JPS62274047A - 加工成形性に優れた高珪素鉄板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分桁〕 この発明は加工性に優れた高珪素鉄板に関する。

〔従来の技術〕

従来から、ｓｉを４．　Ｏｗｔ％未満含有する鉄板は、
その製造方法により方向性珪素鋼板あるいは無方向性珪
素鋼板と呼ばれ、主として各種電磁誘導機器用の積層鉄
芯や巻鉄芯、あるいは電磁シールド用のケース等に加工
成形され、実用に供されている。

近年、省費源・省エネルギーの観点から電磁電子部品の
小形化や高効率化が強く要請され、軟磁気特性とりわけ
鉄損特性の優れた材料が要求されている。Ｓｔ　−Ｆｅ
合金系において、Ｓｔの添加量が増すと鉄損は低下し、
そのうえ６．５　ｖｔ％付近では透磁率が極大となり磁
歪が零と１よるなど優れた軟磁気特性を示すことが知ら
れている。

しかしながら、Ｓｔの添加量が４　ｗｔ％以上になると
加工性が著しく劣化し、このため従来では熱間圧延−冷
間圧延の組み合わせからなる圧延法によって工業的に製
造することは困難とされ、その製造法としてはψＩ」え
ば特開昭５９−３８３２８号公報等で示されるような超
急冷凝固法が開示されているにすぎなかった。

しかし、この超急冷凝固法により製造される高珪索范帯
は圧延製品と比較して表面性状や表面の平坦度が劣り、
しかも厚物材の製造が困難である等、電磁電子部品の素
材として実用化する上で数多くの問題点を有している。

このようなことから、本発明者等は高珪素鋼の圧延性に
ついて検討を重ね、この結果、熱間圧延条件を最適化す
ることによりこれまで不可能と考えられていた工業規模
での冷間圧延が可能となることを見い出した。圧延法に
より製造された高珪素鉄板は表面性状に優れるため巻鉄
芯や積層鉄芯などを作成する際占積率が高く、しかも厚
物材が容易に製造可能であることから電磁電子部品の組
み立て工程を大幅に簡略化できるなど、磁気特性以外に
も極めて有利な特徴を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このようにして製造された高珪素鉄板を具体的
な部品に加工する場合、次のような大きな問題があるこ
とが判った。一般に、Ｓｔを４．ｏｗｔ％未満含有する
従来の珪素鋼板は、再結晶焼鈍により所定の磁気特性を
付与された後無機系あるいは有機・無機系の絶縁皮膜を
塗布された状態で需要家に供給されるか、または需要家
が行なう最終焼鈍時の粒成長性を改善する目的で比較的
低温で再結晶焼鈍が施された後スキンパスをかけられ、
需要家に供給される。前者はフルプロセス材と呼ばれ。

需要家ではそれらの鋼板を加工成形し、その後必要に応
じて歪取焼鈍することにより電磁電子部品としている。

一方、後者はセミプロセス材と呼ばれ、需要家において
結晶粒粗大化焼鈍および加工成形が行なわれる。

しかしながらＳｔを４．　Ｏｗｔ％以上含むような高珪
素鉄板においては、所定の磁気特性を付与するための再
結晶焼鈍により結晶粒が粗大化すると加工成形性が著し
く劣化し、上述した従来の製造工程による電磁電子部品
の製造は困難となることが判明した。すなわち、上記の
ような加工成形では、例えばプレス打抜加工において型
のクリアランスを厳密に管理するという特別な配慮を行
なっても欠陥率が高くなり、また、プレス成形やトロイ
ダールコイル成形では曲げ部の曲率半径が小さくなると
割れが発生するために加工が不可能となってしまう。

〔問題を解決するための手段〕

本発明はこのような高珪素鉄板の問題点を解決するため
なされたもので、その基本的特徴とするところは、Ｓｌ
を４．０〜７．０ｗｔ　９６含有し、板厚ｔおよび板厚
方向平均結晶粒径ｄがＳｉ含有量に応じ下式を満足する
ようにしたことにある。

ｔ≦−〇、８　ｘ　［Ｓｉ　］　＋　７．２　（ａｍ）
ｄ　≦７８Ｘ［Ｓｉ３”−１５００Ｘ（Ｓｉ〕＋６７５
２（／ＪＦＩＩ）但し、（Ｓｔ：ｌはｗｔ　’ＡでのＳ
ｉ含有量以下、本発明の限定理由について説明する。

