TWI227739B - Grain-oriented electrical steel sheet excellent in magnetic properties and method for producing the same - Google Patents

Description

1227739 玖、發明說明： L 明屬々貝】 發明領域 本發明係有關於一種於單向性電磁鋼板表面藉雷射加 5工形成熔融再凝固層，而可耐應力消除退火之磁性優異， 並可使用於捲鐵芯之單向性電磁鋼板及其製造方法。 Γ先前技術3 發明背景 單向性電磁鋼板，由節約能量之觀點來看，需降低鐵 10耗損。而其方法於日本專利公開公報58-26405號揭示了藉 雷射照射細分化磁區之方法。藉該方法達成之鐵耗損降 低，係藉照射雷射光束所產生之熱衝擊波之反力導入廉力 應變至方向性電磁鋼板，細分化磁區，藉此降低鐵耗損。 然而，該方法中，藉雷射照射導入之應變於退火時消失， 15而喪失磁區細分化效果。因此，該方法可使用於不必進行 應力消除退火之積鐵芯變壓器，而無法使用於必需進行應 力消除退火處理之捲鐵芯變壓器。 因此，欲使鐵耗損值降低效果於應力消除退火後仍存 在之方向性電磁鋼板之鐵耗損改善方法，係有各種使鋼板 2〇改變形狀超過應力應變值以變化透磁率，使磁區細分化之 方法。例如，以齒形輥按壓鋼板，而於鋼板表面形成溝狀 或點狀之凹口之方法（日本專利公告公報63-44804號）、藉化 學蝕刻於鋼板表面形成凹口之方法（參照美國專利第 4750949號公報）、或以Q開關C〇2雷射於鋼板表面形成點列 1227739 溝之方法（參照曰本專利公開公報7-22〇913號）等。又，於鋼 板表面不形成溝，而藉雷射形成熔融再凝固層之方法（參照 曰本專利公開公報2000_109961號、參照日本專利公開公報 6-212275號）等。 10 15 、刚述習知技術中，使用齒形輥之機械之方法，由於電 磁鋼板之硬度高，所以齒形會於短時間内磨損，故维護頻 率高。藉化學餘刻進行之方法，雖沒有齒形磨損之問=， 然而必需進行掩蔽、钱刻處理、除去掩蔽物之步驟，斑機 ==法相較’步驟較複雜。以Q„c〇2雷射於鋼板形成 點列溝之方法，係以非接觸之方式形成凹口，故不合有齒 職損，步驟複雜之問題，然而料之雷射振動裝;^必 而另外追加特殊切_裝置。又，形成溝之方法，由於會 除去鋼板之一部份，因此造成 ； 自m丨， 積率下降，對變屢器之性 b ’之μ °又’形魏融再凝固層之方法，雖可解 【發明内容】 彻貝 發明概要 本發明係提供-種於藉雷射加 而於應力消除退火後亦具有優異磁性之1==凝固層， 合發生磁、雨ι'Γ 鐵耗損改善效果，且不 曰毛生磁通岔度惡化、佔積率 造方法。 ·万向性電磁鋼板及製 1227739 上、小於5mm之間距，一定周期地形成再凝固層，且每單 面之熔融再凝固層之寬高比=深度/寬度為〇·2〇以上且深度 為15 // m以上。 尤其，前述熔融再凝固層之寬度宜為3〇//m以上、2〇〇 5 // m以下。 又，本發明之單向性電磁鋼板之製造方法，係於單向 性電磁鋼板表面藉照射雷射光束形成熔融再凝固層。 又，本發明之單向性電磁鋼板之製造方法，係以由雷 射裝置之連續振動光纖雷射器輸出之雷射光束形成熔融再 10 凝固層。 圖式簡單說明 第1圖係顯示本發明之業已加工於低鐵耗損單向性電 磁鋼板之熔融再凝固層的截面寬高比與鐵耗損改善率之關 係之說明圖（形成於鋼板兩面，壓軋方向間距 15 第2圖係加工之熔融再凝固層之截面照片之模式固 第3圖係顯示加工之熔融再凝固層之深度與鐵耗夂改 善率之關係之說明圖（壓軋方向間距5mm)。 ' 改 第4圖係顯示熔融再凝固層之截面寬高比與鐵耗損 善率之關係之說明圖（壓軋方向間距5mm)。 ' 第5圖係顯示鋼板穿透方向之加工周期α 1万向間距）枭 鐵耗損改善率之關係之說明圖。 一、 第6圖係顯示本發明之業已加工於低鐵耗損w。 磁鋼板之熔融再凝固層的截面寬高比與鐵耗損改盖率電 係之說明圖（形成於鋼板單面，壓軋方向間距3瓜^^ 關 20 1227739 第7圖係顯示本發明之業已加工於低鐵耗損單向性電 磁鋼板之熔融再凝固層之寬度與鐵耗損改善率之關（，、 明圖（壓軋方向間距3mm)。 ” 第8圖係顯示本發明之藉雷射製造低鐵耗損單向性電 磁鋼板之方法之說明圖。 