取向性電磁鋼板及其制造方法
【專利摘要】根據本發(fā)明，通過使表面具有覆膜、板厚：t(mm)的取向性電磁鋼板在溫度：50℃、濕度：98%的氣氛中保持48小時以上而不生銹，且與電子束照射前的鐵損W17/50相比，電子束照射后的鐵損W17/50降低(－500t2＋200t－6.5)%以上，并且該電子束照射后的鐵損W17/50為(5t2－2t＋1.065)W/kg以下，由此可以形成適合用于變壓器的鐵芯等用途的低鐵損且耐腐蝕性不變差的取向性電磁鋼板。
【專利說明】取向性電磁鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及適合用于變壓器的鐵芯等用途的、鐵損特性優(yōu)良且耐腐蝕性不變差的取向性電磁鋼板及其制造方法。
【背景技術】
[0002]近年來，能源使用的效率化在發(fā)展，以變壓器制造商等為中心，對磁通密度高、且鐵損低的電磁鋼板的需求不斷增加。
[0003]在此，可以通過使電磁鋼板的結晶取向向Goss取向集聚來使磁通密度提高，例如在專利文獻I中示出了具有超過1.97T的磁通密度B8的取向性電磁鋼板的制造方法。
[0004]另一方面，關于鐵損，可從原材料的聞純度化、聞取向性、降低板厚、添加Si和Al、磁疇細化等觀點出發(fā)考慮其對策(例如，參照非專利文獻I)。然而，對于B8超過1.9T的高磁通密度原材料而言，通常越提高磁通密度，則鐵損越傾向于變差。其原因在于:若結晶取向一致則靜磁能下降，因此鋼板內的磁疇寬度擴大，渦流損耗升高。對此，作為降低渦流損耗的方法，存在有通過提高覆膜張力或導入熱應變來實施磁疇細化的方法。通常情況下對于覆膜張力而言，利用覆膜與鋼基的熱膨脹差，通過使覆膜形成于在高溫下發(fā)生了膨脹的鋼板上，冷卻至室溫后而賦予覆膜張力，但不改變覆膜材質而提高張力效果的技術傾向于飽和。另一方面，對于如專利文獻2所示的提高覆膜張力的方法而言，所賦予的應變在彈性區(qū)附近，而且張力只作用于鋼基的表層，因此存在鐵損的降低效果小的問題。
[0005]另一方面，對于熱應變的導入而言，考慮使用激光、電子束或等離子體射流的方法，已知任一種通過照射改善鐵損的效果均極高。
[0006]例如，在專利文獻3中，示出了通過電子束照射而具有W17/5(l低于0.8W/kg的鐵損的電磁鋼板的制造方法。另外，在專利文獻4中，示出了通過對電磁鋼板實施激光照射來降低鐵損的方法。
[0007]然而，使用激光、電子束或等離子體射流，在大幅改善鐵損的條件下導入熱應變的情況下，有時會發(fā)生照射面的覆膜被破壞、鋼基露出，導致照射后鋼板的耐腐蝕性顯著變差。另一方面，已知有通過等離子體射流導入熱應變且不損害耐腐蝕性的方法(參照專利文獻5)，但這樣的方法需要以μ m單位控制等離子體噴出口與照射表面的距離，操作性顯
著變差。
[0008]另外,使用激光時,如專利文獻6、專利文獻7所示存在如下技術:通過改變光束形狀來降低激光功率密度從而抑制照射所致的覆膜損傷。然而，對于激光而言，即使向其照射方向擴展而增大照射面積，但在照射的速度快的情況下，照射部附近的熱未充分擴散、發(fā)生蓄積而導致高溫化，因此會對覆膜產生損傷。進而，利用激光欲得到如專利文獻6、專利文獻7所示的值以上的鐵損降低效果(例如，15%以上)的情況下，需要以更高的輸出功率來照射，還是無法避免覆膜的損傷。
[0009]在此，作為防止耐腐蝕性變差的方法，在對鋼板表面實施了激光照射的情況下，照射后對照射面再次實施涂敷，確保耐腐蝕性。然而，照射后進行再涂敷不僅導致產品的成本上升，而且還存在板厚增加、形成鐵芯時其占空系數減少這樣的問題。
