JPH0814016B2 - 高周波用無方向性電磁鋼板 - Google Patents
高周波用無方向性電磁鋼板Info
- Publication number
- JPH0814016B2 JPH0814016B2 JP2015755A JP1575590A JPH0814016B2 JP H0814016 B2 JPH0814016 B2 JP H0814016B2 JP 2015755 A JP2015755 A JP 2015755A JP 1575590 A JP1575590 A JP 1575590A JP H0814016 B2 JPH0814016 B2 JP H0814016B2
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- Japan
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- crystal grain
- less
- steel sheet
- electrical steel
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、モータ及び小型トランス用として一般に用
いられる電気製品の素材、特に周波数が高い領域、400H
z以上での使用に有効な無方向性電磁鋼板に関するもの
である。
いられる電気製品の素材、特に周波数が高い領域、400H
z以上での使用に有効な無方向性電磁鋼板に関するもの
である。
利用分野としては例えば、掃除機用モータ、インテリ
ジェント・ビル用の蛍光灯などの小型トランス、各種モ
ータ、飛行機・機内用のモータや照明機器、更に、ロボ
ット制御用モータなどがある。
ジェント・ビル用の蛍光灯などの小型トランス、各種モ
ータ、飛行機・機内用のモータや照明機器、更に、ロボ
ット制御用モータなどがある。
この利用分野は、最近急速に注目され始めた分野で、
電気機器のエネルギー効率向上、精密モータの厳密な位
置制御などに有効なものであるが、周波数としては400H
z以上が必要となってきた。このため、従来の電磁鋼板
に使用される所謂、商用周波数50〜60Hzと違い、400Hz
以上の例えば700Hzに着目して研究しなければならない
が、未だこの領域に最適な鋼板は製造・販売されていな
い。例えば、無方向性電磁鋼板の最高級品としては、Si
3％,Al1％程度で板厚が0.35mm、結晶粒径が150μｍ程度
のものが市販されている。これは50Hzで優れた磁気特性
を有するが、高周波では満足すべき特性が得られていな
い。
電気機器のエネルギー効率向上、精密モータの厳密な位
置制御などに有効なものであるが、周波数としては400H
z以上が必要となってきた。このため、従来の電磁鋼板
に使用される所謂、商用周波数50〜60Hzと違い、400Hz
以上の例えば700Hzに着目して研究しなければならない
が、未だこの領域に最適な鋼板は製造・販売されていな
い。例えば、無方向性電磁鋼板の最高級品としては、Si
3％,Al1％程度で板厚が0.35mm、結晶粒径が150μｍ程度
のものが市販されている。これは50Hzで優れた磁気特性
を有するが、高周波では満足すべき特性が得られていな
い。
従来の考え方として、周波数が高くなれば、トータル
鉄損の内でうず電流損が増加することが一般に知られて
いた。このうず電流損Weは、古典的うず電流損の式とし
ての公知の以下（１）式で計算されるとされてきた。
鉄損の内でうず電流損が増加することが一般に知られて
いた。このうず電流損Weは、古典的うず電流損の式とし
ての公知の以下（１）式で計算されるとされてきた。
We＝0.1645B2f2d2/ρＤ ここに、B:最大磁束密度（Ｔ） f:周波数（Hz,サイクル/sec） d:板厚（mm） ρ：固有抵抗（μΩ−cm） D:密度（g/cm3） つまり、うず電流損を下げるためには、設計の磁束密
度Ｂを下げ、板厚ｄを薄くし、固有抵抗ρを上げるため
にSi量などを増やすなどの方法があることが分かってい
