に対して板温が上昇する均熱帯での酸化が進行するために脱炭が阻害される。そのため、ＤＰ２≦ＤＰ１とすることが好ましい。
また、ＤＰ２が（６０－ＤＰ１）未満の場合には脱炭焼鈍後の脱炭が不十分となり、ＤＰ２が（１００－ＤＰ１）超の場合には薄手材の過剰酸化となる。そのため、ＤＰ２を６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１の範囲とすることが好ましい。
また、ＤＰ２が（６０－ＤＰ１）未満の場合には脱炭焼鈍後の脱炭が不十分となり、ＤＰ２が（１００－ＤＰ１）超の場合には薄手材の過剰酸化となる。そのため、ＤＰ２を６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１の範囲とすることが好ましい。
【0070】
３．仕上げ焼鈍工程、除去工程
仕上げ焼鈍工程においては、鋼板に仕上げ焼鈍を施す。これにより、鋼板において二次再結晶を生じさせる。
通常の方向性電磁鋼板では、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）を主成分とする仕上げ焼鈍被膜を形成させるため、一般的に前記脱炭焼鈍鋼板の表面にマグネシア濃度の高い（例えば、ＭｇＯ≧９０質量％）焼鈍分離材を塗布して仕上げ焼鈍工程を行う。
これに対し、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法の仕上げ焼純工程においては、前記脱炭焼鈍鋼板の表面にマグネシア濃度が低く酸化アルミニウムを含有する焼鈍分離材（例えば、ＭｇＯ：１０～５０質量％程度、Ａｌ２Ｏ３：９０～５０質量％程度を含む）を塗布した状態で加熱して仕上げ焼鈍を施し（二次再結晶させ）、その後、余分な焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得る。これらによって、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）からなる仕上げ焼鈍被膜が形成しないように中間層を形成する。
ここで、焼鈍分離剤とは、仕上げ焼鈍後の鋼板同士の焼きつきを防止するほか、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）からなる仕上げ焼鈍被膜を形成するために塗布するものである。本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）からなる仕上げ焼鈍被膜を形成しないように中間層を形成する必要があるため、マグネシア濃度の低い焼鈍分離剤を用いる。
仕上げ焼鈍工程においては、鋼板に仕上げ焼鈍を施す。これにより、鋼板において二次再結晶を生じさせる。
通常の方向性電磁鋼板では、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）を主成分とする仕上げ焼鈍被膜を形成させるため、一般的に前記脱炭焼鈍鋼板の表面にマグネシア濃度の高い（例えば、ＭｇＯ≧９０質量％）焼鈍分離材を塗布して仕上げ焼鈍工程を行う。
これに対し、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法の仕上げ焼純工程においては、前記脱炭焼鈍鋼板の表面にマグネシア濃度が低く酸化アルミニウムを含有する焼鈍分離材（例えば、ＭｇＯ：１０～５０質量％程度、Ａｌ２Ｏ３：９０～５０質量％程度を含む）を塗布した状態で加熱して仕上げ焼鈍を施し（二次再結晶させ）、その後、余分な焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得る。これらによって、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）からなる仕上げ焼鈍被膜が形成しないように中間層を形成する。
ここで、焼鈍分離剤とは、仕上げ焼鈍後の鋼板同士の焼きつきを防止するほか、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）からなる仕上げ焼鈍被膜を形成するために塗布するものである。本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）からなる仕上げ焼鈍被膜を形成しないように中間層を形成する必要があるため、マグネシア濃度の低い焼鈍分離剤を用いる。
【0071】
仕上げ焼鈍の加熱条件は、一般的な条件であればよく、例えば、加熱速度：５℃／ｓ～１００℃／ｓ、１０００℃～１３００℃の範囲内の温度で１０時間～５０時間加熱する。
当該加熱後の冷却時に、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０００１～１０００００の雰囲気下で、例えば１１００℃から５００℃まで冷却することができる。
より詳細には、前記仕上げ焼鈍工程の最高温度に到達した後の冷却過程において、最高温度が１１００℃以上の場合はＴ１を１１００℃とし、最高温度が１１００℃未満の場合はＴ１を最高温度として、Ｔ１～５００℃の温度域を、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０００１～１０００００の雰囲気下で冷却することができるが、これらの条件に制約されるものではない。好ましくは、ガス酸化度は０．３～１０００００である。
上記条件で冷却する冷却時間に、特に制限はないが、５～３０時間とすることが好ましい。