t實施方式3 較佳實施例之詳細說明 本發明人等於完成退火後或具有絕緣皮膜之方向性電 磁鋼板單面或兩面，大致垂直於壓軋方向地，以—定周期 10形成線狀之熔融再凝固層而改善鐵耗損之方法中，利用習 知技術中未曾考慮到之限定截面形狀之寬高比與間距、深 度、寬度’得到於應力消除退火處理後，較以往炫融再凝 固方式、及溝方式更佳之鐵耗損改善效果。以下，利用實 施例說明本發明之實施形態。 15 實施例1 採用雷射光束照射法作為溶融再凝固層形成方法，並 詳細地檢討鐵耗損改善效果。 第8圖係本發明之雷射光束之照射方法之說明圖。本實 施例中，使由雷射裝置3輸出之雷射光束LB^圖示利用掃描 2〇鏡4與fe透鏡5，於方向性電磁鋼板i掃描照射。6係圓柱透 鏡，係配合需要用以使雷射光束之集光徑由圓形形成為擴 圓形。第8圖係僅顯示一台’然而可配合鋼板之板寬於板寬 方向上配置同樣之裝置。又，為了兩面照射，可將同樣之 裝置隔著鋼板上下地配置。 1227739 首先，以壓軋方向間距PL5mm，使熔融再凝固層部截 面深度為參數而調查磁區控制效果。如第3圖所示，鐵耗損 改善率7?最大為6%左右，此係與習知之溝方式及熔融再凝 固方式相等，又，大致看不到相對於深度之變化關係。 5 於此，鐵耗損界17/50〇^/]^)之改善率(％ )係以（雷射照 射前之鐵耗損一雷射照射後之鐵耗損）/雷射照射前之鐵耗 損X 100來定義。雷射照射後之鐵耗損係應力消除退火8〇〇 Cx 4小時後之測定值。此外，wl7/5〇係表示周波數5〇Hz、 最大磁通密度1.7T時之鐵耗損。 10 熔融再凝固層方式之磁區控制機構至今仍不明確，然 而，本發明人等假設基於熔融再凝固層與非熔融再凝固層 之邊界產生之殘留應變，於壓軋方向上張力產生，細分化 磁區。基於該假設，熔融再凝固層之深度方向之邊界線越 垂直壓軋方向，應變之壓軋方向成份會更增冬。又，熔融 15再凝固層部越深，其效果會深入至板厚内部，可達到更高 之磁區細分化效果。 溶融再旋固層之截面，一般係使表面之雷射照^點於 起點為半圓形。因此，為了表現熔融再凝固層之邊界線相 對於壓軋方向之垂直度，本發明人等利用溶融再凝固層截 20面之深度4與壓軋方向之寬度W，如第2圖所示定義截面寬 高比d/W。使用該新變數之熔融再凝固層截面寬高比，使熔 戰再凝固層深度d為參數而將第3圖之結果再整理成第4 圖。由其結果，可清楚知道鐵耗損改善率々係隨著熔融再 凝固層截面寬高比增加而上升。又，d< ΙΟμηι以下時，即 1227739 使心加溶融再凝固層截面寬高比，鐵耗損改善率^亦大致 沒有增加。 進而’本發明人等推測溶融再凝固層間之張力效果於 料壓軋方向間距杜時，該方向之張力效果會相乘地提 5幵。固定接通電_光束掃贿度，錢變光束焦點位置， 即:改變見南比’且使壓軋方向間距此為變數而調查時， 如第5圖所不’為了得到高於溝方式或習知熔融再凝固層方 式之鐵耗損改善效果，必須具有〇·2以上之寬高比，且壓乳 方向間距PL為2随以上、5咖以下。這係因為2腿以下時， 10與炫融再凝固層之磁區細分化達成之改善渴電流損失效果 相比’内部應變造成之磁滯損失較大，因此，沒有改善鐵 耗知，又，5mm以上時，相鄰之熔融再凝固層之相互作用 弱’因此，沒有產生充分之磁區細分化，無法改善鐵耗損。 15 進而，本發明人等為了調查必要之溶融再凝固層深度 “使壓軋方向間距PL為最適值3mm，固定接通電源，改變 ^束掃描速度與光束焦點位置來調查鐵耗損改善率々與寬 巧比、深度d之關係。將結果顯示於第1圖。由其可知，為 了有政果地給予用以促使磁區細分化之應變或張力，必需 2〇形成具有超過預定之更大的寬高比及熔融深度之熔融再凝 口層。為了得到高於溝方式或習知熔融再凝固層方式之鐵 耗知改善效果，可形成具有〇_2以上之寬高比，且熔融深度 d超過15/zm之熔融再凝固層來達成。又，作為比較之用， 於第1圖將具有習知技術之專利文獻5之實施例中所記載之 條件’就是將具有板厚之5%，即板厚〇.23mm之5%之深度 1227739 12、寬度100//m，即，寬高比0.12之熔融4凝固層以3mm 周期地形成於表裡兩面之結果以籲記載。依據實施例，可 得知雷射加工前之鐵耗損〇_8W/kg藉加工改善為 0.753W/kg，因此，改善率為6% ，且，寬高比及熔融深度 5小，因此沒有得到充分之鐵耗損改善。 前述實施例’係於鋼板表裡兩面形成有熔融再凝固層 時之結果’而將針對單面地形成時之情況進行同樣之檢討 之結果表示於弟6圖。