專利名稱：方向性電磁鋼板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合作為變壓器等的鐵芯材料使用的噪音特性優(yōu)良的方向性電磁鋼板。
背景技術(shù)：
方向性電磁鋼板主要作為變壓器的鐵芯使用，要求其磁化特性優(yōu)良，特別是要求鐵損低。因此，重要的是使鋼板中的二次再結(jié)晶晶粒與(110)
取向(高斯取向)高度一致、以及降低成品鋼板中的雜質(zhì)。但是，結(jié)晶取向的控制、以及雜質(zhì)的降低在與制造成本的平衡等方面存在極限。因此，正在開發(fā)通過物理方法向鋼板表面引入不均勻性而使磁疇的寬度細化以降低鐵損的技術(shù)、即磁疇細化技術(shù)。例如，專利文獻I中提出了如下技術(shù)通過對最終成品板照射激光，向鋼板表層引入線狀的高位錯密度區(qū)域，由此使磁疇寬度變窄而降低鐵損。另外，專利文獻2中提出了通過照射電子束來控制磁疇寬度的技術(shù)。在該通過電子束照射而降低鐵損的方法中，電子束的掃描可以通過磁場控制而高速地進行。因此，由于不存在激光的光學(xué)掃描設(shè)備中常見的機械可動部，因此，特別是對于Im以上大寬度且連續(xù)的帶鋼而言，在要連續(xù)且高速地照射電子束的情況下是有利的?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:日本特公昭57-2252號公報專利文獻2 :日本特公平06-072266號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題但是，即使是如上所述地實施了磁疇細化處理的方向性電磁鋼板，在組裝到實際變壓器中時，也存在實際變壓器的噪音變大的情況。本發(fā)明正是鑒于上述現(xiàn)狀而開發(fā)的，因此其目的在于提供噪音特性優(yōu)良的方向性電磁鋼板，其為通過磁疇細化處理而使鐵損降低的方向性電磁鋼板，并且能夠有效降低層疊成變壓器鐵芯使用時產(chǎn)生的噪音。用于解決問題的方法已知變壓器噪音的原因在于電磁鋼板磁化時產(chǎn)生的磁致伸縮行為。例如，對于含有約3質(zhì)量％的Si的電磁鋼板而言，鋼板一般沿磁化方向伸長。因此，在受到交流勵磁的情況下，對于磁化方向而言，圍繞零在正負方向上進行交變磁化，因此鐵芯重復(fù)進行伸縮運動，結(jié)果產(chǎn)生噪音。磁致伸縮振 動相對于磁化的正負方向是等價的，因此，鋼板以交流勵磁頻率的兩倍的周期振動，在以50Hz進行勵磁的情況下，磁致伸縮振動的基礎(chǔ)振動頻率為100Hz。但是，進行變壓器噪音的頻率分析時，含有大量諧波成分，與基礎(chǔ)頻率為IOOHz的成分相比，約200Hz至約700Hz的頻率成分更強，多數(shù)情況下它們決定了噪音的絕對值。產(chǎn)生這種高頻成分的原因各種各樣，基于鐵芯形狀的機械振動、約束層疊鐵芯的夾具的振動等極其復(fù)雜。不僅這種基礎(chǔ)振動頻率的諧波成分，而且對于鋼板自身的磁致伸縮振動而言，例如即使在以50Hz的正弦波進行勵磁的情況下，觀察到的磁致伸縮振動中也包含基礎(chǔ)頻率IOOHz以外的諧波成分。認為其取決于進行軟磁性材料的磁化過程的磁疇的結(jié)構(gòu)變化。因此，發(fā)明人著眼于通過電子束照射法對單面進行了磁疇控制處理的方向性電磁鋼板的磁疇結(jié)構(gòu)，對磁致伸縮振動的行為進行了研究。