CN114746563A - 方向性电磁钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种可以制造具有优异特性的变压器的、兼顾低铁损和良好的磁致伸缩特性的方向性电磁钢板。本发明的方向性电磁钢板具有在与轧制方向交叉的方向上线状延伸的线状应变区域，线状应变区域具有在轧制方向上具有压缩应力的区域，在与该具有压缩应力的区域的轧制方向邻接的区域具有在轧制方向上具有拉伸应力的区域。

Description

方向性电磁钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及适合作为变压器等的铁芯材料的方向性电磁钢板和该方向性电磁钢板的制造方法。
背景技术
方向性电磁钢板例如用作变压器铁芯用材料。这里，在变压器中需要抑制能量损失和噪声的情况下，方向性电磁钢板的铁损影响这样的变压器的能量损失，方向性电磁钢板的磁致伸缩特性影响变压器的噪声。特别是近年来，从节能·环境限制的观点出发，强烈要求降低变压器的能量损失和变压器的工作时的噪声，所以开发铁损和磁致伸缩特性良好的方向性电磁钢板非常重要。
在此，方向性电磁钢板的铁损主要由磁滞损耗和涡流损耗构成。作为改善磁滞损耗的方法，开发有使被称为GOSS方位的(110)[001]方位高度取向于钢板的轧制方向的方法以及减少钢板中的杂质的方法等。另外，作为改善涡流损耗的方法，开发有通过添加Si来增大钢板的电阻的方法以及在钢板的轧制方向上赋予被膜张力的方法等。然而，在追求方向性电磁钢板的进一步低铁损化时，这些方法在制造上有限制。
因此，作为追求方向性电磁钢板的进一步低铁损化的方法，开发有磁畴细化技术。磁畴细化技术是指如下方法：通过对最终退火后或绝缘被膜烧结后等的钢板，采用形成槽或导入局部应变等物理方法导入磁通的不均匀性，从而将沿轧制方向形成的180°磁畴(主磁畴)的宽度细化，减少方向性电磁钢板的铁损、特别是涡流损耗。
例如，在专利文献1中提出了如下技术：通过将宽度300μm以下且深度100μm以下的线状槽导入到钢板表面，将0.80W/kg以上的铁损改善到0.70W/kg以下。
另外，在专利文献2中提出了如下方法：通过在二次再结晶后的钢板表面的板宽方向上照射等离子体火焰并局部地导入热应变，以800A/m的磁化力进行励磁时的钢板的磁通密度(B8)为1.935T，在这种情况下，将以最大磁通密度1.7T且频率50Hz进行励磁时的铁损(W17/50)降低到0.680W/kg。
一般而言，在如专利文献1所记载的形成线状槽的方法中，即使在铁芯成型后进行去应力退火，磁畴细化效果也不消失，因此被称为耐热型磁畴细化。另一方面，在如专利文献2所记载的导入热应变的方法中，由于去应力退火而不能得到热应变导入的效果，因此被称为非耐热型磁畴细化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平6－22179号公报
专利文献2：日本特开平7－192891号公报
发明内容
在非耐热型磁畴细化中，通过将局部应变导入到钢板，可以大幅降低涡流损耗。另一方面，已知非耐热型磁畴细化导致由导入应变引起的磁滞损耗的劣化和磁致伸缩的劣化。因此，为了开发铁损·磁致伸缩特性比以往更优异的方向性电磁钢板，进而开发能量损失·噪声特性比以往更优异的变压器，需要优化非耐热型磁畴细化中的应变导入模式。
本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供可以制造具有优异特性的变压器、兼顾低铁损和良好的磁致伸缩特性的方向性电磁钢板。另外，本发明的目的在于提供制造上述方向性电磁钢板的方法。
如上所述，非耐热型磁畴细化是通过将应变导入到钢板并形成局部应力场来控制磁畴的技术。因此，本发明人等为了开发可以实现具有比以往更低能量损失且更低噪声特性的变压器、兼顾低铁损和良好的磁致伸缩特性的方向性电磁钢板，在着眼于导入到钢板的应变和应力分布的同时对于它们对磁特性产生的影响进行调查。
