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CN118510926A - 方向性电磁钢板 - Google Patents

方向性电磁钢板 Download PDF

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CN118510926A
CN118510926A CN202280087547.2A CN202280087547A CN118510926A CN 118510926 A CN118510926 A CN 118510926A CN 202280087547 A CN202280087547 A CN 202280087547A CN 118510926 A CN118510926 A CN 118510926A
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CN
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laser
less
iron loss
iron
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山口广
今村猛
市原义悠
大村健
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JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
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Publication date
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Abstract

本发明提出了一种控制磁畴结构来降低铁损的方向性电磁钢板，即便在实施了去应力退火的情况下，也能够维持铁损降低效果。上述方向性电磁钢板在规定的成分组成的钢板的表背两面中的至少一个面，具有向横穿钢板的轧制方向的方向线状地延伸的与周围的晶体具有1.5度以上的取向差角的局部区域，该局部区域具有0.1％～2.0％的体积分率和100Mpa以下的残余应力，进而，具有该局部区域的面在基体铁表面处的平均凹凸量小于5μm。

Description

方向性电磁钢板
技术领域
本发明涉及一种适合作为变压器等的铁芯材料的铁损低、磁致伸缩振动小的方向性电磁钢板。
背景技术
方向性电磁钢板是软磁性材料，主要用作变压器或旋转电机等的铁芯材料。因此，要求方向性电磁钢板具有磁通密度高且铁损和磁致伸缩小的磁特性。应对该要求，使钢板中的二次再结晶晶粒在{110}＜001＞取向(高斯取向)上高度一致、或者减少产品中的杂质很重要。
这里，由于上述结晶取向的控制、杂质的减少是有限度的，所以开发了通过在钢板的表面以物理性的方法导入不均匀性来细化磁畴的宽度而降低铁损的技术、即磁畴细化技术。
例如专利文献1中提出了对最终产品板照射激光，在钢板表层导入线状的高位错密度区域，由此使磁畴宽度变窄而降低铁损的技术。该技术的制造性优异，因此被广泛利用。
应予说明，在对方向性电磁钢板进行交流磁化励磁的情况下，由于磁化量显示接近正弦波的变化，因此基于隔着磁畴的磁壁的往复运动的钢板自身的伸缩运动、所谓磁致伸缩量的时间变化得到与正弦波比较接近的波形。
作为另一个有力的磁畴细化技术，公开了使用齿型辊等机械形成槽的方法(专利文献2)、通过蚀刻等电气或化学地形成槽的方法(专利文献3)。这些槽形成方法中，即便在进行了去应力退火等热处理的情况下，磁畴细化效果不消失且保持低铁损值，因此能够用作包括卷绕铁芯变压器的几乎所有的变压器的铁芯材料。
相对于这些槽形成方法，专利文献4中提出了对最终冷轧板使用激光或等离子体火焰来进行槽形成，在去应力退火后也能够维持磁畴细化效果的技术。该技术较简便且能够实现低成本的处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭57－2252号公报
专利文献2：日本特公平03－69968号公报
专利文献3：日本特开昭61－117218号公报
