取向性电磁钢板的制作方法
【专利摘要】根据本发明，通过使塑性应变区域各自在钢板宽度方向上的长度：d为0.05mm以上且0.4mm以下，并且使上述长度：d的合计Σd相对于上述塑性应变区域各自的导入间隔：w的合计Σw之比(Σd/Σw)为0.2以上且0.6以下，能够得到降低了在加工成变压器时的噪声的取向性电磁钢板。
【专利说明】取向性电磁钢板
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于变压器等的铁芯材料的取向性电磁钢板。
【背景技术】
[0002] 近年来，能量使用的效率化正在推进，以变压器制造商等为中心，对磁通密度高且 铁损低的电磁钢板的需求不断增加。
[0003] 关于磁通密度的提高，能够通过使电磁钢板的晶体取向向Goss取向集聚来实现。
[0004] 另外，关于铁损的降低，可从原材料的高纯度化、高取向性化、板厚薄化、Si及A1 的添加以及磁畴细化等观点出发考虑其对策。然而，通常来说，若提高磁通密度，则铁损趋 于劣化。这是因为，结晶取向一致时静磁能下降，因此钢板内的磁畴宽度扩大，涡流损耗增 加。
[0005] 作为该问题的解决方案，可以列举出使涡流损耗降低。具体来说，已知有通过在钢 板表面导入热应变来实施磁畴细化的方法或者使用激光、电子束的方法等，任一种通过照 射改善铁损的效果都极高。
[0006] 例如，专利文献1中披露了通过电子束照射而具有W17/5(l低于0. 8W/kg的铁损的电 磁钢板的制造方法。
[0007] 另外，专利文献2中披露了通过对电磁钢板实施激光照射来降低铁损的方法。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本特公平7-65106号公报
[0011] 专利文献2 :日本特公平3-13293号公报
【发明内容】
[0012] 发明所要解决的问题
[0013] 然而，对于通过激光、电子束等的照射进行磁畴细化后的取向性电磁钢板而言，有 时即使原材料的特性良好，在制造变压器时也得不到良好的特性。具体来说为变压器的噪 声增大的问题。即，即使在单板原材料的状态下测定的铁损、磁通密度、磁致伸缩等相同，根 据导入热应变的模式不同，存在变压器噪声大的条件和噪声小的条件。
[0014] 本发明是鉴于上述现状而开发的，目的在于提供一种取向性电磁钢板，其能够有 效降低将取向性电磁钢板加工成变压器时的噪声。
[0015] 用于解决问题的方法
[0016] 发明人制作了大量实施了热应变导入模式不同的磁畴细化处理的取向性电磁钢 板的变压器，进行了系统的考察。其结果发现，变压器中噪声增大的原因在于高强度导入热 应变时产生塑性应变区域的形态。
[0017] 此外明确了，应变导入的模式包括连续激光照射之类的在宽度方向连续地进行的 模式和脉冲激光照射之类的在宽度方向间断地进行的模式这两种，但特别是导入间断的应 变区域时塑性应变区域的尺寸与该尺寸在宽度方向所占的比例处于特定范围的情况下，能 够兼顾变压器的铁损降低和噪声抑制。
[0018] 本发明立足于上述见解。
[0019] gp，本发明的主旨构成如下所述。
[0020] 1. 一种取向性电磁钢板，其是通过磁畴细化处理在钢板的宽度方向上导入了点列 状的塑性应变的取向性电磁钢板，其中，上述塑性应变区域各自在上述钢板的宽度方向上 的长度：d为0. 05mm以上且0. 4mm以下，并且上述长度：d的合计Σ d相对于上述塑性应变 区域各自的导入间隔：w的合计之比（Σ(1/Σ￥)为0.2以上且0.6以下。
[0021] 2.如上述1所述的取向性电磁钢板，其中，与上述塑性应变区域各自的导入间隔： W对应的塑性应变区域的长度：d相对于该导入间隔：W之比（d/w)为0. 2以上且0. 6以下。
