CN103069038A - 方向性电磁钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在将形成有磁畴细化用槽的原材料组装到实际变压器中时能够将噪音抑制在低水平且具有优良的噪音特性的方向性电磁钢板。一种方向性电磁钢板，在钢板正反表面中的任意一个表面上具有用于进行磁畴细化的槽且在该钢板的正反表面上具备镁橄榄石被膜和张力涂层，其中，在将具有所述槽的表面的张力涂层的附着量设为A(g/m2)并将不具有所述槽的表面的张力涂层的附着量设为B(g/m2)时，将张力涂层的附着量A和B限制在预定的范围。

Description

方向性电磁钢板
技术领域
本发明涉及用于变压器等的铁芯材料的方向性电磁钢板。
背景技术
方向性电磁钢板主要作为变压器的铁芯使用，要求其磁化特性优良，特别是要求铁损低。
因此，重要的是使钢板中的二次再结晶晶粒与(110)[001]取向(所谓的高斯取向)高度一致、以及降低成品钢板中的杂质。但是，结晶取向的控制、以及杂质的降低在与制造成本的平衡等方面存在极限。因此，正在开发通过物理方法或化学方法向钢板表面引入不均匀应变或槽而使磁畴的宽度细化以降低铁损的技术、即磁畴细化技术。
例如，专利文献1中提出了如下技术：对最终成品板照射激光，向钢板表层引入高位错密度区域，使磁畴宽度变窄，由此降低钢板的铁损。
另外，专利文献2中提出了如下技术：对于最终退火后的钢板，以882～2156MPa(90～220kgf/mm2)的载荷在铁基部分形成深度超过5μm的槽后，在750℃以上的温度下进行加热处理，由此使磁畴细化。
专利文献3中提出了如下技术：在钢板的与轧制方向基本成直角的方向上引入宽度为30μm以上且300μm以下、深度为10μm以上且70μm以下、轧制方向的间隔为1mm以上的线状刻痕(槽)。
通过上述的磁畴细化技术的开发，得到了铁损特性良好的方向性电磁钢板。
另一方面，在方向性电磁钢板上施加以二氧化硅和磷酸盐为主要成分的张力涂层。该张力涂层具有使方向性电磁钢板产生拉伸应力、改善磁致伸缩特性、降低变压器的噪音的效果。
例如，专利文献4、专利文献5和专利文献6中提出了一种张力涂层，其通过涂布含有胶态二氧化硅和磷酸盐以及选自铬酸酐、铬酸盐、重铬酸盐中的一种或两种以上的处理液并进行烧结而得到。
另外，作为以胶态二氧化硅和磷酸盐为主要成分且不含铬酸酐、铬酸盐、重铬酸盐的方向性电磁钢板的张力涂层，专利文献7中公开了含有胶态二氧化硅、磷酸铝、硼酸和选自Mg、Al、Fe、Co、Ni、Zn的硫酸盐中的一种或两种以上的绝缘被膜处理液。另外，专利文献8中公开了含有胶态二氧化硅、磷酸镁和选自Mg、Al、Mn、Zn的硫酸盐中的一种或两种以上且不含铬氧化物的绝缘被膜的形成方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭57-2252号公报
专利文献2：日本特公昭62-53579号公报
专利文献3：日本特公平3-69968号公报
专利文献4：日本专利3651213号公报
专利文献5：日本特开昭48-39338号公报
专利文献6：日本特开昭50-79442号公报
专利文献7：日本特公昭57-9631号公报
专利文献8：日本特公昭58-44744号公报
发明内容
发明所要解决的问题
作为最终成品的方向性电磁钢板由剪切机切割成确定的长度和形状。然后，将切割后的电磁钢板层叠而制成变压器的铁芯。利用该剪切机进行切割时，要求切割长度具有非常高的精度。因此，必须在剪切机的前面以与钢板接触的方式配置称为测长辊的辊，在利用辊的旋转测量钢板的长度的同时决定剪切机的切割位置。
