JP2752872B2

JP2752872B2 - 鉄損の優れた無方向性電磁鋼板

Info

Publication number: JP2752872B2
Application number: JP4337271A
Authority: JP
Inventors: 吉成室; 隆史小原; 高島　　稔
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1998-05-18
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JPH06188114A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、商用周波数はいうま
でもなく、高周波数領域における鉄損特性の優れた無方
向性電磁鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】無方向性電磁鋼板は、鉄損レベルに応じ
て、JIS 2552に等級毎に規定されている。相対的に鉄損
の大きい低Si系の低級品は、低コストであることから家
電製品等の小型機器に多く用いられている。一方、鉄損
の低い高Si系は、低鉄損化の効果が大きい発電機等の大
型機器に用いられている。ところで近年、電気機器にお
いては、小型、大型を問わず、省エネルギーの要求が高
まり、無方向性電磁鋼板の特性、特に鉄損特性の向上が
望まれている。

【０００３】従来、無方向性電磁鋼板の鉄損を低減する
技術としては、(1) SiあるいはAl含有量を高める、(2)
鋼中の不純物（Ｃ，Ｓ，Ｏ等）を低減又は無害化する、
(3) 仕上げ焼鈍後の結晶粒径を最適化する、(4) 冷延圧
下率を調節する、(5) 表面酸化を抑制する、(6) 製品板
の表面粗度を小さくする、等の方法が採用されてきた。
こうした低鉄損化の努力により、無方向性電磁鋼板の特
性は年々向上してきたが、最近では、より一層の鉄損特
性の改善が望まれている。

【０００４】しかしながら、上記(1) の方法では、低鉄
損化は比較的容易ではあるものの、その反面で磁束密度
が低下するという欠点があることから、単にグレード変
更という結果にしかならない。また上記(2) の方法は、
非常に重要な方法ではあるが、現状における工程生産の
観点からは、もはや技術的に到達し得る最高レベルまで
達しており、製鋼技術の進歩なしにはこの方法による鉄
損向上の余地はあまりないといえる。さらに上記(3),
(4), (5) についても、これまでの努力により、(3),
(4)については最適化が図られ、また(5) の焼鈍雰囲気
低露点化については十分なレベルまで達している。従っ
て、これらの製造工程の改良による低鉄損化はあまり期
待できない。一方、上記(6) の方法については、これま
でRaを指標として対策が講じられ、現状の圧延機でブラ
イトロールを用いて圧延した場合には、Raは概略 0.2〜
0.4μm の範囲に入る。

【０００５】磁気特性に及ぼす表面粗度の影響について
は、従来から良く研究されていて、たとえば特公昭58-1
0445号公報及び特公昭58-10446号公報では、中心線平均
粗さRa＜0.4 μm とすれば、優れた鉄損が得られるとさ
れている。この理由は、たとえばセミプロセスのダル材
（Ra≒１μm ）でよく見られるように、表面の粗度が大
きくなる圧延を行った場合には、表面近傍が内部に比べ
てより複雑な変形を受け、その結果表面細粒が生成す
る、ようなことがないためと考えられ、従って、Raを小
さくするにつれて表面細粒は減少し、鉄損特性は向上す
る。

【０００６】ところで、上掲した特公昭58-10445号公報
及び特公昭58-10446号公報では、Raを 0.4μm よりさら
に低減すると一層低鉄損となる旨が述べられているが、
発明者らの知見によれば、Raが 0.4μm 程度までは鉄損
は安定して低減するものの、0.4 μm 以下の範囲では必
ずしも鉄損が低下するわけではなく、ほぼ横ばいの状態
となることが判明した。このように、表面粗度に関して
も、一層の低鉄損化の決め手とはなっていないのが現状
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで発明者らは、無
方向性電磁鋼板の一層の低鉄損化を図るべく、表面粗度
と磁気特性との関係について鋭意研究を重ねたところ、
Raの小さい領域（表面細粒が発生しない領域）において
鉄損の一層の低減を図るためには、表面凹凸の平均間隔
Ｓm を制御する必要があることの知見を得た。この発明
は、上記の知見に立脚するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、Si
＋Al：４wt％（以下単に％で示す）以下を含有する組成
になる無方向性電磁鋼板であって、該鋼板表面における
凹凸の平均間隔Ｓm が、次式

