JPH02149622A - 磁気特性の良好な無方向性電磁鋼板の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、小型トランスや小型モータの鉄心材料等と
して広く用いられている無方向性電磁綱板の製造方法に
関するものである。

〈従来技術とその課題〉 一般に、鉄心材料としての電磁綱板には、発熱による電
力損失を防ぐための低鉄損化と鉄心断面積を小さくする
ための高磁束密度化が強く要求されている。

鉄を磁化する際に熱として無駄に消費されるエネルギー
が鉄損で、これは低いほど好ましいことは言うまでもな
い。この鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損の２つの要
因に支配される。このうちのヒステリシス損は磁化の過
程において磁壁の移動を妨げる析出物や粒界が少ないほ
ど小さくなるので、ヒステリシス損を低くするには、出
来るだけ高純度の鋼を用い、かつ結晶粒を大きくするこ
とが必要となる。これに対して、渦電流損は磁化によっ
て誘起されるところの渦電流による損失であり、−数的
にはＳｔ等の合金元素を添加して鋼の電気抵抗を増加さ
せると減少する。また、渦電流損に関しては、結晶粒は
小さい方が有利である。

なぜなら、結晶粒が小さいと磁壁の移動距離も小さく、
従って発生する渦電流が少なくなるためである。

このように、ヒステリシスｔＮと渦電流損とでは逆の結
晶粒径依存性を示すため、これらをバランスさせた結果
として１００〜２００μｍの結晶粒径で最適な鉄損値を
得られることが知られてい−る。

一方、磁束密度は、一定体積の鉄心にどれだけ多くのエ
ネルギーを詰め込めるかを示す指標で、この値が高いほ
ど鉄心をコンパクト化できるので有利となる。なお、磁
束密度は鉄の割合が多い純鉄はど高く、“合金元素添加
による低鉄損化”と“高磁束密度化”とは一般に両立し
ない。

ところで、無方向性電磁綱板のグレードは鉄損値で区分
けされる場合が多く、無方向性電磁綱板の製造に当って
は、通常、まずグレードに応じてＳｔ添加量が決められ
る。もっとも、ＳｉのほかにＡＩｌ。

Ｍｎ及びＰも鋼の電気抵抗を増加し鉄損を低下させる元
素として知られており、必要により補助的に添加される
。

また、ＭｎやＰは打ち抜き性向上のための硬度調整を行
う目的で添加される場合が多い。そして、ＡＩ！は焼鈍
時における結晶粒の成長性と密接な関係があり、「粒成
長性にとっては、八！を含まないか、或いは逆に多量に
Ａｆを含む鋼を用いるのが良い」との事実が知られてい
る。ただ、実際的にはＡｆを多量に添加した方が粒成長
は安定して良好な上、電気抵抗の点でも有利なことから
、高級グレードでは一般に高ＡＮ鋼が用いられている。

なお、Ｃ１Ｓ、Ｎ等の析出物を作り易い不純物元素は可
能な限り低減される。

しかしながら、先にも述べたように、合金元素の添加は
磁束密度の点からは必ずしも望ましいことではなく、最
終焼鈍後の結晶粒を大きくすることも磁束密度低下の原
因となる。つまり、合金元素を添加することは鋼中にお
ける鉄の割合を減らすことを意味するので必然的に磁束
密度の減少を招き、また結晶粒の成長は磁束密度に不利
な結晶方位の発達を促すことにつながるためである。

このように、低鉄損と高磁束密度化では相矛盾する要因
を含んでいることから、これらを両立させるべ〈従来か
ら種々の研究が行われてきた。低鉄損化と高磁束密度化
の両立が必要な訳は、折角鉄損の低い材料を作ったとし
ても、磁束密度が低いと所定のエネルギーを詰め込むの
に大きな体積の鉄心が必要となる上、鉄心が大きくなる
とそれに捲く銅コイルも多く必要となり、結果的に銅コ
イルに電流を流したとき発生するジュール熱が増えて鉄
損を下げた効果が打ち消されてしまうことになるからで
ある。

