CN114207173A - 方向性电磁钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种形成有线状槽的方向性电磁钢板，能够兼具优异的铁损降低效果和高磁通密度。上述方向性电磁钢板，在与方向性电磁钢板的轧制方向交叉的方向，沿所述轧制方向周期性地形成有线状槽，上述线状槽具有上述线状槽的槽宽度的中心线的位置在上述线状槽的槽宽度方向偏移的中心线的不连续部，在将上述线状槽的槽宽度设为a、上述中心线的不连续部的中心线间的槽宽度方向的距离设为b时，上述a和b满足下述式(1)的关系。0.05≤b/a≤0.95……(1)。

Description

方向性电磁钢板
技术领域
本发明涉及一种方向性电磁钢板，特别是涉及一种适合作为变压器等铁芯材料的方向性电磁钢板。
背景技术
方向性电磁钢板作为变压器铁芯用材料使用。方向性电磁钢板的铁损会大幅影响变压器的能量损耗。近年来，从节能·环保的观点考虑，强烈要求降低变压器的能量损耗。变压器的铁损会受到成为坯材的方向性电磁钢板的铁损影响，因此开发出铁损低的方向性电磁钢板非常重要。
方向性电磁钢板的铁损分为磁滞损耗和涡流损耗。作为改善磁滞损耗的方法，发开出了使称为GOSS方位的(110)[001]方位在轧制方向上高度取向的方法、降低钢板中所含的杂质的方法等。另一方面，作为改善涡流损耗的方法，开发出了通过添加Si来增加电阻的方法、在轧制方向赋予被膜张力等的方法。然而，在追求进一步的低铁损化时，这些方法在制造上有极限。
因此，开发出了通过槽的形成、导入局部形变等物理方法对最终退火、绝缘被膜烧结后的钢板导入磁通的不均匀性的磁畴细化技术。该技术是将沿着轧制方向形成的180°磁畴(主磁畴)的宽度细分，降低铁损、特别是涡流损耗的方法。
在该磁畴细化技术中，将即使对制品板实施去应力退火也不失去其效果的方法特别称为耐热型的磁畴细化法。该方法通常在制造工序上应用于需要去应力退火的卷绕铁芯用材料。例如专利文献1中提出了通过将宽度300μm以下且深度100μm以下的线状槽导入到钢板表面，从而将原本以W17/50计为0.80W/kg以上的铁损在上述线状槽的形成后改善到0.70W/kg以下的技术。
作为在方向性电磁钢板形成槽的方法，例如提出了通过电解蚀刻在钢板表面形成槽的电解蚀刻法(专利文献2)、通过高输出的激光使钢板局部地熔解·蒸发的激光法(专利文献3)、通过将齿轮状的辊按压到钢板而形成压痕的齿轮加压法(专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平6－22179号公报
专利文献2：日本特开2012－77380号公报
专利文献3：日本特开2003－129135号公报
专利文献4：日本特开昭62－86121号公报
专利文献5：国际公开第2016/171129号。
发明内容
一般而言，已知由槽产生的磁畴细化效果是钢板的槽侧壁部的表面积越大，效果越高。然而，如果将槽在板厚方向上形成得较深，则由于槽体积的增加，会导致导磁率降低等钢板的磁特性劣化，并且生产线通板中的断裂等在制造上的负面利益也会增加。因此，在利用以往的槽得到的磁畴细化材料中，通过优化槽形成图案来实现铁损改善效果。例如如专利文献5所述，将多个线状槽组形成在钢板表面，将在线状槽的形成方向邻接的线状槽彼此以其两端分离或者在与轧制方向正交的投影面上重叠的方式进行配置的方法。
然而，上述方法中，将邻接的线状槽彼此以在与轧制方向正交的投影面上重叠的方式配置的情况下能够得到较大的磁畴细化效果，另一方面，槽的总体积也增加，因此导磁率降低。另外，在将线状槽彼此的两端分离的情况下，能够抑制伴随导磁率劣化的磁特性的劣化，但存在磁畴细化效果不足的问题。
因此，为了开发出更高特性的耐热型磁畴细化材料，需要兼得高磁畴细化效果和高磁通密度的槽形成图案。
本发明鉴于上述情况而完成，目的在于提供一种形成有线状槽的方向性电磁钢板，其能够兼具优异的铁损降低效果和高磁通密度。
本发明人等为了解决上述问题，反复进行了深入研究。
