JPWO2014068962A1 - 方向性電磁鋼板とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、変圧器で生じる損失には、主に導線に生じる銅損と鉄心に生じる鉄損がある。
さらに鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損に分離することが可能であり、前者の低減には、素材の結晶方位の改善や、不純物の低減などが有効であることが知られている。例えば、特許文献1には、最終冷延前の焼鈍条件を適正化することによって、磁束密度と鉄損に優れた方向性電磁鋼板を製造する方法が示されている。
例えば、特許文献2には、鋼板の片表面に線状の溝を、溝巾:300μm以下、溝深さ:100μm以下として形成することによって、溝形成前には0.80W/kg以上であった鉄損W17/50を、0.70W/kg以下に低減する技術が示されている。
また、歪み比率が0.013以下かつ0.00013以上の範囲でも、鉄損が0.78W/kg以上と高い値になる場合があり、必ずしも低鉄損が得られるとは限らないことが明らかとなった。
従来知見から推定するに、鉄損低減に有利な還流磁区形成部は、板厚方向深さが大きく、体積が小さい形状である。というのは、例えば、特許文献7において、板厚方向深さの増大が素材の渦電流損低減に有効であることが示されている。また、還流磁区形成部には歪みが蓄積されているために、還流磁区形成部を縮小化することが、ヒステリシス損の劣化抑制に有効である旨、特許文献8に示されている。
また、図5に、還流磁区形成部体積指標(=還流磁区形成部幅×深さ/RD線間隔)が1.1μmである場合のヒステリシス損に対するヒステリシス損改善率におよぼす、還流磁区形成部体積指標の影響を示す。
図4および5では、還流磁区形成部深さが大きいほど渦電流損が改善し、還流磁区形成部体積が大きいほどヒステリシス損が劣化する、という傾向が認められた。
また、図7に、ヒステリシス損劣化率を5%、3%(より望ましい条件)とするために必要な還流磁区形成部体積指標を示す。
これら図6および7より、低鉄損化に有利な還流磁区形成部として、鋼板の厚み、深さ、幅×深さ/RD線間隔(還流磁区形成部体積指標)に好適な関係が有ることが明らかとなった。
図9に、還流磁区形成部の幅におよぼすビーム径の影響を示す。
図10に、還流磁区形成部の深さにおよぼすP(=単位走査長さ当たりの照射エネルギ/ビーム径)の影響を示す。
図11に、還流磁区形成部の深さにおよぼす加速電圧の影響を示す。
これら図8〜11に示した実験結果から、還流磁区形成部の深さが加速電圧VaとPに独立に影響を受けるものとして、還流磁区形成部の深さを所定の値とするために必要なVaおよびPを求めたところ、実測した板厚:tを用いて、適切な関係式が存在することが明らかとなった。
本発明は上記知見に立脚するものである。
1.鋼板面内の圧延方向に対して60°から120°の方向に、圧延方向の間隔がs(mm)にて周期的に形成された、線状に広がった還流磁区領域を有する、実測板厚:t(mm)の方向性電磁鋼板において、
上記還流磁区領域の、深さ:h(μm)、幅:w(μm)、上記間隔:s(mm)および上記実測板厚:t(mm)が、
h≧74.9t+39.1 (0.26≧t)
h≧897t−174.7 (t>0.26)
(w×h)/(s×1000)≦−12.6t+7.9 (t>0.22)
(w×h)/(s×1000)≦−40.6t+14.1 (t≦0.22)
の関係を、それぞれ満たす方向性電磁鋼板。
上記還流磁区領域の、深さ:h(μm)、幅:w(μm)、上記間隔:s(mm)および上記実測板厚:t(mm)が、
(w×h)/(s×1000)≦−12.6t+7.9 (t>0.22)
(w×h)/(s×1000)≦−40.6t+14.1 (t≦0.22)
の関係を満たした形状とする方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Va≧580t+270−6.7P (0.26≧t)
Va≧6980t−1390−6. 7P (t>0.26)
P>45
ここで、P:単位走査長さ当たりの照射エネルギ/ビーム径 (J/m/mm)
本発明は、電子ビームを照射することによって磁区を細分化した方向性電磁鋼板、およびその方向性電磁鋼板を得るための好適な製造方法を提供するものである。
電子ビームを照射する電磁鋼板には、絶縁被膜が形成されていても良いし、無くても問題は無い。そして、電子ビーム照射部には、図12に示すように、主磁区を分断するように線状に広がった還流磁区を形成する。なお、本発明に用いられる方向性電磁鋼板の厚みは、工業的には0.1mm〜0.35mm程度とすることが好ましい。また、本発明に用いられる方向性電磁鋼板は、従来公知の方向性電磁鋼板であれば、例えば、インヒビター成分の使用不使用等にかかわらず、そのいずれもが好適に使用することができる。