在非耐热型磁畴细化中，例如在最终退火后或绝缘被膜烧结后等的钢板(以下简称为“钢板”或统称为“应变导入前的方向性电磁钢板”)的表面且与轧制方向交叉的方向上照射能量束，局部地导入热应变。此时，在与轧制方向交叉的方向上照射能量束的地方，压缩应力在轧制方向上残留。而且，在轧制方向上集成有具有成为易磁化轴的GOSS方位(110)[001]的晶粒的方向性电磁钢板中，如果通过导入热应变而压缩应力作用于轧制方向，则由于磁弹性效果在板宽方向(即与轧制方向正交的方向)上形成具有磁化方向的磁畴(闭合磁畴)。
这里，磁弹性效果是指如下效果：如果对方向性电磁钢板施加拉伸应力，则该拉伸应力方向在能量上稳定，如果施加压缩应力，则与该压缩应力正交的方向在能量上稳定。
通过形成该闭合磁畴，促进方向性电磁钢板的涡流损耗的改善效果。另一方面，已知：由于伴随着磁化的磁畴壁的移动被所导入的应变钉扎，所以方向性电磁钢板的磁滞损耗劣化，另外，由于形成导入了应变的区域，制造的变压器的噪声劣化。
因此，本发明人等为了更详细地研究该闭合磁畴，详细调查由以往方法制造的方向性电磁钢板的应变分布。其结果发现，如图1所示，在能量束的照射部I的外侧存在区域II，上述区域II在比产生于能量束照射部I的应变更宽的范围、即在比形成有闭合磁畴的区域即照射部I更宽的范围形成有在轧制方向上具有压缩应力的应变。
在以往的技术常识中，认为由于形成了在轧制方向上具有与能量束的轧制方向的照射宽度相同程度的宽度的闭合磁畴，所以通过能量束照射而导入的应变也形成在与该能量束照射部I对应的区域。
然而，本发明人等新发现在比能量束的轧制方向的照射部I更宽的范围产生在钢板的轧制方向上具有压缩应力的应变。进而，本发明人等从该发现推测上述过度导入的应变对方向性电磁钢板的磁特性产生不良影响。
本发明人等为了进一步研究该过度导入的应变的影响，比较以各种能量束照射条件向钢板导入线状应变而得的方向性电磁钢板的铁损和磁致伸缩特性。于是，在铁损和磁致伸缩特性改善的方向性电磁钢板中，如图2的示意图所示，发现存在从能量束照射部I的附近形成轧制方向的拉伸应力的应力分布。如上所述，如果拉伸应力(张力)作用于方向性电磁钢板的轧制方向，由于作用于磁畴的磁弹性效果，朝向轧制方向的磁畴更稳定。本发明人等推测，产生于钢板的该拉伸应力减少具有与轧制方向垂直的磁化方向的辅助磁畴的存在量，进一步进行磁畴细化，并且导致低铁损化。
基于这一发现，本发明人等发现，通过在与轧制方向交叉的方向上线状导入的线状应变区域中在轧制方向上具有压缩应力并且在与具有该压缩应力的区域的轧制方向邻接的区域(以下有时简称为“邻接区域”)中在轧制方向上具有拉伸应力，可以得到可以实现具有低能量损失且低噪声特性的变压器、兼顾低铁损和良好的磁致伸缩特性的方向性电磁钢板，完成了本发明。
本发明人等还在照射能量束而形成线状应变区域的情况下，对于制成上述具有应力分布的方向性电磁钢板的条件，研究导入了线状应变的区域的轧制方向的长度对能量束的轧制方向的照射宽度的影响。即，如图3的示意图所示，能量束的轧制方向的照射宽度(A)与导入到方向性电磁钢板的线状应变区域的轧制方向的长度(B)存在如下关系：长度(B)的区域扩展到照射宽度(A)的区域的外侧。然后，对具有各种B/A值的方向性电磁钢板进行了调查，结果本发明人等发现，在B/A值为2以下、即长度(B)为照射宽度(A)的2倍以下的方向性电磁钢板中，铁损和磁致伸缩特性都得到进一步改善。
以下，对完成了本发明的实验结果进行说明。
(实验1)
首先，对于由已知方法制造的板厚0.23mm的钢带(带状的钢板)，在与轧制方向交叉的方向上照射具有150μm、200μm、300μm的不同照射宽度(A)的电子束，制作具有线状应变区域的方向性电磁钢板的试样。在照射具有各照射宽度(A)的电子束时，使钢带以沿各种直径的辊上向上方凸出的方式通板，同时对具有与该辊的曲率半径对应的各种曲率的钢带的顶点部照射电子束，调整导入到钢带的线状应变区域的轧制方向的长度(B)。然后，调查线状应变区域的轧制方向的长度(B)相对于轧制方向的照射宽度(A)对方向性电磁钢板的铁损和最大应力值以及变压器的噪声特性产生的影响。
