JPH0619112B2 - 電磁鋼板の鉄損値改善方法 - Google Patents

電磁鋼板の鉄損値改善方法

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JPH0619112B2 JP61226271A JP22627186A JPH0619112B2 JP H0619112 B2 JPH0619112 B2 JP H0619112B2 JP 61226271 A JP61226271 A JP 61226271A JP 22627186 A JP22627186 A JP 22627186A JP H0619112 B2 JPH0619112 B2 JP H0619112B2
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1294Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties involving a localized treatment

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電磁鋼板の鉄損値の改善方法に関するもので
あり、さらに詳しく述べるならば、電磁鋼板の表面にレ
ーザー光を照射することにより磁区構造に変化を生じせ
しめることにより鉄損値を向上せしめる方法に関する。
〔従来の技術〕
電磁鋼板の表面にレーザー光を照射することにより磁区
構造に変化を生じせしめることにより鉄損値を向上せし
める技術は、本出願人の特公昭57−2252号をもって嚆矢
とし、その後多数の技術が特許として公表されている。
レーザー公照射により鋼板に痕跡が残るか否かの観点か
らレーザー光照射技術を分類することができる。痕跡を
残すことが前提になっている技術には、例えば特公昭58
−50297号、特公昭58−50298号である。一方、特開昭59
-33802号は連続発振レーザー光を照射に用いると絶縁被
膜に損傷を与えることなく磁区の細分化による鉄損値低
下が可能であることを開示している。よって、特開昭59
-33802号は鋼板に痕跡を残さない技術に分類される。
特開昭59-33802号に開示されたレーザー光照射条件で際
立ったところは次の点にあると認められる。走査線が鋼
板の移動方向(圧延方向)に対してほぼ直角になり、隣
合った走査線間の間隔が適当になるような条件で照射時
間制御により最大の磁区細分化を行なうような条件を一
般的条件とする。具体的条件としては、(イ)鋼板垂直
面でのエネルギー密度の制御、(ロ)レーザービームの
断面形状の選定、(ハ)単位面積当たりのレーザーパワ
ー制御についての説明がなされている。
(イ)の制御は鋼板内部への熱の拡散を制御することに
より磁区細分化の効果を生じるものである。(イ)の制
御対象であるエネルギー密度を決定する要因は、レーザ
ーパワーP、レーザービームが鋼板の幅wを横切るに必
要とする走査時間tscan、鋼板の幅w、ある特定位置に
スポットが滞在する時間Δt、鋼板の熱拡散率kにより
決定される。これらの要因のうち実際上制御の対象とな
る要因はレーザーパワーPであり、また20〜 600WのNd
-YAGレーザーを高速走査することが良好な結果を与え
る。またエネルギー密度が高すぎると絶縁被膜の損傷が
起る。これを避けるためにはレーザーパワー、走査時
間、滞在時間の選定が必要である。(ロ)のレーザービ
ームの断面形状の選定は、絶縁被膜の損傷を生じないで
ある特定位置にスポットが滞在する時間Δtを長くし、
磁区細分化効果を高めるものである。具体的には、走査
方向に長軸を有する楕円形スポットをシリンドリカルレ
ンズで形成する。(ハ)も絶縁膜の損傷を生じさせない
ために上限を制御する要因である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明者は、連続発振レーザーにより電磁鋼板の鉄損値
を改善する方法において、一層の改善の可能性を目的と
して実験を行なった。
その過程で、絶縁被膜の非損傷性を調べるため特開昭59
-33802号に記載された絶縁破壊電圧を測定する方法の他
に、塩酸噴霧試験法を行なって絶縁被膜がレーザー照射
により損傷を受けたか否かを検討した。その結果、破壊
電圧測定法では非照射絶縁被膜と区別できない照射絶縁
被膜の一部が塩酸噴霧により発錆し、被膜が損傷してい
ることが認められた。
さらに、特開昭59-33802号の第3図に記載されたように
レーザーエネルギー密度が高くなると、鉄損は低下する
が絶縁被膜が損傷するという関係があり、この特開昭59
