Лист из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой, имеющий низкие потери в сердечнике, и способ для его производства

Лист из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой, имеющий низкие потери в сердечнике, и способ для его производства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Заявки, являющиеся согласно §119(a) Раздела 35 Кодекса законов США приоритетными по отношению к данной заявке на формулу изобретения, имеющие серийные номера, соответственно, 2005-135763 и 2005-152218, поданные в Японии, соответственно, 9 мая 2005 г. и 25 мая 2005 г., обе полностью включены в данный документ посредством ссылок.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Данное изобретение относится к технологии для снижения потери в сердечнике в листе из электротехнической стали с ориентрированной зернистой структурой, используемом в статическом индуктометре, таком как трансформатор.

Описание предшествующего уровня техники

[0002] Лист из электротехнической стали с ориентрированной зернистой структурой обычно используется для статического индуктометра, такого как электрический трансформатор. Требуемые свойства для листов из электротехнической стали с ориентрированной зернистой структурой: (1) низкие потери мощности в ходе намагничивания в поле переменного тока, то есть низкие потери в сердечнике, (2) высокая проницаемость в диапазоне магнитной индукции, используемой для механического оборудования и устройств, при этом лист, как правило, легко намагничивается, и (3) магнитострикция, которая вызывает шумы, мала. В особенности, требование (1) является одним из наиболее важных факторов для оценки T.O.C. (Total Owning Cost - полной себестоимости) трансформатора, которая является мерой соотношения «стоимость-производительность» трансформатора, поскольку потери мощности трансформатора происходят в течение длительного периода работы трансформатора, от его сборки до отбраковки.

[0003] Для снижения потерь в сердечнике у листов из электротехнической стали с ориентрированной зернистой структурой было разработано несколько усовершенствований, таких как: (1) повышение интенсивности ориентации (110)[001], которая известна как ориентация Госса, (2) повышение содержания элементов, присутствующих в твердом растворе, например, Si, которые повышают электрическое сопротивление, (3) снижение толщины листа, (4) нанесение на лист покрытия в виде керамической пленки или изоляционной пленки для придания ему поверхностного натяжения, и (5) уменьшение размера зерен. Однако при осуществлении указанных металлургических усовершенствований существуют ограничения, и был проведен поиск других путей снижения потерь в сердечнике.

[0004] Как раскрыто в Патенте США 3647575 на имя Fieldler (Филдлер) и др., был предложен способ для снижения потерь в сердечнике путем измельчения магнитных доменов за счет создания с помощью резака канавок на поверхностях листов из электротехнической стали. Листы из электротехнической стали с ориентрированной зернистой структурой имеют прямоугольные плиткообразные магнитные домены, каждый из которых примыкает к другому домену, обладающему противоположной магнитной полярностью (здесь и далее магнитный домен называется просто «доменом»). Лист из электротехнической стали с ориентрированной зернистой структурой намагничивается в результате расширения или сжатия каждого из доменов при приложении магнитного поля. Таким образом, при намагничивании листа из электротехнической стали с ориентрированной зернистой структурой изменения в намагниченности возникают только поблизости от доменных границ (стенок доменов) между соседними доменами. При этих изменениях в стальном листе генерируется вихревой ток, вызывая потери на вихревые токи, которые составляют 60%-70% от потерь в сердечнике. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату вихревого тока, а также пропорциональны скорости перемещения стенки домена. Если каждый из доменов измельчить до минимального размера, количество областей, где возникает вихревой ток, повысится. Однако, поскольку скорость перемещения стенок домена снижается обратно пропорционально ширине домена, потери на вихревые токи в целом снижаются почти пропорционально ширине домена.

