专利名称：方向性电磁钢板的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合作为变压器等的铁芯材料使用的噪音特性优良的方向性电磁钢板。
背景技术：
方向性电磁钢板主要作为变压器的铁芯使用，要求其磁化特性优良，特别是要求铁损低。因此，重要的是使钢板中的二次再结晶晶粒与(110)
取向(高斯取向)高度一致、以及降低成品钢板中的杂质。但是，结晶取向的控制、以及杂质的降低在与制造成本的平衡等方面存在极限。因此，正在开发通过物理方法向钢板表面引入不均匀性而使磁畴的宽度细化以降低铁损的技术、即磁畴细化技术。例如，专利文献I中提出了如下技术通过对最终成品板照射激光，向钢板表层引入线状的高位错密度区域，由此使磁畴宽度变窄而降低铁损。另外，专利文献2中提出了通过照射电子束来控制磁畴宽度的技术。在该通过电子束照射而降低铁损的方法中，电子束的扫描可以通过磁场控制而高速地进行。因此，由于不存在激光的光学扫描设备中常见的机械可动部，因此，特别是对于Im以上大宽度且连续的带钢而言，在要连续且高速地照射电子束的情况下是有利的。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特公昭57-2252号公报专利文献2 :日本特公平06-072266号公报
发明内容
发明所要解决的问题但是，即使是如上所述地实施了磁畴细化处理的方向性电磁钢板，在组装到实际变压器中时，也存在实际变压器的噪音变大的情况。本发明正是鉴于上述现状而开发的，因此其目的在于提供噪音特性优良的方向性电磁钢板，其为通过磁畴细化处理而使铁损降低的方向性电磁钢板，并且能够有效降低层叠成变压器铁芯使用时产生的噪音。用于解决问题的方法已知变压器噪音的原因在于电磁钢板磁化时产生的磁致伸缩行为。例如，对于含有约3质量％的Si的电磁钢板而言，钢板一般沿磁化方向伸长。因此，在受到交流励磁的情况下，对于磁化方向而言，围绕零在正负方向上进行交变磁化，因此铁芯重复进行伸缩运动，结果产生噪音。磁致伸缩振 动相对于磁化的正负方向是等价的，因此，钢板以交流励磁频率的两倍的周期振动，在以50Hz进行励磁的情况下，磁致伸缩振动的基础振动频率为100Hz。但是，进行变压器噪音的频率分析时，含有大量谐波成分，与基础频率为IOOHz的成分相比，约200Hz至约700Hz的频率成分更强，多数情况下它们决定了噪音的绝对值。产生这种高频成分的原因各种各样，基于铁芯形状的机械振动、约束层叠铁芯的夹具的振动等极其复杂。不仅这种基础振动频率的谐波成分，而且对于钢板自身的磁致伸缩振动而言，例如即使在以50Hz的正弦波进行励磁的情况下，观察到的磁致伸缩振动中也包含基础频率IOOHz以外的谐波成分。认为其取决于进行软磁性材料的磁化过程的磁畴的结构变化。因此，发明人着眼于通过电子束照射法对单面进行了磁畴控制处理的方向性电磁钢板的磁畴结构，对磁致伸缩振动的行为进行了研究。结果查明，从降低铁损的观点考虑，线状应变的赋予多数情况下仅通过单面处理就可以取得充分的效果，但是关于变压器噪音即磁致伸缩振动，正反面的磁畴细化效果的同一性是极其重要的。另外，从正反面观察磁畴结构时，有时非处理面的磁畴宽度不一定与处理面的磁畴宽度相同。因此，本发明人对在正反面观察到的磁畴宽度的比率与层叠铁芯形成的变压器模型在交流磁化时的噪音的频率成分的关系进行了深入的研究，结果发现，在正反面存在磁畴宽度差异时，磁化状态在板厚方向上不同，因此分割磁畴的磁畴壁的运动变得复杂，结果，与励磁频率相对的高次谐波成分根据磁畴壁运动的复杂度而重叠。