JP2004363512A - 加工性および高周波磁気特性に優れる電磁鋼線 - Google Patents
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Abstract
【課題】伸線加工性に優れると共に鉄心に加工した際の歪劣化が小さくかつ高周波磁気特性にも優れる、変圧器やリアクトルなどの鉄心材料に用いて好適な電磁鋼線を提供する。
【解決手段】Ｃ，Ｓ，ＯおよびＮの含有量が合計で０．０２５ｍａｓｓ％以下であり、Ｓｉ：０．０１〜８．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％、Ａｌ：２．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：２．０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：５．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：０．０１〜１５ｍａｓｓ％から選ばれる１種または２種以上を含有した鋼を、熱間圧延および冷間伸線加工により、扁平な断面形状をし、最小径ｔが１．０ｍｍ以下、最小径に対する最大径の比（扁平率）が１．２以上であり、好ましくは、最小径ｔ（ｍｍ）と結晶粒径ｄ（μｍ）とが
ｄ≦８０／（ｔ＋１．０）
なる関係を満たす電磁鋼線とする。
【選択図】 図２
【解決手段】Ｃ，Ｓ，ＯおよびＮの含有量が合計で０．０２５ｍａｓｓ％以下であり、Ｓｉ：０．０１〜８．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％、Ａｌ：２．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：２．０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：５．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：０．０１〜１５ｍａｓｓ％から選ばれる１種または２種以上を含有した鋼を、熱間圧延および冷間伸線加工により、扁平な断面形状をし、最小径ｔが１．０ｍｍ以下、最小径に対する最大径の比（扁平率）が１．２以上であり、好ましくは、最小径ｔ（ｍｍ）と結晶粒径ｄ（μｍ）とが
ｄ≦８０／（ｔ＋１．０）
なる関係を満たす電磁鋼線とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【従来の技術】
本発明は、変圧器やリアクトル、センサ、アクチュエータ等の鉄心や磁気シールドに用いられる高周波磁気特性および加工性に優れた電磁鋼線に関するものである。
【０００２】
変圧器やリアクトルなどの鉄心には積みタイプと巻きタイプとがある。従来、これらの鉄心材料には、方向性あるいは無方向性の電磁鋼板が用いられているが、そのためには、スリットや剪断あるいは曲げ加工などの精密な加工が必要であった。しかし、近年、鉄心の小型化が進行するのに伴い、加工自体が困難になってくると共に、加工によって歪を受ける部分の鉄心全体積に占める割合が大きくなり、鉄心の磁気特性が劣化するという問題が発生していた。
【０００３】
この問題への対応策として、従来から磁気特性に優れた鋼線材の開発が行われている。たとえば、特許文献１や特許文献２には、鋼線材の磁気特性と冷間伸線加工性を向上させるために、低Ｓｉ、低Ｃ化あるいは極低Ｃ化することが提案されている。しかし、これらの方法では、良好な鉄損特性が得られず、特に高周波域での鉄損が高くなるという問題があった。
【０００４】
この問題に対しては、特許文献３には、引抜加工後の焼鈍を７５０℃以上Ａ３変態点以下の温度の脱炭雰囲気中で行うことにより集合組織を改善する方法が提案されている。しかし、この方法で得られる電磁軟鉄棒は、磁束密度特性は優れているものの、鉄損特性は満足のいくものではなかった。また、特許文献４には、鋼線材の熱延条件を制御することにより伸線加工性と磁気特性を改善する技術が提案されているが、この技術もまた、鉄損が高いという問題があった。さらに、特許文献５には、誘導加熱炉の鉄心用として、絶縁被膜を有する磁性金属線が提案されているが、この金属線も加工時の歪により鉄損が劣化してしまうという問題があった。
【０００５】
さらに、上述した従来技術はいずれも、太径の金属線を指向して開発されたこともあり、これらの技術を適用して線径１．０ｍｍ以下の細線に伸線加工したり、鉄心に加工したりすると、好ましくない集合組織が成長したり、加工歪みにより磁気特性が大きく劣化したりするという問題があった。これらの問題を解決する技術として、特許文献６には、伸線加工および鉄心加工が容易で、かつ加工歪による磁気特性の劣化が小さい高周波磁気特性に優れた電磁鋼線が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−２１５４６３号公報
【特許文献２】特開平０４−２８５１４３号公報
【特許文献３】特開昭６０−１８１２３４号公報
【特許文献４】特開平０３−０７５３１１号公報
【特許文献５】特開昭５６−１６７３０２号公報
【特許文献６】特開２００１−１３１７１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、地球環境保護の観点などから省エネルギーに対する社会の要求はますます大きくなりつつあり、鉄心材料に対しても、さらなる磁気特性の向上が求められるようになってきた。
【０００８】
本発明の目的は、伸線加工性に優れると共に鉄心に加工した際の歪劣化が小さくかつ高周波磁気特性にも優れ、変圧器やリアクトルなどの鉄心材料に用いて好適な電磁鋼線を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、種々の素材を用いて鉄心用の線材（電磁鋼線）を製作し、それらを用いて約３００Ｗのリアクトルを試作し、高周波特性を評価した。その結果、鉄心に用いられる電磁鋼線は、高周波用リアクトルの効率を高めるためには、高周波鉄損に優れるだけでなく高磁場の磁束密度が高いことが必要であることを見出した。図１は、０．１Ｔ、１００００Ｈｚの高周波における鉄損Ｗ１ ／ １００００と磁化力１００００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ１００がリアクトルの損失に及ぼす影響を示したものであり、Ｗ１ ／ １００００が３０Ｗ／ｋｇ以下、Ｂ１００が１．５５Ｔ以上であるときにリアクトル損失５０Ｗ以下が得られることを示している。これは、電磁鋼線の高磁場における磁束密度が高いほど鉄心の飽和特性が向上し、直流重畳時の損失が抑制できることによるものと考えられる。
【００１０】
また、発明者らは、伸線加工性に優れ、かつリアクトルや変圧器に加工したときの歪による磁気特性の劣化が小さく、かつ実機に用いたときに良好な磁気特性を示す電磁鋼線を得るためには、鋼線中の微量不純物成分を極力低減した上で、線径に応じて結晶粒径を厳密に規定する必要があること、さらにより低鉄損化を達成するためには、伸線加工における変形形態（鋼線断面形状）を規定することが重要であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
上記知見に基き開発された本発明は、扁平な断面形状を有する電磁鋼線であって、最小径ｔが１．０ｍｍ以下、最小径に対する最大径の比である扁平率が１．２以上であることを特徴とする加工性および高周波磁気特性に優れる電磁鋼線である。
【００１２】
また、本発明の電磁鋼線は、最小径ｔ（ｍｍ）と結晶粒径ｄ（μｍ）とが
ｄ≦８０／（ｔ＋１．０）
なる関係を満たすことが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明の電磁鋼線は、Ｗ１／ １００００≦３０Ｗ／ｋｇ、Ｂ１００≧１．５５Ｔであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の電磁鋼線は、Ｃ，Ｓ，ＯおよびＮの含有量が合計で０．０２５ｍａｓｓ％以下であり、Ｓｉ：０．０１〜８．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％、Ａｌ：２．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：２．０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：５．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：０．０１〜１５ｍａｓｓ％から選ばれる１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなること、あるいは上記成分組成に加えてさらに、Ｓｂおよび／またはＳｎを合計で０．００５〜０．５ｍａｓｓ％含有することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の開発の契機となった実験について説明する。 Ｓｉ：２．５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．１ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％を含み、微量元素（Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ）の量を１８０ｍａｓｓ ｐｐｍとしたブルームを作成し、このブルームを熱間圧延により直径５ｍｍの線材に加工した後、さらに冷間において線材の断面を扁平形状に伸線加工し、最小径０．２ｍｍの鋼線とし、最小径に対する最大径の比を表す扁平率を種々に変化させた。ここで、上記最小径とは、断面形状が楕円の場合には短軸の長さ、矩形の場合には短辺の長さを意味し、上記最大径とは、断面形状が楕円の場合には長軸の長さ、矩形の場合には長辺の長さを意味するものとする。その後、８５０℃の窒素雰囲気中で２分間焼鈍した後、この扁平線材を用いて平均直径５０ｍｍのリングコアを作製し、このコアに１００ターンの１次２次巻線を施して、高周波磁気特性を測定した。
【００１６】
図２は、０．１Ｔ、１００００Ｈｚの高周波における伸線の扁平率が鉄損Ｗ１ ／ １００００（Ｗ／ｋｇ）に及ぼす影響を示したものである。この図から、扁平率が１．２以上のときに優れた鉄損特性が得られることがわかる。
【００１７】
さらに、Ｓｉ：３．５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．１ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％を含み、微量元素（Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ）の量を１２０ｍａｓｓ ｐｐｍとしたブルームを作成し、このブルームを熱間圧延し直径５ｍｍの線材とした後、さらに冷間にて、扁平率を２．０とし、最小径を０．１〜１．２ｍｍに変化させて伸線加工した。これを７００℃から１０５０℃の温度に保持された窒素雰囲気中で２分間焼鈍し、結晶粒径を変化させた。これらの電磁鋼線を用いて、平均直径５０ｍｍのリングコアを作製し、このコアに１００ターンの１次２次巻線を施して、高周波磁気特性の測定を行った。
