CN107210109A - 取向性电磁钢板及其制造方法以及变压器噪声特性的预测方法 - Google Patents

取向性电磁钢板及其制造方法以及变压器噪声特性的预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供实机变压器的噪声特性优良的取向性电磁钢板。对于取向性电磁钢板的磁致伸缩特性，将磁致伸缩的速度级：dλ/dt下的加速或减速点在磁致伸缩振动1个周期内设定为4个，并且将磁致伸缩振动的加速区域或减速区域内的相邻的速度变化点的速度级变化量设定为3.0×10‑4秒‑1以下。

Description

取向性电磁钢板及其制造方法以及变压器噪声特性的预测 方法
技术领域
本发明涉及变压器等的铁芯材料中使用的取向性电磁钢板及其制造方法以及变压器噪声特性的预测方法，特别是涉及变压器噪声小的取向性电磁钢板及其制造方法、以及使用该取向性电磁钢板的变压器的噪声特性的预测。
背景技术
变压器(Transformer)在其铁芯(Core)中使用将取向性电磁钢板层叠而得到的铁芯(层叠铁芯)、或者将取向性电磁钢板卷绕而得到的铁芯(卷绕铁芯)是普遍的。作为变压器所要求的重要特性，可以列举：铁损(无负荷损失)特性及励磁电流特性优良。此外，最近，从对设置变压器的周边环境的考虑等出发，噪声特性优良、即噪声低也变得重要。
已知变压器的噪声大大依赖于用于铁芯的电磁钢板的磁致伸缩特性。另外，如非专利文献1中所公开的那样，已知取向性电磁钢板的磁致伸缩特性由钢板所具有的磁通密度B8(磁场的强度800A/m下的磁通密度)决定，B8越高，则磁致伸缩(磁致伸缩振幅)越小。在非专利文献2中公开了通过使用减小了该磁致伸缩振幅的电磁钢板来减小实际的变压器的噪声水平的例子。即，为了制造低噪声变压器，将磁致伸缩振幅小的取向性电磁钢板用于铁芯是普遍的。
除了磁通密度以外，在专利文献1、2和3等中进行了减小磁致伸缩(磁致伸缩振幅λ)的研究。
另外，作为除了磁致伸缩振幅以外对噪声产生影响的磁致伸缩特性，在专利文献4中记载了：关注于磁致伸缩振动的速度波形，对该速度波形进行频率分析并实施听觉补正而得到的参数、即着眼于磁致伸缩的速度成分所具有的高次谐波成分的参数对于减小变压器噪声是有效的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-2334号公报
专利文献2：日本特开2009-231477号公报
专利文献3：日本特开2001-181803号公报
专利文献4：日本特开2009-236904号公报
非专利文献
非专利文献1：IEEE Transactions 8(1972)p.677
非专利文献2：电气学会技术报告第616号“静止器的噪声对策技术的现状及其动向(静止器の騒音対策技術の現状とその動向)”、电气学会、1996年
发明内容
发明所要解决的问题
已知在使用磁通密度B8高的取向性电磁钢板、应用专利文献1～3等中公开的磁致伸缩减小技术而制造的取向性电磁钢板来制造多台变压器的情况下，该变压器的噪声值与B8低的取向性电磁钢板、未应用专利文献1～3等的现有磁致伸缩减小技术的取向性电磁钢板相比，在整体上可以得到低噪声值的变压器。
但是，噪声偏差大等，未必可以得到如期效果。
此外，为了满足近年来的环境重视型的社会中所要求的变压器噪声水平，利用现有技术还不能进行应对。
另外，在利用专利文献4中记载的参数对磁致伸缩特性和变压器噪声进行整理的情况下，即使参数值相同，变压器噪声也经常不同，对于作为变压器噪声低的取向性电磁钢板的选择指标而言是不充分的。
本发明是鉴于上述现状而开发的，其目的在于提出实机变压器的噪声特性优良的取向性电磁钢板并且提出其有利的制造方法。
用于解决问题的方法
发明人在对可以进一步减小实机变压器的噪声的取向性电磁钢板进行研究时，为了找出利用以往的磁致伸缩特性参数不能充分说明变压器噪声的问题的原因而反复进行了研究。结果发现，作为对变压器的噪声特性产生影响的取向性电磁钢板的因素，除了以往已知的磁通密度B8、磁致伸缩振动的速度成分所具有的高次谐波成分以外，磁致伸缩振动的速度变化(加速或减速的频率、程度)比以往已知的参数更显著地对变压器噪声产生影响。
具体而言，查明了：通过将磁致伸缩振动的速度变化行为设定为以下的条件，能够比现有技术更好地减小变压器噪声。
1)在磁致伸缩的速度级：dλ/dt下，加速或减速点在磁致伸缩振动1个周期内为4个
2)磁致伸缩振动的加速区域或减速区域内的速度级的变化以相邻的极大值与极小值之差计为3.0×10-4秒-1以下
另外发现，为了将磁致伸缩振动的速度变化行为限制于上述条件内，对镁橄榄石覆膜和张力涂层的张力进行控制是有效的。
具体而言，如下所述。
