低噪声变压器用取向性电磁钢板及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种取向性电磁钢板，其是在与轧制方向交叉的方向的线区域照射光束直径d为0.40mm以下的电子束而对钢板表面实施了磁畴细化处理所得到的取向性电磁钢板，其中，形成使重复单元在线区域方向连接而成的调制照射线区域，将该重复单元在该调制照射线区域的周期设为2/3×d～2.5×dmm，将该调制照射线区域在轧制方向的重复间隔设为4.0～12.5mm，而且将电子束的强度设定在至少在照射面侧能形成沿该调制照射线区域方向细长延伸的分割磁畴的强度以上、且在照射面侧不发生被膜损伤且不形成塑性应变区域的强度以下，由此，可以实现以往难以做到的同时满足变压器的低铁损和低噪声的条件下的磁畴细化处理，而且能够获得以往没有的低铁损且低磁致伸缩的取向性电磁钢板。
【专利说明】
低噪声变压器用取向性电磁钢板及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及低噪声变压器用取向性电磁钢板及其制造方法。
[0002] 作为细化取向性电磁钢板的磁畴的技术，有即使在钢板表面形成槽等实施了消除 应力退火的情况下其效果也不会消失的方法。相比之下，本发明是利用作为通过激光照射、 等离子流火焰照射、划线等这样地向钢板表层导入应变来使磁畴细化以减少铁损的方法之 一而公知的电子束照射法的技术，特别是同时实现低铁损和低磁致伸缩的技术。
【背景技术】
[0003] 近年来，以有效地使用能源为背景，对于变压器制造商等而言，希望低损失且低噪 声的变压器。因此，要求高磁通密度、铁损低且磁致伸缩低的取向性电磁钢板。取向性电磁 钢板在其最表面具有兼具赋予电绝缘性的张力涂层，可以通过使钢板的结晶位向集中于 Goss位向而提高磁通密度。
[0004] 例如，在专利文献1中公开了一种具有超过1.97T的磁通密度B8的取向性电磁钢板 的制造方法。
[0005] 另一方面，通过原料的高纯度化、高配向性、减小板厚、添加Si、Al及磁畴细化等可 以改善铁损(例如，非专利文献1)。
[0006] 但是，通常磁通密度b8增高，则存在铁损变差的倾向。例如，如果以提高b8为目的使 结晶位向高度集中于Goss位向，则静磁能下降，磁畴宽度扩大，涡流损耗增高。因此，作为减 小这样的涡流损耗的方法，可以利用如上所述的赋予张力涂层、向钢板表层导入热应变而 使磁畴细化来降低铁损的技术。
[0007] 但是，例如，对于专利文献2所示出的提高被膜的张力的方法而言，赋予的应变小， 限定在弹性区域附近内，而且张力效果仅作用于基础钢板的表层部，因此不能充分地降低 铁损。
[0008] 另一方面，利用导入热应变的磁畴细化通过等离子体火焰或激光照射等来进行。
[0009] 例如，在专利文献3中公开了一种在一定条件下进行激光扫描照射而对钢板赋予 热应变，由此使磁畴细化而降低铁损的技术。另外，在专利文献4中公开了一种使用半值宽 度(half value width)10nsec以上且lysec以下的脉冲Q开关激光将光强度聚光为1X105 ~1 X 108W/cm2,间歇性地赋予钢板热应变，由此使磁畴细化而降低铁损的技术。
[0010] 对于这些技术而言，由于向钢板表面导入热应变，因此磁畴被细化，涡流损耗降 低，而另一方面磁滞损耗增大。特别是在脉冲照射的情况下，例如在专利文献5中记载了通 过激光照射等而在钢板表层产生的硬化区域、即塑性应变区域妨碍磁畴壁移动，使磁滞损 耗增加。在该情况下，应变局部集中于钢板表层部的一部分，不仅铁损的降低效果不足，而 且会导致应变引起的磁滞损耗的增大，产生铁损降低效果不足且应变引起的磁致伸缩增大 这样的不良情况。
[0011]针对这样的问题，在专利文献5中，调节激光输出、光斑直径比，将通过与激光扫描 方向成直角方向的激光照射而硬化的塑性应变区域缩小至〇.6_以下，减小磁滞损耗，由此 实现了铁损的减小。但是，在这些技术中，钢板表面的塑性应变会引起磁致伸缩的增加，其 结果是变压器的噪声增大，因此不能认为是理想的技术。
[0012] 另外，在专利文献6和专利文献7所示出的照射电子束的技术的情况中，由于在板 宽方向进行连续照射，因此钢板板宽方向的应变分布比较均匀。但是，与激光不同，照射的 电子会深入钢板的板厚方向的内部，因此虽然能量效率高，但是在钢板内部产生因发热导 致的热应变，因此存在噪声特性变差的问题。
