BR112014025281B1

BR112014025281B1 - Chapa de aço magnético com grão orientado e método para produção da mesma

Info

Publication number: BR112014025281B1
Application number: BR112014025281-5A
Authority: BR
Inventors: Koji Hirano; Satoshi Arai; Hideyuki Hamamura; Hirofumi Imai
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2019-06-18
Also published as: EP2843062B1; RU2605725C2; PL2843062T3; IN2014DN07669A; US20150059932A1; US10131018B2; JP5935880B2; KR101681822B1; JPWO2013161863A1; CN104203486B; CN104203486A; KR20140133599A; WO2013161863A1; EP2843062A4; EP2843062A1; RU2014140878A

Abstract

resumo patente de invenção: "chapa de aço magnético com grão orientado e método para produção da mesma". a presente invenção refere-se a uma capa de aço magnético cm grão orientado que inclui ranhuras, cada uma das quais se estende em uma direção que intercepta a direção de transporte, as ranhuras sendo formadas a espaçamentos predeterminados pl na direção de transporte por irradiação de raio laser, na qual a relação entre o valor do desvio padrão d e do espaçamento pl satisfaz a expressão (1) a seguir, o valor do desvio padrão d sendo o desvio padrão das distâncias entre uma linha aproximadamente linear, que é obtida a partir da linha central de cada uma das ranhuras na direção da largura das ranhuras por um método de menos quadrados, e as respectivas posições da linha central, e o ângulo médio formado entre as linhas tangentes das posições respectivas na linha central e a direção perpendicular à direção de transporte é de mais de 0° a 30°. [expressão 1] 0,02 = (d/pl) (1)

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CHAPA DE AÇO MAGNÉTICO COM GRÃO ORIENTADO E MÉTODO PARA PRODUÇÃO DA MESMA.

[001] A presente invenção refere-se a uma chapa de aço magnético com grão orientado que é usada em um material de núcleo de ferro ou similar de um transformador de enrolamento, e a um método de produção da mesma. Em particular a presente invenção se refere a uma chapa de aço magnético com grão orientado na qual a perda de ferro é reduzida pela formação de ranhuras em sua superfície por usinagem com raio laser e a um método de produção da mesma.

[002] É reivindicada prioridade sobre o Pedido de Patente Japonesa n° 2012-103212, registrada em 27 de abril de 2012, cujo teor está incorporado aqui como referência.

[Técnica relativa] [003] Uma chapa de aço magnético com grão orientado é uma chapa de aço magnético que contém Si e na qual o eixo de magnetização fácil (orientação (110)<001>) de um grão de cristal está aproximadamente alinhado com a direção de laminação em seu processo de produção. Essa chapa de aço magnético com grão orientado tem uma estrutura na qual domínios magnéticos múltiplos nos quais a magnetização é direcionada na direção de laminação são arranjados com uma parede de domínio magnético interposta entre eles, e a maioria dessas paredes de domínios magnéticos são paredes de domínio magnético de 180°. O domínio magnético dessa chapa de aço magnético com grão orientado é chamado domínio magnético 180° e a chapa de aço magnético com grão orientado é facilmente magnetizada na direção de laminação. Por essa razão, em uma certa força de magnetização relativamente pequena, a densidade de fluxo magnético é alta e a perda de ferro (perda de energia) é baixa. Portanto, a chapa de aço magnético com grão orientado é excelente como material para núcleo de ferro

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2/25 de um transformador. Como um parâmetro da perda de ferro, geralmente é usado W17/50 (W/kg). W17/50 é um valor de perda de ferro que é gerado em uma chapa de aço magnético com grão orientado quando uma excitação de corrente alternada é executada de forma que a densidade máxima de fluxo magnético se torne 1,7 T a uma frequência de 50 Hz. Se W17/50 for reduzido, pode ser produzido um transformador mais eficiente.

[004] Um método normal para produzir uma chapa de aço magnético com grão orientado será descrito esquematicamente abaixo. A espessura de uma chapa de aço silício laminada a quente (uma chapa de aço laminada a quente) contendo uma quantidade predeterminada de Si é ajustada para uma espessura desejada por recozimento e laminação a frio. A seguir a chapa de aço silício é recozida em um forno de recozimento contínuo para executar uma recristalização primária (tamanho de grão: 20 pm a 30 pm) juntamente com a descarburação e o alívio de tensões. Subsequentemente, um separador de recozimento contendo MgO como principal componente é aplicado à superfície da chapa de aço silício (doravante também referida simplesmente como chapa de aço), a chapa de aço é bobinada em forma de bobina (a forma externa é uma forma cilíndrica) o recozimento em fornadas é executado a uma alta temperatura de 1200°C por cerca de 20 horas para assim formar uma textura de recristalização secundária na chapa de aço e uma película vítrea é formada na superfície da chapa de aço.

[005] Nesse momento, uma vez que a chapa de aço contém, por exemplo, um inibidor tal como MnS ou AlN, o assim chamado grão de Goss no qual a direção de laminação e o domínio magnético de fácil magnetização se ajustam entre si, é submetida ao crescimento do cristal. Como resultado, é obtida uma chapa de aço magnético com grão orientado tendo uma alta orientação de cristal (orientação) após o recozimento final. Após o recozimento final, a bobina é desbobinada e a

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3/25 chapa de aço é transportada continuamente em um forno de recozimento separado para executar o recozimento de aplainamento, eliminando assim as tensões desnecessárias na chapa de aço. Em adição, uma película de revestimento é formada na superfície da chapa de aço para transmitir à mesma tensão e isolamento elétrico. Como resultado, é produzida uma chapa de aço magnético com grão orientado.

[006] Na chapa de aço magnético com grão orientado produzida através de tal processo, mesmo se não for executado um tratamento adicional, a perda de ferro é baixa. Entretanto, se uma tensão substancialmente perpendicular à direção de laminação (daqui por diante também referida como direção de transporte) e tendo um período constante (intervalo regular) for transmitida, a perda de ferro é também reduzida. Nesse caso, um domínio magnético a 90° no qual as direções de laminação e de magnetização são perpendiculares entre si, é formado por uma tensão local e o intervalo da parede de um domínio magnético a 180° substancialmente retangular é estreitado (a largura do domínio magnético a 180°é reduzida) com energia magnetostática do domínio magnético a 90°como fonte. Uma vez que a perda de ferro (W17/50) tem uma correlação positiva com o intervalo entre as paredes do domínio magnético a 180°, a perda de ferro é reduzida com base nesse princípio.