[0005] Чтобы сделать эту технологию измельчения домена промышленно применимой, были предложены различные изобретения. В JP S58-5968B раскрыт способ для обеспечения деформированных частей, без создания царапин на поверхности листа электротехнической стали, путем прижатия и прокатывания по поверхности листа электротехнической стали небольших шариков диаметром 0,2-10 мм. В JP S57-2252B раскрыт способ обеспечения листа электротехнической стали с небольшими пластически деформированными областями, полученными путем воздействия пучком лазерного излучения на поверхность листа электротехнической стали в поперечном направлении. В JP S62-96617A раскрыт способ обеспечения листа электротехнической стали с небольшими пластически деформированными областями, полученными путем фокусирования плазменного факела на поверхности листа электротехнической стали линейно в поперечном направлении. Эти способы основаны на технологии измельчения доменов, причем использованы домены, стабилизированные намагниченным компонентом в направлении, перпендикулярном направлению прокатки, полученные в результате взаимного воздействия (обратного механизма) магнитострикции, за счет небольших пластических деформаций, произведенных на поверхности листа электротехнической стали. В особенности, лист электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой, домены которого обрабатывают с помощью лазерного облучения (в дальнейшем называемый, как «лист электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой и с лазерно-обработанными доменами»), широко используют в индустрии для крупноразмерных силовых трансформаторов пластинчатого типа, для которых требуются низкие потери в сердечнике. Спрос на такие листы из электротехнической стали за последние годы значительно возрос из-за мировых тенденций к снижению целевого энергопотребления при снижении выхода CO₂.

[0006] Однако в технологии, раскрытой в вышеупомянутом Японском патенте JP S58-5968B, использована только механическая деформация, которая может не привести к большему снижению потерь в сердечнике и затруднить применение технологии в промышленном масштабе, поскольку технология требует наличия прижатия и прокатывания маленьких шариков в поперечном направлении. Технология, раскрытая в вышеупомянутом патенте JP S57-2252B, позволяет снизить потери в сердечнике, однако, дополнительное усовершенствование требуется для снижения магнитострикции. В технологии, раскрытой в вышеупомянутом патенте JP S62-96617A, показано, что регулирование количества деформаций представляется сложным, и, таким образом, остается проблема получения стабильно сниженных потерь в сердечнике.

[0007] В документе JP 2647322B раскрыт способ получения листа электротехнической стали с ориентрированнрй зернистой структурой, при котором на листе электротехнической стали осуществляют расплавление в форме линии при облучении лазерным пучком и проводят повторное затвердевание, причем повторно закристаллизовавшаяся часть составляет 50-300 мкм в ширину, 5-35% толщины листа в глубину и расположена в направлении, колеблющемся в пределах ±15 градусов от направления, перпендикулярного направлению прокатки, а интервал между смежными линиями составляет 5-30 мм. Затем лист окончательно покрывают изоляционной пленкой для придания ему упругости. Данная технология, однако, предназначена для использования в небольших трансформаторах с сердечником спирального ленточного типа, которые подвергают отжигу для снятия внутренних напряжений, а при использовании данной технологии для крупных трансформаторов с плоскими пластинками сердечника, которые не подвергают отжигу для снятия внутренних напряжений, вводимые избыточные деформации усложняют стабильное получение листа электротехнической стали, обладающей свойствами низких потерь в сердечнике, а также низкой магнитострикцией, но могут, также, и снизить потери в сердечнике.

[0008] Статические индуктометры, такие как трансформаторы и реактивные катушки, при намагничивании сердечника полем переменного тока создают шум. Подавление шума является необходимым, поскольку количество трансформаторов, устанавливаемых в городских районах, возрастает в соответствии с повышением спроса на электричество. В дополнение, существует тенденция к минимизации воздействия на окружающую среду. Шум обычно бывает вызван следующим: например, вибрацией между индукционными катушками, индуцированной электромагнитной силой, вибрацией в соединениях сердечника и между пластинками, вызванной силой магнитного поля, и вибрацией магнитострикции электротехнических стальных листов.

[0009] Среди этих источников шума, шум, вызванный материалом сердечника, можно снизить способами, описанными ниже, например: (1) сердечник проектируют для работы при пониженной магнитной индукции из-за низкой магнитострикции при низкой магнитной индукции в электротехнической стали; (2) электротехническую сталь с сильно ориентрированной зернистой структурой используют для снижения магнитострикции, а напряжение пленки защитного покрытия, нанесенной на лист электротехнической стали, повышают, как раскрыто в IEEE, MAG-8 (1972), p.677-681, «Магнитные свойства текстурированной кремнистой стали с сердечником HI-B с высокой магнитной проницаемостью», T. Yamamoto и др.; (3) конкретные установки для равномерного стягивания сердечника изготавливают, как описано в JP S47-28419A; (4) сердечник покрывают звукоизолирующим кожухом, как описано в JP S48-83329A; и/или (5) трансформатор помещают на резиновую подкладку, как описано в JP S56-40123A.

