CN110352255B - 方向性电磁钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，具有闭合磁畴，所述闭合磁畴局部地具有不连续区域，且所述闭合磁畴在相对于钢板的轧制垂直方向而言为30°以内的方向上延伸，所述钢板的一方的面中的所述不连续区域中的闭合磁畴的重叠部的轧制垂直方向的长度α长于所述钢板另一方的面中的所述重叠部的轧制垂直方向的长度β，所述长度α满足0.5≤α≤5.0，所述长度β满足0.2α≤β≤0.8α，由此，对于通过多个照射装置实施磁畴细化处理时所不可避免地产生的不连续区域而言，能够抑制铁损和磁致伸缩特性的劣化。

Description

方向性电磁钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及方向性电磁钢板及其制造方法，尤其是涉及适合用于变压器的铁芯材料的方向性电磁钢板及其制造方法。
背景技术
就使用方向性电磁钢板的变压器而言，要求其为低铁损和低噪音。在此，为了降低变压器的铁损，降低方向性电磁钢板自身的铁损是有效的，作为用于实现该目的的技术之一，存在通过对钢板表面照射激光束、等离子束、电子束等从而将磁畴细化的技术。例如，专利文献1提出了下述技术：对最终制品板照射激光束，向钢板表层导入高位错密度区域而使磁畴宽度变窄，由此减少钢板的铁损。另外，专利文献2记载了下述技术：在利用电子束照射而在与方向性电磁钢板的轧制方向交叉的方向上以点序列方式引入热应变时，优化照射点间隔、照射能量，由此减少铁损。上述技术不仅将主磁畴细化，而且在钢板内部形成被称作闭合磁畴的新的磁畴结构，从而实现低铁损。
然而，当钢板内部的闭合磁畴增大时，存在将该钢板装入变压器中时会产生噪音的问题。其原因在于，闭合磁畴的磁矩朝向与轧制方向正交的面内，因此伴随着在方向性电磁钢板的励磁过程中其方向改变为朝向轧制方向，从而产生了磁力应变(磁致伸缩)。因此，为了同时实现低铁损和低噪音，需要对利用磁畴细化所新形成的闭合磁畴进行优化。
在此，作为改善铁损和噪音这两个特性的技术，专利文献3记载了下述技术：以点状照射电子束而实施磁畴细化处理的情况下，根据电子束的输出来控制每个点的滞留时间t与点间隔X的关系，由此提供具有优异的铁损特性及噪音特性的方向性电磁钢板。专利文献4记载了在利用电子束照射进行的磁畴细化处理中，对热应变引入区域的直径A与照射间距B的关系进行优化的技术。另外，专利文献5记载了利用电子束法对闭合磁畴的轧制方向宽度、板厚方向深度、轧制方向导入间隔进行优化的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭57-2252号公报
专利文献2：日本特开2012-036450号公报
专利文献3：日本特开2012-172191号公报
专利文献4：日本特开2012-036445号公报
专利文献5：国际公开第2014/068962号
专利文献6：国际公开第2015/111434号
发明内容
发明所要解决的课题
然而，对钢板表面照射上述激光束、电子束等高能量光束的情况下，光束扫描速度、光束扫描宽度受到各种因素的制约，多数情况是难以利用1台装置来对卷材的整个表面实施磁畴细化处理。这种情况下，通过沿卷材的板宽度方向排列多台照射装置、使来自各装置的光束照射在卷材的板宽度方向上相连，由此实现在卷材的整个宽度上的光束照射。然而，使用这样的多台照射装置的情况下，在各个光束照射装置所覆盖的照射区域的边界部会产生闭合磁畴的“不连续区域”。在此，相邻的电子束的照射区域重合的情况下，看上去是连续的闭合磁畴。然而，重合的部分与利用一个电子枪连续照射的部分的能量导入量是不同的，因此，闭合磁畴结构的连续性被切断。由此，本发明中，也将该相邻的电子束的照射区域重合的闭合磁畴部分与闭合磁畴未直接重合的部分一并定义为“不连续区域”。
由于在该不连续区域的周边，钢板的磁畴结构变得不均匀，因此同时实现变压器的低铁损和低噪音变得更加困难。另外，上述闭合磁畴所涉及的技术均着眼于不连续区域以外的区域，这些技术不能直接应用于不连续区域的周边。