[0022] 3.如上述1或2所述的取向性电磁钢板，其中，上述塑性应变区域是通过电子束照 射形成的。
[0023] 发明效果
[0024] 根据本发明，在取向性电磁钢板的磁畴细化时，能够抑制变压器的噪声增大，同时 还能够降低铁损，因此使变压器的能量效率提高，在产业上极为有用。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是表示塑性应变区域与弹性应变区域的形态的一例的示意图。
[0026] 图2是表示塑性应变区域与弹性应变区域的形态的另一例的示意图。
[0027] 图3是表示根据本发明的塑性应变区域和弹性应变区域的形态的一例的示意图。
[0028] 图4是表示根据本发明的塑性应变区域和弹性应变区域的形态的另一例的示意 图。
[0029] 图5是表示变压器中的噪声测定的要点的图。
【具体实施方式】
[0030] 下面具体说明本发明。
[0031] 本发明中，从取向性电磁钢板的宽度端至另一侧的宽度端，相对于轧制方向呈周 期性且直线状或曲线状地、而且以在轧制方向上呈直角分割的方式，导入产生形成为点列 状的磁畴图案的应变区域。下面，将由此产生的应变区域称作热应变导入线。
[0032] 本发明中，在与轧制方向呈直角的方向（优选范围为相对于直角方向±30度的范 围）上反复导入上述热应变导入线，在所期望的范围内实施磁畴细化处理。
[0033] 本发明的应变区域的导入可以使用能够进行局部快速加热的激光照射、电子束照 射、等离子体火焰照射等热/光/粒子射线照射，但是从应变区域的形状、尺寸的控制性出 发，优选能够将束径控制得较小的激光及电子束。
[0034] 通过激光照射、电子束照射，钢板表面被快速加热而发生热膨胀，但由于加热时间 为极短时间，因此达到高温的区域被限定于局部，被周边未被加热的区域所约束，因而受到 该热应变的部位受到大的压缩应力而产生塑性应变。
[0035] 该塑性应变在冷却至常温后也会残留，在周边形成弹性应力场。此处，图1中示意 性地表示激光或电子束在钢板上连续移动时的热应变导入线。如该图所示的那样，热应变 导入线的塑性应变区域和弹性应变区域形成为带状。另一方面，脉冲式导入热应变时，根据 应变区域的尺寸，上述热应变导入线呈图2、图3或图4中所示的形态。
[0036] S卩，根据激光、电子束的照射条件，形成如图1?4所示那样的不同的应变分布。 [0037] 在此，若从铁损的观点考虑，上述图1?4能够使通过磁畴细化降低铁损的效果相 同。也就是说，即使通过磁畴细化降低铁损的效果相同，也会存在不同的应变分布。
[0038] 通过分析由钢板表面测定的X射线衍射的数据，可以求出这些塑性应变区域的范 围。即，塑性应变区域中由于不均匀应变而使X射线衍射的半高宽增加，利用这点，将相比 于足够远离热应变导入部位的点、半高宽比误差范围增加（大致20%以上）的区域作为塑 性应变区域，由此能够使塑性应变区域定量化。
[0039] 由本发明人对利用具有各种应变分布的取向性电磁钢板制作的变压器的特性进 行考察的试验结果明确了，如图3及4所示的那样，塑性应变区域呈间断的分布且图中所示 的塑性应变区域的长度：d的尺寸与图中所示的塑性应变区域的导入间隔：w之比d/w处于 特定范围的情况下，能够兼顾铁损降低和噪声抑制。需要说明的是，即使是脉冲式导入热应 变的情况下，塑性应变区域被连续导入的图2的形态缺乏噪声抑制效果。
[0040] 此外，同时明确了，即使是具有同样应变分布的情况下，相比于激光照射，电子束 照射可以使钢板进一步低铁损。
[0041] 上述塑性应变区域各自的长度：d为0.05mm以上且0.4mm以下。这是由于，若小 于0. 05_，则无法得到充分的磁畴细化效果，铁损降低效果小，而另一方面，若大于0. 4_， 则会导致磁滞损耗增大或者变压器中的噪声增大。
