JP4062855B2

JP4062855B2 - 高珪素電磁鋼板

Info

Publication number: JP4062855B2
Application number: JP2000106946A
Authority: JP
Inventors: 芳一高田; 耕一郎藤田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: JP2001295000A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トランス、リアクトル、モータなどのコアに好適な高珪素電磁鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気機器のコアとして使用される電磁鋼板にはＳｉ：４mass ％未満の珪素鋼板が使用されてきた。しかし、このような従来の電磁鋼板は、近年のように電気機器の作動周波数が高周波化すると鉄損が著しく増大するという問題がある。この問題に対応すべく開発されたのが、Ｓｉを４mass ％以上含有する高珪素電磁鋼板であり、この高珪素電磁鋼板の製造方法としては、例えば特公平７−１３２６２号等に開示された圧延法、特公平５−４９７４５号等に開示された浸珪法が知られている。
【０００３】
これらの製造法のうち、圧延法とは鋳造された高珪素鋼スラブ（又は鋳造後に分塊圧延した高珪素鋼スラブ）を熱間圧延、温間又は冷間圧延、酸化膜除去、焼鈍、絶縁皮膜塗布などの工程を経て薄板とする製造法であり、また、浸珪法とはＳｉ量が比較的少ない鋼板（通常、Ｓｉ：４mass ％未満）を四塩化珪素などの反応ガスと接触・反応させて鋼板表層にＳｉを浸透させ、次いでこの表層Ｓｉを板厚方向に拡散させることにより高珪素鋼板を製造する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らが上記のような高珪素電磁鋼板を製造し、これをトランス、リアクトルなどのコアに組み立てる試験を実施したところ、特に圧延法で製造された高珪素電磁鋼板に以下のような特有の問題が生じることが判明した。すなわち、トランス、リアクトルのコア組み立ては切断された鋼板を積層する工程を含むが、積層は単に鋼板を積み重ねるのではなく、鋼板間に別の鋼板を差し込むことが必要となる。そして、圧延法で製造された高珪素電磁鋼板を使用した場合、この差込工程において高珪素鋼板に割れ（破断）が多発することが判明した。
【０００５】
このように高珪素鋼板に割れが生じた場合には、トランス等の信頼性を確保するために微小な破片も含めて完全に取り除く必要がある。このため鋼板から破片を除去した後、積層組立を始めからやり直すことになり、組立て作業性が非常に煩雑なものとなる。このため圧延法で製造される高珪素電磁鋼板については、差込工程の際に破断を生じない、組立作業性の優れた鋼板の開発が強く要望されている。
したがって本発明の目的は、圧延法で製造される高珪素電磁鋼板であって、差込工程の際に破断を生じない、組立作業性の優れた高珪素電磁鋼板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、圧延法により製造される高珪素電磁鋼板を用いてコアを組み立てる際に生じる鋼板の破断の発生原因を解明すべく実験と検討を重ねた結果、破断が高珪素鋼板のすべり性が悪いことに起因していること、そして、このすべり性を向上させるためには鋼板表面粗さ（絶縁皮膜面の表面粗さ）と絶縁皮膜厚を特定の範囲に規制することが有効であることを見出した。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は、圧延法で製造され、化学成分が、Ｃ：５〜３００ mass ppm 、Ｓｉ：４〜７ mass ％、Ｍｎ：０．０１〜１ mass ％、Ｐ：０．０１ mass ％以下、Ｓ：０．０１ mass ％以下、 sol Ａｌ：０．０００５〜０．１ mass ％、Ｎ：３００ mass ppm 以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる高珪素鋼板の表面に絶縁皮膜を形成した高珪素電磁鋼板であって、絶縁皮膜面の表面粗さＲａが０．１０μｍ以上であり、且つ前記絶縁皮膜の平均厚さが２μｍ以下であることを特徴とする高珪素電磁鋼板である。
【０００９】
