BR112013002604B1 - chapa de aço elétrica orientada para grãos e método para fabricação da mesma - Google Patents

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Abstract

chapa de aço elétrica orientada para grãos e método para fabricação da mesma. um objetivo da presente invenção refere-se a uma chapa de aço elétrica orientada para grãos capaz de reduzir a perda de ferro quando utilizada em um núcleo de ferro para um transformador e similares, em um estado empilhado, por meio da técnica de refinação do domínio magnético. especificamente, a chapa de aço elétrica orientada para grãos da presente invenção tem tensão térmica introduzida no seu interior, em um arranjo de linha pontilhhada em que as áreas de deformação transmitidas foram alinhadas em uma direção que atravessa a direção de laminação da chapa de aço, em que as áreas de deformação transmitidas introduzidas no arranjo de linha pontilhada tem um tamanho de 0,10 mm ou mais, a 0,50 mm ou menos, e um intervalo entre as áreas adjacentes de deformação transmitidas é de 0,10 mm ou mais, a 0,60 mm ou menos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CHAPA DE AÇO ELÉTRICA ORIENTADA PARA GRÃOS E MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DA MESMA.
CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a uma chapa de aço elétrica orientada para grãos vantajosamente utilizada por um núcleo de ferro de um transformador e similares, e um método para fabricação de uma chapa de aço elétrica orientada para grãos vantajosamente utilizada por um núcleo de ferro de um transformador e similares.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] A chapa de aço elétrica orientada para grãos é principalmente utilizada como um núcleo de ferro de um transformador e necessária por exibir características de magnetização superiores, por exemplo, baixa perda de ferro, em particular.
[003] A este respeito, é importante que se altamente acumulem grãos recristalizados secundários de uma chapa de aço, em orientação (110)[001] isto é, o que é chamado de orientação Goss, e reduzir as impurezas em uma chapa de aço do produto. No entanto, existem restrições no controle de orientações de grãos de cristal e redução de impurezas em vista do custo de produção. Por conseguinte, foi desenvolvida uma técnica de introdução de não uniformidade em uma superfície de uma chapa de aço através de meios físicos para subdividir a largura de um domínio magnético para reduzir a perda de ferro, isto é, técnica de refinamento de domínio magnético.
[004] Por exemplo, a Literatura de Patente 1 propõe uma técnica de irradiação de uma folha de aço, como um produto acabado com laser para introduzir regiões de alta densidade de deslocamento para uma camada de superfície da chapa de aço, desta maneira estreitando as larguras de domínios magnéticos e reduzindo a perda de ferro da chapa de aço. A Literatura de Patente 2 sugere uma tecnologia para controlar
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2/28 as larguras de domínio magnético através da irradiação por feixe de elétrons.
LISTA DE CITAÇÕES
LITERATURA DE PATENTE [005] PTL 1: JP-B 57-002252 [006] PTL 2: JP-B 06-072266
SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMAS TÉCNICOS [007] No entanto, no caso em que uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, com a perda de ferro reduzida obtida através da condução da acima referida técnica de refinamento de domínio magnético, incluindo a irradiação de laser ou feixe de elétrons, é adaptada para um transformador real, houve um problema em que a propriedade de perda de ferro do transformador real não foi melhorada ainda que a perda de ferro do material (chapa de aço) fosse assim reduzida. Isto é, um fator de construção (BF) tornou-se pobre, em tal caso.
[008] Por conseguinte, um objetivo da presente invenção é o de prover uma chapa de aço elétrica orientada para grãos capaz de reduzir a perda de ferro, mesmo no caso onde a chapa de aço elétrica orientada para grãos é empilhada e adaptada a um núcleo de ferro de um transformador ou similar, através da condução de tratamento de refinamento de domínio magnético.
SOLUÇÃO PARA OS PROBLEMAS [009] A fim de reduzir a perda de ferro de uma chapa de aço elétrica orientada para grãos utilizada como um núcleo de ferro de um transformador, isto é, de modo a reduzir a perda de ferro do próprio transformador, a perda de ferro em uma direção diferente da direção da laminação, bem como a perda de ferro em uma direção da laminação da chapa de aço necessita de ser reduzida.
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3/28 [0010] A respeito do estado magnetizado no transformador durante a excitação, um fenômeno chamado de rotação de magnetização é conhecido por ocorrer. Na rotação de magnetização, a direção de magnetização é orientada para uma direção diferente da direção da laminação quando excitação magnética é fornecida em uma direção paralela à direção da laminação. No caso onde um transformador com um núcleo de ferro de três fases e três pernas é excitado com uma densidade de fluxo magnético de 1,7 T em uma direção paralela à direção da laminação, por exemplo, os inventores da presente invenção descobriram que o fluxo magnético de 0,1 T e 1,0 T é, pelo menos localmente, orientado ao longo da direção ortogonal à direção da laminação. Quando a direção de magnetização é orientada para uma direção diferente da direção da laminação em uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, a direção de magnetização é eventualmente dirigida para a direção que tem uma permeabilidade magnética baixa e desta maneira a perda de ferro é aumentada. Tal aumento da perda de ferro causada pela rotação de magnetização é uma causa para a geração de perda de ferro no transformador maior do que a perda de ferro do material propriamente dito (perda de ferro no sentido da laminação).
[0011] Um índice para expressar a deterioração da propriedade magnética é chamado como BF (Fator de construção), o valor obtido dividindo o valor da perda de ferro em um transformador por um valor de perda de ferro no material sob a mesma condição de magnetização. É importante reduzir a perda de ferro em uma direção diferente da direção da laminação, especialmente em uma direção ortogonal à direção da laminação para reduzir o valor de BF.
[0012] Por conseguinte, os inventores da presente invenção introduziram áreas atingidas pela deformação com tamanhos apropriados termicamente em um padrão de linha tracejada com
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4/28 intervalos apropriados entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação. Os inventores finalmente descobriram que ambos os valores de perda de ferro na direção da laminação e a direção ortogonal à direção da laminação são reduzidas e uma chapa de aço elétrica orientada para grãos exibindo menor valor de perdas de ferro do transformador é eventualmente obtida.
