取向性電磁鋼板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的課題在于提供取向性電磁鋼板，其有效地抑制了以往所擔心的、由激光照射或電子束照射所帶來的磁滯損耗的增大，磁滯損耗和矯頑力低。作為解決手段，對于具有按照從鋼板的一個寬度方向端部到另一個寬度方向端部在軋制方向上分割磁疇的方式形成的閉合磁疇區(qū)域X的取向性電磁鋼板而言，在將板厚記為t(mm)、將通過粉紋法(Bitter法)從鋼板的表面和背面測定該區(qū)域X的寬度所得到的較小的值記為w(μm)、并且將平均在一個晶粒內(nèi)存在的該區(qū)域X的數(shù)目記為s(個)時，滿足下式(1)的關系：-(500t-80)×s+230≤w≤-(500t-80)×s+330…(1)。
【專利說明】取向性電磁鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及適合供于變壓器的鐵芯等用途的磁滯損耗和矯頑力低的取向性電磁鋼板及其制造方法。
【背景技術】
[0002]近年來，以能源的高效利用為背景，對于變壓器制造商等要求磁通密度高、鐵損低以及噪音小的電磁鋼板。
[0003]磁通密度可以通過使鋼板的結(jié)晶取向向高斯取向集聚來提高，例如在專利文獻I中示出了具有超過1.97T的磁通密度B8的取向性電磁鋼板的制造方法。
[0004]另一方面，鐵損可以通過原材料的聞純度化、聞取向性、減小板厚、添加S1、Al以及磁疇細化來改善(例如非專利文獻I)。此外，在專利文獻2中，示出了通過調(diào)整退火分離劑來降低矯頑力從而制造對鐵損有利的取向性電磁鋼板的方法。
[0005]另外，噪音可以通過縮小被稱為閉合磁疇的、具有相對于外部磁場方向成直角的磁矩的區(qū)域來降低。作為減小閉合磁疇的方法，存在如專利文獻3所述的方法，其中，認為“使晶粒的< 100 >方向與軋制方向一致”對于提高磁通密度B8和降低磁滯損耗也是有效的，迄今為止已有大量報道。
[0006]然而，另一方面，已知若使晶粒的< 100 >方向與軋制方向一致，則靜磁能下降，因而磁疇寬度變寬，渦流 損耗升高。
[0007]因此，作為降低渦流損耗的方法，利用了基于提高覆膜張力或?qū)霟釕兊拇女牸毣夹g。
[0008]如專利文獻4所示的提高覆膜張力的方法，由于還具有使閉合磁疇消失的效果，因而也有利于降低噪音，但所賦予的張力存在極限。
[0009]另一方面，通過導入熱應變進行的磁疇細化通過照射激光或電子束等來進行，具有極大的改善渦流損耗的效果。
[0010]例如，在專利文獻5中，示出了通過電子束照射而具有W17/5(l低于0.8W/kg的鐵損的電磁鋼板的制造方法，可知電子束照射是非常有用的降低鐵損的方法。
[0011]另外，在專利文獻6中，示出了通過激光照射降低鐵損的方法。
[0012]現(xiàn)有技術文獻
[0013]專利文獻
[0014]專利文獻1:日本專利第4123679號公報
[0015]專利文獻2:日本專利第3386727號公報
[0016]專利文獻3:日本專利第4585101號公報
[0017]專利文獻4:日本特公平2-8027號公報
[0018]專利文獻5:日本特公平7-65106號公報
[0019]專利文獻6:日本特公平3-13293號公報
[0020]專利文獻7:日本專利第4091749號公報[0021]專利文獻8:日本專利第4344264號公報
[0022]非專利文獻
[0023]非專利文獻I 軟磁性材料的最近的進步”(「軟磁性材料O最近O進歩」)，第155/156次西山紀念技術講座，社團法人日本鋼鐵協(xié)會，1995年2月10日發(fā)行

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]發(fā)明所要解決的問題
[0025]然而，雖然照射激光或電子束等時，磁疇被細化，渦流損耗下降，但另一方面，磁滯損耗增大。
