(57)【要約】耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼であって、その片面又は両面に、切れ目付け方式により形成された相互に平行な複数の溝を有し、各溝はいずれも耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向に延在し、該相互に平行な複数の溝は耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の圧延方向に均一に分布している。耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向に延在する各溝は、いずれも耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向に延在する複数のサブ溝をつなぎ合わせてなる。該耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法は、レーザー切れ目付け方式を用いて、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の片面又は両面に溝を形成し、レーザー切れ目付け用のレーザービームが分光器により複数のサブビームに分けられ、該複数のサブビームによって同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数の前記サブ溝を形成するステップを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼であって、片面又は両面に、切れ目付け方式により形成された相互に平行な複数の溝を有し、各溝はいずれも耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向に延在し、該相互に平行な複数の溝は耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の圧延方向に沿って均一に分布していることを特徴とする耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項２】
耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向に延在する各溝はいずれも耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向に延在する複数のサブ溝をつなぎ合わせてなることを特徴とする請求項１に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項３】
各サブ溝の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における横断面形状は逆台形であり、前記台形の長辺の長さはＬｔであり、前記台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さはｌｅであることを特徴とする請求項２に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項４】
投影長さｌｅの値の範囲は８ｍｍを超えないことを特徴とする請求項３に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項５】
前記台形の高さｍは５〜６０μｍであることを特徴とする請求項３に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項６】
同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数のサブ溝のうち、隣接する２つのサブ溝は互いに密に繋がり、又は互いに重ねて接続され、又は相互間に横方向間隔を有することを特徴とする請求項３に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項７】
隣接する２つのサブ溝同士の間に横方向間隔ｌｂを有する場合、横方向間隔ｌｂは１０ｍｍを超えないことを特徴とする請求項６に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項８】
前記台形の長辺の長さＬｔ、前記台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さｌｅ及び横方向間隔ｌｂはさらに、（ｌｅ＋ｌｂ）／Ｌｔ≦０．２の関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項９】
隣接する２つのサブ溝が互いに重ねて接続される場合、重ね接続により形成されるオーバーラップ部の長さｌｃは投影長さｌｅの１．５倍を超えないことを特徴とする請求項６に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項１０】
隣接する溝間の間隔ｄは２〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項１１】
隣接する溝間の間隔ｄは２〜１０ｍｍであり、同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数のサブ溝は耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の圧延方向にずれ間隔ｄ０を有し、ずれ間隔ｄ０は溝間の間隔ｄの０．４倍を超えないことを特徴とする請求項２に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項１２】
前記切れ目付け方式は、レーザー切れ目付け、電気化学的切れ目付け、歯付きローラ切れ目付け及び高圧水ビーム切れ目付けのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項１３】
前記切れ目付け方式はレーザー切れ目付けであることを特徴とする請求項２〜１１のいずれか一項に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼。
【請求項１４】
