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JP7597995B2 - Method and system for analyzing magnetic domain structure of grain-oriented electrical steel sheet - Google Patents
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Description

本発明は、方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板の磁区構造の解析方法及び解析システムに関する。 The present invention relates to grain-oriented electrical steel sheets, and a method and system for analyzing the magnetic domain structure of grain-oriented electrical steel sheets.

方向性電磁鋼板は、Siを7質量%以下含有し、二次再結晶粒が{110}<001>方位(Goss方位)に集積した二次再結晶集合組織を有する鋼板である。方向性電磁鋼板の磁気特性は、{110}<001>方位への集積度に大きく影響される。近年、実用されている方向性電磁鋼板では、結晶の<001>方向と圧延方向との角度が5°程度の範囲内に入るように制御されている。 Grain-oriented electrical steel sheet is a steel sheet that contains 7 mass% or less of Si and has a secondary recrystallized texture in which secondary recrystallized grains are concentrated in the {110}<001> orientation (Goss orientation). The magnetic properties of grain-oriented electrical steel sheet are greatly affected by the degree of concentration in the {110}<001> orientation. In recent years, in grain-oriented electrical steel sheets that have been put into practical use, the angle between the crystal's <001> direction and the rolling direction is controlled to be within a range of about 5°.

方向性電磁鋼板は積層されて変圧器の鉄心などに用いられるが、主要な磁気特性である高磁束密度、低鉄損に加え、振動・騒音の原因となる磁歪が小さいことが求められている。結晶方位はこれら特性との強い相関が知られており、例えば、特許文献1~3のような精緻な方位制御技術が開示されている。 Grain-oriented electrical steel sheets are laminated and used in transformer cores, etc., and in addition to the main magnetic properties of high magnetic flux density and low core loss, they are also required to have low magnetostriction, which causes vibration and noise. It is known that crystal orientation has a strong correlation with these properties, and precise orientation control techniques have been disclosed, for example, in Patent Documents 1 to 3.

さらに、方向性電磁鋼板は種々のデバイスに用いられており、デバイスの性能を向上させるために、方向性電磁鋼板の磁区構造を評価する様々な方法が提案されている。例えば、特許文献4及び特許文献5は、所定の条件を満たす磁区の面積率を規定することで、鉄損の改善をもたらす技術を開示している。 Furthermore, grain-oriented electrical steel sheets are used in various devices, and various methods have been proposed for evaluating the magnetic domain structure of grain-oriented electrical steel sheets in order to improve the performance of the devices. For example, Patent Documents 4 and 5 disclose techniques that improve iron loss by specifying the area ratio of magnetic domains that meet certain conditions.

特開2001-192785号公報JP 2001-192785 A 特開2005-240079号公報JP 2005-240079 A 特開2012-052229号公報JP 2012-052229 A 特開2000-345306号公報JP 2000-345306 A 特開2004-225154号公報JP 2004-225154 A

変圧器の小型化要求を背景として、鉄心自体を小さくすることが要求されている。同じ磁気的な動作を得る場合、鉄心が小さくなると鉄心を高磁場で作動させる必要がある。このため、変圧器の鉄心素材として使用される方向性電磁鋼板に対しては高磁場領域での磁気特性の向上が求められる。 In response to the demand for smaller transformers, there is a demand to make the iron core itself smaller. To achieve the same magnetic behavior, a smaller iron core requires that it be operated in a stronger magnetic field. For this reason, there is a demand for improved magnetic properties in high magnetic field regions for the grain-oriented electrical steel sheets used as transformer core materials.

また、一般的に方向性電磁鋼板の板厚を薄くすると鉄損が低くなることが知られており、板厚の薄い方向性電磁鋼板の適用が拡大している。 It is generally known that reducing the thickness of grain-oriented electrical steel sheets reduces iron loss, and the application of thin grain-oriented electrical steel sheets is expanding.

本願発明者らは、板厚が薄い鋼板により製造した変圧器鉄心の高磁場領域での特性を詳細に検討した。その結果、従来の技術に従い結晶方位を好ましく制御した鋼板を素材とした場合であっても、特に、騒音の低減に改善の余地があることを認識した。 The inventors of the present application conducted a detailed study of the characteristics of transformer cores manufactured from thin steel sheets in the high magnetic field region. As a result, they recognized that even when using steel sheets with favorable crystal orientation controlled according to conventional technology, there is still room for improvement, particularly in noise reduction.

変圧器鉄心の騒音に関する素材の関与としては、方向性電磁鋼板の磁歪と関連した検討が行われることが多い。本願発明者らはこの観点で検討を進めたが、板厚が薄い鋼板で製造した鉄心の高磁場領域での騒音は、素材板厚が比較的厚く低磁場領域で使用される場合の騒音とは異なり、素材の磁歪との相関は比較的低いことが判明した。 When it comes to the impact of materials on the noise of transformer cores, magnetostriction of grain-oriented electromagnetic steel sheets is often considered. The present inventors conducted research from this perspective, and found that noise in high magnetic field regions from iron cores made from thin steel sheets differs from noise made when the material sheet is relatively thick and used in low magnetic field regions, and has a relatively low correlation with the magnetostriction of the material.

この原因をさらに探究したところ、問題となる騒音は素材の磁歪の方向、すなわち磁化方向である鋼板面内での振動ではなく、鋼板面外の振動によって引き起こされていることを知見した。 After further investigation into the cause, it was discovered that the problematic noise was caused by vibrations outside the plane of the steel plate, rather than vibrations within the plane of the steel plate, which is the direction of magnetostriction of the material, i.e., the magnetization direction.

この現象を詳細に観察したところ、次のような状況が判明した。変圧器鉄心において鋼板は閉磁路を形成するように配置される。つまり、いわゆる積鉄心では鋼板ブロックが四角形状に組み立てられ、いわゆる巻鉄心では略四角形になるように曲げ成形される。そしてこの鉄心は銅線コイルやケースなどと固定される。このため、素材鋼板は面内方向、特に磁化方向の端部で拘束された状況となっている。 After observing this phenomenon in detail, the following was found: In a transformer core, the steel sheets are arranged to form a closed magnetic circuit. That is, in a so-called stacked core, the steel sheet blocks are assembled into a square shape, and in a so-called wound core, the steel sheets are bent into an approximately square shape. This core is then fixed to a copper wire coil and a case. As a result, the raw steel sheets are constrained in the in-plane direction, especially at the ends in the magnetization direction.

この状況で鋼板が鋼板面外に振動する原因を考えると、鋼板が伸びるような寸法変化が起きて、鋼板が板面外に撓んでいることが予想される。一般的に鋼板の磁歪は、磁場が低い領域では鋼板寸法が縮むように歪むが、高磁場では縮み歪から伸び歪に転ずることが知られている。また素材板厚が薄い場合に騒音が問題になることから、本願発明者らはこの伸び磁歪に起因する鋼板面外への撓みが解消すべき騒音の原因であると結論づけた。 Considering the cause of the steel plate vibrating out of its plane in this situation, it is expected that a dimensional change occurs that causes the steel plate to stretch, causing the steel plate to bend out of its plane. It is generally known that magnetostriction in steel plates causes the steel plate to distort so that its dimensions shrink in areas with low magnetic fields, but that in high magnetic fields, this shifts from shrinkage distortion to expansion distortion. Furthermore, because noise becomes an issue when the material plate is thin, the inventors of this application have concluded that the bending out of the steel plate's plane due to this expansion magnetostriction is the cause of the noise that needs to be eliminated.

この結論に従い、従来技術と同様に磁歪を小さくする方策を検討したが、全体の磁歪が小さくなるように制御した鋼板においても、伸び磁歪については顕著な低減が実現できなかった。このため、鋼板面外振動に起因する騒音に関しては、素材板厚が比較的厚く低磁場領域で使用する場合の騒音ほどの改善は達成できなかった。また、単純に伸び磁歪の大きさと騒音の相関を検討したが、単純な伸び磁歪の大きさだけでは高磁場領域で使用する場合の騒音低減指針としては不十分であった。 Following this conclusion, we investigated ways to reduce magnetostriction in the same way as with conventional technology, but we were unable to achieve a significant reduction in elongation magnetostriction, even in steel sheets where the overall magnetostriction was controlled to be small. As a result, we were unable to achieve the same level of improvement in noise caused by out-of-plane vibration of the steel sheets as when the material sheet thickness was relatively thick and used in a low magnetic field. We also investigated the simple correlation between the magnitude of elongation magnetostriction and noise, but the simple magnitude of elongation magnetostriction alone was insufficient as a guideline for reducing noise when used in a high magnetic field.

伸び磁歪の大きさと形状は消磁状態に鋼板に生じる還流磁区の量と磁化回転が関連していることが知られている。よって、還流磁区の状態と磁化回転の量を制御することができれば、高磁場領域で使用する場合の騒音を効果的に抑制可能であることが期待される。しかし、以下のような障害があった。 It is known that the magnitude and shape of elongation magnetostriction are related to the amount of closure domains and magnetization rotation that occur in steel sheets in a demagnetized state. Therefore, if it were possible to control the state of the closure domains and the amount of magnetization rotation, it would be possible to effectively suppress noise when used in high magnetic fields. However, there were the following obstacles:

従来、磁区構造に着目して方向性電磁鋼板の特徴を制御する技術は複数存在するものの、磁区構造に関する精緻な制御技術の開発が十分なされているとは言えない。すなわち、従来の技術では、方向性電磁鋼板の主磁区である180°磁区の平均間隔、面積率、角度等、磁区構造の平均的な情報で規定するものが多く、方向性電磁鋼板の磁区構造の空間分布や不均一性をも含めて特徴づけるものは少ない。特に、還流磁区のような不均一性の高い磁区構造を含めた定量的な評価手法は皆無と言える。 While there have traditionally been several technologies for controlling the characteristics of grain-oriented electrical steel sheets by focusing on the magnetic domain structure, it cannot be said that sophisticated control technologies for magnetic domain structure have been sufficiently developed. In other words, most conventional technologies specify average information about the magnetic domain structure, such as the average spacing, area ratio, and angle of the 180° magnetic domains, which are the main magnetic domains of grain-oriented electrical steel sheets, and there are few that characterize the spatial distribution and non-uniformity of the magnetic domain structure of grain-oriented electrical steel sheets. In particular, it can be said that there are no quantitative evaluation methods that include highly non-uniform magnetic domain structures such as closure domains.

例えば、特許文献4及び特許文献5では、所定の条件を満たす磁区の面積率を規定しているが、そのような磁区の分散状態(一体となった一つの磁区なのか、複数の磁区なのか)については規定しておらず、また、それらを定量的に求める手法も存在しない。 For example, Patent Documents 4 and 5 specify the area ratio of magnetic domains that satisfy certain conditions, but do not specify the distribution state of such magnetic domains (whether it is one integrated magnetic domain or multiple magnetic domains), and there is no method to quantitatively determine this.

このような状況を踏まえ、本願発明者らは次のような視点で磁区構造の定量化を検討した。 Given this situation, the inventors of the present application considered quantifying the magnetic domain structure from the following perspectives:

方向性電磁鋼板の結晶組織は、比較的大きくかつ結晶方位が高度に揃った結晶粒により構成されている。一つ一つの結晶粒は単結晶と見做すことができ、その磁区構造の大部分は単純な磁区構造である180°磁区で占められている。このような中で、相対的に複雑な磁区構造である還流磁区は結晶粒界近傍に生じやすく、磁化回転の量は180°磁区とRD(圧延方向)軸とのなす角度と対応する。つまり、還流磁区を抑制するには単純には結晶粒径を大きくして、結晶粒界領域の存在割合を低減する方策が考えられ、磁化回転の量を抑制するためには180°磁区とRD軸を平行にすればよい。しかし、単純に結晶粒径を大きくしただけでは、コイルセット等による連続的な方位変化によって、結晶粒界での結晶方位変化が大きくなるために結晶粒界近傍領域での還流磁区の生成が増大し、かえって高磁場での騒音を増大させることにもなる。 The crystal structure of grain-oriented electrical steel sheets is composed of relatively large crystal grains with a highly uniform crystal orientation. Each crystal grain can be considered as a single crystal, and the majority of the magnetic domain structure is occupied by 180° magnetic domains, which are simple magnetic domain structures. In this case, closure domains, which are relatively complex magnetic domain structures, tend to occur near the grain boundaries, and the amount of magnetization rotation corresponds to the angle between the 180° magnetic domain and the RD (rolling direction) axis. In other words, a simple method of suppressing closure domains is to increase the crystal grain size and reduce the proportion of grain boundary regions, and to suppress the amount of magnetization rotation, the 180° magnetic domain and the RD axis should be made parallel. However, simply increasing the crystal grain size will increase the generation of closure domains in the areas near the grain boundaries due to continuous orientation changes caused by coil sets, etc., which will increase the crystal orientation changes at the grain boundaries, and will actually increase noise in high magnetic fields.

さらに詳細に磁区を観察したところ、結晶粒界には還流磁区が生成しやすい結晶粒界と還流磁区がほとんど生成しない結晶粒界があることに気付いた。これは粒界のモフォロジーや方位関係、析出物、表面性状、歪等の多岐にわたる要因によって、粒界があったとしても、つまり結晶方位に不連続な変化があったとしても磁区としては形態を保ったまま連続的に存在可能な場合があることを示している。 Upon observing the magnetic domains in more detail, it was discovered that there are grain boundaries where closure domains are likely to form and grain boundaries where closure domains rarely form. This indicates that, depending on a wide range of factors including the morphology and orientation of the grain boundaries, precipitates, surface properties, and distortion, even if there are grain boundaries, that is, even if there are discontinuous changes in the crystal orientation, magnetic domains may be able to exist continuously while maintaining their morphology.

この観点で様々な鋼板製造条件について検討した結果、特定の製造条件により、結晶組織を還流磁区の生成が抑制された結晶粒界が優位になるように制御可能であるとの結果を得た。さらに、その磁区構造の定量化手段を検討し、本発明で制御すべき板厚が薄い鋼板により製造した鉄心の高磁場領域での騒音との相関が非常に高く、該騒音の低減にとって好ましい範囲を特定することができる解析方法及び解析システムを確定した。 As a result of examining various steel sheet manufacturing conditions from this perspective, it was found that, under certain manufacturing conditions, it is possible to control the crystal structure so that the crystal grain boundaries, where the generation of closure domains is suppressed, predominate. Furthermore, a means of quantifying the magnetic domain structure was examined, and an analysis method and analysis system were established that show a very high correlation with noise in the high magnetic field region of an iron core manufactured from a thin steel sheet to be controlled in this invention, and that can identify a range that is favorable for reducing said noise.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高磁場領域(1.9T程度の磁場)での騒音を改善した鉄心の製造を可能とする方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板の磁区構造の解析方法及び解析システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a grain-oriented electromagnetic steel sheet that enables the manufacture of iron cores with improved noise in high magnetic field regions (magnetic fields of about 1.9 T), and an analysis method and analysis system for the magnetic domain structure of grain-oriented electromagnetic steel sheet.

本発明の実施形態に係る方向性電磁鋼板は、質量%で、Si:2.0~7.0%、Nb:0~0.030%、V:0~0.030%、Mo:0~0.030%、Ta:0~0.030%、W:0~0.030%、C:0~0.0050%、Mn:0~1.0%、S:0~0.0150%、Se:0~0.0150%、Al:0~0.0650%、N:0~0.0050%、Cu:0~0.40%、Bi:0~0.010%、B:0~0.080%、P:0~0.50%、Ti:0~0.0150%、Sn:0~0.10%、Sb:0~0.10%、Cr:0~0.30%、Ni:0~1.0%、を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有し、Goss方位に配向する集合組織を有し、且つ所定の方法で導出された同一磁区角度領域の平均径が5.0mm以上である。同一磁区角度領域を導出する所定の方法は、a)2種類の色によって二値化された又は3以上の階調で表現された方向性電磁鋼板の磁区画像から、磁区画像の複数の位置にそれぞれ対応する複数の部分領域を切り出し、b)複数の部分領域のそれぞれに対して2次元フーリエ変換を施すことによって複数の部分フーリエ画像を求め、c)複数の部分フーリエ画像のそれぞれのスポットのピーク位置に基づいて、方向性電磁鋼板の180°磁区の角度の空間分布を導出し、d)180°磁区の角度の空間分布に基づき、磁区画像のうち、180°磁区の角度が所定の範囲内にある連続する領域を同一磁区角度領域として導出する。 The grain-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention has the following composition, by mass%, Si: 2.0-7.0%, Nb: 0-0.030%, V: 0-0.030%, Mo: 0-0.030%, Ta: 0-0.030%, W: 0-0.030%, C: 0-0.0050%, Mn: 0-1.0%, S: 0-0.0150%, Se: 0-0.0150%, Al: 0-0.0650%, N: 0-0.0050%, Cu: 0-0.4 0%, Bi: 0-0.010%, B: 0-0.080%, P: 0-0.50%, Ti: 0-0.0150%, Sn: 0-0.10%, Sb: 0-0.10%, Cr: 0-0.30%, Ni: 0-1.0%, and the balance being Fe and impurities. The alloy has a texture oriented in the Goss orientation, and the average diameter of identical magnetic domain angle domains derived by a specified method is 5.0 mm or more. A specified method for deriving identical magnetic domain angle regions is to: a) extract multiple partial regions corresponding to multiple positions in a magnetic domain image of a grain-oriented electromagnetic steel sheet that is binarized with two types of colors or expressed in three or more gradations; b) obtain multiple partial Fourier images by performing a two-dimensional Fourier transform on each of the multiple partial regions; c) derive the spatial distribution of the 180° magnetic domain angle of the grain-oriented electromagnetic steel sheet based on the peak positions of the spots of each of the multiple partial Fourier images; and d) derive, based on the spatial distribution of the 180° magnetic domain angle, consecutive regions of the magnetic domain image where the 180° magnetic domain angle is within a predetermined range as identical magnetic domain angle regions.

