本发明涉及适于变压器等的铁心材料的方向性电磁钢板以及其制造方法。
背景技术：
方向性电磁钢板主要作为变压器的铁心而被利用，要求其磁化特性优异，特别是要求低铁损。因此使钢板中的二次再结晶粒在高度上对准(110)[001]取向(高斯取向)、减少制品中的杂质是重要的。
并且，由于结晶取向控制、杂质减少具有极限，所以提出了通过对钢板表面照射激光、等离子体、电子束等而将磁畴细分化的技术。例如在专利文献1中记载了如下技术：向方向性电磁钢板的与轧制方向交叉的方向，通过电子束照射以点列导入热应变时，不仅使照射点间隔、照射能量最佳化，还通过向钢板的表面照射电子束，也向钢板内部导入应变，将磁畴的宽度细分化，减少铁损。然而，在导入了热应变的情况下，由于磁致伸缩增大，所以存在变压器的噪声特性增大之类的问题。
作为基于电子束法的铁损和噪声的改善技术具有以下技术。在专利文献2中记载了如下技术：提供一种在以点状照射电子束来进行磁畴细分化处理的情况下，根据电子束的输出控制每1个点的滞留时间t与点间隔x，从而具有优异的铁损特性以及噪声特性的方向性电磁钢板。
在专利文献3中记载了如下技术：提供一种通过镁橄榄石涂层提高针对钢板的施加张力并且控制基于电子束照射的热应变导入区域的直径a和照射间距b，由此在实机变压器中能够得到优异的低噪声性以及低铁损特性的方向性电磁钢板。
另外，在专利文献4中记载了通过电子束法而使回流磁畴的轧制方向宽度、板厚方向深度、轧制方向导入间隔最佳化的技术。利用上述方法，在以某种程度抑制了变压器噪声的恶化的基础上，能够得到良好的铁损特性。
专利文献1：日本特开2012-036450号公报
专利文献2：日本特开2012-172191号公报
专利文献3：日本特开2012-036445号公报
专利文献4：wo2014/068962号公报
然而，根据节省能量的观点，材料的进一步的低铁损化的需求变高，迫切期望既抑制变压器的噪声的增加又实现进一步低铁损化的技术开发。
技术实现要素：
本发明正是鉴于上述现状而完成的，目的在于提供一种在组装成实机变压器的情况下，能够得到优异的低噪声性以及低铁损特性的方向性电磁钢板以及其制造方法。
在通过电子束照射导入了应变的情况下，由于磁畴被细分化所以涡流损耗被改善。另一方面，磁滞损失因应变导入而变大。由于涡流损耗的改善量比磁滞损失量大从而改善铁损。另外，在使用了获得良好的铁损特性的材料时产生的实机变压器的噪声的增加原因在于基于应变导入的磁致伸缩特性的降低。为了不损失现状的变压器的噪声特性，而且改善铁损特性，将导入的应变量保持现状，并使应变的导入分布最佳化，控制钢板的磁化举动，改善磁滞损失是有效的手段之一。
因此，对使钢板的磁化举动变化，不使应变导入量增加，使铁损改善的手段进行了研究，结果清楚可知：通过控制电子束的能量强度分布以及电子束径，使材料的剩余磁通密度br以及最大磁化力hmax变动，从而与通常的磁滞损失因应变导入而变大无关，相反磁滞损失因应变导入而改善，以相同的应变量能够得到良好的铁损特性。
本发明基于上述见解而完成的，具有以下那样的构成。
1.一种方向性电磁钢板，具有由电子束照射形成的细分化磁畴，
其中，
在最大磁通密度是1.7t的情况下，
具有上述电子束照射前的0.1～0.7倍的剩余磁通密度、和上述电子束照射前的1.1～2.0倍的最大磁化力。
2.一种方向性电磁钢板的制造方法，
对钢坯实施热轧而形成热轧钢板，
对该热轧钢板实施热轧板退火，