该高次谐波成分尤其存在于噪音谱的可听域，因此成为使噪音增大的主要原因。因此得到如下见解通过减小正反面的磁畴宽度的差异，使磁畴壁运动所引起的磁致伸缩振动的高频成分减少，从而使噪音减轻。本发明立足于上述见解。即，本发明的主旨构成如下所述。1. 一种方向性电磁钢板，其为磁通密度B8为1. 92T以上、且通过无处理痕迹的应变引入而使磁畴结构发生了变化的方向性电磁钢板，其中，应变引入处理后的处理面的平均磁畴宽度Wa相对于应变引入处理前的平均磁畴宽度Wtl的比为< 0. 4，且该Wa相对于非处理面的平均磁畴宽度Wb的比为Wa/Wb > 0. 7，而且非处理面的磁畴不连续部的平均宽度Wd相对于由应变引入处理产生的处理面的磁畴不连续部的平均宽度W。的比为Wd/W。>0. 8 且 Wc < 0. 35mm。2.如上述I所述的方向性电磁钢板，其中，应变引入处理为电子束照射。3.如上述I所述的方向性电磁钢板，其中，应变引入处理为连续激光照射。发明效果根据本发明，在将通过应变引入而使铁损降低的方向性电磁钢板层叠而得到变压器的情况下，与以往相比，能够降低噪音。
图1是表示钢板表面的磁畴观察结果的图。
具体实施例方式
以下，对本发明进行具体说明。对于变压器噪音即磁致伸缩振动而言，原材料晶粒在易磁化轴上的集聚度越高，振动振幅越小，特别是为了抑制噪音，使磁通密度&为1. 92T以上是有效的。关于该点，磁通密度B8低于1. 92T时，在磁化过程中为了与励磁磁场平行，磁畴需要进行旋转运动，该磁化旋转产生大的磁致伸缩，从而使变压器的噪音增大。因此，在本发明中，作为对象的方向性电磁钢板使用磁通密度B8为1.92T以上的钢板。另外，在本发明中，通过应变引入使磁畴结构发生变化，但该应变引入时重要的是在处理面上不残留弓I入应变后的痕迹。在此，无处理痕迹的方向性电磁钢板是指，原本具有的张力涂层不会由于应变引入处理而缺损的表面状态的电磁钢板，即不需要再涂布等后续处置的表面状态的电磁钢板。在由于应变引入而导致张力涂层局部缺损的情况下，原本由涂层带来的应力分布变得不均匀，因此钢板的磁致伸缩的振动波形发生变形，结果，高次谐波成分重叠，因此对于噪音降低而言是不优选的。需要说明的是，在存在处理痕迹的情况下，在实施再涂布时，为了避免引入的应变被消除而进行低温煅烧，因此无法得到与张力涂层缺损前同等的张力效果，从而无法消除应力分布的不均匀性。关于磁畴宽度，处理前的平均磁畴宽度Wc1、处理后的处理面的平均磁畴宽度Wa、处理后的非处理面的平均磁畴宽度Wb通过将每个晶粒的磁畴宽度根据面积率进行加权平均而求出。需要说明的是，磁畴宽度是指与轧制方向平行的主磁畴的宽度，因此，磁畴宽度的测量沿轧制直角方向进行。在此，需要使处理前后的平均磁畴宽度之比WaZWtl低于O. 4。处理前后的平均磁畴宽度之比WaZX为O. 4以上时，磁畴控制处理的效果本身不充分，从而使钢板的铁损降低不充分。另外，关于正反面的平均磁畴宽度，需要使其比值^/\大于O. 7。正反面中的磁畴宽度Wa/wb越低于O. 7，磁畴宽度在正反面越不同，此时，即使在钢板由不含高次谐波成分的正弦波励磁的情况下，板厚方向上的磁化状态也不同，产生高次谐波成分而使变压器的噪音增大。需要说明的是，Wa/Wb的最大值约为1. O。由应变引入产生的磁畴不连续部的平均宽度是指磁畴结构由于应变而局部杂乱的部位的宽度，一般是指与轧制方向平行的磁畴结构中断或者变得不连续的部分。