前掲図7に示したように、還流磁区形成部体積は、ヒステリシス劣化率(改善率絶対値)を5%または3%とするために必要な還流磁区形成部体積指標で、還流磁区の深さをh(μm)および還流磁区の幅をw(μm)とし、RD線間隔をs(mm)とした時(以下、同じ文字を使用する)、
w×h/(s×1000)≦−12.6t+7.9 (t>0.22)
(w×h)/(s×1000)≦−40.6t+14.1 (t≦0.22)
と表され、さらに望ましくは、
w×h/(s×1000)≦−12.3t+6.9 (t>0.22)
(w×h)/(s×1000)≦−56.1t+16.5 (t≦0.22)
と表すことができる。ここで、t(mm)は鋼板の実測板厚である(以下、同じ文字を使用する)。
前掲図6に示したように、還流磁区形成部深さhは、渦電流損改善率を3%または5%とするために必要な条件として、鋼板の実測板厚:t(mm)と、
h≧74.9t+39.1 (0.26≧t)
h≧897t−174.7 (t>0.26)
の関係を、満足し(渦電流損改善率:3%)、さらに望ましくは、
h≧168t+29.0 (0.26≧t)
h≧1890t−418.7 (t>0.26)
を、満足する(渦電流損改善率:5%)ことが重要である。
また、還流磁区形成領域は、歪み導入領域に対応していることから、還流磁区が形成される微小歪み分布をX線や電子線によって観察し、定量化しても良い。
以下、本発明における電子ビーム発生条件を説明する。
[加速電圧Va、およびP(単位走査長さ当たりの照射エネルギ/ビーム径)]
Va≧580t+270−6. 7P (0.26≧t)
Va≧6980t−1390−6. 7P (t>0.26)
本発明における電子ビームの加速電圧Va(kV)、およびP(J/m/mm)は、上記式を満足することが肝要である。上記した還流磁区形成部深さを容易に調節できるからである。
加速電圧は高いほど、電子の鋼中侵入深さが増大するため、より深い還流磁区形成に有利である。また、厚板材で高い磁区細分化効果を得るためには、高加速電圧が望ましい。ただし、還流磁区形成部深さは、単位走査長さ当たりの照射エネルギ/ビーム径(P)にも依存する。Pが大きい場合には、狭い領域に極めて高密度なエネルギが照射されるために、板厚方向への電子の侵入が進行し易い。このため、Pが大きい場合には、加速電圧の下限は低くなる。
単位走査長さ当たりの照射エネルギ/ビーム径:Pが過度に小さい場合、すなわち、照射エネルギがそもそも低いか、照射エネルギが大きくても、ビーム径が大きく照射エネルギ密度が低い場合には、鋼板に歪みを与えることができず、鉄損を低減させる効果が乏しくなる。そこで、本発明では、Pは、45超とする。なお、その上限に特別の制限はないが、過度に大きいと被膜が著しく損傷し、耐食性を確保できなくなるため300程度が好ましい。
電子ビームは、線状に鋼板の幅端部から、もう一方の幅端部へ照射し、これを圧延方向に周期的に繰り返して行う。この間隔(線間隔):sは、3〜12mmであることが好ましい。線間隔が狭いと、鋼中に形成される歪領域が過度に大きくなって、鉄損(ヒステリシス損)が劣化する。一方で、広すぎると、いくら深さ方向に還流磁区を拡大しても、磁区細分化効果が乏しくなり鉄損が改善しないからである。よって、本発明では、RD線間隔:sは、3〜12mmの範囲とする。
上記、線状に鋼板の幅端部から、もう一方の幅端部に照射するに際して、始点から終点に向かう方向は、圧延方向に対して60°から120°の方向とする。
線角度が60°に満たなかったり、線角度が120°を超えたりすると、照射幅が増大して生産性が落ちるだけでなく、歪領域が大きくなってヒステリシス損が劣化するからである。
加工室圧力が高いと、電子銃から発生した電子が散乱され、還流磁区を形成する電子のエネルギが減少するため、鋼板の磁区細分化が十分になされず、鉄損が改善しない。従って、本発明では、加工室圧力を3Pa以下とする。なお、加工室圧力の下限は、実操業的に0.001Pa程度である。
還流磁区幅はビーム径と相関をもち、ビーム径が小さいほど還流磁区幅が小さくなる傾向にある。従って、ビーム径は小さい(細い)ほうが良く、400μm以下であることが望ましい。一方、ビーム径が小さすぎると、照射部の地鉄や被膜を損傷し、鋼板の絶縁性を著しく劣化してしまう。また、ビーム径を著しく縮小させるためには、WD(収束コイルから鋼板までの距離)を短縮せざるを得ない、すると、ビームの偏向方向(板幅方向)でビーム径が過度にばらついて、鋼板の品質が幅方向で不均一になりやすい。よって、ビーム径は150μm以上が好ましい。