[0013] Aqui, o princípio para explicar a redução na perda de ferro causada por transmissão de deformação é mencionado abaixo. Isto é, quando a deformação é transmitida para uma chapa de aço, a tensão é introduzida em uma direção da linha pontilhada de modo a gerar um domínio de fechamento originado a partir da deformação. Por um lado, a geração de domínio de fechamento aumenta a energia magnetostática e, por outro lado, o domínio magnético 180° é subdividido para reduzir a energia magnetostática aumentada. Assim sendo, a perda de ferro no sentido da laminação é reduzida. No caso em que a maior quantidade de deformação é conferida e mais domínio de fechamento é gerado, os domínios magnéticos de 180° serão mais subdivididos e a perda de ferro no sentido da laminação vai ser ainda mais reduzida. O aumento da tensão na direção da linha tracejada causa um valor maior de permeabilidade magnética em uma direção ortogonal à direção da laminação, por efeito inverso de magnetostrição e a perda de ferro na direção ortogonal à direção da laminação é eventualmente reduzida. No que diz respeito à perda de ferro no sentido da laminação, a perda de corrente parasita é reduzida, estreitando as larguras de domínios magnéticos através do aumento da quantidade de tensão a um nível superior ou igual a um nível apropriado, enquanto que uma perda de histerese aumenta e a perda de ferro na direção da laminação fica maior totalmente. No caso em que a densidade das zonas deformação transmitidas em uma chapa de aço é elevada, a perda por histerese na direção da laminação e na direção perpendicular ao sentido da
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5/28 laminação é aumentada, uma vez que as áreas atingidas pela deformação inibem o fluxo magnético.
[0014] Com base no acima exposto, quando quantidade apropriada de deformação é transmitida para a chapa de aço a uma densidade apropriada de áreas atingidas pela deformação, perdas de ferro em ambas, a direção de laminação e a direção ortogonal à direção da laminação, podem ser reduzidas de modo que uma chapa de aço elétrica orientada a grão exibindo menor perda de ferro do transformador pode ser fabricada.
[0015] A seguir, para determinar a condição apropriada para transmissão de deformação, um feixe de elétrons é irradiado de acordo com a variedade de condições de irradiação e o tamanho das regiões de atingidas pela deformação, e os intervalos entre as regiões atingidas pela deformação adjacentes em cada chapa de aço são investigadas. Os métodos de medição para o tamanho das regiões atingidas pela deformação e os intervalos serão descritos mais tarde. As mudanças nos valores de W 17/50 na direção da laminação e os valores de W 2/50 na direção ortogonal à direção da laminação, antes ou depois da irradiação, foram estudados. O nível de excitação para a direção perpendicular à direção da laminação é determinado usando o valor da perda de ferro durante 0,2 T como um índice. Este valor corresponde a um valor médio para um componente de densidade de fluxo magnético na direção ortogonal à direção da laminação, em um transformador, para o qual os inventores conduziram a pesquisa.
[0016] Em um experimento, um feixe de elétrons tendo uma voltagem de aceleração de 40 kV e um valor de corrente de feixe de 2,5 mA foi irradiado em uma direção ortogonal à direção de laminação de forma contínua ou em um padrão de linha tracejada com intervalo de 7 mm entre as linhas irradiadas, de acordo com a condição mostrada na Tabela 1. A irradiação contínua foi realizada a uma taxa de varrimento
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6/28 de feixe de 4 m / s, enquanto que a irradiação de linha pontilhada foi conduzida a uma velocidade de varrimento de feixe de 50 m / s, com intermissões de 100 microsiemens entre intervalos de tempo predeterminados, os quais determinam comprimentos do espaço compreendido entre os pontos irradiados. As amostras submetidas ao experimento foram chapas de aço elétrico orientada à grãos com uma espessura de 0,23 mm e tendo valor B8 antes da irradiação de aproximadamente 1,93 T.
[0017] Definições e métodos de medição para o tamanho das áreas atingidas pela deformação acima mencionados e os intervalos entre as regiões atingidas pela deformação adjacentes são apresentados a seguir.
TAMANHO DE ÁREAS ATINGIDAS PELA DEFORMAÇÃO [0018] Um revestimento de superfície de uma chapa de aço, depois de sujeito a recozimento final foi removido por meio de ácido ou alcali, e em seguida a medição da dureza foi realizada utilizando um nanoindentador para as áreas atingidas pela deformação. A dureza na posição pelo menos 1 mm de distância da linha atingida pela deformação foi utilizada como padrão e as zonas de dureza que é mais alta do que a dureza na posição por 10% ou mais foram definidas como áreas atingidas pela deformação (isto é, áreas atingidas pela deformação distribuídas em uma linha pontilhada).
[0019] O comprimento máximo na direção ortogonal à direção de laminação no interior da área atingida pela deformação foi definido como o tamanho da área atingida pela deformação. Na condição de irradiação contínua ou na condição em que as áreas atingidas pela deformação correspondentes às linhas pontilhadas vizinhas se sobrepõem uma à outra, o comprimento máximo na direção da laminação foi definido como o tamanho da área atingida pela deformação. O tamanho da área atingida pela deformação foi medido com base nas definições acima.
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Especificamente, o tamanho da área atingida pela deformação foi determinado, por exemplo, como o valor médio calculado com base em cada dez pontos de deformação transmitidos, na parte central da chapa de aço de amostra, selecionados a partir de três diferentes linhas pontilhadas por uma chapa.
INTERVALOS ENTRE ÁREAS ADJACENTES ATINGIDA PELA DEFORMAÇÃO [0020] Entre as áreas acima definidas atingidas pela deformação, o comprimento mínimo, livres de ambos os efeitos das áreas atingidas pela deformação adjacentes foi definido como o intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação. Na condição de irradiação contínua ou na condição onde as áreas atingidas pela deformação correspondentes às linhas pontilhadas vizinhas se sobrepõem umas às outras, o intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação foi definido como 0 mm. Com base nas definições acima, o intervalo entre as regiões adjacentes foi medido. O intervalo entre as áreas adjacentes foi determinado, por exemplo, como o valor médio calculado com base em cada dez pontos atingidos pela deformação, na parte central da chapa de aço de amostra, selecionados de três diferentes linhas pontilhadas por uma chapa.