专利文献4：日本特开平09－49024号公报
发明内容
然而，专利文献1记载的技术存在因去应力退火而磁畴细化效果消失这样的本质的问题。因此，为了维持铁损降低效果，用途通常限定于不进行去应力退火的叠铁芯变压器。
另一方面，在应用该激光照射等利用了残余应力的磁畴控制方法的情况下，由于磁壁的运动强烈受到应力的影响，所以磁致伸缩量的时间变化成为高次谐波重叠的与正弦波不同的复杂波形，已知如果用于变压器的铁芯等，则噪声变大。
专利文献2记载的技术存在磨损的齿型辊的维护的问题，专利文献3记载的技术存在用于蚀刻的抗蚀剂油墨的涂布、除去等制造上的问题多且成本增大的问题。
应予说明，在利用这些方法进行磁畴控制的情况下，残余应变基本上极小，因此其磁致伸缩振动具有与未进行磁畴控制的钢板同样的接近正弦波的波形，对变压器噪声有利。
专利文献4记载的技术中，与激光、等离子体火焰的照射同时地在槽周边部形成溅痕迹、毛刺等凸部。因此，存在占积率降低、其后实施的绝缘涂层的绝缘性降低而导致变压器绝缘击穿的问题，无法实现实用化。
无论如何，这样的通过槽形成来进行磁畴细化的方法看均容易使槽形状不均匀，得到的铁损值容易产生偏差。进而，还一并存在由于钢板截面积在槽形成部实质上减少，所以在槽形成前后磁通密度B8最大降低1％左右的问题。
本发明是鉴于上述现状而开发的，目的在于提出一种方向性电磁钢板是控制磁畴结构来降低铁损的方向性电磁钢板，即便在实施了去应力退火的情况下也能够维持铁损降低效果，且在用于变压器的铁芯的情况下抑制噪声增加。
发明人等新发现了在高斯取向集成的二次再结晶后的钢板表面，在与该钢板的轧制方向交叉的方向(例如与轧制方向正交的方向)线状地进行激光照射而使该照射区域局部地熔融时，能够形成与原来的高斯取向组织不同的再凝固组织，以及能够由该再凝固组织表现出磁畴细化效果。
进一步研究，结果可知根据激光照射条件也有形成所谓槽的情况，但在将再凝固组织用于磁畴细化的情况下，槽的形成未必有效，相反，槽(凹部)导致钢板截面积减少，随之磁通密度降低这样的不良影响很大。
另外，形成槽时，由于从槽部分的基体铁向其周边排除而产生的隆起、所谓毛刺所引起的占积率、耐绝缘性的劣化成为问题。因此，明确了在钢板表面不产生极浅的槽、即不产生一定凹凸的条件在提高磁通密度方面是有利的。
这里，本发明中的再凝固组织是指通过使组织暂时熔融并再次凝固而形成，具有与原来的结晶取向不同的取向的凝固组织。这与如上述专利文献1记载那样的通过以往的非耐热应变导入型的磁畴细化技术得到的组织不同，该组织通过激光照射而残留因骤冷骤热产生的线性应变分布，不使组织熔融而维持原来的结晶取向。
进而，在使用激光时，对使基体铁高效地吸收入射能量，一边抑制飞溅一边使其熔融的激光的照射条件反复进行了深入研究。其结果发现通过照射组合了能量强度不同的2种以上的激光的环模光纤激光，能够在对磁通密度降低没有影响的程度、即钢板表面几乎不产生凹凸的情况下形成熔融部。
进而，单独照射被称为平顶激光的、不聚焦光束而照射面强度分布均匀且光束半径较大的激光也是有效的。
另外，可知使用被称为二次谐波的波长为一半的0.53μm的绿色激光、三次谐波、四次谐波波长分别为0.36μm、0.27μm的UV激光时，由于短波长而吸收效率良好，不易出现飞溅，因此能够更有利地维持钢板的表面平坦性。
同样的效果也可以使用电子束照射来得到。电子束的波长与激光相比极短，向钢板的吸收效率更高。另外，确认了为了得到上述效果，不需要组合2种以上的光束，存在通过适当组合起到电磁透镜的作用的收敛线圈来调整加速电压、光束电流和被称为光束分布的径向的能量分布，从而能够在钢板表面不产生大的凹凸的情况下形成得到上述效果的熔融部的照射条件。
进而，确认了在激光或电子束照射后，如果在钢板的两面以800℃左右烧结绝缘涂层，则通过照射而导入的残余应变一定程度上被消除。具体而言，对绝缘涂层烧结前后的磁致伸缩振动波形进行比较，结果表明，烧结后的磁致伸缩波形的谐波成分减少，变得接近进行照射前的波形，对变压器中的噪声有利。
以下，对本发明的开发经过进行详细说明。
冷轧至最终板厚0.23mm，通过脱碳退火脱碳至10质量ppm以下，然后涂布以MgO为主体的退火分离剂，实施兼具二次再结晶和纯化的最终退火，准备以3.4％Si、0.08％Mn为主体的磁通密度B8平均为1.935T的方向性电磁钢板的试样。
