CN108779509A - 取向性电磁钢板的制造方法及生产设备线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种取向性电磁钢板的制造方法，其能够降低利用电子束辐照进行的磁畴细化材料相互间的铁损波动，可以稳定地获得良好的铁损，该方法包括：在减压区域对完成最终精轧退火的取向性电磁钢板的表面辐照电子束而进行磁畴细化处理时，在送出卷成卷状的所述取向性电磁钢板后加热至50℃以上，接着，使进入所述减压区域时的取向性电磁钢板的温度为低于50℃。

Description

取向性电磁钢板的制造方法及生产设备线
技术领域
本发明涉及适于变压器等的铁芯材料的取向性电磁钢板的制造方法及直接用于该制造方法的生产设备线。
背景技术
取向性电磁钢板主要用作变压器的铁芯，要求其磁化特性优异，特别是铁损低。为此，使钢板中的二次再结晶晶粒高度集中在(110)[001]位向(高斯位向)、降低产品中的杂质是重要的。另外，由于在控制结晶位向、降低杂质方面存在限制，因此专利文献1及2等公开了通过电子束对钢板的表面导入热变形而细分磁畴宽度降低铁损的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－52230号公报
专利文献2：日本特开2012－177149号公报
发明内容
发明所要解决的问题
通过应用这些技术，实现铁损的大幅减少，但比较处于相同磁通密度水平的钢带的铁损时，钢带相互间的波动大，仍残留降低这样的铁损特性波动作为课题。
本发明是鉴于上述现状而开发的，其目的在于提供一种降低利用电子束辐照进行磁畴细化的材料相互间的铁损波动、稳定地获得良好的铁损的方法。用于解决问题的方法
首先，对于利用电子束的辐照将磁畴进行了细分的取向性电磁钢板而言，为了确定铁损的波动的原因及其改善措施而实施了实验，以下进行说明。
＜实验1＞
在加速电压120kV、电流20mA、扫描速度150m/秒、辐照点间隔0.32mm及轧制方向的间隔5mm的条件下，对实施了最终精轧退火的0.30mm厚的取向性电磁钢带(以下，也表示为钢带)进行电子束的辐照。将从最终精轧退火的卷材送出的钢带导入真空槽内，在该真空槽内进行该电子束辐照。此时，钢带的板通过速度在20～200m/分的范围变更，调查了上述真空槽内的压力(以下，表示为真空度)与涉及铁损的板通过速度的关系。需要说明的是，由于铁损值随磁通密度水平而变动，因此对相同的磁通密度水平(B8＝1.93T)的样品进行了评价。
图1示出了板通过速度与真空度的关系。本次多个钢带以相同的板通过速度通过，对此时的真空度的波动也进行了评价。需要说明的是，在图1中，真空度的图中记载的误差条表示标准偏差。
如图1所示，在板通过速度为100m/分以下时，真空度没有大的变化，但在板通过速度超过100m/分时，显示出真空度(压力)增加、真空性降低的倾向。可以认为这是由于来自钢带的带入水分量多，板通过速度加快时，现有的真空泵的能力无法赶上排气。另外，在相同的板通过速度下，真空度也存在波动，可以认为该原因是由于附着于钢带的水分量随各钢带而不同所导致的。作为该附着水分量变动的原因，可以列举最终精轧退火后至电子束辐照的钢带停留期间、停留时期(湿度高的季节或湿度低的季节等)等。需要说明的是，确认了真空度的波动随板通过速度越快而越大的倾向。
接着，图2示出了铁损与板通过速度的关系。需要说明的是，在图2中，铁损的图中记载的误差条表示标准偏差。
如图2所示，在板通过速度为100m/分以下时，铁损没有大的变化，但在超过100m/分时，显示出铁损增加的倾向。而且，确认了铁损的波动随板通过速度越快而越大的倾向。另外可知，即使在相同的板通过速度下，铁损也存在±0.02W/kg以上的波动。这些铁损和板通过速度的关系与真空度和板通过速度的关系一致。
