JPH0615705B2 - 加工成形性に優れた高珪素鉄板 - Google Patents

加工成形性に優れた高珪素鉄板

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JPH0615705B2
JPH0615705B2 JP61114750A JP11475086A JPH0615705B2 JP H0615705 B2 JPH0615705 B2 JP H0615705B2 JP 61114750 A JP61114750 A JP 61114750A JP 11475086 A JP11475086 A JP 11475086A JP H0615705 B2 JPH0615705 B2 JP H0615705B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は加工性に優れた高珪素鉄板に関する。
〔従来の技術〕
従来から、Siを4.0wt%未満含有する鉄板は、その製造
方法により方向性珪素鋼板あるいは無方向性珪素鋼板と
呼ばれ、主として各種電磁誘導機器用の積層鉄芯や巻鉄
芯、あるいは電磁シールド用のケース等に加工成形さ
れ、実用に供されている。
近年、省資源・省エネルギーの観点から電磁電子部品の
小形化や高効率化が強く要請され、軟磁気特性とりわけ
鉄損特性の優れた材料が要求されている。Si−Fe合金系
において、Siの添加量が増すと鉄損は低下し、そのうえ
6.5wt%付近では透磁率が極大となり磁歪が零となるな
ど優れた軟磁気特性を示すことが知られている。
しかしながら、Siの添加量が4wt%以上になると加工性
が著しく劣化し、このため従来では熱間圧延−冷間圧延
の組み合わせからなる圧延法によつて工業的に製造する
ことは困難とされ、その製造法としては例えば特開昭59
−38328号公報等で示されるような超急冷凝固法が開示
されているにすぎなかつた。しかし、この超急冷凝固法
により製造される高珪素箔帯は圧延製品と比較して表面
性状や表面の平坦度が劣り、しかも厚物材の製造が困難
である等、電磁電子部品の素材として実用化する上で数
多くの問題点を有している。
このようなことから、本発明者等は高珪素鋼の圧延性に
ついて検討を重ね、この結果、熱間圧延条件を最適化す
ることによりこれまで不可能と考えられていた工業規模
での冷間圧延が可能となることを見出し、これを先に特
願昭60-5951号(特公平3-65001号)として提案した。こ
の圧延法により製造された高珪素鉄板は表面性状に優れ
るため巻鉄芯や積層鉄芯などを作成する際占積率が高
く、しかも厚物材が容易に製造可能であることから電磁
電子部品の組み立て工程を大幅に簡略化できるなど、磁
気特性以外にも極めて有利な特徴を有している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、このようにして圧延法により製造された高珪素
鉄板を具体的な部品に加工する場合、次のような大きな
問題があることが判つた。一般に、Siを4.0wt%未満含
有する従来の珪素鋼板は、再結晶焼鈍により所定の磁気
特性を付与された後無機系あるいは有機・無機系の絶縁
皮膜を塗布された状態で需要家に供給されるか、または
需要家が行なう最終焼鈍磁の粒成長性を改善する目的で
比較的低温で再結晶焼鈍が施された後スキンパスをかけ
られ、需要家に供給される。前者はフルプロセス材と呼
ばれ、需要家ではそれらの鋼板を加工成形し、その後必
要に応じて歪取焼鈍することにより電磁電子部品として
いる。一方、後者はセミプロセス材と呼ばれ、需要家に
おいて結晶粒粗大化焼鈍および加工成形が行なわれる。
しかしながら、圧延法により製造されたSi:4.0wt%以
上を含む高珪素鉄板においては、所定の磁気特性を付与
するための再結晶焼鈍により結晶粒が粗大化すると加工
成形性が著しく劣化し、上述した従来の製造工程による
電磁電子部品の製造は困難となることが判明した。すな
わち、上記のような加工成形では、例えばプレス出抜加
工において型のクリアランスを厳密に管理するという特
別な配慮を行なつても欠陥率が高くなり、また、プレス
成形やトロイダルコイル成形では曲げ部の曲率半径が小
さくなると割れが発生するために加工が不可能となつて
しまう。
〔問題を解決するための手段〕
本発明はこのような圧延法により製造される高珪素鉄板
の問題点を解決するためなされたもので、その基本的特
徴とするところは、圧延法により製造されるSiを4.0
〜7.0wt%含有する高珪素鉄板であって、板厚tおよび
板厚方向平均結晶粒径dがSi含有量に応じ下式を満足す
るようにしたことにある。
t−0.8×〔Si〕+7.2(mm) d78×〔Si〕2−1500×〔Si〕+6752(μm) 但し、〔Si〕はwt%でのSi含有量 以下、本発明の限定理由について説明する。
本発明の珪素鉄板は、圧延法により製造されるSiを4.