冷却後、焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得ることができる。焼鈍分離材の除去方法について、特に制限はないが、母鋼板表面ブラシでこする程度で除去することができる。
当該加熱後の冷却時に、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０００１～１０００００の雰囲気下で、例えば１１００℃から５００℃まで冷却することができる。
より詳細には、前記仕上げ焼鈍工程の最高温度に到達した後の冷却過程において、最高温度が１１００℃以上の場合はＴ１を１１００℃とし、最高温度が１１００℃未満の場合はＴ１を最高温度として、Ｔ１～５００℃の温度域を、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０００１～１０００００の雰囲気下で冷却することができるが、これらの条件に制約されるものではない。好ましくは、ガス酸化度は０．３～１０００００である。
上記条件で冷却する冷却時間に、特に制限はないが、５～３０時間とすることが好ましい。
冷却後、焼鈍分離材を除去することにより仕上げ焼鈍鋼板を得ることができる。焼鈍分離材の除去方法について、特に制限はないが、母鋼板表面ブラシでこする程度で除去することができる。
【0072】
４．中間層形成工程
中間層形成工程においては、例えば、前記仕上げ焼鈍鋼板を、６００℃を超える上限温度域まで加熱後、当該鋼板を６００℃超、前記上限温度以下の温度領域で、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．００１～０．０４の雰囲気に保持しつつ焼鈍することにより、仕上げ焼鈍鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層を形成することができる。
中間層は、上述した「Ａ．方向性電磁鋼板 ２．中間層」の項目に記載された厚さに形成することが好ましい。
中間層形成工程においては、例えば、前記仕上げ焼鈍鋼板を、６００℃を超える上限温度域まで加熱後、当該鋼板を６００℃超、前記上限温度以下の温度領域で、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．００１～０．０４の雰囲気に保持しつつ焼鈍することにより、仕上げ焼鈍鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層を形成することができる。
中間層は、上述した「Ａ．方向性電磁鋼板 ２．中間層」の項目に記載された厚さに形成することが好ましい。
【0073】
中間層形成工程における、前記仕上げ焼鈍鋼板の加熱条件は、６００℃超の温度域への加熱であれば、特に制限はないが、例えば、７００℃～１１５０℃の温度域で１０秒～６０秒保持する条件で行うことが好ましい。反応速度の観点から、温度は６００℃を超える必要があるが、１１５０℃よりも高温になると、中間層の形成反応を均一に保つことが困難となり中間層と母鋼板の界面の凹凸が激しくなり鉄損が劣化することがあり、鋼板の強度が低下し、連続焼鈍炉での処理が困難となるため、生産性が低下する場合がある。
保持時間は、中間層形成の観点からは１０秒以上とし、生産性および中間層の厚さが厚くなることによる占積率の低下を回避するための観点から６０秒以下とすることが好ましい。
中間層を２～４００ｎｍの厚さに成膜する観点から、６５０～１０００℃の温度域で１５～６０秒保持することが好ましく、７００～９００℃の温度域で２５～６０秒保持することがより好ましい。
保持時間は、中間層形成の観点からは１０秒以上とし、生産性および中間層の厚さが厚くなることによる占積率の低下を回避するための観点から６０秒以下とすることが好ましい。
中間層を２～４００ｎｍの厚さに成膜する観点から、６５０～１０００℃の温度域で１５～６０秒保持することが好ましく、７００～９００℃の温度域で２５～６０秒保持することがより好ましい。
【0074】
５．絶縁被膜形成工程
絶縁被膜形成工程においては、中間層表面にコーティング溶液を塗布して焼き付けた後、例えば窒素ガス１００％の雰囲気下、７００℃～１１５０℃の温度域で５～６０秒間加熱することにより中間層表面に絶縁被膜を形成する。
絶縁被膜は、上述した「Ａ．方向性電磁鋼板 １－３．絶縁被膜」の項目に記載された厚さに成膜することが好ましい。
コーティング溶液にも特に制限はないが、用途に応じて、コロイド状シリカを有するコーティング溶液とコロイド状シリカを有しないコーティング溶液を使い分けることができる。
コロイド状シリカを有しないコーティング溶液としては、例えばアルミナ及びホウ酸を含むコ－ティング溶液があげられる。
また、コロイド状シリカを有するコーティング溶液としては、例えば、燐酸または燐酸塩、コロイド状シリカ、および無水クロム酸またはクロム酸塩を含むコーティング溶液があげられる。クロム酸塩としては、例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ等のクロム酸塩が挙げられる。コロイド状シリカは特に限定はなく、その粒子サイズも適宜使用することができる。
さらに、コーティング溶液には、本実施形態で求める効果が失われなければ、各種の特性を改善するために様々な元素や化合物をさらに添加してもよい。