因此可以认为，为了高水平地稳定铁损特性，真空度的控制是重要的，以下，对用于使真空度稳定的方法进行了研究。首先，作为以压力表示的真空度的值增加(压力上升)、真空性降低时铁损特性变差、其波动增大的原因，可以举出电子束辐照气体氛围中的杂质浓度增加。即，可以认为，在该杂质浓度增加时，杂质干扰辐照的电子束的机会增加，达到钢板的电子束的量变得不稳定。因此，为了稳定真空度，使板通过速度恒定是有效的，但为了稳定地实现板连续通过，不可避免地进行增减板通过速度的控制，板通过速度的变动引起的真空度变化成为为了抑制铁损而无法忽视的因素。换言之，为了抑制铁损的波动，抑制真空度的变动是有效的。
＜实验2＞
为了稳定真空度，增大真空泵的排气能力是有效的。然而，真空泵的排气能力的增大会大幅增加成本。如上所述，真空度的波动的原因可以认为是附着于钢板的带入水分的变化，因此对该带入水分量的降低措施进行了研究。具体而言，在从送出卷成卷状的钢带后至到达用于电子束辐照的减压区域(真空槽)之间，进行40～200℃的钢板加热。图3的A及B示出了不同的板通过速度下加热温度与真空度的关系。需要说明的是，对于除钢板加热以外的实验条件，与上述的实验1相同。根据图3可知，通过将钢板加热温度设为50℃以上，真空度的绝对值及波动大幅减小，而与板通过速度无关。
＜实验3＞
接着，对于钢板加热对真空度的波动的减小造成的影响进行了评价。这里，在从送出卷成卷状的钢带后至达到用于电子束辐照的减压区域(真空槽)之间，进行200℃的钢板加热，使板通过速度在20～150m/分的范围变化。除此以外的实验条件与实验1相同。图4示出了真空度与板通过速度的关系。在任一板通过速度下均保持了良好的真空度，相同的速度范围的真空度波动也比未进行钢板加热时(图1)小。
另外，将对于铁损特性与板通过速度的关系进行调查的结果示于图5。关于真空度，虽然在任意的板通过速度范围中绝对值及波动均为良好，然而在板通过速度快的情况下，存在虽然铁损值的波动小，但铁损绝对值变差的倾向。
在板通过速度快的情况下，从钢带加热后至电子束辐照的时间缩短，因此电子束辐照时的钢板温度高于板通过速度慢的情况，由此可以认为该铁损绝对值变差是由射束辐照时的钢板温度变化导致的。
因此，追加调查了铁损变差与电子束辐照时的钢板温度的关系。由于在减压下难以进行热传递(放热)，因此将即将进入减压区域前的温度视为电子束辐照时的温度而进行了调查。
图6示出了即将进入减压区域(真空槽)前的钢板温度与铁损的关系。如图6所示可知，即将进入减压区域前的钢板温度为50℃以上时，存在铁损变差的倾向。即，通过将热变形导入钢板而实现利用电子束进行的磁畴细化。此时，在钢板整体的温度高的情况下，通过利用电子束进行的局部加热使产生的温度分布差减小。可以认为其结果是导入钢板的热变形的量减少，铁损变差。
根据以上的实验结果得到了以下见解：为了高水平稳定电子束辐照材料的铁损特性，进行以下条件下的电子束辐照是重要的。
·在送出卷成卷状的钢带后，将该钢带加热至50℃以上，在到达辐照电子束的减压区域为止尽量去除附着于钢板的水分，抑制带入真空区域的水分量，高水平地稳定真空度。
·为了保持良好的铁损特性，使进入减压区域时的钢板温度低于50℃，充分确保导入热变形时的钢板内部的温度分布差，充分确保通过电子束辐照而导入的热变形量。
本发明是基于上述见解而完成的，其主旨如下。
1.一种取向性电磁钢板的制造方法，该方法包括：在减压区域对完成最终精轧退火的取向性电磁钢板的表面辐照电子束而进行磁畴细化处理时，在送出卷成卷状的所述取向性电磁钢板后加热至50℃以上，接着，使进入所述减压区域时的取向性电磁钢板的温度为低于50℃。
2.根据上述1所述的取向性电磁钢板的制造方法，其中，在对所述完成最终精轧退火的取向性电磁钢板实施了张力涂层后，进行所述磁畴细化处理。
3.一种取向性电磁钢板的生产设备线，其具有：取向性电磁钢板通过内部的真空槽、朝向通过所述真空槽内的取向性电磁钢板设置的电子枪、分别配置于所述真空槽中的所述取向性电磁钢板的入口侧及出口侧的压差室、以及在配置于所述真空槽的入口侧的压差室中的所述取向性电磁钢板的入口侧配置的加热装置。
发明的效果
根据本发明，能够降低利用电子束辐照进行的磁畴细化材料相互间的铁损波动，可以稳定地获得良好的铁损。
