CN103562418A - 单向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的单向性电磁钢板的制造方法具有下述工序：最终退火工序（S07），该工序是在将钢板基底金属卷取成卷状的状态下在间歇式炉中进行退火，从而在所述钢板基底金属的表面上形成所述玻璃皮膜；绝缘皮膜形成工序（S08），该工序是在最终退火工序（S07）之后，在所述玻璃皮膜上形成绝缘皮膜；和激光照射工序（S09），该工序是从所述绝缘皮膜的上方照射激光束，从而对磁畴进行控制，其中，在激光照射工序（S09）中，对在最终退火工序（S07）期间卷的朝向径向外侧的面照射激光束。

Description

单向性电磁钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及在钢板基底金属的表面上形成了玻璃皮膜和绝缘皮膜并且通过照射激光而对磁畴进行了控制的单向性电磁钢板的制造方法。
背景技术
上述单向性电磁钢板正在被用作构成变压器、旋转机等电气设备的铁芯的原材料。对于这样的单向性电磁钢板，需要降低磁化时的能量损耗（铁损）。铁损被分类成涡流损耗和磁滞损耗。进而，涡流损耗被分类成经典涡流损耗和异常涡流损耗。
在此，为了降低经典涡流损耗，提供了在板表面上形成了绝缘皮膜的板厚薄的单向性电磁钢板。作为形成了绝缘皮膜的单向性电磁钢板，例如提出了如专利文献1所示那样在钢板基底金属的表面上形成了玻璃皮膜并且在该玻璃皮膜上进一步形成了绝缘皮膜的两层结构的单向性电磁钢板。
另外，为了抑制异常涡流损耗，例如提出了如专利文献2、3所示那样通过下述方式在轧制方向上周期性地设置具有残余应变的区域从而将磁畴进行细分的磁畴控制法：从绝缘皮膜的上方聚焦、照射激光束，并且沿着电磁钢板的大致宽度方向进行扫描。
上述单向性电磁钢板的原材料为例如硅钢板坯，其是通过热轧工序→退火工序→冷轧工序→脱碳退火工序→最终退火工序→绝缘皮膜形成工序→激光照射工序这样的程序来制造的。在此，在最终退火工序前的退火中，在钢板基底金属的表面上形成了以二氧化硅（SiO2）为主体的氧化物层。
另外，在最终退火工序中，在将钢板基底金属卷成卷状的状态下使用间歇式炉进行热处理。因此，为了防止在最终退火工序中钢板基底金属烧结，在最终退火工序前，在钢板基底金属的表面上涂布以氧化镁（MgO）为主体的退火分离剂。
接着，在最终退火工序中，通过使以二氧化硅为主体的氧化物层与以氧化镁为主体的退火分离剂发生反应，形成上述玻璃皮膜。
此外，在激光照射工序中，在玻璃皮膜上形成绝缘皮膜，从该绝缘皮膜的上方照射激光束，从而对磁畴进行控制。在此，由于照射激光束，有时会在绝缘皮膜及玻璃皮膜上产生瑕疵。这里，瑕疵是指上述这些皮膜的缺损/剥离、上浮、变质、变色等皮膜损伤，其能够通过目测、显微镜观察之类的外观检查来辨识。尤其，当在玻璃皮膜上产生了瑕疵时，钢板基底金属会露出到外部，从而生锈。因此，当在玻璃皮膜上产生了瑕疵时，需要再次涂布绝缘皮膜。
另外，对于单向性电磁钢板而言，由于实施了很多的热处理，因此有时玻璃皮膜或绝缘皮膜的界面结构、厚度会在钢板基底金属的长度方向（轧制方向）和宽度方向上产生偏差。所以，即便对激光照射条件进行调整，有时也难以在钢板基底金属整体上可靠地抑制在玻璃皮膜上产生瑕疵。
从这样的情况考虑，需要与以往相比能够抑制由照射激光而导致在玻璃皮膜上产生瑕疵从而能够提供高品质的单向性电磁钢板的单向性电磁钢板的制造方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-119821号公报
专利文献2：日本特表2003-500541号公报
专利文献3：日本特公平06-019112号公报
发明内容
用于解决问题的手段
本发明的单向性电磁钢板的制造方法是具有钢板基底金属、形成在所述钢板基底金属的表面上的玻璃皮膜和形成在玻璃皮膜上的绝缘皮膜的单向性电磁钢板的制造方法，其具有下述工序：最终退火工序，该工序是在将所述钢板基底金属卷取成卷状的状态下在间歇式炉中进行退火，从而在所述钢板基底金属的表面上形成玻璃皮膜；绝缘皮膜形成工序，该工序是在所述最终退火工序之后，在所述玻璃皮膜上形成绝缘皮膜；和激光照射工序，该工序是从所述绝缘皮膜的上方照射激光束，从而对磁畴进行控制，其中，在所述激光照射工序中，对在所述最终退火工序期间卷的朝向径向外侧的面照射激光束。
