方向性电磁钢板及其制造方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201180036001.6 | 申请日 | 2011-08-03 | 公开(公告)号 | CN103025903B | 公开(公告)日 | 2015-05-06 |
| 申请人 | 杰富意钢铁株式会社; | 发明人 | 大村健; 山口广; 冈部诚司; | ||||
| 摘要 | 根据本 发明 ，通过使 钢 板的应变引入侧的镁橄榄石被膜的膜厚Wa与非应变引入侧的镁橄榄石被膜的膜厚Wb之比(Wa/Wb)为0.5以上并且使应变引入侧的钢板表面的 磁畴 不连续部的平均宽度为150~300μm、非应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度为250~500μm，能够得到在组装到实际 变压器 中时表现出优良的低噪音性且进行了利用 电子 束照射 的磁畴细化处理的方向性电磁钢板。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种方向性电磁钢板，在表面具有镁橄榄石被膜，利用电子束实施了应变引入且磁通密度B8为1.92T以上，其中，该钢板的应变引入侧的镁橄榄石被膜的膜厚Wa与非应变引入侧的镁橄榄石被膜的膜厚Wb之比(Wa/Wb)为0.5以上，并且，应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度为150~300μm，非应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度为250~500μm。 |
||||||
| 说明书全文 | 方向性电磁钢板及其制造方法技术领域背景技术[0002] 方向性电磁钢板主要作为变压器的铁芯使用，一般要求其磁化特性优良，特别是要求铁损低。 [0003] 因此，重要的是使钢板中的二次再结晶晶粒与(110)[001]取向(所谓的高斯取向)高度一致、降低成品钢板中的杂质。另外，结晶取向的控制、杂质的降低在与制造成本的平衡等方面存在界限。因此，正在开发通过物理方法向钢板表面引入不均匀性并使磁畴的宽度细化从而降低铁损的技术、即磁畴细化技术。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：日本特公昭57-2252号公报 [0008] 专利文献2：日本特公平06-072266号公报 发明内容[0009] 发明所要解决的问题 [0010] 但是，将上述实施了磁畴细化处理的各种方向性电磁钢板组装到实际变压器中时，残留有实际变压器的噪音变大的问题。 [0011] 本发明正是鉴于上述现状而开发的，因此其目的在于提供在组装到实际变压器中时能够得到优良的低噪音性和低铁损特性的方向性电磁钢板，并同时提供其有利的制造方法。 [0012] 用于解决问题的方法 [0013] 发明人对将磁畴细化处理后的方向性电磁钢板用于实际变压器时产生的噪音增加的原因进行了调查。结果获知，变压器噪音增加的原因在于，在为了进行磁畴细化而引入热应变时应变引入部的镁橄榄石被膜(以Mg2SiO4为主体的被膜)的厚度减小。并且就这一点判明，如果对钢板的应变引入侧的镁橄榄石被膜的膜厚Wa与非应变引入侧的镁橄榄石被膜的膜厚Wb之比进行适当调节，则能够防止噪音劣化。 [0014] 另外，对能够最大限度得到由磁畴细化处理带来的降低铁损的效果的条件进行了考察，结果判明，需要将应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度和非应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度各自调节到适当的范围。在此，应变引入侧是指照射了电子束的一侧，非应变引入侧是指未实施电子束照射的一侧。 [0015] 本发明基于上述发现而开发。 [0016] 即，本发明的主旨构成如下所述。 [0017] 1.一种方向性电磁钢板，在表面具有镁橄榄石被膜，利用电子束实施了应变引入且磁通密度B8为1.92T以上，其中，该钢板的应变引入侧的镁橄榄石被膜的膜厚Wa与非应变引入侧的镁橄榄石被膜的膜厚Wb之比(Wa/Wb)为0.5以上，并且，应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度为150~300μm，非应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度为250~500μm。 [0018] 2.一种方向性电磁钢板的制造方法，对方向性电磁钢板用钢坯进行轧制并精加工至最终板厚后，实施脱碳退火，接着在钢板表面上涂布以MgO为主要成分的退火分离剂后进行最终退火，然后施加张力涂层，并在该最终退火后或施加该张力涂层后进行利用电子束照射的磁畴细化处理，所述制造方法中， [0019] (1)将电子束照射时的真空度设定为0.1~5Pa， [0020] (2)将平整退火时对钢板赋予的张力控制为5~15MPa。 [0022] 发明效果 [0024] 图1是表示用于测定镁橄榄石被膜厚度的截面的图。 [0025] 图2是表示钢板的磁畴观察结果的图。 具体实施方式[0026] 以下，对本发明进行具体说明。 [0027] 在本发明中，用于赋予应变从而抑制使用磁畴细化处理后的方向性电磁钢板的实际变压器的噪音增加的要点在于全部满足以下三个要点。 [0028] (应变引入侧的镁橄榄石被膜厚度的控制) [0029] 第一要点为引入有应变的部分的镁橄榄石被膜厚度的控制，镁橄榄石被膜厚度的控制重要的理由如下所述。 [0030] 钢板表面的镁橄榄石被膜赋予钢板张力。该镁橄榄石被膜的厚度发生变化时，钢板的张力分布变得不均匀。张力分布产生不均匀时，导致噪音的钢板的磁致伸缩振动波形发生变形，结果，高次谐波成分重叠而导致噪音增加。因此，为了抑制该噪音增加，重要的是抑制引入热应变时产生的镁橄榄石被膜厚度的减少。即，需要使应变引入侧的镁橄榄石被膜的膜厚Wa与非应变引入侧的镁橄榄石被膜的膜厚Wb之比(Wa/Wb)为0.5以上。优选为0.7以上。 [0031] 需要说明的是，引入应变前的钢板两面的镁橄榄石被膜的厚度通常为同等程度。因此，Wa/Wb的最大值约为1。 [0032] 另外，图1是具有镁橄榄石被膜的钢板截面的示意图。从短周期来看，镁橄榄石被膜的厚度不均匀且凹凸大，但通过采用足够的测定距离，可以根据其平均值来确定厚度。具体而言，切下钢板截面的试样，对预定的测定距离(优选1mm)求出镁橄榄石被膜的面积(优选使用SEM观察和图像分析)，并计算出该面的被膜厚度的平均值，由此可以得到镁橄榄石被膜的厚度。 [0033] 为了满足上述比(Wa/Wb)，如前所述，重要的是抑制实施了热应变赋予的部分的镁橄榄石被膜厚度的减少，其抑制手段如下所述。 [0034] 首先，重要的是形成良好的镁橄榄石被膜。在此，良好的镁橄榄石被膜是指被膜中由裂纹等引起的空隙少且致密度高的镁橄榄石被膜。另外，对镁橄榄石被膜造成裂纹等损伤的因素中影响最大的是对平整退火中的钢板赋予的张力，该张力强时，镁橄榄石被膜受损而产生裂纹等。因此，在钢板温度高且张力敏感性高的退火炉内，需要将张力控制为2 15MPa(1.5kgf/mm)以下。 [0035] 另一方面，本发明中，需要使上述张力为5MPa(0.5kgf/mm2)以上。这是因为，低于5MPa时，钢板的形状矫正变得不充分。另外，需要控制电子束照射时的真空度。一般认为电子束照射时真空度越高越好。但是，本发明人发现，为了抑制镁橄榄石被膜的减少，在电子束照射中使氧适度地残留是有效的。其理由尚未明确，但认为钢板由于引入热应变时残留的氧而发生氧化，这可能会给镁橄榄石被膜膜厚的维持带来一些影响。在此，为了抑制镁橄榄石被膜膜厚的减少，需要使真空度为0.1~5Pa的范围。