1)镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的合计张力的表背差小于0.5MPa
2)镁橄榄石覆膜的张力的表背差为0.5MPa以上
而且，覆膜的张力控制方法如下所述。
1)镁橄榄石覆膜的张力调节手段是对脱碳退火时的钢板表背面的内部氧化层的形成条件、退火分离剂的种类和涂布量、以及在最终完工退火之前进行的电沉积处理中的电沉积量中的至少任意一个进行变更。
2)绝缘涂层的张力调节手段通过变更绝缘涂层的膜厚和/或组成来实施。
以下，对导出该见解的实验结果进行说明。
＜实验1＞
首先，对加速或减速点与变压器噪声的关系进行了调查。在最初的研究中，为了使磁致伸缩特性发生变化，使高次谐波重叠于励磁电压。使用0.27mm的取向性电磁钢板，组装成300kVA的实机变压器，在50Hz、1.7T下评价噪声。图1中示出磁致伸缩振动的速度级的一例。在此，考虑到在重复进行加速或减速的同时进行振动可能成为使噪声增大的原因，对磁致伸缩振动1个周期中的加速或减速点的频率与噪声的关系进行了调查。在频率：50Hz下进行评价，因此，1个周期的间隔为0.02秒。在图中，观察到8个加速或减速点，但在磁致伸缩振动为理想的正弦波的情况下，加速或减速点(dλ/dt＝0)为4个，因此，加速或减速点的最小值为4个。
图2中示出加速或减速点的数量与实机变压器噪声的关系。由此明确了：由于点数的增加，噪声显示出增加的倾向，需要将加速或减速点的数量设定为最小值即4个。
接着，对磁致伸缩振动的加速区域或减速区域中的速度变化的影响进行了调查。在此，作为速度变化的评价参数，对相邻的极大值与极小值之差进行了调查(参照图3)。在此关注的是加速/减速区域内的各自的速度变化，不包含跨越两个区域的情况下的速度变化。
在磁致伸缩波形1个周期中，如图3所示，存在多个极大值和极小值。
进而，将对相邻的极大值与极小值的磁致伸缩的速度级之差(速度级变化量)的最大值与实机变压器噪声的关系进行调查而得到的结果示于图4中。由该图可知，在变化量的最大值为3.0×10-4秒-1以下的情况下，可以得到良好的实机变压器的噪声特性。
在上述实验中，对速度级变化量的最大值与噪声的关系进行了调查，接着，以使最大的速度级变化量为基本相同的3.0×10-4秒-1、但速度级变化点的数量不同的方式，使高次谐波重叠于励磁电压，进一步对速度级变化点数与噪声值的关系进行了调查。速度级变化点为图3所示的星号的位置中以下中的任一点：
1)加速比例从增加变化为减少，
2)加速比例从减少变化为增加，
3)减速比例从增加变化为减少，
4)减速比例从减少变化为增加。
图5中示出对上述调查中得到的速度级变化点的数量与噪声值的关系进行评价而得到的结果，可知，速度级变化量的最大值为约3.0×10-4秒-1时，小于该值的速度变化不会对噪声特性产生大的影响。
由以上的结果明确了：为了改善实机变压器的噪声特性，以下条件是重要的：
5)在磁致伸缩的速度级：dλ/dt下，将加速或减速点在磁致伸缩振动1个周期内设定为4个，
6)在磁致伸缩振动的加速区域或减速区域内，将相邻的速度级变化点的速度级变化量设定为3.0×10-4秒-1以下。
另外，在对改善磁致伸缩特性的手段进行研究的基础上，新的见解明确了：相邻的速度级变化点的速度级变化量中，小的速度级变化量的数量增加的影响对于噪声特性是极轻微的，但另一方面，最大速度级变化量的影响是极大的，因此，重要的是减小最大速度级变化量。
＜实验2＞
接着，进行了控制磁致伸缩特性的具体方法的研究。
首先，一般认为磁致伸缩特性根据覆膜张力而发生变化，因此，对覆膜张力的影响进行了调查。
在利用公知的方法制造的0.23mm厚的脱碳退火板的单侧面上，以0～3mg/m2的范围电沉积Cu，然后，将相对于100质量份MgO配合有5质量份TiO2的退火分离剂以各面为7g/m2涂布到表背面上，干燥后，以10℃/小时的升温速度在1220℃×5小时的条件下进行最终完工退火。然后，除去未反应退火分离剂，将包含60％的胶态二氧化硅和磷酸铝的绝缘涂层以各面为5.0～9.0g/m2涂布到表背面上，在850℃下进行烧结。
磁致伸缩振动可以利用应变计法、激光位移计、激光多普勒振动计来测定，但从简便的观点考虑，在此使用激光多普勒振动计来评价磁致伸缩振动特性。
表1中分别示出了Cu电沉积量、绝缘涂层涂布量、镁橄榄石覆膜的表背张力差、绝缘涂层的表背张力差、磁致伸缩振动1个周期内的加速或减速点、磁致伸缩振动的加速区域或减速区域内的相邻的速度级变化点的速度级变化量。
