CN103140604B - 方向性电磁钢板 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，通过以将线状槽的底面部的绝缘涂层的膜厚设为a1(μm)并将线状槽部以外的钢板表面的绝缘涂层膜厚设为a2(μm)时使上述a1和a2满足下式(1)和(2)的关系的方式控制上述a1和a2，能够将局部的绝缘涂层的被膜剥离抑制得较低，结果，能够得到具有优良的耐腐蚀性和绝缘性的方向性电磁钢板，0.3μm≤a2≤3.5μm …(1)a1/a2≤2.5 …(2)。

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向钢板表面引入不均匀应变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，然后在750℃以上的温度下进行加热处理，由此使磁畴细化。
另外，专利文献3中提出了如下技术：在与钢板的轧制方向大致垂直的方向上引入宽度为30μm以上且300μm以下、深度为10μm以上且70μm以下并且在轧制方向上的间隔为1mm以上的线状刻痕(槽)。
通过上述的各种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。
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
发明内容
发明所要解决的问题
但是，通常在钢板表面形成槽的技术中，在进行涂层涂布时，来自周围的液体流入槽部分，因此，槽底面部容易涂布得较厚，从而使槽部与槽部以外的涂层膜厚的差异增大。结果存在如下问题：由涂层引起的张力的分布状态变得不均匀，从而使槽部局部受到强的应力。
另外，由于板通过生产线等而受到外部应力的情况下，在受到上述局部应力的部位，被膜变得不能完全耐受外部应力，发生部分剥落，从而产生缺陷。产生这种缺陷部时，会产生如下问题：不仅防锈性劣化，而且绝缘电阻也消失。
本发明是鉴于上述现状而开发的，其目的在于提供形成有磁畴细化用槽、能够将局部的绝缘涂层的被膜剥离抑制得较低、并且具有优良的耐腐蚀性和绝缘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，在设置有线状槽的钢板表面上施加有绝缘涂层，其中，将该线状槽的底面部的该绝缘涂层的膜厚设为a1(μm)并将该线状槽部以外的钢板表面的该绝缘涂层膜厚设为a2(μm)时，上述a1和a2满足下式(1)和(2)的关系，
0.3μm≤a2≤3.5μm  …(1)
a1/a2≤2.5         …(2)。
2．如上述1所述的方向性电磁钢板，其中，上述绝缘涂层通过利用辊涂机涂布粘度为1.2cP以上的涂层处理液并使其干燥而得到。
发明效果
根据本发明，能够得到能将局部的绝缘涂层的被膜剥离抑制得较低并且具有优良的耐腐蚀性和绝缘性的方向性电磁钢板。
附图说明
图1是表示本发明的参数、线状槽底面部的涂层膜厚a1(μm)、和线状槽部以外的涂层膜厚a2(μm)的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明进行具体说明。
通常，在钢板的表面形成线状槽(以下也简称为槽)时，为了确保钢板的绝缘性，在形成槽后，在钢板表面上形成镁橄榄石被膜，然后再在其上赋予用于绝缘的被膜(以下称为绝缘涂层，或者简称为涂层)。
上述镁橄榄石被膜通过如下方法形成：在制造方向性电磁钢板时的脱碳退火中，在钢板表面形成以SiO2为主体的内部氧化层，并在其上涂布含有MgO的退火分离剂后，在高温、长时间的条件下进行最终退火，由此，使内部氧化层与MgO二者反应。
另外，在镁橄榄石被膜上进行表层涂布而赋予的绝缘涂层通过涂布涂层液并进行烧结而得到。
这些被膜与钢板之间存在热膨胀率的差异，因此，在高温下形成、并在赋予后冷却至常温时，收缩率小的被膜具有对钢板施加拉伸应力的作用。
绝缘涂层在其膜厚增大时，对钢板赋予的张力增大，从而使铁损改善效果提高。另一方面，存在如下倾向：组装到实际变压器中时的占空系数(铁基的比率)降低，并且相对于材料铁损的变压器铁损(工艺系数)降低。因此，以往仅对作为钢板整体的膜厚(每单位面积的附着量)进行控制。
在此，图1是表示线状槽底面部的涂层膜厚a1和线状槽部以外的涂层膜厚a2的示意图。需要说明的是，图中，1为线状槽部，2为线状槽部以外。另外，a1和a2的下端均为绝缘涂层与镁橄榄石被膜的界面。
发明人对上述问题进行了研究，结果发现，通过对图1所示的涂层膜厚a1和涂层膜厚a2进行适当控制，能够解决上述问题。
