BR112017018093B1

BR112017018093B1 - chapa de aço elétrica de grão orientado e método de produção da mesma

Info

Publication number: BR112017018093B1
Application number: BR112017018093-6A
Authority: BR
Inventors: Shigehiro Takajo; Takeshi Omura; Seiji Okabe
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2021-01-26
Also published as: US20180037965A1; JP6060988B2; CA2975245C; BR112017018093B8; WO2016136176A1; CA2975245A1; EP3263720B1; CN107250391B; JP2016156047A; KR20170107575A; EP3263720A1; EP3263720A4; MX2017010758A; US10465259B2; CN107250391A; BR112017018093A2; RU2679812C1; KR101988480B1

Abstract

São revelados uma chapa de aço elétrica de grão orientado exibindo propriedades de baixa perda de ferro e de baixo ruído quando incorporada em um transformador, e um método de produção da mesma. A chapa de aço tem regiões de deformação localmente presentes em uma camada de superfície da mesma e formadas para se estender em uma direção transversal a uma direção de laminação no intervalo periódico s (mm) na direção de laminação. Cada região de deformação tem uma região de domínio de fechamento formado continuamente por 200 mm em uma direção de largura e cuja largura na direção de laminação varia periodicamente em uma superfície de chapa de aço. Cada região de domínio de fechamento satisfaz: Wmax/Wmin = 1,2 ou mais e menos do que 2,5, onde Wmax e Wmin respectivamente denotam uma largura máxima e uma largura mínima na superfície de chapa de aço conforme medida na direção de laminação; Wave sendo 80 ^m ou mais, onde Wave denota uma largura média na superfície de chapa de aço conforme medida na direção de laminação; D sendo 32 ^m ou mais, onde D denota uma profundidade máxima conforme medida na direção de espessura de chapa; e (Wave * D)/s sendo 0,0007 mm ou mais e (...).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] Essa invenção se relaciona a chapas de aço elétricas de grão orientado usadas para núcleos de ferro de transformadores, por exemplo, e a métodos de produção das mesmas.

ANTECEDENTES

[002] Exige-se que transformadores nos quais chapas de aço elétricas de grão orientado são usadas tenham propriedades de baixa perda de ferro e de baixo ruído. Para que um transformador tenha perda de ferro mais baixa, é eficaz reduzir a perda de ferro da própria chapa de aço elétrica de grão orientado, e como uma das técnicas para fazer isso, é necessário irradiar a superfície da chapa de aço com feixes laser, plasma, feixes de elétron, ou similares. O documento JP2012036450A (PTL 1) ensina uma técnica para reduzir perda de ferro otimizando-se o intervalo entre pontos de irradiação e energia de irradiação quando se introduz deformação térmica em uma superfície de uma chapa de aço elétrica de grão orientado em uma maneira de sequência de pontos por irradiação de feixe de elétron em uma direção transversal a uma direção de laminação. Essa técnica reduz perda de ferro não somente refinando domínios magnéticos principais, mas também formando uma estrutura de domínio magnético adicional, chamada domínios de fechamento, dentro da chapa de aço.

[003] À medida que os domínios de fechamento aumentam, no entanto, essa técnica tem uma desvantagem em desempenho de ruído quando incorporada em um transformador. A razão é que como o momento magnético de domínios de fechamento é orientado em um plano ortogonal à direção de laminação, ocorre magnetostrição à medida que a orientação muda para a direção da direção de laminação durante o processo de excitação da chapa de aço elétrica de grão orientado. A chapa de aço também contém outros domínios de fechamento chamados "domínios de lanceta", e a magnetostrição também ocorre como resultado de geração e desaparecimento de tais domínios de lanceta durante excitação com campos magnéticos alternantes. É sabido que domínios de lanceta podem ser reduzidos por aplicação de tensão, por exemplo, e a redução de domínios de lanceta pode gerar propriedades de magnetostrição aperfeiçoadas . Por outro lado, domínios de fechamento causados por refino de domínio magnético conforme descrito acima também causam magnetostrição e deterioração de desempenho de ruído do transformador. Portanto, existe demanda para otimização não somente de domínios de lanceta, mas também de domínios de fechamento a fim de se conseguir tanto baixa perda de ferro quanto propriedades de baixo ruído.

[004] Técnicas convencionais para aperfeiçoar propriedades de perda de ferro e desempenho de ruído com métodos de feixe de elétron são descritas abaixo. O documento JP2012172191A (PTL 2) ensina uma técnica para fornecer uma chapa de aço elétrica de grão orientado exibindo excelentes propriedades de perda de ferro e desempenho de ruído pelo ajuste, no caso de desempenho de tratamento de refino de domínio magnético por irradiação com um feixe de elétron em forma de ponto, a relação entre tempo de sustentação t em cada ponto de irradiação e intervalo X entre pontos de irradiação de acordo com a saída do feixe de elétron. O documento JP2012036445A (PTL 3) descreve uma chapa de aço elétrica de grão orientado na qual tratamento de refino de domínio magnético é executado com irradiação de feixe de elétron e a relação entre o diâmetro A de uma região de introdução de deformação térmica e o passo de irradiação B é otimizada.

[005] O documento WO2014068962A (PTL 4) descreve uma técnica para otimizar, usando um método de feixe de elétron, a largura de direção de laminação e a profundidade de direção de espessura de domínios de fechamento, bem como o intervalo no qual domínios de fechamento são introduzidos na direção de laminação.

