CN104736728A - 低铁损取向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明，在对板厚为t的取向性电磁钢板的表面朝与压轧方向交叉的方向照射电子束时，采用使板厚为0.23mm的原材料的铁损最小的照射能量Ewmin(0.23)的值，将电子束的照射能量E(t)调整成满足以下的算式(1)，由此能够以较高的生产率获得能够抑制光学系统的调整作业、由线间隔缩短引起的生产率降低的取向性电磁钢板。Ewmin(0.23)×(1.61－2.83×t(mm))≦E(t)≦Ewmin(0.23)×(1.78－3.12×t(mm))···(1)。

Description

低铁损取向性电磁钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及用于变压器铁芯等用途的取向性电磁钢板的制造方法。

背景技术

近年来，能量利用的高效化得到发展，例如，在变压器中，追求进行动作时的能量损耗的降低。

此处，变压器中产生的损耗主要包括导线中产生的铜损与铁芯中产生的铁损。并且，铁损能够分为磁滞损耗与涡流损耗，对于前者的降低，众所周知，对原材料的结晶取向的改善、杂质的降低等方法较为有效。例如，在专利文献1中示出了如下方法，即：使最终冷轧前的退火条件优化，由此制造在磁通密度与铁损方面优异的取向性电磁钢板。

另一方面，众所周知，除了板厚的降低、Si添加量的增大之外，还能够通过在钢板表面形成槽、引入形变而显著改善涡流损耗。

例如，在专利文献2中示出了如下技术，即：在钢板的一个表面形成线状的槽，并使槽宽形成为300μm以下、且使槽深形成为100μm以下，从而在槽形成之前将0.80W/kg以上的铁损W_17/50降低至0.70W/kg以下。

另外，在专利文献3中示出了如下技术，即：对二次再结晶后的钢板照射等离子弧，由此在照射前将0.80W/kg以上的铁损W_17/50降低至0.65W/kg以下。

并且，在专利文献4中示出了如下技术，即：对覆膜厚度、通过照射电子束而在钢板面形成的磁区不连续部的平均宽度进行优化，由此获得铁损较低、且噪声较小的变压器(transformer)用原材料。

然而，众所周知，这种通过槽的形成、形变的引入而产生的铁损降低的效果因原材料的板厚的不同而不同。例如，在非专利文献1中示出了板厚越大则由激光照射引起的铁损降低量越小的趋势，对于磁通密度为1.94T的原材料而言，能够确认：在板厚为0.23mm与0.30mm时各自的铁损降低量(ΔW_17/50)之间存在0.05W/kg左右的差异。

针对上述背景，对能否通过磁区细化方法的调整来尽量改善厚板材的铁损降低效果进行了研究。例如，在专利文献5以及6中示出了如下技术，即：根据原材料的板厚而对激光照射条件进行优化，由此提高厚板材的取向性电磁钢板的铁损降低效果。其中，根据专利文献6可知，通过将形变比率η设为0.013以下，能够实现极低的铁损。

专利文献1：日本特开2012-1741号公报

专利文献2：日本特公平06-22179号公报

专利文献3：日本特开2011-246782号公报

专利文献4：日本特开2012-52230号公报

专利文献5：日本特开2000-328139号公报

专利文献6：日本特许第4705382号公报

非专利文献1：IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS,VOL.MAG-20,NO.5,p.1557

然而，对于取向性电磁钢板的磁区细化设备而言，不仅对标称板厚为0.20mm、0.23mm、0.27mm以及0.30mm等多个种类的钢板进行通板，而且，从提高生产效率的观点出发，优选连续通板生产线。因此，在实际操作中，需要对将板厚不同的线圈接合而成的线圈连续地实施磁区细化处理。

如上所述，考虑到用于降低铁损的适当的磁区细化条件因板厚的不同而不同，因此，在板厚不同的线圈的接合部前后，为了不使生产率降低，需要尽可能迅速地对激光、电子束等的照射条件进行变更。

另外，根据上述专利文献6，示出了铁损在形变比率({(π/8)w²}/(t·s))为2×10^-3左右的部分变得极小而与板厚无关的情况。此外，w为回流磁区宽度，t为板厚，s为压轧方向的线间隔(以下，也称为RD线间隔)。

因此，在板厚t较大的情况下，只要缩短RD线间隔、或增大回流磁区宽度，便能够降低铁损。

但是，当缩短RD线间隔时，生产率当然会降低。当单纯地将t×s设为恒定而计算时，在板厚为0.23mm、RD线间隔为5mm且生产线速度为100mpm的生产线规格的情况下，若将板厚设为0.30mm，则RD线间隔为3.83mm、且生产线速度为77mpm，从而生产率降低。这样，为了不使生产率降低，优选将线间隔设定为尽可能大的值而不使其根据板厚而改变。

