專利名稱：磁特性優良的方向性電磁鋼板的制作方法
技術領域：
本發明涉及作為軟磁性材料用于變壓器等電設備的鐵心等的方向性電磁鋼板。特 別是涉及通過在鋼板表面形成M-Fe合金膜而使磁特性得到改善的方向性電磁鋼板。
背景技術：
方向性電磁鋼板是含有7%以下的Si、由集聚在{110}<001>方位的結晶粒構成的 鋼板。這些鋼板主要用作變壓器等電設備的鐵心，因此要求其磁特性良好。特別是能量損 耗即鐵損低是重要的，從近年的環境問題、能量問題來看，對低鐵損的方向性電磁鋼板的需 求日益增高。為了降低方向性電磁鋼板的鐵損，至今已采取了各種各樣的對策。到現在為止，提 出了下面的方法。(1)提高在{110} <001>方位的集聚度來降低磁滯損耗的方法，(2)減少 鋼板的夾雜物或內部變形來降低磁滯損耗的方法，(3)將鋼板表面平滑化來降低磁滯損耗 的方法，(4)增加鋼板的Si量、增高電阻率來降低渦流損耗的方法，(5)將板厚度變薄來降 低渦流損耗的方法。另外，與以上改善鋼板自身的鐵損的方法不同，還提出了物理地控制磁疇結構來 降低鐵損的方法。例如，在日本特開昭53-137016號公報、日本特開昭55-18566號公報、日本特開昭 57-188810號公報中，公開了利用圓珠筆劃痕、激光照射劃痕、放電加工劃痕來引入線狀變 形，從而進行磁疇控制，由此來降低鐵損的方法。然而，這些控制磁疇結構的方法不適用于 心成形后進行退火的卷繞鐵心用的材料。因此，作為可以適用于卷繞鐵心用的材料的磁疇控制方法，日本特開昭59-197520 號公報、日本特開昭61-117218號公報、日本特開昭62-179105號公報中提出了引入線狀槽 或微粒來進行磁疇控制以降低鐵損的方法，但是在這種方法中，因為存在槽或微粒，制品的 磁通密度(B8)大幅度降低為0. 02 0. 06T。
發明內容
因此，本發明的課題是通過即使在心成形后進行退火也不會使鐵損改善的效果消 失、且不會使磁通密度大幅度降低的方法，能夠進行磁疇控制，由此來提供也能適用于卷繞 鐵心用材料的磁疇控制、并使鐵損降低的方向性電磁鋼板。本發明是著眼于在方向性電磁鋼板的表面上新形成Ni-Fe合金膜，由此來解決上 述課題，其要點如下。(1) 一種磁特性優良的方向性電磁鋼板，其是具有以{110}<001>方位為主方位的 集合組織的方向性電磁鋼板，其特征在于，至少在鋼板的一個面上，形成了由Fe為10 50 質量％、Ni為50 90質量％的組成構成的Ni-Fe合金膜。(2)根據上述⑴所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，至少在鋼板 的一個面上，在M-Fe合金膜的表面形成了張力涂層，Ni-Fe合金膜與張力涂層的界面的粗糙度為Ni-Fe合金膜與基底金屬的界面的粗糙度以下。(3)根據上述(1)或(2)所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，Ni-Fe 合金膜的厚度為0. 1 0.6 μ m。(4)根據上述(1)或(2)所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，在 Ni-Fe合金膜的表面形成了 0. 1 lkg/mm2的張力涂層。(5)根據上述⑴或(2)所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，鋼板 的磁通密度B8與鋼板的成分體系中的飽和磁通密度Bs之比即B8/Bs為0. 93以上。(6)根據上述⑴或(2)所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，所述 方向性電磁鋼板由含有0. 8 7質量％的Si的鋼構成。(7)根據上述(6)所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，所述方向性 電磁鋼板由除了加入Si之外、還進一步含有下述成分中的1種或2種以上的鋼構成，所述 成分以質量％計為Mn 以下、Cr 0. 3%以下、Cu :0. 4%以下、P 0. 5%以下、Ni 以 下、Mo 0. 以下、Sn 0. 3% 以下、Sb 0. 3%0根據以上的本發明，能夠解決上述課題，能容易地得到低鐵損、高磁通密度的磁特 性優良的方向性電磁鋼板，且能夠提供遵循近年來的環境保護、節省能量的期望的方向性 電磁鋼板。
