專利名稱：方向性電磁鋼板的制作方法
技術領域：
本發明涉及晶粒聚集于以密勒指數表示與板面平行的{110}、與軋制方向平行的<001>的所謂的方向性電磁鋼板。本發明的方向性電磁鋼板為軟磁性材料，主要適合作為變壓器等電氣設備的鐵
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背景技術：
方向性電磁鋼板主要作為變壓器等電氣設備的鐵芯利用，要求磁化特性優良，特別是要求鐵損低。作為磁特性的指標，主要使用磁場強度800A/m下的磁通密度B8、在勵磁頻率50Hz的交流磁場中磁化至1.7T時的每Ikg鋼板的鐵損W17/5Q。為了降低方向性電磁鋼板的鐵損，重要的是實施二次再結晶退火使二次晶粒聚集于{110}〈001>(高斯取向)以及降低制品中的雜質。但是，結晶取向的控制和雜質的降低在與制造成本的兼顧等方面存在極限，因此，開發了針對鋼板的表面通過物理方法導入不均勻性從而人工地使磁疇寬度細化來降低鐵損的技術、即磁疇細化技術。例如，專利文獻I中提出了如下技術:對最終制品板照射激光，在鋼板表層導入線狀的高位錯密度區域，由此，使磁疇寬度變窄，降低鐵損。
另外，專利文獻2中提出了通過電子束的照射來控制磁疇寬度的技術。現有技術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
發明內容
發明所要解決的問題為了實施對降低鐵損有效的磁疇細化處理，需要在鋼板表面導入一定程度大的熱能，另一方面，如果在鋼板表面導入大的熱能，則存在鋼板在應變導入處理面側發生翹曲的問題。在鋼板發生翹曲時，考慮到安裝到變壓器等中時的操作性的降低、由形狀引起的磁滯損耗的劣化、由安裝到變壓器等中時的彈性應變導入引起的磁滯損耗的劣化等，在制造方面以及特性方面這兩個方面的不利顯著。本發明是鑒于上述現狀而開發的，其目的在于提供一種方向性電磁鋼板，其即使在通過能夠最大限度地得到鐵損降低效果的高能量下的應變導入處理進行的人工磁疇細化處理后，也有效地降低了以往所擔心的鋼板翹曲的發生并且具有足夠低的鐵損。用于解決問題的方法S卩，本發明的主旨構成如下。
1.一種方向性電磁鋼板，其為在鋼板表面具有張力賦予型的絕緣被膜、且在鋼板的單面導入應變而使磁疇結構發生了變化的方向性電磁鋼板，其中，應變導入處理前張力賦予型絕緣被膜對于鋼板面的賦予張力滿足下述(I)式的關系，并且應變導入處理后應變導入面的鋼板翹曲量為Imm以上且IOmm以下，1.0 ^ (非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)< 2.0 (I)其中，鋼板翹曲量表示在將軋制方向長度280_的樣品以使軋制直角方向垂直的方式放置并夾持固定軋制方向一端30_時、與固定的一端相對的一端的位移量。2.如上述I所述的方向性電磁鋼板，其中，應變導入處理前張力賦予型絕緣被膜對于鋼板面的賦予張力滿足下述(2)式的關系，并且應變導入處理后應變導入面的鋼板翹曲量為3mm以上且8mm以下，
1.2≤(非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)彡1.6 (2)其中，鋼板翹曲量表示在將軋制方向長度280mm的樣品以使軋制直角方向垂直的方式放置并夾持固定軋制方向一端30_時、與固定一端相對的一端的位移量。3.一種方向性電磁鋼板，其為在鋼板表面具有張力賦予型的基體被膜、且在鋼板的單面導入應變而使磁疇結構發生了變化的方向性電磁鋼板，其中，應變導入處理前張力賦予型基體被膜對于鋼板面的賦予張力滿足下述(3)式的關系，并且應變導入處理后應變導入面的鋼板翹曲量為Imm以上且IOmm以下，1.0 ^ (非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)< 2.0 (3)其中，鋼板翹曲量表示在將軋制方向長度280_的樣品以使軋制直角方向垂直的方式放置并夾持固定軋制方向一端30_時、與固定的一端相對的一端的位移量。4.