そして、綱板の成分組成に工夫を凝らした上で、無方向
性電磁綱板を得るための熱間圧延、冷間圧延及び最終焼
鈍工程での条件を適正範囲の結晶粒径を得る上で出来る
だけ有利となるように制御しようとした提案等、数多く
の報告がなされたが、それでも効果とコストの点で十分
に満足できるものを見出せないのが現状である。

しかし、原理的には、鉄損と磁束密度の両者を改善する
上で綱板の結晶方位を制御するのが有効であることが知
られている。即ち、鉄の磁化に不利な（１１１）や（２
１１）の方位の結晶粒をできるだけ減らし、逆に磁化に
有利な（１００）や（１１０１の方位を発達させれば良
いことである。

上記結晶方位を制御するのに有望な具体的手段を窺わせ
るものとして、古くから２回合間圧延法の効果が知られ
ている。これは、１回目と２回目の冷間圧延圧下率の組
合わせや、これらの間に施される中間焼鈍の条件等を変
えることによって適正な結晶方位の発達が認められるよ
うになると言うものである。しかしながら、この方法は
工程が複雑でコスト高となる上、適正条件の範囲が狭い
ことから、工業的には必ずしも有利な方法とはならない
ものと考えられた。

また、これとは別に、熱延板を焼鈍して冷延前の初期結
晶粒を大きくすることも最終焼鈍後の結晶方位を制御す
るのに効果的であるとされている。

つまり、初期粒が大きいと冷間圧延時に結晶粒内に“変
形帯”と呼ばれるものが形成され、そこから磁気特性に
有利な方位が発達するからである。

これを実現するためには熱延板を高温で焼鈍すれば良い
が、゛箱焼鈍の場合には経済性の点から窒素糸のガスが
使われるために吸窒を生じて特性が逆に劣化する。吸窒
を防ぐには連続式の短時間焼鈍を採用すれば良いが、こ
の場合には粒成長性の点で箱焼鈍より劣るので磁気特性
に不満を残すことになる。

そこで、本発明者等は、発熱による電力損失を防ぐため
の低鉄損化と鉄心断面積を小さくするための高磁束密度
化が強く求められる鉄心材料が置かれている上記現状に
鑑み、低鉄損と高磁束密度とを両立させ、省エネルギー
や小型化と言った社会的要求に十分応え得る無方向性電
磁綱板を容易かつ安価に量産することが可能な手段を提
供すべく、数多くの実験を重ねながら研究を行った。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者等は、上記研究を通じ、無方向性電磁綱板にお
いて低鉄損と高磁束密度とを両立させるには前述した“
冷間圧延前の初期結晶粒を大きくすることによる結晶方
位制御法”が有望かつ実際的であるとの感触を得、これ
を基にしてその効果を最大に発揮させるための工業的手
段を求めて更に研究を続けた結果、以下のような知見を
得るに至ったのである。

冷間圧延前の綱板の初期結晶粒を大きくするには熱延板
をできるだけ高温で焼鈍すれば良いことは冶金学的常識
として理解でき、実際、通常鋼では焼鈍温度に応じた結
晶粒径を得られることが知られている。しかしながら、
無方向性電磁綱板の場合には、吸窒の観点から焼鈍温度
が通常８５０℃以下に制限されている（無方向性電磁綱
板においては析出物を作り易いＮを出来るだけ低減する
必要のあることは前述した通りである）。

また、一般に鋼を窒素系雰囲気中で焼鈍する時の吸窒は
、鋼中のｓｏｌ、ＡＩＮに強く支配されることが知られ
ている。これは、鋼中にｓｏｆ、ＡＩ！が存在するとＮ
が侵入しＡＩＮとして析出するため、言わば八ｌがＮを
呼び込む恰好で吸窒量が増えることによるものである。

