JP7028242B2 - 方向性電磁鋼板およびこれを用いてなる変圧器の巻鉄心並びに巻鉄心の製造方法 - Google Patents
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Description
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に0.6Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。
β:二次再結晶粒の平均β角(°)
二次再結晶粒の平均β角が大きくなると、Sinβに比例して静磁エネルギーが増加し、それを緩和しようとランセット磁区量が増加すると考えられる。
t:鋼板板厚(mm)
R:二次再結晶粒径(mm)
鋼板面単位面積当たりの粒界面積割合4t/Rに応じて、粒界に生じる反磁界は大きくなると考えられる。
a:圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の溝の間隔(mm)
w:溝の圧延方向幅(μm)
d:溝の深さ(mm)
鋼板面単位面積当たり溝形成部の面積は(w/a)×10-3となる。さらに板厚に対する溝深さd/tに応じて、漏れ磁束は大きくなると考える。
[1]変圧器の巻鉄心に用いる方向性電磁鋼板であって、
該鋼板の板厚tと、該鋼板に下記(1)式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たすことを特徴とする方向性電磁鋼板。
板厚t≦0.20mmの場合、鉄損劣化率が60%以下
0.20mm<板厚t<0.27mmの場合、鉄損劣化率が55%以下
0.27mm≦板厚tの場合、鉄損劣化率が50%以下
(楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率)=((WA-WB)/WB)×100 ・・・(1)
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に0.6Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。
[2]該鋼板表面に、圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の溝が形成され、
前記溝の圧延方向幅wと、前記溝の深さdと、該鋼板の二次再結晶粒径Rと、該鋼板の二次再結晶粒の平均β角との関係が、下記(2)式の関係を満たすことを特徴とする、[1]に記載の方向性電磁鋼板。
[3]磁化力800A/mにおける磁束密度B8が1.91T以上であり、かつ、二次再結晶粒径Rが40mm以上である、[1]または[2]に記載の方向性電磁鋼板。
[4]上記[1]~[3]のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を用いてなることを特徴とする変圧器の巻鉄心。
[5]巻鉄心変圧器の鉄損値を、該巻鉄心の素材である方向性電磁鋼板の鉄損値で除して求められるビルディングファクタを小さくする巻鉄心変圧器の巻鉄心の製造方法であって、
方向性電磁鋼板を巻き重ねて巻鉄心とする際に、該鋼板として、該鋼板の板厚tと該鋼板に下記(1)式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板を用いることを特徴とする巻鉄心の製造方法。
板厚t≦0.20mmの場合、鉄損劣化率が60%以下
0.20mm<板厚t<0.27mmの場合、鉄損劣化率が55%以下
0.27mm≦板厚tの場合、鉄損劣化率が50%以下
(楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率)=((WA-WB)/WB)×100 ・・・(1)
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に0.6Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。
[6]該鋼板表面に、圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の溝が形成され、
前記溝の圧延方向幅wと、前記溝の深さdと、該鋼板の二次再結晶粒径Rと、該鋼板の二次再結晶粒の平均β角との関係が、下記(2)式の関係を満たすことを特徴とする、[5]に記載の巻鉄心の製造方法。
[7]磁化力800A/mにおける磁束密度B8が1.91T以上であり、かつ、二次再結晶粒径Rが40mm以上である方向性電磁鋼板を用いる、[5]または[6]に記載の巻鉄心の製造方法。
本発明によれば、変圧器鉄心として用いられる方向性電磁鋼板の特性を制御することで、内巻コアと外巻コアの間の層間渡り及びラップ接合部における磁気抵抗を低減し、変圧器鉄心の設計に関わらず、巻鉄心変圧器における変圧器鉄損を低減することができる。
本発明によれば、巻鉄心変圧器の巻鉄心を本発明の方向性電磁鋼板を素材として構成することで、ビルディングファクタの小さい巻鉄心変圧器が得られる。
板厚t≦0.20mmの場合、鉄損劣化率が60%以下
0.20mm<板厚t<0.27mmの場合、鉄損劣化率が55%以下
0.27mm≦板厚tの場合、鉄損劣化率が50%以下
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に0.6Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。
