JPH0617547B2 - 鉄損の少ない一方向性電磁鋼板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、トランス等の鉄芯に用いられる鉄損特性の優
れた薄手の高磁束密度一方向性電磁鋼板に関するもので
ある。

（従来の技術） 一方向性電磁鋼板は、結晶粒の磁化容易軸＜００１＞が
圧延方向に一致し、｛１１０｝面が鋼板面に平行である
方位（いわゆるゴス方位）にほとんどそろった結晶粒か
らなる結晶配向性の鋼板をいう。一方向性電磁鋼板には
磁気特性として磁化特性と鉄損特性が良好であることが
求められる。鉄損は良く知られている様に履歴損と渦流
損からなり、履歴損の物理的要因としては鋼板の結晶方
位、純度、内部歪があり、渦流損には鋼板の電気抵抗、
板厚、磁区の大きさ、結晶粒度、鋼板に付与された張力
などがある。

従来から鉄損を改善するために結晶粒の方位を完全なゴ
ス方位に近づけようとする努力がなされてきた。また、
結晶粒度、固有抵抗、表面被膜等が鉄損特性に影響を与
えることに着目し、その方面から鉄損特性を向上させる
試みもなされてきた。しかし現在のところ５０Hzで１．
７Ｔまで磁化させた時の１kg当りの鉄損Ｗ_17/50 で鉄損
Ｗ_17/50 ＜１．０Ｗ／kgの様に低い鉄損値を得る方法は
少ない。たとえあったとしても、工業化あるいは製品の
使用上に難点がある。たとえば、固有抵抗を増すためSi
を増加する方法があるがSi量の増加と共に、加工性が劣
化するため上限がある。また鋼板に張力を付与して鉄損
特性を向上する方法としてフォルステライト被膜を改善
する方法（特公昭51−12451 号公報）とか上塗コーティ
ングによる方法（特公昭53−28375 号公報）があるが、
かかる被膜の厚みを増し張力効果を増加させようとする
と、変圧器鉄芯の占積率を低下させるなどのデメリット
が生じるため、被膜による張力効果にも上限がある。ま
た最近磁区を細分化して鉄損特性を改善する方法として
ケガキ（特公昭58−5968号公報）、ルーザー照射（特公
昭58−26405 号公報）などがあるが、歪取焼鈍工程を経
る場合には効果がなくなるため、歪取焼鈍を前提としな
い用途に限定されなければならない。また良く知られて
いるように結晶粒を微細化させて鉄損を下げる方法があ
り、特に薄手材（特開昭57−41326 号公報）などについ
ても報告されているが、一般に結晶粒を小さくする手段
をとると、高い磁束密度が確保され難くなるという現象
があるため到達鉄損値には限界がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、鉄損に関する新しい影響因子を見出し活用し
たもので、実用性の高い低鉄損製品を提供するものであ
る。即ち本発明者らは不純物元素を所定量以下に規制
し、所定量の張力が存在する０．１５〜０．２３mmの板
厚をもったＢ₁₀≧１．９０Ｔの高磁束密度鋼板であって
結晶粒界の凹凸度合いを規制することにより、従来レベ
ルＷ_17/50 ≧１．００Ｗ／kgよりも１割以上も改善され
た極低鉄損値を有する一方向性電磁鋼板製品を提供する
ものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は鋼中にSi：２．３〜４．３％、Sn：０．０４〜
０．４％を含有し、不純物としてＣが0.0015％以下、
Ｎ，Ｓが各々0.0010％以下に制御され、残余が実質的に
Feから成る多結晶鋼板であって、鋼板板厚が ０．１５
〜０．２３mmであること、Ｂ₁₀≧１．９０Ｔであるこ
と、該鋼板に０．２〜１．０kg／mm²の張力が存在する
こと並びに該鋼板の各結晶粒に関する粒界形状の特徴を
表わす指標として式 を定義する時、各ＳＦ値の鋼板としての平均値▲▼
＜０．６０であることを特徴とするＷ_17/50 ≦0.90Ｗ／
kgの鉄損の少ない一方向性電磁鋼板を要旨とするもので
ある。