[0013] 作为解决这些问题的方法，在专利文献8中公开了一种将照射的电子束的电流值、 电子束在钢板板宽方向的扫描速度、乳制方向上的照射间隔、电子束的束径控制在一定范 围，由此抑制热应变的产生而获得噪声和铁损方面优异的取向性电磁钢板的技术。
[0014] 但是，即使是这种技术，也不能认为在减小作为变压器噪声的原因的磁致伸缩方 面是充分的，仍要求磁致伸缩更小、铁损更低的取向性电磁钢板。
[0015] 现有技术文献
[0016] 专利文献
[0017] 专利文献1:日本专利第4123679号公报 [0018]专利文献2:日本特公平2-8027号公报 [0019]专利文献3:日本特公平3-13293号公报 [0020] 专利文献4:日本特开平6-57333号公报 [0021] 专利文献5:日本专利第4344264号公报 [0022] 专利文献6:美国专利第4195750号说明书 [0023]专利文献7:美国专利第4199733号说明书 [0024] 专利文献8:日本特开平5-335128号公报 [0025]非专利文献
[0026] 非专利文献1:第155/156回西山纪念技术讲座(第155 ? 156回西山記念技術講座） p ? 109 ~196
[0027] 非专利文献2:铁和钢(鉄i鋼）、第69年（1983)第8号、pp.9-16 [0028] 非专利文献3:日本应用磁学会志（日本応用磁気学会誌)Vol. 25，No. 12，pp. 1612-1618,2001
【发明内容】
[0029]发明要解决的课题
[0030] 通常，在通过激光照射对取向性电磁钢板的磁畴进行细化的情况下，由于激光与 表面被膜的相互作用较强，因此，在照射表面附近的钢板的急剧热应变、或伴随着被膜的急 剧蒸发而对钢板的反作用力的作用下，在照射部附近的钢板形成位错密度更高的区域。其 结果是钢板的硬度增加，而且同时钢板变形而使磁滞损耗增加(例如，非专利文献2)。
[0031] 即，利用该技术的磁畴细化的基本原理是在钢板表层的照射部附近形成位错密度 更高的区域，在钢板上产生90°磁畴，因此，随着磁畴细化带来的涡流损耗减小，必然伴随磁 滞损耗的增加和磁致伸缩的增大。即，只要是现有技术这样的利用热应变的照射激光的技 术，就不能全部兼顾磁畴细化、低磁滞损耗化及低磁致伸缩化。
[0032] 另一方面，对于照射电子束的技术而言，相比于钢板表面，电子渗透至钢板的内 部，因此可以认为不利用钢板表层的塑性应变也能够实现磁畴细化，但是如专利文献8所 述，由于电子束的强度，在钢板的内部也发生热应变，产生磁滞损耗的增加和磁致伸缩的增 大。因此，如专利文献8所示，需要将电子束的面能量密度a和电子束的照射部的能量密度0 (电子束扫描线上的能量密度)控制在一定的范围，但在该技术中，专利文献8的图2所示的 铁损的最佳条件和图3所示的低噪声的最佳条件有很大不同，没有找到对于两者均为最佳 的条件，不足以作为同时改善两者特性的技术。
[0033]用于解决课题的方法
[0034] 发明人等认为，通常在对钢板照射电子束的情况下，可以通过调整照射部的能量 密度而发现铁损和磁致伸缩这两者共同的最佳条件。
[0035] 即，可以认为，专利文献8中公开的电子束照射线密度0与此相当，可以通过使抑勺 值大于给定的最小值而获得磁畴细化效果，而且通过使0的值小于最大值而减小钢板表层 的塑性应变，其结果是能够抑制磁滞损耗和噪声的增大。
[0036] 即，这种情况相当于在专利文献8的图2中的f^l0-a/0.06(J/Cm2)的区域获得优 异的铁损，并在专利文献8的图3中的0彡11.25-a/〇. 〇8( J/cm2)获得低噪声的情况。
[0037] 但是，磁畴细化、磁畴壁移动的抑制所导致的磁致伸缩变差这样的磁畴壁与应变 的相互作用是磁畴壁附近的局部性物理作用，这种作用依赖于专利文献8所示的钢板面整 体的能量密度a在本质上是不可能的。
[0038]因此，寻求m直的本质上的物理作用并进行了深入研究，结果发现，对于e的值较大 时的磁致伸缩变差而言，与钢板表面的热应变导致的被膜损伤的产生有关，另一方面，在e 的值较小的情况下，在照射线区域沿照射线方向细长延伸的分割磁畴的消失是有无磁畴细 化的本质。即，阐明了本质性的技术是:作为必要的电子束照射能量强度，以在电子束照射 线区域存在沿照射线方向细长延伸而被分割的磁畴的水平以上的强度进行照射;而且，以 抑制钢板表面的热应变的产生、且抑制钢板的照射侧表面的被膜损伤的产生、并且不形成 塑性应变区域的强度水平进行照射。