レーザー切れ目付け方式によって、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の片面又は両面に前記溝を形成し、レーザー切れ目付け用のレーザービームが分光器により複数のサブビームに分けられ、該複数のサブビームによって、同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数の前記サブ溝を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法。
【請求項１５】
レーザー切れ目付け用のレーザー発生ポンプ源はＣＯ２レーザー装置、固体レーザー装置、ファイバーレーザー装置のうちの少なくとも１つから選択されることを特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の表面に単一の前記サブビームで形成されたサブスポットの単一パルス瞬時ピークパワー密度は５．０×１０５Ｗ／ｍｍ２〜５．０×１０１１Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記サブスポットの単一パルス瞬時最大ピークパワー密度と最小ピークパワー密度との比は２０を超えないことを特徴とする請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記サブスポットの直径とサブスポットのフォーカスセンター間の間隔との比は０．１〜０．８の範囲内にあることを特徴とする請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１９】
耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の表面に前記複数のサブビームで形成された複数のサブスポットのレーザー走査方向における全長さは２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
【請求項２０】
レーザー切れ目付けステップは耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の脱炭焼鈍ステップの前又は後、或いは耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の熱延伸平坦化焼鈍ステップの前又は後に行われることを特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性珪素鋼及びその製造方法に関し、特に磁区細分化型方向性珪素鋼及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器は電力伝送システムの基本的な構成部材であり、その鉄心は通常、方向性珪素鋼を積層又は巻回してなり、鉄心損失は通常、鉄損と略称される。地球のエネルギー環境問題がますます深刻化し、省エネ・消費低減のニーズが世界中に絶え間なく高まりつつあるため、方向性珪素鋼の低鉄損化は国民経済及び社会環境保護に非常に重要である。
【０００３】
磁区細分化は、磁区幅を狭くすることであり、異常渦電流損失を効果的に低減させることができ、方向性珪素鋼の低鉄損化の重要な方法である。従来技術では、方向性珪素鋼の表面に切れ目を付けて磁区を細分化し、それにより低鉄損化を実現する。切れ目付けの効果によって、切れ目付けによる磁区細分化の方法は２種類に大別されている。一つは、非耐熱切れ目付けによる磁区細分化であり、主にレーザー、プラズマビーム、電子ビーム等の方法によって方向性珪素鋼の表面に所定の間隔で線状熱応力領域を形成し、該領域の周囲にサブ磁区を発生させ、それにより磁区幅を狭くし、低鉄損化の目的を達成する。このような方法の磁区細分化効果は応力除去焼鈍後に切れ目付け箇所での熱応力が除去されるに伴って消失し、鉄損は元の水準に回復してしまうため、応力除去焼鈍が施されない積層鉄心変圧器の製造にしか使用できない。もう一つは、耐熱切れ目付けによる磁区細分化であり、主に機械的、電気化学的腐食、レーザービーム等によって方向性珪素鋼の表面に線状歪み領域を形成し、その内部エネルギーを再分配させ、磁区幅を小さくし、それにより低鉄損化を実現する。このような方法で製造される方向性珪素鋼は、応力除去焼鈍後に鉄損が回復しないため、応力除去焼鈍を必要とする巻回鉄心変圧器の製造に適用できる。巻回鉄心変圧器は方向性珪素鋼の圧延方向に優れた磁気特性を十分に活用し、損失及びノイズの点では、積層鉄心変圧器と比較して明らかな利点を示すため、次第に市場で人気が集まっている。
【０００４】
従来技術では、耐熱切れ目付けによる磁区細分化の方式は通常、電気化学的方式、機械的方式及びレーザー方式を含む。しかしながら、電気化学的方式によって実現される耐熱切れ目付け技術は、プロセスが複雑で、ある程度の化学的汚染があり、形成された溝は形状、深さの制御性が悪く、磁気特性が安定で均一な方向性珪素鋼板を得ることは困難である。機械的圧力方式によって実現される耐熱切れ目付け技術は、機械装置の歯付きローラに対する要求が非常に高く、且つ方向性珪素鋼の表面にあるケイ酸マグネシウム下地層の硬度が高いため、歯付きローラの摩耗が非常に早く、それにより大ロットの切れ目付けのコストが高くなる。複数回のレーザー走査の方式によってノッチを形成するためには、繰り返し位置決め精度への要求が高く、生産ラインでの生産は困難である。レーザー加熱溶融の方式によって溝又は再溶融領域を形成すると、溝の縁部及びその付近に火口状の突起や飛散物が生じやすく、その結果、珪素鋼板の積層係数が下がり、製造された変圧器の使用中に鋼板間が導通してしまうリスクがある。
【０００５】
