CN106460111A - 低铁损且低磁致伸缩的方向性电磁钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明的方向性电磁钢板具有钢板母材、形成在上述钢板母材的表面的一次覆膜以及形成在上述一次覆膜的表面的张力绝缘覆膜，磁畴控制是通过从上述张力绝缘覆膜之上照射激光来进行的。从上述方向性电磁钢板采取与上述方向性电磁钢板的轧制方向平行的方向的长度为300mm并且与板宽方向平行的方向的长度为60mm的条状样品，通过对上述样品的至少单面进行酸洗，将从上述张力绝缘覆膜的表面到由上述钢板母材与上述一次覆膜的界面向上述钢板母材一侧为5μm的深度位置为止的范围除去，然后对上述样品的翘曲量进行测定，此时上述翘曲量满足规定的条件。

Description

低铁损且低磁致伸缩的方向性电磁钢板
技术领域
本发明涉及用于变压器等的铁芯的方向性电磁钢板，特别是涉及不仅有助于铁芯的低铁损化而且还有助于低噪音化的低铁损且低磁致伸缩的方向性电磁钢板。
本申请基于2014年5月9日在日本申请的特愿2014-97685号主张优先权，并在此援引其内容。
背景技术
方向性电磁钢板主要用于以变压器为代表的静态感应器(stationary inductionapparatus)。作为其所应当满足的特性，可以列举出：铁损低、能够容易励磁、磁致伸缩小等。
变压器从安装到废弃为止会历经长时间被连续励磁，持续产生能量损耗，因此在这些特性之中特别要求铁损低。
为了降低方向性电磁钢板的铁损，一直以来通过提高向被称为高斯取向的(110)[001]方位的集聚、降低产品钢板中的杂质、减小晶粒的大小、对钢板赋予提供面张力的覆膜(被膜)等冶金学上的方法来改善铁损，但这些方法是有限制的，寻求通过其它方法来降低铁损。
对于这样的问题，开发了将磁畴本身细分的方法，现在通过对钢板的表面照射激光来导入应变、将磁畴的宽度细分来降低铁损的技术已经被广泛使用。
以这种方式，方向性电磁钢板的铁损得到了显著改善，但另一方面，就变压器等电磁应用设备来说降低噪音、振动的要求也变得更强烈，对于用于变压器的铁芯的方向性电磁钢板来说，在要求低铁损的同时还要求了低磁致伸缩。
已知用于降低铁损的激光照射由于导入残余应变而对磁畴宽度的细分化有效果，但另一方面也会成为磁致伸缩的产生源。
因此，专利文献1～4公开了下述技术：当对形成有覆膜的方向性电磁钢板照射激光来进行磁畴控制时，通过调节激光照射条件和覆膜张力来降低磁致伸缩，从而兼顾低铁损和低磁致伸缩。
专利文献1公开了：一次覆膜的张力、张力绝缘覆膜的张力和通过激光照射来赋予微小应变作为决定磁致伸缩的因素是非常重要的，通过对这些因素进行控制，能够提供具有用于低噪音的磁致伸缩特性并且低铁损的方向性电磁钢板。
专利文献1公开了：以使一次覆膜和之后赋予的二次覆膜向钢板施加的总计张力为1～8MPa、使钢板的每单位面积的热量输入量为1～2mJ/mm2的方式进行脉冲激光照射，或者使上述张力为14MPa以上，使上述热量输入量为1.5～3mJ/mm2。
专利文献2公开了一种方向性电磁钢板，其中，为了防止覆膜在对具有镁橄榄石覆膜和张力涂膜的方向性电磁钢板通过激光照射进行了磁畴细分化时受损而使得磁致伸缩特性劣化，使镁橄榄石覆膜和张力涂膜对钢板赋予的轧制方向的总计张力A为10.0MPa以上，使与轧制方向为直角方向的总计张力B为5.0MPa以上，并且使这些总计张力A、B之比A/B为1.0～5.0。
专利文献3公开了下述技术：在对方向性电磁钢板照射激光来进行磁畴控制时，使激光照射部的凝固层厚度最大为4μm，仅向轧制方向的窄范围导入应变，由此在降低铁损的同时抑制磁致伸缩变形。
专利文献4公开了下述技术：在对方向性电磁钢板进行激光照射之前，对一次覆膜量和张力绝缘覆膜量进行检测，在与这些检测量相应的适当照射条件下进行激光照射，由此在降低铁损的同时降低磁致伸缩和变压器的噪音。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-356750号公报
专利文献2：日本特开2012-031498号公报
专利文献3：日本特开2007-002334号公报
专利文献4：日本特开2012-031519号公报
发明内容
发明所要解决的问题
如上所述，已经提出了在对形成有覆膜的方向性电磁钢板照射激光来进行磁畴控制时通过调节覆膜张力、激光照射条件来兼顾低铁损和低磁致伸缩的技术。然而，从以维持了由激光照射所带来的高铁损降低效果的状态进一步提高磁致伸缩特性的观点考虑，希望更进一步的改善。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于：提供兼顾低铁损和低磁致伸缩的方向性电磁钢板。
用于解决问题的手段
