JPH07331333A - 鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板およびその製造方法

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JPH07331333A
JPH07331333A JP6122407A JP12240794A JPH07331333A JP H07331333 A JPH07331333 A JP H07331333A JP 6122407 A JP6122407 A JP 6122407A JP 12240794 A JP12240794 A JP 12240794A JP H07331333 A JPH07331333 A JP H07331333A
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steel sheet
iron loss
annealing
groove
linear
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JP6122407A
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Masayoshi Ishida
昌義 石田
Kunihiro Senda
邦浩 千田
Keiji Sato
圭司 佐藤
Kazuhiro Suzuki
一弘 鈴木
Michiro Komatsubara
道郎 小松原
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/14766Fe-Si based alloys
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 歪取焼鈍によっても劣化することのない、優
れた鉄損特性を得る。 【構成】 鋼板表面に、圧延方向と交差する向きに多数
形成した線状溝の底面および両側面の3面のうち少なく
とも1面について、Si含有量が素材のそれよりも0.3 wt
%以上低い低Si領域を深さ:50μm 以上にわたり、連続
的または断続的に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、変圧器その他の電機
機器の鉄心材料として有利に適合する鉄損特性に優れた
方向性電磁鋼板およびその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】方向性電磁鋼板は、主に変圧器その他の
電気機器の鉄心として利用され、磁気特性に優れるこ
と、中でも鉄損の低いことが要求される。この鉄損は、
概ねヒステリシス損と渦電流損との和で表すことがで
き、ヒステリシス損は強い抑制力をもつインヒビターを
用いることによって結晶方位をゴス方位すなわち(11
0)〔001〕方位に高度に集積させることや、磁化し
たとき磁壁移動の際のピンニング因子の生成原因となる
不純物元素を低減させること等により大幅に低減されて
きた。一方、渦電流損については、Si含有量を増加して
電気抵抗を増大させることや、鋼板板厚を薄くするこ
と、鋼板地鉄表面に地鉄と熱膨張係数の異なる被膜を形
成して地鉄に張力を付与すること、結晶粒の微細化によ
り磁区幅を低減すること等によって、その低減が図られ
てきた。
【0003】さらに近年では、渦電流損の低減により、
一層鉄損を低減できる技術として、鋼板の圧延方向と垂
直な方向にレーザー光(特公昭57−2252号公報)やプラ
ズマ炎(特開昭62-96617号公報)等を照射する方法が提
案された。これらの方法は、鋼板表面に線状または点状
に微細な熱歪を導入することによって磁区を細分化し、
この磁区細分化によって鉄損を低減しようとするもので
ある。しかしながら、これらの方法では、磁区細分化後
に高温での熱処理を施すと鉄損低減効果が消失してしま
うため、照射処理後に歪取焼鈍を不可欠とする巻鉄心用
素材としては用いることができなかった。
【0004】そこで歪取焼鈍にも耐え得る磁区細分化技
術として、鋼板への溝形成を利用した方法が種々開発さ
れた。このような技術として、たとえば、仕上焼鈍後す
なわち二次再結晶後の鋼板に局所的に溝を形成し、その
反磁界効果によって磁区を細分化する方法があるが、か
かる溝形成手段としては、機械的な加工(特公昭50-356
79号公報)やレーザー光照射により絶縁被膜および下地
被膜を局所的に除去した後電解マッチングする(特開昭