接着，作为激光照射条件，激光的扫描速度固定为10m/秒，使振荡输出从100W变化至300W，且调整焦点和能量分布，由此分别制作照射水平不同的三组材料：组1是加入热残余应变到基体铁不熔融的程度的水平；组3是在基体铁形成线状的槽的水平；组2是在它们中间的入射能量下可以看到熔融痕迹但不形成槽的水平。
对于各组试样的半数，在钢板的单面相对于轧制方向成直角地以5mm间隔并以各种输出线状地照射环模光纤激光后，每单面使以磷酸镁和胶态二氧化硅为主体的绝缘涂层为2μm厚度并在850℃烧结1分钟。另一方面，对于剩余半数的试样，先烧结绝缘涂层，然后在与前者半数相同的条件下进行激光照射。
应予说明，组1相当于如上述专利文献1等记载的以往公知的非耐热应变导入型的磁畴细化处理。另外，组3相当于如上述专利文献4等公开的形成板厚的1/10左右的线状槽的磁畴细化处理。
对于这样得到的钢板，使用500mm见方SST(单板磁测定器)测定磁通密度B8和铁损W17/50，将结果汇总于表1。
[表1]
如表1所示，组1具有磁通密度B8在磁畴细化处理前后几乎不变化的特征。另外，对于铁损值，如果在绝缘涂层后进行激光照射，则得到了平均最佳的铁损值。相反，如果在激光照射后烧结绝缘涂层，则导入的热残余应变因850℃的烧结处理而消失，失去磁畴细化效果，得不到铁损改善效果。
另一方面，组3的磁畴细化处理后的磁通密度B8的降低显著。这是因为与轧制方向成直角地形成线状的槽，因此在钢板内部流动的磁通的有效截面积减少。该磁通密度的降低是所谓耐热型磁畴细化方法中不可避免的现象。与此相对，如果为了抑制磁通密度的降低而使槽深度变浅，则铁损降低效果减少。应予说明，与组1不同，基本上不受热处理的影响。
另外，组3中在绝缘涂层后进行激光照射的条件下观察到更进一步的铁损值减少，推断这是因为除了槽形成效果之外，还重叠了激光照射所带来的热残余应变的效果。与此相对，如果先进行激光照射，接着进行绝缘涂层烧结，则失去残余应变的效果，可以确认铁损值稍微增加。
进而，组2的磁通密度B8的偏差大，总体上是组1与组3之间的值，但存在一部分几乎看不到磁通密度B8降低的条件。铁损值也基本上是组1与组3的中间值，但根据条件而得到了最佳的铁损值。
根据以上的试验结果可知，存在实现磁通密度B8的降低小且铁损降低效果大这样的理想的磁特性的照射条件。使用该照射条件得到的钢板相当于本发明的铁损低且噪声特性优异的方向性电磁钢板。
发明人等根据激光照射部附近的结晶取向分布测定的结果和该基体铁表面的平坦度而明确了符合本发明的材料的特征。
首先，对激光照射部附近的结晶取向分布进行说明。
上述试验中，为了调查尽管不存在槽状凹陷，但出现了铁损降低效果的原因，使用EBSD(电子射线背散射衍射)测量了照射部附近的二次再结晶晶粒的局部取向分布。
其结果，组2的晶体组织可以看作是在轧制方向带来优异的磁特性的晶粒、所谓高斯取向晶粒的尺寸为10mm左右的单晶，但在推断为激光照射的影响部的宽度50μm左右、深度20μm左右的区域中，确认到成为0.5～3.0度的结晶取向差角的微小旋转。
即，推断组2的晶体组织是通过入射能量而使基体铁局部熔融并再次凝固而得到的。即，认为暂时熔融的区域在受到周围的结晶取向的影响的同时凝固，因此成为与周围的结晶取向比较接近的结晶取向。
这里，在组1的入射能量水平下，有时因热应变而晶格变形，但没有发生晶体旋转。即，结晶取向的旋转(结晶取向差角)小于1.5度时，得不到显著的磁畴细化效果。另一方面，旋转角度(结晶取向差角)的上限尚未确定，但如果提高入射能量而使熔融区域过大，则基体铁表面的凹凸量变大，晶体组织局部飞溅而蒸发，因此无法评价旋转角。
接下来，对该基体铁表面的平坦度进行说明。
上述试验中，凹凸量的平均小于5μm时，几乎不发生磁通密度B8的降低。另一方面，凹凸量的平均为5μm以上时，不仅因凹陷而磁通密度B8降低，而且在凹陷周围产生像堤坝那样的隆起，由此使绝缘涂层部分变薄而使绝缘性降低，或者在层叠钢板而使用的变压器铁芯中招致占积率的降低。
应予说明，上述试验中的基体铁表面的凹凸量是利用三维激光位移仪从表面进行测量，测定照射部附近的截面的最高点与最低点的差值，以其平均值进行评价。