另一方面，束径、每单位扫描长度的照射能量(＝加速电压×射束电流/射束在钢板上的扫描速度(以下，简称为扫描速度)、或者功率/扫描速度)对回流磁区宽度造成影响。其中，束径与板厚无关，束径越小则越有利于钢板的铁损降低，因此，优选固定为使得束径始终尽可能最小的条件。

另外，在变更加速电压的情况下，需要同时对光学系统、收敛条件等各种射束条件进行再调整，因此，在频繁变更的情况下，导致生产量大幅降低，并非为优选。

并且，扫描速度是大幅影响生产率的因素，因此，优选预先始终选取最大值并使其与板厚无关。

因此，在以最大的生产率进行生产线作业的情况下，最优选仅根据功率(在电子束的情况下为射束电流)来进行回流磁区宽度的调整。

发明内容

本发明是鉴于上述现状而开发的，其目的在于提供如下方法，即：通过电子束的照射来改善取向性电磁钢板的磁特性，由于不需要对电子束的束径等的光学系统的调整，另外，即便是厚板材也不需要减小线间隔，因此，能够抑制因线间隔缩短而引起的生产率的降低，还能够以较高的生产率制造取向性电磁钢板。

此处，发明人想到了是否能够将激光法中应用的技术应用于电子束法，尝试实现低铁损化，并对形变比率({(π/8)w²}/(t·s))与铁损的关系进行了调查。此处，仅通过对射束电流的变更来调整形变比率({(π/8)w²}/(t·s))。

在图1中分别示出了板厚为0.20mm的原材料与板厚为0.23mm的原材料的形变比率η(上述专利文献6所记载)对照射电子束之后的铁损造成的影响。如上述专利文献6所示，在形变比率过高的情况下以及过低的情况下，确认到铁损变差的趋势。虽然上述调查结果是束径恒定的条件下的结果，但是，与现有见解不同，铁损最小的形变比率并不存在于0.013以上的部分。另外，铁损最小的形变比率因板厚的不同而不同。

发明人推测上述结果受到了电子束法与激光法的原理不同的影响，在电子束法的情况下，想到了与激光法不同的根据板厚进行调整的方法。

因此，再次返回到基本点，根据不同的板厚而重新详细地调查了电子束法中的铁损降低效果与照射能量的关联。图2(a)～图2(c)中示出了调查结果。此处，仅通过射束电流的调整来进行照射能量的变更。

经详查调查结果明确可知，与现有见解不同，在仅调整射束电流的电子束法中，板材越厚，越不得不降低适当的照射能量。其理由在于，当考虑将铁损分为磁滞损耗与涡流损耗时，板材越薄，磁滞损耗变差量越少，涡流损耗改善量越多。特别是能够确认：在设为0.23mm的原材料～0.20mm的原材料时，即，若实现薄板化，则磁滞损耗大幅地变化。

以图2(ΔW_17/50与照射能量的关系的图)所示的结果为基础而调查板厚对适当照射能量造成的影响可知，照射能量变化量相对于厚度为0.23mm的原材料的关系如图3所示。此处，在图中，将各板厚(t)下的适当能量范围设为根据图2(ΔW_17/50与照射能量的关系的图)的数据求出的铁损极小的值Ewmin(t)±5％，并作为相对于板厚为0.23mm的原材料的铁损最小的适当能量Ewmin(0.23)的变化量而计算照射能量上下限。此外，在上述±5％的范围，极限铁损几乎不变。

即，对于适当的照射能量，新研究结果表明，满足如下关系较为重要，

－283×t(mm)+61≤〔相对于0.23mm的原材料的适当照射能量的变化量〕(％)≤－312×t(mm)+78。

并且，在厚板材的情况下，基于适当照射能量降低的上述见解，考虑了在不变更每单位扫描长度的照射能量的情况下，是否扩大RD线间隔s(t)的方法更为优选。即，新的见解如下，对于照射于每单位面积的能量(E/s)而言，在考虑到对铁损造成的影响的基础上，优选使smin(0.23)与s(t)满足规定的关系。

本发明立足于上述见解。

即，本发明的主要构成如下。

1.一种取向性电磁钢板的制造方法，在对板厚为t的取向性电磁钢板的表面朝与压轧方向交叉的方向照射电子束时，将电子束的照射能量E(t)调整成满足下述算式(1)，其中，该算式(1)中采用使板厚为0.23mm的原材料的铁损最小的照射能量Ewmin(0.23)的值，