LISTA DE CITAÇÕES Literatura de Patente (PTL) i. PTL 1:JP2012036450A ii. PTL 2:JP2012172191A iii. PTL 3:JP2012036445A iv. PTL 4:WO2014068962A SUMÁRIO Problema Técnico

[006] No entanto, em PTLs 2 e 3, a irradiação de feixe de elétron é realizada em uma maneira de sequência de pontos, os domínios de fechamento resultantes não são otimizados adequadamente em termos de formato da perspectiva de atingir tanto baixa perda de ferro quanto propriedades de baixo ruído. Com relação à técnica da PTL 4, em vista do fato de que a chapa de aço tem baixa perda de ferro e envolve domínios de fechamento grandes em volume e grandes em largura de direção de laminação, é estimado que a chapa de aço tem um pequeno fator de elevação de voltagem. No entanto, para que domínios de fechamento sejam formados em uma profundidade predeterminada na direção de espessura de chapa, a magnetostrição tende a se tornar significativa na direção de espessura de chapa. Desse modo, a técnica de PTL 4 não é adequada para uso em transformadores nos quais maior importância é colocada no desempenho de ruído.

[007] Seria desse modo útil fornecer uma chapa de aço elétrica de grão orientado com baixa perda de ferro e baixo ruído quando incorporada em um transformador, bem como um método de produção da mesma.

Solução Para o Problema

[008] Embora a ideia de tal formação de domínio de fechamento já exista, foi constatado pela Requerente que formar domínios de fechamento com uma grande profundidade na direção de espessura de chapa e com um pequeno volume (o que é definido no presente documento como " largura de domínio de fechamento média na profundidade máxima D da direção de laminação Wave */intervalo periódico s") é eficaz para atingir tanto propriedades de baixa perda de ferro quanto de baixo ruído de um transformador. A Requerente também constatou que o método de feixe de elétron é mais vantajoso como um método de introduzir tais domínios de fechamento. A razão é que o feixe de elétron tem alta permeabilidade para o interior de uma chapa de aço, o que habilita a introdução de deformação e domínios de fechamento até uma maior profundidade na direção de espessura de chapa a partir da superfície irradiada.

[009] A Requerente também revelou que um melhor equilíbrio entre propriedades de perda de ferro e desempenho de ruído do que nas técnicas convencionais pode ser conseguido pela formação de domínios de fechamento em uma superfície de chapa de aço de modo que a largura dos mesmos varie periodicamente na direção de laminação e otimizando-se a razão de Wmax/Wmin, onde Wmax e Wmin respectivamente denotam uma largura máxima e uma largura mínima na direção de laminação, usando um método de feixe de elétron com capacidade de controle de feixe extremamente alta e alta capacidade de controle de posição.

[010] Finalmente, a Requerente constatou ótimas condições de irradiação de feixe de elétron para formar domínios de fechamento que satisfazem essas condições. Especificamente, a Requerente encontrou uma técnica para fazer o diâmetro de um feixe de voltagem de alta aceleração menor do que era convencionalmente o caso, e para fornecer controle de alta velocidade de retenção e movimento de feixe.

[011] A presente invenção foi completada com base nessas constatações, e particularidades principais da mesma são conforme descrito abaixo.

[012] (1) Uma chapa de aço elétrica de grão orientado com uma pluralidade de regiões de deformação localmente presentes em uma camada de superfície da chapa de aço e formadas para se estender em uma direção transversal a uma direção de laminação no intervalo periódico s em milímetros na direção de laminação, em que cada uma das regiões de deformação tem uma região de domínio de fechamento que é formada continuamente por uma distância de 200 mm em uma direção de largura e cuja largura conforme medida na direção de laminação varia periodicamente em uma superfície da chapa de aço, e cada uma das regiões de domínio de fechamento satisfaz um conjunto de condições incluindo: uma razão de Wmax/Wmin sendo 1,2 ou mais ou menos 2,5, onde Wmax e Wmin respectivamente denotam uma largura máxima e uma largura mínima na superfície da chapa de aço conforme medida na direção de laminação; Wave sendo 80 μm ou mais, onde Wave denota uma largura média na superfície da chapa de aço conforme medida na direção de laminação; D sendo 32 μm ou mais, onde D denota uma profundidade máxima conforme medida na direção de espessura de chapa; e (Wave * D)/s sendo 0,0007 mm ou mais e 0,0016 mm ou menos (0,0007 < (Wave * D)/s < 0,0016).

[013] (2) Um método para uso na produção da chapa de aço elétrica de grão orientado de acordo com (1), o método compreendendo: irradiar uma superfície da chapa de aço de grão orientado com um feixe de elétron enquanto se varre o feixe de elétron em uma direção de varredura transversal a uma direção de laminação sob um conjunto de condições de irradiação de feixe de elétron incluindo: uma voltagem de aceleração sendo de 90 kV ou mais; d1 sendo 80 μm ou mais e 220 μm ou menos, onde d1 denota um diâmetro de feixe conforme medido em uma direção ortogonal à direção de varredura, d2 sendo (0,8 * d1) μm ou mais e (1,2 * d1) μm ou menos, onde d2 denota um diâmetro de feixe conforme medido na direção de varredura, um perfil de feixe tendo um formato gaussiano, e a varredura do feixe de elétron sendo executada enquanto se repete um processo de parar e retomar o movimento por uma distância de percurso p do feixe de elétron na superfície, onde 1,5 * d2 < p < 2,5 * d2.