【００１８】
図３は、上記測定の結果を、鉄損Ｗ１ ／ １００００（Ｗ／ｋｇ）および磁化力１００００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ１００と結晶粒径との関係で示したものである。この図より、最小径ｔが１．０ｍｍを超えると、鉄損と磁束密度がともに劣化し、Ｗ１ ／ １００００＞３０Ｗ／ｋｇかつＢ１００＜１．５５Ｔとなった。そして、鉄損と磁束密度がともに良好となる、即ちＷ１ ／ １００００≦３０Ｗ／ｋｇかつＢ１００≧１．５５Ｔとなるのは、鋼線の結晶粒径ｄ（μｍ）が最小径ｔ（ｍｍ）との関係において、下記の式で表わされる範囲内にある場合であることが明らかとなった。
ｄ≦８０／（ｔ＋１．０）
【００１９】
このように極限まで微量元素（Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ）の量を低減し、断面形状（扁平率）を規定し、さらに線径に応じて結晶粒径を調整することによって磁気特性が向上する理由は、以下のように考えられる。まず、微量元素（Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ）の量を低減することで、伸線加工性が向上し、これによって磁気特性にとって好ましい集合組織の形成が促進されたことが考えられる。さらに、伸線だけであるいは伸線した後に圧延加工等を施すことにより扁平な断面形状とする扁平伸線加工を行った場合には、通常の伸線加工とは異なり、鋼線の長手方向だけでなく幅方向（扁平細線の長軸方向）へのメタルフローが発生し、この複雑なすべり変形挙動によって、鋼線の長手方向に、磁気特性上有利な集合組織が形成されたものと考えられる。さらに、上記不純物の低減および扁平伸線加工は、その集合組織改善効果を通して、歪取焼鈍後のリング加工による磁気特性の歪劣化を軽減し、良好な磁気特性をもたらしたものと考えられる。また線径と粒径の関係は、従来は、ばらつきの中に埋もれて明確に現われていなかったが、微量元素を低減したことによって、具現化したものと考えられる。つまり、高純度化することにより、線径に応じて結晶粒径と集合組織がうまくバランスし、良好な高磁場特性と良好な高周波特性との両立が可能となったものと考えられる。
【００２０】
次に、本発明に係る電磁鋼線の成分組成を上記範囲に制限する理由について説明する。
Ｃ：０．０１０ｍａｓｓ％以下
Ｃは、０．０１０ｍａｓｓ％を超えると、鋼中の固溶Ｃ量が増加して加工時の歪時効が促進され、延性が劣化するので、０．０１０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２１】
Ｎ：０．００５０ｍａｓｓ％以下
Ｎは、Ｃと同様に、加工時に歪み時効を起こして延性を劣化させる。また、多量に含有していると、他の元素と窒化物を形成して集合組織を劣化させるため、０．００５０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２２】
Ｓ：０．０１０ｍａｓｓ％以下
Ｓは、硫化物を形成することにより延性を劣化させ、また、この硫化物が微細に分散した場合には、結晶粒の成長性を阻害し鉄損を劣化させるため、０．０１０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２３】
Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下
Ｏは、酸化物を形成することにより延性を劣化させると共に、結晶粒の成長を阻害するため０．００５０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２４】
Ｃ＋Ｓ＋Ｎ＋Ｏ：２５０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下
高度に延性を改善し集合組織を良好にするためには、Ｃ，Ｓ，ＮおよびＯは個別に低減するだけでなく、これらの元素の合計量を２５０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下に低減することが好ましい。
【００２５】
本発明は、上記成分に加えてさらに、以下の成分を１種または２種以上添加することができる。
Ｓｉ：０．０１〜８．０ｍａｓｓ％
Ｓｉは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性の向上に有効に作用する成分である。しかし、０．０１ｍａｓｓ％未満の添加では、電気抵抗が低くて渦電流損が増大するため良好な鉄損特性が得られず、一方、８．０ｍａｓｓ％を超えると硬化し過ぎて冷間加工が困難となる。そのため、０．０１〜８．０ｍａｓｓ％程度とするのが好ましい。
【００２６】
Ｍｎ：２．０ｍａｓｓ％以下
Ｍｎは、鋼線の電気抵抗を高めて、鉄損特性を向上させるのに有用な成分であり、この効果を得るためには０．０５ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。しかし、２．０ｍａｓｓ％を超えると、再結晶焼鈍時にα／γ変態が起こり、集合組織が劣化してしまうため、２．０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２７】
