JPH1150209A

JPH1150209A - 無方向性電磁鋼熱延板

Info

Publication number: JPH1150209A
Application number: JP9210650A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kondo; 修近藤; Shigeaki Takagi; 重彰高城
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1999-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｐ添加鋼のもつ優れた磁気特性を熱延板にお
いて十分に享受し得る、新たな方途を開く。【解決手段】Ｐ：0.3 〜1.2 wt％を含有し、又はさら
にAl：2.5 wt％以下を含有し、残部が実質的に鉄の組成
になり、板厚が1.5mm 以下かつ表面酸化層の厚みを10μ
ｍ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、Siを７wt％以下で含有す
るけい素鋼板が専ら用いられてきた。

【０００３】ここで、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。

【０００４】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に勝るものはないというのが一般的見解であっ
た。

【０００５】しかしながら、発明者らがSi以外の合金元
素について電磁鋼板への適用を鋭意検討したところ、Fe
−Ｐ系の組成によって、電磁鋼板としてけい素鋼を凌駕
する特性が得られることを究明し、先に特開平９−4110
1 号公報において提案した。ここに、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、新たな電磁鋼組成が確立されたの
である。すなわち、特開平９−41101 号公報では、Ｐの
添加による加工性の劣化を、Ｃ及びＯを十分に低減する
ことで解消したところに特徴がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】さて、Ｐ添加鋼が抱え
る加工性の問題は、とくに冷間加工が難しい点にあり、
上記の成分組成の規制によって冷間圧延を可能にする手
法も極めて有効であるが、問題となる冷間加工を行わな
いこと、すなわち熱延板にＰ添加鋼を適用することもＰ
添加による磁気特性の改善効果を享受する、有効な方途
となり得る。すなわち、Ｐ添加鋼を熱延板で実用化する
ことによって、その欠点であった加工性の問題を回避し
て、磁気特性の改善効果を手中にできるのである。

【０００７】一方、昭和42年頃まで国内において製造さ
れていたけい素鋼熱延板は、Si：4.5 wt％を含有し、板
厚0.35mmのものでＷ_10/50は0.9W/kg の特性であった
が、磁束密度が例えば50Oe( 3980A/m)において1.45Ｔ程
度と低いことから、その需要が序々に減少していったの
である。なぜなら、けい素鋼熱延板において、磁束密度
及び鉄損の一方を改善すると他方が劣化するからであ
る。すなわち、Siによる電磁鋼板では、低鉄損化のため
にSi含有量を増すと飽和磁束密度が低下し、一方高磁束
密度化のためにSi含有量を低減すると、比抵抗が減少し
て鉄損が悪化する上、γ相変態域に移行するためα−γ
相変態点以下での焼鈍を余儀なくされ、高温での焼鈍が
不可能になる結果、粒成長が望めず履歴損失が低減でき
ないことから、ひいては鉄損がさらに悪化することにな
る。また、けい素鋼熱延板は、表面酸化層が厚いため、
鋼板の有効な部分（地鉄部）の占有率が低く製品にする
には、酸化層を除去する必要があり、コスト高の要因と
なっていた。

【０００８】従って、Ｐ添加鋼を熱延板として活用する
場合においても、上記したけい素鋼の熱延板における諸
問題を解決して始めて製品として通用するものとなる。
そこで、この発明の目的は、上記問題点を克服し、Ｐ添
加鋼のもつ優れた磁気特性を熱延板において十分に享受
し得る、新たな方途を開くことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者らの研究によれ
ば、けい素鋼熱延板が抱える上記問題のうち、磁気特性
については、Siに代えてＰを添加することによって、明
確な解決策を与えることができた。次に、発明者らは、
Ｐ添加鋼を熱延板として活用するための方途を鋭意究明
したところ、脱スケールせずに製品として使用する場
合、けい素鋼熱延板で問題となる占有率の低下は、添加
成分をＰにした上で板厚を制限することによって、解消
し得ることを知見した。

【００１０】すなわち、この発明は、Ｐ：0.3 〜1.2 wt
％を含有し、又はさらにAl：2.5 wt％以下を含有し、残
部が実質的に鉄の組成になり、板厚が1.5mm 以下かつ表
面酸化層の厚みが10μｍ以下であることを特徴とする、
無方向性電磁鋼熱延板である。

