JPH0689805A - 超高磁束密度一方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変圧器等に用いられる一方向性電磁鋼板の鉄
損を極限にまで下げるため、従来品の磁束密度をはるか
に超えた超高磁束密度一方向性電磁鋼板。 【構成】 Ｓｉ，Ｂｉを含有し、結晶粒径の大きいマト
リックスとその内に内包される微細２次再結晶粒とから
なる。方位はマトリックスが超近似理想ゴスで微細粒が
やや分散ゴス粒からなる。 【効果】 磁束密度が極めて高く、磁区制御後の鉄損が
著しく低く、究極の材料とも呼べるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトランス等の鉄心に用い
られる、鋼板面に｛１１０｝〈００１〉方位のいわゆる
ゴス方位を高度に発達させた高磁束密度一方向性電磁鋼
板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一方向性電磁鋼板は、軟質磁性材料とし
て主にトランスその他の電気機器の鉄心材料に使用され
ているもので、特性としては磁気特性、特に励磁特性と
鉄損特性が良好でなくてはならない。

【０００３】この励磁特性を表す指標としては、通常磁
束密度Ｂ₈ （磁場の強さ８００A/mにおける磁束密度）
が用いられている。また鉄損特性を表す指標としてはＷ
_{17/5 0} （５０Hzで１．７Ｔまで磁化させたときの単位重
量あたりの鉄損）等が用いられている。

【０００４】近年省エネルギー、省資源への社会的要求
は益々厳しくなり、一方向性電磁鋼板の鉄損低減、磁化
特性改善への要求も熾烈になってきている。特に鉄損低
減が強く望まれている。

【０００５】鉄損は良く知られているように履歴損と渦
電流損からなり、履歴損は鋼板の結晶方位、純度、内部
歪等により左右され、渦電流損には鋼板の電気抵抗、板
厚、結晶粒度、磁区の大きさ、鋼板被膜張力等が大きく
寄与する。

【０００６】それらの中で純度、内部歪の点では古くか
ら製造技術的に考慮されほぼ限界に達している。電気抵
抗を大きくするためにＳｉ含有量を高めて渦電流損を低
減する試みもなされてはいるが、Ｓｉ含有量を高めると
製造中および製品での加工性が劣化するため限界があ
る。

【０００７】板厚を薄くして渦電流損を低減させる試み
も種々なされているが、２次再結晶が基本的に困難にな
る他に変圧器等を加工するに当たり加工手間がかかるの
で同じ鉄損値ならば板厚が厚い方が工業的には優れてい
ると云える。従って板厚の薄手化にも限界がある。

【０００８】鋼板に被膜張力を付与して鉄損特性を改善
する方法が特公昭５１−１２４５１号公報、特公昭５３
−２８３７５号公報に記載されているが、これらの張力
効果は方向性に依存し、磁束密度Ｂ₈ が高いほど大きい
ことがＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ., Vol．４１，No．７，
２９８１−２９８４，Ｊｕｎｅ １９７０に記載されて
いる。従ってＢ₈ がいわゆる高磁束密度一方向性電磁鋼
板として市販されている１．９３Ｔ程度では鉄損の向上
にも限界がある。

【０００９】また磁区の大きさは結晶粒の大きさとも関
係するが最近人工的に磁区を細分化して鉄損を下げる技
術が特公昭５８−５９６８号公報、特公昭５８−２６４
０５号公報等により報告されているが、これらの方法も
鉄損低減効果は磁束密度Ｂ₈に依存し、市販品の１．９
３Ｔ程度では鉄損低減も限界がある。

【００１０】鉄損低減の最も近道の方法に２次再結晶粒
の微細化を図る方法があり、特公昭５７−９４１９号公
報等について報告されているが、一般に２次再結晶粒を
小さくする手段をとると高い磁束密度が得難いと云う現
象があるため結晶粒の微細化も鉄損低減の手段として限
界がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記鉄損低減
の種々の手段に替わる新しい、すなわち残された結晶方
位の改善された超高磁束密度一方向性電磁鋼板を提供す
るものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、次の通りである。 １）重量で、Ｓｉ：２．５〜４．０％、Ｂｉ：０．００
０５〜０．０５％を必須成分として含有し、且つ磁束密
度Ｂ₈ が１．９５Ｔ以上の極めて高い値を有する一方向
性電磁鋼板であって、マトリックスの結晶粒径が冷延直
角方向５０mm以下５mm以上、冷延方向３００mm以下１０
mm以上のものが面積率で８０％以上を占めることを特徴
とする超高磁束密度一方向性電磁鋼板。

