方向性電磁鋼板的製作方法

2023-06-22 11:23:56 3

專利名稱：方向性電磁鋼板的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於變壓器等的鐵芯材料的方向性電磁鋼板。
背景技術：
方向性電磁鋼板主要作為變壓器的鐵芯使用，要求其磁化特性優良、特別是鐵損低。因此，重要的是使鋼板中的二次再結晶晶粒與(110)
取向(所謂的高斯取向)高度一致、以及降低成品鋼板中的雜質。但是，結晶取向的控制、以及雜質的降低在與製造成本的平衡等方·面存在極限。因此，正在開發通過物理方法向鋼板表面引入不均勻應變而使磁疇的寬度細化以降低鐵損的技術、即磁疇細化技術。例如，專利文獻I中提出了如下技術:對最終成品板照射雷射，向鋼板表層引入高位錯密度區域，使磁疇寬度變窄，由此降低鋼板的鐵損。另夕卜，專利文獻2中提出了如下技術:對最終退火後的鋼板，以882 2156MPa(90 220kgf/mm2)的載荷在鐵基部分形成深度超過5 μ m的槽，然後在750°C以上的溫度下進行加熱處理，由此使磁疇細化。另外，專利文獻3中提出了如下技術:在與鋼板的軋制方向大致垂直的方向上引入寬度為30 μ m以上且300 μ m以下、深度為10 μ m以上且70 μ m以下並且在軋制方向上的間隔為Imm以上的線狀刻痕(槽)。通過上述的各種磁疇細化技術的開發，得到了鐵損特性良好的方向性電磁鋼板。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特公昭57-2252號公報專利文獻2:日本特公昭62-53579號公報專利文獻3:日本特公平3-69968號公報

發明內容
發明所要解決的問題但是，通常在鋼板表面形成槽後剪切為鐵芯材料並組裝到變壓器等中的情況下，以使在已經層疊的鐵芯材料上滑動的方式重疊下一個鐵芯材料。因此，使鐵芯材料滑動時，存在槽部刮蹭從而使作業性降低的問題。另外，不僅作業性的問題，有時也會由於槽部刮蹭而對鋼板施加局部的應力，從而使鋼板變形，因此產生磁特性劣化的問題。本發明是鑑於上述現狀而開發的，其目的在於提供形成有磁疇細化用槽、能夠將組裝到實際變壓器中時的鐵損抑制得較低的具有優良的實際鐵損特性的方向性電磁鋼板。用於解決問題的方法即，本發明的主旨構成如下所述。
1.一種方向性電磁鋼板，在設置有線狀槽的鋼板表面上施加有絕緣塗層，其中，該線狀槽的底面部的該絕緣塗層的膜厚^ (μ m)、該線狀槽部以外的鋼板表面的該絕緣塗層膜厚a2(ym)和該線狀槽的深度a3 ( μ m)滿足下式(I)和(2)，0.3 μ m ^ a2 ^ 3.5 μ m...(I)a2+a3~a1 ^ 15 μ m...(2)。2.如上述I所述的方向性電磁鋼板，其中，上述絕緣塗層對鋼板賦予的張力為8MPa以下。3.如上述I或2所述的方向性電磁鋼板，其中，上述絕緣塗層由磷酸鹽-二氧化矽系塗層處理液形成。發明效果根據本發明，能夠得到能有效抑制組裝到實際變壓器中時的鐵損的具有優良的實際鐵損特性的方向性電磁鋼板。


圖1是表示本發明的參數、線狀槽底面部的塗層膜厚&1(μπι)、線狀槽部以外的塗層膜厚a2(ym)和線狀槽深度a3(ym)的示意圖。圖2是表示由絕緣被膜產生的鋼板的張力的測定和計算要點的圖。
具體實施方式