[014] (3) O método de acordo com (2), em que o movimento do feixe de elétron é parado por 2 μ s ou mais e a varredura é executada com uma taxa média de 100 m/s ou mais alta.

[015] (4) O método de acordo com (2), em que o movimento do feixe de elétron é parado por 8 μs ou mais e a varredura é executada com uma taxa média de 30 m/s ou mais alta.

[016] (5) O método de acordo com qualquer um de (2) a (4), em que o feixe de elétron é varrido na superfície por uma distância de varredura conforme medida na direção de largura de 200 mm ou mais.

[017] (6) O método de acordo com qualquer um de (2) a (4), em que o feixe de elétron é varrido na superfície por uma distância de varredura conforme medida na direção de largura de 300 mm ou mais.

[018] (7) O método de acordo com qualquer um de (2) a (6), em que o feixe de elétron é originado a partir de LaB6.

[019] (8) O método de acordo com qualquer um de (2) a (7), em que o feixe de elétron é convergido usando-se pelo menos duas bobinas.

Efeito Vantajoso

[020] A chapa de aço elétrica de grão orientado de acordo com a invenção tem propriedades de baixa perda de ferro e exibe desempenho de baixo ruído quando incorporada em um transformador. De acordo com o método para uso na produção da chapa de aço elétrica de grão orientado revelado no presente documento, é também possível obter uma chapa de aço elétrica de grão orientado tendo baixas propriedades de perda de ferro e exibindo desempenho de baixo ruído quando incorporada em um transformador.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[021] Nos desenhos anexos: Figura 1 é um gráfico ilustrando uma relação entre o nível harmônico magnetostritivo e o ruído do transformador; Figura 2A é uma vista esquemática de uma superfície de chapa de aço ilustrando o formato de domínio de fechamento em um exemplo comparativo, e a Figura 2B é uma vista esquemática de uma superfície de chapa de aço ilustrando o formato de domínio de fechamento em uma das modalidades reveladas no presente documento; A Figura 3 é um gráfico ilustrando a relação entre o nível harmônico magnetostritivo e o valor de (largura média na direção de laminação Wave * profundidade máxima D)/intervalo periódico s para a região de domínio de fechamento; A Figura 4 é um gráfico ilustrando a relação entre o nível harmônico magnetostritivo e a razão de Wmax/Wmin, onde Wmax e Wmin respectivamente denotam uma largura máxima e uma largura mínima da região de domínio de fechamento conforme medidas na direção de laminação; A Figura 5 é um gráfico ilustrando a relação entre a voltagem de aceleração do feixe de elétron e a profundidade máxima D da região de domínio de fechamento; e A Figura 6 é um gráfico ilustrando o formato de vários perfis de feixe.

DESCRIÇÃO DETALHADA Chapa de aço elétrica de grão orientado

[022] Primeiramente, uma chapa de aço elétrica de grão orientado de acordo com uma das modalidades reveladas no presente documento (doravante, também referida simplesmente como "chapa de aço") será descrita.

[023] Nenhuma limitação é colocada no tipo (tal como a composição química ou estrutura) da chapa de aço elétrica de grão orientado usada na revelação, e qualquer tipo de chapas de aço elétricas de grão orientado pode ser usado.

[024] A chapa de aço elétrica de grão orientado dessa modalidade tem um revestimento com tensão formado em uma superfície da mesma. Nenhuma limitação é colocada no tipo de revestimento com tensão, e um exemplo pode ser um revestimento de duas camadas combinando um revestimento de forsterita o qual é composto principalmente de Mg2SiO4 e formado durante recozimento final e um revestimento com tensão com base em fosfato formado no mesmo. É também possível formar um revestimento isolante aplicador de tensão com base em fosfato diretamente na superfície da chapa de aço na qual nenhum revestimento de forsterita está formado. O revestimento isolante aplicador de tensão com base em fosfato pode ser formado, por exemplo, revestindo-se uma superfície de uma chapa de aço com uma solução aquosa contendo um fosfato de metal e sílica como componentes principais, e cozendo-se o revestimento na superfície.

[025] Na chapa de aço elétrica de grão orientado dessa modalidade, uma superfície da chapa de aço elétrica de grão orientado é irradiada com um feixe de elétron enquanto se varre o feixe de elétron na superfície em uma direção transversal a uma direção de laminação, pelo que uma pluralidade de regiões de deformação é levada a se apresentar localmente em uma camada de superfície da chapa de aço e é formada para se estender na direção transversal à direção de laminação no intervalo periódico s em milímetros na direção de laminação. Em cada região de deformação, uma região de domínio de fechamento é formada.

[026] Nessa modalidade, o revestimento com tensão não é danificado por irradiação de feixe de elétron. Isso elimina a necessidade de se revestir novamente com o propósito de conserto após a irradiação de feixe de elétron. Não existe desse modo necessidade de aumentar indevidamente a espessura do revestimento, e desse modo é possível aumentar o fator de empilhamento de núcleos de ferro de transformador montados a partir das chapas de aço. Além disso, o feixe de elétron é vantajoso porque o mesmo permite controle em alta velocidade e complexo de posições nas quais a chapa de aço é irradiada com o feixe de elétron.