[007] Por exemplo, conforme descrito no Documento de Patente 1, um método no qual a tensão é transmitida a uma chapa de aço por irradiação a laser já foi posto em uso prático. Similarmente, se uma ranhura tendo uma profundidade na faixa de 10 mm a 30 mm é formada substancialmente perpendicularmente à direção de laminação de uma chapa de aço magnético com grão orientado e a um período constante, a perda de ferro é reduzida. Isto é porque um polo magnético é gerado na periferia da ranhura devido á mudança na permeabilidade em um vão da ranhura, o intervalo entre as paredes do domínio magnético

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4/25 a 180°é estreitado com o polo magnético como fonte, e assim a perda de ferro é melhorada. Exemplos de método para formação de uma ranhura incluem um método descrito no Documento de Patente 2 no qual a ranhura é formada em uma chapa laminada a frio usando-se causticação eletrolítica, um método descrito no Documento de Patente 3, no qual um molde em forma de dente é pressionado mecanicamente em uma chapa de aço laminada a frio, e um método descrito no Documento de Patente 4 no qual uma chapa de aço (uma porção irradiada a laser) é fundida e evaporada por irradiação a laser.

[008] Incidentalmente, transformadores de energia são aproximadamente divididos em transformadores laminados e transformadores enrolados. Transformadores laminados são produzidos laminandose e fixando-se múltiplas chapas de aço magnético. Por outro lado, em um processo de produção de transformadores enrolados, uma vez que a chapa de aço magnético com grão orientado é bobinada executando-se a laminação enquanto se bobina a mesma, é incluído um processo de recozimento para aliviar a tensão de deformação (por exemplo, tensão devido ao dobramento). Portanto, uma chapa de aço magnético com grão orientado produzida pelo método descrito no Documento de Patente 1, no qual a tensão é distribuída para uma chapa de aço para melhorar a perda de ferro pode ser usada no transformador laminado enquanto mantém o efeito de redução da perda de ferro. Entretanto, a chapa de aço magnético com grão orientado não pode ser usada no transformador enrolado enquanto mantém o efeito de redução da perda de ferro. Isto é, no transformador enrolado, uma vez que a tensão desaparece devido ao recozimento de alívio de tensão, o efeito de redução da perda de ferro também desaparece. Por outro lado, em uma chapa de aço magnético com grão orientado produzida pelo método de formar uma ranhura para melhorar a perda de ferro, mesmo se pó recozimento de alívio de tensão for executado, o efeito

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5/25 de melhorar a perda de ferro não é reduzido. Portanto, essa chapa de aço magnético com grão orientado tem um efeito vantajoso pelo fato de que ela pode ser usada em ambos os transformadores, de laminação e de enrolamento.

[009] Aqui será descrito um método de formação de ranhura da técnica relativa. No método descrito no Documento de Patente 2, no qual a ranhura é formada em uma chapa laminada a frio usando-se causticação eletrolítica, uma película vítrea é formada na superfície da chapa de aço submetida a, por exemplo, uma recristalização secundária, a película vítrea na superfície é removida linearmente por remoção a laser ou por um método mecânico, e uma ranhura é formada em uma porção onde a matriz é exposta por causticação. Nesse método o processo é complicado, o custo de produção aumenta e há um limite para a velocidade de tratamento.

[0010] No método descrito no Documento de Patente 3 no qual um molde em forma de dente é prensado mecanicamente em uma chapa laminada a frio, uma vez que uma chapa de aço magnético é uma chapa de aço muito dura contendo cerca de 3% de Si, o molde em forma de dente é facilmente desgastado e danificado. Se o molde em forma de dente é desgastado, uma vez que a profundidade da ranhura varia, o efeito de redução da perda de ferro se torna não uniforme. Para evitar esse problema, é necessário controlar estritamente o molde em forma de dente durante uma operação.

[0011] O método que usa a irradiação a laser (referido como método laser) tem um efeito vantajoso pelo fato de que a usinagem de ranhuras a alta velocidade pode ser executada por um raio laser focalizado tento alta densidade de potência. Além disso, uma vez que o método laser é uma usinagem de não contato, a usinagem de ranhura estável e uniforme pode ser executada pelo controle da potência do laser ou similar. Em relação ao método laser, foram feitas várias tenta

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6/25 tivas de formar eficientemente uma ranhura tendo uma profundidade de 10 pm ou mais em uma superfície de uma chapa de aço na técnica relativa. Por exemplo, o Documento de Patente 4 descreve um método para formação de uma ranhura pela realização de uma alta densidade de energia (densidade de energia em um ponto focal) de 2 x 10⁵W/mm² ou mais usando-se um laser de CO2 pulsado (comprimento de onda: 9 pm a 11 pm) tendo anta energia de pico. Aqui, no método usando o laser de CO2 pulsado, o tempo de parada do laser está presente entre pulsos sucessivos. Portanto, quando uma superfície de uma chapa de aço é escaneada com um raio laser a alta velocidade, orifícios (uma linha de pontos) que são formados pelos pulsos são conectados entre si em uma linha de escaneamento de um raio laser, e assim a ranhura é formada.

[0012] Por outro lado, o Documento de Patente 5 descreve um método no qual a projeção formada por um objeto fundido gerado em uma porção periférica de uma ranhura é significativamente diminuída pela formação de uma ranhura que se estende continuamente usando um raio laser de onda contínua.