方向性电磁钢板的铁损可通过使涡流损耗和磁滞损耗的总计最小化来降低。而该涡流损耗和磁滞损耗相对于各种材料参数会复杂变化。另外，方向性电磁钢板的磁致伸缩变形相对于各种材料参数也会复杂变化。
例如，应力通过对方向性电磁钢板赋予了的覆膜(张力绝缘覆膜和一次覆膜(玻璃覆膜))施加到钢板母材，但应力也通过用于控制磁畴的激光照射施加到钢板母材。
本申请的发明者们发现：根据这些应力分布的影响程度，存在使上述的铁损和磁致伸缩平衡良好地最小化的覆膜张力以及激光赋予应力的范围。
而且，通过方向性电磁钢板的翘曲量的变化对上述应力进行评价，发现了磁致伸缩达到最佳的范围。
本发明的要点如下。
(1)本发明的一个方案涉及方向性电磁钢板，其具有钢板母材、形成在上述钢板母材的表面的一次覆膜以及形成在上述一次覆膜的表面的张力绝缘覆膜，磁畴控制是通过从上述张力绝缘覆膜之上照射激光来进行的。从上述方向性电磁钢板采取与上述方向性电磁钢板的轧制方向平行的方向的长度为300mm并且与板宽方向平行的方向的长度为60mm的条状样品，通过对上述样品的至少单面进行酸洗，将从上述张力绝缘覆膜的表面到由上述钢板母材与上述一次覆膜的界面向上述钢板母材一侧为5μm的深度位置为止的范围除去，然后对上述样品的翘曲量进行测定，此时上述翘曲量满足下述式A和式B。
15000μm≤SA-SC≤35000μm (式A)
900μm≤SB+SC≤14000μm (式B)
其中，SA、SB、SC如下所示。
SA是仅对照射了激光的一侧的单面进行了酸洗时的上述方向性电磁钢板的以单位为μm计的翘曲量，
SB是仅对与照射了激光的一侧相反侧的单面进行了酸洗时的上述方向性电磁钢板的以单位为μm计的翘曲量，
SC是对双面进行了酸洗时的上述方向性电磁钢板的以单位为μm计的翘曲量，
这里，在测定SA和SB时，将向与进行了酸洗的面同一方向的翘曲设定为正值，SC将向与SA同一方向的翘曲定义为正值。
(2)根据上述(1)所述的方向性电磁钢板，其中，上述张力绝缘覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dt除以上述一次覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dp而得到的值dt/dp可以为0.1以上且3.0以下。
(3)根据上述(1)所述的方向性电磁钢板，其中，上述张力绝缘覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dt除以上述一次覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dp而得到的值dt/dp可以为0.1以上且1.5以下。
(4)根据上述(1)所述的方向性电磁钢板，其中，上述张力绝缘覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dt除以上述一次覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dp而得到的值dt/dp可以为0.1以上且1.0以下。
(5)根据上述(1)～(4)中任一个方案所述的方向性电磁钢板，其中，上述张力绝缘覆膜的平均膜厚可以为0.5μm以上且4.5μm以下。
(6)根据上述(1)～(5)中任一个方案所述的方向性电磁钢板，其中，由上述一次覆膜和上述张力绝缘覆膜对上述钢板母材施加的总计张力可以为1MPa以上且10MPa以下。
发明效果
根据本发明，能够提供铁损和磁致伸缩这两方面优异的方向性电磁钢板。
附图说明
图1是表示除去了方向性电磁钢板的表面时的方向性电磁钢板的翘曲量与铁损和磁致伸缩之间的关系的图。
图2是用于对样品前端的位移量(翘曲量)的测定方法进行说明的图。
具体实施方式
以下，对本发明的优选实施方式进行详细说明。
就在两个表面上形成有一次覆膜(玻璃覆膜)和张力绝缘覆膜的方向性电磁钢板来说，通过激光照射对一个表面实施了磁畴细分化处理的方向性电磁钢板被施加了由覆膜张力带来的应力和由激光照射带来的应力。
众所周知磁致伸缩受施加到电磁钢板的应力的影响很大。根据上述两个应力的大小，对磁致伸缩的影响程度会变化。
本申请的发明者们就由一次覆膜和张力绝缘覆膜形成的覆膜张力对于磁致伸缩的影响程度以及由激光照射带来的应力对于磁致伸缩的影响程度进行了更详细的研究。
其结果是，通过以方向性电磁钢板的翘曲量来对由覆膜张力带来的应力和由激光照射带来的应力进行评价，对以由覆膜张力带来的应力为基础的翘曲量的变化以及以由覆膜张力带来的应力和由激光照射带来的应力为基础的翘曲量的变化进行调节，由此发现了存在磁致伸缩达到最佳的范围。
首先，对于获得了这样的见解的实验进行说明。
对于含有3.2质量％的Si、被轧制到板厚为0.23mm的冷轧钢板，使露点变化来实施脱碳退火和一次再结晶退火。然后，以将主成分为MgO的退火分离剂涂布到钢板表面的状态来实施最终退火，由此得到具有各种厚度的一次覆膜(玻璃覆膜)的方向性电磁钢板原材料。