Ｐ：０．２ｍａｓｓ％以下
Ｐは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させるのに有用な成分であるが、０．２ｍａｓｓ％を超えると、冷間加工性が劣化するため、０．２ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２８】
Ａｌ：２．０ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させる有用な成分であり、この効果を得るためには０．００１ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。しかし、２．０ｍａｓｓ％を超えて添加すると、再結晶焼鈍時に窒化が促進し、鉄損が劣化するので、２．０ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
【００２９】
Ｃｕ：２．０ｍａｓｓ％以下
Ｃｕは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させる有用な成分であり、この効果を得るためには、０．０２ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。しかし、２．０ｍａｓｓ％を超えると鋼が脆化し、冷間加工が困難となるので２．０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。
【００３０】
Ｎｉ：５．０ｍａｓｓ％以下
Ｎｉは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させる有用な成分であり、この効果を得るためには、０．０１ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。しかし、５．０ｍａｓｓ％を超えると冷間加工性が劣化するため５．０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。
【００３１】
Ｃｒ：０．０１〜１５ｍａｓｓ％以下
Ｃｒは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させる有用な成分であり、この効果を得るためには、０．０１ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。しかし、１５ｍａｓｓ％を超えると伸線加工性が劣化するためこの範囲とする。
【００３２】
Ｓｂ＋Ｓｎ：０．００５〜０．５ｍａｓｓ％
ＳｂおよびＳｎは、集合組織の改善、焼鈍における窒化の抑制ならびに加工歪による磁気特性の劣化を軽減する元素であり、単独あるいは複合して添加することができる。しかし、それらの添加量がＳｂ＋Ｓｎで０．００５ｍａｓｓ％未満ではその効果は小さく、一方、０．５ｍａｓｓ％超えでは冷間加工性の劣化を招く。そのため、Ｓｂ、Ｓｎは、単独あるいはそれらの合計で０．００５〜０．５ｍａｓｓ％の範囲で添加するのが好ましい。
【００３３】
次に、本発明に係る電磁鋼線の製造方法について説明する。
上記成分を好適組成範囲に調整した溶鋼を、連続鋳造法または造塊／分塊法により所定厚みのブルームとした後、熱間圧延により線材とし、さらに冷間において、１回あるいは中間焼鈍を挟む２回以上の伸線加工を行うことが好ましい。この冷間での伸線加工の際には、伸線加工だけあるいは伸線加工と圧延加工とを組合わせることによって、伸線の最小径を１．０ｍｍ以下、扁平率を１．２以上とすることが鉄損を低減させるためには必要である。好ましくは、最小径は０．２ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００３４】
その後、この細線を、焼鈍するかあるいは鉄心に加工したのち仕上焼鈍を施す。この仕上焼鈍の焼鈍温度を制御することにより、結晶粒径ｄ（μｍ）と線径の最小径ｔ（ｍｍ）との間に下記の関係を満たすよう調整することが好ましい。
ｄ≦８０／（ｔ＋１．０）
さらに必要に応じて、絶縁性を高めることを目的に、絶縁被膜を形成してもよい。
【００３５】
なお、扁平な断面形状については、楕円形状、矩形状、それらの中間形状等が考えられ、いずれの形状でも構わないが、占積率を高めるためには、できるだけ矩形状に近い断面形状とするのが好ましい。
【００３６】
【実施例】
表１に示す成分組成を有する鋼ブルームを製造し、その後、熱間圧延により直径５ｍｍの鋼線とした後、さらに冷間において、扁平率を種々変化させた扁平伸線加工を行い、最小径０．１〜０．８ｍｍの鋼線とした。これを７００℃から１０５０℃の窒素ガス雰囲気中で２分間焼鈍を行った後、これらの扁平線材を用いて平均直径３０ｍｍのリングコアを作製し、このコアに２０ターンの１次２次巻線を施し、高周波磁気特性の測定を行った。また、加工性は、伸線加工中の破断有無で評価し、一度でも破断したものを不良とした。
【００３７】
【表１】
【００３８】
上記測定の結果を表２に示す。これより明らかなように本発明の条件を満たす鋼線は、比較材に比べて良好な磁気特性および加工性が得られることがわかる。
【００３９】
【表２】