【００１１】次に、この発明の基礎となった実験につい
て詳細に記述する。まず、けい素鋼とＰ含有鋼の比較実
験について詳述する。Fe−0.7 wt％Ｐ、Fe−1.2 wt％S
i、Fe−4.5 wt％Si組成の素材を用いて実験した。素材
は、高周波真空溶解にて溶解し、その後、鋳造し、さら
に、熱間圧延のみで板厚0.5mm および0.8mm とし、仕上
げ焼鈍を施した。かくして得られた鋼板について、その
表面酸化層の厚みを測定し、さらにＢ₅₀（磁界5000A/m
いにおける磁束密度）および、Ｗ_15/50（周波数50Hzで
磁束密度1.5Tに励磁したときの鉄損）の測定を行った。
その測定結果を、表１に示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】同表から、Ｐ含有鋼は、けい素鋼と比較し
て表面酸化層が薄いことがわかった。また、Ｐ含有鋼
は、けい素鋼と比較して高磁束密度であることも明らか
になった。一方、鉄損に関しては、4.5 wt％Si鋼には劣
るが、これは、比抵抗が大きく違うためで、Si、Al等で
比抵抗を上げて低鉄損にすることも可能である。しか
し、本質的には4.5 wt％Si鋼は、磁束密度が低いため、
少なくともこの点において、Ｐ含有鋼板が有利であるこ
とが明らかである。

【００１４】さらに、Fe−0.5 wt％Ｐ組成の鋼塊を、熱
間圧延にて0.5 〜2.5 mmの種々の板厚とし、得られた熱
延板について、磁気特性および表面酸化層厚について調
査した。その調査結果を、図１及び２に示す。同図に示
すように、板厚が1.5 mm以下になると、磁気特性は向上
し、かつ表面酸化層の厚みも急激に減少することが明ら
かである。なお、表面酸化層の厚みは、鋼板の占有率を
98％以上にするために、10μｍ以下にすることが肝要で
ある。

【００１５】また、Fe−Ｐ−Al系にてＰおよびAlの含有
量を変化させた溶鋼を、高周波真空溶解炉にて溶解し、
鋳造後に熱間圧延を施して板厚0.5mm とし、さらに仕上
げ焼鈍を温度1200℃にて５分間施した。かくして得られ
た鋼板について、Ｗ_15/50を測定した結果を図３に示
す。同図から、Alを含有させることにより、鉄損が明ら
かに低減することがわかる。しかし、2.5 wt％を超えて
含有させても大きな効果がないのに反して、磁束密度が
極端に低下するため、2.5 wt％を上限とする。

【００１６】

【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の添加量は、同様
の製法による従来のけい素鋼板に比べて、磁気特性に優
れることを基準に、規定する。すなわち、Ｐの含有量が
0.3 wt％未満では、従来のけい素鋼板に対する磁気特性
の優位性が確保できない。一方、1.2 wt％を超えると、
磁気特性においてけい素鋼板に対する優位性が無くなる
上、脆化のために製品における打ち抜き性等を阻害す
る。従って、Ｐの含有量は0.3 〜1.2 wtwt％の範囲に限
定する。

【００１７】また、更なる低鉄損化のために、Alを含有
することが有効である。すなわち、鉄損を低下するため
に、好ましくは0.1 wt％以上で含有するが、2.5 wt％を
超えて含有させても鉄損改善効果は少なく、コスト上昇
を招くことになるから、2.5wt％以下に限定した。

【００１８】なお、Ｃは磁性を劣化させる元素であり、
いわゆる磁気時効を防止するために、0.02wt％以下とす
ることが望ましい。

【００１９】また鋼板の板厚は、鋼板の磁気特性とくに
鉄損、そして表面酸化層厚に関して極めて重要である。
すなわち、Ｐを含有する鋼板においては、けい素鋼板と
は板厚と鉄損との関係が異なるが、板厚が薄くなると低
鉄損となるのは同様である。特に、従来の電磁鋼板に対
する優位性を保つには、板厚を1.5mm 以下とすることが
必要である。なぜなら、板厚が1.5mm を超えると、Ｐ含
有鋼板の場合は特に鉄損が増加しやすく、また表面酸化
層の厚みが10μｍをこえることになるためである。な
お、板厚を0.35mmより薄くしても、それ以上の改善効果
が得られず、しかも熱間圧延が不能になることから、下
限を0.35mmとすることが好ましい。

