JP3482862B2 - 残留磁束密度および鉄損が低い珪素鋼板 - Google Patents
残留磁束密度および鉄損が低い珪素鋼板Info
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Description
流が間題となるトランス、リアクトル、変成器(CT)
やモータなどの鉄心として用いられる残留磁束密度の低
い珪素鋼板に関する。
珪素鋼板は、磁束密度を高め、鉄損を低下させる方向で
研究が行われ、角形比の大きい材料が開発されてきた。
しかし、その結果、残留磁束密度が大きくなり、トラン
ス等の機器とした場合、偏磁によりさまざまな問題が発
生している。
である残留磁束密度を低下させるには板厚方向にSiの
濃度勾配を形成することが有効なことを見出し、特許出
願した(特開平9−184051号公報)。また、板厚
方向にSiの濃度勾配を形成すること自体は、特開昭6
2−227033号ないし特開昭62−227036号
公報、および特開平4−246157号公報に開示され
ている。
開示された材料は、残留磁束密度は低いが、他の磁気特
性は考慮していないため、実際に使用する場合に問題が
発生することがある。すなわち、低残留磁束密度材料を
使用することにより、偏磁が小さくなり機器の設計磁束
密度を高くしコアの小型化が可能となるが、設計磁束密
度を高くすると鉄損が増大しコアが過熱するため設計磁
束密度を小さくしなければならず、低残留磁束密度材を
使用する効果が失われる。
いし特開昭62−227036号公報、および特開平4
−246157号公報において、Si濃度勾配を形成す
る目的は浸珪法(CVD法)で製造する6.5%珪素鋼
板の生産効率の向上、鉄損の低減、そして加工性の向上
であり、低残留磁束密度特性については、全く考慮され
ていない。
鑑みてなされたものであって、残留磁束密度および鉄損
が低い実用的な珪素鋼板を提供することを目的とする。
アクトル、変成器(CT)やモータなどの鉄心に適用す
ることを考慮した場合、低残留磁束密度の材料を使用す
ることにより、偏磁が小さくなり機器の設計磁束密度を
高くすることができ、鉄心の小型化が可能となる。しか
し、設計磁束密度を高くすると鉄損が増大することによ
り鉄心が過熱する。したがって、設計磁束密度を高くす
るためには、低残留密度の他、低鉄損であることが必要
である。
1号公報に開示されているように、板厚方向にSiの濃
度勾配を形成すること、具体的にはSi濃度の最大と最
小の差を0.5wt.%以上、好ましくは0.7wt.
%以上とすることで達成することができる。一方、平均
Si濃度が7wt.%を超えると材料が脆くなるため、
平均Si濃度7wt.%以下が前提となる。
きる条件の範囲内で、鉄損を十分に小さくするために
は、極端な低残留磁束密度化を避ける必要がある。すな
わち、低残留磁束密度と鉄損とは相反する特性であり、
鉄損を低くするためには、残留磁束密度をある程度犠牲
にする必要がある。しかし、突入電流規制の厳しいトラ
ンスやモータ等の用途には極めて残留磁束密度が低いこ
とが要求され、残留磁束密度をあまり低下させずに鉄損
特性を満足させる方法では限界がある。
せずに鉄損を低下させる方法を検討した結果、通常の珪
素鋼板で使用されている絶縁皮膜のうち、残留応力の小
さい特定の皮膜が有効であることを見出した。
のであり、C≦0.02wt.%、0.05wt.%≦
Mn≦0.5wt.%、P≦0.01wt.%、S≦
0.02wt.%、0.001wt.%≦sol.Al
≦0.06wt.%、N≦0.01wt.%であり、S
iを平均7wt.%以下含有し、残部実質的にFeから
なり、板厚方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度の最
大と最小の差が0.5wt.%以上であり、表面に、ロ
ールコーターで塗布した後、引き続く焼き付け処理で形
成される無機系皮膜または半有機皮膜からなる絶縁皮膜
を有することを特徴とする、残留磁束密度および鉄損が
低い珪素鋼板を提供する。この場合に、Si濃度の最大
と最小の差が0.7wt.%以上であることが好まし
い。
wt.%≦Mn≦0.5wt.%、P≦0.01wt.