接着，从所得到的方向性电磁钢板原材料切出大量样品，涂布含有胶体二氧化硅和磷酸铝的涂覆处理液。就每个样品变化涂覆处理液的涂布量。以800℃的温度对涂布有涂覆处理液的样品进行烧结，形成各种厚度的张力绝缘覆膜(二次覆膜)。然后，对各个样品的单面实施照射不同照射能量(热量输入量)的连续波激光的磁畴细分化处理。
由此，得到覆膜的成膜条件和激光照射条件不同的多个方向性电磁钢板。
从所得到的方向性电磁钢板切出与轧制方向平行的方向的长度为500mm、与板宽方向平行的方向的长度为100mm的样品，并测定了铁损W17/50和磁致伸缩λ0-p。
其中，铁损W17/50是在励磁磁通密度为1.7T时50Hz下的铁损，使用单板磁性试验器(SST)来测定。
另外，磁致伸缩λ0-p例如是通过使用在以50Hz进行了励磁时的最大励磁磁通密度下的材料长度L和磁通密度为0时的材料长度L0而由下式(1)算出的。
λ0-p＝(L-L0)/L0 (1)
接着，从方向性电磁钢板采集与轧制方向平行的方向的长度为300mm、与板宽方向平行的方向的长度为60mm的条状样品，通过以下的a～c方式对样品的单面或样品的双面进行了酸洗。通过对样品进行酸洗，将从张力绝缘覆膜的表面到由钢板母材与一次覆膜的界面向钢板母材一侧为5μm的深度位置为止的范围除去。然后，对各样品前端的翘曲量进行了测定。
a.仅对样品的照射了激光的一侧的单面进行酸洗
b.仅对与样品的照射了激光的一侧相反侧的单面进行酸洗
c.对样品的双面进行酸洗
酸洗后的翘曲量是通过下述方式求得的：如图2所示，以用夹具夹着样品的长度方向的一端30mm的状态垂直放置，对相反侧的一端的位移量(翘曲量)进行测定。测定时，在测定a方式和b方式的情况下，将向与进行了酸洗的面同一方向的翘曲设定为正值；在测定c方式的情况下，将向与a方式相同的方向的翘曲设定为正值。
从由覆膜施加的张力(覆膜张力)对于不具有覆膜并且将由激光照射带来的应变的影响除去后的钢板母材的影响以及由覆膜张力和激光照射施加的应力(覆膜张力+激光赋予应力)对于不具有覆膜并且将由激光照射带来的应变的影响除去后的钢板母材的影响的观点考虑，对测定的结果进行了整理。即，设定为：
SA是仅对照射了激光的一侧的单面进行了酸洗时的方向性电磁钢板的翘曲量(μm)，
SB是仅对与照射了激光的一侧相反侧的单面进行了酸洗时的方向性电磁钢板的翘曲量(μm)，
SC是对双面进行了酸洗时的方向性电磁钢板的翘曲量(μm)，
ΔSC＝SA-SC，
ΔSL＝SB+SC，
对各样品的ΔSC和ΔSL与铁损和磁致伸缩之间的关系进行了调查。
结果示于图1。图1中，就用于测定的各样品，将铁损W17/50为0.75W/kg以下且无荷载应力时的磁致伸缩λ0-p为0.25×10-6以下的情况作为低铁损和低磁致伸缩均得到了满足，并表示为优(Good)；将铁损W17/50超过0.75W/kg或磁致伸缩λ0-p超过0.25×10-6的情况作为仅低铁损或低磁致伸缩中的一个得到了满足，并表示为可(Fair)；将铁损W17/50超过0.75W/kg且磁致伸缩λ0-p超过0.25×10-6的情况作为低铁损和低磁致伸缩均得不到满足，并表示为差(Not Good)。
由图1可知，当ΔSC和ΔSL均在ΔSC：15000～35000μm、ΔSL：900～14000μm的范围时，可以得到兼顾低铁损和低磁致伸缩的结果。
本实施方式是进行了以上的研究的结果，以下对于本实施方式的条件和优选条件进一步进行说明。
本实施方式的对象是方向性电磁钢板，其具有：在制造过程的最终退火中形成在钢板母材的双面的一次覆膜(代表性的为镁橄榄石覆膜)；以及涂布、烧结在其之上的张力绝缘覆膜，并且磁畴控制是通过对单面照射激光来进行的。
此外，如日本特开昭54-43115号公报所述的那样，就算是在具有镜面状态的表面的方向性电磁钢板上形成张力绝缘覆膜的情况下，也不损害本实施方式的构思。
钢板母材可以是使含有1.0～4.0质量％的Si的硅钢原材料经过热轧和冷轧来制成规定板厚的钢板，然后经过脱碳退火、涂布退火分离剂和最终退火来制造得到的材料。详细制造方法将会在后面进行叙述。
对于本实施方式来说，就上述方向性电磁钢板，对一次覆膜以及张力绝缘覆膜的成膜条件和激光照射条件进行调节，从方向性电磁钢板采集样品，通过上述a～c方式对该样品的单面或样品的双面进行酸洗。在对酸洗后的翘曲量进行了测定时，通过以使由SA-SC定义的ΔSC为15000～35000μm的范围、由SB+SC定义的ΔSL为900～14000μm的范围的方式进行控制，能够降低铁损和磁致伸缩这两方面。