これに鑑みて、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼が期待されており、該方向性珪素鋼は切れ目付けによる溝の形態が制御可能な状態にあり、その縁部における溶融堆積物が明らかに抑制され、それにより磁区を細分化し、低鉄損化を実現し、かつ、応力除去焼鈍後でも鉄損が劣化することなく、巻回鉄心変圧器の製造等の分野に幅広く適用できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的の１つは、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼を提供することにあり、該方向性珪素鋼は切れ目付けによる溝の形態が制御可能な状態にあり、その縁部の溶融堆積物が明らかに抑制され、それにより磁区を細分化し、低鉄損化を実現し、かつ、応力除去焼鈍後でも鉄損が劣化することなく、巻回鉄心変圧器の製造等の分野に幅広く適用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を実現するために、本発明は、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼を提供し、片面又は両面に、切れ目付け方式により形成された相互に平行な複数の溝を有し、各溝はいずれも耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向に延在し、該相互に平行な複数の溝は耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の圧延方向に沿って均一に分布している。
【０００８】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向に延在する各溝はいずれも耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向に延在する複数のサブ溝をつなぎ合わせてなる。
【０００９】
またさらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、各サブ溝の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における横断面形状は逆台形であり、前記台形の長辺の長さはＬｔであり、前記台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さはｌｅである。
【００１０】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、投影長さｌｅの値の範囲は８ｍｍを超えない。
【００１１】
本発明に係る技術的手段では、本願の発明者は研究により、台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さｌｅが８ｍｍを超えると、磁区細分化の効果が不足し、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の鉄損の低減が明らかでないことを見出した。従って、本発明は台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さｌｅの値の範囲は８ｍｍを超えないとする。好ましくは、投影長さｌｅの値の範囲は４ｍｍを超えないことにし、この好ましい技術的手段では、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼は鉄損が低くて透磁率が高い。
【００１２】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、前記台形の高さｍは５〜６０μｍである。
【００１３】
本発明に係る技術的手段では、本願の発明者は研究により、台形の高さｍが５μｍ未満であると、磁区細分化の効果が不足し、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の鉄損低減が明らかでない一方、台形の高さｍが６０μｍを超えると、溝での磁気漏れが深刻で、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の透磁率が低下することを見出した。従って、本発明は台形の高さｍの値の範囲を５μｍ〜６０μｍにする。好ましくは、台形の高さｍを１０μｍ〜４５μｍにし、この好ましい技術的手段では、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼は鉄損が低くて透磁率が高い。
【００１４】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数のサブ溝のうち、隣接する２つのサブ溝は互いに密に繋がり、又は互いに重ねて接続され、又は相互間に横方向間隔を有する。
【００１５】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、隣接する２つのサブ溝同士の間に横方向間隔ｌｂを有する場合、横方向間隔ｌｂは１０ｍｍを超えない。
【００１６】
本発明に係る技術的手段では、本願の発明者は研究により、隣接する２つのサブ溝同士の間にある横方向間隔ｌｂが耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の磁気特性に著しく影響を与え、横方向間隔ｌｂが１０ｍｍを超えると、磁区細分化の効果が明らかでなくなり、鉄損が高いことを見出した。従って、本発明は隣接する２つのサブ溝同士の間にある横方向間隔ｌｂが１０ｍｍを超えないとする。
【００１７】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、前記台形の長辺の長さＬｔ、前記台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さｌｅ及び横方向間隔ｌｂはさらに、（ｌｅ＋ｌｂ）／Ｌｔ≦０．２の関係を満たす。
【００１８】
本発明に係る技術的手段では、本願の発明者は研究により、（ｌｅ＋ｌｂ）／Ｌｔが０．２０以下であると、得られた耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の鉄損改善率が高く、６％以上に達する一方、（ｌｅ＋ｌｂ）／Ｌｔが０．２を超えると、磁区細分化の効果が明らかではなく、鉄損改善率が低いことを見出した。
【００１９】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、隣接する２つのサブ溝が互いに重ねて接続される場合、重ね接続により形成されたオーバーラップ部の長さｌｃは投影長さｌｅの１．５倍を超えない。
【００２０】