[Documentos da técnica anterior] [Documentos de Patente] [0013] [Documento de Patente 1] - Pedido de Patente Japonesa Examinado, Segunda Publicação n° 858-26406 [0014] [Documento de Patente 2] - Pedido de Patente Japonesa Examinado, Segunda Publicação, n° 862-54873 [0015] [Documento de Patente 3] - Pedido de Patente Japonesa Examinado, Segunda Publicação, n° 862-53579 [0016] [Documento de Patente 4] - Pedido de Patente Japonesa Examinado, Primeira Publicação, n° H06-57335 [0017] [Documento de Patente 5] - PCT Publicação Internacional n° WO 2001/125672

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7/25 [Descrição da invenção] [Problemas a serem resolvidos pela invenção] [0018] Incidentalmente, o método laser tem os problemas a seguir. Com o método descrito no Documento de Patente 5, uma projeção que ocorre em uma superfície da chapa de aço é minimizada. Entretanto, em uma porção periférica em torno do fundo de uma ranhura, uma porção fundida re-solidificada produzida por irradiação a laser está ainda presente, o que provoca a deformação da chapa de aço, mais especificamente empenamento na direção de laminação (o assim chamado empenamento L). Quando um transformador é produzido combinando-se chapas de aço múltiplas, o fator espaço diminui devido a um efeito da deformação acima, e há o problema da diminuição na performance do transformador. Em adição, similarmente, devido ao efeito da deformação acima, a concentração de estresse local ocorre durante a laminação e a compressão. Como resultado, a perda de ferro do transformador pode aumentar.

[0019] A presente invenção foi feita em consideração das circunstâncias descritas acima, e seu objetivo é suprimir a deformação tal como o empenamento na direção de laminação derivado das ranhuras em uma chapa de aço magnético com grão orientado na qual as ranhuras são formadas por usinagem a laser para reduzir a perda de ferro.

[Meios para resolver o problema] [0020] A presente invenção adota as medidas a seguir para resolver os problemas descritos acima e alcançar o objetivo descrito acima. [0021] De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecida uma chapa de aço magnético com grão orientado incluindo ranhuras cada uma das quais se estende em uma direção que intercepta a direção de transporte, as ranhuras sendo formadas a determinados espaçamentos PL na direção de transporte por irradiação de raio laser,

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8/25 no qual a relação entre o valor desvio padrão D e o espaçamento satisfaz a expressão (1) a seguir, o valor desvio padrão D sendo o desvio padrão das distâncias entre uma linha de aproximação linear, que é obtida a partir da linha central de cada uma das ranhuras na direção da largura da ranhura pelo método de mínimos quadrados, e as respectivas posições na linha central, e o ângulo médio formado entre linhas tangentes das respectivas posições na linha central e a direção perpendicular à direção de transporte é maior que 0°a 30°.

[Expressão 1]

0,02 < (D / PL) (1) [0022] (2) Na chapa de aço magnético com grão orientado conforme o item (1), cada uma das ranhuras pode ser formada para ser curvada na chapa de aço magnético com grão orientado.

[0023] (3) Na chapa de aço magnético com grão orientado dos itens (1 ou (2), as ranhuras podem ser formadas em uma superfície frontal e em uma superfície traseira da chapa de aço magnético com grão orientado.

[0024] (4) Na chapa de aço magnético com grão orientado conforme o item (3), as posições das ranhuras formadas na superfície frontal podem ser as mesmas que as posições das ranhuras formadas na superfície traseira.

[0025] (5) De acordo com outro aspecto da presente invenção, é fornecido um método para produção de uma chapa de aço magnético com grão orientado, o método incluindo irradiar uma chapa de aço magnético com grão orientado com um raio laser para formar ranhuras, cada uma das quais se estende em uma direção que intercepta a direção de transporte, a espaçamentos predeterminados PL na direção de transporte, nas quais a relação entre o valor do desvio padrão D e o espaçamento PL satisfaz a expressão (1) a seguir, o valor do desvio padrão D sendo o desvio padrão das distâncias entre uma linha de

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9/25 aproximação linear, que é obtida a partir da linha central de cada uma das ranhuras na direção da largura da ranhura por um método de mínimos quadrados, e as respectivas posições na linha central, e o ângulo médio formado entre as linhas tangentes das respectivas posições na linha central e a direção perpendicular à direção de transporte é maior que 0°a 30°.

[Expressão 2]

0,02 < (D / PL) (1) [0026] (6) No método de produção de chapa de aço magnético com grão orientado conforme o item (56), o comprimento de onda do raio laser pode estar em uma faixa de 0,4 mm a 2,1 mm.

[Efeitos da Invenção] [0027] De acordo com os aspectos, é possível suprimir a deformação deformações tais como empenamento em uma direção de laminação derivada das ranhuras em uma chapa de aço magnético com grão orientado na qual as ranhuras são formadas por usinagem a raio laser para reduzir a perda de ferro.

[Breve descrição dos desenhos] [0028] A FIG. 1 é um diagrama esquemático ilustrando o estado em que as ranhuras dão formadas por usinagem a raio laser em uma superfície de uma chapa de aço magnético com grão orientado conforme uma modalidade da presente invenção.

[0029] A FIG. 2 é um diagrama esquemático ilustrando os detalhes da forma de uma ranhura (curva) que é formada na chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade.

[0030] A FIG. 3 é um diagrama esquemático ilustrando um exemplo de arranjo de grupos de curvas múltiplas (grupos de ranhuras) que são formadas na chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade.

[0031] A FIG. 4A é um diagrama esquemático ilustrando um pri

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10/25 meiro exemplo da forma da ranhura na chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade.

[0032] A FIG. 4B é um diagrama esquemático ilustrando um segundo exemplo da forma da ranhura na chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade.

[0033] A FIG. 4C é um diagrama esquemático ilustrando um terceiro exemplo da forma da ranhura na chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade.

[0034] A FIG. 4D é um diagrama esquemático ilustrando um quarto exemplo da forma da ranhura na chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade.

[0035] A FIG. 5A é um diagrama esquemático ilustrando um primeiro exemplo da modalidade de um scanner a laser usado para usinagem a raio laser.

[0036] A FIG. 5B é um diagrama esquemático ilustrando um segundo exemplo da modalidade de um scanner a laser usado para usinagem a raio laser.

[0037] A FIG. 5C é um diagrama esquemático ilustrando um terceiro exemplo da modalidade de um scanner a laser usado para usinagem a raio laser.

