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CN103052723A - 方向性电磁钢板及其制造方法 - Google Patents

方向性电磁钢板及其制造方法 Download PDF

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CN103052723A
CN103052723A CN2010800682890A CN201080068289A CN103052723A CN 103052723 A CN103052723 A CN 103052723A CN 2010800682890 A CN2010800682890 A CN 2010800682890A CN 201080068289 A CN201080068289 A CN 201080068289A CN 103052723 A CN103052723 A CN 103052723A
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Abstract

本发明提供方向性电磁钢板及其制造方法。该方法为:对含Si的硅钢板(1)进行冷轧。接着,通过将硅钢板(1)进行脱碳退火(3),使其发生一次再结晶。接着,将硅钢板(1)卷取,得到钢板卷(31)。接着,通过将钢板卷(31)以分批处理进行退火(6),使其发生二次再结晶。接着,将钢板卷(31)开卷并平坦化。在进行冷轧的工序与得到钢板卷(31)的工序之间,对硅钢板(1)的表面,自硅钢板(1)的板宽方向的一端朝另一端以规定的间隔多次照射激光束(2)。在发生二次再结晶之际,使沿着激光束的轨迹产生贯通硅钢板(1)的表里的晶体晶界。

Description

方向性电磁钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及适合变压器的铁芯等的方向性电磁钢板及其制造方法。
背景技术
方向性电磁钢板含有Si,其晶粒的易磁化轴(立方晶(100)<001>)大致与钢板制造工序中的轧制方向一致。这样的方向性电磁钢板作为变压器的铁芯等的材料是非常优异的。在方向性电磁钢板的磁特性中特别重要的特性是磁通密度及铁损。
对于施加规定的磁化力时的方向性电磁钢板的磁通密度而言,具有随着晶粒的易磁化轴与钢板的轧制方向(也称为L方向)一致的程度、即晶体取向的取向性越高而变得越大的倾向。作为表示磁通密度的指标,通常使用磁通密度B8。磁通密度B8为在L方向施加800A/m的磁化力时在方向性电磁钢板上产生的磁通密度。即,由于磁通密度B8的值越大的方向性电磁钢板在恒定的磁化力下产生的磁通密度越大,因此可以说适合小型且效率优异的变压器。
另外,作为表示铁损的指标,通常使用铁损W17/50。铁损W17/50是在最大磁通密度为1.7T、频率为50Hz的条件下对方向性电磁钢板进行交流励磁时的铁损。铁损W17/50的值越小的方向性电磁钢板的能量损失越低,可以说适于变压器。另外,具有随着磁通密度B8的值越大而铁损W17/50的值变得越小的倾向。因此,为了降低铁损W17/50,提高晶体取向的取向性也是有效的。
通常,按照如下所述制造方向性电磁钢板。将含规定量的Si的硅钢板的原材料进行热轧、退火及冷轧,得到期望厚度的硅钢板。接着,将冷轧后的硅钢板退火。由于该退火,发生一次再结晶,形成晶粒的易磁化轴与轧制方向一致的所谓高斯(Goss)取向的晶粒(高斯取向晶粒,晶体粒径:20μm~30μm)。该退火还兼具脱碳退火。然后,对发生一次再结晶后的硅钢板的表面涂布以MgO为主要成分的退火分离剂。接下来,将涂布有退火分离剂的硅钢板卷取制作钢板卷,对该钢板卷进行分批处理的退火。由于该退火,发生二次再结晶,并且在硅钢板的表面上形成玻璃皮膜。在二次再结晶之际,由于硅钢板所含抑制剂的影响,高斯取向的晶粒优先生长,就较大的晶粒而言,晶体粒径达到100mm以上。接着,一边将钢板卷开卷,一边进行使发生二次再结晶后的硅钢板平坦化的退火及绝缘皮膜的形成等。
通过这样的方法制造的方向性电磁钢板的各晶粒的取向差不多在二次再结晶之时确定。图1A为表示通过二次再结晶得到的晶粒的取向的图。如上所述,在二次再结晶之时,轧制方向13与易磁化轴的方向12一致的高斯取向的晶粒14优先生长。此时,硅钢板不平坦而卷成卷状时,钢板卷的周边的切线方向与轧制方向13一致。另一方面,晶粒14不会与钢板卷的形状吻合地生长,如图1A所示,在保持在晶粒14内的晶体取向的直线性的状态下生长。因此,在二次再结晶后将钢板卷开卷而平坦化时,如图1B所示,在许多晶粒14内,产生易磁化轴方向12不与方向性电磁钢板的表面平行的部分。即,各晶粒14的易磁化轴方向(立方晶(100)<001>)与轧制方向的角度偏差β增大。角度偏差β增大时,晶体取向的取向性降低,导致磁通密度B8降低。