这里，钢带的磁通密度B8为1.92T，导入线状应变区域的方向性电磁钢板的磁通密度B8也为1.92T。
另外，电子束的照射条件为加速电压：60kV，电子束电流：10mA，电子束照射区域内真空度：0.3Pa，照射方向：相对于轧制方向约为90°，照射形态：连续线状，使用的辊的曲率半径为100～300mm。
应予说明，方向性电磁钢板的最大应力值通过后述应变扫描法测定。
分别将铁损相对于B/A值的变化量示于图4、噪声相对于B/A值的变化量示于图5，轧制方向的压缩应力和拉伸应力相对于B/A值的最大值示于图6。这里，铁损变化量和噪声变化量是电子束照射后相对于电子束照射前的铁损和噪声的变化量(照射后的值－照射前的值)，铁损变化量和噪声变化量都表示越位于图的下方(变化量的值越小)，铁损和噪声特性越得到改善。
进而，由图4～5，随着B/A值变小，可以看到铁损的减少和噪声的增大量的抑制，特别是在B/A值为2以下的情况下、进而B/A值为1.6以下的情况下，可以确认明显良好的低铁损和低噪声效果。
因此，从B/A值与轧制方向的压缩应力和拉伸应力的最大值的关系来看，由图6可知，随着B/A值变小，在轧制方向上形成拉伸应力成分，特别是在B/A值为2以下的情况下，轧制方向的拉伸应力的最大值显著增大。
这里，通过减少B/A值来产生轧制方向的拉伸应力的理由尚未明确。但是，发明人等推测这是因为随着B/A值的减少，在比能量束的轧制方向的照射宽度(A)更宽的范围内形成的轧制方向的压缩应力减少，从而压缩应力仅局部地作用于能量束照射部，与之邻接的周围部分朝向照射部被拉伸。
另一方面，对于铁损的改善，认为这是由于产生轧制方向的拉伸应力，具有成为磁畴壁移动的钉扎的原因的压缩应力的应变减少，从而抑制铁损、特别是磁滞损耗的劣化。
另外，对于噪声的改善，推测这是由于产生轧制方向的拉伸应力，受到由能量束照射产生的热影响，形成应变的区域减少。
(实验2)
接下来，在将B/A值固定为1.5的状态下，对于由已知方法制造的板厚0.23mm的钢带，改变电子束的输出(加速电压：60～300kV，电子束电流：10～20mA)，在与轧制方向交叉的方向上进行照射，制作具有线状应变区域的方向性电磁钢板的试样。在照射电子束时，与上述实验1同样，使钢带以沿辊上向上方凸出的方式通板，同时对具有与辊的曲率半径对应的曲率的钢带的顶点部照射电子束。另外，使用照射了电子束的方向性电磁钢板的试样，与后述实施例同样地制作变压器。而且，关于线状应变区域的轧制方向的最大应力值，调查对方向性电磁钢板的铁损和变压器的噪声特性产生的效果。
这里，钢带的磁通密度B8为1.92T，导入线状应变区域的方向性电磁钢板的磁通密度B8也为1.92T。
另外，电子束的照射条件为电子束照射区域内真空度：0.3Pa，照射方向：相对于轧制方向约为90°，照射形态：连续线状，使用的辊的曲率半径为200mm。
应予说明，方向性电磁钢板的最大应力值通过后述应变扫描法测定。
分别将铁损相对于线状应变区域的轧制方向的压缩应力的最大值的变化量示于图7，噪声相对于线状应变区域的轧制方向的压缩应力的最大值的变化量示于图8。另外，分别将铁损相对于位于线状应变区域附近的邻接区域的轧制方向的拉伸应力的最大值的变化量示于图9，将噪声相对于位于线状应变区域附近的邻接区域的轧制方向的拉伸应力的最大值的变化量示于图10。铁损变化量和噪声变化量都表示越位于图的下方(变化量的值越小)，铁损和噪声特性越得到改善。
应予说明，实验中使用的方向性电磁钢板的屈服应力均为350MPa。
从图7和8，在线状应变区域的轧制方向的压缩应力的最大值为60MPa且350MPa的情况下、进一步为300MPa以下的情况下，可以确认明显良好的低铁损和低噪声效果。