处理面的磁畴不连续部的平均宽度W。和非处理面的磁畴不连续部的平均宽度Wd之比不满足Wd/W。>0.8时，即正反面的不连续部的宽度显著不同时，在钢板的板厚方向上产生磁化状态的差异，使磁致伸缩振动波形发生变形，仍然会使变压器噪音增大。需要说明的是，Wd/W。的上限无需特别限定，但最大值约为3. O。另外，不满足W。< O. 35mm时，由于受到局部杂乱的磁畴结构的影响，因此无法得到充分的铁损降低效果。 无论如何，沿板厚方向充分均匀地引入应变对于降低变压器噪音的是有效的，并且需要磁通密度高、无处理痕迹、磁畴宽度的降低效果大且正反面的磁畴宽度差异小，无论缺少哪个条件，都无法使变压器的噪音充分降低。作为无处理痕迹的应变引入处理，电子束照射、连续激光照射等是适合的。优选照射方向为横穿轧制方向的方向、优选相对于轧制方向呈60 90°的方向且以约3mm 约15mm的间隔进行照射。在此，为了在不带来处理痕迹的情况下对钢板的非处理面侧也充分地引入应变，在电子束的情况下，优选设定为低加速电压和大电流，在5 50kV的加速电压、0. 5 100mA的电流下，使用0. 01 0. 5_的射束直径(直径)以点状或线状实施是有效的。另一方面，在连续激光的情况下，功率密度取决于激光的扫描速度，但优选100 5000ff/mm2的范围。另外，使功率密度恒定并进行调制而使功率密度周期性变化的方法也是有效的。作为激发源，半导体激光激发的光纤激光器等是有效的。特别是将激光的射束直径(直径)缩小至约O. 02_并以虚线状即连续线以一定间隔间断的方式进行照射时，能够以线而不是以点的方式补偿小直径引起的应变引入部的面积减少。由于射束直径小，因此能够使磁畴不连续部的宽度Wc^Wd变小且能够使差减小，进而也能够使磁畴宽度Wa和Wb变小且能够使差减小。需要说明的是，Q开关型脉冲激光等会残留处理痕迹，因此局部缺损的涂层张力会引起不均匀的磁致伸缩振动。另外，等离子流照射虽然没有处理痕迹，但是在处理面与非处理面中磁畴宽度、磁畴不连续部宽度的差异增大，因此难以纳入本发明的优选范围内。处理面的磁畴宽度主要可以通过照射能量的强弱来进行调节。另外，处理面与非处理面的磁畴宽度的差异可以通过控制照射能量密度的分布来进行调节。即，可以通过射束的焦点调节进行对焦和失焦，由此控制入射的能量的深度和展宽，从而进行调节。另外，处理面的磁畴不连续部宽度、非处理面的磁畴不连续部宽度也同样，可以通过照射能量的强弱、焦点调节等来控制入射的能量的深度和展宽，从而进行调节。然后，对本发明的方向性电磁钢板的制造条件进行具体说明。本发明中，方向性电磁钢板用钢坯的成分组成为产生二次再结晶的成分组成即可。另外，在使用抑制剂的情况下，例如使用AlN系抑制剂时，适量含有Al和N即可，另外，在使用MnS/MnSe系抑制剂时，适量含有Mn及Se和/或S即可。当然，也可以组合使用两种抑制剂。这种情况下，A1、N、S和Se的优选含量分别为Al :0. 01 0. 065质量％、N 0. 005 0. 012 质量 ％、S 0. 005 0. 03 质量 ％、Se 0. 005 0. 03 质量 ％。另外，本发明也能够适用于限制了 Al、N、S、Se的含量且不使用抑制剂的方向性电磁钢板。这种情况下，Al、N、S和Se量优选分别抑制为Al :100质量ppm以下、N 50质量ppm以下、S 50质量ppm以下、Se 50质量ppm以下。以下，对本发明的方向性电磁钢板用钢坯的基本成分和任选添加成分进行具体说明。C:0.08质量％ 以下C用于改善热轧板组织而添加，但超过O. 08质量％时，用于将C降低至在制造工序中不引起磁时效的50质量ppm以下的负担增大，因此,优选设定为O. 08质量％以下。另夕卜，关于下限，即使是不含C的原材料也能够进行二次再结晶，因此无需特别设定。