上述涂层膜厚a2需要满足本发明的下式(1)。这是因为，涂层膜厚a2小于0.3μm时，绝缘涂层的厚度变得过薄，因此，层间电阻、防锈性劣化。另一方面，a2超过3.5μm时，组装到实际变压器中时的占空系数增大。
0.3μm≤a2≤3.5μm  …(1)
接着，本发明的重要事项在于，需要使上述涂层膜厚a1和涂层膜厚a2满足下式(2)的关系。
a1/a2≤2.5      …(2)
这是因为，通过将该比值控制在上述范围内，能够使涂层对钢板的张力施加变得均匀，因此，局部受到强的应力的部位得到抑制，也不会引起被膜的剥落现象。另外，上述式(2)的下限值为0.4时，张力的施加更均匀，因此优选。
另外，本发明中，形成绝缘涂层时，优选使用硬质的辊作为涂布辊。另外，此时，期望将涂层液的粘度设定为1.2cP以上。需要说明的是，涂层液的粘度是指液温为25℃时的值。
这是因为，通过满足上述的粘度，能够防止涂层液涂布后液体过多流入槽部，从而防止槽底面部的膜厚a1不必要地增厚。
本发明中，方向性电磁钢板用钢坯的成分组成只要是产生磁畴细化效果大的二次再结晶的成分组成即可。需要说明的是，二次再结晶晶粒相对于高斯取向的偏移角越小，由磁畴细化带来的铁损降低效果越大，因此，相对于高斯取向的偏移角优选设定为5.5°以内。
在此，相对于高斯取向的偏移角为(α2+β2)的平方根，α表示α角(二次再结晶晶粒取向相对于轧制面法线方向(ND)轴中的(110)[001]理想取向的偏移角)，β表示β角(二次再结晶晶粒取向相对于轧制直角方向(TD)轴中的(110)[001]理想取向的偏移角)。另外，相对于高斯取向的偏移角的测定中，对280×30mm样品以5mm的间距进行取向测定。此时，去掉测定晶界等时的异常值后，计算出α角和β角的绝对值的平均值，分别作为上述α和β的值。因此，上述α和β的值不是每个晶粒的平均值，而是面积平均值。
另外，以下的组成和制造方法中的数值范围和选择的元素、工序介绍了代表性的方向性电磁钢板的制造方法，本发明不限定于此。
本发明中，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，难以将C降低至在制造工序中不引起磁时效的50质量ppm以下，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并改善铁损有效的元素，含量小于2.0质量%时，无法实现充分的铁损降低效果，另一方面，含量超过8.0质量%时，加工性显著降低，并且磁通密度也降低，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必需的元素，但含量低于0.005质量%时，其添加效果不足，另一方面，含量超过1.0质量%时，成品板的磁通密度降低，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是对于改善热轧板组织而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，含量超过1.50质量%时，二次再结晶变得不稳定，磁特性劣化。因此，Ni量优选设定为0.03～1.50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，但任意一种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，含量超过上述各成分的上限量时，二次再结晶晶粒的发达受到阻碍，因此，优选各自以上述范围含有。
需要说明的是，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行之后的工序。
然后，根据需要实施热轧板退火。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，从而使二次再结晶的发达受到阻碍。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，因此难以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后，进行一次再结晶退火，并涂布退火分离剂。一次再结晶退火中、或者一次再结晶退火后且直到二次再结晶开始为止的期间中，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且涂布退火分离剂后，为了形成二次再结晶和镁橄榄石被膜，实施最终退火。
需要说明的是，如以下所说明的那样，本发明的槽的形成只要是在最终冷轧后，则在一次再结晶退火前后、二次再结晶退火前后、平整退火前后等任一时间形成均没有问题。但是，在施加张力涂层后形成槽的情况下，需要先除去槽形成位置的被膜后通过后述的方法形成槽、再形成被膜的工序。因此，槽形成优选在最终冷轧后且形成张力涂层前进行。