并且,晶体粒径越大角度偏差β的增大越显著。近年来,通过抑制剂的强化等,可以促进高斯取向的晶粒的选择生长性,尤其对于轧制方向的尺寸大的晶粒而言,磁通密度B8的降低变得显著。
并且,以往提出了各种以提高磁通密度或降低铁损等为目的的技术。然而,对于现有的技术而言,难以在维持较高生产率的同时,达成磁通密度的提高以及铁损的降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平7-268474号公报
专利文献2:日本特开昭60-114519号公报
专利文献3:日本特公平06-19112号公报
专利文献4:日本特开昭61-75506号公报
专利文献5:日本特开平10-183312号公报
专利文献6:日本特开2006-144058号公报
非专利文献
非专利文献1:T.Nozawa,etal.,IEEE Transactionon Magnetics,Vol.MAG-14(1978)P252-257
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供能够在维持较高生产率的同时提高磁通密度并降低铁损的方向性电磁钢板及其制造方法。
用于解决问题的手段
本申请的发明者们进行了深入研究,结果想到以下的各方案。
(1)一种方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,具有:对含Si的硅钢板进行冷轧的工序;接着,通过将上述硅钢板进行脱碳退火,使其发生一次再结晶的工序;接着,卷取上述硅钢板,得到钢板卷的工序;接着,通过将上述钢板卷以分批处理进行退火,使其发生二次再结晶的工序;和接着,将上述钢板卷开卷并平坦化的工序,并且具有下述工序:在上述进行冷轧的工序与上述得到钢板卷的工序之间,对上述硅钢板的表面,自上述硅钢板的板宽方向的一端朝另一端在轧制方向以规定的间隔多次照射激光束;其中,在上述发生二次再结晶之际,使沿着上述激光束的轨迹产生贯通上述硅钢板的表里的晶体晶界。
(2)根据(1)所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,上述硅钢板的表面的照射了上述激光束部分是平坦的。
(3)根据(1)或(2)所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,上述规定的间隔是基于上述硅钢板的上述钢板卷的曲率半径来设定的。
(4)根据(1)~(3)中任一项所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,在将上述硅钢板内的任意的位置的上述钢板卷的曲率半径设为R(mm)、将该位置的上述规定的间隔设为PL(mm)时,满足下述的关系。
PL≤013×R
(5)根据(4)所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,上述规定的间隔是恒定的。
(6)根据(4)所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,随着自上述钢板卷的内表面越接近外表面,上述规定的间隔变得越宽。
(7)根据(1)~(6)中任一项所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,上述规定的间隔为2mm以上。
(8)根据(1)~(7)中任一项所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,在将上述激光束的平均强度设为P(W)、将上述激光束的聚焦光斑的轧制方向的聚焦直径设为Dl(mm)、将上述激光束的板宽方向的扫描速度设为Vc(mm/秒)、将上述激光束的照射能量密度设为Up=4/π×P/(Dl×Vc)时,满足下述的关系。
0.5J/mm2≤Up≤20J/mm2
(9)根据(1)~(8)中任一项所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,在将上述激光束的平均强度设为P(W)、将上述激光束的聚焦光斑的轧制方向的聚焦直径设为Dl(mm)、将上述激光束的聚焦光斑的板宽方向的聚焦直径设为Dc(mm)、将上述激光束的瞬时功率密度设为Ip=4/π×P/(Dl×Dc)时,满足下述的关系。