本発明に係る技術的手段では、本願の発明者は研究により、重ね接続により形成されたオーバーラップ部の長さｌｃが台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さｌｅの１．５倍を超えると、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の透磁率が著しく低下することを見出し、従って、本発明は重ね接続により形成されたオーバーラップ部の長さｌｃが台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さｌｅの１．５倍を超えないとする。
【００２１】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、隣接する溝間の間隔ｄは２〜１０ｍｍである。
【００２２】
本発明に係る技術的手段では、本願の発明者は研究により、隣接する溝間の間隔ｄが２ｍｍ未満であると、溝が過密で、溝での磁気漏れ効果が明らかで、透磁率が０．２Ｔ以上低下する一方、隣接する溝間の間隔ｄが１０ｍｍを超えると、磁区細分化効果が明らかではなく、鉄損が高いことを見出した。従って、本発明は隣接する溝間の間隔ｄを２〜１０ｍｍにする。
【００２３】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、隣接する溝間の間隔ｄは２〜１０ｍｍであり、同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数のサブ溝は耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の圧延方向にずれ間隔ｄ０を有し、ずれ間隔ｄ０は０．４ｄを超えない。
【００２４】
本発明に係る技術的手段では、本願の発明者は研究により、同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数のサブ溝は、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の圧延方向に有するずれ間隔ｄ０と隣接する溝間の間隔ｄとの比が０．４以上であり、すなわちずれ間隔ｄ０が溝間の間隔ｄの０．４倍を超えると、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の磁歪によるノイズが６０ｄＢＡ以上まで著しく上がる一方、ずれ間隔ｄ０が溝間の間隔ｄの０．４倍未満であると、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の磁歪によるノイズが著しく低下することを見出した。従って、本発明は同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数のサブ溝が耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の圧延方向に有するずれ間隔ｄ０が溝間の間隔ｄの０．４倍を超えないとする。
【００２５】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、前記切れ目付け方式は、レーザー切れ目付け、電気化学的切れ目付け、歯付きローラ切れ目付け及び高圧水ビーム切れ目付けのうちの少なくとも１つを含む。
【００２６】
さらに、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼では、前記切れ目付け方式はレーザー切れ目付けである。
【００２７】
それに対応して、本発明の別の目的は、上記耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法を提供することにあり、該方法は、レーザービームを合理的に設計することで、レーザーアブレーションによる熱拡散堆積物を効果的に減少させ、且つ複数回のレーザー走査の場合の位置決めが不正確である問題を回避し、それにより効果的に磁区を細分化し、低鉄損化を実現し、且つ耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の応力除去焼鈍後の鉄損が劣化しない。
【００２８】
上記目的を実現するために、本発明は、レーザー切れ目付け方式によって、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の片面又は両面に前記溝を形成し、レーザー切れ目付け用のレーザービームが分光器により複数のサブビームに分けられ、該複数のサブビームによって同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数の前記サブ溝を形成するステップを含む耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法を提供する。
【００２９】
本発明に係る製造方法では、レーザー切れ目付け用のレーザービームがレーザー装置から発せられた後、分光器を通過して複数のサブビームを形成し、該複数のサブビームが鋼板の表面に集束して、平行に配列された１組のスポットを形成し、それにより同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数の前記サブ溝を形成する。レーザービームが分光器を通過した後、サブビームのスポットのエネルギー密度が低減し、且つスポット間に一定のエネルギーギャップ領域があり、方向性珪素鋼の表面における単点の温度上昇は、温度が短期間で下がって急速に蓄積する二重の特徴を呈し、それにより従来の長いスポット切れ目付け方式では熱が持続的に蓄積するため熱溶融及び変形が発生するという問題を克服し、それにより本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の溝の形態が制御可能な状態にあり、その縁部における溶融堆積物が明らかに抑制される。
【００３０】
なお、いくつかの実施形態では、サブビームが方向性珪素鋼の表面において格子方式で移動し、形成されたサブスポットの配列方式が単列又は多列であってもよく、その形状が円形又は楕円形であってもよい。また、サブビームが方向性珪素鋼の表面に、同一溝をつなぎ合わせにより形成する複数のサブ溝を形成するとき、サブ溝の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における横断面形状が逆台形であってもよい。
