JPH09184052A - 曲げ加工性の優れた高珪素鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トロイダルコア製造の際の曲げ成形時におい
て鋼板の破断を防止でき、且つ従来鋼板よりもさらに小
さい曲げ半径での曲げ加工を可能ならしめること 【解決手段】 Ｓｉ：４．０〜７．０ｗｔ％を含有し、
剪断加工および／または打ち抜き加工された高珪素鋼板
であって、エッジ部の平均バリ高さｈ（μｍ）が板厚ｔ
（ｍｍ）との関係で、ｈ／ｔ≦６７、好ましくは１≦ｈ
／ｔ≦３３を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トロイダルコア等
の材料として好適な高珪素鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｉ含有量が４ｗｔ％以上の高珪素鋼板
は固有抵抗が高く、高周波帯域において低鉄損特性を示
す。特にＳｉ含有量が６．５ｗｔ％付近では軟磁気特性
が最大となるため、最も優れた鉄損特性を示す。珪素鋼
板はＳｉ含有量が４ｗｔ％以上になると室温で脆性を示
すようになるため薄板に加工することが難しく、このた
め長い間実用材料として大量生産することができなかっ
た。しかし近年、圧延法（例えば、特公平３−６５００
１号等に示される製造技術）や浸珪法（例えば、特公平
５−４９７４５号等に示される製造技術）による薄板製
造技術が開発され、板厚０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度
の高珪素鋼板の製造が可能となった。

【０００３】一方、高珪素鋼板をトランスやモータ等の
鉄心に組み立てる際には打ち抜き、剪断、曲げ等の二次
加工が必要となるが、高珪素鋼板はこれら二次加工性に
乏しいという欠点がある。従来、このような二次加工性
の不足を補うため、高珪素鋼板を温間で加工する方法が
特開昭６２−２６３８２７号で提案されているが、この
方法は加工設備に材料を加熱するための工程及び装置が
必要となるため設備コストや製造コストの増大を招き、
また、加熱工程を備えた特定の加工設備でしか実施でき
ないという欠点がある。

【０００４】一方、このような加工方法の改善とは別
に、素材そのものの加工性を向上させることを目的とし
た提案もなされており、特開昭６２−２７０７２３号等
では結晶粒径をコントロールすることにより加工性を高
めることが、また、特開平６−１７２９４０号等では粒
界酸化を抑制することにより粒界強度を高め加工性を向
上させることが、それぞれ提案されている。これらの提
案のうち、特に後者による粒界酸化を抑制した高珪素鋼
板は室温にて剪断、打ち抜き、曲げ加工等を行うことが
可能であり、例えばトロイダルコアに加工する場合のコ
ーナー部曲げ半径を従来鋼板に較べてかなり小さくする
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに加工性を向上させた高珪素鋼板であっても、トロイ
ダルコアを製造する際の曲げ成形時にしばしば発生する
鋼板の破断を適切に防止することができない。したがっ
て本発明の目的は、トロイダルコア製造の際の曲げ成形
時において鋼板の破断を適切に防止することができ、し
かも、上記のような加工性が改善された従来鋼板よりも
さらに小さい曲げ半径に曲げ加工することができる、曲
げ加工性に優れた高珪素鋼板を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本来的に高珪素鋼板は室
温にて脆性を示すことから、曲げ成形時における鋼板破
断は微細クラックが起点となり、この微細クラックが成
長して破壊に至ることにより生じるものと考えられる。
そこで、本発明者らはこのような微細クラックの発生を
抑制するという観点から高珪素鋼板の曲げ加工性改善の
検討を行った。

【０００７】通常、トロイダルコア等に成形される高珪
素鋼板はスリット加工により所定幅に連続的に剪断され
る。このスリット加工ではスリット通板時に高珪素鋼板
が板破断を生じないような条件で行われるが、本発明者
らはこのスリット加工によって鋼板エッジ部に不可避的
に発生するバリと上記微細クラックの発生並びに曲げ加
工性との関係に着目し、これらの相関について実験と検
討を重ねた。その結果、スリット加工等によって鋼板エ
ッジ部に生じるバリが微細クラックの主要な発生源であ
り、したがって鋼板の曲げ加工性に大きな影響を及ぼし
ていること、そしてこのバリの高さを板厚との関係で規
定される所定の値以下に抑えることにより、トロイダル
コア成形時等の曲げ加工における曲げ半径を従来にも増
して小径化できるとともに、曲げ加工時における板破断
を効果的に防止して安定した曲げ加工性を確保できるこ
とを見出した。