Ip≤100kW/mm2
(10)一种方向性电磁钢板,其特征在于,存在沿着自方向性电磁钢板的板宽方向的一端朝另一端扫描的激光束的轨迹延伸并贯通上述方向性电磁钢板的表里的晶体晶界,在将上述方向性电磁钢板的轧制方向与各晶粒的易磁化轴方向(100)<001>所成的角在板厚方向设为β(°)时,距离上述晶体晶界1mm的位置处的β的值为7.3°以下。
(11)根据(10)所述的方向性电磁钢板,其特征在于,在上述晶体晶界上,基底铁的表面变得平坦。
发明的效果
根据本发明,通过沿着激光束的轨迹贯通硅钢板的表里的晶体晶界,能够将角度偏差抑制得较低,因此能够在维持较高生产率的同时提高磁通密度、降低铁损。
附图说明
图1A为表示通过二次再结晶得到的晶粒的取向的图。
图1B为表示平坦化后的晶粒的图。
图2A为表示本发明的实施方式的方向性电磁钢板的制造方法的图。
图2B为表示实施方式的变形例的图。
图3A为表示扫描激光束的方法的例子的图。
图3B为表示扫描激光束的方法的其他例子的图。
图4A为表示光斑的俯视图。
图4B为表示光斑的剖视图。
图5A为表示在本发明的实施方式中产生的晶体晶界的俯视图。
图5B为表示在本发明的实施方式中产生的晶体晶界的剖视图。
图6A为表示在进行了激光束的照射的情况下得到的硅钢板的表面的照片的图。
图6B为表示在省略了激光束的照射的情况下得到的硅钢板的表面的照片的图。
图7为表示在进行了激光束的照射的情况下得到的硅钢板的截面的照片的图。
图8为表示晶体晶界与角度偏差β之间的关系的图。
图9A为表示曲率半径R与内径R1和外径R2之间的关系的图。
图9B为表示对卷No.C1照射激光束的间隔的图。
图9C为表示对卷No.C2照射激光束的间隔的图。
图9D为表示对卷No.C3照射激光束的间隔的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。图2A为表示本发明的实施方式的方向性电磁钢板的制造方法的图。
在本实施方式中,如图2A所示,对例如含2质量%~4质量%的Si的硅钢板1进行冷轧。该硅钢板1能够经过例如钢水的连续铸造、通过连续铸造得到的板坯的热轧及通过热轧得到的热轧钢板的退火等来制作。该退火的温度为例如约1100℃。另外,冷轧后的硅钢板1的厚度为例如0.20mm~0.3mm左右,并且例如在冷轧后将硅钢板1卷取成卷状来形成冷轧卷。
接着,将卷状的硅钢板1一边开卷一边供给脱碳退火炉3,在退火炉3内进行退火。该退火的温度为例如700℃~900℃。在该退火之时,发生脱碳,然后发生一次再结晶,形成易磁化轴与轧制方向一致的高斯取向的晶粒。然后,使用冷却装置4,将从脱碳退火炉3排出的硅钢板1冷却。接下来,进行将以MgO为主要成分的退火分离剂涂布在硅钢板1的表面上的涂布5。然后,将涂布有退火分离剂的硅钢板1卷取成预先设定好的内径R1的卷状来形成钢板卷31。
另外,在本实施方式中,在从将卷状的硅钢板1开卷至供给脱碳退火炉3之间,使用激光束照射装置2对硅钢板1的表面,自硅钢板1的板宽方向的一端朝另一端在轧制方向以规定的间隔多次照射激光束。此外,如图2B所示,可以将激光束照射装置2配置在钢板通行方向上比冷却装置4更下游的一侧,并在从基于冷却装置4的冷却至退火分离剂的涂布5之间,对硅钢板1的表面照射激光束。另外,也可以将激光束照射装置2配置在钢板通行方向上比退火炉3更上游的一侧、钢板通行方向上比冷却装置4更下游的一侧这两处,并在两处照射激光束。另外,还可以在退火炉3与冷却装置4之间照射激光束,也可以在退火炉3内或冷却装置4内照射。
此外,激光束的照射例如如图3A所示,通过扫描装置10将从光源(激光装置)发射的激光束9沿与硅钢板1的轧制方向(L方向)几乎垂直的板宽方向(C方向)以规定的间隔PL进行扫描来进行。其结果是,无论是否可辨认,激光束9的轨迹23残存在硅钢板1的表面上。此外,轧制方向与钢板通行方向大致一致。
另外,对激光束的硅钢板1的全部宽度的扫描可以使用1台扫描装置10进行,也可以如图3B所示,使用多台扫描装置20进行。在使用多台扫描装置20的情况下,朝各扫描装置20入射激光束19的光源(激光装置)可以仅设置1台,也可以每个扫描装置20设置1台。光源为1台时,将从该光源发射的激光束进行分割而形成激光束19即可。使用多台扫描装置20时,由于可以将沿板宽方向的照射区域分割成多个,因此能够缩短每1束激光束所需的扫描和照射的时间。所以,尤其适合高速的钢板通行设备。
