[发明专利]方向性电磁钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及卷铁芯变压器的铁芯材料等所使用的方向性电磁钢板及其制造方法。尤其涉及通过激光加工在其表面形成槽而使铁损(core loss)降低的方向性电磁钢板及其制造方法。

本申请基于2012年04月27日在日本提出申请的特愿2012－103212号并主张优先权，在先申请的内容援引于本申请。

背景技术

方向性电磁钢板是包含Si且其结晶粒的易磁化轴({110}＜001＞方位)与其制造工序中的轧制方向大致一致的电磁钢板。该方向性电磁钢板具有磁化朝向轧制方向的磁畴夹着磁畴壁(magnetic domain)而排列多个的构造，这些磁畴壁中多数是180°磁畴壁。该方向性电磁钢板的磁畴被称为180°磁畴，方向性电磁钢板易于在轧制方向上磁化。为此，在比较小的一定的磁化力中，磁通量密度较高，铁损(能量损失)较低。因此，方向性电磁钢板是非常优秀的变压器的铁芯材料。铁损的指标一般使用W17/50[W/kg]。W17/50是在进行了交流励磁以使在频率50Hz中最大磁通量密度达到1.7T时，方向性电磁钢板所产生的铁损的值。在使该W17/50变小时，能够制造出效率更高的变压器。

以下概略地说明通常的方向性电磁钢板的制造方法。通过退火以及冷轧工序将包含规定量的Si的经热轧的硅钢板(热轧板)调整为所期望的板厚。接下来，通过连续式的退火炉对该硅钢板进行退火，并进行脱碳以及应力消除而进行初次再结晶(结晶粒径：20～30μm)。接下来，将包含MgO作为主成分的退火分离材料涂敷在该硅钢板薄板(以下有时也简记为钢板)的表面，将钢板卷绕成螺旋状(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，在钢板中形成二次再结晶组织，并在钢板表面上形成玻璃保护膜。

此时，钢板中包含例如MnS、AlN等的阻化剂，因此轧制方向与易磁化磁畴一致的所谓的高斯(Goss)晶粒优先结晶生长。其结果是，在精退火后获得结晶方位性(结晶配向性)较高的方向性电磁钢板。精退火后，螺旋被解卷，在其他的退火炉内使钢板连续通过而进行平坦化退火，去除钢板内的不需要的应力。进而，实施对钢板表面赋予张力和电绝缘性的涂层，制造方向性电磁钢板。

在经这种工序而制造出的方向性电磁钢板中，即使不进行追加的处理铁损也较低，但赋予与轧制方向(以下，也称为输送方向)大致垂直并且一定周期(一定间隔)的应力时，铁损进一步下降。此情况下，通过局部的应力而形成轧制方向与磁化正交的90°磁畴，以此处的静磁能为源而大致长方形的180°磁畴的磁畴壁间隔变窄(180°磁畴的宽度变小)。铁损(W17/50)与180°磁畴壁的间隔具有正相关，因此由于该原理，铁损下降。

例如，如专利文献1所公开那样，通过激光照射而对于钢板赋予应力的方法已得到实用。同样地，在与方向性电磁钢板的轧制方向大致垂直地并且以一定周期形成10～30μm左右的深度的槽后，铁损降低。这是由于，由于槽的空隙中的磁导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，铁损得以改善。形成槽的方法有：如专利文献2所公开那样使用电解蚀刻在冷轧板上形成槽的方法、如专利文献3所公开那样将机械的齿形冲压在冷轧板上的方法、或者如专利文献4所公开那样通过激光照射使钢板(激光照射部)熔融以及蒸发的方法。

但是，电力变压器大体有叠积式铁芯变压器和卷铁芯变压器。叠积式铁芯变压器是层叠并固定多个电磁钢板而制造的。另一方面，在卷铁芯变压器的制造工序中，一边卷起方向性电磁钢板一边层叠而卷紧，因此包括用于去掉其变形应力(例如，弯曲引起的应力)的退火工序。因此，使用为了改善铁损而赋予应力的专利文献1所记载的发明的方法而制造出的方向性电磁钢板能够以维持铁损改善效果的状态原封不动使用于叠积式铁芯变压器中，但无法以维持铁损改善效果的状态原封不动地使用于卷铁芯变压器中。即，在卷铁芯变压器中，由于应力通过应力消除退火而消失因此铁损改善效果也消失。另一方面，使用为了改善铁损而形成槽的方法制造出的方向性电磁钢板，即使进行应力消除退火，改善铁损的效果也不受损，因此具有能够使用于叠积式铁芯变压器以及卷铁芯变压器这两方的优点。

在此，对形成槽的方法的现有技术进行说明。在专利文献2所记载的基于电解蚀刻的方法中，使用例如在二次再结晶后的表面上形成有玻璃保护膜的钢板，通过激光或机械的方法线状地去除表面的玻璃保护膜，并通过蚀刻在铁素体露出的部分形成槽。该方法中，工序变得复杂而制造成本变高，处理速度有限度。