铁芯用方向性电磁钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及作为变压器的铁芯使用的方向性电磁钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 近些年，随着能量使用的效率化推进，期望变压器动作时的能量损失减小。在变压 器产生的损失主要包括在导线产生的铜损和在铁芯产生的铁损。而且铁损能够分为磁滞损 耗和涡流损耗，并且公知材料的结晶取向的改善、杂质的减少等对磁滞损耗的减少是有效 的。
[0003] 例如，专利文献1示出一种通过使最终冷轧前的退火条件优化来制造磁通密度和 铁损优良的方向性电磁钢板的方法。
[0004] 另一方面，公知涡流损耗除通过板厚的减少、增加 Si的添加量之外，还可以通过 向钢板表面的槽形成、应变的导入来显著改善。
[0005] 例如，专利文献2示出通过在钢板的单侧表面形成槽宽为300 μπι以下、槽深为 100 μ m以下的线状的槽来将槽形成前为0. 80W/kg以上的铁损W17/5Q减少至0. 70W/kg以下 的技术。
[0006] 另外，专利文献3示出通过向2次再结晶后的钢板照射等离子电弧来将照射前为 0. 80W/kg以上的铁损W17/5Q减少至0. 65W/kg以下的技术。
[0007] 并且，专利文献4示出通过使被膜厚度、因电子束照射而形成于钢板面的磁畴不 连续部的平均宽度优化来获得铁损低、噪声小的变压器用材料的技术。
[0008] 专利文献1 :日本特开2012-1741号公报
[0009] 专利文献2 :日本特公平06-22179号公报
[0010] 专利文献3 :日本特开2011-246782号公报
[0011] 专利文献4 :日本特开2012-52230号公报
[0012] 专利文献5 :日本特开2003-27196号公报
[0013] 专利文献6 :日本特开2007-2334号公报
[0014] 专利文献7 :日本特开2005-248291号公报
[0015] 专利文献8 :日本特开2008-106288号公报
[0016] 专利文献9 :日本特开2008-127632号公报
[0017] 非专利文献1 :川崎制铁技报29 (1997) 3,153-158
[0018] 上述专利文献2所示的槽形成后的低铁损件在卷绕式变压器的制造过程中对通 过等离子电弧、激光等导入热应变而磁畴细化后的钢板实施的去应变退火之后磁畴细化效 果仍不消失这一点上有利。然而，槽形成带来的磁畴细化存在铁损减少效果稍小、磁通密度 因槽形成导致的钢基体的体积减少而变小的问题。
[0019] 其中，为了获得可最大限度地降低层叠型变压器的铁损的材料，将热应变导入钢 中的方法是有利的，但上述专利文献3、专利文献4所示的方法均仅评价了 W17/5(l的特性。
[0020] 使用方向性电磁钢板的变压器未必仅在I. 7T的励磁条件下使用，小型变压器也 可以在I. 5T左右的磁通密度下使用，另一方面，大型变压器在超过I. 8T的磁通密度范围下 使用的情况也不少。
[0021] 因此，从变压器制造商的设计自由度提高等观点考虑，优选在变压器等的铁芯中 使用的方向性电磁钢板的铁损在从I. 5Τ至I. 9Τ左右的磁通密度范围内低。
[0022] 图1示出不同样品下励磁磁通密度对变压器铁损的影响。图中可知，在以I. 7Τ励 磁的情况下，在样品A与样品B中表现出相同的铁损，但在以I. 5Τ以及I. 9Τ励磁的情况下， 样品A与样品B的铁损产生明显的差异。这样，可知在I. 7Τ的励磁条件下表现出良好的铁 损的钢板未必一定在其他励磁条件下表现出良好的铁损。
[0023] 在这样的I. 7Τ以外的磁通密度范围内的低铁损化技术中存在例如专利文献5、专 利文献6所公开的技术。前者示出如下技术：作为不使用磁畴细化方法的材料的制造方法， 通过改变脱炭退火时的升温速度、气氛而使W 19/5(l相对于W 17/5(|的比为1. 6以下。然而，该技 术需要添加 Bi，钢组成受限制，因此作为材料的钢坯的成本增加，而且，还存在钢中的二次 再结晶不稳定等问题。
[0024] 与此相对，后者示出如下技术：通过使向钢板照射的激光的照射条件优化来减少 励磁磁通密度为I. 9T的铁损。然而，该技术实现对进行去应变退火的铁芯的应用，因此与 上述专利文献2所示的槽形成技术相同，在钢板表面形成凹坑，从而存在材料的磁通密度 变小的问题。
【发明内容】
[0025] 本发明是鉴于上述现状而开发的，目的在于提供1. 5?I. 9T的励磁区域的变压 器铁损优良、从而变压器动作时的能量损失少的铁芯用方向性电磁钢板及其有利的制造方 法。
[0026] 发明人们为了解决上述问题而反复进行深入研宄的结果是查明如下情况，即通过 使钢中的应力分布优化能够在I. 5T以上的全部的励磁磁通密度区域获得极低的铁损。
[0027] 以往，例如专利文献7、专利文献8示出通过使激光照射后的应力分布优化来实现 低铁损化的技术。
[0028] 在此，上述专利文献7示出通过使在轧制方向上产生且形成于钢板表面的拉伸最 大应力为70?150MPa能够减少钢中的涡流损耗，从而实现低铁损化。
[0029] 另外，上述专利文献8示出通过使轧制方向上的压缩残余应力在轧制剖面内积分 的值为〇. 〇2kgf以上0. 08kgf以下的范围能够使钢板实现低铁损化。
