CN111684087B - 方向性电磁钢板 - Google Patents

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Abstract

有关本发明的方向性电磁钢板，具有设有槽的钢板表面；沿着上述槽的槽长方向延伸的表面突起的平均突起高度是超过5μm且10μm以下；在以包含上述槽长方向及上述钢板表面的法线方向的截面观察上述表面突起的情况下，具有在上述表面突起的轮廓线上出现的峰点的高度的50％以上的高度的部分其上述槽长方向的合计长度，是相对于上述表面突起的上述槽长方向的全长为30％以上的长度。

Description

方向性电磁钢板
技术领域
本发明涉及方向性电磁钢板。
本申请基于2018年2月8日在日本提出申请的日本专利申请第2018－021104号主张优先权，这里引用其全部内容。
背景技术
通常所述的方向性电磁钢板，是指钢板中的结晶粒的方位被高度地集中于{110}<001>方位、易磁化轴与长度方向一致的钢板。由于易磁化轴一致于长度方向，所以是具有铁损较少、磁性良好这样的特性的电磁钢板。
该方向性电磁钢板具有在轧制方向上磁化朝向的磁畴(条纹状磁畴)夹着磁畴壁排列有多个的构造，这些磁畴壁中的多数是180°磁畴壁，方向性电磁钢板容易在轧制方向上磁化。因此，在比较小的一定的磁化力下，磁通密度较高，铁损较低。
因而，方向性电磁钢板非常适于作为变压器的铁芯材料。
在铁损的指标中，通常使用W17/50[W/kg]。W17/50是在以频率50Hz下最大磁通密度为1.7T的方式进行交流励磁时、在方向性电磁钢板中产生的铁损的值。如果减小该W17/50，则能够制造效率更高的变压器。
方向性电磁钢板如果赋予与轧制方向(输送方向)大致垂直且一定周期(一定间隔)的应变，则铁损进一步下降。在此情况下，通过局部性的应变，形成磁化与轧制方向正交的回流型的磁畴，源于那里的能量增量，大致长方形的条纹状磁畴的磁畴壁间隔变窄(条纹状磁畴的宽度变小)。由于铁损(W17/50)与180°磁畴壁的间隔有正相关，所以通过该原理而铁损下降。此外，利用该局部性的应变的方向性电磁钢板的铁损的降低方法，通过为消除因卷铁芯的加工应变造成的铁损的恶化而实施的去应变退火(在800℃下进行2小时左右的退火)，其效果丧失。作为在进行了去应变退火时也不丧失低铁损化的效果的方法，通常使用在与轧制方向交叉的方向上导入周期性的槽的方法。
以铁芯的铁损降低为目的，例如在专利文献1中，公开了通过在成品退火前的方向性电磁钢板中导入线状瑕疵来改善铁损的技术。
此外，在专利文献2中，公开了通过照射限定了波长的连续波激光束、以较高功率效率在电磁钢板表面上形成槽来降低铁损的技术。
这里，说明形成槽的方法的以往技术。在基于电解蚀刻的方法中，例如通过凹版印刷在冷轧板的表面上印刷以线状开设有孔的抗蚀膜，在通过电解蚀刻形成槽之后将抗蚀膜除去。在该方法中，工艺变得复杂，制造成本变高，在处理速度上有限制。
在基于机械性的齿模冲压的方法中，由于电磁钢板是含有约3％的Si的非常硬的钢板，所以容易发生齿模的磨损及损伤。如果齿模磨损，则在槽深上发生偏差，所以铁损改善效果变得不均匀。
在基于激光照射的方法(记作激光法)中，有能够通过高功率密度的聚光激光束进行高速槽加工的优点。此外，由于激光法是非接触加工，所以通过激光功率等的控制，能够稳定地进行均匀的槽加工。
此外，以往作为激光源而使用比较容易得到高功率的CO2激光，但CO2激光的波长是9～11μm带，该波长的激光被在加工点(加工位置)处发生的金属蒸气及等离子较大地吸收。因此，激光向钢板表面的到达功率减小而加工效率下降。进而，由于将激光吸收而加热并膨胀的等离子及金属蒸气作为二次热源发挥作用，使槽的端部(肩部)的周边熔融，所以熔融量增加而槽的形状(例如，熔融突起的增大)恶化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭59－197520号公报
专利文献2：日本特许第5234222号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述那样的以往的基于机械加工或电解蚀刻等的槽导入型的耐SRA磁畴控制技术中，方向性电磁钢板的铁损的降低效果不充分，要求进一步的铁损改善。
本发明是鉴于上述实际情况而做出的，目的是提供一种能够降低铁芯的铁损的方向性电磁钢板。