发明人发现，对于上述的利用槽形成来实施磁畴细化处理的技术而言，如图1所示，利用测长辊R按压时，在压下应力集中的槽1的边缘(角)部分10容易发生塑性应变，这成为使变压器噪音增加的原因。
本发明是鉴于上述现状而开发的，其目的在于提供在将形成有磁畴细化用槽的原材料组装到实际变压器中时能够将噪音抑制在低水平且具有优良的噪音特性的方向性电磁钢板。
用于解决问题的方法
即，本发明的主旨构成如下所述。
1.一种方向性电磁钢板，在钢板正反表面中的任意一个表面上具有用于进行磁畴细化的槽且在该钢板的正反表面上具备镁橄榄石被膜和张力涂层，其中，
将具有上述槽的表面的张力涂层的附着量设为A(g/m2)并将不具有上述槽的表面的张力涂层的附着量设为B(g/m2)时，张力涂层的附着量A和B满足下式(1)和(2)，
3≤A≤8…(1)
1.0<B/A≤1.8…(2)。
发明效果
根据本发明，在实际变压器的制造过程中也不会损害利用槽实施了磁畴细化处理的钢板的优良的噪音特性，因此在实际变压器中也表现出优良的噪音特性，结果，能够将变压器中的噪音抑制在低水平。
附图说明
图1是示意性地表示由于测长辊的按压而在钢板的槽部分发生塑性应变的情形的图。
具体实施方式
以下，对本发明进行具体说明。
本发明的特征在于如下之处：将进行磁畴细化用的槽形成后的方向性电磁钢板供于实际变压器时，为了防止该变压器的噪音特性的劣化，对钢板的设置有槽的表面的张力涂层的附着量和不具有槽的表面的张力涂层的附着量的关系进行了规定。根据上述规定，使不具有槽的表面的张力涂层的膜厚比具有槽的表面的张力涂层的膜厚厚，由此，能够抑制由测长辊的压下所伴随的塑性应变引起的变压器噪音的增加。
另外，对于钢板表面具有槽的方向性电磁钢板而言，如图1所示，在利用测长辊R压下时，该压下应力集中的槽1的角部分10容易发生塑性应变(图1的阴影部)，这成为变压器噪音增加的原因。为了抑制这种发生塑性应变所引起的变压器噪音的增加，认为使张力涂层的膜厚增加、利用张力涂层使铁基中的拉伸应力增加是有效的。
在此，为了减轻起因于测长辊R的塑性应变给噪音带来的影响，使张力涂层的膜厚更厚、使拉伸张力增加是有效的，但是，单纯使膜厚增加时，会使涂层脆化。结果，容易因压下应力集中的槽的角部分与测长辊接触而使张力涂层剥落而粉化。在此产生的粉末卷入测长辊中时，粉末压紧在钢板表面，由此也会发生塑性应变，因此，反而会导致使变压器噪音增加的结果。
关于上述问题，在上述的专利文献4中，提出了分两次施加涂层来改善涂层的脆性的方法，但存在制造成本增大这一问题。
因此，本发明中，首先，对于具有槽的表面的张力涂层的每单位面积的附着量A(g/m2)而言，需要满足下式(1)。
3≤A≤8…(1)
即，附着量A小于3g/m2时，张力涂层所带来的张力赋予效果小而使噪音劣化。另一方面，附着量Ａ超过8g/m2时，涂层脆化，测长辊压下时在槽的角部分发生涂层剥落而产生粉末，粉末由测长辊压紧在钢板而产生应变，因此，仍然会使噪音劣化。
另外，将不具有槽的表面的张力涂层的每单位面积的附着量设为Ｂ(g/m2)时，重要的是将Ｂ与上述的附着量A(g/m2)之比B/A限制在下式(2)的范围。
1.0<B/A≤1.8…(2)
在此，由于不具有槽的表面不存在钢板表面的凹凸，因此，即使增加张力涂层的附着量，张力涂层也不会粉化。因此，也不会产生因粉体被压紧在钢板表面而产生噪音的弊端。另一方面，对于具有槽的表面而言，在槽的角(边缘)部分被测长辊压下时仍会产生塑性应变，但如果在相反侧的不具有槽的表面增加张力涂层的厚度，则能够降低起因于上述塑性应变的噪音而不存在上述粉体的弊端。
即，通过使B/A超过1.0，能够改善噪音。认为这是因为，与B/A为1.0的两表面的附着量相同的情况相比，在铁基中的拉伸应力增加而使测长辊对塑性应变的噪音的灵敏性降低，而且，这种作用有效地得以发挥而不会被因粉体产生所导致的噪音上升抵消。但是，B/A超过1.8时，噪音反而劣化。这是因为，张力涂层的张力在正反表面的差值过大，因此钢板成为凸状。
