JP6900686B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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板幅方向の第1の特定位置であるA点における圧延方向の磁束密度B8A(T)と、板幅方向の第2の特定位置であるB点における圧延方向の磁束密度B8B(T)について、B8B>B8A、かつB8B−B8Aが0.02(T)以上、好ましくは0.03(T)以上、より好ましくは0.04(T)以上となるA点およびB点が少なくとも1つずつ存在する、方向性電磁鋼板。
熱間圧延工程と、冷間圧延工程と、脱炭焼鈍工程と、窒化焼鈍工程と、焼鈍分離剤塗布工程と、仕上げ焼鈍工程とを含む、方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記窒化焼鈍工程において、窒化量を鋼板の板幅方向について変化させる、1〜5項のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
熱間圧延工程と、冷間圧延工程と、脱炭焼鈍工程と、必要に応じた窒化焼鈍工程と、焼鈍分離剤塗布工程と、仕上げ焼鈍工程とを含む、方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上げ焼鈍工程において、コイルの板間隙間を板幅方向について変化させて巻き取ったコイルで仕上げ焼鈍を行う、1〜5項のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
(a)窒化焼鈍工程での窒化量を、冷延鋼板の板幅方向について変化させて板幅方向のインヒビターの強度を変動させること、または
(b)仕上げ焼鈍におけるコイルの板間隙間を、コイルの板幅方向について変化させて脱インヒビター量を板幅方向について変動させること
により、製造される。
1.ブランク,本発明に係る方向性電磁鋼板
(1)母材鋼板の化学組成
ブランクまたは本発明に係る方向性電磁鋼板の母材鋼板は、この種のブランクまたは方向性電磁鋼板の母材鋼板の一般的な化学組成を有すればよく、特定の化学組成には限定されない。以下に、ブランクまたは本発明に係る方向性電磁鋼板の母材鋼板の化学組成の一例を説明する。
Cは、製造工程における脱炭焼鈍工程の完了までの組織制御に有効である。しかし、C含有量が0.005%を超えると、長時間の使用中に鉄炭化物が析出する磁気時効現象によってブランクまたは方向性電磁鋼板の磁気特性が低下する。したがって、C含有量は、好ましくは0.005%以下であり、より好ましくは0.002%以下である。
Siは、鋼の電気抵抗を高めて渦電流損を低減する。Si含有量が2.0%未満では、ブランクまたは方向性電磁鋼板がフェライト単相ではなくなり、磁気特性が著しく劣化する。したがって、Si含有量は、好ましくは2.0%以上であり、より好ましくは2.8%以上であり、さらに好ましくは3.0%以上である。
Mnは、製造工程中に後述するSおよびSeと結合してMnSおよびMnSeを形成する。これらの析出物は、インヒビター(正常結晶粒成長の抑制剤)として機能し、二次再結晶を発現する。Mnは、さらに鋼の熱間加工性も高める。一方でMnは、ブランクまたは方向性電磁鋼板の電気抵抗を高め、鉄損特性を向上させる。このため、Mn含有量は、優れた磁気特性を得るためには、高いほうが好ましい。
SおよびSeは、製造工程において、Mnと結合してインヒビターとして機能するMnSおよびMnSeを形成する。しかし、ブランクまたは方向性電磁鋼板のS,Se含有量が合計で0.005%を超えると、残存する析出物により、磁気特性が低下するとともに、SおよびSeの偏析により、ブランクまたは方向性電磁鋼板に表面欠陥が発生することがある。したがって、SおよびSeの合計含有量は、好ましくは0.005%以下である。
Alは、方向性電磁鋼板の製造工程においてNと結合してAlNを形成し、インヒビターとして機能する。一方で、sol.Alは方向性電磁鋼板の電気抵抗を高め、鉄損特性を向上させる。このため、sol.Al含有量は、磁気特性のためには高いほうが好ましい。sol.Al含有量が0.003%未満であるとこの効果が小さいため、磁気特性が低下する。したがって、sol.Al含有量は、好ましくは0.003%以上であり、より好ましくは0.005%以上であり、さらに好ましくは0.02%以上である。なお、本明細書において、sol.Alは酸可溶Alを意味する。
Nは、製造工程においてAlと結合してAlNを形成し、インヒビターとして機能する。しかし、仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板のN含有量が0.005%を超えると、ブランクまたは方向性電磁鋼板に析出物が残存して磁気特性が低下する。したがって、N含有量は、好ましくは0.005%以下であり、より好ましくは0.003%以下であり、さらに好ましくは0.001%以下である。N含有量は低いほうが好ましい。