[0021] A Tabela 1 mostra o resultado do estudo para o tamanho da área atingida pela deformação e intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação em cada chapa de aço em várias condições de irradiação e em vários intervalos entre os pontos irradiados na direção ortogonal à direção da laminação. As Figs. 1 e 2 mostram a variação nos valores de W 17/50 e W 2/50 na direção da laminação como uma função do intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação.
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TABELA 1
Condição Irradiação Intervalo de irradiação na direção ortogonal a direção de laminação (mm) Diâmetro do feixe (mm) Tamanho da área atingida pela deformação (mm) Intervalo de pontos entre áreas adjacentes atingidas pela deformação
1 Contínuo - 0,2 0,27 Sem intervalo
2 Linha pontilhada 1,2 0,2 0,28 0,78
3 Linha pontilhada 0,9 0,2 0,28 0,59
4 Linha pontilhada 0,7 0,2 0,29 0,36
5 Linha pontilhada 0,5 0,2 0,29 0,15
6 Linha pontilhada 0,4 0,2 0,29 0,08
7 Linha pontilhada 0,3 0,2 0,32 Sem intervalo
8 Contínuo - 0,1 0,16 Sem intervalo
9 Linha pontilhada 1,2 0,1 0,17 1,02
10 Linha pontilhada 0,9 0,1 0,17 0,7
11 Linha pontilhada 0,7 0,1 0,18 0,48
12 Linha pontilhada 0,5 0,1 0,18 0,25
13 Linha pontilhada 0,3 0,1 0,19 0,05
14 Linha pontilha da 0,2 0,1 0,21 Sem intervalo
[0022] Como mostrado na Fig. 1, no caso em que o intervalo entre
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9/28 as áreas adjacentes atingidas pela deformação foi de 0,60 mm ou menos, o valor da W17/50 na direção de laminação correspondente ao valor menor. O valor da perda de ferro ficou menor, pois os intervalos mais estreitos entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação resultaram na maior quantidade atingida pela deformação que causou efeito de refino de domínio magnético.
[0023] Por outro lado, como mostrado na Fig. 2, o valor da perda de ferro W2/50 na direção ortogonal à direção de laminação diminuída em 10% ou mais, dos valores para a irradiação contínua, quando a irradiação da linha pontilhada foi realizada sob uma condição em que o intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação foi pelo menos 0,10 mm. Este fenômeno ocorreu, presumivelmente, porque o aumento da perda de histerese na direção ortogonal à direção de laminação foi suprimida pela minimização da dimensão das áreas atingidas pela deformação.
[0024] Em seguida, os inventores da presente invenção estudaram os efeitos do tamanho das áreas atingidas pela deformação. Um feixe de elétrons em uma voltagem de aceleração de 40 kV foi irradiado em uma linha pontilhada em uma direção ortogonal à direção de laminação da chapa de aço com um espaçamento de 7 mm na direção de laminação. A irradiação foi realizada sob uma condição em que o diâmetro do feixe e da densidade de corrente foi ajustado de modo que o intervalo entre as áreas atingidas pela deformação adjacentes variou de 0,2 mm ou mais, para 0,3 mm ou menos, e as respectivas áreas atingidas pela deformação tinham tamanhos diferentes. A Fig. 3 mostra a relação entre o tamanho da área atingida pela deformação e o valor da perda de ferro. No caso em que o tamanho da área atingida pela deformação é entre 0,1 mm ou mais e 0,5 mm ou menos, o valor para W17/50 na direção da laminação ficou menor. Este fenômeno ocorreu, presumivelmente, porque os tamanhos maiores de áreas atingidas pela
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10/28 deformação aumentou a quantidade atingida pela deformação para exercer efeito de refino de domínio magnético para reduzir a perda de ferro. Uma vez que a deformação maior do que uma certa quantidade foi transmitida, a perda de histerese na direção de laminação ficou maior e a perda de ferro acompanhou. Como mostrado na fig. 4, o valor da perda de ferro W2/50 na direção ortogonal para a direção de laminação ficou menor quando o tamanho da área atingida pela deformação é de 0,1 mm ou mais. Este fenômeno ocorreu, presumivelmente porque o domínio de fecho magnético capaz de diminuir a perda de ferro na direção ortogonal para a direção de laminação não pode desenvolver suficientemente quando o tamanho da área atingida pela deformação é inferior a 0,1 mm.
[0025] Com base em tais resultados experimentais, os inventores da presente invenção descobriram que ambos os valores de perdas de ferro no sentido da laminação e no sentido ortogonal à direção de laminação diminuiram quando deformação foi transmitida a uma linha pontilhada para obter o tamanho apropriado de área atingida pela deformação e o intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação. Desta maneira, os inventores da presente invenção obtiveram a chapa de aço elétrica orientada para grãos tendo baixa perda de ferro do transformador.
[0026] Especificamente, as características principais da presente invenção são como a seguir.
(1) Uma chapa de aço elétrica orientada para grãos tendo tensão térmica introduzida no interior da mesma, em um arranjo de linha pontilhada em que as áreas atingidas pela deformação foram alinhadas em uma direção que atravessa a direção de laminação da chapa de aço, em que as áreas atingidas pela deformação introduzidas no arranjo de linha pontilhada têm um tamanho de 0,10 mm ou mais, até 0,50 mm ou menos, e um intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela
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11/28 deformação é de 0,10 mm ou mais, a 0,60 mm ou menos.
(2) A chapa de aço elétrica orientada para grãos de (1) acima, em que um intervalo de linha entre as linhas pontilhadas na direção de laminação é de 2 mm a 10 mm.