另外，从图9和10，在邻接区域的轧制方向的拉伸应力的最大值为5MPa且350MPa的情况下、进一步为300MPa以下的情况下，可以确认明显良好的低铁损和低噪声效果。
对于改善铁损的机理，认为线状应变区域的轧制方向的压缩应力越大，闭合磁畴越稳定，因此即使在更高的励磁磁场中也维持磁畴细化效果。进而，认为位于具有压缩应力的区域附近的邻接区域的轧制方向的拉伸应力越大，朝向轧制方向的磁畴越稳定，因此磁畴细化效果提高。
另一方面，如果轧制方向的压缩应力和拉伸应力超过350MPa、即超过方向性电磁钢板的屈服应力，则铁损急剧上升并劣化。认为这是因为超过屈服应力而导入应变的方向性电磁钢板的塑性变形部增大，从而磁畴壁的移动被钉扎，磁滞损耗大幅劣化。
另外，对于抑制噪声的劣化的机理，本发明人等认为如下。即，位于照射部附近的邻接区域的轧制方向的拉伸应力增大，从而非照射部的辅助磁畴减少，可以抑制噪声的增大。
另一方面，包含照射部的线状应变区域的压缩应力的增大表示闭合磁畴的增大，如果是本来，则引起噪声特性的劣化。但是，在本发明中，如实验2所示，意外的是，随着轧制方向的压缩应力增大例如在60MPa前后，噪声降低。认为这是因为在本发明中，随着线状应变区域的轧制方向的压缩应力的增大，邻接区域(非照射部)的轧制方向的拉伸应力也增大，非照射部的辅助磁畴减少，从而噪声降低。
即，本发明的要旨构成如下。
(1)一种方向性电磁钢板，具有在与钢板的轧制方向交叉的方向上线状延伸的线状应变区域，
上述线状应变区域具有在轧制方向上具有压缩应力的区域(压缩应力场)，
在与具有上述压缩应力的区域的轧制方向邻接的区域具有在轧制方向上具有拉伸应力的区域(拉伸应力场)。
应予说明，在上述本发明中，“与轧制方向交叉的方向”是指相对于钢板的轧制方向沿钢板的表面为45°～135°的方向。另外，“线状”可以是连续线状和非连续线状中的任一种，线状的形状也可以是直线、曲线、波线、虚线、点线中的任一种。
而且，在上述本发明中，“应变区域”是指在由后述应变扫描法得到的应力分布中在轧制方向上残留压缩应力的区域。
(2)根据上述(1)所述的方向性电磁钢板，其中，上述线状应变区域包含能量束的照射区域，
上述线状应变区域的轧制方向的长度为上述能量束的轧制方向的照射宽度的2倍以下。
这里，“照射宽度”是指由使用了宽度30μm的狭缝的狭缝法取得的能量束的空间图形的半值全宽。
(3)根据上述(1)或(2)所述的方向性电磁钢板，其中，上述压缩应力的最大值为60MPa以上且上述方向性电磁钢板的屈服应力以下，
上述拉伸应力的最大值为5MPa以上且上述方向性电磁钢板的屈服应力以下。
(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的方向性电磁钢板，其中，磁通密度B8为1.94T以上。
应予说明，在本说明书中，“磁通密度B8”是指以800A/m的磁化力进行励磁时的磁通密度。
(5)一种方向性电磁钢板的制造方法，是在与钢板的轧制方向交叉的方向上照射能量束而形成线状应变区域来制造上述(1)～(4)中任一项所述的方向性电磁钢板的方法，
将上述线状应变区域的轧制方向的长度设为上述能量束的轧制方向的照射宽度的2倍以下进行上述照射。
(6)根据上述(5)所述的方向性电磁钢板的制造方法，其中，上述钢板的磁通密度B8为1.94T以上。
根据本发明，可以得到使变压器的能量损失和噪声减少的方向性电磁钢板及其制造方法。
附图说明
图1是根据以往方法的方向性电磁钢板的应变分布的示意图。
图2是根据本发明的一个实施方式的方向性电磁钢板的应变分布的示意图。
图3是表示线状应变区域的轧制方向的长度(B)与能量束的轧制方向的照射宽度(A)的关系的示意图。
图4是表示根据本发明的一个实施方式的方向性电磁钢板的B/A值与铁损变化量的关系的坐标图。
图5是表示使用了根据本发明的一个实施方式的方向性电磁钢板的变压器的B/A值与噪声变化量的关系的坐标图。