%、S≦0.02wt.%、0.001wt.%≦so
l.Al≦0.06wt.%、N≦0.01wt.%で
あり、Siを平均7wt.%以下含有し、残部実質的に
Feからなり、板厚方向にSiの濃度勾配を有し、Si
濃度の最大と最小の差が0.5〜5.5wt.%であ
り、表面に、ロールコーターで塗布した後、引き続く焼
き付け処理で形成される無機系皮膜または半有機皮膜か
らなる絶縁皮膜を有することを特徴とする、残留磁束密
度および鉄損が低い珪素鋼板を提供する。
明する。上述したように、低残留磁束密度の材料を使用
することにより、偏磁が小さくなり機器の設計磁束密度
を高くすることができ、鉄心の小型化が可能となるが、
設計磁束密度を高くすると鉄損が増大することにより鉄
心が過熱する。したがって、設計磁束密度を高くするた
めには、低残留密度の他、低鉄損であることが必要であ
る。
向にSiの濃度勾配を形成することで達成することがで
き、したがって本発明ではSi濃度の最高と最低の差を
0.5wt.%以上、好ましくは0.7wt.%以上と
する。また、平均Si濃度が7wt.%を超えると材料
が脆くなるため7wt.%を上限とする。なお、本発明
におけるSi分布は板厚にはよらない。
は、従来はある程度残留磁束密度を犠牲にする必要があ
ったが、本発明では、表面に、ロールコーターで塗布し
た後、引き続く焼き付け処理で形成される無機系皮膜ま
たは半有機皮膜からなる残留応力が小さい絶縁皮膜を形
成することにより、残留磁束密度を犠牲にすることなく
鉄損を十分に小さくする。
成されるTiN等の皮膜、あるいは方向性珪素鋼板で用
いられるフォルステライト絶縁膜からなる皮膜では鉄損
は低下するが低残留磁束密度特性が劣化してしまう。
化のメカニズムと関連していると推定される。すなわ
ち、板厚方向に濃度勾配を形成することにより、板厚方
向に磁歪が変化し、この歪みにより残留磁束密度が低下
すると推測される。したがって、PVD法等で形成され
る皮膜あるいはフォルステライトを含む皮膜では大きな
残留応力により残留歪みが発生し、磁歪による歪みと緩
衝して低残留磁束密度特性が劣化するものと推測され
る。
の残留応力が発生すると考えられるが、実験の結果では
残留磁束密度特性は劣化しなかった。これは上述のロー
ルコーター以外の方法で形成される皮膜の残留応力に比
べて小さいためと推定される。
残留磁束密度特性を低く維持したまま鉄損を十分に小さ
くすることが可能であるが、非常に低い鉄損が要求され
る場合には、極端な低残留磁束密化を避けることが必要
であり、そのためにはSi濃度差を0.5〜5.5w
t.%とし、かつ平均のSi含有量を7wt.%以下と
した上で、上述のような残留応力の小さい絶縁皮膜を形
成すればよい。
説明する。Cは多量に含有されると磁気時効を引き起こ
すため、その上限を0.02wt.%とする。その下限
は特に規定されないが、経済的に除去する観点からはそ
の下限を0.001wt.%とすることが好ましい。
ため、その上限を0.5wt.%とする。ただし、その
含有量が低く過ぎると、熱延工程で破断や表面キズを誘
発するため、その下限を0.05wt.%とする。
るが、多量に含有されると鋼板の加工性を劣化させるた
め、その上限を0.01wt.%とする。その下限は特
に規定されないが、経済的に除去する観点からはその下
限を0.001wt.%とすることが好ましい。
0.02wt.%とする必要がある。その下限は特に規
定されないが、経済的に除去する観点からはその下限を
0.001wt.%とすることが好ましい。
め、その上限を0.06wt.%とする。一方、脱酸剤
としての必要性からその下限を0.001wt.%とす
る。
磁気特性を劣化させるため、その上限を0.01wt.
%とする必要がある。その下限は特に規定されないが、
現在の製鋼技術を考慮すると事実上0.0001wt.