絶縁被膜形成工程においては、中間層表面にコーティング溶液を塗布して焼き付けた後、例えば窒素ガス１００％の雰囲気下、７００℃～１１５０℃の温度域で５～６０秒間加熱することにより中間層表面に絶縁被膜を形成する。
絶縁被膜は、上述した「Ａ．方向性電磁鋼板 １－３．絶縁被膜」の項目に記載された厚さに成膜することが好ましい。
コーティング溶液にも特に制限はないが、用途に応じて、コロイド状シリカを有するコーティング溶液とコロイド状シリカを有しないコーティング溶液を使い分けることができる。
コロイド状シリカを有しないコーティング溶液としては、例えばアルミナ及びホウ酸を含むコ－ティング溶液があげられる。
また、コロイド状シリカを有するコーティング溶液としては、例えば、燐酸または燐酸塩、コロイド状シリカ、および無水クロム酸またはクロム酸塩を含むコーティング溶液があげられる。クロム酸塩としては、例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ等のクロム酸塩が挙げられる。コロイド状シリカは特に限定はなく、その粒子サイズも適宜使用することができる。
さらに、コーティング溶液には、本実施形態で求める効果が失われなければ、各種の特性を改善するために様々な元素や化合物をさらに添加してもよい。
【0075】
また、絶縁被膜形成工程では、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０１～０．３０の雰囲気下にて６５０～９５０℃まで加熱、焼鈍を行ってもよい。上記ガスとしては、一般的に使用されるガスであればよいが、例えば、水素：２５体積％および残部：窒素および不純物からなるガスを使用することができる。
【0076】
絶縁被膜形成工程の冷却時に、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１未満であると絶縁被膜が分解される恐れがあり、０．３０を超えると母鋼板を著しく酸化させ、鉄損が劣化する恐れがある。ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）は０．０２～０．０８であることがより好ましく、０．０３～０．０５であることがさらに好ましい。
【0077】
６．その他の工程
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、一般的に方向性電磁鋼板の製造方法において行われる工程をさらに有するものでもよく、脱炭焼鈍の開始から仕上げ焼鈍における二次再結晶の発現までの間に、脱炭焼鈍鋼板のＮ含有量を増加させる窒化処理を施す窒化処理工程をさらに有するものが好ましい。一次再結晶領域と二次再結晶領域との境界部位の鋼板に与える温度勾配が低くとも磁束密度を安定して向上させることができるからである。窒化処理としては、一般的な処理であればよいが、例えば、アンモニア等の窒化能のあるガスを含有する雰囲気中で焼鈍する処理、ＭｎＮ等の窒化能のある粉末を含む焼鈍分離剤を塗布した脱炭焼鈍鋼板を仕上げ焼鈍する処理等が挙げられる。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、一般的に方向性電磁鋼板の製造方法において行われる工程をさらに有するものでもよく、脱炭焼鈍の開始から仕上げ焼鈍における二次再結晶の発現までの間に、脱炭焼鈍鋼板のＮ含有量を増加させる窒化処理を施す窒化処理工程をさらに有するものが好ましい。一次再結晶領域と二次再結晶領域との境界部位の鋼板に与える温度勾配が低くとも磁束密度を安定して向上させることができるからである。窒化処理としては、一般的な処理であればよいが、例えば、アンモニア等の窒化能のあるガスを含有する雰囲気中で焼鈍する処理、ＭｎＮ等の窒化能のある粉末を含む焼鈍分離剤を塗布した脱炭焼鈍鋼板を仕上げ焼鈍する処理等が挙げられる。
【0078】
Ｂ－２．第二実施形態
第一実施形態では、個別に有する中間層の形成だけを目的とした工程と絶縁被膜の形成だけを目的とした工程を分けて行ったが、第二実施形態では、中間層と絶縁被膜を同時に形成する点が、第一実施形態と異なる。すなわち、上述した中間層形成工程と絶縁被膜形成工程との代わりに、以下の中間層－絶縁被膜形成工程を行う点が第一実施形態と異なる。
そのため、以下、中間層－絶縁被膜形成工程についてのみ説明する。
第一実施形態では、個別に有する中間層の形成だけを目的とした工程と絶縁被膜の形成だけを目的とした工程を分けて行ったが、第二実施形態では、中間層と絶縁被膜を同時に形成する点が、第一実施形態と異なる。すなわち、上述した中間層形成工程と絶縁被膜形成工程との代わりに、以下の中間層－絶縁被膜形成工程を行う点が第一実施形態と異なる。
そのため、以下、中間層－絶縁被膜形成工程についてのみ説明する。
【0079】
１．中間層－絶縁被膜形成工程
前記仕上げ焼鈍鋼板表面にコーティング溶液を塗布して、例えば、６５０℃超～９５０℃以下の温度領域で、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０１～０．３０の雰囲気で５～３００秒焼鈍することにより、仕上げ焼鈍鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層と絶縁被膜とを同時に形成する。
仕上げ焼鈍鋼板表面にコーティング溶液を塗布して熱処理すると、Ｆｅ系酸化物中のＦｅを還元することによって該鋼板表面に中間層および金属Ｆｅ相が形成されるのと同時に、コーティング溶液が焼き付けられることによって中間層の表面に絶縁被膜が形成される。