63-76819号公報)方法等が提案されている。また特公昭
62-53579号公報には、歯形ロールで圧刻後、歪取焼鈍を
施すことによって、溝形成および再結晶を達成して磁区
を細分化する方法が、さらに特開昭59−197520号公報に
は、仕上焼鈍前の鋼板に溝を形成する方法が、それぞれ
開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような溝形成技
術によって、歪取焼鈍後も磁区細分化効果を維持できる
ようになったけれども、鉄損の低減幅は、前記したレー
ザー光やプラズマ炎等を照射する方法と比較すると十分
とは言えず、一層の低鉄損化が望まれていた。この発明
は、上記の要請に有利に応えるもので、溝形成による鉄
損の低減技術において、より一層の低鉄損化を安定して
実現できる新規な技術を提案することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】さて発明者らは、方向性
電磁鋼板の低鉄損化を目的として鋭意実験検討を重ねた
結果、表面に線状溝を有する方向性電磁鋼板において、
該線状溝近辺のSi含有量を鋼素材よりも低減することに
より、従来よりも格段に鉄損が低減することの知見を得
た。この発明は、上記の知見の立脚するものである。
【0007】すなわちこの発明は、鋼板表面に、圧延方
向と交差する向きに延びる多数の線状溝を有し、かつ該
線状溝の底面および両側面の3面のうち少なくとも1面
につき、Si含有量が素材のそれよりも 0.3wt%以上低い
低Si領域を深さ:50μm 以上にわたって形成したことを
特徴とする鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板である。
【0008】またこの発明は、含けい素鋼スラブを、熱
間圧延した後、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷
間圧延を施して最終製品板厚とし、ついで脱炭焼鈍、最
終仕上焼鈍を施す一連の工程からなる方向性電磁鋼板の
製造方法において、最終冷間圧延を経た鋼板に、圧延方
向と交差する向きに多数の線状溝を形成すると共に、最
終仕上焼鈍後、該線状溝の底面および両側面の3面のう
ち少なくとも1面に炭酸カルシウムを付着させたのち、
800℃以上の温度で焼鈍することを特徴とする鉄損特性
に優れた方向性電磁鋼板の製造方法である。
【0009】この発明において、鋼板表面に形成する線
状溝の形態は、幅:30〜300 μm 、深さ:10〜70μm 、
溝間隔:1〜30mm、圧延方向との交差角度:圧延方向と
直角な方向に対し30゜以内とすることが好ましい。
【0010】以下、この発明を具体的に説明する。ま
ず、この発明の基礎となった実験結果について説明す
る。Mn, SeおよびAlをインヒビター形成元素として微量
含有する鋼スラブを、常法に従い熱間圧延ついで中間焼
鈍を挟む2回の冷間圧延を施して0.23mm厚の最終冷延板
とした。ついでこの冷延板に、線状溝形状に対応する非
塗布部を残してレジストインキを塗布しマスキングし
た。ここに非塗布部の形状は、板幅方向に平行な幅:20
0 μm の直線とした。このような直線状の非塗布部を、
圧延方向に間隔:3mmで残した。次にNaCl浴を用いた電
解エッチング処理により、深さ:20μmの線状溝を形成
した。ついでレジスト剤を除去してから、脱炭焼鈍およ
び仕上焼鈍を施した後、 CaCO3微粉を水に懸濁したスラ
リーを、溝部分に塗布、ついで乾燥させた後、 700〜11
00℃の範囲の種々の温度で焼鈍を施した。その後、張力
コーティングを塗布、焼き付けた後、 850℃, 3hの歪
取焼鈍を施した。
【0011】また比較のため、最終冷延板に対し線状溝
形成処理を施さない鋼板、および幅:200 μm 、深さ:
20μm 、溝間隔:3mmの板幅方向に平行な直線状の線状
溝を形成した鋼板に対し、上と同じ条件で脱炭焼鈍、仕
上焼鈍および歪取焼鈍を施した。
【0012】かくして得られた各鋼板から、エプスタイ
ン試験片を、その長手方向が圧延方向と一致するように
切り出し、それぞれの磁気特性について測定した結果を
図1に示す。図1に示したとおり、 CaCO3を塗布し、 8
00℃以上の温度で焼鈍を施した場合には、溝なしは勿
論、溝のみを形成した従来材に比べて、格段に鉄損が低
減している。また、かかる鋼板の溝周辺部のSi含有量を
EPMAにより調査したところ、溝両側の約 160μm 幅(従
って両側面の約 160μm 深さ)の帯状領域においてSi量