其與兩面之情況相比，鐵耗損改善率 低’然而藉形成寬高比〇·2以上且深度15//m以上之熔融再 10 凝固層，得到與習知技術相等乃至更高之鐵耗損改善率。 如前述，得知為了有效果地給予用以促使磁區細分化 之應變或張力，而得到高鐵耗損改善率，必需形成具有〇.2 以上更大之寬高比及15// m以上之熔融再凝固層深度，且以 壓軋方向間距2mm至5mm之空隙形成溶融再凝固層。 15 進而，本發明人等使用連續振動光纖雷射器作為雷射 裝置來調查必要之熔融再凝固層寬度W、深度d、寬高比， 因此，使壓軋方向間距PL為最適值3mm，固定接通電源， 改變光束掃描速度與光束焦點位置調查出鐵耗損改善率；7 與寬度W、深度d之關係。將其結果顯示於第7圖。 20 光纖雷射器係以半導體雷射為激發源而光纖纖核本身 可發光之雷射裝置，且，振動光束徑係由光纖纖核徑來限 定’所以光束品質高，因此，於C02雷射等中，雖然於實 用上集光徑0100μ m為極限，然而，仍具有可微小集光至 數十//m之特徵。藉此，熔融再凝固層之寬度可橫跨1〇 “in 11 1227739 至500//m而廣範圍地變更。尤其，為了實用地將炼融再凝 固層之寬度形成為以下時，光纖雷射係最適當的。 由第7圖可知為了有效果地給予用以促使磁區細分化 之應艾或張力，必需形成具有某一預定範圍之熔融寬度， 5及起過預疋之寬咼比與熔融深度之溶融再凝固層。為了得 到高於溝方式或習知溶融再凝固層方式之鐵耗損改善以 %之鐵耗損改善，可以形成炼融寬度於30/zm以上至2〇〇// m之&圍且具有〇·2以上之寬高比，、溶融深度d超過❿瓜之 炼融再凝固層來達成。雜寬度為3G/zm以下時，相鄰之溶 1〇融再凝固層之相互作用弱，因此，不能產生充分之磁區: 分化，無法改善鐵耗損。又，熔融寬度為2〇〇/zm以上時， 开V成溶融冰度使寬高）匕為〇·2以上，大概會得到某些程度之 鐵耗抽改善效果，然而，如前述，為了形成截面積非常大 之熔融再凝固層，需要非常大之能量，因此，於要求成本 15及高生產性之工業化上係不利的。又，亦會因過剩之溶融 體積增加，磁雜損增大，而不能得到高鐵耗損改善效果。 進而，為了得到更高之鐵耗損改善效果，係以形成溶 融寬度為50//m以上至15〇/zm之範圍且具有〇2以上之寬 咼比，熔融深度d超過15//m之熔融再凝固層為佳。 20 且’欲將鐵耗損改善條件限定至最適#，而得到鐵耗 損改善率超過9%之非常高之鐵耗損改善效果時，係以將熔 融寬度為60 μ m以上至1〇〇 # m之範圍且具有〇 2以上之寬 咼此，溶融深度d超過3〇//111之熔融再凝固層於鋼板兩面大 致垂直於壓軋方向地以一定形成為佳。 12 点况月依據本發明，利用於熔融再凝固層之形 ^中限域面形狀及壓軋方㈣”前述襲，可得到較 藉㈣再凝固層方式、或機械方式、侧方式、雷 2式形成溝之方式還高之鐵耗損改善率。又，僅附加雷 、"理步驟，因此，可高生產性、低成本地製造前述鋼板。 且，適用連續振動光纖雷射器作為雷射裝置時，溶融再凝 固層之寬度可縮小，故，必需之能量減少，可以更高之生 產〖生、更低之成本製造前述鋼板。 【圖簡明】 第1圖係顯示本發明之業已加工於低鐵耗損單向性電 磁鋼板之熔融再凝固層的截面寬高比與鐵耗損改善率之關 係之說明圖（形成於鋼板兩面，壓軋方向間距3mm)。 第2圖係加工之熔融再凝固層之截面照片之模式圖。 第3圖係顯示加工之熔融再凝固層之深度與鐵耗損改 善率之關係之說明圖（壓軋方向間距5mm)。 第4圖係顯示熔融再凝固層之截面寬高比與鐵耗損改 善率之關係之說明圖（壓軋方向間距5mm)。 苐5圖係顯示鋼板穿透方向之加工周期（l方向間距)與 鐵耗損改善率之關係之說明圖。 第6圖係顯示本發明之業已加工於低鐵耗損單向性電 磁鋼板之熔融再凝固層的截面寬高比與鐵耗損改善率之關 係之5兄明圖（形成於鋼板單面，壓軋方向間距3mm)。 第7圖係顯示本發明之業已加工於低鐵耗損單向性電 磁鋼板之熔融再凝固層之寬度與鐵耗損改善率之關係之說 1227739 明圖（壓軋方向間距3mm)。 第8圖係顯示本發明之藉雷射製造低鐵耗損單向性電 磁鋼板之方法之說明圖。 【圖式之主要元件代表符號表】 1.. .方向性電磁鋼板 3.. .雷射裝置 4.··掃描鏡 5.. .ΪΘ透鏡 6.. .圓柱透鏡 LB...雷射光束 PL…壓軋方向間距