由以上考察发现，上述微小的晶体旋转(结晶取向差)产生磁畴细化效果、以及表面凹凸量小这两个因素是不产生试样的磁通密度B8降低的主要原因。
另外，由于结晶取向本身是旋转的，所以只要不再次加热至晶体熔融的温度，该结晶取向就不会变化。因此，认为例如即便在卷绕变压器铁芯所要求的800℃下实施3小时的去应力退火，磁畴细化效果也不会消失而持续。
接着，对于绝缘涂层后进行了激光照射的组2的材料，也有确保照射部的绝缘性的目的，将不包含胶态二氧化硅的磷酸镁主体的绝缘涂层在300℃至800℃的范围的各种温度下仅以照射面0.5μm厚度进行烧结，评价激光照射所引起的残余应力的影响和用作变压器铁芯时对噪声特性的影响。
对于本发明中的残余应力，使用根据通过EBSD的应用由该基体铁的晶格得到的衍射图案的应变算出晶格应变量的Wilkinson法，测定轧制方向(RD)、轧制直角方向(TD)、板面垂直方向(ND)的三维应力分布，设为其最大值。
另外，将试样斜角剪切为宽度100mm、上底300mm、下底500mm的铁芯尺寸，制作四边组合而成的500mm见方的单相模型变压器，调查残余应力和变压器特性的关系。此时，模型变压器的层叠厚度约为30mm，使用的电磁钢板的质量约为50kg。噪声测定是对铁芯的整个面施加面压1.0kgf/cm2的载荷，在腿中央的正上方150mm的高度处设置电容式麦克风，取4点的平均值。噪声测定在1.7T、50Hz的无负荷励磁条件下进行A标度校正作为听觉校正，以整体值(Overall Value)进行比较。
将以上的残余应力以及单相变压器的磁特性和噪声特性汇总于表2。
[表2]
如表2所示，烧结温度越低，变压器的铁损值的偏差越大，噪声也越大，但通过700℃以上的烧结，铁损值的偏差变小，噪声也变小。照射部附近的最大残余应力也显示同样的趋势。认为这是因为由激光照射导入的热应变通过烧结处理而消失，残余应力得到缓和。推断噪声值的变化也是基于相同的原因。
一般而言，如果由交流励磁产生的磁致伸缩振动的谐波成分增加，则变压器噪声增大，但认为随着烧结温度的上升，残余应力的缓和进行，谐波成分减少，噪声变小。
应予说明，对于变压器铁损，在600℃以下的低温烧结条件下，虽然是偏差内的最佳值，但显示出低的铁损值。推断这是因为残余应力带来的热应变所引起的磁畴细化效果与结晶取向旋转所引起的效果重叠。
基于以上的各实验结果导出了本发明。即，本发明的主旨构成如下。
1.一种方向性电磁钢板，在具有以质量％计含有Si：2.0～8.0％、Mn：0.005～1.000％和C：0.0050％以下、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的成分组成的钢板的表背两面中的至少一个面，具有向横穿该钢板的轧制方向的方向线状地延伸的与周围的晶体具有1.5度以上的取向差角的局部区域，该局部区域具有0.1％～2.0％的体积分率和100MPa以下的残余应力，具有该局部区域的面在基体铁表面处的平均凹凸量小于5μm。
2.根据上述1所述的方向性电磁钢板，上述成分组成以质量％计进一步含有选自Ni：0.01～1.50％、Cr：0.01～0.50％、Cu：0.01～0.50％、Bi：0.01～0.50％、Sb：0.01～0.20％、Sn：0.01～0.20％、Mo：0.01～0.20％、P：0.01～0.20％和Nb：0.001～0.015％中的至少1种。
根据本发明，通过形成具有规定的取向差角的局部区域，控制该局部区域的体积分率和残余应力，并进一步控制具有该局部区域的面在基体铁表面处的平均凹凸量，即便在去应力退火后，与以往相比也能够进一步降低铁损，且用作变压器铁芯时能够实现与低噪声的兼顾。
具体实施方式
以下，对本发明的构成要件的限定理由进行说明。首先，对本发明的方向性电磁钢板(以下也简称为钢板、产品板)的坯材的成分组成进行说明。
Si是对提高钢的电阻、改善铁损有效的元素，含量为2.0质量％以上时，铁损降低效果特别良好。另一方面，含量为8.0质量％以下时，能够得到特别优异的加工性、磁通密度。因此，Si量为2.0～8.0质量％的范围。
Mn是在使热加工性良好方面有利的元素，但含量小于0.005质量％时其添加效果不足。另一方面，如果使含量为1.000质量％以下，则产品板的磁通密度特别良好。因此，Mn量为0.005～1.000质量％的范围。
