JP4510757B2 - 磁気特性の優れた方向性電磁鋼板とその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)連続発振レーザビームの走査照射により、鋼板の圧延方向に対して概垂直で、且つ概一定間隔で線状の環流磁区を形成して鉄損特性を改善した方向性電磁鋼板の製造方法において、レーザが、ビーム伝搬方向に垂直な断面内のレーザ光強度分布が光軸中心近傍に最大強度を持つTEM00モードであり、照射ビームの圧延方向集光径d[mm]、レーザビームの走査線速度V[mm/s]、レーザの平均出力P[W]が以下の範囲であることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
0<d≦0.2
0.001≦P/V≦0.012
0.010≦d≦0.10
0.001≦P/V≦0.008
(3)前記d、V、Pが以下の範囲であることを特徴とする(1)記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
0.010<d≦0.060
0.002≦P/V≦0.006
(4)前記d、V、Pが以下の範囲であることを特徴とする(1)記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
0.010<d<0.040
0.002≦P/V≦0.006
(5)照射レーザビーム形状の圧延方向径をd、それと直交方向の径をdc、レーザ平均出力をPとした時、瞬時パワー密度Ip[kW/mm2]をIp=P/(d×dc)で定義し、Ipの範囲が0<Ip≦100kW/mm2であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかの項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
(6)前記レーザ装置が、発振波長λが1.07≦λ≦2.10μmの連続発振ファイバーレーザ装置によるものであることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかの項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
(7)前記レーザ装置が、平均出力10W以上の連続発振ファイバーレーザであることを特徴とする(6)記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
(10)レーザビーム照射痕または線状環流磁区の幅Wlが0.01≦Wl≦0.04mmであることを特徴とする(8)記載の方向性電磁鋼板。
(11)レーザビーム線状照射痕または線状環流磁区の圧延方向間隔Plが、1.5≦Pl≦11.0mmであることを特徴とする(8)〜(10)のいずれかの項に記載の方向性電磁鋼板。
(12)レーザビーム線状照射痕または線状環流磁区の圧延方向間隔Plが、3.0≦Pl≦7.0mmであることを特徴とする(8)〜(10)のいずれかの項に記載の方向性電磁鋼板。
図2は本発明にかかわるレーザビームの照射方法の説明図である。レーザビーム1は図示されないファイバーレーザ装置から出力される。ファイバーレーザは半導体レーザを励起源としてファイバーコア自身が発光するレーザ装置であり、発振ビーム径はファイバーコア径により規制されている。
ここでW17/50は、磁界強度1.7T、周波数50Hzでの鉄損値である。本実施例で用いた方向性電磁鋼板サンプルの板厚は0.23mmであり、レーザ照射前のW17/50の範囲は0.85〜0.90W/kgである。
磁区制御の理想は圧延方向に狭い環流磁区でヒステリシス損の増加を抑制し、且つその狭い環流磁区に180°磁区を十分細分化させ得る強度を持たせることにある。環流磁区の源はレーザ照射による歪みであるが、歪みは鋼板表面近傍の温度分布に起因し、特に到達すべき温度と温度勾配に依存すると本発明者らは考えた。更にレーザ照射部の温度の空間分布はレーザビームの空間強度分布が影響すると考えた。そこでビームモードを考慮して、連続波レーザを走査照射した場合の定常状態におけるレーザ照射部の温度分布を熱伝導シミュレーションにより推定した。ここでの計算パラメータはビームモード、レーザ平均出力P、走査線速度Vである。
本発明の実施例で用いたファイバーレーザは石英ファイバーのコア部にYb(イッテルビウム)をドープしたものであり、半導体レーザを用いた励起により発振し、その発振波長は1.07から1.10μmである。従来電磁鋼板の磁区制御に使用されてきたYAGレーザ波長1.06μmとCO2レーザ波長10.6μmの間の波長であることがファイバーレーザの第一の特徴である。
またファイバーレーザの発振モードは前述のごとく、シングルモードに近似され、ビーム品質ファクターM2値が理論限界の1に近い。これは一般のYAGレーザのM2値が20以上であることに比べると非常に優れた性能である。
dm=M2×(4/π)×f×λ/D
よって、M2値の大きいYAGレーザや波長λの長いCO2レーザに比べ、ファイバーレーザは、より極小集光が可能であり、これが磁区制御におけるファイバーレーザの第二の特徴である。
また、本発明の方法には容易に高出力のTEM00モードのレーザビームが得られるファイバーレーザが最適であるが、その他TEM00に近似のモードが得られ、かつ鋼板表面の波長吸収特性の高いレーザ装置であれば本発明に使用してもよい。
Ip=P/(d×dc) [kW/mm2]
Claims (12)
- 連続発振レーザビームの走査照射により、鋼板の圧延方向に対して概垂直で、且つ概一定間隔で線状の環流磁区を形成して鉄損特性を改善した方向性電磁鋼板の製造方法において、レーザが、ビーム伝搬方向に垂直な断面内のレーザ光強度分布が光軸中心近傍に最大強度を持つTEM00モードであり、照射ビームの圧延方向集光径d[mm]、レーザビームの走査線速度V[mm/s]、レーザの平均出力P[W]が以下の範囲であることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
0<d≦0.2
0.001≦P/V≦0.012 - 前記d、V、Pが以下の範囲であることを特徴とする請求項1記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
0.010≦d≦0.10
0.001≦P/V≦0.008 - 前記d、V、Pが以下の範囲であることを特徴とする請求項1記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
0.010<d≦0.060
0.002≦P/V≦0.006 - 前記d、V、Pが以下の範囲であることを特徴とする請求項1記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
0.010<d<0.040
0.002≦P/V≦0.006 - 照射レーザビーム形状の圧延方向径をd、それと直交方向の径をdc、レーザ平均出力をPとした時、瞬時パワー密度Ip[kW/mm2]をIp=P/(d×dc)で定義し、Ipの範囲が0<Ip≦100kW/mm2であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記レーザ装置が、発振波長λが1.07≦λ≦2.10μmの連続発振ファイバーレーザ装置によるものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記レーザ装置が、平均出力10W以上の連続発振ファイバーレーザであることを特徴とする請求項6記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- レーザビームの走査照射により、鋼板の圧延方向に対して概垂直で、且つ概一定間隔で線状の環流磁区を形成して鉄損特性を改善した方向性電磁鋼板において、レーザビーム照射痕または線状環流磁区の圧延方向幅Wlが、0<Wl≦0.2mmであること(ただし、該レーザビーム照射痕が鋼板の地鉄表面に存在する線状刻み目である場合を除く)を特徴とする方向性電磁鋼板。
- レーザビーム照射痕または線状環流磁区の幅Wlが0.01≦Wl≦0.1mmであることを特徴とする請求項8記載の方向性電磁鋼板。
- レーザビーム照射痕または線状環流磁区の幅Wlが0.01≦Wl≦0.04mmであることを特徴とする請求項8記載の方向性電磁鋼板。
- レーザビーム線状照射痕または線状環流磁区の圧延方向間隔Plが、1.5≦Pl≦11.0mmであることを特徴とする請求項8〜10のいずれかの項に記載の方向性電磁鋼板。
- レーザビーム線状照射痕または線状環流磁区の圧延方向間隔Plが、3.0≦Pl≦7.0mmであることを特徴とする請求項8〜10のいずれかの項に記載の方向性電磁鋼板。
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