本発明の実施形態に係る方向性電磁鋼板の磁区構造の解析方法は、a)2種類の色によって二値化された又は3以上の階調で表現された方向性電磁鋼板の磁区画像から、磁区画像の複数の位置にそれぞれ対応する複数の部分領域を切り出すステップと、b)複数の部分領域のそれぞれに対して2次元フーリエ変換を施すことによって複数の部分フーリエ画像を求めるステップと、c)複数の部分フーリエ画像のそれぞれのスポットのピーク位置に基づいて、方向性電磁鋼板の180°磁区の角度の空間分布を導出するステップと、d)180°磁区の角度の空間分布に基づき、磁区画像のうち、180°磁区の角度が所定の範囲内にある連続する領域を同一磁区角度領域として導出するステップと、を備える。 The method for analyzing the magnetic domain structure of a grain-oriented electromagnetic steel sheet according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: a) extracting a plurality of partial regions corresponding to a plurality of positions in a magnetic domain image of the grain-oriented electromagnetic steel sheet, the partial regions being binarized with two colors or expressed in three or more gradations; b) obtaining a plurality of partial Fourier images by performing a two-dimensional Fourier transform on each of the plurality of partial regions; c) deriving the spatial distribution of the 180° magnetic domain angle of the grain-oriented electromagnetic steel sheet based on the peak positions of the spots of each of the plurality of partial Fourier images; and d) deriving, based on the spatial distribution of the 180° magnetic domain angle, consecutive regions of the magnetic domain image in which the 180° magnetic domain angle is within a predetermined range as identical magnetic domain angle regions.

本発明の実施形態に係る方向性電磁鋼板の磁区構造の解析システムは、2種類の色によって二値化された又は3以上の階調で表現された方向性電磁鋼板の磁区画像から、磁区画像の複数の位置にそれぞれ対応する複数の部分領域を切り出し、複数の部分領域のそれぞれに対して2次元フーリエ変換を施すことによって複数の部分フーリエ画像を求め、複数の部分フーリエ画像のそれぞれのスポットのピーク位置に基づいて、方向性電磁鋼板の180°磁区の角度の空間分布を導出し、180°磁区の角度の空間分布に基づき、磁区画像のうち、180°磁区の角度が所定の範囲内にある連続する領域を同一磁区角度領域として導出する演算部を備える。 The analysis system for the magnetic domain structure of grain-oriented electromagnetic steel sheet according to an embodiment of the present invention includes a calculation unit that extracts a plurality of partial regions corresponding to a plurality of positions in a magnetic domain image of the grain-oriented electromagnetic steel sheet, which is binarized with two types of colors or expressed in three or more gradations, obtains a plurality of partial Fourier images by performing a two-dimensional Fourier transform on each of the plurality of partial regions, derives the spatial distribution of the 180° magnetic domain angle of the grain-oriented electromagnetic steel sheet based on the peak position of each spot in the plurality of partial Fourier images, and derives, based on the spatial distribution of the 180° magnetic domain angle, consecutive regions of the magnetic domain image in which the 180° magnetic domain angle is within a predetermined range as identical magnetic domain angle regions.

本願明細書において、「180°磁区」とは、磁化方向が結晶の<100>方位であり、且つ圧延方向にほぼ平行な2つの180°磁壁に挟まれた磁区を表す。
また、180°磁区の「角度」とは、基準となる磁化方向に対する180°磁区の方位を表す。一般的に方向性電磁鋼板の場合、基準となる磁化方向はRD(圧延方向)と平行である。
In this specification, the term "180° magnetic domain" refers to a magnetic domain whose magnetization direction is in the <100> crystal direction and which is sandwiched between two 180° magnetic domain walls that are substantially parallel to the rolling direction.
The "angle" of the 180° magnetic domain refers to the orientation of the 180° magnetic domain with respect to the reference magnetization direction. In general, in the case of grain-oriented electrical steel sheets, the reference magnetization direction is parallel to the RD (rolling direction).

本発明によれば、方向性電磁鋼板の磁区画像から、位置毎に部分領域を切り出して2次元フーリエ変換を行うことで、180°磁区の角度が所定範囲内にある連続する領域及びその位置を定量的に導出する手法により方向性電磁鋼板を特定し、変圧器鉄心の高磁場領域での騒音を低減し、騒音特性を好ましく制御することが可能となる。 According to the present invention, by extracting partial regions at each position from the magnetic domain image of the grain-oriented magnetic steel sheet and performing a two-dimensional Fourier transform, the grain-oriented magnetic steel sheet can be identified by a method that quantitatively derives continuous regions where the magnetic domain angle of 180° is within a specified range and their positions, thereby making it possible to reduce noise in the high magnetic field region of the transformer core and to favorably control the noise characteristics.

本発明の実施形態に係る解析システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of an analysis system according to an embodiment of the present invention. 図1の画像取得装置のハードウェア構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of the image acquisition device shown in FIG. 1 . 図1の解析装置のハードウェア構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of the analysis device shown in FIG. 1 . 磁区画像から複数の部分領域を切り出す方法を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a method for extracting a plurality of partial regions from a magnetic domain image. 磁区画像から切り出された複数の部分領域のそれぞれに2次元フーリエ変換を施すことによって得られた複数の部分フーリエ画像の一例である。13 is an example of a plurality of partial Fourier images obtained by performing a two-dimensional Fourier transform on each of a plurality of partial regions cut out from a magnetic domain image. 粒界のないほぼ均一な磁区の画像と、粒界を伴う不均一な磁区の画像の一例である。This is an example of an image of almost uniform magnetic domains without grain boundaries, and an example of an image of non-uniform magnetic domains with grain boundaries. 図6に示す2つの磁区画像のそれぞれについて短区間2次元フーリエ変換(ST2DFT)を用いて導出された180°磁区の角度の空間分布を示すグラフである。7 is a graph showing the spatial distribution of the angle of the 180° magnetic domain derived using a short-range two-dimensional Fourier transform (ST2DFT) for each of the two magnetic domain images shown in FIG. 6 . 図6に示す2つの磁区画像のそれぞれについて、線分法による磁区構造の解析結果とST2DFTによる磁区構造の解析結果とを比較する表である。7 is a table comparing the analysis results of the magnetic domain structure by the line segment method and the analysis results of the magnetic domain structure by the ST2DFT for each of the two magnetic domain images shown in FIG. 6 . 本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法を例示する流れ図である。1 is a flow chart illustrating a method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention.

本発明の好ましい一実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明は本実施形態に開示の構成のみに制限されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、以下に記載する数値限定範囲には、下限値及び上限値が含まれる。「超」又は「未満」と示す数値は、その値が数値範囲に含まれない。また、化学組成に関する「%」は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。 A preferred embodiment of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the configuration disclosed in this embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention. The numerical ranges described below include lower and upper limits. Values indicated as "greater than" or "less than" are not included in the numerical range. Furthermore, "%" in relation to chemical composition means "mass %" unless otherwise specified.

(1)方向性電磁鋼板の化学組成
まず、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の化学組成を説明する。本実施形態の方向性電磁鋼板は、化学組成として、基本元素を含み、必要に応じて選択元素を含み、残部がFe及び不純物からなる。
(1) Chemical Composition of Grain-Oriented Electrical Steel Sheet First, the chemical composition of the grain-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment will be described. The grain-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment has a chemical composition that includes basic elements, optionally includes optional elements, and the balance is Fe and impurities.

本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、基本元素(主要な合金元素)として、質量分率で、Si(シリコン):2.00%~7.00%を含有する。 The grain-oriented electrical steel sheet according to this embodiment contains, as a base element (major alloy element), 2.00% to 7.00% Si (silicon) by mass fraction.

Siは、結晶方位を{110}<001>方位に集積させるために、含有量が2.0~7.0%であることが好ましい。 The Si content is preferably 2.0-7.0% to concentrate the crystal orientation in the {110}<001> direction.

本実施形態では、化学組成として、不純物を含有してもよい。なお、「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石やスクラップから、又は製造環境等から混入する元素を指す。不純物の合計含有量の上限は、例えば、5%であればよい。 In this embodiment, the chemical composition may contain impurities. Note that "impurities" refer to elements that are mixed in from raw materials such as ores and scraps, or from the manufacturing environment, during industrial production of steel. The upper limit of the total impurity content may be, for example, 5%.

また、本実施形態では、上述の基本元素及び不純物に加えて、選択元素を含有してもよい。例えば、上述した残部であるFeの一部に代えて、選択元素として、C、Mn、S、Se、Al、N、Cu、Bi、B、P、Ti、Sn、Sb、Cr、Ni、Nb、V、Mo、Ta、Wなどを含有してもよい。 In addition to the basic elements and impurities described above, this embodiment may contain selective elements. For example, instead of a portion of the remaining Fe, C, Mn, S, Se, Al, N, Cu, Bi, B, P, Ti, Sn, Sb, Cr, Ni, Nb, V, Mo, Ta, W, etc. may be contained as selective elements.

C(炭素):0~0.0050%
Mn(マンガン):0~1.0%
S(硫黄):0~0.0150%
Se(セレン):0~0.0150%
Al(酸可溶性アルミニウム):0~0.0650%
N(窒素):0~0.0050%
Cu(銅):0~0.40%
Bi(ビスマス):0~0.010%
B(ボロン):0~0.080%
P(燐):0~0.50%
Ti(チタン):0~0.0150%
Sn(スズ):0~0.10%
Sb(アンチモン):0~0.10%
Cr(クロム):0~0.30%
Ni(ニッケル):0~1.0%
Nb(ニオブ):0~0.030%
V(バナジウム):0~0.030%
Mo(モリブデン):0~0.030%
Ta(タンタル):0~0.030%
W(タングステン):0~0.030%
これらの選択元素は、公知の目的に応じて含有させればよい。これらの選択元素の含有量の下限値を設ける必要はなく、下限値が0%でもよい。また、これらの選択元素が不純物として含有されても、上記効果は損なわれない。
C (carbon): 0 to 0.0050%
Mn (manganese): 0-1.0%
S (sulfur): 0-0.0150%
Se (selenium): 0 to 0.0150%
Al (acid-soluble aluminum): 0 to 0.0650%
N (nitrogen): 0 to 0.0050%
Cu (copper): 0 to 0.40%
Bi (Bismuth): 0 to 0.010%
B (boron): 0 to 0.080%
P (phosphorus): 0-0.50%
Ti (titanium): 0 to 0.0150%
Sn (tin): 0 to 0.10%
Sb (antimony): 0 to 0.10%
Cr (chromium): 0-0.30%
Ni (nickel): 0-1.0%
Nb (niobium): 0-0.030%
V (vanadium): 0 to 0.030%
Mo (molybdenum): 0 to 0.030%
Ta (tantalum): 0 to 0.030%
W (tungsten): 0-0.030%
These selective elements may be contained according to known purposes. There is no need to set a lower limit for the content of these selective elements, and the lower limit may be 0%. In addition, these selective elements may be impurities. Even if it is contained as such, the above effects are not impaired.

なお、方向性電磁鋼板では、製造工程で脱炭焼鈍及び二次再結晶時の純化焼鈍を経ることで、比較的大きな化学組成の変化(含有量の低下)が起きる。元素によっては純化焼鈍によって、一般的な分析手法では検出できない程度(1ppm以下)にまで含有量が低減することもある。方向性電磁鋼板の上記化学組成は、最終製品における化学組成である。一般に、方向性電磁鋼板の最終製品の化学組成は、出発素材である後述のスラブの化学組成とは異なるが、基本的にはスラブに含有されていた元素が残存したものであり、スラブ組成と製造条件で調整される。 In addition, grain-oriented electrical steel sheet undergoes decarburization annealing and purification annealing during secondary recrystallization in the manufacturing process, which causes a relatively large change in chemical composition (reduction in content). Depending on the element, purification annealing can reduce the content to a level that cannot be detected by general analytical methods (1 ppm or less). The above chemical composition of grain-oriented electrical steel sheet is the chemical composition of the final product. In general, the chemical composition of the final grain-oriented electrical steel sheet differs from the chemical composition of the starting material, the slab (described below), but is basically the remaining elements that were contained in the slab, and is adjusted by the slab composition and manufacturing conditions.

方向性電磁鋼板の化学組成は、鋼の一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、方向性電磁鋼板の化学組成は、Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry(ICP-AES)を用いて測定すればよい。具体的には、方向性電磁鋼板から採取した35mm角の試験片を、島津製作所製ICPS-8100等(測定装置)により、予め作成した検量線に基づいた条件で測定することにより、化学組成が特定される。なお、C及びSは燃焼-赤外線吸収法を用いて測定し、Nは不活性ガス融解-熱伝導度法を用いて測定すればよい。 The chemical composition of grain-oriented electrical steel sheets can be measured using a general steel analysis method. For example, the chemical composition of grain-oriented electrical steel sheets can be measured using Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES). Specifically, the chemical composition can be determined by measuring a 35 mm square test piece taken from the grain-oriented electrical steel sheet using a Shimadzu ICPS-8100 or other measuring device under conditions based on a previously prepared calibration curve. C and S can be measured using the combustion-infrared absorption method, and N can be measured using the inert gas fusion-thermal conductivity method.

なお、上記の化学組成は、方向性電磁鋼板の成分である。測定試料となる方向性電磁鋼板が、表面に酸化物等からなる中間層、絶縁被膜等を有している場合は、これらを下記の方法で除去してから化学組成を測定する。 The above chemical composition is the composition of grain-oriented electrical steel sheet. If the grain-oriented electrical steel sheet to be measured has an intermediate layer made of oxides or an insulating coating on the surface, these are removed using the method described below before measuring the chemical composition.

例えば、絶縁被膜の除去方法として、被膜を有する方向性電磁鋼板を、高温のアルカリ溶液に浸漬すればよい。具体的には、NaOH:30~50質量%+HO:50~70質量%の水酸化ナトリウム水溶液に、80~90℃で5~10分間、浸漬した後に、水洗して乾燥することで、方向性電磁鋼板から絶縁被膜を除去することができる。なお、絶縁被膜の厚さに応じて、上記の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬する時間を変えればよい。 For example, the insulating coating can be removed by immersing the grain-oriented electrical steel sheet having the coating in a high-temperature alkaline solution. Specifically, the insulating coating can be removed from the grain-oriented electrical steel sheet by immersing the sheet in an aqueous sodium hydroxide solution containing 30 to 50 mass % NaOH and 50 to 70 mass % H 2 O at 80 to 90° C. for 5 to 10 minutes, followed by rinsing with water and drying. The time for immersion in the aqueous sodium hydroxide solution can be changed depending on the thickness of the insulating coating.

また、例えば、中間層の除去方法として、絶縁被膜を除去した電磁鋼板を、高温の塩酸に浸漬すればよい。具体的には、溶解したい中間層を除去するために好ましい塩酸の濃度を予め調べ、この濃度の塩酸に、例えば30~40質量%塩酸に、80~90℃で1~5分間、浸漬した後に、水洗して乾燥させることで、中間層を除去することができる。通常は、絶縁被膜の除去にはアルカリ溶液を用い、中間層の除去には塩酸を用いるように、処理液を使い分けて各被膜を除去する。 For example, one method for removing the intermediate layer is to immerse the magnetic steel sheet from which the insulating coating has been removed in hot hydrochloric acid. Specifically, the concentration of hydrochloric acid suitable for removing the desired intermediate layer is determined in advance, and the intermediate layer can be removed by immersing the sheet in hydrochloric acid of this concentration, for example 30-40% by mass hydrochloric acid, at 80-90°C for 1-5 minutes, followed by rinsing with water and drying. Typically, different treatment solutions are used to remove each coating, such as an alkaline solution to remove the insulating coating and hydrochloric acid to remove the intermediate layer.

(2)方向性電磁鋼板の磁区構造
方向性電磁鋼板が規定する磁区構造は、これまで特別な鋼板を特定可能なほど十分に定量化されていなかったことは前述の通りである。よって、以下では、まず、本実施形態で使用する磁区構造の定量化手法について説明し(以下の(2-1)参照)、その後、その定量化手法により得られた定量化パラメータの妥当性を検証し(以下の(2-2)参照)、さらに、その定量化手法に基づく方向性電磁鋼板の規定(以下の(2-3)参照)について説明する。
(2) Magnetic Domain Structure of Grain-Oriented Electrical Steel Sheet As described above, the magnetic domain structure defined by grain-oriented electrical steel sheet has not been sufficiently quantified to identify a special steel sheet. Therefore, in the following, we will first explain the method for quantifying the magnetic domain structure used in this embodiment (see (2-1) below), then verify the validity of the quantification parameters obtained by the quantification method (see (2-2) below), and further explain the definition of grain-oriented electrical steel sheet based on the quantification method (see (2-3) below).

(2-1)方向性電磁鋼板の磁区構造の定量化手法
以下、図面を参照して本発明の実施形態で用いる磁区構造の定量化手法を説明する。
(2-1) Method for Quantifying Magnetic Domain Structure of Grain-Oriented Electrical Steel Sheet Hereinafter, a method for quantifying a magnetic domain structure used in an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

<システム構成>
まず、本実施形態に係る磁区構造の定量化手法(解析方法)を実現するシステムの構成について説明する。
<System Configuration>
First, a configuration of a system for implementing the method for quantifying (analyzing) a magnetic domain structure according to this embodiment will be described.

図1に、本実施形態に係る解析システム100の構成を示す。解析システム100は、方向性電磁鋼板の磁区構造を解析するシステムであり、図1に示すように、画像取得装置20と解析装置30とを備え、画像取得装置20と解析装置30は、ケーブルを介して接続されている。 Figure 1 shows the configuration of an analysis system 100 according to this embodiment. The analysis system 100 is a system that analyzes the magnetic domain structure of a grain-oriented electrical steel sheet, and as shown in Figure 1, it includes an image acquisition device 20 and an analysis device 30, which are connected via a cable.

画像取得装置20は、図2に示すように、光源部21と、磁気光学(MO)センサ23と、イメージセンサ25と、信号処理部27とを有する。 As shown in FIG. 2, the image acquisition device 20 has a light source unit 21, a magneto-optical (MO) sensor 23, an image sensor 25, and a signal processing unit 27.

