JP2634801B2

JP2634801B2 - 鉄損特性に優れた高磁束密度方向性珪素鉄板

Info

Publication number: JP2634801B2
Application number: JP61170164A
Authority: JP
Inventors: 芳一高田; 淳一稲垣; 靖田中
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1997-07-30
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JPS6326330A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は鉄損特性に優れ、しかも高い磁束密度を有す
る方向性珪素鉄板に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

大型トランスの磁芯等に使われる軟磁性材には高い磁
束密度、低い鉄損が要求され、このような軟磁性材とし
て珪素鉄板が用いられている。従来、所謂方向性珪素鉄
板を製造する場合、方向性付与の観点からSi量の最適値
を3.2wt％に設定し、所謂ゴス法を発展させた極めて精
巧な処理方法により、集積度の高い｛110｝＜001＞集合
組織を形成し、高磁束密度、低鉄損を実現した技術が確
立されている。

しかしながら近年、エネルギ損失をより一層低下させ
る等の要請から、磁気特性、特に鉄損がさらに低い材料
が要求されている。鉄損は板厚を小さくして渦電流を抑
えることにより低下させることができ、このため0.3mm
厚以下の方向性珪素鉄板の製造が試みられたが、板厚を
小さくすると｛110｝＜001＞集合組織を形成する上で必
要不可欠な２次再結晶現象が不安定となり、この方法に
も限度がある。このようなことから、｛110｝＜001＞方
位を持つ単結晶に近い鋼板を作る試みもなされている
が、製造コストが高く、また磁区幅が拡がるため思うよ
うに鉄損が下がらないなど、実用化する上で未解決の多
くの問題がある。

本発明はこのような従来の問題に鑑み、優れた磁気特
性、特に低鉄損でしかも高い磁束密度を有する方向性珪
素鉄板を提供せんとするものである。

〔問題を解決するための手段〕

本発明者等は、方向性珪素鉄板に関し、鉄損を低下さ
せるためSi含有量を増大させることを検討した。従来、
Si含有量が増すと鉄損が下がることはよく知られている
が、方向性珪素鉄板に関しては、方向性付与の観点から
Si量に最適値（約3.2wt％）があると考えられ、また、
方向性珪素鉄板を高Si化すると同鉄板の重要な特性であ
る磁束密度が低下し、この結果、鉄損特性も損われると
考えられていた。このため従来では、方向性珪素鉄板を
高Si化することは全く考えられていなかったと言ってよ
い。またこの背景には、難加工材である高Si鋼の薄板製
造技術としては、従来、所謂超急冷凝固法が知られてい
るだけであり、この製造法により得られる高珪素鉄板は
集積度のコントロールが難しく、優れた鉄損特性を得る
ことが難しかったことがある。

これに対し、本出願人は先にSi含有量が4wt％以上の
高珪素鉄板を圧延法により製造する技術および所謂浸珪
処理法により技術を開発し、前者の方法については特願
昭60−5951号（特公平３−650001号）等として、また、
後者の方法については特願昭61−71485号（特公平５−4
9745号）等として提案した。

このような技術的背景の下で本発明は、従来の３％Si
方向珪素鉄板は磁気特性が結晶配向性に対して極めて敏
感であるため、Goss方位集積度の低下につれて鉄損が著
しく劣化するのに対し、圧延法若しくは所謂浸珪処理に
より製造されるSi:4wt％以上の方向性珪素鉄板では、＜
100＞軸の集積度が低下したとしても、これが30゜以内
であれば良好な鉄損特性が得られ、しかも、従来の認識
に全く反し、高い磁束密度が得られるという事実を見出
し、なされたものである。

すなわち、本発明の方向性高珪素鉄板は、圧延により
若しくは圧延後の薄板を浸珪処理することにより製造さ
れる方向性珪素鉄板であって、Siを4.0〜7.0wt％含有
し、総ての結晶粒の圧延方向に平行な結晶軸と、その結
晶の＜100＞軸とのなす角度が30゜以下である｛110｝＜
001＞重合組織を有する鉄損得性に優れた高磁束密度方
向珪素鉄板である。