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼中の微量不純物成分を極力低減した上で、線径に応じて結晶粒径を厳密に規定し、さらに伸線加工における変形形態を規定することにより、伸線加工性が良好で、鉄心に加工した際の歪劣化も小さく、かつ高周波磁気特性に優れた電磁鋼線を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄損特性と磁束密度がリアクトル損失に及ぼす影響を示すグラフである。
【図２】鋼線の鉄損特性に及ぼす扁平率の影響を示すグラフである。
【図３】鋼線の磁気特性に及ぼす線径（最小径）と結晶粒径の影響を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
【従来の技術】
本発明は、変圧器やリアクトル、センサ、アクチュエータ等の鉄心や磁気シールドに用いられる高周波磁気特性および加工性に優れた電磁鋼線に関するものである。
【０００２】
変圧器やリアクトルなどの鉄心には積みタイプと巻きタイプとがある。従来、これらの鉄心材料には、方向性あるいは無方向性の電磁鋼板が用いられているが、そのためには、スリットや剪断あるいは曲げ加工などの精密な加工が必要であった。しかし、近年、鉄心の小型化が進行するのに伴い、加工自体が困難になってくると共に、加工によって歪を受ける部分の鉄心全体積に占める割合が大きくなり、鉄心の磁気特性が劣化するという問題が発生していた。
【０００３】
この問題への対応策として、従来から磁気特性に優れた鋼線材の開発が行われている。たとえば、特許文献１や特許文献２には、鋼線材の磁気特性と冷間伸線加工性を向上させるために、低Ｓｉ、低Ｃ化あるいは極低Ｃ化することが提案されている。しかし、これらの方法では、良好な鉄損特性が得られず、特に高周波域での鉄損が高くなるという問題があった。
【０００４】
この問題に対しては、特許文献３には、引抜加工後の焼鈍を７５０℃以上Ａ３変態点以下の温度の脱炭雰囲気中で行うことにより集合組織を改善する方法が提案されている。しかし、この方法で得られる電磁軟鉄棒は、磁束密度特性は優れているものの、鉄損特性は満足のいくものではなかった。また、特許文献４には、鋼線材の熱延条件を制御することにより伸線加工性と磁気特性を改善する技術が提案されているが、この技術もまた、鉄損が高いという問題があった。さらに、特許文献５には、誘導加熱炉の鉄心用として、絶縁被膜を有する磁性金属線が提案されているが、この金属線も加工時の歪により鉄損が劣化してしまうという問題があった。
【０００５】
さらに、上述した従来技術はいずれも、太径の金属線を指向して開発されたこともあり、これらの技術を適用して線径１．０ｍｍ以下の細線に伸線加工したり、鉄心に加工したりすると、好ましくない集合組織が成長したり、加工歪みにより磁気特性が大きく劣化したりするという問題があった。これらの問題を解決する技術として、特許文献６には、伸線加工および鉄心加工が容易で、かつ加工歪による磁気特性の劣化が小さい高周波磁気特性に優れた電磁鋼線が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−２１５４６３号公報
【特許文献２】特開平０４−２８５１４３号公報
【特許文献３】特開昭６０−１８１２３４号公報
【特許文献４】特開平０３−０７５３１１号公報
【特許文献５】特開昭５６−１６７３０２号公報
【特許文献６】特開２００１−１３１７１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、地球環境保護の観点などから省エネルギーに対する社会の要求はますます大きくなりつつあり、鉄心材料に対しても、さらなる磁気特性の向上が求められるようになってきた。
【０００８】
本発明の目的は、伸線加工性に優れると共に鉄心に加工した際の歪劣化が小さくかつ高周波磁気特性にも優れ、変圧器やリアクトルなどの鉄心材料に用いて好適な電磁鋼線を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、種々の素材を用いて鉄心用の線材（電磁鋼線）を製作し、それらを用いて約３００Ｗのリアクトルを試作し、高周波特性を評価した。その結果、鉄心に用いられる電磁鋼線は、高周波用リアクトルの効率を高めるためには、高周波鉄損に優れるだけでなく高磁場の磁束密度が高いことが必要であることを見出した。図１は、０．１Ｔ、１００００Ｈｚの高周波における鉄損Ｗ１ ／ １００００と磁化力１００００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ１００がリアクトルの損失に及ぼす影響を示したものであり、Ｗ１ ／ １００００が３０Ｗ／ｋｇ以下、Ｂ１００が１．５５Ｔ以上であるときにリアクトル損失５０Ｗ以下が得られることを示している。これは、電磁鋼線の高磁場における磁束密度が高いほど鉄心の飽和特性が向上し、直流重畳時の損失が抑制できることによるものと考えられる。
【００１０】
また、発明者らは、伸線加工性に優れ、かつリアクトルや変圧器に加工したときの歪による磁気特性の劣化が小さく、かつ実機に用いたときに良好な磁気特性を示す電磁鋼線を得るためには、鋼線中の微量不純物成分を極力低減した上で、線径に応じて結晶粒径を厳密に規定する必要があること、さらにより低鉄損化を達成するためには、伸線加工における変形形態（鋼線断面形状）を規定することが重要であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
上記知見に基き開発された本発明は、扁平な断面形状を有する電磁鋼線であって、最小径ｔが１．０ｍｍ以下、最小径に対する最大径の比である扁平率が１．２以上であることを特徴とする加工性および高周波磁気特性に優れる電磁鋼線である。