[0010] Эти способы, однако, являются очень дорогостоящими, поскольку данные способы требуют добавления к трансформатору дополнительного оборудования.

[0011] Как сообщалось в журнале Magnetic Society of Japan,, Т.25, №4-2, 2001, свойство магнитострикции у «электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой с лазерно-обработанными доменами» варьируется в соответствии с условиями, используемыми для лазерного облучения. Конкретнее, свойство магнитострикции изменяется, как функция плотности энергии облучения Ua лазером, поэтому, магнитострикцию электротехнического стального листа можно снижать, выбирая соответствующее значение Ua. Однако с помощью способа, упомянутого выше, трудно получать максимальные эффекты, с точки зрения снижения магнитострикции.

[0012] Как было упомянуто выше, хотя лист из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой был сильно усовершенствован в отношении потерь в сердечнике, дополнительные усовершенствования требуются еще и с точки зрения повышенного энергопотребления, усиления потребления «ископаемой» энергии и с точки зрения требования принятия контрмер против глобального потепления. Что касается шума, генерированного трансформатором, дальнейшее снижение шума в дальнейшем потребовалось при установке трансформаторов в городских районах.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Задачей настоящего изобретения является обеспечение листа из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой, обеспечивающего крайне низкие потери в сердечнике и низкий уровень шума, а также соответствующий способ получения. После тщательно проведенных исследований настоящей проблемы, авторами было обнаружено, что можно получить продукт и способ, регулируя толщину затвердевшего слоя, который формируют путем воздействия лазерным облучением на текстурованный лист из электротехнической стали и регулируя шероховатость поверхности и форму поперечного сечения области, облученной лазером.

[0014] Сущность настоящего изобретения состоит в следующем.

(1) Лист из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой, допускающий исключительно низкие потери в сердечнике и исключительно низкую магнитострикцию при высокой магнитной индукции, равной 1,9 Тл содержит измельченный магнитный домен и область, облученную лазером, которая имеет затвердевший слой, причем толщина затвердевшего слоя в облученной лазером области составляет 4 мкм или менее.

(2) Лист из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой, допускающий исключительно низкие потери в сердечнике и исключительно низкую магнитострикцию при высокой магнитной индукции, равной 1,9 Тл, содержит измельченный магнитный домен и область, облученную лазером, которая имеет затвердевший слой, причем шероховатость Rz поверхности затвердевшего слоя в области, облученной лазером вдоль направления прокатки листа, составляет 4 мкм или менее.

(3) Лист из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой согласно пункту 1 или 2, в котором область, облученная лазером, имеет форму непрерывной или пунктирной линии, а поперечное сечение части, облученной лазером, если смотреть с поперечного направления, содержит вогнутую часть, обладающую шириной 200 мкм или менее и глубиной 10 мкм или менее.

(4) Лист из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой согласно пункту 1 или 2, в котором расстояние между соседними непрерывными или пунктирными линиями на стальном листе составляет менее 30 мм.

(5) Лист из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой согласно пункту 4, в котором расстояние между соседними непрерывными или пунктирными линиями на стальном листе составляет 3-5 мм.

(6) Лист из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой согласно пункту 3, в котором ширина вогнутой части составляет 30-180 мкм, а глубина вогнутой части составляет 1-4 мкм.

(7) Способ для получения листа из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой, допускающего исключительно низкие потери в сердечнике и исключительно низкую магнитострикцию при высокой магнитной индукции, равной 1,9 Тл, включающий в себя этап осуществления лазерного облучения с образованием затвердевшего слоя, причем толщина затвердевшего слоя составляет 4 мкм или менее.