以下本発明を詳細に説明する。

まず、Ｗ_17/50 ≦０．９０Ｗ／kgなる製品に備えている
べき条件について述べる。

第１の条件は成分に関してである。つまり、鋼中にはS
i：２．３〜４．３％、Sn：０．０４〜０．４％を含有
し、不純物としてＣが0.0015％以下、Ｎ，Ｓが各々0.00
10％以下に制御され、残余が実質的にFeからなることで
ある。

第２の条件は鋼板板厚が０．１５〜０．２３mmであると
いうことである。

第３の条件はＢ₁₀（1000Ａ／ｍの磁場をかけた時の磁束
密度）が１．９０Ｔ以上であるということである。

第４の条件は鋼板に０．２〜１．０kg／mm²の張力が存
在することである。

第５の条件は本発明の中核とも言える条件である。それ
は該鋼板各結晶に関する粒界形状の特徴を表わす指標と
して式 を定義する時、各ＦＳ値の鋼板としての平均値▲▼
が▲▼＜０．６０であることである。

以下これらの５つの条件の限定理由について説明する。

先ず、本発明者らは、成分元素と各種工程条件について
公知法のみならず巾広い条件で実験を行ない０．１０〜
０．３５mmの板厚からなる多数の一方向性電磁鋼板製品
を得た。かかる鋼板の鉄損、磁束密度を測り、また表面
被膜に由来する鋼板張力を測った後、フッ酸、硝酸等を
用いてフォルステライト被膜など表面被膜を除去し、鋼
板の２次再結晶組織（以下マクロ組織と称す。）を露呈
させた。そして製品鋼中成分の分析を行うと共に市販の
画像解析機を用いマクロ組織の形態を系統的に調べ、上
記の５つの条件が製品鋼板に具備されることが、Ｗ
_17/50 が０．９０Ｗ／kg以下という低鉄損の一方向性電
磁鋼板を得るために必要であることを見い出した。

第１の条件の限定理由を説明する。

Siは固有抵抗を増し、その結果渦流損を低下させる。
２．３％未満では本発明の目的である良好な鉄損特性が
得られず、４．３％を超すと製造段階並びに使用段階で
の加工性に問題を生じるので好ましくないので製品鋼中
のSi量を２．３〜４．３％に限定した。

Snは製造工程途上溶鋼中に入れられたもので、製品には
純化されずに残留したものである。Snが仕上焼純での２
次再結晶段階において、粒界を複雑に入りくませる働き
があり、後に説明する結晶粒界形状指標ＳＦを下げるの
に有効である。これはSnが粒界偏析することと関係して
いると推定される。０．０４％未満ではかかる効果が少
なく、０．４％以上ではフォルステライト被膜が劣化す
るので、０．０４〜０．４％に限定した。

Ｃは磁気時効をひきおこすのみならず固溶していても格
子をひずませ、磁気的性質を劣化させるので0.0015％以
下に制御する必要がある。

Ｎ，Ｓは履歴損を増加させるので、0.0010％以下である
ことが、本発明の目的であるＷ_17/50 が０．９０Ｗ／kg
なる低鉄損を得るために必要である。

第２，第３の条件の限定理由について説明する。第１図
は、第１の条件が満されている試料について製品板厚と
Ｗ_17/50 との関係を示したものである。この図よりＷ
_17/50 ≦０．９０Ｗ／kgを得るにはSi，Sn，Ｃ，Ｎ，Ｓ
の条件の他に、第２の条件：鋼板板厚が０．１５〜０．
２３mmであること、第３の条件：Ｂ₁₀≧１．９０(T) で
あること、が必要なことがわかる。しかしながら、第１
図は第１〜第３の条件を満すだけではＷ_17/50≦０．９
０Ｗ／kgとならないこともあることを示している。