`以下，對本發明進行具體說明。通常，在鋼板的表面形成線狀槽(以下也簡稱為槽)時，為了確保鋼板的絕緣性，在形成槽後，在鋼板表面上形成鎂橄欖石被膜，然後再在其上賦予用於絕緣的被膜(以下稱為絕緣塗層，或者簡稱為塗層)。上述鎂橄欖石被膜通過如下方法形成:在製造方向性電磁鋼板時的脫碳退火中，在鋼板表面形成以SiO2為主體的內部氧化層，並在其上塗布含有MgO的退火分離劑後，在高溫、長時間的條件下進行最終退火，由此，使內部氧化層與MgO 二者反應。另外，在鎂橄欖石被膜上進行表層塗布而賦予的絕緣塗層通過塗布塗層液並進行燒結而得到。這些被膜與鋼板之間存在熱膨脹率的差異，因此，在高溫下形成、並在賦予後冷卻至常溫時，收縮率小的被膜具有對鋼板施加拉伸應力的作用。絕緣塗層在其膜厚增大時，對鋼板賦予的張力增大，從而使鐵損改善效果提高。另一方面，存在如下傾向:組裝到實際變壓器中時的佔空係數(鐵基的比率)降低，並且相對於材料鐵損的變壓器鐵損(工藝係數)降低。因此，以往僅對作為鋼板整體的膜厚(每單位面積的附著量)進行控制。在此，圖1是表示線狀槽底面部的塗層膜厚B1、線狀槽部以外的塗層膜厚a2和線狀槽深度％的示意圖。需要說明的是，圖中，I為線狀槽部以外，2為線狀槽部。另外，&1和a2的下端以及a3的上下端均為絕緣塗層與鎂橄欖石被膜的界面。發明人對上述問題進行了研究，結果發現，通過對圖1所示的塗層膜厚&1、塗層膜厚a2和線狀槽深度a3進行適當控制，能夠解決上述問題。
S卩，上述塗層膜厚&2需要滿足本發明的下式(I)。這是因為，塗層膜厚a2小於0.3 μ m時，絕緣塗層的厚度變得過薄，因此，層間電阻、防鏽性變差。另一方面，a2超過
3.5 μ m時，組裝到實際變壓器中時的佔空係數增大。0.3 μ m ^ a2 ^ 3.5 μ m...(I)接著，本發明的重要事項在於，需要使上述塗層膜厚、塗層膜厚a2和線狀槽深度%滿足下式(2)的關係。a2+a3~a1 ^ 15 ( μ m)…(2)這是因為，使式 (2)左邊的值降低時，鋼板整體的凹凸減小，形成平坦的形狀，因此，鋼板操作中不發生刮蹭從而使作業性得到改善，同時，由於受到局部的應力，因此也不再產生鋼板的磁致伸縮特性劣化的問題。需要說明的是，線狀槽深度a3為距離鋼板表面的深度，如前所述，鎂橄欖石被膜的厚度也包含在線狀槽深度％中。另外，上式(2)的優選的下限值為3 ( μ m),線狀槽深度a3優選設定為約10 μ m 約50 μ m的範圍內。可見，為了使凹凸減小，即為了降低式(2)左邊的值，需要使槽底面部的膜厚&1增大，為實現該目的，例如優選降低塗層塗布液的粘度或使用硬質的輥作為塗布輥。另外，本發明中，期望使由絕緣塗層的塗層被膜產生的張力為SMPa以下。這是因為，本發明中，由於在槽部中使塗層的膜厚增大，因此，張力局部增高。結果，鋼板表面的應力分布變得不均勻，從而使絕緣塗層的被膜變得容易剝離。為了防止這種情況，優選使塗層張力降低。另外，由塗層被膜產生的張力的下限值沒有特別限制，從基於張力效果改善鐵損的觀點出發，優選設定為約4MPa。上述塗層被膜的形成例如優選通過使用磷酸鹽-二氧化矽系塗層處理液來進行。此時，通過提高磷酸鹽比率或者使用熱膨脹係數增高的磷酸鹽(例如磷酸鈣、磷酸鍶等)等，能夠控制張力。通過賦予這種低張力的塗層，由線狀槽部與線狀槽部以外的膜厚差引起的張力的變化程度減小，因此使塗層變得不易剝離。另外，如圖1所示，線狀槽部以外I是指除線狀槽部2以外的部分。