[0010]另一方面，照射電子束時，分別在專利文獻8中示出了通過使射束為片狀來抑制照射所致的覆膜損傷的方法；在專利文獻9中示出了通過將電子束的光闌次數設為I次、使燈絲形狀為帶形來抑制照射所致的覆膜損傷的方法。進而，在專利文獻10中示出了利用高加速電壓/低電流的電子束，將覆膜向鋼基中圧入，由此而成的無覆膜損傷的鋼板。
[0011]現有技術文獻
[0012]專利文獻
[0013]專利文獻1:日本專利第4123679號公報
[0014]專利文獻2:日本特公平2-8027號公報
[0015]專利文獻3:日本特公平7-65106號公報
[0016]專利文獻4:日本特公平3-13293號公報
[0017]專利文獻5:日本特開昭62-96617號公報
[0018]專利文獻6:日本特開2002-12918號公報
[0019]專利文獻7:日本特開平10-298654號公報
[0020]專利文獻8:日`本特開平5-311241號公報
[0021]專利文獻9:日本特開平6-2042號公報
[0022]專利文獻10:日本特開平2-277780號公報
[0023]專利文獻11:日本特開平4-39852號公報
[0024]非專利文獻
[0025]非專利文獻I 軟磁性材料的最近的進步”(「軟磁性材料O最近O進歩」)第155/156次西山紀念技術講座，社團法人日本鋼鐵協(xié)會編，平成7年2月I日發(fā)行
[0026]非專利文獻2:1chijima 等；IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, Vol.MAG-20,N0.5(1984) ,p.1558Fig.4

【發(fā)明內容】

[0027]發(fā)明所要解決的問題
[0028]然而，將電子束形成片形的方法存在如下問題:片狀照射面內部的輸出功率變得不均勻，對于光學系統(tǒng)的調整很花費工夫等。另外，在進一步降低鐵損的電子束的照射條件下，即使采取燈絲的帶形化、光闌的I段化，仍會出現照射所致的覆膜損傷。進而，如專利文獻10所示的方法不僅在電子束照射后需要去應力退火，而且很難說鐵損的降低效果充分。
[0029]本發(fā)明是鑒于上述現狀而開發(fā)的，其目的在于提供一種適合供于變壓器的鐵芯等用途的、低鐵損且耐腐蝕性不變差的取向性電磁鋼板及其制造方法。
[0030]用于解決問題的方法
[0031]為了解決上述課題，發(fā)明人進行了深入研究。結果發(fā)現:通過使用由高加速電壓生成的電子束，能夠兼顧低鐵損化和抑制覆膜損傷。即，發(fā)現電子束照射后的鐵損強烈依賴于每單位面積的照射能(例如，以點狀照射電子束的情況下，由一定區(qū)域所含有的照射點提供的照射能的總和除以該區(qū)域的面積的值)。另外，發(fā)現了通過調整每單位面積的照射能，即使降低電子束照射線上的每單位長度的照射能，對鐵損也并不產生什么影響。進而，發(fā)現了通過如下所示來調整電子束照射條件，能夠在得到良好的鐵損的同時，抑制電子束照射所致的覆膜的損傷。需要說明的是，在下述(I)、(2)中，Z為照射頻率(kHz)的一 0.35次方。
[0032](I)將電子束的照射能設為每單位面積:1cm2為1.0Z~3.5ZJ的范圍。
[0033](2)將電子束的照射能設為每單位長度:1m為105ZJ以下的范圍。
[0034]本發(fā)明基于上述見解而完成，其主旨構成如下所述。
[0035]1.一種取向性電磁鋼板,其是實施了電子束照射、具有覆膜的板厚:t(mm)的取向性電磁鋼板，其特征在于，在溫度:50°C、濕度:98%的氣氛中保持48小時的濕潤試驗后，鋼板表面不生銹，與電子束照射前的鐵損W17/5(l相比，電子束照射后的鐵損W17/5(l降低(一500t2 + 200t — 6.5)%以上，并且電子束照射后的鐵損W17/5Q為(5t2 — 2t + 1.065)ff/kg以下。
