JP5896112B2 - 方向性電磁鋼板とその製造方法および変圧器 - Google Patents

Description

本発明は、磁歪特性に優れる方向性電磁鋼板とその製造方法、ならびに、その方向性電磁鋼板を用いた低騒音の変圧器に関するものである。

近年、環境に対する意識の高まりから、変圧器や電動機などの電磁応用機器が発する騒音の低減が強く求められている。それに伴い、変圧器や電動機の鉄心に使用される方向性電磁鋼板にも、低鉄損であることに加えて、騒音特性にも優れた材料であることが求められるようになってきている。

変圧器の騒音に影響を及ぼす素材因子としては、方向性電磁鋼板が有する磁歪特性がある。上記「磁歪」とは、方向性電磁鋼板を交流で励磁したときの、鋼板が圧延方向に伸縮する率（＝圧延方向鋼板伸縮量／鋼板長さ）のことをいい、その大きさは、通常、数１０^−６程度である。そこで、従来から、この磁歪の大きさを低減することで、低騒音化を図ろうとする研究がなされてきた。

磁歪を低減させるには、還流磁区を減少させることが最も有効である。ここで、「還流磁区」とは、磁場付加方向に対して磁化ベクトルが９０°方向を向いた磁区のことをいい、この磁化が磁場付加方向と平行な向きに移動しようとする時に磁歪が生じる。そして、この磁歪は、鋼板にかかる圧縮応力が大きくなるに従って増大することが知られている。

そこで、上記還流磁区を減少させる方法として、方向性電磁鋼板に被膜張力を付与する方法が提案されている。例えば、非特許文献１および特許文献１には、被膜張力を鋼板に付与することで、還流磁区を消去する方法が開示されている。一般に、方向性電磁鋼板には、鋼板に引張応力を付与するフォルステライト質の下地被膜と、その上の被成したリン酸塩を主成分とする絶縁被膜が被成されているが、上記の方法は、上層の絶縁被膜をも鋼板に引張応力を付与する張力付与被膜とすることで、磁歪特性の改善を図ろうとするものである。しかし、これらの方法は、鋼板に圧縮応力が付与されるような場合には、十分な効果が得られないという問題がある。

また、通常、変圧器の鉄心は、冷媒により冷却されているが、この冷却が不十分であったり、変圧器の稼動初期のときには、鉄心内の温度分布が不均一となるため、熱応力が発生することは避けられない。非特許文献２によると、５℃の温度差が生じると、＜００１＞方向に対して３〜６ＭＰａ程度の圧縮応力が生じ、この圧縮応力によって磁歪特性が低下し、変圧器の騒音が増大すると報告されている。そのため、圧縮応力に対する磁歪感受性が低い方向性電磁鋼板の開発が強く望まれている。

特公昭５９−１７５２１号公報

Ｔ．Ｎｏｚａｗａ ｅｔ ａｌ，「Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｏｔａｌ ｌｏｓｓｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ３ｐｅｒｃｅｎｔＳｉ−Ｆｅ ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓ ｎｅａｒ（１１０）［００１］，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｍａｇ．，Ｖｏｌ．ＭＡＧ−１４，Ｎｏ．４，１９７８ 岡崎ら、「方向性電磁鋼板の磁歪特性に及ぼす温度分布の影響」、電気学会論文誌Ａ．Ｖｏｌ．１２３（２００３），Ｎｏ．９、ｐ８３３−８３８

本発明は、従来技術が抱える上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮応力に対する磁歪感受性を低減し、変圧器等の鉄心から生ずる騒音を効果的に低減することができる、磁歪特性に優れる方向性電磁鋼板と、その鋼板を用いた低騒音の変圧器を提供することにある。

発明者らは、上記課題を解決するべく、方向性電磁鋼板の圧縮応力下における磁歪特性に影響する様々な材料因子について詳細な検討を行った。その結果、張力付与被膜を有する鋼板においては、圧縮応力下における磁歪特性に影響する因子として、二次再結晶後の鋼板におけるゴス方位（１１０）＜００１＞粒の結晶方位の方位差角δが重要であることを見出した。ここで、上記方位差角δとは、二次再結晶後の鋼板のゴス方位（１１０）＜００１＞粒における理想ゴス方位粒からのずれの大きさを、圧延方向を軸とした回転角で表わしたものである。そして、発明者らは、鋼成分を適正化した上で、上記方位差角δを適正範囲に制御することで、低騒音化に有効な磁歪特性を有する方向性電磁鋼板が得られることを知見し、本発明を開発するに至った。

