JPH0688173A - 超高磁束密度一方向性電磁鋼板用素材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変圧器等に用いられる一方向性電磁鋼板の鉄
損（磁区制御後）を極限まで下げるため、磁束密度をよ
り高める。 【構成】 ＳＬ成分系一方向性電磁鋼板用素材にＢｉを
０．０００５〜０．０５％含有させる。 【効果】 上記Ｂｉ添加により成品の磁束密度が１．９
５Ｔ以上２Ｔにも達し、従来品の１．９３Ｔ程度を大き
く超え、超高磁束密度一方向性電磁鋼板と呼べるものが
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トランス等の鉄心に用
いられる｛１１０｝〈００１〉方位即ちゴス方位を高度
に発達させた高磁束密度一方向性電磁鋼板を製造するの
に好適な素材に関する。ここで、素材とは鋼塊、スラブ
或いは熱延板を指す。

【０００２】

【従来の技術】一方向性電磁鋼板は、軟磁性材料として
主にトランスその他の電気機器の鉄心材料に使用されて
いるもので、磁気特性としては励磁特性と鉄損特性が良
好でなくてはならない。

【０００３】この励磁特性を表す指標として通常磁束密
度Ｂ₈ （磁場の強さ８００A/m における磁束密度）やＢ
₁₀が用いられ、鉄損特性を表す指標としてＷ_17/50 （５
０Hzで１．７Ｔまで磁化させたときの単位重量あたりの
鉄損）やＷ_13/60 等が用いられている。

【０００４】一方向性電磁鋼板は製造工程の最終段階の
９００℃以上の温度での仕上げ焼鈍工程で２次再結晶を
起こさせ、鋼板面に｛１１０｝面、圧延方向に〈００
１〉軸をもったいわゆるゴス組織を発達させることによ
って得られている。そのなかでも磁束密度Ｂ₈ が１．８
８Ｔ以上の優れた励磁特性をもつものは高磁束密度一方
向性電磁鋼板と呼ばれている。

【０００５】高磁束密度一方向性電磁鋼板の代表的製造
方法としては特公昭４０−１５６４４号公報、特公昭５
１−１３４６９号公報があげられる。現在世界的規模で
生産されている高磁束密度一方向性電磁鋼板は上記２特
許を基本として生産されていると云える。

【０００６】然るに上記特許に基づく製品の磁束密度Ｂ
₈ は１．８８乃至高々１．９５Ｔ程度であり、３％Ｓｉ
鋼の飽和磁束密度２．０３Ｔの９５％程度の値を示して
いるに過ぎない。

【０００７】更に本出願人は先に特公昭６１−６０８９
６号公報で従来の１３５０℃以上もの高温スラブ加熱を
回避する方法を開示した。しかしこの方法で製造される
製品も磁束密度は高磁束密度一方向性電磁鋼板と呼ばれ
る１．９３Ｔ程度の磁束密度しか示していないのが実状
である。

【０００８】然るに近年省エネルギー、省資源への社会
的要求は益々厳しくなり、一方向性電磁鋼板の鉄損低
減、磁化特性改善への要求も熾烈になってきている。一
方技術的には鉄損低減化の手法としてレーザー照射等の
磁区制御技術が特公昭５８−５９６８号公報、特公昭５
７−２２５２号公報等により確立され、この方法では更
なる高磁束密度材への要求が鉄損低減への手段として強
くなっている。

【０００９】即ち、従来の高磁束密度一方向性電磁鋼板
の磁束密度Ｂ₈ を更に理想方位に近づける手段の出現が
待たれているのが現状である。

【００１０】この目標達成のための手段として本発明者
は特公昭５７−１５６５号公報で従来のＡｌ入り高磁束
密度一方向性電磁鋼板の溶鋼に炭酸塩含有物を添加する
方法を提案した。しかしこの方法は実験室的には実現性
があるが、工業規模では実施されていないのが実状であ
る。

【００１１】更に本出願人は特公昭５８−５０２９５号
公報で温度勾配焼鈍法を提案した。この方法で初めて安
定して磁束密度Ｂ₈ が１．９５Ｔ以上の製品が得られる
ようになった。しかしこの方法は工場サイズのコイルフ
ォームで実施する場合、コイル一端から加熱し、反対端
部は温度勾配をつけるため冷却するという非常に熱エネ
ルギー的損失を伴うため工業生産としては問題点を大き
くはらんでいた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点を回避し極めて磁束密度の高い超高磁束密度一方向性
電磁鋼板の製造を可能にすることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、次の通りである。 １）重量で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：２．５
〜４．０％、Ｍｎ：０．１０〜０．８０％、Ｓ：０．０
１０％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５
％、Ｎ：０．００３０〜０．０１５０％を基本成分とす
る一方向性電磁鋼板用素材において、０．０００５〜
０．０５％のＢｉを含有せしめることを特徴とする超高
磁束密度一方向性電磁鋼板用素材。