激光束9或19通过扫描装置10或20内的棱镜聚焦。如图4A及图4B所示,硅钢板1的表面上的激光束9或19的光斑24的形状形成例如板宽方向(C方向)的直径为Dc、轧制方向(L方向)的直径为Dl的圆形或椭圆形。另外,激光束9或19的扫描例如使用扫描装置10或20内的多棱镜等以速度Vc进行。例如,可以设为板宽方向的直径(C方向直径)Dc为5mm、轧制方向的直径(L方向直径)Dl为0.1mm、扫描速度Vc为1000mm/秒左右。
此外,作为光源(激光装置),可以使用例如CO2激光器。另外,还可以使用YAG激光器、半导体激光器、光纤激光器等通常工业上所用的高功率激光器。
另外,对在进行激光束的照射时的硅钢板1的温度没有特别的限制,例如,可以对室温左右的硅钢板1进行激光束的照射。另外,虽然扫描激光束的方向不需要与板宽方向(C方向)一致,但从作业效率等观点和沿轧制方向将磁畴细分为长的条状的方面考虑,从板宽方向(C方向)的偏移优选在45°以内,更优选在20°以内,进一步优选在10°以内。
对激光束的照射间隔PL的详细情况见后述。
在退火分离剂涂布5以及卷取后,如图2A所示,将钢板卷31搬送至退火炉6内,使钢板卷3中心轴沿大致垂直方向设置。接着,以分批处理对钢板卷31进行退火(最终退火)。该退火的最高达到温度为例如1200℃左右,时间为例如20小时左右。在该退火之时,发生二次再结晶,并且在硅钢板1的表面上形成玻璃皮膜。然后,从退火炉6取出钢板卷31。
接下来,将钢板卷31一边开卷一边供给退火炉7,在退火炉7内进行退火。在该退火之时,消除在最终退火时产生的卷曲和应变变形,硅钢板1变得平坦。接着,在硅钢板1的表面上进行皮膜的形成8。作为皮膜,形成例如可作用确保绝缘性及降低铁损的张力的皮膜。经过这一系列的处理制造方向性电磁钢板32。在皮膜的形成8之后,例如为了保管及搬送等的方便,将方向性电磁钢板32卷取成卷状。
如果通过这样的方法制造方向性电磁钢板32,则在二次再结晶之时,如图5A及图5B所示,产生沿着激光束的轨迹23贯通硅钢板1的表里的晶体晶界41。
作为产生这样的晶体晶界41的理由,认为是由伴随激光束的照射的急速加热及冷却导致导入了内部应力及应变。另外,还认为是伴随激光束的照射,通过一次再结晶得到的晶粒的尺寸与周边不同,二次再结晶时的晶粒生长速度不同等。
实际上按照上述的实施方式制造方向性电磁钢板时,可观察到如图6A及图7所示的晶体晶界。在这些晶体晶界中,还包括沿着激光束的轨迹形成的晶体晶界61。另外,在除了省略激光束的照射之外按照上述的实施方式制造方向性电磁钢板时,可观察到图6B表示的晶体晶界。
图6A及图6B为从方向性电磁钢板的表面除去玻璃皮膜等而使基底铁露出后,对其表面进行酸洗并拍摄而得到的照片。在这些照片中,出现了通过二次再结晶得到的晶粒及晶体晶界。另外,在制造作为该照片的拍摄对象的方向性电磁钢板之际,将钢板卷的内径设为300mm、外径设为1000mm。另外,将激光束的照射间隔PL设为约30mm。另外,图7表示与板宽方向(C方向)垂直的截面。
对图6A及图7所示的方向性电磁钢板进行详细观察时,晶粒的轧制方向(L方向)的长度即使最大也仅为相当于照射间隔PL的30mm左右。另外,在照射了激光束的部分未见到槽等的形状的变化,方向性电磁钢板的基底铁的表面大致平坦。另外,在使用了退火炉3的退火之前进行激光束的照射的情况及该退火之后进行激光束的照射的情况中的任一情况下,均可观察到互相相同的晶体晶界。
对本申请的发明者们关于上述的实施方式制造的方向性电磁钢板的角度偏差β进行了详细的调查。在该调查中,通过X射线劳厄法测定了各种晶粒的晶体取向角。X射线劳厄法的空间分辨率即方向性电磁钢板上的X射线光斑的大小为1mm左右。该调查的结果是,在通过沿着激光束的轨迹延伸的晶体晶界划分的晶粒内,各测定位置的角度偏差β全部在0°~6°的范围内。该情况意味着获得了非常高的晶体取向的取向性。
另一方面,在省略激光束的照射而制造的方向性电磁钢板中,轧制方向(L方向)的尺寸与进行了激光束的照射的情况相比,含有较多大的晶粒。并且,关于这样的大晶粒通过X射线劳厄法对角度偏差β进行调查的结果是,全部角度偏差β超过6°,另外,对多数晶粒来说,角度偏差β的最大值超过了10°。
在此,对激光束的照射间隔PL进行说明。
磁通密度B8与角度偏差β的大小的关系例如在非专利文献1中有记载。本发明者们实验性地获得与非专利文献1记载的关系同样的测定数据,并从该测定数据通过最小二乘法得到以式(1)表示的磁通密度B8(T)与β(°)的关系。
B8=-0.026×β+2.090(1)