以下，对本发明的方向性电磁钢板的制造条件进行具体说明。
本发明中，方向性电磁钢板用钢坯的成分组成为发生二次再结晶的成分组成即可。另外，成品晶粒的<100>取向相对于轧制方向的偏移角越小，磁畴细化所带来的铁损降低效果越大，因此，优选其平均偏移角为5°以下。
另外，在使用抑制剂的情况下，例如使用AlN系抑制剂时，适量含有Al和N即可，另外，在使用MnS/MnSe系抑制剂时，适量含有Mn及Se和/或S即可。当然，也可以组合使用两种抑制剂。这种情况下，Al、N、S和Se的优选含量分别为Al：0.01～0.065质量%、N：0.005～0.012质量%、S：0.005～0.03质量%、Se：0.005～0.03质量%。
另外，本发明也能够适用于限制了Al、N、S、Se的含量且不使用抑制剂的方向性电磁钢板。
这种情况下，Al、N、S和Se量优选分别抑制为Al：100质量ppm以下、N：50质量ppm以下、S：50质量ppm以下、Se：50质量ppm以下。
以下，对本发明的方向性电磁钢板用钢坯的基本成分和任选添加成分进行具体说明。
C：0.15质量%以下
C用于改善热轧板组织而添加，但超过0.15质量%时，用于将C降低至在制造工序中不引起磁时效的50质量ppm以下的负担增大，因此，优选设定为0.15质量%以下。另外，关于下限，即使是不含C的原材料也能够进行二次再结晶，因此无需特别设定。
Si：2.0～8.0质量%
Si是对于提高钢的电阻、改善铁损有效的元素，含量为2.0质量%以上时，降低铁损的效果特别良好。另一方面，含量为8.0质量%以下时，能够得到特别优良的加工性、磁通密度。因此，Si量优选设定为2.0～8.0质量%的范围。
Mn：0.005～1.0质量%
Mn在使热加工性良好的方面是有利的元素，但含量低于0.005质量%时，其添加效果不足。另一方面，含量为1.0质量%以下时，成品板的磁通密度特别良好。因此，Mn量优选设定为0.005～1.0质量%的范围。
除上述基本成分以外，还可以适当含有如下所述的元素作为改善磁特性的成分。
选自Ni：0.03～1.50质量%、Sn：0.01～1.50质量%、Sb：0.005～1.50质量%、Cu：0.03～3.0质量%、P：0.03～0.50质量%、Mo：0.005～0.10质量%和Cr：0.03～1.50质量%中的至少一种
Ni是对于进一步改善热轧板组织而进一步提高磁特性有用的元素。但是，含量低于0.03质量%时，提高磁特性的效果小，另一方面，含量为1.5质量%以下时，二次再结晶的稳定性显著增加，从而使磁特性进一步得到改善。因此，Ni量优选设定为0.03～1.5质量%的范围。
另外，Sn、Sb、Cu、P、Mo和Cr各自为对于提高磁特性有用的元素，但任意一个不满足上述各成分的下限时，提高磁特性的效果小，另一方面，含量为上述各成分的上限量以下时，二次再结晶晶粒的发达最良好。因此，优选各自以上述范围含有。
另外，上述成分以外的余量为在制造工序中混入的不可避免的杂质和Fe。
接着，将具有上述成分组成的钢坯按照常规方法加热后供于热轧，但是，也可以在铸造后不经加热而直接进行热轧。在薄铸片的情况下，可以进行热轧，也可以省略热轧而直接进入之后的工序。
另外，根据需要实施热轧板退火。热轧板退火的主要目的在于，消除在热轧中产生的条带组织而使一次再结晶组织进行整粒，从而在二次再结晶退火中使高斯组织进一步发达而改善磁特性。此时，为了使高斯组织在成品板中高度发达，优选800～1200℃的范围作为热轧板退火温度。热轧板退火温度低于800℃时，热轧中的条带组织残留，难以实现进行整粒后的一次再结晶组织，从而无法得到期望的二次再结晶的改善。另一方面，热轧板退火温度超过1200℃时，热轧板退火后的粒径过于粗大化，因此极难实现进行整粒后的一次再结晶组织。