すなわち、本発明は、Ｓｉ：３．０〜７．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０４〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％およびＳｎ：０．０１〜０．２０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、フォルステライト被膜による引張応力との合計が１０ＭＰａ以上となる張力付与絶縁被膜が被成してなる方向性電磁鋼板であって、ゴス方位｛１１０｝＜００１＞粒における圧延方向を回転軸とした結晶方位の平均方位差角δが６°以下であり、かつ、圧延方向に圧縮応力３．９２ＭＰａを付加し、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化したときの磁歪λ_ｐ−ｐが１．７×１０^−６以下である方向性電磁鋼板である。

本発明の方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、Ｃｒ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．０５ｍａｓｓ％以下およびＰ：０．０５ｍａｓｓ％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする。

また、本発明は、Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．０〜７．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０４〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００３０〜０．０１００ｍａｓｓ％を含有し、かつ、インヒビター成分として、Ａｌ，Ｓ，ＳｅおよびＢのうちのいずれか１以上を、Ａｌ：０．０１〜０．０３０ｍａｓｓ％、ＳおよびＳｅ：単独または合計で０．０１０〜０．０３０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成の鋼スラブを熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施し、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延をして最終板厚とした後、一次再結晶焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶焼鈍し、平坦化焼鈍し、張力付与絶縁被膜を被成する方向性電磁鋼板の製造方法において、上記鋼スラブはさらに、Ｓｂ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％およびＳｎ：０．０１〜０．２０ｍａｓｓ％を複合含有し、１５０〜２５０℃の温度で圧下率が８４〜９０％の最終冷間圧延し、平坦化焼鈍における炉内張力を１０ＭＰａ以下とし、フォルステライト被膜と張力付与絶縁被膜によって付与される合計引張応力を１０ＭＰａ以上とすることで、ゴス方位｛１１０｝＜００１＞粒における圧延方向を回転軸とした結晶方位の平均方位差角δが６°以下であり、かつ、圧延方向に圧縮応力３．９２ＭＰａを付加し、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化したときの磁歪λ _ｐ−ｐ が１．７×１０ ^−６ 以下である方向性電磁鋼板を得ることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法である。

また、本発明は、Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．０〜７．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０４〜０．１５ｍａｓｓ％を含有し、かつ、Ａｌ：０．０１００ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓｅ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｂ：０．００１０ｍａｓｓ％以下に低減し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成の鋼スラブを熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施し、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延をして最終板厚とした後、一次再結晶焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶焼鈍し、平坦化焼鈍し、張力付与絶縁被膜を被成する方向性電磁鋼板の製造方法において、上記鋼スラブはさらに、Ｓｂ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％およびＳｎ：０．０１〜０．２０ｍａｓｓ％を複合含有し、１５０〜２５０℃の温度で圧下率が８４〜９０％の最終冷間圧延を施し、平坦化焼鈍における炉内張力を１０ＭＰａ以下とし、フォルステライト被膜と張力付与絶縁被膜によって付与される合計引張応力を１０ＭＰａ以上とすることで、ゴス方位｛１１０｝＜００１＞粒における圧延方向を回転軸とした結晶方位の平均方位差角δが６°以下であり、かつ、圧延方向に圧縮応力３．９２ＭＰａを付加し、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化したときの磁歪λ _ｐ−ｐ が１．７×１０ ^−６ 以下である方向性電磁鋼板を得ることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法である。

本発明の方向性電磁鋼板の製造方法における上記鋼スラブは、上記成分組成に加えてさらに、Ｃｒ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．０５ｍａｓｓ％以下およびＰ：０．０５ｍａｓｓ％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の方向性電磁鋼板を積層した鉄心を用いてなることを特徴とする変圧器である。

本発明によれば、磁歪特性に優れる方向性電磁鋼板を提供することができるので、低騒音の変圧器を安定して製造することができる。

圧縮応力下における磁歪λ_ｐ−ｐと変圧器の騒音との関係を示すグラフである。 方向性電磁鋼板の平均方位差角δと圧縮応力下における磁歪λ_ｐ−ｐとの関係を示すグラフである。 方向性電磁鋼板の平均方位差角δに及ぼす冷延圧下率の影響を示すグラフである。