在此，作为着眼于不连续区域的周边的现有技术，存在专利文献6所记载的技术。专利文献6公开了通过对不连续区域的TD方向(板宽度方向)的重叠宽度进行优化从而实现钢板的低铁损的技术。然而，若应用专利文献6的技术，虽然实现了钢板的低铁损，但由于仅是沿重叠方向控制各电子枪的照射区域，电子枪的照射面和非照射面中的重叠宽度并未改变，对于对应变的影响更敏感的磁致伸缩特性而言，相比于不包含不连续区域的区域而言变得劣化。另外，尽管抑制了铁损的劣化量，但仍然存在对于不包含不连续区域的区域而言未必铁损特性均相同的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的特别在于提供如下的方向性电磁钢板及其制造方法，其中，利用多个照射装置实施磁畴细化处理时所不可避免地产生的不连续区域中的、铁损和磁致伸缩特性的劣化均被抑制。
用于解决课题的手段
已知对铁损及磁致伸缩特性带来影响的是利用光束照射所引入的对钢板的应变分布。本申请的发明人发现，作为评价该应变分布的指标，对受光束照射的钢板表面与不照射光束的背面中的磁畴不连续区域进行对比是适合的。另外，本申请的发明人发现，由于在不连续区域的周边与其以外的部分中，适当的闭合磁畴状态不同、即在不连续区域的周边与其以外的部分中的适当的光束照射条件不同，从而板厚方向的闭合磁畴的形态也各不相同。
为了使不连续区域的周边的铁损及磁致伸缩特性与并非不连续区域的区域(连续区域)成为同等水平，必需的构成如下所示。
1)方向性电磁钢板，其中，在作为与轧制方向正交的方向的TD方向上存在闭合磁畴的不连续区域，光束照射面与光束非照射面的闭合磁畴的TD方向重叠区域(overlappingmargin)满足以下的式(1)及式(2)。
0.5≤α≤5.0...(1)
0.2α≤β≤0.8α...(2)
在此，α为光束照射面中的彼此相邻的闭合磁畴的TD方向上长度的重叠宽度(以下，本发明中α的单位为mm)，β为光束非照射面中的彼此相邻的闭合磁畴的TD方向上长度的重叠宽度(以下，本发明中β的单位为mm)。
2)通过设置多个高能量光束照射装置(多个激光束照射装置或多个电子束照射装置)而向钢板表面实施热能导入时，通过依据光束的偏转而改变用于进行各照射装置的光束聚焦调节的参数中的至少1个参数，从而实施光束照射面·非照射面的闭合磁畴的状态的控制。
3)代替上述2)、或在2)的基础上，在通过设置多个高能量光束照射装置向钢板表面实施热能导入时，通过依据光束的偏转而改变用于进行各照射装置的光束聚焦调节的参数中的至少1个参数，从而实施光束照射面·非照射面的闭合磁畴的状态的控制。
上述α及β能通过磁观察器(magnet viewer，其能够利用磁性胶体来使磁畴图案可视化)来求得。图1及图2为示出磁畴观察结果的示意图。本发明中，将以分割主磁畴这样的方式存在的区域定义为闭合磁畴(图1中，以1～3示出)。另外，将在相邻电子束的照射区域中形成的闭合磁畴定义为相邻闭合磁畴(图1中，以2及3示出)。如图1所示，相邻闭合磁畴的重叠宽度为正(重叠)的情况下，是指不存在主磁畴未被闭合磁畴分割的区域。需要说明的是，如图2所示，相邻闭合磁畴的重叠宽度为负(未重叠)的情况下，表示存在主磁畴未被闭合磁畴分割的区域。
此外，本发明的重叠宽度α是指钢板的照射面(本发明中，也称为一方的面)中的相邻磁畴的重叠部在轧制垂直方向上的长度，图1中以α及β示出。另外，本发明的重叠宽度β是指对应于上述α的在钢板的非照射面(本发明中，也称为另一方的面)中的重叠部在轧制垂直方向上的长度。需要说明的是，α及β均为相邻磁畴中、更为接近的(窄)的一方的重叠部在轧制垂直方向上的长度。另外，相邻磁畴以相同宽度接近的情况下，则当然采用该数值。
接下来，对得到本发明的经过进行详细说明。
<实验1>
首先，使用多台电子束照射装置对市售的方向性电磁钢板(0.25mm厚)分别以下述照射条件No.1(光束电流：4mA)～No.9(光束电流：20mA)来实施磁畴细化处理，所述照射条件No.1(光束电流：4mA)～No.9(光束电流：20mA)为：照射线间隔：4.0mm，加速电压：100kV，扫描速度：70m/sec，光束电流：在4～20mA的范围内每次以2mA进行改变。
从上述卷材分别采集包含不连续区域的宽度100mm×长度300mm的试验材料及不包含不连续区域的宽度100mm×长度300mm的试验材料，通过JIS C 2556规定的单板磁特性试验来评价磁特性。就作为另一个重要特性的磁致伸缩而言，使用激光多普勒测振仪来计测钢板的收缩运动，依照川崎制铁技报Vol.29No.3pp.164-168(1997)记载的方法、以被称作磁致伸缩振动加速度水平的指标来进行评价。在此，对100～2000Hz为止的磁致伸缩高次谐波分量进行积分，将磁致伸缩测定时的最大磁通密度设为1.5T(其与最大磁通密度1.3～1.8T的变压器噪音的相关性最高)。
图3示出了上述铁损特性的评价结果。另外，图4示出了上述磁致伸缩特性的评价结果。