[0039] 在对板厚为0.23111111、88为1.9431'、铁损117/5()为0.851/1^的取向性电磁钢板照射电 子束时，使加速电压Vk为40kV~120kV、射束电流I为0.5~8mA、光束直径d为0.015~ 0.040cm、扫描速度V为900~5000cm/秒、乳制方向的照射线间隔L为0.5cm，并使0=(Vk ? I)/(V ? d)从0.43至24.7(J/cm2)进行各种变更，进行照射，将对此时的钢板表面的被膜损 坏和沿照射线区域方向细长延伸的分割磁畴的形成的有无、以及钢板的铁损和磁滞损耗及 磁致伸缩Ap-p进行调查的结果示于表1。
[0040]表 1
[0041]
[0042] 如表1所示，作为铁损、磁滞损耗和磁致伸缩的良好的范围，照射部的能量密度的 下限值为存在沿照射方向细长延伸的分割磁畴(非专利文献3)的下限值，另一方面，能量密 度的上限值为未发生被膜损伤的上限值。而且，根据表1可知，铁损达到最小的条件(条件编 号8、9)与磁致伸缩达到最小的条件(条件编号5、6)未必一致。
[0043] 因此，接下来对能够在同一照射条件下实现铁损的最小值和磁致伸缩的最小值的 电子束照射方法进行了深入研究。其结果是新发现了，在对与乳制方向交叉的方向的线区 域照射电子束时，不像以往一样设定为照射线区域连续/均匀的照射条件，而是采用停留区 域与行进区域的两种照射条件的组合，使该组合单元重复且将它们连接而形成照射线区域 (称为调制照射线区域），由此能够在同一照射条件下实现铁损的最小值和磁致伸缩的最小 值。
[0044] 以下，对成为其开端的实验进行描述。
[0045] 在加速电压Vk:60kV、射束电流1:8.511^、光束直径(1:0.3〇111111、扫描速度￥ :3〇111/秒的 条件下，使乳制方向的照射线间隔L在2 ? 5~30mm变更而对板厚为0 ? 23mm、B8为1 ? 943T、铁损 Wi7/5〇为〇.85W/kg的取向性电磁钢板照射电子束。此时，一方面，在一定照射条件(条件1)下 进行连续照射作为比较例。另一方面，如图1所示，将电子束的停留区域：1和行进区域:2的 总区域0.45mm设定为重复单元:3(也是重复单元的周期），在形成对钢板板宽方向进行重复 照射的调制照射线区域的照射条件(条件2)下进行照射。需要说明的是，此时，将停留点的 停留时间设定为0.015msec，调节行进区域:2的行进速度，使得平均扫描速度为30m/秒。
[0046] 将对于以上述条件1、2进行电子束照射时的、照射线区域在乳制方向的间隔L与铁 损及磁致伸缩的关系进行研究的结果示于图2。
[0047] 由图2可知，与以往的连续照射的情况(条件1)相比，按照本发明方法进行照射的 情况(条件2)不仅铁损、磁致伸缩达到的最优值优异，而且两者的最优值可在基本相同的照 射条件(照射线区域在乳制方向的间隔:4.0~12.5mm)下获得。
[0048] 可知，该结果意味着可以使用实施了磁畴细化处理的取向性电磁钢板，用同一材 料得到低铁损且低噪声的变压器，是迄今为止没有的、工业上意义重大的优异的技术。
[0049] 本发明是基于上述见解并在进一步反复研究之后完成的。
[0050] 即，本发明的主旨如下所述。
[0051] 1. 一种低噪声变压器用取向性电磁钢板，其是对钢板表面实施了磁畴细化处理的 取向性电磁钢板，所述磁畴细化处理如下进行:在与乳制方向交叉的方向的线区域照射光 束直径d为0.40_以下的电子束，将该照射线区域设定为以包含停留区域和行进区域的两 种区域作为重复单元的调制照射线区域，且在乳制方向重复设置间隔而形成该调制照射线 区域，其中，
[0052]形成使该重复单元在线区域方向连接而成的调制照射线区域，
[0053]将该重复单元在该调制照射线区域中的周期设为2/3 X d~2.5 X dmm，
[0054]将该调制照射线区域在乳制方向的重复间隔设为4.0~12.5mm，而且，
[0055] 将电子束的强度设定为至少在照射面侧能形成沿该调制照射线区域方向细长延 伸的分割磁畴的强度以上、且在照射面侧不发生被膜损伤且不形成塑性应变区域的强度以 下。