[0036]2.如上述I所述的取向性電磁鋼板，其特征在于，所述覆膜包含由膠態(tài)二氧化硅及磷酸鹽構成的覆膜和鎂橄欖石覆膜，該鎂橄欖石覆膜作為由膠態(tài)二氧化硅及磷酸鹽構成的覆膜的基底覆膜。
[0037]3.一種取向性電磁鋼板的制造方法，在對具有覆膜的取向性電磁鋼板在與軋制方向相交的方向上照射電子束時，將該電子束的每照射間隔:d(mm)的照射時間設為S1 (ms)、并且設為Z = Sl°_35時，對于該電子束照射條件，將該電子束的每單位面積:Icm2的照射能設為1.0Z~3.5ZJ，并且將電子束的每單位照射長度:1m的照射能設為105ZJ以下。
[0038]4.如上述3所述 的取向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，將上述照射間隔:d(mm)設為0.01~0.5mm的范圍，并且將上述照射時間！S1(IiiS)設為0.003~0.1ms的范圍。
[0039]5.如上述3或4所述的取向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，使所述覆膜包含由膠態(tài)二氧化硅及磷酸鹽構成的覆膜和鎂橄欖石覆膜，該鎂橄欖石覆膜作為由膠態(tài)二氧化硅及磷酸鹽構成的覆膜的基底覆膜。
[0040]發(fā)明效果
[0041]根據本發(fā)明，通過電子束照射，不僅可以大幅改善取向性電磁鋼板的鐵損，還可以抑制照射部的覆膜的破壞，其結果是可以有效防止耐腐蝕性變差。除此以外，由于可以省略電子束照射后的覆膜的再涂敷過程，因此不僅產品的成本降低，而且不增加覆膜厚度，由此在制作變壓器等的鐵芯時，能夠提高占空系數。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1是表示頻率與銹產生點數為O的最大照射能的關系的曲線圖。
[0043]圖2是表示頻率:100kHz下、每單位長度的照射能對電子束照射后的耐腐蝕性的影響的曲線圖。
[0044]圖3是表示頻率:IOOkHz下、由電子束的照射帶來的鐵損W17/5(l的變化量(照射后的鐵損一照射前的鐵損)與每單位面積的照射能的關系的曲線圖。
【具體實施方式】
[0045]以下，對本發(fā)明具體地進行說明。
[0046]首先，關于依據本發(fā)明的取向性電磁鋼板的制造條件進行說明。[0047]在本發(fā)明中，取向性電磁鋼板用板坯的成分組成只要是生成二次再結晶的成分組成即可。另外，利用抑制劑時，例如若利用AlN系抑制劑時可以適量含有Al和N，另外，若利用MnS/MnSe系抑制劑時可以適量含有Mn和Se和/或S。當然，也可以合用兩種抑制劑。這種情況下Al、N、S和Se的適宜含量分別為，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 ％。
[0048]而且，本發(fā)明對于限制了 Al、N、S、Se的含量、不使用抑制劑的取向性電磁鋼板而言也可以適用。
[0049]這種情況下，Al、N、S和Se量優(yōu)選分別抑制為，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。
[0050]對于上述成分以外，如下具體描述了取向性電磁鋼板用板坯的基本成分和任選添加成分。
[0051](::0.08質量％ 以下
[0052]C是用于改善熱軋板組織而添加的，但為了將C降低至在制造工序中不會引起磁時效的50質量ppm以下，優(yōu)選將C設為0.08質量％以下。需要說明的是，關于下限，即使是不含C的原材料也能夠二次再結晶，因此無需特別設定。