如图3所示，不存在不连续区域及存在不连续区域的试验材料中，显示出良好的铁损特性的照射条件不同，但在各个显示出良好的铁损特性的照射条件下所得到的铁损水平大致相同。另外，对于磁致伸缩特性而言，如图4所示，照射条件NO.越大特性越劣化的趋势在无不连续区域与存在不连续区域的试验材料中相同。已知磁致伸缩特性的应变敏感性极高。即，由图4的结果，认为各照射条件的应变导入能力伴随着照射条件NO.的增大、即伴随着光束电流的增高而增加。特别是，存在不连续区域的试验材料中，根据条件的不同，与不存在不连续区域的试验材料相比，磁致伸缩特性更加劣化。由图3及图4判明，即使在铁损特性良好的条件下，上述条件并不均能成为具有良好的磁致伸缩特性的结果，与铁损特性良好的条件相比，同时实现铁损和磁致伸缩特性的条件进一步受到限制。
接下来，在具有不连续区域的试验材料中，就铁损·磁致伸缩特性相对于光束电流的改变的行为而言，均与不存在不连续区域的试验材料不同。因此，为了研究其原因，关于存在不连续区域的试验材料，在电子束的照射面(表面)和非照射面(背面)各自中进行闭合磁畴观察。即，分别研究前述α及前述β的大小。
图5示出了闭合磁畴的重叠宽度α、β。
在从照射面的观察中，未发现由照射条件带来的较大差别，在非照射面中得到了根据照射条件有很大不同的结果。在此，由于闭合磁畴因钢板的应变而形成，因此，照射面·非照射面的闭合磁畴重叠宽度有很大不同是指照射面与非照射面中应变量有很大不同。之所以在很多照射条件下非照射面的重叠宽度减少，是由于从照射面导入的应变难以在板厚方向上扩展。
根据该结果，存在不连续区域的试验材料的图3的行为可如下进行说明。
就闭合磁畴重叠的区域而言，与不存在不连续区域的区域相比，轧制方向的照射线间隔以来自不同的光束照射装置的照射线沿轧制方向相互错开的程度变窄。由此认为应变导入能力高的照射条件No.7、8、9导入了必要以上的应变，历史损失大大劣化，从而铁损增大。需要说明的是，照射线间隔窄的区域中成为适当的应变量的条件为照射条件No.4、5、6。另外，认为照射条件No.1、2、3下应变导入量低、应变量不足，因此无法得到充分的磁畴细化效果，铁损劣化。关于磁致伸缩特性，认为由于应变敏感性高，因此与铁损的情况相比，应变导入状态的适当范围更加受到限制。
根据以上结果，为了将不连续区域附近的原材料特性控制为良好的状态，控制三维应变分布(包含板厚方向的、应变分布)是重要的。并且，已知作为其控制参数，不仅是照射面中的闭合磁畴的重叠宽度，还组合使用非照射面中的闭合磁畴的重叠宽度也是有用的。
<实验2>
根据实验1的结果，本申请的发明人认为为了得到适当的不连续区域的板厚方向的应变分布，将钢板表背面的闭合磁畴的重叠宽度作为参数来控制即可。首先，使用4台电子枪对已知的方向性电磁钢板(0.30mm厚)实施磁畴细化处理。照射条件如下：加速电压为150kV，扫描速度为64m/sec，光束电流为5.0mA，RD方向(轧制方向)的照射线间隔为4.5mm，各电子枪的照射区域设为均等分割，闭合磁畴重叠宽度(光束偏振距离的重叠宽度)成为0.1～10.0mm。
此时，为了控制光束照射面及非照射面的闭合磁畴重叠宽度，根据偏转位置而改变控制聚焦的聚焦线圈的电流值。另外，在不连续区域部分以外的区域，设定聚焦线圈的电流值以成为正聚焦(just focusing)，在不连续区域部分中改变聚焦线圈的电流值以成为各种的聚焦条件。需要说明的是，“聚焦”是指光束的焦点，“正聚焦”是指光束的焦点处于最易导入应变的状态，具体而言，是指光束在钢板上最为汇聚的状态。
图6示出了改变照射面的闭合磁畴重叠宽度的情况下的铁损、与闭合磁畴的重叠比例(β/α)的关系。需要说明的是，关于图6的横轴，就重叠比例成为“-1”、“-2”的点而言，非照射面中是指未重叠(负)，照射面中是指重叠(正)。可知在闭合磁畴重叠宽度为4.0mm的情况下，照射面与非照射面的比例处于0.2～0.9时，显示出特别良好的铁损特性。该铁损特性与作为基准而评价的不存在不连续区域的试验材料的铁损特性为同等水平。
接下来，对存在良好的铁损特性范围的闭合磁畴重叠宽度为4.0mm的试验材料进行磁致伸缩特性的评价。其评价结果如图7所示。探明了对于同时实现铁损和磁致伸缩特性的条件而言，为从铁损良好的条件进一步进行限定，照射面的重叠宽度α与非照射面的重叠宽度β之比β/α为0.2～0.8。