【００３１】
さらに、本発明に係る製造方法では、レーザー切れ目付け用のレーザー発生ポンプ源はＣＯ２レーザー装置、固体レーザー装置、ファイバーレーザー装置のうちの少なくとも１つから選択される。
【００３２】
またさらに、本発明に係る製造方法では、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の表面に単一の前記サブビームで形成されるサブスポットの単一パルス瞬時ピークパワー密度は５．０×１０５Ｗ／ｍｍ２〜５．０×１０１１Ｗ／ｍｍ２である。
【００３３】
本発明に係る製造方法では、本願の発明者は研究により、レーザービームが分光器を通過した後、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の表面に単一のサブビームで形成されるサブスポットの単一パルス瞬時ピークパワー密度が５．０×１０５Ｗ／ｍｍ２以上であると、方向性珪素鋼の磁区を細分化し、鉄損を低減させることができるとともに、切れ目付けによる溝の両側に明らかな堆積物が形成されないことで、積層係数の低下を回避できることを見出した。それは、サブスポットの単一パルス瞬時ピークパワー密度が５．０×１０５Ｗ／ｍｍ２以下であると、レーザー走査時、方向性珪素鋼の表面が溶融又は気化温度に達せず、方向性珪素鋼の局所的なマイクロゾーン材料を効果的にアブレーションして剥離することができず、磁区細分化に必要な溝を形成することができないからである。しかし、サブスポットの単一パルス瞬時ピークパワー密度が高すぎて５．０×１０１１Ｗ／ｍｍ２を超えると、高すぎる瞬時エネルギーによって方向性珪素鋼の表面の温度上昇が高くなりすぎてしまい、その結果、多すぎる熱が周囲に拡散して方向性珪素鋼を熱変形させる一方、溶融又は気化した物質が溝付近に堆積し、方向性珪素鋼の積層係数を極めて大きく低下させ、方向性珪素鋼を積層して形成された変圧器鉄心が使用中に導通しやすくなって、変圧器の使用中の破壊リスクが増えてしまう。従って、本願の発明者は耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の表面に単一のサブビームで形成されるサブスポットの単一パルス瞬時ピークパワー密度を５．０×１０５Ｗ／ｍｍ２〜５．０×１０１１Ｗ／ｍｍ２にする。
【００３４】
さらに、本発明に係る製造方法では、前記サブスポットの単一パルス瞬時最大ピークパワー密度と最小ピークパワー密度との比は２０を超えない。
【００３５】
本発明に係る製造方法では、本願の発明者は研究により、サブスポットの単一パルス瞬時ピークパワー密度の差が大きすぎ、即ちサブスポットの単一パルス瞬時最大ピークパワー密度と最小ピークパワー密度との比が２０を超えると、切れ目付けやアブレーションにより溝を形成する効率が著しく低下し、鉄損の低減が明らかではなく、且つ溝の両側に一定の堆積物が発生することを見出した。従って、本願の発明者はサブスポットの単一パルス瞬時最大ピークパワー密度と最小ピークパワー密度との比が２０を超えないとする。
【００３６】
さらに、本発明に係る製造方法では、前記サブスポットの直径とサブスポットのフォーカスセンター間の間隔との比は０．１〜０．８の範囲内にある。
【００３７】
本発明に係る製造方法では、本願の発明者は研究により、サブスポットのサイズ及び間隔が方向性珪素鋼の磁気特性に顕著な影響を与えることを見出した。それは、サブスポットが大きすぎてその間隔が小さすぎると、サブスポットのアブレーションのエネルギーの重ね合わせ作用が明らかで、方向性珪素鋼の表面材料が溶融して溶融物を発生させ、それにより積層係数が低下し、逆に、サブスポットが小さすぎてその間隔が大きすぎると、サブスポットが方向性珪素鋼をアブレーションした後に形成された被アブレーション部分は、長い時間を経る必要があってこそ、はじめて次のサブスポットのエネルギーを受けることができる。このとき、被アブレーション部分の温度が明らかに低減し、方向性珪素鋼の表面のマイクロゾーン材料を剥離できず、磁区細分化及び低鉄損化を実現できないからである。本願の発明者は、試験を繰り返したことにより、サブスポットの直径とサブスポットのフォーカスセンター間の間隔との比が０．１未満であると、鉄損低減率が限られ、０．８を超えると、積層係数が著しく低下し、０．１〜０．８の範囲内にあると、方向性珪素鋼の鉄損低減が明らかで、且つ積層係数が高いことを見出した。従って、本願の発明者はサブスポットの直径とサブスポットのフォーカスセンター間の間隔との比を０．１〜０．８の範囲内にする。
【００３８】
さらに、本発明に係る製造方法では、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の表面に前記複数のサブビームで形成された複数のサブスポットのレーザー走査方向における全長さは２０ｍｍ以下である。
【００３９】
本発明に係る製造方法では、本願の発明者は研究により、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の表面に複数のサブビームで形成された複数のサブスポットのレーザー走査方向における全長さが２０ｍｍを超えると、台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さｌｅが８ｍｍを超え、磁区細分化の効果が限られ、鉄損低減の幅が小さいことを見出した。従って、本願の発明者は、耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の表面に複数のサブビームで形成された複数のサブスポットのレーザー走査方向における全長さを２０ｍｍ以下にする。
【００４０】
さらに、本発明に係る製造方法では、レーザー切れ目付けステップは耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の脱炭焼鈍ステップの前又は後、或いは耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の熱延伸平坦化焼鈍ステップの前又は後に行われる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼及びその製造方法は従来技術に比べて、以下の有益な効果を有する。