用来解决课题的手段
本发明为了解决上述问题而达成该目的，采用以下的技术方案。
即，有关本发明的一技术方案的方向性电磁钢板，具有设有槽的钢板表面，在从上述槽的槽宽方向端部朝向槽宽方向外侧扩展的区域中，从上述钢板表面隆起的表面突起沿着上述槽的槽长方向延伸；上述表面突起的平均突起高度是超过5μm且10μm以下；在以包含上述槽长方向及上述钢板表面的法线方向的截面观察上述表面突起的情况下，具有在上述表面突起的轮廓线上出现的峰点的高度的50％以上的高度的部分、其上述槽长方向的合计长度，是相对于上述表面突起的上述槽长方向的全长为30％以上的长度。
发明效果
根据本发明的上述技术方案，通过铁芯制造中的、在方向性电磁钢板的层叠时由该方向性电磁钢板具有的突起引起的线状的弹性应力，能够得到槽导入型的磁畴控制效果以上的磁畴控制效果，能够降低铁芯的铁损。
附图说明
图1是示意地表示在有关本发明的一实施方式的方向性电磁钢板的钢板表面上设置的槽的模式例的平面图。
图2是以与槽长方向正交的截面观察槽和存在于其周边部的表面突起的示意图。
图3是以包含槽长方向及钢板表面的法线方向的截面观察存在于槽的周边部的表面突起的示意图。
图4是表示在本实施方式中使用的具备激光源及激光束照射装置的制造装置的一例的示意图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边详细地说明有关本发明的一实施方式的方向性电磁钢板。
有关本实施方式的方向性电磁钢板(以下，简称作本电磁钢板)是具有设有槽的钢板表面的方向性电磁钢板。在本电磁钢板中，在从槽的槽宽方向端部朝向槽宽方向外侧扩展的区域中，从钢板表面隆起的表面突起沿着槽的槽长方向延伸。表面突起的平均突起高度是超过5μm且10μm以下。
此外，在本电磁钢板中，在以包含槽长方向及钢板表面的法线方向的截面观察表面突起的情况下，具有在表面突起的轮廓线中出现的峰点的高度的50％以上的高度的部分其槽长方向的合计长度，是相对于表面突起的槽长方向的全长为30％以上的长度。
在以下的说明中，关于确定形状或几何学条件以及它们的程度的例如“平行”、“垂直”、“相同”、“直角”等的用语、长度或角度的值等，不局限于严格的意义，也可以包括可期待同样的功能之程度的范围来解释。
在基于激光束照射的槽形成中，由钢板表面吸收激光束，钢板的金属(基底金属)熔融而细小的熔融液滴飞散、或加热至沸点的钢板表面的基底金属蒸发等而形成槽。钢板表面的熔融物通过加工点(激光束照射点)处的高温的金属蒸气或等离子的压力而飞散。另一方面，在大量发生熔融物的情况下，在压力较小等情况下，熔融物没有完全飞散，熔融物附着在形成的槽的周边部而发生表面突起(突起、熔融突起等)。
在使用CO2脉冲激光(照射径大)的激光槽形成试验中，在从槽的槽宽方向端部朝向槽宽方向外侧扩展的区域(槽的周边部)中，发生具有从钢板表面隆起的20μm以上的高度的表面突起(突起、熔融突起等)，在对钢板表面施加了压缩力的磁测量(加压爱泼斯坦测量)中能看到40％左右的铁损劣化，达到了实用化。
在使用连续照射的激光(照射径小)的激光槽形成技术中，由于形成在钢板表面上的槽的槽宽较小，所以能够大致抑制焦点位置处的突起的发生，但钢板表面与激光照射装置的距离发生变动，如果成为散焦状态，则钢板表面上的突起的发生变得显著。
在通过激光的槽导入型耐SRA磁畴控制技术中，在激光的焦点偏离的情况下，在槽的周边部以从钢板表面隆起的形式发生的突起变大。该突起有可能成为引起层间短路、在层叠铁芯形成时作用的应力所带来的芯损失的增加、以及层叠占积率的下降等的原因。
此外，在基于激光槽形成而进行的耐SRA磁畴控制中，可以想到，如果由激光槽形成带来的槽的周边部的突起过大，则通过铁芯层叠时的钢板表面压缩力，会通过电磁钢板内的局部性的弹性变形而发生铁损劣化。
另一方面，本发明的发明者们发现，在形成于槽的周边部的表面突起的形态满足以下的两个条件的情况下，在层叠铁芯形成时在方向性电磁钢板内被导入与应变导入型的激光磁畴控制同样的线状的弹性应变，能实现更加低铁损化。
(条件1)表面突起的平均突起高度是超过5μm且10μm以下。
(条件2)在以包含槽长方向及钢板表面的法线方向的截面观察表面突起的情况下，具有在表面突起的轮廓线上出现的峰点的高度的50％以上的高度的部分其槽长方向的合计长度是相对于表面突起的槽长方向的全长为30％以上的长度。
