JP2012052228A - 方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】歪み導入処理前における、張力付与型絶縁被膜または張力付与型絶縁被膜の鋼板面に対する付与張力を、次式(1)の範囲に調整すると共に、歪み導入処理後における歪み導入面の鋼板反り量を1mm以上10mm以下に制御する。
1.0≦(非歪み導入面の付与張力)/(歪み導入面の付与張力)≦2.0 --- (1)
【選択図】図3
Description
本発明の方向性電磁鋼板は、軟磁性材料であり、主に変圧器等の電気機器の鉄芯として好適なものである。
しかしながら、結晶方位の制御や不純物の低減は、製造コストとの兼ね合い等で限界があることから、鋼板の表面に対して物理的な手法で不均一性を導入して、人工的に磁区幅を細分化して鉄損を低減する技術、すなわち磁区細分化技術が開発されている。
また、特許文献2には、電子ビームの照射により磁区幅を制御する技術が提案されている。
鋼板に反りが発生すると、変圧器等に組む際のハンドリング性の低下や、形状に起因した履歴損の劣化、変圧器等に組んだ際の弾性歪み導入に起因した履歴損の劣化等が考えられ、製造面および特性面の両面での不利が著しい。
1.鋼板表面に張力付与型の絶縁被膜をそなえ、鋼板の片面に歪みを導入して磁区構造を変化させた方向性電磁鋼板であって、
歪み導入処理前における張力付与型絶縁被膜の鋼板面に対する付与張力が下記(1)式の関係を満足し、かつ歪み導入処理後における歪み導入面の鋼板反り量が1mm以上10mm以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
記
1.0≦(非歪み導入面の付与張力)/(歪み導入面の付与張力)≦2.0 --- (1)
ただし、鋼板反り量とは、圧延方向長さ280mmのサンプルについて、圧延直角方向を垂直に置き、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端と反対端の変位量を示す。
記
1.2≦(非歪み導入面の付与張力)/(歪み導入面の付与張力)≦1.6 --- (2)
ただし、鋼板反り量とは、圧延方向長さ280mmのサンプルについて、圧延直角方向を垂直に置き、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端と反対端の変位量を示す。
歪み導入処理前における張力付与型下地被膜の鋼板面に対する付与張力が下記(3)式の関係を満足し、かつ歪み導入処理後における歪み導入面の鋼板反り量が1mm以上10mm以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
記
1.0≦(非歪み導入面の付与張力)/(歪み導入面の付与張力)≦2.0 --- (3)
ただし、鋼板反り量とは、圧延方向長さ280mmのサンプルについて、圧延直角方向を垂直に置き、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端と反対端の変位量を示す。
記
1.2≦(非歪み導入面の付与張力)/(歪み導入面の付与張力)≦1.6 --- (4)
ただし、鋼板反り量とは、圧延方向長さ280mmのサンプルについて、圧延直角方向を垂直に置き、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端と反対端の変位量を示す。
本発明では、鉄損低減効果を最大限に得ることができる歪み導入処理による人工磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板において、歪み導入面とその反対側の面(以下、非歪み導入面と称す)とで鋼板表面に対する、張力付与型下地被膜または張力付与型絶縁被膜の付与張力に差をつける、具体的には非歪み導入面に対する付与張力を大きくすることによって、従来問題とされていた歪み導入面での鋼板の反りを抑制するところに特徴がある。
なお、本発明では、鋼板の片面に歪を導入して磁区構造を変化させる処理を磁区細分化処理と呼ぶ。ここで、鋼板の片面に導入した歪が鋼板の反対面の磁区構造に影響を及ぼしても問題はない。
また、鋼板に付与される引張応力は、絶縁被膜の厚みに比例して増大することも知られている。つまり、鋼板表裏面における絶縁被膜の厚みを変化させることで、鋼板表裏面それぞれに付与される引張応力を変化させることができる。