熱酸化による中間層の形成とコーティング溶液の焼き付けによる絶縁被膜の形成とを同時に進行させるために、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０５～０．２５の条件とすることがより好ましく、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．１０～０．２０の条件とすることがさらに好ましい。
前記仕上げ焼鈍鋼板表面にコーティング溶液を塗布して、例えば、６５０℃超～９５０℃以下の温度領域で、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０１～０．３０の雰囲気で５～３００秒焼鈍することにより、仕上げ焼鈍鋼板表面に酸化珪素を主成分とする中間層と絶縁被膜とを同時に形成する。
仕上げ焼鈍鋼板表面にコーティング溶液を塗布して熱処理すると、Ｆｅ系酸化物中のＦｅを還元することによって該鋼板表面に中間層および金属Ｆｅ相が形成されるのと同時に、コーティング溶液が焼き付けられることによって中間層の表面に絶縁被膜が形成される。
熱酸化による中間層の形成とコーティング溶液の焼き付けによる絶縁被膜の形成とを同時に進行させるために、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０５～０．２５の条件とすることがより好ましく、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．１０～０．２０の条件とすることがさらに好ましい。
【0080】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【0081】
以下、実施例を例示して、本発明を具体的に説明する。以下において、実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【0082】
＜実施例１＞
「板厚０．１８ｍｍの場合」
Ｓｉ：３．４５％、Ｃ：０．０６０％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００８％、およびＭｎ：０．１０％、ならびにＳおよびＳｅ：合計で０．００７％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成のスラブを１１５０℃で６０分均熱した後、加熱後のスラブに熱間圧延を施して、板厚が２．８ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。次に、熱間圧延鋼板を、９００℃で１２０秒保持した後、急冷する熱延板焼鈍を施して、焼鈍鋼板を得た。次に、焼鈍鋼板を酸洗後、酸洗後の鋼板に１回または複数回の冷間圧延を施し、最終板厚が０．１８ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。
「板厚０．１８ｍｍの場合」
Ｓｉ：３．４５％、Ｃ：０．０６０％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００８％、およびＭｎ：０．１０％、ならびにＳおよびＳｅ：合計で０．００７％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成のスラブを１１５０℃で６０分均熱した後、加熱後のスラブに熱間圧延を施して、板厚が２．８ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。次に、熱間圧延鋼板を、９００℃で１２０秒保持した後、急冷する熱延板焼鈍を施して、焼鈍鋼板を得た。次に、焼鈍鋼板を酸洗後、酸洗後の鋼板に１回または複数回の冷間圧延を施し、最終板厚が０．１８ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。
【0083】
この薄手材（板厚０．１８ｍｍ）の冷間圧延鋼板を用いて、表３に示すように、均熱温度を８２０～８３５℃とし、均熱帯の前段および後段の２箇所から雰囲気ガスを導入して脱炭焼鈍を実施した。その際、前段から導入する雰囲気ガスの露点ＤＰ１を３０～８０℃、後段から導入する雰囲気ガスの露点ＤＰ２を－５～５５℃に変更した。狙いとする炭素量［Ｃ］は２５ｐｐｍ以下とし、酸素量［Ｏ］は３２０ｐｐｍ以下とした。
脱炭焼鈍後の炭素量については、酸素気流中にて燃焼させることでＣＯガスとし、赤外線吸収法を用いて分析を行った。酸素量については、Ｈｅなどの不活性ガス中にて黒鉛坩堝中にて試料を燃焼させることでＣＯガスとし、これを赤外線吸収法にて分析を行った。
脱炭焼鈍後の炭素量については、酸素気流中にて燃焼させることでＣＯガスとし、赤外線吸収法を用いて分析を行った。酸素量については、Ｈｅなどの不活性ガス中にて黒鉛坩堝中にて試料を燃焼させることでＣＯガスとし、これを赤外線吸収法にて分析を行った。
【0084】
脱炭焼鈍後はシリカと反応し難いアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーで塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍は１２００℃まではＮ２：２５％＋Ｈ２：７５％の雰囲気ガス中で１５℃／Ｈｒの昇温速度で行い、１２００℃でＨ２：１００％に切替え２０時間焼鈍を行った。当該加熱後の冷却時においては、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０００１～１０００００の雰囲気下で、例えば１１００℃から５００℃まで冷却した。また上記条件で冷却する冷却時間には５～３０時間とした。