该条件是通过下述方式求出的：如上述图1中表示的一个例子那样，通过使覆膜的成膜条件和激光照射条件变化，由此制作上述翘曲量不同的多个方向性电磁钢板，并如上所述以ΔSC和ΔSL对翘曲量进行评价来调查它们与方向性电磁钢板的铁损和磁致伸缩之间的关系，其作为调查结果可得到兼顾低铁损和低磁致伸缩的方向性电磁钢板的条件来求出。
这里，就用于测定翘曲量的通过酸洗进行的方向性电磁钢板的表面除去来说，优选将一次覆膜、张力绝缘覆膜和钢板母材的由激光照射带来的残余应变部全部除去。因此，以将从张力绝缘覆膜的表面到由钢板母材与一次覆膜的界面向钢板母材一侧为5μm的深度位置为止的范围除去的方式，对方向性电磁钢板的表面进行酸洗。
优选通过酸洗除去到由上述界面向钢板母材一侧为10μm的深度位置，更优选除去到由上述界面向钢板母材一侧为15μm的深度位置。
但是，当通过酸洗除去到由上述界面向钢板母材一侧为50μm的深度位置时，方向性电磁钢板的板厚过薄，在翘曲量等的测定中无法确保足够的测定精度。因此，在对方向性电磁钢板的表面进行酸洗时，通过酸洗除去的钢板母材的最深位置(上限值)优选设定为由上述界面向钢板母材一侧小于50μm。
此外，方向性电磁钢板的酸洗例如可以通过下述方法来进行。将方向性电磁钢板在NaOH为10质量％+H2O为90质量％的氢氧化钠水溶液中以高温浸渍规定时间。接着，在H2SO4为10质量％+H2O为90质量％的硫酸水溶液中以高温浸渍规定时间。然后，通过HNO3为10质量％+H2O为90质量％的硝酸水溶液以常温浸渍规定时间，并进行清洗。最后，以温风的鼓风机干燥不到1分钟。只要通过对上述的浸渍温度和浸渍时间进行调节来控制方向性电磁钢板的表面除去量就行。
另外，方向性电磁钢板的翘曲量是通过下述方式求出的：从方向性电磁钢板采取在与轧制方向平行的方向上长度为300mm并且在与板宽方向平行的方向上长度为60mm的条状样品，并进行上述酸洗，如图2所示，以用夹具夹着样品的长度方向的一端30mm的状态垂直放置，对样品的相反侧的一端的位移量(翘曲量)进行测定。
当通过仅对方向性电磁钢板的照射了激光的一侧的单面进行酸洗来将一次覆膜、张力绝缘覆膜和钢板母材的由激光照射带来的残余应变部除去(上述a方式)时，由于未进行酸洗的面所具有的覆膜张力，方向性电磁钢板会弯曲。此时的翘曲量与覆膜张力成比例。
另外，当仅对方向性电磁钢板的与照射了激光的一侧相反的单面除去覆膜(上述b方式)时，由于未进行酸洗的面所具有的覆膜张力和激光赋予应力，方向性电磁钢板会弯曲。此时的翘曲量与覆膜张力和激光赋予应力的总计成比例。
本申请的发明者们确认出：上述的ΔSC的上限值(35000μm)与赋予覆膜量为4.5g/m2的张力绝缘覆膜的情况相对应，ΔSC的下限值(15000μm)与赋予覆膜量为1.0g/m2的张力绝缘覆膜的情况相对应。
另外，本申请的发明者们确认出：ΔSL的上限值(14000μm)与磁致伸缩不会变得过大的激光照射能量强度为2.0mJ/mm2相对应，ΔSL的下限值(900μm)与得到铁损提高效果的激光照射能量密度为0.8mJ/mm2相对应。
为了使ΔSC和ΔSL为上述范围，需要对覆膜的成膜条件、激光的种类和激光照射条件进行调节。另一方面，当方向性电磁钢板与铁芯叠层时，方向性电磁钢板之间的绝缘电阻和全体的填充系数(叠片系数)需要满足一定条件。因此，覆膜的覆膜量由方向性电磁钢板之间的绝缘电阻和全体的填充系数来决定。在将覆膜的覆膜量设定为优选范围内的基础上，对覆膜的成膜条件和激光照射条件进行调节，由此调节成方向性电磁钢板的翘曲量ΔSC和ΔSL为上述范围。
具体来说，确认出：只要在具有一次覆膜的方向性电磁钢板的两表面分别涂布并烧结覆膜量为1.0g/m2～4.5g/m2的范围的张力绝缘覆膜，并且以0.8mJ/mm2～2.0mJ/mm2的照射能量密度对一个表面照射激光就行。
在张力绝缘覆膜的覆膜量低于1.0g/m2的情况下，当叠层来制作铁芯时，方向性电磁钢板间的绝缘电阻并不充分。另一方面，在张力绝缘覆膜的覆膜量超过4.5g/m2的情况下，当叠层方向性电磁钢板来制作铁芯时，填充系数变低。在张力绝缘覆膜的覆膜量低于1.0g/m2的情况以及超过4.5g/m2的情况中的任一种情况下，变压器的能量损耗均变差，因此将张力绝缘覆膜的覆膜量设定为上述的范围。
此外，张力绝缘覆膜的制造方法将会在后面进行叙述。
就本实施方式的方向性电磁钢板来说，如上所述，铁损和磁致伸缩这两方面优异。但是，方向性电磁钢板优选不仅为低铁损且低磁致伸缩，而且填充系数也优异。
通常来说，方向性电磁钢板为了降低涡流损耗来改善铁损，会使得钢板母材的板厚变薄。通过使得钢板母材的板厚变薄，铁损得到改善。但是，在使得钢板母材的板厚变薄来制造变压器的情况下，就能量损耗而言未必能得到大的降低效果。这是由于填充系数造成的。变压器的铁芯是通过叠层方向性电磁钢板来构成的，但在不变更覆膜的膜厚而使得钢板母材的板厚变薄的情况下，铁(钢)的体积相对于铁芯全体体积的比例(将其称为填充系数)降低。该填充系数的降低会影响能量损耗的降低效果。即，为了提高填充系数，优选方向性电磁钢板的覆膜的膜厚薄。