本発明の珪素鉄板は、Ｓｔを４．０〜？、Ｏｗｔ　’７
に含有する。前述したようにＳｉは固有電気抵抗を高め
て渦電流損を減らし、鉄損を低下させるのに有効な元素
である。Ｓｉが４．０ｗｔ１未満では再結晶焼鈍後の板
の加工成形性に何等問題はない。一方、Ｓｔが７．ｏｗ
ｔ％を超えると・磁歪の上昇、飽和磁束密度や最大透磁
率の低下など磁気特性が却って悪化し、また加工性も悪
くなる。

本発明鉄板は、以上のような組成において、板厚ｔおよ
び板厚方向平均粒径ｄがＳｉ含有量に応じ。

ｔ≦−ｏ、５ｘ（Ｓｉ）＋７．２（■）ｄ＜７８Ｘ（Ｓ
げ一１５００Ｘ［Ｓｉ〕＋６７５２　（７１７Ｍ）但し
、〔Ｓ１〕はｗｔ％でのＳｉ含有量を満足させるように
する。

第１図−）、伽）は板厚２．０糟の６．５％珪素鉄板に
関し、熱処理後に曲げおよび打抜試験を行ない、加工成
形性の焼鈍温度依存性を調べたものである。このうち同
図（ａ）は室温における３点曲げ試験（ポンチ径：１ｍ
１１１％スパンニア５−＞の結果であり、除荷型抜の曲
げ部の曲げ可能最小曲率半径をプロットしである。一方
、伽）は打抜試験結果であり、直径１０ｍの円板状サン
プルを打抜き（クリアランス：約５０ミクロン）後、ば
りの発生状況及びサンプルの割れの状況を観察し、欠陥
率を評価した結果である。これによれば、圧延組織の状
態である６００℃以下の温度で焼鈍したサンプルおよび
部分再結晶状態である６００〜７００℃焼鈍材では曲げ
加工性、打抜性共に優れているのに対して、全体が再結
晶状態となりしかも粒成長が起こるＳＯＯ℃以上の温度
で焼鈍したサンプルでは曲げ加工は殆んど不可能となり
、打抜性も劣化している。このような事実から、高珪素
鉄板の加工成形を行なう上で被加工材の組織が重要な意
味を持っていることが明らかとなった。そこで、次に板
厚３．０　ｍｍの６．５係珪素鉄熱延板を素材とし、圧
延および種々の熱処理によって組織を変化させ、板厚を
２謂（一定）とした時の曲げ加工性におよぼす板厚方向
平均結晶粒径（圧延組織では板厚方向の平均粒界間隔、
再結晶組織では平均結晶粒径で示す）の形容を調べた。

その結果を第２図に示す。この図から、曲げ加工性は板
厚方向平均結晶粒径に依存しており、板厚方向平均結晶
粒径が約３００ミクロン以下では再結晶組織、圧延組織
にかかわらず曲げ加工性は優れていることが明らかとな
った。なお、第１図において部分再結晶状態のサンプル
は良好な曲げ加工性を示しているが、これも板厚方向平
均結晶粒径の効果であることが確認された。次に、この
ような曲げ加工可能となる限界板厚方向平均結晶粒径ｄ
、のＳｉ含有量依存性を調べた。この結果、第３図に示
すように板厚方向平均結晶粒径ｄが珪素含有量Ｓｉによ
って決まる限界値ｄ。以下であるならば曲げ加工は可能
であり、最小自乗法による回帰分析の結果、ｄ≦ｄｏ　
＝　７８Ｘ　［Ｓｉ３”　−１ｓｏｏ　ｘ　〔Ｓｉｌ＋
６７５２　（μ〃リ　の条件をＡすことにより曲げ加工
が可能であることが判った。

第４図は、板厚方向平均結晶粒径を２８０ミクロンとし
た高珪素鉄板の曲げ加工性におよぼす板厚の影響を示し
ている。この図から、板厚が厚くなるほど曲げ加工性が
劣化していることがわかる。高珪素鉄板は特に引張応力
下における割れ感受性が高く、板表面に作用する最大引
張歪が曲げ性を支配していると考えられ、それらがある
値以上になると割れが５＠、激に発生するものと考えら
れる。一般的に、板状サンプルに曲げ加工を行なう場合
、板厚が厚くなるほど同じ曲率半径に曲げた時の板表面
での歪量は増加する。それゆえ高珪素鉄板の曲げ加工性
は板厚の影響を受け、板厚の厚いものほど割れ易くなる
。次に１曲げ加工可能となる限界板厚１．の珪素含有址
依存性について調べた結果を第５゛図に示す。ここで、
限界板厚は板厚方向平均結晶粒径が約２８０ミクロン（
一定）であるサンプルの曲げ試験により求めたものであ
る。同図から、限界板厚ｔｏは珪素含有量に依存し、回
帰分析の結果ｔ≦ｔ、）　＝　−０，８Ｓｔ　＋７．２
　　を満たすとき曲げ加工が可能となることがわかる。