【００１２】
また、本発明の電磁鋼線は、最小径ｔ（ｍｍ）と結晶粒径ｄ（μｍ）とが
ｄ≦８０／（ｔ＋１．０）
なる関係を満たすことが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明の電磁鋼線は、Ｗ１／ １００００≦３０Ｗ／ｋｇ、Ｂ１００≧１．５５Ｔであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の電磁鋼線は、Ｃ，Ｓ，ＯおよびＮの含有量が合計で０．０２５ｍａｓｓ％以下であり、Ｓｉ：０．０１〜８．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％、Ａｌ：２．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：２．０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：５．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：０．０１〜１５ｍａｓｓ％から選ばれる１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなること、あるいは上記成分組成に加えてさらに、Ｓｂおよび／またはＳｎを合計で０．００５〜０．５ｍａｓｓ％含有することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の開発の契機となった実験について説明する。 Ｓｉ：２．５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．１ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％を含み、微量元素（Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ）の量を１８０ｍａｓｓ ｐｐｍとしたブルームを作成し、このブルームを熱間圧延により直径５ｍｍの線材に加工した後、さらに冷間において線材の断面を扁平形状に伸線加工し、最小径０．２ｍｍの鋼線とし、最小径に対する最大径の比を表す扁平率を種々に変化させた。ここで、上記最小径とは、断面形状が楕円の場合には短軸の長さ、矩形の場合には短辺の長さを意味し、上記最大径とは、断面形状が楕円の場合には長軸の長さ、矩形の場合には長辺の長さを意味するものとする。その後、８５０℃の窒素雰囲気中で２分間焼鈍した後、この扁平線材を用いて平均直径５０ｍｍのリングコアを作製し、このコアに１００ターンの１次２次巻線を施して、高周波磁気特性を測定した。
【００１６】
図２は、０．１Ｔ、１００００Ｈｚの高周波における伸線の扁平率が鉄損Ｗ１ ／ １００００（Ｗ／ｋｇ）に及ぼす影響を示したものである。この図から、扁平率が１．２以上のときに優れた鉄損特性が得られることがわかる。
【００１７】
さらに、Ｓｉ：３．５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．１ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％を含み、微量元素（Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ）の量を１２０ｍａｓｓ ｐｐｍとしたブルームを作成し、このブルームを熱間圧延し直径５ｍｍの線材とした後、さらに冷間にて、扁平率を２．０とし、最小径を０．１〜１．２ｍｍに変化させて伸線加工した。これを７００℃から１０５０℃の温度に保持された窒素雰囲気中で２分間焼鈍し、結晶粒径を変化させた。これらの電磁鋼線を用いて、平均直径５０ｍｍのリングコアを作製し、このコアに１００ターンの１次２次巻線を施して、高周波磁気特性の測定を行った。
【００１８】
図３は、上記測定の結果を、鉄損Ｗ１ ／ １００００（Ｗ／ｋｇ）および磁化力１００００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ１００と結晶粒径との関係で示したものである。この図より、最小径ｔが１．０ｍｍを超えると、鉄損と磁束密度がともに劣化し、Ｗ１ ／ １００００＞３０Ｗ／ｋｇかつＢ１００＜１．５５Ｔとなった。そして、鉄損と磁束密度がともに良好となる、即ちＷ１ ／ １００００≦３０Ｗ／ｋｇかつＢ１００≧１．５５Ｔとなるのは、鋼線の結晶粒径ｄ（μｍ）が最小径ｔ（ｍｍ）との関係において、下記の式で表わされる範囲内にある場合であることが明らかとなった。
ｄ≦８０／（ｔ＋１．０）
【００１９】
このように極限まで微量元素（Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ）の量を低減し、断面形状（扁平率）を規定し、さらに線径に応じて結晶粒径を調整することによって磁気特性が向上する理由は、以下のように考えられる。まず、微量元素（Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ）の量を低減することで、伸線加工性が向上し、これによって磁気特性にとって好ましい集合組織の形成が促進されたことが考えられる。さらに、伸線だけであるいは伸線した後に圧延加工等を施すことにより扁平な断面形状とする扁平伸線加工を行った場合には、通常の伸線加工とは異なり、鋼線の長手方向だけでなく幅方向（扁平細線の長軸方向）へのメタルフローが発生し、この複雑なすべり変形挙動によって、鋼線の長手方向に、磁気特性上有利な集合組織が形成されたものと考えられる。さらに、上記不純物の低減および扁平伸線加工は、その集合組織改善効果を通して、歪取焼鈍後のリング加工による磁気特性の歪劣化を軽減し、良好な磁気特性をもたらしたものと考えられる。また線径と粒径の関係は、従来は、ばらつきの中に埋もれて明確に現われていなかったが、微量元素を低減したことによって、具現化したものと考えられる。つまり、高純度化することにより、線径に応じて結晶粒径と集合組織がうまくバランスし、良好な高磁場特性と良好な高周波特性との両立が可能となったものと考えられる。