[0038] A FIG. 6 é um diagrama ilustrando a relação entre o valor do desvio padrão em relação a uma linha de aproximação linear de uma linha central de uma ranhura; e um fator de espaço.

[0039] A FIG. 7 é um diagrama esquemático ilustrando a forma da seção transversal de uma chapa de aço magnético com grão orientado conforme outra modalidade da presente invenção.

[Modalidades da invenção] [0040] Daqui por diante serão descritos os detalhes de uma modalidade preferida da presente invenção em relação aos desenhos anexos. Nessa especificação e nos desenhos, componentes tendo prati

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11/25 camente a mesma função são representados pelos mesmos numerais de referência, e a sua descrição não será repetida.

[0041] Uma chapa de aço magnético com grão orientado conforme uma modalidade da presente invenção inclui uma chapa de aço, uma película vítrea que é formada na superfície da chapa de aço, e uma película isolante que é formada na película vítrea. Tipicamente a chapa de aço é feita de uma liga de ferro contendo Si que é usada como material da chapa de aço magnético com grão orientado. A composição da chapa de aço conforme a modalidade contém, por exemplo, Si: 2,5% em massa a 4.0% em massa, C: 0,02% em massa a 0,10% em massa, Mn: 0,05% em massa a 0,20% em massa, Al solúvel em ácido: 0,020% em massa a 0,040% em massa, N: 0,002% em massa a 0,012% em massa, S: 0,001% em massa a 0,010% em massa, P: 0,01% em massa a 0,04% em massa, e o saldo incluindo Fe e as inevitáveis impurezas. Em adição, a espessura da chapa é, tipicamente, 0,15 mm a 0,35 mm. A largura da chapa de aço é, por exemplo, cerca de 1 m.

[0042] Em adição aos elementos descritos acima, a chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade pode também conter Cu, Cr, Sn, Sb, Ti, B, CA, REM (metais terras raras tais como Y, Ce ou La), ou similares como as impurezas inevitáveis ou como um elemento para melhorar as propriedades magnéticas da chapa de aço magnético com grão orientado.

[0043] Na chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade, como ilustrado na FIG. 1, ranhuras curvas G (referir-se à FIG. 2), cada uma das quais se estende em uma direção (direção transversal) substancialmente perpendicular à direção de laminação, são formadas em uma superfície da chapa de aço 1 periodicamente na direção de laminação. Em relação à forma da seção transversal da ranhura G, por exemplo, a profundidade da ranhura é 5 gm a 50 gm, e a

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12/25 largura da ranhura é 10 mm a 300 mm conforme conhecido. O espaçamento das ranhuras G é preferivelmente 2 mm a 10 mm. Na modalidade, cada uma das ranhuras G é formada para ser curva, não linear, na superfície da chapa de aço 1. Daqui por diante será descrita a forma preferida de uma curva que é desenhada por uma linha central da ranhura G na direção da largura da ranhura (daqui por diante também referida simplesmente como linha central da ranhura G). Na descrição a seguir, a curva desenhada pela linha central da ranhura G será também referida simplesmente como curva por conveniência da descrição. Tipicamente, como ilustrado na FIG. 1, a largura total da chapa de aço 1 que alcança cerca de 1 m é coberta com múltiplos grupos de curvas Gs1, Gs2 e Gs3 (os demais são omitidos) cada um dos quais é um grupo de múltiplas ranhuras G. Tipicamente, uma vez que é difícil para um scanner a laser formar as ranhuras sobre a largura total, múltiplos scanners a laser LS1, LS2 e LS3 (os demais são omitidos) são usados para o processo de formação de ranhuras. Como resultado, os grupos de curvas múltiplas Gs1, Gs2 e Gs3 (os demais são omitidos) são formados na chapa de aço 1. Entretanto, a presente invenção não é limitada a essa configuração, e um scanner a laser pode formar um grupo de curvas por toda a largura. A estrutura do scanner a laser será descrita em detalhes abaixo. Em adição, daqui por diante, quando não for necessário especificar qualquer um dos grupos de curvas Gs1, Gs2 e Gs3, (os demais são omitidos), os grupos de curvas Gs1, Gs2 e Gs3, (os demais são omitidos) serão coletivamente referidos como grupo de curvas Gs.

[0044] Cada um dos grupos de curvas Gs inclui múltiplas curvas G (ranhuras G) que são formadas a determinados espaçamentos PL. A FIG. 2 ilustra apenas uma curva G por conveniência de descrição. Na chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade, a relação entre o valor do desvio padrão D em relação à linha de apro

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13/25 ximação linear C de cada uma das curvas G; e o espaçamento PL satisfaz a expressão (1) a seguir. Na chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade, essa expressão (1) é satisfeita para todas as curvas G incluídas em cada um dois grupos de curvas Gs. [Expressão 3]

0,02 < (D / PL) (1) [0045] O valor do desvio padrão D é obtido como segue. Inicialmente, em um sistema de coordenação no qual um eixo x representa a direção perpendicular à direção de transporte da chapa de aço 1, e um eixo y representa a direção de transporte, a curva G é expressa por uma função y=f(x). A linha de aproximação linear C em relação à curva G que é expressa por y= ax+b é obtida usando-se método de mínimos quadrados bem conhecidos. A seguir, em um novo sistema de coordenadas no qual um eixo X representa a direção da linha de aproximação linear Ceo eixo Y representa a direção perpendicular ao eixo X, a curva G é expressa por Y= g(X). Os eixos X e Y podem ser paralelos aos eixos x e y, mas, dependendo da forma da curva G, pode também ser inclinados em relação aos eixos x e y como ilustrado na FIG, 2. O valor do desvio padrão D é definido pela expressão (2) a seguir. [Expressão 4]

• · (2) (onde L_c representa o comprimento da curva G na direção do eixo x) [0046] Em adição, na configuração conforme ilustrada na FIG. 2, a amplitude A da curva G é definida como a soma de uma distância Au e uma distância Ab (A=Au+Ab), a distância Au variando desde a linha de aproximação linear C em uma direção para cima (direção positiva do eixo Y), a distância Ab variando desde a linha de aproximação linear C até o ponto mais distante da linha de aproximação linear C na direção para baixo (direção negativa do eixo Y).

