JPH0941101A

JPH0941101A - 電磁鋼板

Info

Publication number: JPH0941101A
Application number: JP7194859A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Takagi; 重彰高城; Kozo Sumiyama; 浩三角山
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-10
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JP3887833B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁鋼板として珪素鋼を凌駕する特性、すな
わち高い飽和磁束密度を有し、従来材と対比した場合
に、鉄損および磁束密度のいずれか一方が同一水準にあ
るときに残る他方の特性を格段に向上し得ること、しか
も加工性や合金コストの面でも珪素鋼板よりも優位にあ
ること、を新たな合金組成によって達成する。【解決手段】Ｐ：0.2 〜1.2 wt％を含有し、かつＣ：
0.01wt％以下およびＯ：0.01wt％以下に抑制し、残部が
実質的にFeからなり、板厚が1.0mm 以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、変圧器や電動機
の鉄芯材料として有利に適合する電磁鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】変圧器や電動機の鉄芯材料には、これら
機器の高効率化や小型化をはかるために、磁束密度が高
くかつ鉄損の低いことが要求される。この種の鉄芯材料
に供する電磁鋼板としては、上記の要求を満足する、優
れた特性を有するところから、専ら珪素鋼板が用いられ
てきた。すなわち、合金成分としてSiを７wt％以下で含
有する電磁鋼板であり、さらにAlを含有させて特性向上
をはかった例も広く知られている。

【０００３】さて、電磁鋼板は大別して無方向性と方向
性とがあるが、成分組成面での主要な相違点は、方向性
電磁鋼板では再結晶において(110) 001 方位に近い結晶
粒のみを優先的に成長させて他の方位の結晶粒の成長を
抑制するために、微量のインヒビター形成成分を添加す
るところにある。

【０００４】ところで、Siを含有させると鉄損が低減さ
れる反面、磁束密度は低下する。そして、磁束密度が低
いと励磁電流が大きくなるため、鉄芯の巻線に起因した
銅損が増加することになる。そこで、この銅損の増加を
回避するために、透磁率を極力高くして一定磁界での磁
束密度を高める技術の開発が進められてきた。しかし、
材料固有の飽和磁束密度は上昇しないから、この種の改
良には限界がある。

【０００５】一方、Si以外の合金元素については、磁気
特性、機械的特性とくに加工性および合金コストのいず
れかの特性においてSiよりも優れる元素もあるが、総合
的にはSiに勝るものが見当たらないのが現状である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
電磁鋼板として珪素鋼を凌駕する特性、すなわち高い飽
和磁束密度を有し、従来材と対比した場合に、鉄損およ
び磁束密度のいずれか一方が同一水準にあるときに残る
他方の特性を格段に向上し得ること、しかも加工性や合
金コストの面でも珪素鋼板よりも優位にあることを、新
たな合金組成によって達成しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ここに、「鉄と鋼」の第
21年第８号の第13〜25頁には、鉄の磁気的性質に及ぼす
Ｐの影響についての報告があり、Ｐを１wt％以下、とり
わけＰを0.7 〜0.8 wt％で含有させることによって、磁
気的性質が向上することが記載されている。すなわち、
鉄にＰを添加すると、透磁率および電気抵抗を上げると
いう、Siと同様の効果をもたらすことが示されている。

【０００８】しかし、このＰ含有鋼を電磁鋼板として供
用するには、製板加工によって薄板にすることが必須で
あるが、発明者らの実験によれば、得られる薄板は極め
て脆く、曲げによって簡単に破断するため、電磁鋼板と
して使用することが困難であった。また、磁気特性につ
いても、同様の製法によって同等の厚みとした、珪素鋼
板に及ばないことも確認された。

【０００９】ところが、上記実験の一環として、鋼に不
可避的に混入する不純物の影響を調べるうちに、ＣとＯ
とを同時にかつ十分に低減すれば、製板後に180 °曲げ
を行っても破断しないＰ含有鋼板が得られることを見出
した。しかも、この手法によって脆化を抑制した、Ｐ含
有鋼板の磁気特性は、珪素鋼板のそれを上回る水準にま
で到ることも明らかになった。この発明は、かかる知見
に基づくものである。