これらの仕上げ焼鈍後の鋼板の焼鈍分離材をブラシにて除粉し、一部の鋼板については、８７０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１の雰囲気で６０秒焼鈍することによって、厚みが２０ｎｍの中間層を形成した。鋼板を冷却後、コーティング溶液を塗布した後、８４０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０３の雰囲気で６０秒焼鈍することによって焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を形成した。
また、その他の鋼板については、コーティング溶液を塗布したのちに４５０℃にて乾燥、続けて８４０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．１０の雰囲気で６０秒焼鈍することによって、厚みが２０ｎｍの中間層と、焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を形成した。
最後に、圧延方向に交差する方向に延びる線状の溝を所定間隔となるようレーザーにて磁区細分化処理を施した。
その後、得られた方向性電磁鋼板に対し、磁気測定を行った。磁気測定については、ＪＩＳＣ２５５０－１：２０１１に記載のエプスタインン法に基づき、１．７Ｔ、５０Ｈｚにおける鉄損Ｗ１７／５０及び磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８の評価を行った。磁気特性の評価については、鉄損Ｗ１７／５０が０．６０Ｗ／ｋｇ未満であり、かつ磁束密度が１．６０Ｔ超である場合に良好と判断した。
試験結果を以下の表３に示す。
これらの仕上げ焼鈍後の鋼板の焼鈍分離材をブラシにて除粉し、一部の鋼板については、８７０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１の雰囲気で６０秒焼鈍することによって、厚みが２０ｎｍの中間層を形成した。鋼板を冷却後、コーティング溶液を塗布した後、８４０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０３の雰囲気で６０秒焼鈍することによって焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を形成した。
また、その他の鋼板については、コーティング溶液を塗布したのちに４５０℃にて乾燥、続けて８４０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．１０の雰囲気で６０秒焼鈍することによって、厚みが２０ｎｍの中間層と、焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を形成した。
最後に、圧延方向に交差する方向に延びる線状の溝を所定間隔となるようレーザーにて磁区細分化処理を施した。
その後、得られた方向性電磁鋼板に対し、磁気測定を行った。磁気測定については、ＪＩＳＣ２５５０－１：２０１１に記載のエプスタインン法に基づき、１．７Ｔ、５０Ｈｚにおける鉄損Ｗ１７／５０及び磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８の評価を行った。磁気特性の評価については、鉄損Ｗ１７／５０が０．６０Ｗ／ｋｇ未満であり、かつ磁束密度が１．６０Ｔ超である場合に良好と判断した。
試験結果を以下の表３に示す。
【0085】
【表3】
【0086】
薄手材は厚手材と比較して脱炭性が良好となる反面、酸化が進行し易いことから、前段露点ＤＰ１が３０℃及び８０℃の場合には良好な磁気特性が得られなかった。
また、表３に示すように、本発明例では、脱炭焼鈍後の鋼板において、酸素量３２０ｐｐｍ以下、炭素量２５ｐｐｍ以下の脱炭焼鈍鋼板を得ることができた。特に、均熱帯の前段から導入する雰囲気ガスの露点ＤＰ１を４０～７０℃かつ、均熱帯の後段から導入する雰囲気ガスの露点ＤＰ２をＤＰ２≦ＤＰ１かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１とした場合に、酸素量３２０ｐｐｍ以下、炭素量２５ｐｐｍ以下の脱炭焼鈍鋼板を得ることができた。そして、これらの脱炭焼鈍鋼板を用いて中間層と絶縁層とを形成して得られた方向性電磁鋼板は、鉄損の低い優れた電磁鋼板であった。また、いずれの例も被膜密着性は十分であった。
また、表３に示すように、本発明例では、脱炭焼鈍後の鋼板において、酸素量３２０ｐｐｍ以下、炭素量２５ｐｐｍ以下の脱炭焼鈍鋼板を得ることができた。特に、均熱帯の前段から導入する雰囲気ガスの露点ＤＰ１を４０～７０℃かつ、均熱帯の後段から導入する雰囲気ガスの露点ＤＰ２をＤＰ２≦ＤＰ１かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１とした場合に、酸素量３２０ｐｐｍ以下、炭素量２５ｐｐｍ以下の脱炭焼鈍鋼板を得ることができた。そして、これらの脱炭焼鈍鋼板を用いて中間層と絶縁層とを形成して得られた方向性電磁鋼板は、鉄損の低い優れた電磁鋼板であった。また、いずれの例も被膜密着性は十分であった。