光源部21は、発光ダイオード(LED)からなる光源を有しており、MOセンサ23に対して、偏光面の揃った光を照射する。 The light source unit 21 has a light source consisting of a light emitting diode (LED) and irradiates the MO sensor 23 with light with a uniform polarization plane.

MOセンサ23は、方向性電磁鋼板等の磁性体の構造を測定する装置であり、測定対象の磁性体試料が載置される観察面を有する。光源部21から照射された光は、MOセンサ23の内部を通って反射層で反射され、反射光はMOセンサ23の内部を再び通ってMOセンサ23の外部に出力される。磁性体試料としての方向性電磁鋼板がMOセンサ23の観察面上に載置されると、MOセンサ23の内部に、方向性電磁鋼板の自発磁化の向きに応じた漏れ磁場が生じるが、この漏れ磁場によって、反射光の偏光面が回転する。 The MO sensor 23 is a device for measuring the structure of magnetic materials such as grain-oriented electromagnetic steel sheets, and has an observation surface on which the magnetic material sample to be measured is placed. Light irradiated from the light source unit 21 passes through the inside of the MO sensor 23 and is reflected by the reflective layer, and the reflected light passes through the inside of the MO sensor 23 again and is output to the outside of the MO sensor 23. When a grain-oriented electromagnetic steel sheet as a magnetic material sample is placed on the observation surface of the MO sensor 23, a leakage magnetic field corresponding to the direction of spontaneous magnetization of the grain-oriented electromagnetic steel sheet is generated inside the MO sensor 23, and this leakage magnetic field rotates the polarization plane of the reflected light.

イメージセンサ25は、Complementary Metal-Oxide-Semiconductor(CMOS)イメージセンサであり、MOセンサ23からの反射光を受光面に結像させて光電変換し、光電変換後のアナログ信号を信号処理部27に出力する。偏光面が回転した反射光をイメージセンサ25で検出することで、後述のように、漏れ磁場の空間分布を得ることができ、方向性電磁鋼板の磁区構造が明らかとなる。 The image sensor 25 is a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor that forms an image of the reflected light from the MO sensor 23 on its light receiving surface, photoelectrically converts it, and outputs the analog signal after photoelectric conversion to the signal processing unit 27. By detecting the reflected light with a rotated polarization plane using the image sensor 25, the spatial distribution of the leakage magnetic field can be obtained, as described below, and the magnetic domain structure of the grain-oriented electromagnetic steel sheet becomes clear.

信号処理部27は、アンプ、ADコンバータ、Digital Signal Processor(DSP)等を有する。イメージセンサ25から出力されたアナログ信号は、アンプにより増幅され、ADコンバータによりデジタル信号に変換される。このデジタル信号に対し、DSPにより所定のデジタル処理が施されることで画像信号が生成される。信号処理部27で生成された画像信号は、コネクタを介して解析装置30に出力される。 The signal processing unit 27 has an amplifier, an AD converter, a digital signal processor (DSP), etc. The analog signal output from the image sensor 25 is amplified by the amplifier and converted into a digital signal by the AD converter. This digital signal is subjected to a predetermined digital processing by the DSP to generate an image signal. The image signal generated by the signal processing unit 27 is output to the analysis device 30 via a connector.

解析装置30は、Personal Computer(PC)等のコンピュータデバイスであり、図3に示すように、演算部31と、メモリ33と、表示部35と、入力部37と、通信I/F39とを有する。 The analysis device 30 is a computer device such as a personal computer (PC), and as shown in FIG. 3, has a calculation unit 31, a memory 33, a display unit 35, an input unit 37, and a communication I/F 39.

演算部31は、Central Processing Unit(CPU)を有し、メモリ33に記憶されたプログラムに従って、磁区構造の解析方法を実行する。演算部31によって実行される磁区構造の解析方法の詳細は後述する。 The calculation unit 31 has a central processing unit (CPU) and executes a method for analyzing the magnetic domain structure according to a program stored in the memory 33. The method for analyzing the magnetic domain structure executed by the calculation unit 31 will be described in detail later.

メモリ33は、Read Only Memory(ROM)及びRandom Access Memory(RAM)を有する。ROMは、演算部31のCPUによって実行されるプログラム及びこれらのプログラムの実行時に必要なデータを格納する。ROMに格納されたプログラム及びデータは、RAMにロードされて実行される。 The memory 33 includes a Read Only Memory (ROM) and a Random Access Memory (RAM). The ROM stores programs executed by the CPU of the calculation unit 31 and data required when these programs are executed. The programs and data stored in the ROM are loaded into the RAM and executed.

なお、メモリ33は、ハードディスクドライブ(HDD)等の磁気メモリ、又は光ディスク等の光メモリを有するようにしてもよい。あるいは、解析装置30に着脱可能で、コンピュータ読み取り可能な記録媒体にプログラムやデータを格納するようにしてもよい。あるいは、演算部31で実行されるプログラムを、通信I/F39を介してネットワークから受信するようにしてもよい。 The memory 33 may include a magnetic memory such as a hard disk drive (HDD) or an optical memory such as an optical disk. Alternatively, the program and data may be stored in a computer-readable recording medium that is detachable from the analysis device 30. Alternatively, the program executed by the calculation unit 31 may be received from a network via the communication I/F 39.

表示部35は、液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ、又は有機エレクトロ・ルミネッセンス(EL)ディスプレイ等のディスプレイを有し、画像取得装置20から出力された画像信号に基づいて画像を表示し、また、演算部31による磁区構造の解析結果を表示する。 The display unit 35 has a display such as a liquid crystal display (LCD), a plasma display, or an organic electroluminescence (EL) display, and displays an image based on the image signal output from the image acquisition device 20, and also displays the analysis results of the magnetic domain structure by the calculation unit 31.

入力部37は、マウス、キーボード等の入力デバイスを有する。
通信I/F39は、Local Area Network(LAN)、Wide Area Network(WAN)、インターネット等のネットワークを介して外部機器との間でデータの送受信を行うためのインターフェースである。
The input unit 37 includes input devices such as a mouse and a keyboard.
The communication I/F 39 is an interface for transmitting and receiving data to and from external devices via a network such as a Local Area Network (LAN), a Wide Area Network (WAN), or the Internet.

なお、演算部31として、CPU等の汎用ハードウェアの代わりに、磁区構造の解析に特化した、Application Specific Integrated Circuit(ASIC)又はField Programmable Gate Array(FPGA)等の専用ハードウェアを採用してもよい。 In addition, instead of general-purpose hardware such as a CPU, the calculation unit 31 may be dedicated hardware such as an Application Specific Integrated Circuit (ASIC) or a Field Programmable Gate Array (FPGA) specialized for analyzing magnetic domain structures.

また、画像取得装置20と解析装置30が無線通信により接続されていてもよい。
さらに、図1では、画像取得装置20と解析装置30が別々に設けられている例を示しているが、画像取得装置20と解析装置30が一体化したシステムを採用してもよい。
Furthermore, the image acquisition device 20 and the analysis device 30 may be connected via wireless communication.
Furthermore, while FIG. 1 shows an example in which the image acquisition device 20 and the analysis device 30 are provided separately, a system in which the image acquisition device 20 and the analysis device 30 are integrated may also be employed.

<磁区構造の解析方法>
次に、演算部31によって実行される磁区構造の解析方法について説明する。
方向性電磁鋼板のような周期的な磁区構造を有する磁性体を対象とする場合、フーリエ変換を用いて磁区構造を評価するのが有効である。
<Method of analyzing magnetic domain structure>
Next, a method of analyzing the magnetic domain structure executed by the calculation unit 31 will be described.
When dealing with a magnetic material with a periodic magnetic domain structure, such as grain-oriented electrical steel sheet, it is effective to evaluate the magnetic domain structure using the Fourier transform.

そこで、まず、短区間フーリエ変換(short-term Fourier transform)(以下、「STFT」と呼ぶ。)について説明する。STFTは、解析対象のデータ列に対して窓関数を移動させながら解析する手法であり、音声信号の時間・周波数解析に古くから用いられている信号処理法の一つである。 First, we will explain the short-term Fourier transform (hereinafter referred to as "STFT"). STFT is a technique for analyzing a data string to be analyzed by moving a window function, and is one of the signal processing methods that has long been used for the time-frequency analysis of audio signals.

STFTでは、離散信号データ列x(k)を短区間に分割して、その周波数構造を分析するために、0≦k≦N-1(Nは自然数)の範囲の窓関数Wa(k)を用いる。窓関数Wa(k)として、Hamming窓、Hanning窓、Blackman窓などが適用可能である。 In STFT, a window function Wa(k) in the range 0≦k≦N-1 (N is a natural number) is used to divide a discrete signal data sequence x(k) into short intervals and analyze its frequency structure. The Hamming window, Hanning window, Blackman window, etc. can be used as the window function Wa(k).

STFTでは、式(1)で表されるように、窓関数Wa(k)をnSだけシフトして離散信号データ列x(k)に乗じることにより、x(k)からnS≦k≦nS+N-1の区間を切り出したデータ列x(k―nS)が得られる。

Figure 0007597995000001
ここで、n(整数)はデータ列のインデックスを表し、S(整数)は窓関数のシフト量を表す。 In STFT, as expressed in equation (1), a window function Wa(k) is shifted by nS and multiplied by a discrete signal data sequence x(k), to obtain a data sequence x n (k-nS) extracted from x(k) for the range nS≦k≦nS+N-1.
Figure 0007597995000001
Here, n (an integer) represents the index of the data string, and S (an integer) represents the shift amount of the window function.

切り出した区間に対してx(n´)=x(k―nS)と定義し、式(2)のような離散フーリエ変換(DFT)を行うことで、データ位置nSに対応した周波数スペクトルが得られる。

Figure 0007597995000002
ここで、fは空間周波数である。 By defining the extracted section as xn (n')= xn (k-nS) and performing a discrete Fourier transform (DFT) as in equation (2), a frequency spectrum corresponding to data position nS is obtained.
Figure 0007597995000002
where f is the spatial frequency.

本実施形態では、以下に説明するように、STFTを2次元領域に拡張した短区間2次元フーリエ変換(以下、「ST2DFT」と呼ぶ。)を用いて、方向性電磁鋼板の磁区構造を解析する。 In this embodiment, as described below, the magnetic domain structure of grain-oriented electrical steel sheets is analyzed using a short interval two-dimensional Fourier transform (hereinafter referred to as "ST2DFT"), which is an extension of STFT to the two-dimensional domain.

以下では、画像取得装置20で取得された画像信号が表す画像(以下、磁区画像と呼ぶ。)を2次元座標(k-l座標)のデータ列としてx(k,l)と表記する。本実施形態において解析対象とする磁区画像は、グレースケールなど、2種類の色によって二値化された画像、又は3以上の階調(多階調)で表現された画像である。 In the following, the image represented by the image signal acquired by the image acquisition device 20 (hereinafter referred to as the magnetic domain image) is expressed as a data string of two-dimensional coordinates (k-l coordinates) as x(k,l). The magnetic domain image to be analyzed in this embodiment is an image binarized with two types of colors, such as grayscale, or an image expressed in three or more gradations (multiple gradations).

本実施形態に係る方向性電磁鋼板の磁区構造を解析するため、演算部31は、以下の(A-1)、(A-2)、(A-3)及び(A-4)のステップを実行する。
(A-1)磁区画像から複数の部分領域を切り出すステップ;
(A-2)ST2DFTを行うステップ;
(A-3)180°磁区の角度の空間分布を導出するステップ;
(A-4)同一磁区角度領域を導出するステップ.
以下、各ステップについて詳細に説明する。
In order to analyze the magnetic domain structure of the grain-oriented electrical steel sheet according to this embodiment, the calculation unit 31 executes the following steps (A-1), (A-2), (A-3) and (A-4).
(A-1) cutting out a plurality of partial regions from a magnetic domain image;
(A-2) performing ST2DFT;
(A-3) A step of deriving the spatial distribution of the angles of the 180° magnetic domains;
(A-4) Step of deriving identical magnetic domain angle regions.
Each step will now be described in detail.

(A-1)磁区画像から複数の部分領域を切り出すステップ
磁区画像から複数の部分領域を切り出して、それぞれの周波数構造を分析するために、k方向の範囲を0≦k≦N-1、l方向の範囲を0≦l≦N-1とした矩形窓の窓関数Wa(k,l)を用いる(N及びNは自然数)。窓関数Wa(k,l)としては、Hamming窓、Hanning窓、Blackman窓などが適用可能である。
(A-1) Step of extracting a plurality of partial regions from a magnetic domain image In order to extract a plurality of partial regions from a magnetic domain image and analyze the frequency structure of each of them, a rectangular window function Wa(k, l ) is used in which the range in the k direction is 0≦k≦ Nk -1 and the range in the l direction is 0≦l≦Nl-1 ( Nk and Nl are natural numbers). As the window function Wa(k,l), a Hamming window, a Hanning window, a Blackman window, etc. can be used.

磁区画像のデータ列x(k,l)における観察位置をインデックス(n,m)で表記し、k方向及びl方向における窓関数Wa(k,l)のシフト量をそれぞれS及びSと表記すると(n、m、S、Sは整数)、式(3)のように、磁区画像からnS≦k≦nS+N-1、mS≦l≦mS+N-1の範囲を切り出した部分領域のデータ列xnm(k-nS,l-mS)が得られる。

Figure 0007597995000003
If the observation position in the data sequence x(k,l) of the magnetic domain image is represented by index (n,m) and the shift amounts of the window function Wa(k,l) in the k and l directions are represented by S k and S l , respectively (n, m, S k , and S l are integers), then a data sequence x nm (k-nS k ,l-mS l ) of a partial region cut out from the magnetic domain image in the range nS k ≦k≦nS k +N k -1, mS l ≦l≦mS l + N l - 1 can be obtained as shown in equation (3).
Figure 0007597995000003

図4に、磁区画像Gから、観察位置(n,m)=(1,1)、(2,2)、(3,3)、…、(P,Q)(P及びQは自然数)のそれぞれに対応する部分領域が切り出された例を示している。 Figure 4 shows an example of partial regions cut out from the magnetic domain image G, each corresponding to the observation positions (n,m) = (1,1), (2,2), (3,3), ..., (P,Q) (P and Q are natural numbers).

本実施形態において、窓関数Wa(k,l)の範囲を定めるN及びNは、それぞれ、部分領域におけるk方向の画素数及びl方向の画素数に対応するパラメータである。 In this embodiment, N k and N l that define the range of the window function Wa(k, l) are parameters that correspond to the number of pixels in the k direction and the number of pixels in the l direction, respectively, in the partial region.

(A-2)ST2DFTを行うステップ
部分領域のデータ列をxnm(n´, m´)=xnm(k-nS, l-mS)と定義し、xnm(n´, m´)に対して2次元フーリエ変換を施すと、式(4)のように、観察位置(n,m)の部分領域に対応する部分フーリエ画像X(f,f,n,m)が得られる。

Figure 0007597995000004
ここで、f及びfは空間周波数である。空間周波数fの分解能をΔf、空間周波数fの分解能をΔfと表記すると、それぞれ、式(5)及び式(6)のように定義される。
Figure 0007597995000005
ここで、Δk及びΔlは、それぞれ、磁区画像におけるk方向の空間分解能及びl方向における空間分解能である。 (A-2) Step of performing ST2DFT By defining the data sequence of the partial region as x nm (n', m') = x nm (k-nS k , l-mS l ) and performing a two-dimensional Fourier transform on x nm (n', m'), a partial Fourier image X(f k , f l , n, m) corresponding to the partial region at the observation position (n, m) is obtained as shown in equation (4).
Figure 0007597995000004
Here, f k and f 1 are spatial frequencies. If the resolution of the spatial frequency f k is expressed as Δf k and the resolution of the spatial frequency f 1 is expressed as Δf 1 , they are defined as in Equation (5) and Equation (6), respectively.
Figure 0007597995000005
Here, Δk and Δl are the spatial resolutions in the k and l directions, respectively, of the magnetic domain image.

例えば、図4に示した各部分領域のデータ列xnm(k-nS,l-mS)に対して2次元フーリエ変換を施すと、図5に示すように、観察位置(n, m)ごとに部分フーリエ画像X(f,f,n,m)が得られる。 For example, when a two-dimensional Fourier transform is applied to the data sequence x nm (k-nS k , lmS l ) of each partial region shown in FIG. 4, a partial Fourier image X(f k , f l , n,m) is obtained for each observation position (n, m), as shown in FIG.

(A-3)180°磁区の角度の空間分布を導出するステップ
部分フーリエ画像X(f,f,n,m)が得られると、部分フーリエ画像X(f,f,n,m)のスポットのピーク位置の座標(k成分f max(n,m)及びl成分f max(n,m))が求められる。
(A-3) Step of deriving spatial distribution of 180° magnetic domain angle Once the partial Fourier image X(f k , f l , n,m) is obtained, the coordinates of the peak position of the spot in the partial Fourier image X(f k , f l , n,m) (k component f k max (n,m) and l component f l max (n,m)) are determined.

そして、式(5)及び式(6)で定義した空間周波数の分解能と、部分フーリエ画像のスポットのピーク位置とから、式(7)のように、180°磁区の角度の空間分布θ(n,m)が導出される。

Figure 0007597995000006
Then, from the spatial frequency resolution defined in equations (5) and (6) and the peak position of the spot of the partial Fourier image, the spatial distribution θ(n,m) of the 180° magnetic domain angle is derived as shown in equation (7).
Figure 0007597995000006

(A-4)同一磁区角度領域を導出するステップ
次に、ステップ(A-3)で得られた180°磁区の角度の空間分布θ(n,m)に基づき、磁区画像Gのうち、180°磁区の角度が所定の範囲内にある連続する領域が同一磁区角度領域として導出される。同一磁区角度領域を規定する磁区角度の範囲については後述する。
(A-4) Step of deriving identical magnetic domain angle regions Next, based on the spatial distribution θ(n,m) of the 180° magnetic domain angles obtained in step (A-3), consecutive regions in the magnetic domain image G in which the 180° magnetic domain angles are within a predetermined range are derived as identical magnetic domain angle regions. The range of magnetic domain angles that defines the identical magnetic domain angle regions will be described later.