[0026]例如，如專利文獻7中也示出，“若對鋼板照射激光，則因覆膜的蒸發(fā)反作用力或驟熱/驟冷導致在表層產(chǎn)生應力應變。以該應變?yōu)槠鹨蚨a(chǎn)生具有與該應變的寬度幾乎相同程度的寬度的閉合磁疇，180°磁疇被細化以使此處的靜磁能最小化。其結(jié)果是，與180°磁疇寬度成比例的渦流損耗減少，鐵損降低。另一方面，若導入應變，則磁滯損耗增大。即，如圖11的示意圖所示，激光所引起的鐵損降低在于賦予在應變量增大帶來的渦流損耗減少和磁滯損耗增加之中使作為它們之和的鐵損最小化的最佳應力應變。因此，理想的是使渦流損耗充分降低，并且盡量抑制磁滯損耗增大，期望實現(xiàn)這種取向性電磁鋼板”。
[0027]另外，專利文獻8中報道了因激光照射等，在鋼板中產(chǎn)生的硬化區(qū)域會妨礙磁疇壁位移，使得磁滯損耗升高。
[0028]此外，認為這樣的閉合磁疇會使磁致伸縮增大，因此，用作變壓器的鐵芯時，在勵磁時噪音增大。
[0029]針對這種問題，在專利文獻8中示出了如下技術:通過調(diào)整激光輸出功率和光斑直徑比，使與激光掃描方向成直角方向的、因激光照射而硬化的區(qū)域縮小至0.6_以下，抑制因照射所導致的磁滯損耗的增大，由此進一步降低鐵損。然而，盡管如此，通過照射激光或電子束來謀求鐵損的最小化時存在如下問題:不少情況下，磁滯損耗和噪音比照射前增大。
[0030]本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而開發(fā)完成的，其目的在于提供取向性電磁鋼板及其有利的制造方法，該取向性電磁鋼板有效地抑制了以往所擔心的、由激光照射或電子束照射所帶來的磁滯損耗的增大，降低了磁滯損耗和矯頑力。
[0031]用于解決問題的方法
[0032]發(fā)明人為了解決上述問題反復進行了深入實驗與研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過對利用激光或電子束等的磁疇細化處理實施改進，能夠降低渦流損耗，同時也能降低磁滯損耗。
[0033]上述的磁疇細化處理使得鋼板中生成閉合磁疇，另一方面，還具有使照射前存在的被稱為柳葉磁疇(lancet domains)的閉合磁疇消失的作用。柳葉磁疇是用于降低當結(jié)晶取向(β角)從理想的< 100 >方向偏離數(shù)度時所產(chǎn)生的靜磁能而生成的、在板厚方向上具有磁矩的區(qū)域。
[0034]產(chǎn)生上述現(xiàn)象的詳細機理還不確定，但認為是由于因磁疇細化而新生成的閉合磁疇取代柳葉磁疇而使靜磁能穩(wěn)定化的緣故；或者是由于磁疇細化時在鋼板中形成的內(nèi)部應力使得柳葉磁疇不穩(wěn)定，因而導致柳葉磁疇消失的緣故。
[0035] 發(fā)明人針對因照射激光或電子束而生成的閉合磁疇，基于通過提高消失的閉合磁疇(柳葉磁疇)的比例能夠使磁滯損耗和矯頑力相比于照射前的值進一步降低的新見解，完成了本發(fā)明。
[0036]即，本發(fā)明的主旨構(gòu)成如下所述。
[0037]1.一種取向性電磁鋼板,具有按照從鋼板的一個寬度方向端部到另一個寬度方向端部在軋制方向上周期性地以直線狀或曲線狀在軋制方向上分割磁疇的方式形成的閉合磁疇區(qū)域X，所述取向性電磁鋼板的特征在于，
[0038]在將板厚記為t (mm)、將通過粉紋法從鋼板的表面和背面測定該區(qū)域X的寬度所得到的值中較小的值記為w(ym)、并且將平均在一個晶粒內(nèi)存在的該區(qū)域X的數(shù)目記為s (個)時，上述w、s和t滿足下式(I)的關系，
[0039]- (500t-80) X s+230 ^ w ^ - (500t_80) X s+330...(I)。
[0040]2.一種取向性電磁鋼板的制造方法，其為上述I所述的取向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，