(8) Способ для получения листа из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой, допускающего исключительно низкие потери в сердечнике и исключительно низкую магнитострикцию при высокой магнитной индукции, равной 1,9 Тл, включающий в себя этап осуществления лазерного облучения с образованием непрерывной или сплошной линии на листе из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой с образованием затвердевшего слоя, вследствие чего поперечное сечение затвердевшего слоя в области, облученной лазерным излучением, если смотреть со стороны поперечного сечения, имеет вогнутую часть, имеющую ширину 200 мкм или менее и глубину 10 мкм или менее, причем толщина затвердевшего слоя у дна вогнутой части составляет 4 мкм или менее.

(9) Способ согласно пункту 7 или 8, в котором лазер для лазерного облучения представляет собой волоконный лазер, в котором используют волокно, имеющее диаметр сердечника, равный 500 мкм или менее.

(10) Способ согласно пункту 7 или 8, в котором лазер для лазерного облучения представляет собой волоконный лазер, содержащий волокно, имеющее диаметр сердечника 200 мкм или менее.

(11) Способ согласно пункту 7 или 8, в котором расстояние между упомянутыми соседними непрерывными или пунктирными линиями на стальном листе составляет менее 30 мм.

(12) Способ согласно пункту 11, в котором расстояние между соседними непрерывными или пунктирными линями на стальном листе составляет 3-5 мм.

(13) Способ согласно пункту 7 или 8, в котором ширина вогнутой части составляет 30-180 мкм, а глубина вогнутой части составляет 1-4 мкм.

[0016] Данное изобретение может снизить, как потери в сердечнике, так и магнитострикцию листа из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0017] ФИГ.1 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий область, облученную лазером.

ФИГ.2 содержит фотографии, показывающие структуру затвердевшего слоя в области, облученной лазером. Фотография (a) показывает пример по настоящему изобретению, а Фотография (b) показывает сравнительный пример. Наблюдаемая поверхность поперечного сечения была срезана наклонно и отполирована. Из-за наклонного среза, ее длина в вертикальном направлении фотографии удлинена, и на ней показана длина, в 5 раз большая, чем настоящая длина в случае нормально срезанного поперечного сечения.

ФИГ.3 показывает структуру образца стального листа, приготовленного для фотографии поперечного сечения, как на Фотографии (a) и Фотографии (b).

ФИГ.4 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий способ измерения шероховатости поверхности в области, облученной лазером.

ФИГ.5 показывает определение шероховатости Rz поверхности.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Лазерное облучение осуществляют в форме линии, используя устройство на базе волоконно-оптического лазера, в котором волокно имеет диаметр 10 мкм, воздействуя на поверхность полностью обработанного листа из электротехнической стали с ориентрированной зернистой структурой, содержащего 3,3 мас.% Si и толщиной 0,23 мм, в почти поперечном направлении (в плоскостном направлении, перпендикулярном направлению прокатки). Расстояние между соседними линиями лазерного облучения составляет 4 мм. Длина облученной лазером области в направлении прокатки варьируется от 50 мкм до 200 мкм. Толщину вогнутой формы поперечного сечения и затвердевшего слоя, если ее рассматривать в поперечном направлении (как, например, показано на ФИГ.1), изменяют путем варьирования таких параметров лазерного облучения, как диаметр электронного пятна лазерного излучения, мощность лазера, плотность энергии и скорость сканирования. Как и при приготовлении сравнительных образцов, используют CO₂-лазер и лазер на иттрий-алюминиевом гранате (YAG -лазер). В ТАБЛИЦЕ 1 показаны магнитные данные для каждого образца. Потери в сердечнике, магнитную индукцию и магнитострикцию измеряют в условиях синусоидального магнитного потока, без приложения к стальному листу напряжения под нагрузкой. ТАБЛИЦА 1 показывает, что образцы (1), (2), (4) и (5) превосходят другие образцы с точки зрения как потерь в сердечнике W_19/50, так и магнитострикции λ19p-p при высоком магнитном поле, например, при магнитном поле, обладающем магнитной индукцией 1,9 Тл.

