(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
MgO を塗布して行う最終仕上げ焼鈍を経た含けい素鋼板において、下記の式（１）にて定める鋼板の局所磁束密度標準偏差の励磁磁束密度に対する比率ｒが0.15以下に均一に分布したことを特徴とする鉄損の低い方向性電磁鋼板。
記
【数１】
0003914270.tif 000007
【請求項２】
含けい素鋼板スラブを熱間圧延し、ついで１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して最終板厚したのち、脱炭、１次再結晶焼鈍を施し、しかるのちに２次再結晶焼鈍、ついで純化焼鈍を施す一連の工程によって、一方向性けい素鋼板を製造するに当たり、２次再結晶前の鋼板に３〜10％の均一な歪を導入したのち、MgO を塗布し、その後板幅方向にわたる10℃／cm以上の温度勾配を与えながら昇温して２次再結晶を完了させる２次再結晶焼鈍を行うことによって、下記の式（１）で定めたｒが0.15以下となることを特徴とする鉄損の低い方向性電磁鋼板の製造方法。
記
【数２】
0003914270.tif 000008
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、変圧器やその他の電気機器の鉄心に用いて好適な低鉄損方向性電磁鋼板に関するるものである。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板は変圧器やその他の電気機器用鉄心として利用され、磁気特性に優れること、中でも鉄損の低いことが要求される。この鉄損は概ねヒステリシス損と渦電流損の和で表すことができ、ヒステリシス損は強い抑制力をもつインヒビターを用いることにより、結晶方向をゴス方位、すなわち｛110 ｝＜001 ＞方位に高度に集積させること、磁化したとき磁壁移動の際のピンニング因子の生成原因となる不純物元素を低減させること、等により大幅に低減されてきた。一方、渦電流損については、Si含有量を増加して電気抵抗を増大させること、鋼板板厚を薄くすること、鋼板地鉄表面に地鉄と熱膨張係数の異なる皮膜を形成して地鉄に張力を付与すること、結晶粒の微細化により磁区幅を低減すること、等によって低減が図られてきた。
【０００３】
さらに渦電流損を低減すべく鋼板の圧延方向とほぼ垂直な方向に磁極を導入し、180 度磁区を細分化する方法が開発されており、非耐熱型磁区細分化法としてレーザー光（特公昭57−2252号公報）、プラズマ炎（特開昭62−96617 号公報）等を照射する方法、耐熱型磁区細分化法としては、２次再結晶後の鋼板に機械的加工により溝を形成する方法（特公昭50−35679 号公報）、仕上焼鈍前に圧延方向と直角な方向に線状の刻み目を導入する方法（特公平３−69968 号公報）などがそれぞれ開示されている。
【０００４】
また、特開昭54−40223 号公報には結晶の〔001 〕方位の圧延面からの傾斜角を適正に制御することで渦電流損を低減する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来は、ヒステリシス損低減のためには結晶方位のゴス方位への集積が、渦電流損の低減のためには圧延方向の磁区幅の低減が主に図られてきたが、これらの方法のみによっては今まで以上の大幅な鉄損の改善は期待できない。
方向性電磁鋼板は多数の結晶粒から成る多結晶体であり、鋼板内では部分ごとにその磁気特性が異なっているが、これまで局所的な磁気特性の変化については問題とされてこなかった。
【０００６】
本発明は、このような鋼板内の局所的な磁気特性（特に磁束密度）の分布状態を改善し、従来にも増して鉄損の低い方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
本発明は、MgO を塗布して行う最終仕上げ焼鈍を経た含けい素鋼板において、下記の式（１）にて定める鋼板の局所磁束密度標準偏差の励磁磁束密度に対する比率ｒが0.15以下に均一に分布したことを特徴とする鉄損の低い方向性電磁鋼板であり、