-33802号に開示されたより更に鉄損を低下しようとする
と、ここに具体的に説明されたレーザーパワーP、レー
ザービームが鋼板の幅wを横切るに必要とする走査時間
scan、鋼板の幅w、ある特定位置にスポットが滞在す
る時間Δt、鋼板の熱拡散率kの調節とは別の手法を採
用する必要があることが認められた。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、フラットフィールドレンズにより集光したY
AGレーザ光を下記条件(a)、(b)、(c)および
関係式(d)を満足するように、かつ円形のスポットと
して鋼板に照射して極めて低い鉄損値を得ることを特徴
とする。
(a) レーザーパワーP(w) 40≦P≦80 (b) レーザービーム径d(mm) 0.04≦d≦0.1 (c) レーザー走査スピードV(mm/sec) 4000≦V
6000 (d) 関係式: 40≦4pη/π(d・V1/2 ≦90 但し、ηは電磁鋼板表面に形成された絶縁被膜の透過
率である。
以下、本発明を詳しく説明する。
上記した関係式4Pη/π(d・V1/2 はエネ
ルギー密度を表わす 4P/π(d・V1/2 ……(1) の項を含む。(1)式は P/{(π/4)・d} ……(2)と (d/V1/2 ……(3) の積である。(2)式は円形スポット面積当たりのレー
ザーパワーを表わし、また(3)式は直径(d)のその
レーザースポットが鋼板に滞在する時間の因子である。
(2)式と(3)式の積により鋼板への投入熱量が定ま
る。
ηは絶縁皮膜のYAGレーザー波(波長1.06μm)に
対する透過率である。ηは、あらかじめ透過率の判明
しているガラス上に皮膜を塗布し、レーザー光を照射し
た時、ガラスの反対側に設置したパワーメータにて透過
レーザーパワーを測定することにより、得られる。
ηは皮膜中の酸素量の多少により変化するが、鉄損効
果を十分得る条件としては十分な地鉄への投入熱量を得
るためには、ηはすくなくとも0.8以上必要であ
る。
よって絶縁被膜の状態によって適切な投入熱量を得るこ
とが重要である。なお、絶縁被膜の状態を変える最大の
要因は原板の鉄損を良好にすべく為されている脱炭焼鈍
雰囲気制御、絶縁被膜の組成調整であり、これらは重要
な技術であるが、絶縁被膜の色調を変化させてレーザー
照射効果を著しく変動させる原因となる。
YAGレーザーを用いて、η=0.85である電磁鋼板に
ついてレーザービーム形状および4P/π(d
1/2 を変化させて、鉄損(W17/50)および耐性
を測定した結果を示す第1図を参照として、さらに本発
明の説明を行なう。第1図で供試した電磁鋼板は厚さ0.
23mmであり、磁気特性が鉄損W17/50 =0.913 W/K
g、磁束密度B10=1.934 Tであり、絶縁被膜はアルミ
ナとコロイダルシリカを主体とするものである。
第1図の下側横軸は、レーザーパワーP、レーザービー
ム径d、レーザー走査スピードVを特許請求の範囲の
値内で変化させて与えたエネルギー密度4P/π
(d.V1/2 を表わす。上側横軸は特開昭59-338
02号に示されたエネルギー密度E/Aである。
レーザービームスポットの幾何学形状を、(イ)円形、
直径d>0.1mm(上限10mm)、(ロ)円形、直径d
=0.04〜0.1mm、(ハ)楕円、長径a=20mm、短径b
=0.2mmの三種類で変化させた。なお、楕円について
はab=dとして横軸のエネルギー密度を計算した。
上記諸条件でレーザーを測定した後鉄損(W17/50)を
通常の方法で測定し、また被膜損傷の有無を5%HCl 溶
液に5時間噴霧し、その後24時間放置して発錆の有無
により評価した。
第1図から明らかなように、d=0.04〜0.1mmの細径
円径スポットを高いエネルギー密度で照射すると鉄損が
著しく低下しまた絶縁被膜の損傷が起るエネルギー密度
が高い値にずれる。これに対して楕円形スポットで照射
すると、鉄損低下が顕著でなく、かつ低いエネルギー密
度で絶縁被膜の損傷が起る。d>0.1mmの太径円形ス
ポットは細径円形スポットと楕円形スポットの中間的挙
動を示す。
以下、本発明における数値限定理由を説明する。
d=0.04〜0.1mmの円形スポットを用いることにした
のは、第1図を参照して説明したように絶縁被膜の損傷
を招かずに、エネルギー密度を高めて著しく低い鉄損を
達成することができるからである。レーザービームの径
dはビームエキスパンダーで調節する。レーザービーム
のスポットの円形形状はフラットフィールドレンズで得
られる。
4Pη/π(d・V1/2 を40以上としたの