[0019]

ТАБЛИЦА 1
Образец	Ширина вогнутой области (мкм)	Глубина вогнутой обла сти (мкм)	Плотность затвердев шего слоя (мкм)	Потери в сердечнике W19/50 (Вт/кг)	Магнитострикция λ19p-p	Примечания
(1)	30	4	0,9	1,25	0,2×10-6	Изобретение
(2)	50	4	0,8	1,26	0,3×10-6	Изобретение
(3)	50	4	4,4	1,48	1,2×10-6	Сравнитель-ный пример
(4)	90	3	0,8	1,28	0,4×10-6	Изобретение
(5)	160	2	1,7	1,36	0,3×10-6	Изобретение
(6)	280	2	4,7	1,45	0,8×10-6	Сравнитель-ный пример(CO2-лазер)
(7)	180	2	4,2	1,35	0,5×10-6	Сравнитель-ный пример(YAG-лазер)

[0020] Авторы считают, что причина, по которой можно достигать как низких потерь в сердечнике, так и низкой магнитострикции при высоком магнитном поле, например, в магнитном поле, обладающем магнитной индукцией 1,9 Тл, состоит в следующем. Механизм измельчения домена для снижения потерь в сердечнике выведен из феномена, согласно которому общий объем высокоэнергетического закрытого домена, который образован остаточной деформацией (термической деформацией или ударной деформацией, вызванной силой плазменной реакции), привнесенной лазерным облучением, стремится к уменьшению, как показано, например, в Journal of the magnetic society of Japan, Т. 25, №12, Стр. 1612.

[0021] В результате лазерного облучения, проведенного при различных условиях, описанных выше, авторы обнаружили, что значительный эффект снижения потерь в сердечнике можно получить путем регулирования толщины затвердевшего слоя и, кроме того, формы вогнутой области поперечного сечения, как описано в настоящем изобретении. Считается, что причина этого состоит в том, что остаточные деформации соответствующей величины придают узкой области путем регулирования толщины затвердевшей области, а также ширины и глубины вогнутой области, что приводит к уменьшению общего объема закрытого домена. Эффект является особо значительным в отношении потерь в сердечнике при высокой магнитной индукции. В случае низкой магнитной индукции весь объем листа электротехнической стали частично намагничивается, а изменение намагниченного состояния закрытого домена происходит только частично за счет перемещения доменной границы. В случае высокой магнитной индукции, например, 1,9 Тл, которая близка к магнитной индукции насыщения, большинство закрытых доменов сменяются на домены, намагниченные в направлении прокатки, и это изменение вызывает потери в сердечнике. Поэтому регулирование толщины затвердевшего слоя является очень эффективным для снижения потерь в сердечнике при высокой магнитной индукции.

[0022] Затвердевший слой в данном изобретении представляет собой очень тонкую затвердевшую структуру, отличную от монокристаллической структуры текстурованного листа из электротехнической стали, которую можно наблюдать при исследовании поперечного сечения стального листа в продольном направлении, с использованием растровой электронной микроскопии или подобного способа. Данное исследование можно осуществлять, без ограничений приборов, например, с помощью РЭМ (растрового электронного микроскопа), наряду с травлением, РЭМ с использованием электронного изображения в отраженном свете, РЭМ-ПЭ (РЭМ с полевой эмиссией) или с оптическим микроскопом. Для изменения толщины затвердевшего слоя является эффективным изменение диаметра светового пятна пучка лазерного излучения, мощности лазера, плотности энергии и/или скорости сканирования. На ФИГ.5 в документе JP2005-59014A раскрыта область, облученная лазером, в которой толщина затвердевшего слоя составляет более 20 мкм. Изобретение, раскрытое в данной патентной публикации, как описано в абзаце [0003] настоящей публикации, предназначено для снижения потерь в сердечнике из листов электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой, в которых эффект снижения потерь в сердечнике остается даже после проведения отжига для снятия напряжений. Это отличается от задачи настоящего изобретения, которое предназначено для обеспечения листа из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой с низкими потерями в сердечнике, используемого для железных сердечников, которые нельзя подвергать отжигу для снятия напряжений, таких как железный сердечник для крупноразмерного трансформатора. Следовательно, эти технологические концепции отличны друг от друга. При использовании в настоящем изобретении условия, при котором толщина затвердевшего слоя составляет более 20 мкм, как показано на ФИГ.5 в документе JP2005-59014A, показатели потерь в сердечнике становятся хуже. В публикации WO2004/083465A1 раскрыт повторно затвердевший слой, образованный с помощью волоконного лазера, показанного на ФИГ.6(b). Однако толщина повторно затвердевшего слоя в области, облученной лазером, составляет примерно 6 мкм, что не отвечает требованиям настоящего изобретения.