真空度高于0.1Pa时，无法抑制镁橄榄石被膜的减少。另一方面，真空度低于5Pa时，无法有效地对钢板赋予热应变。更优选为0.5~3Pa的范围。 [0036] (应变引入侧的钢板表面和非应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的控制)[0037] 第二要点为应变引入侧的钢板表面和非应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的控制。 [0038] 通过控制上述镁橄榄石被膜的厚度，能够在某种程度上抑制噪音增加，但实际变压器进一步要求低噪音和低铁损。 [0039] 即，为了降低变压器铁损，降低原材料的铁损也是重要的。即，为了充分得到原材料的磁畴细化效果，重要的是： [0040] (i)引入应变直至在应变引入侧的钢板表面和非应变引入侧的钢板表面也产生磁畴不连续部； [0041] (ii)应变引入会导致磁滞损耗的劣化，因此，要尽量使磁畴不连续部的宽度变窄。 [0042] 满足上述(i)和(ii)各项的具体条件是使应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度为150~300μm并且使非应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度为250~500μm。即，本发明通过规定非应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度来满足上述(i)，并通过设定各自的平均宽度的上限值来满足上述(ii)。另外，设定各自的平均宽度的下限值是因为，宽度比该下限值更窄时无法得到磁畴细化效果。 [0043] 另外，在不满足作为上述第一要点的平整退火时的最大张力和电子束照射时的真空度时，在不使镁橄榄石被膜的厚度减小的情况下满足上述热影响宽度是极为困难的。 [0044] 在此，需要注意的是，本发明中重要的是磁畴不连续部的平均宽度，而不是平均照射宽度。即，这是因为，在钢板中引入热时，热在板厚方向、板宽方向等所有方向上扩展，因此受到这种热影响的磁畴不连续部通常存在变得比照射宽度更宽的倾向。另外，出于相同的理由，与应变引入侧的磁畴不连续部相比，非应变引入侧的磁畴不连续部的宽度更宽。 [0045] 本发明中磁畴不连续部的宽度可以通过如下方法得到：使用磁性胶体的比特法等使磁畴结构可见化，从而能够识别通过电子束照射形成的不连续部(参考图2)，进而对预定的测定距离(优选20mm)测定磁畴不连续部的宽度并计算其平均值。在此，图2是表示磁畴细化处理后方向性电磁钢板的磁畴结构的示意图，其示出了在左右方向上具有主磁畴并与主磁畴基本垂直地在纸面中央的上下方向上照射电子束而得到的情形。磁畴不连续部是指主磁畴的结构由于电子束照射而杂乱的区域，其与通过电子束照射而受到热影响的区域基本对应。 [0046] (原材料晶粒在易磁化轴上的集聚度高) [0047] 第三要点为原材料晶粒在易磁化轴上的集聚度高。 [0048] 对于变压器噪音即磁致伸缩振动而言，原材料晶粒在易磁化轴上的集聚度越高，振动振幅越小。因此，为了抑制噪音，需要使也作为在易磁化轴上的集聚度的指标的磁通密度B8为1.92T以上。在此，磁通密度B8低于1.92T时，在磁化过程中产生用于与励磁磁场平行的磁畴的旋转运动大的磁致伸缩，因此使变压器的噪音增大。另外，集聚度越高，磁畴细化效果也越高，因此，从降低铁损的观点考虑，也需要使磁通密度B8为1.92T以上。 [0049] 作为本发明的应变引入处理，限定为能够减轻应变引入部的被膜损伤的使用电子束的方法。在此，在实施电子束照射的情况下，使照射方向为横穿轧制方向的方向，优选为与轧制方向呈60°~90°的方向，并使电子束的照射间隔为约3mm~约15mm。