【００１３】２）マトリックス粒内に平均粒径５mm以下
の微細結晶を含むものが５０％以上を占めることを特徴
とする１）記載の超高磁束密度一方向性電磁鋼板。

【００１４】３）マトリックス粒の（１１０）〔００
１〕方位の圧延面からの傾き角がＴＤ軸回りおよびＮＤ
軸回りで５°以内の結晶が面積率で９０％以上を占め、
且つマトリックス粒内の微細結晶の（１１０）〔００
１〕方位の圧延面からの傾き角がＴＤ軸回りおよびＮＤ
軸回りで１０°以内の結晶が微細粒の９０％以上を占め
ることを特徴とする２）記載の超高磁束密度一方向性電
磁鋼板。

【００１５】以下本発明の詳細について説明する。本発
明者は鉄損低減のための製品の具備すべき条件について
種々の検討を加え、２．５〜４．０％のＳｉを含有する
一方向性電磁鋼板に０．０００５〜０．０５％のＢｉを
含有させ、且つ２次再結晶粒のマトリックスならびにマ
トリックス粒内に存在する微細粒を規制することにより
極めて磁束密度の高く、鉄損低減効果の著しい超高磁束
密度一方向性電磁鋼板の開発に成功した。

【００１６】先ず成分条件について限定理由を説明す
る。Ｓｉ含有量は製品の電気抵抗を通して鉄損特性を大
きく左右するが、２．５％未満では電気抵抗が小さく渦
電流損が増大するので好ましくない。一方４．０％超で
は加工性が劣化するので製造、製品加工が困難になり好
ましくない。

【００１７】次にＢｉであるがこれは２次再結晶粒の形
状を左右するのみならず製品の磁束密度を１．９５Ｔ以
上にするための必須元素であり、０．０００５％未満で
は２次再結晶粒が冷延直角方向５mm以下、冷延方向１０
mm以下のものを２０％超含むようになり、磁束密度が
１．９５Ｔ未満になる。０．０５％超ではその効果が飽
和するのでコスト上好ましくない。

【００１８】Ｂｉが２次再結晶に何故影響をおよぼし磁
束密度を極めて高くするかは良く判らないが、本発明者
はＢｉの粒界偏析によるインヒビター作用かあるいは主
インヒビターである窒化物、硫化物を変化させているも
のと推定している。

【００１９】次に磁束密度の限定理由について説明す
る。図１に３％Ｓｉ含有鋼板の板厚０．３０mmの製品を
マクロ後レーザー照射を行い、張力１．５kg／mm² で磁
気測定したものの磁束密度と鉄損の関係を示す。鉄損Ｗ
_17/50 が０．３０mm製品でも特に優れたと云える０．９
０W/kgを切るようになるのは１．９５Ｔ以上の場合に限
られるので本発明では磁束密度を１．９５Ｔ以上に限定
した。

【００２０】次に２次再結晶粒の粒径の限定理由につい
て説明する。先述したように一般に２次再結晶粒径が減
少すると磁束密度が低下するが、本発明者は種々の製造
法で製造した製品の結晶粒径と磁束密度の関係を詳細に
検討し、図２，３に示すような結果を得た。

【００２１】結晶粒径は２次再結晶粒のうち冷延方向５
mm以上のマトリックスについて平均した。図２は冷延方
向の結晶粒径と磁束密度の関係で、磁束密度のバラツキ
は大きいが磁束密度が１．９５Ｔ以上になるのは１０mm
以上の場合で１０mm未満では１．９５Ｔを超える製品は
得られなかった。