【００４２】
本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼は、切れ目付けによる溝の形態が制御可能な状態にあり、その縁部の溶融堆積物が明らかに抑制され、それにより磁区を細分化し、低鉄損化を実現し、かつ、応力除去焼鈍後でも鉄損が劣化することがない。
【００４３】
本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法は、レーザービームを合理的に設計することで、レーザーアブレーションによる熱拡散堆積物を効果的に減少させ、且つ複数回のレーザー走査の場合の位置決めが不正確である問題を回避し、それにより効果的に磁区を細分化し、低鉄損化を実現し、且つ耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の応力除去焼鈍後の鉄損が劣化することなく、効率が高く、コストが低く、巻回鉄心変圧器の製造等の分野に幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の溝のいくつかの実施形態における構成模式図である。
【図２】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼のいずれかのサブ溝のいくつかの実施形態における構成模式図である。
【図３】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法におけるレーザー分光の模式図である。
【図４】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法における１つの角度から見たレーザー切れ目付けの模式図である。
【図５】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法における別の角度から見たレーザー切れ目付けの模式図である。
【図６】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法のいくつかの実施形態でサブビームにより形成されたサブスポットの形状及び配列方式を模式的に示す。
【図７】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法の別のいくつかの実施形態でサブビームにより形成されたサブスポットの形状及び配列方式を模式的に示す。
【図８】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法のさらに別のいくつかの実施形態でサブビームにより形成されたサブスポットの形状及び配列方式を模式的に示す。
【図９】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法のいくつかの実施形態でサブビームにより形成されたサブスポットの形状及び配列方式を模式的に示す。
【図１０】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法の別のいくつかの実施形態でサブビームにより形成されたサブスポットの形状及び配列方式を模式的に示す。
【図１１】本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法のさらに別のいくつかの実施形態でサブビームにより形成されたサブスポットの形状及び配列方式を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面及び具体的な実施例を参照しながら、本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼及びその製造方法についてさらに説明して述べるが、該説明は本発明の技術的手段を限定するものではない。
【００４６】
図１からわかるように、本技術的手段における耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の各溝１はいずれもその幅方向Ａに延在し、該相互に平行な複数の溝２は圧延方向Ｂに均一に分布している。幅方向Ａは実施例１の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の圧延方向Ｂに垂直である。各溝１はいずれも幅方向Ａに延在する複数のサブ溝２をつなぎ合わせてなる。隣接する２つのサブ溝２は互いに重ねて接続され又は互いに横方向間隔ｌｂを有し、互いに重ねて接続されることで形成されたオーバーラップ部の長さがｌｃである。隣接する２つの溝１間の間隔はｄであり、サブ溝２は圧延方向Ｂにずれ間隔ｄ０を有する。
【００４７】
さらに図２から、実施例１の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼のいずれかのサブ溝２の幅方向Ａにおける横断面形状は逆台形であり、台形の長辺の長さがＬｔであり、台形の斜辺の幅方向Ａにおける投影長さがｌｅであり、台形の高さがｍであることが分かる。
【００４８】
図３、図４及び図５からわかるように、必要に応じて、図１及び図２と組み合わせて、実施例１の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法では、レーザー切れ目付け用のレーザービーム３が分光器４により複数のサブビーム５に分けられ、該複数のサブビーム５が実施例１の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向Ａに沿って走査し、同一溝１をつなぎ合わせにより形成するための複数のサブ溝２を形成する。６、７、８、９、１０は異なる種類のレーザー装置であり、本実施例では、ＣＯ２レーザー装置、固体レーザー装置、ファイバーレーザー装置等であってもよい。
【００４９】
図６、図７、図８、図９、図１０及び図１１はそれぞれ本発明に係る耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法の様々な実施形態でのサブビームにより形成されるサブスポットの形状及び配列方式を示しており、それぞれ１列の円形スポット、１列の楕円形スポット、２列の円形スポット、２列の楕円形スポット及び２列の楕円形スポットであることが分かる。なお、これらのスポットの形状や配列方式は単に例示的なものであり、本技術的手段を限定するものではない。