但是，当方向性电磁钢板的覆膜的膜厚薄时，对钢板母材赋予的张力不充分，无法充分地得到铁损和磁致伸缩的改善效果。这样，改善铁损和磁致伸缩与提高填充系数存在此消彼长(trade-off)的关系，均衡地兼顾这两方面在技术上是困难的。
本申请的发明者们进行了深入研究，结果发现：在将翘曲量ΔSC和ΔSL控制为上述范围内的基础上，将以单位为μm计的张力绝缘覆膜的平均膜厚dt与一次覆膜的平均膜厚dp的比率R(张力绝缘覆膜的平均膜厚dt/一次覆膜的平均膜厚dp)控制为0.1以上且3.0以下，由此能够在确保铁损和磁致伸缩的改善效果的同时进一步提高填充系数。具体来说，发现了：在满足上述各条件的情况下，能够在确保铁损和磁致伸缩的改善效果的同时得到97％以上的填充系数。即，发现了：就算是为了降低涡流损耗而使得钢板母材的板厚变薄的情况下，也能够使方向性电磁钢板中的钢板母材的体积分率为97％以上。
此外，方向性电磁钢板中的钢板母材的体积分率优选为98％以上，更优选为99％以上。
上述效果可以认为是由于张力绝缘覆膜和一次覆膜的物理性质不同而造成的。张力绝缘覆膜由磷酸盐或胶体二氧化硅等形成，一次覆膜由镁橄榄石Mg2SiO4等形成。由于这样的材质差异，使张力绝缘覆膜与一次覆膜在物理性质上产生差别。物理性质不同的张力绝缘覆膜和一次覆膜的膜厚的比率R存在较好控制上述技术特性的范围，可以认为通过将该比率R控制为最佳，能够使相反的上述技术特性同时提高。
另外，就方向性电磁钢板来说，优选不仅为低铁损且低磁致伸缩，而且振动衰减率也优异。在方向性电磁钢板的振动衰减率大的情况下，能够进一步降低变压器等电磁应用设备的振动。
本申请的发明者们进行了深入研究，结果发现：通过将上述的比率R(张力绝缘覆膜的平均膜厚dt/一次覆膜的平均膜厚dp)控制为0.1以上且1.5以下，不仅方向性电磁钢板的填充系数提高，而且振动衰减率也能够一起提高。
对于使钢板母材的板厚薄的方向性电磁钢板叠层而得到的铁芯来说，以磁致伸缩为原因的铁芯的振动难以衰减。但是，通过对由激光照射赋予了应变(应力)的张力绝缘覆膜和一次覆膜的膜厚的比率R进行适当控制，振动显著衰减。其详细理由虽然不明，但在钢板母材的板厚薄的方向性电磁钢板的情况下，由于除了由方向性电磁钢板的伸缩带来的振动以外，还容易发生由弯曲带来的振动，因此可以认为方向性电钢磁钢板的表层处的应力状态有助于振动的衰减。张力绝缘覆膜和一次覆膜如上所述那样物理性质不同，形成的温度也不同，进而可以认为应力状态通过由激光照射赋予应变(应力)也会成为特异状态。详细解明要期待适用使用了FEM等的数值解析，但可以认为通过将上述的比率R控制为0.1以上且3.0以下，本实施方式的方向性电磁钢板的各条件就被控制在提高振动衰减率的状态。
另外，就方向性电磁钢板来说，优选不仅为低铁损且低磁致伸缩，而且散热性也优异。在方向性电磁钢板的散热性大的情况下，能够抑制变压器的发热(焦耳热)来实现电设备的高效率化和小型化。
本申请的发明者们进行了深入研究，结果发现：通过将上述的比率R(张力绝缘覆膜的平均膜厚dt/一次覆膜的平均膜厚dp)控制为0.1以上且1.0以下，方向性电磁钢板的散热性也能够一起提高。该效果可以认为也是由张力绝缘覆膜和一次覆膜的物理性质不同而得到的。
如上所述，通过将翘曲量ΔSC和ΔSL控制为上述范围内，并且将上述的比率R控制为0.1以上且3.0以下，能够在确保铁损和磁致伸缩的改善效果的同时使填充系数较好地提高。另外，通过将上述的比率R控制为0.1以上且1.5以下，能够不仅使填充系数而且使振动衰减率较好地提高。另外，通过将上述的比率R控制为0.1以上且1.0以下，能够不仅使填充系数和振动衰减率而且使散热性较好地提高。
通过将上述的比率R控制为0.1以上且0.8以下，能够得到更优选的填充系数、振动衰减率和散热性。通过将上述的比率R控制为0.1以上且0.3以下，能够得到更加优选的填充系数、振动衰减率和散热性。
在张力绝缘覆膜的平均膜厚dt与一次覆膜的平均膜厚dp的比率R低于0.1的情况以及超过3.0的情况下，无法得到优选的填充系数、振动衰减率和散热性。
为了将张力绝缘覆膜的平均膜厚dt与一次覆膜的平均膜厚dp的比率R限制为0.1以上且3.0以下，张力绝缘覆膜的平均膜厚优选为0.5μm以上且4.5μm以下。
张力绝缘覆膜的平均膜厚更优选为2.0μm以下、1.5μm以下、1.0μm以下、0.8μm以下。
而且，由一次覆膜和张力绝缘覆膜对钢板母材施加的总计张力优选为1MPa以上且10MPa以下。通过将由一次覆膜和张力绝缘覆膜对钢板母材施加的总计张力限制为1MPa以上且10MPa以下，能够将方向性电磁钢板的磁致伸缩和铁损同时降低。