結(jié)果查明，從降低鐵損的觀點考慮，線狀應(yīng)變的賦予多數(shù)情況下僅通過單面處理就可以取得充分的效果，但是關(guān)于變壓器噪音即磁致伸縮振動，正反面的磁疇細化效果的同一性是極其重要的。另外，從正反面觀察磁疇結(jié)構(gòu)時，有時非處理面的磁疇寬度不一定與處理面的磁疇寬度相同。因此，本發(fā)明人對在正反面觀察到的磁疇寬度的比率與層疊鐵芯形成的變壓器模型在交流磁化時的噪音的頻率成分的關(guān)系進行了深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在正反面存在磁疇寬度差異時，磁化狀態(tài)在板厚方向上不同，因此分割磁疇的磁疇壁的運動變得復(fù)雜，結(jié)果，與勵磁頻率相對的高次諧波成分根據(jù)磁疇壁運動的復(fù)雜度而重疊。該高次諧波成分尤其存在于噪音譜的可聽域，因此成為使噪音增大的主要原因。因此得到如下見解通過減小正反面的磁疇寬度的差異，使磁疇壁運動所引起的磁致伸縮振動的高頻成分減少，從而使噪音減輕。本發(fā)明立足于上述見解。即，本發(fā)明的主旨構(gòu)成如下所述。1. 一種方向性電磁鋼板，其為磁通密度B8為1. 92T以上、且通過無處理痕跡的應(yīng)變引入而使磁疇結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化的方向性電磁鋼板，其中，應(yīng)變引入處理后的處理面的平均磁疇寬度Wa相對于應(yīng)變引入處理前的平均磁疇寬度Wtl的比為< 0. 4，且該Wa相對于非處理面的平均磁疇寬度Wb的比為Wa/Wb > 0. 7，而且非處理面的磁疇不連續(xù)部的平均寬度Wd相對于由應(yīng)變引入處理產(chǎn)生的處理面的磁疇不連續(xù)部的平均寬度W。的比為Wd/W。>0. 8 且 Wc < 0. 35mm。2.如上述I所述的方向性電磁鋼板，其中，應(yīng)變引入處理為電子束照射。3.如上述I所述的方向性電磁鋼板，其中，應(yīng)變引入處理為連續(xù)激光照射。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在將通過應(yīng)變引入而使鐵損降低的方向性電磁鋼板層疊而得到變壓器的情況下，與以往相比，能夠降低噪音。


圖1是表示鋼板表面的磁疇觀察結(jié)果的圖。
具體實施例方式
以下，對本發(fā)明進行具體說明。對于變壓器噪音即磁致伸縮振動而言，原材料晶粒在易磁化軸上的集聚度越高，振動振幅越小，特別是為了抑制噪音，使磁通密度&為1. 92T以上是有效的。關(guān)于該點，磁通密度B8低于1. 92T時，在磁化過程中為了與勵磁磁場平行，磁疇需要進行旋轉(zhuǎn)運動，該磁化旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生大的磁致伸縮，從而使變壓器的噪音增大。因此，在本發(fā)明中，作為對象的方向性電磁鋼板使用磁通密度B8為1.92T以上的鋼板。另外，在本發(fā)明中，通過應(yīng)變引入使磁疇結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但該應(yīng)變引入時重要的是在處理面上不殘留弓I入應(yīng)變后的痕跡。在此，無處理痕跡的方向性電磁鋼板是指，原本具有的張力涂層不會由于應(yīng)變引入處理而缺損的表面狀態(tài)的電磁鋼板，即不需要再涂布等后續(xù)處置的表面狀態(tài)的電磁鋼板。