[027] Essa modalidade é caracterizada pela constatação de condições para que domínios de fechamento transmitam tanto propriedades de baixa perda de ferro quanto desempenho de baixo ruído para o transformador, e tais condições serão descritas em detalhe abaixo.

[028] Primeiramente a Requerente notou que no método de irradiação de feixe de elétron o nível harmônico magnetostritivo é um dos parâmetros magnetostritivos tendo uma boa correlação com ruído do transformador. Conforme usado no presente documento, "nível harmônico magnetostritivo" se refere a um valor que é obtido em uma faixa de 0 Hz a 1.000 Hz somando-se os resultados da divisão de uma forma de onda magnetostritiva obtida com um vibrômetro laser tipo Doppler a componentes de velocidade a 100 Hz e ponderando os componentes de frequência usando ponderação de frequência em escala A. No momento de medição de magnetostrição, foi usada uma densidade de fluxo magnético máximo a 1,5 T, a qual tinha a mais alta correlação com o ruído do transformador na densidade de fluxo magnético máximo de 1,3 T a 1,8 T. A Figura 1 é um gráfico ilustrando a relação entre o nível harmônico magnetostritivo e o ruído do transformador quando o refinamento de domínio magnético foi executado sob diferentes condições de feixe de elétron em chapas de aço elétricas de grão orientado com espessura de 0,23 mm, cada uma tendo um filme de forsterita e um revestimento com tensão com base em fosfato em uma superfície da mesma. Conforme é evidente a partir da Figura 1, o nível harmônico magnetostritivo se correlacionou bem com o ruído do transformador. Portanto, em alguns experimentos abaixo, o nível harmônico magnetostritivo foi usado como um índice para a avaliação de ruído.

[029] Conforme usados no presente documento, parâmetros relativos à estrutura de domínio de fechamento são definidos como: Wmax: uma largura máxima de uma região de domínio de fechamento na superfície da chapa de aço conforme medida na direção de laminação (ver Figura 2) Wmin: uma largura mínima de uma região de domínio de fechamento na superfície da chapa de aço conforme medida na direção de laminação (ver Figura 2) Wave: uma largura média de uma região de domínio de fechamento na superfície da chapa de aço conforme medida na direção de laminação D: uma profundidade máxima conforme medida na direção de espessura de chapa

[030] O intervalo periódico no qual domínios de fechamento são formados na direção de laminação são substancialmente iguais ao intervalo periódico s no qual regiões de deformação são formadas na direção de laminação.

[031] A largura de um domínio de fechamento conforme medida na direção de laminação é determinada observando-se domínios magnéticos na superfície da chapa de aço usando um visualizador magnético contendo uma solução coloidal magnética. Conforme usado no presente documento, "largura média Wave" se refere a uma média aritmética de uma largura máxima Wmax e uma largura mínima Wmin. A profundidade máxima D de domínio de fechamento representa a quantidade máxima de redução em espessura, quando se reduz a espessura da chapa de aço em uma maneira por etapas com polimento químico, em que o domínio de fechamento pode ser observado seguindo-se o procedimento de observação descrito acima. Profundidade máxima D conforme medida na direção de espessura de chapa = 32 μ m ou mais

[032] Acredita-se que a profundidade de domínios de fechamento afeta as propriedades de perda de ferro. Embora uma maior profundidade seja mais preferencial para obter um efeito de refino de domínio magnético aumentado, aumentar excessivamente a profundidade termina por aumentar o volume do domínio de fechamento, causando aumento da magnetostrição. Portanto, a profundidade máxima D na direção de espessura de chapa é preferencialmente definida em 32 μm ou mais e 50 μm ou menos. (Wave * D)/s = 0,0007 mm ou mais e 0,0016 mm ou menos

[033] A Requerente constatou que um desempenho de baixo ruído pode ser obtido reduzindo-se o volume do domínio de fechamento. A Figura 3 é um gráfico ilustrando a relação entre o nível harmônico magnetostritivo e o valor de (Wave * D)/s quando o refinamento de domínio magnético foi executado sob diferentes condições de feixe de elétron em chapas de aço elétricas de grão orientado de 0,23 mm em espessura de chapa, cada uma tendo um filme de forsterita e um revestimento com tensão com base em fosfato formados em uma superfície da mesma, para formar domínios magnéticos na mesma com diferentes formatos de contas (com o que a largura do domínio magnético muda periodicamente). Na figura, pontos brancos representam dados com perda de ferro W17/50 de 0,70 W/kg ou mais alta. Quanto menor o valor de (Wave * D)/s, mais baixo o nível harmônico magnetostritivo e o desempenho com mais baixo ruído pode ser obtido. Dessa perspectiva, o valor de (Wave * D)/s é definido em 0,0016 mm ou menos nessa modalidade. Por outro lado, reduzir excessivamente o valor de (Wave * D)/s é menos eficaz para aumentar o efeito de refinamento de domínio magnético e causa um aumento na perda de ferro. Dessa perspectiva, o valor de (Wave * D)/s é definido em 0,0007 mm ou mais nessa modalidade. Formato de domínio de fechamento na superfície da chapa de aço