る。
度Ｂを下げ、板厚ｄを薄くし、固有抵抗ρを上げるため
にSi量などを増やすなどの方法があることが分かってい
る。
従って、この考え方で行けば、例えば700Hz、0.5Tで
の鉄損Ｗ5/700を12W/kg以下にしようとすれば、Si6.5％
とし板厚を0.15mmとするような手段がある。しかしなが
ら、この手段は、製造側での冷延破断や客先での打抜き
時の割れが問題で、工業的には無理があった。更には、
700Hz、500A/mの磁化力での磁束密度Ｂ5/700が0.05T程
度しか得られない品質上の重大な問題があった。一般の
電気機器としては、磁化特性として磁束密度は1.0T程度
は必要で、鉄損も同時に良好なものが要求される。
の鉄損Ｗ5/700を12W/kg以下にしようとすれば、Si6.5％
とし板厚を0.15mmとするような手段がある。しかしなが
ら、この手段は、製造側での冷延破断や客先での打抜き
時の割れが問題で、工業的には無理があった。更には、
700Hz、500A/mの磁化力での磁束密度Ｂ5/700が0.05T程
度しか得られない品質上の重大な問題があった。一般の
電気機器としては、磁化特性として磁束密度は1.0T程度
は必要で、鉄損も同時に良好なものが要求される。
本発明は上記の点に鑑み、400Hz以上での高周波領域
での鉄損と磁束密度が同時に優れている電磁鋼板を、工
業的な方法により提供することを目的とする。
での鉄損と磁束密度が同時に優れている電磁鋼板を、工
業的な方法により提供することを目的とする。
本発明は、SiとAlの合計量が2.0〜4.0％、C0.005％以
下、Mn1％以下、S0.01％以下、N0.01％以下で、残部が
鉄と不可避的不純物よりなる無方向性電磁鋼板であっ
て、板厚0.10〜0.25mmで、該鋼板の平均結晶粒径が５〜
60μｍである鉄損Ｗ5/700が12W/kg以下、磁束密度Ｂ
5/700が1.0T以上の優れた磁気特性を有する周波数400Hz
以上で使用される高周波用無方向性電磁鋼板を要旨とす
るものである。
下、Mn1％以下、S0.01％以下、N0.01％以下で、残部が
鉄と不可避的不純物よりなる無方向性電磁鋼板であっ
て、板厚0.10〜0.25mmで、該鋼板の平均結晶粒径が５〜
60μｍである鉄損Ｗ5/700が12W/kg以下、磁束密度Ｂ
5/700が1.0T以上の優れた磁気特性を有する周波数400Hz
以上で使用される高周波用無方向性電磁鋼板を要旨とす
るものである。
SiとAlは鋼板の固有抵抗を増加させるために有効で、
安価であるからよく用いられる成分である。周知の如く
Si量とAl量の固有抵抗に及ぼす効果はほぼ等価なので、
Si＋Al量が少ないと、固有抵抗が十分でないため鉄損が
劣化する。一方、周知のようにSiとAlは原子量がほぼ等
しく単位重量当たりのFe原子数を減らす作用が等価であ
って、Si＋Alが多すぎると強磁性のFeが少なくなるた
め、磁束密度が劣化する。
安価であるからよく用いられる成分である。周知の如く
Si量とAl量の固有抵抗に及ぼす効果はほぼ等価なので、
Si＋Al量が少ないと、固有抵抗が十分でないため鉄損が
劣化する。一方、周知のようにSiとAlは原子量がほぼ等
しく単位重量当たりのFe原子数を減らす作用が等価であ
って、Si＋Alが多すぎると強磁性のFeが少なくなるた
め、磁束密度が劣化する。
また、板厚はうず電流損を減少させるために効果が大
きく、0.25mm超では鉄損が不十分で、また0.10mm未満で
は、圧延能力や破断等の問題で工業的に製造が難しい。
きく、0.25mm超では鉄損が不十分で、また0.10mm未満で
は、圧延能力や破断等の問題で工業的に製造が難しい。
結晶粒径の効果については、従来の古典的うず電流損
の計算式からは予測されない、本発明の特徴であるが、
700Hz程度の磁気特性には非常に重要な意味を持つ。す
なわち、高周波での磁気特性の鉄損と磁束密度を同時に
満足させる、例えば、鉄損Ｗ5/700を12W/kg以下、磁束
密度Ｂ5/700を1.0T以上にしようとすれば、結晶粒径の
