JPS6324044A - 鉄損の少ない一方向性電磁鋼板 - 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
讃からなり、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
えることに着見１．シ、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５０）１ｚで１．７Ｔまで６■化さ
せた時の１　ｋｇ当りの鉄を貝ＷＩ７１５゜で１失損Ｗ
、７．、。〈１、　ＯＷ　／　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Ｓｉｌ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）、レー
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５７−４
１３２６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、１５〜０．２３ｍの板厚
をもったＢＩＧ≧１．９０７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＋７１５０　≧１、ＯＯＷ／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０．００
１５％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　０．１５〜０．２３　＊＊であること
、Ｂ１０≧１、９０　Ｔであること、該鋼板に０．２〜
１．０　ｋｇ／、、２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％式％） を定義する時、各ＳＦ値の鋼板としての平均値ＳＦがＳ
Ｆ＜０．６０であることを特徴とするＷ＋７／Ｓ。≦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。

以下本発明の詳細な説明する。

まず、ＷＩＴ／Ｓ。≦０．９０Ｗ／ｋｇなる製品に備え
ティ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０．００１０％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の条件は綱板板厚が０．１５〜０．２３ｍｍである
ということである。

第３の条件はＢ１゜（１００ＯＡ／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０．２〜１．０　ｋｇ　／　ｓｎ　
２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 ％式％） を定義する時、各ＳＦ値の鋼板としての平均値ＳＦがＳ
Ｆ＜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〜
０．３５ｍ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、磁東密度を測り、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ｍ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、ＷＩＴ
／Ｓ。が０．９０Ｗ７ｋｇ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が仕上焼鈍で
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、６イ多気的性質を劣化させるので０．０
０１５％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ＷＩ７／Ｓ。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！７１５゜との関係を示したものである。この
図よりＷ、、、５゜≦０．９０Ｗ／ｋｇを得るにはＳｔ
、　Ｓｎ、　　Ｃ，Ｎ、　　Ｓの条件の他に、第２の条
件：鋼板板厚が０．１５〜０．２３　龍であること、第
３の条件：Ｅ３１０≧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＋７／Ｓ。≦０．９０Ｗ／ｋ
ｇ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０．２０　ｍなる試料のＷ　、　７．、
。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５ＦＪＩｆｊ、の鋼板としての平
均ＳＦの値を加味することによって第２図を得た。ＳＦ
が０．６０より大きい場合にはＷ＋７／Ｓｏ　≦０．９
０Ｗ／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、ＳＦが０
．６０より小さい場合には圧延方向張力０．２〜１．０
ｋｇ／龍２の範囲で、Ｗ＋？／Ｓ。≦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．Ｏｋｇ／ｍｉ２の張力が存
在すること、並びに第５の条件としてＳＦ＜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
。

高磁束密度一方向外電１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
ひずみ場は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遣方法に
ついて述べる。

まず第１の条件は素材熱延板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Ａβ：　０
．０１５〜０．０４０％、Ｎ　：　０．００４０〜０．
０１００％、？′ｌｎ：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。

Ｓｔ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Ｔ変態を生せ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、０．０
４％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ＡＪ２とＮに関しては酸可溶性１１が０．０１
５％より少なく、またＮが０．００４０％より少ないと
所定量の有効なＡβＮインヒビターが確保できず、逆に
酸可溶性Ａβが０．０４０％より多（、またＮが０．０
１００％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Ｂを０．０１５〜０．０４０％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０．１５
０％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０．０３
０〜０．１５０％、Ｓを０．０１５〜０．０４０％に限
定した。

成分についてはこの他に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、Ｂｚ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０．２０　ｘ型取下の如く非常に
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°
Ｃに１０〜６００秒保持あるいは１０５０〜１２００℃
に１００秒以下保持した後８００〜１０００°Ｃ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。この工程は八βＮ、　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ＳＦ＜（１
，６０とするためにも極めて重要である。９００〜１２
００℃に１０〜６００秒加熱の場合、９００°Ｃより低
温又は１０秒より短かいとＡ　１２　Ｎ＋　ｊｌｎＳ等
のインヒビターの初期析出が不十分であり、１２００“
Ｃ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Ｓ
ｔ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
Ｓｉｇ中で適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）員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、τ丁が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。１
００℃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０．１５〜０．２３　＊１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Ｓ
Ｆ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Ｂ１゜≧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Ｎ２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、２３　ｍｍ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Ａｌｌが一次再
結晶を抑制し過ぎ、かつＳＦ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ｌｈと残
りＮ２の雰囲気にしなければならない。かくして得られ
た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Ａ　Ａ　：　０．０２０〜０．０３２％、Ｎ
　：　０．００５０〜０．０１００％、Ｍｎ　：　０．
０５０〜０．１５０％、Ｓ　：　０．０１４〜０．０３
５％、Ｃｕ：　０．０８〜０．１５％、Ｓｎ：０．０５
〜０．２０％を含む２．３　＊ｘの熱延板を得た。そし
て熱延板焼鈍として１１５０°Ｃに３０秒保持し、その
後９００　’Ｃで１分保持し、１００°Ｃまで２０〜３
０秒で水冷、６０〜７０秒で空冷の２水準をとり、その
後０．２１ｎ＋、　０．１８ｍｍの２水準に冷延した。

冷延は５バスで行ない、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％Ｎ２９０％とＮ２８０％Ｎ２２０％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ＳＦを求め、さらに鋼中の、Ｓｉ、　Ｓｎ、　　
Ｃ，Ｎ、　　Ｓｉ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１
０，１１．１２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１丁が大きく　ｗ＋
ｔ／ｓ。で０．９０　Ｗ／　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ＳＦ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ＳＦな
どは確保されているが、鉄１員が悪い。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＋？
／Ｓ。≦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Ｊ／ｓ。≧１．０　Ｗ　／　ｋｇに比べ、１
割以上鉄）貝値が低いので、変圧器に組込まれた場合、
常時数パーセント以上の電力の節約となるので、産業上
稗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ＢＩＧをパラメーターとした板厚とＷ＋７／Ｓ
。の関係図、第２図はＳＦをパラメーターとした圧延方
向張力とＷ１７／Ｓ。の関係図である。 第７図 夢２ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、Ｂ＿１＿０≧１．９
   ０Ｔであること、該鋼板に０．２〜１．０ｋｇ／ｍｍ＾
   ２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 ＳＦ＝（結晶粒の面積×４π）／（結晶粒界長）＾２を
   定義する時、各ＳＦ値の鋼板としての平均値＠ＳＦ＠が
   ＠ＳＦ＠＜０．６０であることを特徴とするＷ＿１＿７
   ＿／＿５＿０≦０．９０Ｗ／ｋｇの鉄損の少ない一方向
   性電磁鋼板。