[0030] 然而，在任一技术中，在产生超过规定值的应力的情况下，都表现出铁损恶化，特 别是在上述专利文献8中，暗示了 "因表面产生的拉伸残余应力造成的塑性应变而导致磁 滞损耗增大"的可能性。
[0031] 另一方面，如上述专利文献7所示，钢板内部的应力（板厚方向的拉伸应力、乳制 方向的压缩应力）能够使与在轧制方向上磁化了的主磁畴不同的磁畴（辅助磁畴）的形成 稳定化。即，应力越大，辅助磁畴越稳定化至高磁场区域，如下所示，认为涡流损耗的减少效 果直至高磁场区域仍然有效，从而能够获得低铁损。
[0032] 一般，若形成有辅助磁畴，则主磁畴细化，从而涡流损耗下降。理由并非清楚，但认 为该辅助磁畴在板厚方向上的深度对涡流损耗造成强的影响，该深度越扩大，涡流损耗的 减少效果越强。对同样的机构而言，例如通过非专利文献1所记载的槽形成件进行考察。
[0033] 根据以上的见解，进一步重复实验的结果如下，
[0034] (1)在钢板内部，通过使具有150MPa以上的大小的应力（板厚方向的拉伸应力、乳 制方向的压缩应力、或与轧制方向垂直方向的拉伸应力的大小中的最大值）形成区域的板 厚方向深度为42 μπι以上能够得到比以往更强的涡流损耗减少效果，
[0035] (2)即便形成有150MPa以上的应力，由于上述涡流损耗减少效果强，所以磁滞损 耗与涡流损耗的和即铁损为极低的值，
[0036] (3)若形成有150MPa以上的强应力，则在高磁场励磁区域，辅助磁畴还稳定地存 在，从而能够获得低铁损。
[0037] S卩，发明人们发现如下情况：即便在钢板内部存在150MPa以上的强应力，也不仅 能够获得低铁损（W17/5CI)，直至I. 9T以内的高励磁磁通密度区域也能够获得极低的铁损。另 夕卜，同时发现如下情况：作为钢中的应力分布，150MPa以上的应力在轧制方向上为300 μπι 以内的区域且板厚方向上达到42 μπι以上的范围形成，并且该应变形成区域在轧制方向上 以2?IOmm以下的间隔周期性地形成，由此能够获得上述效果。
[0038] 并且，还查明如下情况：在制造这样的钢板时，使用从1^86释放出的电子束是极有 用的。公知一般LaBJ^输出高辉度射束有利，通过发明人们的实验也可以清楚从LaB 6释放 出的电子束是射束直径（通过狭缝法测定）为〇. 2_以下的具有极高的能量密度的射束。 现有的电子束多使用钨丝，具有廉价的优点，但在正好聚束时其射束直径为〇. 3mm左右（参 照表1)。
[0039] [表 1]
[0040] 表 1
[0041]
【主权项】
1. 一种在1. 5?1. 9T的励磁区域中变压器铁损优良的铁芯用方向性电磁钢板，其在相 对于钢板面内的轧制方向呈60°?120°的方向上具有线状应变， 在所述线状应变的附近，在相对于轧制方向为300ym以内且相对于板厚方向为42ym以上的范围具有被施加150MPa以上的残余应力的残余应力形成区域，而且所述线状应变 在轧制方向上以2?10mm的间隔周期性地形成。
2. -种在1. 5?1. 9T的励磁区域中变压器铁损优良的铁芯用方向性电磁钢板，其在相 对于钢板面内的轧制方向呈60°?120°的方向上具有线状应变， 在所述线状应变的附近，在相对于轧制方向为300ym以内且相对于板厚方向为42ym以上的范围具有被施加150MPa以上的残余应力的残余应力形成区域，并且该残余应力形 成区域在所述线状应变的方向上空开150ym以上的间隔而形成，而且所述线状应变在轧 制方向上以2?10mm的间隔周期性地形成。
3. 根据权利要求1或2所述的在1. 5?1. 9T的励磁区域中变压器铁损优良的铁芯用 方向性电磁钢板， 所述线状应变的形成部表面是无钢基体露出部的绝缘被膜。
4. 一种在1. 5?1. 9T的励磁区域中变压器铁损优良的铁芯用方向性电磁钢板的制造 方法， 在形成权利要求1?3中任一项所述的铁芯用方向性电磁钢板的线状应变时，向钢板 表面照射从LaB6释放出的电子束。
5. -种在1. 5?1. 9T的励磁区域中变压器铁损优良的铁芯用电磁钢板的制造方法， 在制造权利要求1?3中任一项所述的方向性电磁钢板时，向钢板表面照射外加90kV 以上的电压的电子束。
6. 根据权利要求4所述的在1. 5?1. 9T的励磁区域中变压器铁损优良的铁芯用电磁 钢板的制造方法， 还向钢板表面照射外加90kV以上的电压的电子束。
【专利摘要】根据本发明，在应变区域的附近，使150MPa以上的残余应力存在于相对于轧制方向为300μm以内且相对于板厚方向为42μm以上的范围，而且在轧制方向上以2～10mm的间隔周期性地形成上述应变区域，由此1.5～1.9T的励磁区域的变压器铁损优良，从而能够得到变压器动作时能量损失少的铁芯用方向性电磁钢板。
【IPC分类】H01F1-16, C22C38-60, B23K15-00, C21D8-12, C22C38-00
【公开号】CN104603309
【申请号】CN201380044990
【发明人】高城重宏, 山口广, 冈部诚司, 花泽和浩
【申请人】杰富意钢铁株式会社
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年8月29日
【公告号】EP2891726A1, US20150187474, WO2014034128A1, WO2014034128A8