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14/25 [0047] A seguir, será descrita a razão para ajustar (D/PL) para 0,02 ou mais na expressão (1). Em um método da técnica relativa no qual a linha central da ranhura G é linear (D/PL=0), a posição central da ranhura G, que é um ponto de início de deformação na direção da largura da ranhura, é arranjada para ser linear na linha de aproximação linear C. Por outro lado, os presentes inventores descobriram que, quando o ponto de início da deformação é disperso em posições da linha de aproximação linear C permitindo que a linha central da ranhura G seja curva (especificamente posições dos respectivos pontos da curva G são dispersos na direção do eixo Y quando a curva G é vista a partir da direção do eixo X da FIG. 2), a quantidade de empenamento total da chapa de aço pode ser reduzida. O valor do desvio padrão D indica o grau de dispersão do ponto de início da deformação, e para o empenamento, a razão do valor do desvio padrão D tendo uma dimensão na direção do comprimento para a dimensão do espaçamento das ranhuras PL é importante. Como descrito abaixo nos Exemplos, é esclarecido que, quando (D/PL) é 0,02 ou mais, o fator de espaço pode aumentar. Na configuração, a forma da ranhura G não é particularmente limitada desde que não seja linear e várias formas incluindo a forma de arco da FIG. 4A e a forma seccionalmente linear da FIG. 4B na qual múltiplas linhas retas são conectadas entre si, não uma forma curva continuamente lisa, pode ser considerada. Entretanto, em qualquer dos casos, o mecanismo de empenamento descrito acima é invariável, e os mesmos efeitos podem ser obtidos pelo ajuste de (D/PL) para ser 0,02 ou mais.

[0048] O limite superior de (D/PL) para obter o efeito de reduzir a quantidade de empenamento da chapa de aço 1 não está particularmente presente. Entretanto, quando o limite superior de (D/PL) é excessivamente alto, a amplitude A da curva G aumenta, e o ângulo formado entre a curva G e a direção perpendicular à direção de transpor

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15/25 te aumenta. Em uma técnica de refino do domínio magnético da técnica relativa na qual uma ranhura linear G é formada, é sabido que, quando o ângulo formado entre a direção da ranhura G e a direção perpendicular à direção de transporte é maior que ± 30°, o efeito de reduzir a perda de ferro diminui. Da mesma forma, no caso da ranhura curva G conforme a modalidade, quando o valor médio do ângulo formado entre a direção da ranhura G e a direção perpendicular à direção de transporte é maior que ± 30°, é difícil reduzir a perda de ferro. Portanto, é preferível que o valor médio do ângulo formado entre a direção da ranhura G e a direção perpendicular à direção de transporte esteja entre ± 30°. Mais especificamente, é preferível que, quand o o ângulo formado entre as linhas tangentes da curva G definido nos respectivos pontos na curva G e a direção perpendicular à direção de transporte é representada por θ(°), Θ satisfaz a expressão (3) a seguir.

[Expressão 5]

0° < — |<Ζψ|<30’ · · · (3)

Ãc o [0049] Além disso, do ponto de vista de reduzir a perda de ferro, é mais preferível que a ranhura G (curva G) seja lisa; e que o ângulo formado com as linhas tangentes e a direção perpendicular à direção de transporte esteja dentro de ± 30° em todos os pontos da ranhura G (curva G).

[0050] Na descrição acima, a descrição foi feita na suposição de que a ranhura G se estende continuamente. Tal ranhura G pode ser obtida escaneando-se continuamente a chapa de aço 1 com um raio laser usando-se um laser de onda contínua como descrito no Documento de Patente 5. Por outro lado, de acordo com outra modalidade da presente invenção, por exemplo, como descrito no Documento de Patente 4, pode ser fornecida uma chapa de aço magnética incluindo uma ranhura tendo uma linha de pontos ou uma ranhura em forma de

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16/25 uma linha quebrada que é obtida usando um laser oscilante a intervalos de tempo intermitente.

[0051] Em adição, na configuração, conforme ilustrado na FIG. 3, grupos de curvas Gs que parecem estar conectadas para formar uma longa curva G pode ser obtida deixando-se a extremidade da curva do grupo de curvas Gs1 e a extremidade da curva G do grupo de curvas Gs2 corresponderem entre si embora múltiplos scanners a laser sejam usados. Nesse momento, em uma faixa em que uma longa curva G é formada, quando o valor do desvio padrão D em relação à linha de aproximação linear C obtida com completamente o mesmo método acima está dentro da faixa da expressão (1), uma chapa de aço magnético com grão orientado tendo uma pequena quantidade de empenamento é obtida.

[0052] Além disso, como ilustrado na FIG. 7, as ranhuras G são formadas tanto na superfície frontal quanto na superfície traseira da chapa de aço 1. Consequentemente, a quantidade de empenamento da chapa de aço 1 pode ser também reduzida se comparado com um caso em que as ranhuras G são formadas em apenas uma única superfície. A FIG. 7 é um diagrama esquemático ilustrando uma forma de seção transversal da chapa de aço 1 quando a chapa de aço 1 é vista a partir da direção transversal. Na FIG. 7 as ranhuras G são formadas na superfície frontal 1a e na superfície traseira 1b da chapa de aço 1, e posições de ranhuras G (curvas G) formadas na superfície frontal 1a [0052] são as mesmas que as posições das ranhuras G (curvas G) formadas na superfície traseira 1b. Aqui, o significado das posições serem as mesmas inclui não apenas o caso em que as posições das ranhuras G da superfície frontal 1^a são as mesmas que as posições das ranhuras G da superfície traseira 1b, mas um caso em que, mesmo se as ranhuras G formadas em ambas as superfícies frontal e traseira são trocadas entre si ou na direção de laminação ou na direção

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17/25 transversal, a quantidade de trocas é menor que ou igual à largura das ranhuras G. Dessa forma, quando as posições das curvas G (ranhuras G) formadas na superfície central 1a e na superfície traseira 1b da chapa de aço 1 são as mesmas, a quantidade de empenamento da chapa de aço 1 pode ser também reduzida se comparado com um caso em que as posições das curvas G formadas na superfície frontal 1a e na superfície traseira 1b da chapa de aço 1 não são as mesmas.