本発明者等は、方向性珪素鉄板のSi含有量を増大させ
ることを検討し、以下のような知見を得た。

圧延法または浸珪処理法により製造された方向性珪素
鉄板について、Si含有量を3.5wt％以上とした場合の鉄
損の変化を第１図に示す。｛110｝＜001＞集合組織を示
す鉄板において、総ての結晶粒の圧延方向に平行な結晶
軸と、その結晶粒の＜100＞軸とのなす最大角度を集積
度と定義した場合、上記第１図のサンプルは総て集積度
10゜のものを用いた。同図から明らかなように、Si量が
増すと鉄損は減少し、特にSi:4wt％から6.5wt％の間で
減少率が大きい。これに対し、7wt％を超えると飽和磁
化が低下することの影響を受けて鉄損は急激に増大す
る。

一方、方向性珪素鉄板の場合、｛110｝＜001＞方位の
集積度と特性との関係を無視できない。第２図は、それ
ぞれ圧延法または浸珪処理法により製造された5.1％Si
および3.2％Siの方向性珪素鉄板について、集積度と鉄
損比との関係を（鉄損比は集積度５゜の3.2％Si鋼のＷ
_17/50を基準とした）を調べたものである。これによれ
ば、従来の３％Si方向性珪素鉄板は、磁気特性が結晶配
向性に対して極めて敏感であるため、＜100＞軸の集積
度の低下につれて鉄損が著しく劣化するのに対し、Si:
4.0wt％以上の方向性珪素鉄板では、＜100＞軸の集積度
が低下したとしても、これが30゜以内であれば良好な鉄
損特性が得られることが判る。すなわち、Si量が4.0wt
％以上になると磁歪定数λ₁₀₀が低下するため、90度磁
区の移動による特性劣化が小さくなり、集積度がある程
度低下して90度磁区が増大しても、鉄損、磁歪は３％Si
鋼に見られるような著しい劣化を示さない。また、鉄損
特性自体も、圧延法若しくは浸珪処理法により製造され
たSi:4.0wt％以上の方向性珪素鉄板は、従来の３％Si方
向性珪素鉄板に較べ優れた鉄損特性が得られている。し
かしながら、＜100＞軸の集積度が30゜を超えるような
範囲では磁化の回転による損失が大きくなり、鉄損特性
が劣化する。

また、Si:4.0〜7.0wt％を含有し、＜100＞軸の集積度
が30゜以下の方向性珪素鉄板は、従来考えられていたよ
うな磁束密度の大きな低下はなく、後述する実施例に示
されるように、従来の3.2％方向性珪素鉄板と遜色のな
い高い磁束密度が得られることが判った。

以上の理由から本発明では、圧延法若しくは浸珪処理
法により製造された方向性珪素鉄板において、Si:4.0〜
7.0wt％、且つ＜100＞軸の集積度を30゜以下と限定し
た。

このような集積度は、例えば次のような製造工程によ
り得られる。すなわち、いわゆるインヒビターと呼ばれ
る微細な析出物（MnS,AlN,MnSe,BN等）を含有する熱延
板を冷間圧延し、脱炭焼鈍して再結晶組織を作る。これ
を次に高温焼鈍して二次再結晶させる。この時、インヒ
ビターを利用して磁気特性上好ましい｛110｝＜001＞方
位を持つ結晶粒を優先的に二次再結晶、成長させる。こ
のようにして｛110｝＜001＞集合度の高い鉄板を製造す
ることができる。