图6、7中示出了镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的表背张力差与磁致伸缩特性的关系。明确了：对于磁致伸缩振动1个周期内的加速或减速点，镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的表背张力差的影响没有确认到差异，但对相邻的速度级变化点的速度级变化量产生的影响因镁橄榄石覆膜的表背张力差和绝缘涂层的表背张力差而有所不同，镁橄榄石覆膜的表背张力差对磁致伸缩特性改善效果更大。
需要说明的是，绝缘涂层的轧制方向的张力如下计算：在切出轧制直角方向：280mm×轧制方向：30mm的样品后，除去单面的张力涂层，测定其除去前后的钢板翘曲量而得到翘曲量，将该翘曲量用以下的换算式进行张力换算。
换算式
σ：覆膜张力(MPa)
E：钢板的杨氏模量＝143(GPa)
l：翘曲测定长度(mm)
a1：除去前的翘曲量(mm)
a2：除去后的翘曲量(mm)
d：钢板厚度(mm)
对于另一面的覆膜的张力，也使用相同制品的其他样品，通过同样的方法求出。另外，关于镁橄榄石覆膜的轧制方向的张力，在切出轧制直角方向：280mm×轧制方向：30mm的样品后，除去两面的绝缘涂层，测定钢板翘曲量，然后，除去单侧的镁橄榄石覆膜，再次测定翘曲量，将其翘曲量差用换算式进行张力换算。
由以上的测定结果明确了：通过对镁橄榄石覆膜、绝缘涂层都赋予0.5MPa以上的表背面的张力差，磁致伸缩特性得到改善。在表背存在张力差会使钢板产生翘曲。将该钢板放置在平坦的面上时，翘曲被矫正的同时，对整个钢板赋予应力。发明人认为，该应力使磁致伸缩特性朝良好的方向发生变化。
另外，在镁橄榄石覆膜和绝缘涂层中，张力差对磁致伸缩特性产生的影响不同会使磁致伸缩对应力的灵敏度高，因此，在上述的张力评价方法中不能评价的微小的应力分布差等有可能带来影响。
作为对整个钢板赋予应力的方法，有以下说明的方法。一般而言，最终完工退火在将钢板卷绕成卷材状的状态下进行。在退火结束时，发生卷材的曲率半径的量的钢板翘曲。通常，该翘曲在之后的平坦化退火中被消除，但其是使该钢板的翘曲残留的方法。
接着，对利用钢板的翘曲的磁致伸缩特性改善进行了研究。在通过目前为止公知的方法制造的脱碳退火板上，将相对于100质量份MgO配合有5质量份TiO2的退火分离剂以各面为7g/m2涂布到表背面上，干燥后，以10℃/小时的升温速度在1220℃×5小时的条件下进行最终完工退火。然后，除去未反应退火分离剂，将包含60％的胶态二氧化硅和磷酸铝的绝缘涂层以各面为5.0g/m2涂布到表背面上，将烧结温度设定为750～850℃来进行烧结。然后，测定钢板翘曲量，对翘曲量与磁致伸缩特性的关系进行评价。图8、9中示出钢板翘曲量与磁致伸缩特性的关系。
磁致伸缩振动1个周期内的加速或减速点数、相邻的速度级变化点的速度级变化量均朝对噪声不优选的方向使磁致伸缩特性发生变化。发明人对于钢板的翘曲与镁橄榄石覆膜张力、绝缘涂层的倾向不同的原因考虑如下。
通常，钢板被连续卷绕而成为卷材状，因此，钢板的曲率半径并不恒定而是连续地变化。因此，起因于钢板的曲率半径的钢板的翘曲量也一点一点地连续地变化。认为由于该连续的变化而不能对整个钢板赋予均匀的应力，磁致伸缩特性的变化不同。
但是，对钢板的表背赋予张力差而赋予应力有可能导致铁损的大幅劣化，因此，以往并不采用。
发明人对于实验2的样品进行磁测定，对铁损劣化量进行评价。将其结果示于图10，明确了：在使镁橄榄石覆膜、绝缘涂层均产生0.5MPa以上的张力的表背差的情况下，铁损仍然大幅劣化。
对于铁损，镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的应力差的影响是相同的。一般而言，关于对应力的灵敏度，磁致伸缩特性高，因此认为，对于铁损而言，微小的应力分布差等没有影响。
根据以上的结果可以说，从铁损的观点出发，优选没有翘曲量差，从磁致伸缩特性的观点出发，优选具有恒定的翘曲量差。
因此，作为兼顾铁损与磁致伸缩的方法，关于铁损，镁橄榄石覆膜的张力与绝缘涂层的张力的影响相等，关于磁致伸缩特性，影响各不相同，关注于上述方面。
即认为，使镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的合计张力的钢板表背差小于0.5MPa并且在钢板表背使镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的张力平衡发生变化时，在钢板表背对磁致伸缩特性的影响程度不同，因此，磁致伸缩特性可能改善。
＜实验3＞
将利用公知的方法进行至脱碳退火的0.3mm厚度的取向性电磁钢板的脱碳退火板的表背面通过磨削而变更为单位面积氧量：1.2～2.0g/m2后，在湿H2气氛中进行840℃、2分钟的脱碳退火。