【0087】
＜実施例２＞
「板厚０．２３ｍｍの場合」
Ｓｉ：３．４５％、Ｃ：０．０６０％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００８％、およびＭｎ：０．１０％、ならびにＳおよびＳｅ：合計で０．００７％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成のスラブを１１５０℃で６０分均熱した後、加熱後のスラブに熱間圧延を施して、板厚が２．８ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。
次に、熱間圧延鋼板を、９００℃で１２０秒保持した後、急冷する熱延板焼鈍を施して、焼鈍鋼板を得た。次に、焼鈍鋼板を酸洗後、酸洗後の鋼板に１回または複数回の冷間圧延を施し、最終板厚が０．２３ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。
「板厚０．２３ｍｍの場合」
Ｓｉ：３．４５％、Ｃ：０．０６０％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００８％、およびＭｎ：０．１０％、ならびにＳおよびＳｅ：合計で０．００７％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成のスラブを１１５０℃で６０分均熱した後、加熱後のスラブに熱間圧延を施して、板厚が２．８ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。
次に、熱間圧延鋼板を、９００℃で１２０秒保持した後、急冷する熱延板焼鈍を施して、焼鈍鋼板を得た。次に、焼鈍鋼板を酸洗後、酸洗後の鋼板に１回または複数回の冷間圧延を施し、最終板厚が０．２３ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。
【0088】
厚手材０．２３ｍｍの冷間圧延鋼板を用いて、均熱温度を８２０～８４０℃とし、前段露点ＤＰ１を３０～８０℃、後段露点ＤＰ２を－１５～５５℃に変更する脱炭焼鈍を実施した。
【0089】
脱炭焼鈍後はシリカと反応し難いアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーで塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍は１２００℃まではＮ２：２５％＋Ｈ２：７５％の雰囲気ガス中で１５℃／Ｈｒの昇温速度で行い、１２００℃でＨ２：１００％に切替え２０時間焼鈍を行った。当該加熱後の冷却時においては、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０００１～１０００００の雰囲気下で、１１００℃から５００℃まで冷却した。また上記条件で冷却する冷却時間は５～３０時間とした。
これらの仕上げ焼鈍後の鋼板の焼鈍分離材をブラシにて除粉し、一部の鋼板については、８７０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１０の雰囲気で６０秒焼鈍することによって、厚みが２０ｎｍの中間層を形成した。鋼板を冷却後、コーティング溶液を塗布した後、８４０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１の雰囲気で６０秒焼鈍することによって焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を形成した。また、その他の鋼板については、８７０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．１０の雰囲気で６０秒焼鈍することによって、厚みが２０ｎｍの中間層と、焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を形成した。
最後に圧延方向に交差する方向に延びる線状の溝を所定間隔となるようレーザーにて磁区細分化処理を施した。
その後、得られた方向性電磁鋼板に対し、磁気測定を行った。磁気測定については、ＪＩＳＣ２５５０－１：２０１１に記載のエプスタインン法に基づき、１．７Ｔ、５０Ｈｚにおける鉄損Ｗ１７／５０及び磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８の評価を行った。
磁気特性の評価については、鉄損Ｗ１７／５０が０．７０Ｗ／ｋｇ未満であり、かつ磁束密度が１．６０Ｔ超の場合に良好と判断した。結果を表４に示す。
これらの仕上げ焼鈍後の鋼板の焼鈍分離材をブラシにて除粉し、一部の鋼板については、８７０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１０の雰囲気で６０秒焼鈍することによって、厚みが２０ｎｍの中間層を形成した。鋼板を冷却後、コーティング溶液を塗布した後、８４０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１の雰囲気で６０秒焼鈍することによって焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を形成した。また、その他の鋼板については、８７０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．１０の雰囲気で６０秒焼鈍することによって、厚みが２０ｎｍの中間層と、焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を形成した。