以下，对本电磁钢板的各结构进行说明。
(1)本电磁钢板的基本结构
本电磁钢板具有母钢板，根据需要，也可以在母钢板的表面上具有膜。作为膜，例如可以举出玻璃膜及张力绝缘膜等。
母钢板是该母钢板中的结晶粒的方位被高度地集中于{110}<001>方位的钢板，在轧制方向上具有优良的磁特性。
母钢板的化学组成没有被特别限定，可以从作为方向性电磁钢板周知的化学组成之中适当选择而使用。以下，对优选的母钢板的化学组成的一例进行说明，但母钢板的化学组成并不限定于此。
例如，母钢板的化学组成，优选的是含有Si：0.8质量％～7质量％，C：超过0质量％且0.085质量％以下，酸可溶性Al：0质量％～0.065质量％，N：0质量％～0.012质量％，Mn：0质量％～1质量％，Cr：0质量％～0.3质量％，Cu：0质量％～0.4质量％，P：0质量％～0.5质量％，Sn：0质量％～0.3质量％，Sb：0质量％～0.3质量％，Ni：0质量％～1质量％，S：0质量％～0.015质量％，Se：0质量％～0.015质量％，其余部分由Fe及杂质构成。上述母钢板的化学组成是用于控制为使结晶方位集中于{110}<001>方位的Goss集合组织而优选的化学成分。在母钢板中的元素中，Si及C是基本元素，酸可溶性Al、N、Mn、Cr、Cu、P、Sn、Sb、Ni、S及Se是选择元素。由于可以根据目的而含有这些选择元素，所以不需要限制下限值，也可以实质上不含有。此外，即使这些选择元素作为杂质被含有，本发明效果也不受损。母钢板的基本元素及选择元素的其余部分由Fe及杂质构成。
另外，在本实施方式中，所述的“杂质”，是指在工业性地制造母钢板时，从作为原料的矿石、碎料或制造环境等不可避免地混入的元素。
此外，在方向性电磁钢板中，通常在二次再结晶时经过纯化退火。在纯化退火中，发生阻聚剂(Inhibitor)形成元素向系统外的排出。特别是，关于N、S，浓度的下降较显著，为50ppm以下。如果是通常的纯化退火条件，则为9ppm以下，进而为6ppm以下，如果充分地进行纯化退火，则达到通常的分析所不能检测到的程度(1ppm以下)。
母钢板的化学成分通过钢的通常的分析方法来测量即可。例如，母钢板的化学成分使用ICP－AES(Inductively Coupled Plasma－Atomic Emission Spectrometry、电感耦合等离子体原子发射光谱法)来测量即可。具体而言，例如可以通过从覆膜去除后的母钢板的中央的位置取得35mm边长的试验片、由岛津制作所制ICPS－8100等(测量装置)在基于预先制作的检量线的条件下测量从而来确定。另外，C及S使用燃烧－红外线吸收法，N使用惰性气体熔融热导法来测量即可。另外，母钢板的化学成分是将从方向性电磁钢板通过后述的方法将后述的玻璃覆膜及含有磷的覆膜等去除后的钢板作为母钢板而对其成分进行分析所得到的成分。
母钢板的制造方法没有被特别限定，可以适当选择以往周知的方向性电磁钢板的制造方法。作为制造方法的优选的具体例，例如可以举出以下的方法等：使C为0.04～0.1质量％、将其他具有上述母钢板的化学组成的板坯加热到1000℃以上而进行热轧后，根据需要而进行热轧板退火，接着，通过1次或夹着中间退火的两次以上的冷轧，做成冷轧钢板，将该冷轧钢板在例如湿氢－惰性气体气体环境中加热到700～900℃而进行脱碳退火，根据需要再进行氮化退火，在1000℃左右进行成品退火。
母钢板的板厚没有被特别限定，既可以是0.10mm以上0.50mm以下，也可以是0.15mm以上0.35mm以下。
作为玻璃覆膜，例如可以举出具有从镁橄榄石(Mg2SiO4)、尖晶石(MgAl2O4)及堇青石(Mg2Al4Si5O16)中选择的1种以上的氧化物的覆膜。
玻璃覆膜的形成方法没有被特别限定，可以从周知的方法中适当选择。例如，在上述母钢板的制造方法的具体例中，可以举出在对冷轧钢板涂布以氧化镁(MgO)为主体的退火分离剂之后进行上述成品退火的方法。另外，该退火分离剂还具有抑制成品退火时的钢板彼此的粘附的效果。例如在涂敷上述含有氧化镁的退火分离剂而进行成品退火的情况下，与母钢板中含有的氧化硅反应，在母钢板表面上形成含有镁橄榄石(Mg2SiO4)的玻璃覆膜。
玻璃覆膜的膜厚没有被特别限定，也可以是0.5μm以上3μm以下。
(2)槽的形成样式及表面突起的形态