以上のように、本実施形態の磁区構造の解析方法によれば、短区間2次元フーリエ変換(ST2DFT)を用いることにより、磁区画像の位置情報を保ったまま、180°磁区の角度の空間分布θ(n,m)を定量的に導出し、さらに、180°磁区の角度の空間分布θ(n,m)に基づき、磁区画像Gのうち、180°磁区の角度が所定の範囲内にある連続する領域を同一磁区角度領域として導出する。これにより、同一磁区角度領域及びその位置(n,m)を定量的に求めることができ、方向性電磁鋼板の鉄損を制御する指針として利用することが可能である。
(2-2)磁区構造の定量化パラメータの妥当性
As described above, according to the method for analyzing magnetic domain structures of this embodiment, the spatial distribution θ(n,m) of the 180° magnetic domain angles is quantitatively derived while maintaining the position information of the magnetic domain image by using a short interval two-dimensional Fourier transform (ST2DFT), and further, based on the spatial distribution θ(n,m) of the 180° magnetic domain angles, consecutive regions in the magnetic domain image G where the 180° magnetic domain angles are within a predetermined range are derived as identical magnetic domain angle regions. This makes it possible to quantitatively determine identical magnetic domain angle regions and their positions (n,m), which can be used as a guideline for controlling the iron loss of grain-oriented electrical steel sheets.
(2-2) Validity of parameters for quantifying magnetic domain structure

次に、解析システム100を用いて、以下のように、方向性電磁鋼板の2種類の磁区構造(i)及び(ii)を解析し、ST2DFTによる定量的な導出方法の有効性(妥当性)を、従来法である線分法と比較して検証する。
(i)粒界を伴わないほぼ均一な磁区構造;
(ii)粒界を伴う不均一な磁区構造.
Next, using the analysis system 100, two types of magnetic domain structures (i) and (ii) of grain-oriented electrical steel sheet are analyzed as follows, and the effectiveness (validity) of the quantitative derivation method using ST2DFT is verified by comparing it with the conventional line segment method.
(i) A nearly uniform magnetic domain structure without grain boundaries;
(ii) Non-uniform magnetic domain structure with grain boundaries.

MOセンサ23の観察面の大きさを55.68mm×40.37mmとし、この領域での漏れ磁場の空間分布が3200pixel×2320pixelで取得可能であるとする。この場合、磁区画像の空間分解能はΔk=Δl=17.4μmとなる。 The size of the observation surface of the MO sensor 23 is 55.68 mm x 40.37 mm, and the spatial distribution of the leakage magnetic field in this area can be obtained at 3200 pixels x 2320 pixels. In this case, the spatial resolution of the magnetic domain image is Δk = Δl = 17.4 μm.

画像取得装置20で得られる磁区画像は3200pixel×2320pixelであるが、本実施形態では、(i)と(ii)での解析結果をより明確にするために、512pixel×512pixelの範囲でトリミングを行った。 The magnetic domain image obtained by the image acquisition device 20 is 3200 pixels x 2320 pixels, but in this embodiment, in order to clarify the analysis results in (i) and (ii), the image was trimmed to a range of 512 pixels x 512 pixels.

図6に、画像取得装置20から得られた(i)に対応する磁区画像D00と(ii)に対応する磁区画像D01の例を示している。図6において「RD」は、方向性電磁鋼板の圧延方向を表している。磁区画像D00は、磁区構造がほぼ均一であるが、磁区画像D01は、画像中心部に粒界を含んでいるため、画像上部と下部で磁区構造が大きく異なる。 Figure 6 shows examples of magnetic domain image D00 corresponding to (i) and magnetic domain image D01 corresponding to (ii) obtained from image acquisition device 20. In Figure 6, "RD" represents the rolling direction of the grain-oriented electromagnetic steel sheet. Magnetic domain image D00 has a nearly uniform magnetic domain structure, but magnetic domain image D01 contains a grain boundary in the center of the image, so the magnetic domain structure differs greatly between the upper and lower parts of the image.

従来法では、磁区画像D00から得られた磁区構造に対して、磁区と平行な線分を3本引き、線分法によって、線分の角度から95%信頼区間の角度を求めた。また、隣接する磁壁間の距離(磁壁間隔)を表す180°磁区の幅も導出した。180°磁区の幅については、磁区と平行な3本の線分を同様に引き、線分法によって95%信頼区間における180°磁区の幅(平均磁区幅)を導出した。磁区画像D01の磁区構造に関しては、磁区の領域ごとに、磁区画像D00と同様の測定を行い、磁区ごとに平均磁区幅と角度を導出した。 In the conventional method, three line segments parallel to the magnetic domains were drawn for the magnetic domain structure obtained from magnetic domain image D00, and the angle of the line segments was calculated using the line segment method to obtain the angle of the 95% confidence interval. The width of the 180° magnetic domain, which represents the distance between adjacent magnetic domain walls (magnetic domain wall spacing), was also derived. For the width of the 180° magnetic domain, three line segments parallel to the magnetic domain were similarly drawn, and the width of the 180° magnetic domain in the 95% confidence interval (average magnetic domain width) was derived using the line segment method. For the magnetic domain structure of magnetic domain image D01, measurements were performed for each magnetic domain region in the same way as for magnetic domain image D00, and the average magnetic domain width and angle were derived for each magnetic domain.

磁区画像D00から線分法によって導出した180°磁区の平均磁区幅及び角度は、それぞれ、175μm~189μm、0.13°~1.5°となった。また、磁区画像D01についても同様に線分法を用いると、画像上部の180°磁区の平均磁区幅及び角度は、それぞれ、131μm~138μm、10.6°~12.5°となり、画像下部の180°磁区の平均磁区幅及び角度は、それぞれ、243μm~249μm、0.63°~1.7°となった。 The average domain width and angle of the 180° domains derived from magnetic domain image D00 using the line segment method were 175 μm to 189 μm and 0.13° to 1.5°, respectively. When the line segment method was also used for magnetic domain image D01, the average domain width and angle of the 180° domains in the upper part of the image were 131 μm to 138 μm and 10.6° to 12.5°, respectively, and the average domain width and angle of the 180° domains in the lower part of the image were 243 μm to 249 μm and 0.63° to 1.7°, respectively.

一方、ST2DFTでは、次のとおりパラメータを設定した:
空間分解能:Δk=Δl=17.4μm;
磁区画像から切り出す部分領域のサイズ:N=N=64;
窓関数のシフト量:S=S=1.
ここで、磁区画像から切り出す部分領域のサイズについては、切り出す部分領域の中に少なくとも1周期以上の180°磁区が含まれていなければ解析を行うことができないため、N=N=64とした。
On the other hand, in ST2DFT, the parameters were set as follows:
Spatial resolution: Δk=Δl=17.4 μm;
Size of partial region cut out from magnetic domain image: N k =N l =64;
Window function shift amount: S k = S l = 1.
Here, the size of the partial region cut out from the magnetic domain image was set to N k =N 1 =64 because analysis cannot be performed unless at least one period of 180° magnetic domain is included in the cut out partial region.

図7に、磁区画像D00及びD01のそれぞれについて180°磁区の角度の空間分布θ(n,m)を示す。図7に示す磁区画像D01のθ(n,m)から、粒界を含む磁区においても、粒界部を明確に区別可能であることがわかる。 Figure 7 shows the spatial distribution θ(n,m) of the 180° magnetic domain angle for each of the magnetic domain images D00 and D01. From θ(n,m) of the magnetic domain image D01 shown in Figure 7, it can be seen that even in magnetic domains that contain grain boundaries, the grain boundary portions can be clearly distinguished.

また、ST2DFTを用いた磁区構造の解析方法によって、図7に示すように、180°磁区の角度(deg)と位置(n,m)との関係をマッピングすることができるため、同一磁区角度領域とその位置(n,m)を容易に導出することが可能となる。 In addition, by using ST2DFT to analyze the magnetic domain structure, it is possible to map the relationship between the angle (deg) of the 180° magnetic domain and its position (n, m), as shown in Figure 7, making it possible to easily derive identical magnetic domain angle regions and their positions (n, m).

図8に、線分法による磁区構造の解析結果とST2DFTによる磁区構造の解析結果(図7)とを比較した結果を示す。 Figure 8 shows a comparison of the results of the analysis of the magnetic domain structure using the line segment method and the results of the analysis of the magnetic domain structure using ST2DFT (Figure 7).

図8において、磁区画像D01の上部は、m座標が200より大きい領域を示し、磁区画像D01の下部は、m座標が0~200の領域を示している。図8におけるST2DFTによる解析結果は、磁区画像D00については、観察位置(n,m)=(200,200)での180°磁区の幅(図8で「磁区幅」と表記)及び角度を示し、磁区画像D01の上部については、観察位置(n,m)=(200,350)での磁区幅及び角度を示し、磁区画像D01の下部については、観察位置(n,m)=(200,100)での磁区幅及び角度を示している。 In Figure 8, the upper part of magnetic domain image D01 shows the region where the m coordinate is greater than 200, and the lower part of magnetic domain image D01 shows the region where the m coordinate is 0 to 200. The analysis results by ST2DFT in Figure 8 show, for magnetic domain image D00, the width (indicated as "magnetic domain width" in Figure 8) and angle of the 180° magnetic domain at observation position (n, m) = (200, 200), for the upper part of magnetic domain image D01, the magnetic domain width and angle at observation position (n, m) = (200, 350), and for the lower part of magnetic domain image D01, the magnetic domain width and angle at observation position (n, m) = (200, 100).

図8より、180°磁区の角度について、線分法とST2DFTの双方において同様の結果が認められるが、線分法の方が角度の分解能は高い。これは、角度を算出する際、式(7)に代入するn、mが整数であり、且つ原点近傍の値になりやすい傾向に起因している。180°磁区の幅を135μmと仮定すると、角度分解能は約±6°となり、実際の磁区の角度変化と比べて非常に粗い。この課題を解決するためには、部分フーリエ画像のピーク位置を取得する際に、分布を仮定して内挿したり、隣接するフーリエスポットの強度を考慮して重心をとるなどの方法が有効であると考えられる。この方法によってピーク位置を連続的に取得することができるため、180°磁区の角度の分解能を高めることが可能である。
上述のような分解能の問題があることから、本実施形態におけるピーク位置の導出は、部分フーリエ画像のうち、強度が高い10点のスポット位置(ただし、原点は除く)と強度を求め、強度と位置を考慮して重心を求めることで導出する。
From FIG. 8, the line segment method and ST2DFT show similar results for the angle of the 180° magnetic domain, but the line segment method has a higher angular resolution. This is due to the tendency that when calculating the angle, n and m substituted into formula (7) are integers and tend to be values near the origin. If the width of the 180° magnetic domain is assumed to be 135 μm, the angular resolution is about ±6°, which is very rough compared to the actual angular change of the magnetic domain. To solve this problem, it is considered effective to use a method such as interpolating by assuming a distribution when acquiring the peak position of the partial Fourier image, or taking the center of gravity by considering the intensity of adjacent Fourier spots. This method allows the peak position to be acquired continuously, so it is possible to increase the angular resolution of the 180° magnetic domain.
Due to the resolution problem as described above, in this embodiment, the peak position is derived by determining the spot positions (excluding the origin) and intensities of 10 high intensity points in the partial Fourier image, and then determining the center of gravity taking into account the intensity and position.

このように、ST2DFTによる磁区構造の解析結果は、従来法である線分法と比較しても良好であり、ST2DFTによる180°磁区の角度の定量的な導出方法が有効であることがわかる。 As such, the results of the analysis of the magnetic domain structure using ST2DFT are better than those of the conventional line segment method, and it is clear that the quantitative derivation method of the 180° magnetic domain angle using ST2DFT is effective.

(2-3)方向性電磁鋼板の規定
次に、上記ST2DFTによる磁区構造の解析結果、すなわち180°磁区の角度が所定の範囲内にある連続する領域である同一磁区角度領域を規定する。同一磁区角度領域は、一般的には異なる結晶粒と判断される領域であっても、磁区角度が実質的に同一とみなせる領域であり、例えば結晶方位に関する「コロニー」のような概念として認識することができる。
(2-3) Definition of grain-oriented electrical steel sheet Next, the result of the analysis of the magnetic domain structure by the ST2DFT is defined as an identical magnetic domain angle region, which is a continuous region where the 180° magnetic domain angle is within a predetermined range. An identical magnetic domain angle region is a region that is generally considered to be a region of different crystal grains, but where the magnetic domain angle is considered to be substantially the same, and can be recognized as a concept similar to that of a "colony" in terms of crystal orientation.

同一磁区角度領域は、観察領域をどの程度の大きさとするかに加え、部分フーリエ画像をどのような大きさで区切るか、同一とみなす角度をどのように決定するか、などにより変化する。本実施形態では、現実的な磁区の大きさ、結晶粒の大きさ、さらには磁気特性との相関の強さなどを考慮し、以下のように規定する。 The same magnetic domain angle region varies depending on the size of the observation region, the size at which the partial Fourier image is divided, and how the angles considered to be the same are determined. In this embodiment, the realistic size of the magnetic domain, the size of the crystal grains, and the strength of the correlation with the magnetic properties are taken into consideration, and are defined as follows.

(2-3-1)観察領域
磁区画像のうち、計測対象とする観察領域の大きさを500mm×500mmとする。この大きさは一般的に磁気特性をJIS C 2556:2015に規定された単板磁気特性試験法(Single Sheet Tester:SST)に基づいて測定する際のサンプルの大きさに準じている。また、k方向を圧延直角方向(TD方向)と平行とし、l方向をRD方向と平行として観察を行う。
(2-3-1) Observation area The size of the observation area to be measured in the magnetic domain image is 500 mm x 500 mm. This size generally corresponds to the size of a sample when measuring magnetic properties based on the Single Sheet Tester (SST) method specified in JIS C 2556:2015. In addition, the k direction is parallel to the direction perpendicular to the rolling direction (TD direction), and the l direction is parallel to the RD direction, and the observation is performed.

(2-3-2)フーリエ画像の大きさ
観察領域の大きさが500mm×500mmの鋼板を、磁区画像の1画素当たりの空間分解能が25μm以下となるように設定し、グレースケールで取得する。取得した磁区画像は、黒と白とを含め、連続的な256階調で表現する。以降の数値処理において、黒を0、白を255の値(無次元量)として取り扱う。なお、一度の測定で上記測定範囲を観察することが困難な場合は、複数回測定した磁区画像を結合させて一つの磁区画像として取り扱ってもよい。その際、画像同士のつなぎ目に不整合が起こらないよう、観察位置を調整して観察することは当然のことである。
(2-3-2) Size of Fourier Image The size of the observation area of a steel plate of 500 mm x 500 mm is set so that the spatial resolution per pixel of the magnetic domain image is 25 μm or less, and the image is acquired in gray scale. The acquired magnetic domain image is expressed in 256 continuous gradations, including black and white. In the subsequent numerical processing, black is treated as 0 and white as 255 (dimensionless quantity). If it is difficult to observe the above measurement range in one measurement, magnetic domain images measured multiple times may be combined and treated as one magnetic domain image. In this case, it is natural to adjust the observation position so that there is no inconsistency at the joints between the images.

(2-3-3)観察する試料
磁区構造は歪等の影響を受けやすいので、上記観察領域は鋼板端部、観察サンプル端部など、鋼板取扱い、及びサンプル切り出しによる歪の影響がほとんど無い領域を選択することは当然である。また、本実施形態の磁区画像は、50Hzで1.9T以上となるような磁界で励磁し、その後、磁界を徐々に小さくしていく方法等によって、予め消磁された状態で観察するものとする。
(2-3-3) Sample to be observed Since the magnetic domain structure is easily affected by distortion, it is natural to select the observation area as an area that is hardly affected by distortion caused by handling the steel sheet and cutting out the sample, such as the edge of the steel sheet or the edge of the observation sample. In addition, the magnetic domain image of this embodiment is observed in a demagnetized state by exciting the sample with a magnetic field of 1.9 T or more at 50 Hz and then gradually decreasing the magnetic field.

(2-3-4)部分フーリエ画像の大きさ
部分フーリエ画像の大きさを2mm×2mmとする。この大きさは部分領域の中に少なくとも1周期以上の180°磁区が含まれるのに十分な大きさである。また、窓関数のシフト量は、25μm以下とする。
(2-3-4) Size of the partial Fourier image The size of the partial Fourier image is set to 2 mm x 2 mm. This size is large enough to include at least one period of 180° magnetic domains in the partial region. The shift amount of the window function is set to 25 μm or less.

(2-3-5)同一磁区角度領域とみなす磁区角度
部分領域について得られる磁区角度を0degから1deg未満、1deg以上~5deg未満、5deg以上~の3つの区域に区分し、隣接する部分領域が同一の区域内にある場合は、磁区角度が連続している、すなわち一つの同一磁区角度領域内にあると判断する。本実施形態では、隣接する部分領域が一つの同一磁区角度領域内にあるか否かは、隣接する部分領域との磁区角度の差に依らないものとする。例えば、磁区角度が0.0degである部分領域と0.9degである部分領域は連続した同一磁区角度領域を形成しているが、0.9degである部分領域と1.1degである部分領域は、磁区角度の差が0.2degではあるが、連続してはおらず、この境界が同一磁区角度領域の境界となる。
(2-3-5) Magnetic domain angle regarded as the same magnetic domain angle region The magnetic domain angle obtained for the partial region is divided into three regions: 0 deg to less than 1 deg, 1 deg or more to less than 5 deg, and 5 deg or more. When adjacent partial regions are in the same region, it is determined that the magnetic domain angles are continuous, that is, in one same magnetic domain angle region. In this embodiment, whether adjacent partial regions are in one same magnetic domain angle region or not does not depend on the difference in magnetic domain angle between the adjacent partial regions. For example, partial regions with magnetic domain angles of 0.0 deg and 0.9 deg form continuous same magnetic domain angle regions, while partial regions with magnetic domain angles of 0.9 deg and 1.1 deg are not continuous, although the difference in magnetic domain angle is 0.2 deg, and this boundary is the boundary of the same magnetic domain angle region.