[0056] 2.根据上述1所述的低噪声变压器用取向性电磁钢板，其中，将所述电子束的加速 电压设为l〇〇kV以上。
[0057] 3.根据上述1或2所述的低噪声变压器用取向性电磁钢板，其中，将所述调制照射 线区域在乳制方向的重复间隔设为5.0~10_。
[0058] 4. 一种低噪声变压器用取向性电磁钢板的制造方法，该方法是对钢板表面实施磁 畴细化处理而制造取向性电磁钢板的方法，
[0059]所述磁畴细化处理如下进行:在与乳制方向交叉的方向的线区域照射光束直径d 为0.40mm以下的电子束，将该照射线区域设定为以包含停留区域和行进区域的两种区域作 为重复单元的调制照射线区域、且沿乳制方向重复设置间隔而形成该调制照射线区域，其 中，
[0060]形成使该重复单元在线区域方向连接而成的调制照射线区域，
[0061 ]将该重复单元在该调制照射线区域中的周期设为2/3 X d~2.5 X dmm，
[0062]将该调制照射线区域在乳制方向的重复间隔设为4.0~12.5mm，而且，
[0063] 将电子束的强度设定为至少在照射面侧能形成沿该调制照射线区域方向细长延 伸的分割磁畴的强度以上、且在照射面侧不发生被膜损伤且不形成塑性应变区域的强度以 下。
[0064] 5.根据上述4所述的低噪声变压器用取向性电磁钢板的制造方法，其中，将所述电 子束的加速电压设为l〇〇kV以上。
[0065] 6.根据上述4或5所述的低噪声变压器用取向性电磁钢板的制造方法，其中，将所 述调制照射线区域在乳制方向的重复间隔设为5.0~10_。
[0066]发明的效果
[0067]根据本发明，可以实现以往难以做到的、同时满足变压器的低铁损和低噪声的条 件下的磁畴细化处理，而且能够获得以往没有的低铁损且低磁致伸缩的取向性电磁钢板， 因此能够在实现提高变压器的能量使用效率的同时也可以一并实现噪声的抑制，在工业上 极其有用。
【附图说明】
[0068] 图1是示出在钢板板宽方向照射电子束时作为本发明的特征的调制照射线区域和 形成重复单元的停留区域及行进区域的图。
[0069] 图2是示出在连续地照射电子束的现有磁畴细化技术(条件1)和重复调制照射线 区域而照射电子束的本发明的磁畴细化技术(条件2)中，照射线区域在乳制方向的间隔L与 磁畴细化处理后的取向性电磁钢板的磁致伸缩Xp-P及铁损W17/5Q的关系的图。
[0070] 图3是示出在钢板板宽方向照射电子束时，连续地照射电子束的现有技术的照射 线区域的图。
[0071] 图4是示出在重复调制照射线区域而照射电子束的本发明的磁畴细化技术中，电 子束的光束直径对磁畴细化处理后的取向性电磁钢板的铁损和磁致伸缩造成的影响的图。
[0072] 图5是示出在重复调制照射线区域而照射电子束的本发明的磁畴细化技术中，在 条件A(重复单元的周期:0.20mm)下形成调制照射线区域时的电子束的光束直径与磁畴细 化处理后的取向性电磁钢板的铁损及磁致伸缩的关系的图。
[0073] 图6是示出在重复调制照射线区域而照射电子束的本发明的磁畴细化技术中，在 条件B(重复单元的周期:0.50mm)下形成调制照射线区域时的电子束的光束直径与磁畴细 化处理后的取向性电磁钢板的铁损及磁致伸缩的关系的图。
[0074] 图7是示出在实施例中制作的变压器的铁芯的尺寸和形状的图。
[0075] 图8是示出在实施例中制作的变压器的铁芯的斜角切断后的钢片的尺寸和形状的 图。
[0076] 符号说明
[0077] 1停留区域
[0078] 2行进区域
[0079] 3重复单元(停留点间隔）
【具体实施方式】
[0080]以下，具体地说明本发明。
[00811 〔被照射材料〕
[0082]本发明的照射对象是取向性电磁钢板。通常，在取向性电磁钢板上，从位于基础钢 板上的镁橄榄石被膜上实施张力涂层等绝缘涂层，但本发明中，即使在基础钢板与绝缘涂 层之间不存在镁橄榄石被膜也没有问题。
[0083]〔照射线的种类〕
[0084]本发明中，通过对上述取向性电磁钢板的表面在与乳制方向交叉的方向扫描电子 束、且在乳制方向设置间隔而实施磁畴细化处理，作为对钢板的应变导入方法，限定于电子 束照射。对于电子束以外的技术而言，与存在于钢板表面的绝缘涂层的相互作用大，会引起 绝缘涂层的损伤、在其正下方的基础钢板表层部导入包含高位错密度的塑性应变，因此导 致磁滞损耗变差、即铁损变差，不能获得最优的铁损特性。