[0023] Остаточная деформация, привносимая в узкую область в направлении прокатки, также может снизить магнитострикционную деформацию, которая создает шум, вызванный железным сердечником, используемым, например, для трансформаторов, а также потери в сердечнике. Несмотря на то, что остаточная деформация, привносимая лазером (в вогнутой части, если смотреть со стороны поперечного направления), является эффективной для сужения ширины домена за счет образования закрытого домена, как упомянуто выше, если область, в которой есть привносимые остаточные деформации, большая, она также может стать источником магнитострикционной деформации. Ввиду этого является важным создать остаточную деформацию, вследствие чего можно эффективно сформировать закрытый домен, а также локализовать остаточные деформации. В данном изобретении среднюю толщину затвердевшего слоя устанавливают таким образом, чтобы она составляла 4 мкм или менее, вследствие чего можно достигнуть как низких потерь в сердечнике, так и снижения магнитострикции λ19p-p в таком высоком магнитном поле.

[0024] В данном изобретении снижение потерь в сердечнике и магнитострикции также можно получить путем снижения шероховатости поверхности нижней поверхности вогнутой области, образованной лазерным облучением, как описано ниже. Лазерное облучение осуществляют в форме линии, используя устройство на базе волоконно-оптического лазера с диаметром волокна, равным 10 мкм, воздействуя на поверхность листа из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой, содержащего 3,3 мас.% Si, и обладающего толщиной 0,27 мм, в поперечном направлении. Расстояние между соседними линиями лазерного облучения составляют 4 мм. Длина области, облученной лазером, в направлении прокатки, составляет (1) 50 мкм, (2) 100 мкм или (3) 200 мкм. YAG-лазер также используют для осуществления воздействия облучением в форме пунктирной линии на поверхность листа из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой. Расстояние между соседними линиями лазерного облучения составляет 4 мм, а максимальная длина области, облученной лазером, в направлении прокатки (в соответствии с диаметром лазерного излучения) составляет (4) 100 мкм и (5) 200 мкм.

[0025] В ТАБЛИЦЕ 2 показаны результаты измерения шероховатости Rz поверхности в области, облученной лазером, и ее магнитные свойства. Шероховатость Rz поверхности представляет собой показатель, означающий максимальную высоту внешней линии, как определено нормативом ISO4287 (1997) Международной организации по стандартизации и показано на Фиг.5. Шероховатость Rz поверхности области, облученной лазером, измеряют, используя обычный прибор для измерения шероховатости. Для измерения считывающий штифт сканирует поверхность облученной области, пересекая среднюю линию облученной лазером области в направлении прокатки. В результате было обнаружено, что существует тесная взаимосвязь между шероховатостью Rz поверхности, потерями в сердечнике и магнитострикцией. Измерение шероховатости Rz поверхности осуществляют после очистки поверхности и вычисления среднего значения путем усреднения более 10 результатов измерений после исключения неправильных данных. Что касается измерения шероховатости Rz поверхности, то наилучшим является ее измерение после удаления со стального листа высокопрочной изоляционной пленки и керамической пленки, с использованием щелочи. Однако исходя из практической перспективы для удаления пленки без изменения профиля поверхности можно использовать некоторые кислоты, которые не являются сильно агрессивными к стальному листу. Потери в сердечнике, магнитный поток и магнитострикцию измеряют, соответственно, путем подвергания стального листа воздействию синусоидального магнитного потока, не прикладывая к нему напряжение под нагрузкой.