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Claims (1)

1. ^227739

   申請專利範圍： ι· -種磁特性優異之單向性電磁鋼板，係於鋼板之單 面或兩面’大致垂直於壓軋方向且以—定周期形成 線狀之熔融再凝固層以改善鐵耗損特性者，其特徵 5 在於：令熔融再凝固層截面之壓軋方向寬度為w、 深度為d、且壓軋方向間距為PL時，完全滿足以下 條件： 15μπι ；

   d/W- 〇·2 ;及 1〇 2mm$PL<5mm 者。 2· —種磁特性優異之單向性電磁鋼板，係於鋼板之兩 面，大致垂直於壓軋方向且以一定周期形成線狀之 熔融再凝固層以改善鐵耗損特性者，其特徵在於·· 令熔融再凝固層截面之壓軋方向寬度為w、深度為 15 d、且壓軋方向間距為Pl時，完全滿足以下條件··

   30μιη^ 200μιη ； 15μηι ； d/W^0.2 ;及 2mmS PL< 5mm 者。 20 3· 一種用以製造如申請專利範圍第1或2項之磁特性 優異之單向性電磁鋼板的製造方法，係照射雷射光 束後形成熔融再凝固層。 4·如申請專利範圍第3項之磁特性優異之單向性電磁 鋼板的製造方法，其中前述雷射光束係由雷射裝置 15 1227739 之連續振動光纖雷射器輸出。

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