热轧板退火后，实施一次冷轧或隔着中间退火的两次以上的冷轧，然后，进行脱碳退火(兼作再结晶退火)，并涂布退火分离剂。在一次再结晶退火过程中或一次再结晶退火后直到二次再结晶开始的期间，为了强化抑制剂，也可以使钢板氮化等。在二次再结晶退火前、涂布退火分离剂后，以二次再结晶和镁橄榄石被膜(以Mg2SiO4作为主体的被膜)的形成为目的进行最终退火。
对于退火分离剂而言，为了形成镁橄榄石，优选以MgO为主要成分的退火分离剂。在此，MgO为主要成分是指在不阻碍作为本发明目的的镁橄榄石被膜的形成的范围内，可以含有MgO以外的公知的退火分离剂成分、特性改善成分。
另外，如下所述，本发明的槽的形成只要在最终冷轧之后，则可以为任何工序，一次再结晶退火前后、二次再结晶退火前后、平整退火前后等任何工序均适合。但是，在施加张力涂层后，需要在去除槽形成位置的被膜后、利用后述的方法形成槽并再次形成被膜的工序。因此，优选槽形成在最终冷轧后且张力涂层形成前进行。
在最终退火后，进行平整退火来矫正形状是有效的。另外，本发明中，在平整退火前或平整退火后在钢板表面上施加张力涂层。也可以在平整退火前涂布张力涂层处理液，从而同时进行平整退火和涂层的烧结。本发明中，对钢板施加张力涂层时，重要的是分别控制具有槽的表面和不具有槽的表面的涂层附着量。
在此，该张力涂层是指在本发明中为了降低铁损而能够对钢板赋予张力的涂层。另外，作为张力涂层，以二氧化硅和磷酸盐为主要成分的张力涂层均有利地适合。
具体而言，将例如以5～30质量%的胶态二氧化硅以及5～30质量%的Mg、Ca、Ba、Sr、Zn、Al和Mn的磷酸二氢盐为主要成分并根据需要添加有公知的添加物例如铬酸酐、Mg、Al、Mn和Zn的硫酸盐、Fe、Ni的氢氧化物等的涂层处理液涂布到钢板上，在350℃以上且1000℃以下的温度、优选700℃以上且900℃以下的温度下烧结，由此，得到优选的张力涂层。
另外，本发明中，利用最终冷轧后的、一次再结晶退火前后、二次再结晶退火前后、平整退火前后的任意工序在方向性电磁钢板的表面形成槽。
对于本发明中的槽形成而言，可以列举现有公知的槽形成的方法，例如局部进行蚀刻处理的方法、利用刀具等划线的方法、利用带突起的轧辊进行轧制的方法等，最优选的方法为通过印刷等使抗蚀剂附着在最终冷轧后的钢板上、然后通过电解蚀刻等处理在非附着区域形成槽的方法。
本发明中，形成在钢板表面的槽为线状槽的情况下，优选使宽度为约50μm～约300μm、深度为约10μm～约50μm并且间隔为约1.5mm～约20.0mm，且优选使线状槽相对于与轧制方向成直角的方向的偏移为±30°以内。另外，本发明中，“线状”不仅包括实线，也包括点线、虚线等。
本发明中，关于上述工序和制造条件以外，应用现有公知的通过形成槽来实施磁畴细化处理的方向性电磁钢板的制造方法即可。
实施例1
通过连铸来制造成分组成为以质量%计含有C：0.060%、Si：3.35%、Mn：0.07%、Se：0.016%、S：0.002%、sol.Al：0.025%和N：0.0090%且余量为Fe和不可避免的杂质的钢坯，加热至1400℃后，通过热轧制成板厚为2.2mm的热轧板，然后在1000℃下实施热轧板退火。接着，通过冷轧制成1.0mm的中间板厚，并在1000℃下实施中间退火。然后，实施冷轧，制成板厚为0.23mm的冷轧板。
然后，利用凹版胶印涂布抗蚀剂，接着通过电解蚀刻和碱液中的抗蚀剂剥离，以相对于与轧制方向正交的方向为10°的倾斜角度沿轧制方向以3mm的间隔形成宽度为150μm、深度为20μm的线状槽。