[0026]

ТАБЛИЦА 2
Образец	Ширина вогнутой области (мкм)	Глубина вогнутой области (мкм)	Rz (мкм)	Толщина затвердевшего слоя (мкм)	Потери в сердечнике W19/50 (Вт/кг)	Магнитострикция λ19p-p	Примечания
(1)	30	5	0,8	2,8	1,33	0,4×10-6	изобретение
(2)	50	4	0,5	0,9	1,35	0,4×10-6	изобретение
(3)	160	3	0,7	1,1	1,46	0,8×10-6	изобретение
(4)	90	1	5,8	4,2	1,49	1,0×10-6	Сравнительный пример
(5)	190	1	5,2	4,7	1,46	0,9×10-6	Сравнительный пример

[0027] В ТАБЛИЦЕ 2 показано, что образцы (1), (2) и (3) превосходят другие образцы с точки зрения как потерь в сердечнике, так и магнитострикции при высоком магнитном поле. Что касается примеров (4) и (5), в которых использован YAG-лазер, в них наблюдали заостренный выступ, который представляется обеспечивающим большую шероховатость поверхности, которая, как считается, вызывает ухудшение показателей потерь в сердечнике и магнитострикции при большом магнитном потоке.

[0028] Что касается причины, почему при таком высоком магнитном поле получают как низкие потери в сердечнике, так и низкую магнитострикцию, считается, что магнитный поток рассеяния с заостренных выступов, образованных на дне облученной лазером области, может повлиять на снижение потерь в сердечнике. В особенности, большое влияние на потери в сердечнике W19/50 оказывает высокая магнитная индукция, когда лист электротехнической стали находится практически в состоянии магнитного насыщения. Другими словами, регулируя лазерное облучение листа таким образом, чтобы не образовалась область с большой шероховатостью поверхности, потери в сердечнике можно снизить при высокой магнитной индукции.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] Для настоящего изобретения можно использовать обычный продукт в виде листа из электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой. Хотя стальные листы обычно имеют первичную пленку форстерита и т.д. и изоляционное покрытие на поверхности, настоящие изобретение можно применять к стальному листу, не имеющему такой пленки или покрытия.

[0030] Условия лазерного воздействия

Длина (ширина) облученной лазером области в направлении прокатки относится к количеству закрытых доменов, которые образованы упругой деформацией, вызванной термической деформацией вокруг облученной области, за счет взаимного воздействия магнитострикции. Закрытие домен является источником измельчения домена и приводит к снижению потерь в сердечнике, однако, это также может быть причиной магнитострикциной деформации. Поэтому следует определить соответствующие условия, удовлетворяющие обоим свойствам. Для снижения магнитострикции является предпочтительным, чтобы ширина области, подвергнутой лазерному облучению в направлении прокатки, составляла 200 мкм или менее, более предпочтительно - 180 мкм или менее, 140 мкм или менее, 120 мкм или менее, а еще предпочтительнее - 100 мкм или менее. Для снижения потерь в сердечнике является предпочтительным, чтобы ширина области, подвергнутой лазерному облучению, составляла 20 мкм или более, более предпочтительно - 30 мкм или более, а еще предпочтительнее - 50 мкм или более.

[0031] Является предпочтительным, чтобы мощность пучка лазерного излучения на единицу площади, то есть плотность энергии была как можно более высокой для эффективного осуществления измельчения доменов. Однако, если плотность энергии слишком высока, то толщина затвердевшего слоя становится большой. Поэтому является предпочтительным, чтобы плотность энергии составляла 150 кВт/мм² или менее, а более предпочтительно - 100 кВт/мм² или менее. Если плотность энергии слишком низка, толщина затвердевшего слоя становится небольшой. Поэтому является предпочтительным, чтобы плотность энергии составляла 0,5 кВт/мм² или более, а более предпочтительно - 1 кВт/мм² или более.

[0032] Если время облучения лазерным пучком стального листа, т.е. длительность облучения, очень велика, то толщина затвердевшего слоя становится очень большой. Поэтому является предпочтительным, чтобы время непрерывного облучения составляло 1 мсек или менее, а более предпочтительно - 0,3 мсек или менее. Если продолжительность облучения очень коротка, то толщина затвердевшего слоя становится очень малой. Поэтому является предпочтительным, чтобы продолжительность облучения составляла 1 мксек или более, а более предпочтительно - 5 мксек или более.