此外，研究照射面的闭合磁畴重叠宽度与铁损的关系。其研究结果如图8所示。可知照射面的重叠宽度处于0.5～6.0mm时显示出良好的特性(与不存在不连续区域的样品为同等水平)。另外，由图6及图7的结果所探明的处于同时实现铁损·磁致伸缩特性的范围内的闭合磁畴重叠比例(β/α)为0.46的试验材料。关于该试验材料，研究磁致伸缩特性的结果如图9所示。可知在显示良好的铁损特性的样品中，在重叠宽度为0.5～5.0mm的范围内，可得到与不存在不连续区域的样品同等水平的磁致伸缩特性，同时实现了铁损和磁致伸缩特性。
以上的结果表明了以下方面。即，表明了对于包含不连续区域的试验材料而言，仅控制光束扫描宽度、照射面的闭合磁畴重叠宽度，钢板中的应变分布控制是不充分的。另外，表明就钢板的板厚方向的应变分布而言，将照射面及非照射面的闭合磁畴重叠宽度作为评价指标进行考虑是重要的。
本发明基于上述的新见解，其主旨构成如下所示。
1.方向性电磁钢板，其具有闭合磁畴，所述闭合磁畴局部地具有不连续区域，且所述闭合磁畴在相对于所述钢板的轧制垂直方向而言为30°以内的方向上延伸，前述钢板的一方的面中的前述不连续区域中的闭合磁畴的重叠部的轧制垂直方向的长度α长于前述钢板另一方的面中的前述重叠部的轧制垂直方向的长度β，前述长度α满足以下的式(1)，前述长度β满足以下的式(2)。
0.5≤α≤5.0...(1)
0.2α≤β≤0.8α...(2)
2.方向性电磁钢板的制造方法，其中，从多个高能量光束照射装置分别照射高能量光束从而形成闭合磁畴，所述闭合磁畴局部地具有不连续区域，且所述闭合磁畴在相对于所述钢板的轧制垂直方向而言为30°以内的方向上延伸，
在形成前述闭合磁畴时，调节前述高能量光束照射装置各自中的高能量光束的聚焦及输出中的至少任一者，使前述钢板的照射面中的前述不连续区域中的闭合磁畴的重叠部的轧制垂直方向的长度α长于前述钢板的非照射面中的前述重叠部的轧制垂直方向的长度β，前述长度α满足以下的式(1)，前述长度β满足以下的式(2)。
0.5≤α≤5.0...(1)
0.2α≤β≤0.8α...(2)
3.如上述2所述的方向性电磁钢板的制造方法，其中，前述高能量光束为激光束或电子束。
发明效果
根据本发明，能够提供尤其是如下方向性电磁钢板及其制造方法，其中，利用多个照射装置实施磁畴细化处理时所不可避免地产生的不连续区域中的、铁损和磁致伸缩特性的劣化被有效地抑制。
附图说明
图1为磁畴观察结果的示意图。
图2为磁畴观察结果的其他的示意图。
图3为示出铁损特性的评价结果的图表。
图4为示出磁致伸缩特性的评价结果的图表。
图5为示出闭合磁畴的重叠宽度的测定结果的图表。
图6为示出改变照射面的闭合磁畴的重叠宽度的情况下的、铁损与闭合磁畴的重叠比例的关系的图表。
图7为示出磁致伸缩特性与闭合磁畴的重叠比例的关系的图表。
图8为示出改变照射面的闭合磁畴的重叠比例的情况下的、铁损与照射面的闭合磁畴重叠宽度的关系的图表。
图9为示出磁致伸缩特性与照射面的闭合磁畴的重叠宽度的关系的图表。
具体实施方式
对依据本发明的方向性电磁钢板在以下进行具体说明。
[成分组成]
本发明中，方向性电磁钢板用板坯的成分组成只要是生成二次再结晶的成分组成即可。另外，利用抑制剂的情况下，例如利用A1N系抑制剂的情况下，适量含有Al及N即可，另外利用MnS·MnSe系抑制剂的情况下，适量含有Mn和Se及/或S即可。当然也可并用这两种抑制剂。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，最终退火中Al、N、S及Se被纯化，制品板中各自减少为不可避免的杂质的程度的含量。
此外，本发明也能应用于限制了Al、N、S、Se的含量的、不使用抑制剂的方向性电磁钢板。该情况下，优选Al、N、S及Se量分别抑制为Al：100质量ppm以下、N：50质量ppm以下、S：50质量ppm以下、Se：50质量ppm以下。
如下所示，对本发明的方向性电磁钢板用板坯的基本成分及任意添加成分进行具体叙述。
C：0.08质量％以下
C是为了改善热轧板组织而添加的。然而，当大于0.08质量％时，将C减少至制造工序中不引起磁老化的50质量ppm以下是困难的。因此，C优选为0.08质量％以下。需要说明的是，关于下限，即使是不包含C的原材料也可进行二次再结晶，因此不需要特别设置。需要说明的是，C经脱碳退火而减少，制品板中成为不可避免的杂质的程度的含量。
Si：2.0～8.0质量％
Si是对于提高钢的电阻、改善铁损有效的元素，含量不足2.0质量％时，无法实现充分的铁损减少效果。另一方面，若其含量大于8.0质量％，则加工性显著降低，另外磁通密度也降低。因此，优选Si量处于2.0～8.0质量％的范围。
Mn：0.005～1.0质量％