[0085] 相比之下，在使用电子束时，通过电子束的动态作用将与绝缘涂层的相互作用限 定得较小，且在钢板内部与基础钢板的相互作用增大。因此，能够在不引起绝缘涂层的损 伤、没有向镁橄榄石被膜或涂层正下方的基础钢板表层部导入包含高位错密度的塑性应变 的状态下赋予磁畴细化效果。
[0086] 另外，照射电子束的钢板面可以是钢板的一面，也可以是两面。另外，与乳制方向 交叉的方向是指与乳制方向成直角的方向、即将钢板的板宽方向设为90°时从75°至105°的 范围，在该范围时，可以良好地发挥本发明的效果。
[0087]〔调制照射线区域〕
[0088] 本发明最关键的技术在于，在与乳制方向交叉的方向扫描电子束，形成电子束的 照射线区域，但该照射线区域不是在一定的照射条件下进行照射的所谓如图3所示的连续 照射，而是以如图1所示的包含停留区域1和行进区域2的两种区域作为重复单元，设定通过 使该重复单元在照射线区域方向连接并重复而形成的调制照射线区域。
[0089] 在一定照射条件下实施向交叉方向照射的电子束照射的所谓连续照射的情况下， 如图2中作为条件1所示，在基本相同的照射条件下无法获得最良好的铁损值和最良好的磁 致伸缩特性，其结果是在同一变压器中无法获得满足低铁损和低噪声的条件。
[0090] 为了通过在同一照射条件下获得最良好的铁损值和最良好的磁致伸缩特性而在 同一变压器中使低铁损和低噪声同时得到满足，重要的是不进行连续照射，而是以包含停 留区域和行进区域的两种区域作为重复单元，设定使该重复单元在照射线区域方向如图1 所示连接并重复而形成的调制照射线区域。图中，符号1为停留区域、2为行进区域、3为重复 单元(停留点间隔），用d表示光束直径。
[0091] 这里，需要将调制照射线区域中的电子束的光束直径d设为0.40mm以下，而且将该 调制照射线区域中的重复单元的周期设为2/3Xd~2.5 Xdmm。其中，光束直径d的下限为 0.10mm，光束直径是电子束照射直径，是使用公知的狭缝法，用能量分布图的半值宽度所规 定的。
[0092] 以下，对以此为基础的实验结果进行说明。
[0093] 〔实验 1〕
[0094] 对板厚为0.23臟、88为1.937!'、铁损117/5()为0.861/1^的取向性电磁钢板，使用加速 电压:60kV、射束电流:9mA的电子束，通过改变试样与电子束间的距离而使光束直径变更为 0 ? 20mm~0 ? 60mm，以乳制方向的间隔：6mm、在板宽方向滞留时间为0 ? 010msec、停留点间隔 0.45_作为停留区域及行进区域的重复单元，沿板宽方向使重复单元连接而形成调制照射 线区域(平均扫描速度为30m/秒）。
[0095] 对于按照上述条件进行电子束照射时的、光束直径d与铁损W17/5Q及磁致伸缩Ap-p 的关系进行了研究，将该研究结果示于图4。
[0096]如图4所示可知，在光束直径d大于0.40mm的条件下，不仅铁损变差，而且磁致伸缩 明显增大。
[0097]〔实验 2〕
[0098] 对板厚为0.23臟、88为1.942!'、铁损117/5()为0.851/1^的取向性电磁钢板，使用加速 电压:60kV、射束电流:9mA的电子束，通过改变试样与电子束间的距离而使光束直径变更为 0 ? 10mm~0 ? 40mm，在以乳制方向的间隔：6mm、沿板宽方向滞留时间0 ? 008msec、停留点间隔 0.20mm作为停留区域及行进区域的重复单元的条件A(平均扫描速度为25m/秒）、以及在以 滞留时间0.02msec、停留点间隔0.50mm作为停留区域及行进区域的重复单元的条件B(平均 扫描速度为25m/秒)下，沿板宽方向使重复单元连接而形成调制照射线区域。
[0099] 对于按照上述A、B两个条件进行电子束照射时的、光束直径与铁损及磁致伸缩的 关系进行了研究，将该研究结果示于图5、6。
[0100] 如果按照重复单元的周期与光束直径d的关系考察图5、6的结果，则从图5可知，在 重复单元的周期不满足2/3 X dmm的情况(在条件A中，光束直径d超过0.3mm的情况)下，磁致 伸缩显著增加，而且从图6可知，在重复单元的周期超过2.5 X dmm的情况(在条件B中，光束 直径d小于0.2mm的情况)下，铁损的减小不充分。