对该热轧板退火后的热轧钢板，实施一次冷轧或者夹着中间退火的两次以上的冷轧而形成具有最终板厚的冷轧钢板，
对该冷轧钢板实施脱碳退火，
在该脱碳退火后的冷轧钢板表面涂覆含有mgo的退火分离剂之后实施最终退火，
其中，
对上述最终退火后的钢板实施由电子束的照射进行的磁畴细分化处理，
上述磁畴细分化处理以与上述电子束的扫描方向正交的方向的电子束径是220μm以下、并且与扫描方向正交的方向的电子束最大强度相对于扫描方向的电子束最大强度之比是0.7以上且1.3以下的方式，来进行。
3.根据上述2所述的方向性电磁钢板的制造方法，上述电子束的照射使用1个以上的电子束控制线圈来进行。
4.根据上述2或者3所述的方向性电磁钢板的制造方法，以加速电压90kv以上来照射上述电子束。
5.根据上述3或者4所述的方向性电磁钢板的制造方法，上述电子束的照射使用像散修正器来进行。
根据本发明，不使层叠有将通过由电子束施加应变而低铁损化的方向性电磁钢板的变压器的噪声特性恶化，而能够实现该方向性电磁钢板的进一步低铁损化。
附图说明
图1是表示电子束电流值与磁致伸缩谐波等级的关系的图表。
图2是表示磁滞回线的图表。
图3是表示电子束照射前后的磁滞损失变化的图表。
图4是表示与扫描方向正交的方向的电子束最大强度和扫描方向的电子束最大强度之比、与磁滞损失改善量的关系的图表。
图5是表示hmax比率以及br比率与能量强度分布比率的关系的图表。
图6是表示与扫描方向正交的方向的电子束径和磁滞损失改善量的关系的图表。
图7是表示hmax比率以及br比率与电子束径的关系的图表。
具体实施方式
本发明并不特别限定于作为钢基材使用的方向性电磁钢板的种类(成分组成、组织等)，而能够使用各种任意的方向性电磁钢板。
本实施方式的方向性电磁钢板也可在钢基材表面具有张力涂层。张力涂层的种类并不被特别限定，例如能够为由在最终退火中形成的以mg2sio4为主要成分的镁橄榄石涂层、以及形成于其上的磷酸盐系张力涂层构成的双层涂层。另外，在不具有镁橄榄石涂层的钢基材的表面也能够直接形成有磷酸盐系的张力施加型绝缘涂层。上述磷酸盐系的张力施加型绝缘涂层例如能够通过将以金属磷酸盐和二氧化硅为主要成分的水溶液涂覆在钢基材的表面并进行烧结而形成。
在本发明的一实施方式的方向性电磁钢板中，在其表面上沿轧制方向空开间隔地进行横穿轧制方向的方向的电子束的照射，由此向钢基材的表层部局部地导入应变，向横穿轧制方向的方向延伸的应变区域沿轧制方向以周期性的间隔形成。
本实施方式的特征在于明确通过不使变压器噪声恶化、并改善磁滞损失而能够使铁损特性进一步改善的电子束照射后的剩余磁通密度等级以及最大磁化力等级，使实现其的电子束照射条件变得清楚。以下说明详细内容。
首先，本发明者们调查了通过电子束照射导入了的应变量与相关的高的材料参数。其结果是，发现了磁致伸缩谐波等级(根据磁致伸缩振动谐波等级测定值(db)推断的噪声等级)与变压器噪声高度相关，其中从以1.5t、50hz的条件励磁了的钢板的磁致伸缩波形导出的磁致伸缩谐波等级根据导入应变量而灵敏度良好地变化。这里，1.5t、50hz的磁致伸缩谐波等级是通过如下方法获得的值：在钢板的表面安装反射板，对激光多普勒振动计测定出的钢板的伸缩运动(磁致伸缩波形)进行频率解析，分解为每100hz的速度分量，关于对各频率分量进行了a刻度修正的值，根据下式在100～1000hz的范围内进行累计。
磁致伸缩谐波等级
[式1]
[式2]
这里，p0表示基准音压，λ0＝10-9，f0＝100hz。
[式3]