これに対して、ｓｏｌ、Ａｌを含まない鋼は原理的に吸
窒し難いので、吸窒が嫌われる用途のものであっても窒
素系雰囲気中での高温焼鈍が可能である。

この場合、実質的にｓｏｌ、Ａｆを含まない無方向性電
磁綱板用材を８５０℃以上の温度で十分に焼鈍すると、
不本意な吸窒を生じることなく急激に結晶粒が大きくな
って著しい磁気特性の改善効果が見られる。そして、こ
のような異常粒成長が生じる理由は、高温における十分
な焼鈍中にＭｎＳ等の析出物が粗大化し、該析出物によ
る粒界移動阻止効果が急激に顕著化するためであると考
えられる。

本発明は上記知見等に基づいてなされたものであり、 ｒｃ：０．０１％以下（以降、成分割合を表わす％は重
量％とする）。

Ｓｔ　：　３．５％以下、　　　　Ｍｎ　：　０．２〜
１．５％。

Ｐ：０．１５％以下、　　　Ｓ：０．０１５％以下。

ｓｏｆ、、Ａｆ　：　０．０１％以下 で、残部が実質的にＦｅより成る鋼を熱間圧延した後表
面のスケールを除去し、次いで露点が０℃以下の非酸化
性雰囲気中において８５０〜１０００℃で０．５〜２０
時間の焼鈍を施すことにより、磁気特性の良好な（低鉄
損で高磁束密度の）無方向性電磁綱板を筒車かつ安定に
、しかもコスト安く製造し得るようにした点」 を特徴としている。

続いて、本発明において無方向性電磁綱板の製造条件を
前記の如くに限定した理由を、その裏付けとなった作用
等と共に説明する。

八）素材鋼の成分組成 Ｃはセメンタイト（ＦｅｔＣ）等の炭化物系析出物を増
加させ磁気特性を劣化させるので、その含有量を０．０
１％以下にする必要がある。なお、時効による特性劣化
を完全に防止するためには、Ｃ含有量は０．００５％以
下に抑えるのが望ましい。

Ｓｉ Ｓｉは、鋼の電気抵抗を上げて渦電流損を低減するのに
有効で、電磁綱板の所望グレードに応じて添加される。

しかしながら、３．５％を超えて含有させると鋼の冷間
加工性が劣化して圧延が難しくなることから、Ｓｉ含有
量は３．５％以下と定めた。

ｎ Ｍｎは、Ｓによる鋼の熱間脆性防止並びに綱板の硬度調
整のために添加されるほか、電気抵抗を上げる作用をも
有している。しかしながら、Ｍｎ含有量が０．２％未満
であるとＳによる熱間脆性を生じる恐れがあり、一方、
１．５％を超えて含有させると粒成長性が極端に劣化す
るようになることから、Ｍｎ含有量は０．２〜１．５％
と定めた。

Ｐも綱板の硬度調整及び電気抵抗上昇の目的で添加され
るが、その含有量が０．１５％を超えると冷間圧延性の
劣化を招くことから、Ｐ含有量は０．１５％以下と定め
た。

Ｓは硫化物系析出物を形成して粒成長性及び磁気特性を
劣化させるので、Ｓ含有量を０．０１５％以下に制限す
る必要がある。なお、Ｓ含有量は低いほど好ましく、出
来れば０．００５％以下に抑えることが望ましい。

ｓｏｌ、Ａｌ ５ｏｔ、Ａｆｌ含有量の規制は本発明における重要な要
件の１つである。即ち、ｓｏｆ、Ａｆ含有量を低減する
ことにより熱延板焼鈍温度を高温とした場合でも吸窒を
生じることがなくなるので、吸窒を防ぎつつ結晶粒を十
分に粗大化し、磁気特性を飛躍的に改善することが可能
となる。しかしながら、ｓｏｌ八２へ有量が０．０１％
を超えると上記効果が損なわれることから、ｓｏｆ、Ａ
Ｉ含有量は０．０１％と限定した。