記
【０００８】
【数３】
0003914270.tif 000002
【０００９】
また、本発明は、含けい素鋼板スラブを熱間圧延し、ついで１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して最終板厚したのち、脱炭、１次再結晶焼鈍を施し、しかるのちに２次再結晶焼鈍、ついで純化焼鈍を施す一連の工程によって、一方向性けい素鋼板を製造するに当たり、２次再結晶前の鋼板に３〜10％の均一な歪を導入したのち、MgO を塗布し、その後板幅方向にわたる10℃／cm以上の温度勾配を与えながら昇温して２次再結晶を完了させる２次再結晶焼鈍を行うことによって、下記の式（１）で定めたｒが0.15以下となることを特徴とする鉄損の低い方向性電磁鋼板の製造方法である。
【００１０】
記
【００１１】
【数４】
0003914270.tif 000003
【００１２】
【作用】
以下本発明の基礎となった研究結果について説明する。
方向性電磁鋼板の鉄損はヒステリシス損と渦電流損からなるが、前者は磁壁移動の妨げとなる不純物元素量と結晶方位のゴス方位への集積度によって決定され、後者は板厚、比抵抗、磁区幅によって決定されると考えられている。しかしながら、現実の多結晶体鋼板においては鉄損をこれらの因子のみで説明するには至っていない。
【００１３】
本発明者らは、常法により製造した種々の方向性電磁鋼板から圧延方向 280mm、圧延垂直方向 100mmの試片を切り出し、単板磁気測定器によりＢ8 及びＷ17/50 を測定した。ここでＷ17/50 は磁束密度 1.7Ｔ、周波数50Hzにおける鉄損測定値であり、Ｂ8 は磁化力 800Ａ／ｍにおける磁束密度を示す。
これらの試片からＢ8 が 1.920Ｔから 1.930Ｔのものを選別した後、磁区観察により圧延方向の平均磁区幅を求めた。図２は平均磁区幅と鉄損Ｗ17/50 の関係を示す測定図である。図２中の試片はＢ8 が同等であることから、〔001 〕方位の圧延方向への集積度は同一レベルであるといえる。
【００１４】
図２は、平均磁区幅が同じであっても鉄損は同じではないという結果となっている。
図２のように、平均磁区幅、結晶方位集積度の平均値などの条件が同等であるにもかかわらず、鉄損の異なる試片について、本発明者らはその原因を明らかにするため、鋼板の局所的領域における磁束密度の分布の測定を行った。局所的な磁束密度は、鋼板全体の最大磁束密度が 1.7Ｔになるように励磁した際の鋼板の圧延垂直方向の10mmの幅の領域を通過する磁束の圧延方向の成分を「探針法」と呼ばれる方法を用いて測定した。
【００１５】
ここで探針法とは、鋼板の磁化方向と垂直な方向に並ぶ２本の針を、地鉄部分に接触させることにより、サーチコイルと同様の局所的な磁束密度を非破壊で測定することのできる方法である。
局所領域の磁束密度は鋼板全幅で 1.7Ｔを平均として、1.30Ｔ〜1.90Ｔ程度に変化している。このような鋼板内における局所的な磁束密度の変化を下の式(1) のように定量化した。
【００１６】
【数５】
0003914270.tif 000004
【００１７】
式(1) のｒの意味するところは、局所的な磁束密度変化の標準偏差の励磁磁束密度に対する比率である。
局所磁束密度の測定点は圧延方向、圧延垂直方向にそれぞれ10mmの間隔をおいて設定し、鋼板の圧延方向中央の約 200点に対して測定を行った。
図２に示した試片全てについてｒを算出し、ｒの値によって、図３、図４の関係を得た。
【００１８】
図３は平均磁区幅0.22〜0.24mmの試片について、ｒとＷ17/50 の関係を示したものである。ｒの増大に従ってＷ17/50 は増大しており、図２で見られた同一磁区幅の試片に対する鉄損のばらつきの原因は、ｒとして定量化した鋼板内の磁束密度の不均一にあることが明らかである。
図４は図２をｒの値によって分類した結果である。図３、図４よりｒが0.15以下であるような鋼板において低鉄損が安定して得られている。またｒが0.10以下でかつ平均磁区幅が0.23以下の場合には更なる低鉄損が得られている。
【００１９】