【００２２】１０mm以上の粒径のものでは１．９５Ｔ未
満のものもあるが１．９５Ｔ以上の極めて磁束密度の高
い製品が得られることが判る。同様に図３より冷延直角
方向の結晶粒径が５mm以上の粒径の場合に初めて１．９
５Ｔ以上の製品になることが判る。

【００２３】次にマトリックス粒中の限定サイズ以上の
大きな結晶粒の存在比率であるが、上記のように１０mm
（冷延直角方向では５mm）未満の結晶粒は磁束密度が低
いので、その存在比率が２０％を超えると製品全体の磁
束密度にも影響し、１．９５Ｔを超えることが困難にな
るので８０％以上に限定した。

【００２４】マトリックス粒内の微細結晶の限定理由に
ついて説明する。図４に３％Ｓｉ含有鋼板の板厚０．３
０mmの製品（張力コーティングつき）の磁束密度と鉄損
の関係を示す。黒丸は粗大２次再結晶粒マトリックス中
に５mm以下の粒径の微細２次再結晶粒を含む率が５０％
以上の場合で、白丸はそれが５０％未満の場合である。

【００２５】図１のレーザー照射材とは異なり磁束密度
と鉄損の間に明瞭な相関はないように見えるが、一部に
はレーザー照射材の鉄損にも匹敵するような優れた製品
が見受けられる。これらの鉄損の優れた製品について本
発明者らが詳細に調査した結果、図中に区別したように
粗大２次再結晶粒マトリックス中に５mm以下の微細２次
再結晶粒を含むものが５０％以上の場合にのみ鉄損が
０．９５W/kg以下の優れた製品が得られていることが判
明した。従って本発明では微細２次再結晶を含む確率を
５０％以上に限定する。

【００２６】この鉄損低減のメカニズムについては必ず
しも明確ではないが、本発明者は磁束密度が極めて高い
本発明対象の超高磁束密度一方向性電磁鋼板において
は、微細２次再結晶粒を含まない場合は磁壁が結晶粒を
突き抜けて連続し、磁区が粗大化するのに対し、微細結
晶粒を含む場合にはその微細結晶から新たな磁区が発生
し、磁区細分化効果を生んでいるものと推定している。

【００２７】製品の磁束密度と２次再結晶粒の方位に関
係のあることは周知のことであるが、本発明のようにマ
トリックス粗大２次再結晶粒と結晶内に更に微細２次再
結晶粒を含むような場合についての方位分布について明
確にされたものはなかった。特に本発明のように１．９
５Ｔ以上の超高磁束密度一方向性電磁鋼板についての方
位分布の公知例は全くなかった。そこで本発明者は本発
明材について詳細な方位測定を行って以下のような新規
知見を得ることに成功した。

【００２８】即ち、マトリックス粒の（１１０）〔００
１〕方位の圧延面からの傾き角がＴＤ軸回りおよびＮＤ
軸回りで５°以内の結晶が面積率で９０％以上を占め、
且つマトリックス粒内の微細結晶の（１１０）〔００
１〕方位の圧延面からの傾き角が、ＴＤ軸回りおよびＮ
Ｄ軸回りで１０°以内の結晶が微細粒の９０％以上を占
めることが必要であることを知見した。

【００２９】マトリックス粒の方位分散が理想ゴス方位
から５°を超える結晶が１０％超存在すると、得られた
製品の磁束密度は１．９５Ｔ未満となり、また同じよう
に微細２次再結晶粒の方位分散が理想ゴス方位から１０
°を超えると同様に磁束密度が１．９５Ｔ未満となる。
以上の点から本発明の範囲に限定する。

【００３０】次に本発明の超高磁束密度一方向性電磁鋼
板の製造方法について述べる。先ず第１の条件は素材成
分であるがＣ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：２．５〜
４．０％、Ｍｎ：０．０２〜０．８０％、Ｓ：０．０４
０％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％、
Ｎ：０．００３０〜０．０１５０％を基本成分として含
有し、更にＢｉを０．０００５〜０．０５％を含有する
ことを必須要件とする。