【００５０】
以下、本技術的手段は具体的な実施例のデータを使用して本願の技術的手段をさらに説明し、本願の有益な効果を証明する。
【００５１】
［実施例１〜２２及び比較例１〜１０］
表１は、実施例１〜２２及び比較例１〜１０の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の溝１の特徴パラメータを示す。
【００５２】
【表１】
2021516725.tif 000003
【００５３】
ここで、δ＝（ｌｅ＋ｌｂ）／Ｌｔである。
【００５４】
実施例１〜２２及び比較例１〜１０の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼は、
（１）方向性珪素鋼に対して製鉄、製鋼、連続鋳造、熱間圧延プロセスを行い、さらに最終厚さ０．２３ｍｍになるまで冷間圧延を１回行うステップと、
（２）８５０℃の脱炭焼鈍プロセスによって、表面酸化層を形成した後、その表面にＭｇＯ分離剤を塗布し、巻き取って鋼ロールを形成するステップと、
（３）１２００℃の高温焼鈍条件で２０時間維持し、その後、その表面に絶縁コーティングを塗布し、最終焼鈍を行って方向性珪素鋼板を形成するステップと、
（４）方向性珪素鋼板の片面にレーザー切れ目（レーザー切れ目付けの具体的なプロセスパラメータは表２に示される）を付けるステップと、
によって製造される。
【００５５】
表２は実施例１〜２２及び比較例１〜１０の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法のステップ（４）の具体的なプロセスパラメータを示す。
【００５６】
【表２】
2021516725.tif 000004
【００５７】
レーザー切れ目付けの前後に、実施例１〜２２及び比較例１〜１０の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼に対して、磁束密度（Ｂ８）及び鉄損（Ｐ１７／５０）の試験を行い、具体的には、Ｅｐｓｔｅｉｎ法によって方向性珪素鋼の８００Ａ／ｍの励起磁界での磁束密度を測定し、Ｂ８値を得て、単位がＴであり、Ｅｐｓｔｅｉｎ法によって方向性珪素鋼の５０Ｈｚの交流励起磁界での磁束密度が１．７Ｔに達するときに磁化に消費される無効電力を測定し、Ｐ１７／５０値を得て、単位がＷ／ｋｇであり、試験結果は表３に示される。
【００５８】
【表３】
2021516725.tif 000005
【００５９】
表３からわかるように、実施例１〜２２はいずれも優れた鉄損、磁束密度を有し、レーザー切れ目を付けた後の鉄損は切れ目を付ける前に対して改善率がいずれも６％より高い。
【００６０】
比較例１では、台形の高さｍが本発明の限定範囲になく、その鉄損改善率が６％未満である。
【００６１】
比較例２、３では、切れ目を付けた後の鉄損改善率が高いが、台形の高さｍが大きすぎて、本発明の範囲を超えるため、磁束密度Ｂ８が著しく低下してしまう。
【００６２】
比較例４の隣接する２つのサブ溝同士間の横方向間隔ｌｂ及び比較例５の台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さｌｅがいずれも本発明の限定範囲外であるため、その切れ目を付けた後の鉄損改善率が比較的悪い。
【００６３】
比較例６では、台形の長辺の長さＬｔ、隣接する２つのサブ溝同士間の横方向間隔ｌｂ及び台形の斜辺の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の幅方向における投影長さｌｅが本発明の式の範囲を満たさないため、鉄損を著しく改善した方向性珪素鋼板が得られなかった。
【００６４】
比較例７、８では、隣接する２つのサブ溝が互いに重ねて接続されることで形成されたオーバーラップ部の長さｌｃが本発明の限定範囲外であるため、鉄損改善率が顕著な方向性珪素鋼板が得られなかった。
【００６５】
比較例９では、隣接する溝間の間隔ｄが小さすぎて本発明の範囲の下限を超えるため、鉄損改善の効果が明らかであるが、その磁束密度Ｂ８が著しく低下し、それに対して、比較例１０では、隣接する溝間の間隔ｄが本発明の範囲の上限を超えるため、鉄損改善率が低く、磁気特性に優れた方向性珪素鋼板が得られなかった。
【００６６】
［実施例２３〜３７及び比較例１１〜１５］
表４は実施例２３〜３７及び比較例１１〜１５の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の溝の特徴パラメータを示す。
【００６７】
【表４】
2021516725.tif 000006
【００６８】
ここで、δ＝（ｌｅ＋ｌｂ）／Ｌｔである。
【００６９】
実施例２３〜３７及び比較例１１〜１５の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼は、
（１）方向性珪素鋼に対して製鉄、製鋼、熱間圧延プロセスを行い、さらに０．２６ｍｍになるまで冷間圧延を１回行うステップと、
（２）冷間圧延板の両面にレーザー切れ目（レーザー切れ目付けの具体的なプロセスパラメータは表５に示される）を付けるステップと、
（３）切れ目を付けた後の冷間圧延板を８５０℃で脱炭焼鈍し、表面酸化層を形成した後、その表面にＭｇＯ分離剤を塗布し、巻き取って鋼ロールを形成するステップと、
（４）１２００℃の高温焼鈍条件で２０時間維持し、その後、その表面に絶縁コーティングを塗布し、最終焼鈍を行って珪素鋼板を形成するステップと、
によって製造される。
【００７０】
表５は実施例２３〜３７及び比較例１１〜１５の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法のステップ（２）の具体的なプロセスパラメータを示す。
【００７１】
【表５】
2021516725.tif 000007
【００７２】