另外，由本發明中的絕緣被膜產生的鋼板的張力的測定和計算以如下方式進行。首先，在測定面上粘貼膠帶後浸潰到鹼性水溶液中，由此，將非測定面的絕緣被膜剝離，然後，如圖2所示,測定L部和X部作為鋼板的翹曲程度,並求出Lm和XM。然後，使用下式(3)和(4)時，通過下式(5)求出曲率半徑R:L=2Rsin( Θ/2)…(3)X=RU-Cos ( Θ/2)}…(4)R= (L2+4X2)/8X...(5)。在該式(5)中代入L=Lm和X=XM，求出曲率半徑R。此外，如果將該曲率半徑R代入下式(6)，則可以計算出鐵基表面的拉伸應力σ。ο =E.ε =E.(d/2R)…(6)其中:E:楊氏模量(ElOO=L 4X IO5MPa)ε:鐵基界面應變(板厚中央ε=0)
d:板厚本發明中，方向性電磁鋼板用鋼坯的成分組成只要是產生磁疇細化效果大的二次再結晶的成分組成即可。需要說明的是，二次再結晶晶粒相對於高斯取向的偏移角越小，由磁疇細化帶來的鐵損降低效果越大，因此，相對於高斯取向的偏移角優選設定為5.5°以內。在此，相對於高斯取向的偏移角為(α2+β2)的平方根，α表示α角(二次再結晶晶粒取向相對於軋制面法線方向(ND)軸中的(110)
理想取向的偏移角)，β表示β角(二次再結晶晶粒取向相對於軋制直角方向(TD)軸中的(110)
理想取向的偏移角)。另外，相對於高斯取向的偏移角的測定中，對280X30mm樣品以5mm的間距進行取向測定。此時，去掉測定晶界等時的異常值後，計算出α角和β角的絕對值的平均值，分別作為上述α和β的值。因此，上述α和β的值不是每個晶粒的平均值，而是面積平均值。另外，以下的組成和製造方法中的數值範圍和選擇的元素、工序介紹了代表性的方向性電磁鋼板的製造方法，本發明不限定於此。本發明中，在使 用抑制劑的情況下，例如使用AlN系抑制劑時，適量含有Al和N即可，另外在使用MnS/MnSe系抑制劑時，適量含有Mn及Se和/或S即可。當然，也可以組合使用兩種抑制劑。這種情況下，A1、N、S和Se的優選含量分別為Al:0.01 0.065質量％、N:0.005 0.012 質量 ％、S:0.005 0.03 質量 ％、Se:0.005 0.03 質量 ％。另外，本發明也能夠適用於限制了 Al、N、S、Se的含量且不使用抑制劑的方向性電磁鋼板。這種情況下，Al、N、S和Se量優選分別抑制為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。以下，對本發明的方向性電磁鋼板用鋼坯的基本成分和任選添加成分進行具體說明。(::0.15質量％ 以下C用於改善熱軋板組織而添加，但超過0.15質量％時，難以將C降低至在製造工序中不引起磁時效的50質量ppm以下，因此，優選設定為0.15質量％以下。另外，關於下限，即使是不含C的原材料也能夠進行二次再結晶，因此無需特別設定。S1:2.0 8.0 質量 ％Si是對於提高鋼的電阻並改善鐵損有效的元素，含量小於2.0質量％時，無法實現充分的鐵損降低效果，另一方面，含量超過8.0質量％時，加工性顯著降低，並且磁通密度也降低，因此，Si量優選設定為2.0 8.0質量％的範圍。Mn:0.005 1.0 質量 ％Mn在使熱加工性良好的方面是必需的元素，但含量低於0.005質量％時，其添加效果不足，另一方面，含量超過1.0質量％時,成品板的磁通密度降低，因此,Mn量優選設定為0.005 1.0質量％的範圍。