图1是示意地表示在本电磁钢板的钢板表面上设置的槽的样式例的平面图。
图2是以与槽长方向正交的截面观察槽(例如槽11)和存在于其周边部的表面突起的示意图。
图3是以包含槽长方向及钢板表面的法线方向的截面观察存在于槽(例如槽11)的周边部的表面突起的示意图。
另外，在图1～图3中，将本电磁钢板1的轧制方向定义为X轴方向，将本电磁钢板1的板宽方向(在同一平面内与轧制方向正交的方向)定义为Y轴方向，将本电磁钢板1的板厚方向(与XY平面正交的方向，即钢板表面的法线方向)定义为Z轴方向。
如图1所示，线状的槽10及断续线状的槽11以沿板宽方向Y延伸的方式设在钢板表面(母钢板的表面)上。换言之，在本实施方式中，槽10及槽11的槽长方向与板宽方向Y一致。在槽10及槽11的周边部12，存在表面突起。
另外，槽10及11以与轧制方向X交叉的方式设置即可，并不一定需要槽长方向与轧制方向X正交。即，槽长方向和板宽方向Y不需要一致。
如图2所示，在槽11的周边部100，从钢板表面(基准面BL)隆起的表面突起12沿着槽长方向延伸，并且在槽11的周边部110，还有从钢板表面(基准面BL)隆起的表面突起13沿着槽长方向延伸。在本实施方式中，槽11的槽宽方向与轧制方向X一致。
这里，将从槽11的槽宽方向一端部a朝向槽宽方向外侧扩展的区域(图2中的a－b间的区域)定义为周边部100。此外，将从槽11的槽宽方向另一端部a’朝向槽宽方向外侧扩展的区域(图2中的a’－b’间的区域)定义为周边部110。如图2所示，槽11的槽宽方向一端部a和槽11的槽宽方向另一端部a’分别是槽11的轮廓线(截面曲线)与基准面BL的交点。点b是表面突起12的轮廓线(截面曲线)与基准面BL相交且从槽宽方向一端部a向槽宽方向外侧离开的点。点b’是表面突起13的轮廓线(截面曲线)与基准面BL相交且从槽宽方向另一端部a’向槽宽方向外侧离开的点。
此外，在图2中，将方向性电磁钢板1的非槽形成区域(非槽形成处理面)设定为板厚方向上的基准面BL(基准高度包括槽形成前的钢板的表面)。
如图2所示，槽11是在从槽宽方向一端部a到槽宽方向另一端部a’的区间中、从基准面BL通过槽形成处理将本电磁钢板1的母钢板的一部分除去从而形成的区域。
此外，槽11的槽宽W是槽宽方向一端部a与槽宽方向另一端部a’之间的直线距离。并且，槽11的槽深D是从基准面BL到槽底的深度(板厚方向Z的距离)。将作为槽11的轮廓线上并且存在于板厚方向Z的最深的位置处的点设为槽底。
此外，表面突起12的突起高度T12是从基准面BL到表面突起12的前端的高度(板厚方向Z的距离)。表面突起13的突起高度T13是从基准面BL到表面突起13的前端的高度(板厚方向Z的距离)。
表面突起12的突起宽度是槽宽方向一端部a与点b之间的直线距离。表面突起13的突起宽度是槽宽方向另一端部a’与点b’之间的直线距离。
另外，关于各种尺寸，进行在统计上足够的次数的测量(例如50次测量)。
在本实施方式中，在本电磁钢板1的钢板表面上，通过激光等的热源以规定的间隔形成有在与轧制方向X交叉的方向上延伸的规定的长度的槽。
在本实施方式中，所述的与轧制方向X交叉的方向，包括在XY平面内与轧制方向X正交的方向(即板宽方向Y)，该板宽方向Y与槽长方向之间的角度也可以是±45°的范围内，或者也可以是±30°的范围内。
槽的形状既可以是在将本电磁钢板1平面视时在板宽方向Y上延伸的线状，也可以是断续线状。另外，线状在放大观察时也可以是长方形状、椭圆形状等。
在槽的形状是断续线状的情况下，在板宽方向Y上相邻的槽的间隔也可以是1μm～1000μm。
另一方面，在轧制方向X上相邻的槽的间隔既可以是1～10mm，也可以是3～6mm，或者也可以是4～5mm。
另外，在本实施方式中所述的槽的间隔，是规定的方向(板宽方向Y、轧制方向X等)上的从第1个槽的端部(周边部)到处于最近的距离的第2个槽的端部(周边部)的最短距离。
本电磁钢板1的平均槽深既可以是8～30μm，也可以是15～25μm。
平均槽深是关于形成在钢板表面上的槽、50处槽的槽深D的测量值的平均值。
槽深D的测量方法如以下。首先，以使与槽长方向正交的截面露出的方式从被测量钢板采取试样。通过将该试样截面研磨，在使图2所示那样的包括槽和其周边部的截面出现后，用光学显微镜或扫描型显微镜观察该截面，由此测量槽深D(例如图2中的从基准面BL到槽底的直线距离)。对于被测量钢板的50处分别测量这样的槽深D。平均槽深是将这50个槽深D的测量结果进行平均而得到的值。
