JPH07268474A

JPH07268474A - 鉄損の低い方向性電磁鋼板

Info

Publication number: JPH07268474A
Application number: JP6063184A
Authority: JP
Inventors: Keiji Sato; 圭司佐藤; Kazuhiro Suzuki; 一弘鈴木; Hiroaki Toda; 広朗戸田; Michiro Komatsubara; 道郎小松原
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-17
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: JP3726289B2

Abstract

(57)【要約】【構成】鋼板の圧延方向に対してほぼ直交する方向に
延びる線状溝を地鉄表面にそなえ、この線状溝の底面か
ら板厚方向にもう一方の地鉄表面まで、連続する結晶粒
界又は粒径１mm以下の微細結晶粒領域を有する方向性電
磁鋼板。【効果】従来に優る低鉄損を示すだけでなく、歪取り
焼鈍による鉄損の劣化がないので積鉄心、巻鉄心共に使
用でき、変圧器の効率向上に大きく寄与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は変圧器その他の電気機
器の鉄心に用いて好適な、鉄損の低い方向性電磁鋼板に
関するものである。方向性電磁鋼板は、主として変圧器
の鉄心材料として用いられ、その磁気特性が良好である
ことが要求される。特に鉄心として使用した場合のエネ
ルギー損失すなわち鉄損が低いことが重要である。

【０００２】

【従来の技術】そこで、従来から鉄損を低減させるため
に、結晶方位を（１１０）〔００１〕方位により高度に
揃えること、Si含有量を高めそれによって鋼板の電気抵
抗を増加させること、不純物を低減させること、そして
板厚を薄くすることなどが種々試みられてきた。その結
果、板厚が0.23mm以下の鋼板では、鉄損W_17/50（磁束密
度1.7 Ｔ，50Hz）が0.9 W/kg以下のものが製造されるよ
うになった。しかしながら、これらの冶金学的な方法で
はこれ以上の大幅な鉄損の改善は期待できない。

【０００３】そのため、近年、鉄損の大幅な低減を達成
すべく人為的に磁区を細分化する方法が種々試みられる
ようになった。その中で現在工業化されている方法とし
ては、特公昭57−2252号公報の方向性電磁鋼板の鉄損特
性改善方法に提案開示されているような仕上げ焼鈍済み
の鋼板表面にレーザーを照射する方法がある。しかしな
がらこの方法は、鉄損低減に効果があるとはいうもの
の、歪取り焼鈍によって鉄損の劣化を来すという欠点が
あり、歪取り焼鈍を必須とする巻鉄心用としては用いる
ことができない。

【０００４】一方、歪取り焼鈍が可能な技術として特公
昭62−54873 号公報に記載された低鉄損一方向性電磁鋼
板の製造方法には、仕上げ焼鈍済の鋼板にレーザーや機
械的手段によって局所的に絶縁膜を除去したのち、被膜
除去部を酸洗する方法やナイフなどにより機械的に直接
地鉄までけがくなどの方法により、線状の溝を局所的に
形成したのち、溝を充填するようにりん酸系の張力付与
被膜処理を施す方法が、また特公昭62−53579 号公報に
記載の低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法には、仕上げ
焼鈍済の鋼板に90〜220 kg/mm²の荷重で地鉄部分に深さ
５μm 超の溝を形成したのち、750 ℃以上の温度で加熱
処理する方法が、それぞれ提案されている。さらに、特
公平３−69968 号公報には、最終冷間圧延後、鋼板の圧
延方向とほぼ直角な方向に線状刻み目を導入する方法が
開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの方法はいずれ
も、鋼板に線状の溝を導入する点において共通してい
て、溝周辺に生ずる磁極により磁区が細分化されること
により主として鉄損が減少している。かくして、これら
の方法の一つを適用することにより歪取り焼鈍が可能な
低鉄損電磁鋼板の工業的生産が可能となった。しかしな
がら、上記各方法はいずれも、磁極の生成が溝近傍に限
られるために磁区細分化効果が十分とはいえなった。前
掲特公昭62−53579 号公報に開示の方法では、歪取り焼
鈍により溝下部に微細粒が生成するとされているが、局
所的に強い荷重を加えているために残留歪が避けられな
いという問題があった。