首先，对形成于钢板表面的槽的形状进行了研究。如上所述，在钢板形成槽时，导磁率劣化。该导磁率的劣化的程度与槽的体积相关，因此优选形成的槽的体积尽可能小。因此，认为最优选形成于钢板的槽的形状为在板宽度方向连续地形成，即在板宽度方向不间断地形成槽。另一方面，由这样形成的槽带来的铁损降低效果与以将相邻的槽的端部彼此在与轧制方向正交的投影面上重叠的方式形成在板宽度方向不连续地形成的小规模的槽组的情况相比小。这是由于对于磁畴细化效果随着磁化的不连续部分、即槽的表面积越大效果越高。
因此，本发明人等对即便在一条直线上(连续地)形成的槽中，设计槽的形状来进一步改善铁损的方法进行了深入研究。这里，对形成槽的方向性电磁钢板在形成槽后涂布退火分离剂进行最终退火。该最终退火是为了形成钢板的二次再结晶和镁橄榄石被膜，此时，在槽底部也形成有镁橄榄石被膜。并且，已知如果致密地形成该镁橄榄石被膜，则通过被膜张力的增加来改善铁损。即认为通过在槽底部形成致密的镁橄榄石被膜，从而有进一步改善铁损的可能性。
因此，对于在槽底部形成致密的镁橄榄石被膜的方法进一步进行研究，其结果发现在钢板轧制方向周期性地形成线状槽时，在与图1的(a)所示的轧制方向交叉的方向形成的线状槽中，形成图1的(b)所示的如下的图案的槽，即，在与钢板的轧制方向交叉的方向形成的每一个线状槽1至少存在1个位置的线状槽1的槽宽度a的中心线P的位置与线状槽1的槽宽度方向偏移的区域(中心线的不连续部2)，并且将上述线状槽1的槽宽度设为a，将上述中心线的不连续部2的中心线间的槽宽度方向的距离设为b时，上述a和b满足下述式(1)的关系时，铁损显著得到改善。
0.05≤b/a≤0.95……(1)
应予说明，更详细而言，上述中心线的不连续部2中心线P(穿过线状槽1的槽宽度a的中心，与线状槽1的长度方向(线状槽1的形成方向)平行的线)是平行的，但不在同一直线上的区域(中心线平行存在的区域)。
并且，本发明人等进行了详细的研究，其结果发现在满足上述式(1)的条件下，上述中心线的不连续部2的线状槽长度方向的长度c(即，中心线P不在同一直线上的区域的线状槽长度方向的长度，以下也称为搭接长度)超过50mm时，铁损改善效果转为降低。
本发明基于上述情况而完成。即，本发明的主旨构成如下。
[1]一种方向性电磁钢板，在与方向性电磁钢板的轧制方向交叉的方向，沿上述轧制方向周期性地形成有线状槽，
上述线状槽具有上述线状槽的槽宽度的中心线的位置在上述线状槽的槽宽度方向偏移的中心线的不连续部，
将上述线状槽的槽宽度设为a，将上述中心线的不连续部的中心线间的槽宽度方向的距离设为b时，上述a和b满足下述式(1)的关系。
0.05≤b/a≤0.95……(1)
[2]根据[1]所述的方向性电磁钢板，其中，上述中心线的不连续部的线状槽长度方向的长度为0mm～50mm。
根据本发明，能够提供一种形成有线状槽的方向性电磁钢板，其能够兼得优异的铁损降低效果和高磁通密度。
根据本发明，在形成了线状槽的耐热型磁畴细化方向性电磁钢板中，与以往相比能够在抑制磁通密度的劣化的同时，得到高铁损降低效果。
附图说明
图1的(a)是说明在与轧制方向交叉的方向上形成的线状槽的形状的说明图，图1的(b)是说明具有中心线的不连续部的线状槽的形状的说明图。
图2是表示中心线的不连续部的b/a与铁损的关系的图。
图3是表示中心线的不连续部的搭接长度c与铁损的关系的图。
图4是表示实施例中形成的抗蚀剂图案的一个例子的图。
具体实施方式
首先，对完成本发明所得到的实验结果进行说明。
在方向性电磁钢板(冷轧钢板钢带)，形成沿着与该方向性电磁钢板的轧制方向交叉的方向延伸的、具有中心线的不连续部的线状槽。此时，使中心线间的槽宽度方向的距离b相对于槽宽度a发生各种变化(参照图1的(b))，对形成了槽的试样实施脱碳退火后，涂布退火分离剂，卷绕成卷状，进行最终退火。接着，实施平坦化退火，在钢板表面形成张力被膜，制成最终制品，调查其磁特性。此时，槽宽度a、中心线的不连续部的线状槽长度方向的长度(搭接长度c)和槽的深度(槽的板厚方向的形成深度)为恒定。磁特性的评价使用铁损W17/50和磁通密度B8。W17/50是指在钢板的轧制方向施加1.7T、50Hz的交变磁化时的铁损值，另外，B8是指以磁化力800A/m在轧制方向磁化时的磁通密度。