C如果超过0.0050质量％，则由于磁时效而铁损增大，因此限定为0.0050质量％以下。优选为0.0030质量％以下。
以上，对本发明的基本成分进行了说明，但在本发明中，除此之外，还可以适当含有以下所述的元素作为任意成分。
为了提高磁通密度，以质量％计可以含有选自Ni：0.01～1.50％、Cr：0.01～0.50％、Cu：0.01～0.50％、Bi：0.01～0.50％、Sb：0.01～0.20％、Sn：0.01～0.20％、Mo：0.01～0.20％、P：0.01～0.20％、Nb：0.001～0.015％中的至少一种。添加量分别小于下限量时，磁特性提高效果不足，另一方面，如果超过上限量，则二次再结晶晶粒的发展得到抑制，反而磁特性劣化。
应予说明，上述成分以外的剩余部分是Fe和在制造过程中一般可能混入的不可避免的杂质。
接下来，示出本发明的钢板的特性的限定理由。
向横穿钢板的轧制方向的方向线状地延伸的与周围的晶体具有1.5度以上的取向差角的局部区域(熔融再凝固区域)
本发明的方向性电磁钢板中，尽管不存在槽状凹陷，但具有耐热型的铁损降低效果。为此，需要存在在钢板的表背两面中的至少一个面具有与周围的晶体具有1.5度以上的结晶取向差角(旋转角度)的局部区域。这是因为该结晶取向的结晶取向差角小于1.5度时，由该局部区域分割磁畴而产生磁极的效果小，因此得不到显著的磁畴细化效果。另一方面，结晶取向差角的上限没有特别限定，但如果提高入射能量而使熔融区域过大，则钢板表面的凹凸量变大，晶体组织局部飞溅而蒸发。因此，该结晶取向差角的上限为实际可测定的上限即10度左右。
另外，在本发明中，上述结晶取向差角可以使用EBSD(电子射线背散射衍射)，以0.1μm间隔的二维网格测定结晶取向，作为平均值而求出。
在本发明中，优选在轧制方向隔开间隔而存在多个在横穿轧制方向的方向线状地延伸的上述局部区域。
应予说明，在本发明中，“线状”可以是直线或曲线，不仅包含实线，而且也包含点划线、虚线等。另外，“横穿轧制方向的方向”是指相对于与轧制方向正交的方向为±30度以内的角度范围。
局部区域的体积分率0.1％～2.0％
上述局部区域的体积分率相对于钢板整体为0.1％～2.0％。另外，在上述局部区域与其周边的边界区域中，如果与周边的结晶取向的取向差不连续，则有其效果不足的趋势。
应予说明，在本发明中，上述体积分率将在包含2个以上线状地延伸的局部区域的观察区域5处以上求出的平均值视为相对于钢板整体的值。
通过熔融再凝固进行晶体旋转而与周围具有1.5度以上的取向差角的局部区域的体积分率小于0.1％时，其效果不足，大于2.0％时，交流励磁下的磁致伸缩振动变大，用于变压器铁芯时失去噪声降低的效果。
局部区域的残余应力100MPa以下
本发明中，从兼顾低铁损和低噪声的观点出发，上述局部区域的残余应力无论是拉伸还是压缩，它们的局部区域内的最大值均需要为100MPa以下。
具有局部区域的面的基体铁的平均凹凸量小于5μm
具有局部区域的面的基体铁的凹凸量的平均值小于5μm时，几乎不发生磁通密度B8的降低，能够有利地得到本发明的效果。另一方面，该凹凸量的平均值为5μm以上时，在凹陷周围产生像堤坝那样的隆起(凸部)。产生该隆起时，不仅因凹陷而导致磁通密度B8降低，而且使绝缘涂层部分变薄而降低绝缘性，或在层叠钢板而使用的变压器铁芯中导致占积率降低。
上述平均凹凸量优选小于3μm。另一方面，平均凹凸量可以为0μm，但工业上为0.3μm左右以上。
基体铁表面的平均凹凸量通过如下的操作来评价：对于包含5个以上照射部(局部区域)的范围，利用三维激光位移仪从基体铁表面进行测量，测定5处的照射部附近的截面的最高点与最低点的差值，求出其平均值。应予说明，上述照射部附近是指以照射部为中心的1.0mm的范围。
以上，认为在本发明中该晶体旋转产生磁畴细化效果、以及表面凹凸量小是不产生磁通密度B8降低的主要原因，得到了本发明的效果。
另外，在局部区域中结晶取向本身旋转，因此只要不再次加热至晶体熔融的温度，该结晶取向就不会变化。因此，本发明还兼具即便在卷绕变压器铁芯的制造过程中进行的800℃下实施3小时的去应力退火，磁畴细化效果也不消失而持续的效果。