【０００６】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、従来にも増して低鉄損を示す方向性電磁鋼板を
提案することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、鋼板の圧延
方向に対してほぼ直交する方向に延びる線状溝を地鉄表
面にそなえ、この線状溝の底面から板厚方向にもう一方
の地鉄表面まで、連続する結晶粒界又は粒径１mm以下の
微細結晶粒領域を有することを特徴とする鉄損の低い方
向性電磁鋼板である。

【０００８】ここに、線状溝が、幅：30〜300 μm 、深
さ：10〜70μm 、圧延方向の間隔：１〜30mmであり、圧
延方向と直角な方向からの角度：30°以内であるのがよ
り公的な態様である。また、この発明の鉄損の低い方向
性電磁鋼板は、線状溝近傍に残留歪が存在しない。

【０００９】以下、この発明の基礎となった研究結果に
ついて説明する。インヒビターとしてAlN , MnSeを含む
3.3 ％けい素含有鋼の熱間圧延板を中間焼鈍を挟む２回
の冷間圧延により0.23mm厚まで圧延した後、次に示す
(A) 〜(E)の５種類の製造工程をそれぞれ施して各種の
方向性電磁鋼板を得た。

【００１０】(A) グラビアオフセット印刷により鋼板
表面にエッチングレジストを塗布後、電解エッチングを
施すことにより鋼板圧延方向と直交方向に延びる線状の
溝を形成したのち、840 ℃、３分間の脱炭焼鈍、次いで
75％H₂＋25％N₂雰囲気中で1200℃、20時間の最終仕上焼
鈍を施した。 (B) (A)と同一工程により溝形成後、Snめっきをこの溝
部に施し、以下は(A) と同一の処理を行った。 (C) (A)と同一工程により溝形成後、SnSO₄をこの溝部
に塗布し、以下は(A) と同一の処理を行った。 (D) 溝形成処理を行うことなしに(A) と同一条件の脱
炭焼鈍、次いで最終仕上焼鈍を施したのち、特公昭62−
53579 号公報に記載された歯車型ロールで加圧すること
により溝を形成し、800 ℃、３時間の歪取焼鈍を施し
た。 (E) 溝形成処理を行うことなしに(A) と同一条件の脱
炭焼鈍、次いで最終仕上焼鈍を施して比較材とした。

【００１１】なお、(A) 〜(D) において導入した溝は、
いずれも幅150 μm 、深さ20μm 、圧延方向の間隙４mm
であり、圧延方向と直角な方向に線状に導入したもので
ある。このようにして得た鋼板の断面構造を光学顕微鏡
により詳細に観察したところ、試料(A) では溝が形成さ
れていたのみであるのに対し、試料(B) では溝底部から
板厚方向へもう一方の表面まで続く結晶粒界が観察さ
れ、試料(C) では溝底部から板厚方向へもう一方の表面
まで続く平均結晶粒径0.5mm の微細結晶粒領域が観察さ
れた。また、試料(D) では溝底部近傍に粒径30〜50μm
の極微細結晶粒と共に、歯車型ロール加圧による残留歪
とみられる歪パターンが観察された。