まず、本発明を開発する契機となった実験について説明する。
＜実験１＞
Ｃ：０．０７０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．３ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０６ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００８ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２ｍａｓｓ％をベースとし、これにさらに、Ｓｂ：０．０５ｍａｓｓ％および／またはＳｎ：０．０５ｍａｓｓ％を添加した、表１に示すＡ〜Ｃ３種類の成分組成を有する鋼スラブを１４２０℃に加熱後、熱間圧延して板厚１．６〜３．３ｍｍの熱延板とし、１１００℃×３０秒の熱延板焼鈍を施した後、最終冷間圧延して板厚：０．２９ｍｍの冷延板とした。なお、上記冷間圧延における最終冷間圧延では、加工発熱によって鋼板温度を２２０℃まで上昇させた。また、最終冷間圧延の圧下率は、素材板厚の違いによって８２〜９１％の範囲で変化させた。

次いで、露点６０℃の湿潤水素雰囲気下で、８４０℃×１２０秒の脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した後、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布、乾燥し、そのた後、乾燥（Ｎ_２＋Ｈ_２）混合雰囲気下で１０００℃まで昇温して二次再結晶させた後、乾燥Ｈ_２雰囲気下で１１５０℃以上の温度に２０時間保持して純化処理する仕上焼鈍を施した。次いで、仕上焼鈍後の鋼板表面から未反応の焼鈍分離剤を除去した後、５０ｍａｓｓ％のコロイダルシリカと、燐酸マグネシウムからなるコーティング液を両面目付量が１０ｇ／ｍ^２となるよう塗布し、９ＭＰａの張力を付与しながら８４０℃の温度で平坦化焼鈍を施して張力付与被膜を被成し、製品板とした。

斯くして得られた製品板から、圧延方向を長さ方向として長さ：３００ｍｍ×幅：１００ｍｍの試験片を切り出し、二次再結晶後のゴス方位（１１０）＜００１＞粒における圧延方向を回転軸とした結晶方位の平均方位差角δをＸ線ラウエ法で測定した。
また、３．９２ＭＰａの圧縮応力を鋼板の圧延方向に付加した状態で、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化した時の磁歪λ_ｐ−ｐを、レーザー変位計で測定した。
さらに、上記製品板を用いて積層鉄心を組み立て、４００ｋＶＡの変圧器を作製し、１．７Ｔ、５０Ｈｚで励磁した時の騒音を測定した。

図１に、３．９２ＭＰａの圧縮応力下における磁歪λ_ｐ−ｐと変圧器の騒音との関係を示す。この図から、磁歪λ_ｐ−ｐを低減することによって、変圧器の騒音を小さくすることができること、また、Ｓｂ単独添加した鋼ＡあるいはＳｎ単独添加した鋼Ｂでは低騒音化は難しいが、ＳｂとＳｎを複合添加した鋼Ｃでは、磁歪λ_ｐ−ｐが１．７×１０^−６以下の領域で５０ｄＢ以下の低騒音を実現できていること、したがって、磁歪と騒音を低減するには、ＳｂとＳｎの複合添加が必須であることがわかる。

また、図２は、二次再結晶後の鋼板が有する平均方位差角δが、３．９２ＭＰａの圧縮応力下における磁歪λ_ｐ−ｐに及ぼす影響を示すグラフである。この図から、平均方位差角δが小さくなるほど、磁歪λ_ｐ−ｐが低減すること、また、ＳｂとＳｎを複合添加した鋼Ｃにおいて、磁歪λ_ｐ−ｐを１．７×１０^−６以下とするためには、平均方位差角δを約６°以下に抑える必要があることがわかる。

また、図３は、二次再結晶後の鋼板の平均方位差角δに及ぼす最終冷延圧下率の影響をしたものである。この図から、平均方位差角δを低減するには最適な冷延圧下率の範囲が存在し、ＳｂとＳｎを複合添加した鋼Ｃの場合には、方位差角δを６°以下にするためには、冷延圧下率を８４〜９０％の範囲に制御する必要があること、また、方位差角δを４°以下にするには、冷延圧下率を８５〜８９％の範囲に、さらに、方位差角δを３°以下にするには、冷延圧下率を８６〜９８％の範囲に制御する必要があることがわかる。