Mn是使热加工性良好所必需的元素，若含量小于0.005质量％，其添加效果差。另一方面，若其含量大于1.0质量％，则制品板的磁通密度降低。因此，优选Mn量处于0.005～1.0质量％的范围。
除上述的基本成分以外，还可适当含有如下所述的元素作为磁特性的改善成分。
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1种。
Ni是对于改善热轧板组织、提高磁特性有用的元素。然而，若含量小于0.03质量％，则磁特性的提高效果小。另一方面，若其含量大于1.50质量％，在二次再结晶变得不稳定，磁特性劣化。因此，优选Ni量处于0.03～1.50质量％的范围。
另外，Sn、Sb、Cu、P、Mo及Cr各自为对磁特性的提高有用的元素，均为当不满足上述各成分的下限时，磁特性的提高效果小。另一方面，若大于上述各成分的上限量，则二次再结晶粒的生长被抑制。因此，分别优选在上述的范围内来含有。
需要说明的是，上述成分以外的余量是Fe及制造工序中混入的不可避免的杂质。
接下来，对本发明的方向性电磁钢板的制造方法进行说明。
[加热]
具有上述成分组成的板坯依据常规方法进行加热。加热温度优选为1150～1450℃的范围。
[热轧]
上述加热后，进行热轧。也可在铸造后不加热而立即进行热轧。薄铸片的情况下，可进行热轧或者也可省略热轧。实施热轧的情况下，优选在粗轧最终道次的轧制温度为900℃以上、精轧最终道次的轧制温度为700℃以上的条件下实施。
[热轧板退火]
其后，根据需要实施热轧板退火。此时，为了使制品板中的高斯组织高水平生长，作为热轧板退火温度，优选为800～1100℃的范围。若热轧板退火温度小于800℃，热轧中的带状组织残留，难以得到粒径一致的一次再结晶组织，二次再结晶的生长被抑制。另一方面，若热轧板退火温度大于1100℃，则由于热轧板退火后的粒径过于粗大，得到粒径一致的一次再结晶组织变得极为困难。
[冷轧]
其后，实施1次冷轧或实施其间夹杂着中间退火的2次以上的冷轧。中间退火温度优选为800℃以上且1150℃以下的范围。另外，中间退火时间优选为10～100秒左右的范围。
[脱碳退火]
其后，进行脱碳退火。脱碳退火优选分别在下述条件下进行，退火温度：750～900℃，气氛氧化性PH2O/PH2：0.25～0.60，及退火时间：50～300秒左右的范围。
[退火分离剂的涂布]
其后，涂布退火分离剂。在此，就退火分离剂而言，优选主成分为MgO，涂布量成为8～15g/m2左右的范围。
[最终退火]
其后，以形成二次再结晶及镁橄榄石被膜为目的，实施最终退火。优选退火温度为1100℃以上，退火时间为30分钟以上。
[平坦化处理及绝缘涂层]
最终退火后，进行平坦化退火来矫正形状是有效的。平坦化退火优选在退火温度：750～950℃及退火时间：10～200秒左右的范围内实施。
需要说明的是，本发明中，在平坦化退火之前或之后对钢板表面施加绝缘涂层。此处的绝缘涂层是指为了减少铁损而对钢板赋予张力的涂层(张力涂层)。作为张力涂层，可举出：通过涂布·烘烤含有二氧化硅的无机系涂层而形成的涂层；利用物理蒸镀法、化学蒸镀法等形成陶瓷涂层而得的涂层。
[磁畴细化处理]
接着，对所得到的方向性电磁钢板实施本发明的特征之一的磁畴细化处理。磁畴细化处理存在应变导入型和槽形成型这2种，本发明中应用应变导入型的磁畴细化处理。以下，对该应变导入型的优选条件进行阐述。
[[应变导入型的磁畴细化处理方法]]
本发明中，作为应变导入装置使用高能量光束照射装置。作为该高能量光束照射装置，可举出激光束或电子束照射装置。上述装置已广泛普及，本发明中能够适当使用通常的照射装置。另外，作为激光的光源，激光振荡模式为连续波激光、脉冲激光中的任何均可优选使用，激光介质为YAG激光、CO2激光等，不论何种均可使用。特别是，由于电子束透过物质的能力高，从而能够使向板厚方向的应变导入量有较大变化。因此，如本发明这样，三维地控制应变分布的情况下，易于将应变分布控制在优选范围内，因此优选。
[[装置的台数]]
光束扫描速度、光束扫描宽度受到各种因素的制约，许多情况下，难以通过1台装置对整个卷材实施磁畴细化处理。该情况下，就在卷材的整个表面上的光束照射而言，在板宽度方向上使用多台照射装置来进行。本发明是为了解决使用上述多台照射装置时产生的上述课题的发明，本发明涉及的磁畴细化处理优选使用2台以上的多个装置，即使为通过1台装置进行不连续照射的情况下也可应用。
[[应变导入分布控制方法]]