次に第４，第５の条件の限定理由を説明する。まずＳＦ
値について説明する。ＳＦ値は結晶粒形が鋼板面で円形
の時にＳＦ＝１に規格化されたパラメーターで粒界形状
が複雑に入り組むほどその値は小さくなる。例えば結晶
粒形が正６角形の時ＳＦの値は０．９１となる。本発明
者らは第１図から第１〜第３の条件の他に鉄損に影響を
与える要因があることがわかったので、追加実験を行い
試料を増した。そして第１，第３の条件を満し、製品板
厚が０．２０mmなる試料のＷ_17/50と鋼板の圧延方向張
力との関係を調べ、画像解析機で求めた前述の結晶粒の
ＳＦ値の鋼板としての平均▲▼の値を加味すること
によって第２図を得た。▲▼が０．６０より大きい
場合にはＷ_17/50 ≦０．９０Ｗ／kgを確保するのが困難
でありしかも圧延方向張力との相関関係があまり明確で
ないのに対し、▲▼が０．６０より小さい場合には
圧延方向張力０．２〜１．０kg／mm²の範囲で、Ｗ_17/50
≦０．９０Ｗ／kgが得易く、かつ張力が大きいほど鉄
損がよい傾向を示していることが判る。この図より本発
明者らは、第４の条件として鋼板に０．２〜１．０kg／
mm²の張力が存在すること、並びに第５の条件として▲
▼＜０．６０という２つの条件を良好な鉄損を得る
ために加える必要があることを知った。この第４条件と
第５条件の相乗効果は鉄損に影響を与えるまったく新し
い物理的要因である。この相乗作用がいかにして鉄損に
影響を与えるかについて必ずしも明らかではないが以下
の如くに考えられる。

高磁束密度一方向性電磁鋼板の各結晶粒は粒界で最高で
も４〜５゜程度の方位差を持っている。かかる粒界に圧
延方向への張力が作用した場合、粒界並びにその近傍に
ひずみ場が発生すると推定される。このひずみ場に入り
くんだ粒界形状つまりＳＦ値が小さい場合にはより大き
くなり、磁区幅を狭くする作用をすると推定される。そ
してその結果渦流損の改善にひいては全鉄損の改善に寄
与するものと考えられる。

次に本発明の鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法に
ついて述べる。

まず第１の条件は素材熱延材の成分についてである。S
i：２．５〜４．５％、Sn：０．０４〜０．４％、Ｃ：
０．０２〜０．１０％、酸可溶性Ａｌ：0.015〜0.040
％、Ｎ：0.0040〜0.0100％、Mn：0.030〜0.150％、Ｓ：
0.015 〜0.040 ％が必須条件であり、０．０４％以下の
Se、０．４％以下のSb，Cu，As，Biが１種または２種以
上含まれなければならない。続いてこれら成分の限定理
由を述べる。

Siに関しては仕上焼鈍時に表面被膜に濃縮されるので、
製品鋼中では、熱延板中よりも０．１５〜０．２５％程
減少している。先きに製品鋼中のSi量の限定理由につい
て説明したが、その範囲に応じて熱延板中ではSi：２．
５〜４．５％の制限範囲が必要となる。Ｃについては、
Siに応じてγ変態を生ぜしめるのに十分な量が必要であ
り、また最終製品鋼中で0.0015％以下に脱炭できるため
には、熱延板中では０．１０％以下であることが必要で
あり結局０．０２〜０．１０％に限定した。

Snに関しては、製品の必要条件で述べた如く、０．０４
％より少ない場合にはＳＦ値が大きくなり０．４％以上
ではフォルステライト被膜が劣化し、被膜張力を確保す
るのが困難となるので、０．０４〜０．４％に限定し
た。

酸可溶性AlとＮに関しては酸可溶性Alが0.015 ％より少
なく、またＮが0.0040％より少ないと所定量の有効な A
lN インヒビターが確保できず、逆に酸可溶性Alが0.040
％より多く、またＮが0.0100％より多いと溶体化が不
十分となるために好ましくないので、酸可溶性Alを0.01
5 〜0.040 ％に、Ｎを0.0040〜0.0100％に限定した。