[0042] 另外，本发明中，如上述那样，重要的是以间断的分布导入塑性应变区域。对于其 存在比而言，将每条热应变导入线的塑性应变区域的导入间隔：w的合计记为Σ?，并且将 每条热应变导入线的塑性应变区域的长度：d的合计记为Σ(1时，可以利用比例（Σ(1/Σ ￥) 求出，重要的是使该值为0.2以上且0.6以下。需要说明的是，若换算为百分比，则为20% 以上且60%以下。
[0043] 上述存在比的限定理由在于，若（Σ(1/Σ￥)的百分比小于20%，则无法得到磁畴 细化效果，铁损降低效果减小，而另一方面，若上述百分比大于60%，则变压器中的噪声增 大。需要说明的是，从抑制噪声的观点出发，上述百分比的优选范围为40%以下。
[0044] 进而，本发明中，优选使上述导入间隔与上述长度的各自之比d/w为0. 2以上且 0.6以下。这是由于，若各自之比满足上述范围，则能对钢板赋予比上述的以合计计的情况 更加均匀的磁畴细化。需要说明的是，对于通常的激光照射或电子束照射的设备而言，如果 测定热应变导入线上的一个部位的塑性应变区域的导入间隔及与其对应的塑性应变区 域的长度：d(参见图3和4)，则该应变导入线及之后反复形成的应变导入区域（线）可以 评价为在本发明中具有相同效果。
[0045] 此处，通过控制产生塑性应变的区域的形态而能够使变压器中的噪声降低的原因 尚未明确，但是本发明人作如下考虑。
[0046] 上述问题为：在上述长度：d大于0.4mm的情况下或上述比（Σ(1/Σ￥)大于0.6的 情况下，在单板中没有观察到大幅的磁特性的劣化，但是在加工成变压器的情况下，噪声显 著增大。
[0047] 此处，若考虑到单板和变压器铁芯的差异，该差异在于对钢板进行了层叠、捆扎， 特别地，变压器中噪声劣化的条件是用于捆扎的紧固力大。根据该事实，认为塑性应变区域 过大时，在钢板的宽度方向上产生显著翘曲，由此在作为变压器铁芯进行捆扎、固定并进行 矫正时,钢板中产生内部应力，这会导致微细磁畴的生成和磁致伸缩的增大，因而噪声显著 增大。
[0048] 需要说明的是，在表面形成有同等尺寸的塑性应变区域的情况下，电子束照射相 比于激光照射更能够降低变压器铁损。
[0049] 可以认为这是由于，作为光的激光仅加热钢板的表面，与此相对，电子束进入钢板 内进行加热，因此在比激光更深的区域形成塑性应变区域和弹性应变区域。
[0050] 为了降低铁损，期望本发明的取向性电磁钢板为在轧制方向（L方向）具有易磁化 轴且由（110) [001]取向的晶粒构成的织构钢板。然而，实际中能在工业上制造的取向性电 磁钢板中的易磁化轴与轧制方向不完全平行，相对于轧制方向存在偏离角度。另外，为了通 过取向性电磁钢板的磁畴细化来降低铁损，认为沿钢板的磁化方向、即相对于易磁化轴呈 直角的方向，在钢板表面连续地或者以规定间隔形成由拉伸残余应力和塑性应变构成的应 变区域是有效的。
[0051] 已知，对于实施磁畴细化处理的取向性电磁钢板而言，二次再结晶的取向集聚越 高则磁畴变得越小。作为取向集聚的指标常使用B 8(以800A/m进行磁化时的磁通密度）， 本发明中使用的取向性电磁钢板合适的为B8优选为1. 88T以上、更优选为1. 92T以上的取 向性电磁钢板。
[0052] 进而，优选对电磁钢板的表面施加张力涂层。可以是以往公知的张力涂层，但是优 选为以磷酸铝、磷酸镁等磷酸盐和二氧化硅为主要成分的玻璃质张力涂层。
[0053] 对于上述热应变导入线而言，优选在钢板的宽度方向（与乳制方向正交的方向） 以线状形成，在轧制方向以2mm以上、10mm以下的间隔反复形成。低于2mm的情况下，容易 导致铁损的增加和变压器噪声增大，若大于l〇mm，则缺乏通过磁畴细化降低铁损的效果。
