鐵芯用方向性電磁鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及作為變壓器的鐵芯使用的方向性電磁鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，隨著能量使用的效率化推進，期望變壓器動作時的能量損失減小。在變壓 器產(chǎn)生的損失主要包括在導線產(chǎn)生的銅損和在鐵芯產(chǎn)生的鐵損。而且鐵損能夠分為磁滯損 耗和渦流損耗，并且公知材料的結(jié)晶取向的改善、雜質(zhì)的減少等對磁滯損耗的減少是有效 的。
[0003] 例如，專利文獻1示出一種通過使最終冷軋前的退火條件優(yōu)化來制造磁通密度和 鐵損優(yōu)良的方向性電磁鋼板的方法。
[0004] 另一方面，公知渦流損耗除通過板厚的減少、增加 Si的添加量之外，還可以通過 向鋼板表面的槽形成、應(yīng)變的導入來顯著改善。
[0005] 例如，專利文獻2示出通過在鋼板的單側(cè)表面形成槽寬為300 μπι以下、槽深為 100 μ m以下的線狀的槽來將槽形成前為0. 80W/kg以上的鐵損W17/5Q減少至0. 70W/kg以下 的技術(shù)。
[0006] 另外，專利文獻3示出通過向2次再結(jié)晶后的鋼板照射等離子電弧來將照射前為 0. 80W/kg以上的鐵損W17/5Q減少至0. 65W/kg以下的技術(shù)。
[0007] 并且，專利文獻4示出通過使被膜厚度、因電子束照射而形成于鋼板面的磁疇不 連續(xù)部的平均寬度優(yōu)化來獲得鐵損低、噪聲小的變壓器用材料的技術(shù)。
[0008] 專利文獻1 :日本特開2012-1741號公報
[0009] 專利文獻2 :日本特公平06-22179號公報
[0010] 專利文獻3 :日本特開2011-246782號公報
[0011] 專利文獻4 :日本特開2012-52230號公報
[0012] 專利文獻5 :日本特開2003-27196號公報
[0013] 專利文獻6 :日本特開2007-2334號公報
[0014] 專利文獻7 :日本特開2005-248291號公報
[0015] 專利文獻8 :日本特開2008-106288號公報
[0016] 專利文獻9 :日本特開2008-127632號公報
[0017] 非專利文獻1 :川崎制鐵技報29 (1997) 3,153-158
[0018] 上述專利文獻2所示的槽形成后的低鐵損件在卷繞式變壓器的制造過程中對通 過等離子電弧、激光等導入熱應(yīng)變而磁疇細化后的鋼板實施的去應(yīng)變退火之后磁疇細化效 果仍不消失這一點上有利。然而，槽形成帶來的磁疇細化存在鐵損減少效果稍小、磁通密度 因槽形成導致的鋼基體的體積減少而變小的問題。
[0019] 其中，為了獲得可最大限度地降低層疊型變壓器的鐵損的材料，將熱應(yīng)變導入鋼 中的方法是有利的，但上述專利文獻3、專利文獻4所示的方法均僅評價了 W17/5(l的特性。
[0020] 使用方向性電磁鋼板的變壓器未必僅在I. 7T的勵磁條件下使用，小型變壓器也 可以在I. 5T左右的磁通密度下使用，另一方面，大型變壓器在超過I. 8T的磁通密度范圍下 使用的情況也不少。
[0021] 因此，從變壓器制造商的設(shè)計自由度提高等觀點考慮，優(yōu)選在變壓器等的鐵芯中 使用的方向性電磁鋼板的鐵損在從I. 5Τ至I. 9Τ左右的磁通密度范圍內(nèi)低。
[0022] 圖1示出不同樣品下勵磁磁通密度對變壓器鐵損的影響。圖中可知，在以I. 7Τ勵 磁的情況下，在樣品A與樣品B中表現(xiàn)出相同的鐵損，但在以I. 5Τ以及I. 9Τ勵磁的情況下， 樣品A與樣品B的鐵損產(chǎn)生明顯的差異。這樣，可知在I. 7Τ的勵磁條件下表現(xiàn)出良好的鐵 損的鋼板未必一定在其他勵磁條件下表現(xiàn)出良好的鐵損。
[0023] 在這樣的I. 7Τ以外的磁通密度范圍內(nèi)的低鐵損化技術(shù)中存在例如專利文獻5、專 利文獻6所公開的技術(shù)。前者示出如下技術(shù)：作為不使用磁疇細化方法的材料的制造方法， 通過改變脫炭退火時的升溫速度、氣氛而使W 19/5(l相對于W 17/5(|的比為1. 6以下。然而，該技 術(shù)需要添加 Bi，鋼組成受限制，因此作為材料的鋼坯的成本增加，而且，還存在鋼中的二次 再結(jié)晶不穩(wěn)定等問題。