【００１０】すなわち、この発明は、Ｐ：0.2 〜1.2 wt
％を含有し、かつＣ：0.01wt％以下およびＯ：0.01wt％
以下に抑制し、残部が実質的にFeからなり、板厚が1.0m
m 以下であることを特徴とする電磁鋼板である。

【００１１】ここで、0.2 〜1.2 wt％のＰに加えて、フ
ェライト形成元素を合計で0.1 〜5.0 wt％含有すること
が、磁束密度および鉄損をともに向上するのに有利であ
る。また、方向性電磁鋼板に供する場合は、インヒビタ
ー形成成分を合計で0.2 wt％以下含有することが好まし
い。

【００１２】この発明は、無方向性および方向性のいず
れの電磁鋼板にも適用できる。方向性の場合には、珪素
鋼板において公知の２次再結晶あるいは３次再結晶の技
術を同様に生かすことができる。

【００１３】さて、Ｐ含有鋼において、ＣおよびＯを同
時にかつ十分に低減することによって、加工性および磁
気特性の向上が達成されるのは、健全な製板加工が実現
されるためと考えられる。すなわち、製板後の材質が脆
弱であると、製板加工時に導入されるマイクロクラック
等が磁気特性を劣化させ、Ｐ含有による本来の特性が阻
害されるのに対して、健全な加工が実現されると、Ｐ含
有による本来の特性が維持されるのである。

【００１４】従来、この点が明らかにならなかったの
は、ＰはSiに比べると脱酸能が低いため、ＣおよびＯを
ともに低い含有量で製造することが困難であったことに
起因するところが大きいと考えられる。これに対して、
発明者らは、高真空の高周波誘導溶解炉を用いて、Ｃの
添加調整によって真空溶解時のＣおよびＯを同時に低減
し、低Ｃかつ低ＯのＰ含有鋼を溶製し供試材を作製し、
以下に示す実験を行ったのである。

【００１５】次に、この発明の基礎となった、実験結果
について詳述する。この実験では、Fe−0.6 wt％ＰとFe
−1.1 wt％Siの組成になる鋼板を比較した。両者は、合
金の電気抵抗が同等になる組成である。すなわち、高真
空の高周波誘導溶解炉で溶解して得た溶鋼を鋳造し、そ
の後熱間および冷間圧延を行い、0.35mm厚に製板した。
次いで、乾水素雰囲気中で900℃で60min の焼鈍を施し
た。かくして得られた鋼板について、磁気特性として、
磁束密度Ｂ₅₀（磁界５kA/mにおける値）および鉄損Ｗ
_15/50（磁束密度1.5 Ｔ、周波数50Hzにおける値) を測
定した。また、脆化の度合を簡単に評価するため、鋼板
をそのまま180 °に折り曲げて破損するかどうかを調べ
た。

【００１６】ここで、Fe−0.6 wt％Ｐ系組成の鋼板は、
Fe−1.1 wt％Si組成の鋼板よりもＣ量およびＯ量の双方
が低減されにくいため、Fe−４wt％Ｃの加炭剤を添加し
て、種々のＣ，Ｏ量の組み合わせの鋳造品を作った。な
お、この実験における成分組成は、鋳造後の分析値であ
る。

【００１７】上記の磁気特性の測定結果および曲げ加工
による破損の有無について、表１に示すように、Ｃおよ
びＯを同時に低減することにより、脆化は抑制されかつ
磁気特性が向上することがわかる。なお、この実験では
焼鈍を一条件で行ったが、後述の実施例に示すように高
温焼鈍を行えば、さらに鉄損を低下することができる。

【表１】

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の各成分組成の
限定理由について説明する。まず、Ｐの含有量は、同様
の製法による従来の珪素鋼板に比べて、磁気特性に優
れ、しかも製板が可能であることを基準に、規定され
る。すなわち、Ｐの含有量が0.2 wt％未満では、従来の
珪素鋼板に対して磁気特性の優位性が確保できない。一
方1.2 wt％を越えると、加工性が著しく劣化し製板が困
難になり、かつ磁気特性においても珪素鋼板に対する優
位性がなくなる。従って、Ｐの含有量は0.2 〜1.2 wt％
の範囲に限定する。