这里，λn表示振动谐波分量，fn表示频率，γn表示可听度修正系数。
图1示出了在加速电压60kv、点距0.32mm、照射线间隔5.5mm以及扫描速度32m/s的条件下，使电子束电流值变化来进行电子束照射，导出了各样本的磁致伸缩谐波等级的结果。电子束电流值的增加表示朝钢板导入的导入应变量的增加，可以说导入应变量与磁致伸缩谐波等级具有非常良好的相关性。
图2中为了改善磁滞损失而作为重要的参数将剩余磁通密度br以及最大磁化力hmax表示在将最大磁通密度(bm)设为了1.7t时的磁滞回线内。磁滞损失与图2所示的磁滞回线所围起的部分的面积成比例。最大磁化力hmax与剩余磁通密度br对该回线的面积造成大的影响，在任一个因素小时磁滞回线的环变小。因此，可以说控制该剩余磁通密度br与最大磁化力的照射前后的变化比例是非常重要的。对于照射前后的比率而言，优选，对照射前的剩余磁通密度以及在1.7t进行了励磁时的最大磁化力进行测定，然后，对电子束照射后的样本也同样地进行测定，根据上述测定值来导出，但关于电子束照射后的样本，也可对剩余磁通密度以及最大磁通密度bm是1.7t的情况下的最大磁化力进行测定，然后在氮气氛围下以800℃×3h的条件进行去应变退火，将该退火后的样本的剩余磁通密度与最大磁化力作为电子束照射前的值来使用。这是因为通过去应变退火而利用电子束照射被导入了的应变被释放。
使加速电压、聚焦电流、电子束电流变化来对0.27mm厚的方向性电磁钢板进行电子束照射，对电子束照射前后的磁滞损失进行测定，在图3中示出同样地利用照射前后的剩余磁通密度以及最大磁化力的关系整理其变化而得的结果。此外，对于测定而言，以磁致伸缩谐波等级成为恒定的方式调整照射条件，导入的应变量设为相同。而且，考虑到剩余磁通密度以及最大磁化力对磁滞损失的增减造成较大的影响，所以着重于剩余磁通密度与最大磁化力来进行解析。其结果是，清楚可知：通过将照射前后的剩余磁通密度的变化比例设为0.1以上且0.7以下、将照射前后的最大磁化力的变化比例设为1.1以上且2.0以下来进行照射，从而与照射前相比照射后的磁滞损失得以改善。照射前后的剩余磁通密度的变化比例的优选范围是0.1以上且0.5以下。另外，照射前后的最大磁化力的变化比例的优选范围是1.1以上且1.5以下。
为了弄清楚磁滞损失得以改善的原因，对电子束的电子束径以及能量强度分布进行了评价。评价使用通过狭缝法(狭缝宽度0.03mm)测定出的电子束轮廓，将电子束轮廓的半宽作为电子束径，将轮廓的最大值作为电子束的最大能量强度。在图4中表示以与扫描方向正交的方向的电子束径成为120～160μm的照射条件进行了照射的钢板的磁滞损失改善量、和正交于扫描方向的方向的电子束最大强度与扫描方向的电子束最大强度之比的关系。
可知：在最大电子束强度比是0.7以上且1.3以下时磁滞损失得以改善，尽可能使轧制方向与轧制直角方向的能量强度分布相同，利用具有均匀的能量强度分布的电子束来导入均匀的应变是重要的。更优选是0.8以上且1.1以下，则更好地改善磁滞损失。hmax以及br是对应变反应灵敏的参数，所以通过控制能够使导入应变分布变化的能量强度分布比率，能够调整hmax和br。在图5中示出hmax比率(白圈)以及br比率(黑四方)与能量强度分布比率的关系，可知使能量强度分布比率接近1，使应变分布尽可能均匀，从而将hmax与br比率双方控制在前面所述的优选范围。