[034] Subsequentemente, o formato de domínio de fechamento na superfície da chapa de aço foi mudado variando-se as condições de feixe de elétron (intervalo de retenção de feixe e corrente de feixe), com a profundidade máxima D de domínio de fechamento sendo definida em 36 μm e o intervalo periódico s em 5 mm. Como resultado, constatou-se que um formato de domínio de fechamento tal como mostrado na Figura 2B, com o qual a largura na superfície da chapa de aço conforme medida na direção de laminação muda de uma maneira contínua e periódica na direção de largura, pode gerar um nível harmônico magnetostritivo ainda mais baixo se comparado com um formato de domínio de fechamento linear conforme ilustrado na Figura 2A. A Figura 4 ilustra a relação entre o nível harmônico magnetostritivo e a razão de Wmax/Wmin. Com relação à largura média, os pontos brancos representam uma largura média de 200 μm a 220 μm, enquanto o ponto negro representa uma largura ligeiramente maior de 270 μm. O nível harmônico magnetostritivo foi diminuído no caso da razão de Wmax/Wmin ser de 1,2 ou mais e menos do que 2,5 se comparado ao caso da razão de Wmax/Wmin ser de 1,0, isto é, domínio de fechamento linear. A perda de ferro foi quase a mesma. Portanto, a razão de Wmax/Wmin é definida em 1,2 ou mais e menos do que 2,5 nessa modalidade.

[035] Cada região de domínio de fechamento é preferencialmente formada continuamente na superfície da chapa de aço por uma distância de 200 mm ou mais na direção de largura, e mais preferencialmente formado continuamente em toda a largura. A razão é que uma distância de menos do que 200 mm leva à formação de um número aumentado de juntas de regiões de domínio de fechamento na direção de largura, e desse modo acréscimos na não uniformidade da estrutura de domínio magnético da chapa de aço, causando a deterioração das propriedades magnéticas. Largura média Wave na superfície da chapa de aço conforme medida na direção de laminação = 80 μm ou mais

[036] Wave de menos do que 80 μm é muito estreita para obter um efeito de refino de domínio magnético suficiente. Portanto, Wave é definida em 80 μm ou mais nessa modalidade. Wave é preferencialmente 250 μm ou menos. Isso é porque uma Wave maior do que 250 μm tende a aumentar a magnetostrição. Método de produzir a chapa de aço elétrica de grão orientado

[037] Um método para uso na produção de uma chapa de aço elétrica de grão orientado de acordo com uma das modalidades reveladas no presente documento é um método para uso na produção da chapa de aço elétrica de grão orientado descrita acima, compreendendo irradiar uma superfície da chapa de aço elétrica de grão orientado com um feixe de elétron enquanto se varre o feixe de elétron em uma direção transversal a uma direção de laminação para formar as regiões de deformação conforme descrito acima.

[038] Como resultado de intensivos estudos da Requerente, a Requerente chegou a condições de irradiação de feixe de elétron adequadas para satisfazer as condições de domínio de fechamento descritas acima. Voltagem de aceleração Va = 90 kV ou mais e 300 kV ou menos

[039] Uma voltagem de aceleração de feixe de elétron mais alta é mais preferencial. A razão é que uma voltagem de aceleração mais alta aumenta a capacidade do feixe de elétron permear substâncias, o que não somente habilita o feixe de elétron a permear mais facilmente o revestimento de modo que o dano para o revestimento provavelmente seja suprimido, mas também permite que uma região de domínio de fechamento seja formada na região de deformação em uma profundidade desejada na direção de espessura de chapa. Nessa modalidade, é necessário reduzir o diâmetro de feixe tanto quanto possível a fim de reduzir o volume de domínios de fechamento formado, conforme descrito adiante. Com relação a isso, uma voltagem de aceleração mais alta é também vantajosa porque ela tende a fornecer um menor diâmetro de feixe. A Figura 5 é um gráfico ilustrando a relação entre a profundidade máxima D de região de domínio de fechamento e a voltagem de aceleração do feixe de elétron quando refinamento de domínio magnético foi executado em chapas de aço elétricas de grão orientado de 0,23 mm de espessura, cada uma tendo um filme de forsterita e um revestimento com tensão com base em fosfato formados em uma superfície da mesma, sob um conjunto de condições de feixe de elétron predeterminadas (diâmetro de feixe: 200 μm; taxa de varredura: 30 m/s; e direção de varredura: direção de largura). Para todas as chapas de aço elétricas de grão orientado, a perda de ferro em W17/50 foi inferior a 0,70 W/kg. Sob essas condições, definir a voltagem de aceleração em 90 kV ou mais pode fornecer profundidade máxima D na direção de espessura de chapa de 32 μm ou mais. Alternativamente, a profundidade de domínio de fechamento pode ser aumentada otimizando-se as outras condições de feixe sem mudar a voltagem de aceleração. Por exemplo, deformação pode ser introduzida em uma região mais profunda sob a influência de condução de calor resultante de irradiação com o feixe de elétron em um local por um longo período de tempo.