[0053]S1:2.0 ~8.0 質量 ％
[0054]Si是有效用于提高鋼的電阻、改善鐵損的元素，為了實現充分的鐵損降低效果，優(yōu)選將其含量設為2.0質量％以上。另一方面，若Si量超過8.0質量％則加工性顯著下降，并且磁通密度也會下降，因此Si量優(yōu)選為2.0~8.0質量％的范圍。
[0055]Mn:0.005 ~1.0 質量 ％
[0056]Mn是在使熱加工性變得`良好方面所必須的元素，其含量若低于0.005質量％則其添加效果不足，另一方面若超過1.0質量％則產品板的磁通密度下降，因此Mn量優(yōu)選設為0.005~1.0質量％的范圍。
[0057]在上述的基本成分以外，可以適當含有作為磁特性改善成分的如下所述的元素。
[0058]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 ％ 和 Cr:0.03 ~1.50
質量％中的至少I種
[0059]Ni是對于改善熱軋板組織從而提高磁特性有用的元素。然而，若其含量低于0.03質量％則磁特性的提高效果小，另一方面，若超過1.50質量％則二次再結晶變得不穩(wěn)定，導致磁特性變差。因此，Ni量優(yōu)選設為0.03~1.50質量％的范圍。
[0060]另外，Sn、Sb、Cu、P、Mo和Cr分別是對于磁特性的提高有用的元素，若均不滿足上述各成分的下限，則磁特性的提高效果小，另一方面若超過上述各成分的上限量，則阻礙二次再晶粒的發(fā)達，因此優(yōu)選各自以上述范圍而含有。
[0061]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和Fe。
[0062]接著，具有上述成分組成的板坯按照常規(guī)方法進行加熱后供至熱軋，但也可以在鑄造后不進行加熱而直接進行熱軋。薄鑄片的情況下既可以進行熱軋、也可以省略熱軋而直接進入以后的工序中。
[0063]進而，根據需要實施熱軋板退火。此時，為了使高斯組織在產品板中高度發(fā)達，作為熱軋板退火溫度，優(yōu)選800~1100°C的范圍。熱軋板退火溫度若低于800°C，則熱軋中的帶狀組織有殘留，難以實現整粒后的一次再結晶組織，阻礙二次再結晶的發(fā)達。另一方面，熱軋板退火溫度若超過1100°C，則熱軋板退火后的粒徑過于粗大化，因此極其難以實現整粒后的一次再結晶組織。
[0064]熱軋板退火后，實施I次或夾有中間退火的2次以上的冷軋，然后進行再結晶退火，涂敷退火分離劑。涂敷退火分離劑之后，以形成二次再結晶和鎂橄欖石覆膜為目的實施最終退火。
[0065]最終退火后，進行平坦化退火來矯正形狀是有效的。需要說明的是，在本發(fā)明中，在平坦化退火之前或者之后對鋼板表面施加絕緣涂層。此處，在本發(fā)明中，該絕緣涂層是指為了降低鐵損而能夠對鋼板賦予張力的涂層(以下，稱為張力涂層)。需要說明的是，作為張力涂層，只要是用于取向性電磁鋼板的公知的張力涂層，則均能夠同等地適用在本發(fā)明中，特別優(yōu)選由膠態(tài)二氧化硅和磷酸鹽構成的涂層。另外，還可以舉出含有二氧化硅的無機系涂層或利用物理蒸鍍法、化學蒸鍍法等而成的陶瓷涂層等。
[0066]在本發(fā)明中，對于施加上述張力涂層后的取向性電磁鋼板，按照以下所示的條件對鋼板表面照射電子束，由此實施磁疇細化處理，可以在充分發(fā)揮由電子束照射帶來的鐵損降低效果的同時，抑制覆膜的損傷。
[0067]接著，對于依照本發(fā)明的電子束的照射方法進行說明。
[0068]首先，對電子束的產生條件進行說明。
[0069]加速電壓:40~300kV