(3) Um método para a fabricação de uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, que compreende:
[0027] introdução de deformação térmica em uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, em um arranjo de linha pontilhada no qual áreas atingidas pela deformação foram alinhadas em uma direção que atravessa a direção de laminação da chapa de aço por meio da irradiação de um feixe de elétrons, em que um intervalo de linha entre a irradiação do feixe de elétrons na direção de laminação é de 2 mm a 10 mm, um intervalo de ponto irradiado no arranjo de linha pontilhada é de 0,2 mm ou mais, a 1,0 mm ou menos, e uma quantidade de energia de irradiação E por diâmetro de feixe unitário definido pela seguinte fórmula (1) é de 30 mJ / mm ou mais e 180 mJ / mm ou menos, em que:
E = [voltagem de aceleração de feixe de elétrons (kV) x valor de corrente do feixe (mA) x período de irradiação por um ponto (ps) / 1000] / diâmetro de feixe (mm) ... (1) (4) Um método para a fabricação de uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, que compreende:
[0028] introduzir uma deformação térmica em uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, em um arranjo de linha pontilhada no qual áreas atingidas pela deformação foram alinhadas em uma direção que atravessa a direção de laminação da chapa de aço por meio continuamente irradiar um feixe de laser, em que um intervalo de linha entre a irradiação a laser contínua no sentido da laminação é de 2 mm a 10 mm, um intervalo de ponto irradiado no arranjo de linha pontilhada é de 0,2 mm ou mais, a 1,0 mm ou menos, e uma quantidade de energia de irradiação E por diâmetro de feixe unitário definido pela seguinte
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12/28 fórmula (2) é de 40 mJ / mm ou mais e 200 mJ / mm ou menos, em que: E = [potência média de laser (W) x período de irradiação por um ponto (ps) / 1000] / diâmetro de feixe (mm) ... (2)
EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO [0029] É possível reduzir as perdas no ferro em ambos a direção de laminação e a direção ortogonal à direção de laminação por deformação transmitida em um arranjo de linha pontilhada sob restrições, de acordo com a presente invenção. Desse modo, é possível reduzir ainda mais a perda de ferro em um transformador provido de chapas elétricas orientadas para grãos empilhadas obtidas como descrito acima. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0030] A presente invenção será ainda descrita abaixo com referência aos desenhos em anexo, em que:
[0031] A FIG. 1 é um gráfico que mostra a relação entre o intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação e a perda de ferro; [0032] A FIG. 2 é um gráfico que mostra a relação entre o intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação e a perda de ferro; [0033] A FIG. 3 é um gráfico que mostra a relação entre o tamanho da área atingida pela deformação e a perda de ferro;
[0034] A FIG. 4 é um gráfico que mostra a relação entre o tamanho da área atingida pela deformação e a perda de ferro; e [0035] A FIG. 5 é um diagrama que ilustra uma forma do núcleo de ferro do transformador.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES [0036] Como mencionado acima, é necessário reduzir as perdas de ferro em ambas as direções de laminação e a direção ortogonal à direção de laminação para reduzir a perda de ferro em um transformador. Por um lado, é importante formar áreas térmicas atingidas pela deformação sob uma condição capaz de satisfazer o tamanho da área atingida pela deformação entre 0,10 mm ou mais e
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0,50 mm ou menos, e o intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação de 0,60 mm ou menos, a fim de reduzir a perda de ferro no sentido da laminação. Por outro lado, é importante formar áreas térmicas atingidas pela deformação sob uma condição capaz de satisfazer o tamanho da área atingida pela deformação de 0,10 mm ou mais, e o intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação de 0,10 mm ou mais, a fim de reduzir a perda de ferro na direção ortogonal para a direção de laminação.
[0037] Além disso, o intervalo de linha na direção de laminação entre as deformações transmitidas no arranjo de linha pontilhada é de preferência ajustado entre 2 mm ou mais e 10 mm ou menos. No caso em que o intervalo de linha é inferior a 2 mm, a quantidade de deformações transmitidas para a folha de aço é muito e perda por histerese aumenta significativamente na direção de laminação. Por outro lado, no caso em que o intervalo de linha superior a 10 mm, o efeito de refinamento de domínio magnético é reduzido e por meio do que a perda de ferro, tanto na direção de laminação e a direção perpendicular para a direção de laminação aumenta.
[0038] Além disso, as deformações transmitidas em um arranjo de linha pontilhada na direção que atravessa a direção de laminação de uma chapa de aço são dispostas para ter um ângulo dentro de 30° entre a linha pontilhada e a direção perpendicular à direção de laminação. No caso em que o ângulo de inclinação em relação ao sentido perpendicular ao sentido de laminação excede tal faixa, a redução da perda de ferro no sentido de laminação é suprimida, mesmo que a perda de ferro na direção ortogonal à direção de laminação diminua, e, eventualmente, a redução na perda de ferro de um transformador é suprimida. Mais preferivelmente, as deformações são transmitidas ao longo da direção ortogonal à direção de laminação.
[0039] Ao satisfazer as condições acima referidas, uma quantidade
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14/28 apropriada de deformação é transmitida para uma chapa de aço para a geração de domínios magnéticos de fechamento de modo que a perda de ferro, na direção da laminação e na direção ortogonal à direção de laminação reduziu suficientemente, e, eventualmente, uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, ideal para a redução na perda de ferro em um transformador como pretendido na presente invenção, é obtida. Fora de tal faixa adequada, no caso onde a quantidade atingida pela deformação é insuficiente, o efeito de redução da perda de ferro é suprimido, e no caso em que a quantidade atingida pela deformação é demasiada ou a área atingida pela deformação é muito grande, a perda por histerese aumenta significativamente o efeito de redução da perda de ferro é suprimido.
[0040] Em seguida, o método de fabricação para a transmissão de deformações térmicas, sob a condição acima mencionada, será descrito abaixo.
[0041] Em primeiro lugar, como um método de introdução de deformações de linha pontilhada, ele é adequado para utilizar uma irradiação com feixe de elétrons ou uma irradiação a laser contínua capaz de introduzir energia enorme por um diâmetro de feixe focado. Como outro método de refino de domínio magnético, o meio de irradiação de jato de plasma é conhecido, e é difícil de adaptar esse meio na condição da presente invenção.