圖1是表示M-Fe合金膜的厚度和張力對方向性電磁鋼帶的磁疇寬度的影響的 圖。圖2是表示勵磁頻率f與M-Fe合金膜的厚度對方向性電磁鋼帶的鐵損的影響的 圖。圖3是表示最大勵磁磁通密度(頻率50Hz)與Ni-Fe合金膜對方向性電磁鋼帶 的鐵損的影響的圖。
具體實施例方式本發明人們對含有0.8 7質量％的Si、且具有以{110}<001>方位為主方位的集 合組織的鋼板的磁疇結構產生影響的各因素及其控制方法進行了詳細的研究，得到下述的 見解(a)在提高{110}<001>方位的集聚度且將板厚度變薄的同時，磁疇寬度變大，(b)在 鋼板表面涂覆Ni-Fe合金膜(以下，有時簡記為磁性涂層)能夠使磁疇寬度進行細分化，從 而完成了本發明。以下對得到該見解的實驗進行說明。而且，在以下的說明中，元素的含量以質量％ 計。首先，在含有3%的Si、且由{110}<001>方位晶粒組成的板厚度為0. 7mm的方向 性電磁鋼板的一個面上，通過濺射法涂覆0. 2 μ m和0. 6 μ m厚度的Fe_78 % Ni合金膜，進一 步在其上進行張力涂覆，并研究這些涂層對磁疇寬度的影響。圖1中示出了在M-Fe合金 膜的厚度和張力變化的情況下磁疇寬度的測定結果。從圖1清楚可知，相對于無磁性涂層的方向性電磁鋼板的磁疇寬度，通過涂覆 0. 2 μ m和0. 6 μ m的Ni-Fe合金膜，使磁疇寬度逐漸細分化。進一步利用張力涂覆對鋼板施加張力，由此使磁疇寬度更加細分化。另外，新了解到在施加富含Ni的Ni-Fe合金膜的情況下，即使在Ni-Fe合金被覆 膜不對鋼板施加張力的情況下也具有將磁疇進行細分化來降低鐵損的效果。因此，可知富 含M的M-Fe合金膜的磁疇細分化機理與通過施加張力的磁疇細分化是不同的。另外，在張力超過lkg/mm2的范圍，由張力產生的鐵損降低效果大致飽和。接著，將同樣的方向性電磁鋼板用作試樣，在該鋼板的一個面上，以0. 1 0. 6μπι 的厚度涂覆Fe-78% Ni合金膜，在施加1. Okg/m2張力的狀態下，研究Ni-Fe合金膜對磁特 性的影響。圖2中示出了在使勵磁頻率f變化的情況下，試樣的鐵損W/f的測定結果。從圖2 能清楚地確認，隨著磁性涂層的厚度從0. 11 μ m逐漸增厚，鐵損降低，通過施加Ni-Fe合金 膜的磁性涂層，鐵損在50 500Hz的整個頻率范圍內有所降低。在這種情況下，在0.6μπι 以上的涂層厚度下，鐵損的降低效果大致飽和。對這些試樣進行磁通密度(Β8)測定，結果因為有磁性涂層，磁通密度未降低。另外，圖3中示出了在50Hz的頻率下使勵磁最大磁通密度從0. 6 1. 7T變化的 情況下，無磁性涂層的試樣和由Ni-Fe合金膜產生的磁性涂層厚度為0. 4 μ m的試樣的鐵損 的測定結果。由圖3可知，在全部的勵磁磁通密度下，由于施加了磁性涂層，使得鐵損降低。由以上可知，通過在具有以{110}<001>方位為主方位的集合組織的方向性電磁 鋼板的表面上形成M-Fe合金膜，能夠使鋼板的磁疇進行細分化，從而降低鐵損。雖然對通過M-Fe合金膜來改善磁特性效果的機理尚未完全弄清楚，但本申請的 發明人們考慮如下。在{110}<001>方位取向了的方向性電磁鋼板的磁疇構造基本上由沿軋制方向以 板坯狀排列的180°磁疇構成，該180°磁疇的寬度對磁特性的影響較大。該磁疇寬度是由 表面磁極產生的靜磁能和磁壁能所決定的，該表面磁極是由從<001>軸的表面傾斜的傾斜 角而產生的。