が減少していることが判明した。
【0013】
【作用】鋼板表面に導入された線状溝は、電磁鋼板が磁
化されたときに自由磁極を生じ、この磁極によって生じ
る磁気エネルギーを減少させるように磁区幅が減少し、
その結果、異常渦電流損が減少することが知られてい
る。しかしながら、磁束線は線状溝の下部を迂回して磁
極の発生を妨げようとする傾向があるため、その分渦電
流損の減少効果が低減することになる。この磁束線の迂
回は、方向性けい素鋼板の磁気異方性に抗して生じるも
のであるから、線状溝周辺の磁気異方性を強化すること
によって、磁束線の迂回による磁区細分化効果の低下を
抑制することが可能となる。ここにFe−Si合金において
は、Si含有量が少ないほど結晶磁気異方性定数が大きい
ため、溝周辺のSi含有量を低減してやれば、磁束線の迂
回を効果的に阻止することができ、その結果、磁区細分
化効果を強化することができるのである。
【0014】Si含有量が少ない領域の分布形態として
は、線状溝直下または線状溝の両側面の隣接領域の少な
くとも一方、すなわち線状溝の底面および両側面の3面
のうち少なくとも1面に沿う帯状領域であれば良い。こ
こに、かかる帯状領域の幅(各面における深さ)が50μ
m に満たないと磁化の回転が起こり易いので、低Si領域
の幅は50μm 以上とする必要がある。とはいえ、この低
Si領域幅があまりに大きいと鋼板の磁気抵抗率が減少
し、かえって鉄損の劣化を招くので、低Si領域幅は 400
μm 以下とするのが好ましい。
【0015】また、この帯状領域におけるSi低減量は、
素材のSi量よりも 0.3wt%以上とする必要がある。とい
うのは、Si低減量が 0.3wt%より少ないと、磁気異方性
の増強効果が小さく、磁束線の線状溝下部迂回を有効に
抑制して鉄損改善を図ることが望めないからである。
【0016】なお、この帯状領域は、線状溝に沿って連
続的に板幅方向に形成されていることがより望ましい
が、必ずしも連続的である必要はなく、破線状のように
断続的であっても良い。また、この帯状領域の結晶粒方
位は、その周辺と同じにする、すなわち同一の結晶粒内
において低Si領域が形成されていることが望ましいが、
この領域内に粒界または微細な結晶粒が存在していても
良い。
【0017】線状溝の形状については、幅:30〜300 μ
m 、深さ:10〜70μm で、溝間隔:1〜30mm、圧延方向
との交差角度:圧延方向と直角な方向に対し30゜以内と
することが好ましい。というのは、溝幅が30μm に満た
ない場合および溝の深さが10μm に満たない場合には、
磁極の発生量が少ないために十分な磁区細分化効果が得
られず、一方溝幅が 300μm を超えた場合および溝深さ
が70μm を超えた場合には磁束密度の著しい低下を招く
からである。また、溝間隔が1mmに満たないと磁束密度
の低下が著しく、一方30mmを超えると磁区細分化効果が
低下し、鉄損低減が十分でなくなる。さらに、線状溝の
方向が圧延方向と直角な方向に対し±30゜の範囲を逸脱
すると磁区細分化効果が急激に小さくなり、鉄損低減効
果が著しく劣化する。
【0018】線状溝の形成時期については、最終冷間圧
延後であれば、最終仕上焼鈍の前後のいずれの段階でも
構わない。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、刃物等でけがく方法、突起付きロー
ルで圧延する方法等が挙げられるが、最も望ましい方法
は、最終冷間圧延直後に、レジスト−電解エッチング法
等の電気化学的方法またはエッチング等の化学的方法に
よって、鋼板に溝を形成する方法である。
【0019】次に、線状溝の周辺に低Si領域を形成する
が、かような方法としては、仕上焼鈍後に線状溝部分に
CaCO3を塗布し、 800℃以上の温度で焼鈍する方法が有
利に適合する。ここに、焼鈍温度が 800℃に満たないと
前掲図1に示したとおり、溝の周辺領域に低Si領域を十
分に形成することができず、満足いく磁区細分化効果が
得られないので、焼鈍温度は 800℃以上(好ましくは11
00℃以下)とする必要がある。
【0020】なお、低Si領域の形成手段は、上記した C
aCO3の塗布・焼付け法に限るわけではなく、以下のよう
な方法も適合する。 . 予め素材中のSi量を低減しておき、線状溝形成後、
この線状溝の近接領域を除く領域に加Si処理を施す方
法。 . 線状溝形成後、この線状溝の近接領域のみを強酸化
雰囲気において加熱し、酸化脱珪する方法。
【0021】この発明の適用については、特に限定され