另一方面,如图5A及图5B及图8所示,在沿着激光束的轨迹的两处的晶体晶界41之间,至少存在1个晶粒42。在此,着眼于1个晶粒42,将晶粒42的上述两处晶体晶界41中的一处一侧的端部的晶体取向作为基准,将在晶粒42内的各位置的角度偏差设为β′。此时,如图8所示,在上述一处一侧的端部,角度偏差β′为0°。另外,在另一处一侧的端部产生在晶粒42内的最大的角度偏差。在此,将该角度偏差设为最大角度偏差βm(β′=βm)。该情况下,最大角度偏差βm使用晶体晶界41的间隔PL即晶粒42的轧制方向的长度Lg、以及最终退火时的钢板卷上在该位置的硅钢板的曲率半径R如式(2)那样来表示。此外,硅钢板的厚度薄得与钢板卷的内径及外径相比为可无视的程度。因此,在钢板卷的内侧的表面的曲率半径与外侧的表面的曲率半径之间几乎没有差别,作为曲率半径R使用任一值对最大角度偏差βm几乎都没有影响。
βm=(180/π)×(LgR)(2)
着眼于式(1)时,可知在角度偏差β为7.3°以下的情况下,可以得到1.90T以上的磁通密度B8。相反,为了获得1.90T以上的磁通密度B8,可以说将角度偏差β设为7.3°以下是重要的。此外,着眼于式(2)时,为了将最大角度偏差βm设为7.3°以下,即为了获得1.90T以上的磁通密度B8,可以说满足下述的式(3)是重要的。
Lg≤0.13×R(3)
从这些关系出发,可以说对于硅钢板中在钢板卷内的曲率半径成为“R”的部位而言,在此生长的晶粒的轧制方向的长度Lg满足式(3)时,最大角度偏差βm成为7.3°以下,可获得1.90T以上的磁通密度B8。另外,长度Lg相当于激光束的照射间隔PL。因此,可以说在硅钢板内的任意的位置,通过与曲率半径R相应地设定以使得激光束的照射间隔PL满足式(4),能够获得高的磁通密度B8
PL≤0.13×R(4)
另外,硅钢板的各部位在钢板卷内的曲率半径R即使在取得钢板卷前,也能够容易地从硅钢板的轧制方向的长度及钢板卷的内径的设定值、以该部位的硅钢板的前端或尾端为基准的位置Ps等信息算出。
另外,为了获得1.95T以上的磁通密度B8而着眼于(1)式及(2)时,将角度偏差β设为5.4°以下是重要的,因此,以满足式(5)的方式设定激光束的照射间隔PL是重要的。
PL≤0.094×R(5)
在此,对与曲率半径R相应地调整照射间隔PL的方法的例子进行说明。即,在该方法中,不固定照射间隔PL而与曲率半径R相应地调整成适合的间隔。如上所述,对在退火分离剂的涂布5中卷取硅钢板1时的内径R1即钢板卷31的内径R1预先进行了设定。钢板卷31的外径R2以及卷绕次数N能够容易地从存在于钢板卷31内的硅钢板1间的间隙的尺寸Δ、硅钢板1的厚度t、硅钢板1的轧制方向的长度L0及内径R1算出。接着,从这些值出发,针对硅钢板1的各部位,可以与距钢板通行方向的前端的距离L1相应地算出钢板卷31的曲率半径R。此外,作为间隙的尺寸Δ,可以使用通过经验取得的值、或者基于卷取方式的值等,只要使用0或0以外的值即可。另外,在已知长度L0、卷内径R1、以及厚度t时,也可以通过经验或者实验求出外径R2及卷绕次数N,并算出曲率半径R。
接着,基于与距离L1相应的曲率半径R,如下所述地进行激光束的照射。
(a)将激光束照射装置2设置于退火炉3的上游侧和/或下流侧。
(b)用线速度监视装置以及照射位置监视装置测定照射激光束的地点处的硅钢板1的通行速度及通过距离(相当于距钢板通行方向的前端的距离L1)。
(c)基于硅钢板1的通行速度、距前端的距离L1、激光束的扫描速度Vc,以使硅钢板1的表面上的照射间隔PL满足式(4)、优选满足式(5)的方式进行设定。此外,还对激光束的照射能量密度及瞬时功率密度等进行设定。
(d)进行激光束的照射。
这样地进行操作,能够与曲率半径R相应地调整照射间隔PL。此外,可以在满足式(4)、优选满足式(5)的范围内固定照射间隔PL。在如上所述进行调整的情况下,由于越接近钢板卷31的外周照射间隔PL变得越宽,因此与固定照射间隔PL的情况相比较,可以降低激光的照射平均功率。
接着,对激光束的照射的条件进行说明。本申请的发明者们从以下示出的实验发现在以(6)式定义的激光束的照射能量密度Up满足了(7)式的情况下,会形成特别适当地沿着激光束的轨迹的晶体晶界。
Up=4/π×P/(Dl×Vc)(6)
0.5J/mm2≤Up≤20J/mm2(7)
在此,P表示激光束的强度(W),Dl表示激光束的聚焦光斑的轧制方向的直径(mm),Vc表示激光束的扫描速度(mm/秒)。