また、区域の区間が不連続である理由は、方向性電磁鋼板はGoss方位に高度に集積しているため、0degから1deg未満の領域における0.5degの方位変化と、5deg以上の領域における0.5degの方位変化は、磁気特性に与える影響が大きく異なる。特に、0degから1deg未満の領域における角度の変化が最も磁気特性に影響を与えるため、このように0degに近いほど区間を短くした。 The reason that the sections of the regions are discontinuous is that grain-oriented electrical steel sheets are highly concentrated in the Goss orientation, so a change in orientation of 0.5 degrees in the region from 0 degrees to less than 1 degree has a significantly different effect on the magnetic properties than a change in orientation of 0.5 degrees in the region of 5 degrees or more. In particular, the change in angle in the region from 0 degrees to less than 1 degree has the greatest effect on the magnetic properties, so the closer to 0 degrees the section is, the shorter it is.

注意を要するのは、同一磁区角度領域の境界は基本的に上記のように決定されるが、実際の鋼板においては、180°磁区内に生じる還流磁区、鋼板表面に生じた傷等による測定、測定時のノイズ等によって、大きな同一磁区角度領域の内部に微小な同一磁区角度領域が存在しているように観察されることである。このように観察される微小な領域は、騒音改善を目的として本実施形態で制御すべき同一磁区角度領域の平均径の評価においては、外乱要因となり、本実施形態が見出した高磁場領域での騒音と同一磁区角度領域の平均径との相関を著しく低下させる。このため、本実施形態においては、上記の操作において面積が10.0mm以下となる領域については、その領域を取り囲む境界は存在しないものとして取り扱う。すなわち、10.0mm以下の面積で観察される領域は、その周囲の領域と同一の磁区角度領域として取り扱い、以下で説明する平均径の導出においては、「観察領域内に存在する同一磁区角度領域の個数」としては数えない。 It should be noted that although the boundaries of the same magnetic domain angle regions are basically determined as described above, in actual steel sheets, minute same magnetic domain angle regions are observed to exist within large same magnetic domain angle regions due to the measurement of the closure domains occurring within the 180° magnetic domain, scratches on the steel sheet surface, noise during measurement, etc. Such minute regions observed become a disturbance factor in the evaluation of the average diameter of the same magnetic domain angle regions to be controlled in this embodiment for the purpose of noise reduction, and significantly reduce the correlation between the noise in the high magnetic field region and the average diameter of the same magnetic domain angle regions found in this embodiment. For this reason, in this embodiment, regions with an area of 10.0 mm2 or less in the above operation are treated as having no boundaries surrounding the regions. In other words, regions observed with an area of 10.0 mm2 or less are treated as the same magnetic domain angle region as the surrounding regions, and are not counted as "the number of same magnetic domain angle regions existing in the observation region" in the derivation of the average diameter described below.

(2-3-6)同一磁区角度領域の平均径
同一磁区角度領域の平均径は、観察領域における同一磁区角度領域の円相当径である。すなわち、(観察領域の面積)/(観察領域内に存在する同一磁区角度領域の個数)により平均同一磁区角度領域面積Sを求め、S=πdとなるdを同一磁区角度領域の平均径とする。この際、観察領域の最外境界に接する同一磁区角度領域については、該コロニーが観察領域外にも鏡面対称でつながっているとみなし、個数を「0.5個」として積算することとする。
(2-3-6) Average diameter of identical magnetic domain angle regions The average diameter of identical magnetic domain angle regions is the equivalent circle diameter of the identical magnetic domain angle regions in the observation region. That is, the average identical magnetic domain angle region area S A is calculated by (area of observation region)/(number of identical magnetic domain angle regions present in the observation region), and d for which S A = πd2 is defined as the average diameter of the identical magnetic domain angle regions. In this case, for identical magnetic domain angle regions that contact the outermost boundary of the observation region, the colonies are considered to be connected with mirror symmetry to the outside of the observation region, and the number is calculated as "0.5".

本実施形態では、同一磁区角度領域の平均径を5.0mm以上とする。これにより、高磁場領域での伸び磁歪が効率的に抑制され、鋼板の面外振動による騒音が顕著に低減される。好ましくは8.0mm以上、さらに好ましくは10.0mm以上である。同一磁区角度領域の平均径の上限は特に限定する必要はなく、本実施形態の効果を発揮するという観点では、同一磁区角度領域の平均径は大きいほど好ましい。例えば、コイルで製造される鋼板全体が単一の同一磁区角度領域として認識されることは技術的には理想的な状態と言える。ただし、結晶粒径が100mm程度にとどまる現状の実用的な方向性電磁鋼板において、幅数100mm、長さ数100m以上にも及ぶコイル全体が単一の同一磁区角度領域となることが現実的でないことも明白である。現状の製造プロセスにより製造される方向性電磁鋼板おける同一磁区角度領域の現実的な最大径としては500mm、さらには300mm程度が挙げられる。本実施形態において、観察領域を500mm×500mmと設定しているのも同一磁区角度領域の現実的な最大径を考慮したものである。 In this embodiment, the average diameter of the same magnetic domain angle region is set to 5.0 mm or more. This effectively suppresses elongation magnetostriction in the high magnetic field region, and significantly reduces noise due to out-of-plane vibration of the steel sheet. It is preferably 8.0 mm or more, and more preferably 10.0 mm or more. There is no need to particularly limit the upper limit of the average diameter of the same magnetic domain angle region, and from the viewpoint of exerting the effect of this embodiment, the larger the average diameter of the same magnetic domain angle region, the more preferable it is. For example, it can be said that it is technically an ideal state for the entire steel sheet manufactured by the coil to be recognized as a single same magnetic domain angle region. However, it is also clear that it is not realistic for the entire coil, which has a width of several hundred mm and a length of several hundred meters or more, to become a single same magnetic domain angle region in the current practical grain-oriented electromagnetic steel sheet, whose crystal grain size is only about 100 mm. The realistic maximum diameter of the same magnetic domain angle region in the grain-oriented electromagnetic steel sheet manufactured by the current manufacturing process is about 500 mm, or even about 300 mm. In this embodiment, the observation area is set to 500 mm x 500 mm, taking into consideration the realistic maximum diameter of the same magnetic domain angle area.

同一磁区角度領域が大きくなると鋼板の面外振動による騒音が抑制される理由は明確ではないが以下のように推定している。還流磁区は、結晶中の原子配列が乱れた領域に発生しやすい。方向性電磁鋼板の結晶組織において原子配列が乱れた領域である結晶粒界は、還流磁区が発生しやすい領域であるが、その発生頻度は結晶粒界をまたいだ方位変化、元素偏析、歪蓄積、さらには鋼板表面性状などにより影響される。このため、還流磁区が発生しやすい結晶粒界と発生しにくい結晶粒界が存在し、結晶粒径が同じ(結晶粒界の存在頻度が同じ)でも、還流磁区が発生しにくい結晶粒界の存在割合が多ければ還流磁区の存在頻度は低下する。結晶粒界において還流磁区が発生しにくいと、180°磁区は磁区角度をほとんど変化させず結晶粒界をまたいで連続的な空間を占めるようになる。この状況は本実施形態が規定する同一磁区角度領域の平均径が大きい状況であり、還流磁区の存在割合が少ないため伸び磁歪が抑制され、結果として高磁場領域での鋼板の面外振動に起因する騒音が低下する。さらに、180°磁区の角度が0degに近ければ近いほど、高磁場領域まで励磁した際に磁化回転が発生しづらくなる。磁化回転は、磁歪波形に高調波成分を生じさせ騒音の増大を招くため、低減することが好ましい。したがって、0~1degの領域の面積が最大であることが望ましいと言える。具体的には、本発明の好ましい形態においては、0~1degの領域の面積は全面積の70%以上にも及ぶ。特に好ましい形態では90%以上にもなる。ただし、高磁場領域での鋼板の面外振動に起因する騒音は、単純に伸び磁歪を小さくしただけで抑制可能ではないことは前述のとおりであり、以下に説明するような磁区構造の総合的な変化が高磁場領域での鋼板の面外振動に起因する騒音の抑制には必要と考えている。 The reason why the noise caused by out-of-plane vibration of steel sheets is suppressed when the same magnetic domain angle area is large is not clear, but it is assumed as follows. Closure domains are likely to occur in areas where the atomic arrangement in the crystal is disturbed. The grain boundaries, which are areas where the atomic arrangement is disturbed in the crystal structure of oriented electrical steel sheets, are areas where closure domains are likely to occur, but their occurrence frequency is affected by orientation changes across the grain boundaries, element segregation, strain accumulation, and even the surface properties of the steel sheet. For this reason, there are grain boundaries where closure domains are likely to occur and grain boundaries where they are not likely to occur, and even if the crystal grain size is the same (the frequency of occurrence of grain boundaries is the same), the frequency of occurrence of closure domains will decrease if the proportion of grain boundaries where closure domains are not likely to occur is high. If closure domains are unlikely to occur at grain boundaries, the 180° magnetic domains will occupy a continuous space across the grain boundaries with almost no change in magnetic domain angle. This situation is a situation in which the average diameter of the same magnetic domain angle region defined in this embodiment is large, and since the proportion of closure domains is small, elongation magnetostriction is suppressed, and as a result, noise caused by out-of-plane vibration of the steel sheet in the high magnetic field region is reduced. Furthermore, the closer the 180° magnetic domain angle is to 0 deg, the less likely magnetization rotation occurs when excited to the high magnetic field region. Magnetization rotation generates harmonic components in the magnetostriction waveform and leads to increased noise, so it is preferable to reduce it. Therefore, it can be said that it is desirable to maximize the area of the 0 to 1 deg region. Specifically, in a preferred embodiment of the present invention, the area of the 0 to 1 deg region is 70% or more of the total area. In a particularly preferred embodiment, it is 90% or more. However, as mentioned above, noise caused by out-of-plane vibration of the steel sheet in the high magnetic field region cannot be suppressed simply by reducing the elongation magnetostriction, and we believe that a comprehensive change in the magnetic domain structure as described below is necessary to suppress noise caused by out-of-plane vibration of the steel sheet in the high magnetic field region.

本実施形態により得られる磁区構造は、結晶粒径の粗大化とは独立に作用する。一般的に、結晶粒径が粗大化すれば同一磁区角度領域も粗大化していく。しかしながら、本実施形態における同一磁区角度領域の粗大化は、結晶粒径の粗大化によって成し遂げられた場合、必ずしも高磁場領域での鋼板の面外振動に起因する騒音の抑制には寄与しないと考えられる。なぜならば、結晶粒径の粗大化による同一磁区角度領域の粗大化のみでは、隣接結晶粒との結晶方位差に起因した還流磁区の低減が不十分であるためであると推察している。したがって、本実施形態における同一磁区角度領域の粗大化は粒界の有無に関わらず生じる。理想的には、粒界をまたいで同一磁区角度領域が存在することが理想的である。したがって、この理想状態を評価するため、式(8)のように、方向性電磁鋼板の結晶粒径Rcと同一磁区角度領域の平均径dの比を取ることで、その影響を評価する。
d/Rc≧1.1 …(8)
ここで、Rcは方向性電磁鋼板の平均の円相当径であり、平均結晶粒面積Sを求め、S=πRcとなるRcを結晶粒径とする。なお、上記の結晶粒径Rcは、母鋼板の表面に酸化物等からなる一次被膜(グラス被膜、中間層)、絶縁被膜等を有している場合は、これらを公知の方法で除去してから目視により測定する。
The magnetic domain structure obtained by this embodiment acts independently of the coarsening of the crystal grain size. Generally, as the crystal grain size becomes coarser, the same magnetic domain angle region also becomes coarser. However, when the coarsening of the same magnetic domain angle region in this embodiment is achieved by the coarsening of the crystal grain size, it is considered that it does not necessarily contribute to the suppression of noise caused by the out-of-plane vibration of the steel sheet in a high magnetic field region. This is because it is presumed that the coarsening of the same magnetic domain angle region only by the coarsening of the crystal grain size is insufficient to reduce the closure domain caused by the crystal orientation difference with the adjacent crystal grains. Therefore, the coarsening of the same magnetic domain angle region in this embodiment occurs regardless of the presence or absence of grain boundaries. Ideally, it is ideal that the same magnetic domain angle region exists across the grain boundaries. Therefore, in order to evaluate this ideal state, the effect is evaluated by taking the ratio of the crystal grain size Rc of the grain-oriented electrical steel sheet to the average diameter d of the same magnetic domain angle region, as shown in formula (8).
d/Rc≧1.1 (8)
Here, Rc is the average equivalent circle diameter of the grain-oriented electrical steel sheet, the average grain area S B is calculated, and Rc for which S B = πRc 2 is defined as the grain size. Note that, in the case where the surface of the base steel sheet has a primary coating (glass coating, intermediate layer), insulating coating, etc. made of oxides or the like, these are removed by a known method, and then the above grain size Rc is measured visually.

一般的に磁区角度が大きくなると、磁気特性の低下(ヒステリシス損の増加)という悪影響を避けることができない。一方、本実施形態が特徴とする結晶粒界をまたいだ磁区構造の連続状態は、磁区角度を維持した状態で連続するため、同一磁区角度領域が粗大化しても磁区角度自体は大きくはならない。このため、磁区角度拡大に起因する磁気特性の低下(ヒステリシス損の増加)は本質的に問題とならない。 Generally, when the magnetic domain angle increases, the adverse effect of a decrease in magnetic properties (increased hysteresis loss) cannot be avoided. On the other hand, the continuous state of the magnetic domain structure across the grain boundaries, which is a feature of this embodiment, continues while maintaining the magnetic domain angle, so even if the same magnetic domain angle region becomes coarse, the magnetic domain angle itself does not increase. Therefore, the decrease in magnetic properties (increased hysteresis loss) caused by the expansion of the magnetic domain angle is essentially not a problem.

上述のように、同一磁区角度領域の平均径の上限は特に限定する必要はないが、同一磁区角度領域が大きくなるということは、還流磁区の存在頻度の低下につながり、高磁場領域での鋼板の面外振動に起因する騒音の低下にとって好都合となる。とは言え、実用的な鋼板で達成可能な同一磁区角度領域の平均径は100mm程度であり、これが現実的な上限となる。 As mentioned above, there is no need to set a specific upper limit for the average diameter of the same magnetic domain angle region, but a larger same magnetic domain angle region leads to a lower frequency of closure domains, which is favorable for reducing noise caused by out-of-plane vibration of the steel sheet in high magnetic field regions. However, the average diameter of the same magnetic domain angle region that can be achieved with a practical steel sheet is about 100 mm, which is the realistic upper limit.

さらに、上記のように決定される部分領域により、磁区角度の変動の大きさを以下のように規定する。
(2-3-7)磁区角度の変動
観察領域について、また、RD方向と平行であるl方向について隣接する部分領域の磁区角度の差の絶対値の総合計をΔθl(deg)とし、TD方向と平行であるk方向について隣接する部分領域の磁区角度の差の絶対値の総合計をΔθk(deg)とし、さらに同一磁区角度領域の導出に用いた部分領域の面積の総合計をS(mm)とするとき、以下の式(9)を満足することを好ましい形態とする。
(Δθl+Δθk)/S≦1.0degmm-2 …(9)
Furthermore, the magnitude of the variation in the magnetic domain angle is defined as follows by the partial region determined as above.
(2-3-7) Fluctuation in magnetic domain angle With respect to the observation area, when the total sum of the absolute values of the differences in magnetic domain angles of adjacent partial regions in the l direction parallel to the RD direction is Δθl (deg), the total sum of the absolute values of the differences in magnetic domain angles of adjacent partial regions in the k direction parallel to the TD direction is Δθk (deg), and the total sum of the areas of the partial regions used to derive the same magnetic domain angle region is S ( mm2 ), it is a preferred embodiment that the following formula (9) is satisfied.
(Δθl+Δθk)/S≦1.0degmm -2 …(9)

式(9)の値は、l方向、すなわち鋼板圧延方向における単位面積当たりの磁区角度変動の大きさを表しており、上述のように、結晶粒径の影響を除外して、磁区構造の連続性を表す指標となる。この値が小さいほど、磁区角度のばらつきが小さいことになり、同一磁区角度領域の境界での還流磁区の発生が抑制されている状況に相当する。式(9)は好ましくは0.8degmm-2以下、さらに好ましくは0.6degmm-2以下である。式(9)の下限は特に限定する必要はなく、本実施形態の効果を発揮するという観点では、ゼロ、すなわち500mm×500mmの観察領域が単一の同一磁区角度領域であり、さらに同一磁区角度領域の内部においても磁区角度の変動が全くないことは理想的な状態と言える。ただし、実用的な方向性電磁鋼板においてこのような状態とすることは困難であり、ひとつの結晶粒の内部においてさえも隣接結晶粒との結晶方位差や粒界形態による影響、さらには表面粗度のような形状的な変動に起因した磁区角度の変動を完全に除去することは困難と言える。現状の製造プロセスにより製造される方向性電磁鋼板おける式(9)の現実的な下限値としては0.01degmm-2、さらには0.005degmm-2程度が挙げられる。 The value of formula (9) represents the magnitude of the magnetic domain angle variation per unit area in the l direction, i.e., the rolling direction of the steel sheet, and as described above, it is an index representing the continuity of the magnetic domain structure, excluding the influence of the crystal grain size. The smaller this value is, the smaller the variation in the magnetic domain angle is, and corresponds to a situation in which the occurrence of closure domains at the boundary of the same magnetic domain angle region is suppressed. Formula (9) is preferably 0.8 deg.mm -2 or less, more preferably 0.6 deg.mm -2 or less. There is no need to particularly limit the lower limit of formula (9), and from the viewpoint of exerting the effect of this embodiment, it can be said that the ideal state is zero, that is, the observation area of 500 mm x 500 mm is a single same magnetic domain angle region, and further, there is no variation in the magnetic domain angle even within the same magnetic domain angle region. However, it is difficult to achieve such a state in a practical grain-oriented electrical steel sheet, and it can be said that it is difficult to completely eliminate the variation in the magnetic domain angle caused by the influence of the crystal orientation difference between adjacent crystal grains and the grain boundary form even within one crystal grain, and further the shape variation such as the surface roughness. A realistic lower limit value of formula (9) for grain-oriented electrical steel sheets manufactured by current manufacturing processes is about 0.01 degmm -2 , or even about 0.005 degmm -2 .

