JP7028244B2 - 方向性電磁鋼板およびこれを用いてなる変圧器の積鉄心並びに積鉄心の製造方法 - Google Patents
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Description
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に1.0Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。
β:二次再結晶粒の平均β角(°)
二次再結晶粒の平均β角が大きくなると、Sinβに比例して静磁エネルギーが増加し、それを緩和しようとランセット磁区量が増加すると考えられる。
t:鋼板板厚(mm)
R:二次再結晶粒径(mm)
鋼板面単位面積当たりの粒界面積割合4t/Rに応じて、粒界に生じる反磁界は大きくなると考えられる。
w:還流磁区幅(μm)
a:圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪みの間隔(mm)
還流磁区が静磁場状態での還流磁区幅まで増加した場合、鋼板面単位面積当たり還流磁区面積割合は(w/a)×10-3となる。それに応じて、還流磁区により生じる反磁界はw/a/√2に比例して大きくなると考えられる。
[1]変圧器の積鉄心に用いる方向性電磁鋼板であって、
該鋼板の板厚tと、該鋼板に下記(1)式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板。
板厚t≦0.20mmの場合、鉄損劣化率が85%以下
0.20mm<板厚t<0.27mmの場合、鉄損劣化率が80%以下
0.27mm≦板厚tの場合、鉄損劣化率が75%以下
(楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率)=((WA-WB)/WB)×100 ・・・(1)
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に1.0Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。
[2]該鋼板表面に、圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪みが形成され、
前記歪みにより形成される還流磁区幅wと、該鋼板の二次再結晶粒径Rと、該鋼板の二次再結晶粒の平均β角との関係が、下記(2)式の関係を満たす、[1]に記載の方向性電磁鋼板。
[3]磁化力800A/mにおける磁束密度B8が1.94T以上であり、かつ、二次再結晶粒径Rが40mm以上である、[1]または[2]に記載の方向性電磁鋼板。
[4]上記[1]~[3]のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を用いてなる変圧器の積鉄心。
[5]積鉄心変圧器の鉄損値を、該積鉄心の素材である方向性電磁鋼板の鉄損値で除して求められるビルディングファクタを小さくする積鉄心変圧器の積鉄心の製造方法であって、
方向性電磁鋼板を積層して積鉄心とする際に、該鋼板として、該鋼板の板厚tと該鋼板に下記(1)式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板を用いる積鉄心の製造方法。
板厚t≦0.20mmの場合、鉄損劣化率が85%以下
0.20mm<板厚t<0.27mmの場合、鉄損劣化率が80%以下
0.27mm≦板厚tの場合、鉄損劣化率が75%以下
(楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率)=((WA-WB)/WB)×100 ・・・(1)
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に1.0Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。
[6]該鋼板表面に、圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪みが形成され、
前記歪みにより形成される還流磁区幅wと、該鋼板の二次再結晶粒径Rと、該鋼板の二次再結晶粒の平均β角との関係が、下記(2)式の関係を満たす、[5]に記載の積鉄心の製造方法。
[7]磁化力800A/mにおける磁束密度B8が1.94T以上であり、かつ、二次再結晶粒径Rが40mm以上である方向性電磁鋼板を用いる、[5]または[6]に記載の積鉄心の製造方法。
本発明によれば、変圧器の積鉄心として用いられる方向性電磁鋼板の特性を制御することで、ラップ接合部における磁気抵抗を低減し、変圧器鉄心の設計に関わらず、積鉄心変圧器における変圧器鉄損を低減することができる。
本発明によれば、積鉄心変圧器の積鉄心を本発明の方向性電磁鋼板を素材として構成することで、ビルディングファクタの小さい積鉄心変圧器が得られる。
板厚t≦0.20mmの場合、鉄損劣化率が85%以下
0.20mm<板厚t<0.27mmの場合、鉄損劣化率が80%以下
0.27mm≦板厚tの場合、鉄損劣化率が75%以下
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に1.0Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。