[0041]對鋼板表面照射激光或電子束時，根據(jù)鋼板的平均結(jié)晶粒徑，調(diào)整軋制方向的周期性照射間隔L、照射能量E和射束直徑a中的至少任意一者，形成從鋼板的一個寬度方向端部到另一個寬度方向端部在軋制方向上周期性地以直線狀或曲線狀在軋制方向上分割磁疇的閉合磁疇區(qū)域X。
[0042]發(fā)明效果
[0043]根據(jù)本發(fā)明， 在磁疇細化時，通過適當?shù)貙腴]合磁疇，能夠在改善渦流損耗的基礎上，同時實現(xiàn)以往被認為困難的磁滯損耗的改善。
[0044]另外，本發(fā)明的取向性電磁鋼板不僅磁滯損耗低，而且在1.7T勵磁下的矯頑力也低，因而具有提高變壓器的能量使用效率的優(yōu)點。此外，被視為噪音的主要原因的閉合磁疇量非常少，因此還能同時實現(xiàn)噪音的抑制，因而在產(chǎn)業(yè)上非常有用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1是表示閉合磁疇區(qū)域X的形成要點的圖。
[0046]圖2是表示閉合磁疇區(qū)域X的寬度w和平均在一個晶粒內(nèi)存在的區(qū)域X的條數(shù)s對磁疇細化和磁滯損耗所帶來的影響的圖。
【具體實施方式】
[0047]以下，對本發(fā)明進行具體說明。
[0048]本發(fā)明適合用作取向性電磁鋼板。作為取向性電磁鋼板，也可以涂覆有絕緣覆膜等，即使涂層發(fā)生部分剝離或整體消失也沒有問題。
[0049]另外，本發(fā)明的電磁鋼板具有按照從鋼板的一個寬度方向端部到另一個寬度方向端部在軋制方向上周期性地以直線狀或曲線狀在軋制方向上分割磁疇的方式形成的閉合磁疇區(qū)域X。在此，不一定需要在寬度方向上以連續(xù)的一條線進行照射，也可以每隔幾百毫米不連續(xù)地進行照射。即，例如如圖1所示，也可以在中途帶有階梯差。但是，晶界并不包含在上述的按照在軋制方向上分割磁疇的方式形成的閉合磁疇區(qū)域中。
[0050]若考察上述閉合磁疇區(qū)域X導入前后的鐵損變化量，則一般認為，區(qū)域X的寬度w越大、并且平均在一個晶粒內(nèi)存在的區(qū)域X的條數(shù)S越多，則與磁疇細化相對應的渦流損耗的降低和閉合磁疇增大所導致的磁滯損耗的增加越明顯。
[0051]然而，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若上述s和w以及板厚t滿足一定的關系，則磁滯損耗得到改
盡
口 ο
[0052]在此，平均在一個晶粒內(nèi)存在的區(qū)域X的條數(shù)s如下定義:對于在進行磁測定的試樣內(nèi)存在的晶粒i (i = I~N，N:總晶粒數(shù))，測定其面積率Si和存在于該晶粒內(nèi)的區(qū)域X的數(shù)目Iii，以Σ (I = LN)SiXni來定義條數(shù)S。在帶有覆膜的狀態(tài)下，難以測定晶粒時，可以使用鹽酸、硝酸等將覆膜剝離直至通過目測能夠識別出晶粒，但若過度進行則鋼基會溶出，區(qū)域X的寬度由具有覆膜的狀態(tài)發(fā)生改變，因此優(yōu)選預先在帶有覆膜的狀態(tài)下測定區(qū)域X的寬度。另外，對于區(qū)域X的寬度而言，從鋼板的表面進行觀察時與從背面進行觀察時不同，因此以其中較小的值來定義，記為W。但是，只在單面觀察區(qū)域X時，將該單面上的寬度記為W。w在寬度方向上大幅變動時，采用寬度方向的平均值。
[0053]需要說明的是，測定閉合磁疇區(qū)域X的寬度時，使用粉紋法(Bitter法)。
[0054]在此，粉紋法是指通過容易被吸引在磁化的變化較大的部分上的磁性膠體來觀察磁疇壁等的方法。
[0055]發(fā)明人通過對上述w和s進行優(yōu)化，實驗性地求出了使磁疇細化從而降低渦流損耗、而且磁滯損耗相比照射前得到改善的條件。
[0056]圖2表示對電子束照射所致的、w和s對磁疇細化和磁滯損耗帶來的影響進行考
察的結(jié)果。
[0057]如該圖所示表明，使磁疇細化、磁滯損耗比照射前降低的條件可以由下式⑴來規(guī)定。