此外，在本电磁钢板1中，槽宽W的平均槽宽也可以是1～200μm。
平均槽宽是关于形成在钢板表面上的槽、对于50处槽的槽宽W的测量值求得的平均值。
槽宽W的测量方法如以下。首先，以使与槽长方向正交的截面露出的方式从被测量钢板采取试样。通过将该试样截面研磨，在使图2所示那样的包括槽和其周边部的截面出现后，用光学显微镜或扫描型显微镜观察该截面，由此测量槽宽W(例如图2中的a－a’间的直线距离)。对于被测量钢板的50处分别测量这样的槽宽W。平均槽宽是将这50个槽宽W的测量结果进行平均而得到的值。
在本电磁钢板1中，表面突起的平均突起高度是超过5μm且10μm以下。在表面突起的平均突起高度是5μm以下的情况下，不能充分得到铁芯的铁损降低效果。从降低铁芯的铁损的观点，表面突起的平均突起高度优选的是5.8μm以上，更优选的是6.0μm以上。
如果表面突起的平均突起高度超过10μm，则被层叠的钢板间的绝缘性劣化的趋向变强，所以并不优选。因而，表面突起的平均突起高度的上限是10μm。表面突起的平均突起高度优选的是7.3μm以下。
所述的表面突起的平均突起高度，是关于形成在钢板表面上的表面突起、对于50处的突起高度(例如图2中的T12及T13等)的测量值求得的平均值。
突起高度的测量方法如以下。首先，以使与槽长方向正交的截面露出的方式从被测量钢板采取试样。通过将该试样截面研磨，在使图2所示那样的包括槽和其周边部的截面出现后，用光学显微镜或扫描型显微镜观察该截面，测量存在于槽的周边部的表面突起的突起高度(例如图2中的T12及T13等)。对于被测量钢板的50处分别测量这样的突起高度。平均突起高度是将这50个突起高度的测量结果进行平均而得到的值。
表面突起的形状没有被特别限定，当正面观察将方向性电磁钢板垂直于钢板面沿着规定的方向(板宽方向、轧制方向等)切断后的截面时，也可以是前端较尖的突起状，也可以是前端平坦的堤坝状。
表面突起的平均突起宽度没有被特别限定，也可以是1～10μm。所述的平均突起宽度，是关于形成在钢板表面上的突起、50处的突起宽度的测量值的平均值。突起宽度的测量方法如以下。首先，以使与槽长方向正交的截面露出的方式从被测量钢板采取试样。通过将该试样截面研磨，在使图2所示那样的包括槽和其周边部的截面出现后，用光学显微镜或扫描型显微镜观察该截面，由此测量存在于槽的周边部的表面突起的突起宽度(例如图2中的a－b间的直线距离及a’－b’间的直线距离)。对被测量钢板的50处分别测量这样的突起宽度。平均突起宽度是将这50个突起宽度的测量结果进行平均而得到的值。
此外，在通过表面粗度测量仪得到的测量结果、与对于将方向性电磁钢板垂直于钢板面沿着轧制方向切断后的截面进行多处研磨并使用光学显微镜或扫描型显微镜观察的方法所得到的测量结果相同的情况下，也可以根据板厚方向的槽的长度尺寸(从上述的基准面到槽的前端的距离)来决定槽深(槽的深度尺寸)。同样，也可以根据从上述的基准面到表面突起的前端的高度尺寸(板厚方向上的距离)来决定突起高度。
如图3所示，在本电磁钢板1中，在以包含槽长方向(板宽方向Y)及板厚方向Z的截面观察表面突起12(或者也可以是13)的情况下，具有在表面突起12的轮廓线上出现的峰点(P1、P2、P3、P4、P5)的高度的50％以上的高度的部分其槽长方向的合计长度Lsum(＝LP1+LP2+LP3+LP5)是相对于表面突起12的槽长方向的全长L为30％以上的长度。另外，如果着眼于图3所示的峰点P3及P4，则具有峰点P3的山和具有峰点P4的山在存在于更高的位置处的峰点P3的高度的50％以上的高度的区域中平滑地相连。在这样的情况下，将具有峰点P3的山和具有峰点P4的山看作一个山，设在该一个山中具有最高的峰点P3的高度的50％以上的高度的部分的槽长方向的长度为LP3。峰点P1、P2及P5由于不符合上述的情形，所以只要关于各个峰点求出槽长方向的长度即可。即，在具有峰点P1的山中，设具有峰点P1的高度的50％以上的高度的部分的槽长方向的长度为LP1。此外，在具有峰点P2的山中，设具有峰点P2的高度的50％以上的高度的部分的槽长方向的长度为LP2。进而，在具有峰点P5的山中，设具有峰点P5的高度的50％以上的高度的部分的槽长方向的长度设为LP5。