如果在表面上施加Fe-78% Ni等軟磁性涂層，由該表面磁極產生的靜磁能會 發生變化，因此180°磁疇的寬度也會變化，從而改善磁特性。基于以上見解，對本發明說明如下。在本發明中，作為形成有M-Fe合金膜的原材料的方向性電磁鋼板，沒有特別的 限定，含有7%以下范圍的Si、且具有以{110} <001>方位為主方位的集合組織的現有的方 向性電磁鋼板或鋼帶等均可利用。例如，可以使用由公知的方向性電磁鋼板的制造方法(例如，參照日本特公昭 30-3651號公報、日本特公昭40-15644號公報、日本特公昭51-13469號公報、日本特公昭 62-45285號公報)所制造的鋼板或鋼帶、以及由方向性電磁鋼箔的制造方法(例如，參照日 本特開平2-277748號公報)所制造的鋼箔。因為方向性電磁鋼板一般是在鋼板表面形成玻璃覆膜，因此通過酸洗等除去玻 璃覆膜后，在鋼板表面形成M-Fe合金膜。另外，如果使用應用在鋼板表面不形成玻璃 覆膜的方向性電磁鋼板的制造方法(例如，參照日本特開平7-118750號公報、日本特開 2003-268450號公報)而制造的鋼板，能夠省去除去玻璃覆膜的麻煩。Ni-Fe 合金膜的組成為 Fe 10 50%、Ni 90 50%，優選為 Fe 15 30%、Ni 85 70%。通過形成該范圍的組成比例的Ni-Fe合金膜來降低鐵損。
Ni-Fe合金膜的形成方法沒有特別限定，可以是PVD、CVD等于式涂覆、鍍覆(電 鍍)等濕式涂覆、或是在涂布原料之后通過退火來燒成的方法等任意的方法。為了發揮降低鐵損的效果，Ni-Fe合金膜的涂層厚度需要形成為0. 1 y m以上。但 即使形成為0. 6 y m以上，其降低鐵損的效果也已經飽和。施加Ni-Fe合金膜涂層的面可以是鋼板的雙面，也可以是單面，從改善磁特性這 點出發，優選單面涂層。涂覆后的Ni-Fe合金膜的表面粗糙的情況下，會損害鐵損降低效果，因此Ni-Fe合 金膜的表面粗糙度優選與除去玻璃覆膜后的鋼板表面(基底金屬表面)的粗糙度為同等程 度或在其以下。本發明通過將方向性電磁鋼板的磁疇寬度進行細分化來改善鐵損，因此越是應用 于磁疇寬度變寬且{110} <001>方位的集聚度高的原材料、以及板厚度較薄的原材料，效果 變得越好。因此，如果應用于作為{110}<001>方位的集聚度的指標的B8/Bs(B8 施加800A/ m的磁場時的磁通密度、Bs 原材料的成分體系中的飽和磁通密度)為0. 93以上、優選為 0. 95以上的原材料，鐵損改善效果更好。在形成了 Ni-Fe合金膜后施加絕緣涂層。此時，如果形成如日本特開昭53_28375 號公報所公開那樣的張力涂層(施加張力型的絕緣涂層)，則鐵損改善效果變好。為了通過張力涂層來體現出鐵損降低效果，需要0. lkg/mm2以上、優選0. 5kg/mm2 以上的張力。若是超過lkg/mm2的張力，則鐵損降低效果大致飽和。在本發明中，作為形成有Ni-Fe合金膜的原材料的方向性電磁鋼板，可以使用 上述的現有的鋼板，方向性電磁鋼板的鋼組成沒有特別的限定，但優選下述的鋼以含有 0. 8 7%的Si、其余部分由Fe和不可避免的雜質組成的鋼作為基礎，該鋼中必要時進一步 含有下述的1種或2種以上的成分Mn 以下，Cr 0. 3%以下，Cu 0. 4%以下，P 0. 5% 以下，N 以下，Mo 0. 以下，Sn 0. 3%以下，Sb 0. 3%以下。此外，關于C、N、S、Se、Ti以及A1，為了進行集合組織控制和抑制劑控制以穩定地 顯現出二次重結晶，有時也在制鋼階段添加這些元素，但因為它們也是使最終制品的鐵損 特性劣化的元素，因此在制造工序的脫碳退火和最終退火等中，有必要降低其含量。因此， 這些元素的含量最好為最終制品的0. 005%以下，優選為0. 003%以下。在此，方向性電磁鋼板的優選鋼組成的選定理由如下所示。Si的含量增多時，電阻升高，鐵損特性得到改善。