(i) Introdução de deformações térmicas por meio de irradiação com feixe de elétrons [0042] Condição de irradiação foi estudada para a introdução das acima definidas deformações térmicas por condução de experiências de feixes de elétrons de diferentes intervalos entre linhas pontilhadas e uma quantidade de energia de irradiação E. A quantidade de energia de irradiação E é definida pela fórmula abaixo.
E (mJ / mm) = [voltagem de aceleração de feixe de elétrons (kV) x
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15/28 valor de corrente do feixe (mA) x período de irradiação por um ponto (ps) / 1000] / diâmetro de feixe (mm) [0043] O diâmetro do feixe é determinada por um método de abertura conhecido utilizando uma meia largura do perfil de energia.
[0044] Como resultado do estudo acima, foi revelado que a condição acima identificada para a introdução de deformações é satisfeita no caso em que o intervalo de linha na direção de laminação para a irradiação por feixe de elétrons é entre 2 mm a 10 mm, um intervalo de ponto irradiado no arranjo de linha pontilhada é de 0,2 mm ou mais, a 1,0 mm ou menos, e uma quantidade de energia de irradiação E por diâmetro de feixe unitário é de 30 mJ / mm ou mais e 180 mJ / mm ou menos.
(ii) Introdução de deformações térmicas por meio de irradiação a laser contínua [0045] Condição de irradiação foi estudada para irradiação a laser contínua na faixa que satisfaz a condição acima da mesma forma. A quantidade de energia de irradiação E é definida pela fórmula abaixo.
E (mJ / mm) = [potência média de laser (W) x período de irradiação por um ponto (ps) / 1000] / diâmetro de feixe (mm).
[0046] Como resultado do estudo acima, foi revelado que a condição acima identificada para a introdução de deformações é satisfeita no caso em que o intervalo de linha na direção da laminação para a irradiação de laser é entre 2 mm e 10 mm, um intervalo de ponto irradiado no arranjo de linha pontilhada é de 0,2 mm ou mais, a 1,0 mm ou menos, e uma quantidade de energia de irradiação E por diâmetro de feixe unitário é de 40 mJ / mm ou mais e 200 mJ / mm ou menos. A oscilação do laser pode ser desligada ou ligada a baixa potencia, quando um feixe de laser se move entre os pontos de irradiação. O diâmetro do feixe pode ser definido unicamente com base no colimador e um comprimento focal de uma lente de um sistema ótico.
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16/28 [0047] O método para a introduzir deformações no arranjo de linha pontilhada é realizado por repetição de um processo em que um feixe de elétrons ou um feixe de laser varre rapidamente ao longo de uma chapa de aço, enquanto a varredura é interrompida em cada ponto por um determinado período de tempo, a irradiação continua no ponto, e depois a varredura reinicia. Tal processo pode ser realizado por meio de uma irradiação com feixe de elétrons, no qual uma voltagem de difração do feixe de elétrons é variada usando um amplificador com grande capacidade.
[0048] Quando uma chapa de aço é submetida à introdução de deformação no arranjo de linha pontilhada por meio de um feixe de elétrons ou um feixe de laser contínuo, a chapa de aço resultante tem vestígios de irradiação e uma propriedade de isolamento elétrico da chapa de aço pode ser comprometida. Em tal caso, o recobrimento do revestimento isolante é realizado e o revestimento assim aplicado é cozido a um intervalo de temperatura no qual a deformação introduzida não é compensada.
[0049] Em seguida, a condição de fabricação para uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, diferente da condição acima identificada, será concretamente explicada. É preferível ter densidade de fluxo magnético B8 de 1,90 T ou mais, o que pode ser um indicador de graus de acumulação, uma vez que os níveis mais elevados de acumulação na direção <100> entre grãos de cristal conduzem ao maior efeito de redução de perda de ferro causada pelo refino de domínio magnético.
[0050] Na composição química de uma placa para a chapa de aço elétrica orientada para grãos de acordo com a presente invenção pode ser qualquer composição química, desde que a composição possa causar recristalização secundária. Além disso, em caso de utilização de um inibidor, por exemplo, no caso de se utilizar um inibidor de AlN, uma
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17/28 quantidade apropriada de Al e N podem estar contidos, enquanto no caso da utilização de MnS e / ou inibidor MnSe, uma quantidade apropriada de Mn e Se e / ou S pode estar contida. É desnecessário dizer que ambos os inibidores podem também ser utilizados em combinação. Teores preferidos de Al, N, S, e Se,, neste caso, são os seguintes: Al: 0,01% em massa a 0,065% em massa, N: 0,005% em massa a 0,012% em massa, S: 0,005% em massa a 0,03% em massa e Se : 0,005% em massa a 0,03% em massa.
[0051] Além disso, a presente invenção também pode ser aplicada a uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, em que os teores de Al, N, S, e Se são limitados e nenhum inibidor é usado. Neste caso, as quantidades de Al, N, S, e Se, cada um, pode de preferência ser suprimida como se segue: Al: 100 ppm em massa ou inferior, N: 50 ppm em massa ou inferior, S: 50 ppm em massa ou inferior, e Se: 50 ppm em massa ou inferior.
[0052] Exemplos específicos de componentes básicos e outros componentes para ser opcionalmente adicionados a uma placa de aço para uso na fabricação de chapas de aço elétricas orientadas para grãos da presente invenção são como se segue.
C: 0,08% em massa ou menos [0053] Carbono é adicionado para melhorar a textura de uma folha de aço laminado a quente. Teor de carbono no aço é, de preferência de 0,08% em massa ou menos, porque o teor de carbono superior a 0,08% em massa aumenta a responsabilidade de reduzir o teor de carbono durante o processo de fabricação de 50 ppm em massa ou menos, no qual o envelhecimento magnético é evitado com segurança. O limite inferior do teor de carbono no aço não precisa ser particularmente ajustado porque recristalização secundária é possível, em um material que não contém carbono.
Si: 2,0% em massa a 8,0% em massa
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18/28 [0054] O silício é um elemento que aumenta eficazmente a resistência elétrica do aço para melhorar as propriedades de perda de ferro do mesmo. Teor de silício no aço igual ou superior a 2,0% em massa assegura um efeito particularmente bom na redução da perda de ferro. Por outro lado, o teor de Si em aço igual ou inferior a 8,0% em massa assegura particularmente boa formabilidade e densidade de fluxo magnético de uma chapa de aço resultante. Deste modo, o teor de Si em aço é, de preferência no intervalo de 2,0% em massa a 8,0% em massa.