此外，作为张力绝缘覆膜的平均膜厚dt和一次覆膜的平均膜厚dp的测定方法，能够使用通过剖面观察进行的平均化法。就通过剖面观察进行的平均化法来说，使用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)，对张力绝缘覆膜和一次覆膜的剖面进行观察，测定任意十点处的膜厚。作为张力绝缘覆膜的平均膜厚dt和一次覆膜的平均膜厚dp，使用所测得的十点的膜厚的平均值。此外，测定时，通过COMPO像(反射电子组成像)来进行观察，变得容易判别张力绝缘覆膜和一次覆膜。
作为张力绝缘覆膜的平均膜厚dt和一次覆膜的平均膜厚dp的测定方法，除了通过剖面观察进行的平均化法以外，还能够使用Calotest(注册商标)法等。
此外，覆膜中所含的空孔在膜厚测定的计算中要排除。例如，从张力绝缘覆膜的表面到与一次覆膜的界面的厚度为3μm，但在之中含有1μm的空孔的情况下，其测定部位处的张力绝缘覆膜的膜厚设定为2μm。
另外，上述的剖面观察优选以下述步骤来进行。以切断方向与板厚方向平行的方式来切断方向性电磁钢板。对该切断面进行研磨，注意使张力绝缘覆膜和一次覆膜不会剥离而脱落。根据需要，用优选的蚀刻液对该研磨面进行蚀刻，并进行上述的剖面观察。
接着，对本实施方式的方向性电磁钢板的制造方法进行说明。
使含有1.0质量％～4.0质量％的Si的硅钢原材料料经过热轧和冷轧，制造具有规定板厚的钢板。其中，硅钢原材料料作为代表性的化学成分可以以质量分率计含有Si：1.0％～4.0％、C：超过0％且0.085％以下、酸溶Al：0％～0.065％、N：0％～0.012％、Mn：0％～1％、Cr：0％～0.3％、Cu：0％～0.4％、P：0％～0.5％、Sn：0％～0.3％、Sb：0％～0.3％、Ni：0％～1％、S：0％～0.015％、Se：0％～0.015％等，剩余部分包含Fe和杂质。
在冷轧结束之后，对钢板进行脱碳退火。脱碳退火的目的是除去钢中的C来使磁特性提高。通过脱碳退火，钢中的Si氧化，在钢板的表面形成二氧化硅SiO2。二氧化硅通过与后述的氧化镁MgO反应，形成构成一次覆膜的镁橄榄石Mg2SiO4。
优选通过脱碳退火来将C浓度抑制为30ppm以下，更优选为20ppm以下。
当脱碳退火的露点(氧化度PH2O/PH2)变高时，C和Si的氧化反应容易进行。因此，露点越高，则形成越多的二氧化硅；当降低露点时，所形成的二氧化硅量变少。
即，通过对脱碳退火时的露点进行调节，能够调节一次覆膜的膜厚。具体来说，通过降低脱碳退火时的露点，能够减小一次覆膜的膜厚；通过提高脱碳退火时的露点，能够增大一次覆膜的膜厚。
脱碳退火时的露点没有特别限定，例如作为PH2O/PH2的值的范围，可以列举出0.3～0.5。
在脱碳退火之后，对钢板表面涂布退火分离剂，并以1100℃以上的温度进行最终退火。最终退火的目的是二次再结晶，但在该过程中形成包含镁橄榄石的一次覆膜。另外，在最终退火中，发生抑制剂形成元素向体系外的排出。因此，在最终得到的方向性电磁钢板中，就N和S来说，浓度的降低显著，成为50ppm以下。此外，优选将N和S的浓度抑制为20ppm以下，更优选为10ppm以下，进一步优选为9ppm以下，特别优选为6ppm以下。
退火分离剂的涂布方法可以使用公知的方法，特别优选将退火分离剂制成水浆料并以辊涂机等涂布到钢板上的方法、以静电涂布使粉体附着于钢板的方法等。
退火分离剂的水浆料包含以氧化镁为主成分的固体成分，通过对水浆料中的固体成分的含量和固体成分中的氧化镁的含量进行调节，能够调节一次覆膜的膜厚。具体来说，通过减少退火分离剂的水浆料中的固体成分的含量和固体成分中的氧化镁的含量，能够减少一次覆膜的膜厚。
作为退火分离剂的固体成分，除了氧化镁以外还可以使用其他添加剂。添加剂有参与二氧化硅和氧化镁的反应的催化剂、脱碳退火后使所形成的钢板表面的二氧化硅移动到退火分离剂中而促进二氧化硅的除去的催化剂等。作为后者的添加剂，可以列举出：Li、Na、K、Rb等的碱金属盐。
通过向退火分离剂添加碱金属盐，在最终退火的过程中，碱金属盐作用于由脱碳退火形成的钢板表面的二氧化硅。由此，至少一部分的二氧化硅的熔点下降，二氧化硅显示流动性。流动性变高之后的二氧化硅变得容易移动到退火分离剂中(氧化镁粉末中)，移动到退火分离剂中之后的二氧化硅在最终退火后与退火分离剂的除去一起被除去。即，移动到退火分离剂中之后的二氧化硅不参与包含镁硅酸盐的一次覆膜的形成，作为其结果能够抑制Mg量。
通过向退火分离剂添加TiO2，上述的碱金属盐的效果变得更加显著。
通过碱金属盐的作用而变得显示流动性的二氧化硅在退火分离剂中即氧化镁粉末中移动，但当与氧化镁颗粒的表面接触时，会反应而丧失流动性。另一方面，TiO2与氧化镁相比，更难以与二氧化硅反应，因此通过TiO2的存在，二氧化硅能够不反应而在其表面移动，能够使得更多的二氧化硅吸收到退火分离剂中。