実施例２３〜３７及び比較例１１〜１５の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼に対して磁束密度（Ｂ８）及び鉄損（Ｐ１７／５０）の試験を行い、具体的には、Ｅｐｓｔｅｉｎ法によって方向性珪素鋼の８００Ａ／ｍの励起磁界での磁束密度を測定し、Ｂ８値を得て、単位がＴであり、Ｅｐｓｔｅｉｎ法によって方向性珪素鋼の５０Ｈｚの交流励起磁界での磁束密度が１．７Ｔに達するときに磁化に消費される無効電力を測定し、Ｐ１７／５０値を得て、単位がＷ／ｋｇである。且つ、ＳＳＴ１００×５００単板磁気試験法によって、実施例２３〜３７及び比較例１１〜１５の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の交流磁歪によるノイズのＡＷＶ１７／５０値を測定し、単位がｄＢＡである。試験結果は表６に示される。
【００７３】
【表６】
2021516725.tif 000008
【００７４】
表６からわかるように、実施例２３〜３７及び比較例１１〜１５の鉄損Ｐ１７／５０及び磁束密度Ｂ８の値はいずれも良好であるが、比較例１１〜１５はｄ０／ｄ値が本発明の限定範囲外であるため、交流磁歪によるノイズが明らかに大きい。
【００７５】
［実施例３８〜５４及び比較例１６〜２１］
表７は実施例３８〜５４及び比較例１６〜２１の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の溝の特徴パラメータを示す。
【００７６】
【表７】
2021516725.tif 000009
【００７７】
ここで、δ＝（ｌｅ＋ｌｂ）／Ｌｔである。
【００７８】
実施例３８〜５４及び比較例１６〜２１の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼は、
（１）方向性珪素鋼に対して製鉄、製鋼、熱間圧延プロセスを行い、さらに０．２２６ｍｍになるまで冷間圧延を１回行うステップと、
（２）脱炭焼鈍を行い、鋼板の表面にＭｇＯ分離剤を塗布してベーキングし、さらに巻き取って鋼ロールを形成するステップと、
（３）１２００℃の高温焼鈍条件で２０時間維持し、表面の未反応の残留ＭｇＯを洗浄により除去し、冷間圧延板を得るステップと、
（４）冷間圧延板の片面にレーザー切れ目を付け、具体的なプロセスパラメータは表８に示されるステップと、
（５）その表面に絶縁コーティングを塗布し、最終焼鈍を行って珪素鋼板を形成するステップと、
によって製造される。
【００７９】
表８は実施例３８〜５４及び比較例１６〜２１の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の製造方法のステップ（４）の具体的なプロセスパラメータを示す。
【００８０】
【表８】
2021516725.tif 000010
【００８１】
実施例３８〜５４及び比較例１６〜２１の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼に対して磁束密度（Ｂ８）及び鉄損（Ｐ１７／５０）の試験を行い、具体的には、Ｅｐｓｔｅｉｎ法によって方向性珪素鋼の８００Ａ／ｍの励起磁界での磁束密度を測定し、Ｂ８値を得て、単位がＴであり、Ｅｐｓｔｅｉｎ法によって方向性珪素鋼の５０Ｈｚの交流励起磁界での磁束密度が１．７Ｔに達するときに磁化に消費される無効電力を測定し、Ｐ１７／５０値を得て、単位がＷ／ｋｇである。『ＧＢ／Ｔ１９２８９〜２００３電気工業鋼片（帯）の密度、電気抵抗率と積み重ね係数の測定方法』を用いて、実施例３８〜５４及び比較例１６〜２１の耐熱磁区細分化型方向性珪素鋼の積層係数を測定する。試験結果は表９に示される。
【００８２】
【表９】
2021516725.tif 000011
【００８３】
表９からわかるように、本願の実施例３８〜５４のＰ１７／５０及びＢ８値はいずれも良好である。
【００８４】
比較例１６、１７では、サブスポットの単一パルス瞬時ピークパワー密度が本発明の限定範囲外であるため、比較例１６の珪素鋼板のＰ１７／５０が明らかに比較的悪く、比較例１７の積層係数が著しく低下し、
比較例１８では、サブスポットの単一パルス瞬時ピークパワー密度の最大値と最小値との比が本発明の限定範囲外であるため、磁気特性が比較的悪く、積層係数も比較的悪く、
比較例１９、２０では、サブスポットの直径とサブスポットのフォーカスセンター間の間隔との比が本発明の限定範囲外であるため、比較例１９のＰ１７／５０が比較的悪く、比較例２０のＰ１７／５０及び積層係数が比較的悪く、
比較例２１では、複数のサブスポットのレーザー走査方向における全長さが本発明の限定範囲外であるため、そのＰ１７／５０値が悪い。
【００８５】
なお、本発明の保護範囲における従来技術部分は本願の明細書に例示される実施例に限定されず、本発明の技術的手段と矛盾しないあらゆる従来技術は、先行特許文献、先行公開出版物、先行公開使用等を含むが、これらに限定されなく、いずれも本発明の保護範囲内に含まれてもよい。
【００８６】
また、本願の各技術的特徴の組合せ方式は本願の特許請求の範囲に記載の組合せ方式又は具体的な実施例に記載の組合せ方式に限らず、互いに矛盾しない限り、本願に記載のすべての技術的特徴を任意に組み合わせる又は結合することができる。
【００８７】
さらになお、以上列挙された実施例は単に本発明の具体的な実施例にすぎない。明らかに、本発明は上記実施例に限らず、それを基に行われる類似変更や変形は当業者が本発明に開示された内容から直接取得できる又は容易に想到できるものであり、いずれも本発明の保護範囲に属すべきであることに留意されたい。
【図１】
2021516725.tif 000012
【図２】
2021516725.tif 000013
【図３】
2021516725.tif 000014
【図４】
2021516725.tif 000015
【図５】
2021516725.tif 000016
【図６】
2021516725.tif 000017
【図７】
2021516725.tif 000018
【図８】
2021516725.tif 000019
【図９】
2021516725.tif 000020
【図１０】
2021516725.tif 000021
【図１１】
2021516725.tif 000022
【国際調査報告】
2021516725.tif 000023
2021516725.tif 000024
2021516725.tif 000025
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