在该实验中,首先,对含2质量%~4质量%的Si的方向性电磁钢用的钢材进行热轧,得到实施了热轧的硅钢板(热轧钢板)。接着,将硅钢板在约1100℃下退火。然后,进行冷轧,使硅钢板的厚度为0.23nm,将其卷取而制作冷轧卷。接下来,从冷轧卷切取C方向的尺寸为100mm、轧制方向(L方向)的尺寸为500mm的单片样品。接着,在单片样品的表面上,沿板宽方向一边扫描一边照射激光束。此时的条件示于表1。然后,在700℃~900℃下进行脱碳退火,使其发生一次再结晶。接下来,将单片样品冷却至室温左右,然后,在单片样品的表面涂布以MgO为主要成分的退火分离剂。接着,进行约1200℃、约20小时的最终退火,使其发生二次再结晶。
接着,对沿着激光束的轨迹的晶体晶界的有无、以及作为基底铁的单片样品的表面有无熔融、变形进行评价。此外,在对沿着激光束的轨迹的晶体晶界的有无进行评价时,对单片样品的与板宽方向正交的截面的照片进行观察。另外,表面有无熔融、变形是在除去最终退火之时形成的玻璃皮膜及酸洗之后,对单片样品的表面进行观察。这些结果也示于表1。
表1
Figure BDA00002784441700121
如表1所示,在照射能量密度Up小于0.5J/mm2的试样No.1中,没有形成沿着激光束的轨迹的晶体晶界。认为这是由于未投入足够的热量,因此几乎没有产生局部的应变强度的变动以及通过一次再结晶得到的晶粒的直径的变动。另外,在照射能量密度Up超过20J/mm2的试样No.7中,虽然形成了沿着激光束的轨迹的晶体晶界,但是在单片样品(基底铁)的表面存在伴随激光束的照射的变形和/或熔融痕迹。这样的变形和/或熔融痕迹在将方向性电磁钢板层叠来使用时,会降低占空系数、或产生应力及应变,从而引起磁特性的降低。
另一方面,在满足(7)式的试样No.2~No.6及试样No.8~No.9中,无论激光束的聚焦光斑的形状、扫描速度及激光束强度如何,都适当地形成了沿着激光束的轨迹的晶体晶界。另外,不存在伴随激光束的照射的变形及熔融痕迹。
从这样的实验来看,可以说优选以(6)式定义的激光束的照射能量密度Up满足(7)式。
此外,在于脱碳退火与最终退火之间进行了激光束的照射的情况下也得到了同样的结果。因此,在该情况下,也优选照射能量密度Up满足(7)式。另外,在脱碳退火之前及之后进行激光束的照射的情况下,也优选照射能量密度Up满足(7)式。
另外,为了防止产生伴随激光束的照射的硅钢板(基底铁)的变形以及熔融,优选以(8)式定义的激光的瞬时功率密度Ip满足(9)式。
Ip=4/π×P/(Dl×Dc)(8)
Ip≤100kW/mm2(9)
在此,Dc表示激光束的聚焦光斑的板宽方向的直径(mm)。
瞬时功率密度Ip越大,越易产生硅钢板的熔融、飞散及蒸发,瞬时功率密度Ip超过了100kW/mm2时,容易在硅钢板的表面形成孔或槽等。另外,将脉冲激光与连续波激光进行比较时,即使瞬时功率密度Ip是相同的,也是在使用了脉冲激光的情况下更容易形成槽等。这是由于在使用了脉冲激光的情况下,容易在激光束照射的区域产生急剧的温度变化。因此,优选使用连续波激光。
这对在于脱碳退火与最终退火之间进行激光束的照射的情况下以及在脱碳退火之前及之后进行激光束的照射的情况而言也是一样的。
如上所述,将发生一次再结晶后的硅钢板的钢板卷退火使其发生二次再结晶时,如图1A及图1B所示,受到曲率的影响,在通过二次再结晶而得到的晶粒内,会产生易磁化轴自轧制方向偏移的部分。并且,该晶粒的轧制方向的尺寸越大、曲率半径越小,该偏移的程度越显著。并且,由于在现有的技术中,没有特别控制这样的轧制方向的尺寸,因此作为表示上述的偏移的程度的指标之一的角度偏差β有时达到10°以上。与此相反,根据上述的实施方式,进行适当的激光束的照射,在二次再结晶之时,会沿着激光束的轨迹产生贯通硅钢板的表里的晶体晶界,因此各晶粒的轧制方向的尺寸变得适当。所以,与不进行激光束的照射的情况相比,角度偏差β抑制得较小,能够提高晶体取向的取向性,获得高磁通密度B8及低铁损W17/50
另外,由于激光束的照射可以以高速进行,通过聚焦于微小空间而可获得高能量密度,因此即使与不进行激光束的照射的情况相比,对处理所需时间的影响也小。即,对于将冷轧卷一边开卷一边进行脱碳退火等的处理中的钢板通行速度,无论是否照射激光束,都几乎没必要使其改变。此外,由于进行激光束的照射的温度没有特别限制,因此不需要激光照射装置的隔热机构等。所以,与需要在高温炉内的处理的情况相比,可以使装置的构成变简单。
此外,可以在形成绝缘皮膜之后,进行以控制磁畴为目的的激光束的照射。
实施例
(第1实验)
在第1实验中,对含3质量%的Si的方向性电磁钢用的钢材进行热轧,得到实施了热轧的硅钢板(热轧钢板)。接着,将硅钢板在约1100℃下退火。然后,进行冷轧,使硅钢板的厚度为0.23nm,将其卷取而制作冷轧卷。此外,制作了4个冷轧卷。接下来,对3个冷轧卷(卷No.C1~C3)进行激光束的照射,然后,进行脱碳退火使其发生一次再结晶。对剩余的1个冷轧卷(卷No.C4)不进行激光束的照射,然后进行脱碳退火使其发生一次再结晶。