ることはなく、従来公知の電磁鋼板であればいずれにも
適用することができる。ここに、好適組成を示すと次の
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な
らず、ゴス方位の発達にも有用な元素であり、少なくと
も0.01%の添加が好ましいが、0.10%を超えて含有する
とかえってゴス方位に乱れが生じるので、0.01〜0.10%
程度とするのが好ましい。
【0022】Si: 2.0〜4.5 % Siは、鋼板の比抵抗を高めて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、二次再結晶
・鈍化のために行われる仕上焼鈍中にα−γ変態によっ
て結晶方位のランダム化を生じ、十分な鉄損低減効果が
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、熱間脆性を防止するために少なくとも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】ゴス方位以外の方位を有する結晶粒の粒成
長を抑制し、有効にゴス方位を成長させるために添加さ
れるインヒビターとしては、MnS, MnSe系と、AlN系が
挙げられる。 ・MnS, MnSe系;Se, Sのうちから選んだ少なくとも1
種:0.005 〜0.06% Se, Sは、いずれもインヒビターとして有効な元素であ
り、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%を超えるとかえってその効果が損
なわれるので、単独添加または複合添加いずれの場合に
おいても含有量は 0.005〜0.06%程度とするのが好まし
い。 ・AlN系;Al:0.005 〜0.10%, N:0.004 〜0.015 % AlおよびNの範囲についても、上述のMnS, MnSe系の場
合と同様の理由により上記の範囲とした。ここに、上述
したMnS, MnSe系とAlN系との併用は可能である。
【0025】なお、上記したS, Se, Al以外にも、イン
ヒビター構成元素として、Cu, Sn,Cr, Ge, Sb, Mo, Te,
BiおよびP等を利用することができる。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。
【0026】
【実施例】
実施例1 Al, Mn, SeおよびSbをインヒビター形成元素として微量
含有するけい素鋼スラブを、常法に従い熱間圧延ついで
中間焼鈍を挟む2回の冷間圧延を施して0.23mm厚の最終
冷延板とした。ついでこの冷延板に、線状溝形状に対応
する非塗布部を残してレジストインキを塗布しマスキン
グした。ここで非塗布部の形状は、板幅方向に延びる
幅:200 μm の直線とした。このような直線状の非塗布
部を、圧延方向の間隔:3mmで残した。次に、NaCl浴を
用いた電解エッチング処理により、深さ:20μm の線状
溝を形成した。ついでレジスト剤を除去してから、脱炭
焼鈍および仕上焼鈍を施した後、 CaCO3粉末を水に懸濁
したスラリーを、溝部分に塗布・乾燥し、焼き付けた
後、 750〜1000℃の温度で焼鈍を施した。
【0027】また比較のため、最終冷延板に対し線状溝
形成処理を施さない鋼板、および幅:200 μm 、深さ:
20μm 、圧延方向の間隔:3mmの板幅方向に平行な直線
状の線状溝を形成したレジスト剤除去後の鋼板に対し、
同様にして脱炭焼鈍および仕上焼鈍を施した後、 850
℃, 3時間の歪取焼鈍を施した。
【0028】かくして得られた歪取焼鈍後の各鋼板か
ら、エプスタイン試験片を、その長手方向が圧延方向と
一致するように切り出し、それぞれの磁気特性について
測定した結果を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】表1から明らかなように、この発明に従い
線状溝部分に CaCO3を塗布し、 800℃以上で焼鈍した場
合には、比較材に比べて鉄損が大幅に低減されている。
【0031】実施例2 Al, Mn, SeおよびSbをインヒビター形成元素として微量
含有するけい素鋼スラブを、常法に従い熱間圧延ついで
中間焼鈍を挟む2回の冷間圧延を施して0.23mm厚の冷延
板とした。ついでこの冷延板に、線状溝形状に対応する
非塗布部を残してレジストインキを塗布しマスキングし
た。ここで非塗布部の形状は、板幅方向に対し10゜の角
度をなして延びる幅:200 μm の直線とした。このよう