[0024] 與此相對，后者示出如下技術(shù)：通過使向鋼板照射的激光的照射條件優(yōu)化來減少 勵磁磁通密度為I. 9T的鐵損。然而，該技術(shù)實現(xiàn)對進行去應(yīng)變退火的鐵芯的應(yīng)用，因此與 上述專利文獻2所示的槽形成技術(shù)相同，在鋼板表面形成凹坑，從而存在材料的磁通密度 變小的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025] 本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而開發(fā)的，目的在于提供1. 5?I. 9T的勵磁區(qū)域的變壓 器鐵損優(yōu)良、從而變壓器動作時的能量損失少的鐵芯用方向性電磁鋼板及其有利的制造方 法。
[0026] 發(fā)明人們?yōu)榱私鉀Q上述問題而反復(fù)進行深入研宄的結(jié)果是查明如下情況，即通過 使鋼中的應(yīng)力分布優(yōu)化能夠在I. 5T以上的全部的勵磁磁通密度區(qū)域獲得極低的鐵損。
[0027] 以往，例如專利文獻7、專利文獻8示出通過使激光照射后的應(yīng)力分布優(yōu)化來實現(xiàn) 低鐵損化的技術(shù)。
[0028] 在此，上述專利文獻7示出通過使在軋制方向上產(chǎn)生且形成于鋼板表面的拉伸最 大應(yīng)力為70?150MPa能夠減少鋼中的渦流損耗，從而實現(xiàn)低鐵損化。
[0029] 另外，上述專利文獻8示出通過使軋制方向上的壓縮殘余應(yīng)力在軋制剖面內(nèi)積分 的值為〇. 〇2kgf以上0. 08kgf以下的范圍能夠使鋼板實現(xiàn)低鐵損化。
[0030] 然而，在任一技術(shù)中，在產(chǎn)生超過規(guī)定值的應(yīng)力的情況下，都表現(xiàn)出鐵損惡化，特 別是在上述專利文獻8中，暗示了 "因表面產(chǎn)生的拉伸殘余應(yīng)力造成的塑性應(yīng)變而導致磁 滯損耗增大"的可能性。
[0031] 另一方面，如上述專利文獻7所示，鋼板內(nèi)部的應(yīng)力（板厚方向的拉伸應(yīng)力、乳制 方向的壓縮應(yīng)力）能夠使與在軋制方向上磁化了的主磁疇不同的磁疇（輔助磁疇）的形成 穩(wěn)定化。即，應(yīng)力越大，輔助磁疇越穩(wěn)定化至高磁場區(qū)域，如下所示，認為渦流損耗的減少效 果直至高磁場區(qū)域仍然有效，從而能夠獲得低鐵損。
[0032] 一般，若形成有輔助磁疇，則主磁疇細化，從而渦流損耗下降。理由并非清楚，但認 為該輔助磁疇在板厚方向上的深度對渦流損耗造成強的影響，該深度越擴大，渦流損耗的 減少效果越強。對同樣的機構(gòu)而言，例如通過非專利文獻1所記載的槽形成件進行考察。
[0033] 根據(jù)以上的見解，進一步重復(fù)實驗的結(jié)果如下，
[0034] (1)在鋼板內(nèi)部，通過使具有150MPa以上的大小的應(yīng)力（板厚方向的拉伸應(yīng)力、乳 制方向的壓縮應(yīng)力、或與軋制方向垂直方向的拉伸應(yīng)力的大小中的最大值）形成區(qū)域的板 厚方向深度為42 μπι以上能夠得到比以往更強的渦流損耗減少效果，
[0035] (2)即便形成有150MPa以上的應(yīng)力，由于上述渦流損耗減少效果強，所以磁滯損 耗與渦流損耗的和即鐵損為極低的值，
[0036] (3)若形成有150MPa以上的強應(yīng)力，則在高磁場勵磁區(qū)域，輔助磁疇還穩(wěn)定地存 在，從而能夠獲得低鐵損。
[0037] S卩，發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)如下情況：即便在鋼板內(nèi)部存在150MPa以上的強應(yīng)力，也不僅 能夠獲得低鐵損（W17/5CI)，直至I. 9T以內(nèi)的高勵磁磁通密度區(qū)域也能夠獲得極低的鐵損。另 夕卜，同時發(fā)現(xiàn)如下情況：作為鋼中的應(yīng)力分布，150MPa以上的應(yīng)力在軋制方向上為300 μπι 以內(nèi)的區(qū)域且板厚方向上達到42 μπι以上的范圍形成，并且該應(yīng)變形成區(qū)域在軋制方向上 以2?IOmm以下的間隔周期性地形成，由此能夠獲得上述效果。