在脱碳退火后,对这些硅钢板进行退火分离剂的涂布及在同样条件下的最终退火。
在此,参照图9A~图9D对卷No.C1~C3上的激光束的照射间隔PL进行说明。在涂布退火分离剂后,如图9A所示,将硅钢板卷取成卷状制作钢板卷51,在该状态下进行最终退火。在制作钢板卷51前,预先将钢板卷51的内径R1设定成310mm。另外,钢板卷51上的硅钢板的轧制方向的长度L0与冷轧卷的硅钢板的轧制方向的长度相同,为约12000m。因此,钢板卷51的外径R2可以从这些数据算出,为1000mm。
接着,在对卷No.C1照射激光束时,如图9B所示,将照射间隔PL设为40mm。即,在从相当于钢板卷51的内侧边缘52的部分至相当于外侧边缘53的部分以等间隔进行激光束的照射,在硅钢板55的表面残留轨迹54。此外,该处理中的照射间隔PL的值(40mm)和与钢板卷51的内径R1(310mm)之间的关系满足(4)式的范围内的最大的值相同。因此,在硅钢板55的任意位置均满足(4)式。
另外,在对卷No.C2照射激光束时,如图9C所示,使照射间隔PL根据钢板卷51的曲率半径R而相应地变化。即,从相当于钢板卷51的内侧边缘52的部分至相当于外侧边缘53的部分,在缓慢增大照射间隔PL的同时进行激光束的照射,在硅钢板55的表面残留轨迹54。
另外,在对卷No.C3照射激光束时,如图9D所示,将照射间隔PL设为150mm。即,从相当于钢板卷51的内侧边缘52的部分至相当于外侧边缘53的部分以等间隔进行激光束的照射,在硅钢板55的表面残留轨迹54。此外,该处理中的照射间隔PL的值(150mm)比与钢板卷51的外径R2(1000mm)之间的关系满足(4)式的范围内的最大的值(130mm)还要大。所以,在硅钢板55的任意位置均不满足(4)式。
另外,在对卷No.C1~C3照射激光束时,选择了照射能量密度Up以及瞬时功率密度Ip满足(7)式、(9)式的条件。如上所述,未对卷No.C4进行激光束的照射。
接着,在最终退火后,进行消除在最终退火时产生的卷曲和应变变形的退火,使硅钢板55平坦化。此外,在硅钢板55的表面上形成了绝缘皮膜。这样进行操作,从而制造了4种方向性电磁钢板。
接着,从各方向性电磁钢板以钢板卷51的内侧边缘52为起点沿着轧制方向在表2所示的6处每处切出10个试样。接着,测定各试样的磁通密度B8、铁损W17/50及角度偏差β的最大值。磁通密度B8及铁损W17/50通过对于电磁钢板而言众所周知的测定方法进行测定。在测定角度偏差β的最大值时,采用了X射线劳厄法。此外,X射线劳厄法中的试样上的X射线光斑的大小即空间分辨率为1mm。这些结果也示于表2。此外,表2所示的各数值为10个试样的平均值。
Figure BDA00002784441700161
如表2所示,在满足(4)式的卷No.C1及C2中,在任意位置中角度偏差β的最大值均小于7.3°。因此,与未进行激光束的照射的卷No.C4(比较例)相比,磁通密度B8明显大,铁损W17/50极低。即,稳定地获得了1.90T以上的磁通密度B8及0.77W/kg以下的铁损W17/50。另外,在卷No.C2中,由于根据曲率半径R相应地对照射间隔PL进行了调整,因此得到了更均匀的磁特性。
另外,不满足(4)式的卷No.C3与卷No.C4(比较例)相比,磁通密度B8大,铁损W17/50低,但与卷No.C1及C2相比时,磁通密度B8小,铁损W17/50高。
此外,对从卷No.1~No.3切出的各试样,通过X射线劳厄法测定了角度偏差β的晶粒内的分布。结果确认了:在沿着激光束的轨迹形成的2个晶体晶界之间的晶粒内,随着越接近任一个晶体晶界的区域,角度偏差β变得越大。通常来说X射线劳厄法的测定时的位置分辨率为1mm,在该测定中也为1mm。
从这样的第1实验出发,证实:在距沿着激光束的轨迹形成的晶体晶界1mm的位置处的角度偏差β为7.3°以下时,晶体取向的取向性变高,能够获得1.90T以上的磁通密度B8
(第2实验)
在第2实验中,首先,与第1实验同样地进行,制作了冷轧卷。此外,制作了5个冷轧卷。接下来,如表3所示使照射间隔PL不同地对4个冷轧卷进行激光束的照射,然后,进行脱碳退火使其发生一次再结晶。对于剩余的1个冷轧卷,不进行激光束的照射,然后进行脱碳退火使其发生一次再结晶。
在脱碳退火后,对这些硅钢板进行退火分离剂的涂布及在同样条件下的最终退火。进而,进行消除在最终退火时产生的卷曲和应变变形的退火,使硅钢板平坦化。此外,在硅钢板的表面上形成了绝缘皮膜。这样进行操作,制造了5种方向性电磁钢板。