如上述3所述的方向性電磁鋼板，其中，應變導入處理前張力賦予型基體被膜對于鋼板面的賦予張力滿足下述(4)式的關系，并且應變導入處理后應變導入面的鋼板翹曲量為3mm以上且8mm以下，1.2彡(非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)彡1.6 (4)其中，鋼板翹曲量表示在將軋制方向長度280_的樣品以使軋制直角方向垂直的方式放置并夾持固定軋制方向一端30_時、與固定的一端相對的一端的位移量。5.如上述I 4中任一項所述的方向性電磁鋼板，其中，應變導入處理為電子束照射。6.如上述I 4中任一項所述的方向性電磁鋼板，其中，應變導入處理為連續激光照射。發明效果根據本發明，在通過能夠最大限度地得到鐵損降低效果的應變導入處理進行的人工磁疇細化處理后，能夠大幅降低以往成為問題的鋼板的翹曲、并且最大限度地發揮鐵損降低效果，得到低鐵損的方向性電磁鋼板。
圖1是表示鋼基表面的拉伸應力σ的計算要領的圖。圖2是表示鋼板翹曲量的測定要領的圖。圖3是表示(非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)值以及向應變導入面一側的鋼板翹曲量對應變導入后的鐵損W17/5(l產生的影響的圖。
具體實施例方式以下，對本發明具體地進行說明。本發明中，對于實施通過能夠最大限度地得到鐵損降低效果的應變導入處理進行的人工磁疇細化處理后的方向性電磁鋼板而言，其特征在于，通過使張力賦予型基體被膜或張力賦予型絕緣被膜對鋼板表面的賦予張力在應變導入面與其相反側的面(以下，稱為非應變導入面)之間存在差異、具體而言增大對于非應變導入面的賦予張力，抑制以往成為問題的應變導入面的鋼板的翹曲。需要說明的是，本發明中，將在鋼板的單面導入應變而使磁疇結構發生變化的處理稱為磁疇細化處理。在此，在鋼板的單面導入的應變即使影響到鋼板的相反面的磁疇結構也不會成為問題。對于基體被膜而言，通常通過在最終退火之前在鋼板表面上形成的由鐵橄欖石(Fe2SiO4)和二氧化硅(SiO2)構成的所謂的內部氧化物與作為退火分離劑涂布的氧化鎂(MgO)的反應，在最終退火中形成鎂橄欖石(Mg2SiO4),由此，利用鋼板-基體被膜間的熱膨脹系數的不同對鋼板側賦予拉伸 應力。另外，對于絕緣被膜而言，通常在最終退火之后進行的平坦化退火前涂布，由此，利用平坦化退火中鋼板-絕緣被膜間的熱膨脹系數的不同對鋼板側賦予拉伸應力。另外，已知對鋼板賦予的拉伸應力與絕緣被膜的厚度成比例地增大。即，通過改變鋼板兩表面上的絕緣被膜的厚度，能夠使對鋼板兩表面分別賦予的拉伸應力發生變化。以下，使用實驗數據對本發明進行說明。將含有3.2質量％的Si的軋制成最終板厚為0.23mm的冷軋板進行脫碳和一次再結晶退火后，涂布以MgO作為主成分的退火分離劑，實施包括二次再結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。接著，涂布由60%的膠態氧化硅和磷酸鋁構成的涂布處理液，在800°C下燒結，形成張力賦予型的絕緣被膜。在此，通過僅對鋼板的單面變更絕緣被膜單位涂敷量，使鋼板兩表面上的絕緣被膜的賦予張力發生變化。然后，對單面實施在軋制方向的直角方向上照射電子束的磁疇細化處理。對于電子束的照射條件,將加速電壓:100kV和照射間隔:10mm設為定值，使射束電流在lmA、3mA、10mA這三個條件中變化。絕緣被膜對于鋼板的賦予張力的測定如下進行。首先，在測定面上粘貼膠帶，使其浸潰于堿水溶液中，由此剝離非測定面的絕緣被膜，然后如圖1所示，作為鋼板的翹曲情況，測定L和X，通過如下的兩個式子L=2Rsin( Θ /2)和 X=R{l_cos( Θ /2)}得出曲率半徑 R 為 R= (L2+4X2)/8X，由此，將 L 以及 X代入該式，計算曲率半徑R。接著，如果將計算的曲率半徑R代入下式，則能夠求出鋼基表面的拉伸應力σ。σ =E.ε =E.(d/2R)其中，E:楊氏模量(E100=L 4X IO5MPa)ε:鋼基界面應變(在板厚中央處ε=0)d:板厚