0〜7.0wt%含有する高珪素鉄板である。前述したように
Siは固有電気抵抗を高めて渦電流損を減らし、鉄損を
低下させるのに有効な元素である。Siが4.0wt%未満で
は再結晶焼鈍後の板の加工成形性に何等問題はない。一
方、Siが7.0wt%を超えると、磁歪の上昇、飽和磁束密
度や最大透磁率の低下など磁気特性が却つて悪化し、ま
た加工性も悪くなる。
本発明鉄板は、以上のような組成において、板厚tおよ
び板厚方向平均粒径dがSi含有量に応じ、 t−0.8×〔Si〕+7.2(mm) d78×〔Si〕2−1500×〔Si〕+6752(μm) 但し、〔Si〕はwt%でのSi含有量 を満足させるようにする。
第1図(a)、(b)は板厚2.0mmの6.5%珪素鉄板に関し、熱
処理後に曲げおよび打抜試験を行ない、加工成形性の焼
鈍温度依存性を調べたものである。このうち同図(a)は
室温における3点曲げ試験(ポンチ径:1mm、スパン:
75mm)の結果であり、除荷重後の曲げ部の曲げ可能最小
曲率半径をプロツトしてある。一方、(b)は打抜試験結
果であり、直径10mmの円板状サンプルを打抜き(クリ
アランス:約50ミクロン)後、ばりの発生状況及びサ
ンプルの割れの状況を観察し、欠陥率を評価した結果で
ある。これによれば、圧延組織の状態である600℃以
下の温度で焼鈍したサンプルおよび部分再結晶状態であ
る600〜700℃焼鈍材では曲げ加工性、打抜性共に優れて
いるのに対して、全体が再結晶状態となりしかも粒成長
が起こる800℃以上の温度で焼鈍したサンプルでは曲
げ加工は殆んど不可能となり、打抜性も劣化している。
このような事実から、高珪素鉄板の加工成形を行なう上
で被加工材の組織が重要な意味を持つていることが明ら
かとなつた。そこで、次に板厚3.0mmの6.5%珪素
鉄熱延板を素材とし、圧延および種々の熱処理によつて
組織を変化させ、板厚を2mm(一定)とした時の曲げ加
工性におよぼす板厚方向平均結晶粒径(圧延組織では板
厚方向の平均粒界間隔、再結晶組織では平均結晶粒径で
示す)の影響を調べた。その結果を第2図に示す。この
図から、曲げ加工性は板厚方向平均結晶粒径に依存して
おり、板厚方向平均結晶粒径が約300ミクロン以下では
再結晶組織、圧延組織にかかわらず曲げ加工性は優れて
いることが明らかとなつた。なお、第1図において部分
再結晶状態のサンプルは良好な曲げ加工性を示している
が、これも板厚方向平均結晶粒径の効果であることが確
認された。次に、このような曲げ加工可能となる限界板
厚方向平均結晶粒径d0のSiし含有量依存性を調べた。
この結果、第3図に示すように板厚方向平均結晶粒径d
が珪素含有量Siによつて決まる限界地d0以下であるな
らば曲げ加工は可能であり、最小自乗法による回帰分析
の結果、dd0=78×〔Si〕2〕−1500×〔Si〕+6752
(μm)の条件を満すことにより曲げ加工が可能である
ことが判つた。第4図は、板厚方向平均結晶粒径を28
0ミクロンとした高珪素鉄板の曲げ加工性におよぼす板
厚の影響を示している。この図から、板厚が厚くなるほ
ど曲げ加工性が劣化していることがわかる。高珪素鉄板
は特に引張応力下における割れ感受性が高く、板表面に
作用する最大引張歪が曲げ性を支配していると考えら
れ、それらがある値以上になると割れが急激に発生する
ものと考えられる。一般的に、板状サンプルに曲げ加工
を行なう場合、板厚が厚くなるほど同じ曲率半径に曲げ
た時の板表面での歪量は増加する。それゆえ高珪素鉄板
の曲げ加工性は板厚の影響を受け、板厚の厚いものほど
割れ易くなる。次に、曲げ加工可能となる限界板厚t0
珪素含有量依存性について調べた結果を第5図に示す。
ここで、限界板厚は板厚方向平均結晶粒径が約280ミ
クロン(一定)であるサンプルの曲げ試験により求めた
ものである。同図から、限界板厚t0は珪素含有量に依存
し、回帰分析の結果t=t0=−0.8Si+7.2を満たすと
