JP2012052230A - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼板の歪導入側のフォルステライト被膜の膜厚Waと歪非導入側のフォルステライト被膜の膜厚Wbの比(Wa/Wb)が0.5以上で、かつ歪導入側の鋼板面における磁区不連続部の平均幅が150〜300μm、歪非導入側の鋼板面における磁区不連続部の平均幅が250〜500μmとする。
【選択図】なし
Description
そのためには、鋼板中の二次再結晶粒を(110)[001]方位(いわゆる、ゴス方位)に高度に揃えることや製品鋼板中の不純物を低減することが重要である。さらに、結晶方位の制御や、不純物を低減することは、製造コストとの兼ね合い等で限界がある。そこで、鋼板の表面に対して物理的な手法で不均一性を導入し、磁区の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、磁区細分化処理による鉄損低減効果が最大限得られる条件を調査した結果、歪導入側の鋼板面における磁区不連続部の平均幅、および歪非導入側の鋼板面における磁区不連続部の平均幅をそれぞれ適正範囲に調整する必要があることが判明した。ここで歪導入側とは電子ビームを照射した側を指し、歪非導入側は電子ビームの照射を施さなかった側を指す。
本発明は、上記した知見に基づき開発されたものである。
1.表面にフォルステライト被膜をそなえ、電子ビームにより歪導入を施した、磁束密度B8が1.92T以上の方向性電磁鋼板であって、該鋼板の歪導入側のフォルステライト被膜の膜厚Waと歪非導入側のフォルステライト被膜の膜厚Wbの比(Wa/Wb)が0.5以上で、かつ歪導入側の鋼板面における磁区不連続部の平均幅が150〜300μm、歪非導入側の鋼板面における磁区不連続部の平均幅が250〜500μmである方向性電磁鋼板。
(1) 電子ビーム照射時の真空度を0.1〜5Paとする、
(2) 平坦化焼鈍時における鋼板への付与張力を5〜15MPaに制御する
方向性電磁鋼板の製造方法。
本発明において、歪み付与を施し、磁区細分化処理済みの方向性電磁鋼板を用いた実機トランスの騒音の増加を抑制するためのポイントは、以下の3つのポイントを全て満足することである。
第1のポイントは、歪を導入した部分のフォルステライト被膜の厚みの制御であり、フォルステライト被膜の厚みの制御が重要な理由は次のとおりである。
鋼板表面のフォルステライト被膜は、鋼板に張力を付与している。このフォルステライト被膜の厚みが変動すると、鋼板の張力分布が不均一になる。張力分布の不均一が生じると、騒音の原因となる鋼板の磁歪振動波形の歪みが発生し、結果的に高調波成分が重畳して騒音の増加を招くこととなる。従って、この騒音増加を抑制するには、熱歪み導入時に発生するフォルステライト被膜の厚みの減少を抑えることが重要である。すなわち、歪導入側のフォルステライト被膜の膜厚Waと歪非導入側のフォルステライト被膜の膜厚Wbの比(Wa/Wb)を0.5以上とする必要がある。好ましくは、0.7以上である。
なお、通常、歪導入前の鋼板両面のフォルステライト被膜の厚みは同程度となる。従ってWa/Wbの最大値は約1である。
まず大事なことは、良好なフォルステライト被膜を形成することである。ここに、良好なフォルステライト被膜とは、被膜中に、割れなどに起因した空隙が少なくて、緻密度の高いフォルステライト被膜のことをいう。また、フォルステライト被膜に割れなどのダメージを与える因子で最も影響が大きいのは、平坦化焼鈍中の鋼板に付与される張力であり、この張力が強いとフォルステライト被膜がダメージを受けて、割れなどが生じてしまう。従って、鋼板温度が高く、張力感受性が高くなる焼鈍炉内では、張力を15MPa(1.5kgf/mm2)以下に制御する必要がある。
第2のポイントは、歪導入側の鋼板面および歪非導入側の鋼板面における磁区不連続部の制御である。
前記のフォルステライト被膜の厚みの制御により、騒音増加はある程度抑制できるが、実機トランスはさらに低騒音かつ低鉄損であることが要求される。
すなわち、トランス鉄損を低くするためには、素材の鉄損低減も大切である。すなわち、素材における磁区細分化効果を十分得るためには、
(i)歪導入側の鋼板面および歪非導入側の鋼板面にも磁区不連続部が生じるまで歪みを導入すること、
(ii)歪み導入は、履歴損の劣化を招くので、磁区不連続部の幅はできる限り狭くすること
が重要である。
なお、前記した第1のポイントである平坦化焼鈍時の最大張力および電子ビーム照射時の真空度を満足していない場合には、フォルステライト被膜の厚みを減少させずに、上記の熱影響幅を満足させるのは極めて困難である。
第3のポイントは、素材結晶粒の磁化容易軸への集積度が高いことである。
変圧器騒音すなわち磁歪振動については、素材結晶粒の磁化容易軸への集積度が高いほど振動振幅が小さくなる。そのため、騒音抑制には、磁化容易軸への集積度の指標ともなる磁束密度B8が1.92T以上であることが必要である。ここに、磁束密度B8が1.92T未満の場合は、磁化過程における励磁磁界と平行になるための磁区の回転運動が大きな磁歪を発生させるので、変圧器の騒音を増大させることとなる。また、集積度が高い方が磁区細分化効果も高くなるので、鉄損低減の観点からも磁束密度B8は1.92T以上である必要がある。
