鐵芯用方向性電磁鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及作為變壓器的鐵芯使用的方向性電磁鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，隨著能量使用的效率化推進(jìn)，期望變壓器動(dòng)作時(shí)的能量損失減小。在變壓 器產(chǎn)生的損失主要包括在導(dǎo)線產(chǎn)生的銅損和在鐵芯產(chǎn)生的鐵損。而且鐵損能夠分為磁滯損 耗和渦流損耗，并且公知材料的結(jié)晶取向的改善、雜質(zhì)的減少等對磁滯損耗的減少是有效 的。
[0003] 例如，專利文獻(xiàn)1示出一種通過使最終冷軋前的退火條件優(yōu)化來制造磁通密度和 鐵損優(yōu)良的方向性電磁鋼板的方法。
[0004] 另一方面，公知渦流損耗除通過板厚的減少、增加 Si的添加量之外，還可以通過 向鋼板表面的槽形成、應(yīng)變的導(dǎo)入來顯著改善。
[0005] 例如，專利文獻(xiàn)2示出通過在鋼板的單側(cè)表面形成槽寬為300 μπι以下、槽深為 100 μ m以下的線狀的槽來將槽形成前為0. 80W/kg以上的鐵損W17/5Q減少至0. 70W/kg以下 的技術(shù)。
[0006] 另外，專利文獻(xiàn)3示出通過向2次再結(jié)晶后的鋼板照射等離子電弧來將照射前為 0. 80W/kg以上的鐵損W17/5Q減少至0. 65W/kg以下的技術(shù)。
[0007] 并且，專利文獻(xiàn)4示出通過使被膜厚度、因電子束照射而形成于鋼板面的磁疇不 連續(xù)部的平均寬度優(yōu)化來獲得鐵損低、噪聲小的變壓器用材料的技術(shù)。
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2012-1741號公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)2 :日本特公平06-22179號公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2011-246782號公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2012-52230號公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2003-27196號公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)6 :日本特開2007-2334號公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)7 :日本特開2005-248291號公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)8 :日本特開2008-106288號公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)9 :日本特開2008-127632號公報(bào)
[0017] 非專利文獻(xiàn)1 :川崎制鐵技報(bào)29 (1997) 3,153-158
[0018] 上述專利文獻(xiàn)2所示的槽形成后的低鐵損件在卷繞式變壓器的制造過程中對通 過等離子電弧、激光等導(dǎo)入熱應(yīng)變而磁疇細(xì)化后的鋼板實(shí)施的去應(yīng)變退火之后磁疇細(xì)化效 果仍不消失這一點(diǎn)上有利。然而，槽形成帶來的磁疇細(xì)化存在鐵損減少效果稍小、磁通密度 因槽形成導(dǎo)致的鋼基體的體積減少而變小的問題。
[0019] 其中，為了獲得可最大限度地降低層疊型變壓器的鐵損的材料，將熱應(yīng)變導(dǎo)入鋼 中的方法是有利的，但上述專利文獻(xiàn)3、專利文獻(xiàn)4所示的方法均僅評價(jià)了 W17/5(l的特性。
[0020] 使用方向性電磁鋼板的變壓器未必僅在I. 7T的勵(lì)磁條件下使用，小型變壓器也 可以在I. 5T左右的磁通密度下使用，另一方面，大型變壓器在超過I. 8T的磁通密度范圍下 使用的情況也不少。
[0021] 因此，從變壓器制造商的設(shè)計(jì)自由度提高等觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選在變壓器等的鐵芯中 使用的方向性電磁鋼板的鐵損在從I. 5Τ至I. 9Τ左右的磁通密度范圍內(nèi)低。
[0022] 圖1示出不同樣品下勵(lì)磁磁通密度對變壓器鐵損的影響。圖中可知，在以I. 7Τ勵(lì) 磁的情況下，在樣品A與樣品B中表現(xiàn)出相同的鐵損，但在以I. 5Τ以及I. 9Τ勵(lì)磁的情況下， 樣品A與樣品B的鐵損產(chǎn)生明顯的差異。這樣，可知在I. 7Τ的勵(lì)磁條件下表現(xiàn)出良好的鐵 損的鋼板未必一定在其他勵(lì)磁條件下表現(xiàn)出良好的鐵損。
