JP5668379B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
そのためには、鋼板中の二次再結晶粒を、(110)[001]方位(いわゆる、ゴス方位)に高度に揃えることや、製品鋼板中の不純物を低減することが重要である。しかしながら、結晶方位を制御することや、不純物を低減することは、製造コストとの兼ね合い等で限界がある。そこで、鋼板の表面に対して物理的な手法で不均一性(歪)を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術、すなわち磁区細分化技術が開発されている。
そこで、本発明の目的は、レーザを鋼板表面に照射して該表面上に線状に照射痕を形成することにより鉄損を低減させる方向性電磁鋼板の製造方法において、該鋼板を用いて作製した変圧器鉄心を励磁する際に発生する騒音(以下、単に「騒音」という)の低い方向性電磁鋼板を得るための方途を提供することにある。
(1)二次再結晶焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に、該鋼板の圧延方向と交差する方向へのレーザ走査を前記圧延方向に間隔を置いて繰り返し行って、磁区細分化処理を施すに当たり、前記レーザ走査の圧延方向の間隔を、その間隔がランダムな値をとるように相互に変化させ、前記鋼板の圧延方向と交差する方向へのレーザ走査は楕円形のレーザビームを用いて不連続の線状に行うことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
(2)二次再結晶焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に、該鋼板の圧延方向と交差する方向にレーザを走査して照射を圧延方向に間隔を置いて繰り返し行って、前記線状照射痕が圧延方向に、その間隔がランダムな値となる不等間隔で配置されてなり、前記線状照射痕は鋼板の圧延方向と交差する方向に不連続であり楕円形を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。
本発明の方向性電磁鋼板の製造方法は、二次再結晶焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に、連続または不連続の線状にレーザを圧延方向と交差する方向に走査し、照射痕を形成して磁区細分化処理を施すことにより、鉄損の低減とともに、騒音の低減を図るものである。その際、レーザ走査の圧延方向の間隔を、従来技術のように等間隔とはせずに、変化させて不等とすることが肝要である。なお、本発明において、「圧延方向と交差する方向」とは、圧延方向と直交する方向に対して±30°以内の角度範囲を意味する。また、「レーザ走査の圧延方向の間隔」は、線状照射痕の幅中心間距離を意味する。
騒音の測定は、鉄心の全面に面圧で1.0 kgf/cm2(0.098 MPa)の荷重をかけ、U脚、W脚およびそれらを結ぶ両ヨーク部から200 mm 外側の位置に設置したコンデンサマイクロフォンを用いて行い、4点の平均値をとった。同時に周波数解析も行ったが、騒音はオーバーオール値で比較した。
その結果、連続レーザ(パルスレーザ)走査の圧延方向の間隔を変化させることにより、該間隔を等間隔にした場合に比べて騒音値が小さくなることが判明したのである。
レーザ走査の圧延方向の間隔を等間隔から不等とすることにより騒音が低減されるメカニズムは明らかではないが、該間隔を不等とすることにより磁区細分化処理の間隔が不規則となり、(1)磁歪振動に起因する鋼板の圧延方向の固有振動数の変化、(2)積層状態での固有振動のピークの緩和、(3)積層鉄心全体の見かけの弾性率の変化、等が、騒音の低減に有利に働いたものと考えられる。
また、レーザ光源としてパルスレーザを使用する場合には、鋼板表面に圧延方向と交差する方向に等間隔に形成される照射痕の間隔は、鉄損の低減効果を図る点から0より大きく、30mm以下とする。好ましくは2〜20mmである。
図1は、従来の(a)連続、および(b)不連続の線状の磁区細分化処理の要領を示す図である。レーザ光源を圧延方向と交差する方向に走査して照射し、レーザ光源として連続レーザを使用する場合には連続の線状に、パルスレーザを使用する場合には不連続の線状に照射痕がそれぞれ形成される。本発明において、パルスレーザを使用する場合には、圧延方向と交差する方向の照射痕の間隔は等間隔である。このような線状照射痕の形成を、圧延方向に間隔を置いて繰り返す。
更に、上記した騒音が低減されるメカニズムを考慮すると、レーザ走査の圧延方向の間隔を完全に不均一(ランダム)にすることが最も効果的と考えられる。ここで、照射痕の「レーザ走査の圧延方向の間隔をランダムにする」とは、所定の下限から上限までを所定の刻み間隔で刻み、下限から上限までの間の刻まれた間隔の中から、間隔の値を不規則に選択して設定することを意味する。
本発明の方法は、二次再結晶焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面にレーザを照射する磁区細分化処理に特徴を有しており、従って、素材については方向性電磁鋼板の一般に従えばよく、例えば、Si:2.0〜8.0質量%を含む電磁鋼素材を用いればよい。以下、使用する電磁鋼素材における各組成について説明する。