图6是表示根据本发明的一个实施方式的方向性电磁钢板的B/A值与应力在轧制方向的最大值的关系的坐标图。
图7是表示根据本发明的一个实施方式的方向性电磁钢板的压缩应力在轧制方向的最大值与铁损变化量的关系的坐标图。
图8是表示使用了根据本发明的一个实施方式的方向性电磁钢板的变压器的压缩应力在轧制方向的最大值与噪声变化量的关系的坐标图。
图9是表示根据本发明的一个实施方式的方向性电磁钢板的拉伸应力在轧制方向的最大值与铁损变化量的关系的坐标图。
图10是表示使用了根据本发明的一个实施方式的方向性电磁钢板的变压器的拉伸应力在轧制方向的最大值与噪声变化量的关系的坐标图。
图11是表示将能量束散焦并照射的方法例的示意图。
具体实施方式
接下来，对本发明的实施方式具体进行说明。
以下实施方式示出本发明的优选的一个例子，不限定于这些例子。
(方向性电磁钢板)
本发明的方向性电磁钢板具有在与轧制方向交叉的方向上线状延伸且具有在轧制方向上具有压缩应力的区域的线状应变区域和与具有该压缩应力的区域的轧制方向邻接的邻接区域。这里，线状应变区域至少一部分在轧制方向上具有压缩应力，优选整个区域在轧制方向上具有压缩应力。与此相对，邻接区域在轧制方向上具有拉伸应力。
而且，本发明的方向性电磁钢板例如可以通过本发明的方向性电磁钢板的制造方法优选地得到。
如果方向性电磁钢板在规定方向上具有在轧制方向上具有压缩应力的区域，且在与具有该压缩应力的区域的轧制方向邻接的位置具有在轧制方向上具有拉伸应力的区域，则可以兼顾低铁损和良好的磁致伸缩特性。另外，如果使用这样的方向性电磁钢板，则可以制造具有低能量损失且低噪声特性的变压器。
线状应变区域和邻接区域
线状应变区域例如可以通过对由已知方法制造的钢板在与轧制方向交叉的方向上照射能量束来导入多个。
与轧制方向交叉的方向相对于钢板的轧制方向沿钢板表面优选为60°以上，优选为120°以下，更优选为60°～120°的范围。与轧制方向交叉的方向相对于钢板的轧制方向进一步优选为80°以上，进一步优选为100°以下，进一步优选为90°、即沿板宽方向的方向。如果线状应变区域在上述方向上延伸，则可以防止导入到方向性电磁钢板的线状应变区域的面积(即应变的量)变得过大，进一步抑制磁致伸缩特性的劣化。
这里，线状应变区域是沿钢板的轧制方向在由应变扫描法(文献：日本机械学会论文集(A编)71卷711号2005年，pp.1530～1537)算出的应力分布中，至少一部分是在轧制方向上残留压缩应力的区域，也可以整个区域在轧制方向上残留压缩应力。作为线状应变区域中的除了压缩应力残留的区域以外的区域，可以举出不具有应力的区域。
另一方面，邻接区域是指与上述压缩应力残留的区域的轧制方向直接或间接邻接的区域，是在由上述应变扫描法得到的应力分布中在轧制方向上残留拉伸应力的区域。在邻接区域中不存在轧制方向的压缩应力。
对基于应变扫描法的应力的测定方法更具体地进行说明。
使用高亮度X射线进行X射线衍射(XRD)测定，从无应变点(参照点)与测定点之间的d值(晶格面间隔)的变化测定应变成分。对其在轧制方向(RD)、板宽方向(TD)和板厚方向(ND)这3个方向进行测定，使用所得到的应变测定值和杨氏模量等材料物性值，算出轧制方向、板宽方向和板厚方向各自的应力值。
因此，本发明的方向性电磁钢板在沿上述轧制方向的残留应力图形中显示应力根据轧制方向上的位置从压缩连续变化为拉伸的应力分布。这样，可以确认本发明的方向性电磁钢板所具有的线状应变区域和邻接区域。
另外，上述残留应力图形中的压缩成分的最大值为“轧制方向的压缩应力的最大值”，拉伸成分的最大值为“轧制方向的拉伸应力的最大值”。
B/A值
本发明的方向性电磁钢板所具有线状应变区域优选包含能量束的照射区域且轧制方向的长度(B)为能量束的轧制方向的照射宽度(A)的2倍以下，更优选为1.6倍以下，进一步优选为1.5倍以下。换言之，B/A值优选为2以下，更优选为1.6以下，进一步优选为1.5以下。另外，B/A值的下限通常为1。