[0023] 在這樣的I. 7Τ以外的磁通密度范圍內(nèi)的低鐵損化技術(shù)中存在例如專利文獻(xiàn)5、專 利文獻(xiàn)6所公開的技術(shù)。前者示出如下技術(shù)：作為不使用磁疇細(xì)化方法的材料的制造方法， 通過改變脫炭退火時(shí)的升溫速度、氣氛而使W 19/5(l相對于W 17/5(|的比為1. 6以下。然而，該技 術(shù)需要添加 Bi，鋼組成受限制，因此作為材料的鋼坯的成本增加，而且，還存在鋼中的二次 再結(jié)晶不穩(wěn)定等問題。
[0024] 與此相對，后者示出如下技術(shù)：通過使向鋼板照射的激光的照射條件優(yōu)化來減少 勵(lì)磁磁通密度為I. 9T的鐵損。然而，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)對進(jìn)行去應(yīng)變退火的鐵芯的應(yīng)用，因此與 上述專利文獻(xiàn)2所示的槽形成技術(shù)相同，在鋼板表面形成凹坑，從而存在材料的磁通密度 變小的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025] 本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而開發(fā)的，目的在于提供1. 5?I. 9T的勵(lì)磁區(qū)域的變壓 器鐵損優(yōu)良、從而變壓器動(dòng)作時(shí)的能量損失少的鐵芯用方向性電磁鋼板及其有利的制造方 法。
[0026] 發(fā)明人們?yōu)榱私鉀Q上述問題而反復(fù)進(jìn)行深入研宄的結(jié)果是查明如下情況，即通過 使鋼中的應(yīng)力分布優(yōu)化能夠在I. 5T以上的全部的勵(lì)磁磁通密度區(qū)域獲得極低的鐵損。
[0027] 以往，例如專利文獻(xiàn)7、專利文獻(xiàn)8示出通過使激光照射后的應(yīng)力分布優(yōu)化來實(shí)現(xiàn) 低鐵損化的技術(shù)。
[0028] 在此，上述專利文獻(xiàn)7示出通過使在軋制方向上產(chǎn)生且形成于鋼板表面的拉伸最 大應(yīng)力為70?150MPa能夠減少鋼中的渦流損耗，從而實(shí)現(xiàn)低鐵損化。
[0029] 另外，上述專利文獻(xiàn)8示出通過使軋制方向上的壓縮殘余應(yīng)力在軋制剖面內(nèi)積分 的值為〇. 〇2kgf以上0. 08kgf以下的范圍能夠使鋼板實(shí)現(xiàn)低鐵損化。
[0030] 然而，在任一技術(shù)中，在產(chǎn)生超過規(guī)定值的應(yīng)力的情況下，都表現(xiàn)出鐵損惡化，特 別是在上述專利文獻(xiàn)8中，暗示了 "因表面產(chǎn)生的拉伸殘余應(yīng)力造成的塑性應(yīng)變而導(dǎo)致磁 滯損耗增大"的可能性。
[0031] 另一方面，如上述專利文獻(xiàn)7所示，鋼板內(nèi)部的應(yīng)力（板厚方向的拉伸應(yīng)力、乳制 方向的壓縮應(yīng)力）能夠使與在軋制方向上磁化了的主磁疇不同的磁疇（輔助磁疇）的形成 穩(wěn)定化。即，應(yīng)力越大，輔助磁疇越穩(wěn)定化至高磁場區(qū)域，如下所示，認(rèn)為渦流損耗的減少效 果直至高磁場區(qū)域仍然有效，從而能夠獲得低鐵損。
[0032] 一般，若形成有輔助磁疇，則主磁疇細(xì)化，從而渦流損耗下降。理由并非清楚，但認(rèn) 為該輔助磁疇在板厚方向上的深度對渦流損耗造成強(qiáng)的影響，該深度越擴(kuò)大，渦流損耗的 減少效果越強(qiáng)。對同樣的機(jī)構(gòu)而言，例如通過非專利文獻(xiàn)1所記載的槽形成件進(jìn)行考察。
[0033] 根據(jù)以上的見解，進(jìn)一步重復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如下，
[0034] (1)在鋼板內(nèi)部，通過使具有150MPa以上的大小的應(yīng)力（板厚方向的拉伸應(yīng)力、乳 制方向的壓縮應(yīng)力、或與軋制方向垂直方向的拉伸應(yīng)力的大小中的最大值）形成區(qū)域的板 厚方向深度為42 μπι以上能夠得到比以往更強(qiáng)的渦流損耗減少效果，
[0035] (2)即便形成有150MPa以上的應(yīng)力，由于上述渦流損耗減少效果強(qiáng)，所以磁滯損 耗與渦流損耗的和即鐵損為極低的值，
[0036] (3)若形成有150MPa以上的強(qiáng)應(yīng)力，則在高磁場勵(lì)磁區(qū)域，輔助磁疇還穩(wěn)定地存 在，從而能夠獲得低鐵損。
[0037] S卩，發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)如下情況：即便在鋼板內(nèi)部存在150MPa以上的強(qiáng)應(yīng)力，也不僅 能夠獲得低鐵損（W17/5CI)，直至I. 9T以內(nèi)的高勵(lì)磁磁通密度區(qū)域也能夠獲得極低的鐵損。另 夕卜，同時(shí)發(fā)現(xiàn)如下情況：作為鋼中的應(yīng)力分布，150MPa以上的應(yīng)力在軋制方向上為300 μπι 以內(nèi)的區(qū)域且板厚方向上達(dá)到42 μπι以上的范圍形成，并且該應(yīng)變形成區(qū)域在軋制方向上 以2?IOmm以下的間隔周期性地形成，由此能夠獲得上述效果。
