JPH11293415A

JPH11293415A - 残留磁束密度が低く加工性および高周波特性に優れる鉄心

Info

Publication number: JPH11293415A
Application number: JP11436198A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiro Yamaji; 常弘山路; Katsuji Kasai; 勝司笠井; Hironori Ninomiya; 弘憲二宮; Yoshiichi Takada; 芳一高田; Tatsuhiko Hiratani; 多津彦平谷
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】高珪素鋼板からなり、残留密度が低く、かつ
優れた高周波特性を維持しつつ加工性に優れた鉄心を提
供すること。【解決手段】最表層のＳｉ濃度が５〜７ｗｔ．％、表
層部に形成されたＳｉが３．５ｗｔ．％以上となる高Ｓ
ｉ濃度層の厚さが板厚全体の２５％以下であり、板厚方
向に、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．３ｗｔ．％以上
となるＳｉ濃度勾配を有する高珪素鋼板により、残留磁
束密度が低く加工性および高周波特性に優れる鉄心を構
成する。

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
流が間題となるトランス、リアクトル、変成器（ＣＴ）
やモータなどに用いられる高珪素鋼板からなる鉄心に関
する。このような鉄心としては、カットコア、ＥＩ、切
りコア等が挙げられる。

【０００２】

【従来の技術】トランス、モータ等の鉄心には、鉄損が
低く透磁率が高い等の優れた高周波磁気特性を有するこ
とから、高珪素鋼板が多用されている。特にＳｉ：６．
５ｗｔ．％では磁歪が０となり、最大透磁率のピークと
なる等のより優れた高周波磁気特性を示すことが知られ
ている。

【０００３】従来、このような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。しかし、このような高珪素鋼板は脆性材料であり、
処理後鋼板を巻き取る場合に破断が生じるといった問題
を有している。

【０００４】これに対して、特開昭６２−２２７０３３
号から特開昭６２−２２７０３６号公報、および特開平
４−２４６１５７号公報には板板厚方向にＳｉ濃度勾配
を形成することにより加工性が向上することが開示され
ている。しかし、これらの公報において加工性の基準と
なるのは加工性の悪い６．５ｗｔ．％珪素鋼板であり、
これらの技術では６．５ｗｔ．％珪素鋼板よりも加工性
が良好なものの、十分な加工性が得られているとはいえ
ない。すなわち、これらの技術により板厚中心部のＳｉ
濃度を低下させると全板厚が６．５ｗｔ．％Ｓｉの鋼板
よりも加工性は向上するが、過酷な加工を受けた場合に
は割れ等の不都合が発生する。

【０００５】一方、珪素鋼板は良好な磁気特性を得るた
めに磁束密度を高め、鉄損を低下させる方向で研究が行
われ、角形比の大きい材料が開発されてきた。しかし、
その結果、残留磁束密度が大きくなり、トランス等の機
器とした場合、偏磁によりさまざまな問題が発生してい
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、高珪素鋼板からなり、残
留密度が低く、かつ優れた高周波特性を維持しつつ加工
性に優れた鉄心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、高珪素鋼
板を用い、所望の磁気特性を有し、かつ加工性に優れた
鉄心を得るために種々検討した結果、表層Ｓｉ濃度およ
びＳｉ濃度勾配を特定範囲に規定し、かつ表層部分の高
Ｓｉ濃度層の全板厚に対する割合を特定範囲にすること
が有効であることを見出した。

【０００８】本発明はこのような知見に基づいなされた
ものであり、最表層のＳｉ濃度が５〜７ｗｔ．％、表層
部に形成されたＳｉが３．５ｗｔ．％以上となる高Ｓｉ
濃度層の厚さが板厚全体の２５％以下であり、板厚方向
に、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．３ｗｔ．％以上と
なるＳｉ濃度勾配を有する高珪素鋼板からなることを特
徴とする、残留磁束密度が低く加工性および高周波特性
に優れる鉄心を提供する。

【０００９】また、本発明は、最表層のＳｉ濃度が５〜
７ｗｔ．％、表層部に形成されたＳｉが３．５ｗｔ．％
以上となる高Ｓｉ濃度層の厚さが板厚全体の２０％以下
であり、板厚中心部のＳｉ濃度が３ｗｔ．％以下であ
る、板厚方向にＳｉ濃度勾配を有する高珪素鋼板からな
ることを特徴とする、残留磁束密度が低く加工性および
高周波特性に優れる鉄心を提供する。

【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。本発明においては、最表層のＳｉ濃度が５〜７
ｗｔ．％、表層部のＳｉが３．５ｗｔ．％以上となる高
Ｓｉ濃度層の厚さが板厚全体の２５％以下であり、板厚
方向に、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．３ｗｔ．％以
上となるＳｉ濃度勾配を有する高珪素鋼板により鉄心を
構成する。

【００１１】５ｋＨｚ以上の高周波での鉄損を下げるに
は、鋼板の表層近傍のみ透磁率を高くし、そこに磁束を
集中させることで見かけの板厚を薄くすることが有効で
ある。そのために、本発明では、表層のＳｉ濃度を５〜
７ｗｔ．％と高くし、板厚中心部のＳｉ濃度を低くし
て、板厚方向にＳｉの濃度勾配を形成し、板厚表層部の
み透磁率を高めている。表層Ｓｉ濃度が５ｗｔ．％未満
の場合および７ｗｔ．％超の場合には、上述したような
鋼板の表層近傍の透磁率を高める効果が低い。また、７
ｗｔ．％を超えた場合には加工性が悪くなる。表層のＳ
ｉ濃度のより好ましい範囲は６〜７ｗｔ．％である。