Mn: 0,005% em massa a 1,0% em massa [0055] O manganês é um elemento que, vantajosamente, adquire boa capacidade de trabalhar a quente de uma chapa de aço. Teor de manganês em uma chapa de aço inferior a 0,005% em massa, não pode causar o efeito positivo da adição de Mn suficientemente. Teor de manganês em uma chapa de aço igual ou inferior a 1,0% em massa assegura densidade de fluxo magnético particularmente boa de um produto de chapa de aço. Deste modo, o teor de Mn em uma chapa de aço é, de preferência na faixa de 0,005% em massa a 1,0% em massa. [0056] Além disso, a placa de aço para a chapa de aço elétrica orientada para grãos da presente invenção pode conter, por exemplo, os seguintes elementos como propriedades magnéticas melhorando componentes em adição aos componentes básicos acima descritos.
[0057] Pelo menos um elemento selecionado de Ni: 0,03% em massa a 1,50% em massa, Sn: 0,01% em massa a 1,50% em massa, Sb: 0,005% em massa a 1,50% em massa, Cu: 0,03% em massa a 3,0% em massa, P: 0,03% em massa a 0,50% em massa, Mo: 0,005% em massa a 0,10% em massa, e Cr: 0,03% em massa a 1,50% em massa [0058] O níquel é um elemento útil em termos de melhorar ainda mais a textura de uma chapa de aço laminada a quente e, assim, as propriedades magnéticas de uma chapa de aço resultante. No entanto,
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19/28 o teor de níquel presente em aço em % em massa inferior a 0,03 não pode causar este efeito de melhoria nas propriedades magnéticas por Ni suficientemente, enquanto o teor de níquel presente no aço igual ou inferior a 1,5% em massa garante a estabilidade na recristalização secundária para melhorar as propriedades magnéticas de uma chapa de aço resultante. Deste modo, o teor de Ni em aço é, de preferência na faixa de 0,03% em massa a 1,5% em massa.
[0059] Sn, Sb, Cu, P, Cr, e Mo são, cada um, elementos úteis em termos de melhorar as propriedades magnéticas da chapa de aço elétrica orientada para grãos da presente invenção. No entanto, a melhoria suficiente nas propriedades magnéticas não pode ser obtida quando os teores destes elementos são menos do que os respectivos limites inferiores acima especificados. Por outro lado, teores destes elementos iguais ou menores do que os respectivos limites superiores acima descritos asseguram o crescimento ótimo de grãos recristalizados secundários. Por conseguinte, é preferível que a placa de aço para chapa de aço elétrica orientado para grão da presente invenção contém pelo menos um de Sn, Sb, Cu, P, Cr, e Mo dentro das respectivas faixas especificadas acima do mesmo.
[0060] O equilíbrio dos componentes, em vez dos acima mencionados, da chapa de aço elétrica orientada para grãos da presente invenção é Fe e impurezas incidentais misturadas incidentalmente na mesma durante o processo de fabricação.
[0061] Em seguida, a placa tendo as composições químicas acima mencionadas é aquecida e, em seguida, submetida a laminação a quente, de acordo com um método convencional. Alternativamente, a placa pode ser imediatamente laminada a quente sem ser aquecida. No caso de placa / tira fundida fina, a placa / tira pode ser ou laminada a quente, ou diretamente alimentado para o próximo processo, pulando a laminação a quente.
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20/28 [0062] Uma chapa de aço laminada a quente (ou a placa / tira fundida fina que saltou a laminação a quente) é então submetida a recozimento de banda quente de acordo com a necessidade. O objetivo principal do recozimento de banda quente é eliminar a textura de banda resultante da laminação a quente, de modo a ter a textura recristalizada primária formada de grãos de tamanho uniforme, de modo que a textura Goss é deixada para continuar a desenvolver-se no recozimento de recristalização secundária, para desse modo melhorar a propriedade magnética. Neste momento, a fim de deixar que a textura Goss para altamente desenvolver no produto de chapa de aço, a temperatura de recozimento de banda a quente é de preferência definida para cair dentro de um intervalo de 800 ° C a 1100 ° C. A uma temperatura de recozimento de banda quente inferior a 800 ° C, a textura de banda resultante da laminação a quente é mantida, o que faz com que seja difícil ter a textura de recristalização primária formada por grãos de tamanho uniforme e, portanto, uma melhoria desejada na recristalização secundária não pode ser obtida. Por outro lado, a uma temperatura de recozimento de banda a quente maior do que 1100 ° C, o tamanho do grão é demasiado grosseiro, após o recozimento a quente da banda, o que faz com que seja extremamente difícil a obtenção de uma textura recristalizada primária formada de grão de tamanho uniforme.
[0063] Depois de recozimento de banda quente, a chapa de aço é sujeita a laminação a frio, pelo menos uma vez ou pelo menos duas vezes, com recozimento intermediário entre os mesmos, antes de ser submetido a recozimento de descarbonetação (que também serve como recozimento de recristalização), que é então aplicado a um separador de recozimento. A chapa de aço aplicada com um separador de recozimento é então submetida a recozimento final para fins de recristalização secundária e a formação de uma película de forsterita (película composta principalmente de Mg2SiÜ4).
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21/28 [0064] Para formar forsterita, um separador de recozimento composto principalmente de MgO pode ser preferencialmente utilizado. Aqui, um separador composto principalmente de MgO pode também conter, além de MgO, um componente separador de recozimento conhecido ou um componente de melhoria de propriedades, sem inibir a formação de uma película de forsterita pretendido pela presente invenção.