如果方向性电磁钢板的长度(B)为照射宽度(A)的2倍以下，即B/A值为2以下，则可以使方向性电磁钢板的铁损和磁致伸缩特性更好。另外，如果使用这样的方向性电磁钢板制造变压器，可以使变压器的能量损失和噪声特性更好。
应力的最大值
本发明的方向性电磁钢板优选线状应变区域的轧制方向的压缩应力的最大值为60MPa以上，更优选为80MPa以上，优选为屈服应力以下、即在本实验和后述实施例中使用的方向性电磁钢板的情况下为350MPa以下，更优选为300MPa以下，进一步优选为250MPa以下。而且，压缩应力的最大值更优选为60MPa以上且屈服应力以下、即在本实验和后述实施例中使用的方向性电磁钢板的情况下为60MPa～350MPa。
本发明的方向性电磁钢板优选邻接区域的轧制方向的拉伸应力的最大值为5MPa以上，更优选为20MPa以上，优选为屈服应力以下、即在本实验和后述实施例中使用的方向性电磁钢板的情况下为350MPa以下，更优选为300MPa以下，进一步优选为150MPa以下。而且，拉伸应力的最大值更优选为5MPa以上且屈服应力以下、即在本实验和后述实施例中使用的方向性电磁钢板的情况下为5MPa～350MPa。
如果压缩应力的最大值和拉伸应力的最大值为上述范围内，则可以使方向性电磁钢板的铁损更好。另外，如果使用这样的方向性电磁钢板制造变压器，则可以使变压器的能量损失更好。
磁通密度B8
本发明的方向性电磁钢板优选磁通密度B8为1.92T以上，更优选为1.94T以上。
如果方向性电磁钢板的B8为上述以上，则可以使方向性电磁钢板的铁损和磁致伸缩特性更好。另外，如果使用这样的方向性电磁钢板制造变压器，则可以使变压器的能量损失和噪声特性更好。
(方向性电磁钢板的制造方法)
本发明的方向性电磁钢板的制造方法是制造方向性电磁钢板的方法，上述方向性电磁钢板具有在与轧制方向交叉的方向上线状延伸且具有在轧制方向上具有压缩应力的区域的线状应变区域、和与具有该压缩应力的区域的轧制方向邻接且在轧制方向上具有拉伸应力的邻接区域。在本发明的方向性电磁钢板的制造方法中，在与钢板的轧制方向交叉的方向上照射能量束照射而形成线状应变区域时，将线状应变区域的轧制方向的长度设为能量束的轧制方向的照射宽度的2倍以下进行照射。
应予说明，根据本发明的制造方法制造的方向性电磁钢板的各种的特征与上述本发明的方向性电磁钢板的特征同样。
钢板的磁通密度B8
本发明的制造方法中使用的钢板(应变导入前的方向性电磁钢板)优选磁通密度B8为1.92T以上，更优选为1.94T以上。
钢板越是磁通密度B8高的材料，换言之，越是晶体方向性高的材料，导入应变时的磁弹性效果越大，因此即使在导入的应变弱的情况下也容易形成闭合磁畴。即，作为材料的钢板的磁通密度B8越大，越能实现更好的低铁损效果和更好的低噪声效果。
能量束的照射条件
作为为了在钢板形成线状应变区域而照射的能量束，没有特别限制，例如，可以举出电子束、激光、等离子体火焰等可以导入热应变的束源。使用它们中哪一种能量束都可以得到同样的效果。
因此，在钢板上形成线状应变区域时，例如，可以很好地使用已知的电子束照射装置、激光照射装置、等离子体火焰放射装置等。
在上述中，从容易局部地导入应变的观点出发，优选电子束作为能量束作为，优选使用电子束照射装置。以下，作为一个例子对能量束为电子束的情况进行说明，但是本发明不限定于这一个例子。
在电子束的照射中，例如，可以使用一台以上的电子枪或电子束照射装置，在与钢板的轧制方向交叉的方向上电子束照射一次以上，同时形成一个以上的线状应变区域。为了在方向性电磁钢板上充分赋予拉伸应力，优选导入多个线状应变区域。
照射方向
照射电子束的扫描方向相对于钢板的轧制方向沿钢板表面优选为60°以上，优选为120°以下，更优选为60°～120°的范围。电子束的扫描方向相对于钢板的轧制方向进一步优选为80°以上，进一步优选为100°以下，进一步优选为90°、即沿板宽方向的方向。如果电子束的扫描方向的与板宽方向的偏差变大，则导入到钢板的应变的量过度增大，导致磁致伸缩特性的劣化。