附图说明
图1是示出板通过速度与真空度的关系的图表。
图2是示出板通过速度与铁损的关系的图表。
图3是示出加热温度与真空度的关系的图表。
图4是示出板通过速度与真空度的关系的图表。
图5是示出板通过速度与铁损的关系的图表。
图6是示出即将进入减压区域前的钢板温度与铁损的关系的图表。
图7是示出生产设备线的图。
符号说明
1 真空槽
2a、2b 压差室
3 电子枪
4 开卷机
5 卷取机
6 加热装置
具体实施方式
接着，对本发明的取向性电磁钢板的制造条件具体进行说明。
在本发明中，取向性电磁钢板用钢坯的成分组成只要是产生二次再结晶的成分组成即可，没有特别限定。
另外，在使用抑制剂的情况下，例如，在利用AlN系抑制剂的情况下适量含有Al及N即可，另外，在利用MnS·MnSe系抑制剂的情况，适量含有Mn及Se和/或S即可。当然，也可以组合使用两种抑制剂。该情况下的Al、N、S及Se的优选含量分别为Al：0.01～0.065质量％、N：0.005～0.012质量％、S：0.005～0.03质量％、Se：0.005～0.03质量％。需要说明的是，在精加工退火中，Al、N、S及Se被纯化，分别降低至不可避免的杂质的程度的含量。
另外，本发明还能够应用于限制了Al、N、S、Se的含量且不使用抑制剂的取向性电磁钢板。在该情况下，优选Al、N、S及Se的量分别抑制为Al：低于100质量ppm、N：低于50质量ppm、S：低于50质量ppm、Se：低于50质量ppm。
这里，本发明的取向性电磁钢板用钢坯的基本成分及任意添加成分的适当范围如下所述。
C：0.08质量％以下
C(碳)是为了改善热轧板组织而添加的，但超过0.08质量％时，难以在制造工序中将C降低至不发生磁时效的50质量ppm以下，因此优选为0.08质量％以下。需要说明的是，由于即使是不含C的原材料也能够二次再结晶，因此不需要特别设定下限，在为了改善热轧板组织而添加的情况下，优选为0.01质量％以上。需要说明的是，C通过脱碳退火而降低，在产品板中为不可避免的杂质程度的含量。
Si：2.00～8.00质量％
Si(硅)是提高钢的电阻、改善铁损的有效元素，因此优选将含量射为2.00质量％以上。另一方面，在超过8.00质量％时，加工性显著降低，而且磁通密度也降低。因此，Si量优选为2.00～8.00质量％的范围。
Mn：0.005～1.000质量％
Mn(锰)是在使热加工性变得良好所必需的元素，因此优选将含量射为0.005质量％以上。另一方面，在超过1.000质量％时，产品板的磁通密度降低。因此，Mn量优选为0.005～1.0质量％的范围。
除了上述的基本成分以外，作为改善磁特性成分，可以适当含有下以所述的元素。
选自Ni：0.03～1.50质量％、Sn：0.01～1.50质量％、Sb：0.005～1.50质量％、Cu：0.03～3.0质量％、P：0.03～0.50质量％、Mo：0.005～0.10质量％及Cr：0.03～1.50质量％中的至少一种
Ni(镍)是对于改善热轧板组织、提高磁特性有用的元素，优选含有0.03质量％以上。另一方面，在超过1.50质量％时，二次再结晶变得不稳定，磁特性变差。因此，优选Ni量为0.03～1.50质量％的范围。
另外，Sn(锡)、Sb(锑)、Cu(铜)、P(磷)、Cr(铬)及Mo(钼)分别是对提高磁特性有用的元素，优选均添加上述的各成分下限以上的量。另一方面，在超过上述的各成分的上限量时，阻碍二次再结晶粒的生长，因此分别优选以上述的范围含有。
需要说明的是，上述成分以外的剩余部分是在制造工序中混入的不可避免的杂质及Fe。
接着，具有上述的成分组成的钢坯按照通常方法加热并供于热轧。此时，可以在铸造后不加热而立即进行热轧。在薄铸片的情况下，可以进行热轧，也可以省略热轧而直接进入随后的工序。在实施热轧的情况下，优选在粗轧最终道次的轧制温度设为900℃以上、精轧最终道次的轧制温度设为700℃以上的条件下实施。