[0101] 即，可以认为，在电子束的停留区域过于重合的情况下，与铁损减小效果相比，局 部的应变增大所导致的磁致伸缩增大的影响过大，另一方面可以认为，与磁畴宽度相比，在 电子束的停留区域过于远离的情况下，无法获得充分的磁畴细化效果。
[0102] 根据上述结果，将电子束的光束直径d(mm)设定为0.40mm以下，重复单元的周期按 照与光束直径d的关联而设定为2/3 X d~2.5 X dmm的范围。需要说明的是，在重复单元的各 单元间不连接而是离散的情况下，无法在非照射区域得到充分的磁畴细化效果，因此重复 单元相连接是必要的技术。另外，在该实验中将光束直径的下限值设为0.10mm是因为与磁 畴宽度相比，光束直径过小时不利于产生分割磁畴。因此，优选将光束直径d的下限设为 0.10mm 左右。
[0103]另外，上述调制照射线区域在乳制方向的重复间隔需要设为4.0~12.5mm。
[0104]在该调制照射线区域在乳制方向的重复间隔小于4.0mm时，如图2所示，铁损增大 且磁致伸缩也变差。反之，在该调制照射线区域在乳制方向的重复间隔超过12.5mm时，铁损 增大且磁致伸缩也变差，因此需要将乳制方向重复间隔设为4.0~12.5mm。优选为5.0~ 10mm的范围。
[0105] 进而，发明人等研究了电子束的加速电压的影响。可以认为，在电子束的加速电压 高的情况下，电子更深地渗透于钢板的内部，因此，特别是对板厚较厚的取向性电磁钢板的 磁畴细化是更有效的。
[0106] 因此进行了以下的研究。
[0107]〔实验 3〕
[0108] 对板厚为0.27111111、88为1.9451'、铁损117/5()为0.931/1^的取向性电磁钢板，使用表2 所示的加速电压和射束电流的电子束（电子束输出恒定），在每一条件下变更试样与电子束 间的距离，由此使光束直径恒定为0.20mm，以乳制方向的间隔：8mm、且板宽方向滞留时间 0.0075msec、停留点间隔0.30mm作为停留区域及行进区域的重复单元，沿板宽方向使重复 单元连接而形成调制照射线区域(平均扫描速度为40m/秒）。
[0109] 对于按照表2所示的条件进行电子束照射时的铁损和磁致伸缩进行了研究，将该 研究的结果一并记于表2。
[0110] 表2
[0111]
[0112] 如表2所示可知，在电子束的加速电压达到lOOkV以上时，无磁致伸缩增大且铁损 减小。因此可以认为，电子束的加速电压优选为100kV以上。但是，如果电子束的加速电压过 高，则电子枪、电源设备等的制造成本增大很多，而且防止电子束照射时产生的X射线的泄 露的X射线屏蔽设备也增大，因此优选将电子束的加速电压的上限设为300kV左右。
[0113] 〔照射线的能量密度〕
[0114] 接着，对于电子束的强度而言，与由专利文献8中公开的电子束照射线密度抑勺值 来确定相比，使用下述技术更简便且实用，所述技术是以具有至少在照射面侧能形成沿该 调制照射线区域方向细长延伸的分割磁畴的强度作为下限值，且以具有在照射面侧不发生 被膜损伤的强度作为上限值的技术。
[0115] 因此，本发明中采用了该技术。
[0116] 〔变压器的铁损和噪声的评价〕
[0117] 使用如图7所示的三相三柱层叠铁芯型变压器对变压器的铁损和噪声进行了评 价。如图7所示，变压器的外形由500mm见方、宽100mm的钢板构成。将钢板斜角切断为图8所 示的形状，将层叠厚度设定为100mm进行层叠，用带捆紧，然后将2次线圈和1次线圈卷绕在 钢板的脚部，装入加入了绝缘油的容器中并连接测定设备进行测定。
[0118] 将三相错开120°相位，使用1次线圈进行励磁，根据2次线圈产生的感应电压值由 铁芯重量求得截面积，测定铁芯的磁通密度为1.7T时的铁损和噪声。对于噪声而言，用麦克 风对变压器周围产生的振动声进行录音，以进行了 A声级校正的dBA单位来表示。另外，对于 铁损而言，根据将2次线圈设定为开放状态的无负载状态的1次线圈侧的电压和电流值减去 铜损量，用变压器的单位重量的损失来表示。
[0119] 实施例
[0120] (实施例1)
[0121] 将钢板表面具有镁橄榄石被膜、且在其上烧结有张力涂层的板厚:0.23mm、磁通密 度B8:1.939T、铁损Wn/50:0.837W/kg的取向性电磁钢板进行8等分，分别按照以下的条件实 施了磁畴细化处理。