接着在图6中示出以最大电子束强度比是1.0的照射条件进行了照射的样本的磁滞损失改善量与正交于扫描方向的方向的电子束径的关系。可知在电子束的电子束径是220μm以下时，磁滞损失得以改善，在该值以上则没有变化或者恶化。可知随着电子束径变大，并没有磁滞损失改善效果，所以为了改善磁滞损失，对尽可能窄的区域照射电子束是重要的。照射部的轧制方向的应变导入范围因电子束径而变化，所以电子束径也是对hmax以及br造成较大影响的因素。在图7中示出hmax比率(白圈)以及br比率(黑四方)与电子束径的关系，可知将电子束径设为220μm以下，抑制轧制方向的应变导入范围，从而能够将hmax比率和br比率双方控制在前面所述的优选范围。
此外，作为控制电子束的能量强度分布以及电子束径的方法，加速电压、聚焦线圈、像散修正器(stigmator)的适当利用是有效的。优选加速电压较高。加速电压较高时电子的直线度增大。该直线度的增大有利于将电子束聚焦在狭窄的区域。在加速电压较低的情况下，为了聚焦在狭窄的区域需要高精度的聚焦技术，并且能够聚焦在狭窄的范围的范围也被限定，所以具有在商业生产上重要的稳定性变低的趋势。从以上那样的观点来考虑，优选加速电压是90kv以上。更优选是150kv以上。另一方面，若加速电压变高则需要从被照射体产生的x射线的大规模的泄漏对策，所以优选在实用上将300kv左右设为上限。
作为控制电子束径以及能量强度分布的方法，利用聚焦线圈(电子束控制线圈)使电子束聚焦的方法是有用的。研究聚焦线圈的配置或高精度地进行电流控制，由此即使对于加速电压低、直线度差的电子而言，也能够将电子束径、能量强度分布控制在良好的范围。在组合利用了高加速电压和聚焦线圈的情况下，在线圈的聚焦能力足够时，优选的照射范围扩大，生产稳定性提高，但由于电子的直线度强从而线圈的聚焦能力不足，往往无法如希望那样控制电子束控制。在该情况下，使用2个以上的聚焦线圈，从而能够确保稳定了的聚焦能力。
作为控制电子束径以及能量强度分布的方法，除了聚焦线圈以外，像散修正器的应用也是有用的。该像散修正器一般由线圈构成，通过使该线圈的相正交的x轴方向、y轴方向的电流量变化，来修正并调整电子束形状。关于使用了上述加速电压、聚焦线圈、像散修正器的电子束形状的控制方法，虽应用任一个并不是不能将电子束径以及能量强度分布控制在优选的范围，但通过组合多个，能够利用适当的电子束径以及能量强度分布进行照射的电子束照射条件的控制范围扩大，稳定性显著地提高，所以优选组合上述多个方法。
以上是用于实施本发明的重要的要点。除此以外的电子束的照射条件虽不特别限定，但下面对优选的照射条件进行阐述。
电子束的直线状的扫描方向设为相对于轧制方向成为60°以上且120°以下的角度的方向。若偏离90°，则应变部的照射面积增大，成为限制优选的照射条件的原因，所以优选设为90°较好。
优选电子束对钢板上的照射为反复进行使电子束停止、移动的点状的照射。优选此时的点间隔(相邻的点的中心间距离)设为扫描方向的平均电子束径×2.5以下。间隔变宽的情况是指不向其间导入应变的区域增大。因此，若间隔比上述范围宽，则不能得到足够的磁畴细分化效果。
优选平均扫描速度设为30m/s以上。若平均扫描速度小于30m/s，则无法实现高的生产率。优选是75m/s以上，更优选是100m/s以上。若扫描速度变快，则反复进行电子束的停止与移动的点照射的控制变得困难，所以优选上限设为300m/s。
优选照射线间隔设为15mm以下。若照射线间隔变宽，则磁畴细分化效果降低，难以改善铁损。线间隔的下限虽没有特别限定，但线间隔窄的情况下损失生产能力，所以作为间隔优选是5mm以上。
