JPH10140299A - 残留磁束密度の低いけい素鋼板 - Google Patents

残留磁束密度の低いけい素鋼板

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JPH10140299A
JPH10140299A JP8309955A JP30995596A JPH10140299A JP H10140299 A JPH10140299 A JP H10140299A JP 8309955 A JP8309955 A JP 8309955A JP 30995596 A JP30995596 A JP 30995596A JP H10140299 A JPH10140299 A JP H10140299A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ギャップを設けることなく、偏磁を抑えること
ができる残留磁束密度の低いけい素鋼板、およびこれに
加えて鉄損が低い、あるいは飽和磁束密度が高いけい素
鋼板を提供すること。 【解決手段】けい素鋼板において、Siを平均で7wt
%以下含有し、板厚方向にSiの濃度勾配を有し、Si
濃度の最大と最小の差ΔSiが0.5wt%以上とす
る。また、さらにΔSiを5.5wt%以上とする。ま
たは、さらにSiを3.5wt%以下にとする。また
は、さらにΔSiを0.5〜5.5wt%とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏磁による突入電
流が問題となる配電、電力、産業機器用トランスや直流
検出センサー、変成器(CT)などの鉄心として用いら
れる残留磁束密度の低いけい素鋼板に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、配電トランス等には磁束密度を高
く設計することができ、鉄損を低く抑えられることから
方向性けい素鋼板が使用されているが、残留磁束密度が
高いために偏磁という問題を生じる。この偏磁は、ビル
ディングやインバーター電源が多く使用されるような環
境における配電トランスにおいて、停電や電源再投入時
に場合によっては磁束が飽和するために過電流が流れ、
配電系統の電源機器の破損のみならず、他の電力系統へ
重大な被害を及ぼすことがある。したがって、このよう
な配電トランスにおいては、偏磁を避けるために磁路に
ギャップを設けて残留磁束密度を下げるように設計す
る。
【0003】このため、本来方向性けい素鋼板の持つ高
磁束密度特性を生かせず、トランスは大型化を余儀なく
されている。また、ギャップを設けることにより、ギャ
ップ部において鉄損の増加も生じる。
【0004】一方、直流電流検出センサーは、磁路にギ
ャップを形成し、そのギャップを横切る磁束をセンサー
により検出するが、この直流電流検出センサーにおいて
も前記配電トランスと同様の問題が生じる。すなわち、
鉄心の残留磁束密度が大きいことから、高電流から低電
流へ下げる場合において電流を検出しようとしても、鉄
心の残留磁気によってセンサーとしての機能を果たすこ
とができなくなる。
【0005】また、電力用、送電用の変成器(CT)に
ついても雷によって大電流が流れた際の偏磁による送電
線の断線評価の誤診を防ぐために、意図的にカットを入
れて使用するケースがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、ギャップを設けることな
く、偏磁を抑えることができる残留磁束密度の低いけい
素鋼板を提供することを目的とする。また、これに加え
て鉄損が低い、あるいは飽和磁束密度が高いけい素鋼板
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、けい素鋼板におい
て平均Si濃度を規定し、かつ厚さ方向に一定のSiの
濃度勾配を形成することにより、鉄損を増加させること
なく残留磁束密度を著しくを低くすることができること
を見出した。また、Si濃度およびSiの濃度勾配をさ
らに規定することにより、さらに一層残留磁束密度が低
くなること、鉄損が低くなること、あるいは飽和磁束密
度が高くなることを見出した。
【0008】本発明は、このような知見に基づいて完成
されたものであって、第1に、Siを平均で7wt%以
下含有し、板厚方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度
の最大と最小の差が0.5wt%以上であることを特徴
とする残留磁束密度の低いけい素鋼板を提供するもので
ある。
【0009】第2に、Siを平均で7wt%以下含有
し、板厚方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度の最大
と最小の差が5.5wt%以上であることを特徴とする
残留磁束密度の低いけい素鋼板を提供するものである。
【0010】第3に、Siを平均で3.5wt%以下含
有し、板厚方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度の最
大と最小の差が0.5wt%以上であることを特徴とす
る飽和磁束密度が高く残留磁束密度の低いけい素鋼板を
提供するものである。
【0011】第4に、Siを平均で7wt%以下含有
し、板厚方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度の最大