[0122] 作为磁畴细化方法，使用加速电压：150kV、射束电流:5.0mA、光束直径:0.18mm的 电子束照射，沿板宽方向在一定的照射条件下连续地以40m/秒的扫描速度进行照射，且一 个例子将乳制方向上的间隔设为5.0mm(比较例A1)，另一个例子将乳制方向上的间隔设为 7.5mm(比较例A2)而进行照射，作为比较例。在这些比较例中，确认到了局部涂层剥落的部 位。
[0123] 接着，另外两个例子照射了与上述条件相同的电子束，但将滞留时间:0.005msec、 停留点间隔:0.20mm作为停留区域及行进区域的重复单元，沿板宽方向使重复单元连接，以 平均扫描速度:40m/秒形成了调制照射线区域。此时，一个例子将乳制方向的重复间隔设为 5 ? 0mm(发明例A3)，另一个例子将乳制方向的重复间隔设为7 ? 5mm(发明例A4)进行照射，作 为发明例。在这些发明例中，未发现涂层的损伤，而且通过利用毕他(Bitter)法的磁畴观 察，在照射线区域上观察到了沿板宽方向细长延伸且被分割的磁畴。
[0124] 另外，另一个例子是将乳制方向重复间隔设为5.0mm，照射了相同条件的电子束， 但将滞留时间：0.0025msec、停留点间隔：0.10mm作为停留区域及行进区域的重复单元，沿 板宽方向使重复单元连接，以平均扫描速度:40m/秒形成了调制照射线区域(比较例A5)。
[0125] 另外，另一个例子将乳制方向的重复间隔设为5.0mm，照射了相同条件的电子束， 但将滞留时间：0.016msec、停留点间隔:0.48mm作为停留区域及行进区域的重复单元，沿板 宽方向使重复单元连接，以平均扫描速度:40m/秒形成了调制照射线区域(比较例A6)。
[0126] 其余的两个例子使用具备Q开关的Nd:YAG激光装置，沿钢板的板宽方向实施了不 连续的脉冲照射。此时的照射条件采用以往公知的条件，即作为激光脉冲的能量设为 3.3mJ/脉冲，激光点的尺寸设为直径:0.18mm的圆形，板宽方向的照射间隔设为0.3mm，激光 波长设为l〇64nm。对于乳制方向上的照射间隔而言，一个例子设为5.0mm(比较例A7)，另一 个例子设为7.5mm(比较例A8)进行照射。在这些比较例中，在受到激光束照射的部位可以确 认到清晰的圆形的涂层缺损和基础钢板裸露，因此，为了提高绝缘性，再涂布了薄的绝缘涂 层，并在低温下烧结。
[0127] 对于这8种进行了磁畴细化的取向性电磁钢板而言，将一部份供于铁损和磁致伸 缩的测定，同时使用剩余的钢板通过上述方法制作变压器，测定了 1.H时的铁损和噪声。将 其结果示于表3。
[0128] 表3
[0129]
[0130] 如表3所示，对于利用本发明的方法制造的进行了磁畴细化的取向性电磁钢板而 言，与比较例相比，铁损特性和磁致伸缩特性优异，且变压器的铁损和噪声特性也优异。进 而可知，应关注的点在于，在将乳制方向上的照射间隔设为7.5mm时，与比较例的技术不同， 铁损和噪声均显示出最优值，作为变压器用取向性电磁钢板具有优异的效果。
[0131] (实施例2)
[0132] 将钢板表面具有镁橄榄石被膜、且在其上烧结有张力涂层的板厚:0.27mm、磁通密 度B8:1.941T、铁损Wn/50:0.918W/kg的取向性电磁钢板进行8等分，分别按照以下的条件实 施了磁畴细化处理。
[0133] 作为磁畴细化方法，使用加速电压:60kV、射束电流：10mA、光束直径:0.30mm的电 子束照射，沿板宽方向在一定的照射条件下连续地以30m/秒的扫描速度进行照射，且一个 例子将乳制方向上的间隔设为5.0mm(比较例B1)，另一个例子将乳制方向上的间隔设为 7.5_(比较例B2)进行照射，作为比较例。在这些比较例中，确认到了局部涂层剥落的部位。
[0134] 接着，另外两个例子照射了与上述条件相同的电子束，但将滞留时间:0.010msec、 停留点间隔:0.30mm作为停留区域及行进区域的重复单元，沿板宽方向使重复单元连接，以 平均扫描速度:30m/秒形成了调制照射线区域。此时，一个例子将乳制方向的重复间隔设为 5.0mm(发明例B3)，另一个例子将乳制方向的重复间隔设为7.5mm(发明例B4)进行照射，作 为发明例。在这些发明例中，未发现涂层的损伤，而且通过利用毕他法的磁畴观察，在照射 线区域上观察到了沿板宽方向细长延伸且被分割的磁畴。