[0038] 并且，還查明如下情況：在制造這樣的鋼板時，使用從1^86釋放出的電子束是極有 用的。公知一般LaBJ^輸出高輝度射束有利，通過發(fā)明人們的實驗也可以清楚從LaB 6釋放 出的電子束是射束直徑（通過狹縫法測定）為〇. 2_以下的具有極高的能量密度的射束。 現(xiàn)有的電子束多使用鎢絲，具有廉價的優(yōu)點，但在正好聚束時其射束直徑為〇. 3mm左右（參 照表1)。
[0039] [表 1]
[0040] 表 1
[0041]
【主權(quán)項】
1. 一種在1. 5?1. 9T的勵磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用方向性電磁鋼板，其在相 對于鋼板面內(nèi)的軋制方向呈60°?120°的方向上具有線狀應(yīng)變， 在所述線狀應(yīng)變的附近，在相對于軋制方向為300ym以內(nèi)且相對于板厚方向為42ym以上的范圍具有被施加150MPa以上的殘余應(yīng)力的殘余應(yīng)力形成區(qū)域，而且所述線狀應(yīng)變 在軋制方向上以2?10mm的間隔周期性地形成。
2. -種在1. 5?1. 9T的勵磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用方向性電磁鋼板，其在相 對于鋼板面內(nèi)的軋制方向呈60°?120°的方向上具有線狀應(yīng)變， 在所述線狀應(yīng)變的附近，在相對于軋制方向為300ym以內(nèi)且相對于板厚方向為42ym以上的范圍具有被施加150MPa以上的殘余應(yīng)力的殘余應(yīng)力形成區(qū)域，并且該殘余應(yīng)力形 成區(qū)域在所述線狀應(yīng)變的方向上空開150ym以上的間隔而形成，而且所述線狀應(yīng)變在軋 制方向上以2?10mm的間隔周期性地形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在1. 5?1. 9T的勵磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用 方向性電磁鋼板， 所述線狀應(yīng)變的形成部表面是無鋼基體露出部的絕緣被膜。
4. 一種在1. 5?1. 9T的勵磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用方向性電磁鋼板的制造 方法， 在形成權(quán)利要求1?3中任一項所述的鐵芯用方向性電磁鋼板的線狀應(yīng)變時，向鋼板 表面照射從LaB6釋放出的電子束。
5. -種在1. 5?1. 9T的勵磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用電磁鋼板的制造方法， 在制造權(quán)利要求1?3中任一項所述的方向性電磁鋼板時，向鋼板表面照射外加90kV 以上的電壓的電子束。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在1. 5?1. 9T的勵磁區(qū)域中變壓器鐵損優(yōu)良的鐵芯用電磁 鋼板的制造方法， 還向鋼板表面照射外加90kV以上的電壓的電子束。
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明，在應(yīng)變區(qū)域的附近，使150MPa以上的殘余應(yīng)力存在于相對于軋制方向為300μm以內(nèi)且相對于板厚方向為42μm以上的范圍，而且在軋制方向上以2～10mm的間隔周期性地形成上述應(yīng)變區(qū)域，由此1.5～1.9T的勵磁區(qū)域的變壓器鐵損優(yōu)良，從而能夠得到變壓器動作時能量損失少的鐵芯用方向性電磁鋼板。
【IPC分類】H01F1-16, C22C38-60, B23K15-00, C21D8-12, C22C38-00
【公開號】CN104603309
【申請?zhí)枴緾N201380044990
【發(fā)明人】高城重宏, 山口廣, 岡部誠司, 花澤和浩
【申請人】杰富意鋼鐵株式會社
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年8月29日
【公告號】EP2891726A1, US20150187474, WO2014034128A1, WO2014034128A8