以下、実験データを用いて本発明を説明する。
その後、圧延方向と直角方向に電子ビームを照射する磁区細分化処理を片面に施した。
電子ビームの照射条件については、加速電圧:100kV、照射間隔:10mmは一定とし、ビーム電流を1mA、3mA、10mAの3条件に変化させた。
まず、測定面にテープを貼ってアルカリ水溶液に浸漬させることで非測定面の絶縁被膜を剥離し、次に図1に示すように、鋼板の反り具合としてLとXを測定し、次の2式
L=2Rsin(θ/2)
X=R{1−cos(θ/2)}
より、曲率半径Rは、
R=(L2+4X2)/8X
となることから、この式にLおよびXを代入して曲率半径Rを算出する。ついで、算出した曲率半径Rを、次式に代入すれば、地鉄表面の引張応力σを求めることができる。
σ=E・ε=E・(d/2R)
ただし、E:ヤング率(E100=1.4×105 MPa)
ε:地鉄界面歪み(板厚中央でε=0)
d:板厚
また、圧延方向長さ280mmのサンプルについて、図2に示すように、圧延直角方向を垂直に置き、圧延方向片端30mmを挟んで固定し、反対端の変位量を簡易的に鋼板反り量として評価した。
同図より、(非歪み導入面の付与張力)/(歪み導入面の付与張力)を大きくすることで、つまり非歪み導入面での絶縁被膜による付与張力を増大させることで、歪み導入面側への鋼板の反り量が減少されることが分かる。また、電子ビームの電流値にもよるが、張力比が1.9近傍で鋼板の反り量はほぼ0になり、張力比がそれ以上になると逆に非歪み導入面へ鋼板が反ることが分かる。
しかしながら、鉄損値の改善効果を考慮して詳細に調査した結果、張力比を1.0以上2.0以下とした上で、歪み導入面側への鋼板反り量が1mm以上10mm以下の場合に、W17/50≦0.75W/kg(板厚:0.23mm)の低鉄損値が得られることが判明した。より好ましくは、張力比が1.2以上1.6以下で、かつ歪み導入面側への鋼板反り量が3mm以上8mm以下の範囲であり、この場合には、W17/50≦0.70W/kg(板厚:0.23mm)まで鉄損値を低下させることができた。
本実験では、歪み導入面と非歪み導入面とで仕上焼鈍後の絶縁被膜の目付け量を制御する手法で絶縁被膜張力を制御したが、これを仕上焼鈍後のフォルステライト被膜張力を制御する手法を用いても同様の効果を得ることができる。フォルステライト被膜張力は、例えば仕上焼鈍前の焼鈍分離剤の塗布量を変化させることで制御することができる。
電子ビームの場合、10〜200kVの加速電圧、0.005〜10mAの電流、ビームの直径は0.005〜1mmを用いて、線状に施すのが効果的である。一方、連続レーザーの場合、パワー密度はレーザー光の走査速度に依存するが100〜10000 W/mm2の範囲が好ましい。また、パワー密度は一定とし、変調を行ってパワー密度を周期的に変化させる手法も有効である。励起源としては半導体レーザー励起のファイバーレーザー等が有効である。
Si:2.0〜8.0質量%
Siは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を改善するのに有効な元素であるが、含有量が2.0質量%以上でとくに鉄損低減効果が良好である。一方、8.0質量%以下の場合、とくに優れた加工性や磁束密度を得ることができる。従って、Si量は2.0〜8.0質量%の範囲とすることが好ましい。
C:0.08質量%以下
Cは、集合組織の改善のために添加をするが、0.08質量%を超えると製造工程中に磁気時効の起こらない50質量ppm以下までCを低減する負担が増大するため、0.08質量%以下とすることが好ましい。なお、下限に関しては、Cを含まない素材でも二次再結晶が可能であるので特に設ける必要はない。
Mnは、熱間加工性を良好にする上で必要な元素であるが、含有量が0.005質量%未満ではその添加効果に乏しい。一方、1.0質量%以下とすると製品板の磁束密度がとくに良好となる。このため、Mn量は0.005〜1.0質量%の範囲とすることが好ましい。
さらに、本発明は、Al、N、S、Seの含有量を制限した、インヒビターを使用しない方向性電磁鋼板にも適用することができる。
この場合には、Al、N、SおよびSe量はそれぞれ、Al:100質量ppm以下、N:50質量ppm以下、S:50質量ppm以下、Se:50質量ppm以下に抑制することが好ましい。