在最终退火工序中，在将钢板基底金属卷成卷状的状态下在间歇式炉中进行了热处理，从而在卷成卷状的钢板基底金属的朝向径向外侧的面和朝向径向内侧的面上形成玻璃皮膜。接着，在绝缘皮膜形成工序中，在将卷取成卷状的钢板基底金属开卷而伸展成板状的状态下，在玻璃皮膜上形成绝缘皮膜。进而，在激光照射工序中，在将形成了玻璃皮膜及绝缘皮膜的钢板基底金属伸展成板状的状态下，对板面照射激光束。
在此，在将卷取成卷状的钢板基底金属开卷而伸展成板状时，压缩应力对形成在卷的朝向径向外侧的面上的玻璃皮膜起作用；拉伸应力对形成在卷的朝向径向内侧的面上的玻璃皮膜起作用。另外，玻璃皮膜具有对拉伸应力弱但是对压缩应力强的性质。
因此，在激光照射工序中，通过对在最终退火工序期间卷的朝向径向外侧的面、即压缩应力起作用的玻璃皮膜照射激光束，可以抑制在玻璃皮膜上产生瑕疵。由此，在激光照射工序后，不需要再次形成绝缘皮膜，从而能够大幅提高单向性电磁钢板的生产效率。
发明效果
本发明是对钢板的主体（基底金属）与玻璃皮膜的密合性未劣化的在最终退火工序期间卷的朝向径向外侧的面聚焦、照射激光束，通过本发明，能够可靠地抑制在玻璃皮膜上产生瑕疵，从而可以提供高品质的单向性电磁钢板。
附图说明
图1是通过本发明的实施方式的单向性电磁钢板的制造方法而制造的单向性电磁钢板的剖面说明图。
图2是本发明的实施方式的单向性电磁钢板的制造方法的流程图。
图3是图2中的脱碳退火工序以及退火分离剂涂布工序的概略说明图。
图4是图2中的最终退火工序的概略说明图。
图5是图2中的绝缘皮膜形成工序的概略说明图。
图6是图2中的激光照射工序的概略说明图。
图7是表示本发明例的评价结果的图。
图8是表示比较例的评价结果的图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1所示的单向性电磁钢板10具备钢板基底金属11（基底金属）、形成在钢板基底金属11的表面上的玻璃皮膜12和形成在玻璃皮膜12上的绝缘皮膜13。
钢板基底金属11（基底金属）由含有Si的铁合金构成。在本实施方式中，设定为下述那样的组成：Si为2.5质量%～4.0质量%，C为0.02质量%～0.10质量%，Mn为0.05质量%～0.20质量%，酸可溶性Al为0.020质量%～0.040质量%，N为0.002质量%～0.012质量%，S为0.001质量%～0.010质量%，P为0.01质量%～0.04质量%，并且剩余部分包含Fe和不可避免的杂质。
另外，钢板基底金属11（基底金属）的厚度通常被设定为0.15mm～0.35mm。
玻璃皮膜12由例如镁橄榄石（Mg2SiO4）、尖晶石（MgAl2O4）以及堇青石（Mg2Al4Si5O16）之类的复合氧化物构成。此外，上述玻璃皮膜12的厚度被设定为1μm左右。
绝缘皮膜13由例如（日本特开昭48-39338号公报、日本特公昭53-28375号公报）以胶体状二氧化硅和磷酸盐（磷酸镁、磷酸铝等）为主体的涂覆液或（日本特开平6-65754号公报、日本特开平6-65755号公报）将矾土溶胶与硼酸混合而成的涂覆液构成。在本实施方式中，绝缘皮膜13表示磷酸铝和胶体二氧化硅、铬酸酐（日本特公昭53-28375号公报）。此外，上述绝缘皮膜13的厚度被设定为2μm左右。
接着，在上述单向性电磁钢板10中，通过从绝缘皮膜13的上方照射激光束，对与轧制方向大致正交的线状的区域施加残余应变。上述被施加了残余应变的线状区域是在轧制方向上以规定的周期形成的，在被两个线状区域夹着并且沿着轧制方向磁化的区域中，将与轧制方向大致正交的方向的磁畴宽度进行细分。
接着，对本实施方式的单向性电磁钢板的制造方法进行说明。
如图2的流程图所示，本实施方式的单向性电磁钢板的制造方法具有铸造工序S01、热轧工序S02、退火工序S03、冷轧工序S04、脱碳退火工序S05、退火分离剂涂布工序S06、最终退火工序S07、绝缘皮膜形成工序S08和激光照射工序S09。