接着，在825℃下实施脱碳退火，然后，涂布以MgO为主要成分的退火分离剂，在1200℃、10小时的条件下实施以二次再结晶和纯化为目的的最终退火。
然后，涂布包含20质量%的胶态二氧化硅和10质量%的磷酸二氢镁的张力涂层处理液，并在830℃下进行兼作张力涂层烧结的平整退火而得到成品。对所得到的成品评价磁特性和被膜张力。此时，按表1所示改变具有槽的表面的张力涂层附着量A(g/m2)和不具有槽的表面的张力涂层附着量B(g/m2)。另外，附着量A(g/m2)和附着量B(g/m2)通过涂层除去前后的钢板的重量差进行测定。具体而言，将钢板剪切成100mm×100mm的10片，利用胶带覆盖非测定面后，将钢板浸渍到高温且高浓度的NaOH水溶液中，将测定面的涂层除去，由涂层除去前后的钢板的重量差换算成每1m2的附着量而求出。该测定结果示于表1中。
接着，对于各成品，在利用直径为50mm、宽度为50mm的测长辊(按压力为350N)测量钢板的长度的同时进行斜角剪切，将所得到的电磁钢板层叠，制作1000kVA的油浸式三相变压器，并在以50Hz、1.7T激磁后的状态下测定噪音。
将上述噪音测定结果合并记载于表1中。
表1
A(g/m2) B(g/rn2) B/A 口音(dB) 粉末的主生 备注
l 4.0 3.2 0.8 65 无 比较例
2 4.0 4.0 1.0 62 无 比较例
3 4.0 4.4 1.1 60 无 发明例
4 4.0 4.8 1.2 58 无 发明例
5 4.0 5.6 1.4 57 无 发明例
6 4.0 6.4 1.6 58 无 发明例
7 4.0 7.2 1.8 60 无 发明例
8 4.0 8.0 2.0 62 无 比较例
如表1所示，在使用实施了利用槽形成的磁畴细化处理且具有满足本发明范围的张力涂层的方向性电磁钢板的情况下，即使在使用测长辊施加按压的情况下，也得到极其良好的噪音特性。但是，在使用超出本发明范围的方向性电磁钢板的情况下，未得到低噪音。
实施例2
通过连铸来制造成分组成为以质量%计含有C：0.060%、Si：3.35%、Mn：0.07%、Se：0.016%、S：0.002%、sol.Al：0.025%和N：0.0090%且余量为Fe和不可避免的杂质的钢坯，加热至1400℃后，通过热轧制成板厚为2.2mm的热轧板，然后在1000℃下实施热轧板退火。接着，通过冷轧制成1.0mm的中间板厚，并在1000℃下实施中间退火。然后，实施冷轧，制成板厚为0.23mm的冷轧板。
接着，在825℃下实施脱碳退火，然后，涂布以MgO为主要成分的退火分离剂，在1200℃、10小时的条件下实施以二次再结晶和纯化为目的的最终退火。然后，涂布包含5质量%的胶态二氧化硅和25质量%的磷酸二氢镁的张力涂层处理液，并在830℃下进行使钢板形状平整的平整退火。然后，施加包含50%的胶态二氧化硅和磷酸镁的张力涂层。
对于该钢板的一个面，通过照射激光在与轧制方向正交的方向上以线状将被膜除去，接着进行电解蚀刻，由此，以相对于与轧制方向正交的方向为10°的倾斜角度沿轧制方向以3mm的间隔形成宽度为150μm、深度为20μm的线状槽。然后，再次施加包含50%的胶态二氧化硅和磷酸镁的张力涂层而制成成品。此时，按表2所示改变具有槽的表面的张力涂层附着量A(g/m2)和不具有槽的表面的张力涂层附着量B(g/m2)。另外，各张力涂层的附着量为第一次的涂层与第二次的涂层的总量，与实施例1同样地测定。
接着，对于各成品，在利用直径为60mm、宽度为100mm的测长辊(按压力为500N)测定钢板的长度的同时进行斜角剪切，将所得到的电磁钢板层叠，制作660kVA的油浸式三相变压器，并在以50Hz、1.7T激磁后的状态下测定噪音。
将上述噪音测定结果合并记载于表2中。