【００１２】次に、これらの試料からエプスタイン試験
片を採取し、歪取焼鈍後の磁気特性を測定した。測定結
果を表１に示す。ここでW_17/50は磁束密度1.7 Ｔ、周波
数50Hzにおける鉄損測定値であり、Ｂ₈は磁化力800A/m
における磁束密度を示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１から分るとおり、地鉄表面に溝のみを
形成した試料(A) 、あるいは溝と微細粒(30 〜50μm)と
残留歪とが形成している試料(D) でも十分に低鉄損が得
られているが、溝下部に板厚方向にわたる結晶粒界が形
成された試料(B) 及び溝下部に板厚方向にわたる微細粒
（〜0.5mm ）領域が形成された試料(C) では、より低鉄
損となった。以上のように、地鉄表面に圧延方向とほぼ
直角な方向に延びる線状の溝を有し、かつこの線状溝の
底面から板厚方向にもう一方の地鉄表面まで、連続する
結晶粒界又は粒径１mm以下の微細結晶粒領域を有し、し
かも線状溝近傍に残留歪が存在しない方向性電磁鋼板で
は、従来にも増して低鉄損となることが明らかとなっ
た。

【００１５】

【作用】まずこの発明において、地鉄表面に形成された
溝の下部にて板厚方向にわたって形成されるべき結晶粒
界又は微細結晶粒領域の形態について述べる。図１(a)
〜(d) に示したような種々の断面構造を有する板厚0.23
mmの方向性電磁鋼板を調製した。図１(a) は、地鉄表面
に溝のみを形成した例であり、同図(b) は、地鉄表面に
形成した溝の底部から板厚方向にもう一方の地鉄表面ま
で連続する結晶粒界を有する例である。また、同図(c)
は、地鉄表面に形成した溝の下部近傍に微細結晶粒領域
を有する例であるが、この微細結晶粒領域は、板厚方向
にわたってはいない。さらに同図(d) は、線状溝の底面
から板厚方向にもう一方の地鉄表面まで、連続する微細
結晶粒領域を有する例である。これらの方向性電磁鋼板
の磁気特性について調べた結果を図２に示す。

【００１６】図２より、溝底部に、板厚にわたって続く
結晶粒界（図１(b))又は微細結晶粒領域（図１(d))が生
成している鋼板では、溝のみの鋼板（図１(a))より低鉄
損を示すことがわかる。また、溝下部近傍にて、板厚に
わたることのない微細結晶粒領域が生成している場合
（図１(c))では、鉄損値は溝のみの鋼板（図１(a))と大
差ない。このように、線状溝の底面から板厚方向にもう
一方の地鉄表面まで、連続する結晶粒界又は微細結晶粒
領域を有する鋼板の鉄損は、溝のみの鋼板に比べて顕著
に低鉄損となるのである。

【００１７】次に、線状溝の底面から板厚方向にもう一
方の地鉄表面まで、連続する微細結晶粒領域を有する鋼
板について、この微細結晶粒の粒径と磁気特性との関係
を調べた結果を図３に示す。図３から、粒径が１mm以下
であれば、溝のみを形成した場合に比べて低鉄損となる
ことがわかる。粒径が１mmを超えると、むしろ鉄損が悪
くなる場合がある。したがって、溝下部に生成する微細
結晶粒の粒径は、１mm以下とすることが必要である。

【００１８】なお図１〜３で示した実験に際して、地鉄
表面に導入した溝の形状は、幅200μm 、深さ18μm 、
圧延方向の間隔４mmで、圧延方向と直角な方向に線状に
導入したものである。また、先に述べたとおり、溝近傍
に残留歪が存在する場合は、ヒステリシス損が増加する
ために、たとえ溝下部に結晶粒界又は微細結晶粒が生成
していても良好な鉄損が得られない。したがって、溝近
傍には残留歪が存在しないことが必要である。

【００１９】次に、地鉄表面に形成された線状溝の好適
条件について説明する。図４、５に板厚0.23mmの鋼板に
形成された線状溝の幅、深さと鉄損W_17/50との関係につ
いてそれぞれ示す。図４から、溝幅30μm 以上、溝深さ
10μm 以上、70μm 以下の場合において、0.80W/kg以下
の低鉄損が安定して得られることがわかる。なお、溝幅
に関しては、300 μm を超える場合にも低鉄損は得られ
るが、磁束密度が大きく低下する。そのため、溝幅の適
正範囲は30〜300 μm とする。