如上所述，計算應變導入面以及非應變導入面的絕緣被膜張力。另外，對于軋制方向長度280_的樣品，如圖2所示，將其以使軋制直角方向垂直的方式放置，并夾持固定軋制方向一端30_，將相對一端的位移量簡易地作為鋼板翹曲量進行評價。將對電子束照射后的鐵損W17/5(l進行考察的結果以“(非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)”(以下，僅稱為張力比)與向應變導入面一側的鋼板翹曲量的關系不于圖3。由圖3可知，通過增大(非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)，即，通過使非應變導入面的由絕緣被膜引起的賦予張力增大，可減少鋼板向應變導入面一側的翹曲量。而且可知，鋼板的翹曲量根據電子束的電流值而不同，但張力比為約1.9時，鋼板的翹曲量幾乎達到0，反之張力比達到該值以上時，鋼板向非應變導入面發生翹曲。如圖3所示，即使張力比小，只要磁疇細化的程度(電子束或激光等的照射強度)弱則變平坦，相反，即使張力比大，只要增強磁疇細化的程度，仍然能夠達到平坦。但是，考慮鐵損值的改善效果而詳細地進行了考察，結果表明，在使張力比為1.0以上且2.0以下、并且向應變導入面一側的鋼板翹曲量為Imm以上且IOmm以下的情況下，可得到W17/5Q ( 0.75W/kg(板厚:0.23mm)的低鐵損值。更優選張力比為1.2以上且1.6以下、并且向應變導入面一側的鋼板翹曲量在3mm以上且8mm以下的范圍，該情況下，能夠使鐵損值降低至 W17/5Q ( 0.70W/kg (板厚:0.23mm)。在此，張力比小于1.0或向應變導入面一側的鋼板翹曲量超過IOmm時，確認到由鋼板的翹曲量增大而引起的磁滯損耗的劣化。另一方面，張力比超過2.0或向應變導入面一側的鋼板翹曲量小于Imm時， 盡管磁滯損耗得到改善，但觀察到渦流損耗的急劇增加，結果導致鐵損的劣化。本實驗中，在應變導入面和非應變導入面通過控制最終退火后的絕緣被膜的單位涂敷量的方法來控制絕緣被膜張力，但使用控制最終退火后的鎂橄欖石被膜張力的方法，也能夠得到同樣的效果。鎂橄欖石被膜張力例如可以通過使最終退火前的退火分離劑的涂布量發生變化來進行控制。作為應變導入處理，合適的是電子束照射或連續激光照射等。照射方向為橫切軋制方向的方向、優選相對于軋制方向為60 90°的方向,優選以約3mm 約15mm的間隔成線狀地進行照射。在此，“線狀”不僅包括實線，也包括點線和虛線等。在電子束的情況下，有效的是使用10 200kV的加速電壓、0.005 IOmA的電流、電子束的直徑為0.005 1mm，線狀地實施。另一方面，在連續激光的情況下，功率密度依賴于激光的掃描速度，但優選為100 10000W/mm2的范圍。另外，將功率密度設為恒定并且進行調制使功率密度周期性地變化的方法也有效。作為激發源，半導體激光激發的光纖激光器等是有效的。需要說明的是，Q開關型的脈沖激光等，由于殘留處理痕跡，因此，在張力涂布后進行照射的情況下需要再涂布。作為本發明的方向性電磁鋼板，沒有特別限制，以往公知的任意一種均適合。例如，可以使用含有S1:2.0 8.0質量％的電磁鋼原材料。S1:2.0 8.0 質量 ％
Si是對提高鋼的電阻、改善鐵損有效的元素，含量為2.0質量％以上時，鐵損降低效果特別良好。另一方面，在8.0質量％以下的情況下，能夠得到特別優良的加工性和磁通密度。因此，Si量優選在2.0 8.0質量％的范圍內。在此，關于Si之外的其他基本成分以及任意添加成分，如下所述。(::0.08質量％ 以下C是為了改善織構而添加的，但超過0.08質量％時，在制造工序中將C降低至不會引起磁時效的50質量ppm以下的負擔增大，因此，優選為0.08質量％以下。需要說明的是，關于下限，不含有C的原材料也能夠進行二次再結晶，因此，無需特別設定。Mn:0.005 1.0 質量 ％Mn是在使熱加工性變良好的方面必要的元素，但含量小于0.005質量％時，其添加效果不足。另一方面，設為1.0質量％以下時，制品板的磁通密度變得特別良好。因此，優選將Mn量設為0.005 1.0質量％的范圍。