[0038] 并且，還查明如下情況：在制造這樣的鋼板時(shí)，使用從1^86釋放出的電子束是極有 用的。公知一般LaBJ^輸出高輝度射束有利，通過發(fā)明人們的實(shí)驗(yàn)也可以清楚從LaB 6釋放 出的電子束是射束直徑（通過狹縫法測定）為〇. 2_以下的具有極高的能量密度的射束。 現(xiàn)有的電子束多使用鎢絲，具有廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，但在正好聚束時(shí)其射束直徑為〇. 3mm左右（參 照表1)。
[0039] [表 1]
[0040] 表 1
[0041]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在1. 5?1. 9T的勵(lì)磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用方向性電磁鋼板，其在相 對于鋼板面內(nèi)的軋制方向呈60°?120°的方向上具有線狀應(yīng)變， 在所述線狀應(yīng)變的附近，在相對于軋制方向?yàn)?00ym以內(nèi)且相對于板厚方向?yàn)?2ym以上的范圍具有被施加150MPa以上的殘余應(yīng)力的殘余應(yīng)力形成區(qū)域，而且所述線狀應(yīng)變 在軋制方向上以2?10mm的間隔周期性地形成。
2. -種在1. 5?1. 9T的勵(lì)磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用方向性電磁鋼板，其在相 對于鋼板面內(nèi)的軋制方向呈60°?120°的方向上具有線狀應(yīng)變， 在所述線狀應(yīng)變的附近，在相對于軋制方向?yàn)?00ym以內(nèi)且相對于板厚方向?yàn)?2ym以上的范圍具有被施加150MPa以上的殘余應(yīng)力的殘余應(yīng)力形成區(qū)域，并且該殘余應(yīng)力形 成區(qū)域在所述線狀應(yīng)變的方向上空開150ym以上的間隔而形成，而且所述線狀應(yīng)變在軋 制方向上以2?10mm的間隔周期性地形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在1. 5?1. 9T的勵(lì)磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用 方向性電磁鋼板， 所述線狀應(yīng)變的形成部表面是無鋼基體露出部的絕緣被膜。
4. 一種在1. 5?1. 9T的勵(lì)磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用方向性電磁鋼板的制造 方法， 在形成權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的鐵芯用方向性電磁鋼板的線狀應(yīng)變時(shí)，向鋼板 表面照射從LaB6釋放出的電子束。
5. -種在1. 5?1. 9T的勵(lì)磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用電磁鋼板的制造方法， 在制造權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的方向性電磁鋼板時(shí)，向鋼板表面照射外加90kV 以上的電壓的電子束。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在1. 5?1. 9T的勵(lì)磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用電磁 鋼板的制造方法， 還向鋼板表面照射外加90kV以上的電壓的電子束。
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明，在應(yīng)變區(qū)域的附近，使150MPa以上的殘余應(yīng)力存在于相對于軋制方向?yàn)?00μm以內(nèi)且相對于板厚方向?yàn)?2μm以上的范圍，而且在軋制方向上以2～10mm的間隔周期性地形成上述應(yīng)變區(qū)域，由此1.5～1.9T的勵(lì)磁區(qū)域的變壓器鐵損優(yōu)良，從而能夠得到變壓器動(dòng)作時(shí)能量損失少的鐵芯用方向性電磁鋼板。
【IPC分類】H01F1-16, C22C38-60, B23K15-00, C21D8-12, C22C38-00
【公開號】CN104603309
【申請?zhí)枴緾N201380044990
【發(fā)明人】高城重宏, 山口廣, 岡部誠司, 花澤和浩
【申請人】杰富意鋼鐵株式會社
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年8月29日
【公告號】EP2891726A1, US20150187474, WO2014034128A1, WO2014034128A8