ここで、ＳｂとＳｎを複合添加した鋼板において、平均方位差角δが大きく低減される理由は、表面に偏析する傾向の強いＳｂと、粒界に偏析する傾向の強いＳｎの効果が、後述する最終冷間圧延後の鋼板温度上昇による効果と相俟って、一次再結晶集合組織が改善され、二次再結晶方位の理想ゴス方位への集積度が高まるためと考えられる。

また、ＳｂおよびＳｎは、熱間における鋼強度を高める効果もあるので、平坦化焼鈍における鋼板伸びが抑制されて、形状矯正時の下地被膜（フォルステライト質被膜）の損傷が軽減される結果、下地被膜による引張応力が強化されて、圧縮応力による磁歪特性の低下が抑制されることも考えられる。

すなわち、ＳｂとＳｎを複合添加した鋼板では、前述した二次再結晶粒の方位差角δが減少することによる磁歪特性の改善効果と、上記下地被膜の引張応力強化効果とが効果的に組み合わされることによって、磁歪の絶対値（λ_ｐ−ｐ）および磁歪波形の高調波成分が低減されて、変圧器の騒音低減が達成されるものと考えられる。特に、高調波成分は、還流磁区の増加により増大するので、還流磁区の生成を抑制する被膜張力強化は、高調波成分の低減に有効である。

＜実験２＞
Ｃ：０．０７２ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０７ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００９ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０４ｍａｓｓ％およびＳｎ：０．０６ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼スラブを１４２０℃に加熱後、熱間圧延して板厚２．４ｍｍの熱延板とし、１１２０℃×３０秒の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延して最終板厚：０．２７ｍｍの冷延板とした。なお、上記冷間圧延の最終冷間圧延では、冷延圧下率を８８．８％とし、圧延速度を制御して加工発熱により圧延後の鋼板温度を、表２に示した種々の温度に上昇させた。

次いで、露点６０℃の湿潤水素雰囲気下において、８４０℃×１２０秒の脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した後、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布、乾燥し、その後、乾燥（Ｎ_２＋Ｈ_２）混合雰囲気下で１０００℃まで昇温して二次再結晶させた後、乾燥Ｈ_２雰囲気下で１１５０℃以上の温度に２０時間保持して純化処理する仕上焼鈍を施した。次いで、仕上焼鈍後の鋼板表面から未反応の焼鈍分離剤を除去した後、５０ｍａｓｓ％のコロイダルシリカと燐酸マグネシウムからなるコーティング液を両面目付量が１０ｇ／ｍ^２となるよう塗布し、９ＭＰａの張力を付与しながら８４０℃の温度で平坦化焼鈍を施して張力付与被膜を被成し、製品板とした。

斯くして得られた製品板から、圧延方向を長さ方向として長さ：３００ｍｍ×幅：１００ｍｍの試験片を切り出し、二次再結晶後のゴス方位（１１０）＜００１＞粒における圧延方向を回転軸とした結晶方位の平均方位差角δをＸ線ラウエ法で測定した。
また、３．９２ＭＰａの圧縮応力を鋼板の圧延方向に付加した状態で、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化した時の磁歪λ_ｐ−ｐを、レーザー変位計で測定した。
さらに、上記製品板を用いて積層鉄心を組み立て、４００ｋＶＡの変圧器を作製し、１．７Ｔ、５０Ｈｚで励磁した時の騒音を測定した。

上記実験の結果を表２に併記した。この結果から、磁歪λ_ｐ−ｐを１．７×１０^−６以下とするためには、最終冷間圧延後の鋼板温度を１５０〜２５０℃の範囲に制御することが必要であることがわかる。
ここで鋼板温度を上記温度範囲に制御する必要がある理由は、鋼板温度は、辷り系を変えることによる変形挙動の変化を介して一次再結晶集合組織を改善し、ひいては、二次再結晶粒のゴス方位への集積度を高める効果があるからである。最終冷間圧延後の鋼板温度が１５０℃未満では、上記効果が十分に得られず、一方、２５０℃を超えると転位が回復して、一次再結晶集合組織を劣化させるからである。
なお、鋼板温度は、上記のように冷間圧延における加工発熱によって昇温させてもよいし、最終冷間圧延前に予め加熱しておいてもよく、その効果に違いはない。