[0058]- (500t-80) X s+230≤ w≤ - (500t_80) X s+330...(I)
[0059]需要說明的是，在w〈-(500t_80) Xs+230的情況下，原來在鋼板中存在的閉合磁疇沒有因照射而降低，磁滯損耗的改善效果不充分，另一方面，在_(500t-80) Xs+330〈w的情況下，因照射而增加的閉合磁疇過多而無法期望改善磁滯損耗。
[0060]例如，上述板厚t為0.22mm時，磁滯損耗比照射前降低的條件可以由下式(2)來規(guī)定。
[0061 ] -30 X s+230 ≤ w ≤-30 X s+330...(2)
[0062]在w〈-30X s+230的情況下，原來在鋼板中存在的閉合磁疇沒有因照射而降低，磁滯損耗的改善效果不充分，另一方面，在-30Xs+330〈w的情況下，因照射而增加的閉合磁疇過多而無法期望改善磁滯損耗。
[0063]另外表明，板厚t越大，則磁滯損耗降低的w的范圍越窄。推測這是因為，板厚t較小時，磁疇壁能低，因而照射激光或電子束時容易產(chǎn)生磁疇細化，使靜磁能減少，原本為了降低靜磁能而生成的柳葉磁疇變得沒有必要存在而消失。因此，從得到盡可能大的降低磁滯損耗的效果的觀點出發(fā)，板厚t優(yōu)選為0.27mm以下。
[0064]另外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，s越多則磁滯損耗越傾向于過度升高。詳細的機理還不清楚，但推測是因為:原本存在于晶粒內(nèi)的閉合磁疇在s較少的階段中基本消失，因此即使s進一步增多，減少閉合磁疇的效果也非常缺乏，另一方面，由于熱影響區(qū)域擴大而導致磁滯損耗增大。另一方面，若S過少，則磁滯的改善效果不充分。
[0065]因此，平均在一個晶粒內(nèi)存在的區(qū)域X的條數(shù)s優(yōu)選為約0.3個~約10個。[0066]另外，閉合磁疇區(qū)域X的寬度w優(yōu)選設定為約30 μ m~約320 μ m。
[0067]此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對鋼板表面照射激光或電子束時，通過根據(jù)鋼板的平均結(jié)晶粒徑，調(diào)整軋制方向的周期性照射間隔L、照射能量E和射束直徑a中的至少任意一者而形成上述區(qū)域X，能夠制造如上所述的磁滯損耗和矯頑力低的取向性電磁鋼板。
[0068]例如，若將第i號的晶粒的軋制方向的最大長度記為Cli，將鋼板的軋制方向的平均結(jié)晶粒徑D定義為D= Σ (i = 1，N) Si Xdi,并且存在足夠數(shù)目的晶粒,則可以表示為:
[0069]s = [D/L]或[D/L+1]，其中，[]為不超過其中的值的最大整數(shù)。
[0070]因此，只要以使該s滿足上述式⑴的方式對區(qū)域X的寬度w和照射間隔L進行調(diào)整即可。區(qū)域X的寬度w與照射能量E、射束直徑a的相關性高，E越高則w越大，并且照射相同能量時a越小則w越大，因此如果事先進行實驗照射來實驗性地導出w與E、a的關系，則能夠通過調(diào)整E、a來控制W。
[0071]另外，磁滯損耗的測定偏差為約0.002ff/kg,因此將因照射而確認到磁滯損耗下降的變化量(照射前的磁滯損耗-照射后的磁滯損耗)設為> 0.003W/kg。
[0072]對于區(qū)域X的導入，可以考慮利用圓珠筆、刀等進行劃線，或利用熱/光/粒子束照射等，但在利用圓珠筆、刀等進行劃線的情況下，應變的導入增多，磁滯損耗容易增大，因此優(yōu)選激光照射、電子束照射、等離子體焰照射等這樣的熱/光/粒子束照射。
[0073]實施例
[0074](實施例1)
[0075]本實驗中所使用的材料為如下的取向性電磁鋼板:板厚以實測值計為0.22_，軋制方向的磁通密度B8為1.85~1.95T，在鋼基的表面上具有兩層覆膜，所述兩層覆膜是以Mg2SiO4為主要成分的玻璃狀覆膜和在其上燒結(jié)無機物的處理液而成的覆膜(磷酸鹽系涂層)。