在铸造工序S01中，将制备成上述组成的钢水供给到连续铸造机，从而连续地制出铸锭。
在热轧工序S02中，将所得到的铸锭加热至规定温度（例如1150～1400℃）来实施热轧。由此，例如制出厚度为1.8～3.5mm的热轧材。
在退火工序S03中，在例如750～1200℃×30秒～10分钟的条件下，对热轧材进行热处理。
在冷轧工序S04中，对退火工序S03后的热轧材的表面进行酸洗，并且实施冷轧。由此，制出例如厚度为0.15～0.35mm的冷轧材。
在脱碳退火工序S05中，在例如700～900℃×1～3分钟的条件下，对冷轧材进行热处理。在此，脱碳退火工序S05如图3所示：在将卷取成卷状的冷轧材以板状抽出并使其在炉21内行进的同时实施热处理。由此，制出钢板基底金属11。另外，如图3所示，通过该脱碳退火工序S05，在钢板基底金属11的表面上形成以二氧化硅（SiO2）为主体的氧化物层15。
在退火分离剂涂布工序S06中，如图3的用○围住的钢板的剖面放大图所示，在氧化物层15上涂布以氧化镁（MgO）为主体的退火分离剂16。
在最终退火工序S07中，如图4所示，在将涂布了退火分离剂16的钢板基底金属11卷取成卷状的状态下，装入到间歇式炉22内，从而实施热处理。此外，上述最终退火工序S07中的热处理条件被设定为1100～1300℃×20～24小时。通过上述最终退火工序S07，以二氧化硅为主体的氧化物层15与以氧化镁为主体的退火分离剂16发生反应，如图4的用○围住的钢板的剖面放大图所示，在钢板基底金属11的表面上形成包含镁橄榄石（Mg2SiO4）的玻璃皮膜12。
在绝缘皮膜成形工序S08中，如图5所示，通过将卷取成卷状的钢板基底金属11开卷而伸展成板状来进行搬送，在形成于钢板基底金属11的两面的玻璃皮膜12上涂布绝缘剂，并进行烘烤，从而形成绝缘皮膜13。将形成了绝缘皮膜13的钢板基底金属11卷取成卷状。
在激光照射工序S09中，如图6所示，通过将卷取成卷状的钢板基底金属11开卷而伸展成板状来进行搬送，朝钢板基底金属11的单面聚焦、照射激光束，并且沿着电磁钢板的大致宽度方向进行扫描。由此，在钢板基底金属11表面上，对轧制方向以预先设定的间隔施加与轧制方向大致正交的线状的应变。此时，按照对在最终退火S07中装入间歇式炉22时卷的朝向径向外侧的面照射激光束的方式，配置激光照射装置23。就激光的光源、种类而言，只要是通常用于通过照射激光对磁畴进行控制的激光光源就行，没有特别限定。在本实施方式中，示出了在激光照射工序S09中使用了YAG激光的例子。
通过这样操作，制造在钢板基底金属11的表面上形成了玻璃皮膜12和绝缘皮膜13并且通过照射激光对磁畴进行了控制的单向性电磁钢板10。
根据设成以上那样的构成的本实施方式的单向性电磁钢板的制造方法，由于在最终退火工序S07中是在将涂布了退火分离剂16的钢板基底金属11卷取成卷状的状态下装入到间歇式炉22内来实施热处理的，因此在卷成卷状的钢板基底金属11的朝向径向外侧的面以及朝向径向内侧的面上分别形成了玻璃皮膜12。
接着，在激光照射工序S09中，通过将卷取成卷状的钢板基底金属11开卷而伸展成板状来进行搬送，对在最终退火工序S07中装入间歇式炉22的卷的朝向径向外侧的面照射激光束。
在此，在将卷取成卷状的钢板基底金属11开卷而伸展成板状时，压缩应力对形成在卷的朝向径向外侧的面上的玻璃皮膜12起作用；拉伸应力对形成在卷的朝向径向内侧的面上的玻璃皮膜12起作用。
在本实施方式中，在激光照射工序S09中是对形成了压缩应力起作用的玻璃皮膜12的面照射激光束。玻璃皮膜12具有对拉伸应力弱但对压缩应力强的性质。由此，能够抑制在玻璃皮膜12上产生瑕疵，从而能够防止钢板基底金属11露出到外部。
因此，在激光照射工序S09后不需要再次形成绝缘皮膜13。另外，可以在不将激光照射工序S09中的激光照射条件限制到必要以上的情况下可靠地抑制在玻璃皮膜12上产生瑕疵。因此，能够大幅提高单向性电磁钢板10的生产效率。
另外，能够提供在玻璃皮膜12上产生瑕疵少的高品质的单向性电磁钢板10。
实施例
接着，对用于确认本发明的效果而实施的确认实验进行说明。