なお、本明細書における「高磁場領域」とは、方向性電磁鋼板中の磁場として1.9T以上の領域を想定して用いている。ただし、現実の鉄心において素材として使用されている方向性電磁鋼板の全ての部分が1.9T以上になる状況はない。現実の鉄心においては磁束に疎密があり、磁束が通過しにくい部位での磁束密度は1.9T未満となっている状況は当然である。このような状況を勘案しても、本実施形態の効果として発現する高磁場領域での鋼板の面外振動に起因する騒音は、鋼板の少なくとも一部が拘束された状況で鋼板の少なくとも一部が1.9T以上の磁束密度で磁化された際の鋼板の寸法変化に起因する振動、として理解される。 In this specification, the term "high magnetic field region" is used assuming a magnetic field in the grain-oriented electromagnetic steel sheet of 1.9 T or more. However, in an actual iron core, there is no situation in which all parts of the grain-oriented electromagnetic steel sheet used as a material are 1.9 T or more. In an actual iron core, there are variations in the magnetic flux density, and it is natural that the magnetic flux density is less than 1.9 T in parts where the magnetic flux is difficult to pass. Even taking such a situation into consideration, the noise caused by the out-of-plane vibration of the steel sheet in the high magnetic field region, which is an effect of this embodiment, is understood to be vibration caused by dimensional changes in the steel sheet when at least a part of the steel sheet is magnetized with a magnetic flux density of 1.9 T or more in a situation in which at least a part of the steel sheet is restrained.

(3)方向性電磁鋼板の板厚
本実施形態で発現する結晶粒界での磁区構造の連続化効果が、鋼板の磁化に伴う鋼板面外への撓みを抑制して騒音を抑えることは上述の通りである。また、鋼板が薄いほど鋼板が撓みやすくなるため、本実施形態の効果は、板厚が薄い鋼板で発揮されやすいことも上述の通りである。厳密には板厚が厚くても本実施形態の効果は発揮される。本実施形態で注目する騒音は、鉄心設計や鉄心構造も含めた鋼板の面内方向での拘束の程度にも依存するため、実用的な騒音改善効果の有無を方向性電磁鋼板の板厚だけで決定することはできないが、一般的な鉄心において十分な効果が発揮される方向性電磁鋼板の板厚の目途としては0.35mm以下が挙げられる。0.25mm以下の鋼板では本実施形態の効果が明確になり、0.15mm以下の鋼板であれば本実施形態のメリットは顕著である。
(3) Thickness of Grain-Oriented Electrical Steel Sheet As described above, the effect of making the magnetic domain structure continuous at the grain boundaries in this embodiment suppresses the bending of the steel sheet out of the plane due to the magnetization of the steel sheet, thereby suppressing noise. Also, as described above, the thinner the steel sheet, the easier it is to bend, so the effect of this embodiment is more likely to be exhibited with a thin steel sheet. Strictly speaking, the effect of this embodiment is exhibited even if the sheet is thick. Since the noise of interest in this embodiment also depends on the degree of constraint in the in-plane direction of the steel sheet, including the core design and core structure, the presence or absence of a practical noise improvement effect cannot be determined only by the sheet thickness of the grain-oriented electrical steel sheet, but a target thickness of 0.35 mm or less can be cited as a guide for the grain-oriented electrical steel sheet that exhibits a sufficient effect in a general iron core. The effect of this embodiment is clear with a steel sheet of 0.25 mm or less, and the merit of this embodiment is remarkable with a steel sheet of 0.15 mm or less.

(4)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を説明する。
(4) Manufacturing Method of Grain-Oriented Electrical Steel Sheet Next, a manufacturing method of the grain-orientated electrical steel sheet according to this embodiment will be described.

図9は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法を例示する流れ図である。図9に示すように、本実施形態に係る方向性電磁鋼板(珪素鋼板)の製造方法は、鋳造工程(S11)と、熱間圧延工程(S12)と、熱延板焼鈍工程(S13)と、冷間圧延工程(S14)と、脱炭焼鈍工程(S15)と、焼鈍分離剤塗布工程(S16)と、仕上げ焼鈍工程(S17)と、絶縁被膜形成工程(S21)とを備える。また、必要に応じて、脱炭焼鈍工程から仕上げ焼鈍工程までの任意のタイミングで窒化処理を行ってもよく、冷間圧延工程後の任意のタイミングで磁区制御工程(S22)をさらに有してもよい。 Figure 9 is a flow chart illustrating a method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to this embodiment. As shown in Figure 9, the method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet (silicon steel sheet) according to this embodiment includes a casting process (S11), a hot rolling process (S12), a hot-rolled sheet annealing process (S13), a cold rolling process (S14), a decarburization annealing process (S15), an annealing separator application process (S16), a finish annealing process (S17), and an insulating coating formation process (S21). In addition, if necessary, a nitriding treatment may be performed at any timing between the decarburization annealing process and the finish annealing process, and a magnetic domain control process (S22) may be further performed at any timing after the cold rolling process.

本実施形態の鋼板の特徴である磁区構造を好ましく制御するには、上記絶縁被膜形成工程における張力の制御が重要である。その他の製造条件は、従来の公知の方向性電磁鋼板の製造方法を適用することができる。例えば、高温スラブ加熱によって形成するMnSやAlNをインヒビターとして利用する製造方法や、低温スラブ加熱とその後の窒化処理によって形成するAlNをインヒビターとして利用する製造方法などがある。本実施形態の特徴である切り替えは、何れの製造方法でも適用が可能であり、特定の製造方法に限定されない。以下では、窒化処理を適用する製造方法を一例として説明する。 In order to favorably control the magnetic domain structure, which is a feature of the steel sheet of this embodiment, it is important to control the tension in the insulating coating formation process. As for other manufacturing conditions, conventional known manufacturing methods for grain-oriented electrical steel sheets can be applied. For example, there are manufacturing methods that use MnS or AlN formed by high-temperature slab heating as an inhibitor, and manufacturing methods that use AlN formed by low-temperature slab heating and subsequent nitriding treatment as an inhibitor. The switching that is a feature of this embodiment can be applied to any manufacturing method and is not limited to a specific manufacturing method. Below, a manufacturing method that applies nitriding treatment will be described as an example.

(鋳造工程)
鋳造工程(S11)では、スラブを準備する。スラブの製造方法の一例は次のとおりである。溶鋼を製造(溶製)する。溶鋼を用いてスラブを製造する。連続鋳造法によりスラブを製造してもよい。溶鋼を用いてインゴットを製造し、インゴットを分塊圧延してスラブを製造してもよい。スラブの厚さは、特に限定されない。スラブの厚さは、たとえば、150~350mmである。スラブの厚さは、好ましくは、220~280mmである。スラブとして、厚さが10~70mmの、いわゆる薄スラブを用いてもよい。薄スラブを用いる場合、熱間圧延工程にて、仕上げ圧延前の粗圧延を省略することができる。
(Casting process)
In the casting step (S11), a slab is prepared. An example of a method for producing a slab is as follows. Molten steel is produced (smelted). A slab is produced using the molten steel. The slab may be produced by a continuous casting method. An ingot may be produced using the molten steel, and the ingot may be bloomed to produce a slab. The thickness of the slab is not particularly limited. The thickness of the slab is, for example, 150 to 350 mm. The thickness of the slab is preferably 220 to 280 mm. As the slab, a so-called thin slab having a thickness of 10 to 70 mm may be used. When a thin slab is used, rough rolling before finish rolling can be omitted in the hot rolling step.

スラブの化学組成は、一般的な方向性電磁鋼板の製造に用いられるスラブの化学組成を用いることができる。スラブの化学組成はたとえば、次の元素を含有する。 The chemical composition of the slab can be the same as that used in the manufacture of general grain-oriented electrical steel sheets. For example, the chemical composition of the slab contains the following elements:

C:0~0.0850%
炭素(C)は、製造過程では一次再結晶組織の制御に有効な元素であるものの、最終製品のC含有量が過剰であると磁気特性に悪影響を及ぼす。したがって、スラブのC含有量は0~0.0850%であればよい。C含有量の好ましい上限は0.0750%である。Cは後述の脱炭焼鈍工程及び仕上げ焼鈍工程で純化され、仕上げ焼鈍工程後には0.0050%以下となる。Cを含む場合、工業生産における生産性を考慮すると、C含有量の下限は0%超であってもよく、0.0010%であってもよい。
C: 0-0.0850%
Carbon (C) is an effective element for controlling the primary recrystallization structure during the manufacturing process, but excessive C content in the final product adversely affects the magnetic properties. Therefore, the C content of the slab is set to 0. The preferred upper limit of the C content is 0.0750%. C is purified in the decarburization annealing process and the final annealing process described below, and after the final annealing process, the C content is 0.0050% or less. When C is contained, in consideration of the productivity in industrial production, the lower limit of the C content may be more than 0% or may be 0.0010%.

Si:2.0~7.0%
シリコン(Si)は、方向性電磁鋼板の電気抵抗を高めて鉄損を低下させる。Si含有量が2.0%未満であれば、仕上げ焼鈍時にオーステナイト変態が生じて、方向性電磁鋼板の結晶方位が損なわれてしまう。一方、Si含有量が7.0%を超えれば、冷間加工性が低下して、冷間圧延時に割れが発生しやすくなる。Si含有量の好ましい下限は2.50%であり、さらに好ましくは3.0%である。Si含有量の好ましい上限は4.50%であり、さらに好ましくは4.0%である。
Si: 2.0-7.0%
Silicon (Si) increases the electrical resistance of grain-oriented electrical steel sheets and reduces iron loss. If the Si content is less than 2.0%, austenite transformation occurs during final annealing, and the crystallization of the grain-oriented electrical steel sheets is reduced. On the other hand, if the Si content exceeds 7.0%, the cold workability decreases and cracks tend to occur during cold rolling. The upper limit of the Si content is preferably 4.50%, and more preferably 4.0%.

Mn:0.~1.0%
マンガン(Mn)は、S又はSeと結合して、MnS、又は、MnSeを生成し、インヒビターとして機能する。Mn含有量は0~1.0%であればよい。Mnを含有させる場合、Mn含有量が0.05~1.0%の範囲内にある場合に、二次再結晶が安定するので好ましい。本実施形態では、インヒビターの機能の一部をNb群元素の窒化物によって担うことが可能である。この場合は、一般的なインヒビターとしてのMnS、又は、MnSe強度は弱めに制御する。このため、Mn含有量の好ましい上限は0.50%であり、さらに好ましくは0.20%である。
Mn: 0. ~1.0%
Manganese (Mn) combines with S or Se to produce MnS or MnSe, and functions as an inhibitor. The Mn content may be 0 to 1.0%. When Mn is contained, Mn When the content is within the range of 0.05 to 1.0%, the secondary recrystallization is stabilized, which is preferable. In this embodiment, part of the inhibitor function is carried out by nitrides of Nb group elements. In this case, the strength of MnS or MnSe as a general inhibitor is controlled to be weak. Therefore, the upper limit of the Mn content is preferably 0.50%, more preferably 0.20%. %.

S:0~0.0350%
Se:0~0.0350%
硫黄(S)及びセレン(Se)は、Mnと結合して、MnS又はMnSeを生成し、インヒビターとして機能する。S含有量は0~0.0350%であればよく、Se含有量は0~0.0350%であればよい。S及びSeの少なくとも一方を含有させる場合、S及びSeの含有量が合計で0.0030~0.0350%であれば、二次再結晶が安定するので好ましい。本実施形態では、インヒビターの機能の一部をNb群元素の窒化物によって担うことが可能である。この場合は、一般的なインヒビターとしてのMnS、又は、MnSe強度は弱めに制御する。このため、S及びSe含有量の合計の好ましい上限は0.0250%であり、さらに好ましくは0.010%である。S及びSeは仕上げ焼鈍後に残留すると化合物を形成し、鉄損を劣化させる。そのため、仕上げ焼鈍中の純化により、S及びSeをできるだけ少なくすることが好ましい。
S: 0-0.0350%
Se: 0-0.0350%
Sulfur (S) and selenium (Se) combine with Mn to produce MnS or MnSe, and function as inhibitors. The S content may be 0 to 0.0350%, and the Se content may be 0 to 100%. When at least one of S and Se is contained, it is preferable that the total content of S and Se is 0.0030 to 0.0350%, since this stabilizes secondary recrystallization. In this embodiment, it is possible for part of the inhibitor function to be carried out by the nitride of an Nb group element. In this case, the strength of MnS or MnSe as a general inhibitor is controlled to be weak. Therefore, the upper limit of the total content of S and Se is preferably 0.0250%, and more preferably 0.010%. If S and Se remain after final annealing, they form compounds and deteriorate the core loss. Therefore, it is preferable to reduce S and Se as much as possible by purification during final annealing.

ここで、「S及びSeの含有量が合計で0.0030~0.0350%」であるとは、スラブの化学組成がS又はSeのいずれか一方のみを含有し、S又はSeのいずれか一方の含有量が0.0030~0.0350%であってもよいし、スラブがS及びSeの両方を含有し、S及びSeの含有量が合計で0.0030~0.0350%であってもよい。 Here, "the total content of S and Se is 0.0030-0.0350%" may mean that the chemical composition of the slab contains only one of S or Se, and the total content of either S or Se is 0.0030-0.0350%, or that the slab contains both S and Se, and the total content of S and Se is 0.0030-0.0350%.

Al:0~0.0650%
アルミニウム(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。Al含有量は0~0.0650%であればよい。Alを含有させる場合、Alの含有量が0.010~0.065%の範囲内にある場合に、後述の窒化により形成されるインヒビターとしてのAlNは二次再結晶温度域を拡大し、特に高温域での二次再結晶が安定するので好ましい。Al含有量の好ましい下限は0.020%であり、さらに好ましくは0.0250%である。二次再結晶の安定性の観点から、Al含有量の好ましい上限は0.040%であり、さらに好ましくは0.030%である。
Al: 0-0.0650%
Aluminum (Al) combines with N to precipitate as (Al,Si)N, and functions as an inhibitor. The Al content may be 0 to 0.0650%. When Al is contained, the content of Al is When the amount of Al is within the range of 0.010 to 0.065%, AlN, which acts as an inhibitor formed by nitriding as described below, expands the secondary recrystallization temperature range, and secondary recrystallization in particular in the high temperature range is prevented. From the viewpoint of stability of secondary recrystallization, the preferred lower limit of the Al content is 0.020%, and more preferably 0.0250%. %, and more preferably 0.030%.

N:0~0.0120%
窒素(N)は、Alと結合してインヒビターとして機能する。N含有量は0~0.0120%であればよい。Nは製造過程の途中で窒化により含有させることが可能であるため下限が0%でもよい。一方、Nを含有させる場合、N含有量が0.0120%を超えれば、鋼板中に欠陥の一種であるブリスタが発生しやすくなる。N含有量の好ましい上限は0.010%であり、さらに好ましくは0.0090%である。Nは仕上げ焼鈍工程で純化され、仕上げ焼鈍工程後には0.0050%以下となる。
N: 0-0.0120%
Nitrogen (N) combines with Al and functions as an inhibitor. The N content may be 0 to 0.0120%. Since N can be added by nitriding during the manufacturing process, the lower limit is On the other hand, when N is contained, if the N content exceeds 0.0120%, blisters, which are a type of defect, tend to occur in the steel sheet. The preferred upper limit of the N content is 0.010 %, and more preferably 0.0090%. N is purified in the final annealing process, and the N content is 0.0050% or less after the final annealing process.

スラブの化学組成の残部はFe及び不純物からなる。なお、ここでいう「不純物」は、スラブを工業的に製造する際に、原材料に含まれる成分、又は製造の過程で混入する成分から不可避的に混入し、本実施形態の効果に実質的に影響を与えない元素を意味する。 The remainder of the chemical composition of the slab consists of Fe and impurities. Note that "impurities" here refer to elements that are inevitably mixed in from components contained in the raw materials or components mixed in during the manufacturing process when the slab is industrially manufactured, and that do not substantially affect the effects of this embodiment.

また、スラブは、製造上の課題解決のほか、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、上記Feの一部に代えて、公知の選択元素を含有してもよい。選択元素として、たとえば、次の元素が挙げられる。 The slab may contain known selective elements in place of part of the Fe, taking into consideration not only solving manufacturing problems, but also strengthening the inhibitor function through compound formation and the effect on magnetic properties. Examples of selective elements include the following elements:

Cu:0~0.40%
Bi:0~0.010%
B:0~0.080%
P:0~0.50%
Ti:0~0.0150%
Sn:0~0.10%
Sb:0~0.10%
Cr:0~0.30%
Ni:0~1.0%
Nb:0~0.030%
V:0~0.030%
Mo:0~0.030%
Ta:0~0.030%
W:0~0.030%
これらの選択元素は、公知の目的に応じて含有させればよい。これらの選択元素の含有量の下限値を設ける必要はなく、下限値が0%でもよい。
Cu: 0-0.40%
Bi: 0~0.010%
B: 0-0.080%
P: 0 to 0.50%
Ti: 0~0.0150%
Sn: 0-0.10%
Sb: 0-0.10%
Cr: 0-0.30%
Ni: 0 to 1.0%
Nb: 0-0.030%
V: 0-0.030%
Mo: 0-0.030%
Ta: 0-0.030%
W: 0-0.030%
These optional elements may be contained according to known purposes. There is no need to set a lower limit for the content of these optional elements, and the lower limit may be 0%.

(熱間圧延工程)
熱間圧延工程(S12)は、所定の温度(例えば1100~1400℃)に加熱されたスラブの熱間圧延を行い、熱間圧延鋼板を得る工程である。熱間圧延工程では、例えば、鋳造工程後に加熱された珪素鋼素材(スラブ)の粗圧延を行った後、仕上げ圧延を行って所定厚さ、例えば、1.8~3.5mmの熱間圧延鋼板とする。仕上げ圧延終了後、熱間圧延鋼板を所定の温度で巻き取る。
(Hot rolling process)
The hot rolling step (S12) is a step of hot rolling a slab heated to a predetermined temperature (e.g., 1100 to 1400°C) to obtain a hot rolled steel sheet. In the hot rolling step, for example, after the casting step, the heated silicon steel material (slab) is roughly rolled, and then finish-rolled to obtain a hot rolled steel sheet having a predetermined thickness, for example, 1.8 to 3.5 mm. After the finish rolling is completed, the hot rolled steel sheet is coiled at a predetermined temperature.