[0033] Произведение плотности энергии и продолжительности облучения являются важными факторами для регулирования толщины затвердевшего слоя. Является предпочтительным, чтобы это значение находилось в диапазоне от 5 мДж/мм² до 500 мДж/мм², а более предпочтительно - от 10 мДж/мм² до 300 мДж/мм².

[0034] Лазер

Является предпочтительным, чтобы при изготовлении листа электротехнической стали по настоящему изобретению диаметр электронного пятна высокоэнергетического лазерного пучка составлял 200 мкм или менее. Пучок YAG-лазера, называемый многомодовым, плох для осуществления фокусирования, и его очень трудно использовать для луча YAG-лазера для получения сфокусированного пучка диаметром 200 мкм или мене. CO₂-лазер, в котором также использована многомодовая осцилляция, и который имеет длину волны, большую, чем у YAG-лазера, также трудно использовать для получения электронного пятна с диаметром 200 мкм или менее. Для получения высококонцентрированного одномодового выходного сигнала этих лазеров в лазерном резонаторе необходимо установить специальное устройство, такое как фильтр пространственных частот. Однако, в данном случае, выходной сигнал лазера значительно снижен. Поэтому такие лазеры не подходят для массового промышленного производства.

[0035] Между тем волоконный лазер может легко достигать одномодовой осцилляции высококонцентрированного пучка. Кроме того, с помощью волоконного лазера можно легко получить пучок с высоким выходным сигналом за счет повышения количества полупроводниковых лазеров, которые являются источником возбуждения света, и за счет длины волокна. Поскольку можно получить сфокусированный пучок вплоть до 40-50% диаметра сердечника волокна, с использованием довольно простой системы линз, волоконный лазер легко приводит к получению малого (200 мкм или менее) диаметра электронного пятна. Ввиду этого волоконный лазер, имеющий диаметр сердечника оптического волокна 500 мкм или менее, является предпочтительным лазером для использования в способе изготовления по настоящему изобретению. Если диаметр сердечника оптического волокна превышает 500 мкм, то становится трудно получить затвердевший слой с желаемой толщиной и поперечное сечение желаемой формы. Является предпочтительным, чтобы диаметр жилы составлял 200 мкм или менее, а более предпочтительно - 40 мкм или менее.

[0036] Многомодовый пучок, используемый в YAG-лазере или другом подобном лазере, является пучком, сформированным суперпозицией различных распределений интенсивности света. Пучок может изменять моду колебаний в зависимости от изменений распределения температуры лазерной активной среды в плоскости поперечного сечения, перпендикулярной направлению выходного сигнала лазера и/или интенсивности возбуждения. Это вызывает нестабильность контроля толщины затвердевшего слоя согласно настоящему изобретению. Мода волоконного лазера, тем не менее, представляет собой одиночную моду, регулируемую диаметром сердечника волокна, и не содержит нестабильный фактор, описанный выше. Поэтому в данном изобретении волоконный лазер является предпочтительным для формирования целостного стабильного затвердевшего слоя.

[0037] Лазерное облучение поверхности листа из электротехнической стали ориентированной зернистой структурой осуществляют, используя лазер при условиях, описанных выше. Лазерное облучение можно осуществлять в форме линии или пунктирной линии в направлении ширины листа. Направление ширины листа, в данном изобретении, включает в себя направление в пределах ±30 градусов относительно поперечного направления. Является предпочтительным, чтобы расстояние между соседними двумя линиями лазерного облучения (или пунктирными линиями) в направлении прокатки составляло от 1 мм до 100 мм. Более предпочтительным является, чтобы расстояние составляло менее 30 мм, а еще предпочтительнее - 3 мм-5 мм.

[0038] Толщина затвердевшего слоя, образованного в области, облученной лазером, должна составлять 4 мкм или менее (показана как «t _m» на ФИГ.1). Толщину затвердевшего слоя определяют путем измерения длины затвердевшего слоя (в направлении толщины листа) самой толстой части затвердевшего слоя. Длину затвердевшего слоя в позиции центра области, облученной лазером, можно использовать в качестве репрезентативного значен