CN1065286C - 漏磁少无取向性硅钢薄板和用其组成的铁芯及小型变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及低漏磁的用于小型变压器的无取向性电磁钢薄板及其制造方法。在消除应力退火后，钢薄极轧制方向的垂直方向的导磁率μC≥大约2.5×10-3(H/m)，钢薄板与直轧制方向成45°角方向的导磁率μD≥大约1.5×10-3(H/m)。

Description

漏磁少无取向性硅钢薄板和用其组成的铁芯及小型变压器
本发明涉及无取向性硅钢薄板，特别是涉及作为小型变压器铁芯使用时漏磁少的无取向性硅钢薄板。
变压器有从电力用大型变压器、配电用卷绕铁芯式变压器到音响器材用小型变压器及萤光灯镇流器等各种类型。其中，电力用、配电用变压器的大型铁芯使用晶粒取向硅钢薄板，另一方面，音响器材用和萤光灯镇流器等小型变压器铁芯则一般使用无取向性硅钢薄板。
晶粒取向硅钢薄板，其轧制方向上的磁性能比其它方向的磁性能好得多。因此，大型变压器在组装铁芯时，设计成使晶粒取向硅钢薄板的轧制方向与磁通流动方向相一致。
另一方面，小型变压器由于必须是廉价的，所以即使磁通沿轧制方向以外的方向流动，一般还是采用更简单地进行加工组装的方法。
例如，在小型变压器常用的EI形铁芯中，虽然铁芯的约三分之二(E形铁芯的铁心柱部分和I形铁芯)按照磁通沿轧制方向流动的方式构成，但其余的约三分之一(E形铁芯的背部)则是由磁通沿与轧制方向垂直的方向流动的部分所构成。
作为这种适用于小型变压器的硅钢薄板，在铁芯的构成中虽说是磁通沿与轧制方向垂直的方向流动的部分以大约三分之一存在，但磁通沿轧制方向流动部分的构成比例也还是高的，因此认为使用该轧制方向的磁特性优良的材料是适宜的。
例如，在特开昭61-119618号公报中揭示了一种小型变压器铁芯材料用硅钢薄板的制造方法，在此方法中进行包括中间退火的两次冷轧，此时将中间退火的退火温度限定为675-750℃，将中间退火后接着进行的第二次冷轧的压下率限定为3-7％，从而大大增加了硅钢薄板的各向异性。
但在将这种各向异性很强的材料使用到小型变压器中时，虽然铁损特性优良，但EI形铁芯的另一重要特性即漏磁不一定小。一般认为，这种漏磁是造成铁芯响声的原因，这特别是在音响用变压器中便成为大问题。
本发明的目的是，解决上述问题，提供一种变压器用无取向性硅钢薄板，即使在按照磁通沿轧制方向以外的方向流动而设计的小型变压器的场合，也能有效地减低漏磁。
本发明人为解决上述问题，就小型变压器中的漏磁与原材料特性的关系进行了详细的调查，结果得到了如下的新见解，即相对于原料轧制方向成垂直方向的导磁率μC和相对于轧制方向成45°角方向的导磁率μD与变压器的漏磁有密切的关系。
本发明就是基于上述见解而完成的。
也就是说，本发明是一种漏磁少的小型变压器用无取向性硅钢薄板，其特征在于，它含有C：0．020％(重量)(以下仅用％表示)以下、Si：0．1-1．0％和Mn：0．1-1．0％，余量由Fe和不可避免的杂质组成，消除应力退火后在1．5T、50Hz下的相对于轧制方向成垂直方向的导磁率μC和相对于轧制方向成45°角方向的导磁率μD分别为μC≥2．5×10-3(H／m)、μD≥1．5×10-3(H／m)。
另外，本发明还是这样一种漏磁少的小型变压器用无取向性硅钢薄板，其特征在于，在上述无取向性硅钢薄板中还含有由Al：1．0％以下、P：0．08％以下、Sb：0．08％以下和Sn：0．2％以下当中选择的一种或二种以上，并且消除应力退火后在1．5T、50Hz下的相对于轧制方向成垂直方向的导磁率μC和相对于轧制方向成45°角方向的导磁率μD分别为μC≥2．5×10-3(H／m)、μD≥1．5×10-3(H／m)。
本发明还是一种使用这些无取向性硅钢薄板的小型变压器用铁芯。
另外，本发明还是具有使用这些无取向性硅钢薄板的铁芯的小型变压器。
以下说明最终引出本发明的实验结果。
将含有C：0．0048％、Si：0．55％和Mn：0．47％、其余部分由Fe和不可避免的杂质组成的钢坯热轧成为板厚2mm的热轧板，接着进行酸洗，冷轧成为0．50-0．56mm的中间厚度，然后在氢和氮的混合气氛中及800℃下进行2分钟中间退火。
接着，一边按板厚成为0．50mm调整压下率，一边施加光整冷轧，最终轧出制品板厚为0．5mm的冷轧板。其中，在施加冷轧后中间厚度为0．50mm的场合不施加光整冷轧。在进行这样的光整冷轧时，使轧制速度在20-2000m／分，轧制时的张力在9．8×103-49×103Pa的范围内变化，籍此得到织构不同的材料。