【００１９】ＣおよびＯは、Ｐを含有する電磁鋼板の磁
気特性と加工性を確保するために、同時に低減すること
が必須である。特に、加工性においては、双方を低減す
ることによってＰの脆化作用を抑制できる。これは、Ｐ
の脆化作用が、鉄の粒界のＰそしてＣおよびＯの濃化に
より、何らかの相乗効果によって現れるためと考えら
れ、ＣおよびＯを同時にかつ十分低減すれば、Ｐの弊害
が回避できるのである。すなわち、ＣおよびＯをともに
0.01wt％以下に抑制すると、磁気特性および加工性をと
もに向上することができる。

【００２０】とりわけ、Ｐの含有量が多い場合には、そ
れに応じてＣおよびＯをさらに低減することにより、加
工性の問題が解消される。すなわち、Ｐ含有量が0.2 〜
0.4wt％の場合はＣおよびＯを0.004 ％以下に抑制し、
Ｐ含有量が0.4 ％を越える場合はＣおよびＯを0.002 ％
以下に抑制することが好ましい。従って、ＣおよびＯ
は、ともに0.01％以下、好ましくは0.004 ％以下、より
好ましくは0.002 ％以下に抑制する。

【００２１】また、鋼板の板厚は、鋼板の磁気特性、と
くに鉄損において重要である。Ｐを含有する鋼板におけ
る板厚と鉄損との関係は、珪素鋼板における関係と微妙
に異なるが、板厚が薄くなると低鉄損となるのは同様で
ある。特に、従来の珪素鋼板に対する優位性を保つに
は、板厚を1.0mm 以下とする必要がある。なぜなら、板
厚が1.0mm をこえると、Ｐ含有鋼板の場合はとくに鉄損
が増加しやすい。これは、電気抵抗が比較的低いために
渦電流損失の割合が多く、その結果、板厚が厚くなると
鉄損が急激に増加するからである。後に示す実施例から
わかるように、この限界の厚みは経験的に1.0 mmの程度
である。なお、板厚を0.01mmより薄くしても、それ以上
の改善効果が得られず、加工も困難になることから、下
限を0.01mmとすることが好ましい。

【００２２】さらに、磁気特性を向上するのに、フェラ
イト形成元素をＰとともに添加することが有効である。
すなわち、フェライト形成元素を添加することによっ
て、第１に固溶によって固有抵抗を増して渦電流損失を
低減すること、第２に900 ℃以上でもオーステナイト相
が析出しにくくなるため、高温での結晶成長が速くな
り、ひいてはヒステリシス損失が低減する。

【００２３】ここで、フェライト形成元素としては、S
i, Al, CrおよびSnが有利に適合し、さらにBe, Ti,
Ｖ，Zn, Ga, Ge, As, Se, Mo, SbおよびＷ等も利用でき
る。これらフェライト形成元素の添加量は、その１種ま
たは２種以上合計で0.1 wt％未満では効果が得られず、
一方5.0 wt％を越えると加工性や磁気特性がかえって劣
化する。従って、フェライト形成元素の合計量を、0.1
〜5.0 wt％とする。

【００２４】また、電磁鋼板に方向性を与えるには、い
わゆるインヒビターを形成する成分を添加することが有
効であり、具体的には、Mn，Al, ＳまたはSeを0.005 〜
0.2wt％の範囲で含有する。なお、上記ＳおよびSeは、
後述する最終焼鈍において飛散するため、製品において
は実質的に含有されることはない。すなわち、Mn，Al,
ＳまたはSeは、AlN, MnSまたはMnSeとして鋼中に微細析
出してインヒビターを形成するのに必要であり、これら
のうち１種または２種以上の含有が必要である。この目
的のためには、0.005 wt％以上の含有が必要であるが、
0.2 wt％をこえると、微細に分散析出させることが困難
となってインヒビターの機能が低下するため、0.005 〜
0.2 wt％の範囲で含有する。なお、２種以上を含有させ
る場合は、個々の成分を0.005 〜0.04wt％の範囲に制限
することが好ましい。