表2
A(g/m2) B(g/m2) B/A 噪音(dB) 粉末的产生 备注
1 20 2.8 14 61 无 比较例
2 2.5 3.5 1.4 58 无 比较例
3 3.0 4.2 1.4 57 无 发明例
4 5.0 7.0 1.4 57 无 发明例
5 7.0 9.8 1.4 57 无 发明例
6 8.0 11.2 1.4 57 无 发明例
7 8.5 11.9 1.4 59 有粉末产生 比较例
8 9.0 12.6 1.4 62 有粉末产生 比较例
如表2所示，在使用实施了利用槽形成的磁畴细化处理且具有满足本发明范围的张力涂层的方向性电磁钢板的情况下，即使在使用测长辊施加按压的情况下，也得到极其良好的噪音特性。但是，在使用超出本发明范围的方向性电磁钢板的情况下，未得到低噪音，且在一部分钢板中观察到粉末的产生。
实施例3
通过连铸来制造成分组成为以质量%计含有C：0.070%、Si：3.20%、Mn：0.07%、S：0.02%、sol.Al：0.025%和N：0.0090%且余量为Fe和不可避免的杂质的钢坯，加热至1400℃后，通过热轧制成板厚为2.2mm的热轧板，然后在1000℃下实施热轧板退火。接着，通过冷轧制成2.0mm的中间板厚，并在1000℃下实施中间退火，然后实施冷轧，制成板厚为0.29mm的冷轧板。
然后，利用凹版胶印涂布抗蚀剂，接着通过电解蚀刻和碱液中的抗蚀剂剥离，以相对于与轧制方向正交的方向为10°的倾斜角度沿轧制方向以3mm的间隔形成宽度为150μm、深度为20μm的线状槽。
接着，在825℃下实施脱碳退火，然后，涂布以MgO为主要成分的退火分离剂，在1200℃、10小时的条件下实施以二次再结晶和纯化为目的的最终退火。
然后，涂布表3所示的各种张力涂层处理液，并在830℃下进行兼作张力涂层烧结的平整退火而得到成品。对所得到的成品评价磁特性和被膜张力。此时，按表3所示改变具有槽的表面的张力涂层附着量A(g/m2)和不具有槽的表面的张力涂层附着量B(g/m2)。另外，附着量A(g/m2)和附着量B(g/m2)通过涂层除去前后的钢板的重量差进行测定。具体而言，将钢板剪切成100mm×100mm的10片，利用胶带覆盖非测定面后，将钢板浸渍到高温且高浓度的NaOH水溶液中，将测定面的涂层除去，由涂层除去前后的钢板的重量差换算成每1m2的附着量而求出。该测定结果示于表3中。
接着，对于各成品，在利用直径为50mm、宽度为50mm的测长辊(按压力为350N)测量钢板的长度的同时进行斜角剪切，将所得到的电磁钢板层叠，制作1000kVA的油浸式三相变压器，并在以50Hz、1.7T激磁后的状态下测定噪音。
将上述噪音测定结果合并记载于表3中。
Figure BDA00002825837300151
如表3所示，在使用实施了利用槽形成的磁畴细化处理且具有满足本发明范围的张力涂层的方向性电磁钢板的情况下，即使在使用测长辊施加按压的情况下，也得到极其良好的噪音特性。但是，在使用超出本发明范围的方向性电磁钢板的情况下，未得到低噪音，且在一部分钢板中观察到粉末的产生。
标号说明
1     槽
10    角(边缘)部分
R     测长辊

Claims (1)

1.一种方向性电磁钢板，在钢板正反表面中的任意一个表面上具有用于进行磁畴细化的槽且在该钢板的正反表面上具备镁橄榄石被膜和张力涂层，其中，
在将具有所述槽的表面的张力涂层的附着量设为A(g/m2)并将不具有所述槽的表面的张力涂层的附着量设为B(g/m2)时，张力涂层的附着量A和B满足下式(1)和(2)，
3≤A≤8…(1)
1.0<B/A≤1.8…(2)。
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