【数２】を満足することからなる鉄損の優れた無方向性電磁鋼板
である。

【０００９】以下、この発明を由来するに至った実験結
果について説明する。Ｃ：0.004 ％、Si：3.18％、Mn：
0.22％、Ｐ：0.019 ％、Ｓ：0.0015％、Al：0.61％、
Ｎ：0.0018％及びＯ：0.0015％を含み、残部Fe及び不可
避的不純物の組成になる鋼スラブを、通常の熱延工程に
より２mm厚の熱延板とし、この熱延板を1000℃，30ｓの
条件で焼鈍したのち、脱スケール後、冷間圧延によって
0.5mm 厚の冷延板とした。この冷延板をそのまま、ある
いは（90％H₂O₂＋10％HF）液による化学研磨又は（りん
酸＋飽和クロム酸）液による電解研磨又は＃320 〜＃15
00エメリー紙による機械研磨を施したのち、1000℃，30
ｓの条件で焼鈍した。かくして得られた焼鈍板の鉄損値
について調べた結果を、Ra又はＳm との関係でそれぞれ
図１及び図２に示す。

【００１０】ここで、表面凹凸の平均間隔Ｓm とは、測
定長さ間にある山の間隔をそれぞれＳm _iとしたとき、
次式

【数３】で示される値であり、また山数とは、断面曲線の平均線
に平行で±0.05μm 離れたレベルに引いた２本のピーク
カウントレベルと曲線が交差する２点間において、上側
のピークカウントレベルと曲線が交差する点が１回以上
存在するとき、１山としてこの山数を測定長さ間におい
て求めた数である（図３参照）。

【００１１】図１、図２から明らかなように、一般に表
面粗度の評価に用いられているRaと鉄損との間には、か
かる 0.5μm 以下程度の領域では、特に相関と認められ
なかったのに対し、Ｓm とは強い相関が認められ、特に
Ｓm を100 μm 以上とすることによって鉄損が著しく低
減することが判明した。

【００１２】Raを数μm から 0.4〜0.5 μm 程度まで下
げるにつれて鉄損が向上したのは、表面細粒が減少する
ためと考えられるが、Raが 0.4〜0.5 μm より小さい領
域では、もはや表面細粒は減少せず、鉄損はRaとは直接
関係がなくなる。そして図２に示したようにＳm と強い
相関を呈するようになる。このことは、Ｓm に関連する
別の要因が鉄損に影響を及ぼしていることを意味してい
る。この要因については、まだ不明ではあるが、Ｓm の
意味するところは山間の平均間隔であるから、Ｓm が大
きいとき鉄損が低減するのは、山の間隔が広がる、すな
わち小さなでこぼこが減少することにより、表面におけ
る磁壁移動の抵抗が小さくなることによるものと推定さ
れる。

【００１３】従来から、鉄損低減のため表面粗度Raを下
げる努力がなされてきており、通常製品のRaは、ダル材
を除いて概略、 0.2〜0.5 μm の範囲に管理されてい
る。しかしながら、それ以上Raを下げても有意な鉄損低
減につながらないため、鉄損低減のための表面粗度の改
善は、これ以上なされていないのが実状であった。なお
従来の表面粗度調整によるＳm は、だいたい20〜50μm
程度であった。これに対して、発明者らは、Raとは別の
表面粗度パラメータＳm に想到し、このＳm によって表
面粗度を管理することによって、鉄損特性の一層の向上
を図り得ることを新たに見い出し、この発明を完成した
ものである。

【００１４】

【作用】この発明において、素材の成分組成を前記の範
囲に限定した理由は、次のとおりである。 Si＋Al：４％以下 Si, Alはいずれも、鉄損改善に有効な元素であるが、合
計量が４％を超えると冷間圧延が困難となるので、合計
量で４％以下の範囲に限定した。なお下限について特に
限定していないのは、この発明が成分と本質的に関係が
ないためであり、上限付きでSi＋Alを規定したのは、電
磁鋼板の用途に限定するためである。

【００１５】またこの発明において、Ｓm を 100μm 以
上に限定したのは、前掲図２から明らかなように、Ｓm
が通常の20〜50μm の場合に比べ、 100μm 以上とする
ことによって、明確な鉄損の低減が認められるからであ
る。

