JP4269350B2 - 高珪素鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーター、トランス、リアクトル、変成器(CT)の鉄心材料として使用される表面粗さの小さい高珪素鋼板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
高珪素鋼板は、モーター、トランス、リアクトル、変成器(CT)の鉄心材料に使用され、Siの含有量が増すほど鉄損が低減し、Si:6.5wt.%では磁歪が0となり、最大透磁率のピークとなる等、優れた磁気特性を示すことが知られている。
【0003】
また、モーター、トランス、リアクトル、変成器(CT)の効率の改善のために、鋼板の占積率を高める必要があり、そのために表面粗度を下げることが有効であることが知られている。例えば、特開平10−25554号公報には、Ra≦0.6μmとしたインバータ制御コンプレッサモーター用無方向性電磁鋼板が開示されている。
【0004】
ところで、従来、高珪素鋼板の製造方法として、低珪素鋼を圧延により薄板とした後、鋼板表面からSiを浸透拡散させる、いわゆる浸珪法が知られている。このように浸珪法を採用することによって、圧延法では製造が困難であった6.5wt.%Si鋼板の製造が可能となった。
【0005】
しかしながら、浸珪法により6.5wt.%Si鋼板を製造しようとした場合には、板厚0.3mmの場合、1200℃の高温で20分間以上の浸珪・拡散処理が必要であり、この熱処理によって表面粗さが大きくなり、占積率が小さくなるという問題点がある。
【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、浸珪法によって表面粗さが小さい高珪素鋼板およびその製造方法を提供すること目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、浸珪法により高珪素鋼板を製造する場合に、板厚方向にSiの濃度分布が存在する時点で拡散処理を打ち切り、板厚方向に、表層Si濃度が板厚中心部のSi濃度よりも高い所定のSi濃度勾配を形成することにより、表面粗さを低くすることができ、占積率を高めることができることを見出した。
【0009】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、Si化合物を含む無酸化性ガス雰囲気で張力0.15kg/mm 2 以下で浸珪処理を行い、Si拡散処理を行って、表層Si濃度が板厚方向中心部のSi濃度よりも高い板厚方向に不均一なSi濃度分布を形成し、鋼板表層と中心部とのSi濃度差を0.7wt.%以上とすることを特徴とする高珪素鋼板の製造方法を提供する。この場合に、鋼板表層と中心部とのSi濃度差が2.0wt.%以上であることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下本発明について具体的に説明する。
本発明の高珪素鋼板は、Si化合物を含む無酸化性ガス雰囲気での浸珪処理が施され、表層Si濃度が板厚方向中心部のSi濃度よりも高い板厚方向に不均一なSi濃度分布を有し、鋼板表層と中心部とのSi濃度差が0.7wt.%以上である。
【0011】
このように浸珪法を用いて製造される高珪素鋼板の場合には、高温での浸珪時間、拡散時間および鋼板表層からの浸珪速度を制御することで、表層のSi濃度を高くし、板厚中心部のSi濃度を低くして、板厚方向に所定のSi濃度勾配を形成することができる。そして、このような濃度勾配と表面粗度との相関を調査した結果、板厚方向のSi濃度差が0.2wt.%以下の鋼板の表面粗度Raが2.0〜3.0μmであったのに対し、Si濃度差を0.7wt.%以上とすることで鋼板の表面粗度をRa≦2.0μmにすることができることが判明した。このように従来よりも表面粗度を小さくすることができることにより、占積率を上昇させることができる。
【0012】