【００２０】図６に、溝幅200 μm 、溝深さ20μm と一
定にし、溝がのびる方向を鋼板の圧延方向と直交する方
向から傾斜させた場合の、この偏倚角度と鉄損特性との
関係を、また、図７には、溝幅200 μm 、溝深さ20μm
と一定にし、圧延方向における溝間隔を種々に変化させ
た場合の、この溝間隔と鉄損特性との関係をそれぞれ示
す。これらの図より、0.80W/kg以下の低鉄損を得るため
には、圧延方向の溝間隔は１mm以上30mm以下、溝がのび
る角度は、圧延方向と直角な方向から30°以内の角度に
することが必要であることがわかる。以上のことから、
この発明の方向性電磁鋼板は、上記に示した条件を全て
満たさなければならない。

【００２１】さらに、この発明の方向性電磁鋼板の成分
組成範囲は、従来公知の成分組成のものいずれもが適合
するが、代表組成を掲げると次のとおりである。Ｃ：0.01〜0.10wt％（以下単に％と示す）Ｃは、熱間圧延、冷間圧延中の組織の均一微細化のみら
なず、ゴス方位の発達に有用な元素であり、少なくとも
0.01％以上の添加が好ましい。しかしながら0.10％を超
えて含有されるとかえってゴス方位に乱れが生じるので
上限は0.10％程度が好ましい。

【００２２】Si：2.0 〜4.5 ％ Siは、鋼板の比抵抗を高め鉄損の低減に有効に寄与する
が、4.5 ％を上回ると冷延性が損なわれ、一方2.0 ％に
満たないと比抵抗が低下するだけでなく、２次再結晶・
純化のために行われる最終高温焼鈍中にα−γ変態によ
って結晶方位のランダム化を生じ、十分な鉄損改善効果
が得られないので、Si量は2.0 〜4.5 ％程度とするのが
好ましい。

【００２３】Mn：0.02〜0.12％ Mnは、熱間脆化を防止するため少なくとも0.02％程度を
必要とするが、あまりに多すぎると磁気特性を劣化させ
るので上限は0.12％程度に定めるのが好ましい。

【００２４】インヒビターとしては、いわゆるMnS,MnSe
系とAlN 系とがある。 MnS, MnSe系の場合は、 Se, Ｓのうちから選ばれる少なくとも１種：0.005 〜0.
06％ Se, Ｓはいずれも、方向性けい素鋼板の２次再結晶を制
御するインヒビターとして有力な元素である。抑制力確
保の観点からは、少なくとも0.005 ％程度を必要とする
が、0.06％を超えるとその効果が損なわれるので、その
下限、上限はそれぞれ0.01％, 0.06％程度とするのが好
ましい。

【００２５】AlN 系の場合は、 Al：0.005 〜0.10％，Ｎ：0.004 〜0.015 ％ AlおよびＮの範囲についても、上述したMnS, MnSe系の
場合と同様な理由により、上記の範囲に定めた。ここに
上記した MnS, MnSe系および AlN系はそれぞれ併用が可
能である。

【００２６】インヒビター成分としては上記したＳ, S
e, Alの他、Cu, Sn, Cr、Ge, Sb, Mo, Te, BiおよびＰ
なども有利に適合するので、それぞれ少量併せて含有さ
せることもできる。ここに上記成分の好適添加範囲はそ
れぞれ、Cu, Sn, Cr：0.01〜0.15％、Ge, Sb, Mo, Te,
Bi：0.005 〜0.1 ％、Ｐ：0.01〜0.2 ％であり、これら
の各インヒビター成分についても、単独使用および複合
使用いずれもが可能である。

【００２７】また、この発明の方向性電磁鋼板は次に述
べるような工程で製造される。すなわち、方向性電磁鋼
板用スラブを熱間圧延し、その後必要に応じて熱延板焼
鈍を行ったのち、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷
間圧延により最終製品板厚とし、その後脱炭焼鈍、次い
で最終仕上げ焼鈍を施したのち、通常上塗りコーティン
グを施して製品とする。