効果を利用しなければならない。
の計算式からは予測されない、本発明の特徴であるが、
700Hz程度の磁気特性には非常に重要な意味を持つ。す
なわち、高周波での磁気特性の鉄損と磁束密度を同時に
満足させる、例えば、鉄損Ｗ5/700を12W/kg以下、磁束
密度Ｂ5/700を1.0T以上にしようとすれば、結晶粒径の
効果を利用しなければならない。
本発明の構成要件の限定理由について、以下に詳しく
説明する。
説明する。
第１図，第２図は、0.20mm厚の無方向性電磁鋼板にお
ける製品での結晶粒径の効果を調べたものである。第１
図に鉄損、第２図に磁束密度に及ぼす影響を示す。結晶
粒径のサイズは、最終焼鈍の温度でコントロールした。
図に示す如く、Si＋Al量が1.5％ではＢ5/700は良好だ
が、Ｗ5/700が12W/kgを切る結晶粒径の領域が、狭く限
定される。また、Si＋Al量が本発明範囲の３％のもの
は、Ｗ5/700とＢ5/700がともに結晶粒径が５〜60μｍの
広い範囲で満足される。更に、Si＋Al量が4.5％ではＷ
5/700が良好ではあるが、Ｂ5/700が1.0T以上のものが少
ししか得られない。なお、結晶粒径が20μｍ以下で磁性
が劣化するのは、内部応力のためであろう。結晶粒径が
５μｍ未満では未再結晶粒が残るので磁性が著しく落ち
る。また、40μｍ以上でも磁性劣化が認められるが、こ
れは容易磁化の｛100｝が減少するためであろう。
ける製品での結晶粒径の効果を調べたものである。第１
図に鉄損、第２図に磁束密度に及ぼす影響を示す。結晶
粒径のサイズは、最終焼鈍の温度でコントロールした。
図に示す如く、Si＋Al量が1.5％ではＢ5/700は良好だ
が、Ｗ5/700が12W/kgを切る結晶粒径の領域が、狭く限
定される。また、Si＋Al量が本発明範囲の３％のもの
は、Ｗ5/700とＢ5/700がともに結晶粒径が５〜60μｍの
広い範囲で満足される。更に、Si＋Al量が4.5％ではＷ
5/700が良好ではあるが、Ｂ5/700が1.0T以上のものが少
ししか得られない。なお、結晶粒径が20μｍ以下で磁性
が劣化するのは、内部応力のためであろう。結晶粒径が
５μｍ未満では未再結晶粒が残るので磁性が著しく落ち
る。また、40μｍ以上でも磁性劣化が認められるが、こ
れは容易磁化の｛100｝が減少するためであろう。
従って、Ｗ5/700とＢ5/700がともに満足されるSi＋Al
量は、2.0〜4.0％であり、結晶粒径は５〜60μｍであ
る。
量は、2.0〜4.0％であり、結晶粒径は５〜60μｍであ
る。
なお、従来、無方向性電磁鋼板の高級品グレードの結
晶粒径は100〜200μｍであった。これは、50〜60Hzの商
用周波数での鉄損が、この結晶粒径で最良となるためで
ある。
晶粒径は100〜200μｍであった。これは、50〜60Hzの商
用周波数での鉄損が、この結晶粒径で最良となるためで
ある。
測定法に関してであるが、結晶粒径の測定は腐食面に
現れた結晶粒の数を切断法でカウントし求めた。磁気測
定は、JIS C 2550の可聴周波鉄損試験により、試験片サ
イズは30mm幅×300mm長さとし、半分は圧延方向、半分
は圧延方向と直角の方向を長さ方向とした。
現れた結晶粒の数を切断法でカウントし求めた。磁気測
定は、JIS C 2550の可聴周波鉄損試験により、試験片サ
イズは30mm幅×300mm長さとし、半分は圧延方向、半分
は圧延方向と直角の方向を長さ方向とした。
次いで、板厚の効果について第３図、第４図に示す。
第３図の素材はSi＋Al量2.0％のもので、板厚を0.1〜0.
5mmに変更し結晶粒径を３種に調整して調べた。第３図
に示す如く、結晶粒径が本発明範囲の50〜55μｍのもの
は、板厚が0.1〜0.25mmの範囲で、鉄損Ｗ5/700が12W/kg
を安定して切ることが出来る。しかしながら、90μｍ以
上の結晶粒のものは、12W/kgを安定して切ることが出来
ない。
第３図の素材はSi＋Al量2.0％のもので、板厚を0.1〜0.