本発明において、方向性電磁鋼板用スラブの成分組成は、二次再結晶が生じる成分組成であればよい。
また、インヒビターを利用する場合、例えばAlN系インヒビターを利用する場合であればAlおよびNを、またMnS・MnSe系インヒビターを利用する場合であればMnとSeおよび/またはSを適量含有させればよい。勿論、両インヒビターを併用してもよい。この場合におけるAl、N、SおよびSeの好適含有量はそれぞれ、Al:0.01〜0.065質量%、N:0.005〜0.012質量%、S:0.005〜0.03質量%、Se:0.005〜0.03質量%である。
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。
C:0.08質量%以下
Cは、熱延板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を低減することが困難になるため、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。
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%に満たないと十分な鉄損低減効果が達成できず、一方、8.0質量%を超えると加工性が著しく低下し、また磁束密度も低下するため、Si量は2.0〜8.0質量%の範囲とすることが好ましい。
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く、一方1.0質量%を超えると製品板の磁束密度が低下するため、Mn量は0.005〜1.0質量%の範囲と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、熱延板組織を改善して磁気特性を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1.50質量%を超えると二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する。そのため、Ni量は0.03〜1.50質量%の範囲とするのが好ましい。
なお、上記成分以外の残部は、製造工程において混入する不可避不純物およびFeである。
その後、圧延方向と直角方向に照射幅:0.15mm、照射間隔:5.0mmにて電子ビームを照射する磁区細分化処理を片面に施し、製品として磁気特性を評価した。一次再結晶焼鈍温度を変更して磁束密度B8値で1.90〜1.95Tの材料を得た。また電子ビーム照射についても、ビーム電流値およびビーム走査速度を変更して種々の条件で照射を行った。次いで、各製品を斜角せん断し、500kVAの三相トランスを組み立て、50Hz、1.7Tで励磁した状態での鉄損および騒音を測定した。本トランスにおける鉄損および騒音の設計値は55dB,0.83W/kgである。
上記した鉄損および騒音の測定結果を表1に示す。
これに対し、磁束密度が本発明の範囲を外れたNo.11および12の比較例は、低騒音性および低鉄損性が共に得られていない。また、(Wa/Wb)が0.5に満たないNo.1〜3および10の比較例はいずれも低騒音性が得られていない。さらに、歪導入側または歪非導入側の鋼板面における磁区不連続部の平均幅が本発明の範囲を外れたNo.6,8,9の比較例はいずれも鉄損性に劣っている。
Claims (3)
- 表面にフォルステライト被膜をそなえ、電子ビームにより歪導入を施した、磁束密度B8が1.92T以上の方向性電磁鋼板であって、該鋼板の歪導入側のフォルステライト被膜の膜厚Waと歪非導入側のフォルステライト被膜の膜厚Wbの比(Wa/Wb)が0.5以上で、かつ歪導入側の鋼板面における磁区不連続部の平均幅が150〜300μm、歪非導入側の鋼板面における磁区不連続部の平均幅が250〜500μmであることを特徴とする方向性電磁鋼板。
- 方向性電磁鋼板用スラブを圧延して最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍を施し、ついで鋼板表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を行った後、張力コーティングを施し、該仕上げ焼鈍後または該張力コーティング後に、電子ビーム照射による磁区細分化処理を行う方向性電磁鋼板の製造方法において、
(1) 電子ビーム照射時の真空度を0.1〜5Paとする、
(2) 平坦化焼鈍時における鋼板への付与張力を5〜15MPaに制御する
ことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。 - 方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、ついで必要に応じて熱延板焼鈍を施したのち、1回の冷間圧延または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げることを特徴とする請求項2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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