【０００８】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、その特徴とする構成は以下の通りである。 [1] Ｓｉ：４．０〜７．０ｗｔ％を含有し、剪断加工お
よび／または打ち抜き加工された高珪素鋼板であって、
エッジ部の平均バリ高さｈ（μｍ）が板厚ｔ（ｍｍ）と
の関係で下記(1)式を満足することを特徴とする曲げ加
工性に優れた高珪素鋼板。 ｈ／ｔ≦６７ … (1) [2] Ｓｉ：４．０〜７．０ｗｔ％を含有し、剪断加工お
よび／または打ち抜き加工された高珪素鋼板であって、
エッジ部の平均バリ高さｈ（μｍ）が板厚ｔ（ｍｍ）と
の関係で下記(2)式を満足することを特徴とする曲げ加
工性に優れた高珪素鋼板。 １≦ｈ／ｔ≦３３ … (2)

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細をその限定理
由とともに説明する。本発明の対象はＳｉ含有量が４．
０〜７．０ｗｔ％の高珪素鋼板である。鋼板のＳｉ含有
量が４．０ｗｔ％未満では曲げ加工性は特に問題はな
く、一方、Ｓｉ含有量が７．０ｗｔ％を超えると磁気特
性が劣化するため好ましくない。このような高珪素鋼板
は圧延法、浸珪法、超急冷法等のいずれの方法で製造さ
れたものでもよい。本発明は剪断加工（スリット加工
等）または打ち抜き加工された後の高珪素鋼板であっ
て、エッジ部の平均バリ高さｈ（μｍ）が板厚ｔ（ｍ
ｍ）との関係で下記(1)式を満足することを条件とす
る。 ｈ／ｔ≦６７ … (1) ここで、平均バリ高さｈとは、鋼板の加工端面の中から
任意に選んだ１０箇所の端面部分を顕微鏡で観察して、
バリ高さ（基材面からのバリの高さ）を測定し、これら
の測定値の平均値をもって定義される。

【００１０】エッジ部の平均バリ高さｈが板厚ｔとの関
係でｈ／ｔ＞６７では、鋼板の曲げ加工時に板破断が頻
発する。このように高珪素鋼板のエッジ部のバリ高さが
鋼板の曲げ加工性に影響を及ぼすのは、エッジ部のバリ
高さが高いほどバリ先端が鋭角化し、曲げ加工時にバリ
先端が微細クラックの発生源となり易いためであると考
えられ、曲げ加工時に一旦バリ先端にクラックが発生す
ると、クラックが母材側へと進展し、これが板破断につ
ながるものと考えられる。また、エッジ部の平均バリ高
さｈの上限が板厚ｔとの関係で規定されるのは、板厚が
厚くなればなるほど曲げ加工における限界曲げ半径が大
きくなるため、バリ高さの許容値が大きくなるためであ
ると考えられる。

【００１１】一般に高珪素鋼板をトランスやモータ等の
鉄心に加工成形する場合、鋼板に絶縁皮膜を形成した
後、製品に応じた幅に連続的にスリット加工される。通
常、このスリット加工は回転式の連続式スリッターで行
われるが、この連続式スリッターの設定条件（例えば、
回転刃のクリアランス）によってバリを含めたスリット
エッジの性状は異なってくる。したがって、対象がスリ
ット加工された高珪素鋼板の場合には、連続式スリッタ
ーのクリアランス等の設定条件を選択することにより、
上記(1)式の条件を満足させることができる。また、高
珪素鋼板は絶縁皮膜を形成した後、製品に応じた形状に
打ち抜き加工される場合もあり、この場合も打ち抜き型
のクリアランス等の設定条件を選択することにより、上
記(1)式の条件を満足させることができる。

【００１２】曲げ加工性の観点からは、鋼板の平均バリ
高さｈは小さければ小さい程よいが、ｈ／ｔ＜１とする
ためには剪断または打ち抜き加工する際に極めて厳しい
加工条件を採る必要が生じ、却って操業の安定性が損な
われ、且つ製造コストも増大させる結果となる。このた
め平均バリ高さｈは、ｈ／ｔ≧１の条件を満足すること
が好ましい。また、平均バリ高さｈがｈ／ｔ≦３３を満
足すると、曲げ加工性がより安定化するとともに、曲げ
加工時の曲げ半径を更に小さくことができる。このため
平均バリ高さｈのより好ましい範囲は下記(2)式で表わ
される。 １≦ｈ／ｔ≦３３ … (2)