インヒビターとしてのMnS強度はそれほど必要でないため、生産性を考慮すれば、スラブ加熱温度は1100℃~1280℃とすることが好ましい。 Since MnS strength as an inhibitor is not particularly necessary, taking productivity into consideration, it is preferable to set the slab heating temperature to 1100°C to 1280°C.

(熱延板焼鈍工程)
熱延板焼鈍工程(S13)は、熱間圧延工程で得た熱間圧延鋼板を所定の温度条件(例えば750~1200℃で30秒間~10分間)で焼鈍して、熱延焼鈍板を得る工程である。
(Hot-rolled sheet annealing process)
The hot-rolled sheet annealing step (S13) is a step in which the hot-rolled steel sheet obtained in the hot rolling step is annealed under predetermined temperature conditions (for example, at 750 to 1200° C. for 30 seconds to 10 minutes) to obtain a hot-rolled annealed sheet.

(冷間圧延工程)
冷間圧延工程(S14)は、熱延板焼鈍工程で得た熱延焼鈍板を、1回の冷間圧延、又は焼鈍(中間焼鈍)を介して複数回(2回以上)の冷間圧延(例えば総冷延率で80~95%)により、例えば、0.10~0.50mmの厚さを有する冷間圧延鋼板を得る工程である。
(Cold rolling process)
The cold rolling step (S14) is a step of obtaining a cold-rolled steel sheet having a thickness of, for example, 0.10 to 0.50 mm by performing a single cold rolling process on the hot-rolled annealed sheet obtained in the hot-rolled sheet annealing process, or performing multiple cold rolling processes (two or more times) via annealing (intermediate annealing) (for example, a total cold rolling rate of 80 to 95%).

(脱炭焼鈍工程)
脱炭焼鈍工程(S15)は、冷間圧延工程で得た冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍(例えば700~900℃で1~3分間)を行い、一次再結晶が生じた脱炭焼鈍鋼板を得る工程である。冷間圧延鋼板に脱炭焼鈍を行うことで、冷間圧延鋼板中に含まれるCが除去される。脱炭焼鈍は、冷間圧延鋼板中に含まれる「C」を除去するために、湿潤雰囲気中で行うことが好ましい。
(Decarburization annealing process)
The decarburization annealing step (S15) is a step of performing decarburization annealing (for example, at 700 to 900°C for 1 to 3 minutes) on the cold-rolled steel sheet obtained in the cold rolling step to obtain a decarburization annealed steel sheet in which primary recrystallization has occurred. By performing decarburization annealing on the cold-rolled steel sheet, C contained in the cold-rolled steel sheet is removed. The decarburization annealing is preferably performed in a moist atmosphere in order to remove "C" contained in the cold-rolled steel sheet.

(窒化処理)
窒化処理は、二次再結晶におけるインヒビターの強度を調整するために実施する。窒化処理では、上述の脱炭焼鈍の開始から、後述する仕上げ焼鈍における二次再結晶の開始までの間の任意のタイミングで、鋼板の窒素量を40~300ppm程度に増加させればよい。窒化処理としては、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鋼板を焼鈍する処理や、MnN等の窒化能を有す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例示される。
(Nitriding)
The nitriding treatment is carried out in order to adjust the strength of the inhibitor in the secondary recrystallization. In the nitriding treatment, the nitrogen content of the steel sheet may be increased to about 40 to 300 ppm at any timing between the start of the above-mentioned decarburization annealing and the start of the secondary recrystallization in the finish annealing described below. Examples of the nitriding treatment include a treatment of annealing a steel sheet in an atmosphere containing a gas having a nitriding ability such as ammonia, and a treatment of finish annealing a decarburization annealed steel sheet coated with an annealing separator containing a powder having a nitriding ability such as MnN.

スラブがNb群元素を上記の数値範囲で含有する場合は、窒化処理によって形成されるNb群元素の窒化物が比較的低温で粒成長抑止機能が消失するインヒビターとして機能するので、二次再結晶が従来よりも低温から開始する。この窒化物は、二次再結晶粒の核発生の選択性に関しても有利に作用し、高磁束密度化を実現している可能性も考えられる。また、窒化処理ではAlNも形成され、このAlNが比較的高温まで粒成長抑止機能が継続するインヒビターとして機能する。これらの効果を得るためには、窒化処理後の窒化量を130~250ppmとすることが好ましく、さらには150~200ppmとすることが好ましい。 When the slab contains Nb group elements in the above numerical range, the nitrides of Nb group elements formed by the nitriding process function as inhibitors that lose their grain growth inhibition function at relatively low temperatures, so secondary recrystallization begins at a lower temperature than before. These nitrides also have an advantageous effect on the selectivity of the nucleation of secondary recrystallized grains, and may possibly contribute to achieving high magnetic flux density. In addition, AlN is formed during the nitriding process, and this AlN functions as an inhibitor that continues to inhibit grain growth up to relatively high temperatures. To obtain these effects, it is preferable to set the amount of nitride after the nitriding process to 130 to 250 ppm, and more preferably 150 to 200 ppm.

(焼鈍分離剤塗布工程)
焼鈍分離剤塗布工程(S16)は、脱炭焼鈍鋼板に焼鈍分離剤を塗布する工程である。焼鈍分離剤としては、例えば、MgOを主成分とする焼鈍分離剤や、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を用いることができる。
(Annealing separator application process)
The annealing separator application step (S16) is a step of applying an annealing separator to the decarburized annealed steel sheet. As the annealing separator, for example, an annealing separator mainly composed of MgO or an annealing separator mainly composed of alumina can be used.

なお、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を用いた場合には、仕上げ焼鈍によって中間層としてフォルステライト被膜(MgSiOを主体とする被膜)が形成されやすく、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を用いた場合には、仕上げ焼鈍によって中間層として酸化膜(SiO2を主体とする被膜)が形成されやすい。これらの中間層は、必要に応じて除去してもよい。 When an annealing separator containing MgO as the main component is used, a forsterite film ( a film mainly containing Mg2SiO4 ) is likely to be formed as an intermediate layer by final annealing, and when an annealing separator containing alumina as the main component is used, an oxide film (a film mainly containing SiO2) is likely to be formed as an intermediate layer by final annealing. These intermediate layers may be removed as necessary.

焼鈍分離剤を塗布後の脱炭焼鈍鋼板は、コイル状に巻取った状態で、次の仕上げ焼鈍工程で仕上げ焼鈍される。 After the annealing separator is applied, the decarburized annealed steel sheet is wound into a coil and finish annealed in the next finish annealing process.

(仕上げ焼鈍工程)
仕上げ焼鈍工程(S17)は、焼鈍分離剤が塗布された脱炭焼鈍鋼板に仕上げ焼鈍を施し、二次再結晶を生じさせる工程である。この工程は、一次再結晶粒の成長をインヒビターにより抑制した状態で二次再結晶を進行させることによって、{100}<001>方位粒を優先成長させ、磁束密度を飛躍的に向上させる。
(Finish annealing process)
The final annealing step (S17) is a step in which the decarburized annealed steel sheet coated with the annealing separator is subjected to final annealing to cause secondary recrystallization. In this step, the growth of the primary recrystallized grains is suppressed by an inhibitor, and the secondary recrystallization is allowed to proceed, thereby preferentially growing {100}<001> oriented grains and dramatically improving the magnetic flux density.

(絶縁被膜形成工程)
絶縁被膜形成工程(S21)は、仕上げ焼鈍工程後の方向性電磁鋼板(仕上げ焼鈍鋼板)に絶縁被膜を形成する工程である。一般的な主たる目的である被膜の形成については、仕上げ焼鈍後の鋼板に、りん酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁被膜や、アルミナゾルと硼酸とを主体とする絶縁被膜を公知の方法で形成すればよい。
(Insulating film formation process)
The insulating coating forming step (S21) is a step of forming an insulating coating on the grain-oriented electrical steel sheet (finish annealed steel sheet) after the finish annealing step. An insulating coating mainly made of phosphate and colloidal silica or an insulating coating mainly made of alumina sol and boric acid may be formed on the steel sheet by a known method.

ただし、本工程は、本実施形態の鋼板の特徴である磁区構造を好ましく制御するために利用することができる工程であり、本明細書で説明する製造方法においては重要な工程となる。本実施形態で規定する磁区構造を実現するには、鋼板製造における最終熱処理となる本工程での張力制御がポイントとなる。まず、昇温前の鋼板の最大張力を30MPa以下となるよう制御を行ったのち、750℃以上の温度域のすべての時点における張力を、6.5~13.0Mpa、かつ時間微分の絶対値の最大値を3.0MPa/s以下で通板を行う。この張力変化を判定するデータは、通板中の張力を一般的な方法で連続的に測定し、特定時刻tにおける張力として、時刻t-10秒まで遡って10秒間の張力を平均化した値を用いるものとする。このような10秒間の平均化を行う理由は、通板中に意図せぬ極短時間の応力変動(ハンチング)が生じることがあり、この影響を緩和するためである。 However, this step can be used to favorably control the magnetic domain structure, which is a feature of the steel sheet of this embodiment, and is an important step in the manufacturing method described in this specification. In order to realize the magnetic domain structure defined in this embodiment, tension control in this step, which is the final heat treatment in steel sheet manufacturing, is the key. First, the maximum tension of the steel sheet before heating is controlled to be 30 MPa or less, and then the sheet is passed through with a tension of 6.5 to 13.0 MPa at all times in the temperature range of 750°C or more, and the maximum absolute value of the time derivative is 3.0 MPa/s or less. The data for determining this tension change is obtained by continuously measuring the tension during passing through the sheet using a general method, and the tension at a specific time t is the average value of the tension for 10 seconds going back to time t-10 seconds. The reason for such averaging for 10 seconds is that unintended stress fluctuations (hunting) may occur during passing through the sheet, and the effect of this is mitigated.

最終熱処理工程の昇温前と冷却過程での張力を上記のように制御することで、本実施形態が規定する磁区構造が好ましいものとなる。このような変化が起きる原因は明確ではないが以下のような理由が考えられる。本実施形態が対象とするSiを2%以上含有する鋼板の常温における降伏応力は200MPaを超えており、昇温前の鋼板への負荷が許容される30MPaという張力は弾性変形内と判断できる応力である。しかし、この程度の応力でも鋼板内部の微小領域、特に構成元素や転位が特別な構造で配置されている結晶粒界においては、弾性変形内の応力によりわずかな構造変化が起きて、これが引き続く高温域での熱処理過程での変化に影響を及ぼすものと考えられる。また、750℃以上の温度域では粒界の移動(結晶粒成長や結晶方位変化)はほとんど起きないが、昇温前に負荷された張力による構造変化も影響して、粒界面の形態、粒界上の転位構造、粒界への元素偏析、粒界上の析出などが変化し、磁区の連続化に影響を及ぼす。この温度域での張力は、粒界近傍での転位形成を含めた原子移動を通じて本実施形態の効果に影響を及ぼす。張力が低すぎると上記の粒界の変化自体が起きにくくなる。張力が高すぎると粒界近傍での不用意な転位の増殖を引き起こすこととなり、粒界をまたいだ磁区角度の連続性に著しい悪影響を及ぼす。温度が低い状況では原子移動が起きにくいため、本実施形態の効果への影響は小さくなる。温度が高い状況では原子移動が活発となり好ましい特殊な粒界構造自体が解消されてしまい本実施形態の効果への影響は小さくなる。そして、その変化はさらに、適切な範囲での張力の変動により粒界特性の変化が好ましく増長され、結果として粒界を挟んだ磁区の連続性が高まるように影響を及ぼすと考えられる。基本的には粒界の形態はなめらかになり、転位密度が低下し、偏析が均一化するような状況になると考えているが、直接的な検出はできていない。 By controlling the tension before heating and during the cooling process in the final heat treatment process as described above, the magnetic domain structure defined in this embodiment is preferable. The reason why such a change occurs is not clear, but the following reasons are considered. The yield stress at room temperature of the steel sheet containing 2% or more Si, which is the subject of this embodiment, exceeds 200 MPa, and the tension of 30 MPa, which is the allowable load on the steel sheet before heating, is a stress that can be judged to be within elastic deformation. However, even with this level of stress, in the microregions inside the steel sheet, especially in the grain boundaries where the constituent elements and dislocations are arranged in a special structure, slight structural changes occur due to the stress within the elastic deformation, and it is thought that this affects the changes during the subsequent heat treatment process in the high temperature range. In addition, in the temperature range of 750 ° C or more, the grain boundary movement (crystal grain growth and crystal orientation change) hardly occurs, but the structural change due to the tension applied before heating also affects the shape of the grain boundary, the dislocation structure on the grain boundary, element segregation to the grain boundary, precipitation on the grain boundary, etc., which affect the continuity of the magnetic domain. The tension in this temperature range affects the effect of this embodiment through atomic movement, including dislocation formation near the grain boundaries. If the tension is too low, the above-mentioned grain boundary changes themselves are unlikely to occur. If the tension is too high, it will cause inadvertent proliferation of dislocations near the grain boundaries, which will have a significant adverse effect on the continuity of the magnetic domain angle across the grain boundaries. In low temperature conditions, atomic movement is unlikely to occur, so the effect on the effect of this embodiment is small. In high temperature conditions, atomic movement becomes active and the preferable special grain boundary structure itself is eliminated, so the effect on the effect of this embodiment is small. Furthermore, it is believed that the change further affects the preferable enhancement of changes in grain boundary characteristics by fluctuating the tension within an appropriate range, and as a result, the continuity of the magnetic domains across the grain boundaries is increased. Basically, it is believed that the grain boundary morphology becomes smooth, the dislocation density decreases, and the segregation becomes uniform, but direct detection has not been possible.

昇温前の鋼板に負荷される最大張力は好ましくは25MPa以下、さらに好ましくは20MPa以下である。この張力は低い方が好ましいが、一般的な絶縁被膜形成熱処理ラインは、「仕上げ焼鈍コイル払い出しリール→ブライドルロール→余剰焼鈍分離剤除去→ブライドルロール→入側ルーパー→ブライドルロール→被膜原料塗布→焼鈍→ブライドルロール→出側ルーパー→ブライドルロール→巻き取りリール」という構成を有しており、払い出しから被膜原料塗布までの鋼板取り扱いのため、負荷張力を5MPa未満とすることは困難である。 The maximum tension applied to the steel sheet before heating is preferably 25 MPa or less, and more preferably 20 MPa or less. A lower tension is preferable, but a typical insulating coating heat treatment line has the following structure: "finishing annealing coil discharge reel → bridle roll → removal of excess annealing separator → bridle roll → entry looper → bridle roll → coating raw material application → annealing → bridle roll → exit looper → bridle roll → take-up reel." Because of the handling of the steel sheet from discharge to coating raw material application, it is difficult to make the load tension less than 5 MPa.

750℃以上の温度域のすべての時点における張力の変動幅は好ましくは7.0~11.0MPa、さらに好ましくは7.5~10.0MPaである。張力の時間微分の最大値については、好ましくは2.5MPa/s以下、さらに好ましくは2.0MPa/s以下である。 The fluctuation range of the tension at all times in the temperature range of 750°C or higher is preferably 7.0 to 11.0 MPa, more preferably 7.5 to 10.0 MPa. The maximum value of the time derivative of the tension is preferably 2.5 MPa/s or less, more preferably 2.0 MPa/s or less.

また、本実施形態に係る製造方法は、必要に応じて、磁区制御工程をさらに有してもよい。 The manufacturing method according to this embodiment may further include a magnetic domain control process, if necessary.

(磁区制御工程)
磁区制御工程(S22)は、方向性電磁鋼板の磁区を細分化する処理を行う工程である。例えば、レーザー、プラズマ、機械的方法、エッチングなどの公知の手法により、方向性電磁鋼板に局所的な微小歪又は局所的な溝を形成すればよい。このような磁区細分化処理は、本実施形態の効果を損ねない。
(Magnetic domain control process)
The magnetic domain control step (S22) is a step of performing a process for subdividing the magnetic domains of the grain-oriented electrical steel sheet. For example, localized micro-distortions or localized grooves may be formed in the grain-oriented electrical steel sheet by a known method such as laser, plasma, mechanical method, or etching. Such a magnetic domain subdivision process does not impair the effect of this embodiment.

図9に示す方向性電磁鋼板の製造方法は、絶縁被膜形成工程で磁区構造を制御するために、絶縁被膜形成工程が必須である例を示している。しかしながら、上述の磁区構造を有する方向性電磁鋼板を製造することができる方法であれば、絶縁被膜形成工程は必ずしも必要ではない。 The manufacturing method of grain-oriented electrical steel sheet shown in FIG. 9 shows an example in which the insulating film forming process is essential to control the magnetic domain structure in the insulating film forming process. However, if the method can manufacture grain-oriented electrical steel sheet having the above-mentioned magnetic domain structure, the insulating film forming process is not necessarily required.

次に、実施例により本実施形態の効果を具体的に詳細に説明する。本実施例での条件は、本発明の実施可能性及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。 Next, the effects of this embodiment will be described in detail using examples. The conditions in this example are an example of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is not limited to this example of conditions. Various conditions can be adopted in the present invention as long as they do not deviate from the gist of the present invention and achieve the object of the present invention.

表1に示す化学組成を有するスラブを素材として、表2に示す化学組成を有する方向性電磁鋼板を製造した。表1及び表2で、「-」は含有量を意識した制御及び製造をしておらず、含有量の測定を実施していないことを示し、「<」を付記する数値は、含有量を意識した制御及び製造を実施して含有量の測定を実施したが、含有量として十分な信頼性を有する測定値が得られなかったこと(測定結果が検出限界以下であること)を示す。 Grain-oriented electrical steel sheets with the chemical composition shown in Table 2 were manufactured using slabs with the chemical composition shown in Table 1 as the raw material. In Tables 1 and 2, "-" indicates that no control or manufacturing was performed with the content in mind, and no content measurement was performed, and values with "<" indicate that control and manufacturing were performed with the content in mind, and content measurement was performed, but a measurement value with sufficient reliability for the content could not be obtained (the measurement result was below the detection limit).