【００２０】
次に、本発明に係る電磁鋼線の成分組成を上記範囲に制限する理由について説明する。
Ｃ：０．０１０ｍａｓｓ％以下
Ｃは、０．０１０ｍａｓｓ％を超えると、鋼中の固溶Ｃ量が増加して加工時の歪時効が促進され、延性が劣化するので、０．０１０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２１】
Ｎ：０．００５０ｍａｓｓ％以下
Ｎは、Ｃと同様に、加工時に歪み時効を起こして延性を劣化させる。また、多量に含有していると、他の元素と窒化物を形成して集合組織を劣化させるため、０．００５０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２２】
Ｓ：０．０１０ｍａｓｓ％以下
Ｓは、硫化物を形成することにより延性を劣化させ、また、この硫化物が微細に分散した場合には、結晶粒の成長性を阻害し鉄損を劣化させるため、０．０１０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２３】
Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下
Ｏは、酸化物を形成することにより延性を劣化させると共に、結晶粒の成長を阻害するため０．００５０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２４】
Ｃ＋Ｓ＋Ｎ＋Ｏ：２５０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下
高度に延性を改善し集合組織を良好にするためには、Ｃ，Ｓ，ＮおよびＯは個別に低減するだけでなく、これらの元素の合計量を２５０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下に低減することが好ましい。
【００２５】
本発明は、上記成分に加えてさらに、以下の成分を１種または２種以上添加することができる。
Ｓｉ：０．０１〜８．０ｍａｓｓ％
Ｓｉは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性の向上に有効に作用する成分である。しかし、０．０１ｍａｓｓ％未満の添加では、電気抵抗が低くて渦電流損が増大するため良好な鉄損特性が得られず、一方、８．０ｍａｓｓ％を超えると硬化し過ぎて冷間加工が困難となる。そのため、０．０１〜８．０ｍａｓｓ％程度とするのが好ましい。
【００２６】
Ｍｎ：２．０ｍａｓｓ％以下
Ｍｎは、鋼線の電気抵抗を高めて、鉄損特性を向上させるのに有用な成分であり、この効果を得るためには０．０５ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。しかし、２．０ｍａｓｓ％を超えると、再結晶焼鈍時にα／γ変態が起こり、集合組織が劣化してしまうため、２．０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２７】
Ｐ：０．２ｍａｓｓ％以下
Ｐは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させるのに有用な成分であるが、０．２ｍａｓｓ％を超えると、冷間加工性が劣化するため、０．２ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２８】
Ａｌ：２．０ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させる有用な成分であり、この効果を得るためには０．００１ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。しかし、２．０ｍａｓｓ％を超えて添加すると、再結晶焼鈍時に窒化が促進し、鉄損が劣化するので、２．０ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
【００２９】
Ｃｕ：２．０ｍａｓｓ％以下
Ｃｕは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させる有用な成分であり、この効果を得るためには、０．０２ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。しかし、２．０ｍａｓｓ％を超えると鋼が脆化し、冷間加工が困難となるので２．０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。
【００３０】
Ｎｉ：５．０ｍａｓｓ％以下