由这样得到的各冷轧板上切出轧制方向(以下称作L方向)、与轧制方向垂直的方向(以下称作C方向)和与轧制方向成45度角方向(以下称作D方向)的爱泼斯坦铁损测定试片(宽30mm，长280mm的试片)，在氮气氛中、725℃下消除应力退火1小时，然后测定L方向、C方向及D方向的铁损、磁通密度和导磁率。
另一方面，由这些材料制成EI形铁芯。所制成的铁芯尺寸为，I形部分宽11mm，长66mm(JISC2514的规格E166)。铁芯的制作方法如下。首先由材料上冲裁E形及I形试片每种各20枚。接着对这些试片在氢、氮混合气氛中施加725℃、1小时的消除应力退火，然后使E形、I形试片各自相向成双地叠层，再向叠层后的E形试片的中央柱部插入1次及2次线圈，然后将E形试片和I形试片焊接。
该EI形铁芯的漏磁的评价按下述方法进行，在1．5T、50Hz的励磁条件下，在铁芯的周边12点用高斯计测定距铁芯中心60mm位置的向铁芯中心方向的漏磁。
对所得到的EI形铁芯的漏磁测定值，就其与原料磁特性的关系进行研究，此时如图1(a)、(b)所示，可看出EI形铁芯的漏磁与原材料的C方向导磁率μC和D方向导磁率μD相关。但由图1(C)所示的原材料的L方向导磁率μL与漏磁的关系来看，EI形铁芯的漏磁与原材料的L方向的导磁率μL不象μC、μD那样明确相关。
在图1(a)～(c)中，为作参考也示出了使用0．35mm板厚的晶粒取向硅钢薄板制成的EI形铁芯的测定例(图中的●符号)，但晶粒取向硅钢薄板制成的EI形铁芯的漏磁比无取向性硅钢薄板还大，其值同样与原材料μC、μD的值相关。
对上述图1(a)、(b)所示的结果进行了更为详细的研究，结果发现如图2所示，在原料的C方向导磁率μC为2．5×1-3(H／m)以上且D方向导磁率μD为1．5×10-3(H／m)的场合，显示出漏磁在0．3高斯以下的极低值。
本发明就是在上述见解的基础上完成的。
此外，象这样漏磁和C方向导磁率μC、D方向导磁率μD之间相关性强的原因，据认为是由于磁通难于通过的E形铁芯的背部和角部，换句话说就是磁通通过相对原料轧制方向成90°或45°方向的部份中的磁通绕入成为支配的因素。
下面叙述本发明的无取向性硅钢薄板的成分组成范围及导磁率的限定理由。
C：0．020％以下
C是列磁特性有害的成分，因此应尽量减低其含量，但在0．02％以下的范围内可以容许。
Si：0．1～1．0％
由于Si增加电阻，对降低铁损是有用的成分，所以使其含有0．1％以上，但在超过1．0％那样大量含有会导致饱和磁通密度降低，进而导致作为本发明目的的μC也降低，因此规定其范围为0．1～1．0％。
Mn：0．1～1．0％
Mn有效地改善热脆性，但不足0．1％时其效果差，另一方面，若超过1．0％则导致磁特性的劣化。因此规定其范围为0．1～1．0％。
以上就基本成分进行了说明，除此之外，在本发明中，也可以根据需要含有由Al、P、Sb和Sn当中选择的1种或2种以上，其含量范围如下。
Al：1．0％以下
Al有效地提高电阻率和降低涡流损失，但超过1．0％时导致磁通密度的降低，因此以1．0％以下的程度为宜。
P：0．08％以下
P和Al同样，是增高电阻率、降低涡流损失的有用成分，但其含量超过0．08％时加工性劣化。因此添加0．08％以下为宜。
Sb：0．08％以下
Sb能有效地改善织构，但超过0．08％时阻碍晶粒长大，因此以0．08％以下为宜。
Sn：0．2％以下
Sn与Sb同样，是改善织构的有用成分，但超过0．2％时阻碍晶粒长大，因此添加0．2％以下为宜。
本发明的无取向性硅钢薄板，满足上述的成分范围，更重要的是，在消除应力退火后于1．5T、50Hz下的相对于轧制方向成垂直方向的导磁率μC和相对轧制方向成45°角方向的导磁率μD分别为μC≥2．5×10-3(H／m)、μD≥1．5×10-3(H／m)。满足这样的μC和μD两个值对于降低变压器的漏磁是必要的，在其中任一方或两方不满足本发明规定值的场合，不能充分减低漏磁。关于这一点，在过去公知的无取向性硅钢薄板中，没有象本发明那样目标为减低漏磁而将导磁率规定在所定值以上。
本发明的无取向性硅钢薄板的制造方法没有特别的限制，例如可举出以下所述的方法。
将按规定的成分范围制备的钢水采用连铸法或铸锭-开坯法制成板坯。接着，将该板坯加热后进行热轧，必要时对热轧板进行退火，然后进行酸洗、第1次冷轧、中间退火、再进行第2次冷轧，精加工到最终板厚。
为得到满足本发明μC值、μD值的钢板，将两次冷轧中的第二次冷轧规定为压下率5-10％的光整冷轧，并且重要的是将轧制速度控制在1000-2000m／分，将轧制时的张力控制在9．8×103-49×103Pa。