另外，使用加速电压为10~200kV、电流为0.1~100mA的电子束照射条件并使用0.01~0.5mm的束径(直径)以点状或线状实施。优选的束径为0.01~0.3mm。 [0050] 以下，对本发明的方向性电磁钢板的制造条件进行具体说明。 [0051] 本发明中，方向性电磁钢板用钢坯的成分组成为发生二次再结晶的成分组成即可。 [0052] 另外，在使用抑制剂的情况下，例如使用AlN系抑制剂时，适量含有Al和N即可，另外在使用MnS·MnSe系抑制剂时，适量含有Mn及Se和/或S即可。当然，也可以组合使用两种抑制剂。这种情况下，Al、N、S和Se的优选含量分别为Al：0.01~0.065质量%、N：0.005~0.012质量%、S：0.005~0.03质量%、Se：0.005~0.03质量%。 [0053] 另外，本发明也能够适用于限制了Al、N、S、Se的含量且不使用抑制剂的方向性电磁钢板。 [0054] 这种情况下，Al、N、S和Se量优选分别抑制为Al：100质量ppm以下、N：50质量ppm以下、S：50质量ppm以下、Se：50质量ppm以下。 [0055] 以下，对本发明的方向性电磁钢板用钢坯的基本成分和任选添加成分进行具体说明。 [0056] C：0.08质量%以下 [0057] C用于改善热轧板组织而添加，但超过0.08质量%时，用于将C降低至在制造工序中不引起磁时效的50质量ppm以下的负担增大，因此，优选设定为0.08质量%以下。另外，关于下限，即使是不含C的原材料也能够进行二次再结晶，因此无需特别设定。 [0058] Si：2.0~8.0质量% [0059] Si是对于提高钢的电阻并改善铁损有效的元素，含量为2.0质量%以上时，降低铁损的效果特别良好。另一方面，含量为8.0质量%以下时，能够得到特别优良的加工性、磁通密度。因此，Si量优选设定为2.0~8.0质量%的范围。 [0060] Mn：0.005~1.0质量% [0061] Mn在使热加工性良好的方面是有利的元素，但含量低于0.005质量%时，其添加效果不足。另一方面，含量为1.0质量%以下时，成品板的磁通密度特别良好。因此，Mn量优选设定为0.005~1.0质量%的范围。 [0062] 除上述基本成分以外，还可以适当含有如下所述的元素作为改善磁特性的成分。 [0063] 选自Ni：0.03~1.50质量%、Sn：0.01~1.50质量%、Sb：0.005~1.50质量%、Cu：0.03~3.0质量%、P：0.03~0.50质量%、Mo：0.005~0.10质量%和Cr：0.03~1.50质量%中的至少一种 [0064] Ni是对于进一步改善热轧板组织而进一步提高磁特性有用的元素。但是，含量低于0.03质量%时，提高磁特性的效果小，另一方面，含量为1.5质量%以下时，二次再结晶的稳定性格外增加，从而使磁特性进一步得到改善。因此，Ni量优选设定为0.03~1.5质量%的范围。 [0065] 另外，Sn、Sb、Cu、P、Mo和Cr各自为对于提高磁特性有用的元素，但均不满足上述各成分的下限时，提高磁特性的效果小，另一方面，含量为上述各成分的上限量以下时，二次再结晶晶粒的发达最良好。因此，优选各自以上述范围含有。 [0066] 另外，上述成分以外的余量为在制造工序中混入的不可避免的杂质和Fe。 [0067] 接着，将具有上述成分组成的钢坯按照常规方法加热后供于热轧，但是，也可以在铸造后不经加热而直接进行热轧。在薄铸片的情况下，可以进行热轧，也可以省略热轧而直接进行之后的工序。 [0068] 另外，根据需要实施热轧板退火。热轧板退火的主要目的在于，消除在热轧中产生的条带组织而使一次再结晶组织进行整粒，从而在二次再结晶退火中使高斯组织进一步发达而改善磁特性。此时，为了使高斯组织在成品板中高度发达，优选800~1100℃的范围作为热轧板退火温度。热轧板退火温度低于800℃时，热轧中的条带组织残留，难以实现进行整粒后的一次再结晶组织，从而无法得到期望的二次再结晶的改善。