5mmに変更し結晶粒径を３種に調整して調べた。第３図
に示す如く、結晶粒径が本発明範囲の50〜55μｍのもの
は、板厚が0.1〜0.25mmの範囲で、鉄損Ｗ5/700が12W/kg
を安定して切ることが出来る。しかしながら、90μｍ以
上の結晶粒のものは、12W/kgを安定して切ることが出来
ない。
第４図は、Si＋Al量が4.0％のもので、磁束密度につ
いても同様に、Ｂ5/700が1.0T以上が板厚0.1〜0.25mmの
範囲で安定して得られるものは、結晶粒径が本発明の50
〜55μｍ材のみである。
いても同様に、Ｂ5/700が1.0T以上が板厚0.1〜0.25mmの
範囲で安定して得られるものは、結晶粒径が本発明の50
〜55μｍ材のみである。
第５図は、鉄損W5が最良値となる結晶粒径についての
グラフで、Si＋Alを3.0％、板厚0.15mmとして調べた。
図で見る如く、周波数が上がるにつれて最良となる結晶
粒径は小さくなる。本発明の対象である400Hz以上では6
0μｍ以下の粒径が適当である。また、第６図には、同
様にして1.0Tの透磁率μ10が最良値となる結晶粒径につ
いてプロットした。高周波になるにつれて、結晶粒径を
小さくする必要があることが分かる。
グラフで、Si＋Alを3.0％、板厚0.15mmとして調べた。
図で見る如く、周波数が上がるにつれて最良となる結晶
粒径は小さくなる。本発明の対象である400Hz以上では6
0μｍ以下の粒径が適当である。また、第６図には、同
様にして1.0Tの透磁率μ10が最良値となる結晶粒径につ
いてプロットした。高周波になるにつれて、結晶粒径を
小さくする必要があることが分かる。
次に、結晶粒径の効果のメカニズムについて述べる。
従来の周波数50Hzでは、150μｍ程度の鉄損が最小であ
る。しかし、高周波ではうず電流が占める割合が大きく
なり、鋼板内部では表皮効果によって誘起される磁束は
小さくなる。本発明者は400Hz以上での周波数では結晶
粒径が比較的小さい方が、透磁率が大きいことを見出し
たが、透磁率が大きいと表皮効果が強く効き、うず電流
損が減少する。このため、400Hz以上、とくに700Hzでは
結晶粒径が５〜60μｍで鉄損が良好となったものであ
る。
従来の周波数50Hzでは、150μｍ程度の鉄損が最小であ
る。しかし、高周波ではうず電流が占める割合が大きく
なり、鋼板内部では表皮効果によって誘起される磁束は
小さくなる。本発明者は400Hz以上での周波数では結晶
粒径が比較的小さい方が、透磁率が大きいことを見出し
たが、透磁率が大きいと表皮効果が強く効き、うず電流
損が減少する。このため、400Hz以上、とくに700Hzでは
結晶粒径が５〜60μｍで鉄損が良好となったものであ
る。
製造方法は、まず溶鋼で成分調整する。SiとAlの合計
重量％は2.0〜4.0％とする。Ｃは0.005％以下であれ
ば、磁気時効の問題はなく、また後で脱炭する必要もな
いが、0.005％を越えると、それ以下になるように後で
脱炭焼鈍を行うことを要する。Mnは無方向性電磁鋼板に
おける通常の範囲で、即ち１％以下とする。ＳとＮは磁
気特性を劣化させる元素であり、通常の無方向性電磁鋼
板と同様に、それぞれ0.01％以下に制限する。この溶鋼
を鋳造し通常の熱間圧延を行う。次いで、熱延板焼鈍を
製品の集合組織を改善する目的で実施しても良いが、必
須ではない。更に、中間焼鈍をはさむ１〜２回の冷延を
行い板厚0.10〜0.25mmとした後、最終１次再結晶焼鈍を
実施する。この再結晶焼鈍は結晶粒径を５〜60μｍとす
るべく厳密に制御されなければならない。この時の温度