[0135] 另外，另一个例子将乳制方向的重复间隔设为5.0mm，照射了相同条件的电子束， 但将滞留时间：0.005msec、停留点间隔:0.15mm作为停留区域及行进区域的重复单元，沿板 宽方向使重复单元连接，以平均扫描速度:30m/秒形成了调制照射线区域(比较例B5)。
[0136] 另外，另一个例子将乳制方向的重复间隔设为5.0mm，照射了相同条件的电子束， 但将滞留时间：0.03msec、停留点间隔：0.90mm作为停留区域及行进区域的重复单元，沿板 宽方向使重复单元连接，以平均扫描速度:30m/秒形成了调制照射线区域(比较例B6)。
[0137] 其余的两个例子使用具备Q开关的Nd:YAG激光装置，沿钢板的板宽方向实施了不 连续的脉冲照射。此时的照射条件采用以往公知的条件，即作为激光脉冲的能量设为 4.5mJ/脉冲，激光点的尺寸设为直径:0.22mm的圆形，板宽方向的照射间隔设为0.3mm，激光 波长设为l〇64nm。对于乳制方向上的照射间隔而言，一个例子设为5.0mm(比较例B7)、另一 个例子设为7.5mm(比较例B8)进行照射。在这些比较例中，在受到激光束照射的部位可以确 认到清晰的圆形的涂层缺损和基础钢板裸露，因此，为了提高绝缘性，再涂布了薄的绝缘涂 层，并在低温下烧结。
[0138] 对于这8种进行了磁畴细化的取向性电磁钢板而言，将一部分供于铁损和磁致伸 缩的测定，同时使用剩余的钢板通过上述的方法制作变压器，测定了 1.7T时的铁损和噪声。 将其结果示于表4。
[0139] 表4
[0141]如表4所示，对于利用本发明的方法制造的进行了磁畴细化的取向性电磁钢板而 言，与比较例相比，铁损特性和磁致伸缩特性优异，且变压器的铁损和噪声特性也优异。进 而可知，应关注的点在于，在将乳制方向上的照射间隔设为7.5mm时，与比较例的技术不同， 铁损和噪声均显示出最优值，作为变压器用取向性电磁钢板具有优异的效果。
【主权项】
1. 一种低噪声变压器用取向性电磁钢板，其是对钢板表面实施了磁畴细化处理的取向 性电磁钢板，所述磁畴细化处理如下进行:在与乳制方向交叉的方向的线区域照射光束直 径d为0.40mm以下的电子束，将该照射线区域设定为以包含停留区域和行进区域的两种区 域作为重复单元的调制照射线区域，且在乳制方向重复设置间隔而形成该调制照射线区 域，其中， 形成使该重复单元在线区域方向连接而成的调制照射线区域， 将该重复单元在该调制照射线区域中的周期设为2/3Xd~2.5Xdmm， 将该调制照射线区域在乳制方向的重复间隔设为4.0~12.5mm，而且， 将电子束的强度设定为至少在照射面侧能形成沿该调制照射线区域方向细长延伸的 分割磁畴的强度以上、且在照射面侧不发生被膜损伤且不形成塑性应变区域的强度以下。2. 如权利要求1所述的低噪声变压器用取向性电磁钢板，其中，将所述电子束的加速电 压设为l〇〇kV以上。3. 如权利要求1或2所述的低噪声变压器用取向性电磁钢板，其中，将所述调制照射线 区域在乳制方向的重复间隔设为5.0~10_。4. 一种低噪声变压器用取向性电磁钢板的制造方法，该方法是对钢板表面实施磁畴细 化处理而制造取向性电磁钢板的方法， 所述磁畴细化处理如下进行：在与乳制方向交叉的方向的线区域照射光束直径d为 0.40_以下的电子束，将该照射线区域设定为以包含停留区域和行进区域的两种区域作为 重复单元的调制照射线区域、且沿乳制方向重复设置间隔而形成该调制照射线区域，其中， 形成使该重复单元在线区域方向连接而成的调制照射线区域， 将该重复单元在该调制照射线区域中的周期设为2/3Xd~2.5Xdmm， 将该调制照射线区域在乳制方向的重复间隔设为4.0~12.5mm，而且， 将电子束的强度设定为至少在照射面侧能形成沿该调制照射线区域方向细长延伸的 分割磁畴的强度以上、且在照射面侧不发生被膜损伤且不形成塑性应变区域的强度以下。5. 如权利要求4所述的低噪声变压器用取向性电磁钢板的制造方法，其中，将所述电子 束的加速电压设为l〇〇kV以上。6. 如权利要求4或5所述的低噪声变压器用取向性电磁钢板的制造方法，其中，将所述 调制照射线区域在乳制方向的重复间隔设为5.0~10_。
【文档编号】B23K15/00GK106029917SQ201580010242
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月24日
【发明人】户田广朗, 高城重宏, 小松原道郎
【申请人】杰富意钢铁株式会社