%が下限となる。
鋼板は種々の方法で製造することができ、その製造方法
は限定されない。例えば、化字気相蒸着(CVD、浸珪
処理)法、物理気相蒸着(PVD)法、クラッド技術、
めっき技術によって製造することが可能である。
る。まず、例えば3wt.%珪素鋼の冷間圧延コイルを
通常の鋼板製造プロセスで製造する。表面粗さは後工程
のCVD処理における粗さの変化を考慮して冷間圧延で
調整しておく。このコイルをCVD処理してSi濃度勾
配を有する鋼板とする。すなわち、非酸化性雰囲気中で
1100℃以上に加熱してSiCl4ガスと反応させ表
面に高Si濃度のSi層を形成する。引き続き拡散処理
を行い、Siを鋼板内部に必要量拡散させ、目的とする
平均Si量およびSi濃度勾配を有する珪素鋼板を製造
する。
に対するSi濃度の平均値を意味し、例えば製品厚さの
まま化学分析することにより得ることができる。また、
Si濃度の最大と最小は、全板厚をEPMA分析して得
られるSi濃度プロファイルから決定することができ
る。さらに、Si以外の元素の濃度は製品での濃度とす
る。さらにまた、残留磁束密度は、直流で1.2T励磁
後の値である。
点での組成。SiはCVD処理前の組成)の板厚0.3
mmの鋼板を通常の鉄鋼製造プロセスで製造した。これ
をCVD処理して表2に示す種々のSi平均濃度と濃度
分布を持つ鋼板を得た。表2には絶縁皮膜塗布前の残留
磁束密度を併記する。
焼き付け処理を含む)またはPVD(イオンプレーティ
ング)、その他で種々の絶縁皮膜を形成し磁気特性を評
価した。この際の膜厚は、いずれも0.8μm目標とし
た。その評価結果を表3に示す。
応力が少ないロールコーター+焼き付けで形成した皮膜
(CS−1,CS−2)を用いたものは低残留磁束密度
特性と低鉄損特性とを兼備していることが確認された。
残留磁束密度および鉄損が低い実用的な珪素鋼板を得る
ことができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 C≦0.02wt.%、0.05wt.
%≦Mn≦0.5wt.%、P≦0.01wt.%、S
≦0.02wt.%、0.001wt.%≦sol.A
l≦0.06wt.%、N≦0.01wt.%であり、
Siを平均7wt.%以下含有し、残部実質的にFeか
らなり、板厚方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度の
最大と最小の差が0.5wt.%以上であり、表面に、
ロールコーターで塗布した後、引き続く焼き付け処理で
形成される無機系皮膜または半有機皮膜からなる絶縁皮
膜を有することを特徴とする、残留磁束密度および鉄損
が低い珪素鋼板。 - 【請求項2】 Si濃度の最大と最小の差が0.7w
t.%以上であることを特徴とする請求項1に記載の残
留磁束密度および鉄損が低い珪素鋼板。 - 【請求項3】 C≦0.02wt.%、0.05wt.
%≦Mn≦0.5wt.%、P≦0.01wt.%、S
≦0.02wt.%、0.001wt.%≦sol.A
l≦0.06wt.%、N≦0.01wt.%であり、
Siを平均7wt.%以下含有し、残部実質的にFeか
らなり、板厚方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度の
最大と最小の差が0.5〜5.5wt.%であり、表面
に、ロールコーターで塗布した後、引き続く焼き付け処
理で形成される無機系皮膜または半有機皮膜からなる絶
縁皮膜を有することを特徴とする、残留磁束密度および
鉄損が低い珪素鋼板。
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---|---|---|---|
JP06190898A JP3482862B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 残留磁束密度および鉄損が低い珪素鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP06190898A JP3482862B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 残留磁束密度および鉄損が低い珪素鋼板 |
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JPH11241151A JPH11241151A (ja) | 1999-09-07 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP06190898A Expired - Fee Related JP3482862B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 残留磁束密度および鉄損が低い珪素鋼板 |
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- 1998-02-27 JP JP06190898A patent/JP3482862B2/ja not_active Expired - Fee Related
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