Ni:0.03〜1.50質量%、Sn:0.01〜1.50質量%、Sb:0.005〜1.50質量%、Cu:0.03〜3.0質量%、P:0.03〜0.50質量%、Mo:0.005〜0.10質量%およびCr:0.03〜1.50質量%のうちから選んだ少なくとも1種
Niは、熱延板組織をさらに改善して磁気特性を一層向上させるために有用な元素である。しかしながら、含有量が0.03質量%未満では磁気特性の向上効果が小さく、一方1.5質量%以下ではとくに二次再結晶の安定性が増し、磁気特性がさらに改善される。そのため、Ni量は0.03〜1.5質量%の範囲とするのが好ましい。
また、Sn、Sb、Cu、P、MoおよびCrはそれぞれ磁気特性の向上に有用な元素であるが、いずれも上記した各成分の下限に満たないと、磁気特性の向上効果が小さく、一方、上記した各成分の上限量以下の場合、二次再結晶粒の発達が最も良好となる。このため、それぞれ上記の範囲で含有させることが好ましい。
より好ましくはB8≧1.92Tである。
焼鈍分離剤は、フォルステライト被膜を形成するために、MgOが主成分であるものを用いるのが好適である。ここで、MgOが主成分であるとは、本発明の目的とするフォルステライト被膜の形成を阻害しない範囲で、MgO以外の公知の焼鈍分離剤成分や特性改善成分を含有してもよいことを意味する。
その後、例えばコロイダルシリカおよびAl、Mg、Ca、Zn等の燐酸塩の1種または2種以上を主成分とするコーティング処理液を塗布・焼付けて、張力付与型の絶縁被膜を形成すればよい。ここで、コロイダルシリカおよびAl、Mg、Ca、Zn等の燐酸塩の1種または2種以上を主成分とするとは、本発明の目的とする絶縁被膜の形成を阻害しない範囲で、上記以外の公知の絶縁コーティング成分や特性改善成分を含有してもよいことを意味する。
Si:3質量%を含有する最終板厚:0.23mmに圧延された冷延板を、脱炭・一次再結晶焼鈍した後、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶過程と純化過程を含む最終焼鈍を施し、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を得た。
ついで、50%のコロイダルシリカとリン酸マグネシウムからなるコーティング処理液を塗布し、850℃で焼付けて、張力付与型の絶縁被膜を形成した。この時、鋼板の片面のみ絶縁被膜の目付け量を変更することで鋼板表裏面での絶縁被膜による付与張力を変化させた。
ついで、圧延方向と直角方向に電子ビームを照射する磁区細分化処理を片面に施した。電子ビームは、加速電圧:100kV、照射間隔:10mm、ビーム電流:3mAの条件で、鋼板の片面に照射した。
Si:3.2質量%を含有する最終板厚:0.23mmに圧延された冷延板を、脱炭・一次再結晶焼鈍した後、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶過程と純化過程を含む最終焼鈍を施し、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を得た。
ついで、60%のコロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなるコーティング処理液を塗布し、800℃で焼付けて、張力付与型の絶縁被膜を形成した。この時、鋼板の片面のみ絶縁被膜の目付け量を変更することで鋼板表裏面での絶縁被膜による付与張力を変化させた。
ついで、圧延方向と直角方向に連続レーザーを照射する磁区細分化処理を片面に施した。レーザーは、ビーム径:0.3mm、出力:200W、走査速度:100m/s、圧延方向間隔:5mmの条件で、鋼板片面に連続照射した。
Si:3.6質量%を含有する最終板厚:0.27mmに圧延された冷延板を、脱炭・一次再結晶焼鈍した後、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶過程と純化過程を含む最終焼鈍を施し、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を得た。このとき、鋼板の片面のみ焼鈍分離剤の目付け量を変更することで鋼板表裏面でのフォルステライト被膜による付与張力を変化させた。
ついで、50%のコロイダルシリカとリン酸マグネシウムからなるコーティング処理液を塗布し、850℃で焼付けて、張力付与型の絶縁被膜を形成した。
ついで、圧延方向と直角方向に電子ビームを照射する磁区細分化処理を片面に施した。電子ビームは、加速電圧:80kV、照射間隔:8mm、ビーム電流:7mAの条件で、鋼板の片面に照射した。
