JP6614398B1 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2018年2月26日に、日本に出願された特願2018−032552号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本形態に係る方向性電磁鋼板において、前記KAM値が、0.1以上、2.0以下であることが好ましい。
以下、図面を参照しながら、一実施形態について説明する。
本形態の方向性電磁鋼板は、結晶粒の磁化容易軸(体心立方晶の<100>方向)が、後述する圧延方向に略揃った電磁鋼板である。また、方向性電磁鋼板は、圧延方向に磁化が向いた複数の磁区を有している。
鋼板本体の組成は、一例として、Si;2.0質量%以上4.0質量%以下、C;0.003質量%以下、Mn;0.05質量%以上0.15質量%以下、酸可溶性Al;0.003質量%以上0.040質量%以下、N;0.002質量%以下、S;0.020質量%以下、残部がFe及び不純物である。鋼板本体の厚さは、例えば0.15mm以上で、かつ0.35mm以下である。
次に、方向性電磁鋼板の製造方法の一例について説明する。方向性電磁鋼板の製造方法は、例えば、鋳造工程、熱間圧延工程、焼鈍工程、冷間圧延工程、脱炭焼鈍工程、焼鈍分離剤塗布工程、最終仕上げ焼鈍工程、絶縁被膜剤塗布工程、平坦化焼鈍工程、レーザ溝形成工程、熱処理工程、及び再絶縁被膜形成工程を備える。
先ず、鋳造工程(連続鋳造工程)において、連続鋳造によりスラブが形成される。
次に、熱間圧延工程において、スラブが熱間圧延され、所定厚さの熱間圧延鋼板が形成される。次に、焼鈍工程において、熱間圧延鋼板が所定温度、例えば、1100℃で焼鈍される。
次に、冷間圧延工程において、熱間圧延鋼板が所定方向(以下、「圧延方向」という)に引き延ばされ、所定厚さの鋼板(冷間圧延鋼板)が形成される。なお、圧延方向は、冷間圧延鋼板(方向性電磁鋼板)の長手方向と一致する。
次に、脱炭焼鈍工程において、冷間圧延鋼板が所定温度(例えば、700℃〜900℃)で脱炭焼鈍(連続焼鈍)される。これにより、冷間圧延鋼板が脱炭されるとともに、冷間圧延鋼板内に、一次再結晶(結晶粒径:10〜30μm)が生じる。また、必要に応じて、脱炭焼鈍中あるいは脱炭焼鈍後に、含アンモニア雰囲気での熱処理によって鋼板を窒化することもできる(例えば150〜300ppm)。
次に、焼鈍分離剤塗布工程において、主成分としてMgOを含む焼鈍分離剤が、冷間圧延鋼板の表面に塗布される。その後、冷間圧延鋼板は、コイル状に巻かれる。
次に、最終仕上げ焼鈍工程において、コイル状に巻かれた冷間圧延鋼板が、所定温度(例えば、約1200℃)、かつ、所定時間(例えば、約20時間)で焼鈍(バッチ焼鈍)される。これにより、冷間圧延鋼板内に二次再結晶が生じて、磁化容易軸が圧延方向に略揃った結晶方位が生じるとともに、冷間圧延鋼板の表面上にグラス被膜が形成される。この結果、方向性電磁鋼板が形成される。その後、コイル状の方向性電磁鋼板は、巻き解かれる。
次に、絶縁被膜剤塗布工程において、電気絶縁性を有するとともに、方向性電磁鋼板の表面に所定の張力を付与可能な絶縁被膜剤(コーティング液)が、方向性電磁鋼板の表面に塗布される。
次に、平坦化焼鈍工程において、方向性電磁鋼板は、搬送装置によって搬送されながら、所定温度(例えば、800℃〜850℃)、かつ、所定時間(例えば、10秒以上120秒以下)で焼鈍(平坦化焼鈍)される。この際、方向性電磁鋼板には、搬送装置から方向性電磁鋼板の圧延方向(長手方向)に張力(通板張力)が付与される。これにより、最終仕上げ焼鈍時の冷間圧延鋼板の巻癖やひずみが除去され、方向性電磁鋼板が平坦化される。
次に、レーザ溝形成工程において、搬送装置によって搬送される方向性電磁鋼板の表面に、レーザ加工によって複数の溝(レーザ溝)が形成される。具体的には、方向性電磁鋼板は、搬送装置によってレーザ照射装置へ搬送される。
この際、方向性電磁鋼板には、搬送装置から方向性電磁鋼板の圧延方向(長手方向)に、2MPa以上、15MPa以下の張力(通板張力)が付与される。この状態で、レーザ照射装置から出射されたレーザビームが、方向性電磁鋼板の幅方向に沿って方向性電磁鋼板の表面に照射(走査)される。前記通板張力については、2MPa以上、9MPa以下の範囲がより好ましい。
前述したレーザ溝形成工程では、方向性電磁鋼板の表面を被膜する絶縁被膜が部分的に除去される。そこで、再絶縁被膜形成工程において、方向性電磁鋼板の表面を再び絶縁被膜する。
この再絶縁被膜形成工程において、20℃/s以上、100℃/s以下で冷却することにより、上述の溝周辺領域のKAM値を0.1以上、0.3以下とした方向性電磁鋼板が得られる。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法によって製造された方向性電磁鋼板は、例えば、巻トランスの巻鉄心に用いられる。巻鉄心では、複数の方向性電磁鋼板が積層された状態で巻かれる。