另外，根据需要实施热轧板退火。此时，为了使高斯组织在产品板中高度发达，作为热轧板退火温度，优选为800～1100℃的范围。即，在热轧板退火温度低于800℃时，热轧中的带状组织残留，难以实现粒度齐整的一次再结晶组织，存在阻碍二次再结晶的生长的隐患。另一方面，热轧板退火温度超过1100℃时，热轧板退火后的粒径变得过于粗大，因此存在极难实现粒度齐整的一次再结晶组织的隐患。
在热轧板退火后，实施了1次冷轧或者其间夹有中间退火的2次以上的冷轧，然后进行一次再结晶退火(脱碳退火)，涂布退火分离剂。在涂布退火分离剂后，为了形成二次再结晶及镁橄榄石被膜，实施最终精轧退火。这里，中间退火温度优选将退火温度设定为800～1150℃，优选将退火时间设定为10～100秒钟左右。一次再结晶退火优选将退火温度设定为750～900℃，将气体氛围氧化性PH2O/PH2设定为0.25～0.60，将退火时间设定为50～300秒钟左右。退火分离剂优选将主成分设为MgO，涂布量设为8～15g/m2。最终精轧退火优选将退火时间设定为1100℃以上，退火时间为30分钟以上。
需要说明的是，优选在最终精轧退火后进行平坦化退火来矫正形状。平坦化退火优选将退火温度设定为750～950℃，退火时间设定为10～200秒钟左右。另外，优选在平坦化退火之前或之后对钢板表面实施绝缘涂层。该绝缘涂层是指为了降低铁损而能够对钢板赋予张力的涂层(以下，称为张力涂层)。作为该张力涂层，可以列举：含有二氧化硅的无机系涂层、基于物理蒸镀法、化学蒸镀法等形成的陶瓷涂层等。
本发明中最重要的在于，将在最终精轧退火后根据需要实施了绝缘涂层且卷成卷状的取向性电磁钢板送出后、或者在对送出的钢板的表面实施了绝缘涂层后，将钢板加热至50℃以上，在至到达用于电子束辐照的减压区域为止去除附着于钢板的成为真空度变动主要原因的水分。该加热温度低于50℃时，难以有效地去除附着水分，无法实现钢板加热所带来的真空度稳定化。另外，从高效地去除附着水分的观点考虑，将钢板保持在50℃以上的时间优选为1.0秒钟以上。
接着，使即将进入减压区域前的钢板温度低于50℃。这是由于，虽然在50℃以上的情况下也能够通过上述的真空度稳定化效果来抑制铁损的波动，但在50℃以上进行电子束辐照时，铁损变差。这是由于，虽然通过电子束辐照进行局部钢板加热产生温度分布差而对钢板导入了热变形，但钢板整体的温度为50℃以上时，温度分布差变小，因此导入的变形量降低。
在从上述的最终精轧退火后的钢板加热至电子束辐照的处理中，可以使用例如图7所示的生产设备线。即，在图7所示的生产设备线中设有上述的减压区域，所述减压区域在真空槽1的钢带S的入口侧及出口侧分别配置了压差室2a及2b。真空槽1具备用于朝向通过该真空槽1内的钢带S辐照电子束的电子枪3。通过从开卷机4(pay-off reel)送出最终精轧退火后的钢带S，并卷取至配置于减压区域的出口侧的卷取机5(tension reel)，使钢带S通过真空槽1内。在该开卷机4与压差室2a之间设置加热装置6，通过该加热装置6将钢带S加热至50℃以上。在加热后的钢带S到达压差室2a的过程中，去除附着于钢板的成为真空度变动的主要原因的水分。
这里，在将钢带S导入压差室2a时，在加热后的钢带S到达压差室2a的过程中对压差室2a与加热装置6的距离、钢带S的板通过速度进行调节，需要如上所述设为低于50℃。另外，向钢板喷吹气体主动地进行冷却的方法是有效的。在该情况下，可以喷吹空气，但是在钢板温度高的情况下存在发生表面氧化的隐患，因此更优选使用Ar、N2等非活性气体。
上述加热装置6的加热方式没有特别限定，可以采用感应加热方式、通电加热方式、电阻加热方式或红外线加热方式等现有公知的方法。另外，对于加热气体氛围也没有特别限定，在大气氛围中实施也没有问题。
需要说明的是，关于钢板加热温度上限，没有特别限定，在设定为200℃以上的情况下，为了以防止铁损变差为目的而使进入减压区域时刻的钢板温度为低于50℃，板通过速度、加热部位受到很大限制，因此优选设定为200℃左右。