在由于應(yīng)變引入而導(dǎo)致張力涂層局部缺損的情況下，原本由涂層帶來的應(yīng)力分布變得不均勻，因此鋼板的磁致伸縮的振動波形發(fā)生變形，結(jié)果，高次諧波成分重疊，因此對于噪音降低而言是不優(yōu)選的。需要說明的是，在存在處理痕跡的情況下，在實施再涂布時，為了避免引入的應(yīng)變被消除而進行低溫煅燒，因此無法得到與張力涂層缺損前同等的張力效果，從而無法消除應(yīng)力分布的不均勻性。關(guān)于磁疇寬度，處理前的平均磁疇寬度Wc1、處理后的處理面的平均磁疇寬度Wa、處理后的非處理面的平均磁疇寬度Wb通過將每個晶粒的磁疇寬度根據(jù)面積率進行加權(quán)平均而求出。需要說明的是，磁疇寬度是指與軋制方向平行的主磁疇的寬度，因此，磁疇寬度的測量沿軋制直角方向進行。在此，需要使處理前后的平均磁疇寬度之比WaZWtl低于O. 4。處理前后的平均磁疇寬度之比WaZX為O. 4以上時，磁疇控制處理的效果本身不充分，從而使鋼板的鐵損降低不充分。另外，關(guān)于正反面的平均磁疇寬度，需要使其比值^/\大于O. 7。正反面中的磁疇寬度Wa/wb越低于O. 7，磁疇寬度在正反面越不同，此時，即使在鋼板由不含高次諧波成分的正弦波勵磁的情況下，板厚方向上的磁化狀態(tài)也不同，產(chǎn)生高次諧波成分而使變壓器的噪音增大。需要說明的是，Wa/Wb的最大值約為1. O。由應(yīng)變引入產(chǎn)生的磁疇不連續(xù)部的平均寬度是指磁疇結(jié)構(gòu)由于應(yīng)變而局部雜亂的部位的寬度，一般是指與軋制方向平行的磁疇結(jié)構(gòu)中斷或者變得不連續(xù)的部分。處理面的磁疇不連續(xù)部的平均寬度W。和非處理面的磁疇不連續(xù)部的平均寬度Wd之比不滿足Wd/W。>0.8時，即正反面的不連續(xù)部的寬度顯著不同時，在鋼板的板厚方向上產(chǎn)生磁化狀態(tài)的差異，使磁致伸縮振動波形發(fā)生變形，仍然會使變壓器噪音增大。需要說明的是，Wd/W。的上限無需特別限定，但最大值約為3. O。另外，不滿足W。< O. 35mm時，由于受到局部雜亂的磁疇結(jié)構(gòu)的影響，因此無法得到充分的鐵損降低效果。 無論如何，沿板厚方向充分均勻地引入應(yīng)變對于降低變壓器噪音的是有效的，并且需要磁通密度高、無處理痕跡、磁疇寬度的降低效果大且正反面的磁疇寬度差異小，無論缺少哪個條件，都無法使變壓器的噪音充分降低。作為無處理痕跡的應(yīng)變引入處理，電子束照射、連續(xù)激光照射等是適合的。優(yōu)選照射方向為橫穿軋制方向的方向、優(yōu)選相對于軋制方向呈60 90°的方向且以約3mm 約15mm的間隔進行照射。在此，為了在不帶來處理痕跡的情況下對鋼板的非處理面?zhèn)纫渤浞值匾霊?yīng)變，在電子束的情況下，優(yōu)選設(shè)定為低加速電壓和大電流，在5 50kV的加速電壓、0. 5 100mA的電流下，使用0. 01 0. 5_的射束直徑(直徑)以點狀或線狀實施是有效的。另一方面，在連續(xù)激光的情況下，功率密度取決于激光的掃描速度，但優(yōu)選100 5000ff/mm2的范圍。另外，使功率密度恒定并進行調(diào)制而使功率密度周期性變化的方法也是有效的。作為激發(fā)源，半導(dǎo)體激光激發(fā)的光纖激光器等是有效的。特別是將激光的射束直徑(直徑)縮小至約O. 02_并以虛線狀即連續(xù)線以一定間隔間斷的方式進行照射時，能夠以線而不是以點的方式補償小直徑引起的應(yīng)變引入部的面積減少。