首先，准备具备下述那样的组成的板坯：Si为3.0质量%，C为0.05质量%，Mn为0.1质量%，酸可溶性Al为0.02质量%，N为0.01质量%，S为0.01质量%，P为0.02质量%，并且剩余部分包含Fe和不可避免的杂质。
在1280℃下，对该板坯实施热轧，制出厚度为2.3mm的热轧材。
接着，在1000℃×1分钟的条件下，对热轧材进行热处理。在热处理后实施酸洗处理，并且实施冷轧，从而制出厚度为0.23mm的冷轧材。
在800℃×2分钟的条件下，对该冷轧材实施脱碳退火。接着，在脱碳退火后的冷轧材的两面上涂布以氧化镁为主成分的退火分离材。
在将涂布了退火分离材的冷轧材卷取成卷状的状态下装入间歇式炉，并且在1200℃×20小时的条件下实施最终退火。由此，制出在表面上形成了玻璃皮膜的钢板基底金属。
接着，在玻璃皮膜上，涂布包含磷酸铝的绝缘材，并且进行烘烤（850℃×1分钟），从而形成绝缘皮膜。
然后，对形成了绝缘皮膜及玻璃皮膜的钢板基底金属照射激光束，从而对钢板基底金属的表面施加应变。此时的激光束的照射条件设为：输出功率为200W，大致椭圆形状的聚焦光斑形状满足dl（轧制方向直径）×dc（宽度方向直径）=100μm×4000μm，扫描速度Vc=16m/秒，间距为4mm。
在本发明例中，对最终退火时卷的朝向径向外侧的面照射激光束。
在比较例中，对最终退火时卷的朝向径向内侧的面照射激光束。
对通过这样操作而得到的本发明例的单向性电磁钢板以及比较例的单向性电磁钢板，实施盐水喷雾试验，并且按照锈评分来进行评价。另外，锈评分是依据JIS K22465.34湿润试验方法根据激光照射部的锈的产生率（目测以及图像处理）的不同按照以下五等级来进行评价的。
评分5：合格，未产生锈，激光照射部不能通过目测确认。通过显微镜也不能确认。
评分4：合格，未产生锈，激光照射部可通过显微镜确认。通过目测不能确认。
评分3：合格，未产生锈，激光照射部能够通过目测确认。（虽然绝缘皮膜有可能变质、损伤，但玻璃皮膜是健全的，为维持了绝缘性的状态）
评分2：不合格，产生锈，通过目测可确认到不连续的锈。
评分1：不合格，产生锈，通过目测可确认到连续的锈。
另外，当评分为4以上时，不需要对绝缘皮膜实施再涂布。评价结果示于图7及图8。
如图7所示，本发明例中锈评分为4、5，确认到在玻璃皮膜上没产生瑕疵。
而如图8所示，比较例中存在锈评分为1、2、3的位置。故判断玻璃皮膜在很多位置上产生了瑕疵，并且钢板基底金属露出。
此外，确认到：即便是上述实施例以外的前述的其他玻璃皮膜、绝缘皮膜，也可同样地通过对形成了压缩应力起作用的玻璃皮膜的面照射激光束来抑制在玻璃皮膜上产生瑕疵。另外，使用纤维激光器等作为照射的激光来对瑕疵的产生进行了研究，作为倾向获得了同样的结果。
从以上的情况考虑，确认到：通过本发明例，即便是相同的激光照射条件也可以抑制在玻璃皮膜上产生瑕疵。
产业上的可利用性
根据本发明，通过对形成了压缩应力起作用的玻璃皮膜的面照射激光束，能够提供抑制在玻璃皮膜上产生瑕疵的高品质的单向性电磁钢板。
符号说明
10  单向性电磁钢板
11钢板基底金属
12  玻璃皮膜
13  绝缘皮膜
S07  最终退火工序
S09  激光照射工序

Claims (1)

1.一种单向性电磁钢板的制造方法，其是具有钢板基底金属、形成在所述钢板基底金属的表面上的玻璃皮膜和形成在玻璃皮膜上的绝缘皮膜的单向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，其具有下述工序：
最终退火工序，该工序是在将所述钢板基底金属卷取成卷状的状态下在间歇式炉中进行退火，从而在所述钢板基底金属的表面上形成玻璃皮膜；
绝缘皮膜形成工序，该工序是在所述最终退火工序之后，在所述玻璃皮膜上形成绝缘皮膜；和
激光照射工序，该工序是从所述绝缘皮膜的上方照射激光束，从而对磁畴进行控制，
其中，在所述激光照射工序中，对在所述最终退火工序期间卷的朝向径向外侧的面照射激光束。
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