き曲げ加工が可能となることがわかる。
なお、以上の説明からも明らかなように、加工成形性は
圧延組織の場合が最も優れているが、板厚方向平均結晶
粒径が上記の関係式を満たせば部分再結晶組織、あるい
は再結晶組織でも加工成形可能である。
〔実施例〕
実施例 (I) 0.0033wt%C−6.48wt%Si−0.15wt%Mnなる組成の高珪
素鉄熱延板(板厚2.0mm)を冷間圧延し0.5mmの冷延板と
した。この時の板厚方向平均結晶粒径は約20ミクロン
であつた。そして、 (A) 圧延組織のままの状態の高珪素鉄冷延板 (B) 上記冷延板を650℃で1時間焼鈍し、板厚方向
結晶粒径が約25ミクロンの部分再結晶組織としたもの (C) 上記冷延板を1000℃で1時間焼鈍し、板厚方向結
晶粒径を約600ミクロンの再結晶組織としたもの から外径20mm、内径10mmのリング状サンプルを打抜
き、割れの有無により打抜性を評価した。つぎに、それ
らを真空中で1200℃・1時間焼鈍し、巻線装荷後、直流
及び交流磁気測定を行なつた。
打抜性および磁気測定結果を第1表に示す。なお、測定
は各10サンプルについて実施し、表には平均値を示し
ている。
第1表に示すように比較材である(C)では打抜時割れが
圧接し打抜不可能であつたのに対し、本発明材である板
厚方向結晶粒径が限界値d0以下の圧延組織(A)及び部分
再結晶組織(B)の高珪素鉄板では打抜加工が容易であ
り、しかも優れた磁気特性を示した。
実施例 (II) 実施例(I)と同様の高珪素鉄熱延板(板厚2.0mm)を、入側
での板温が300℃となる条件で温度圧延し0.1mm薄
板とした。そして、 (A) 圧延組織のままの状態の高珪素薄板(板厚方向平
均結晶粒径:10ミクロン以下) (B) 上記薄板を700℃で3分間焼鈍し板厚方向平均
結晶粒径を約40ミクロンの再結晶状態としたもの (C) 上記薄板を1000℃で1時間焼鈍し、板厚方向平均
結晶粒径が約450ミクロンの再結晶組織としたもの を巻回することにより、外径15mm、内径12mm、厚さ3
mmの巻鉄芯に成形し、そのときの成形性を調べた。次
に、成形できたものに無機系の絶縁皮膜を含浸させ真空
中で1200℃、1時間焼鈍し、直流及び交流磁気測定を行
なつた。その結果を第2表に示す。
第2表に示すように比較材である(C)では巻回し成形時
割れが発生し加工成形不可能であつたのに対し、本発明
材である板厚方向平均結晶粒径が限界値d0以下の圧延組
織(A)および再結晶組織(B)の高珪素鉄板ではトロイダ
ルコイル巻回し性は良好であり、しかも優れた磁気特性
を示した。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は6.5%珪素鉄板の加工成形性の焼鈍
温度依存性を示したものであり、同図(a)は3点曲げ試
験、同図(b)は打抜試験の各結果を示す。第2図は高珪
素鉄板の曲げ加工性に及ぼす板厚方向平均結晶粒径の影
響を示すものである。第3図は高珪素鉄板の曲げ加工可
能となる限界板厚方向平均結晶粒径d0のSi含有量依存性
を示すものである。第4図は高珪素鉄板の曲げ加工性に
及ぼす板厚の影響を示すものである。第5図は曲げ加工
可能となる限界板厚t0のSi含有量依存性を示すものであ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧延法により製造されるSiを4.0〜7.0wt
    %含有する高珪素鉄板であって、板厚tおよび板厚方向
    平均結晶粒径dがSi含有量に応じ下式を満足すること
    を特徴とする加工成形性に優れた高珪素鉄板。 t≦−0.8×〔Si〕+7.2(mm) d≦78×〔Si〕2−1500×〔Si〕+6752(μm) 但し、〔Si〕はwt%でのSi含有量
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