一般に、LaB6陰極は高輝度ビームを出力するのに有利であることが知られており、ビーム径を絞り易いため、本発明では、電子ビームの放出源としてLaB6を用いることが好ましい。
幅方向に偏向して照射させる場合は、幅方向のビームが均一になるように、事前に収束条件(収束電流など)を調整しておくことが好ましいのは言うまでもない。
体積:w×h/(s×1000)≦−12.6t+7.9 (t:0.26mm、0.285mm)
w×h/(s×1000)≦−40.6t+14.1 (t:0.19mm)
深さ:h≧74.9t+39.1 (実測板厚(t):0.19mm、0.26mm)
深さ:h≧897t−174.7 (実測板厚(t):0.285mm)
判定2:
体積:w×h/(s×1000)≦−12.3t+6.9 (t:0.26mm、0.285mm)
w×h/(s×1000)≦−56.1t+16.5 (t:0.19mm)
深さ:h≧168t+29.0 (実測板厚(t):0.19mm、0.26mm)
深さ:h≧1890t−418.7 (実測板厚(t):0.285mm)
1.鋼板面内の圧延方向に対して60°から120°の方向に、電子ビームの照射によって、圧延方向の間隔がs(mm)にて周期的に形成された、線状に広がった還流磁区領域を有する、実測板厚:t(mm)(t=0.23mm除く)の方向性電磁鋼板において、
上記還流磁区領域の、深さ:h(μm)、幅:w(μm)、上記間隔:s(mm)および上記実測板厚:t(mm)が、
h≧74.9t+39.1 (0.26≧t)
h≧897t−174.7 (t>0.26)
(w×h)/(s×1000)≦−12.6t+7.9 (t>0.22)
(w×h)/(s×1000)≦−40.6t+14.1 (t≦0.22)
の関係を、それぞれ満たす方向性電磁鋼板。
上記還流磁区領域の、深さ:h(μm)、幅:w(μm)、上記間隔:s(mm)および上記実測板厚:t(mm)が、
(w×h)/(s×1000)≦−12.6t+7.9 (t>0.22)
(w×h)/(s×1000)≦−40.6t+14.1 (t≦0.22)
の関係を満たした形状とする方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Va≧580t+270−6.7P (0.26≧t)
Va≧6980t−1390−6. 7P (t>0.26)
P>45
ここで、P:単位走査長さ当たりの照射エネルギ/ビーム径 (J/m/mm)
Claims (4)
- 鋼板面内の圧延方向に対して60°から120°の方向に、圧延方向の間隔がs(mm)にて周期的に形成された、線状に広がった還流磁区領域を有する、実測板厚:t(mm)の方向性電磁鋼板において、
上記還流磁区領域の、深さ:h(μm)、幅:w(μm)、上記間隔:s(mm)および上記実測板厚:t(mm)が、
h≧74.9t+39.1 (0.26≧t)
h≧897t−174.7 (t>0.26)
(w×h)/(s×1000)≦−12.6t+7.9 (t>0.22)
(w×h)/(s×1000)≦−40.6t+14.1 (t≦0.22)
の関係を、それぞれ満たす方向性電磁鋼板。 - 請求項1に記載の実測板厚:t(mm)の方向性電磁鋼板を製造するに当たり、下記式の関係を満たす加速電圧:Va(kV)にて照射される電子ビームを用い、鋼板面内の圧延方向に対して60°から120°の方向に、圧延方向の間隔がs(mm)にて周期的に形成された線状に広がった還流磁区領域を、
上記還流磁区領域の、深さ:h(μm)、幅:w(μm)、上記間隔:s(mm)および上記実測板厚:t(mm)が、
(w×h)/(s×1000)≦−12.6t+7.9 (t>0.22)
(w×h)/(s×1000)≦−40.6t+14.1 (t≦0.22)
の関係を満たした形状とする方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Va≧580t+270−6.7P (0.26≧t)
Va≧6980t−1390−6. 7P (t>0.26)
P>45
ここで、P:単位走査長さ当たりの照射エネルギ/ビーム径 (J/m/mm) - 前記電子ビームのビーム径が400μm以下である請求項2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記電子ビームの照射源としてLaB6陰極を用いる請求項2または3に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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