然后，将作为退火分离剂的形成MgO：100质量份、TiO2：5质量份的配合比例的退火分离剂以各面为7g/m2涂布到表背面上，实施以10℃/小时的升温速度在1180℃下均热5小时的最终完工退火。然后，除去未反应退火分离剂，将包含60％的胶态二氧化硅和磷酸镁的绝缘涂层以各面为5.0～9.0g/m2涂布到表背面上，在850℃下进行烧结。在此，通过变更单位面积氧量和绝缘涂层单位面积重量的表背面平衡来变更镁橄榄石覆膜和绝缘涂层覆膜的张力。
利用与前述相同的方法，分别测定镁橄榄石覆膜与绝缘涂层合计张力的表背差、镁橄榄石覆膜张力、绝缘涂层张力，对磁致伸缩特性、铁损的关系进行调查。将其结果分别示于图11、12、13中。
合计张力为镁橄榄石覆膜与绝缘涂层之和，因此，在合计张力差为-1.2MPa、镁橄榄石覆膜张力差为0.5MPa的情况下，绝缘涂层的张力差为-1.7MPa。在这种情况下，如所期待的那样，镁橄榄石覆膜的磁致伸缩特性改善效果高，镁橄榄石覆膜张力差以绝对值计为0.5MPa以上时，无论绝缘涂层的张力差为多少，都能够确认到磁致伸缩特性改善(图11、12)。
另一方面，关于铁损，如图13所示，合计的张力差以绝对值计小于0.5MPa时，显示出良好的铁损特性。
由以上实验发现，关于镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的合计张力，只有在设定为其表背差小于0.5MPa、镁橄榄石覆膜张力的表背差为0.5MPa以上的条件的情况下，才能够兼顾铁损与磁致伸缩特性。
综上所述，为了得到减小变压器噪声的磁致伸缩特性，控制以下的方面是重要的。
1)在磁致伸缩的速度级：dλ/dt下，加速或减速点在磁致伸缩振动1个周期内为4个
2)磁致伸缩振动的加速区域或减速区域内的相邻的速度级变化点的速度级变化量为3.0×10-4秒-1以下
3)关于镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的合计张力，其表背差小于0.5MPa
4)镁橄榄石覆膜张力的表背差为0.5MPa以上
即，本发明的主旨构成如下所述。
1.一种取向性电磁钢板，其为在表面具备镁橄榄石覆膜和绝缘涂层的取向性电磁钢板，其特征在于，
上述取向性电磁钢板的磁致伸缩特性满足以下的条件I和II，
上述镁橄榄石覆膜与上述绝缘涂层的合计张力的表背差小于0.5MPa，
上述镁橄榄石覆膜的张力的表背差为0.5MPa以上，
I在磁致伸缩的速度级：dλ/dt下，加速或减速点在磁致伸缩振动1个周期内为4个；
II磁致伸缩振动的加速区域或减速区域内的相邻的磁致伸缩的速度级变化点的速度级变化量为3.0×10-4秒-1以下。
2.一种取向性电磁钢板的制造方法，其为制造上述1所述的取向性电磁钢板的取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，
具有：对钢坯进行热轧而得到热轧板的工序；
根据需要对上述热轧板实施热轧板退火的工序；
然后，对上述热轧板实施一次冷轧或夹着中间退火的两次以上的冷轧而得到具有最终板厚的冷轧板的工序；
然后，对上述冷轧板实施脱碳退火而得到脱碳退火板的工序；
然后，在上述脱碳退火板的表面上涂布以MgO为主要成分的退火分离剂，然后，进行最终完工退火而得到形成有上述镁橄榄石覆膜的最终完工退火板的工序；以及
然后，在上述最终完工退火板上涂布绝缘涂层处理液，然后，实施兼作烧结的平坦化退火而形成上述绝缘涂层的工序，
在形成上述镁橄榄石覆膜和上述绝缘涂层时，将上述镁橄榄石覆膜与上述绝缘涂层的合计张力的表背差调节为小于0.5MPa，将上述镁橄榄石覆膜的张力的表背差调节为0.5MPa以上。
3.如上述2所述的取向性电磁钢板的制造方法，其中，通过选自上述脱碳退火时的钢板表背面的内部氧化层的形成条件的变更、上述退火分离剂的种类的变更和涂布量的变更、以及在上述最终完工退火之前进行的电沉积处理中的电沉积量的变更中的至少一个变更来进行上述镁橄榄石覆膜的张力的调节。
4.如上述2或3所述的取向性电磁钢板的制造方法，其中，通过上述绝缘涂层的膜厚和/或组成的变更来进行上述绝缘涂层的张力的调节。
5.一种变压器噪声特性的预测方法，其为对使用在表面具备镁橄榄石覆膜和绝缘涂层的取向性电磁钢板的变压器的噪声特性进行预测的方法，其特征在于，使用该变压器的以下所示的磁致伸缩特性III和磁致伸缩特性VI，
磁致伸缩特性III：磁致伸缩的速度级：dλ/dt下的加速或减速点的磁致伸缩振动1个周期内的数量
磁致伸缩特性VI：磁致伸缩振动的加速区域或减速区域内的相邻的磁致伸缩的速度级变化点的速度级变化量。
发明效果
根据本发明，能够制造实机变压器的噪声特性更优良的取向性电磁钢板。另外，根据本发明，能够精度良好地对使用在表面具备镁橄榄石覆膜和绝缘涂层的取向性电磁钢板的变压器的噪声特性进行测定。