本发明的局部区域的深度优选在钢板截面方向(板厚方向)距钢板表面为50μm以下。这是因为如果进一步加深，则由于该处理的影响而在表面产生凹部，磁通密度降低，磁致伸缩振动变大，因此用作变压器的铁芯时，噪声有可能增大。应予说明，更优选为30μm以下。另一方面，上述深度优选为2μm以上，更优选为10μm以上。
另外，本发明的局部区域的轧制方向的宽度优选为10μm～500μm。如果偏离该范围，则铁损降低效果变小。更优选为20μm以上，进一步优选为50μm以上。另一方面，上述轧制方向的宽度更优选为250μm以下，进一步优选为200μm以下。
应予说明，该局部区域也有时不会成为简单的长方形、半圆形，因此在本发明中应用各局部区域中在轧制方向最长的距离作为轧制方向的宽度。
进而，本发明的局部区域优选使轧制方向的重复间隔为0.5mm～20mm左右。这是因为小于0.5mm时，局部区域的频度过高，出现对磁特性、噪声特性的不良影响，另一方面，如果大于20mm，则无法明显地得到本发明的效果。
本发明中，根据需要，可以在基体铁表面形成绝缘涂层。
作为本发明的绝缘涂层，可以应用公知的张力被膜、例如以磷酸镁、磷酸铝等磷酸盐和胶态二氧化硅等低热膨胀氧化物为主体的玻璃涂层等。通过在700℃以上的烧结温度下形成上述涂层，并使上述局部区域的残余应力降低至100MPa以下，能够兼顾低铁损和低噪声。应予说明，该烧结温度的上限只要在常规方法的范围内就没有特别限定，一般优选为玻璃涂层不熔接的900℃左右。
应予说明，不进行绝缘涂层时，无法在700℃以上的烧结温度下使上述局部区域的残余应力为100MPa以下。在该情况下，通过在500℃下用1分钟以上的退火处理来代替，能够使上述局部区域的残余应力降低至100MPa以下。
另外，也可以与抑制镁橄榄石被膜形成的方法组合。具体而言，是如下方法：降低脱碳退火时的露点，或者形成非脱碳气氛来抑制SiO2主体的表面氧化物的生成，或者在退火分离剂的添加助剂中加入氯化物等，或者将退火分离剂的主成分本身变更为Al2O3、CaO，以便不会发生镁橄榄石被膜的形成反应等。
本发明中，制造方向性电磁钢板的工序基本上可以按照以往公知的制造工序。
可以利用通常的铸锭法、连续铸造法将调整为上述成分组成的钢坯材制成板坯，或者可以利用直接连续铸造法制造100mm以下的厚度的薄铸片。板坯可以利用通常的方法进行加热而供于热轧，但也可以在铸造后不加热而立即供于热轧。薄铸片的情况下可以进行热轧，也可以省略热轧，直接进入之后的工序。
作为优选条件，根据需要进行热轧板退火后，通过一次冷轧或隔着中间退火的2次以上的冷轧而制成最终板厚。接着，脱碳退火后，涂布以MgO为主成分的退火分离剂后，实施最终退火，得到以高斯取向为主体的二次再结晶组织。根据需要实施绝缘涂层，制成产品。
作为为了得到磁畴细化效果而产生结晶取向差角的方法，对钢板表面照射上述激光、电子束是有效的。作为该工序，无论是绝缘涂层烧结后还是之前都没有问题。另外，即便在二次再结晶前赋予结晶取向差角，在二次再结晶时该取向差角也得到缓和，所以优选二次再结晶后。应予说明，由于可以期待一定程度的磁畴细化效果，所以即便在二次再结晶前赋予也没有问题。
本发明的特征在于，去应力退火后磁通密度没有降低，且可得到低铁损和良好的噪声特性。该去应力退火的目的是除去在制造变压器铁芯时进行的狭缝加工、弯曲加工等中导入的应变，因此为了实现该目的，一般在700℃至900℃左右的范围退火1～5小时左右。
接下来，对用于使钢板表面局部熔融再次凝固而得到上述局部区域的激光、电子束的优选照射条件进行说明。
首先，作为使用激光的磁畴细化技术，已知有对钢板表面施加热应变，形成位错密度极高的区域而使磁畴宽度变窄的所谓应变导入型、以及通过高能量的激光照射等在基体铁表面直接形成槽，在槽侧面产生磁极而使磁畴宽度变窄的槽导入型。然后，本发明的照射条件介于这两者之间。
在该照射条件中，照射激光使基体铁表面附近局部地熔融而得到的再凝固组织具有与二次再结晶晶粒群的主要的高斯取向不同的结晶取向，因此该再凝固组织产生伪晶界效应，能够使磁畴宽度变窄。
应予说明，如果激光的照射能量过大，则钢板表面的基体铁蒸发或飞溅而形成槽。即便没有形成槽，如果形成凹部，则也会在其周围形成毛刺、凸状的堤坝，招致占积率的降低，或者其上被覆的绝缘涂层局部地变薄，导致绝缘性、耐腐蚀性的降低。因此，优选尽可能不形成槽、凹凸。