以上の結果から、圧延方向の磁区の幅を低減するとともに鋼板全体にわたる局所磁束密度変化を均一化し、ｒを0.15以下とすることで鉄損の低い製品を得られることがわかった。
【００２０】
なお、以上の結果は素材Ｂ8 レベルが1.92〜1.93Ｔの材料についての調査結果であるが、これ以上のＢ8 レベルの材料の場合も同様の結果であった。
また式(1) のｒを求める際の局所磁束密度の測定は幅10mmの領域の局所磁気測定の場合、圧延垂直方向の間隔が20mm以下、圧延方向の間隔が50mm以下で行うことが望ましい。
【００２１】
このように、局所的な磁束密度の分布を均一にすることで鉄損の低い方向性電磁鋼板が得られた理由は以下のように考えられる。
方向性電磁鋼板の鉄損のうち、６割程度を占める渦電流損は、Pry とBeanの計算によれば、磁束密度正弦波域では、磁区幅、磁束密度の２乗にそれぞれ比例して増大する。従来は鋼板内の磁束密度の分布については考慮されず、渦電流損の低減のためには磁区幅の低減が図られていた。しかしながら、図３に示した結果のように、鋼板内局所で磁束密度は大きく変化している。したがって、磁束が局所的に集中した部分では渦電流損が急激に増大し鋼板全体の鉄損も増大する。また、実際の鋼板においては、結晶粒ごとに磁区幅が異なっており、磁区幅が広い結晶粒は結晶の〔001 〕方位の圧延面に対する傾斜角が小さく、磁束が集中し易いため、局所的な鉄損は他の粒にくらべて著しく増大するという現象が起こる。
【００２２】
本発明では、このような多結晶体における磁束密度の分布を均一化することによって、鉄損が局所的に増大する部分を無くし、鉄損の低い製品を得ることができたといえる。
本発明において、式(1) のｒの上限を0.15としたのは、ｒが0.15を超えると、上記のような機構により鉄損の上昇が起こり安定して低鉄損の製品が得られなくなるからである。
【００２３】
このような磁束密度分布が均一である鋼板を得るための製造方法として、本発明者らは、含けい素鋼板スラブを熱間圧延し、ついで１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して最終板厚したのち、脱炭、１次再結晶焼鈍を施し、しかるのちに２次再結晶焼鈍、ついで純化焼鈍を施す一連の工程によって、一方向性けい素鋼板を製造するに当たり、２次再結晶前の鋼板に３〜10％の均一な歪を導入したのち、MgO を塗布し、その後板幅方向にわたる10℃／cm以上の温度勾配を与えながら昇温して２次再結晶を完了させる２次再結晶焼鈍を行うことを特徴とする鉄損の低い方向性電磁鋼板の製造方法を確立した。
【００２４】
この方法によってｒが0.15以下となる磁気特性の優れた鋼板が得られる理由は以下のように推定できる。
２次再結晶に先立つ均一歪の導入によって粒界移動の駆動力となる転移が鋼板中にもたらされ、これに板幅方向の温度勾配が加わることによって、鋼板の板幅方向への２次再結晶成長が促進される。このような板幅方向への２次再結晶粒の十分な成長によって幅方向の２次再結晶組織が均一化し、その結果として、磁束密度の分布も均一なものとなり、磁束密度分布の不均一に起因する鉄損劣化のない鉄損の低い方向性電磁鋼板が安定して得られるものと思われる。
【００２５】
ここで、均一歪の導入量が10％を超えると目的の鋼板が得られ難い。その理由は、過度の転移導入によって、ゴス方位粒の優先成長が阻害されたからであると考えられる。
因みに、Siを3.3 ％含む0.23mm厚さの方向性電磁鋼板の製造にあたって２次再結晶焼鈍に先立ち、鋼板に軽い圧延により０％、１％、３％、５％、10％、15％、20％の歪導入後、傾斜焼鈍炉によって、板幅方向に温度勾配０℃／cm、５℃／cm、10℃／cm、30℃／cm、50℃／cmの温度勾配を与えながら昇温して２次再結晶を完了させる２次再結晶焼鈍を行った後、探針法によって式(1) のｒを測定した。ｒと鉄損レベルについて整理した結果を図１に示す。ｒが0.15以下をみたす鋼板が得られた場合を☆で示し、その中でも0.80Ｗ／kg以下の鉄損が得られた場合を★で示してある。平均磁区幅はいずれの鋼板も0.24mm以下であった。図１より、２次再結晶前に導入する均一歪が３％〜10％でかつ昇温ないし２次再結晶進行時の板幅方向の温度勾配が10℃／cm以上の条件で、ｒが0.15以下をみたす鋼板が得られ、これらのうちのほどんどがＷ17/50 で0.80Ｗ／kgとなっている。