由于射束直徑小，因此能夠使磁疇不連續(xù)部的寬度Wc^Wd變小且能夠使差減小，進而也能夠使磁疇寬度Wa和Wb變小且能夠使差減小。需要說明的是，Q開關(guān)型脈沖激光等會殘留處理痕跡，因此局部缺損的涂層張力會引起不均勻的磁致伸縮振動。另外，等離子流照射雖然沒有處理痕跡，但是在處理面與非處理面中磁疇寬度、磁疇不連續(xù)部寬度的差異增大，因此難以納入本發(fā)明的優(yōu)選范圍內(nèi)。處理面的磁疇寬度主要可以通過照射能量的強弱來進行調(diào)節(jié)。另外，處理面與非處理面的磁疇寬度的差異可以通過控制照射能量密度的分布來進行調(diào)節(jié)。即，可以通過射束的焦點調(diào)節(jié)進行對焦和失焦，由此控制入射的能量的深度和展寬，從而進行調(diào)節(jié)。另外，處理面的磁疇不連續(xù)部寬度、非處理面的磁疇不連續(xù)部寬度也同樣，可以通過照射能量的強弱、焦點調(diào)節(jié)等來控制入射的能量的深度和展寬，從而進行調(diào)節(jié)。然后，對本發(fā)明的方向性電磁鋼板的制造條件進行具體說明。本發(fā)明中，方向性電磁鋼板用鋼坯的成分組成為產(chǎn)生二次再結(jié)晶的成分組成即可。另外，在使用抑制劑的情況下，例如使用AlN系抑制劑時，適量含有Al和N即可，另外，在使用MnS/MnSe系抑制劑時，適量含有Mn及Se和/或S即可。當然，也可以組合使用兩種抑制劑。這種情況下，A1、N、S和Se的優(yōu)選含量分別為Al :0. 01 0. 065質(zhì)量％、N 0. 005 0. 012 質(zhì)量 ％、S 0. 005 0. 03 質(zhì)量 ％、Se 0. 005 0. 03 質(zhì)量 ％。另外，本發(fā)明也能夠適用于限制了 Al、N、S、Se的含量且不使用抑制劑的方向性電磁鋼板。這種情況下，Al、N、S和Se量優(yōu)選分別抑制為Al :100質(zhì)量ppm以下、N 50質(zhì)量ppm以下、S 50質(zhì)量ppm以下、Se 50質(zhì)量ppm以下。以下，對本發(fā)明的方向性電磁鋼板用鋼坯的基本成分和任選添加成分進行具體說明。C:0.08質(zhì)量％ 以下C用于改善熱軋板組織而添加，但超過O. 08質(zhì)量％時，用于將C降低至在制造工序中不引起磁時效的50質(zhì)量ppm以下的負擔(dān)增大，因此,優(yōu)選設(shè)定為O. 08質(zhì)量％以下。另夕卜，關(guān)于下限，即使是不含C的原材料也能夠進行二次再結(jié)晶，因此無需特別設(shè)定。
S1:2. 0 8· 0 質(zhì)量 ％Si是對于提高鋼的電阻并改善鐵損有效的元素，含量為2.0質(zhì)量％以上時，降低鐵損的效果特別良好。另一方面，含量為8.0質(zhì)量％以下時，能夠得到特別優(yōu)良的加工性、磁通密度。因此，Si量優(yōu)選設(shè)定為2. 0 8. 0質(zhì)量％的范圍。Mn :0· 005 1. 0 質(zhì)量 ％Mn在使熱加工性良好的方面是有利的元素，但含量低于O. 005質(zhì)量％時，其添加效果不足。另一方面，含量為1. 0質(zhì)量％以下時，成品板的磁通密度特別良好。因此，Mn量優(yōu)選設(shè)定為O. 005 1. 0質(zhì)量％的范圍。除上述基本成分以外，還可以適當含有如下所述的元素作為改善磁特性的成分。選自Ni 0. 03 L 50 質(zhì)量 ％、Sn 0. 01 L 50 質(zhì)量 ％、Sb 0. 005 L 50 質(zhì)量 ％、Cu 0. 03 3. 0 質(zhì)量 ％、Ρ 0. 03 O. 50 質(zhì)量 ％、Mo :0. 005 0. 10 質(zhì)量 ％ 和 Cr 0. 03 1. 50