[0070]加速電壓越高越好。由高加速電壓生成的電子束具有透過物質、特別是由輕元素構成的物質的趨勢。通常情況下鎂橄欖石覆膜、張力涂層由輕元素構成，因此，若加速電壓較高，則容易透過電子束，覆膜不易受到損傷。另外，若高達超過40kV，則為了得到相同輸出功率所需的射束電流少，能夠縮小束徑，因而優(yōu)選。然而，若超過300kV則射束電流變得過低，因此有可能導致其微小的調整變得困難。
[0071]照射直徑:350 μ m以下
[0072]若照射直徑粗至超過350 μ m，熱影響區(qū)擴大，有可能導致鐵損(磁滯損耗)變差，因此優(yōu)選設為350 μ m以下。測定是以通過公知的狹縫法所得到的電流(或者電壓)曲線的半峰寬來規(guī)定的。需要說明的是，對于照射直徑的下限沒有限定，但若過小，則電子束能量密度過度增高，照射所致的覆膜損傷將容易生成，因此優(yōu)選設為約100 μ m以上。
[0073]電子束的照射圖案
[0074]在本發(fā)明中，電子束的照射圖案并不限于直線，可以具有如波形等這樣的規(guī)則的圖案，并且從鋼板的寬度端部向另一側寬度端部進行照射。另外，可以使用多臺電子槍，劃分每I臺的照射區(qū)域。
[0075]對鋼板的寬度方向的照射使用偏轉線圈來進行，沿著照射位置，每隔一定間隔:d(mm)，將照射時間設為S1，反復進行。在本發(fā)明中，將該照射點稱為點(Dot)。并且此時，優(yōu)選使一定間隔:d(mm)為 規(guī)定的范圍。在本發(fā)明中將該間隔:d稱為點距(Dot pitch)。需要說明的是，在本發(fā)明中，電子束移動間隔:d的時間極短，因此可以將S1的倒數視為照射頻率。
[0076]進而，在與被照射材料的軋制方向相交的方向上隔著一定的間隔反復進行上述從寬度端向寬度端的照射，以下將該間隔稱為線間隔。另外，照射方向優(yōu)選相對與鋼板的軋制方向成直角的方向為±30度左右的角度。
[0077]每I點的照射時間(照射頻率的倒數)S1:0.003~0.1ms (3~100 μ s)
[0078]照射時間S1若比0.003ms短，則有可能無法對鋼基帶來足夠的熱影響而導致鐵損未改善。另一方面，若比0.1ms長，則在照射時刻中，所照射的熱會在鋼中等擴散。因此，SP使以VXIXs1表示的每I點的照射能為恒定，照射部的最高到達溫度傾向于變低，因此有可能導致鐵損變差。因此，照射時間S1優(yōu)選為0.003~0.1ms的范圍。需要說明的是，V為加速電壓、I為射束電流。
[0079]點距(d):0.01 ~0.5mm
[0080]點距若比0.5mm寬，則在鋼基中會產生不受熱影響的部分，導致磁疇未充分細化，鐵損可能不會改善。另一方面，若比0.01mm窄則照射速度過度降低，照射效率下降。因此，本發(fā)明中的點距優(yōu)選設為0.01~0.5mm的范圍。
[0081]線間隔:1~15mm
[0082]線間隔若比Imm窄，則熱影響區(qū)擴大，有可能導致鐵損(磁滯損耗)變差。另一方面，若比15_寬，則未充分磁疇細化，鐵損傾向于不改善。因此，本發(fā)明中的線間隔優(yōu)選設為I~15mm的范圍。
[0083]加工室壓力:3Pa以下
[0084]加工室的壓力若高`于3Pa，則從電子槍產生的電子散射，對鋼基帶來熱影響的電子的能量減少，因此導致無法充分地磁疇細化，鐵損可能不會改善。需要說明的是，對于下限沒有特別規(guī)定，加工室的壓力越低越好。
[0085]需要說明的是，在本發(fā)明中，關于聚焦電流，偏向于寬度方向進行照射時，為了使寬度方向的電子束變得均勻，預先對聚焦電流進行調整，這是不言而喻的。例如，即使應用動態(tài)聚焦功能(參照專利文獻11)也沒有任何問題。