[0053] A seguir será descrita em detalhes uma modalidade de um método de produção da chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade usando-se os desenhos. Inicialmente tipicamente a chapa de aço magnético com grão orientado conforme a modalidade é produzida, por exemplo, usando-se placa de aço silício como material e executando um processo de formação de ranhuras periódicas usando irradiação a laser em adição a um processo de produção comum de uma chapa de aço magnético com grão orientado, o processo de produção comum incluindo um processo de laminação a quente, um processo de recozimento, um processo de laminação a frio, um processo de recozimento de descarburação, um processo de recozimento final, um processo de recozimento de aplainamento, e um processo de formação de uma película isolante, que são executados nessa ordem. O processo de formação de ranhuras usando irradiação a laser é executado antes do processo de formação de película isolante e após o processo de laminação a frio ou é executado após o processo de formação de película isolante. Quando o processo de formação de ranhuras é executado após o processo de formação de película isolante, a porção onde a película isolante é descascada é gerada em uma porção periférica de uma porção irradiada a laser, e assim é preferível que o processo de formação de película isolante seja executado novamente. Na modalidade, um caso em que o processo de formação de ranhuras usando irradiação a laser é executado antes do processo

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18/25 de formação de película isolante e após o processo de recozimento de aplainamento é descrito como um exemplo, mas o mesmo método de irradiação conforme abaixo pode ser usado em outro processo de produção.

[0054] Daqui por diante será descrito em detalhes um método para formação de ranhuras usando irradiação a laser usando um diagrama esquemático ilustrando um exemplo de um equipamento de produção incluindo fontes de luz laser e scanners de laser que são usados na modalidade. A FIG. 1 ilustra fontes de luz laser e scanners de laser. A chapa de aço 1 é transportada em uma direção de laminação (direção de transporte) a uma velocidade de linha constante predeterminada VL. Como ilustrado no desenho, raios de saída de luz das múltiplas fontes de luz laser LO1, LO2, e LO3 (as demais são omitidas) são conduzidas para múltiplos scanners de laser LS1, LS2 e LS3 (os demais são omitidos) através de fibras óticas 3 (referir-se às FIGs. 5A a 5C). Por esses scanners de laser LS1, LS2 e LS3 (os demais são omitidos) irradiando a chapa de aço 1 com raios laser LB1, LB2 e LB3 (os demais são omitidos), grupos de curvas Gs1, Gs2 e Gs3 (os demais são omitidos) são formados na chapa de aço 1.

[0055] Daqui por diante, quando não for necessário distinguir as fontes de luz laser LO1, LO2 e LO3 (as demais são omitidas) entre si, as fontes de luz laser LO1, LO2 e LO3 (as demais são omitidas) serão referidas coletivamente como a fonte de luz laser LO. Em adição, quando não for necessário distinguir os scanners de laser LS1, LS2 e LS3 (os demais são omitidos) entre si, os scanners de laser LS1, LS2 e LS3 (os demais são omitidos) serão referidos coletivamente como o scanner de luz laser LS. Em adição, quando não é necessário distinguir os raios laser LB1, LB2 e LB3 (os demais são omitidos) entre si, os raios laser LB1, LB2 e LB3 (os demais são omitidos) serão referidos coletivamente como o raio laser LB.

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19/25 [0056] Como a luz laser LO, uma fonte de luz laser tendo uma alta propriedade de focalizar a luz a um comprimento de onda de 0,4 mm a

2,1 mm, isto é, uma fonte de luz laser tal como uma fibra a laser em um disco fino do tipo laser YAG é preferivelmente usado. Quando a saída de raio laser LB de tal fonte de luz laser LO é usada, o efeito de plasma diminui, e a ocorrência de uma projeção pode ser suprimida.

[0057] A FIG. 5A é um diagrama ilustrando um exemplo de configuração do scanner de laser LS. Nesse scanner de laser pode ser usado, por exemplo, um scanner galvano bem conhecido. Esse scanner de laser inclui, como ilustrado na FIG. 5A, uma lente de condensação 6 para focar o raio laser LB que sai de um colimador 5 conectado à fonte de luz laser LO através da fibra ótica 3; e dois espelhos galvano GM1 e GM2 que refletem o raio laser LB.

[0058] Ajustando-se os ângulos para os dois espelhos galvano GM1 e GM2, a chapa de aço 1 pode ser escaneada a uma alta velocidade com o raio laser LB focalizado pela lente de condensação 6. No exemplo da configuração do scanner de laser LS ilustrado na FIG. 5A, o escaneamento do raio laser LB principalmente em uma direção (direção transversal) perpendicular à direção de laminação pode ser executado pela rotação do espelho galvano GM2. Em adição, a rotação do espelho galvano GM1 tem uma função de tornar o intervalo (amplitude) da linha de aproximação linear pelo escaneamento do raio laser LB principalmente em uma direção (isto é, direção de laminação) perpendicular à direção transversal. A lente de condensação 6 pode operar enquanto se move para a frente e para trás na direção de um eixo ótico do raio laser LB para corrigir uma mudança na distância de trabalho dependendo da combinação dos ângulos de deflexão dos dois expelhos galvano GM1 e GM2. Naturalmente, a configuração do scanner de laser LS não é limitada à configuração ilustrada na FIG. 5A, e qualquer configuração pode ser adotada desde que as curvas G (ra

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20/25 nhuras G) pode ser desenhado bidimensionalmente na chapa de aço

1.

[0059] Por exemplo, como ilustrado na FIG. 5B, uma configuração na qual um espelho galvano é combinado com um espelho poligonal conforme descrito no Documento de Patente 5 pode também ser considerado.