附图说明
图1是表示磁致伸缩振动的速度级的一例的图。
图2是表示加速或减速点的数量与实机变压器噪声的关系的图。
图3是表示磁致伸缩振动的相邻的速度级变化点的速度级变化量的图。
图4是表示速度级变化量的最大值与噪声的关系的图。
图5是表示加速或减速点的数量与实机变压器噪声的关系的图。
图6是表示覆膜张力差与磁致伸缩特性(磁致伸缩振动1个周期内的加速或减速点数)的关系的图。
图7是表示覆膜张力差与磁致伸缩特性(相邻的速度级变化点的速度级变化量)的关系的图。
图8是表示钢板翘曲量与磁致伸缩特性(磁致伸缩振动1个周期内的加速或减速点数)的关系的图。
图9是表示钢板翘曲量与磁致伸缩特性(相邻的速度级变化点的速度级变化量)的关系的图。
图10是表示对实验2的样品进行磁测定并评价铁损劣化量而得到的结果的图。
图11是表示各种镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的合计张力的表背差(合计差)中的、镁橄榄石覆膜的张力差与磁致伸缩特性(相邻的速度级变化点的速度级变化量)的关系的图。
图12是表示各种镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的合计张力的表背差(合计差)中的、镁橄榄石覆膜的张力差与磁致伸缩特性(磁致伸缩振动1个周期内的加速或减速点数)的关系的图。
图13是表示各种镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的合计张力的表背差(合计差)中的、镁橄榄石覆膜的张力差与铁损的关系的图。
具体实施方式
以下，对本发明进行具体说明。
首先，对于本发明的构成条件的限定理由进行说明。
1)已经明确：对于实机变压器的噪声，磁致伸缩振动的速度变化比以往已知的参数更显著地产生大的影响。
虽然理由尚不明确，但推测，为了在重复进行加速或减速的同时进行钢板伸缩运动，需要更大的能量，因此，该伸缩能量增大成为噪声增大的原因。
在此，在本发明中，在磁致伸缩的速度级：dλ/dt下，加速或减速点、即速度变化极大的加速或减速的产生次数在磁致伸缩振动1个周期内限定为即使在理想的正弦波磁致伸缩振动也会发生的最小值4次。另外，对于加速区域或减速区域内的相邻的速度级变化点的速度级变化量，也优选较小，限定为3.0×10-4秒-1以下。
需要说明的是，速度级变化量越小越好，但在工业上优选为约1.0×10-5秒-1以上。
2)优选将钢板表背的轧制方向上的镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的合计张力的表背差设定为小于0.5MPa，另一方面，将镁橄榄石覆膜的张力的表背差设定为0.5MPa以上。需要说明的是，在本发明中，称为张力的表背差的情况是指钢板的表面的张力与钢板的背面的张力之差的绝对值。
需要说明的是，镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的合计张力的表背差的下限并没有特别限制，在工业上优选为约0.1MPa。另外，镁橄榄石覆膜与绝缘涂层的各自的表背张力差的上限并没有特别限制，在工业上优选为约10MPa。
在此，将钢板两面的镁橄榄石覆膜张力和绝缘涂层的合计张力差限定为小于0.5MPa是因为，翘曲量变大时，由于导入的应力而使铁损劣化。另一方面，将镁橄榄石覆膜的张力的表背差限定为0.5MPa以上是因为，通过使镁橄榄石覆膜的张力在钢板的表背产生差异，磁致伸缩特性大幅改善。
另外，将钢板整体的张力的表背差设定为小于0.5MPa可以通过对镁橄榄石覆膜张力少的一侧赋予更高的绝缘覆膜张力来实现。认为在使镁橄榄石覆膜的张力高的面与绝缘覆膜的张力高的面相反的情况下，由镁橄榄石覆膜产生的翘曲的方向与由张力覆膜产生的翘曲的方向正相反，各自的磁致伸缩特性改善效果相互抵消。但是，各自的改善效果程度不同，因此，即使在相互抵消后，由镁橄榄石覆膜产生的磁致伸缩改善效果也会残留，因此磁致伸缩特性改善。
接着，对镁橄榄石覆膜张力和绝缘覆膜张力的张力变更手段进行说明。关于这些方法，使用日本特开2009-235472、日本特开2009-235473等中记载的以往公知的方法即可。
首先，对镁橄榄石覆膜张力的控制方法进行说明。原材料是利用通常的方法制造的取向性电磁钢板的冷轧板。对于原材料成分、最终冷轧之前的制造条件，并没有特别限定，利用以往公知的方法进行即可。接着，对冷轧板实施脱碳退火而制成脱碳退火板后，在该脱碳退火板的表面上涂布以MgO为主体的退火分离剂，然后，实施最终完工退火而形成镁橄榄石覆膜。为了在钢板的表背面变更镁橄榄石覆膜的张力，通过以下的任一方法，在表背面使覆膜性状发生变更。