【００１２】残留磁束密度は、板厚方向のＳｉ濃度の最
大と最小の差（ΔＳｉ）に強く依存し、この値が大きく
なるほどその絶対値が小さくなる。これは、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鋼板内に張力が発生するためと
推定される。

【００１３】本発明では、上述のような高周波鉄損を低
くする観点、および残留磁束密度を低くする観点から、
板厚方向のΔＳｉを０．３ｗｔ．％以上と規定してい
る。

【００１４】さらに本発明では、以上のように残留磁束
密度および高周波鉄損を低く維持しつつ加工性を良好に
するために、上述のような規定の他、表層部に形成され
たＳｉが３．５ｗｔ．％以上となる高Ｓｉ濃度層の厚さ
を板厚全体の２５％以下としている。これは、表層部分
の高Ｓｉ濃度層が厚すぎると、脆性材料となり応力集中
により割れやすくなるからである。なお、２５％以下の
規定は、片側表面の高Ｓｉ層厚さの全板厚に対する割合
である。

【００１５】以上の条件を満たすことにより、残留磁束
密度および高周波鉄損を低く維持しつつ、かしめプレス
のような過酷な加工にも耐えうる鉄心が得られる。

【００１６】また、最表層のＳｉ濃度が５〜７ｗｔ．
％、表層部に形成されたＳｉが３．５ｗｔ．％以上とな
る高Ｓｉ濃度層の厚さが板厚全体の２０％以下であり、
板厚中心部のＳｉ濃度が３ｗｔ．％以下となるようなＳ
ｉの濃度勾配を有していることがより好ましい。このよ
うな条件を満たすことにより、残留磁束密度および高周
波鉄損を低く維持しつつ特に良好な加工性が得られ、か
しめプレスも良好に行うことができる。

【００１７】本発明の鉄心を構成するＳｉの濃度勾配を
有する珪素鋼板は、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ、浸
珪処理）法、物理気相蒸着（ＰＶＤ）法、クラツド技
術、めっき技術等によって製造することが可能である
が、これらの中ではＣＶＤ法によって製造することが好
ましい。

【００１８】ＣＶＤ法においては、鋼板をＳｉ系化合物
を含む無酸化性ガス雰囲気で浸珪処理し、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。

【００１９】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。

【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．％、０．００１
ｗｔ．％≦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、０．０２ｗ
ｔ．％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０．０
０１ｗｔ．％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、表層のＳｉ濃度およびＳｉ濃度の最
大と最小との差、高Ｓｉ濃度層の厚さ、中心部のＳｉ濃
度は全板厚をＥＰＭＡ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、残留磁束密度
は、直流で１．２Ｔ励磁後の値である。さらにまた、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０．３ｍｍの３ｗｔ．％珪素鋼板に種々の条件で浸珪
処理し、表層Ｓｉ濃度および表層部の高Ｓｉ濃度層の片
側の厚さ割合、ΔＳｉ値を変化させ、これらと加工性、
高周波鉄損、残留密度との関係を調査した。その結果を
表１に示す。

【００３０】表１中、プレス性は、超硬刃での丸穴連続
プレスにおいて、バリが３０μｍを超えるまでのプレス
回数で評価し、評価基準は、５万回以下：×、５〜１５
万回、：△、１５〜２５万回：○、２５万回以上：◎と
した。曲げ加工性は、カットコア製作時にほぼ直角曲げ
が入ることを想定し、９０°曲げと１８０°曲げを実施
した。この際の評価は、割れあり：×、クラックあり：
○、割れ・クラックが一切なし：◎という基準で行っ
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示すように、表層Ｓｉ、Ｓｉ層厚
さ、ΔＳｉが本発明の範囲であるものは、高周波鉄損お
よび残留磁束密度が低く、かつ加工性も良好であった。
特に、Ｓｉ濃度が５〜７ｗｔ．％、高Ｓｉ濃度層の厚さ
が板厚全体の２０％以下、板厚中心部のＳｉ濃度が３ｗ
ｔ．％以下を満たすものは、プレス性が◎であり、Ｖか
しめ等のかしめプレスが可能であった。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表層Ｓｉ濃度、板厚方向のＳｉ濃度勾配、および表層部
の高Ｓｉ濃度層の厚さを規定した珪素鋼板を用いること
により、残留密度が低く、かつ優れた高周波特性を維持
しつつ加工性に優れた鉄心を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田芳一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 (72)発明者平谷多津彦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

【特許請求の範囲】

【請求項１】最表層のＳｉ濃度が５〜７ｗｔ．％、表
層部に形成されたＳｉが３．５ｗｔ．％以上となる高Ｓ
ｉ濃度層の厚さが板厚全体の２５％以下であり、板厚方
向に、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．３ｗｔ．％以上
となるＳｉ濃度勾配を有する高珪素鋼板からなることを
特徴とする、残留磁束密度が低く加工性および高周波特
性に優れる鉄心。
【請求項２】最表層のＳｉ濃度が５〜７ｗｔ．％、表
層部に形成されたＳｉが３．５ｗｔ．％以上となる高Ｓ
ｉ濃度層の厚さが板厚全体の２０％以下であり、板厚中
心部のＳｉ濃度が３ｗｔ．％以下である、板厚方向にＳ
ｉ濃度勾配を有する高珪素鋼板からなることを特徴とす
る、残留磁束密度が低く加工性および高周波特性に優れ
る鉄心。