本发明中，作为三维地掌握不连续区域附近的应变导入分布的方法，发现使用照射面和非照射面的闭合磁畴的重叠比例是有效的。即，为了使不连续区域附近的铁损·磁致伸缩特性成为与不存在不连续区域的区域同等水平，以满足以下的式(1)及式(2)的方式，控制照射面与非照射面的闭合磁畴重叠比例及照射面的闭合磁畴重叠宽度、即α及β是重要的。
0.5≤α≤5.0...(1)
0.2α≤β≤0.8α...(2)
在此，
α为高能量光束照射面中的、由相互不同的高能量光束照射装置形成的相邻闭合磁畴中较窄(近)的一方的轧制垂直方向的长度的重叠宽度(mm)、或该形成的闭合磁畴的重合部分的轧制垂直方向的长度(mm)。
另一方面，β为对应于上述α的重叠部分，是高能量光束非照射面中的、由相互不同的高能量光束照射装置形成的相邻地重叠或相互重合的闭合磁畴的轧制垂直方向的长度(mm)。
需要说明的是，使用3台以上高能量光束照射装置的情况下，α及β沿钢板的轧制垂直方向分别形成于多个位置，上述β为因上述α的形成所产生的非照射面中的重叠部分的宽度。另外，照射面中的重叠宽度α大于非照射面中的重叠宽度β。
在此，本发明的重叠宽度α优选为1.0mm以上。
作为以满足上述式(1)及式(2)的方式控制重叠宽度的方法，优选根据光束偏转位置来改变控制聚焦的参数。具体而言，在不连续区域附近以外的区域中，以成为正聚焦的方式改变参数即可，对于不连续区域附近而言，以满足上述重叠宽度的控制范围的方式改变参数即可。聚焦的控制参数没有特别限定，可分别如下进行：电子束照射的情况下，进行聚焦线圈的电流值、像散修正线圈(stigmatic meter coil)的电流值变更等，激光照射的情况下，进行动态聚焦透镜的位置变更等。
上述像散修正线圈的电流值等原本并非控制电子束的聚焦性的参数，而是改变光束形状的参数。然而，通过改变光束形状的纵横比，向钢板的应变导入量也改变(更为有效地导入应变的情况下，优选接近真圆)，因此可视为聚焦调节参数。另外，作为其他的方法，根据偏转位置而改变光束输出也是有效的。具体而言，不连续区域以外的区域中，以能实现磁畴细化的输出充分地进行光束照射，在不连续区域附近，降低光束输出，由此控制照射面与非照射面的闭合磁畴的轧制垂直方向的重叠宽度(热影响宽度重叠状态)。此时，光束输出的控制参数没有特别限定，对于电子束而言，可举出例如加速电压、光束电流等，对于激光照射而言，可举出例如用于激光振荡器的控制的电流指令值等。
[[其他条件]]
照射于钢板的激光的平均输出功率P、激光束的扫描速度V、激光束直径d等没有特别限制，以满足本发明的上述参数的方式进行组合即可，为了充分得到磁畴细化效果，优选扫描激光束的每单位长度的能量热输入P/V大于10W·s/m。
另外，向钢板的激光照射可以以线状进行连续照射，也可以以点列状进行脉冲照射。在此，以点列状进行脉冲照射的情况下，作为脉冲间隔，优选为0.01～1.00mm。另外，以点列状进行脉冲照射的情况下，由据此形成的多个的点列而形成1个闭合磁畴。需要说明的是，基于激光束的照射痕的方向为与钢板的轧制垂直方向形成30°以内的角度的方向。
另一方面，照射电子束的情况下，加速电压E、光束电流I、光束速度V没有特别限制，以满足本发明的上述参数的方式进行组合即可，为了充分得到磁畴细化效果，优选扫描光束的每单位长度的能量热输入(E×I/V)大于10W·s/m。另外，电子束照射时的真空度优选为2Pa以下。其原因在于，真空度差(大于2Pa)的情况下，因存在于电子枪至钢板之间的残留气体而使得电子束的品质劣化，导入至钢板的能量变小，从而无法得到所期待的磁畴细化效果。
需要说明的是，由电子束带来的照射痕的方向为相对于钢板的轧制垂直方向而依然形成30°以内的角度的方向。
激光及电子束的光斑直径设为0.01～0.3mm左右，轧制方向的重复间隔为每个装置3～15mm左右，就照射方向而言，优选与钢板的轧制方向形成60～120°、更优选形成85～95°的方向。需要说明的是，对钢板赋予的应变深度优选为10～40μm左右。
上述以外的其他制造条件依照方向性电磁钢板的通常的制造方法即可。
实施例
(实施例1)
通过连续铸造而制造下述钢板坯，所述钢板坯含有C：0.04质量％、Si：3.8质量％、Mn：0.1质量％、Ni：0.1质量％、Al：280质量ppm、N：100质量ppm、Se：120质量ppm及S：5质量ppm，且余量为Fe及不可避免的杂质的组成，将所述钢板坯于1430℃加热后，通过热轧制成板厚：2.0mm的热轧板，然后于1100℃实施20秒的热轧板退火。接着，通过冷轧做成中间板厚：0.40mm，在气氛氧化性PH2O/PH2＝0.40、温度：100℃、时间：70秒的条件下实施中间退火。其后，通过盐酸酸洗除去表面的次生氧化皮(subscale)后，再次实施冷轧，制成板厚：0.18mm的冷轧板。