将结果示于图2。铁损(W17/50)在b/a为0.05以上时能够确认到较大的铁损改善效果。认为这是在将试样卷绕成卷状后实施最终退火时，在板宽度方向连续地形成的线状槽中流过的最终退火的气氛气体在中心线的不连续部滞留，其结果促进了镁橄榄石被膜的形成反应，成为致密的组织。另外，b/a为1以上，即槽不再是连续的直线状时，铁损改善效果大大降低。认为这是因为槽被中断，不再是在板宽度方向连续的直线状，因此气氛气体的流通受阻，未得到上述效果。
另一方面，确认了磁通密度(B8)在b/a超过0.95时有劣化的趋势。认为这是由于随着中心线间的槽宽度方向的距离b的增加，槽的体积增加，导致钢板的导磁率降低。根据以上的结果可知b/a的适当范围为0.05～0.95。b/a更优选为0.10以上。另外，b/a更优选为0.90以下。
接着，将槽宽度a、中心线间的槽宽度方向的距离b、槽深度设定为恒定，使搭接长度c各种变化而形成槽的试样，对其通过与上述相同的工序，制成最终制品板，进行磁特性的调查。将结果示于图3。在搭接长度c为50mm以下时，可确认到较大的铁损改善效果。认为这与上述相同地是由于随着中心线的不连续部的、气氛气体的滞留形成有致密的镁橄榄石被膜。另一方面，在将搭接长度c设为大于50mm的情况下，可看到铁损改善量的劣化。认为这是由于搭接长度变长，从而在槽中流通的气氛气体的流通性提高，不易形成致密的镁橄榄石被膜。
另外，在搭接长度c大于50mm的情况下，也确认到B8的劣化。这认为是由于搭接长度c变长，槽的体积增加所导致的。另外，由于为线状槽，所以中心线的不连续部的搭接长度c需要为0mm以上。根据以上可知将搭接长度c的适宜范围设为0mm～50mm。更优选搭接长度c为0.1mm以上。另外，更优选搭接长度c为40mm以下。
以下，对本发明的适当的实施方式进行详细说明。但是，本发明并不仅限于本实施方式所公开的构成，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。
[方向性电磁钢板]
对于本发明的方向性电磁钢板用的钢坯材(板坯)的基本成分、抑制剂成分和任意添加成分进行具体论述。
(基本成分)
C：0.08质量％以下
C是为了改善热轧板组织而添加的，但如果C的含量超过0.08质量％，则很难在制造工序中脱碳至不引起磁时效的50质量ppm以下，则C含量优选为0.08质量％以下。另外，由于在不包含C的钢坯材中也进行二次再结晶，因此对于C含量的下限也没有特别设置。
Si：2.0～8.0质量％
Si是对增大钢的电阻、改善铁损有效的元素。然而，若Si的含量小于2.0质量％，则其改善效果发挥不充分，另一方面，如果超过8.0质量％，则加工性、通板性显著劣化，而且，磁通密度也降低。因此，Si含量优选为2.0～8.0质量％的范围。
Mn：0.005～1.0质量％
Mn是提高热加工性所需的元素。然而，如果Mn的含量小于0.005质量％，则无法充分得到该效果，另一方面，如果超过1.0质量％，则磁通密度劣化。因此，Mn含量优选在0.005～1.0质量％的范围。
(抑制剂成分)
在本发明中，方向性电磁钢板的板坯的成分组成是产生二次再结晶的成分组成即可。为了产生二次再结晶而利用抑制剂的情况下，如果是利用例如AlN系抑制剂的情况，可以适当地含有Al和N，另外如果是利用MnS·MnSe系抑制剂的情况，可以适当地含有Mn和Se和/或S即可。当然可以并用两种抑制剂。这种情况下的Al、N、S和Se的优选含量分别为Al：0.010～0.065质量％、N：0.0050～0.0120质量％、S：0.005～0.030质量％、Se：0.005～0.030质量％。