上記実験の結果から、変圧器の騒音を５０ｄＢ以下に低減するためには、鉄心に用いる方向性電磁鋼板のゴス方位粒における平均方位差角δを６°以下、かつ、磁歪λ_ｐ−ｐを１．７×１０^−６以下とする必要があり、そのためには、素材としてＳｂとＳｎを複合添加した鋼スラブを用い、最終冷間圧延における冷延圧下率を８４〜９０％の範囲にすると共に、最終冷間圧延後の鋼板温度を１５０〜２５０℃の温度範囲に制御する必要があることを新規に見出し、本発明を完成させた。

次に、本発明の方向性電磁鋼板について説明する。
本発明の方向性電磁鋼板は、前述したように、圧縮応力下での磁歪特性を改善して、変圧器騒音を低減するため、上記成分組成の限定に加えて、二次再結晶後のゴス方位｛１１０｝＜００１＞粒における、圧延方向を回転軸とした結晶方位の方位差角δが６°以下であることが必要である。

さらに、本発明の方向性電磁鋼板は、変圧器の鉄損（騒音）を低減するため、圧縮応力３．９２ＭＰａを鋼板の圧延方向に付加した状態で、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化した時の磁歪λ_ｐ−ｐが１．７×１０^−６以下の磁歪特性を有することが必要である。

なお、上記磁歪特性をより向上させるためには、前述した鋼成分と結晶方位を限定することに加えてさらに、絶縁被膜を張力付与被膜として、鋼板に１０ＭＰａ以上の引張応力を付与してやることや、上記付与される引張応力を相殺する残留歪を鋼板から除去してやることが好ましい。

次に、本発明の方向性電磁鋼板（製品板）の成分組成について説明する。
Ｓｉ：３．０〜７．０ｍａｓｓ％
Ｓｉは、鋼の固有抵抗を高めて渦電流損を低減し、鉄損の低減を図るため、および、磁歪特性を改善して変圧器の騒音を低下させるために必要な必須の元素である。上記効果は、３．０ｍａｓｓ％未満では十分ではなく、一方、７．０ｍａｓｓ％を超える添加は、加工性を著しく阻害し、圧延して鋼板を製造することを難しくする。よって、Ｓｉは３．０〜７．０ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは３．２〜３．７ｍａｓｓ％の範囲である。

Ｓｂ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０１〜０．２０ｍａｓｓ％
図１および図２に示したように、本発明の方向性電磁鋼板において、二次再結晶後のゴス方位｛１１０｝＜００１＞粒における、圧延方向を回転軸とした結晶方位の方位差角δを低減し、かつ、かつ３．９２ＭＰａの圧縮応力を鋼板圧延方向に付加した状態で、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化した時の磁歪λ_ｐ−ｐを１．７×１０^−６以下として、変圧器の騒音を低減するためには、ＳｂおよびＳｎの複合添加は必須である。ＳｂおよびＳｎの添加量が、それぞれ０．０１ｍａｓｓ％未満では、上記効果が十分に得られず、一方、Ｓｂは０．１０ｍａｓｓ％超え、Ｓｎは０．２０ｍａｓｓ％超え添加すると、加工性が著しく低下する。よって、ＳｂおよびＳｎは、それぞれ、Ｓｂ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０１〜０．２０ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは、Ｓｂ：０．０２〜０．０５ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０３〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲である。

Ｍｎ：０．０４〜０．１５ｍａｓｓ％
Ｍｎは、鋼の熱間加工性を確保するために必要な元素であり、また、ＳやＳｅと結合してインヒビターを形成する元素でもある。Ｍｎ添加量が０．０４ｍａｓｓ％未満では、熱間加工性の改善効果が十分に得られず、一方、０．１５ｍａｓｓ％を超えると、磁歪特性が低下し、騒音が増大するようになる。よって、Ｍｎは０．０４〜０．１５ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは０．０５〜０．０８ｍａｓｓ％の範囲である。

また、本発明の方向性電磁鋼板は、上記必須とする成分の他に、後述するインヒビターの作用を補助し、鉄損や磁気特性をより改善するため、Ｃｒ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．０５ｍａｓｓ％以下およびＰ：０．０５ｍａｓｓ％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有させることができる。ただし、これら元素の上記範囲を超える添加は、鋼を脆化し、熱間圧延や冷間圧延において割れや破断を引き起こし、製品歩留りの低下を招くので、添加する場合は、上記範囲とするのが好ましい。