最後に圧延方向に交差する方向に延びる線状の溝を所定間隔となるようレーザーにて磁区細分化処理を施した。
その後、得られた方向性電磁鋼板に対し、磁気測定を行った。磁気測定については、ＪＩＳＣ２５５０－１：２０１１に記載のエプスタインン法に基づき、１．７Ｔ、５０Ｈｚにおける鉄損Ｗ１７／５０及び磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８の評価を行った。
磁気特性の評価については、鉄損Ｗ１７／５０が０．７０Ｗ／ｋｇ未満であり、かつ磁束密度が１．６０Ｔ超の場合に良好と判断した。結果を表４に示す。
【0090】
【表4】
【0091】
表４に試験結果を示す通り、酸化と脱炭の両立条件が表３に示す板厚の鋼板よりも広く、前段露点ＤＰ１を４０～７０℃とした場合に良好な磁気特性が得られる条件が存在した。
表４に示すように、本発明例では、脱炭焼鈍後の鋼板において、酸素量３２０ｐｐｍ以下、炭素量２５ｐｐｍ以下の脱炭焼鈍鋼板を得ることができた。そして、これらの脱炭焼鈍鋼板を用いて中間層と絶縁層を形成して得られた方向性電磁鋼板は、鉄損の低い優れた電磁鋼板であった。
また、ＤＰ２≦ＤＰ１かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１の関係を満足することで、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下であり、鉄損が低い優れた方向性電磁鋼板を０．１８ｍｍより厚い０．２３ｍｍ厚の鋼板においても得られることがわかった。
表４に示すように、本発明例では、脱炭焼鈍後の鋼板において、酸素量３２０ｐｐｍ以下、炭素量２５ｐｐｍ以下の脱炭焼鈍鋼板を得ることができた。そして、これらの脱炭焼鈍鋼板を用いて中間層と絶縁層を形成して得られた方向性電磁鋼板は、鉄損の低い優れた電磁鋼板であった。
また、ＤＰ２≦ＤＰ１かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１の関係を満足することで、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下であり、鉄損が低い優れた方向性電磁鋼板を０．１８ｍｍより厚い０．２３ｍｍ厚の鋼板においても得られることがわかった。
【0092】
＜実施例３＞
「板厚０．３５ｍｍの場合」
Ｓｉ：３．２５％、Ｃ：０．０５０％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００８％、およびＭｎ：０．１０％、ならびにＳおよびＳｅ：合計で０．００６％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成のスラブを１１５０℃で６０分均熱した後、加熱後のスラブに熱間圧延を施して、板厚が２．８ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。
次に、熱間圧延鋼板を、９００℃で１２０秒保持した後、急冷する熱延板焼鈍を施して、焼鈍鋼板を得た。次に、焼鈍鋼板を酸洗後、酸洗後の鋼板に１回または複数回の冷間圧延を施し、最終板厚が０．３５ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。
「板厚０．３５ｍｍの場合」
Ｓｉ：３．２５％、Ｃ：０．０５０％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００８％、およびＭｎ：０．１０％、ならびにＳおよびＳｅ：合計で０．００６％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成のスラブを１１５０℃で６０分均熱した後、加熱後のスラブに熱間圧延を施して、板厚が２．８ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。
次に、熱間圧延鋼板を、９００℃で１２０秒保持した後、急冷する熱延板焼鈍を施して、焼鈍鋼板を得た。次に、焼鈍鋼板を酸洗後、酸洗後の鋼板に１回または複数回の冷間圧延を施し、最終板厚が０．３５ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。
【0093】
厚手材（板厚０．３５ｍｍ）の冷間圧延鋼板を用いて、均熱温度が８２０～８４０℃、前段露点ＤＰ１を３０～８０℃、後段の露点ＤＰ２を－１５～５５℃に変更する脱炭焼鈍を実施した。
【0094】
焼鈍後はシリカと反応し難いアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーで塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍は１２００℃まではＮ２：２５％＋Ｈ２：７５％の雰囲気ガス中で１５℃／Ｈｒの昇温速度で行い、１２００℃でＨ２：１００％に切替え２０時間焼鈍を行った。
当該加熱後の冷却時においては、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０００１～１０００００の雰囲気下で、１１００℃から５００℃まで冷却した。また上記条件で冷却する冷却時間は、５～３０時間とした。