【００３１】その他必要に応じてＳｎ：０．０５〜０．
５０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１０％含有することは許
される。その他通常の一方向性電磁鋼板製造に用いられ
るインヒビター元素を補助的に用いることも妨げるもの
ではない。

【００３２】本製造法の特徴はＢｉ添加にある。Ｂｉは
０．０００５％未満では製品の磁束密度向上の効果が小
さく、且つ２次再結晶粒径が小さく方向性がよくない。
一方０．０５％超では磁束密度向上の効果が飽和すると
ともに熱延時に端部割れを生ずるので好ましくない。

【００３３】溶解、鋳造、熱延は一方向性電磁鋼板製造
に用いられている通常の方法でよい。熱延板は必要に応
じ熱延板焼鈍を施す。この焼鈍は１段冷延法の場合は熱
延板で施し、２段以上の冷延法の場合は最終冷延前の焼
鈍を指す。

【００３４】焼鈍は９５０〜１２００℃で３０秒〜３０
分間の焼鈍を行い、必要に応じ急冷処理を施してもよ
い。冷延は１段もしくは２段以上のステージで行うが、
高磁束密度一方向性電磁鋼板であることから最終冷延の
圧延率は６５〜９５％の強圧下冷延が好ましい。

【００３５】最終冷延以外のステージの圧延率は特に規
定しなくてもよい。この冷延法であるが必要に応じて特
公昭５４−１３８４６号公報記載の時効冷延を施すこと
は有益である。

【００３６】最終製品板厚に圧延した冷延板を続いて通
常の方法で脱炭焼鈍を行う。脱炭焼鈍の条件は特に規定
しないが、好ましくは７００〜９００℃の温度範囲で３
０秒〜３０分間の湿潤な水素または水素と窒素の混合雰
囲気で行うのがよい。

【００３７】脱炭焼鈍後の鋼板表面には２次再結晶焼鈍
における焼き付き防止およびグラス被膜生成のため、通
常の方法で通常のＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗
布する。引き続く２次再結晶焼鈍は１０００℃以上の温
度で５時間以上、水素または窒素またはそれらの混合雰
囲気で行えばよい。

【００３８】２次再結晶焼鈍後の鋼板は引き続き余分の
焼鈍分離剤を除去後、コイル巻ぐせを矯正するための連
続焼鈍を行い、同時に絶縁被膜（張力付与被膜を兼ね
る）を塗布、焼き付ける。更に必要に応じてレーザー照
射等の磁区細分化処理を施す。磁区細分化の方法は特に
限定する必要はない。

【００３９】以上本発明の超高磁束密度一方向性電磁鋼
板の製造法について述べたが、製造法はこの方法に限ら
れるわけではなく、Ｓｉ，Ｂｉの含有の規制を除けば如
何なるインヒビター元素を用いる方法でも、またプロセ
ス条件も上記方法にこだわるものではない。

【００４０】

【実施例】（実施例１）Ｃ：０．０６〜０．０９％、Ｓ
ｉ：３．０〜３．３５％、Ｍｎ：０．０８％、Ｓ：０．
０２５％、酸可溶性Ａｌ：０．０２０〜０．０３５％、
Ｎ：０．００８％、Ｓｎ：０〜０．１５％、Ｃｕ：０．
０５％およびＢｉ：０．０００５〜０．０５％を含有し
その他不可避不純物からなる電磁鋼板用スラブを１３２
０℃に加熱後直ちに熱延し２．３mmの熱延板とした。

【００４１】冷延は０．３０mmおよび０．２３mmまで行
い、０．３０mmは１ステージ冷延、０．２３mmは最終冷
延率を８７．５％とする２ステージの冷延を行った。

【００４２】一部の物は冷延のパス間に２００℃での時
効処理を５回施した。最終冷延前に１１２０℃×２分の
高温焼鈍を行った。冷延板を引き続き８５０℃で脱炭焼
鈍を行い、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布後、
１２００℃の２次再結晶焼鈍を行った。

