方向性电磁钢板及其制造方法技术

本发明专利技术涉及方向性电磁钢板及其制造方法，所述方向性电磁钢板的制造方法中，通过对方向性电磁钢板的表面边扫描边照射激光束，从而沿搬送方向以规定的间隔形成沿包括与上述方向性电磁钢板的搬送方向垂直的方向在内的方向连续存在的规定长度的槽。此外，所述方向性电磁钢板的制造方法中，所述激光束是激光波长λ为1.0μm以上且2.1μm以下的连续波激光束，将激光束强度P除以聚光束面积S而得到的功率密度Pd[W/mm2]为5×105W/mm2以上，所述功率密度Pd[W/mm2]与所述方向性电磁钢板的表面上的所述激光束的聚光点的扫描速度V[mm/s]满足0.005×Pd+3000≤V≤0.005×Pd+40000。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年3月29日、优先权日为2010年4月1日、中国专利申请号为201180017618.3、专利技术名称为“方向性电磁钢板及其制造方法”的分案申请。
本专利技术涉及卷式变压器的铁芯材料等中使用的方向性电磁钢板及其制造方法。特别是涉及通过激光加工在其表面形成槽而降低了铁损的方向性电磁钢板及其制造方法。本申请基于2010年4月1日在日本申请的特愿2010-85457号主张优先权，在这里引用其内容。
技术介绍
方向性电磁钢板是含Si且其晶粒的易磁化轴(立方晶(100)<001>)与其制造工序中的轧制方向大体一致的电磁钢板。该方向性电磁钢板具有多个磁化朝向轧制方向的磁区夹持磁畴壁排列而成的结构，这些磁畴壁中的大多数是180°磁畴壁。该方向性电磁钢板的磁区被称为180°磁区，方向性电磁钢板容易沿轧制方向发生磁化。因此，在比较小的一定的磁化力下，磁通密度高，铁损低。因此，方向性电磁钢板作为变压器的铁芯材料非常优异。铁损的指标一般采用W17/50[W/kg]。W17/50是按照在频率50Hz下最大磁通密度达到1.7T的方式进行交流励磁时，方向性电磁钢板中产生的铁损的值。若减小该W17/50，则能够制造效率更高的变压器。以下简略地说明通常的方向性电磁钢板的制造方法。将含有规定量的Si的经热轧的硅钢板(热轧板)通过退火及冷轧工序调整为所期望的板厚。接着，在连续式的退火炉中对该硅钢板进行退火，兼带脱炭及消除应力地进行一次再结晶(晶粒直径：20～30μm)。接着，将作为主成分含有MgO的退火分离材料涂布到该硅钢板薄板(以下有时也简记为钢板)的表面，将钢板卷取成线圈状(外形为圆筒状)，在约1200℃的高温下进行20小时左右的分批退火，使钢板中形成二次再结晶组织，在钢板表面上形成玻璃皮膜。此时，由于在钢板中包含例如MnS或AlN等抑制剂，所以轧制方向与易磁化磁区一致的、所谓高斯晶粒优先发生晶体生长。其结果是，在最终退火之后得到晶体取向性(crystal orientation)高的方向性电磁钢板。在最终退火之后，线圈松开，在另外的退火炉内将钢板连续通板而进行平坦化退火，除去钢板内不需要的应力。此外，对钢板表面实施赋予张力和电绝缘性的涂布，从而制造方向性电磁钢板。就经由这样的工序制造的方向性电磁钢板而言，即使不进行追加的处理铁损也低，若赋予与轧制方向(搬送方向)大体垂直、且一定周期(一定间隔)的应力，则铁损进一步降低。这种情况下，由于局部的应力而形成磁化与轧制方向正交的90°磁区，以这里的静磁能量为源而近似长方形的180°磁区的磁畴壁间隔变窄(180°磁区的宽度变小)。由于铁损(W17/50)与180°磁畴壁的间隔具有正相关，所以根据该原理铁损降低。例如，如专利文献1中公开的那样，通过激光照射赋予钢板应力的方法已经被供于实际应用。同样地，若与方向性电磁钢板的轧制方向大体垂直、且以一定周期形成10～30μm左右的深度的槽，则铁损降低。这是因为，由于槽的空隙中的导磁率的变化而在槽周边产生磁极，以该磁极为源而180°磁畴壁的间隔变窄，铁损得到改善。形成槽的方法有：如专利文献2中公开的那样采用电解蚀刻在冷轧板上形成槽的方法、如专利文献3中公开的那样将机械齿轮压制到冷轧板上的方法、或如专利文献4中公开的那样通过激光照射使钢板(激光照射部)熔融及蒸发的方法。然而，电力变压器大致有层叠式变压器和卷式变压器。层叠式变压器通过将多个电磁钢板层叠并固定而制造。另一方面，在卷式变压器的制造工序中，由于将方向性电磁钢板边卷绕边层叠并卷紧，所以包括消除其变形应力(例如因弯曲而产生的应力)的退火工序。因此，通过为了改善铁损而赋予应力的上述的方法制造的方向性电磁钢板虽然可以在维持铁损改善效果的状态下用于层叠式变压器，但无法在维持铁损改善效果的状态下用于卷式变压器。即，在卷式变压器中，通过消除应力退火使得应力消失，所以铁损改善效果也消失。另一方面，通过为了改善铁损而形成槽的方法制造的方向性电磁钢板由于即使进行消除应力退火也不会损害改善铁损的效果，所以具有能够用于层叠式变压器及卷式变压器这两者的优点。这里，对形成槽的方法的现有技术进行说明。在利用电解蚀刻的方法中，例如使用在二次再结晶后的表面形成有玻璃被膜的钢板，通过激光或机械方法将表面的玻璃被膜以线状除去，在通过蚀刻而露出基底金属的部分形成槽。该方法中，工序变得复杂而制造成本变高，处理速度有限。