【００２８】かような製造工程において、この発明の電
磁鋼板の地鉄表面に形成すべき溝導入の時期に関して
は、最終仕上焼鈍の前、後のいずれでも構わない。ま
た、溝を形成する方法については、局所的にエッチング
処理する方法、刃物でけがく方法、突起付きロールで圧
延する方法等が挙げられる。但し、特公昭62−53579 号
公報に開示されたように仕上焼鈍後、鋼板に歯車型ロー
ルで圧延し、その後、高温で焼鈍する方法は、溝形成と
微細結晶粒の生成共にもたらされるが、ロールにより強
い歪が導入されるため、高温焼鈍後も残留歪が存在す
る。したがって、かかる歯車型ロールによる溝形成によ
っては、この発明で所期した特性を満足する鋼板は得ら
れない。溝を導入するための最も望ましい方法は、最終
冷間圧延後、印刷等により鋼板表面にエッチングレジス
トを付着させたのち、電解エッチング等の処理を行って
溝を形成する方法である。

【００２９】また、この発明に従う溝底部の粒界又は微
細粒を得る方法としては、形成した溝部にSn, Sb, Ｂ,
Bi, Ｓ, Pb, As, Se, Te等の金属又は、その酸化物、硫
化物等を付着させたのち、通常の脱炭焼鈍、仕上焼鈍を
行う方法や、仕上焼鈍前に溝部に機械的に歪を加える方
法、溝部にレーザー光やプラズマ炎を放射して局所的に
高温熱処理する方法などがある。要するにこの発明は、
上掲した各種の製造方法にとらわれず、鋼板の圧延方向
に対してほぼ直交する方向に延びる線状溝を地鉄表面に
そなえ、この線状溝の底面から板厚方向にもう一方の地
鉄表面まで、連続する結晶粒界又は粒径１mm以下の微細
結晶粒領域を有する方向性電磁鋼板でありさえすれば全
てこの発明の範囲内である。

【００３０】

【実施例】

実施例１Ｃ：0.075 ％、Si：3.2 ％、Mn：0.072 ％、Al：0.024
％、Ｎ：0.008 ％、Se：0.019 ％、Sb：0.023 ％を含有
するけい素鋼の熱間圧延板を、1100℃、２分の中間焼鈍
を挟む２回の冷間圧延により0.23mm厚まで圧延した後、
次に示す(F) 〜(H) の３種類の製造工程をそれぞれ施し
て各種の方向性電磁鋼板を得た。 (F) グラビアオフセット印刷によるエッチングレジス
ト塗布後、電解エッチングにより線状の溝を形成し、そ
の後はアルカリ液中に浸漬してエッチングレジストを除
去。 (G) (F)と同一処理により溝形成したのち、溝部にSnO₂
粉末を充填 (H) そのままなお、(F), (G)で導入した溝は、幅170 μm 、深さ22μ
m であり、圧延方向と直角な方向に３mm間隔で導入した
ものである。これらの鋼板に、840 ℃、３分の脱炭焼
鈍、次いで1200℃、20h の最終仕上焼鈍を施し、さらに
強力コーティングを施した。

【００３１】このようにして得られた製品の溝部断面を
顕微鏡により観察すると(F) を行った鋼板では溝が見ら
れたのみであるのに対し、(G) では溝底部から板厚にわ
たって続く粒界が見られ、歪は観察されなかった。これ
らの製品からエプスタイン試験片を採取し、800 ℃3hの
歪取焼鈍を行った後、磁気特性を測定した。その結果を
表２に示す。表２より、溝底部に板厚にわたって続く結
晶粒界が存在する実施例は、溝なし、又は溝のみが形成
されている比較例に比べ、さらなる低鉄損を示してい
る。