S1:2. 0 8· 0 质量 ％Si是对于提高钢的电阻并改善铁损有效的元素，含量为2.0质量％以上时，降低铁损的效果特别良好。另一方面，含量为8.0质量％以下时，能够得到特别优良的加工性、磁通密度。因此，Si量优选设定为2. 0 8. 0质量％的范围。Mn :0· 005 1. 0 质量 ％Mn在使热加工性良好的方面是有利的元素，但含量低于O. 005质量％时，其添加效果不足。另一方面，含量为1. 0质量％以下时，成品板的磁通密度特别良好。因此，Mn量优选设定为O. 005 1. 0质量％的范围。除上述基本成分以外，还可以适当含有如下所述的元素作为改善磁特性的成分。选自Ni 0. 03 L 50 质量 ％、Sn 0. 01 L 50 质量 ％、Sb 0. 005 L 50 质量 ％、Cu 0. 03 3. 0 质量 ％、Ρ 0. 03 O. 50 质量 ％、Mo :0. 005 0. 10 质量 ％ 和 Cr 0. 03 1. 50
质量％中的至少一种Ni是对于进一步改善热轧板组织从而进一步提高磁特性有用的元素。但是，含量低于0. 03质量％时，提高磁特性的效果小，另一方面，含量为1. 5质量％以下时，二次再结晶的稳定性格外增加，从而使磁特性进一步得到改善。因此，Ni量优选设定为O. 03 1. 5质量％的范围。另外，Sn、Sb、Cu、P、Mo和Cr各自为对于提高磁特性有用的元素，但任意一种不满足上述各成分的下限时，提高磁特性的效果小，另一方面，含量为上述各成分的上限量以下时，二次再结晶晶粒的发达最良好。因此，优选各自以上述范围含有。需要说明的是，上述成分以外的余量优选为在制造工序中混入的不可避免的杂质和Fe。接着，将具有上述成分组成的钢坯按照常规方法加热后供于热轧，但是，也可以在铸造后不经加热而直接进行热轧。在薄铸片的情况下，可以进行热轧，也可以省略热轧而直接进行之后的工序。另外，根据需要实施热轧板退火。热轧板退火的主要目的在于，消除在热轧中产生的条带组织而使一次再结晶组织进行整粒，从而在二次再结晶退火中使高斯组织进一步发达而改善磁特性。此时，为了使高斯组织在成品板中高度发达，优选800 1100°C的范围作为热轧板退火温度。热轧板退火温度低于800°C时，热轧中的条带组织残留，难以实现进行整粒后的一次再结晶组织，从而无法得到期望的二次再结晶的改善。另一方面，热轧板退火温度超过1100°C时，热轧板退火后的粒径过于粗大化，因此难以实现进行整粒后的一次再结晶组织。热轧板退火后，优选实施一次冷轧或隔着中间退火的两次以上的冷轧，然后进行脱碳退火(兼作再结晶退火)，并涂布退火分离剂。涂布退火分离剂后，以二次再结晶和镁橄榄石被膜(以Mg2SO4为主体的被膜)的形成为目的进行最终退火。对于退火分离剂而言，为了形成镁橄榄石被膜，优选使用以MgO为主要成分的退火分离剂。在此，MgO为主要成分是指在不阻碍作为本发明目的的镁橄榄石被膜的形成的范围内，可以含有MgO以外的公知的退火分尚剂成分、特性改善成分。在最终退火后，根据需要进行平整退火来矫正形状是有效的。需要说明的是，本发明中，在平整退火前或平整退火后在钢板表面上施加绝缘涂层。