浸珪処理で均一なSi濃度を得るためには、板厚0.3mmの場合、1200℃の高温で20分間以上の浸珪・拡散処理を行わなければならないが、本発明のように板厚方向にSi濃度勾配を形成する場合には、この処理時間を10分間以下まで短縮することができる。したがって、このようにSi濃度勾配が存在するうちに浸珪処理を終了させることにより、在炉時間短縮によるクリープの抑止効果が発揮されると考えられる。また、高温強度の高い低珪素部分を内部に有することで粒界すべりの防止効果が発揮されると考えられる。つまり、上述のクリープ抑制効果および粒界すべりの防止効果により表面粗度が小さくなったものと推定される。
【0013】
表面粗度Raは、このようなSi濃度差が大きくなるほど小さくなり、Si濃度差を2.0wt.%以上とするとRa≦1.0μmとなる。したがって、Si濃度差が2.0wt.%以上が一層好ましい。
【0014】
本発明に係る高珪素鋼板は、このように表面粗度が小さくなる結果占積率を大きくすることができるので、特に、突入電流防止トランス、高周波トランス、高周波リアクトル、変成器(CT)、各種モーターに好適である。
【0015】
なお、表層のSi濃度を5〜7wt.%とした上で、上述したようなSi濃度勾配を形成すると、このように表面粗度が小さくなって占積率を向上させることができるといった効果の他に、高周波鉄損の低下、残留磁束密度の低下という特性上の効果をも得ることができる。したがって、この意味からも上記用途に極めて適したものといえる。
【0016】
本発明においては、上述のような濃度勾配を浸珪法によって形成する。すなわち、Si化合物を含む無酸化性ガス雰囲気で浸珪処理を行い、Si拡散処理を行って所望のSi濃度勾配を形成する。
【0017】
具体的には、鋼板をSi系化合物を含む無酸化性ガス雰囲気で張力0.15kg/mm 2 以下で浸珪処理し、次いで、Si系化合物を含まない無酸化性ガス雰囲気でSiの拡散処理を行ってSiの拡散速度を制御し、表層のSi濃度が板厚中心部のSi濃度よりも高い状態にあるうちに打ち切ることにより、上述のようなSi濃度分布を形成することができる。
【0018】
また、鋼板表面からSiを浸透させる浸珪処理および浸透させたSiを鋼板内に拡散させる拡散処理をSi化合物を含む無酸化性雰囲気で同時的に行って浸珪および拡散速度を制御し、表層のSi濃度が板厚中心部のSi濃度よりも高い状態にあるうちに打ち切り、上述のようなSi濃度分布を形成することもできる。
【0019】
後者の方法によれば、浸珪処理および拡散処理を同一雰囲気で同時的に行うことにより、炉の構造を簡略化することができるとともに、従来拡散炉で問題となっていた鋼板酸化も抑制することができ、また、浸珪・拡散処理炉における雰囲気調整、Si化合物の導入箇所およびその流量、ならびに鋼板Sの移動速度等を調節することにより、Si濃度分布を制御しやすく、極めて自由度の高い処理を行うことができる。
【0020】
ここで、浸珪処理は、Si化合物ガスを用いて行う。処理に用いるSi化合物ガスは、特に限定されるものではなく、SiH4、Si2H5、SiCl4等を用いることができるが、中でもSiCl4が好ましい。処理ガスとしてSiCl4を用いる場合には、処理温度を1023〜1250℃の範囲にすることが好ましい。また、浸珪処理(後者の方法の場合には浸珪処理および拡散処理)の際のSiCl4の濃度は0.02〜35mol%とすることが好ましい。
【0021】
本発明において、Si以外の成分は特に限定されるものではなく、通常この種の鋼板として用いられる範囲であればよい。すなわち、C≦0.02wt.%、0.05wt.%≦Mn≦0.5wt.%、P≦0.01wt.%、S≦0.02wt.%、0.001wt.%≦sol.Al≦0.06wt.%、N≦0.01wt.%の範囲が好ましい。
【0022】
Cは多量に含有されると磁気時効を引き起こすため、0.02wt.%以下とすることが好ましい。特性上、その下限は特に存在しないが、経済的に除去する観点からは0.001wt.%とすることが好ましい。
【0023】
Mnは多量に含有されると鋼板が脆くなるため、0.5wt.%以下とすることが好ましい。また、その含有量が低く過ぎると、熱延工程で破断や表面キズを誘発するため、0.05wt.%以上であることが好ましい。
【0024】