WAは、非特許文献2などに記載がある、二次元単板磁気測定装置(2D-SST)を用いて、測定を行う。方向性電磁鋼板(素材)のRD方向に最大磁束密度1.7T、TD方向に最大磁束密度0.6Tとなる50Hz正弦波励磁を行い、RD方向とTD方向の正弦波励磁の位相差を90°とすることで楕円磁化励磁を行う。この際、楕円磁化の回転方向は、時計回りと反時計回りがあるが、両者における鉄損測定値には差があることが指摘されており、両者の測定を実施したうえで平均値をとる。鉄損測定方法は探針法、Hコイル法など種々の方法が提案されているが、いずれの方法を用いても良い。また励磁に際しては、RD方向は最大磁束密度1.7T、TD方向は最大磁束密度0.6Tとなるよう、励磁電圧のフィードバック制御を行うが、磁束密度が最大となる瞬間以外は磁束波形が正弦波より若干歪む場合でも、波形制御は行わない。測定試料は二次元単板磁気測定装置の励磁可能サイズによるが、1試料に含まれる結晶粒の数を考慮して、(50mm×50mm)以上が好ましい。また、測定値のバラつきを考慮し、1素材につき30枚以上の試料を測定し平均することが好ましい。
WBは、上記の楕円磁化をかけた測定を行った試料と同じ試料を、同じ測定装置を使って測定する。RD方向のみに最大磁束密度1.7T、50Hz正弦波励磁を行う。励磁に際しては、RD方向最大磁束密度1.7Tとなるような、励磁電圧のフィードバック制御を行い、TD方向には制御を行わない。
鋼板の圧延方向を向く二次再結晶粒の〈100〉軸の圧延面となす角をβ角と定義される。鋼板の二次再結晶方位をX線結晶回折にて測定する。鋼板内の二次再結晶粒の方位にはバラつきがあるので、RD、TDそれぞれ10mmピッチのポイントで測定し、(500mm×500mm)以上の測定領域データを平均することで求める。
鋼板表面上の被膜をなんらかの化学的、電気的手法で除去し、二次再結晶粒径を測定する。(500mm×500mm)以上の測定領域に存在する、1mm2程度以上の大きさの結晶粒個数を目視、あるいはデジタル画像処理により測定し、二次再結晶粒1個の平均面積を求める。その平均面積より、円相当径(直径)を計算し、二次再結晶粒径を求める。
直線状の溝同士のRD方向の間隔で定義する。線間隔(溝の間隔)が一定でない場合には、長手方向500mmで5箇所を調査し、その平均とする。さらに、鋼板幅方向で線間隔が変わる場合には、その平均とする。
鋼板表面を顕微鏡観察し測定する。溝の圧延方向幅は必ずしも一定とは限らないので、線列方向100mm試料内において5箇所以上を観察し、平均をその線列における溝の圧延方向幅とする。さらに、長手方向500mmの試料内において線列5箇所以上を観察し、平均し求めることとする。
溝部の鋼板断面を顕微鏡観察することで測定する。溝の深さは必ずしも一定とは限らないので、線列方向100mm試料内において5箇所以上を観察し、平均をその線列における溝の深さとする。さらに、長手方向500mmの試料内において線列5箇所以上を観察し、平均し求めることとする。
C量が0.08質量%を超えると製造工程中に磁気時効の起こらない50質量ppm以下までCを低減することが困難になるため、0.08質量%以下とすることが好ましい。なお、下限に関しては、Cを含まない素材でも二次再結晶が可能であるので特に設ける必要はない。
Siは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を改善するのに有効な元素であるが、含有量が2.0質量%に満たないと十分な鉄損低減効果が達成できず、一方、8.0質量%を超えると加工性が著しく低下し、また磁束密度も低下するため、Si量は2.0~8.0質量%の範囲とすることが好ましい。
Mnは、熱間加工性を良好にする上で必要な元素であるが、含有量が0.005質量%未満ではその添加効果に乏しく、一方1.0質量%を超えると製品板の磁束密度が低下するため、Mn量は0.005~1.0質量%の範囲とすることが好ましい。
Claims (7)
- 変圧器の巻鉄心に用いる方向性電磁鋼板であって、
該鋼板の板厚tと、該鋼板に下記(1)式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板。
板厚t≦0.20mmの場合、鉄損劣化率が60%以下
0.20mm<板厚t<0.27mmの場合、鉄損劣化率が55%以下
0.27mm≦板厚tの場合、鉄損劣化率が50%以下
(楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率)=((WA-WB)/WB)×100 ・・・(1)
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に0.6Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。 - 磁化力800A/mにおける磁束密度B8が1.91T以上であり、かつ、二次再結晶粒径Rが40mm以上である、請求項1または2に記載の方向性電磁鋼板。
- 請求項1~3のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を用いてなる変圧器の巻鉄心。
- 巻鉄心変圧器の鉄損値を、該巻鉄心の素材である方向性電磁鋼板の鉄損値で除して求められるビルディングファクタを小さくする巻鉄心変圧器の巻鉄心の製造方法であって、
方向性電磁鋼板を巻き重ねて巻鉄心とする際に、該鋼板として、該鋼板の板厚tと該鋼板に下記(1)式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板を用いる巻鉄心の製造方法。
板厚t≦0.20mmの場合、鉄損劣化率が60%以下
0.20mm<板厚t<0.27mmの場合、鉄損劣化率が55%以下
0.27mm≦板厚tの場合、鉄損劣化率が50%以下
(楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率)=((WA-WB)/WB)×100 ・・・(1)
ただし、(1)式中、WAは、RD方向(圧延方向)に1.7T、TD方向(圧延方向に直角な方向)に0.6Tとなる50Hz楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、WBは、RD方向に1.7Tの50Hz交番磁化をかけた場合の鉄損である。 - 磁化力800A/mにおける磁束密度B8が1.91T以上であり、かつ、二次再結晶粒径Rが40mm以上である方向性電磁鋼板を用いる、請求項5または6に記載の巻鉄心の製造方法。
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