ここで、本発明が対象とする圧延法により製造される高珪素鋼板とは、連続鋳造スラブ、分塊圧延スラブ、薄鋳片鋳造スラブなどの高珪素鋼スラブを熱間圧延、温間又は冷間圧延を経て薄板とすることにより製造される高珪素鋼板を指す。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細と限定理由を説明する。
高珪素電磁鋼板は多量のＳｉを含有しているため硬く、比較的脆い性質がある。このためコア組立ての際の差込工程時に無理な応力が加わると破断が起こる。しかし、高珪素電磁鋼板であっても浸珪法で製造したものは破断することはない。この原因を調査した結果、圧延法で製造した高珪素電磁鋼板は差込時のすべり性が悪く、このため上記のような破断を生じること、また、すべり性は鋼板の表面粗さが関係していることが判明した。すなわち、浸珪法で製造した高珪素電磁鋼板は表面が粗いため、差込時のすべり性が良好であるのに対して、圧延法で製造した高珪素電磁鋼板は表面粗さが小さいため差込時のすべり性が劣っている。表面粗さが粗い方がすべり性が良好であると言うのは従来の常識に反するが、ミクロン単位の粗さの場合には、ある程度粗い方がすべり性が良好になるものと推定される。
【００１１】
図１に、圧延法で製造された高珪素電磁鋼板（Ｓｉ含有量：６．５mass ％）の表面粗さＲａとコア組み立て時における破断の有無との関係を調査した結果を示す。この試験では、板厚０．３ｍｍの高珪素電磁鋼板（絶縁皮膜厚：０．５〜２．５μｍ）を用いて図２に示すような構造のトランス用コアを組み立て、上部ヨークを構成する鋼板を差込む際の鋼板の破断の有無ですべり性を評価した。
図１の結果から、高珪素電磁鋼板（絶縁皮膜面）の表面粗さＲａが０．１０μｍ以上の場合に良好なすべり性が得られ、鋼板の破断は殆ど生じないことが判った。
【００１２】
しかし、このような高珪素電磁鋼板の表面粗さＲａとすべり性の関係には例外があり、高珪素電磁鋼板の表面粗さＲａさが大きい場合でもすべり性が悪く、破断を生じる場合があることが判明した。これは、高珪素電磁鋼板のすべり性には別の因子も関係していることを示しており、このためさらに実験を行った結果、絶縁皮膜の厚さが関与していることが判明した。すなわち、鋼板表面粗さが粗くても絶縁皮膜の厚さが厚いとすべり性が劣化することが判った。これは絶縁皮膜が厚いと、皮膜が鋼板面凹凸の凹部を埋めて表面を実質的に平坦化するためであると推定される。
【００１３】
ここで、絶縁皮膜の平均厚さとすべり性の関係を評価する場合、絶縁皮膜の平均厚さを定義する必要がある。絶縁皮膜の厚さは、一般には絶縁皮膜に含まれるＣｒ量を蛍光Ｘ線分析して算出される。具体的には、絶縁皮膜に含まれるＣｒ量を蛍光Ｘ線分析で測定し、Ｃｒ量から絶縁皮膜の成分に応じた検量線を用いて絶縁皮膜の厚さを求める。この方法で算出された絶縁皮膜の厚さは皮膜の平均的な厚さを表しているものと考えられ、本来的にムラのある絶縁皮膜の平均厚さを表すものとして適していると考えられる。したがって、本発明における絶縁皮膜の平均厚さとは、絶縁皮膜中のＣｒ量を蛍光Ｘ線分析して算出される絶縁皮膜の厚さとする。
【００１４】
０．１０μｍ以上の種々の表面粗さＲａを有する高珪素電磁鋼板（圧延法で製造された高珪素電磁鋼板）を用いて絶縁皮膜の平均厚さとすべり性との関係を調査した結果を図３に示す。なお、すべり性は図２に示すトランス組立時の破断の有無で評価した。図３によれば、絶縁皮膜の平均厚さが２μｍ以下で良好なすべり性が得られている。
【００１５】
以上の結果から、本発明では表面粗さＲａ（絶縁皮膜面の粗さ）が０．１０μｍ以上であって、且つ絶縁皮膜の平均厚さが２μｍ以下であることを条件とする。
本発明の高珪素鋼板の板厚は特に限定されないが、通常０．０５〜０．５ｍｍ程度の板厚を有する。また、通常、鋼板面に形成される絶縁皮膜は無機有機混合タイプのものである。
【００１６】
以下、本発明の高珪素電磁鋼板の化分組成とその限定理由について説明する。本発明の高珪素電磁鋼板は、高周波鉄損を低下させるためにＳｉ含有量を４mass ％以上とする。一方、Ｓｉが７mass ％を超えると圧延法での製造が極めて困難となるため、Ｓｉ含有量は７mass ％以下とする。
他の成分は特に限定しないが、磁気特性などの観点から、Ｃ：５〜３００mass ppm、Ｍｎ：０．０１〜１mass ％、Ｐ：０．０１mass ％以下、Ｓ：０．０１mass ％以下、sol.Ａｌ：０．０００５〜０．１mass ％、Ｎ：３００mass ppm以下とすることが好ましい。
【００１７】
Ｃは磁気特性および圧延性を劣化させるため３００mass ppm以下とすることが好ましい。しかし、Ｃ量が低く過ぎると粒界酸化を引き起こし、製品の加工性を劣化させるため、５mass ppm以上とすることが好ましい。
Ｍｎは熱間圧延時の圧延性を確保するため０．０１mass ％以上とすることが好ましいが、１mass ％を超えると圧延法での製造が困難となるため１mass ％を上限することが好ましい。
【００１８】
ＰおよびＳは圧延性を劣化させるため各々０．０１mass ％以下とすることが好ましい。なお、これらの含有量を０．００１mass ％未満とするには高コストとなるため、通常、各々０．００１mass ％程度が実質的な下限となる。
Ａｌは磁気特性を向上させる元素であり、sol.Ａｌとして０．０００５mass ％以上含有されているのが好ましい。しかし、Ａｌは圧延性を害するためsol.Ａｌは０．１mass ％を上限とすることが好ましい。
【００１９】
Ｎは磁気特性を劣化させるため３００mass ppm以下とすることが好ましい。なお、一般にＮの含有量を５mass ppm未満とすることは困難であるため、通常５mass ppm程度が実質的な下限となる。
その他は実質的にＦｅからなり、したがって不可避的不純物元素などの他の元素が本発明の効果を損なわない限度で微量含まれることは妨げない。
【００２０】
本発明の高珪素電磁鋼板は、連続鋳造スラブ、分塊圧延スラブ、薄鋳片鋳造スラブなどの高珪素鋼スラブを熱間圧延、温間または冷間圧延を経て薄板し、これに絶縁皮膜を塗布とすることにより製造される。具体的には、例えば、精錬された溶鋼を鋳造し、必要に応じて分塊圧延した後、熱間圧延、温間又は冷間圧延、酸化膜除去、焼鈍および絶縁皮膜塗布の各工程により製造される。
【００２１】
鋼板の表面粗さは、例えば、温間又は冷間圧延ロールの表面粗さを変えたり、酸化膜除去のために実施する酸洗の条件（酸洗液の塩酸濃度・温度、酸洗時間など）を変えることにより調整可能であり、したがって、これらの条件を適宜調整することにより、絶縁皮膜形成後の鋼板の表面粗さＲａを０．１０μｍ以上とすることができる。
また、絶縁皮膜の厚さは、例えば、３ロールコーターを用いてい絶縁皮膜用の塗布液を塗布する際、ロール速度、ロール押し付け圧を変化させ、塗布量を制御することにより調整することができる。
【００２２】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼から圧延法（熱間圧延−温間圧延）により板厚０．３ｍｍ、０．２ｍｍ、０．１ｍｍの高珪素電磁鋼板を製造した。この際、温間圧延のロール粗さを変えるか、若しくは酸化膜除去のために行われるコイルグラインダーの研削ロール粗さを変えることで種々の表面粗さＲａを有する高珪素電磁鋼板を製造し、この高珪素電磁鋼板に種々の膜厚の絶縁皮膜を塗布した。
【００２３】
これらの高珪素電磁鋼板を用いて図２に示す構造のトランス用コアを組み立て、その際の鋼板の破断の有無を調査した。なお、板厚０．１ｍｍの場合は、鋼板が座屈したものも破断したものとして評価した。その結果を、高珪素電磁鋼板の板厚、表面粗さＲａ、絶縁皮膜の平均厚さとともに表２に示す。同表によれば、比較例の鋼板はコア組立ての際に破断が生じているのに対し、本発明例の高珪素鋼板は破断が生じず、良好な組立作業性が得られている。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の高珪素電磁鋼板は、コア組み立て時に破断を生じない良好な組立作業性を示し、このため従来の高珪素鋼板に較べてコアの生産性が著しく向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧延法で製造された高珪素電磁鋼板の表面粗さＲａとコア組立ての際の鋼板の破断の有無との関係を示すグラフ
【図２】組立て作業性評価のために用いたトランス用コアの構造を示す説明図
【図３】圧延法で製造された高珪素電磁鋼板に形成された絶縁皮膜の平均厚さとコア組立ての際の鋼板の破断の有無との関係を示すグラフ

Claims

圧延法で製造され、化学成分が、Ｃ：５〜３００ mass ppm 、Ｓｉ：４〜７ mass ％、Ｍｎ：０．０１〜１ mass ％、Ｐ：０．０１ mass ％以下、Ｓ：０．０１ mass ％以下、 sol Ａｌ：０．０００５〜０．１ mass ％、Ｎ：３００ mass ppm 以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる高珪素鋼板の表面に絶縁皮膜を形成した高珪素電磁鋼板であって、絶縁皮膜面の表面粗さＲａが０．１０μｍ以上であり、且つ前記絶縁皮膜の平均厚さが２μｍ以下であることを特徴とする高珪素電磁鋼板。