另外，為了使二次再結晶發生，在利用抑制劑的情況下，例如，如果是利用AlN系抑制劑的情況，則適量含有Al以及N即可，另外，如果是利用MnS和MnSe系抑制劑的情況，則適量含有Mn與Se和/或S即可。當然，也可以并用兩種抑制劑。此時的Al、N、S以及Se的優選含量分別為Al:0.01 0.065質量％、N:0.005 0.012質量％、S:0.005 0.03質量 ％、Se:0.005 0.03 質量 ％。另外，本發明也可以適用于限制Al、N、S、Se的含量的不使用抑制劑的方向性電磁鋼板。該情況下， 優選將Al、N、S以及Se量分別抑制為Al:100質量ppm以下、N:50質量ppm以下、S:50質量ppm以下、Se:50質量ppm以下。除了上述基本成分以外，作為磁特性改善成分，還可以適當含有如下所述的元素。選自Ni:0.03 1.50 質量 ％、Sn:0.01 1.50 質量 ％、Sb:0.005 1.50 質量 ％、Cu:0.03 3.0 質量 ％、P:0.03 0.50 質量 ％、Mo:0.005 0.10 質量 ％ 以及 Cr:0.03 1.50質量％中的至少一種Ni是用于進一步改善熱軋板組織從而使磁特性進一步提高的有用的元素。但是，含量小于0.03質量％時，磁特性的提高效果小，另一方面，在1.5質量％以下時，特別是二次再結晶的穩定性增加，磁特性進一步得到改善。因此，優選Ni量為0.03 1.5質量％的范圍。另外，Sn、Sb、Cu、P、Mo以及Cr分別是對磁特性的提高有用的元素，任意一個不滿足上述各成分的下限時，磁特性的提高效果小，另一方面，在上述各成分的上限量以下的情況下，二次再結晶晶粒的發達達到最佳。因此，優選分別在上述范圍內含有。需要說明的是，上述成分以外的余量為在制造工序中混入的不可避免的雜質以及Fe。另外，磁通密度B8為1.90T以上的方向性電磁鋼板有利地適合作為本發明中的方向性電磁鋼板。這是因為，在磁通密度B8低的情況下，最終退火板的軋制方向與二次再結晶晶粒的〈001〉的偏向角增大，〈001〉的偏離鋼板的仰角(以下，β角)也增大。偏向角增大時，導致磁滯損耗的劣化，另外，β角增大時，磁疇寬度變窄，無法充分地得到由磁疇細化處理帶來的鐵損降低效果。
更優選B8Sl.92T。達到上述成分組成的鋼坯，同樣經過方向性電磁鋼板的通常的工序，得到在二次再結晶退火后形成了張力絕緣被膜的方向性電磁鋼板。即，在板坯加熱后實施熱軋，通過一次冷軋或中間隔著中間退火的兩次以上的冷軋，得到最終板厚，然后，進行脫碳和一次再結晶退火后，涂布例如以MgO作為主成分的退火分離劑，實施包括二次再結晶過程和純化過程的最終退火。在此，以MgO作為主成分是指:在不損害作為本發明的目的的鎂橄欖石被膜的形成的范圍內，還可以含有MgO以外的公知的退火分離劑成分和特性改善成分。然后，涂布例如以膠態氧化硅以及Al、Mg、Ca、Zn等的磷酸鹽中的一種或兩種以上作為主成分的涂布處理液并進行燒結，可以形成張力賦予型的絕緣被膜。在此，以膠態氧化硅以及Al、Mg、Ca、Zn等的磷酸鹽中的一種或兩種以上作為主成分是指:在不損害作為本發明的目的的絕緣被膜的形成的范圍內，還可以含有上述以外的公知的絕緣涂布成分和特性改善成分。本發明中，在上述最終退火中的鎂橄欖石被膜形成時、以及之后的張力賦予型絕緣被膜形成時，將預定導入應變的面(應變導入面)與沒有預定導入應變的面(非應變導入面)的各自的被膜張力控制在 規定的范圍內，然后，從應變導入面(鋼板形成凸狀的面)一側進行熱應變型的磁疇細化處理，此時，調節磁疇細化的程度(電子束和激光等的照射強度)以使翹曲量處于規定的范圍內。實施例實施例1將含有Si:3質量％的軋制成最終板厚為0.23mm的冷軋板進行脫碳和一次再結晶退火后，涂布以MgO作為主成分的退火分離劑，實施包括二次再結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。接著，涂布由50%的膠態氧化硅和磷酸鎂構成的涂布處理液，在850°C下燒結，形成張力賦予型的絕緣被膜。此時，僅對鋼板的單面變更絕緣被膜的單位涂敷量，由此使鋼板兩表面上的絕緣被膜的賦予張力發生變化。接著，對單面實施在軋制方向的直角方向上照射電子束的磁疇細化處理。電子束在加速電壓:100kV、照射間隔:10mm、射束電流:3mA的條件下照射鋼板的單面。對電子束照射前的(非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)值以及向應變導入面的鋼板翹曲量進行了考察，將結果與電子束照射后的磁通密度B8以及鐵損W17750的測定結果一起不于表I。表I