Ewmin(0.23)×(1.61－2.83×t(mm))≦E(t)≦Ewmin(0.23)×(1.78－3.12×t(mm))···算式(1)。

2.根据上述1所述的取向性电磁钢板的制造方法，上述板厚t为0.23mm以下。

3.一种取向性电磁钢板的制造方法，在对板厚(t)为0.23mm以上的取向性电磁钢板的表面朝与压轧方向交叉的方向照射电子束时，将电子束的线间隔s(t)调整成相对于使板厚为0.23mm的原材料的铁损最小的线间隔smin(0.23)满足下述算式(2)，

smin(0.23)/(1.78－3.12×t(mm))≦s(t)≦smin(0.23)/(1.61－2.83×t(mm))···算式(2)。

根据本发明，无需调整电子束的束径、线间隔，便能够始终利用极小射束对各种板厚的取向性电磁钢板适当地进行磁区细化。因此，能够抑制以往不可避免的光学系统的调整时间的延长、因缩短线间隔而引起的生产率的降低。并且，由于无需调整电子束功率，仅通过增大线间隔便能够对厚板材适当地进行磁区细化，因此，能够以较高的生产率制造取向性电磁钢板。

附图说明

图1是针对板厚为0.20mm的原材料与板厚为0.23mm的原材料而示出形变比率η对照射电子束后的铁损造成的影响的图。

图2(a)是示出针对不同的板厚而调查电子束法中的铁损变化量与照射能量的关联所得的结果的图，图2(b)是示出针对不同的板厚而调查电子束法中的磁滞损耗变化量与照射能量的关联所得的结果的图，图2(c)是示出针对不同的板厚而调查电子束法中的涡流损耗变化量与照射能量的关联所得的结果的图。

图3是示出调查板厚对适当照射能量造成的影响的结果的图。

具体实施方式

以下，对本发明进行具体说明。

本发明是以降低铁损为目的的照射电子束的取向性电磁钢板的制造方法。在被电子束照射的电磁钢板可以形成绝缘覆膜，也可以不形成绝缘覆膜。另外，对于本发明所使用的取向性电磁钢板而言，只要是以往公知的取向性电磁钢板，例如与使用或者不使用抑制剂(inhibitor)成分等无关，能够适当地使用任意的取向性电磁钢板。

在本发明中，根据图2以及图3所示的结果，将各板厚(t)下的适当能量范围设为使得铁损极小的值Ewmin(t)±5％。其理由在于，在该Ewmin(t)±5％的范围，极限铁损几乎不变。此处的能量是指每单位扫描长度的照射能量，能够由射束功率/扫描速度表示。

接着，利用图2(a)～图2(c)以及图3所示的结果，作为相对于在板厚为0.23mm的原材料中使得铁损最小的适当能量Ewmin(0.23)的变化量，计算求出的照射能量如下，

－283×t(mm)+61≤〔相对于板厚为0.23mm的原材料的适当照射能量的变化量〕(％)≤－312×t(mm)+78。

因此，若利用上述算式对各板厚(t)下的适当能量范围E(t)进行求解，则变为以下算式(1)。

Ewmin(0.23)×(1.61－2.83×t(mm))≦E(t)≦Ewmin(0.23)×(1.78－3.12×t(mm))···算式(1)

因此，只要满足上述算式(1)，无需调整电子束的束径、线间隔，就能够抑制光学系统的调整作业、由线间隔缩短引起的生产率的降低。

此处，上述算式(1)优选应用于0.23mm以下的钢板，其理由在于，若板厚为0.23mm以上则会如以下所述那样因线间隔的增大而实现低铁损化，从而在生产率方面较为有利。

并且，在0.23mm以上的厚板材的情况下，根据前述的图2(a)～图2(c)以及图3所示的结果，优选扩大RD线间隔s(t)，并且，考虑到照射于每单位面积的能量(E/s)对铁损造成的影响，重要的是满足以下的算式(2)。

smin(0.23)/(1.78－3.12×t(mm))≦s(t)≦smin(0.23)/(1.61－2.83×t(mm))···算式(2)

另外，在本发明中，电子束的优选的产生条件如下。

[加速电压Va：30kV～300kV]

若加速电压Va低于30kV，则难以收缩束径，铁损降低效果减弱。另一方面，若超过300kV，则不仅灯丝(filament)等装置寿命缩短，而且为了防止X射线泄漏而使得装置过度巨大化，从而降低了维护性、生产率。因此，加速电压Va优选为30kV～300kV的范围。