首先，在前处理中进行磨削的情况下，以在表背面中磨削量不同的方式进行磨削。通常，以残留单位面积氧量计设定为0.2g/m2以下，优选对单面更剧烈地进行磨削，使得残留单位面积氧量在表背面赋予0.05g/m2以上的差。另外，在前处理中进行电沉积处理的情况下，可以利用电沉积量赋予张力的表背差。作为电沉积物，例如如日本特开平9-87744中所公开的、将Cu、Ni、Co和Sn等金属以在表背面对电沉积量赋予0.2mg/m2以上的差的方式以较高的量对卷材弯曲内面侧进行电沉积。需要说明的是，这样的电沉积处理不仅在脱碳退火前进行，而且也可以在脱碳退火后进行。
此外，在本发明中，作为退火分离剂，使用以MgO为主体的分离剂。此时，作为公知的添加物，可以使用包含Ti、Sb、Mg、Ca、Sr、Sn、B、Na、K、Cl、F、Br等元素的化合物。
在此，为了在表背面改变镁橄榄石覆膜张力，也可以利用这些添加物。即，以这些添加物量在表背面不同的方式进行添加时，镁橄榄石覆膜张力也随之发生变化。作为赋予张力的表背差的条件，根据添加物的种类而有所不同，若为Ti、Sb、Mg、Ca、Sr、Sn，则优选形成以该金属换算计每MgO：100质量份中为约0.2质量份的差异，另外若为B、Na、K、Cl、F、Br，则优选形成每MgO：100质量份中为0.001质量份以上的差异。
接着，对绝缘涂层的张力的控制方法进行说明。原材料是通过卷材退火使其二次再结晶而得到的取向性电磁钢板的最终完工退火板。对于原材料成分，并没有特别限定。最终完工退火通常以持续数天这样的长时间来进行，因此，在卷绕成卷材的状态下直接进行退火是通用的方法，在本发明中也优选像以往那样通过该方法来进行。
将该完工退火完成后的卷材在涂布绝缘涂层处理液之前利用水洗、磷酸酸洗对表面进行清洁化，这也可以是以往那样的方法。然后，涂布绝缘涂层处理液。作为涂层，可以是以往的张力赋予型的涂层，但使提高了镁橄榄石覆膜张力的面的相反面的绝缘涂层张力提高是本发明的要点。
在此，示出优选的张力赋予型的涂层时，如下所述。通常，最经常使用的涂层为磷酸盐-二氧化硅系的涂层，但此时，作为涂层成分，优选以固体成分比率计相对于胶态二氧化硅20质量份配合约10质量份～约80质量份的选自Al、Mg、Ca、Fe和Mn等的磷酸盐中的一种或两种以上。
磷酸盐的比例过少时，耐吸湿性不充分，另一方面，过多时，胶态二氧化硅相对地减少，因此张力降低，铁损降低效果减小。另外，为了改善吸湿性，也可以在其中配合合计为3～20质量份的铬酸酐和/或铬酸化合物。进一步配合二氧化硅、氧化铝等无机矿物粒子(粉末等)时，耐粘附性得到改善，因此，也可以使用这些物质。为了不降低占空系数，配合量最大优选设定为约1质量份。
另外，最近，作为环境和谐型的涂层，也开发了不使用铬的技术，但在使用该技术的情况下，配合Mg、Al、Fe、Bi、Co、Mn、Zn、Ca、Ba、Sr和Ni等的金属硫酸盐、氯化物、胶态氧化物和硼酸盐等来代替铬酸酐、铬酸化合物。配合量优选设定为合计约3质量份～约30质量份。
在本发明中，作为绝缘涂层的张力的变更手段，有绝缘涂层的膜厚和/或组成的变更、即改变涂层的涂布量的方法、变更涂层的种类的方法等。关于涂层涂布量，以往以每单面为2～8g/m2、两面合计为4～16g/m2的程度进行涂布，但即使在改变涂布量的情况下，两面合计也优选设定为与此相同。过多时，占空系数降低，磁特性劣化，过少时，张力降低，仍然得不到良好的磁特性。
另外，作为变更涂层的种类的方法，有例如像“IEEE Transactions onMagnetics,Vol.Mag-15,No.6,November 1979”中公开的那样变更磷酸盐的种类、或者变更涂层的配比的方法。然后，在涂布涂层并干燥后，进行兼作烧结的平坦化退火。此时，重要的是控制退火温度、对钢板赋予的张力而尽量不残留由完工退火引起的卷材弯曲。这是因为，该卷材弯曲残留时，即使控制镁橄榄石覆膜、绝缘涂层的张力而使其在本发明的范围内，也不能得到期望的磁致伸缩特性。需要说明的是，在通过本发明的张力控制得到期望的磁致伸缩特性的情况下，卷材弯曲的影响是可以忽视的水平。
另外，在本发明中，通过使用在磁致伸缩的速度级：dλ/dt下加速或减速点、即在磁致伸缩振动1个周期内速度变化极大的加速或减速的产生次数(磁致伸缩特性III)以及在加速区域或减速区域内的相邻的速度级变化点的速度级变化量(磁致伸缩特性VI)，能够预测使用取向性电磁钢板的变压器的噪声特性。
以下，对加速或减速点测定方法的一例进行说明。