は、粒成長抑制元素のありなしによって異なるが、650
〜900℃が適当である。
重量％は2.0〜4.0％とする。Ｃは0.005％以下であれ
ば、磁気時効の問題はなく、また後で脱炭する必要もな
いが、0.005％を越えると、それ以下になるように後で
脱炭焼鈍を行うことを要する。Mnは無方向性電磁鋼板に
おける通常の範囲で、即ち１％以下とする。ＳとＮは磁
気特性を劣化させる元素であり、通常の無方向性電磁鋼
板と同様に、それぞれ0.01％以下に制限する。この溶鋼
を鋳造し通常の熱間圧延を行う。次いで、熱延板焼鈍を
製品の集合組織を改善する目的で実施しても良いが、必
須ではない。更に、中間焼鈍をはさむ１〜２回の冷延を
行い板厚0.10〜0.25mmとした後、最終１次再結晶焼鈍を
実施する。この再結晶焼鈍は結晶粒径を５〜60μｍとす
るべく厳密に制御されなければならない。この時の温度
は、粒成長抑制元素のありなしによって異なるが、650
〜900℃が適当である。
なお、鋳造は例えば、双ロールによる急冷凝固で行
い、熱延を省略することも可能である。
い、熱延を省略することも可能である。
以下に、本発明の実施例について具体的に説明する。
SiとAlの重量％を第１表に示す如く調整し、C0.002
％,Mn0.30％,S0.006％,N0.005％とした溶鋼を連続鋳造
してスラブとなし、熱延により2.5mm厚の熱延板にし
た。これを冷延し、次いで連続焼鈍し絶縁皮膜を塗布・
焼付して、第１表に示す板厚の電磁鋼板を製造した。こ
の時、均熱時間を30秒とし、温度を650〜950℃に変更し
て第１表の結晶粒径を得た。製品は700Hzの高周波で磁
気測定に供した。
％,Mn0.30％,S0.006％,N0.005％とした溶鋼を連続鋳造
してスラブとなし、熱延により2.5mm厚の熱延板にし
た。これを冷延し、次いで連続焼鈍し絶縁皮膜を塗布・
焼付して、第１表に示す板厚の電磁鋼板を製造した。こ
の時、均熱時間を30秒とし、温度を650〜950℃に変更し
て第１表の結晶粒径を得た。製品は700Hzの高周波で磁
気測定に供した。
実験No.1〜４は板厚と結晶粒径をほぼ同じにして、成
分の影響を見たもので、実験No.1と４のそれぞれ成分の
下限と上限を外れた鋼板は、鉄損と磁束密度が本発明の
範囲外になる。この現象は特に、板厚が上限の0.25mm
で、結晶粒径も本発明の下限に近い厳しい場合に出る。
分の影響を見たもので、実験No.1と４のそれぞれ成分の
下限と上限を外れた鋼板は、鉄損と磁束密度が本発明の
範囲外になる。この現象は特に、板厚が上限の0.25mm
で、結晶粒径も本発明の下限に近い厳しい場合に出る。
実験No.5〜７は板厚の効果を調べたもので、Si＋Alを
2.1％とし、結晶粒径を57〜59μｍ程度としたものであ
るが、実験No.5の板厚0.26mmで鉄損が本発明範囲から外
れた。実験No.6,7の本発明範囲の板厚のものは鉄損、磁
束密度ともに満足される特性値である。
2.1％とし、結晶粒径を57〜59μｍ程度としたものであ
るが、実験No.5の板厚0.26mmで鉄損が本発明範囲から外
れた。実験No.6,7の本発明範囲の板厚のものは鉄損、磁
束密度ともに満足される特性値である。
実験No.8〜10も板厚の効果を見たものであるが、板厚
0.26mmで磁束密度が本発明範囲から外れる。これはSi＋
Al量が4.0％と上限の場合の傾向である。
0.26mmで磁束密度が本発明範囲から外れる。これはSi＋
Al量が4.0％と上限の場合の傾向である。
実験No.11〜16では結晶粒径の影響を調べた。実験No.