質(zhì)量％中的至少一種Ni是對于進一步改善熱軋板組織從而進一步提高磁特性有用的元素。但是，含量低于0. 03質(zhì)量％時，提高磁特性的效果小，另一方面，含量為1. 5質(zhì)量％以下時，二次再結(jié)晶的穩(wěn)定性格外增加，從而使磁特性進一步得到改善。因此，Ni量優(yōu)選設(shè)定為O. 03 1. 5質(zhì)量％的范圍。另外，Sn、Sb、Cu、P、Mo和Cr各自為對于提高磁特性有用的元素，但任意一種不滿足上述各成分的下限時，提高磁特性的效果小，另一方面，含量為上述各成分的上限量以下時，二次再結(jié)晶晶粒的發(fā)達最良好。因此，優(yōu)選各自以上述范圍含有。需要說明的是，上述成分以外的余量優(yōu)選為在制造工序中混入的不可避免的雜質(zhì)和Fe。接著，將具有上述成分組成的鋼坯按照常規(guī)方法加熱后供于熱軋，但是，也可以在鑄造后不經(jīng)加熱而直接進行熱軋。在薄鑄片的情況下，可以進行熱軋，也可以省略熱軋而直接進行之后的工序。另外，根據(jù)需要實施熱軋板退火。熱軋板退火的主要目的在于，消除在熱軋中產(chǎn)生的條帶組織而使一次再結(jié)晶組織進行整粒，從而在二次再結(jié)晶退火中使高斯組織進一步發(fā)達而改善磁特性。此時，為了使高斯組織在成品板中高度發(fā)達，優(yōu)選800 1100°C的范圍作為熱軋板退火溫度。熱軋板退火溫度低于800°C時，熱軋中的條帶組織殘留，難以實現(xiàn)進行整粒后的一次再結(jié)晶組織，從而無法得到期望的二次再結(jié)晶的改善。另一方面，熱軋板退火溫度超過1100°C時，熱軋板退火后的粒徑過于粗大化，因此難以實現(xiàn)進行整粒后的一次再結(jié)晶組織。熱軋板退火后，優(yōu)選實施一次冷軋或隔著中間退火的兩次以上的冷軋，然后進行脫碳退火(兼作再結(jié)晶退火)，并涂布退火分離劑。涂布退火分離劑后，以二次再結(jié)晶和鎂橄欖石被膜(以Mg2SO4為主體的被膜)的形成為目的進行最終退火。對于退火分離劑而言，為了形成鎂橄欖石被膜，優(yōu)選使用以MgO為主要成分的退火分離劑。在此，MgO為主要成分是指在不阻礙作為本發(fā)明目的的鎂橄欖石被膜的形成的范圍內(nèi)，可以含有MgO以外的公知的退火分尚劑成分、特性改善成分。在最終退火后，根據(jù)需要進行平整退火來矯正形狀是有效的。需要說明的是，本發(fā)明中，在平整退火前或平整退火后在鋼板表面上施加絕緣涂層。在此，該絕緣涂層是指，在本發(fā)明中為了降低鐵損而能夠?qū)︿摪遒x予張力的涂層(以下稱為張力涂層)。另外，作為張力涂層，可以列舉含有二氧化硅的無機系涂層、使用物理蒸鍍法、化學(xué)蒸鍍法等形成的陶瓷涂層等。然后，本發(fā)明中，對上述施加張力涂層后的方向性電磁鋼板的表面照射電子束或連續(xù)激光，由此實施磁疇細化。實施例實施例1對含有3質(zhì)量％的Si且軋制成O. 23mm的最終板厚的冷軋板進行脫碳、一次再結(jié)晶退火后，涂布以MgO為主要成分的退火分離劑，并實施包括二次再結(jié)晶過程和純化過程的最終退火，得到具有鎂橄欖石被膜的方向性電磁鋼板。