JP6090553B2 - 三相変圧器用鉄心 - Google Patents
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Description
(1)二次再結晶粒の平均粒径が30mm以上であること、
(2)二次再結晶粒の理想方位{110}<001>からの圧延面法線方向(ND)周りのずれ角αの平均が3.70°以下、理想方位{110}<001>からの圧延直角方向(TD)周りのずれ角βの平均が2.50°以下でること、
(3)鋼板板厚が0.10〜0.20mmであること、および、
(4)鋼板に磁区細分化処理が施されていること、
の4つの全てを満たす方向性電磁鋼板を鉄心に用いることで、BFが小さく、鉄損特性に優れる変圧器用鉄心が得られることを見出し、本発明を開発するに至った。
地鉄中に、Si:3.4mass%、Mn:0.04mass%、S:0.0005mass%、Al:0.007mass%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、板厚が0.20mmである、表1に示すNo.1〜10の10種の方向性電磁鋼板(製品コイル)から、素材の鉄損特性評価用の試料を採取し、素材鋼板の結晶粒径、磁束密度1.7Tにおける鉄損W17/50、磁化力800A/mにおける磁束密度B8を、単板磁気測定法で測定した。
また、上記素材鋼板について、X線による結晶方位測定を圧延方向に5mmピッチで250mmの長さに亘って行い、二次再結晶粒の理想方位{110}<001>からの圧延面法線方向(ND)周りのずれ角α、および、理想方位{110}<001>からの圧延直角方向(TD)周りのずれ角βを測定した。
なお、上記鋼板の一部には、冷間圧延後の鋼板にエッチング処理を施して線状の溝を形成して磁区細分化処理を施した。
また、上記10種の製品コイルの素材特性評価用試料の採取位置と同じ位置から、変圧器の鉄損特性評価用の試料を採取し、図1に示す形状、寸法を有する三相変圧器の鉄心を作製し、磁束密度1.7Tにおける変圧器の鉄損W17/50を測定した。
これらの結果から、素材鋼板の磁気特性はほぼ同程度であっても、鋼板板厚を0.20mm以下、二次再結晶粒の平均粒径を30mm以上、二次再結晶粒の理想方位{110}<001>からのずれ角αの平均値を3.70°以下、および理想方位{110}<001>からのずれ角βの平均値を2.50°以下制限すると共に、磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板を用いて積鉄心を作製することで、BFが小さく、鉄損が0.9W/kg以下の低鉄損の三相変圧器が得られることがわかった。
本発明は、上記知見にさらに検討を加えて完成したものである。
Si含有量:1.5〜5mass%
本発明の方向性電磁鋼板は、鋼の電気抵抗を高めて低鉄損を実現するため、少なくとも1.5mass%のSiを含有していることが必要である。しかし、Si含有量が多くなり過ぎると、硬質化し、圧延して製造すること難しくなるので、上限は5mass%とする。好ましくは、2.5〜4.5mass%である。
次に、本発明の方向性電磁鋼板は、板厚が0.10〜0.20mmのものであることが必要である。板厚を0.20mm以下とすることで、渦電流損の低減効果が得られる。また、板厚を低減した場合には、最終冷間圧延で強圧下圧延することが必要となり、一次再結晶焼鈍後の鋼板集合組織において、二次再結晶粒の核となるGoss方位粒が減少するため、二次再結晶粒を粗大化することができる。ただし、板厚が0.10mm未満となると、圧延して製造することが難しくなるので、下限は0.10mmとする。
二次再結晶粒は、粒径が大きいほど粒界の面積が減少し、粒界における磁壁移動によるエネルギー損失が減少する。表1からわかるように、素材鋼板の鉄損が同じ程度であっても、平均粒径が30mm以上に大きくなるほど変圧器の鉄損が低減していることから、粒界での磁壁移動によるエネルギー損失が変圧器の鉄損に大きな影響を及ぼしているものと考えられる。そこで、本発明では、二次再結晶粒の平均粒径を30mm以上とする。
なお、二次再結晶粒の大きさは、冷間圧延の圧延方向および圧延直角方向における平均径をそれぞれ30mm以上とするのが好ましい。なお、より好ましくは、圧延方向の平均径は30mm以上100mm以下とするのが好ましい。圧延方向の平均径が100mm超えとなると、後述する二次再結晶粒の理想方位{110}<001>からの圧延直角方向(TD)周りのずれ角βが大きくなり、磁束密度が低下するためである。
二次再結晶粒の理想方位{110}<001>からの圧延面法線方向(ND)周りのずれ角α、および、理想方位{110}<001>からの圧延直角方向(TD)周りのずれ角βの平均値が、それぞれα≦3.70°、β≦2.50°を満たすときには、磁区細分化後の渦電流損が非常に小さくなる。そのため、上記条件を満たす方向性電磁鋼板を積鉄心に用いた場合には、BFが小さく、鉄損が低い三相変圧器の鉄心を得ることができる。
本発明の三相変圧器の鉄心に用いる方向性電磁鋼板は、磁区細分化処理が施されていることが必要である。磁区細分化処理を施すことで渦電流損が低減されるため、BFが増加する原因である磁場の高調波成分による損失が減少し、BFが著しく低減されるからである。なお、磁区細分化する方法については、従来公知の方法であれば特に制限はなく、例えば、冷間圧延後の鋼板表面に溝を形成する方法、製品鋼板表面に熱歪を付与する方法、製品鋼板表面に電子ビームを照射する方法、および、製品鋼板表面にレーザを照射する方法等の方法を用いることができる。また、上記溝の形成や歪、照射の付与は、連続した線状に行ってもよいし、断続した破線状に行ってもよい。
また、上記素材鋼板について、X線による結晶方位測定を圧延方向に5mmピッチで250mmの長さに亘って行い、二次再結晶粒の理想方位{110}<001>からの圧延面法線方向(ND)周りのずれ角α、および、理想方位{110}<001>からの圧延直角方向(TD)周りのずれ角βを測定した。
なお、上記鋼板の一部には、冷間圧延後の鋼板表面にエッチングで溝を形成する、または、製品鋼板表面に電子ビームを照射して磁区細分化処理を施した。
また、上記製品コイルの素材特性評価用試料の採取位置と同じ位置から、変圧器の鉄損特性評価用の試料を採取し、図1に示す形状、寸法を有する三相変圧器の鉄心を作製し、磁束密度1.7Tにおける変圧器の鉄損W17/50を測定した。
表3から、上記いずれかの方法で磁区細分化処理を施した鋼板を積鉄心に用いることにより、BFが小さく、鉄損特性に優れた三相変圧器を得ることができることがわかる。
Claims (2)
- Si:1.5〜5.0mass%、Mn:0.001〜0.1mass%、S:0.04mass%以下およびAl:0.02mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、二次再結晶粒の平均粒径が30mm以上であり、二次再結晶粒の理想方位{110}<001>からの圧延面法線方向(ND)周りのずれ角αの平均が3.70°以下、理想方位{110}<001>からの圧延直角方向(TD)周りのずれ角βの平均が2.50°以下であり、板厚が0.10〜0.20mmである磁区細分化した方向性電磁鋼板を積層した三相変圧器用鉄心。
- 上記方向性電磁鋼板は、二次再結晶粒の圧延方向の平均径が30〜100mm、圧延直角方向の平均径が30mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の三相変圧器用鉄心。
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