【００２６】
【実施例】
実施例１
重量％でSi：3.31％、Ｃ：0.069 ％、Mn：0.069 ％、Ｓ：0.023 ％、Al：0.021 ％、Ｎ：0.0083％、Cu：0.13％、Sb：0.023 ％を含有するけい素鋼板スラブを1430℃30分加熱後、熱間圧延して 2.2mmの板厚の熱延板とし、1000℃１分間の焼鈍を施した後、冷間圧延により板厚 1.5mmまでの冷間圧延、1100℃２分間の中間焼鈍を施し、冷間圧延により0.23mmの最終板厚とした。次に 840℃２分間の脱炭焼鈍を行った後、引張りにより５％の均一歪を導入し、MgO 塗布後コイルに巻き取り、板幅方向に０℃／cm、２℃／cm、５℃／cm、10℃／cm、20℃／cm、30℃／cmの温度勾配を与えながら昇温して２次再結晶を完了させ、1200℃５時間の純化焼鈍を行った。
【００２７】
このようにして得られた製品を圧延垂直方向幅 100mm圧延方向長さ 280mmの試料に剪断し、単板磁気試験器によってＷ17/50 、Ｂ8 を測定した。また磁区観察によって平均磁区幅を求めた。
この結果から、Ｂ8 はほぼ 1.935Ｔで、平均磁区幅は0.23mmであることが分かる。
【００２８】
これらの試片について探針法を用いて10mm幅の領域の局所磁束密度を鋼板全域にわたって行い式(1) で定めたｒを求めた。結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0003914270.tif 000005
【００３０】
表１に示されているように昇温ないし２次再結晶進行時の温度勾配が10℃／cm以上でｒが0.15以下となり低鉄損の鋼板が得られている。
実施例２
重量％でSi：3.20％、Ｃ：0.069 ％、Mn：0.070 ％、Ｓ：0.026 ％、Al：0.022 ％、Ｎ：0.0083％、Cu：0.10％、Sb：0.030 ％を含有するけい素鋼板スラブを実施例1 と同様の工程において処理する際、圧延により０％、１％、３％、５％、10％、15％の均一歪を導入した後、20℃／cmの温度勾配を与えながら昇温して２次再結晶を完了させる２次再結晶焼鈍を行った。
【００３１】
実施例１と同様の手順で試料はＢ8 、平均磁区幅およびｒを求めた。結果を表２に示す。
この結果から、Ｂ8 はほぼ 1.930Ｔで、平均磁区幅は0.24mmであることが分かる。
【００３２】
【表２】
0003914270.tif 000006
【００３３】
表２に示されているように昇温ないし２次再結晶進行時の温度勾配が20℃／cmのとき、均一歪量が３〜10％において、ｒが0.15以下となり低鉄損の鋼板が得られている。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、MgO を塗布後、板幅方向に10℃/cm 以上の温度勾配を与えながら昇温して２次再結晶を完了させることで、鋼板の局所的な磁束密度の変化を鋼板全体にわたり低減することによって得られる鉄損の低い方向性電磁鋼板およびその製造方法であって、
本発明による鋼板をトランス等の鉄心に使用することで多大な電力エネルギーが節約できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ２次再結晶前に導入した均一歪量と昇温ないし２次再結晶進行時の板幅方向の温度勾配が鉄損に及ぼす影響を示すグラフである。
【図２】鋼板の平均磁区幅と鉄損Ｗ17/50 の関係を示す測定図である。
【図３】磁区幅0.22〜0.24mmの試料のｒと鉄損Ｗ17/50 の関係を示す測定図である。
【図４】図２の関係をｒで分類した測定図である。
【図１】
0003914270.tif 000009
【図２】
0003914270.tif 000010
【図３】
0003914270.tif 000011
【図４】
0003914270.tif 000012