照射形态
电子束的照射形态可以是沿扫描方向进行连续照射的连续照射，也可以是重复停留和移动的点状照射。无论哪种照射形态，都可以得到铁损和磁致伸缩特性的改善效果。
加速电压
电子束的加速电压越高，电子的直行性越增加，向电子束照射部外侧的热影响越降低。因此，优选加速电压高。从该观点出发，加速电压优选为60kV以上，更优选为90kV以上，进一步优选为120kV以上。
另一方面，如果加速电压过高，则伴随电子束照射而产生的X射线的屏蔽变得困难。因此，从实用上的观点出发，加速电压优选为300kV以下，更优选为200kV以下。
点径(照射宽度A)
在照射电子束的情况下，通常电子束的轧制方向的点径相当于“能量束的轧制方向的照射宽度(A)”。而且，由于点径越小越可以局部地导入应变，所以点径越小越优选。从该观点出发，电子束的点径优选为300μm以下，更优选为280μm以下，进一步优选为260μm以下。
另外，从实用上的观点出发，点径可以设为30μm以上。
这里，“点径”是指由使用宽度30μm的狭缝的狭缝法取得的电子束图形的半值全宽。另外，后述的“晕圈直径”是指以与上述同样的方法取得的电子束图形中的具有最大强度的1％以上的强度的宽度。
电子束电流
从减小点径的观点出发，电子束电流也优选小。因为如果增大电流，则由于库伦排斥而点径容易扩大，难以局部地导入应变。从该观点出发，电子束电流优选为40mA以下。
另一方面，如果电子束电流过小，则用于形成应变的能量不足，因此电子束电流优选为0.5mA以上。
照射区域内真空度
如果电子束被气体分子散射，则点径和晕圈直径增大，能量减少。因此，电子束照射区域的真空度优选高，压力优选设为3Pa以下。
真空度的下限不特别限制，但是如果过低，则真空泵等真空***的成本增大。从该观点出发，在实用上优选将真空度设为10-5Pa以上的压力。
长度B的调整方法
如上所述，优选减少线状应变区域的轧制方向的长度(B)，抑制向电子束照射部外侧的应变导入。这里，作为调整长度(B)的方法，没有特别限定，例如，可以举出相对于照射的电子束在钢板的轧制方向上设置倾斜(图11的上图)或相对于照射的电子束在钢板的轧制方向设置曲率(图11的下图)，将电子束散焦并照射的方法。
在上述调整方法中，随着沿钢板的轧制方向距电子束中心的距离增加，可以将电子束路径调整得更长或更短。通过这样有意地错开电子束的聚焦，可以降低由电子束产生的入热效率，抑制在期望的部分以外形成应变区域。
作为调整长度(B)的其他方法，例如，可以举出在电子束的路径上设置快门、狭缝等物理障碍的方法。在该调整方法中，通过使扩大到比点径更宽范围的电子束(晕圈)通过狭缝等并截止，可以限制应变的导入区域。
在上述中，用于实现更好的应力分布、即更好的压缩应力和拉伸应力的优选的调整方法是在钢板的轧制方向上设置曲率进行电子束照射的方法。更具体而言，如图11的下图所示，是使钢板以沿具有一定曲率的辊(未图示)上的方式通板并对产生与辊的曲率对应的凸部的钢板的顶点部照射能量束的方法。
这里，从更好地控制钢板上产生的应力分布的观点出发，辊的曲率半径优选为50mm以上，优选为600mm以下，更优选为400mm以下，进一步优选为200mm以下。
实施例
以下，基于实施例对本发明具体进行说明。应予说明，以下实施例示出本发明的优选的一个例子，不限定本发明。另外，以下实施例也可以在可以适合本发明主旨的范围内加入变更来实施，这样的方案也包含于本发明的技术范围。
在由已知方法制造的分别具有1.92T和1.94T的磁通密度B8的钢板表面的与钢板的轧制方向交叉的方向上连续线状照射作为能量束的电子束。在照射电子束时，如表1所记载，以各种电子束输出进行磁畴细化处理，制作导入了各种大小的应力的方向性电磁钢板的试样。