同様にMnとＳに関しては、Mnが0.030 ％より少なくまた
Ｓが0.015 ％より少ないと所定量の有効なMnSインヒビ
ターが確保出来ず、逆にMnが0.150％より多く、またＳ
が0.040 ％より多いと溶体化が不十分となるため好まし
くないので、Mnを0.030〜0.150 ％、Ｓを0.015 〜0.040
％に限定した。

成分についてはこの他のインヒビター構成元素として従
来公知の０．０４％以下のSe、０．４％以下のSb，Cu，
As，Biが１種又は２種以上含有されている。これらの上
限値はこれ以上含むと２次再結晶を阻害してしまうから
である。

以上の成分を有する熱延板に必要に応じて焼鈍冷延を行
う。つまり製品板厚が０．２０mm以下の如く非常に薄い
場合には、最終冷延前の熱処理工程前に必要に応じて熱
延板焼鈍並びに中間焼鈍をはさむ１回以上の冷延を行っ
てもよい。

第２の条件は最終冷延前の熱処理条件に関してである。
つまり最終冷延前の熱処理として、900 〜1200℃に１０
〜６００秒保持あるいは1050〜1200℃に１００秒以下保
持した後８００〜1000℃に３０〜５００秒保持し、次い
で、１００℃まで５〜５０秒で冷却する必要がある。こ
の工程はAlN， MnSなどのインヒビターの析出分散制御
を行うところであり、仕上焼鈍中の２次再結晶の様相に
大きな影響を与える。従って製品鋼板の２次再結晶粒の
粒界の形状を▲▼＜０．６０とするためにも極めて
重要である。９００〜1200℃に１０〜６００秒加熱の場
合、９００℃より低温又は１０秒より短かいと AlN， M
nS等のインヒビターの初期析出が不十分であり、1200℃
より高温又は600秒以上になるとインヒビターの析出が
過度並びに不均一となって好ましくない。一般にSiが
３．２％より多い場合には、1050〜1200℃に１００秒以
下保持した後８００〜1000℃に３０〜５００秒保持の熱
処理を行う。複合のインヒビターを高Si鋼中で過度に析
出分散させるためにこれらの温度と時間が必要なのであ
る。かかる焼鈍後冷却速度も２次再結晶を安定化させ、
良好な鉄損を得るのに重要である。１００℃まで５０秒
以上かけて冷却するとインヒビターがその間に過剰析出
し、結果として製品鋼板において結晶粒界がなめらかに
なり、▲▼が０．６０未満のものは得がたく前記の
如く良好な鉄損の製品とならない。１００℃まで５秒未
満で冷却することは２次再結晶粒の成長にとって好まし
くない。

第３の条件は最終冷延とそのパス間の熱処理に関するも
のである。つまり最終冷延工程では８１〜９３％の圧下
率で０．１５〜０．２３mmの板厚にし、その冷延途上の
パス間で鋼板を少なくとも２回以上１５０〜３００℃の
温度範囲で３０秒以上加熱しなければならない。このパ
ス間熱処理の条件がととのわなければ製品鋼板の▲
▼を０．６０未満にすることは困難である。また圧下率
が８１％未満ではＢ₁₀≧１．９０Ｔは得難く、９３％を
超えると２次再結晶が不安定となる。

かくして得られた冷延鋼板を公知の方法で脱炭焼鈍を行
ない、表面にMgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布す
る。そしてN₂とH₂との混合ガス中で仕上げ焼鈍を行う。
その際鋼板の板厚が０．１５〜０．２３mmと薄くなる
と、仕上げ焼鈍中の雰囲気ガスが製品の磁気特性にさら
に大きな影響を与える。N₂が５０％以上であるとインヒ
ビターAlNが 一次再結晶を抑制し過ぎ、かつ▲▼
が０．６０より小さい製品を得ることは困難である。そ
れ故５０％以上のH₂と残りH₂の雰囲気にしなければなら
ない。かくした得られらフォルステライト被膜付製品に
必要に応じて公知の方法による張力コーティングを行
う。