と最小の差が0.5〜5.5wt%以上であることを特
徴とする鉄損が低く残留磁束密度の低いけい素鋼板を提
供するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明に係るけい素鋼板は、基本的には上述した
ように、Siを平均で7wt%以下含有し、板厚方向に
Siの濃度勾配を有し、Si濃度の最大と最小の差が
0.5wt%以上である。
【0013】板厚方向にSiの濃度勾配を形成した場合
の残留磁束密度(Br)の値を図1に示す。ここでは、
板厚0.3mmの圧延法にて製造された鋼板に対し、1
200℃のSiCl4 雰囲気中で浸珪処理を行い、その
後1200℃のN2 雰囲気中で拡散処理を行って種々の
Si量およびSiの濃度勾配を形成したサンプルを用い
た。図1は、横軸に平均Si量をとり、縦軸にSi濃度
の最大値と最小値との差ΔSiをとって、各点における
最大磁化Bm=1.4Tまで励磁したときの直流BH曲
線の残留磁束密度Brを示す図である。なおΔSiはサ
ンプルの断面についてEPMA(電子プローブマイクロ
アナライザ)で分析した結果である。
【0014】この図から、Siの濃度勾配を形成し、Δ
Siが増加すると残留磁束密度は単調に低下することが
わかる。そして、ΔSiを0.5%以上とすれば、十分
に低い残留磁束密度が得られることがわかる。ΔSiを
増加させると残留磁束密度が低下する原因は完全には解
明されていないが、Siの添加とともに格子定数が小さ
くなることから、Siの濃度勾配を形成することにより
板内に張力が発生するためと推定される。
【0015】したがって、本発明では、Siの濃度勾配
を形成し、Si濃度の最大値と最小値との差ΔSiが
0.5wt%以上であることを要件としている。さらに
は、ΔSiが0.7wt%以上であることが好ましい。
【0016】また、図1からわかるように、ΔSiが
5.5wt%以上であれば、0.1T以下の極めて低い
残留磁束密度を得ることができる。したがって、本発明
では極めて残留磁束密度が低くなるための要件として、
ΔSiが5.5wt%以上であることを規定している。
なお、この場合において、板厚方向のSi濃度を測定す
る方法は特に限定されないが、EPMAなどのX線マイ
クロアナライザーで測定することが好適である。
【0017】このように鋼板の厚さ方向にSiの濃度勾
配をつけること自体は、特開昭62−227033号か
ら227036号まで、特開昭62−227077号、
および特開平4−246157号の各公報に開示されて
いる。しかし、これらの目的は、浸珪処理法で高けい素
鋼板を製造する際に、拡散処理時間を短くするため、途
中で拡散処理を中断することにあり、その結果としてS
iの濃度勾配が形成されるのであり積極的にSiの濃度
勾配を形成するという思想は含まれていない。これらに
おいて拡散処理を中断する時間は鉄損が劣化しない範囲
で決められている。鉄損は種々の要因で決定されるが、
これを低下させるためには残留磁束密度を高くすること
が必要であり、上記各公報の技術は残留磁束密度があま
り低下しない範囲で、Siの濃度勾配の許容値を求めた
ものであるといえる。これに対して本発明は残留磁束密
度を低下させるために積極的にSiの濃度勾配を形成し
たものであり、上記各公報の技術とはSiの濃度勾配の
意味合いが全く異なる。
【0018】偏磁による突入電流は、残留磁束密度以外
に飽和磁束密度とも関係し、飽和磁束密度が高いほど突
入電流は小さくなる。したがって、板厚方向に濃度勾配
を形成して残留磁束密度を低下させても、飽和磁束密度
が低下したのでは、十分な効果が得られない。図2に示
すように、飽和磁束密度は添加される平均Si量に逆比
例するため、Si量が多すぎると好ましくない。また、
平均Si濃度が7%を超えると加工性が悪くなり、打ち
抜き製が極めて劣化する。したがって、本発明ではこの
ような観点から、Si濃度を平均で7wt%とすること
を要件としている。
【0019】また、このようにSi量が少なくなるほど
飽和磁束密度が高くなり、特にSi量が3.5wt%以
下となると飽和磁束密度が2.0T以上と極めて高い値
が得られる。したがって、本発明では、残留磁束密度を
低く維持したまま、飽和磁束密度を特に高くする条件と
して、Siを3.5wt%以下含有し、板厚方向にSi
の濃度勾配を有し、濃度の最大と最小の差が0.5wt
%以上であることを規定している。なお、本発明でいう
平均Si濃度は化学分析により得られる。
【0020】本発明におけるSiの濃度勾配は、厚さ方
向中央部が高くても低くても構わず、厚さ方向に勾配が
存在しさえすればよい。また、一方の表面から反対側の
表面にかけて連続的に濃度勾配を持つものも含まれる。
このような濃度勾配を形成するための方法は特に限定さ
れないが、上述したようにSiCl4 雰囲気中で浸珪処
理し、さらに拡散処理を施す方法を採用することが好ま
しい。
【0021】このような本発明のけい素鋼板のヒステリ
シス曲線の特徴として最大磁束密度Bmに対する残留磁
束密度Brの比であるBr/BmにBm依存性があるこ
とが挙げられる。すなわち、Bmが高くなるにつれてB
rは飽和していくためにBmが高くなるほどBr/Bm
が低下してくる。このため、実用上磁束密度を高く設定
することができるという利点がある。
【0022】次に、鉄損について説明する。図3には、
図1で用いた鋼板について、交流50Hz、Bm=1.