[0054] 作为导入塑性应变的装置，激光照射的情况下，能够利用通过发出Q开关脉冲或 普通脉冲的激光振荡器、或者连续振荡的开关或利用断续器的间断化。电子束照射的情况 下，通过开/关束电流、施加强弱调制而连续地移动、反复移动/停止或者反复高速移动/ 低速移动连续产生的电子束而在宽度方向上进行扫描，由此能够形成间断的塑性应变区 域。
[0055] 本发明中使用的取向性电磁钢板用板坯的成分组成没有特别限制，只要是生成二 次再结晶的成分组成即可。
[0056] 另外，利用抑制剂的情况下，例如利用A1N系抑制剂的情况下可以含有适量的A1 和N，并且利用MnS/MnSe系抑制剂的情况下可以含有适量的Μη以及Se和/或S。当然，也 可以合用这两种抑制剂。此时A1、N、S和Se的优选含量分别为A1 :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％。
[0057] 进而，本发明也可以应用于限制了 A1、N、S和Se的含量的没有使用抑制剂的方向 性电磁钢板。
[0058] 此时，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。
[0059] 此外，若对本发明的取向性电磁钢板用板坯的基本成分和任选添加成分进行具体 描述，则如下所述。
[0060] C :0.08 质量％ 以下
[0061] C是用于改善热轧板组织而添加的，但是若高于0. 08质量％，则在制造工序中难 以将C降低至不会引起磁时效的50质量ppm以下，因此优选为0. 08质量％以下。需要说 明的是，关于下限，由于不含C的原材料也能够二次再结晶，因而无需特别设定。
[0062] Si :2· 0 ?8. 0 质量％
[0063] Si是有效用于提高钢的电阻、改善铁损的元素，但是若含量不足2. 0质量％，则不 能实现充分的铁损降低效果。另一方面，若高于8. 0质量％，则加工性显著下降，并且磁通 密度也会下降，因此Si量优选为2. 0?8. 0质量％的范围。
[0064] Μη :0· 005 ?1. 0 质量％
[0065] Μη是在使热加工性良好的方面所必要的元素，但是含量低于0. 005质量％的情况 下，缺乏其添加效果，另一方面，若高于1. 0质量％，则产品板的磁通密度下降，因此Μη量优 选为0. 005?1. 0质量％的范围。
[0066] 另外，在上述基本成分以外，可以适当含有作为磁特性改善成分的如下所述的元 素。
[0067] 选自 Ni :0· 03 ?1. 50 质量 ％、Sn :0· 01 ?1. 50 质量 ％、Sb :0· 005 ?1. 50 质量 ％、 Cu :0. 03?3. 0质量％、P :0. 03?0. 50质量％和Mo :0. 005?0. 10质量％中的至少1种
[0068] Ni是对于改善热轧板组织从而提高磁特性有用的元素。然而，含量低于0. 03质 量％的情况下，磁特性的提高效果小，另一方面，若高于1. 50质量％，则二次再结晶变得不 稳定，磁特性劣化。因此，Ni量优选为0. 03?1. 50质量％的范围。
[0069] 另外，Sn、Sb、Cu、P和Mo各自为对提高磁特性而言有用的元素，但是若任一种都不 满足上述各成分的下限，则磁特性的提高效果小，另一方面，若大于上述各成分的上限量， 则阻碍二次再结晶晶粒的发达，因此优选各自按照上述范围含有。
[0070] 需要说明的是，上述成分以外的余量为在制造工序中混入的不可避免的杂质和 Fe〇
[0071] 接着，具有上述成分组成的板坯按照常规方法进行加热后供于热轧，但也可以在 铸造后不进行加热而直接进行热轧。薄铸片的情况下既可以进行热轧，也可以省略热轧而 直接进入以后的工序中。
[0072] 进而，根据需要实施热轧板退火。此时，为了使高斯组织在产品板中高度发达，作 为热轧板退火温度，优选800?1KKTC的范围。热轧板退火温度若低于800°C，则热轧中的 带状组织有残留，难以实现整粒后的一次再结晶组织，阻碍二次再结晶的发达。另一方面， 热轧板退火温度若超过1KKTC，则热轧板退火后的粒径过于粗大化，因此极其难以实现整 粒后的一次再结晶组织。