【００４３】焼鈍分離剤の残物を除去後６０×３００mm
の磁気測定試料を剪断し、８５０℃で歪取り焼鈍を行
い、続いて絶縁被膜の塗布、焼き付けを行った。一部の
試料は更に５mm間隔でレーザー照射を行って磁気測定に
供した。磁気測定試料を強酸でマクロ後結晶粒径等を測
定した。結果を表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】試料番号１，６，７，８は何れもＢｉが含
有されていなく、且つ磁束密度も１．９５Ｔ未満で鉄損
特性もレーザー照射の有無にかかわらず０．３０mmおよ
び０．２３mmの従来製品の域を超えていない。

【００４６】試料番号２，３はＢｉを含有し、磁束密度
も１．９５Ｔを超え、且つマトリックスの粗大粒面積率
が８０％を超えているのでレーザー照射後の鉄損が０．
９０W/kgをはるかに切る０．３０mm厚の製品としては素
晴らしい特性と云える。

【００４７】試料番号４，５はＢｉを含有し、磁束密度
が１．９５Ｔ以上でありマトリックスの粗大粒面積率も
８０％を超え、更にマトリックス粗大粒に含まれる微細
２次再結晶粒の存在率も５０％を超えているので磁区制
御なしでの鉄損が０．９５W/kg以下の０．３０mm厚の製
品としては優れた特性が得られている。

【００４８】試料番号９，１０，１１も板厚０．２３mm
製品であるが０．３０mm製品と同様にＢｉ含有、マトリ
ックス粗大粒面積率とも本発明範囲を満足しているので
０．２３mm厚製品のレーザー照射磁区制御材として極め
て優れた製品である。

【００４９】（実施例２）実施例１と同様な製造法で製
造した０．３０mm厚の製品を得た。磁気特性を測定後強
酸でマクロ後ラウエ法で各結晶粒の方位を測定した。結
果を表２に示す。

【表２】

【００５０】表２から明らかなように磁束密度Ｂ₈ が
１．９５Ｔ以上の試料では理想ゴス方位すなわち｛１１
０｝〈００１〉からの回転角がマトリックスで５°以
下、微細結晶で１０°以下の面積率が何れも９０％以上
である。

【００５１】

【発明の効果】本発明の超高磁束密度一方向性電磁鋼板
は従来製品に比べて磁束密度が極めて高く、磁区制御後
の鉄損が０．３０mm製品で０．９０W/kg以下のように極
めて優れているのみならず、方位のよい微細２次再結晶
粒を適度に含んだ場合は磁区制御なしでも０．９５W/kg
以下の優れた製品であり、トランス等の電気機器の省エ
ネルギーに寄与するところ極めて大きいと云える。

【図面の簡単な説明】

【図１】鉄損と磁束密度との関係の図表である。

【図２】磁束密度と冷延方向結晶粒径との関係の図表で
ある。

【図３】磁束密度と冷延直角方向結晶粒径との関係の図
表である。

【図４】鉄損と磁束密度との関係の図表である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量で、 Ｓｉ：２．５〜４．０％、 Ｂｉ：０．０００５〜０．０５％ を必須成分として含有し、且つ磁束密度Ｂ₈ が１．９５
   Ｔ以上の極めて高い値を有する一方向性電磁鋼板であっ
   て、マトリックスの結晶粒径が冷延直角方向５０mm以下
   ５mm以上、冷延方向３００mm以下１０mm以上のものが面
   積率で８０％以上を占めることを特徴とする超高磁束密
   度一方向性電磁鋼板。
2. 【請求項２】 マトリックス粒内に平均粒径５mm以下の
   微細結晶を含むものが５０％以上を占めることを特徴と
   する請求項１記載の超高磁束密度一方向性電磁鋼板。
3. 【請求項３】 マトリックス粒の（１１０）〔００１〕
   方位の圧延面からの傾き角がＴＤ軸回りおよびＮＤ軸回
   りで５°以内の結晶が面積率で９０％以上を占め、且つ
   マトリックス粒内の微細結晶の（１１０）〔００１〕方
   位の圧延面からの傾き角がＴＤ軸回りおよびＮＤ軸回り
   で１０°以内の結晶が微細粒の９０％以上を占めること
   を特徴とする請求項２記載の超高磁束密度一方向性電磁
   鋼板。