WAは、非特許文献3などに記載がある、二次元単板磁気測定装置(2D-SST)を用いて、測定を行う。方向性電磁鋼板(素材)のRD方向に最大磁束密度1.7T、TD方向に最大磁束密度1.0Tとなる50Hz正弦波励磁を行い、RD方向とTD方向の正弦波励磁の位相差を90°とすることで楕円磁化励磁を行う。この際、楕円磁化の回転方向は、時計回りと反時計回りがあるが、両者における鉄損測定値には差があることが指摘されており、両者の測定を実施したうえで平均値をとる。鉄損測定方法は探針法、Hコイル法など種々の方法が提案されているが、いずれの方法を用いても良い。また励磁に際しては、RD方向は最大磁束密度1.7T、TD方向は最大磁束密度1.0Tとなるよう、励磁電圧のフィードバック制御を行うが、磁束密度が最大となる瞬間以外は磁束波形が正弦波より若干歪む場合でも、波形制御は行わない。測定試料は二次元単板磁気測定装置の励磁可能サイズによるが、1試料に含まれる結晶粒の数を考慮して、(50mm×50mm)以上が好ましい。また、測定値のバラつきを考慮し、1素材につき30枚以上の試料を測定し平均することが好ましい。
WBは、上記の楕円磁化をかけた測定を行った試料と同じ試料を、同じ測定装置を使って測定する。RD方向のみに最大磁束密度1.7T、50Hz正弦波励磁を行う。励磁に際しては、RD方向最大磁束密度1.7Tとなるような、励磁電圧のフィードバック制御を行い、TD方向には制御を行わない。
鋼板の圧延方向を向く二次再結晶粒の〈100〉軸の圧延面となす角をβ角と定義される。鋼板の二次再結晶方位をX線結晶回折にて測定する。鋼板内の二次再結晶粒の方位にはバラつきがあるので、RD、TDそれぞれ10mmピッチのポイントで測定し、(500mm×500mm)以上の測定領域データを平均することで求める。
鋼板表面上の被膜をなんらかの化学的、電気的手法で除去し、二次再結晶粒径を測定する。(500mm×500mm)以上の測定領域に存在する、1mm2程度以上の大きさの結晶粒個数を目視、あるいはデジタル画像処理により測定し、二次再結晶粒1個の平均面積を求める。その平均面積より、円相当径(直径)を計算し、二次再結晶粒径を求める。
ビッター法による磁区観察で測定する。還流磁区幅は、歪み導入により局所的に磁区構造が乱れた箇所であり、圧延方向に平行な磁区構造がとぎれたり、不連続になっている部分を指す。幅は必ずしも一定とは限らないので、線列方向100mm試料内において5箇所以上を観察し、平均をその線列における還流磁区幅とする。さらに、長手方向500mmの試料内において線列5箇所以上を観察し、平均し求めることとする。
直線状の歪み領域同士のRD方向の間隔で定義する。線間隔(歪みの間隔)が一定でない場合には、長手方向500mmで5箇所を調査し、その平均とする。さらに、鋼板幅方向の直線状の歪み領域の中で線間隔が変わる場合には、その平均とする。
C量が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。
Claims (7)
- 変圧器の積鉄心に用いる方向性電磁鋼板であって、
該鋼板の板厚tと、該鋼板に下記(1)式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板。
板厚t≦0.20mmの場合、鉄損劣化率が85%以下
0.20mm<板厚t<0.27mmの場合、鉄損劣化率が80%以下
0.27mm≦板厚tの場合、鉄損劣化率が75%以下
(楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率)=((WA-WB)/WB)×100 ・・・(1)
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に1.0Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。 - 磁化力800A/mにおける磁束密度B8が1.94T以上であり、かつ、二次再結晶粒径Rが40mm以上である、請求項1または2に記載の方向性電磁鋼板。
- 請求項1~3のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を用いてなる変圧器の積鉄心。
- 積鉄心変圧器の鉄損値を、該積鉄心の素材である方向性電磁鋼板の鉄損値で除して求められるビルディングファクタを小さくする積鉄心変圧器の積鉄心の製造方法であって、
方向性電磁鋼板を積層して積鉄心とする際に、該鋼板として、該鋼板の板厚tと該鋼板に下記(1)式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板を用いる積鉄心の製造方法。
板厚t≦0.20mmの場合、鉄損劣化率が85%以下
0.20mm<板厚t<0.27mmの場合、鉄損劣化率が80%以下
0.27mm≦板厚tの場合、鉄損劣化率が75%以下
(楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率)=((WA-WB)/WB)×100 ・・・(1)
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に1.0Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。 - 磁化力800A/mにおける磁束密度B8が1.94T以上であり、かつ、二次再結晶粒径Rが40mm以上である方向性電磁鋼板を用いる、請求項5または6に記載の積鉄心の製造方法。
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