ブランクまたは本発明に係る方向性電磁鋼板の母材鋼板の化学組成の残部は、Feおよび不純物である。ここで、不純物とは、母材鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるもの、仕上げ焼鈍中に鋼中から取り除かれず(純化されず)に鋼中に残存する下記の元素である。不純物は、ブランクまたは本発明に係る方向性電磁鋼板の作用に悪影響を及ぼさない含有量での含有を許容される元素を意味する。
本発明に係る方向性電磁鋼板の圧延方向の磁束密度B8は、板幅方向について変動する。すなわち、方向性電磁鋼板には、板幅方向の第1の特定位置であるA点における圧延方向の磁束密度B8A(T)と、板幅方向の第2の特定位置であるB点における圧延方向の磁束密度B8B(T)とについて、B8B>B8A、かつB8B−B8Aが0.02(T)以上、好ましくは0.03(T)以上、より好ましくは0.04(T)以上となるA点およびB点が少なくとも1つずつ存在する。ブランクには、A点およびB点が1つ存在する。
本発明に係る方向性電磁鋼板は、基本的に、母材鋼板の表面に、フォルステライト(Mg2SiO4)を主成分として含有する一次被膜を有する。しかし、特開平8−225900号公報により開示されるような、一次被膜を有さない方向性電磁鋼板(グラスレス材)であっても、その効果が損なわれることはない。
本発明に係る方向性電磁鋼板は、如何なる製造方法により製造されてもよく、特定の製造方法には、限定されない。本発明に係る方向性電磁鋼板は、例えば、以下に示す冷間圧延工程、脱炭焼鈍工程、必要に応じて採用される窒化焼鈍工程、および仕上げ焼鈍工程を経て製造される。
質量%で、C:0.1%以下、Si:2.0〜4.5%、Mn:0.04〜1.00%、S+Se:0.002〜0.05%、sol.Al:0.005〜0.05%およびN:0.001〜0.030%を含有し、残部Feおよび不純物である化学組成を有する熱延鋼板に、必要に応じて900℃以上の均熱温度で熱延板焼鈍を行った後、例えば80%以上の冷延率で冷間圧延を行って冷延鋼板とする。
なお、冷延率は好ましくは95%以下である。また、熱延鋼板に冷間圧延を行う前に、熱延鋼板に熱処理を行ってもよいし、酸洗を行ってもよい。熱延板焼鈍の条件は、延伸した熱延鋼板の金属組織を再結晶・粒成長により等軸粒へと整粒化するため、900℃以上であることが好ましい。また長時間の箱焼鈍を用いるときには、800℃程度でも構わない。
脱炭焼鈍工程では、冷間圧延工程を経た冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を行って一次再結晶を発現し、必要に応じて窒化焼鈍を行う。
冷延鋼板の表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を含有する水性スラリーを塗布および乾燥(焼付け)する。この冷延鋼板をコイルに巻取った後に仕上げ焼鈍を行って二次再結晶を発現する。さらに、焼鈍分離剤中のMgOと、脱炭焼鈍時に冷延鋼板の表面に形成された内部酸化層中のSiO2とが反応し、フォルステライト(Mg2SiO4)を主成分とする一次被膜が表面に形成される。
(a)窒化焼鈍工程での窒化量を冷延鋼板の板幅方向について変化させて板幅方向のインヒビターの強度を変動させること、または
(b)仕上げ焼鈍におけるコイルの板間隙間を、コイルの板幅方向について変化させて脱インヒビター量を板幅方向について変動させること
により、製造される。
(1)単相変圧器用の鉄心構成部材2,3および積み鉄心1
図5(a)は、単相変圧器用の鉄心構成部材2,3および積み鉄心1を示す平面図であり、図5(b)は、単相変圧器用の鉄心構成部材2,3および積み鉄心1を示す斜視図である。図5(a)および図5(b)において、符号1は鉄心であり、符号2は脚鉄心であり、符号3はヨーク鉄心であり、符号4は、脚鉄心2とヨーク鉄心3がL字型に交わるコーナー部であり、符号5は直辺部であり、符号8は磁束であり、RDは圧延方向である。なお、図5(b)には、脚鉄心2に巻かれたコイル7を模式的に示す。
図6(a)は、3相3脚変圧器の鉄心構成部材2,3および積み鉄心1−1を示す平面図であり、図6(b)は、3相3脚変圧器の鉄心構成部材2,3および積み鉄心1−1を示す斜視図である。図6(a)および図6(b)において、符号2は脚鉄心であり、符号3はヨーク鉄心であり、符号4は脚鉄心2とヨーク鉄心3がL字型に交わるコーナー部であり、符号4Tは脚鉄心2とヨーク鉄心3がT字型に交わるコーナー部であり、符号5は直辺部であり、符号8は磁束であり、符号10は窓部であり、RDは圧延方向である。