【００１３】

【実施例】

〔実施例１〕表１に示す成分組成を有する板厚０．１０
ｍｍの６．５％珪素鋼板を浸珪法によって製造し、その
表面に絶縁皮膜を形成した後、スリット条件のうちのク
リアランスを種々変化させて幅３０ｍｍにスリット加工
し、得られた試料を曲げ試験に供した。この曲げ試験で
は各試料を径の異なる種々のパイプに巻き付け、破断し
ない最小の半径の値を限界曲げ半径として判定した。試
料は各スリット条件につき５０枚作製し、限界曲げ半径
の平均値、最小値、最大値を調べた。また、試料の平均
バリ高さｈは試料断面の顕微鏡観察を行うことにより測
定した。

【００１４】また、表２に示す成分組成を有する板厚
０．３０ｍｍの６．５％珪素鋼板を圧延法によって製造
し、その表面に絶縁皮膜を形成した後、スリット条件の
うちのクリアランスを種々変化させて幅４０ｍｍにスリ
ット加工し、得られた試料を曲げ試験に供した。この曲
げ試験でも各試料を径の異なる種々のパイプに巻き付
け、破断しない最小の半径の値を限界曲げ半径として判
定した。試料は各スリット条件につき４０枚作製し、限
界曲げ半径の平均値、最小値、最大値を調べた。また、
試料の平均バリ高さｈは試料断面の顕微鏡観察を行うこ
とにより測定した。

【００１５】図１は上記板厚０．１０ｍｍの試料につい
て、また図２は上記板厚０．３０ｍｍの各試料につい
て、それぞれの平均バリ高さｈと限界曲げ半径の平均値
との関係を、限界曲げ半径の最大値及び最小値とともに
示したものである。これによれば平均バリ高さｈと限界
曲げ半径とは良い相関を有しており、図１の板厚０．１
０ｍｍの試料の場合には、平均バリ高さｈが略６．７μ
ｍ（ｈ／ｔ＝６７）以下であれば半径２ミリのパイプに
巻き付け可能であり、さらに平均バリ高さｈが略３．５
μｍ（ｈ／ｔ＝３５）未満であれば限界曲げ半径の最大
値と最小値の差も小さくなり、曲げ加工に対する安定性
が増大することが判る。また、図２の板厚０．３０ｍｍ
の試料の場合には、平均バリ高さｈが略２０．０μｍ
（ｈ／ｔ＝６７）以下であれば半径５ミリのパイプに巻
き付け可能であり、さらに平均バリ高さｈが略１０．０
μｍ（ｈ／ｔ＝３３）以下であれば限界曲げ半径の最大
値と最小値の差も小さくなり、曲げ加工に対する安定性
が増大することが判る。

【００１６】次に、上記板厚０．１０ｍｍの試料をコー
ナー部曲げ半径が２ｍｍの鉄芯に巻き、ＣＳ１００相当
のトロイダルコアを各スリット条件につき１０個作製し
た。また、上記板厚０．３０ｍｍの試料をコーナー部曲
げ半径が５ｍｍの鉄芯に巻き、ＣＳ５００相当のトロイ
ダルコアを各スリット条件につき１０個作製した。図３
は板厚０．１０ｍｍの試料について、また図４は板厚
０．３０ｍｍの試料について、それぞれトロイダルコイ
ルへの曲げ加工時の総破断回数と平均バリ高さｈとの関
係を示したものである。これによれば、図３に示す板厚
０．１０ｍｍの試料の場合には、平均バリ高さｈが略
６．７μｍ（ｈ／ｔ＝６７）以下では破断回数が極端に
減少し、さらにバリ高さｈが略３．５μｍ（ｈ／ｔ＝３
５）未満ではほとんど破断しないことが判る。また、図
４に示す板厚０．３０ｍｍの試料の場合には、平均バリ
高さｈが略２０．０μｍ（ｈ／ｔ＝６７）以下では破断
回数が極端に減少し、さらに平均バリ高さｈが略１０．
０μｍ（ｈ／ｔ＝３３）以下ではほとんど破断しないこ
とが判る。