[0073] 热轧板退火后，实施1次或夹有中间退火的2次以上的冷轧，然后进行再结晶退 火，涂敷退火分离剂。涂敷退火分离剂之后，以形成二次再结晶和镁橄榄石覆膜为目的实施 最终退火。
[0074] 最终退火后，进行平坦化退火来矫正钢板的形状是有效的。需要说明的是，在层叠 钢板后使用的情况下，出于改善铁损的目的，在平坦化退火之前或之后对钢板表面施加张 力涂层是有效的。
[0075] 需要说明的是，在本发明中，对于上述的工序、制造条件以外，可以适当使用以往 公知的取向性电磁钢板的制造方法。
[0076] 另外，也可以使用应用了通过对钢板表面进行平滑化来降低磁滞损耗而并不在钢 板表面形成镁橄榄石覆膜的技术的取向性电磁钢板。
[0077] 实施例
[0078] (实施例1)
[0079] 准备板厚为0. 23mm、轧制方向的磁通密度民为1. 94T且在钢基表面具有以镁橄榄 石为主要成分的覆膜及在该覆膜上烧结无机物处理液而成的覆膜（二氧化硅-磷酸盐系涂 层）这两层覆膜的取向性电磁钢板的卷材。
[0080] 首先，从该卷材裁切宽度：100mm、长度：400mm的单板试样，照射Q开关脉冲振荡光 纤激光进行了磁畴细化处理。通过散焦使激光的束径在0. 05?0. 6mm的范围内变化，使宽 度方向的反复间隔为〇. 1?1. 2mm，探索使铁损最低的输出功率。
[0081] 此处，通过增大束径、以足以导入对应于面积增大的足够热应变的方式增大射束 输出功率，从而增大塑性应变区域的宽度。进而，通过增减在照射射束的一点的保持时间， 控制弹性应变区域的大小。
[0082] 另外，将应变区域在轧制方向的反复间隔设为4. 5_。
[0083] 通过使用Cr的Κ α线的X射线衍射测定a -Fe的{112}面的衍射峰的半高宽，由 此求出应变区域中的塑性应变区域在宽度方向的分布。将半高宽相比于在轧制方向上距离 射束照射位置2mm的位置增大20%以上的区域作为塑性应变区域。
[0084] 接着，作为在该考察中得到的最佳射束输出功率，通过对卷材的整个宽度实施激 光照射，制造作为铁芯材料的卷材，进而将该卷材作为铁芯材料制作变压器。铁芯为柱宽 度：150mm、重量：900kg的三相三柱层叠铁芯，变压器的容量为lOOOkVA，为油浸式变压器。
[0085] 以50Hz将铁芯的磁通密度励磁至1. 7T后测定空载损耗，作为铁损的值。另外，如 图5所示的那样，在变压器前后左右的距变压器外表面30cm的位置测定噪声，求出平均值。
[0086] [表 1]
[0087]
【权利要求】
1. 一种取向性电磁钢板，其是通过磁畴细化处理在钢板的宽度方向上导入了点列状的 塑性应变的取向性电磁钢板，其中，所述塑性应变区域各自在所述钢板的宽度方向上的长 度：d为0. 05mm以上且0. 4mm以下，并且所述长度：d的合计Σ d相对于所述塑性应变区域 各自的导入间隔：w的合计之比（Σ(1/Σ?)为0. 2以上且0. 6以下。
2. 如权利要求1所述的取向性电磁钢板，其中，与所述塑性应变区域各自的导入间隔： w对应的塑性应变区域的长度：d相对于该导入间隔之比（d/w)为0. 2以上且0. 6以下。
3. 如权利要求1或2所述的取向性电磁钢板，其中，所述塑性应变区域是通过电子束照 射形成的。
【文档编号】C22C38/60GK104105808SQ201380008689
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年2月8日 优先权日:2012年2月8日
【发明者】冈部诚司, 高城重宏, 河野崇史 申请人:杰富意钢铁株式会社