[040] Por outro lado, à medida que a voltagem de aceleração aumenta, se torna difícil fornecer uma blindagem aos raios x que se originam do objeto irradiado. Portanto, um limite superior preferido é na prática aproximadamente 300 kV. Um limite inferior preferido para a voltagem de aceleração é 150 kV. Diâmetro de feixe d1 em uma direção ortogonal à direção de varredura = 80 μm ou mais e 220 μm ou menos

[041] Nessa modalidade, o diâmetro do feixe de elétron é reduzido para diminuir o volume de domínios de fechamento. Especificamente, o diâmetro de feixe d1 é definido em 220 μm ou menos. Diminuir excessivamente o diâmetro de feixe e a largura de domínios de fechamento é menos eficaz para aumentar o efeito de refino de domínio magnético. Portanto, o diâmetro de feixe d1 é definido em 80 μm ou mais. Uma faixa de diâmetro de feixe d1 mais preferencial é de 100 μ m a 150 μ m. Diâmetro de feixe d2 na direção de varredura = (0,8 * dl) μm ou mais e (1,2 * d1) μm ou menos

[042] A Requerente também revelou que no caso de varrer um feixe enquanto se repete um processo para parar e retomar seu movimento, o formato de feixe deve ser mais próximo de um círculo perfeito. A razão é que se o feixe assume um formato elíptico, o feixe diminui em densidade de energia e a corrente de feixe deve ser aumentada para produzir energia mais alta, levando a um aumento no diâmetro de feixe. Dessa perspectiva, um diâmetro de feixe d2 é definido em uma faixa de (0,8 * d1) μm a (1,2 * d1) μm.

[043] Conforme usado no presente documento, tanto para d1 quanto d2, "diâmetro de feixe" é definido como a metade da largura do perfil de feixe conforme medido pelo método de corte (largura de corte: 0,03 mm). Perfil de feixe = Formato gaussiano

[044] A Requerente constatou que o feixe de elétron toma diferentes formatos de perfil dependendo de como o mesmo é convergido, e pode ser a grosso modo dividido em quatro categorias de formato conforme ilustrado na Figura 6. Entre essas, o feixe #1 tem a densidade de energia mais alta e é eficaz para diminuir a perda de ferro. Em outras palavras, quando se irradia com o feixe #2, #3 ou #4 com uma densidade de energia mais baixa, é difícil formar domínios de fechamento em uma profundidade desejada. Se, no entanto, algumas medidas são tomadas para aumentar a densidade de energia, tal como aumentar a corrente de feixe para formar domínios de fechamento em uma profundidade desejada, a largura de domínios de fechamento aumenta, o que termina por aumentar a perda de ferro. Nessa modalidade, um feixe conforme indicado por #1 é referido como um "feixe de formato gaussiano", o qual é definido no presente documento como tendo uma largura de feixe (diâmetro de feixe) a meia (1/2) intensidade de 265 μ m ou menos, com a razão da largura de feixe a meia (1/2) intensidade para uma largura de feixe a um quinto (1/5) de intensidade sendo 3,0 ou menos. Ângulo de linha: 60 ° ou mais e 120o ou menos

[045] O feixe de elétron é linearmente varrido em uma direção formando um ângulo de 60o ou mais e 120o ou menos com a direção de laminação. À medida que esse ângulo desvia de 90o, o volume de regiões introduzidas por deformação aumenta. Portanto, esse ângulo é desejavelmente definido em 90o. Padrão de irradiação de feixe de elétron

[046] O feixe de elétron é varrido para formar regiões de deformação de uma maneira tal que as mesmas sejam continuamente distribuídas na direção de largura na chapa de aço sendo passada. Nesse momento, o feixe de elétron é varrido na chapa de aço com uma taxa de varredura média de preferencialmente 30 m/s ou mais alta. Uma taxa de varredura média abaixo de 30 m/s não pode gerar alta produtividade. A taxa de varredura média é desejavelmente 100 m/s ou mais alta. Um limite superior preferido para a taxa de varredura média é 300 m/s a fim de habilitar controle repetitivo de alta velocidade de parada e retomada de movimento do feixe. Observe-se que a taxa de varredura é constante durante a varredura do feixe de elétron e que "taxa de varredura média" se refere a uma taxa de varredura média incluindo o tempo de parar o feixe.

[047] Quando se varre um feixe de elétron a essa alta taxa, é preferencial manter o feixe de elétron em um estado de irradiação em uma base constante para evitar perder tempo com o controle de ligar/desligar o feixe. Nesse caso, para mudar periodicamente o domínio de largura de fechamento na direção de largura conforme descrito acima, a irradiação de feixe pode ser executada repetindo-se um processo para parar e retomar a varredura do feixe, em vez de varrer o feixe a uma taxa constante ao longo da direção de largura. A distância (distância de percurso) p entre pontos de retenção de feixe adjacentes é definida para satisfazer a seguinte relação: diâmetro de feixe na direção da varredura d2 * 1,5 < p < diâmetro de feixe na direção varredura d2 * 2,5. Se p é menor do que d2 * 1,5, domínios de fechamento serão formados em um formato contínuo. Se p é maior do que d2 * 2,5, domínios de fechamento serão formados descontinuamente na direção de largura ou a razão de largura (Wmax/Wmin) vai aumentar excessivamente.