これらの試料の焼鈍分離材をブラシにて除粉し、一部の鋼板については、８７０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１の雰囲気で６０秒焼鈍することによって、厚みが２０ｎｍの中間層を形成した。鋼板を冷却後、コーティング溶液を塗布した後、８４０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１の雰囲気で６０秒焼鈍することによって焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を形成した。また、その他の鋼板については、絶縁被膜を塗布したのち４５０℃にて乾燥、続けて雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）を０．１０として８４０℃で６０秒間の焼鈍を行って、厚みが２０ｎｍの中間層と焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を同時に形成した。
最後に圧延方向に交差する方向に延びる線状の溝を所定間隔となるようレーザーにて磁区細分化処理を施した。
その後、得られた方向性電磁鋼板に対し、磁気測定を行った。磁気特性の評価については、鉄損Ｗ１７／５０が０．７７Ｗ／ｋｇ未満であり、かつ磁束密度が１．６０Ｔ超である場合に良好と判断した。
結果を以下の表５に示す。
当該加熱後の冷却時においては、ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）：０．０００１～１０００００の雰囲気下で、１１００℃から５００℃まで冷却した。また上記条件で冷却する冷却時間は、５～３０時間とした。
これらの試料の焼鈍分離材をブラシにて除粉し、一部の鋼板については、８７０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１の雰囲気で６０秒焼鈍することによって、厚みが２０ｎｍの中間層を形成した。鋼板を冷却後、コーティング溶液を塗布した後、８４０℃、雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）が０．０１の雰囲気で６０秒焼鈍することによって焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を形成した。また、その他の鋼板については、絶縁被膜を塗布したのち４５０℃にて乾燥、続けて雰囲気ガスの酸化度（ＰＨ２Ｏ／ＰＨ２）を０．１０として８４０℃で６０秒間の焼鈍を行って、厚みが２０ｎｍの中間層と焼付け後の付着量が４．５ｇ／ｍ２、厚みが２μｍである絶縁被膜を同時に形成した。
最後に圧延方向に交差する方向に延びる線状の溝を所定間隔となるようレーザーにて磁区細分化処理を施した。
その後、得られた方向性電磁鋼板に対し、磁気測定を行った。磁気特性の評価については、鉄損Ｗ１７／５０が０．７７Ｗ／ｋｇ未満であり、かつ磁束密度が１．６０Ｔ超である場合に良好と判断した。
結果を以下の表５に示す。
【0095】
【表5】
【0096】
表５に示す結果において、本発明例では、脱炭焼鈍後の鋼板において、酸素量３２０ｐｐｍ以下、炭素量２５ｐｐｍ以下の脱炭焼鈍鋼板を得ることができた。そして、これらの脱炭焼鈍鋼板を用いて中間層と絶縁層を形成して得られた方向性電磁鋼板は、鉄損の低い優れた電磁鋼板であった。
厚手材は脱炭がネックとなり、最終製品の磁気時効悪化の原因となるため、前段露点ＤＰ１が３０℃、８０℃の場合には、いずれも良好な磁気特性が得られなかった。
また、ＤＰ１＝４０～７０℃、ＤＰ２≦ＤＰ１かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１の関係を満足することで、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下であり、鉄損が低い優れた方向性電磁鋼板を０．２３ｍｍより厚い、厚さ０．３５ｍｍの厚手の鋼板においても得られることがわかった。
厚手材は脱炭がネックとなり、最終製品の磁気時効悪化の原因となるため、前段露点ＤＰ１が３０℃、８０℃の場合には、いずれも良好な磁気特性が得られなかった。
また、ＤＰ１＝４０～７０℃、ＤＰ２≦ＤＰ１かつ６０－ＤＰ１≦ＤＰ２≦１００－ＤＰ１の関係を満足することで、酸素量が３２０ｐｐｍ以下、かつ炭素量が２５ｐｐｍ以下であり、鉄損が低い優れた方向性電磁鋼板を０．２３ｍｍより厚い、厚さ０．３５ｍｍの厚手の鋼板においても得られることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【0097】
本発明によれば、フォルステライト被膜を実質的に有しない方向性電磁鋼板の製造方法を提供することができる。上記態様に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、広い板厚範囲において脱炭と鋼板酸化抑制とを両立することで、鉄損が低く、磁気時効後の磁束密度が高い方向性電磁鋼板を製造することができる。
【符号の説明】
【0098】
１…加熱炉
２…均熱炉
２…均熱炉
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】