Ｎｉは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させる有用な成分であり、この効果を得るためには、０．０１ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。しかし、５．０ｍａｓｓ％を超えると冷間加工性が劣化するため５．０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。
【００３１】
Ｃｒ：０．０１〜１５ｍａｓｓ％以下
Ｃｒは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させる有用な成分であり、この効果を得るためには、０．０１ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。しかし、１５ｍａｓｓ％を超えると伸線加工性が劣化するためこの範囲とする。
【００３２】
Ｓｂ＋Ｓｎ：０．００５〜０．５ｍａｓｓ％
ＳｂおよびＳｎは、集合組織の改善、焼鈍における窒化の抑制ならびに加工歪による磁気特性の劣化を軽減する元素であり、単独あるいは複合して添加することができる。しかし、それらの添加量がＳｂ＋Ｓｎで０．００５ｍａｓｓ％未満ではその効果は小さく、一方、０．５ｍａｓｓ％超えでは冷間加工性の劣化を招く。そのため、Ｓｂ、Ｓｎは、単独あるいはそれらの合計で０．００５〜０．５ｍａｓｓ％の範囲で添加するのが好ましい。
【００３３】
次に、本発明に係る電磁鋼線の製造方法について説明する。
上記成分を好適組成範囲に調整した溶鋼を、連続鋳造法または造塊／分塊法により所定厚みのブルームとした後、熱間圧延により線材とし、さらに冷間において、１回あるいは中間焼鈍を挟む２回以上の伸線加工を行うことが好ましい。この冷間での伸線加工の際には、伸線加工だけあるいは伸線加工と圧延加工とを組合わせることによって、伸線の最小径を１．０ｍｍ以下、扁平率を１．２以上とすることが鉄損を低減させるためには必要である。好ましくは、最小径は０．２ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００３４】
その後、この細線を、焼鈍するかあるいは鉄心に加工したのち仕上焼鈍を施す。この仕上焼鈍の焼鈍温度を制御することにより、結晶粒径ｄ（μｍ）と線径の最小径ｔ（ｍｍ）との間に下記の関係を満たすよう調整することが好ましい。
ｄ≦８０／（ｔ＋１．０）
さらに必要に応じて、絶縁性を高めることを目的に、絶縁被膜を形成してもよい。
【００３５】
なお、扁平な断面形状については、楕円形状、矩形状、それらの中間形状等が考えられ、いずれの形状でも構わないが、占積率を高めるためには、できるだけ矩形状に近い断面形状とするのが好ましい。
【００３６】
【実施例】
表１に示す成分組成を有する鋼ブルームを製造し、その後、熱間圧延により直径５ｍｍの鋼線とした後、さらに冷間において、扁平率を種々変化させた扁平伸線加工を行い、最小径０．１〜０．８ｍｍの鋼線とした。これを７００℃から１０５０℃の窒素ガス雰囲気中で２分間焼鈍を行った後、これらの扁平線材を用いて平均直径３０ｍｍのリングコアを作製し、このコアに２０ターンの１次２次巻線を施し、高周波磁気特性の測定を行った。また、加工性は、伸線加工中の破断有無で評価し、一度でも破断したものを不良とした。
【００３７】
【表１】
上記測定の結果を表２に示す。これより明らかなように本発明の条件を満たす鋼線は、比較材に比べて良好な磁気特性および加工性が得られることがわかる。
【００３９】
【表２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼中の微量不純物成分を極力低減した上で、線径に応じて結晶粒径を厳密に規定し、さらに伸線加工における変形形態を規定することにより、伸線加工性が良好で、鉄心に加工した際の歪劣化も小さく、かつ高周波磁気特性に優れた電磁鋼線を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄損特性と磁束密度がリアクトル損失に及ぼす影響を示すグラフである。
【図２】鋼線の鉄損特性に及ぼす扁平率の影響を示すグラフである。
【図３】鋼線の磁気特性に及ぼす線径（最小径）と結晶粒径の影響を示すグラフである。
Claims (5)
- 扁平な断面形状を有する電磁鋼線であって、最小径ｔが１．０ｍｍ以下、扁平率が１．２以上であることを特徴とする加工性および高周波磁気特性に優れる電磁鋼線。
- 最小径ｔ（ｍｍ）と結晶粒径ｄ（μｍ）とが
ｄ≦８０／（ｔ＋１．０）
なる関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電磁鋼線。 - Ｗ１／ １００００≦３０Ｗ／ｋｇ、Ｂ１００≧１．５５Ｔであることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁鋼線。
- Ｃ，Ｓ，ＯおよびＮの含有量が合計で０．０２５ｍａｓｓ％以下であり、
Ｓｉ：０．０１〜８．０ｍａｓｓ％、
Ｍｎ：３．０ｍａｓｓ％以下、
Ｐ：０．２ｍａｓｓ％、
Ａｌ：２．０ｍａｓｓ％以下、
Ｃｕ：２．０ｍａｓｓ％以下、
Ｎｉ：５．０ｍａｓｓ％以下、
Ｃｒ：０．０１〜１５ｍａｓｓ％
から選ばれる１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁鋼線。 - 上記成分組成に加えてさらに、Ｓｂおよび／またはＳｎを合計で０．００５〜０．５ｍａｓｓ％含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁鋼線。
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