关于钢板加热方式，没有特别限定，可以采用感应加热方式、通电加热方式、电阻加热方式、红外线加热方式等现有公知的方法。另外，对于加热气体氛围也没有特别限定，在大气氛围中实施也没有问题。
在本发明中，在上述的钢板加热工序之后实施利用电子束进行的磁畴细化处理。此时的电子束辐照条件可以应用现有公知的辐照条件。例如，加速电压10～200kV、射束电流0.1～100mA、射束扫描速度1～200m/秒、轧制直角方向的辐照点间隔0.01～1.0mm、轧制方向的辐照线间隔1～20mm等。
实施例
通过连续铸造制造钢坯，加热至1410℃后通过热轧制成板厚2.5mm的热轧板，然后在1000℃下实施30秒钟的热轧板退火，所述钢坯含有C：0.07质量％、Si：3.45质量％、Mn：0.050质量％、Ni：0.10质量％、Al：240质量ppm、N：110质量ppm、Se：150质量ppm及S：12质量ppm，余量由Fe及不可避免的杂质的构成。接着，通过冷轧形成2.0mm的中间板厚，在氧化度PH2O/PH2＝0.39、温度：1060℃、时间：100秒钟的条件下实施了中间退火。然后，通过盐酸酸洗去除钢板表面的潜锈(subscale)后，再次实施冷轧，制成板厚0.215mm的冷轧板。接着，实施了在氧化度PH2O/PH2＝0.47、均热温度840℃下保持200秒钟的脱碳退火，然后涂布以MgO为主成分的退火分离剂，在1220℃、100h的条件下实施了以二次再结晶、形成镁橄榄石被膜及纯化为目的的最终精轧退火。然后，涂布由60％的胶体二氧化硅和磷酸铝形成的绝缘涂层，在850℃进行烧结。该涂层涂布处理也兼作平坦化退火。然后，在不同的板通过时刻，在3种辐照条件下使多个卷材通过电子束辐照工序。电子束辐照工序的板通过条件如表1中记载，在到达减压区域前在各种条件下进行了钢板加热。对于真空度的平均值/波动(标准偏差)及铁损的平均值/波动(标准偏差)、磁通密度的评价结果，也示于表1。
对于辐照条件相同的No.1～7而言，根据本发明制造的No.3、4及5在真空度波动小的高真空的条件下制造，因此铁损波动减小，且铁损的平均值水平相对于本发明范围以外的No.1及2得到了良好的结果。需要说明的是，本发明范围以外的No.6及7的真空度波动小，是高真空，因此铁损的波动小，但由于减压区域前的钢板温度高，因此电子束辐照时的钢板温度也升高，铁损的平均值水平变差。
接着，对于辐照条件相同的No.8～13而言，根据本发明制造的No.10、11及12在真空度波动小且高真空的条件下制造，因此铁损波动减小，且铁损的平均值水平相对于本发明范围以外的No.8、9及13得到了良好的结果。
另外，对于辐照条件相同的No.14～19而言，根据本发明制造的No.16在真空度波动小且高真空的条件下制造，因此铁损波动减小，且铁损的平均值水平相对于本发明范围以外的No.14及15得到了良好的结果。需要说明的是，本发明范围以外的No.17、18及19的真空度波动小，是高真空，因此铁损的波动小，但由于减压区域前的钢板温度高，因此电子束辐照时的钢板温度也升高，铁损的平均值水平变差。

Claims (3)

1.一种取向性电磁钢板的制造方法，该方法包括：在减压区域对完成最终精轧退火的取向性电磁钢板的表面辐照电子束而进行磁畴细化处理时，在送出卷成卷状的所述取向性电磁钢板后加热至50℃以上，接着，使进入所述减压区域时的取向性电磁钢板的温度为低于50℃。
2.根据权利要求1所述的取向性电磁钢板的制造方法，其中，在对所述完成最终精轧退火的取向性电磁钢板实施了张力涂层后，进行所述磁畴细化处理。
3.一种取向性电磁钢板的生产设备线，其具有：取向性电磁钢板通过内部的真空槽、朝向通过所述真空槽内的取向性电磁钢板设置的电子枪、分别配置于所述真空槽中的所述取向性电磁钢板的入口侧及出口侧的压差室、以及在配置于所述真空槽的入口侧的压差室中的所述取向性电磁钢板的入口侧配置的加热装置。
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