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，在钢板表面上赋予绝缘涂层。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。
另外，本发明中，对钢板赋予张力涂层时，如前所述，重要的是分别对线状槽底面部的涂层膜厚a1(μm)和线状槽部以外的涂层膜厚a2(μm)进行适当控制。
在此，本发明中，张力涂层是指为了降低铁损而对钢板赋予张力的绝缘涂层。另外，作为张力涂层，只要是以二氧化硅和磷酸盐为主要成分的涂层、复合氢氧化物系的涂层、硼酸铝系的涂层等，则均有利地适合，但是，作为张力涂层剂，如上所述，期望将粘度设定为1.2cP以上。
本发明的槽形成中，可以列举以往公知的槽的形成方法、例如局部进行蚀刻处理的方法、用刀具等划线的方法、用突起辊轧制的方法等，但最优选的是如下方法：通过印刷等使最终冷轧后的钢板附着抗蚀剂，然后，通过电解蚀刻等处理在非附着区域形成槽。这是因为，以机械方式形成槽的方法中，刀具、辊等的磨损严重，从而使槽的宽度、深度会变得不均匀，因此，难以得到稳定的磁畴细化效果。
对于本发明中形成在钢板表面的槽而言，优选宽度为约50μm～约300μm、深度为约10μm～约50μm并且间隔为约1.5mm～约20.0mm，槽的形成方向优选为相对于与轧制方向垂直的方向为约±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，关于上述的工序、制造条件以外，也可以适当使用形成以往公知的槽后实施磁畴细化处理的方向性电磁钢板的制造方法。
实施例1
通过连铸来制造以质量%计含有C：0.05%、Si：3.2%、Mn：0.06%、Se：0.02%和Sb：0.02%且余量由Fe和不可避免的杂质构成的组成的钢坯，加热至1400℃后，通过热轧制成板厚为2.6mm的热轧板，然后，在1000℃下实施热轧板退火。接着，通过隔着1000℃下的中间退火的两次冷轧，精加工成最终板厚为0.30mm的冷轧板。
然后，利用凹版胶印涂布抗蚀剂，接着进行电解蚀刻和碱液中的抗蚀剂剥离，由此以相对于与轧制方向正交的方向为10°的角度以3mm的间隔形成宽度为150μm、深度为20μm的线状槽。
接着，在825℃下实施脱碳退火后，涂布以MgO为主要成分的退火分离剂，并在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，涂布由40质量份胶态二氧化硅、50质量份磷酸二氢镁、9.5质量份铬酸酐、0.5质量份(以固体成分换算)二氧化硅粉末构成的张力涂层处理液，在830℃下在进行兼作张力涂层烧结的平整退火，从而制成成品。此时，如表1所示，通过改变涂布液粘度，在各种膜厚条件下涂布涂层并使其干燥后进行烧结。使用所得钢板制造1000kVA的油浸式变压器，并分别评价占空系数、生锈率和层间电阻。
需要说明的是，占空系数和层间电阻根据JIS C2550所记载的方法测定，关于生锈率，在温度50℃、露点50℃、在大气中保持50小时后，通过目视判定来测定。
将上述各测定结果一并记载于表1中。
[表1]
※占空系数、层间电阻…根据JIS C2550所记载的方法测定。
生锈率…在温度50℃、露点50℃的大气中保持50小时后，通过目视判定生锈率。
如该表所示，满足本发明的上式(1)和(2)的关系的试验No.2～4、7和8的方向性电磁钢板均没有发生局部的绝缘涂层的被膜剥离，得到了优良的耐腐蚀性(低生锈率)和绝缘性(高层间电阻)。
但是，下限不满足上式(1)的试验No.1和不满足上式(2)的关系的试验No.9、10的方向性电磁钢板的耐腐蚀性和绝缘性差。另外，上限不满足上式(1)的试验No.5、6的方向性电磁钢板的占空系数差。
标号说明
1  线状槽部
2  线状槽部以外

Claims (2)

1.一种方向性电磁钢板，在设置有深度为10μm以上且50μm以下的线状槽的钢板表面上形成镁橄榄石被膜，并在其上施加有绝缘涂层，其中，将该线状槽的底面部的该绝缘涂层的膜厚设为a1并将该线状槽部以外的钢板表面的该绝缘涂层膜厚设为a2时，上述a1和a2满足下式(1)和(2)的关系，上述a1和a2的单位为μm，
0.3μm≤a2≤3.5μm…(1)
a1/a2≤2.5…(2)。
2.如权利要求1所述的方向性电磁钢板，其中，所述绝缘涂层通过利用辊涂机涂布粘度为1.2cP以上的涂层处理液并使其干燥而得到。
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