电子束的照射条件为电子束照射区域内真空度：0.3Pa，照射方向：相对于轧制方向约为90°，电子束输出：0.6～6kW(加速电压：60～300kV，电子束电流：10～20mA)。
这里，在照射电子束时，使钢板沿具有表1所记载的曲率半径的辊上通板，同时控制线状应变区域的轧制方向的长度B与能量束的轧制方向的照射宽度A(电子束的点径：200μm)的比例、即B/A值，进行电子束照射。
而且，如上所述，对于磁畴细化处理的方向性电磁钢板的试样，测定磁通密度B8、铁损W17/50和应变分布，从测定的应变分布算出轧制方向的包含压缩应力的最大值和拉伸应力的最大值的应力分布。
这里，作为磁通密度B8，测定以800A/m的磁化力进行励磁时的磁通密度(T)。
作为铁损W17/50，使用单板磁测定装置，测定施加了频率50Hz、磁通密度1.7T的磁场时的铁损值(W/kg)。
根据上述，应力分布通过XRD测定求出各方向的应变成分，然后使用弹性模量等物性值转换成应力值(MPa)。并且，从该应力分布确认了方向性电磁钢板具有在与轧制方向交叉的方向上延伸且具有在轧制方向上具有压缩应力的区域的线状应变区域、和与具有该压缩应力的区域的轧制方向邻接且在轧制方向具有拉伸应力的邻接区域。
进而，如上所述，使用磁畴细化处理的方向性电磁钢板的试样，制作变压器用3相模型变压器。在隔音室内，对该模型变压器以最大磁通密度Bm＝1.7T、频率50Hz的条件进行励磁，使用噪声计测定噪声等级(dBA)。
将结果示于表1。从表1可知，在不兼备规定的压缩应力和拉伸应力的No.1和15的比较例中，方向性电磁钢板的铁损高，使用该方向性电磁钢板制作的变压器的噪声等级也高。也就是说，可知如果是方向性电磁钢板具有在与轧制方向交叉的方向上延伸且具有在轧制方向上具有压缩应力的区域的线状应变区域、和与具有该压缩应力的区域的轧制方向邻接且在轧制方向具有拉伸应力的邻接区域的发明例，则可以得到适于制造具有低能量损失且低噪声特性的变压器的、兼顾低铁损和良好的磁致伸缩特性的方向性电磁钢板。
另外，在B/A值为2以下的方向性电磁钢板中，可以确认在轧制方向上产生了更充分的拉伸应力。
进而，还确认到了如果使用磁通密度B8更高的方向性电磁钢板，则可以进一步提高变压器的低噪声效果。
Figure BDA0003666378750000161
工业上的可利用性
根据本发明，可以得到使变压器的能量损失和噪声减少的方向性电磁钢板及其制造方法。

Claims (6)

1.一种方向性电磁钢板，具有在与钢板的轧制方向交叉的方向上线状延伸的线状应变区域，
所述线状应变区域具有在轧制方向上具有压缩应力的区域，
在与所述具有压缩应力的区域的轧制方向邻接的区域具有在轧制方向上具有拉伸应力的区域。
2.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板，其中，所述线状应变区域包含能量束的照射区域，
所述线状应变区域的轧制方向的长度为所述能量束的轧制方向的照射宽度的2倍以下。
3.根据权利要求1或2所述的方向性电磁钢板，其中，所述压缩应力的最大值为60MPa以上且所述方向性电磁钢板的屈服应力以下，
所述拉伸应力的最大值为5MPa以上且所述方向性电磁钢板的屈服应力以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方向性电磁钢板，其中，磁通密度B8为1.94T以上。
5.一种方向性电磁钢板的制造方法，是在与钢板的轧制方向交叉的方向上照射能量束而形成线状应变区域来制造权利要求1～4中任一项所述的方向性电磁钢板的方法，
其中，将所述线状应变区域的轧制方向的长度设为所述能量束的轧制方向的照射宽度的2倍以下而进行所述照射。
6.根据权利要求5所述的方向性电磁钢板的制造方法，其中，所述钢板的磁通密度B8为1.94T以上。
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