しかしながら、レーザ加工によって表面に溝が形成された方向性電磁鋼板によって形成された巻鉄心がひずみ取り焼鈍されると、巻鉄心(方向性電磁鋼板)の鉄損が劣化(増加)する。
これらの積分値を求めた測定点は、図1に示す凹型の溝12に対し、溝底からX方向(方向性電磁鋼板の厚さ方向中央側に向く方向)に5μm離間した深さ位置に設定した。また、この深さ位置において、鋼板表面に平行な方向に沿って溝幅に相当する範囲に対し、等間隔(2μm間隔)で29箇所を測定点とした。
なお、図1に示すように溝12の下方に亜粒界14と思われる、周囲と色相の異なる領域が生成しているので、これらの測定点の一番左側の測定点は、亜粒界14が存在しない基準点と判断している。
そして、溝12に対する方向性電磁鋼板10の厚み方向の中央側に亜粒界14が発生すると、後述する試験結果から分かるように、巻鉄心20(方向性電磁鋼板10)の鉄損が劣化する。
この際、例えば、図4に示されるように、6角形のピクセルCを使用し、図3に示す溝周辺領域16をマッピングすることにより求めることができる。
例えば、特定のピクセルCAと、当該ピクセルに隣接する6つのピクセルCBとの間の方位差の平均値を算出し、この平均値を所定のピクセルCAのKAM値とすることができる。そして、溝周辺領域16内で例えば0.1〜1μm程度のステップサイズを規定し、プローブ径10nmなどに設定し、溝周辺領域16において相当数、例えば、10000箇所のKAM値を算出し、その中の最大値を採用することで溝周辺領域16のKAM値を決定することができる。
このようにKAM値を決定の場合、用いるピクセルは、図4に示す6角形のピクセルCに限らず、正方形などの他の形状のピクセルを用いても良い。
本実施例では、レーザ加工によって表面に溝が形成された方向性電磁鋼板の溝周辺領域のKAM値を測定した。
(方向性電磁鋼板)
方向性電磁鋼板は、前記実施形態と同様の製造方法により製造した。なお、再絶縁被膜形成工程において、方向性電磁鋼板の加熱温度(焼付け温度)を800℃〜850℃とし、方向性電磁鋼板の冷却速度を20℃/s以上、100℃/s以下とした。
また、レーザ溝形成工程において、方向性電磁鋼板の表面に形成する溝(レーザ溝)の加工条件は、次のとおりである。
レーザビームの種類:ファイバーレーザ
レーザビームの波長:1080nm
レーザビームの出力:1000W
レーザビームの直径:0.1×0.3mm
レーザビームの走査速度:30m/s
溝の間隔(ピッチ):3mm
溝の深さ:20μm
溝の幅:50μm
方向性電磁鋼板の通板張力:2MPa以上、15MPa以下
前述したように、図3には、レーザ加工によって表面10Aに溝12が形成された方向性電磁鋼板10の断面が示されている。この方向性電磁鋼板10の断面において、溝12に対する方向性電磁鋼板10の厚み方向の中央側(矢印X側)の溝周辺領域16内のKAM値を測定した。なお、KAM値とは、方向性電磁鋼板の所定断面において、隣り合う結晶粒の方位の相対的な差の度合いを表す指標である。
次に、所定のピクセルCAと、当該ピクセルCAと隣接する6つのピクセルCBとの間の方位差の平均値を計算し、この平均値を所定のピクセルCAのKAM値とした。そして、溝周辺領域16内のピクセルCのKAM値の最大値を溝周辺領域16のKAM値とした。
巻鉄心の鉄損改善率ηは、溝が形成されていない方向性電磁鋼板によって形成された巻鉄心の鉄損W0、及びレーザ加工によって溝が形成された方向性電磁鋼板によって形成された巻鉄心の鉄損Wgを求め、下記式(1)から算出した。
η=(W0−Wg)/W0×100 ・・・式(1)
図5に、ひずみ取り焼鈍される前の方向性電磁鋼板の溝周辺領域のKAM値と、ひずみ取り焼鈍された後の巻鉄心(方向性電磁鋼板)の鉄損改善率ηと、ひずみ取り焼鈍前の単板の鉄損改善率(SST改善率:Single Sheet Test(JIS C2556規定)により測定した鉄損値に基づく改善率)との関係を示す。
次に、レーザ溝形成工程の方向性電磁鋼板の通板張力と、ひずみ取り焼鈍された巻鉄心の鉄損改善率との関係について説明する。
次に、レーザ溝形成後に行う再絶縁被膜形成工程の方向性電磁鋼板の冷却速度と、ひずみ取り焼鈍された巻鉄心の鉄損改善率ηとの関係について説明する。
次に、前記実施形態の変形例について説明する。
10A 表面(方向性電磁鋼板の表面)
12 溝
12A 溝底(溝の溝底)
14 亜粒界
16 溝周辺領域(領域)
20 巻鉄心
C、CA、CB ピクセル
Claims (2)
- 表面に、レーザ加工によるレーザ溝が形成された方向性電磁鋼板において、
前記溝と直交する前記方向性電磁鋼板の断面において、前記溝に対する前記方向性電磁鋼板の厚み方向の中央側の領域で、かつ、一辺が前記溝の溝底に接するとともに一辺の長さが50μmの正方形で囲まれた領域内のKAM値が、0.1以上、3.0以下である、方向性電磁鋼板。 - 前記KAM値が、0.1以上、2.0以下である請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
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