除上述基本成分以外，還可以適當含有如下所述的元素作為改善磁特性的成分。選自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 ％ 和 Cr:0.03 1.50質量％中的至少一種Ni是對於改善熱軋板組織而提高磁特性有用的元素。但是，含量低於0.03質量％時，提高磁特性的效果小，另一方面，含量超過1.5質量％時，二次再結晶變得不穩定，磁特性劣化。因此，Ni量優選設定為0.03 1.5質量％的範圍。另外，Sn、Sb、Cu、P、Mo和Cr各自為對於提高磁特性有用的元素，但任意一種不滿足上述各成分的下限時，提高磁特性的效果小，另一方面，含量超過上述各成分的上限量時，二次再結晶晶粒的發達受到阻礙，因此，優選各自以上述範圍含有。另外，上述成分以外的餘量為在製造工序中混入的不可避免的雜質和Fe。接著，將具有上述成分組成的鋼坯按照常規方法加熱後供於熱軋，但是，也可以在鑄造後不經加熱而直接進行熱軋。在薄鑄片的情況下，可以進行熱軋，也可以省略熱軋而直接進行之後的工序。然後，根據需要實施熱軋板退火。此時，為了使高斯組織在成品板中高度發達，優選800 1200°C的範圍作為熱軋板退火溫度。熱軋板退火溫度低於800°C時，熱軋中的條帶組織殘留，難以實現進行整粒後的一次再結晶組織，從而使二次再結晶的發達受到阻礙。另一方面，熱軋板退火溫度超過1200°C時，熱軋板退火後的粒徑過於粗大化，因此難以實現進行整粒後的一次再結晶組織。熱軋板退火後，實施一次冷軋或隔著中間退火的兩次以上的冷軋後，進行一次再結晶退火，並塗布退火分離劑。一次再結晶退火中、或者一次再結晶退火後且直到二次再結晶開始為止的期間中，為了強化抑制劑，也可以使鋼板氮化等。在二次再結晶退火前且塗布退火分離劑後，為了形成二次再結晶和鎂橄欖石被膜，實施最終退火。需要說明的是，如以下所說明的那樣，本發明的槽的形成只要是在最終冷軋後，則在一次再結晶退火前後、二次再結晶退火前後、平整退火前後等任一時間形成均沒有問題。但是，在施加張力塗層後形成槽的情況下，需要先除去槽形成位置的被膜後通過後述的方法形成槽、再形成被膜的工序。因此，槽形成優選在最終冷軋後且形成張力塗層前進行。在最終退火後，進行平整退火來矯正形狀是有效的。另外，本發明中，在平整退火前或平整退火後，在鋼板表面上賦予絕緣塗層。也可以在平整退火前塗布張力塗層處理液，從而同時進行平整退火和塗層的燒結。另外，本發明中，對鋼板賦予張力塗層時，如前所述，重要的是分別對線狀槽底面部的塗層膜厚B1(Um)和線狀槽部以外的塗層膜厚a2(ym)以及槽深度a3(ym)進行適當控制。在此，本發明中，張力塗層是指為了降低鐵損而對鋼板施加張力的絕緣塗層。需要說明的是，作為張力塗層，只要以二氧化矽和磷酸鹽為主要成分則均有利地適合。另外，也可以適當應用使用硼酸鹽和氧化鋁溶膠的塗層、使用複合氫氧化物的塗層等。本發明的槽形成中，可以列舉以往公知的槽的形成方法、例如局部進行蝕刻處理的方法、用刀具等劃線的方法、用突起輥軋制的方法等，但最優選的是如下方法:通過印刷等使最終冷軋後的鋼板附著抗蝕劑，然後，通過電解蝕刻等處理在非附著區域形成槽。這是因為，以機械方式形成槽的方 法中，刀具、輥等的磨損極其嚴重，從而形成槽變鈍這樣的形狀。此外，由於更換刀具、輥而引起的生產率降低也會成為問題。對於本發明中形成在鋼板表面的槽而言，優選寬度為約50 μ m 約300 μ m、深度為約10 μ m 約50 μ m並且間隔為約1.5mm 約10.0mm,槽的形成方向優選為相對於與軋制方向垂直的方向為約±30°以內。另外，本發明中，「線狀」不僅包括實線，也包括點線、