【００３２】

【表２】

【００３３】実施例２Ｃ：0.070 ％、Si：3.2 ％、Mn：0.069 ％、Al：0.023
％、Ｎ：0.009 ％、Se：0.020 ％、Sb：0.024 ％を含有
するけい素鋼の熱間圧延板を、1100℃、２分の中間焼鈍
を挟む２回の冷間圧延により0.23mm厚まで圧延した後、
次に示す(I) 〜(K) の３種類の製造工程をそれぞれ施し
て各種の方向性電磁鋼板を得た。 (I) 実施例１(F) と同様の方法により溝を形成した
後、溝部にSnSO₄を充填し、しかる後に840 ℃、３分の
脱炭焼鈍、次いで1200℃、20h の最終仕上焼鈍を施し
た。 (J) そのまま、(I) と同一条件の脱炭焼鈍、次いで最
終仕上焼鈍を施こした。 (K) (I) と同一条件の脱炭焼鈍、次いで最終仕上焼鈍
後、歯車型ロールにより鋼板に120kg/mm²の荷重をかけ
ることで溝を形成した。なお、(I), (K)で導入した溝は、幅250 μm 、深さ18μ
m であり圧延方向と直角な方向に４mm間隔で導入したも
のである。これらの鋼板には更に上塗りコーティングを
施した。

【００３４】このようにして得られた製品の溝部断面を
顕微鏡により観察すると(I) は溝底部から板厚方向にわ
たる粒径0.5 〜0.8mm の微細結晶粒領域が見られた。
(K) においても溝下部領域に粒径0.05〜0.1mm の結晶粒
群が観察されたが、溝部近傍には残留歪パターンが見ら
れた。これらの製品からエプスタイン試験片を採取し、
800 ℃、3hの歪取焼鈍をした後、磁気特性を測定した。
その結果を表３に示す。

【００３５】

【表３】

【００３６】表３より、溝下部に板厚にわたる微細結晶
粒領域を有し、かつ溝近傍に残留歪が存在しない実施例
は、溝のない例、また、溝下部に微細結晶粒が存在する
ものの残留歪がある比較例に比べ、さらに低鉄損を示し
ている。

【００３７】

【発明の効果】この発明は、表面に圧延方向とほぼ直角
な方向に延びる線状の溝を有するとともに、この溝の底
部から板厚にわたる結晶粒界又は粒径１mm以下の微細結
晶粒領域を有し、かつ線状近傍に残留歪が存在しない鉄
損の低い方向性電磁鋼板であって、従来に優る低鉄損を
示すだけでなく、歪取り焼鈍による鉄損の劣化がないの
で積鉄心、巻鉄心共に使用でき、変圧器の効率向上に大
きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】方向性電磁鋼板における断面構造を説明する図
である。

【図２】方向性電磁鋼板の断面構造と鉄損特性との関係
を示すグラフである。

【図３】溝底部から板厚方向にわたって生成した微細結
晶粒領域の結晶粒径と鉄損特性との関係を示すグラフで
ある。

【図４】地鉄表面に形成した溝の幅と鉄損特性との関係
を示すグラフである。

【図５】地鉄表面に形成した溝の深さと鉄損特性との関
係を示すグラフである。

【図６】地鉄表面に形成した溝が延びる方向が鋼板圧延
方向からずれる角度と鉄損特性との関係を示すグラフで
ある。

【図７】地鉄表面に形成した溝の間隔と鉄損特性との関
係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸田広朗千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者小松原道郎千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板の圧延方向に対してほぼ直交する方
向に延びる線状溝を地鉄表面にそなえ、この線状溝の底
面から板厚方向にもう一方の地鉄表面まで、連続する結
晶粒界又は粒径１mm以下の微細結晶粒領域を有すること
を特徴とする鉄損の低い方向性電磁鋼板。
【請求項２】線状溝が、幅：30〜300 μm 、深さ：10
〜70μm 、圧延方向の間隔：１〜30mmであり、圧延方向
と直角な方向からの角度：30°以内である請求項１記載
の鉄損の低い方向性電磁鋼板。