[0060] No exemplo da configuração do scanner de laser LS ilustrado nas FIG. 5B, o escaneamento do raio laser LB principalmente na direção transversal pode ser executado pela rotação do espelho poligonal 10. Em adição, a rotação do espelho galvano GM1 tem uma função de tornar um intervalo (amplitude) a partir da linha de aproximação linear pelo escaneamento do raio laser LB principalmente na direção de laminação. A lente f0 20 é usada como lente de condensação. Mesmo se o raio laser LB for obliquamente incidente nas lentes f0 20 juntamente com o escaneamento do raio laser LB, o ponto focal do raio laser LB na chapa de aço 1 pode ser mantido.

[0061] Em adição, por exemplo, como ilustrado na FIG. 5C, em uma configuração onde o espelho poligonal 10 dividido por dois raios laser LB é usado, quando é necessário que scanners de laser múltiplos LS sejam usados para formar as ranhuras G em toda a porção da chapa de aço 1 na direção transversal, o número de scanners de laser LS pode ser reduzido. Portanto, o tamanho total de um equipamento de produção pode ser reduzido.

[0062] A largura e a profundidade das ranhuras G são determinadas dependendo de parâmetros tais como energia, velocidade de escaneamento, e a forma focalizada do raio laser LB. Esses parâmetros são ajustados de modo que a profundidade da ranhura é 5 pm a 50 pm e a largura da ranhura é 10 pm a 300 pm. Para irradiar os raios laser a espaçamentos predeterminados PL, o tempo necessário para um escaneamento, isto é, o tempo T é ajustado como expresso na expres

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21/25 são (4) a seguir (durante o tempo T, a irradiação a laser começa a partir da extremidade de partida de uma largura de escaneamento, o escaneamento a laser é executado até uma extremidade de acabamento da largura do escaneamento, e a próxima irradiação a laser inicia a partir da próxima extremidade de partida).

PL = TxVL (4) [0063] As FIGs. 4C e 4D ilustram exemplos da forma de uma curva G (ranhura G) obtida pelo escaneamento do raio laser LB que sai de um scanner de laser LS na modalidade. Os valores de (D/PL) calculados a partir dessas curvas G são os mesmos. Entretanto, quando o comprimento de onda l de um período da curva G é excessivamente curto como ilustrado na FIG. 4C, é necessária uma alta velocidade de escaneamento na direção de transporte, e o scanner pode ser limitado pela velocidade máxima de escaneamento permissível. Por outro lado, na FIG. 4D o comprimento de onda l da curva G é mais longo que aquele da FIG. 4C, o scanner não e passível de ser limitado pela velocidade de escaneamento. Por exemplo, em uma modalidade na qual uma curva G em forma de onda senoidal é formada como ilustrado nas FIGs. 4C e 4D, é preferível do ponto de vista da produção industrial de que o comprimento de onda l da curva G seja 10 mm ou maior.

[Exemplos] [0064] A seguir serão descritas experiências confirmatórias para confirmar os efeitos da modalidade. Inicialmente, foi preparada uma placa tendo uma composição contendo Si: 3,0% em massa, C: 0,05% em massa, Mn: 0,1% em massa, Al solúvel em ácido: 0,02% em massa, N: 0,01% em massa, S: 0,01% em massa, P: 0,02% em massa, e o saldo incluindo Fe e as inevitáveis impurezas. Essa placa foi submetida à laminação a quente a 1280°C, e foi produzido u m material de aço tendo uma espessura de 2,3 mm. A seguir o material laminado a quen

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22/25 te foi aquecido sob uma condição de 1000°C x 1 minuto. Após o tratamento térmico, foi executado um tratamento de decapagem e então foi executada uma laminação a frio. Como resultado, foi produzido um material laminado a frio tendo uma espessura de 0,23 mm. Esse material laminado a frio foi submetido ao recozimento de descarburação sob uma condição de 800°C x 2 minutos, e então um s eparador de recozimento contendo magnésia como componente principal foi aplicado a ele. Em um estado de ser bobinado em forma de uma bobina, o material laminado a frio ao qual o separador de recozimento foi aplicado foi carregado em um forno de fornadas, seguido do recozimento final sob uma condição de 1200°C x 20 h. A seguir foi executado o recozimento de aplainamento, e então a formação de ranhuras foi executada por irradiação a laser usando-se o método descrito abaixo. Finalmente, uma película isolante foi formada no material.

[0065] Como equipamento de produção incluindo o scanner a laser e similares, foram usados aqueles ilustrados nas FIGs. 1 e 5A. Será descrito um exemplo onde um laser de fibras revestido com Yb como meio de laser é usado como a fonte de luz de laser LO. Na FIG. 1, a chapa de aço 1 é uma chapa de aço magnético com grão orientado que é produzida através do processo descrito acima, no qual a largura da chapa de aço após o recozimento final é 1000 mm, e uma película vítrea é formada na superfície de uma matriz. A chapa de aço 1 é transportada na direção de laminação (direção de transporte) a uma velocidade de linha VL constante.

[0066] A intensidade do raio laser P foi 1000 W, o diâmetro do raio focalizado d foi 0,04 pm, e o espaçamento PL foi de 5 mm. Cada velocidade instantânea tem uma direção seguindo a linha tangente da curva G, mas a magnitude da velocidade projetada na linha de aproximação linear estava dentro de uma faixa de 8000 ± 450 mm/s. Sob essas condições de irradiação de raio laser, Fo formada a ranhura G com

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23/25 substancialmente a forma de arco da FIG. 4A. O comprimento Lc (referir-se à FIG. 2) da ranhura determinada dependendo da largura de varredura de um scanner foi 100 mm. Na experiência, mudando-se a amplitude A como um parâmetro, foram produzidas chapas de aço magnético com grão orientado tendo diferentes ranhuras em forma de curvas G. Independentemente da amplitude A, a largura da ranhura estava em uma faixa de 55 ± 5 mm, e a profundidade da ranhura estava na faixa de 15 ± 3 mm.

[0067] Em adição, como um exemplo comparativo, foram formadas ranhuras nos mesmos materiais chapas de aço usando-se o método no qual um molde em forma de dente é prensado mecanicamente. Nesse momento, a forma da ranhura foi linear, o espaçamento PL foi 5 mm. A largura da ranhura foi 52 mm, a profundidade da ranhura foi 14 mm, e uma ranhura tendo substancialmente a mesma forma de seção transversal que aquela do método a laser foi formada.