如上述那样，将由(Lsum×100)/L表示的比率定义为突起连续性指标。即，在本电磁钢板1中，控制表面突起的形态，以使突起连续性指标成为30％以上。
在表面突起的平均突起高度满足超过5μm且10μm以下这样的条件、并且满足突起连续性指标为30％以上这样的条件(长度Lsum相对于长度L为30％以上的长度这样的条件)的情况下，铁芯的铁损降低效果大幅上升。在突起连续性指标小于30％的情况下，不能充分得到铁芯的铁损降低效果。从铁芯的铁损降低的观点，突起连续性指标优选的是50％以上。此外，突起连续性指标的上限没有被特别限定。突起连续性指标的上限在数学上是100％，但在现实中使突起连续性指标成为100％是困难的。
突起连续性指标的测量方法如下。
使用激光显微镜等能够测量被测量钢板面的三维形状的装置，测量包含槽部的钢板表面图像，在槽周边部确定出比基准面BL高的位置的突起部分。在该突起部分中，根据在表示连续的部分的峰位置处的高度值的50％以上的值的等高线位置的槽部处延伸的长度，求出突起连续性指标。
作为在本电磁钢板1上形成槽的方法，使用通过向钢板表面照射激光而形成槽的激光照射法(参照日本特开平6－57335号公报、国际公开第2016/171124号)。
作为激光照射法的情况下的照射条件，通常优选的是将激光输出设定为200～3000W，将激光的轧制方向上的聚光斑径(包括激光输出的86％的直径)设定为10～100μm，将激光的板宽方向上的聚光斑径设定为10～1000μm，将激光扫描速度设定为5～100m/s，将激光扫描间距(间隔)设定为2～10mm。希望的槽形状可以通过将这些激光照射条件在上述范围中适当调整来得到。
为了形成槽，也可以使用波长1.0～2.1μm的聚光性较高的连续振荡型的激光器(可连续振荡的激光器)。
例如，作为这样的激光，可以举出光纤激光器、包含YAG的薄盘型固体激光器等。上述1.0～2.1μm的波长范围的激光不易被在加工点发生的金属离子的等离子或金属蒸气吸收。进而，通过使用连续波激光，也没有由脉冲振荡激光产生的点列槽的孔间的间隙所造成的铁损改善劣化。
作为光纤激光器，使用将各种激光介质(激励原子)掺杂到作为振荡介质的光纤的芯中的激光器。例如，在芯中掺杂了Yb(镱)的光纤激光器中，振荡波长是1.07～1.08μm，在芯中掺杂了Er(铒)的光纤激光器中，振荡波长是1.55μm，在芯中掺杂了Tm(铥)的光纤激光器中，振荡波长是1.70～2.10μm。
此外，在作为同样的波长范围的高输出激光器的YAG激光器中，振荡波长是1.06μm。在使用这些光纤激光器及YAG激光器的方法中，激光被加工点处的等离子或金属蒸气吸收的影响较小。
此外，为了确保较高的聚光性，聚光斑的直径(聚光束直径)也可以是100μm以下。
光纤激光器能够聚光到与芯直径相同的程度，为了确保更高的聚光性，具有100μm以下的芯径的光纤激光器是适合的。
此外，在YAG激光等的固体激光器中，对于振荡介质是薄盘型的结晶的薄盘激光器而言，由于结晶的表面积较大而冷却较容易，所以在高输出动作中也不易发生因结晶的热应变造成的聚光性的劣化而能够容易地进行100μm以下的微小聚光。
另外，该聚光斑的直径和槽宽并不一定一致。例如，如果功率密度较大、束扫描速度V较小，则槽宽变得比聚光斑的直径大。
此外，在使用上述那样的精度较高的激光器的情况下，为了形成希望的高度的表面突起，也可以将激光束的焦点位置错移(散焦)，向钢板表面照射激光。散焦也可以在距焦点位置±1.2mm的范围中设定。
因为上述，通过控制聚光束直径等、控制槽截面面积即控制熔融物的除去量等，从而能够控制产生突起的成分量，能够控制突起高度。
此外，在通常的激光照射法中，与激光的照射同时，将空气或惰性气体等的辅助气体向照射了激光的钢板表面的部位喷吹。这样的辅助气体承担将通过激光照射而从钢板熔融或蒸发的成分除去的作用。由于通过辅助气体的喷吹，激光不被上述熔融或蒸发的成分阻碍而到达钢板表面，所以能稳定地形成槽。
本发明的发明者们发现，通过使辅助气体的流量在0～100(升/分)间的流量以0.02～0.2msec的时间间隔变动，能得到表面突起的平均突起高度超过5μm且为10μm以下、并且突起连续性指标是30％以上这样的本电磁钢板1的特征性的突起形态。例如已知有如在国际申请公报(WO2016/171130)中所公开的那样，将辅助气体以在10～1000(升/分)的范围内设定的一定的流量喷吹的方法，但如上述那样，使辅助气体的流量以特定的时间间隔增减的方法是完全未被知晓的新的方法。