【００２５】なお、この発明に従う電磁鋼板は、以下に
示す工程に従って製造することができる。まず、原材料
としては極力純度の高いものを用いる。原料の純度が低
いと鋳造時のＣとＯを同じに低減することが難しくなる
からである。主原料の鉄におけるＯ量は0.01wt% 以下お
よびＣ量は0.001 wt% 以下が望ましい。Ｐは15〜30 ％
Ｐ程度のフェロりんを用いる。溶解は高真空、10^-3Torr
以下、望ましくは10^-5Torr 以下の減圧雰囲気で行う。
溶解時に適宜Ｃを追加し、ＣとＯを反応させてＣＯガス
として除去し、所望の低Ｃ、低Ｏとする。つづいて鋳造
し、粗圧延したのち、１〜５mm厚まで熱間圧延する。通
常の電磁鋼板と同様の工程を適用することができる。つ
ぎに冷間圧延を行うが、その前に 900〜1200℃で焼鈍す
ると、冷間圧延時の圧延欠陥が出にくくなる。冷間圧延
は所定の厚みまで複数回に分けて行うことができる。ま
た、 100〜400 ℃の温間圧延を行ってもよい。その後、
無方向性の鋼板については、水素中で 800〜1300℃の焼
鈍を施す。方向性の鋼板については、このあとさらに冷
間圧延して1100〜1300℃で10h 以上の真空焼鈍を行う。
真空度は圧力10^-4Torr 以下の高真空とする。

【００２６】

【実施例】

実施例１真空中の高周波溶解によって表２および３の組成に成分
調整した複数種の合金鉄鋳片を、1300℃に加熱後、熱間
圧延して2.8mm 厚とし、引き続き冷間圧延によって表２
および３に示す厚みとし、次いで乾水素雰囲気中で900
〜1200℃、60min の焼鈍を施した。なお、いずれの鋳片
においても、Mnを0.02wt％で含有させた。また、Ｓの残
存量は0.002 wt％程度のごく微量であった。

【００２７】かくして得られた鋼板を、エプスタイン試
料に切断し、磁気特性すなわち、磁束密度Ｂ₅₀（磁界５
kA/mにおける値）および鉄損Ｗ_15/50（磁束密度1.5
Ｔ、周波数50Hzにおける値) を測定した。さらに、加工
性を評価するために、同様の試料を直径２mmの丸棒を用
いて曲率半径１mmまで曲げ、180 °曲げが可能であるか
どうかを調べた。また、比較のために、Ｐを含有しない
組成の鋼板を用いて、同様の調査を行った。これらの調
査結果を、鋼板の焼鈍温度、組成および板厚に合わせて
表２および３に示す。なお、表２および３の成分組成に
おいて、Siにおける0.02wt％以下およびＰにおける0.01
wt％以下の含有は、いずれも不可避混入分である。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】表２および３において、試料１は通常の電
磁軟鉄板であり、試料２と３、４と５、および12（また
は13）と14（または26, 27) の各組は、それぞれ同程度
の量のSiとＰとを含有したものである。同表の結果か
ら、Ｐの含有量が0.2 wt％以上の場合、珪素鋼板に比べ
て、磁束密度が高くかつ鉄損が低くなることがわかる。
ただし、試料31のように、Ｐが1.2 wt％をこえるとかえ
って特性が劣化するため、試料８の珪素鋼に対しての優
位性が無くなる。

【００３１】また、試料５〜11と14〜22とは、それぞれ
同程度のＰを含有する場合のＣおよびＯ量の影響を比較
するためのものである。ＣおよびＯは、いずれも0.01wt
％以下であれば、珪素鋼板に対して特性上の優位性が確
保できる。Ｐが0.2 wt％程度の場合には、ＣおよびＯが
0.004 wt％以下であればさらに好ましく、Ｐが0.6 wt％
程度の場合には、ＣおよびＯが0.002 wt％以下であれば
なお一層好ましいことがわかる。

【００３２】試料27〜30は、板厚の影響を示している。
すなわち、板厚が1.0mm 以下であれば、試料２や４の珪
素鋼薄鋼板よりも、むしろ低鉄損となっている。

【００３３】試料14および23〜25は、Ｐを含有する鋼板
に対するSiの添加効果を示すものである。すなわち、Si
を0.1 wt％以上添加することにより、さらに磁気特性が
向上する。また、試料32と33、34と35、36と37、38と3
9、40と41の各組は、Ｐを含まずにSi, Al, Cr, Sn等を
合金成分とする鋼板と、Ｐ含有鋼に、これらの成分を、
その添加量を減らして添加した鋼板とを、それぞれ比較
している。Si, Al, Cr,Snの合計含有量が5.0 wt％以下
であれば、Ｐとの複合添加により、優れた磁気特性が得
られている。