なお、本発明の方向性電磁鋼板は、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。ただし、本発明の作用効果を害しない範囲であれば、他の元素の含有を拒むものではない。ただし、Ｃは、０．００５０ｍａｓｓ％を超えて含有すると、磁気時効によって、製品の磁気特性の劣化を招くので、０．００５０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましく、０．００３０ｍａｓｓ％以下とするのがより好ましい。

次に、本発明の方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
まず、本発明の方向性電磁鋼板の素材となる鋼スラブは、常法に準じて製造すればよく、特に制限はない。
ただし、鋼成分については、前述したように、平均方位差角δを低減し、磁歪特性を向上するため、Ｓｂを０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｎを０．０１〜０．２０ｍａｓｓ％の範囲で複合して含有するものであることが必要である。
また、鋼の固有抵抗を高めて渦電流損を低減し、鉄損の低減を図るため、および、磁歪特性を改善して変圧器の騒音を低下させるため、Ｓｉを３．０〜７．０ｍａｓｓ％の範囲で、さらに、鋼の熱間加工性を確保するため、および、インヒビター形成成分として、Ｍｎを０．０４〜０．１５ｍａｓｓ％の範囲で含有するものであることが必要である。
さらに、上記鋼スラブは、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｐのうちから選ばれる１種または２種以上を、Ｃｒ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．０５ｍａｓｓ％以下およびＰ：０．０５ｍａｓｓ％以下の範囲で含有していることが好ましい。

上記鋼スラブに含まれるその他の成分としては、Ｃとインヒビター成分がある。
Ｃは、０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲で含有していることが好ましい。すなわち、Ｃは、相変態を利用して熱延板の結晶組織を改善するのに有用な元素であるだけでなく、ゴス方位粒を生成させるのに有用な元素であり、少なくとも０．０１ｍａｓｓ％含有させるのが好ましい。しかし、０．１０ｍａｓｓ％を超える添加は、脱炭焼鈍を施しても脱炭不足を引き起こすおそれがある。よって、Ｃは０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。

インヒビター成分は、二次再結晶を発現させるためにインヒビターを利用する場合には必須であり、例えば、ＡｌＮをインヒビターに用いるときには、Ａｌ：０．０１０〜０．０３０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００３０〜０．０１００ｍａｓｓ％の範囲で、また、ＭｎＳおよび／またはＭｎＳｅをインヒビターに用いるときには、Ｓ，Ｓｅは単独あるいは合計で０．０１０〜０．０３０ｍａｓｓ％の範囲で、また、ＢＮをインヒビターに用いる場合には、Ｂ：０．０００５〜０．００３０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００３０〜０．０１００ｍａｓｓ％の範囲で含有させることが好ましい。なお、二次再結晶に利用する上記インヒビターは１種だけでもよいし、２種以上を用いてもよい。

一方、特開２０００−１２９３５６号公報に開示された技術のように、インヒビターを利用せず、固溶窒素の粒界移動抑制効果を利用して二次再結晶を発現させる場合には、Ａｌ，Ｎ，Ｓ，ＳｅおよびＢ等のインヒビター成分は極力低減することが望ましく、たとえば、Ａｌ：０．０１００ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓｅ：０．００５０ｍａｓｓ％以下およびＢ：０．００１０ｍａｓｓ％以下に低減することが好ましい。

上記成分組成に調整された鋼スラブは、熱間圧延に先立って、加熱炉に装入して所定の温度に再加熱する必要がある。再加熱する温度は、鋼スラブがインヒビター成分を含有する場合には、インヒビター成分を完全に固溶させるため、１３００℃以上の温度に加熱するのが好ましい。一方、鋼スラブがインヒビター成分を極力低減した高純度材である場合には、１２８０℃以下の温度としてもよい。

続く、熱間圧延は、常法の条件で行えばよく、特に制限はない。熱間圧延した鋼板は、その後、必要に応じて熱延板焼鈍を施すのが好ましい。この熱延板焼鈍は、製品板におけるゴス組織を高度に発達させるのに有効であり、その効果を得るためには、焼鈍温度を８００〜１１００℃の範囲とするのが好ましい。