【００１４】２）重量で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、
Ｓｉ：２．５〜４．０％、Ｍｎ：０．１０〜０．８０
％、Ｓ：０．０１０％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０１０
〜０．０６５％、Ｎ：０．００３０〜０．０１５０％と
Ｓｎ：０．０５〜０．５０％を基本成分とする一方向性
電磁鋼板用素材において、０．０００５〜０．０５％の
Ｂｉを含有せしめることを特徴とする超高磁束密度一方
向性電磁鋼板用素材。

【００１５】以下本発明の詳細について説明する。本発
明者はいわゆる高磁束密度一方向性電磁鋼板の磁束密度
を更に高めるべく種々の研究を重ねているが、窒化アル
ミニウムを主インヒビターとする一方向性電磁鋼板用の
素材にＢｉを添加含有せしめることにより現在市販され
ている高磁束密度一方向性電磁鋼板の磁束密度Ｂ₈ ＝
１．９３Ｔ程度をはるかに超える１．９５Ｔ以上、２Ｔ
にもおよぶ超高磁束密度一方向性電磁鋼板を製造するこ
とに成功した。

【００１６】本発明の成分組成の限定理由を説明する。
Ｃは０．０３％未満では２次再結晶が不安定になり、ま
た２次再結晶した場合でも磁束密度が極めて劣化するの
で好ましくない。一方０．１５％超では脱炭焼鈍工程で
の脱炭が不完全になりやすく、成品での磁気時効を引き
起こすので好ましくない。

【００１７】Ｓｉは２．５％未満では成品の渦電流損が
増大し、また４．０％超では常温での冷延が困難になり
いずれも好ましくない。

【００１８】Ｓについては成品において線状細粒を生じ
させないためには０．０１０％以下に限定する必要があ
る。

【００１９】Ｍｎは高い磁束密度を得るためには０．１
０〜０．８０％が必要でその範囲を逸脱すると磁束密度
が劣化するので好ましくない。

【００２０】酸可溶性Ａｌは高磁束密度一方向性電磁鋼
板製造のための主要インヒビター構成元素であり、０．
０１０％未満では量的に不足しインヒビター強度が不足
する。一方０．０６５％超では析出窒化アルミニウムが
粗大化し、結果としてインヒビター強度を低下させるの
で好ましくない。

【００２１】Ｎも酸可溶性Ａｌ同様に主インヒビター構
成元素であり、上記範囲を逸脱するとインヒビターの最
適状態を壊すので好ましくない。

【００２２】更にＳｎについては薄手成品の２次再結晶
を安定化させる元素として有効であり、また２次再結晶
粒径を小さくする作用もあり、０．０５％以上の添加が
必要であり、０．５０％を超えてもその作用効果が飽和
するのでコストアップの点から０．５０％以下に限定す
る。

【００２３】本発明の特徴であるＢｉの添加含有量は
０．０００５〜０．０５％の範囲が有効である。０．０
００５％未満では磁束密度の向上がわずかであり、また
０．０５％超では磁束密度向上の効果が飽和するととも
に熱延板の端部に割れが発生するので上限を０．０５％
に限定する。

【００２４】一方向性電磁鋼板用素材にＢｉを添加含有
せしめることは特開昭５０−７２８１７号公報、特開昭
５１−７８７３３号公報、特開昭５３−３９９２２号公
報等に記載されているが、これらの特許は何れも必須の
インヒビターとしてＳ，Ｓｅを含有し、且つＳｂ，Ａｓ
等と同様の作用効果を持つ元素の一つとしての意味であ
り、Ｓｂの代替元素としての位置づけにしか過ぎない。

【００２５】更にこれらの特許は本質的にＡｌをインヒ
ビター元素として含有せず、本発明とはその性格を全く
異にするものと云える。更にＢｉを含有せしめることは
特開昭５１−１０７４９９号公報、特開昭６３−１００
１２７号公報にも記載されている。

【００２６】なるほどこれらの特許では必須のインヒビ
ターとしてＡｌを含有している点では本発明と同様では
あるが、何れもＳｂ，Ａｓ等の同一作用元素の位置づけ
で、従ってＢｉ添加含有の実施例の記載もなく、本発明
のようなＢｉの特異な磁束密度向上作用を窺わせるもの
は全くなく、Ｂｉ添加の思想、性格を異にするものと云
える。

【００２７】次に製造プロセス条件について説明する。
上記の如く成分を調整した超高磁束密度一方向性電磁鋼
板用素材は通常の如何なる溶解法、造塊法を用いた場合
でも本発明の素材とすることができる。

【００２８】次いでこの電磁鋼板用素材は通常の熱間圧
延により熱延コイルに圧延される。この場合スラブ加熱
温度は１２７０℃以下のいわゆる低温スラブ加熱が望ま
しい。