[0068] Para avaliar o efeito da quantidade de empenamento formada pela irradiação do raio laser LB, um fator de espaço foi medido de acordo com a JIS 2550. Conforme descrito acima, um aumento no fator de espaço representa uma redução na quantidade de empenamento da chapa de aço 1.

[0069] A FIG. 6 ilustra os resultados da medição do fator de espaço. Em um gráfico da FIG. 6 o eixo horizontal representa (D/PL) obtido usando-se o método descrito acima, e o eixo vertical representa o fator de espaço. Na FIG. 6, o fator de espaço da ranhura linear (D/PL=0) que foi mecanicamente formado no exemplo comparativo é indicado por um círculo branco. Pode ser visto da FIG. 6 que, quando (D/PL) é menor que 0,02 , o fator de espaço da ranhura G obtida usando o método a laser é menor que aquela da ranhura linear formada mecanicamente; entretanto, quando (D/PL) é 0,02 ou mais, o fator de espaço da ranhura G obtida usando-se o método de laser é maior que aquele da

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24/25 ranhura linear formada mecanicamente. Em particular, quando (D/PL) é 0,05 ou maior, o fator de espaço mostra um alto valor de 96,5% ou mais. Além disso, quando (D/PL) é 0,1 ou maior, o fator de espaço mostra um alto valor de 97% ou mais.

[0070] Pode ser cisto dos resultados acima que quando a relação entre o valor do desvio padrão D e do espaçamento da ranhura PL satisfaz a expressão (1) descrita acima, a quantidade de empenamento da chapa de aço 1 pode ser reduzida. Reduzindo-se a quantidade de empenamento, quando a chapa de aço é laminada e comprimida como um material de núcleo de ferro de um transformador de enrolamento, o fator de espaço é alto, a performance como um transformador é alta, e o efeito da concentração de estresse é liberado. Portanto, excelentes características de perda de ferro podem ser realizadas.

[0071] Foi descrita acima a modalidade preferida da presente invenção. Entretanto, a presente invenção não é limitada a essas modalidades preferidas. Várias adições, omissões, substituições, e outras modificações podem ser feitas na configuração dentro da faixa que não sai do escopo da presente invenção. A presente invenção não é limitada à descrição acima, mas é apenas limitada pelas reivindicações anexas.

[Aplicabilidade industrial] [0072] De acordo com a presente invenção, quando ranhuras são formadas por irradiação de raio laser em uma superfície de uma chapa de aço, a quantidade de deformação da chapa de aço provocada pela formação das ranhuras pode ser reduzida. Consequentemente, pode ser fornecida uma chapa de aço magnético tendo os efeitos vantajosos a seguir. Quando a chapa de aço é laminada e comprimida como um material de núcleo de ferro de um transformador de enrolamento, o fator de espaço e alto, a performance como um transformador é alta, e o efeito da concentração de estresse é liberado. Portanto, excelentes

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25/25 características de perda de ferro podem ser realizadas.

[Breve descrição dos símbolos de referência]

1: Chapa de aço magnético com grão orientado (chapa de aço)

3: Fibra ótica

5: Colimador

6: Lentes de condensação

10: Espelho poligonal

20: Lentes f0

LB: Raio laser

PL: Espaçamento das ranhuras

LO: Fonte de luz do laser

LS: Scanner de laser

G: Ranhura (curva)

Gs: Grupo de curvas

Claims

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REIVINDICAÇÕES

1. Chapa de aço magnético com grão orientado, caracterizada pelo fato de que compreende:

ranhuras, cada uma das quais se estende em uma direção que intercepta uma direção de transporte, as ranhuras sendo formadas a espaçamentos predeterminados PL na direção de transporte por irradiação do raio laser; e uma porção fundida re-solidificada que é formada em cada uma das ranhuras onde cada uma das ranhuras é formada para ser curva na chapa de aço magnético com grão orientado, a relação entre o valor do desvio padrão D e do espaçamento PL satisfaz a expressão (1) a seguir, o valor do desvio padrão D sendo um desvio padrão das distâncias entre uma linha de aproximação linear, que é obtida a partir da linha central curva de cada uma das ranhuras na direção da largura da ranhura pelo método dos mínimos quadrados, e as respectivas posições na linha central curva, e um ângulo médio formado entre linhas tangentes às respectivas posições na linha central curva e a direção perpendicular à direção de transporte é mais que 0¾ 30° [Expressão 1]

0,02 < (D/PL) (1).

2. Chapa de aço magnético com grão orientado de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as ranhuras são formadas na superfície frontal e na superfície traseira da chapa de aço magnético com grão orientado.

3. Chapa de aço magnético com grão orientado de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que as posições das ranhuras

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2/2 formadas na superfície frontal são as mesmas que as posições das ranhuras formadas na superfície traseira.

4. Método para produzir uma chapa de aço magnético com grão orientado, o método é caracterizado pelo fato de que compreende irradiar uma chapa de aço magnético com grão orientado com um raio laser para formar ranhuras, cada uma das quais se estende em uma direção que intercepta a direção de transporte, a espaçamentos predeterminados PL na direção de transporte, e para formar uma porção fundida re-solidificada em cada uma das ranhuras, onde cada uma das ranhuras é formada para ser curva na chapa de aço magnético com grão orientado, a relação entre o valor do desvio padrão D e do espaçamento PL satisfaz a expressão (1) a seguir, o valor do desvio padrão D sendo o desvio padrão das distâncias entre uma linha de aproximação linear, que é obtida a partir de uma linha central curva de cada uma das ranhuras na direção da largura da ranhura por um método de mínimos quadrados, e as posições respectivas na linha central curva, e o ângulo médio formado entre as linhas tangentes das respectivas posições na linha central curva e uma direção perpendicular à direção de transporte é maior que 0°a 30° [Expressão 2]

0,02 < (D/PL) (1).

5. Método de produção de uma chapa de aço magnético com grão orientado de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o comprimento de onda do raio laser está em uma faixa de 0,4 mm a 2,1 mm.