另一方面，热轧板退火温度超过1100℃时，热轧板退火后的粒径过于粗大化，因此难以实现进行整粒后的一次再结晶组织。 [0069] 热轧板退火后，优选实施一次冷轧或隔着中间退火的两次以上的冷轧，然后精加工至最终板厚。接着，进行脱碳退火(兼作再结晶退火)，并涂布退火分离剂。涂布退火分离剂后，以二次再结晶和镁橄榄石被膜的形成为目的进行最终退火。另外，对于退火分离剂而言，为了形成镁橄榄石，优选以MgO为主要成分。在此，MgO为主要成分是指在不损害作为本发明目的的镁橄榄石被膜的形成的范围内，可以含有MgO以外的公知的退火分离剂成分、特性改善成分。 [0070] 在最终退火后，进行平整退火来矫正形状是有效的。另外，本发明中，在平整退火前或平整退火后在钢板表面上施加绝缘涂层。在此，该绝缘涂层是指，在本发明中为了降低铁损而能够对钢板赋予张力的涂层(以下称为张力涂层)。另外，作为张力涂层，可以列举含有二氧化硅的无机系涂层、使用物理蒸镀法、化学蒸镀法等形成的陶瓷涂层等。 [0071] 本发明中，对于上述最终退火后或施加张力涂层后的方向性电磁钢板，在上述任一阶段对钢板表面照射电子束，由此实施磁畴细化处理，通过如前所述对照射电子束时的真空度进行控制，能够充分发挥由电子束照射带来的热应变赋予效果，并且能够极力降低被膜的损伤。 [0072] 本发明中，除上述工序、制造条件以外，还可以应用实施以往公知的使用电子束的磁畴细化处理的方向性电磁钢板的制造方法。 [0073] 实施例1 [0074] 通过连铸来制造成分组成为含有C：0.08质量%、Si：3.1质量%、Mn：0.05质量%、Ni：0.01质量%、Al：230质量ppm、N：90质量ppm、Se：180质量ppm、S：20质量ppm和O：22质量ppm且余量为Fe和不可避免的杂质的钢坯，加热至1400℃后，通过热轧制成板厚为 2.0mm的热轧板，然后在1100℃下实施120秒的热轧板退火。接着，通过冷轧制成0.65mm的中间板厚，并在氧化度PH2O/PH2=0.32、温度：1000℃、时间：60秒的条件下实施中间退火。然后，通过盐酸酸洗除去表面的次生氧化皮后，再次实施冷轧，制成板厚为0.23mm的冷轧板。 [0075] 接着，实施在氧化度PH2O/PH2=0.50、均热温度：830℃的条件下保持60秒的脱碳退火，然后，涂布以MgO为主要成分的退火分离剂，在1200℃、30小时的条件下实施以二次再结晶、镁橄榄石被膜形成和纯化为目的的最终退火。然后，涂布包含60%的胶态二氧化硅和磷酸铝的绝缘涂层，并在800℃下烧结。该涂层涂布处理也兼作平整退火。 [0076] 然后，对单面实施在与轧制方向垂直的方向上以照射宽度：0.15mm、照射间隔：5.0mm照射电子束的磁畴细化处理，得到成品并评价磁特性。变更一次再结晶退火温度而得到磁通密度B8值为1.90~1.95T的材料。另外，对于电子束照射，也变更电子束电流值和电子束扫描速度而以各种条件进行照射。然后，对各成品进行斜角剪切，组装500kVA的三相变压器，并以50Hz、1.7T在励磁状态下测定铁损和噪音。本变压器中铁损和噪音的设计值为55dB、0.83W/kg。 [0077] 将上述铁损和噪音的测定结果示于表1中。 [0078] [0079] 如该表所示，在使用实施利用电子束的磁畴细化处理且满足本发明的范围的方向性电磁钢板的情况下，实际变压器的噪音低，并且铁损特性的劣化也得到抑制，均得到了满足设计值的特性。 [0080] 与此相对，磁通密度偏离本发明范围的No.11和No.12的比较例中，均未同时得到低噪音性和低铁损性。另外，(Wa/Wb)低于0.5的No.1~3和10的比较例中，均未得到低噪音性。另外，应变引入侧或非应变引入侧的钢板表面的磁畴不连续部的平均宽度偏离本发明范围的No.6、8、9的比较例中，铁损性均较差。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