は、これ未満の投入熱量であると鉄損の改善効果が低
く、原板(レーザー照射前の一方向性電磁鋼板)に対す
る改善が10%を越えないからである。一4hη/π
(d・V1/2 を90未満としたのは、これを越え
ると絶縁被膜の損傷が起るからである。なお、投入熱量
が90を越えても、絶縁被膜の破壊電圧が急激に低下す
るという問題はないが、レーザー照射後の鋼板が需要家
もしくは製造者の工場で在庫されたときに錆が発生する
問題が起り得る。こうなると外観不良の問題に留らず、
耐電圧不良等の重大な品質上の欠陥を生じる。
レーザーパワーPとレーザー走査スピードVは現在実
現可能なレーザーパワーの中で低めの範囲と、高速走査
スピードを組み合わせることによって絶縁被膜損傷傾向
を抑制するように定めた。低いパワーのレーザーを高速
で走査するとエネルギー投入量が少なくなり、鉄損改善
効果が少なくなるという不都合が起るが、この点はビー
ムのスポット形状を円形に特定するとともにビーム径を
極めて小さい0.04〜0.1mmに特定することにより、解
決した。レーザーパワーPが40wを下回りまたレーザ
ー走査スピードVが6m/sec を越えると、レーザー
ビーム径dを極端に小さくしなければ、所定の4Pη
/π(d・V1/2 を維持することができず、また
仮令維持できたにせよ鉄損改善効果は優れない。レーザ
ーパワーPが80wを越えまたレーザー走査スピードV
が4m/sec を下回ると、逆にレーザービーム径dを
大きくしなければならず、絶縁被膜が損傷し易くなりま
た鉄損改善が優れない。レーザーパワーは通常のパワー
メーターで測定する。走査スピードはスポットの鋼板と
の相対速度の計算値による。
さらに本発明の実施する好ましい装置について第2図を
参照として説明する。
YAGレーザー1は集光レンズ2で集光され、集光点に
設けられている回転ビームスプリットミラー3(駆動モ
ーター4で回転)でレーザーはA相及びB相に分岐さ
れ、A相、B相夫々のレーザー光線はコリメートレンズ
5A,5Bにて集光される。そしてミラー6A,6Bで
下方へ偏光され、ミラー7A,7BでFθレンズ9A,
9Bの直上に設けられているガルバーミラー8A,8B
に照射してFθレンズ9A,9Bのレンズ面にスキャニ
ングし、Fθレンズ9A,9Bにより被処理鋼板S上に
集光照射される。而して被処理鋼板Sの巾方向にA,B
2分担して巾方向にほゞ直角にレーザービーム処理が行
われるものである。
さらに、本発明の実施例を説明する。
〔実施例〕
レーザー照射した一方向性電磁鋼板は次のとうりであ
る。
YAGレーザー照射条件は次のとうりである。
備考 *1−(2)式と同じ *2−4Pη/π(d・V1/2 と同じ *3−d/走査スピード 第4に示す条件の組み合わせでレーザー照射を行ない、
鉄損改善率を次の式で計算して求めた。
表3の各試験例では塩酸噴霧試験による発錆はいづれも
認められなかった。
比較のために下記条件でレーザー照射を行なった。
鉄損改善率および塩酸噴霧試験による発錆の有無を次表
に示す。
〔発明の効果〕 本発明によると、従来の連続発振レーザー照射により鉄
損を改善する方法より一層の鉄損の改善と一層良好な絶
縁膜健全性を同時に達成することができた。
【図面の簡単な説明】
第1図はYAGレーザーの投入熱量と鉄損の関係を、ス
ポット形状のパラメータとして示すグラフ、第2図はス
キャナ内光路図を示す図面である。 1……YAGレーザー、2……集光レンズ、 3……回転ビームスプリットミラー、 5……コリメートレンズ、6,7……ミラー、 8……ガルバ、9……Fθレンズ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】方向性電磁鋼板の表面に圧延方向とほぼ直
    角方向に連続発振レーザー光を照射して、鉄損値を改善
    する方法において、 フラットフィールドレンズにより集光したYAGの円形
    スポットを下記条件(a)、(b)、(c)および関係
    式(d)を満足するように照射して極めて低い鉄損値を
    得ることを特徴とする電磁鋼板の鉄損値改善方法。 (a) レーザーパワーP(w) 40≦P≦80 (b) レーザービーム径d(mm) 0.04≦d≦0.1 (c) レーザー走査スピードV(mm/sec) 4000≦V
    6000 (d) 関係式: 40≦4Pη/π(d・V1/2 ≦90 但し、ηは電磁鋼板表面に形成された絶縁被膜の透過
    率で1≧η≧0.8である。
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