在此，该绝缘涂层是指，在本发明中为了降低铁损而能够对钢板赋予张力的涂层(以下称为张力涂层)。另外，作为张力涂层，可以列举含有二氧化硅的无机系涂层、使用物理蒸镀法、化学蒸镀法等形成的陶瓷涂层等。然后，本发明中，对上述施加张力涂层后的方向性电磁钢板的表面照射电子束或连续激光，由此实施磁畴细化。实施例实施例1对含有3质量％的Si且轧制成O. 23mm的最终板厚的冷轧板进行脱碳、一次再结晶退火后，涂布以MgO为主要成分的退火分离剂，并实施包括二次再结晶过程和纯化过程的最终退火，得到具有镁橄榄石被膜的方向性电磁钢板。此时，改变用于二次再结晶退火的退火分离剂中添加的辅助剂，使磁通密度B8值在1. 90 1. 95T的范围内进行变化。然后，涂布50%的胶态二氧化硅和磷酸镁涂层，并在850°C下烧结，形成张力涂层。然后，将钢板放入0.1Pa的真空槽内，使加速电压恒定为40kV，另一方面，使射束电流在1 10mA的范围内变化，并沿与轧制方向成直角的方向对单面照射电子束。对于电子束照射前后的钢板，利用比特法对处理面、非处理面进行磁畴观察，并测量处理面和非处理面的平均磁畴宽度、磁畴不连续部平均宽度。图1中示意性地示出钢板表面的磁畴观察结果。另外，对于照射痕迹，通过光学显微镜观察判断绝缘被膜是否缺损从而使铁基露出。将所得到的试样剪切成以宽度100mm、短边300mm、长边500mm的梯形为基础的斜角材料并层叠，制作约21kg的三相变压器。层叠方法为每级2片的5级阶梯接缝(step-lap)方式,并使用电容传声器测定1. 7T、50Hz励磁下的噪音。以A级补正作为听觉补正。将测量的变压器噪音与钢板的磁通密度B8、照射痕迹的有无以及磁畴结构的各参数一起整理示于表I中。在此，如果变压器噪音为40. OdBA以下，则可以说噪音小。
权利要求
1.一种方向性电磁钢板，其为磁通密度B8为1. 92T以上、且通过无处理痕迹的应变引入而使磁畴结构发生了变化的方向性电磁钢板,其中，应变引入处理后的处理面的平均磁畴宽度Wa相对于应变引入处理前的平均磁畴宽度Wtl的比为WaZX < O. 4，且该Wa相对于非处理面的平均磁畴宽度Wb的比为Wa/Wb > O. 7，并且非处理面的磁畴不连续部的平均宽度Wd相对于由应变引入处理产生的处理面的磁畴不连续部的平均宽度W。的比为Wd/W。> O. 8且Wc < O. 35mm。
2.如权利要求1所述的方向性电磁钢板，其中，应变引入处理为电子束照射。
3.如权利要求1所述的方向性电磁钢板，其中，应变引入处理为连续激光照射。
全文摘要
本发明提供一种方向性电磁钢板，其为通过引入无处理痕迹的应变而使磁畴结构发生了变化的方向性电磁钢板，在使磁通密度B8为1.92T以上的基础上，使应变引入处理后的处理面的平均磁畴宽度Wa相对于应变引入处理前的平均磁畴宽度W0的比为Wa/W0＜0.4，且使该Wa相对于非处理面的平均磁畴宽度Wb的比为Wa/Wb＞0.7，并且使非处理面的磁畴不连续部的平均宽度Wd相对于由应变引入处理产生的处理面的磁畴不连续部的平均宽度Wc的比为Wd/Wc＞0.8且Wc＜0.35mm，由此，能够有效降低层叠成变压器铁芯使用时产生的噪音。
文档编号C21D8/12GK103069036SQ201180038909
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月4日 优先权日2010年8月6日
发明者山口广, 冈部诚司, 大村健, 中西匡 申请人:杰富意钢铁株式会社