Ｂ）処理条件 熱延板は酸洗等により表面スケールを除去する必要があ
る。これは、圧延のままミルスケールが存在していると
焼鈍の際にスケールが還元される場合があり、この還元
が起きた後では脱スケールが著しく困難となる上、スケ
ールと地鉄の界面が活性化されて焼鈍の間に内部酸化を
生じ易くなるためである。

熱延板の焼鈍に際しては、先ず雰囲気を非酸化性とする
必要がある。これは、綱板表面が酸化すると後工程で再
度酸洗する必要が生じるからである。

また、焼鈍雰囲気の露点が０℃を超えると内部酸化を生
じて磁気特性が劣化するので、焼鈍雰囲気の露点を０℃
以下と規制した。

焼鈍温度は、８５０℃未満では飛躍的な特性改善に必要
な結晶粒径が得られず、一方、１０００℃を超える温度
で焼鈍してもその効果が飽和する上、焼鈍炉の寿命が短
くなる等の障害が増える。

従って、焼鈍温度を８５０〜１０００℃と定めた。

そして、焼鈍時の均熱時間を０．５〜２０時間と限定し
たのは、均熱時間が０．５時間未満では十分な結晶粒成
長が起こらず、一方、２０時間を超えて均熱しても効果
が飽和してしまうからである。

なお、焼鈍は、十分な粒成長を行わしめるとの観点から
箱焼鈍とするのが適当である。

次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明する。

〈実施例〉 まず、第１表に示す如き成分組成を有する２、３鶴厚の
熱延綱板を準備した。

次いで、この熱延綱板を酸洗してミルスケールを完全に
除去した後、露点を一３０〜＋３０℃に第　　１ 表 （注２）＊印は、本発明で規定する条件から外れている
ことを示す。

調整した〔２５％Ｈｚ７５％ＮＺ）の雰囲気中において
７５０〜１０００°Ｃで０．１〜２０時間均熱して焼鈍
した。

その後、上記各熱延綱板を０．５＋＋ｍ厚にまで冷間圧
延し、更に９５０℃で１分の短時間再結晶焼鈍を施して
から３０ｍ１幅Ｘ　１００　ｍｍ長の試験片に打ち抜き
、単板磁気測定器で磁気特性を測定した。

この結果を、熱延板焼鈍温度、熱延板焼鈍時間及び熱延
板焼鈍雰囲気の露点で整理し第１図乃至第３図に示した
。

第１図乃至第３図に示される結果からも、本発明で規定
した条件通りに製造された無方向性電磁綱板は鉄損及び
磁束密度が共に優れており、良好な磁気特性が備わって
いることが明らかであるのに対して、製造条件が本発明
の規定から外れているものでは磁気特性に劣ることが分
かる。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、従来は難しか
った低鉄損化と高磁束密度化が両立された無方向性電磁
綱板を簡単かつ安定に製造することが可能となり、電力
撰失の少ない小型の鉄心として好適な材料を工業的にコ
スト安く提供できるなど、産業上極めて有用な効果がも
たらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、実施例で得られた無方向性電磁綱
板の磁気特性測定結果を示したグラフであり、第１図は
鋼種と熱延板焼鈍温度で整理した結果を、また第２図は
熱延板焼鈍時間で整理した結果を、そして第３図は熱延
板焼鈍雰囲気の露点で整理した結果をそれぞれ示してい
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量割合にて Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：３．５％以下、Ｍｎ：０．
   ２〜１．５％、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．０１５％
   以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１％以下で、残部が実質的
   にＦｅより成る鋼を熱間圧延した後表面のスケールを除
   去し、次いで露点が０℃以下の非酸化性雰囲気中におい
   て８５０〜１０００℃で０．５〜２０時間の焼鈍を施す
   ことを特徴とする、磁気特性の良好な無方向性電磁綱板
   の製造法。