熱間圧延した、あるいは、熱延板焼鈍を施した熱延板は、その後、酸洗し、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延板とする。
ここで、本発明の製造方法において重要なことは、二次再結晶後の鋼板のゴス方位粒の方位差角δを６°以下とするため、最終冷間圧延における圧下率を８４〜９０％の範囲に制御すること、および、最終冷間圧延後の鋼板温度を１５０〜２５０℃の温度範囲に制御することが重要である。

最終板厚に圧延した冷延板は、その後、８００〜１０００℃の温度範囲で一次再結晶焼鈍を施すのが好ましい。この際、素材（鋼スラブ）のＣが０．００５ｍａｓｓ％より高い場合には、製品板における磁気時効を防止するため、上記一次再結晶焼鈍を、湿潤雰囲気（酸化性雰囲気）下で脱炭を兼ねて行うのが好ましい。

一次再結晶焼鈍した鋼板は、その後、ＭｇＯを主体とした焼鈍分離剤を塗布、乾燥し、コイルに巻き取った後、二次再結晶とフォルステライト被膜形成のため、１０００℃以上の温度で仕上焼鈍を施すのが好ましい。仕上焼鈍後の鋼板は、鋼板表面の未反応の焼鈍分離剤を除去した後、絶縁被膜の被成と鋼板形状の矯正を兼ねた平坦化焼鈍を施して、あるいは、平坦化焼鈍を施した後、鋼板表面に絶縁被膜を被成して、製品板とするのが好ましい。

ここで、上記絶縁被膜は、鋼板圧延方向に圧縮応力３．９２ＭＰａを付加した状態で、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化した時の磁歪λ_ｐ−ｐを安定して１．７×１０^−６以下とするため、燐酸塩とコロイダルシリカを混合した、鋼板に引張応力を付与することができる張力付与被膜とするのが好ましい。なお、上記絶縁被膜によって鋼板に付与される引張応力は、下地のフォルステライト質被膜によって付与される引張応力と合わせて、１０ＭＰａ以上とするのが好ましい。

また、上記平坦化焼鈍において鋼板に付与する炉内張力は、形状矯正のための必要最小限の張力である１０ＭＰａ以下にするのが好ましい。これによって、下地のフォルステライト被膜の損傷が抑制され、鋼板に付与される引張応力を高めることができるので、圧縮応力下での磁歪特性を確保するのに有利となる。

表３に示した成分組成を有する鋼スラブを表３に示した温度に加熱後、熱間圧延して板厚２．４ｍｍの熱延板とし、１１２０℃で３０秒の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延して最終板厚：０．２７ｍｍ（最終冷延圧下率：８８．８％）の冷延板とした。なお、上記冷間圧延の最終冷間圧延では、加工発熱により鋼板温度を２２０℃まで昇温させた。

次いで、露点６２℃の湿潤水素雰囲気下で８３０℃×１２０秒の脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した後、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布、乾燥し、その後、乾燥（Ｎ_２＋Ｈ_２）混合雰囲気下で１０００℃まで昇温して二次再結晶させた後、さらに、乾燥Ｈ_２雰囲気で１１５０℃以上の温度に２０時間保持して純化処理する仕上焼鈍を施した。仕上焼鈍後の鋼板は、鋼板表面の未反応の焼鈍分離剤を除去した後、５０ｍａｓｓ％のコロイダルシリカと、燐酸マグネシウムからなるコーティング液を両面目付量が１０ｇ／ｍ^２となるよう塗布し、８ＭＰａの張力を付与しながら８５０℃の温度で平坦化焼鈍を施して張力付与被膜を被成し、製品板とした。

斯くして得られた製品板から、圧延方向を長さ方向として長さ：３００ｍｍ×幅：１００ｍｍの試験片を切り出し、二次再結晶粒のゴス方位（１１０）＜００１＞粒における圧延方向を回転軸とした結晶方位の平均方位差角δをＸ線ラウエ法で測定した。
また、３．９２ＭＰａの圧縮応力を鋼板の圧延方向に付加した状態で、５０Ｈｚ、１．７Ｔの条件で磁化した時の磁歪λ_ｐ−ｐを、レーザー変位計で測定した。
さらに、上記製品板を用いて積層鉄心を組み立て、４００ｋＶＡの変圧器を作製し、１．７Ｔ、５０Ｈｚで励磁した時の騒音を測定した。