并且，本发明也可以应用于限制了Al、N、S、Se含量的、不使用抑制剂的方向性电磁钢板。在这种情况下，优选Al、N、S、Se的含量分别抑制在Al：0.010质量％以下、N：0.0050质量％以下、S：0.0050质量％以下、Se：0.0050质量％以下。
在上述的基本成分、抑制剂成分以外，可以适当地含有已知对磁特性改善有效的下述任意添加成分。
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％、Cr：0.03～1.50质量％中的1种以上
Ni是为了改善热轧板组织而提高磁特性有效的元素。然而，如果Ni的含量小于0.03质量％，则对磁特性的贡献小，另一方面，如果超过1.50质量％，则二次再结晶不稳定，磁特性劣化。因此，Ni含量优选在0.03～1.50质量％的范围。
另外，Sn、Sb、Cu、P、Mo、Cr也是提高磁特性的元素，但都是含量小于上述的下限时其效果并不充分，并且，如果超过上限，则二次再结晶粒的生长受到抑制，因此磁特性劣化。因此分别优选在上述含量的范围。
并且，上述成分以外由Fe和不可避免的杂质构成。应予说明，在制品板中，C以外的基本成分和任意添加成分在钢坯材(板坯)中含有的量也直接包含在制品板中。另一方面，C因脱碳退火减少，抑制剂成分在后述的最终退火中被纯化，制品板中减少到不可避免的杂质程度的含量。
对由上述的成分体系构成的方向性电磁钢板的钢坯材(板坯)实施热轧后，进行热轧板退火。接着，实施1次或隔着中间退火的2次以上的冷轧，最终制成最终板厚的钢带。其后，对上述钢带实施脱碳退火，涂布以MgO为主成分的退火分离剂后，卷绕成卷状，实施以形成二次再结晶和镁橄榄石被膜为目的的最终退火。对最终退火后的钢带实施平坦化退火后，例如形成磷酸镁系的张力被膜，制成制品板的钢带。
在本发明中，冷轧后、涂布退火分离剂前的任意工序中，在方向性电磁钢板(钢带)的表面形成线状槽。
[槽形成方法]
在本发明的槽的形成方法中，可举出通过凹版印刷法、喷墨印刷法，印刷抗蚀剂图案以形成中心线的不连续部，通过电解蚀刻法将非印刷部形成槽的方法；对钢板整面涂布抗蚀剂油墨形成抗蚀剂后，通过激光照射进行图案化(抗蚀剂除去)以形成中心线的不连续部后，通过电解蚀刻法将除去了抗蚀剂的露出部形成槽的方法等，但并不特别限定。
[槽尺寸]
下述在示出本发明中适当的槽尺寸。这里，槽尺寸是指槽宽度、槽深度，和在方向性电磁钢板(钢带)的轧制方向周期性地形成的槽彼此的间隔以及线状槽的延伸方向与板宽度方向所成的角。
槽宽度：10～300μm
槽宽度越宽，形成同程度的槽深度时的导磁率的劣化越大，因此槽越窄越好。因此，槽宽度优选为300μm以下。但是，槽宽度过于窄时，由于槽两端的磁极耦合，铁损改善效果降低，因此优选将槽宽度的下限设为10μm。
槽深度：相对于板厚为4～25％
对于由形成槽得到的铁损改善效果，槽侧壁部的表面积、即槽的形成深度越大(深)，得到越高的铁损改善效果。因此，优选形成相对于板厚为4％以上的深度的槽。另一方面，如果增加槽的深度，则当然槽的体积也增加，有导磁率劣化的趋势。并且，通板时有以槽部为起点断裂的风险。基于以上，优选将槽深度的上限设为相对于板厚为25％。
线状槽的轧制方向的形成间隔：1.5～10mm
如上所述，槽侧壁部的表面积越大铁损改善效果越高，因此轧制方向的槽的形成间隔越窄得到越良好的结果。然而，随着槽的形成间隔变窄，槽相对于钢板的体积分率也在增加，导磁率劣化，而且操作时的断裂的风险也提高。因此，优选将轧制方向的槽的形成间隔设为1.5mm～10mm。
线状槽与板宽度方向所成的角度：±30°以内
随着槽的延伸方向从板宽度方向倾斜，槽的体积增加，因此有导磁率劣化的趋势。因此，优选线状槽与板宽度方向所成的角度在±30°以内。
[槽形状测定方法]
本发明的中心线的不连续部的槽宽度a、中心线间的槽宽度方向的距离b、搭接长度c通过利用光学显微镜观察张力被膜形成后的方向性电磁钢板的表面，测量该部位的长度而求出。槽深度的测定使用激光显微镜，观察上述钢板的表面，沿延伸方向取得槽部的深度曲线。将所得到的各点的深度曲线的、最深部的平均值设为槽深度。