【００２９】引き続いて１ステージの冷間圧延または中
間焼鈍を含む複数ステージの冷間圧延によって最終板厚
とするが、高磁束密度一方向性電磁鋼板を得ることから
最終冷延の圧延率（１ステージの冷間圧延の場合はその
圧延率）は６５〜９５％の強圧下が好ましい。最終圧延
以外のステージの圧延率は特に規定しなくてもよい。最
終冷延前には９５０〜１２００℃で３０秒〜３０分間の
焼鈍を行い、急冷によりＡｌＮの析出制御を行う。最終
成品板厚に圧延した冷延板を続いて通常の方法で脱炭焼
鈍を行う。脱炭焼鈍の条件は特に規定しないが、好まし
くは７００〜９００℃の温度範囲で３０秒〜３０分間湿
潤な水素または水素、窒素の混合雰囲気で行うのがよ
い。脱炭焼鈍によって製品に有害な炭素を除去すると同
時に１次再結晶が起こる。

【００３０】１次再結晶後の鋼板に２次再結晶焼鈍時の
インヒビターを強化するための窒化処理を施す。この方
法は既に公知の方法で行えばよい。その後鋼板表面に２
次再結晶焼鈍における焼き付き防止およびグラス被膜生
成のためＭｇＯを主成分とする通常の組成の焼鈍分離剤
を塗布する。

【００３１】２次再結晶焼鈍は１０００℃以上の温度で
５時間以上、水素または窒素またはそれらの混合雰囲気
で行う。引き続き余分の焼鈍分離剤を除去後、コイル巻
ぐせを矯正するための連続焼鈍を行い、同時に絶縁被膜
を塗布、焼き付けする。更に必要に応じてレーザー照射
等の磁区細分化処理を施す。磁区細分化の方法は特に限
定する必要はない。

【００３２】

【実施例】

（実施例１）Ｃ：０．０６％、Ｓｉ：３．２％、Ｍｎ：
０．１３％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０
２８％、Ｎ：０．００８％を含有する珪素鋼にＢｉを
０．０００２〜０．０５％添加含有せしめた。鋼塊を１
１５０℃で分塊圧延した後１１５０℃に再加熱し直ちに
熱延し、１．８mmの熱延板とした。

【００３３】熱延板に１１００℃の焼鈍を施し、０．２
３mmまで冷延した。引き続き８３０℃で脱炭焼鈍を行
い、次いでアンモニア含有雰囲気で７５０℃、３０秒間
窒化処理を施した。

【００３４】この鋼板にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離
材を塗布後１２００℃の仕上げ焼鈍を行った。仕上げ焼
鈍後の板に残留する粉を除粉後６０×３００mmの磁気測
定試料を剪断し、８５０℃で歪取り焼鈍を行って磁気測
定に供した。Ｂｉ含有量と製品磁束密度の関係を表１に
示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１より明らかな如くＢｉ添加により従来
法では到底得られないようなＢ₈ が１．９５Ｔ以上のす
ばらしい製品が得られた。

【００３７】（実施例２）実施例１で得られた製品に５
mmピッチでレーザーを照射し、磁区細分化処理を行っ
た。その状態での磁気測定値を表２に示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】表２で明らかなようにＢｉ含有材は磁束密
度が極めて高く、従って磁区細分化後の鉄損特性が０．
７５W/kg以下の極めて優れた製品が得られ、最良値は
０．６W/kgにも達する。

【００４０】（実施例３）Ｃ：０．０７％、Ｓｉ：３．
３％、Ｍｎ：０．１３％、Ｓ：０．００６％、酸可溶性
Ａｌ：０．０２７％、Ｎ：０．００９％、Ｓｎ：０．１
５％を含有する珪素鋼にＢｉを０．０１％添加含有せし
めた。以後の工程は実施例１と同様に行った。結果を表
３に示す。

【００４１】

【表３】

【００４２】表３に示したようにＢｉ添加により磁束密
度Ｂ₈ が１．９５Ｔ以上の極めて優れた特性の製品が得
られた。

【００４３】

【発明の効果】本発明のＢｉ含有超高磁束密度一方向性
電磁鋼板用素材を用いると、極めて磁束密度の高い製品
が得られるとともに磁区細分化処理後の鉄損特性も極め
て優れており、工業的に非常に価値の高い有益なものと
云える。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量で、 Ｃ ：０．０３〜０．１５％、 Ｓｉ：２．５〜４．０％、 Ｍｎ：０．１０〜０．８０％、 Ｓ ：０．０１０％以下、 酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％、 Ｎ ：０．００３０〜０．０１５０％を含有し更に、 Ｂｉ：０．０００５〜０．０５％、 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなる超高磁束密度
   一方向性電磁鋼板用素材。
2. 【請求項２】 重量で、 Ｃ ：０．０３〜０．１５％、 Ｓｉ：２．５〜４．０％、 Ｍｎ：０．１０〜０．８０％、 Ｓ ：０．０１０％以下、 酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％、 Ｎ ：０．００３０〜０．０１５０％、 Ｓｎ：０．０５〜０．５０％を含有し更に、 Ｂｉ：０．０００５〜０．０５％、 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなる超高磁束密度
   一方向性電磁鋼板用素材。