Si:3.3質量%を含有する最終板厚:0.20mmに圧延された冷延板を、脱炭・一次再結晶焼鈍した後、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶過程と純化過程を含む最終焼鈍を施し、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を得た。このとき、鋼板の片面のみ焼鈍分離剤の目付け量を変更することで鋼板表裏面でのフォルステライト被膜による付与張力を変化させた。
ついで、50%のコロイダルシリカとリン酸マグネシウムからなるコーティング処理液を塗布し、850℃で焼付けて、張力付与型の絶縁被膜を形成した。
ついで、圧延方向と直角方向に連続レーザーを照射する磁区細分化処理を片面に施した。レーザーは、ビーム径:0.1mm、出力:150W、走査速度:100m/s、圧延方向間隔:5mmの条件で、鋼板片面に連続照射した。
Claims (6)
- 鋼板表面に張力付与型の絶縁被膜をそなえ、鋼板の片面に歪みを導入して磁区構造を変化させた方向性電磁鋼板であって、
歪み導入処理前における張力付与型絶縁被膜の鋼板面に対する付与張力が下記(1)式の関係を満足し、かつ歪み導入処理後における歪み導入面の鋼板反り量が1mm以上10mm以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
記
1.0≦(非歪み導入面の付与張力)/(歪み導入面の付与張力)≦2.0 --- (1)
ただし、鋼板反り量とは、圧延方向長さ280mmのサンプルについて、圧延直角方向を垂直に置き、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端と反対端の変位量を示す。 - 歪み導入処理前における張力付与型絶縁被膜の鋼板面に対する付与張力が下記(2)式の関係を満足し、かつ歪み導入処理後における歪み導入面の鋼板反り量が3mm以上8mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
記
1.2≦(非歪み導入面の付与張力)/(歪み導入面の付与張力)≦1.6 --- (2)
ただし、鋼板反り量とは、圧延方向長さ280mmのサンプルについて、圧延直角方向を垂直に置き、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端と反対端の変位量を示す。 - 鋼板表面に張力付与型の下地被膜をそなえ、鋼板の片面に歪みを導入して磁区構造を変化させた方向性電磁鋼板であって、
歪み導入処理前における張力付与型下地被膜の鋼板面に対する付与張力が下記(3)式の関係を満足し、かつ歪み導入処理後における歪み導入面の鋼板反り量が1mm以上10mm以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
記
1.0≦(非歪み導入面の付与張力)/(歪み導入面の付与張力)≦2.0 --- (3)
ただし、鋼板反り量とは、圧延方向長さ280mmのサンプルについて、圧延直角方向を垂直に置き、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端と反対端の変位量を示す。 - 歪み導入処理前における張力付与型下地被膜の鋼板面に対する付与張力が下記(4)式の関係を満足し、かつ歪み導入処理後における歪み導入面の鋼板反り量が3mm以上8mm以下であることを特徴とする請求項3に記載の方向性電磁鋼板。
記
1.2≦(非歪み導入面の付与張力)/(歪み導入面の付与張力)≦1.6 --- (4)
ただし、鋼板反り量とは、圧延方向長さ280mmのサンプルについて、圧延直角方向を垂直に置き、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端と反対端の変位量を示す。 - 歪み導入処理が、電子ビーム照射であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。
- 歪み導入処理が、連続レーザー照射であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。
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