2Tでの鉄損値W12/50を測定した結果を示す。この図
から、Siを7wt%以下含有し、板厚方向にSiの濃
度勾配を有し、Si濃度の最大と最小の差が0.5wt
%以上であるという本発明の基本的要件を満たすことに
より、残留磁束密度が低くなるのみならず、鉄損も低い
実用的なけい素鋼板が得られることがわかる。
【0023】また、図3から、ΔSiが0.5〜5.5
wt%の範囲で、W12/50が2.0W/kg以下と極め
て低い鉄損値となることがわかる。したがって、本発明
では、残留磁束密度を低く維持したまま、鉄損を特に低
くする条件として、Siを平均で7wt%以下含有し、
板厚方向にSiの濃度勾配を有し、濃度の最大と最小の
差が0.5〜5.5wt%以上であることを規定してい
る。
【0024】なお、本発明において、Si以外の元素は
特に規定されず、他の元素は通常のけい素鋼板に含有さ
れる量であれば許容される。
【0025】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。表
1の組成を有する板厚0.3mmの鋼板を圧延法にて作
製し、SiCl4 雰囲気中1200℃で浸珪処理を施し
て鋼板表面にSi濃化層を形成し、引き続いて、N2
囲気中1200℃で拡散処理を施して、鋼板板厚方向に
Si濃度勾配を有するけい素鋼板を作製した。
【0026】
【表1】
【0027】なお、作製した試料の平均Si濃度は湿式
分析、板厚方向のSi濃度の最大値と最小値との差ΔS
iはEPMAで分析した。表1の鋼板Aを用いた場合は
平均Si濃度が0.4〜3.0wt%、鋼板Bを用いた
場合は平均Si濃度が3.5〜6.8wt%の試料を作
製することができた。Si以外の元素の量は、浸珪処理
の前後でほとんど変化しなかった。
【0028】このようにして作製した鋼板から外径31
mm、内径19mmのリング試料を採取し、直流BH曲
線および50Hz交流磁気特性を測定した。図1に最大
磁化Bm=1.4Tまで励磁したときの直流BH曲線の
残留磁束密度Brの値を示す。図1に示すように、本実
施例のSi濃度において板厚方向にSi濃度勾配を形成
し、ΔSiを0.5wt%以上とすることにより残留磁
束密度Brの低いけい素鋼板が得られることが確認され
た。さらにΔSiを5.5wt%以上とすることで0.
1T以下という極めて低いBrが実現された。また、平
均Si濃度と飽和磁束密度の関係は図2に示すようにな
り、この図に示すように、平均Si濃度3.5wt%以
下においては、飽和磁束密度が2.0T以上と極めて高
い値を示した。
【0029】図3に交流50Hz、Bm=1.2Tでの
鉄損値W12/50を示す。図3に示すように、本実施例の
Si濃度において板厚方向にΔSiを0.5wt%以上
となるようなSi濃度勾配を形成することにより、残留
磁束密度が低く、かつ鉄損も低い実用的なけい素鋼板が
得られることが確認された。さらにΔSiが0.5〜
5.5wt%の範囲において、W12/50が2.0W/k
g以下という極めて低い鉄損が実現された。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ギャップを設けることなく、偏磁を抑えることができる
残留磁束密度の低いけい素鋼板を得ることができる。ま
た、これに加えてさらに鉄損が低い、あるいは飽和磁束
密度が高いけい素鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】種々のSi濃度およびΔSiにおける、最大磁
化Bm=1.4Tまで励磁したときの直流BH曲線の残
留磁束密度Brを示す図。
【図2】平均Si濃度と飽和磁束密度との関係を示す
図。
【図3】種々のSi濃度およびΔSiにおける、交流5
0Hz、Bm=1.2Tでの鉄損値W12/50を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠井 勝司 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 (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Siを平均で7wt%以下含有し、板厚
    方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度の最大と最小の
    差が0.5wt%以上であることを特徴とする残留磁束
    密度の低いけい素鋼板。
  2. 【請求項2】 Siを平均で7wt%以下含有し、板厚
    方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度の最大と最小の
    差が5.5wt%以上であることを特徴とする残留磁束
    密度の低いけい素鋼板。
  3. 【請求項3】 Siを平均で3.5wt%以下含有し、
    板厚方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度の最大と最
    小の差が0.5wt%以上であることを特徴とする飽和
    磁束密度が高く残留磁束密度の低いけい素鋼板。
  4. 【請求項4】 Siを平均で7wt%以下含有し、板厚
    方向にSiの濃度勾配を有し、Si濃度の最大と最小の
    差が0.5〜5.5wt%以上であることを特徴とする
    鉄損が低く残留磁束密度の低いけい素鋼板。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011256463A (ja) * 2009-10-28 2011-12-22 Nippon Steel Corp Fe系金属板
JP2012251191A (ja) * 2011-06-01 2012-12-20 Jfe Steel Corp 電磁鋼板およびその製造方法

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