[0065] Após o recozimento final, é eficaz nivelar a forma da chapa de aço através de recozimento de achatamento. Enquanto isso, de acordo com a presente invenção, a superfície da chapa de aço é aplicada com um revestimento isolante, antes ou após o recozimento de achatamento. Aqui, o revestimento de isolamento refere-se a um revestimento capaz de transmitir tensão para uma chapa de aço com a finalidade de reduzir a perda de ferro (referido daqui em diante como revestimento de transferencia de tensão). O revestimento de transferencia de tensão pode ser implementado através, por exemplo, de um revestimento inorgânico contendo sílica ou um revestimento cerâmico aplicado por meio de deposição física, deposição química, e similares.
[0066] Na presente invenção, o refinamento magnético é implementado por irradiação da superfície de uma chapa de aço elétrica orientada para grãos com um feixe de elétrons ou um feixe de laser contínuo sob a condição acima descrita, após o recozimento final ou após o revestimento de transferencia de tensão.
[0067] Processos ou condições diferentes dos processos descritos acima, ou condição de fabricação, o método de fabricação convencionalmente conhecido para chapas de aço elétricas orientada para grãos, incluindo o processamento de refinamento magnético usando um feixe de elétrons ou um feixe de laser contínuo podem ser adaptados na presente invenção.
EXEMPLOS [0068] Uma chapa laminada a frio, incluindo Si a 3% em massa e
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22/28 com uma espessura final da chapa de 0,23 mm foi submetida a descarbonetação e recozimento para recristalização primária; separador de recozimento composto principalmente de MgO foi aplicado à chapa de aço, e a chapa de aço foi submetida a recozimento final, incluindo processo de recristalização secundária e processo de purificação, em que uma chapa de aço elétrica orientada para grãos com uma película de forsterita é obtida. Em seguida, a chapa de aço foi aplicada com um revestimento isolante contendo sílica coloidal de 60% em massa e o fosfato de alumínio e chapa de aço foi cozida a 800 ° C. Em seguida, a chapa de aço foi irradiada com um feixe de elétrons ou feixe de raios laser em uma direção ortogonal à direção de laminação, de modo que a introdução de tensões na chapa de aço em arranjo de linha pontilhada ou arranjo de linha contínua. Na irradiação de linha pontilhada, o intervalo entre a direção ortogonal à direção de laminação foi variado controlando o período de tempo de parada na varredura do feixe. Por conseguinte, um material de aço que tem a densidade de fluxo magnético B8 na faixa de 1,90 T a 1,94 T foi obtido.
[0069] O material de aço assim obtido foi cortado em amostras, tendo arestas chanfradas, com forma e dimensão como mostrado na FIG. 5 e empilhados alternadamente em 70 camadas de tal forma que a montagem de um núcleo de ferro de três fases e de três pernas do tipo transformador de 500 mm quadrados. O transformador foi excitado a densidade de fluxo magnético de 1,7 T e frequência de excitação de 50 Hz e sem perda de carga (ou seja, perda de ferro do transformador) foi medida por um medidor de energia.
[0070] Os valores medidos para a perda de ferro do transformador estão apresentados nas Tabelas 2 e 3, juntamente com os parâmetros, incluindo condições de irradiação, o tamanho da área atingida pela deformação, e o intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação.
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TABELA 2
Condiç ão Irradiação Condição de irradiação Área atingida pela deformação B8 (T) Perda de Ferro do Transfor mador W17/50 (W/kg) Comentár io
Interval o de Linha (mm) Interval o de Ponto (mm) Voltage m de Acelera ção (kV) Valor de corrente do feixe (mA) Período de irradiaçã o por ponto (ps) Diâmetro do feixe luminoso (mm) E (mJ/ mm) Tamanho da área atingida pela deformação (mm) Intervalo entre deformações adjacentes Área de Deformação (mm)
1 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 7 0,4 150 0,5 40 0,2 15,0 0,08 0,24 1,93 0,92 Ex. Comp.
2 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 3 0,1 150 0,8 40 0,2 24,0 0,12 0 1,92 0,9 Ex. Comp.
3 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 3 1,0 150 0,5 60 0,2 22,5 0,12 0,8 1,94 0,92 Ex. Comp.
4 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 3 0,5 150 3 100 0,2 225,0 0,55 0 1,92 0,9 Ex. Comp.
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Condiç ão Irradiação Condição de irradiação Área atingida pela deformação B8 (T) Perda de Ferro do Transfor mador W17/50 (W/kg) Comentár io
Interval o de Linha (mm) Interval o de Ponto (mm) Voltage m de Acelera ção (kV) Valor de corrente do feixe (mA) Período de irradiaçã o por ponto (ps) Diâmetro do feixe luminoso (mm) E (mJ/ mm) Tamanho da área atingida pela deformação (mm) Intervalo entre deformações adjacentes Área de Deformação (mm)
5 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 5 0,8 120 2,5 80 0,15 160,0 0,47 0,27 1,92 0,86 Ex. da invenção
6 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 5 0,5 40 1,5 100 0,15 40,0 0,19 0,3 1,94 0,85 Ex. da invenção
7 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 3 0,9 40 2,5 100 0,2 50,0 0,31 0,59 1,93 0,84 Ex. da invenção
8 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 3 0,4 80 2,5 40 0,15 53,3 0,23 0,12 1,92 0,86 Ex. da invenção
9 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 1,5 0,9 40 2,5 100 0,2 50,0 0,29 0,58 1,90 0,94 Ex. Comp.
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Condiç ão Irradiação Condição de irradiação Área atingida pela deformação B8 (T) Perda de Ferro do Transfor mador W17/50 (W/kg) Comentár io
Interval o de Linha (mm) Interval o de Ponto (mm) Voltage m de Acelera ção (kV) Valor de corrente do feixe (mA) Período de irradiaçã o por ponto (ps) Diâmetro do feixe luminoso (mm) E (mJ/ mm) Tamanho da área atingida pela deformação (mm) Intervalo entre deformações adjacentes Área de Deformação (mm)
10 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 11 0,9 40 2,5 100 0,2 50,0 0,33 0,55 1,94 0,90 Ex. Comp.
11 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Pontilhada 5 1,2 40 1,5 100 0,15 40,0 0,45 0,72 1,94 0,92 Ex. Comp.