【００２０】

【実施例】

実施例１表２に示す成分を含有し、残部実質的にFeからなるＰ含
有鋼およびけい素鋼スラブを、厚さ0.8mm まで熱間圧延
したのち、コイルに巻き取り、その後乾燥水素及び乾燥
窒素の混合雰囲気中にて、850 ℃及び1150℃で３分間の
仕上げ焼鈍を施し、次いで絶縁皮膜を被成した。かくし
て得られた製品板の磁気特性、表面酸化層厚及び鋼板の
地鉄部分の占有率の測定結果を、表２に併記する。

【００２１】No. １は、Ｐの含有量が下限未満である比
較例であり、鉄損が高く、けい素鋼に対する優位性がな
いことがわかる。No.10 は、Ｐ含有量が上限をこえる比
較例であり、磁気特性が急激に悪化していることがわか
る。No. ６及び７は、けい素鋼を素材とした比較例であ
り、この発明に従うNo. ３，４，５，８及び９に比べ、
磁束密度が低いことがわかる。なお、鉄損は、けい素鋼
に比べて同等（No. ５，８とNo. 7 ）か、それ以上であ
る。また、酸化物層厚は、この発明に従う例で全て10μ
ｍ以下となった。

【００２２】

【表２】

【００２３】実施例２表３に示す成分を含有し、残部実質的にFeからなるFe−
Ｐ−Al鋼スラブを、厚さ0.8mm まで熱間圧延したのち、
コイルに巻き取って、その後乾燥水素及び乾燥窒素の混
合雰囲気中にて、1200℃で３分間の仕上げ焼鈍を施し、
次いで絶縁皮膜を被成した。かくして得られた製品板の
磁気特性、表面酸化層厚及び占積率の測定結果を、表３
に併記する。

【００２４】No. １及び５は、Al含有量が少なく、高温
焼鈍時にγ相が現れて磁気特性が劣化した比較例であ
る。No. ４，７，10は、Al含有量が上限をこえた結果、
磁束密度が低下した比較例である。No. ２，３，６，
８，９は、この発明の範囲にあり、それぞれ良好な磁気
特性を示している。また、酸化物層厚は、この発明に従
う例で全て10μｍ以下となった。

【００２５】

【表３】

【００２６】実施例３Ｐを0.5 wt％含有し、残部実質的にFeからなる鋼スラブ
を、0.8 〜2.5 mmの種々の厚さに熱間圧延したのち、70
0 ℃でコイルに巻き取ったのち、各板について表面酸化
層厚を測定した。その後、絶縁皮膜を被成し、磁気特性
及び占積率を測定した。その結果を、表４に示す。

【００２７】No. １，２及び３は、板厚が厚いため、磁
気特性が劣化した比較例であり、酸化物層厚も10μｍを
こえている。これに対して、この発明に従う例は全て10
μｍ以下となった。

【００２８】

【表４】

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、無方向性熱延鋼板に最適な素材を安価に提供するこ
とができ、とくに熱間圧延のみで、無方向性けい素鋼板
に匹敵する、極めて有利な電磁鋼板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面酸化層厚と板厚との関係を示す図である。

【図２】鉄損と板厚との関係を示す図である。

【図３】磁気特性とAl含有量との関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｐ：0.3 〜1.2 wt％を含有し、残部が実
質的に鉄の組成になり、板厚が1.5mm 以下かつ表面酸化
層の厚みが10μｍ以下であることを特徴とする、無方向
性電磁鋼熱延板。
【請求項２】Ｐ：0.3 〜1.2 wt％及びAl：2.5 wt％以
下を含有し、残部が実質的に鉄の組成になり、板厚が1.
5mm 以下かつ表面酸化層の厚みが10μｍ以下であること
を特徴とする、無方向性電磁鋼熱延板。