なお、以上の説明からも明らかなように。

加工成形性は圧延組織の場合が最も優れているが、板厚
方向平均結晶粒径が上記の関係式を満たせば部分再結晶
組織、あるいは再結晶組織でも加工成形可能である。

〔実施例〕

実施例　（１） ０、Ｑ　Ｏ３３ｗｔ％Ｃ−６，４８ｗｔ％Ｓｉ　−０，
１５ｗｔ％Ｍｎなる組成の高珪素鉄熱延板（板厚２．０
ｍ）を冷間圧延し０．５■の冷延板とした。この時の板
厚方向平均結晶粒径は約２０ミクロンであった。そして
、 （Ａ）　　圧延組織のままの状態の高珪素鉄冷延板 （Ｂ）　　上記冷延板を６５０℃で１時間焼鈍し、板厚
方向結晶粒径が約２５ミク ロンの部分再結晶組織としたもの （Ｃ）　　上記冷延板を１０００℃で１時間焼鈍し、板
厚方向結晶粒径を約６００ミ クロンの再結晶組織としたもの から外径２０簡、内径１０ｍのリング状サンプルを打抜
き、割れの有無により打抜性を評価した。つぎに、それ
らを真空中で１２００℃・１時間焼鈍し、巻線装荷後、
直流及び交流磁気測定を行なった。

打抜性およびａｔ気測測定結果第１表に示す。

なお、測定は各１０サンプルについて実施し、表には平
均値を示している。

第１表に示すように比較材である（Ｃ）では打抜時割れ
が発生し打抜不可能であったのに対し、本発明材である
板厚方向結晶粒径が限界値ａＯ以下の圧延組織（Ａ）及
び部分再結晶組織（ｆｌ）の高珪素鉄板では打抜加工が
容易であり、しかも優れた磁気特性を示したＯ 実施例　（ｎ） 実施例（１）と同様の高珪素鉄熱延板（板厚２．Ｏｗｍ
）を、入側での板温か３００℃となる条件で温間圧延し
０．１■薄板とした。そして。

（Ａ）　　圧延組織のままの状態の高珪素薄板（板厚方
向平均結晶粒径：１０ミク ロン以下） ＣＢ）上記薄板を７００℃で３分間焼鈍し板厚方向平均
結晶粒径を約４０ミク ロンの再結晶状態・とじたもの （Ｃ）　　上記４板を１０００℃で１時間焼鈍し、板厚
方向平均結晶粒径が約４５０ミ クロンの再結晶組繊としたもの を巻回すことにより、外径１５鱈、内径１２−１厚さ３
■の巻鉄芯に成形し、そのときの成形性を調べた０次に
、成形できたものに無機系の絶縁皮膜を含浸させ真空中
で１２００℃、１時間焼鈍し、直流及び交流磁気測定を
行なった。その結果を第２表に示す・ 第２表に示すように比較材である（Ｃ）では巻回し成形
時割れが発生し加工成形不可能であったのに対し、本発
明材である板厚方向平均結晶粒径が限界Ｋｄｏ以下の圧
延組織（Ａ）および再結晶組ｎ　（Ｂ）の高珪素鉄板で
はトロイダルコイル巻回し性は良好であり、しかも優れ
た磁気特性を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は６，５チ珪素鉄板の加工成形性
の焼鈍温夏依存性を示したものであり、同図（ａ）は３
点曲げ試験、同図（ｈｊは打抜試験の各結果を示す。第
２図は高珪素鉄板の曲げ加工性に及ぼず板厚方向平均結
晶粒径の影響を示すものである。第３因は高珪素鉄板の
ｌげ加工可能となる限界板厚方向平均結晶粒径ｄｏのＳ
ｔ含有量依存性を示すものである。第４図は高珪素鉄板
の曲げ加工性に及ぼす板厚の影響を示すものである・第
５図は曲げ加工可能となる限界板厚ｔｏのＳｔ含有量依
存性を示すものである。 第２図 板厚７ｉ’１７５１結晶粒径　（μ） 第　４　口 仮Ｋ　　（ｍｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｓｉを４．０〜７．０ｗｔ％含有し、板厚ｔおよび板
   厚方向平均結晶粒径ｄがＳｉ含有量に応 じ下式を満足することを特徴とする加工成 形性に優れた高珪素鉄板。 ｔ≦−０．８×〔Ｓｉ〕＋７．２（ｍｍ） ｄ≦７８×〔Ｓｉ〕＾２−１５００×〔Ｓｉ〕＋６７５
   ２（μｍ）但し、〔Ｓｉ〕はｗｔ％でのＳｉ含有量