这里，为了在激光的照射部不形成凹凸且高效地使基体铁局部熔融，有效的是组合2种以上的激光。具体而言，如果同心圆状地照射激光，则通过加强中心激光的强度且减弱周边的激光的强度，能够抑制基体铁的蒸发、飞溅的扩展，仅使中心部分高效地熔融。作为在激光的中心与周边之间设置照射能量差的方法，除了改变激光的能量密度以外，使用波长不同的激光也是有效的。一般而言，难以限定高能量侧和低能量侧的激光的能量范围，但选择具有在基体铁表面形成熔融部、且基体铁表面的凹凸量平均为5μm以下的能量范围的激光的组合。
另外，也可以单独使用被称为平顶激光的照射面强度分布均匀且光束半径较大的激光。激光通常聚焦光束而在焦点位置提高能量密度，但使用通过使用光束整形器等的光学方法将能量分布转换为平坦的技术，由此能够使照射部均匀地熔融。使用这样的激光也有利于抑制表面凹凸。
关于激光的波长而言，波长越短能量越高，在物质表面的反射减少，向物质的吸收良好。具体而言，通过使用0.9μm以下的波长的激光，反射率下降，吸收率增加，因此能够容易一边抑制飞溅一边形成局部熔融部。抑制镁橄榄石被膜形成或对实施了镜面化处理的钢板应用该激光照射技术时，波长短的激光更有效。另一方面，从设备上的制约考虑，激光的波长的下限优选为0.15μm。
从容易使激光较细地聚光的方面出发，广泛利用的YAG激光的波长为1.03～1.07μm，在本发明中也可以使用。但是，二次谐波为波长一半的0.53μm的绿色激光、三次谐波、四次谐波波长分别为0.36μm、0.27μm的UV激光的吸收效率良好，不易出现飞溅，因此从维持表面平坦性的观点考虑，更为有利。同样地，利用了蓝色半导体等的波长0.44～0.49μm的蓝色激光、利用了卤素气体的波长0.19～0.31μm的准分子激光等也有效。
另一方面，在波长1μm左右的一般的激光中，钢板表面为镜面等光容易发生反射的情况下激光发生反射，极其难以使基体铁(钢板内部)吸收能量而形成局部熔融部。
激光的输出由于是强度不同的2种以上的激光的组合，因此，难以规定优选条件，但大致合计每单位长度的热量优选为2J/m～50J/m。激光束的光斑直径优选为100μm以下。
另一方面，关于电子束的适宜条件，也与激光同样地，已知有导入热应变来进行磁畴结构的控制的磁畴细化技术，但为了使基体铁内部的高斯取向晶粒局部地熔融，优选以比以往大的能量密度照射。电子束向基体铁内部的侵入深度取决于电子的加速电压，但在本发明的情况下优选60kV以上的加速电压。
关于光束电流量，优选条件根据沿着钢板表面扫描光束的速度而变化。应予说明，作为抑制在表面形成毛刺、槽并减小凹凸量的方法，可举出组合多个相当于使电子束收敛的光学系统的透镜的收敛线圈。由此，能够调整作为电子束的能量分布的光束分布，抑制基体铁的蒸发、飞溅，抑制表面的凹凸量。
波长极短的电子束可能是由于通过提高加速电压而使电子向基体铁中的更深部透过，与激光相比，相对不易形成表面的凹凸，容易仅形成熔融部。
另外，电子束即便对于镁橄榄石被膜也不需要像激光那样加以注意。电子被比轻元素重的元素强烈散射而发生相互作用。由于镁橄榄石被膜由Mg、Si、O(氧)这样的轻元素构成，所以从表面入射的电子束与镁橄榄石膜的相互作用小。另一方面，由于与作为构成基体铁的重元素的Fe强烈地相互作用而授受能量，因此能够高效地使基体铁熔融。
应予说明，关于上述未提及的方向性电磁钢板的制造方法的条件，均可以按照常规方法。
以下，使用实施例进一步说明本发明，但本发明的范围不限于实施例。
实施例1
使用具有含有表3记载的钢成分且剩余部分为Fe和不可避免的杂质的成分组成、最终板厚0.23mm且通过最终退火完成了二次再结晶的方向性电磁钢板作为试样钢板。对于试样钢板的单面，使用波长1.07μm的环模光纤激光和波长0.53μm的绿色激光，与轧制方向成直角地改变照射间隔，以各种入射能量进行连续照射。由于入射能量取决于激光输出和扫描速度，所以用每单位长度的能量进行整理。对于环模光纤激光，调整内侧和外侧的强度平衡来探索表面凹凸量最小的条件，实施照射。然后，涂布由50％的胶态二氧化硅和磷酸铝构成的绝缘涂层，实施在850℃下烧结的绝缘涂层处理。