[0076]作為導入閉合磁疇區(qū)域X的方法，使用了電子束照射、激光照射。進行各照射時，電子束照射部、激光照射部按照在鋼板的軋制直角方向上橫切鋼板的方式在整板寬度上以直線狀進行掃描。
[0077]電子束照射時，沿著掃描線，按照照射時間重復為長時間(S1)和短時間(S2)的方式進行，該重復的距離周期(點距)設定為0.05~0.6mm。另外，通常S2相對于S1足夠短而可以忽略，因此可以將S1的倒數(shù)作為照射頻率，設定為10~250kHz。此外，掃描速度設定為4~80m/s,軋制方向的重復間隔設定為3~50mm。需要說明的是,照射電子束時,將從聚焦線圈中心到被照射材料的最短距離設定為700mm、將加工室內(nèi)的壓力設定為2Pa以下。
[0078]另一方面，激光照射時，進行連續(xù)照射(點距:0)或者間歇性地進行脈沖照射(脈沖間隔:0.3mm),掃描速度設定為10m/s,軋制方向的重復間隔設定為3~50mm。對于激光而言，在連續(xù)照射時使用光纖激光，在脈沖照射時使用YAG激光，波長均設定為1064nm。
[0079]通過上述方法導入閉合磁疇區(qū)域X之后，通過使用磁疇觀測儀(SIGMAH1-CHEMICAL公司制造的MV-95)的粉紋法，從正反面測定區(qū)域X的寬度，求出W。接著，測定鐵損。之后，利用在將5L35%的鹽酸水溶液用20L水稀釋而成的水溶液中混合500mL47%氟化氫水溶液而成的水溶液和將500mL67.5%硫酸水溶液用IOL水稀釋而成的水溶液，將覆膜剝離。[0080]使用磁疇觀測儀觀察位于剝離覆膜后的試樣的各晶粒內(nèi)的區(qū)域X的數(shù)目，測定S。
[0081]表1中示出了閉合磁疇區(qū)域X的寬度w和閉合磁疇區(qū)域X的數(shù)目S。
[0082]另外，表1中還一并示出了對照射前的磁滯損耗Wh17/5(l、照射后的磁滯損耗的改善量AWh17/5(l (照射前的值-照射后的值)以及渦流損耗的改善量AWe17/5(l (照射前的值-照射后的值)進行考察的結(jié)果。
[0083]此外，表1中還一并示出了對照射前的矯頑力He和照射后的矯頑力改善量Λ He (照射前的值-照射后的值)進行考察的結(jié)果。 [0084]需要說明的是,表1中，用符號Α、B、C表不由覆膜所賦予的張力，A為大于IOMPa且15MPa以下的情況、B表示大于5MPa且IOMPa以下的情況、C表示5MPa以下的情況。
[0085]
【權(quán)利要求】
1.一種取向性電磁鋼板,具有按照從鋼板的一個寬度方向端部到另一個寬度方向端部在軋制方向上周期性地以直線狀或曲線狀在軋制方向上分割磁疇的方式形成的閉合磁疇區(qū)域X，所述取向性電磁鋼板的特征在于， 在將板厚記為t (mm)、將通過粉紋法從鋼板的表面和背面測定該區(qū)域X的寬度所得到的值中較小的值記為w ( μ m)、并且將平均在一個晶粒內(nèi)存在的該區(qū)域X的數(shù)目記為s (個)時，所述w、s和t滿足下式⑴的關系，
-(500t-80) Xs+230 ^ w ^ -(500t-80) Xs+330...(I)。
2.一種取向性電磁鋼板的制造方法，其為權(quán)利要求1所述的取向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，對鋼板表面照射激光或電子束時，根據(jù)鋼板的平均結(jié)晶粒徑，調(diào)整軋制方向的周期性照射間隔L、照射能量E和射束直徑a中的至少任意一者，形成從鋼板的一個寬度方向端部到另一個寬度方向端部在軋制方向上周期性地以直線狀或曲線狀在軋制方向上分割磁疇的閉合磁 疇區(qū)域X。
【文檔編號】C22C38/00GK104011241SQ201280063637
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】高城重宏, 岡部誠司 申請人:杰富意鋼鐵株式會社