上記測定の結果を、表３に併記した。表３から、ゴス方位｛１１０｝＜００１＞粒における圧延方向を回転軸とした結晶方位の平均方位差角δが６°以下で、かつ、圧延方向に圧縮応力３．９２ＭＰａを付加した状態で、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化したときの磁歪λ_ｐ−ｐが１．７×１０^−６以下である本発明に適合する鋼板は、いずれも、変圧器の騒音が５０ｄＢ以下で、騒音特性に優れていることがわかる。

Claims (6)

1. Ｓｉ：３．０〜７．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０４〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％およびＳｎ：０．０１〜０．２０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、フォルステライト被膜による引張応力との合計が１０ＭＰａ以上となる張力付与絶縁被膜が被成してなる方向性電磁鋼板であって、ゴス方位｛１１０｝＜００１＞粒における圧延方向を回転軸とした結晶方位の平均方位差角δが６°以下であり、かつ、圧延方向に圧縮応力３．９２ＭＰａを付加し、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化したときの磁歪λ_ｐ−ｐが１．７×１０^−６以下である方向性電磁鋼板。
2. 上記成分組成に加えてさらに、Ｃｒ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．０５ｍａｓｓ％以下およびＰ：０．０５ｍａｓｓ％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
3. Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．０〜７．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０４〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００３０〜０．０１００ｍａｓｓ％を含有し、かつ、インヒビター成分として、Ａｌ，Ｓ，ＳｅおよびＢのうちのいずれか１以上を、Ａｌ：０．０１〜０．０３０ｍａｓｓ％、ＳおよびＳｅ：単独または合計で０．０１０〜０．０３０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成の鋼スラブを熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施し、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延をして最終板厚とした後、一次再結晶焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶焼鈍し、平坦化焼鈍し、張力付与絶縁被膜を被成する方向性電磁鋼板の製造方法において、上記鋼スラブはさらに、Ｓｂ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％およびＳｎ：０．０１〜０．２０ｍａｓｓ％を複合含有し、１５０〜２５０℃の温度で圧下率が８４〜９０％の最終冷間圧延し、平坦化焼鈍における炉内張力を１０ＭＰａ以下とし、フォルステライト被膜と張力付与絶縁被膜によって付与される合計引張応力を１０ＭＰａ以上とすることで、ゴス方位｛１１０｝＜００１＞粒における圧延方向を回転軸とした結晶方位の平均方位差角δが６°以下であり、かつ、圧延方向に圧縮応力３．９２ＭＰａを付加し、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化したときの磁歪λ _ｐ−ｐ が１．７×１０ ^−６ 以下である方向性電磁鋼板を得ることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
4. Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．０〜７．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０４〜０．１５ｍａｓｓ％を含有し、かつ、Ａｌ：０．０１００ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓｅ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｂ：０．００１０ｍａｓｓ％以下に低減し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成の鋼スラブを熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施し、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延をして最終板厚とした後、一次再結晶焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶焼鈍し、平坦化焼鈍し、張力付与絶縁被膜を被成する方向性電磁鋼板の製造方法において、上記鋼スラブはさらに、Ｓｂ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％およびＳｎ：０．０１〜０．２０ｍａｓｓ％を複合含有し、１５０〜２５０℃の温度で圧下率が８４〜９０％の最終冷間圧延を施し、平坦化焼鈍における炉内張力を１０ＭＰａ以下とし、フォルステライト被膜と張力付与絶縁被膜によって付与される合計引張応力を１０ＭＰａ以上とすることで、ゴス方位｛１１０｝＜００１＞粒における圧延方向を回転軸とした結晶方位の平均方位差角δが６°以下であり、かつ、圧延方向に圧縮応力３．９２ＭＰａを付加し、５０Ｈｚ、１．７Ｔで磁化したときの磁歪λ _ｐ−ｐ が１．７×１０ ^−６ 以下である方向性電磁鋼板を得ることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
5. 上記鋼スラブは、上記成分組成に加えてさらに、Ｃｒ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：０．５０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．０５ｍａｓｓ％以下およびＰ：０．０５ｍａｓｓ％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項３または４に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
6. 請求項１または２に記載の方向性電磁鋼板を積層した鉄心を用いてなることを特徴とする変圧器。

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