此時，改變用于二次再結(jié)晶退火的退火分離劑中添加的輔助劑，使磁通密度B8值在1. 90 1. 95T的范圍內(nèi)進行變化。然后，涂布50%的膠態(tài)二氧化硅和磷酸鎂涂層，并在850°C下燒結(jié)，形成張力涂層。然后，將鋼板放入0.1Pa的真空槽內(nèi)，使加速電壓恒定為40kV，另一方面，使射束電流在1 10mA的范圍內(nèi)變化，并沿與軋制方向成直角的方向?qū)蚊嬲丈潆娮邮?。對于電子束照射前后的鋼板，利用比特法對處理面、非處理面進行磁疇觀察，并測量處理面和非處理面的平均磁疇寬度、磁疇不連續(xù)部平均寬度。圖1中示意性地示出鋼板表面的磁疇觀察結(jié)果。另外，對于照射痕跡，通過光學(xué)顯微鏡觀察判斷絕緣被膜是否缺損從而使鐵基露出。將所得到的試樣剪切成以寬度100mm、短邊300mm、長邊500mm的梯形為基礎(chǔ)的斜角材料并層疊，制作約21kg的三相變壓器。層疊方法為每級2片的5級階梯接縫(step-lap)方式,并使用電容傳聲器測定1. 7T、50Hz勵磁下的噪音。以A級補正作為聽覺補正。將測量的變壓器噪音與鋼板的磁通密度B8、照射痕跡的有無以及磁疇結(jié)構(gòu)的各參數(shù)一起整理示于表I中。在此，如果變壓器噪音為40. OdBA以下，則可以說噪音小。
權(quán)利要求
1.一種方向性電磁鋼板，其為磁通密度B8為1. 92T以上、且通過無處理痕跡的應(yīng)變引入而使磁疇結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化的方向性電磁鋼板,其中，應(yīng)變引入處理后的處理面的平均磁疇寬度Wa相對于應(yīng)變引入處理前的平均磁疇寬度Wtl的比為WaZX < O. 4，且該Wa相對于非處理面的平均磁疇寬度Wb的比為Wa/Wb > O. 7，并且非處理面的磁疇不連續(xù)部的平均寬度Wd相對于由應(yīng)變引入處理產(chǎn)生的處理面的磁疇不連續(xù)部的平均寬度W。的比為Wd/W。> O. 8且Wc < O. 35mm。
2.如權(quán)利要求1所述的方向性電磁鋼板，其中，應(yīng)變引入處理為電子束照射。
3.如權(quán)利要求1所述的方向性電磁鋼板，其中，應(yīng)變引入處理為連續(xù)激光照射。
全文摘要
本發(fā)明提供一種方向性電磁鋼板，其為通過引入無處理痕跡的應(yīng)變而使磁疇結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化的方向性電磁鋼板，在使磁通密度B8為1.92T以上的基礎(chǔ)上，使應(yīng)變引入處理后的處理面的平均磁疇寬度Wa相對于應(yīng)變引入處理前的平均磁疇寬度W0的比為Wa/W0＜0.4，且使該Wa相對于非處理面的平均磁疇寬度Wb的比為Wa/Wb＞0.7，并且使非處理面的磁疇不連續(xù)部的平均寬度Wd相對于由應(yīng)變引入處理產(chǎn)生的處理面的磁疇不連續(xù)部的平均寬度Wc的比為Wd/Wc＞0.8且Wc＜0.35mm，由此，能夠有效降低層疊成變壓器鐵芯使用時產(chǎn)生的噪音。
文檔編號C21D8/12GK103069036SQ201180038909
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者山口廣, 岡部誠司, 大村健, 中西匡 申請人:杰富意鋼鐵株式會社