Si:2.0〜8.0質量%
Siは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を改善するのに有効な元素であるが、含有量が2.0質
量%に満たないと十分な鉄損低減効果が達成できず、一方、8.0質量%を超えると加工性
が著しく低下し、また磁束密度も低下するため、Si量は2.0〜8.0質量%の範囲とすることが好ましい。
C:0.08質量%以下
Cは、熱延板組織の改善のために添加をするが、0.08質量%を超えると製造工程中に磁気時効の起こらない50質量ppm以下までCを低減することが困難になるため、0.08質量%以下とすることが好ましい。なお、下限に関しては、Cを含まない素材でも二次再結晶が可能であるので特に設ける必要はない。
Mnは、熱間加工性を良好にする上で必要な元素であるが、含有量が0.005質量%未満ではその添加効果に乏しく、一方1.0質量%を超えると製品板の磁束密度が低下するため、Mn量は0.005〜1.0質量%の範囲とすることが好ましい。
さらに、本発明は、Al、N、S、Seの含有量を制限した、インヒビターを使用しない方向性電磁鋼板にも適用することができる。
この場合には、Al、N、SおよびSe量はそれぞれ、Al:100 質量ppm以下、N:50 質量ppm以下、S:50 質量ppm以下、Se:50 質量ppm以下に抑制することが好ましい。
Ni:0.03〜1.50質量%、Sn:0.01〜1.50質量%、Sb:0.005〜1.50質量%、Cu:0.03〜3.0質量%、P:0.03〜0.50質量%、Mo:0.005〜0.10質量%およびCr:0.03〜1.50質量%のうちから選んだ少なくとも1種
Niは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるために有用な元素である。しかしながら、含有量が0.03質量%未満では磁気特性の向上効果が小さく、一方1.5質量%を超えると二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する。そのため、Ni量は0.03〜1.5質量%の範囲とするのが好ましい。
なお、上記成分以外の残部は、製造工程において混入する不可避的不純物およびFeである。
3質量%のSiを含有する、最終板厚0.20mmに圧延された冷延板を、脱炭、一次再結晶焼鈍した後、MgOを主成分とした焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶焼鈍と純化焼鈍を兼ねた最終焼鈍を施し、60%のコロイダルシリカとリン酸マグネシウムからなる絶縁コートを塗布して800℃にて焼付けた。次いで、圧延方向と直交する方向にレーザを走査して照射する磁区細分化を施した後、再度、リン酸マグネシウムからなる絶縁コート液(コロイダルシリカおよび固形物を含まない)を500℃にて焼き付けた。
レーザ光源として、Qスイッチパルスレーザ(発明例1、2、5、6および比較例1、3)、連続ファイバレーザ(発明例3、4および比較例2)を使用し、ビームのスポット径および形状は、発明例1、2および比較例1については直径0.3 mmの円形、発明例3、4および比較例2については、直径0.2 mmの円形、および発明例5、6および比較例3については、長径0.3 mm、短径0.1 mmの楕円形である。また、レーザ走査の圧延方向の間隔は、表1のように変化させた。
得られた試料を500 mm角の製法三脚鉄心用に斜角剪断して積層し、三層変圧器を作製した。ここで、それぞれの足の幅は100 mmとした。この単相変圧器に対して、コンデンサマイクロフォンを使用して1.7 T、50 Hz励磁における騒音を測定した。その際、聴間補正としてAスケール補正を行った。
Claims (2)
- 二次再結晶焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に、該鋼板の圧延方向と交差する方向へのレーザ走査を前記圧延方向に間隔を置いて繰り返し行って、磁区細分化処理を施すに当たり、
前記レーザ走査の圧延方向の間隔を、その間隔がランダムな値をとるように相互に変化させ、前記鋼板の圧延方向と交差する方向へのレーザ走査は楕円形のレーザビームを用いて不連続の線状に行うことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。 - 二次再結晶焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に、該鋼板の圧延方向と交差する方向にレーザを走査して照射を圧延方向に間隔を置いて繰り返し行って、前記鋼板の表面に前記交差方向に伸びる線状照射痕を前記圧延方向に間隔を置いて導入した方向性電磁鋼板であって、
前記線状照射痕が圧延方向に、その間隔がランダムな値となる不等間隔で配置されてなり、前記線状照射痕は鋼板の圧延方向と交差する方向に不連続であり楕円形を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。
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