从控制电子束形状的观点考虑，优选电子束电流较小。这是因为若带电粒子彼此排斥则电子束难以聚焦。因此，电子束电流的上限是30ma，更优选是20ma。另一方面，若电子束电流过低则无法获得磁畴细分化效果，所以从磁畴细分化效果观点考虑，优选电子束电流的下限设为0.5ma。
优选加工室的压力设为3pa以下。在压力高的情况下，电子束因气体分子而被散射，非常难以控制为所需要的电子束形状。另外，关于下限，设为过低会增加真空泵等的真空控制所需的成本，所以在实用上是10-5pa左右。
虽在基于激光照射的磁畴细分化中也研究了上述见解，但在激光照射的情况下无法得到由电子束照射被认可的效果。推测这是因为在激光与电子束中针对钢板的热传递方法不同而引起的。即能够容易推断出电子束透过性高，向板厚方向的侵入容易所以产生的应力分布与激光照射不同。认为该差异是通过基于激光照射的磁畴细分化而不存在上述那样的磁滞损失减少的区域的原因。
(实施例)
通过连续铸造，来制造含有c：0.055质量％、si：3.05质量％、mn：0.08质量％、ni：0.02质量％、al：190质量ppm、n：65质量ppm、se：150质量ppm、s：10质量ppm以及o：15质量ppm，剩余部分实际上由fe的组成构成的钢坯，加热到1450℃后，通过热轧而成为板厚：2.4mm的热延板之后，以1025℃实施300秒的热轧板退火。然后，通过冷轧成为中间板厚：0.60mm，以氧化度ph2o/ph2＝0.35、温度：950℃、时间：100秒的条件实施了中间退火。然后，通过盐酸酸洗除去表面的皮下氧化之后，再次实施冷轧，而形成了板厚：0.30mm的冷轧板。
然后，以氧化度ph2o/ph2＝0.50、均热温度830℃实施了保持60秒的脱碳退火之后，相对于mgo：100重量部涂覆添加了2重量部的tio2的退火分离剂，以1200℃、30h的条件实施了以二次再结晶/镁橄榄石涂层形成以及纯化为目的最终退火。然后，涂覆由60％的胶态二氧化硅和磷酸铝构成的绝缘涂层，并以800℃烧结。该涂层涂覆处理也兼作平坦化退火。然后，与轧制方向成直角地照射了电子束。此时，使加速电压以及聚焦线圈、像散修正器的使用条件变化。其它的照射条件以点间隔0.20mm、照射线间隔6.0mm、扫描速度60m/s、加工室压力0.01pa来进行。将由上述方法对单面实施了磁畴细分化处理的产品作为制品来评价磁特性。照射前后的剩余磁通密度、最大磁化力的变化使用照射后的样本的磁特性和在n2氛围下800℃×3h的去应变退火后的磁特性来导出。接着，以斜角剪切各制品，组装500kva的三相变压器，对在以50hz、1.7t进行了励磁的状态下的铁损以及噪声进行了测定。
表1示出测定条件以及测定结果。全部样本的磁致伸缩谐波等级是相同的，所以可以认为总导入应变量是相同的。可知：在加速电压较低的60kv的情况下，当没有使用聚焦线圈的多个使用、像散修正器的使用等能够使电子束形状变化的项目时，如no.1～4所示，虽存在铁损降低的最佳条件(no.3)，但通过使聚焦电流值偏离2ma而最佳条件不再存在，稳定性较低。可知：即使在加速电压低的情况下，通过应用上述电子束控制项目(no.5～8)，也能够使最佳条件范围扩大。另外，可知：即使在高加速电压条件下，通过应用电子束控制项目，最佳照射条件范围扩大，通过应用二级聚焦线圈以及像散修正器，不仅最佳照射范围的扩大，而且铁损改善量也增加。
[表1]