上述したように、積み鉄心は、方向性電磁鋼板から切り出された本発明に係るブランクを、一枚または複数枚積層した鉄心構成部材を、磁気的な閉回路を構成するように2個以上(図5(a)および図5(b)に示す単相変圧器用の鉄心では4個、図6(a)および図6(b)に示す3相3脚変圧器用の鉄心では5個)組み合わせて、構成される。鉄心構成部材の磁化方向に垂直な断面での鉄心構成部材の形状を説明する。
(a)複数枚のブランクをブランク板厚方向へ積層した際に、磁化方向に垂直な断面での鉄心構成部材の形状が円形になるように、板幅が徐々に変化するように調整して切り出した複数枚のブランクをブランク板厚方向へ積層すること、または
(b)板幅が略同一の複数枚のブランクをブランク板厚方向へ積層した後に、切削加工等により、磁化方向に垂直な断面での形状を円形に加工すること
により、形成される。
図7(a)は、単相変圧器用の内鉄型の積み鉄心1を模式的に示す平面図であり、図7(b)は、3相変圧器の内鉄型の積み鉄心1−1を模式的に示す平面図である。また、図7(c)は、単相変圧器用の外鉄型の積み鉄心11を模式的に示す平面図であり、図7(d)は、3相変圧器の外鉄型の積み鉄心11−1を模式的に示す平面図である。図7(a)〜図7(d)において、符号2は脚鉄心を示し、符号3はヨーク鉄心を示し、符号7は脚鉄心2に巻かれたコイルを示す。
2 脚鉄心
3 ヨーク鉄心
4 脚鉄心とヨーク鉄心がL字型に交わるコーナー部
4T 脚鉄心とヨーク鉄心がT字型に交わるコーナー部
5 直辺部
8 磁束
10 窓部
11,11−1 外鉄型の鉄心
RD 圧延方向
Claims (6)
- 圧延方向の磁束密度B8が板幅方向について変動し、切り出したブランクが積み鉄心に用いられる方向性電磁鋼板であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.005%以下、
Si:2.0〜4.5%、
Mn:0.02〜1.00%、
SおよびSeの合計:0.005%以下、
sol.Al:0.003〜0.02%、
N:0.005%以下、
残部Feおよび不純物であり、
板幅方向の第1の特定位置であるA点における圧延方向の磁束密度B8A(T)と、板幅方向の第2の特定位置であるB点における圧延方向の磁束密度B8B(T)について、B8B>B8A、かつB8B−B8Aが0.03(T)以上となるA点およびB点が少なくとも1つずつ存在し、
前記積み鉄心の内周側の特定位置の磁束密度がB8A(T)、前記積み鉄心の外周側の特定位置の磁束密度がB8B(T)となるように配置された、積み鉄心用方向性電磁鋼板。 - 前記A点および前記B点が、nを1以上の自然数として、板幅の1/nで交互に存在する、請求項1に記載の積み鉄心用方向性電磁鋼板。
- 複数存在する前記A点の磁束密度B8A(T)の最大値および最小値の差が0.01T以下であるとともに、複数存在する前記B点の磁束密度B8B(T)の最大値および最小値の差が0.01(T)以下である、請求項1または2に記載の積み鉄心用方向性電磁鋼板。
- 前記A点から前記B点に亘る磁束密度B8が略直線的に変化する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の積み鉄心用方向性電磁鋼板。
- 質量%で、C:0.1%以下、Si:2.0〜4.5%、Mn:0.04〜0.50%、SおよびSeの合計:0.002〜0.05%、sol.Al:0.005〜0.05%およびN:0.001〜0.020%を含有し、残部Feおよび不純物である化学組成を有する鋼材を素材とし、
熱間圧延工程と、冷間圧延工程と、脱炭焼鈍工程と、窒化焼鈍工程と、焼鈍分離剤塗布工程と、仕上げ焼鈍工程とを含む、積み鉄心用方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記窒化焼鈍工程において、窒化量を鋼板の板幅方向について変化させる、請求項1〜4のいずれかに記載の積み鉄心用方向性電磁鋼板の製造方法。 - 質量%で、C:0.1%以下、Si:2.0〜4.5%、Mn:0.04〜1.0%、SおよびSeの合計:0.002〜0.05%、sol.Al:0.005〜0.05%およびN:0.001〜0.020%を含有し、残部Feおよび不純物である化学組成を有する鋼材を素材とし、
熱間圧延工程と、冷間圧延工程と、脱炭焼鈍工程と、焼鈍分離剤塗布工程と、仕上げ焼鈍工程とを含む、積み鉄心用方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上げ焼鈍工程において、コイルの板間隙間を板幅方向について変化させて巻き取ったコイルで仕上げ焼鈍を行う、請求項1〜4のいずれかに記載の積み鉄心用方向性電磁鋼板の製造方法。
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