基于上述理由，通过对退火分离剂中的TiO2的含量进行调节，能够调节一次覆膜的膜厚。具体来说，通过减少退火分离剂中的TiO2的含量，能够减小一次覆膜的膜厚。
退火分离剂中的TiO2的含量由与碱金属盐的含量的平衡来确定，没有特别限定，例如在退火分离剂中的含量为1质量％～10质量％。
在最终退火后，在钢板的表面形成张力绝缘覆膜。作为张力绝缘覆膜的例子，可以列举出：涂布包含磷酸盐和胶体二氧化硅的水系涂布溶液而形成的覆膜。此时，作为磷酸盐，例如可以列举出：Ca、Al、Mg、Sr等的磷酸盐。
形成张力绝缘覆膜的方法没有特别限定，可以将上述的水系涂布溶液使用带槽的涂布辊等涂布在钢板表面上，通过在空气中烧结，形成张力绝缘覆膜。
这里，通过对带槽的涂布辊的槽间距的间隔和深度进行调节，能够调节张力绝缘覆膜的膜厚。具体来说，通过使带槽的涂布辊的槽间距变窄并且使深度变浅，能够缩小张力绝缘覆膜的膜厚。
通过对形成张力绝缘覆膜时的烧结温度和烧结时间进行调节，也能够略微调节张力绝缘覆膜的膜厚。具体来说，通过使形成张力绝缘覆膜时的烧结温度为高温、使烧结时间为长时间，作为倾向能够使得张力绝缘覆膜的膜厚变薄。
形成张力绝缘覆膜时的烧结温度和烧结时间没有特别限定，例如可以列举出：烧结温度为700℃～900℃，烧结时间为10秒～120秒。
在形成张力绝缘覆膜后，对方向性电磁钢板进行激光照射。
激光照射只要在轧制方向隔开间隔并在板宽方向上以连续线状照射就行。激光的种类能够使用CO2激光、YAG激光或光纤激光等。
为了抑制由激光照射带来的对钢板翘曲的影响，优选激光设定为连续波激光。脉冲激光是通过由激光带来的冲击反力对钢板赋予应力，而连续波激光主要是由热效果对钢板赋予应力，因此可以认为应力的分布状态不同，其与脉冲激光相比可以抑制翘曲。
在进行激光照射时，激光照射的输出可以固定，也可以使激光照射的输出在照射线长度方向的中心部和端部处变化。通过使激光照射的输出在照射线长度方向的中心部和端部处变化，能够将板宽方向的铁损特性和磁致伸缩特性均匀化。
使激光照射的输出固定时的激光输出没有特别限定，例如可以列举出0.8mJ/mm2～2.0mJ/mm2。
在使激光照射的输出在照射线长度方向的中心部和端部处变化的情况下，激光照射的输出没有特别限定，例如可以将照射线长度方向的中心部处的激光照射的输出设定为1.2mJ/mm2～2.0mJ/mm2来照射激光，能够将照射线长度方向的端部处的激光照射的输出设定为0.8mJ/mm2～1.6mJ/mm2来照射激光。
这里，照射线长度方向的端部是指在将照射线的长度方向的长度设定为l的情况下由l/3表示的范围，照射线长度方向的中心部是指除此以外的范围。
就本实施方式来说，照射激光时对激光进行扫描(scan)的中心位置处的方向可以相对于轧制面为直角方向，也可以相对于轧制面由直角方向错开1°～10°的范围。通过使对激光进行扫描的方向相对于轧制方向由直角方向错开1°～10°的范围，能够得到更低的磁致伸缩特性。
方向性电磁钢板的制造方法可以根据所希望的ΔSC、ΔSL、一次覆膜的膜厚和张力绝缘覆膜的膜厚来适当进行选择。
以下，通过实施例对本发明的方案进行具体说明。这些实施例是用于确认本发明的效果的一个例子，并不限定本发明。
实施例
对通过使用含有3质量％的Si的硅钢来制得的板厚为0.23mm的冷轧板进行脱碳退火，然后涂布以MgO为主成分的退火分离剂，并实施最终退火，得到了具有一次覆膜的方向性电磁钢板。接着，在该钢板上涂布由胶体二氧化硅、磷酸铝和磷酸镁形成的涂覆处理液，并进行烧结，由此形成了张力绝缘覆膜。此时，通过变更涂覆处理液的涂布量，使得钢板表背面处的张力绝缘覆膜的覆膜量变化。然后，进一步对形成张力绝缘覆膜后的钢板的单面实施了照射照射能量不同的连续波激光的磁畴细分化处理。激光为CO2激光，以轧制方向的照射线长度为0.1mm、输出为2kW、扫描速度为100～600m/秒的条件，在轧制方向和直角方向上，以5mm的间隔进行了照射。
对所得到的No.1～7的方向性电磁钢板的铁损W17/50和磁致伸缩λ0-p进行了测定。
铁损W17/50使用单板磁性试验器(SST)来进行了测定。
磁致伸缩λ0-p是由最大励磁磁通密度下的材料长度L和磁通密度为0时的材料长度L0算出的。
另外，从No.1～7的方向性电磁钢板分别采取了三片在与轧制方向平行的方向上长度为300mm并且在与板宽方向平行的方向上长度为60mm的条状样品。对所采取的样品进行酸洗，并制造仅对照射了激光的一侧的单面进行了酸洗的样品A、仅对与照射了激光的一侧相反侧的单面进行了酸洗的样品B、对双面进行了酸洗的样品C，将它们的翘曲量SA、SB、SC与求出了图1时同样地进行了测定。
张力绝缘覆膜的平均膜厚dt和一次覆膜的平均膜厚dp使用了通过剖面观察进行的平均化法。具体来说，使用扫描型电子显微镜，并对张力绝缘覆膜和一次覆膜的剖面进行观察，测定任意十点处的膜厚，使用了所测定的十点的膜厚的平均值。