首先，为了使磁致伸缩特性发生变化，使高次谐波重叠于励磁电压。例如，使用0.27mm厚的取向性电磁钢板，组装成300kVA的实机变压器，在50Hz、1.7T下测定噪声。而且，对磁致伸缩振动1个周期中的加速或减速点的频率进行计数时，可以求出加速或减速点(磁致伸缩特性III)。需要说明的是，磁致伸缩振动可以利用应变计法、激光位移计、激光多普勒振动计来测定，但从简便的观点出发，在本发明中优选使用激光多普勒振动计来评价磁致伸缩振动特性。
接着，对于求出加速区域或减速区域内的相邻的速度级变化点的速度级变化量的方法进行说明。
本发明中，作为速度变化的评价参数，对相邻的极大值与极小值之差进行调查。在此关注的是加速/减速区域内的各自的速度变化，不包含跨越两个区域的情况下的速度变化。
在磁致伸缩波形1个周期中，如上述图3所示存在多个极大值和极小值。
进一步对相邻的极大值与极小值的磁致伸缩的速度级之差(速度级变化量)的最大值进行调查，由此，可以求出本发明中的、加速区域或减速区域内的相邻的速度级变化点的速度级变化量(磁致伸缩特性VI)。
需要说明的是，速度变化点为图3所示的星号的位置中以下中的任一点。
1)加速比例从增加变化为减少，
2)加速比例从减少变化为增加，
3)减速比例从增加变化为减少，
4)减速比例从减少变化为增加。
如上所述，通过测定磁致伸缩振动的速度变化行为，求出上述加速或减速的产生次数和上述速度级变化量，确认加速或减速的产生次数(磁致伸缩特性III)的情况是否为4次、或者速度级变化量(磁致伸缩特性VI)的情况是否满足3.0×10-4秒-1以下。
在磁致伸缩特性III和磁致伸缩特性VI都满足上述条件(即，磁致伸缩特性III为4次，磁致伸缩特性VI为3.0×10-4秒-1以下)的情况下，变压器的噪声特性良好。
实施例
(实施例1)
使用利用公知的方法进行至脱碳退火的0.3mm厚度的成分不同的多个取向性电磁钢板的脱碳退火板(将原材料A、B：成分组成示于表2中。需要说明的是，表中的％表示质量％，ppm表示质量ppm，余量为Fe和不可避免的杂质)，将脱碳退火板的表背面分别通过磨削而使单位面积氧量变更为0.9～2.0g/m2，然后，在表背面上分别以0～0.4mg/m2的范围电沉积Ni，在湿H2气氛中进行860℃、2分钟的脱碳退火。
然后，将作为退火分离剂的形成MgO：100质量份、TiO2：5质量份的配合比例的退火分离剂以各面为8g/m2涂布到表背面上，实施以10℃/小时的升温速度在1200℃下均热5小时的最终完工退火。
接着，除去剩余的退火分离剂，将表背上的绝缘覆膜的种类如表3所示进行变更。表3中记载的“磷酸镁”是指形成磷酸镁：50质量％、胶态二氧化硅：40质量％、铬酸酐：9.5质量％、二氧化硅粉末：0.5质量％的配合比例的绝缘涂层处理液。另外，表3中记载的“磷酸铝”是指形成磷酸铝：50质量％、胶态二氧化硅：40质量％、铬酸酐：9.5质量％、二氧化硅粉末：0.5质量％的配合比例的绝缘涂层处理液。将这些处理液按照以干燥质量计单面分别为5～8g/m2的方式进行涂布，在300℃下干燥1分钟后，在干N2气氛中在850℃、2分钟、赋予张力为13MPa的条件下进行平坦化退火，制成取向性电磁钢板。
测定这样得到的取向性电磁钢板的磁特性和磁致伸缩特性，并且求出钢板两面的镁橄榄石覆膜、绝缘张力、其合计张力的差。进而，制成以该电磁钢板作为原材料的1000kVA的变压器，评价1.5T/60Hz的噪声特性。
将单位面积氧量等制造条件的详细、钢板张力、以及铁损、磁致伸缩特性示于表3中。需要说明的是，表中的张力差是指张力的表背差的实际值，在与本发明的张力的表背差的规定进行比较时，以绝对值进行比较。
将以往的无张力差的No.1、No.6进行比较来说明原材料A、B的特征时，原材料B与原材料A相比，磁致伸缩特性参数大，并且铁损特性也差。因此，对于以往被认为对磁致伸缩特性、铁损产生影响的张力以外的参数(磁通密度、晶体取向等)，原材料A是更良好的值，应用本技术之前的磁特性和磁致伸缩特性可以说原材料A是更优良的。
从该表可知，在本发明范围内的No.3、No.5中，兼顾了变压器噪声的减小化和铁损的降低化。另一方面，对于样品No.7而言，覆膜张力在本发明的范围内，与发明范围外的情况相比，虽然磁致伸缩特性得到一些改善，但原本的磁致伸缩特性(样品No.6)差，磁致伸缩特性没有改善至使噪声特性达到良好的程度。
(实施例2)
使用利用公知的方法进行至脱碳退火的0.23mm厚度的成分不同的多个取向性电磁钢板的脱碳退火板(将原材料C、D：成分组成示于表4中。需要说明的是，表中的％表示质量％，ppm表示质量ppm，余量为Fe和不可避免的杂质)，将作为退火分离剂的形成MgO：100质量份、TiO2：4.5质量份的配合比例的退火分离剂以各面为8g/m2涂布到表背面上，然后，将硼酸钠的水溶液喷涂到表面和背面上，以使得相对于MgO：100质量份、B和Na分别为0～0.03质量份的方式进行调节，对两面进行涂布。然后，实施以120℃/小时的升温速度在1200℃下均热20小时的最终完工退火。