Pは磁気特性から見ると好ましい元素であるが、多量に含有されると鋼板の加工性を劣化させるため、0.01wt.%以下であることが好ましい。特性上、その下限は特に存在しないが、経済的に除去する観点からは0.001wt.%とすることが好ましい。
【0025】
Sは加工性を劣化させるため、0.02wt.%以下とすることが好ましい。特性上、その下限は特に存在しないが、経済的に除去する観点からは0.001wt.%とすることが好ましい。
【0026】
sol.Alは同じく加工性を害するため、0.06wt.%以下とすることが好ましい。一方、脱酸剤としての必要性からその0.001wt.%以上が好ましい。
【0027】
Nは多量に含有されると窒化物を形成して磁気特性を劣化させるため、0.01wt.%以下であることが好ましい。特性上、その下限は特に存在しないが、現在の製鋼技術では0.0001wt.%が事実上の下限となる。
【0028】
なお、表層および板厚中心部のSi濃度の差は、全板厚をEPMA(エレクトロンプローブマイクロアナライザー)分析して得られるSi濃度プロファイルから決定することができる。また、本発明の効果は鋼板の板厚によらず得ることができる。
【0029】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
板厚0.35mmの3wt.%珪素鋼板を母材とし、SiCl4ガスを反応ガスとして用い、連続浸珪ラインを使用し、1200℃の処理温度で、浸珪・拡散条件および在炉時間(具体的にはライン速度)を種々変化させ、鋼板表層と中心部とのSi濃度差の異なる材料を作成した。この際のライン張力は0.15kg/mm2とした。ライン張力をこれより小さくすることにより表面粗度を小さくすることができるが、蛇行等の問題等が生じやすくなる。0.1kg/mm2を超えると顕著なクリープ伸びにより表面粗度が大きくなるため、上限と考えられる0.15kg/mm2で試験を行った。処理温度は、低いほど表面粗度を小さくすることができるが、反応速度が遅くなるため長時間を要し、1250℃を超えると材料表面が溶融してくるため、現在工業的安定製造の条件である1200℃を採用した。
【0030】
表1に鋼板表層と板厚中心部のSi濃度差と表面粗度Raとの相関を調査した結果の一部を示す。Si濃度差はEPMAにより表層と板厚中心部とを点分析して求めた。また、表面粗度は、触針式で、測定長8mm、カットオフ0.8mmで行った。また図1には、Si濃度差ΔSiとRaとをプロットした結果を示す。
【0031】
【表1】
【0032】
表1に示すように、本発明の範囲のSi濃度差を有するものは表面粗度Raが2.0μm以下となり、特にSi濃度差が2.0wt.%以上のものはRaが1.0μm以下と極めて良好な表面粗度が得られることが確認された。また、図1に示すように、Si濃度差が大きくなるほどRaが小さくなる関係を明確に確認することができた。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Si化合物を含む無酸化性ガス雰囲気での浸珪処理により、表層Si濃度が板厚方向中心部のSi濃度よりも高い板厚方向に不均一なSi濃度分布を形成して、鋼板表層と中心部との間に所定のSi濃度差を形成することにより、Ra≦2.0μm以下、さらにはRa≦1.0μm以下と表面粗さの小さい高珪素鋼板を得ることができ、占積率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Si濃度差ΔSiと表面粗度Raとの関係を示す図。
Claims (2)
- Si化合物を含む無酸化性ガス雰囲気で張力0.15kg/mm 2 以下で浸珪処理を行い、Si拡散処理を行って、表層Si濃度が板厚方向中心部のSi濃度よりも高い板厚方向に不均一なSi濃度分布を形成し、鋼板表層と中心部とのSi濃度差を0.7wt.%以上とすることを特徴とする高珪素鋼板の製造方法。
- 鋼板表層と中心部とのSi濃度差が2.0wt.%以上であることを特徴とする請求項1に記載の高珪素鋼板の製造方法。
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