另外，方向性电磁钢板的填充系数通过以JIS C 2550：2011为依据的方法来测定。
对于No.1～7的方向性电磁钢板，将一次覆膜的平均膜厚dp、张力绝缘覆膜的平均膜厚dt、dt/dp，张力绝缘覆膜的覆膜量、激光照射能量、钢板翘曲量SA、SB、SC、ΔSC(＝SA-SC)、ΔSL(＝SB+SC)、铁损W17/50、磁致伸缩λ0-p、填充系数汇总表示在表1中。
此外，表1所示的张力绝缘覆膜的覆膜量表示了钢板每单面的覆膜量。
其结果确认出了：ΔSC和ΔSL的值在本发明的规定范围内的钢板能够兼顾低铁损和低磁致伸缩。另一方面，比较例的钢板至少铁损和磁致伸缩中的某一个差。
另外，由表1的结果和其他实验结果可知：在张力绝缘覆膜的平均膜厚dt与一次覆膜的平均膜厚dp的比率dt/dp为0.1～3.0的情况下，使填充系数较好地提高；在比率dt/dp为0.1～1.5的情况下，不仅使填充系数而且使振动衰减率较好地提高；在比率dt/dp为0.1～1.0的情况下，不仅使填充系数和振动衰减率而且使散热性较好地提高。例如，No.3的试样(比率dt/dp为0.63)与No.7的试样(比率dt/dp为3.20)相比，振动衰减率改善了20％，叠层方向的散热率改善了15％。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供铁损和磁致伸缩这两方面优异的方向性电磁钢板。

Claims (6)

1.一种方向性电磁钢板，其特征在于，其具有钢板母材、形成在所述钢板母材的表面的一次覆膜以及形成在所述一次覆膜的表面的张力绝缘覆膜，磁畴控制是通过从所述张力绝缘覆膜之上照射激光来进行的，
从所述方向性电磁钢板采取与所述方向性电磁钢板的轧制方向平行的方向的长度为300mm并且与板宽方向平行的方向的长度为60mm的条状样品，通过对所述样品的至少单面进行酸洗，将从所述张力绝缘覆膜的表面到由所述钢板母材与所述一次覆膜的界面向所述钢板母材一侧为5μm的深度位置为止的范围除去，然后对所述样品的翘曲量进行测定，此时所述翘曲量满足下述式A和式B，
15000μm≤SA-SC≤35000μm (式A)
900μm≤SB+SC≤14000μm (式B)
其中，SA、SB、SC如下所示：
SA是仅对照射了激光的一侧的单面进行了酸洗时的所述方向性电磁钢板的以单位为μm计的翘曲量，
SB是仅对与照射了激光的一侧相反侧的单面进行了酸洗时的所述方向性电磁钢板的以单位为μm计的翘曲量，
SC是对双面进行了酸洗时的所述方向性电磁钢板的以单位为μm计的翘曲量，
这里，在测定SA和SB时，将向与进行了酸洗的面同一方向的翘曲设定为正值，SC将向与SA同一方向的翘曲定义为正值。
2.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板，其特征在于，所述张力绝缘覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dt除以所述一次覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dp而得到的值dt/dp为0.1以上且3.0以下。
3.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板，其特征在于，所述张力绝缘覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dt除以所述一次覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dp而得到的值dt/dp为0.1以上且1.5以下。
4.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板，其特征在于，所述张力绝缘覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dt除以所述一次覆膜的以单位为μm计的平均膜厚dp而得到的值dt/dp为0.1以上且1.0以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方向性电磁钢板，其特征在于，所述张力绝缘覆膜的平均膜厚为0.5μm以上且4.5μm以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的方向性电磁钢板，其特征在于，由所述一次覆膜和所述张力绝缘覆膜对所述钢板母材施加的总计张力为1MPa以上且10MPa以下。
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