なお熱延板は公知の技術である製鋼法、連続鋳造法また
はインゴット分塊法で得られた鋼板を熱間圧延すること
によって得られる。

（実施例） 以下本発明の実施例について説明する。

Si：２．５〜４．３％、Ｃ：０．０４〜０．０９％、酸
可溶性Ａｌ：0.020〜0.032 ％、Ｎ：0.0050〜0.0100
％、Mn：0.050 〜0.150 ％、Ｓ：0.014 〜0.035 ％、C
u：０．０８〜０．１５％、Sn：０．０５〜０．２０％
を含む２．３mmの熱延板を得た。そして熱延板焼鈍とし
て1150℃に３０秒保持し、その後９００℃で１分保持
し、１００℃まで２０〜３０秒で水冷、６０〜７０秒で
空冷の２水準をとり、その後０．２１mm、０．１８mmの
２水準に冷延した。冷延は５パスで行ない、そのパス間
で３回鋼板を２５０℃の恒温槽に２０分間入れて加熱し
たものと、パス間熱処理をしないものの２水準を設け
た。その後公知の方法で脱炭焼鈍、焼付分離剤塗布を行
ったあと、N₂１０％H₂90％とN₂８０％H₂２０％の２つの
場合の２次再結晶前の雰囲気にした仕上焼鈍を行いさら
に特公昭53−28375 号公報で提案された方法による張力
コーティングを施して一方向性電磁鋼板を得た。そして
得られた鋼板の磁性を測定し、表面被膜に由来する鋼板
張力を測定した。かかる後、フッ酸と硝酸を使って鋼板
被膜を除き、画像解析機を用いて鋼板の結晶粒の▲
▼を求め、さらに鋼中の、Si，Sn，Ｃ，Ｎ，Ｓ量を分析
した。それらの結果の代表例を第１表に示す。この表を
見ると冷却水準が本発明に入らない試料番号１０，１
１，１２はいずれも▲▼が０．６０以上であり、低
鉄損が得られていない。またパス間熱処理条件が本発明
外である試料番号２，６についても▲▼が大きくＷ
_17/50 で0.90Ｗ／kg以下には至っていない。

仕上焼鈍時の雰囲気の点で本発明外である試料番号４に
ついては▲▼が確保されていない。また残留Ｃ，
Ｎ，Ｓなどが本発明外である試料番号７，９については
▲▼などは確保されているが、鉄損が悪い。これら
に対して本発明による試料番号１，３，５，８はいずれ
もＷ_17/50 ≦０．９０Ｗ／kgを達成している。

（発明の効果） 以上の如く、本発明の一方向性電磁鋼板は従来の到達鉄
損値レベルＷ_17/50 ≧１．０Ｗ／kgに比べ、１割以上鉄
損値が低いので、変圧器の組込まれた場合、常時数パー
セント以上の電力の節約となるので、産業上裨益すると
ころが極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はＢ₁₀をパラメーターとした板厚と Ｗ_17/50 の関係図、第２図は▲▼をパラメーターと
した圧延方向張力とＷ_17/50 の関係図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼中にSi：２．３〜４．３％、Sn：０．０
   ４〜０．４％を含有し、不純物としてＣが0.0015％以
   下、Ｎ，Ｓが各々0.0010％以下に制御され、残余が実質
   的にFeから成る多結晶鋼板であって、鋼板板厚が０．１
   ５〜０．２３mmであること、Ｂ₁₀≧１．９０Ｔであるこ
   と、該鋼板に０．２〜１．０kg／mm²の張力が存在する
   こと並びに該鋼板の各結晶粒に関する粒界形状の特徴を
   表わす指標として式 を定義する時、各ＳＦ値の鋼板としての平均値▲▼
   が▲▼＜０．６０であることを特徴とするＷ_17/50
   ≦０．９０Ｗ／kgの鉄損の少ない一方向性電磁鋼板。