本发明的无取向性硅钢薄板，在半处理和全处理的场合均可适用，并与冷轧后的消除应力退火或兼顾消除应力退火的成品退火的条件有关，从减低退火成本出发正在向低温、短时间的方向发展。过去的消除应力退火条件一般为750℃、2小时，但最近出现了采用725℃、1小时的情况。因而希望以725℃、1小时的退火满足上述条件。
实施例
将含有C：同0．0038％、Si：0．58％、Mn：0．32％、Al：0．45％、Sb：0．050％、P：0．05％和Sn：0．1％的钢坯热轧后进行酸洗，再通过插入中间退火的两次冷轧而达到最终制品的板厚。作为光整冷轧的第2次冷轧，使压下率在2-15％，轧制速度在700-2500m／分，轧制时张力为4．9×103-68．6×103Pa的范围内作各种变化。由这些材料冲裁成磁芯尺寸66mm的EI形试片，经725℃、1小时的消除应力退火后，再叠层，焊接，测定制品的磁特性。
另一方面，由同一材料切取L、C、D方向的爱泼斯坦铁损测定试片，经725℃、1小时退火后测定原材料特性。表1示出了在1．5T、50Hz下的EI形铁芯的漏磁和原料导磁率的关系。另外，测定漏磁的方法与图1所示方法相同。
由表1可知，将第2次冷轧作为压下率5-10％、轧制速度1000-2000mpm、轧制张力9．8×103-49×103Pa的光整冷轧，籍此同时满足与轧制方向相垂直方向的导磁率μC≥2．5×10-3(H／m)，成45°角方向的导磁率μD≥1．5×10-3(H／m)，结果EI形铁芯的漏磁BL≤0．30高斯，显著变低。表1
试料No. 光整冷轧条件     原料导磁率μ15/30(×10-3H/m) 漏磁BL15/50(高斯)     备考
压下率(％) 轧制速度(m/min) 轧制张力(Pa) μL μC μD
    1     8     1200  19.6×103 8.8  4.2  3.2     0.20 本发明
    2     9     1500  29.4 × 103 8.0  4.9  4.1     0.18
    3     7     1100  49×103 6.5  4.0  2.8     0.21
    4     6     1600  39.2×103 5.2  3.5  2.8     0.25
    5     8     1900  49×103 4.3  2.9  1.8     0.29
    6     2     1500  4.9×103 9.2  3.2  0.8     0.33 比较例
    7     7     700  68.6×103 3.7  2.3  1.8     0.39
    8     15     2500  29.4×103 2.0  1.1  0.6     0.47
    9     8     1200  4.9×103 6.5  2.2  1.4     0.42
 10     8     1200  68.6×103 8.3  1.8  0.9     0.44
本发明的无取向性硅钢薄板，在用于小型变压器铁芯的场合，与过去相比可显著降低漏磁。
另外，本发明的小型变化器用铁芯及小型变压器具有优良的磁特性。
附图的简要说明
图1(a)是原料的C方向导磁率μC与EI形铁芯的漏磁的关系图。
图1(b)是原料的D方向导磁率μD与EI形铁芯的漏磁的关系图。
图1(c)是原料的L方向导磁率μL与EI形铁芯的漏磁的关系图。
图2是原料的C方向导磁率μC、D方向导磁率μD与EI形铁芯的漏磁的关系图。

Claims (4)

1．漏磁少的小型变压器用无取向性硅钢薄板，其特征在于，该薄板含有C：0．020％(重量)以下、Si：0．1-1．0％(重量)和Mn：0．1-1．0％(重量)，其余部分由Fe和不可避免的杂质组成，使最终冷轧为压下率5-10％的光整冷轧，且控制轧制速度为1000-2000m／分、轧制张力为9．8×103-49×103Pa，至少在725℃×1小时的条件下施行消除应力退火，消除应力退火后在1．5T、50Hz下的相对于轧制方向垂直的方向的导磁率μC和相对于轧制方向成45°角方向的导磁率μD分别为μC≥2．5×10-3(H／m)，μD≥1．5×10-3(H／m)。
2．权利要求1所述的漏磁少的小型变压器用无取向性硅钢薄板，其特征在于，该钢板还含有由Al：1．0％(重量)以下、P：0．08％(重量)以下、Sb：0．08％(重量)以下和Sn：0．2％(重量)以下之中选择的一种或二种以上。
3．使用权利要求1或2所述的无取向性硅钢薄板的小型变压器铁芯。
4．具有使用权利要求1或2所述的无取向性硅钢薄板的铁芯的小型变压器。
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