[0086]電子束的每單位照射長度(Im)的照射能:105ZJ以下
[0087]在本發(fā)明中，Z是以Sl°_35或者照射頻率(kHz)的一0.35次方表示的值。通常情況下，鋼板的寬度方向的每單位長度的照射能越高，則磁疇細化越進行、渦流損耗越下降，但在過度地照射能量的情況下，不僅磁滯損耗増大，而且電子束照射部過度高溫化，覆膜受到損傷。因此，正如以下說明，某個值(105ZJ/m)以下為適合條件。需要說明的是，對于下限，只要能夠得到磁疇細化效果就沒有特別限制，優(yōu)選為60ZJ/m左右。
[0088]另外，考慮到由熱照射帶來的磁疇細化和覆膜損傷受到來自照射部的最高到達溫度、與其相伴的鐵的膨脹量等的影響，因此在低頻率、即S1較大，照射中向鋼中的熱擴散顯著的情況下，照射部不會高溫化，因此若不照射更多的能量，則不僅鐵損不降低，而且有可能不產生覆膜損傷，這一點需要注意。
[0089]在此，本發(fā)明中的Z是發(fā)明人基于自身所進行的實驗導出的。
[0090]具體而言，準備10片按照與后述的實施例同樣的條件制作的帶有張力涂層的
0.23mm厚材，以表1所示的頻率進行電子束照射。接著，目測確認在溫度:50°C—濕度:98%的濕潤環(huán)境中暴露48小時后的濕潤試驗后的銹產生點數，求出銹產生點數為O的試樣即使只出現I片時的最小照射能。將其結果一并記于表1中。
[0091]此處，將該最大照射能的結果曲線圖化，示于圖1中。如該圖所示，利用最小二乘法進行曲線擬合，由此導出上述上限值(105Z J/m)。
[0092]表1
[0093]
【權利要求】
1.一種取向性電磁鋼板，其是實施了電子束照射、具有覆膜的板厚:t (mm)的取向性電磁鋼板，其特征在于，在溫度:50°C、濕度:98%的氣氛中保持48小時的濕潤試驗后，鋼板表面不生銹，與電子束照射前的鐵損W17/5(l相比，電子束照射后的鐵損W17/5(l降低(一 500t2 +200t - 6.5)%以上，并且電子束照射后的鐵損W17/5Q為(5t2 - 2t + 1.065)ff/kg以下。
2.如權利要求1所述的取向性電磁鋼板，其特征在于，所述覆膜包含由膠態(tài)二氧化硅及磷酸鹽構成的覆膜和鎂橄欖石覆膜，該鎂橄欖石覆膜作為由膠態(tài)二氧化硅及磷酸鹽構成的覆膜的基底覆膜。
3.一種取向性電磁鋼板的制造方法，在對具有覆膜的取向性電磁鋼板在與軋制方向相交的方向上照射電子束時，將該電子束的每照射間隔:d(mm)的照射時間設為Sl(mS)、并且設為Z = S10-35時，對于該電子束照射條件，將該電子束的每單位面積:1cm2的照射能設為1.0ZJ~3.5ZJ，并且將電子束的每單位照射長度:1m的照射能設為105ZJ以下。
4.如權利要求3所述的取向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，將所述照射間隔:d(mm)設為0.01mm~0.5mm的范圍，并且將所述照射時間=S1 (ms)設為0.003ms~0.1ms的范圍。
5.如權利要求3或4所述的取向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，使所述覆膜包含由膠態(tài)二氧化硅及磷酸鹽構成的覆膜和鎂橄欖石覆膜，該鎂橄欖石覆膜作為由膠態(tài)二氧化硅及磷酸鹽構成的覆膜 的基底覆膜。
【文檔編號】H01F1/18GK103827326SQ201280047836
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權日:2011年9月28日
【發(fā)明者】高城重宏, 山口廣, 大村健, 井上博貴, 岡部誠司 申請人:杰富意鋼鐵株式會社