本发明的发明者们发现，通过在钢板表面上形成满足特定的条件的表面突起，在层叠铁芯形成时在电磁钢板内被导入与应变导入型的激光磁畴控制同样的线状的弹性应变，结果能够实现铁芯的低铁损化。基于该认识，本发明的发明者们专门研究了兼顾槽的稳定的形成和铁芯的低铁损化的方法，结果发现了使辅助气体的流量以特定的时间间隔增减的方法。
另外，只要使辅助气体的流量在包含在0～100(升/分)的范围内的最小值A1与最大值A2之间变动即可。
(3)槽形成方法
图4是表示在本实施方式中使用的具备激光源及激光束照射装置的制造装置的一例的示意图。另外，在该图4中，也表示了向方向性电磁钢板(钢板)1照射的激光的照射位置。说明使用作为激光介质而掺杂了Yb的光纤激光作为激光源的例子。
在图4中，钢板1是二次再结晶后的板宽1000mm的方向性电磁钢板，在基底铁表面上形成有玻璃覆膜。钢板1以产线速度VL被向产线方向(轧制方向、输送方向)L以一定速度通板。
激光装置2是最大输出2000W的市售的光纤激光器，在光纤芯中作为激光介质而掺杂有Yb，其振荡波长是1.07～1.08μm。
芯的直径是约15μm，输出束的激光振荡模式大致是基本高斯模式。
从激光装置2输出的连续波(CW)的激光在光纤3中被传送，到达激光照射装置4。
该激光照射装置4具备准直仪5、20面体的旋转多边形反射镜6和焦距200mm的fθ透镜7。
准直仪5调整从传送光纤3输出的激光束LB的直径。
此外，旋转多边形反射镜6使激光束LB偏转而在钢板1上以高速在大致板宽方向C上扫描，fθ透镜7将该激光束LB聚光。
能够调节旋转多边形反射镜6的旋转速度，将钢板1上的束扫描速度V在2～50m/s的范围中调整。
钢板1上的聚光束的板宽方向的扫描宽度是约150mm。
将聚光束直径(包含能量的86％的直径)d通过由准直仪5进行的输出光束直径的变更而调整为10～100μm。
另外，将未图示的对焦机构配置在旋转多边形反射镜6与焦距200mm的fθ透镜7之间，能够由该对焦机构调整fθ透镜7与钢板的距离。通过旋转的旋转多边形反射镜6的1面将激光束在钢板1上扫描，在钢板1上在大致宽度方向上形成规定的长度(例如板宽方向的全长)的1条槽。在L方向上相邻的槽的间隔、即轧制方向(输送方向)的照射间距PL可以通过产线速度VL及多边形旋转速度的调整来变更。
这样，使用激光照射装置4，向钢板1照射激光束LB，在轧制方向L上以一定的扫描间隔PL(＝照射间距、槽间隔)形成槽。即，将激光束聚光于方向性电磁钢板的表面，一边扫描一边照射，在输送方向上以规定的间隔形成沿与方向性电磁钢板的轧制方向大致垂直的方向(与轧制方向交叉的方向，包含与轧制方向垂直的矢量的方向，例如距该垂直的方向为±45°的范围内)延伸的规定的长度的槽。
此外，如上述那样，控制激光照射时的辅助气体的流量，以使其以0～100(升/分)间的流量以0.02～0.2msec的时间间隔变动。
在激光束照射后的钢板1上，通过未图示的涂层装置，施以对表面赋予电绝缘及张力的绝缘覆膜涂层。
本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式仅是例示，具有与本发明的技术思想实质上相同的结构、起到同样的作用效果的任何一个都包含在本发明的范围中。
实施例
(实施例1～2，比较例1～7)
对于800A/m下的磁通密度B8的值是1.94T的高磁通密度的方向性电磁钢板(板厚0.23mm)，以在钢板的轧制方向上为40μm、在板宽方向上为100μm的椭圆形状的束形状，使用3kW的光纤激光，以20m/s的扫描速度在轧制方向上以5mm间隔形成宽度约50μm、深度约20μm的线状的槽。
此时，激光束在钢板面上，在实施例1中比焦点位置近0.8mm的位置(－0.8mm)、在实施例2中比焦点位置远0.9mm的位置(+0.9mm)、在比较例1中焦点位置(±0mm)、在比较例2中比焦点位置近0.4mm的位置(－0.4mm)、在比较例3中比焦点位置远0.5mm的位置(+0.5mm)、在比较例4中比焦点位置远1.1mm的位置(+1.1mm)、在比较例5中比焦点位置近1.2mm的位置(－1.2mm)、在比较例6中比焦点位置远0.8mm的位置(+0.8mm)、在比较例7中比焦点位置近1.1mm的位置(－1.1mm)处进行照射。进而，在表1所示的条件(辅助气体流量的最小值A1及最大值A2，辅助气体流量的变动时间间隔)下，使辅助气体的流量以特定的时间间隔增减。另外，比较例1～5表示了辅助气体流量的最小值A1与最大值A2相等、并且不使辅助气体流量随着时间变动的例子，即将辅助气体的流量控制为一定的例子。