然而，當添加超過7%時，制造 工序中的冷軋變得極為困難，軋制時發生破裂等，不適合工業生產。另外，如果含量小于 0.8%，在實施退火時如果溫度過高，會產生、相變而損壞鋼板的結晶方位，因此優選為 0. 8%以上。Mn對于升高電阻率來降低鐵損來說是有效的元素。此外，Mn也是在制造工序中防 止熱軋制時發生破裂的有效元素，但當其含量超過時，制品的磁通密度降低，因此在含 有Mn的情況下其上限為1%。Cr也是對于升高電阻率來降低鐵損來說有效的元素。而且，Cr是對在制造工序 中改善脫碳退火后的表面氧化層，形成玻璃覆膜有效的元素，其優選含量為0. 3%以下的范 圍。
Cu也是對于升高電阻率來降低鐵損來說有效的元素，但如果其含量超過0.4%， 鐵損降低效果達到飽和，同時在制造工序中會造成熱軋制時“銅鱗狀折疊”的表面缺陷，因 此在含有Cu的情況下其上限為0. 4%。P也是對于升高電阻率來降低鐵損來說有效的元素，但如果其含量超過0.5%，在 制造工序中鋼板的軋制性會產生問題，因此在含有P的情況下其上限為0. 5%。Ni也是對于升高電阻率來降低鐵損來說有效的元素。此外，M是在控制熱軋板的 金屬組織、提高磁特性方面有效的元素，但如果其含量超過1 %，二次重結晶會變得不穩定， 因此在含有Ni的情況下其上限為1%。Mo也是對于升高電阻率來降低鐵損來說有效的元素，但如果其含量超過0. 1%, 在制造工序中鋼板的軋制性會產生問題，因此在含有Mo的情況下其上限為0. 1%。Sn和Sb是對于二次重結晶的穩定化及{110} <001>方位的擴展來說有效的元素， 但如果其含量超過0. 3%，會對制造工序中玻璃覆膜的形成帶來不良影響，因此在含有Sn 和Sb的情況下其上限為0.3%。接著，對本發明的實施例進行說明，實施例中采用的條件是用于確認本發明的可 實施性和效果的一個條件例，本發明并不局限于這些實施例。實施例(實施例1單面/雙面涂層)將含有Si :3%、Mn :0. l%、Cr :0. 12%、P :0. 03%，且以{110} <001> 方位為主方位 的板厚度為0. 07mm的方向性電磁鋼板用作試樣，在該鋼板的單面或兩面上，用鍍覆(電鍍) 法施加厚度為0. 6 y m的Fe-78% Ni合金的磁性涂層后，施加以膠體狀二氧化硅、磷酸鋁和 鉻酸為主成分的張力涂層。涂覆后的試樣的磁特性如表1所示。 由表1清楚可知，通過具有Fe-78 % Ni合金膜降低了鐵損，在單面上施加所述磁性 涂層也比在雙面上施加所述磁性涂層對鐵損的改善效果要大。表 1 (實施例2:B8效果)將含有Si :3. 3%、且以{110}<001>方位為主方位的B8/Bs = 0. 91 0. 97、板厚 度為0. 22mm的方向性電磁鋼板用作試樣，在該鋼板的單面上，用鍍覆(電鍍)法施加厚度 為0.6iim的Fe-78%Ni合金的磁性涂層之后，進一步施加與實施例1同樣的張力涂層。涂 覆前后的試樣的鐵損改善量如表2所示。由表2清楚可知，當方向性電磁鋼板的方位集聚度(B8/Bs)在0. 93以上、優選在 0. 95以上時，鐵損改善的效果變得明顯。
表2 (實施例3:Ni-Fe組成)將含有Si :3. 3%、且以{110}<001>方位為主方位的B8/Bs = 0.96、板厚度為 0. 22mm的電磁鋼板用作試樣，在該鋼板的單面上，用鍍覆(電鍍)法涂覆M含有率在40 95%的范圍內變化且厚度為O.eym的Ni-Fe合金膜。之后進一步施加絕緣涂層。涂覆前 后的試樣的鐵損改善量如表3所示。由表3清楚可知，當Ni含有率為50 90%，優選為70 85%時，鐵損改善的效 果變得明顯。表3 (實施例4退火的影響)采用實施例1的試樣(A)，對該試樣進行加工后，在750°C下實施2小時的消除應 力退火。退火后的試樣的鐵損W17/50為0. 26W/Kg。該結果能夠確認即使在心成形后進行退火，鐵損降低效果也不會消失。(實施例5鋼板成分)在作為試樣的(A)含有Si 3. 