接着，实施于气氛氧化性PH2O/PH2＝0.44、均热温度820℃下保持300秒钟的脱碳退火，其后，涂布以MgO作为主成分的退火分离剂，以二次再结晶·镁橄榄石被膜形成及纯化为目的，在于1160℃保持10hr的条件下实施最终退火。然后，涂布由60％的胶体二氧化硅和磷酸铝形成的绝缘涂层，于850℃进行烘烤。该涂层涂布处理也兼作平坦化退火。其后，沿与轧制方向呈直角的方向照射激光束，实施非耐热磁畴细化处理。在如下非耐热磁畴细化的处理条件下实施：相对于卷材宽度1200mm使用6台激光照射装置(偏转距离为均等分割)，激光的光源为连续激光，平均输出功率为150W，光束直径为200μm，扫描速度为10m/sec，照射线间隔为3.5mm。
就不连续区域的周边的导入应变量的控制而言，通过根据偏转位置(光束的(板宽度方向的)照射位置)而动态地改变聚焦线圈的位置、即根据各照射部位而连续地改变聚焦线圈的位置从而改变聚焦来实施。更具体而言，根据遍及宽度方向200mm范围的、钢板的各照射部位预先确定聚焦条件，相应于光束沿宽度方向连续地偏转而连续地改变确定各照射部位的焦点的条件。在不连续区域以外的区域中，以成为正聚焦的方式控制聚焦线圈的位置，在不连续区域的周边，以成为直至下聚焦(焦点最汇聚的部位(聚焦位置)存在于钢板的板厚方向的上方，在配置有钢板的位置处焦点偏离(难以导入应变)的状态)～正聚焦～上聚焦(焦点最汇聚的部位存在于钢板的板厚方向的下方，钢板部中焦点偏离(难以导入应变)状态)而成为各种聚焦状态的方式改变位置设定。由此，制作不连续区域的周边的导入应变量(应变分布)不同的试验材料。接下来，采集包含不连续区域的100mm宽度的试验材料及不包含不连续区域的100mm宽度的样品，评价1.7T、50Hz的铁损特性及1.5T、50Hz的磁致伸缩振动加速度水平。
表1示出了光束照射面的闭合磁畴重叠宽度(TD方向)及照射面与非照射面的闭合磁畴重叠比例、铁损特性以及磁致伸缩特性。可知在具有被控制在本发明的范围内的不连续区域的样品中，可得到与不存在不连续区域的样品为相同程度或更优的铁损特性和磁致伸缩特性，可同时实现铁损特性和磁致伸缩特性。另外，可知No.11、16、20、24、28、29～36中，应变导入量的控制不充分，铁损特性良好，但并未完全控制应变敏感性高的磁致伸缩特性，未同时实现铁损特性和磁致伸缩特性。
[表1]
Figure BDA0002179237760000181
(实施例2)
通过连续铸造而制造下述钢板坯，所述钢板坯含有C：0.05质量％、Si：3.0质量％、Mn：0.5质量％、Ni：0.01质量％、Al：60质量ppm、N：33质量ppm、Se：10质量ppm及S：10质量ppm，且余量为Fe及不可避免的杂质的组成，通过连续铸造而制造表2示出的钢板坯，加热至1200℃后，通过热轧而制成板厚为2.7mm的热轧板，实施于950℃保持180秒钟的热轧板退火。接着，通过冷轧而制成板厚为0.23mm的冷轧板。
接着，实施于气氛氧化性PH2O/PH2＝0.58、均热温度820℃下保持300秒钟的脱碳退火，其后，涂布以MgO作为主成分的退火分离剂，并以二次再结晶·镁橄榄石被膜形成及纯化为目的，在于1250℃保持100hr的条件下实施最终退火。然后，涂布由60％的胶体二氧化硅和磷酸铝形成的绝缘涂层，于800℃进行烘烤。该涂层涂布处理也兼作平坦化退火。其后，沿与轧制方向呈直角的方向照射电子束，实施非耐热磁畴细化处理。在如下非耐热磁畴细化的处理条件下实施：相对于卷材宽度1200mm使用8台电子束照射装置(偏转距离为均等分割)，加速电压为200kV，光束电流为9mA，光束直径为80μm，扫描速度为100m/sec，照射线间隔为5.5mm。
不连续区域的周边的导入应变量的控制(聚焦控制)通过如下来实施：动态地改变聚焦线圈、或像散修正线圈的电流值、即根据各照射部位而连续地改变进行控制的线圈的电流值从而改变聚焦。在不连续区域以外的区域中，以成为正聚焦(应变最易导入的条件)方式设定电流值，在不连续区域的周边，为了使应变导入状况变化，而不仅设定正聚焦条件，还设定各种的电流值。接下来，采集包含不连续区域的100mm宽度的试验材料及不包含不连续区域的100mm宽度的试验材料，评价1.7T、50Hz的铁损特性及1.5T、50Hz的磁致伸缩振动加速度水平。