な直線状の非塗布部を間隔:3mm毎に残した。次に、Na
Cl浴を用いた電解エッチング処理により、深さ25μm の
線状溝を形成した後、レジスト剤を除去してから、脱炭
焼鈍および仕上焼鈍を施した。その後、線状溝部に YAG
レーザーを照射することによって線状溝部に生成した被
膜を除去した後、 CaCO3粉末を水に懸濁したスラリーを
塗布し、焼鈍した。
【0032】また比較のため、最終冷延板に対し線状溝
形成処理を施さない鋼板、および幅:200 μm 、深さ:
25μm 、間隔:3mm、板幅方向に対する角度:10゜で直
線状に延びる線状溝を形成し、レジスト剤除去後、線状
溝上に YAGレーザーを照射した鋼板に対し、同様にして
脱炭焼鈍および仕上焼鈍を施し、張力コーティングを塗
布、焼き付けた後、 800℃, 3時間の歪取焼鈍を施し
た。
【0033】かくして得られた歪取焼鈍後の各鋼板か
ら、エプスタイン試験片を、その長手方向が圧延方向と
一致するように切り出し、それぞれの磁気特性について
測定した結果を表2に示す。
【0034】
【表2】
【0035】表2から明らかなように、この発明に従い
得られた鋼板は、比較材に比べて格段に鉄損が低減して
いる。
【0036】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、歪取焼鈍に
よっても劣化することのない、優れた鉄損特性を有する
方向性電磁鋼板を安定して得ることができ、特に変圧器
鉄心の用途に供して偉効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】焼鈍温度と鉄損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 佐藤 圭司 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 鈴木 一弘 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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼板表面に、圧延方向と交差する向きに
    延びる多数の線状溝を有し、かつ該線状溝の底面および
    両側面の3面のうち少なくとも1面につき、Si含有量が
    素材のそれよりも 0.3wt%以上低い低Si領域を深さ:50
    μm 以上にわたって形成したことを特徴とする鉄損特性
    に優れた方向性電磁鋼板。
  2. 【請求項2】 請求項1において、線状溝が、幅:30〜
    300 μm 、深さ:10〜70μm 、溝間隔:1〜30mm、圧延
    方向との交差角度:圧延方向と直角な方向に対し30゜以
    内である鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板。
  3. 【請求項3】 含けい素鋼スラブを、熱間圧延した後、
    1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して
    最終製品板厚とし、ついで脱炭焼鈍、最終仕上焼鈍を施
    す一連の工程からなる方向性電磁鋼板の製造方法におい
    て、 最終冷間圧延を経た鋼板に、圧延方向と交差する向きに
    多数の線状溝を形成すると共に、最終仕上焼鈍後、該線
    状溝の底面および両側面の3面のうち少なくとも1面に
    炭酸カルシウムを付着させたのち、 800℃以上の温度で
    焼鈍することを特徴とする鉄損特性に優れた方向性電磁
    鋼板の製造方法。
JP6122407A 1994-06-03 1994-06-03 鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板およびその製造方法 Pending JPH07331333A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7045025B2 (en) * 2002-05-31 2006-05-16 Nippon Steel Corporation Grain-oriented electrical steel sheet excellent in magnetic properties and method for producing the same

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