[048] Para formar os supracitados domínios de fechamento, é necessário parar o movimento do feixe por um período tão longo quanto possível em cada ponto de retenção de feixe. Quando a taxa de varredura média é 100 m/s ou mais alta, o feixe precisa ser retido por pelo menos 2 μ s. Quando a taxa de varredura média é 30 m/s ou mais alta, esse efeito pode ser adicionalmente melhorado se o feixe é retido por 8 μs ou mais. Um limite superior para o tempo de retenção de feixe é preferencialmente 20 μs da perspectiva de suprimir dano para o revestimento. Intervalo de linha de irradiação: 15 mm ou menos

[049] A irradiação de feixe de elétron é preferencialmente executada de modo que regiões de domínio de fechamento possam ser formadas ao longo da direção de largura no intervalo periódico s na direção de laminação de 15 mm ou menos. A razão é que aumentar excessivamente o intervalo de linha de irradiação é menos eficaz para aumentar o efeito de refinamento de domínio magnético, e desse modo faz uma contribuição menor para o aperfeiçoamento de propriedades de perda de ferro. Não são colocadas quaisquer limitações particulares no limite inferior para o intervalo de linha, mesmo assim o limite inferior é restrito até um certo ponto pelo volume de domínios de fechamento conforme descrito acima. No entanto, se o intervalo de linha é excessivamente pequeno, a produtividade deteriora. Portanto, um limite inferior preferido é 5 mm. Além disso, o intervalo de linha precisa ser definido de modo que (Wave * D)/s esteja em uma faixa de 0,0007 mm a 0,0016 mm. Corrente de feixe: 0,5 mA ou mais e 30 mA ou menos

[050] Uma corrente de feixe mais baixa é preferida da perspectiva de redução de diâmetro de feixe. A razão é que quando partículas mais carregadas se repelem umas às outras, é difícil convergir o feixe. Portanto, o limite superior para a corrente de feixe é definido em 30 mA. A corrente de feixe é mais preferencialmente 20 mA ou menos. Por outro lado, se a corrente de feixe é excessivamente baixa, o efeito de refino de domínio magnético não pode ser obtido. Portanto, o limite inferior é 0,5 mA. Pressão em uma câmara de processamento: 3 Pa ou menos

[051] O feixe de elétron aumenta em diâmetro quando espalhado por moléculas de gás, e desse modo exige uma pressão de 3 Pa ou menos. O limite inferior para a pressão é na prática de aproximadamente 10“5 Pa considerando-se o fato de que diminuir excessivamente o limite inferior causaria uma elevação no custo do sistema a vácuo tal como uma bomba a vácuo. Distância funcional (WD): 1.000 mm ou menos

[052] Distância funcional (WD) se refere à distância do centro da bobina de foco até a superfície de chapa de aço. Essa distância tem uma influência significativa no diâmetro de feixe. Quando a WD é reduzida, a trajetória de feixe é encurtada e o feixe converge mais facilmente. Portanto, a WD é preferencialmente 1.000 mm ou menos. Disposição de bobina: bobina de foco de dois estágios

[053] Para formar o supracitado feixe de elétron em formato gaussiano na chapa de aço, é necessário convergir forçadamente elétrons emitidos a partir de uma fonte de elétron térmica através de uma bobina de foco. No entanto, quando elétrons são acelerados em alta voltagem, eles passam através da bobina de foco em um tempo muito curto no qual eles não estarão aptos a adquirir habilidade de convergência suficiente ou um perfil desejado. Embora um método de aumentar força de campo magnético aumentando a corrente de bobina seja conhecido, uma quantidade excessivamente grande de calor é gerada na bobina e na placa de circuito relacionada à convergência. Portanto, usar pelo menos duas bobinas de foco torna possível dispersar calor e formar estavelmente um feixe em formato gaussiano. Distância de varredura do feixe de elétron ao longo da direção de largura na superfície da chapa de aço: 200 mm ou mais

[054] À medida que a distância de varredura na direção de largura do feixe de elétron na superfície da chapa de aço aumenta, o número de canhões de elétrons necessários para irradiar uma bobina larga com o feixe de elétron diminui. Por exemplo, no caso de uma bobina tendo uma largura de 1.000 mm, cinco canhões de elétrons são exigidos para uma distância de varredura de 200 mm e vinte para 50 mm. Portanto, em vista de eficiência de produção e manutenção, a distância de varredura é preferencialmente tão grande quanto possível. Portanto, a distância de varredura é definida em 200 mm ou mais. Uma distância de varredura preferida é 300 mm ou mais. Se, no entanto, a distância de varredura é excessivamente aumentada, é necessário aumentar a WD ou o ângulo de deflexão. No primeiro caso, surge o problema de um diâmetro de feixe aumentado, enquanto que no último caso a aberração de deflexão é mais pronunciada e o feixe defletido assume um formato elíptico na chapa de aço, o que não é preferencial da perspectiva de redução de diâmetro de feixe. Portanto, o limite superior para a distância de varredura é preferencialmente 650 mm. Fonte de feixe de elétron: LaB6

[055] Em geral, LaB6 é conhecido por ser vantajoso por emitir um feixe de alta intensidade e por facilitar redução de diâmetro de feixe, e desse modo é preferencialmente usado.