【００１６】次に、この発明に従う無方向性電磁鋼板の
製造工程について具体的に説明する。転炉−脱ガス装置
等によって、所定の成分組成の溶鋼を溶製したのち、連
続鋳造又は造塊−分塊圧延によってスラブとし、ついで
加熱後、熱間圧延を経て熱延板とする。この熱延板は必
要に応じ熱延板焼鈍を施してもよい。その後、脱スケー
ルを施してから、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷
間圧延を施したのち、仕上げ焼鈍に供する。なお、セミ
プロセス材の場合には引き続いて軽圧下が加えられ製品
となる。

【００１７】ここに、製品板表面のＳm を現状の20〜50
μm より大きくする手段としては、仕上げ焼鈍前の圧延
を、小径ロール（たとえば 100mmφ以下のもの）を用い
た低速圧延（たとえば 100ｍ／min 以下）とする方法が
とりわけ有利である。その他の方法としては、仕上げ焼
鈍前の冷延板又は仕上げ焼鈍板に化学研磨又は電解研磨
を施す方法、仕上げ焼鈍前の冷延板に弾性砥石や不織布
ロール等による機械研磨を施す方法、仕上げ焼鈍前の圧
延又はセミプロセス材の軽圧延を超ブライトロール（た
とえばロール表面のＳm ≧ 100μm ）を用いたオイルレ
スで行う方法等が挙げられる。要は、製品板地鉄表面の
Ｓm を 100μm 以上に制御することが重要である。

【００１８】

【実施例】実施例１Ｃ：0.003 ％、Si：1.81％、Mn：0.19％、Ｐ：0.021
％、Ｓ：0.0022％、Al：0.34％、Ｎ：0.0017％及びＯ：
0.0017％を含み、残部は実質的にFeの組成になる鋼スラ
ブを、通常の熱間圧延で２mm厚の熱延板とし、 980℃,
30ｓの熱延板焼鈍を施したのち、脱スケール後、冷間圧
延によって0.35mm厚の冷延板とし、ついで（90％H₂O₂＋
10％HF）液を用いて化学研磨としたものと冷延板をその
まま、（30％H₂＋70％N₂） dry雰囲気にて 900℃, 20ｓ
の焼鈍を施した。また、冷延板をそのまま焼鈍した後、
上記と同様な化学研磨を施したものも作成した。得られ
た各鋼板のＳm, Ra 及び鉄損について調べた結果を、表
１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１から明らかなように、Raを単に低減し
ただけでは鉄損の低減は不十分で、Ｓm を 100μm 以上
にすることによって初めて十分満足いく鉄損の低減が達
成されている。

【００２１】実施例２Ｃ：0.003 ％、Si：0.12％、Mn：0.26％、Ｐ：0.075
％、Ｓ：0.0038％、Al：0.001 ％、Ｎ：0.0022％及び
Ｏ：0.0135％を含み、残部は実質的にFeの組成になる鋼
スラブを、通常の熱間圧延で2.5 mm厚の熱延板としたの
ち、脱スケールし、ついで冷間圧延によって0.40mm厚の
冷延板としたのち、 750℃, 15ｓの条件で焼鈍を施し
た。その後、通常の冷間圧延条件（ロール径 500mmφ、
速度 600 mpm）で0.20mm厚としたものと65mmφの小径ロ
ールを用い、30 mpmの低速で0.20mm厚に圧延したものと
を、 800℃, 10ｓの条件で焼鈍した。得られた各鋼板の
Ｓm, Ra 及び鉄損について調べた結果を、表２に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】同表から明らかなように、Ｓm を100 μm
以上にすれば、商用周波数の場合は勿論のこと、高周波
においても顕著な鉄損改善効果が認められる。この理由
は、高周波領域では磁束がより多く流れる表面の状態が
鉄損に大きく影響するためと思われる。

【００２４】

【発明の効果】かくしてこの発明に従い、これまで表面
粗度の指標として用いられてきたRaに替えて、Ｓm を採
用し、このＳm を 100μm 以上に制御することによっ
て、同一素材で従来よりも一層鉄損の優れた無方向性電
磁鋼板を得ることができる。またこの発明によれば、鋼
板表面が改善されるので、磁束の流れがより表面に集ま
る高周波領域で一層の低鉄損化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓm と鉄損との関係を示すグラフである。

【図２】Raと鉄損との関係を示すグラフである。

【図３】Ｓm の概念を説明した図である。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01F 1/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】 Si＋Al：４wt％以下を含有する組成にな
る無方向性電磁鋼板であって、該鋼板表面における凹凸
の平均間隔Ｓm が、次式【数１】を満足することを特徴とする鉄損の優れた無方向性電磁
鋼板。