将得到的方向性电磁钢板的平均槽宽、平均槽深、平均突起高度、突起连续性指标、磁通密度及铁损的测量结果表示在表1中。
另外，对于方向性电磁钢板的铁损，采取单板(W100mm×L500mm)，在800℃下实施2小时的去应变退火后，通过单板测量法评价。此外，W17/50是1.7T/50Hz的时的铁损值。进而，磁通密度B8由在磁化力H为800A/m时发生的磁通密度[T]来定义。特别是，在方向性电磁钢板的情况下，B8是钢板在轧制方向上磁化时的磁通密度。B8越高则钢板的结晶方位性越高(结晶取向性越大)，通常铁损也越低。
关于突起连续性指标，使用激光显微镜等能够测量被测量钢板面的三维形状的装置，测量包含槽部的钢板表面图像，在槽周边部识别出比基准面BL高的位置的突起部分后，根据该突起部分中的、呈现连续的部分的峰位置处的高度值的50％以上的值的等高线位置的沿槽部延伸的长度，测量突起连续性指标。
[表1]
Figure BDA0002618081850000161
进而，使用实施例1～2、比较例1～7的方向性电磁钢板，制作20kVA的单相卷铁芯，在800℃下在氮100％的气体环境中实施3小时的去应变退火。
在这些卷铁芯上卷绕一次绕线(励磁绕线)和二次绕线(探测线圈)，将各自的芯铁损用电力计测量。将测量结果表示在表2中。
[表2]
平均突起高度(μm) 突起连续性指标(％) 铁损W17/50(W)
比较例1 1.1 12 20.7
比较例2 3.3 40 20.9
比较例3 4.6 22 20.2
实施例1 5.8 30 19.1
实施例2 7.3 63 18.9
比较例4 10.3 23 20.3
比较例5 15.2 35 22.5
比较例6 6.6 21 20.8
比较例7 13.4 45 23.0
如表1所示，在实施例1及2中表示了，通过控制辅助气体的流量以使其以0～100(升/分)间的流量以0.02～0.2msec的时间间隔变动，能够将平均突起高度和突起连续性指标控制在本发明的范围内。即，在实施例1及2中，能够将平均突起高度控制在超过5μm且10μm以下的范围中，并且能够将突起连续性指标控制为30％以上。另一方面，在比较例1～7中，没有适当地控制辅助气体的流量，结果不能将平均突起高度和突起连续性指标的一方或双方控制在本发明的范围内。
但是，如表1所示，可知当以电磁钢板单体观察时，在实施例和比较例间，在磁通密度及铁损上没有大的差异。即，平均突起高度和突起连续性指标对于电磁钢板单体的磁通密度及铁损影响不大。
另一方面，如表2所示，在实施例1及2中，平均突起高度和突起连续性指标被控制在本发明的范围内的结果是，芯铁损与比较例1～7相比变低。即显示出，如果使用表面突起的平均突起高度是超过5μm且10μm以下、并且突起连续性指标是30％以上这样的本发明的方向性电磁钢板制作卷铁芯，则能得到低铁损的卷铁芯。
标号说明
1 方向性电磁钢板
2 激光装置
3 光纤(传送光纤)
4 激光照射装置
5 准直仪
6 多边形反射镜(旋转多边形反射镜)
7 fθ透镜
10 槽(线状)
11 槽(断续线状)
12 表面突起
13 表面突起
100 周边部
110 周边部。

Claims (1)

1.一种方向性电磁钢板，具有设有槽的钢板表面，其特征在于，
在从上述槽的槽宽方向端部朝向槽宽方向外侧扩展的区域中，从上述钢板表面隆起的表面突起沿着上述槽的槽长方向延伸；
上述表面突起的平均突起高度是超过5μm且10μm以下；
在以包含上述槽长方向及上述钢板表面的法线方向的截面观察上述表面突起的情况下，具有在上述表面突起中的连续的上述表面突起的轮廓线上出现的峰点的高度的50％以上的高度的部分其等高线位置的上述槽长方向的合计长度，是相对于上述表面突起的上述槽长方向的全长为30％以上的长度，
上述表面突起是使用能够测量上述钢板表面的三维形状的装置，取得包含上述槽在内的上述钢板表面的图像，由此在上述槽的周边部中所测定出的比基准面高的部分。
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