接着,从相当于各方向性电磁钢板的钢板卷的内侧边缘(R1=310mm)的部分切取试样,测定各试样的磁通密度B8以及铁损W17/50。该结果也示于表3。
表3
Figure BDA00002784441700181
如表3所示,在照射间隔PL小于2mm的试样No.10及No.11中,磁通密度B8低达小于1.90T,铁损W17/50高达0.8W/kg以上。即,与照射间隔PL为2mm以上的试样No.12~No.14相比,磁特性差。推定这是由于在照射间隔PL极端狭窄的情况下,2个晶体晶界之间的晶粒的轧制方向的尺寸变得过小,通过激光束的照射产生的微小的应变的影响相对地变大。即,推定这是由于,随着角度偏差β变小,硅钢板的磁滞损耗增加,从而变得难以提高磁特性。因此,无论曲率半径R如何,照射间隔PL的范围的下限值优选为2mm。
产业上的可利用性
本发明例如可利用于电磁钢板制造产业以及电磁钢板利用产业。

Claims (11)

1.一种方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,具有:
对含Si的硅钢板进行冷轧的工序;
接着,通过将所述硅钢板进行脱碳退火,使其发生一次再结晶的工序;
接着,卷取所述硅钢板,得到钢板卷的工序;
接着,通过将所述钢板卷以分批处理进行退火,使其发生二次再结晶的工序;和
接着,将所述钢板卷开卷并平坦化的工序,
并且具有下述工序:
在所述进行冷轧的工序与所述得到钢板卷的工序之间,对所述硅钢板的表面,自所述硅钢板的板宽方向的一端朝另一端在轧制方向以规定的间隔多次照射激光束;
其中,在所述发生二次再结晶之际,使沿着所述激光束的轨迹产生贯通所述硅钢板的表里的晶体晶界。
2.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,所述硅钢板的表面的照射了所述激光束的部分是平坦的。
3.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,所述规定的间隔是基于所述硅钢板的所述钢板卷的曲率半径来设定的。
4.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,在将所述硅钢板内的任意的位置的所述钢板卷的曲率半径设为R、将该位置的所述规定的间隔设为PL时,满足下述的关系:
PL≤0.13×R,
其中,R和PL的单位为mm。
5.根据权利要求4所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,所述规定的间隔是恒定的。
6.根据权利要求4所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,随着自所述钢板卷的内表面越接近外表面,所述规定的间隔变得越宽。
7.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,所述规定的间隔为2mm以上。
8.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,
在将所述激光束的平均强度设为P、将所述激光束的聚焦光斑的轧制方向的聚焦直径设为Dl、将所述激光束的板宽方向的扫描速度设为Vc、将所述激光束的照射能量密度设为Up=4/π×P/(Dl×Vc)时,满足下述的关系:
0.5J/mm2≤Up≤20J/mm2
其中,P的单位为W,Dl的单位为mm,Vc的单位为mm/秒。
9.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法,其特征在于,
在将所述激光束的平均强度设为P、将所述激光束的聚焦光斑的轧制方向的聚焦直径设为Dl、将所述激光束的聚焦光斑的板宽方向的聚焦直径设为Dc、将所述激光束的瞬时功率密度设为Ip=4/π×P/(Dl×Dc)时,满足下述的关系:
Ip≤100kW/mm2
其中,P的单位为W,Dl和Dc的单位为mm。
10.一种方向性电磁钢板,其特征在于,存在沿着自方向性电磁钢板的板宽方向的一端朝另一端扫描的激光束的轨迹延伸并贯通所述方向性电磁钢板的表里的晶体晶界,
在将所述方向性电磁钢板的轧制方向与各晶粒的易磁化轴方向(100)<001>所成的角在板厚方向设为β时,距离所述晶体晶界1mm的位置处的β的值为7.3°以下,其中β的单位为°。
11.根据权利要求10所述的方向性电磁钢板,其特征在于,在所述晶体晶界上,基底铁的表面变得平坦。
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