3%, Mn 0. 1%, Cr 0. 12%, Cu 0. 2%, P 0. 03%,Sn:0.06%、且以{110}<001>方位為主方位的板厚度為0. 14mm的方向性電磁鋼板上，(B) 含有 Si 3. 3%, Mn 0. 12%, Ni 0. 1%, P 0. 02%, Sb 0. 03%、且以{110}<001> 方位為主 方位的板厚度為0. 14mm的方向性電磁鋼板上，以及(C)含有Si 3. 3%,Mn 0. 14%, Cr 0. 12%, P 0. 03%, Mo 0. 01%、且以{110}<001>方位為主方位的板厚度為0. 14mm的方向 性電磁鋼板上，在單面上施加0. 6 y m的Fe-78% Ni合金膜的涂層后，施加以膠體狀二氧化 硅、磷酸鋁和鉻酸為主成分的張力涂層。磁性涂覆前后的鐵損改善量如表4所示。即使在成分不同的任意試樣中，也能得到鐵損降低的效果。表 4 根據本發明，通過即使在心成形后進行退火也不會使鐵損改善的效果消失、且不 會使磁通密度大幅度降低的方法，能夠進行磁疇控制。因此，能容易地得到低鐵損、高磁通密度的磁特性優良的方向性電磁鋼板，且能夠 提供遵循近年來的環境保護、節省能量的期望的方向性電磁鋼板，因此本發明具有較大的 產業上的利用可能性。
權利要求
一種磁特性優良的方向性電磁鋼板，其是具有以{110}<001>方位為主方位的集合組織的方向性電磁鋼板，其特征在于，至少在鋼板的一個面上，形成了由Fe為10～50質量％、Ni為50～90質量％的組成構成的Ni Fe合金膜。
2.根據權利要求1所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，至少在鋼板的 一個面上，在M-Fe合金膜的表面形成了張力涂層，Ni-Fe合金膜與張力涂層的界面的粗糙 度為Ni-Fe合金膜與基底金屬的界面的粗糙度以下。
3.根據權利要求1或2所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，Ni-Fe合金 膜的厚度為0. 1 0.6 μ m。
4.根據權利要求1或2所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，在M-Fe合 金膜的表面形成了 0. 1 lkg/mm2的張力涂層。
5.根據權利要求1或2所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，鋼板的磁通 密度B8與鋼板的成分體系中的飽和磁通密度Bs之比即B8/Bs為0. 93以上。
6.根據權利要求1或2所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，所述方向性 電磁鋼板由含有0. 8 7質量％的Si的鋼構成。
7.根據權利要求6所述的磁特性優良的方向性電磁鋼板，其特征在于，所述方向性電 磁鋼板由除了 Si之外、還進一步含有下述成分中的1種或2種以上的鋼構成，所述成分以 質量％計為Mn 以下、Cr 0. 3%以下、Cu 0. 4%以下、P 0. 5%以下、Ni 以下、Mo 0. 以下、Sn 0. 3% 以下、Sb 0. 3%o
全文摘要
本發明通過利用在具有以{110}<001>方位為主方位的集合組織的方向性電磁鋼板的表面上形成由Fe為10～50質量％、Ni為50～90質量％的組成構成的Ni-Fe合金的磁性涂層，從而即使在心成形后進行退火也不會使鐵損改善的效果消失且不會使磁通密度大幅度降低的方法，能夠進行磁疇控制。
文檔編號C22C38/02GK101925693SQ200980102899
公開日2010年12月22日 申請日期2009年1月6日 優先權日2008年1月24日
發明者小池勛, 山口俊尚, 平野茂, 有田吉宏, 牛神義行, 藤井浩康 申請人:新日本制鐵株式會社