测定这样得到的钢板的激光照射区域附近的性状的平均值。对于结晶取向差角分布，使用EBSD的KAM映射法提取结晶取向差角与周围相差1.5度以上的区域(局部区域)，同时算出其体积分率。另外，残余应力使用EBSD的Wilkinson法来评价，表面凹凸量使用三维激光位移仪来评价。应予说明，激光照射能量过大而开槽的条件在本发明的范围外，无法测定结晶取向差角，也无法算出该区域的体积分率，因此在表3中标记为―*。
对于磁特性，利用500mm见方SST测定交流铁损W17/50值、磁通密度B8值。另外，为了评价噪声特性，剪切成宽度100mm、上底300mm、下底500mm的斜角尺寸，制作四边组合而成的500mm见方的单相模型变压器，在1.7T、50Hz的交流励磁下进行噪声测定。测定结果进行A标度校正作为听觉校正，以整体值进行评价。
将以上结果汇总示于表3。
[表3]
由上述表3可知，在本发明范围内的条件下得到了良好的铁损和噪声特性。
No.1、6、11、13为照射能量过高的情况，由于残留有100MPa以上的残余应力，所以铁损值显示较低的值，但由于残余应力引起的残余应变的影响，噪声特性差。No.2的照射能量也过高，平均凹凸量高，同样噪声特性不好。
另一方面，No.4、5、9、10、17、20的照射能量不足，虽然噪声特性优异，但由于组织的熔融不充分，所以取向角度差小或所得到的局部区域的体积分率不足，因此磁畴细化效果小，未实现充分的铁损降低。另外，使照射间隔过窄而局部区域的体积分率过量的No.8、14、18的铁损和噪声这两者劣化。
实施例2
使用具有含有表4记载的钢成分且剩余部分Fe和不可避免的杂质的成分组成、最终板厚0.23mm且通过最终退火完成了二次再结晶的方向性电磁钢板作为试样钢板。对于试样钢板的两面，涂布由40％的胶态二氧化硅和磷酸镁构成的不含铬的绝缘涂层，实施在900℃下烧结的绝缘涂层处理。然后，使用加速电压60kV和150kV的电子枪与轧制方向成直角地以5mm间隔对试样钢板的单面进行连续或0.1～0.7mm间距的点状照射。
应予说明，本实施例中，对于No.3、12、19，使照射间隔为2mm。
然后，剪切成用于进行各评价的试样尺寸，在氮气氛中在800℃下实施3小时的去应力退火。对于得到的试样，与实施例1同样地进行电子束照射区域附近的性状评价以及利用单相模型变压器的磁性和噪声的评价，汇总于表4。应予说明，电子束的照射能量过大而开槽的条件在本发明的范围外，无法测定结晶取向差角，也无法算出该区域的体积分率，因此在表4中标记为―*。
[表4]
如上述表4所示，可知无论电子束的照射是连续还是点，在具有满足本发明要件的结晶取向差角、残余应力、表面凹凸量的条件下得到了良好的铁损和噪声特性。
即，作为发明例的No.2、4、7、8、13、14、20的表面凹凸量均小于5μm，尽管未形成所谓的槽，但在去应力退火后也得到了优越的铁损降低效果。
以上，由本实施例可以确认，与形成物理性的槽来维持去应力退火后的磁畴细化效果这样的以往公知的技术大不相同，本发明是通过利用熔融再凝固时形成的晶体旋转的组织，在去应力退火后也得到优越的铁损降低效果的全新的方法。

Claims (2)

1.一种方向性电磁钢板，在具有以质量％计含有Si：2.0～8.0％、Mn：0.005～1.000％和C：0.0050％以下、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的成分组成的钢板的表背两面中的至少一个面，具有向横穿该钢板的轧制方向的方向线状地延伸的与周围的晶体具有1.5度以上的取向差角的局部区域，该局部区域具有0.1％～2.0％的体积分率和100MPa以下的残余应力，具有该局部区域的面在基体铁表面处的平均凹凸量小于5μm。
2.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板，其中，所述成分组成以质量％计进一步含有选自Ni：0.01～1.50％、Cr：0.01～0.50％、Cu：0.01～0.50％、Bi：0.01～0.50％、Sb：0.01～0.20％、Sn：0.01～0.20％、Mo：0.01～0.20％、P：0.01～0.20％和Nb：0.001～0.015％中的至少1种。
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