EXEMPLOS

[056] Chapas de aço elétricas de grão orientado de 0,23 mm de espessura, cada uma tendo um filme de forsterita e um revestimento com tensão com base em fosfato em uma superfície da mesma, foram submetidas a tratamento de refino de domínio magnético sob várias condições de irradiação de feixe de elétron conforme listado na Tabela 1. A densidade de fluxo magnético B8 mediante magnetização a 800 A/m era de aproximadamente 1,935 T. A direção de varredura do feixe de elétron era perpendicular à direção de laminação da chapa de aço e a pressão da câmara de processamento era 0,02 Pa. A corrente de feixe foi ajustada em uma faixa de saída de 1 kW a 3 kW. WD foi definida em 300 mm para o N° 12 e 900 mm para o resto. Na coluna de formato de perfil da Tabela 1, "#1" denota um formato gaussiano comparável a #1 na Figura 6 e "#4" denota um formato comparável a #4 na Figura 6. Tabela 1

[057] A Tabela 2 indica a presença/ausência de dano para o revestimento devido a refinamento de domínio magnético, dimensões de região de domínio de fechamento, perda de ferro W17/50, e nível harmônico MHL 15/50 Tabela 2

[058] De acordo com a revelação, quando do uso de um cátodo LaB6 a uma voltagem de aceleração de 150 kV e do desempenho de irradiação de feixe de elétron sob as condições especificadas no presente documento, foram obtidas baixa perda de ferro e baixas propriedades de magnetostrição, a saber, a perda de ferro W17/50 foi baixa na ordem de 0,66 W/kg a 0,68 W/kg e o nível harmônico magnetostritivo MHL15/50 foi baixo na ordem de 29 dBA. Quando do uso de um cátodo de tungstênio, a perda de ferro foi baixa na ordem de 0,67 W/kg e a magnetostrição foi baixa na ordem de 30 dBA. Além disso, no caso de se usar uma bobina de foco de um único estágio no cátodo LaB6, a perda de ferro foi baixa na ordem de 0,67/kg e a magnetostrição foi baixa na ordem de 29 dBA. Além disso, para o N° 15 e o N° 16, transformadores de modelo foram feitos e submetidos a medição de ruído. O nível de ruído foi determinado como sendo de 33 dBA para o N° 15 e 35 dBA para o N° 16, e os resultados de medição demonstraram que reduzir o nível harmônico magnetostritivo contribui para a redução de ruído do transformador.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[059] De acordo com a presente revelação, é possível fornecer uma chapa de aço elétrica de grão orientado que tem propriedades de baixa perda de ferro e exibe desempenho de baixo ruído quando incorporada em um transformador, e um método de produção da mesma. Portanto, a presente revelação pode aperfeiçoar a eficiência de energia do transformador e habilita sua aplicação em ambientes mais amplos.

Claims

1. Chapa de aço elétrica de grão orientado, com uma pluralidade de regiões de deformação localmente presentes em uma camada de superfície da chapa de aço e formadas para se estender em uma direção transversal a uma direção de laminação no intervalo periódico s em milímetros na direção de laminação, em que cada uma das regiões de deformação tem uma região de domínio de fechamento que é formada continuamente por uma distância de 200 mm em uma direção de largura e cuja largura conforme medida na direção de laminação varia periodicamente em uma superfície da chapa de aço, e cada uma das regiões de domínio de fechamento satisfaz um conjunto de condições incluindo: uma razão de Wmax/Wmin sendo 1,2 ou mais e menos do que 2,5, onde Wmax e Wmin respectivamente denotam uma largura máxima e uma largura mínima na superfície da chapa de aço conforme medidas na direção de laminação; Wave sendo 80 μm ou mais, onde Wave denota uma largura média na superfície da chapa de aço conforme medida na direção de laminação; D sendo 32 μm ou mais, onde D denota uma profundidade máxima conforme medida na direção de espessura de chapa; e (Wave * D)/s sendo 0,0007 mm ou mais e 0,0016 mm ou menos.

2. Método para uso na produção da chapa de aço elétrica de grão orientado, de acordo com a reivindicação 1, o método compreendendo: irradiar uma superfície de uma chapa de aço de grão orientado com um feixe de elétron enquanto se varre o feixe de elétron em uma direção de varredura transversal a uma direção de laminação sob um conjunto de condições de irradiação de feixe de elétron incluindo: uma voltagem de aceleração sendo de 90 kV ou mais; dl sendo 80 μm ou mais e 220 μm ou menos, onde dl denota um diâmetro de feixe conforme medido em uma direção ortogonal à direção de varredura, d2 sendo (0,8 * dl) μm ou mais e (1,2 * dl) μm ou menos, onde d2 denota um diâmetro de feixe conforme medido na direção de varredura, um perfil de feixe tendo um formato gaussiano, e a varredura do feixe de elétron sendo executada enquanto se repete um processo de parar e retomar movimento por uma distância de movimentação p do feixe de elétron na superfície, onde 1,5 * d2 < p < 2,5 * d2.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, em que o movimento do feixe de elétron é parado por 2 μs ou mais e a varredura é executada com uma taxa média de 100 m/s ou mais alta.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, em que o movimento do feixe de elétron é parado por 8 μs ou mais e a varredura é executada com uma taxa média de 30 m/s ou mais alta.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, em que o feixe de elétron é varrido na superfície por uma distância de varredura conforme medida na direção de largura de 200 mm ou mais.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, em que o feixe de elétron é varrido na superfície por uma distância de varredura conforme medida na direção de largura de 300 mm ou mais.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, em que o feixe de elétron é originado a partir de LaB6.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 7, em que o feixe de elétron é convergido usando-se pelo menos duas bobinas.