11の最終焼鈍温度650℃では、再結晶を完了しておら
ず、未再結晶部分が存在していたが、磁気特性が非常に
悪い。また、結晶粒径が７〜58μｍの本発明範囲内の実
験No.12〜14は、良好な特性値を示した。60μｍを越え
た実験No.15,16は鉄損が本発明範囲から外れている。
11の最終焼鈍温度650℃では、再結晶を完了しておら
ず、未再結晶部分が存在していたが、磁気特性が非常に
悪い。また、結晶粒径が７〜58μｍの本発明範囲内の実
験No.12〜14は、良好な特性値を示した。60μｍを越え
た実験No.15,16は鉄損が本発明範囲から外れている。
これらの実験事実から、Ｗ5/700とＢ5/700がそれぞれ
12W/kg以下、1.0T以上の磁気特性を確保することのでき
るSiとAlの合計量の範囲は2.0〜4.0％で、板厚の範囲は
0.10〜0.25mmで、なお且つ、結晶粒径も本発明範囲でな
ければならないことが分かる。
12W/kg以下、1.0T以上の磁気特性を確保することのでき
るSiとAlの合計量の範囲は2.0〜4.0％で、板厚の範囲は
0.10〜0.25mmで、なお且つ、結晶粒径も本発明範囲でな
ければならないことが分かる。
〔発明の効果〕 以上の如く本発明によれば、400Hz以上の高周波で優
れた磁気特性を有する無方向性電磁鋼板を提供すること
ができる。
れた磁気特性を有する無方向性電磁鋼板を提供すること
ができる。
第１図は結晶粒径と成分が鉄損に及ぼす影響を示したも
のである。 第２図は結晶粒径と成分が磁束密度に及ぼす影響を示し
たものである。 第３図は板厚と結晶粒径が鉄損に及ぼす影響を示したも
のである。 第４図は板厚と結晶粒径が磁束密度に及ぼす影響を示し
たものである。 第５図は周波数毎の鉄損の最良値を与える結晶粒径を示
したものである。 第６図は周波数毎の透磁率の最良値を与える結晶粒径を
示したものである。
のである。 第２図は結晶粒径と成分が磁束密度に及ぼす影響を示し
たものである。 第３図は板厚と結晶粒径が鉄損に及ぼす影響を示したも
のである。 第４図は板厚と結晶粒径が磁束密度に及ぼす影響を示し
たものである。 第５図は周波数毎の鉄損の最良値を与える結晶粒径を示
したものである。 第６図は周波数毎の透磁率の最良値を与える結晶粒径を
示したものである。
Claims (1)
- 【請求項１】SiとAlの合計量が2.0〜4.0％、C0.005％以
下、Mn1％以下、S0.01％以下、N0.01％以下で、残部が
鉄と不可避的不純物よりなる無方向性電磁鋼板であっ
て、板厚0.10〜0.25mmで、該鋼板の平均結晶粒径が５〜
60μｍである鉄損Ｗ5/700が12W/kg以下、磁束密度Ｂ
5/700が1.0T以上の優れた磁気特性を有する周波数400Hz
以上で使用される高周波用無方向性電磁鋼板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015755A JPH0814016B2 (ja) | 1990-01-25 | 1990-01-25 | 高周波用無方向性電磁鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015755A JPH0814016B2 (ja) | 1990-01-25 | 1990-01-25 | 高周波用無方向性電磁鋼板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03223445A JPH03223445A (ja) | 1991-10-02 |
| JPH0814016B2 true JPH0814016B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=11897594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015755A Expired - Lifetime JPH0814016B2 (ja) | 1990-01-25 | 1990-01-25 | 高周波用無方向性電磁鋼板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814016B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120156086A1 (en) * | 2009-09-03 | 2012-06-21 | Takeshi Kubota | Non-oriented electrical steel sheet |
| JP2011084778A (ja) * | 2009-10-15 | 2011-04-28 | Nippon Steel Corp | 高周波励磁用無方向性電磁鋼板 |
-
1990
- 1990-01-25 JP JP2015755A patent/JPH0814016B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03223445A (ja) | 1991-10-02 |
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