Figure 0007597995000007
Figure 0007597995000007

Figure 0007597995000008
Figure 0007597995000008

方向性電磁鋼板は、基本的には公知の製造条件に基づいて製造した。スラブを鋳造し、熱間圧延、熱延板焼鈍を施した。
さらに、冷間圧延、及び脱炭焼鈍を実施し、一部については、脱炭焼鈍後の鋼板に、水素-窒素-アンモニアの混合雰囲気で窒化処理(窒化焼鈍)を施した。
The grain-oriented electrical steel sheets were basically manufactured according to known manufacturing conditions: a slab was cast, hot-rolled, and hot-rolled sheet annealed.
Furthermore, the steel sheets were subjected to cold rolling and decarburization annealing, and some of the steel sheets after the decarburization annealing were subjected to nitriding treatment (nitriding annealing) in a mixed atmosphere of hydrogen-nitrogen-ammonia.

さらに、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を鋼板に塗布し、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍の最終過程では、鋼板を水素雰囲気にて1200℃で20時間保持(純化焼鈍)して、自然冷却した。 Furthermore, an annealing separator mainly composed of MgO was applied to the steel sheet, and the steel sheet was subjected to finish annealing. In the final process of the finish annealing, the steel sheet was held in a hydrogen atmosphere at 1200°C for 20 hours (purification annealing), and then naturally cooled.

製造した方向性電磁鋼板(仕上げ焼鈍鋼板)の表面に形成された一次被膜(中間層)の上に、りん酸塩とコロイド状シリカを主体としクロムを含有する絶縁被膜形成用のコーティング溶液を塗布し、水素:窒素が75体積%:25体積%の雰囲気で加熱して保持し、冷却して、絶縁被膜を形成した。 A coating solution for forming an insulating film, mainly composed of phosphate and colloidal silica and containing chromium, was applied onto the primary coating (intermediate layer) formed on the surface of the manufactured grain-oriented electrical steel sheet (finish annealed steel sheet), and the solution was heated and held in an atmosphere of 75% by volume hydrogen:25% by volume nitrogen, and then cooled to form an insulating film.

製造した方向性電磁鋼板は、切断方向が板厚方向と平行な切断面で見たとき、方向性電磁鋼板(珪素鋼板)上に接して配された中間層と、この中間層上に接して配された絶縁被膜とを有していた。なお、中間層は平均厚さ2μmのフォルステライト被膜であり、絶縁被膜は平均厚さ1μmのりん酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁被膜であった。 When viewed on a cut surface with the cutting direction parallel to the sheet thickness direction, the produced grain-oriented electrical steel sheet had an intermediate layer arranged in contact with the grain-oriented electrical steel sheet (silicon steel sheet) and an insulating coating arranged in contact with the intermediate layer. The intermediate layer was a forsterite coating with an average thickness of 2 μm, and the insulating coating was an insulating coating mainly composed of phosphate and colloidal silica with an average thickness of 1 μm.

(B-1)方向性電磁鋼板の磁気特性
方向性電磁鋼板の磁気特性は、JIS C 2556:2015に規定された単板磁気特性試験法(Single Sheet Tester:SST)に基づいて測定した。
(B-1) Magnetic Properties of Grain-Oriented Electrical Steel Sheet The magnetic properties of the grain-oriented electrical steel sheet were measured based on the Single Sheet Tester (SST) specified in JIS C 2556:2015.

磁気特性として、800A/mで励磁したときの鋼板の圧延方向の磁束密度B8(T)を測定した。 As a magnetic property, the magnetic flux density B8 (T) in the rolling direction of the steel sheet was measured when excited at 800 A/m.

(B-2)方向性電磁鋼板の磁区構造
方向性電磁鋼板の磁区構造を上記解析方法により定量化し、同一磁区角度領域を測定した。
(B-2) Magnetic Domain Structure of Grain-Oriented Electrical Steel Sheet The magnetic domain structure of the grain-oriented electrical steel sheet was quantified by the above-mentioned analysis method, and the same magnetic domain angle region was measured.

(B-3)鉄心の騒音特性
各鋼板を素材として、3相3脚積形式の鉄心を作成した。鉄心のサイズは、全体の高さ750mm、幅750mm、U相、V相、W相の幅はそれぞれ150mm、積層板厚は40mmである。鉄心を固定するため、両側を木枠で囲み、クランプとボルトで固定をしている。クランプやボルトに対する締め付けトルクを、鉄心表面に対する平均締め付け圧力が0.30MPaとなるように調整した。鉄心接合部は6段ステップラップで、同時積枚数1としている。各鉄心について鉄心表面から30cm離れた位置に等間隔に8本のマイクを配置し、騒音を測定した。
(B-3) Noise characteristics of the core A three-phase, three-leg stacked core was created using each steel plate as the material. The size of the core was 750 mm in overall height, 750 mm in width, 150 mm in width for the U-phase, V-phase, and W-phase, and 40 mm in thickness. To fix the core, both sides were surrounded by a wooden frame and fixed with clamps and bolts. The tightening torque for the clamps and bolts was adjusted so that the average tightening pressure on the core surface was 0.30 MPa. The core joint was a six-stage step lap, with one sheet stacked at the same time. Eight microphones were placed at equal intervals 30 cm away from the core surface for each core, and the noise was measured.

(測定例1)
鋼種A、B、C、Dについて板厚0.35mm以下の鋼板を製造するに際し、絶縁被膜形成工程の張力を変化させ、同一磁区角度領域の平均径dが異なる各4種の鋼板、(A、B、C、D)-(1~4)を製造した。この際、各鋼種において、張力の変動は比較的小さく、ほぼ一定となるよう制御した。各鋼種内の製造過程で条件が変化したのは絶縁被膜形成工程の張力だけであるため、各鋼種内で磁束密度、鉄損、磁歪はほぼ同じ特性値となっている。これらの鋼板の磁区構造を解析するとともに、鉄心を製造し騒音を測定した。測定結果を表3に示す。各鋼種内において、騒音の変化はdとの相関が強いことがわかる。つまり、板厚が薄い鋼板で製造した鉄心の騒音を低減するにはdを適正範囲に制御することが有効であることがわかる。
(Measurement Example 1)
When manufacturing steel sheets of steel types A, B, C, and D with a thickness of 0.35 mm or less, the tension in the insulating coating formation process was changed to manufacture four types of steel sheets (A, B, C, D)-(1 to 4) with different average diameters d of the same magnetic domain angle region. In this case, the tension fluctuations in each steel type were controlled to be relatively small and almost constant. Since the only condition that changed during the manufacturing process in each steel type was the tension in the insulating coating formation process, the magnetic flux density, iron loss, and magnetostriction were almost the same characteristic values in each steel type. The magnetic domain structure of these steel sheets was analyzed, and iron cores were manufactured and noise was measured. The measurement results are shown in Table 3. It can be seen that within each steel type, the change in noise is strongly correlated with d. In other words, it can be seen that controlling d within an appropriate range is effective in reducing the noise of iron cores manufactured with thin steel sheets.

(測定例2)
鋼種A、B、Dについて板厚0.35mm以下の鋼板を製造するに際し、絶縁被膜形成工程の張力を変化させ、dが異なる各4種の鋼板、(A、B、D)-(11~14)、(B、D)-(15~18)、(D19~D22)を製造した。この際、各鋼種において、張力の絶対値は一定とし、時間微分の最大値のみが変動するよう制御した。また、磁区細分化のために、圧延方向と交差する方向に延伸するように線状若しくは点状に、次の条件で、局所的な歪を付与するか、又は局所的な溝を形成した。なお、ピッチは圧延方向の間隔であり、Uaはエネルギー密度であり、機械的溝形成は歯車プレス法であり、化学的溝形成は電解エッチング法である。鋼板B15~B18は、それぞれ、エッチング、電子ビーム、機械歪、及びレーザーを用いて磁区制御した。電子ビーム照射の条件は、照射ピッチ=4mm、Ua=7mJ/mmであり、レーザー照射の条件は、照射ピッチ=4mm、Ua=2.0mJ/mmであり、機械的溝形成の条件は、ピッチ=4mm、溝深さ=20μm、溝下粒なしであり、化学的溝形成の条件は、ピッチ=4mm、溝深さ=20μmである。なお、機械的溝形成及び化学的溝形成の後に、次の条件で絶縁被膜を形成した。機械的溝形成は、リン酸アルミ系絶縁被膜を焼付焼鈍850℃×30秒で形成した。化学的溝形成は、リン酸アルミ系絶縁被膜を焼付焼鈍850℃×60秒で形成した。
(Measurement Example 2)
When manufacturing steel sheets of steel types A, B, and D with a thickness of 0.35 mm or less, the tension in the insulating coating formation process was changed to manufacture four types of steel sheets with different d, (A, B, D)-(11-14), (B, D)-(15-18), and (D19-D22). In this case, the absolute value of the tension was kept constant for each steel type, and only the maximum value of the time derivative was controlled to vary. In addition, for magnetic domain refinement, local strain was imparted or local grooves were formed in a line or point shape extending in a direction intersecting the rolling direction under the following conditions. Note that the pitch is the interval in the rolling direction, Ua is the energy density, the mechanical groove formation was performed by the gear press method, and the chemical groove formation was performed by the electrolytic etching method. The magnetic domains of steel sheets B15 to B18 were controlled using etching, an electron beam, mechanical strain, and a laser, respectively. The conditions of the electron beam irradiation were irradiation pitch = 4 mm, Ua = 7 mJ/ mm2 , the conditions of the laser irradiation were irradiation pitch = 4 mm, Ua = 2.0 mJ/ mm2 , the conditions of the mechanical groove formation were pitch = 4 mm, groove depth = 20 μm, no grains under the groove, and the conditions of the chemical groove formation were pitch = 4 mm, groove depth = 20 μm. After the mechanical groove formation and the chemical groove formation, an insulating coating was formed under the following conditions. The mechanical groove formation was performed by forming an aluminum phosphate insulating coating by baking annealing at 850 ° C for 30 seconds. The chemical groove formation was performed by forming an aluminum phosphate insulating coating by baking annealing at 850 ° C for 60 seconds.

各鋼種内の製造過程で条件が変化したのは絶縁被膜形成工程の張力だけであるため、各鋼種内で磁束密度、鉄損、磁歪はほぼ同じ特性値となっている。これらの鋼板の磁区構造を解析するとともに、鉄心を製造し騒音を測定した。測定結果を表4に示す。各鋼種内において、dが同等であっても、(Δθl+Δθk)/Sが式(9)を満たすことにより、騒音が低下することがわかる。 The only condition that changed during the manufacturing process for each steel type was the tension during the insulating coating formation process, so the magnetic flux density, iron loss, and magnetostriction were approximately the same characteristic values for each steel type. The magnetic domain structure of these steel sheets was analyzed, and iron cores were manufactured and noise was measured. The measurement results are shown in Table 4. It can be seen that even if d is the same for each steel type, noise is reduced when (Δθl + Δθk)/S satisfies equation (9).

本発明の上記態様によれば、方向性電磁鋼板の磁区画像から、磁区の角度が所定の範囲内にある領域及びその位置を定量的に導出する手法により方向性電磁鋼板を特定し、変圧器鉄心の高磁場領域での騒音を低減し、騒音特性を好ましく制御することが可能となるので、産業上の利用可能性が高い。 According to the above aspect of the present invention, a grain-oriented magnetic steel sheet can be identified by a method for quantitatively deriving the areas and their positions where the magnetic domain angles are within a predetermined range from the magnetic domain image of the grain-oriented magnetic steel sheet, and it is possible to reduce noise in the high magnetic field area of the transformer core and favorably control the noise characteristics, which has high industrial applicability.

20 画像取得装置
21 光源部
23 MOセンサ
25 イメージセンサ
27 信号処理部
30 解析装置
31 演算部
33 メモリ
35 表示部
37 入力部
39 通信I/F
100 解析システム
20 Image acquisition device 21 Light source unit 23 MO sensor 25 Image sensor 27 Signal processing unit 30 Analysis device 31 Calculation unit 33 Memory 35 Display unit 37 Input unit 39 Communication I/F
100 Analysis System

Claims (3)

方向性電磁鋼板の磁区構造の解析方法であって、
a)2種類の色によって二値化された又は3以上の階調で表現された前記方向性電磁鋼板の磁区画像から、前記磁区画像の複数の位置にそれぞれ対応する複数の部分領域を切り出すステップと、
b)前記複数の部分領域のそれぞれに対して2次元フーリエ変換を施すことによって複数の部分フーリエ画像を求めるステップと、
c)前記複数の部分フーリエ画像のそれぞれのスポットのピーク位置に基づいて、前記方向性電磁鋼板の180°磁区の角度の空間分布を導出するステップと、
d)前記180°磁区の角度の空間分布に基づき、前記磁区画像のうち、前記180°磁区の角度が所定の範囲内にある連続する領域を同一磁区角度領域として導出するステップと、
を備える、解析方法。
A method for analyzing a magnetic domain structure of a grain-oriented electrical steel sheet, comprising the steps of:
a) cutting out a plurality of partial regions corresponding to a plurality of positions in a magnetic domain image of the grain-oriented electrical steel sheet, the magnetic domain image being binarized with two types of colors or represented in three or more gradations;
b) obtaining a plurality of partial Fourier images by performing a two-dimensional Fourier transform on each of the plurality of partial regions;
c) deriving a spatial distribution of the angle of the 180° magnetic domain of the grain-oriented electrical steel sheet based on the peak positions of the spots of the plurality of partial Fourier images;
d) deriving, based on the spatial distribution of the 180° magnetic domain angles, continuous regions in the magnetic domain image in which the 180° magnetic domain angles are within a predetermined range as identical magnetic domain angle regions;
The analysis method comprises:
前記磁区画像を2次元座標(k,l)のデータ列x(k,l)で表し、
前記磁区画像における観察位置を(n,m)、
窓関数をWa(k,l)、
前記窓関数のk方向及びl方向におけるシフト量を、それぞれ、S及びS
前記複数の部分領域の各々のk方向の画素数及びl方向の画素数に対応するパラメータを、それぞれ、N及びN、と表記すると、
前記a)のステップでは、
前記窓関数を用いて前記磁区画像からnS≦k≦nS+N-1、mS≦l≦mS+N-1の範囲を切り出すことによって、前記複数の部分領域の各々について、以下の式のようにデータ列xnm(k-nS,l-mS)を求め、
Figure 0007597995000011
前記c)のステップでは、
以下の式のように、前記180°磁区の角度の空間分布θ(n,m)を導出し、
Figure 0007597995000012
Δf及びΔfは、それぞれ、前記磁区画像の空間周波数のk方向の分解能及びl方向の分解能を表し、
Δk及びΔlは、それぞれ、前記磁区画像のk方向の空間分解能及びl方向の空間分解能を表し、
max(n,m)及びf max(n,m)は、それぞれ、前記複数の部分フーリエ画像の各々のスポットのピーク位置のk成分及びl成分を表す、請求項に記載の解析方法。
The magnetic domain image is represented by a data string x(k, l) of two-dimensional coordinates (k, l);
The observation position in the magnetic domain image is (n, m),
The window function is Wa(k,l),
The shift amounts of the window function in the k direction and the l direction are S k and S l , respectively.
If the parameters corresponding to the number of pixels in the k direction and the number of pixels in the l direction of each of the plurality of partial regions are expressed as N k and N l , respectively, then
In the step a),
A range of nS k ≦k≦nS k +N k -1, mS l ≦l≦mS l +N l -1 is extracted from the magnetic domain image using the window function, and a data string x nm (k-nS k ,l-mS l ) is obtained for each of the plurality of partial regions as shown in the following formula:
Figure 0007597995000011
In the step c),
The spatial distribution θ(n,m) of the angle of the 180° magnetic domain is derived as follows:
Figure 0007597995000012
Δf k and Δf l represent the resolution in the k direction and the l direction of the spatial frequency of the magnetic domain image, respectively;
Δk and Δl represent the spatial resolution in the k direction and the l direction of the magnetic domain image, respectively;
The analysis method according to claim 1 , wherein f k max (n,m) and f l max (n,m) respectively represent the k component and the l component of a peak position of a spot in each of the plurality of partial Fourier images.
方向性電磁鋼板の磁区構造の解析システムであって、
2種類の色によって二値化された又は3以上の階調で表現された前記方向性電磁鋼板の磁区画像から、前記磁区画像の複数の位置にそれぞれ対応する複数の部分領域を切り出し、
前記複数の部分領域のそれぞれに対して2次元フーリエ変換を施すことによって複数の部分フーリエ画像を求め、
前記複数の部分フーリエ画像のそれぞれのスポットのピーク位置に基づいて、前記方向性電磁鋼板の180°磁区の角度の空間分布を導出し、
前記180°磁区の角度の空間分布に基づき、前記磁区画像のうち、前記180°磁区の角度が所定の範囲内にある連続する領域を同一磁区角度領域として導出する演算部を備える、解析システム。
A system for analyzing a magnetic domain structure of a grain-oriented electrical steel sheet, comprising:
A plurality of partial regions corresponding to a plurality of positions in the magnetic domain image of the grain-oriented electrical steel sheet are cut out from the magnetic domain image binarized with two types of colors or expressed in three or more gradations,
obtaining a plurality of partial Fourier images by performing a two-dimensional Fourier transform on each of the plurality of partial regions;
deriving a spatial distribution of the angle of the 180° magnetic domain of the grain-oriented electrical steel sheet based on peak positions of the spots of the plurality of partial Fourier images;
and a calculation unit that derives, based on a spatial distribution of the 180° magnetic domain angles, continuous regions in the magnetic domain image in which the 180° magnetic domain angles are within a predetermined range as identical magnetic domain angle regions.
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