在利用机械齿轮压制的方法中，由于电磁钢板是含有约3％的Si的非常硬的钢板，所以容易产生齿轮的磨损及损伤。若齿轮发生磨损则槽深度产生不均，所以铁损改善效果变得不均一。在利用激光照射的方法(记为激光法)中，具有能通过高功率密度的聚光激光束进行高速槽加工的优点。此外，由于激光法是非接触加工，所以通过激光功率等的控制能够进行稳定且均一的槽加工。在激光法中，为了高效地在钢板表面形成深度为10μm以上的槽，以往进行了各种尝试。例如，在专利文献4中公开了采用高峰值功率的脉冲CO2激光器(波长为9～11μm)，实现2×105W/mm2以上的高功率密度(聚光点处的能量密度)来形成槽的方法。这里，在使用脉冲CO2激光器的方法中，由于在连续的脉冲间存在激光停止时间，所以在以高速在钢板面上扫描激光束的情况下，在激光束的扫描线上，通过各脉冲而形成的孔(点列)相连而形成槽。此时，在高速的光束扫描中脉冲间的时间间隔长时，点列的间隔扩大，各孔分离而铁损改善效果骤减。工业上能够利用的最大脉冲频率充其量为100kHz，这种情况下，脉冲时间间隔为10μs。例如，在高速处理中要求的30m/s的扫描速度下，在脉冲间的时间间隔之间光束的扫描位置移动300μm。为使点列的各点在空间上最低限相接，聚光束直径必须为300μm以上。因此，为了得到对于加工而言充分的功率密度，必须增大激光功率，激光装置存在技术性限制。专利文献5中公开了使用连续波激光器，使激光束的聚光形状由圆形变成椭圆形，以低功率密度形成有效的槽。此外，以往，作为激光光源采用容易得到较高功率的CO2激光器，CO2激光器的波长为9～11μm带，该波长的激光被在加工点(加工位置)处产生的金属蒸汽或等离子体大量地吸收。因此，激光在钢板表面的到达功率减少而加工效率降低。此外，吸收激光而加热及膨胀的等离子体或金属蒸汽作为二次热源发挥作用，使槽的端部(肩部)的周边发生熔融，所以熔融量增加而槽的形状(例如后述的熔融突起增大)发生恶化。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特公昭58-26406号公报专利文献2：日本特公昭62-54873号公报专利文献3：日本特公昭62-53579号公报专利文献4：日本特开平6-57335号公报专利文献5：日本特开2003-129135号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题在上述的以往的利用激光束照射的槽形成中，在钢板表面激光束被吸收，钢板的金属(基底金属)发生熔融而细小的熔融液滴飞散，或加热至沸点的钢板表面的基底金属蒸发而形成槽。钢板表面的熔融物在加工点(激光束照射点)处的高温的金属蒸汽或等离子体的压力的作用下飞散。当熔融物大量产生时或压力小时，熔融物无法完全飞散，如图6中例示的那样，熔融物附着在所形成的槽的周边部而产生表面突起。由于在成形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，通过对方向性电磁钢板的表面边扫描边照射激光束，从而沿搬送方向以规定的间隔形成沿与所述方向性电磁钢板的搬送方向交叉的方向连续存在的规定长度的槽，其中，所述激光束是激光波长λ为1.0μm以上且2.1μm以下的连续波激光束，将激光束强度P除以聚光束面积S而得到的功率密度Pd为5×105W/mm2以上，所述功率密度Pd与所述方向性电磁钢板的表面上的所述激光束的聚光点的扫描速度V满足0.005×Pd+3000≤V≤0.005×Pd+40000，其中，功率密度Pd的单位为W/mm2，扫描速度V的单位为mm/s。

【技术特征摘要】
2010.04.01 JP 2010-0854571.一种方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，通过对方向性电磁钢板的表面边扫描边照射激光束，从而沿搬送方向以规定的间隔形成沿与所述方向性电磁钢板的搬送方向交叉的方向连续存在的规定长度的槽，其中，所述激光束是激光波长λ为1.0μm以上且2.1μm以下的连续波激光束，将激光束强度P除以聚光束面积S而得到的功率密度Pd为5×105W/mm2以上，所述功率密度Pd与所述方向性电磁钢板的表面上的所述激光束的聚光点的扫描速度V满足0.005×Pd+3000≤V≤0.005×Pd+40000，其中，功率密度Pd的单位为W/mm2，扫描速度V的单位为mm/s。2.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述激光束是光纤激光、或包含YAG激光的薄圆盘型固体激光。3.根据权利要求1或2所述的方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述功率密度Pd与所述扫描速度V满足0.005×Pd+4050≤V≤0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：坂井辰彦，滨村秀行，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP