JP5919617B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、変圧器などの鉄心材料に好適な方向性電磁鋼板およびその製造方法に関するものである。
方向性電磁鋼板は、主にトランスの鉄心として利用され、その磁化特性が優れていること、特に鉄損が低いことが求められている。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。
例えば、特許文献１には、最終製品板にレーザーを照射し、鋼板表層に高転位密度領域を導入し、磁区幅を狭くすることで、鋼板の鉄損を低減する技術が提案されている。また、特許文献２には、電子ビームの照射により磁区幅を制御する技術が提案されている。
しかしながら、上述したレーザーまたは電子ビームの照射による磁区細分化を施して低鉄損化した方向性電磁鋼板を実機変圧器に適用した場合、かように素材（鋼板）の鉄損が低減されていても実機変圧器の鉄損が改善されない、すなわちビルディングファクター（BF）が不良であることが問題になっていた。
したがって、本発明は、変圧器鉄心等に積層して使用した場合においても鉄損を低減することが可能な、方向性電磁鋼板を磁区細分化処理によって提供することを目的とする。
さて、方向性電磁鋼板を変圧器の鉄心として用いた場合の該方向性電磁鋼板の鉄損、つまり変圧器鉄損を下げる為には、圧延方向の鉄損を下げることは勿論、圧延方向以外の鉄損も下げる必要がある。
励磁中の変圧器内の磁化状態については、圧延方向に平行に励磁した場合に、圧延方向以外の方向に磁化が向くという、いわゆる磁化回転が起こっていることが知られている。例えば、三相三脚積み鉄心型の変圧器を圧延方向に平行に磁束密度1.7Ｔで励磁した場合、局所的には圧延直交方向に0.1〜1.0Ｔの磁束が向くことが、発明者らの調査でも確認されている。方向性電磁鋼板において、圧延方向以外に磁化が向くと、透磁率の低い方向に磁化が向く為に鉄損は増大する。こういった磁化回転による鉄損増加は、変圧器鉄損が素材そのものの鉄損（圧延方向の鉄損）よりも増大する原因となっている。
この変圧器における磁気特性の劣化を表す指標として、変圧器での鉄損を同じ磁化条件における素材の鉄損で割った値をＢＦ（ビルディングファクター）と呼んで用いているが、このＢＦを小さくする為には、圧延方向以外の鉄損、特に圧延直交方向の鉄損を小さくすることが重要である。
励磁中の変圧器内の磁化状態については、圧延方向に平行に励磁した場合に、圧延方向以外の方向に磁化が向くという、いわゆる磁化回転が起こっていることが知られている。例えば、三相三脚積み鉄心型の変圧器を圧延方向に平行に磁束密度1.7Ｔで励磁した場合、局所的には圧延直交方向に0.1〜1.0Ｔの磁束が向くことが、発明者らの調査でも確認されている。方向性電磁鋼板において、圧延方向以外に磁化が向くと、透磁率の低い方向に磁化が向く為に鉄損は増大する。こういった磁化回転による鉄損増加は、変圧器鉄損が素材そのものの鉄損（圧延方向の鉄損）よりも増大する原因となっている。
この変圧器における磁気特性の劣化を表す指標として、変圧器での鉄損を同じ磁化条件における素材の鉄損で割った値をＢＦ（ビルディングファクター）と呼んで用いているが、このＢＦを小さくする為には、圧延方向以外の鉄損、特に圧延直交方向の鉄損を小さくすることが重要である。
そこで、適切な大きさの歪み領域を、隣り合う歪み領域同士が適切な間隔となる、点列状に熱導入したところ、圧延方向および圧延直交方向の両方の鉄損が小さく、その結果として変圧器鉄損の小さい方向性電磁鋼板が得られることを知見した。
ここに、歪みを導入すると、鉄損が低下する原理は以下の通りである。すなわち、歪みを導入すると、点列方向に張力がかかり、歪みを起点として還流磁区が発生する。還流磁区の発生により、鋼板の静磁エネルギーが増大する一方、それが下がるように１８０度磁区が細分化される結果、圧延方向の鉄損は減少する。つまり、歪み量が増えて還流磁区が多く発生すれば、１８０度磁区はより細分化され、圧延方向の鉄損は減少する。また、点列方向に張力の増加により、逆磁歪効果で圧延直交方向の透磁率は大きくなり、その結果圧延直交方向の鉄損も減少する。但し、圧延方向の鉄損は、歪み量を適正量以上に増やすと、磁区幅の減少で渦電流損は減少するものの、ヒステリシス損が大きくなる為に増加する。さらに、鋼板内での歪み領域の密度が高いと、磁化の流れを阻害する為に、圧延方向および圧延直交方向のヒステリシス損は増加する。
ここに、歪みを導入すると、鉄損が低下する原理は以下の通りである。すなわち、歪みを導入すると、点列方向に張力がかかり、歪みを起点として還流磁区が発生する。還流磁区の発生により、鋼板の静磁エネルギーが増大する一方、それが下がるように１８０度磁区が細分化される結果、圧延方向の鉄損は減少する。つまり、歪み量が増えて還流磁区が多く発生すれば、１８０度磁区はより細分化され、圧延方向の鉄損は減少する。また、点列方向に張力の増加により、逆磁歪効果で圧延直交方向の透磁率は大きくなり、その結果圧延直交方向の鉄損も減少する。但し、圧延方向の鉄損は、歪み量を適正量以上に増やすと、磁区幅の減少で渦電流損は減少するものの、ヒステリシス損が大きくなる為に増加する。さらに、鋼板内での歪み領域の密度が高いと、磁化の流れを阻害する為に、圧延方向および圧延直交方向のヒステリシス損は増加する。
以上を踏まえると、適正な歪み量を適正な歪み領域密度にて鋼板に与えることができれば、圧延方向の鉄損と圧延直交方向の鉄損との両方を下げることができ、変圧器鉄損の小さい方向性電磁鋼板を製造することが可能になる。
次に、適正な歪み導入条件を究明するべく、様々な照射条件にて電子ビームを照射し、導入された歪み領域の大きさと、それぞれの鋼板における隣り合う歪み領域相互の間隔を調査した。なお、歪み領域の大きさ並びに相互間隔の測定法については、後述する。さらに、照射前後での圧延方向のＷ17/50、圧延直交方向のＷ2/50の変化を調査した。なお、圧延直交方向の励磁は、発明者らが調査した変圧器内の磁束密度の圧延直交成分の平均値である0.2Ｔの時の鉄損を指標とした。
実験は、加速電圧：40kVおよびビーム電流値：2.5mAの電子ビームを、圧延方向と直交する方向に、表１に従う条件にて連続あるいは照射点を圧延方向に７mm間隔で連ねた点列状に照射した。連続照射はビーム走査速度４ｍ/ｓおよび、点列照射は照射点同士の間隔は、ビーム走査速度50ｍ/ｓで走査し、ある間隔毎に100μs間停止させて点が並ぶ列に歪みを導入した。供試材は、0.23mm厚の方向性電磁鋼板であり、照射前のＢ8が1.93Ｔに揃った板を使用した。
実験は、加速電圧：40kVおよびビーム電流値：2.5mAの電子ビームを、圧延方向と直交する方向に、表１に従う条件にて連続あるいは照射点を圧延方向に７mm間隔で連ねた点列状に照射した。連続照射はビーム走査速度４ｍ/ｓおよび、点列照射は照射点同士の間隔は、ビーム走査速度50ｍ/ｓで走査し、ある間隔毎に100μs間停止させて点が並ぶ列に歪みを導入した。供試材は、0.23mm厚の方向性電磁鋼板であり、照射前のＢ8が1.93Ｔに揃った板を使用した。
なお、上記した歪み領域の大きさおよび隣り合う歪み領域相互の間隔の定義並びに、その測定方法は、以下のとおりである。
［歪み領域の大きさ］
最終仕上げ焼鈍を経た鋼板の表面被膜を、酸又はアルカリで除去後、歪み導入部についてナノインデンターによる硬度測定を行う。歪み列より１mm以上離れた位置の硬度を基準とし、その硬度より10％以上硬度が大きい場所を歪み導入領域（点列にて導入された歪み領域）と定義する。
この歪み導入領域における、圧延直交方向の最大長さを、歪み領域の大きさと定義する。但し、連続照射条件や点列の隣り同士の歪み領域が重なる条件では、圧延方向の最大の長さを歪み領域の大きさと定義する。以上の定義に基づき、歪み領域の大きさを測定する。具体的には、１試料につき３列の異なった点列から板中央部の歪み点をそれぞれ10箇所測定し、その平均値とする。
［歪み領域の大きさ］
最終仕上げ焼鈍を経た鋼板の表面被膜を、酸又はアルカリで除去後、歪み導入部についてナノインデンターによる硬度測定を行う。歪み列より１mm以上離れた位置の硬度を基準とし、その硬度より10％以上硬度が大きい場所を歪み導入領域（点列にて導入された歪み領域）と定義する。
この歪み導入領域における、圧延直交方向の最大長さを、歪み領域の大きさと定義する。但し、連続照射条件や点列の隣り同士の歪み領域が重なる条件では、圧延方向の最大の長さを歪み領域の大きさと定義する。以上の定義に基づき、歪み領域の大きさを測定する。具体的には、１試料につき３列の異なった点列から板中央部の歪み点をそれぞれ10箇所測定し、その平均値とする。
［隣り合う歪み領域の間隔］
上記定義の歪み領域相互間にて、隣り合った歪み領域同士間の歪み影響がない部分の最短長さを、隣り合う歪み領域の間隔とする。また、連続照射条件や歪み領域が重なる条件では、隣り合う歪み領域の間隔は０mmと定義する。以上の定義に基づき、隣り合う歪み領域の間隔を測定する。具体的には、１試料につき３列の異なった点列から板中央部の歪み点をそれぞれ10箇所測定し、その平均値とする。
上記定義の歪み領域相互間にて、隣り合った歪み領域同士間の歪み影響がない部分の最短長さを、隣り合う歪み領域の間隔とする。また、連続照射条件や歪み領域が重なる条件では、隣り合う歪み領域の間隔は０mmと定義する。以上の定義に基づき、隣り合う歪み領域の間隔を測定する。具体的には、１試料につき３列の異なった点列から板中央部の歪み点をそれぞれ10箇所測定し、その平均値とする。
まず、表１に、照射条件および圧延直交方向における照射点間隔を種々に変えた時の、導入された歪み領域の大きさと、それぞれの鋼板における隣り合う歪み領域の間隔とを調査した結果について示す。さらに、図１および２に、隣り合う歪み領域同士の間隔に対する、圧延方向のＷ17/50および圧延直交方向のＷ2/50の変化を示す。
図１に示すように、隣り合う歪み領域同士の間隔が0.60mm以下の場合に、圧延方向のＷ17/50は小さくなる。これは、隣り合う歪み領域同士の間隔が狭い程、歪み導入量が多くなり磁区細分化効果が発揮されて、鉄損は小さくなったと考えられる。
一方、図２に示すように、隣り合う歪み領域同士の間隔が0.10mm以上の条件で行う点列照射は、連続で照射した場合より圧延直交方向の鉄損Ｗ2/50が10％以上減少する。これは歪み導入領域を最小限にすることにより、圧延直交方向のヒステリシス損の増大を抑えることができたためと考えられる。
次に、歪み領域の大きさの影響を調査した。加速電圧：40kVの電子ビームを、鋼板の圧延方向と直交する方向に、かつ圧延方向に７mmの間隔を置いて、隣り合う歪み領域同士の間隔が0.2mm以上0.3mm以下で収まり、かつ歪み領域の大きさが様々に変化するように、ビーム径および電流密度を調整し、点列に電子ビーム照射を行った。図３および図４に、歪み領域の大きさと鉄損との関係を示すように、歪み領域の大きさが0.1mm以上0.5mm以下のとき、圧延方向のＷ17/50は小さくなる。これは、歪み領域の大きさが大きい程歪み導入量が多くなり、磁区細分化効果が発揮されて鉄損は小さくなるが、歪み領域の大きさが大きくなり一定以上の歪みが導入されると、圧延方向のヒステリシス損は大きくなり鉄損も大きくなったと考えられる。図４に示すように、歪み領域の大きさが0.1mm以上で圧延直交方向の鉄損Ｗ2/50が小さくなる。これは、歪み領域の大きさが0.1mm未満では、圧延直交方向の鉄損を下げる還流磁区が十分に発生しない為と考えられる。
以上の実験結果から、歪み領域の大きさおよび、隣り合う歪み領域同士の間隔が適切となる、点列に歪みを導入することにより、圧延方向および圧延直交方向の両方の鉄損が小さくなり、その結果として、変圧器鉄損の小さい方向性電磁鋼板となることを見出すに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
１．鋼板の圧延方向と交差する向きに歪み点が並ぶ点列の熱歪みを有する方向性電磁鋼板であって、前記点列の歪み領域の大きさが0.19mm以上0.47mm以下、隣り合う歪み領域同士の間隔が0.10mm以上0.60mm以下および、前記点列の圧延方向の列間隔が２〜10mmであることを特徴とする方向性電磁鋼板。
２．方向性電磁鋼板の圧延方向と交差する向きに歪み点が並ぶ点列に熱歪みを、電子ビーム照射により導入するに当たり、該電子ビーム照射の圧延方向の列間隔が２〜10mm、点列内の照射点間隔が0.4mm以上0.9mm以下、下記式（１）にて定義される単位ビーム径当たりの照射エネルギー量Ｅが30mＪ/mm以上180mＪ/mm以下とし、前記点列にて導入された歪み領域の大きさを0.19mm以上0.47mm以下、隣り合う歪み領域同士の間隔を0.10mm以上0.60mm以下とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Ｅ＝[電子ビーム加速電圧（kＶ）×ビーム電流値（mＡ）×１点の照射時間 (μs) ／1000]／ビーム径(mm) …（１）
記
Ｅ＝[電子ビーム加速電圧（kＶ）×ビーム電流値（mＡ）×１点の照射時間 (μs) ／1000]／ビーム径(mm) …（１）
３．方向性電磁鋼板の圧延方向と交差する向きに歪み点が並ぶ点列に熱歪みを、連続レーザー照射により導入するに当たり、該連続レーザー照射の圧延方向の列間隔が２〜10mm、点列内の照射点間隔が0.2mm以上1.0mm以下、下記式（２）にて定義される単位ビーム径当たりの照射エネルギー量Ｅが40mＪ/mm以上200mＪ/mm以下とし、前記点列にて導入された歪み領域の大きさを0.19mm以上0.47mm以下、隣り合う歪み領域同士の間隔を0.10mm以上0.60mm以下とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Ｅ＝[平均レーザーパワー(W)×１点の照射時間(μs)／1000]／ビーム径(mm) …（２）
記
Ｅ＝[平均レーザーパワー(W)×１点の照射時間(μs)／1000]／ビーム径(mm) …（２）
本発明に従う規制の下に点列状に歪みを付与することによって、圧延および圧延直交方向のいずれの鉄損も低減することができる。従って、かような方向性珪素鋼板を積層した変圧器において、より鉄損を小さくすることが可能になった。
上述したように、変圧器における鉄損削減の為には、圧延方向及び圧延直交方向の両方の鉄損を下げることが必要である。まず、圧延方向の鉄損を下げるには、歪み領域の大きさが0.19mm以上0.47mm以下、かつ隣り合う歪み領域同士の間隔が0.10mm以上0.60mm以下を満足する条件下に熱歪み領域を形成することが肝要である。一方、圧延直交方向の鉄損を下げるには、歪み領域の大きさが0.10mm以上、かつ隣り合う歪み領域同士の間隔が0.10mm以上を満足する条件下に熱歪み領域を形成することが肝要である。
また、点列状に導入する歪みの圧延方向の列間隔は、２mm以上10mm以下とする。列間隔が２mm未満であると、歪み導入が多すぎて、圧延方向のヒステリシス損が大幅に大きくなる。一方、10mmを超えると、磁区細分化効果が小さくなり、圧延方向および圧延直交方向の鉄損が共に大きくなる。
さらに、鋼板の圧延方向と交差する向きに点列状に導入する歪みは、その列が圧延直交方向となす角度が30°以内であることが好ましい。この範囲よりも圧延直交方向に対する傾斜角度を大きくすると、圧延直交方向の鉄損は減少するものの、圧延方向の鉄損減少量が小さくなる為に、変圧器鉄損の減少量は小さい。より好ましくは、圧延直交方向に歪みを導入する。
上記した条件を満足することによって、鋼板へ適正な歪み量が導入されて、還流磁区が発生し、圧延方向および圧延直交方向の鉄損は共に十分に低減され、本発明が意図する変圧器における鉄損の低減を達成するのに最適な方向性電磁鋼板となる。また、この適正範囲外では、歪み導入量が少なく鉄損低減効果が小さくなる、あるいは歪み導入量が多すぎる、又は歪み領域が広い為に、ヒステリシス損の増加が大きくなり鉄損低減効果が小さくなる。
次に、上記の条件で熱歪みを導入する為の製造方法について述べる。
まず、点列歪みの導入手法としては、大きなエネルギーを絞ったビーム径にて導入することができる電子ビーム照射、あるいは連続レーザー照射が適している。他の磁区細分化手法としては、プラズマジェット照射による手法が公知であるが、本発明の条件内に納めることが難しい。
まず、点列歪みの導入手法としては、大きなエネルギーを絞ったビーム径にて導入することができる電子ビーム照射、あるいは連続レーザー照射が適している。他の磁区細分化手法としては、プラズマジェット照射による手法が公知であるが、本発明の条件内に納めることが難しい。
（ｉ）電子ビーム照射による熱歪み導入
電子ビームについて、様々な点列間隔および照射エネルギー量Ｅにて実験を行い、上記に規定した熱歪みを導入する照射条件を調査した。ここで、照射エネルギー量Ｅは、以下の式で定義される。
Ｅ(mJ/mm)＝[電子ビーム加速電圧（kＶ）×ビーム電流値（mＡ）×１点の照射時間(μs)／1000]／ビーム径(mm)
なお、ビーム径については、公知のスリット法でエネルギープロファイルの半値幅で規定したものとする。
電子ビームについて、様々な点列間隔および照射エネルギー量Ｅにて実験を行い、上記に規定した熱歪みを導入する照射条件を調査した。ここで、照射エネルギー量Ｅは、以下の式で定義される。
Ｅ(mJ/mm)＝[電子ビーム加速電圧（kＶ）×ビーム電流値（mＡ）×１点の照射時間(μs)／1000]／ビーム径(mm)
なお、ビーム径については、公知のスリット法でエネルギープロファイルの半値幅で規定したものとする。
上記の検討の結果、電子ビーム照射の圧延方向の列間隔が２〜10mm、点列内の照射点隔が0.4mm以上0.9mm以下、単位ビーム径当たり照射エネルギー量Ｅが30 mＪ/mm以上180 mＪ/mm以下の場合に、上記の歪導入条件を満たすことが判明した。
（ii）連続レーザー照射による熱歪み導入
また、連続レーザー照射について、同様に上記の条件を満たす範囲を調査した。ここで、照射エネルギー量Ｅは、以下の式で定義される。
Ｅ(mJ/mm)＝[平均レーザーパワー(W)×１点の照射時間 (μs)／1000]／ビーム径(mm)
上記の検討の結果、レーザー照射の圧延方向の列間隔が２〜10mm、点列内の照射点間隔が0.2mm以上1.0mm以下、単位ビーム径当たり照射エネルギー量Ｅが40mＪ/mm以上200mＪ/mm以下の場合に、上記の歪導入条件を満たすことが判明した。
なお、照射点間をレーザーが移動する時には、レーザー発信をオフ又は低出力としてもよい。ビーム径は、光学系の中でコリメーター、レンズの焦点距離などから一意に設定する値とする。
また、連続レーザー照射について、同様に上記の条件を満たす範囲を調査した。ここで、照射エネルギー量Ｅは、以下の式で定義される。
Ｅ(mJ/mm)＝[平均レーザーパワー(W)×１点の照射時間 (μs)／1000]／ビーム径(mm)
上記の検討の結果、レーザー照射の圧延方向の列間隔が２〜10mm、点列内の照射点間隔が0.2mm以上1.0mm以下、単位ビーム径当たり照射エネルギー量Ｅが40mＪ/mm以上200mＪ/mm以下の場合に、上記の歪導入条件を満たすことが判明した。
なお、照射点間をレーザーが移動する時には、レーザー発信をオフ又は低出力としてもよい。ビーム径は、光学系の中でコリメーター、レンズの焦点距離などから一意に設定する値とする。
点列に歪みを導入する方法は、電子ビームまたはレーザービームを素早く走査しながら所定の時間間隔で停止し、本発明に適合する時間、その点でビームを照射しつづけた後、また走査を開始するというプロセスを繰り返すことにより実現する。電子ビーム照射でこのプロセスを実現するには、容量の大きなアンプを用いて、電子ビームの偏向電圧を変化させれば良い。
ちなみに、電子ビームまたは連続レーザーにより点列状に歪み導入を行うと、条件によっては照射痕跡が残り、鋼板の絶縁性が損なわれる場合がある。その場合には、絶縁被膜の再コートを行い、導入された歪みが解消されない温度領域で焼き付けを行う。
次に、上記以外の方向性電磁鋼板の製造条件に関して具体的に説明する。
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、それぞれ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。
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、それぞれ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。
さらに、本発明は、Al、Ｎ、ＳおよびSeの含有量を制限した、インヒビターを使用しない方向性電磁鋼板にも適用することができる。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以下およびSe：50 質量ppm以下に抑制することが好ましい。
本発明の方向性電磁鋼板用スラブの基本成分および任意添加成分について具体的に述べると、次のとおりである。
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。
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：2.0〜8.0質量％
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。
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：0.005〜1.0質量％
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。
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。
上記の基本成分以外に、磁気特性改善成分として、次に述べる元素を適宜含有させることができる。
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1.5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0.03〜1.5質量％の範囲とするのが好ましい。
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1.5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0.03〜1.5質量％の範囲とするのが好ましい。
また、Sn、Sb、Cu、Ｐ、CrおよびMoはそれぞれ磁気特性の向上に有用な元素であるが、いずれも上記した各成分の下限に満たないと、磁気特性の向上効果が小さく、一方、上記した各成分の上限量を超えると、二次再結晶粒の発達が阻害されるため、それぞれ上記の範囲で含有させることが好ましい。
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的不純物およびFeである。
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的不純物およびFeである。
次いで、上記した成分組成を有するスラブは、常法に従い加熱して熱間圧延に供するが、鋳造後、加熱せずに直ちに熱間圧延してもよい。薄鋳片の場合には熱間圧延しても良いし、熱間圧延を省略してそのまま以後の工程に進んでもよい。
さらに、必要に応じて熱延板焼鈍を施す。この時、ゴス組織を製品板において高度に発達させるためには、熱延板焼鈍温度として800〜 1100℃の範囲が好適である。熱延板焼鈍温度が800℃未満であると、熱間圧延でのバンド組織が残留し、整粒した一次再結晶組織を実現することが困難になり、二次再結晶の発達が阻害される。一方、熱延板焼鈍温度が1100℃を超えると、熱延板焼鈍後の粒径が粗大化しすぎるために、整粒した一次再結晶組織の実現が極めて困難となる。
熱延板焼鈍後は、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施した後、再結晶焼鈍を行い、焼鈍分離剤を塗布する。焼鈍分離剤を塗布した後に、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的として最終仕上げ焼鈍を施す。
さらに、必要に応じて熱延板焼鈍を施す。この時、ゴス組織を製品板において高度に発達させるためには、熱延板焼鈍温度として800〜 1100℃の範囲が好適である。熱延板焼鈍温度が800℃未満であると、熱間圧延でのバンド組織が残留し、整粒した一次再結晶組織を実現することが困難になり、二次再結晶の発達が阻害される。一方、熱延板焼鈍温度が1100℃を超えると、熱延板焼鈍後の粒径が粗大化しすぎるために、整粒した一次再結晶組織の実現が極めて困難となる。
熱延板焼鈍後は、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施した後、再結晶焼鈍を行い、焼鈍分離剤を塗布する。焼鈍分離剤を塗布した後に、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的として最終仕上げ焼鈍を施す。
最終仕上げ焼鈍後には、平坦化焼鈍を行って形状を矯正することが有効である。なお、本発明では、平坦化焼鈍前または後に、鋼板表面に絶縁コーティングを施す。ここに、この絶縁コーティングは、本発明では、鉄損低減のために、鋼板に張力を付与できるコーティング（以下、張力コーティングという）を意味する。なお、張力コーティングとしては、シリカを含有する無機系コーティングや物理蒸着法、化学蒸着法等によるセラミックコーティング等が挙げられる。
本発明では、上述した最終仕上げ焼鈍後または張力コーティング後の方向性電磁鋼板に、いずれかの時点で鋼板表面に電子ビームもしくは連続レーザーを前記した条件で照射することにより、磁区細分化を施す。
本発明において、上述した工程や製造条件以外については、従来公知の電子ビームや連続レーザーを用いた磁区細分化処理を施す方向性電磁鋼板の製造方法を適用すればよい。
本発明において、上述した工程や製造条件以外については、従来公知の電子ビームや連続レーザーを用いた磁区細分化処理を施す方向性電磁鋼板の製造方法を適用すればよい。
Si：３質量％を含有する、最終板厚0.23mmに圧延された冷延板を、脱炭、一次再結晶焼鈍した後、MgOを主成分とした焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶過程と純化過程を含む最終焼鈍を施し、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を得た。60%のコロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなる絶縁コートを塗布、800℃にて焼付けた。ついで、圧延方向と直角に電子ビームあるいはレーザー照射を行い、点列状あるいは連続に歪み導入を行った。点列照射の場合、圧延直交方向の間隔はビーム走査の停止時間間隔を制御する事で変更した。その結果、磁束密度Ｂ8値で1.90Ｔ〜1.94Ｔの材料を得た。
かくして得られた試料を、図５に示すような形状および寸法の斜角形に剪断して、交互積み方式で70層積層し、図５に示す三相三脚型の500mm角の変圧器を作製した。パワーメータを使用し、1.7Ｔおよび50Hz励磁における無負荷損（変圧器鉄損）を測定した。
計測された変圧器鉄損を、照射条件、導入された歪み領域の大きさ、隣り合う歪み領域同士の間隔の、諸パラメータと併せて表２および表３にまとめて示す。
計測された変圧器鉄損を、照射条件、導入された歪み領域の大きさ、隣り合う歪み領域同士の間隔の、諸パラメータと併せて表２および表３にまとめて示す。
表２および表３に示すように、電子ビーム照射および連続レーザー照射共に、適切な歪み領域の大きさ、隣り合う歪み領域の同士の間隔で熱歪みが導入された適合例において、変圧器鉄損がいずれの場合も比較例に比べて５％以上減少した。
Claims (3)
- 鋼板の圧延方向と交差する向きに歪み点が並ぶ点列の熱歪みを有する方向性電磁鋼板であって、前記点列の歪み領域の大きさが0.19mm以上0.47mm以下、隣り合う歪み領域同士の間隔が0.10mm以上0.60mm以下および、前記点列の圧延方向の列間隔が２〜10mmであることを特徴とする方向性電磁鋼板。
- 方向性電磁鋼板の圧延方向と交差する向きに歪み点が並ぶ点列に熱歪みを、電子ビーム照射により導入するに当たり、該電子ビーム照射の圧延方向の列間隔が２〜10mm、点列内の照射点間隔が0.4mm以上0.9mm以下、下記式（１）にて定義される単位ビーム径当たりの照射エネルギー量Ｅが30mＪ/mm以上180mＪ/mm以下とし、前記点列にて導入された歪み領域の大きさを0.19mm以上0.47mm以下、隣り合う歪み領域同士の間隔を0.10mm以上0.60mm以下とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Ｅ＝[電子ビーム加速電圧（kＶ）×ビーム電流値（mＡ）×１点の照射時間(μs)／1000]／ビーム径(mm) …（１） - 方向性電磁鋼板の圧延方向と交差する向きに歪み点が並ぶ点列に熱歪みを、連続レーザー照射により導入するに当たり、該連続レーザー照射の圧延方向の列間隔が２〜10mm、点列内の照射点間隔が0.2mm以上1.0mm以下、下記式（２）にて定義される単位ビーム径当たりの照射エネルギー量Ｅが40mＪ/mm以上200mＪ/mm以下とし、前記点列にて導入された歪み領域の大きさを0.19mm以上0.47mm以下、隣り合う歪み領域同士の間隔を0.10mm以上0.60mm以下とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
記
Ｅ＝[平均レーザーパワー(W)×１点の照射時間(μs)／1000]／ビーム径(mm) …（２）
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