接着，除去剩余的退火分离剂，将形成磷酸镁：50质量％、胶态二氧化硅：40质量％、铬酸酐：9.5质量％、二氧化硅粉末：0.5质量％的配合比例的绝缘涂层处理液按照以干燥质量计单面分别为5～10g/m2的方式进行涂布。进一步在250℃下干燥1分钟后，在干N2气氛中在820℃、2分钟、赋予张力为15MPa的条件下进行平坦化退火，制成取向性电磁钢板。
测定这样得到的取向性电磁钢板的磁特性和磁致伸缩特性，并且求出钢板两面的镁橄榄石覆膜、绝缘张力、其合计张力的差。进而，制成以该电磁钢板作为原材料的750kVA的变压器，评价1.6T/60Hz的噪声特性。
将相对于MgO：100质量份的B量和Na量等覆膜赋予条件的详细、钢板张力、以及铁损、磁致伸缩特性示于表5中。需要说明的是，表中的张力差是指张力的表背差的实际值，在与本发明的张力的表背差的规定进行比较时，以绝对值进行比较。
与实施例1同样地可知，将以往的无张力差的No.1、No.6进行比较来说明原材料C、D的特征时，原材料D与原材料C相比，磁致伸缩特性参数大，并且铁损特性也差。因此，对于以往被认为对磁致伸缩特性、铁损产生影响的张力以外的参数(磁通密度、晶体取向等)，原材料C是更适合的值，应用本技术之前的磁特性和磁致伸缩特性可以说原材料C更优良。
从该表可知，在本发明范围内的No.3、No.5中，兼顾了变压器噪声和铁损。另一方面，对于样品No.7而言，覆膜张力在本发明的范围内，与发明范围外的情况相比，虽然磁致伸缩特性得到一些改善，但原本的磁致伸缩特性(样品No.6)差，磁致伸缩特性没有改善至使噪声特性达到良好的程度。
另外可知，如No.8那样使镁橄榄石覆膜和绝缘涂层的张力高的面相同时，由镁橄榄石覆膜和绝缘涂层带来的磁致伸缩改善效果不会被抵消，因此得到了改善噪声水平的磁致伸缩特性，但在这种情况下，钢板产生翘曲，因此，铁损特性大幅劣化，没有兼顾磁致伸缩与铁损。

Claims (5)

1.一种取向性电磁钢板，其为在表面具备镁橄榄石覆膜和绝缘涂层的取向性电磁钢板，其特征在于，
所述取向性电磁钢板的磁致伸缩特性满足以下的条件I和II，
所述镁橄榄石覆膜与所述绝缘涂层的合计张力的表背差小于0.5MPa，
所述镁橄榄石覆膜的张力的表背差为0.5MPa以上，
I在磁致伸缩的速度级：dλ/dt下，加速或减速点在磁致伸缩振动1个周期内为4个；
II磁致伸缩振动的加速区域或减速区域内的相邻的磁致伸缩的速度级变化点的速度级变化量为3.0×10-4秒-1以下。
2.一种取向性电磁钢板的制造方法，其为制造权利要求1所述的取向性电磁钢板的取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，
具有：对钢坯进行热轧而得到热轧板的工序；
根据需要对所述热轧板实施热轧板退火的工序；
然后，对所述热轧板实施一次冷轧或夹着中间退火的两次以上的冷轧而得到具有最终板厚的冷轧板的工序；
然后，对所述冷轧板实施脱碳退火而得到脱碳退火板的工序；
然后，在所述脱碳退火板的表面上涂布以MgO为主要成分的退火分离剂，然后，进行最终完工退火而得到形成有所述镁橄榄石覆膜的最终完工退火板的工序；以及
然后，在所述最终完工退火板上涂布绝缘涂层处理液，然后，实施兼作烧结的平坦化退火而形成所述绝缘涂层的工序，
在形成所述镁橄榄石覆膜和所述绝缘涂层时，将所述镁橄榄石覆膜与所述绝缘涂层的合计张力的表背差调节为小于0.5MPa，将所述镁橄榄石覆膜的张力的表背差调节为0.5MPa以上。
3.如权利要求2所述的取向性电磁钢板的制造方法，其中，通过选自所述脱碳退火时的钢板表背面的内部氧化层的形成条件的变更、所述退火分离剂的种类的变更和涂布量的变更、以及在所述最终完工退火之前进行的电沉积处理中的电沉积量的变更中的至少一个变更来进行所述镁橄榄石覆膜的张力的调节。
4.如权利要求2或3所述的取向性电磁钢板的制造方法，其中，通过所述绝缘涂层的膜厚和/或组成的变更来进行所述绝缘涂层的张力的调节。
5.一种变压器噪声特性的预测方法，其为对使用在表面具备镁橄榄石覆膜和绝缘涂层的取向性电磁钢板的变压器的噪声特性进行预测的方法，其特征在于，使用该变压器的以下所示的磁致伸缩特性III和磁致伸缩特性VI，
磁致伸缩特性III：磁致伸缩的速度级：dλ/dt下的加速或减速点的磁致伸缩振动1个周期内的数量
磁致伸缩特性VI：磁致伸缩振动的加速区域或减速区域内的相邻的磁致伸缩的速度级变化点的速度级变化量。
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