表2示出了光束照射面的闭合磁畴重叠宽度(TD方向)及照射面与非照射面的闭合磁畴重叠比例、铁损特性以及磁致伸缩特性。可知就具有被控制在本发明的范围内的不连续区域的样品而言，可得到与不存在不连续区域的样品为相同程度或更优的铁损特性和磁致伸缩特性，可同时实现铁损特性和磁致伸缩特性。另外，可知No.9、13、17、18～21中，应变导入量的控制不充分，铁损特性良好，但并未完全控制应变敏感性高的磁致伸缩特性，未同时实现铁损特性和磁致伸缩特性。
[表2]
Figure BDA0002179237760000211
(实施例3)
通过连续铸造而制造下述钢板坯，所述钢板坯含有C：0.01质量％、Si：3.5质量％、Mn：0.15质量％、Ni：0.05质量％、Al：270质量ppm、N：100质量ppm、Se：5质量ppm、及S：60质量ppm，且余量为Fe及不可避免的杂质的组成，将所述钢板坯加热至1380℃后，通过热轧而制成板厚为1.8mm的热轧板，实施于1100℃保持180秒钟的热轧板退火。接着，通过冷轧而制成板厚为0.27mm的冷轧板。
接着，实施于气氛氧化性PH2O/PH2＝0.45、均热温度860℃下保持100秒钟的脱碳退火，其后，涂布以MgO作为主成分的退火分离剂，并以二次再结晶·镁橄榄石被膜形成及纯化为目的，在于1200℃保持60hr的条件下实施最终退火。然后，涂布由40％的胶体二氧化硅和磷酸铝形成的绝缘涂层，于820℃进行烘烤。该涂层涂布处理也兼作平坦化退火。其后，沿与轧制方向呈直角的方向照射电子束，实施非耐热磁畴细化处理。在如下非耐热磁畴细化的处理条件下实施：相对于卷材宽度1200mm使用8台电子束照射装置(偏转距离为均等分割)，加速电压为60kV，光束直径为300μm，扫描速度为20m/sec，照射线间隔为8mm。
就不连续区域的周边的导入应变量的控制而言，通过根据偏转位置而动态地改变光束电流来实施。具体而言，不连续区域以外的区域中，光束电流设为6mA。关于不连续区域的周边，通过下述方式实施：设定偏转结束时的光束电流值，在到达重叠部(闭合磁畴重叠部)的阶段，使光束电流值从不连续区域以外的设定电流值线性改变直至偏转结束时的光束电流。通过对偏转结束时的光束电流进行各种改变，从而能改变不连续区域的周边的应变分布。接下来，采集包含不连续区域的100mm宽度的试验材料及不包含不连续区域的100mm宽度的试验材料，评价1.7T、50Hz的铁损特性及1.5T、50Hz的磁致伸缩振动加速度水平。
表3示出了光束照射面的闭合磁畴重叠宽度(TD方向)及照射面与非照射面的闭合磁畴重叠比例、铁损特性以及磁致伸缩特性。可知就具有被控制在本发明的范围内的不连续区域的样品而言，可得到与不存在不连续区域的样品为相同程度或更优的铁损特性和磁致伸缩特性，可同时实现铁损特性和磁致伸缩特性。
[表3]
Figure BDA0002179237760000231
附图标记说明
1 闭合磁畴
2 闭合磁畴A
3 与闭合磁畴A相邻的闭合磁畴

Claims (3)

1.方向性电磁钢板，其具有闭合磁畴，所述闭合磁畴局部地具有不连续区域，且所述闭合磁畴在相对于所述钢板的轧制垂直方向而言为30°以内的方向上延伸，
在所述不连续区域中，相邻的闭合磁畴彼此重合或者未重合，
所述钢板的一方的面中的所述不连续区域中的闭合磁畴的重叠部的轧制垂直方向的长度αmm长于所述钢板另一方的面中的所述重叠部的轧制垂直方向的长度βmm，所述长度αmm满足以下的式(1)，所述长度βmm满足以下的式(2)，
0.5mm≤αmm≤5.0mm…(1)
0.2αmm≤βmm≤0.8αmm…(2)。
2.方向性电磁钢板的制造方法，其中，从多个高能量光束照射装置分别照射高能量光束从而形成闭合磁畴，所述闭合磁畴局部地具有不连续区域，且所述闭合磁畴在相对于钢板的轧制垂直方向而言为30°以内的方向上延伸，
在所述不连续区域中，相邻的闭合磁畴彼此重合或者未重合，
在形成所述闭合磁畴时，调节所述高能量光束照射装置各自中的高能量光束的聚焦及输出中的至少任一者，使所述钢板的照射面中的所述不连续区域中的闭合磁畴的重叠部的轧制垂直方向的长度αmm长于所述钢板的非照射面中的所述重叠部的轧制垂直方向的长度βmm，所述长度αmm满足以下的式(1)，所述长度βmm满足以下的式(2)，
0.5mm≤αmm≤5.0mm…(1)
0.2αmm≤βmm≤0.8αmm…(2)。
3.如权利要求2所述的方向性电磁钢板的制造方法，其中，所述高能量光束为激光束或电子束。
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