【００１７】本実施例で行った上記曲げ試験の結果に基
づき、限界曲げ半径（平均値）／板厚ｔと平均バリ高さ
ｈ／板厚ｔとの関係を図５に示す。これによれば平均バ
リ高さｈ／板厚ｔが略６７以下の範囲では、板厚に拘り
なく限界曲げ半径／板厚ｔは略２５以下の良好な値を示
している。また、本実施例におけるトロイダルコア作製
時の総破断回数と平均バリ高さｈ／板厚ｔとの関係を図
６に示す。これによれば、総破断回数は板厚ｔに拘りな
く平均バリ高さｈ／板厚ｔが略６７以下の範囲において
著しく減少しており、特に平均バリ高さｈ／板厚ｔが略
３３以下の範囲では、トロイダルコアの曲げ成形時にお
ける板破断が略完全に防止されている。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】〔実施例２〕Ｓｉ含有量（３．０〜７．０
ｗｔ％）が異なる板厚０．３０ｍｍの珪素鋼板（Ｃ：
０．００２０〜０．００３３ｗｔ％，Ｍｎ：０．０５〜
０．０７ｗｔ％，Ｐ：０．００４０〜０．００４５ｗｔ
％，Ｓ：０．００１０〜０．００２０ｗｔ％，Ｓｏｌ．
Ａｌ：０．００１０〜０．００２０ｗｔ％，Ｎ：０．０
０２０〜０．００３０ｗｔ％，Ｏ：０．００１５〜０．
００３０ｗｔ％）を、スリット条件（クリアランス）を
変えて平均バリ高さｈが１０μｍ（ｈ／ｔ＝３３）、２
０μｍ（ｈ／ｔ＝６７）、３０μｍ（ｈ／ｔ＝１００）
となるように幅５０ｍｍにスリット加工し、得られた各
試料に対して曲げ半径５ｍｍで１８０度曲げを施した。
その後、各試料のスリット端面を顕微鏡で観察し、曲げ
により発生したクラック数を測定した。その結果を、鋼
板のＳｉ含有量で整理したものを図７に示す。

【００２１】図７によれば、Ｓｉ：４．０ｗｔ％未満の
鋼板では平均バリ高さｈに拘りなく、板破断の原因とな
るスリット端面のクラックはほとんど発生していない。
これに対して本発明が対象とするＳｉ：４．０ｗｔ％以
上の鋼板では、平均バリ高さｈが３０μｍ（ｈ／ｔ＝１
００）と高い場合には、Ｓｉ含有量の増加に伴ってクラ
ック発生数が増大している。一方、本発明条件における
平均バリ高さｈの上限である平均バリ高さｈが２０μｍ
（ｈ／ｔ＝６７）の場合には、平均バリ高さｈが３０μ
ｍの場合に較べてクラック発生が効果的に低減され、さ
らに平均バリ高さｈが１０μｍ（ｈ／ｔ＝３３）の場合
にはＳｉ含有量に拘りになくクラックはほとんど発生し
ていない。

【００２２】

【発明の効果】以上述べた本発明の高珪素鋼板によれ
ば、トロイダルコア等を製造する際の曲げ加工において
板破断が適切に防止され、且つ曲げ加工の限界曲げ半径
も従来鋼板に較べてより小径化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における板厚０．１０ｍｍの試料の曲
げ試験の結果に基づき、平均バリ高さｈと限界曲げ半径
の平均値との関係を、限界曲げ半径の最大値及び最小値
とともに示したグラフ

【図２】実施例１における板厚０．３０ｍｍの試料の曲
げ試験の結果に基づき、平均バリ高さｈと限界曲げ半径
の平均値との関係を、限界曲げ半径の最大値及び最小値
とともに示したグラフ

【図３】実施例１における板厚０．１０ｍｍの試料から
トロイタルコアを作製した際の、曲げ加工時の総破断回
数と平均バリ高さｈとの関係を示したグラフ

【図４】実施例１における板厚０．３０ｍｍの試料から
トロイタルコアを作製した際の、曲げ加工時の総破断回
数と平均バリ高さｈとの関係を示したグラフ

【図５】実施例１における曲げ試験の結果に基づき、限
界曲げ半径／板厚ｔと平均バリ高さｈ／板厚ｔとの関係
を示したグラフ

【図６】実施例１においてトロイダルコアを作製した際
の、曲げ加工時の総破断回数と平均バリ高さｈ／板厚ｔ
との関係を示したグラフ

【図７】実施例２の試料について、曲げ加工によりスリ
ット端面に発生したクラック数を鋼板のＳｉ含有量で整
理して示したグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山路 常弘 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ：４．０〜７．０ｗｔ％を含有し、
   剪断加工および／または打ち抜き加工された高珪素鋼板
   であって、エッジ部の平均バリ高さｈ（μｍ）が板厚ｔ
   （ｍｍ）との関係で下記(1)式を満足することを特徴と
   する曲げ加工性に優れた高珪素鋼板。 ｈ／ｔ≦６７ … (1)
2. 【請求項２】 Ｓｉ：４．０〜７．０ｗｔ％を含有し、
   剪断加工および／または打ち抜き加工された高珪素鋼板
   であって、エッジ部の平均バリ高さｈ（μｍ）が板厚ｔ
   （ｍｍ）との関係で下記(2)式を満足することを特徴と
   する曲げ加工性に優れた高珪素鋼板。 １≦ｈ／ｔ≦３３ … (2)