【００３４】実施例２真空中の高周波溶解によって、SiおよびＰは表４に示す
種々の含有量に、さらにＣ：0.003 wt％、Ｏ：0.003 wt
％、Mn：0.07wt％およびＳ：0.017 wt％を共通して含む
成分に調整した複数種の合金鋳片を、1300℃に加熱後、
熱間圧延して2.0mm 厚とし、引き続き冷間圧延によって
0.20mm厚とし、次いで乾水素雰囲気中で800 ℃で60min
の焼鈍を施した。さらに最終厚みまで冷間圧延し、１×
10^-5Torrの真空中にて、1200℃で24ｈの焼鈍を施した。
なお、焼鈍鋼板のＳ量はいずれも0.002 wt％のごく微量
であった。また、比較のために、Ｐを含有しない組成の
鋼板も同様に作製した。

【００３５】かくして得られた鋼板は、単板測定法を用
いて磁気特性すなわち磁束密度Ｂ₈（磁界800A/mにおけ
る値）および鉄損Ｗ_17/50（磁束密度1.7 Ｔ、周波数50
Hzにおける値) を測定した。これらの調査結果を、鋼板
の焼鈍温度、組成および板厚に併せて表４に示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】表４において、試料１と２は、それぞれ同
程度のSiとＰを含有する場合の比較であるが、珪素鋼は
３次再結晶が不完全であるために磁束密度Ｂ₈が低く、
また鉄損Ｗ_17/50が高い。これに対して、Ｐ含有鋼は、
３次再結晶が進行したため、極めて高いＢ₈と極めて低
いＷ_17/50が得られた。これは、試料６の３wt％Si鋼よ
りもむしろ優れた特性である。

【００３８】試料２〜５は、同一成分組成における、板
厚の影響を比較したものである。板厚が薄くなると、鉄
損が低減して好ましいが、0.01mm未満になると磁束密度
が低下し、鉄損もそれ以上は低くならない。

【００３９】試料７は、ＰとともにSiを添加した例であ
り、試料２のＰのみの場合よりも更に低い鉄損が得られ
る。また、試料６の珪素鋼板にくらべ、磁束密度と鉄損
の双方において優れている。

【００４０】

【発明の効果】この発明によれば、加工性の問題を回避
しつつ、従来の珪素鋼板よりも優れた磁気特性の電磁鋼
板を、合金コストの低減の下に安価に提供できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｐ：0.2 〜1.2 wt％を含有し、かつＣ：
0.01wt％以下およびＯ：0.01wt％以下に抑制し、残部が
実質的にFeからなり、板厚が1.0mm 以下であることを特
徴とする電磁鋼板。
【請求項２】Ｐ：0.2 〜1.2 wt％を含み、さらにフェ
ライト形成元素を合計で0.1 〜5.0 wt％含有し、かつ
Ｃ：0.01wt％以下およびＯ：0.01wt％以下に抑制し、残
部が実質的にFeからなり、板厚が1.0mm 以下であること
を特徴とする電磁鋼板。
【請求項３】Ｐ：0.2 〜1.2 wt％を含み、さらにイン
ヒビター形成成分を合計で0.2 wt％以下含有し、かつ
Ｃ：0.01wt％以下およびＯ：0.01wt％以下に抑制し、残
部が実質的にFeからなり、板厚が1.0mm 以下であること
を特徴とする電磁鋼板。
【請求項４】Ｐ：0.2 〜1.2 wt％を含み、さらにSi,
Al, CrおよびSnの１種または２種以上を合計で0.1 〜5.
0 wt％並びにインヒビター形成成分を合計で0.2 wt％以
下含有し、かつＣ：0.01wt％以下およびＯ：0.01wt％以
下に抑制し、残部が実質的にFeからなり、板厚が1.0mm
以下であることを特徴とする電磁鋼板。