[束径：50μm～500μm]

若电子束径不足50μm，则不得不为此采取极度降低钢板与偏转线圈的距离等的处置，在该情况下，能够利用一个电子束源进行偏转照射的距离大幅降低。其结果，为了照射1200mm左右的宽幅线圈，需要多个电子枪，从而降低了维护性、生产率。

另一方面，若束径大于500μm，则无法获得充分的铁损降低效果。这也是因为钢板被照射射束的面积(形变形成部分的体积)过度增大，从而磁滞损耗变差。

因此，电子束径优选为50μm～500μm的范围。此外，将通过狭缝法而获得的射束剖面的半值宽度作为束径而进行测定。

[射束扫描速度：20m/s以上]

若射束扫描速度不足20m/s，则钢板的生产量减少。因此，射束扫描速度优选为20m/s以上。此外，并未对射束扫描速度的上限值进行特殊限制，但由于设备方面的制约而设为1000m/s左右较为现实。

[RD线间隔：3mm～12mm]

在本发明中，将电子束以直线状从钢板的宽度方向端部朝另一方的宽度方向端部照射，并沿压轧方向周期性地反复进行该操作。该间隔(线间隔)优选为3mm～12mm。若线间隔比3mm的线间隔窄，则在钢中形成的形变区域过度增大，从而不仅铁损(磁滞损耗)变差，而且生产率也变差。另一方面，若线间隔比12mm宽，则无论怎样在深度方向上扩大回流磁区，磁区细化效果也变得不足而不能改善铁损。

[线角度：60°至120°]

在本发明中，在从钢板的宽度方向端部朝另一方的宽度方向端部直线状地照射电子束时，从起点朝向终点的方向形成为相对于压轧方向成60°至120°的方向。其理由在于，若不是60°至120°的方向，则形变引入部的体积过度增大，因此磁滞损耗变差。优选相对于压轧方向为90°。

[加工室压力：3Pa以下]

若照射电子束的加工室的压力高于3Pa，则从电子枪产生的电子散乱，从而电子束照射部的形成回流磁区的电子的能量降低。其结果，钢板无法被充分实施磁区细化，从而不能改善铁损。

[射束的收敛]

在相对于钢板的宽度方向偏转照射电子束时，当然优选预先将收敛条件(收敛电流等)调整成最佳的状态以使宽度方向的射束变得均匀。

实施例

在本实施例中，将标称板厚(t)为0.23mm、0.27mm、0.30mm、0.20mm的均为1500m的4个取向性电磁钢板线圈的首尾端分别接合，并分别照射电子束。

在加速电压为60kV、束径为250μm、射束扫描速度为90m/s、线角度为90°、加工室压力为0.1Pa的条件下进行电子束照射，并记录各线圈的电子束照射时间。此外，各板厚的线圈的首尾端部的4m设为不进行电子束照射的区域(非照射部)。

在照射之后，从各板厚的线圈中的进行了电子束照射的部分(照射部)以及非照射部分别取出60个SST试样，并对铁损进行了测定。电子束的照射条件以及铁损的测定结果一并记载于表1中。

[表1]

根据该表可知，应用本技术，在根据射束电流而针对不同的板厚将照射能量优化的条件(No.2)下，厚度为0.20mm、0.27mm以及0.30mm的原材料的铁损最大改善接近1％。

另外，在根据线间隔将照射能量优化的条件(No.3)下，厚度为0.27mm以及0.30mm的原材料的铁损最大改善接近1％，并且，照射时间缩短接近10％，从而生产率变得优异。

Claims (3)

1.一种取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，

在对板厚为t的取向性电磁钢板的表面朝与压轧方向交叉的方向照射电子束时，将电子束的照射能量E(t)调整成满足下述算式(1)，其中，该算式(1)中采用使板厚为0.23mm的原材料的铁损最小的照射能量Ewmin(0.23)的值，

Ewmin(0.23)×(1.61－2.83×t(mm))≦E(t)≦Ewmin(0.23)×(1.78－3.12×t(mm))···算式(1)。

2.根据权利要求1所述的取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，

所述板厚t为0.23mm以下。

3.一种取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，

在对板厚(t)为0.23mm以上的取向性电磁钢板的表面朝与压轧方向交叉的方向照射电子束时，将电子束的线间隔s(t)调整成相对于使板厚为0.23mm的原材料的铁损最小的线间隔smin(0.23)满足下述算式(2)，

smin(0.23)/(1.78－3.12×t(mm))≦s(t)≦smin(0.23)/(1.61－2.83×t(mm))···算式(2)。