權利要求
1.一種方向性電磁鋼板，其為在鋼板表面具有張力賦予型的絕緣被膜、且在鋼板的單面導入應變而使磁疇結構發生了變化的方向性電磁鋼板，其中， 應變導入處理前張力賦予型絕緣被膜對于鋼板面的賦予張力滿足下述(I)式的關系，并且應變導入處理后應變導入面的鋼板翹曲量為Imm以上且IOmm以下， 1.0 ^ (非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)<2.0 (I) 其中，鋼板翅曲量表不在將軋制方向長度280mm的樣品以使軋制直角方向垂直的方式放置并夾持固定軋制方向一端30_時、與固定的一端相對的一端的位移量。
2.如權利要求1所述的方向性電磁鋼板，其中，應變導入處理前張力賦予型絕緣被膜對于鋼板面的賦予張力滿足下述(2)式的關系，并且應變導入處理后應變導入面的鋼板翹曲量為3mm以上且8mm以下，1.2 ((非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)<1.6 (2) 其中，鋼板翅曲量表不在將軋制方向長度280mm的樣品以使軋制直角方向垂直的方式放置并夾持固定軋制方向一端30_時、與固定的一端相對的一端的位移量。
3.一種方向性電磁鋼板，其為在鋼板表面具有張力賦予型的基體被膜、且在鋼板的單面導入應變而使磁疇結構發生了變化的方向性電磁鋼板，其中， 應變導入處理前張力賦予型基體被膜對于鋼板面的賦予張力滿足下述(3)式的關系，并且應變導入處理后應變導入面的鋼板翹曲量為Imm以上且IOmm以下， 1.0 ^ (非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)<2.0 (3) 其中，鋼板翅曲量表不在將 軋制方向長度280mm的樣品以使軋制直角方向垂直的方式放置并夾持固定軋制方向一端30_時、與固定的一端相對的一端的位移量。
4.如權利要求3所述的方向性電磁鋼板，其中，應變導入處理前張力賦予型基體被膜對于鋼板面的賦予張力滿足下述(4)式的關系，并且應變導入處理后應變導入面的鋼板翹曲量為3mm以上且8mm以下，1.2 ((非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)<1.6 (4) 其中，鋼板翅曲量表不在將軋制方向長度280mm的樣品以使軋制直角方向垂直的方式放置并夾持固定軋制方向一端30_時、與固定的一端相對的一端的位移量。
5.如權利要求1 4中任一項所述的方向性電磁鋼板，其中，應變導入處理為電子束照射。
6.如權利要求1 4中任一項所述的方向性電磁鋼板，其中，應變導入處理為連續激光照射。
全文摘要
本發明提供一種方向性電磁鋼板，通過將應變導入處理前的張力賦予型絕緣被膜或張力賦予型絕緣被膜對于鋼板面的賦予張力調節至下述式(1)的范圍內，并且將應變導入處理后的應變導入面的鋼板翹曲量控制為1mm以上且10mm以下，由此，即使在通過能夠最大限度地得到鐵損降低效果的高能量下的應變導入處理進行的人工磁疇細化處理后，也降低了以往所擔心的鋼板翹曲的發生，并且具有足夠低的鐵損，1.0≤(非應變導入面的賦予張力)/(應變導入面的賦予張力)≤2.0---(1)。
文檔編號C22C38/00GK103080352SQ20118003893
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月4日 優先權日2010年8月6日
發明者竹中雅紀, 高島稔, 山口廣, 大村健 申請人:杰富意鋼鐵株式會社