12 Feixes Luminosos de Elétron/Linha Contínua 5 - 150 0,5 Taxa de varredur a 5 m/s 0,2 - 0,14 - 1,92 0,91 Ex. Comp.
13 sem irradiação - - - - - - - - - 1,94 1,05 Ex. Comp.
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Tabela 3
Condiç ão Irradiação Condição de irradiação Área atingida pela deformação B8 (T) Perda de Ferro do Transfor mador W17/50 (W/kg) Comentár io
Intervalo de Linha (mm) Interval o de Ponto (mm) Potência Média do Laser (W) Período de irradiação por ponto (ps) Diâmetro do feixe (mm) E (mJ/mm) Tamanho da área atingida pela deformação (mm) Intervalo entre deformações adjacentes Área de Deformação (mm)
1 Laser continuo/linh a pontilhada 7 0,3 180 10 0,1 18,0 0,08 0,22 1,93 0,91 Ex. Comp.
2 Laser continuo/linh a pontilhada 3 0,1 180 10 0,1 18,0 0,09 0 1,93 0,91 Ex. Comp.
3 Laser continuo/linh a pontilhada 3 1,2 250 30 0,1 75,0 0,24 1,02 1,94 0,90 Ex. Comp.
4 Laser continuo/linh a pontilhada 3 0,6 250 140 0,15 233,3 0,53 0,05 1,92 0,90 Ex. Comp.
5 Laser continuo/linh a pontilhada 5 1,0 200 40 0,15 53,3 0,22 0,75 1,93 0,89 Ex. Comp.
6 Laser continuo/linh a pontilhada 5 0,4 250 20 0,1 50,0 0,18 0,15 1,93 0,85 Ex. da invenção
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Condiç ão Irradiação Condição de irradiação Área atingida pela deformação B8 (T) Perda de Ferro do Transfor mador W17/50 (W/kg) Comentár io
Intervalo de Linha (mm) Interval o de Ponto (mm) Potência Média do Laser (W) Período de irradiação por ponto (ps) Diâmetro do feixe (mm) E (mJ/mm) Tamanho da área atingida pela deformação (mm) Intervalo entre deformações adjacentes Área de Deformação (mm)
7 Laser continuo/linh a pontilhada 3 0,8 200 50 0,15 66,7 0,23 0,55 1,93 0,85 Ex. da invenção
8 Laser continuo/linh a pontilhada 3 0,6 250 100 0,15 166,7 0,41 0,13 1,92 0,84 Ex. da invenção
9 Laser continuo/linh a pontilhada 1,5 0,4 250 20 0,1 50,0 0,17 0,19 1,90 0,93 Ex. Comp.
10 Laser continuo/linh a pontilhada 11 0,4 250 20 0,1 50,0 0,20 0,16 1,93 0,91 Ex. Comp.
11 Laser continuo/linh a contínua 5 - 250 Taxa de varredura 12 m/s 0,15 - - - 1,93 0,90 Ex. Comp.
12 Sem irradiação - - - - - - - - 1,94 1,05 Ex. Comp.
27/28
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28/28 [0071] Como mostrado nas Tabelas 2 e 3, em cada exemplo inventivo em que deformações térmicas foram apropriadamente introduzidas por meio de um feixe de elétrons ou feixe de laser contínuo, de tamanho apropriado de área atingida pela deformação e intervalo apropriado entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação, a perda de ferro do transformador diminuiu 5% em relação aos exemplos comparativos.

Claims (3)

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REIVINDICAÇÕES
1. Chapa de aço elétrica orientada para grãos, caracterizada pelo fato de que apresenta deformação térmica introduzida no interior da mesma, em um arranjo de linha pontilhada em que as áreas atingidas pela deformação foram alinhadas em uma direção que atravessa a direção de laminação da chapa de aço, sendo que as áreas atingidas pela deformação introduzidas no arranjo de linha pontilhada têm um tamanho de 0,10 mm ou mais, a 0,50 mm ou menos, e um intervalo entre as áreas adjacentes atingidas pela deformação é de 0,10 mm ou mais, a 0,60 mm ou menos, e sendo que um intervalo de linha entre as linhas pontilhadas na direção de laminação é de 2 mm a 10 mm.
2. Método para fabricar uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, caracterizado pelo fato de que compreende:
introduzir deformação térmica em uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, em um arranjo de linha pontilhada no qual áreas atingidas pela deformação foram alinhadas em uma direção que atravessa a direção de laminação da chapa de aço por meio da irradiação de um feixe de elétrons, em que um intervalo de linha entre a irradiação do feixe de elétrons na direção da laminação é de 2 mm a 10 mm, um intervalo de ponto irradiado no arranjo de linha pontilhada é de 0,2 mm ou mais, a 1,0 mm ou menos, e uma quantidade de energia de irradiação E por diâmetro de feixe unitário definido pela seguinte fórmula (1) é de 30 mJ / mm ou mais e 180 mJ / mm ou menos, em que:
E = [voltagem de aceleração de feixe de elétrons (kV) x valor de corrente do feixe (mA) x período de irradiação por um ponto (ps) / 1000] / diâmetro de feixe (mm) (1)
3. Método para fabricar uma chapa de aço elétrica orientada para grãos, caracterizado pelo fato de que compreende:
introduzir uma deformação térmica em uma chapa de aço
Petição 870190064751, de 10/07/2019, pág. 33/41
2/2 elétrica orientada para grãos, em um arranjo de linha pontilhada no qual áreas atingidas pela deformação foram alinhadas em uma direção que atravessa a direção de laminação da chapa de aço por meio da irradiação continua de um feixe de laser, em que um intervalo de linha entre a irradiação a laser contínua na direção de laminação é de 2 mm a 10 mm, um intervalo de ponto irradiado no arranjo de linha pontilhada é de 0,2 mm ou mais, a 1,0 mm ou menos, e uma quantidade de energia de irradiação E por diâmetro de feixe unitário definido pela seguinte fórmula (2) é de 40 mJ / mm ou mais e 200 mJ / mm ou menos, em que:
E = [potência média de laser (W) x período de irradiação por um ponto (ps) / 1000] / diâmetro de feixe (mm) (2).
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