虛線等。本發明中，關於上述的工序、製造條件以外，也可以適當使用形成以往公知的槽後實施磁疇細化處理的方向性電磁鋼板的製造方法。實施例1通過連鑄來製造以質量% 計含有 C:0.05%、S1:3.2%、Mn:0.06%、Se:0.02% 和 Sb:
0.02%且餘量由Fe和不可避免的雜質構成的組成的鋼坯，加熱至1400°C後，通過熱軋製成板厚為2.6mm的熱軋板，然後，在1000°C下實施熱軋板退火。接著，通過隔著1000°C下的中間退火的兩次冷軋，精加工成最終板厚為0.30mm的冷軋板。然後，利用凹版膠印塗布抗蝕劑，接著進行電解蝕刻和鹼液中的抗蝕劑剝離，由此以相對於與軋制方向正交的方向為10°的角度以3mm的間隔形成寬度為150μπκ深度為20 μ m的線狀槽。接著，在825°C下實施脫碳退火後，塗布以MgO為主要成分的退火分離劑，並在1200°C、10小時的條件下實施以二次再結晶和純化為目的的最終退火。然後，塗布張力塗層處理液，在830°C下進行兼作張力塗層燒結的平整退火，從而製成成品。此時，如表I所示，通過改變塗布輥的硬度、塗布液粘度、塗層液組成，在各種膜厚條件下塗布塗層並使其乾燥後進行燒結。使用所得鋼板製造IOOOkVA的油浸式變壓器，測定鐵損。另外，對於所得到的成品，分別評價磁特性、塗層張力、佔空係數、生鏽率和層間電阻。

需要說明的是，根據JIS C2550所記載的方法測定磁特性、佔空係數和層間電阻，在溫度50°C、露點50°C、在大氣中保持50小時後，通過目視判定來測定生鏽率。另外，按照前述的方法進行測定並求出塗層張力。將上述各測定結果一併記載在表2中。[表 I]
權利要求
1.一種方向性電磁鋼板，在設置有線狀槽的鋼板表面上施加有絕緣塗層，其中，該線狀槽的底面部的該絕緣塗層的膜厚ai ( μ m)、該線狀槽部以外的鋼板表面的該絕緣塗層膜厚a2 ( μ m)和該線狀槽的深度a3 ( μ m)滿足下式⑴和(2), 0.3 μ m ≤ a2 ≤3.5 μ m...(I) a2+a3~a1 ≤15 μ m...(2)。
2.如權利要求1所述的方向性電磁鋼板，其中，所述絕緣塗層對鋼板賦予的張力為8MPa以下。
3.如權利要求1或2所述的方向性電磁鋼板，其中，所述絕緣塗層由磷酸鹽-二氧化矽系塗層處理液形成。
全文摘要
根據本發明，通過以滿足下式(1)和(2)的方式控制線狀槽的底面部的該絕緣塗層的膜厚a1(μm)、線狀槽部以外的鋼板表面的絕緣塗層膜厚a2(μm)和線狀槽的深度a3(μm)，能夠將組裝到實際變壓器中時的鐵損抑制得較低，能夠得到具有優良的實際鐵損特性的方向性電磁鋼板，0.3μm≤a2≤3.5μm…(1)a2+a3-a1≤15μm…(2)。
文檔編號H01F1/16GK103140603SQ20118004701
公開日2013年6月5日 申請日期2011年9月27日 優先權日2010年9月28日
發明者渡邊誠, 岡部誠司, 高宮俊人 申請人:傑富意鋼鐵株式會社