〔実施例〕

・実施例−１第１表中ＡおよびＣの組成の珪素鉄合金を溶製後、連
続鋳造によりスラブとした。このスラブを300℃以下に
なる前に加熱炉に装入して1250℃以上に加熱した後、粗
圧延および仕上圧延により3.0mmの熱延板とし、熱延後1
150℃に加熱、冷却した。このコイルを酸洗後、圧下率7
5％で圧延し、次いで925℃で３分間焼鈍した。その後、
圧下率60％で圧延し、3.0mm厚のコイルとした。これを8
00℃の湿水素中で脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布して、
1200℃、40時間の仕上焼鈍を行った。その後、鉄板にシ
リカ微粒子を主成分とする絶縁皮膜を塗布し、80℃×１
分の焼付けを行った。第２表は得られた方向性珪素鉄板
の集積度と磁気特性を示すものであり、本発明材（試料
Ａ）は比較材（試料Ｃ）に較べて優れた鉄損値を示し、
しかも、比較材と遜色のない高磁束密度を有しているこ
とが判る。

・実施例−２第１表中ＢおよびＣの組成の珪素鉄合金を溶製し、こ
れを鋳造してインゴットとした。このインゴットを、30
0℃以下となる前に加熱炉に装入して1250℃以上に加熱
した後、粗、仕上圧延し、3.0mm厚の熱延板コイルを得
た。この熱延板を1150℃×３分間焼鈍した後急冷し、し
かる後酸洗した。これを圧下率90％で圧延した後、900
℃、温水素中で脱炭焼鈍した。焼鈍後、鉄板にMgOを主
成分とする焼鈍分離剤を塗布し、1200℃×40時間の仕上
焼鈍を行った。さらに、得られたコイルに絶縁皮膜を塗
布し焼付けを行った。第３表は得られた方向性珪素鉄板
の集積度と磁気特性を示すものであり、集積度10゜の5.
4％Si方向性珪素鉄板である本発明材（試料Ｂ）は、集
積度３゜の従来の3.2％Si方向性珪素鉄板である比較材
（試料Ｃ）に較べて優れた鉄損値を示し、しかも磁束密
度の低下も極くわずかであることが判る。

・実施例−３第１表中Ｃの組成の合金を以下の工程で処理して２種
類の方向性珪素鉄板を得た。

工程（１）：実施例−１と同じ。但し、仕上焼鈍後、絶縁皮膜の塗
布、焼付けは行わず、焼鈍分離剤の除去を行った。

工程（２）：実施例−２と同じ。但し、絶縁皮膜の塗布、焼付けは
行わず、焼鈍分離剤の除去を行った。

このようにして得られた鉄板をSiCl₄を含む非酸化性
雰囲気中で加熱し、浸珪（化学気相蒸着処理）した。そ
の後、珪素の板厚方向の濃度不均一を無くすための拡散
均一化焼鈍を行い、4.5％珪素鉄板とした。得られたコ
イルに絶縁皮膜を塗布し、焼付けを行った。第４表は、
得られた4.5％Si方向性珪素鉄板の集積度と磁気特性を
示したものであり、化学気相蒸着処理により珪素量を4.
5％とした本発明材は、実施例−１、２の比較材に較べ
て優れた鉄損値を示し、しかも、比較材とほぼ同等の高
磁束密度が得られていることが判る。

〔発明の効果〕以上述べたように本発明の方向性珪素鉄板は、＜100
＞軸の集積度が30゜以内という広い範囲において鉄損が
劣化せず、且つ従来の３％Si方向性珪素鉄板よりも優れ
た鉄損特性を示し、しかも、高い磁束密度を有するとい
う優れた磁気特性を備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は方向性珪素鉄板におけるSi含有量と鉄損特性と
の関係を示すものである。第２図は珪素鉄板における集
積度と鉄損比との関係を示すものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｆ 1/16 Ｈ０１Ｆ 1/16 Ｂ (72)発明者田中靖東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開昭58−45349（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧延により若しくは圧延後の薄板を浸珪素
処理することにより製造される方向性珪素鉄板であっ
て、Siを4.0〜7.0wt％含有し、総ての結晶粒の圧延方向
に平行な結晶軸と、その結晶の＜100＞軸とのなす角度
が30゜以下である｛110｝＜001＞集合組織を有してなる
鉄損特性に優れた高磁束密度方向珪素鉄板。