另外，在本发明中，对于上述工序、制造条件以外，可以适当地使用形成槽而实施磁畴细化处理的公知的方向性电磁钢板的制造方法。
实施例
接下来，基于实施例具体说明本发明。以下的实施例示出本发明的优选的一个例子，并不受本实施例任何限定。可以在拿个适合本发明的主旨的范围内加入变更来实施，这样的方式也包含在本发明的技术范围内。
对含有表1所示的成分组成且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的方向性电磁钢板的钢坯材(板坯)实施热轧，进行热轧板退火。其后，实施隔着中间退火的2次冷轧，制成板厚0.23mm的冷轧钢带。铁棍喷墨方式对其印刷抗蚀剂图案后，通过电解蚀刻法形成槽。此时，如图4所示，以槽宽度200μm、槽的轧制方向的形成间隔4mm、槽的延伸方向与板宽度方向所成的角度为10°的方式设定由抗蚀剂部和非抗蚀剂部形成的抗蚀剂图案，并且使中心线的不连续部的中心线间的槽宽度方向的距离b和搭接长度c进行各种变化。另外，电解蚀刻条件设定为槽深度为20μm的条件。通过电解蚀刻形成槽后的钢带在碱液中除去了表面的抗蚀剂后，进行脱碳退火，涂布以MgO作为主成分的退火分离剂，卷绕成卷状后，实施最终退火。对最终退火后的钢带实施平坦化退火后，形成磷酸镁系的张力被膜，形成最终制品钢带。
将这样制成的钢带针以每1个线状槽包含1个位置的中心线的不连续部的方式切出RD：280mm×TD：100mm，以SST(单板磁试验)方式测定W17/50、B8。这里，RD是指钢板的轧制方向，TD是指板宽度方向。利用光学显微镜观察磁测定后的试样表面，测定槽宽度a、中心线的不连续部的中心线间的槽宽度方向的距离b和搭接长度c。接着，对测定了磁特性、槽形状的试样，切出中心线的不连续部的截面，埋入碳模具进行研磨后，利用SEM观察该研磨后的截面，测定槽底部的镁橄榄石被膜的膜厚。
另外，作为比较，形成在板宽度方向没有连续地形成的小规模的槽组，也同样地制成以在板宽度方向邻接的槽彼此在与轧制方向正交的投影面上重叠的方式形成的槽图案(后述的表1的No.43、44)以及在板宽度方向邻接的槽的端部彼此分离的槽图案(后述的表1的No.45、46)的试样，并进行槽形状、磁特性的评价。另外，与上述同样地利用SEM观察槽宽度中央部的截面，测定槽底部的镁橄榄石被膜的膜厚。
将结果一并示于表2。可知b/a在本发明的范围时，在槽底部形成厚镁橄榄石被膜，显示高铁损改善效果，同时抑制磁通密度的劣化。并且，c为0mm～50mm时，在槽底部进一步形成厚镁橄榄石被膜，可确认到更高的铁损改善效果。
[表1]
Figure BDA0003495148810000091
[表2]
Figure BDA0003495148810000101
下划线表示在本发明的范围外
*1在板宽度方向邻接的槽的槽宽度方向上的中心线间的距离/槽宽度
*2将在板宽度方向邻接的槽投影到与轧制方向正交的投影面时，槽彼此重合的长度
*3表示在板宽度方向邻接的槽的端部彼此在槽的长度方向具有0.5nm的间隔。
*4表示在板宽度方向邻接的槽的端部彼此在槽的长度方向具有1mm的间隔。
符号说明
1 线状槽
2 中心线的不连续部

Claims (2)

1.一种方向性电磁钢板，在与方向性电磁钢板的轧制方向交叉的方向，沿所述轧制方向周期性地形成有线状槽，
所述线状槽具有所述线状槽的槽宽度的中心线的位置在所述线状槽的槽宽度方向偏移的中心线的不连续部，
在将所述线状槽的槽宽度设为a、将所述中心线的不连续部的中心线间的槽宽度方向的距离设为b时，所述a和b满足下述式(1)的关系，
0.05≤b/a≤0.95…(1)。
2.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板，其中，所述中心线的不连续部的线状槽长度方向的长度为0mm～50mm。
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