(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉを平均で７ｗｔ％以下（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．５ｗｔ％以上であり、かつ前記Ｓｉ濃度が、板厚最表面で最大かつ厚さ方向中央部で最小となることを特徴とする残留磁束密度の低いけい素鋼板。
【請求項２】
Ｓｉを平均で７ｗｔ％以下（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が５．５ｗｔ％以上であり、かつ前記Ｓｉ濃度が、板厚最表面で最大かつ厚さ方向中央部で最小となることを特徴とする残留磁束密度の低いけい素鋼板。
【請求項３】
Ｓｉを平均で３．５ｗｔ％以下含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．５ｗｔ％以上であり、かつ前記Ｓｉ濃度が、板厚最表面で最大かつ厚さ方向中央部で最小となることを特徴とする飽和磁束密度が高く残留磁束密度の低いけい素鋼板。
【請求項４】
Ｓｉを平均で７ｗｔ％以下（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．５〜５．５ｗｔ％であり、かつ前記Ｓｉ濃度が、板厚最表面で最大かつ厚さ方向中央部で最小となることを特徴とする鉄損が低く残留磁束密度の低いけい素鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏磁による突入電流が問題となる配電、電力、産業機器用トランスや直流検出センサー、変成器（ＣＴ）などの鉄心として用いられる残留磁束密度の低いけい素鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、配電トランス等には磁束密度を高く設計することができ、鉄損を低く抑えられることから方向性けい素鋼板が使用されているが、残留磁束密度が高いために偏磁という問題を生じる。この偏磁は、ビルディングやインバーター電源が多く使用されるような環境における配電トランスにおいて、停電や電源再投入時に場合によっては磁束が飽和するために過電流が流れ、配電系統の電源機器の破損のみならず、他の電力系統へ重大な被害を及ぼすことがある。したがって、このような配電トランスにおいては、偏磁を避けるために磁路にギャップを設けて残留磁束密度を下げるように設計する。
【０００３】
このため、本来方向性けい素鋼板の持つ高磁束密度特性を生かせず、トランスは大型化を余儀なくされている。また、ギャップを設けることにより、ギャップ部において鉄損の増加も生じる。
【０００４】
一方、直流電流検出センサーは、磁路にギャップを形成し、そのギャップを横切る磁束をセンサーにより検出するが、この直流電流検出センサーにおいても前記配電トランスと同様の問題が生じる。すなわち、鉄心の残留磁束密度が大きいことから、高電流から低電流へ下げる場合において電流を検出しようとしても、鉄心の残留磁気によってセンサーとしての機能を果たすことができなくなる。
【０００５】
また、電力用、送電用の変成器（ＣＴ）についても雷によって大電流が流れた際の偏磁による送電線の断線評価の誤診を防ぐために、意図的にカットを入れて使用するケースがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、ギャップを設けることなく、偏磁を抑えることができる残留磁束密度の低いけい素鋼板を提供することを目的とする。
また、これに加えて鉄損が低い、あるいは飽和磁束密度が高いけい素鋼板を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、けい素鋼板において平均Ｓｉ濃度を規定し、かつ厚さ方向に一定のＳｉ濃度勾配を形成することにより、鉄損を増加させることなく残留磁束密度を著しく低くすることができることを見出した。また、Ｓｉ濃度およびＳｉの濃度勾配をさらに規定することにより、さらに一層残留磁束密度が低くなること、鉄損が低くなること、あるいは飽和磁束密度が高くなることを見出した。
【０００８】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであって、第１に、Ｓｉを平均で７ｗｔ％以下（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．５ｗｔ％以上であり、かつ前記Ｓｉ濃度が、板厚最表面で最大かつ厚さ方向中央部で最小となることを特徴とする残留磁束密度の低いけい素鋼板を提供するものである。
【０００９】
第２に、Ｓｉを平均で７ｗｔ％以下（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が５．５ｗｔ％以上であり、かつ前記Ｓｉ濃度が、板厚最表面で最大かつ厚さ方向中央部で最小となることを特徴とする残留磁束密度の低いけい素鋼板を提供するものである。
【００１０】
第３に、Ｓｉを平均で３．５ｗｔ％以下含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．５ｗｔ％以上であり、かつ前記Ｓｉ濃度が、板厚最表面で最大かつ厚さ方向中央部で最小となることを特徴とする飽和磁束密度が高く残留磁束密度の低いけい素鋼板を提供するものである。
【００１１】
第４に、Ｓｉを平均で７ｗｔ％以下（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．５〜５．５ｗｔ％であり、かつ前記Ｓｉ濃度が、板厚最表面で最大かつ厚さ方向中央部で最小となることを特徴とする鉄損が低く残留磁束密度の低いけい素鋼板を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係るけい素鋼板は、基本的には上述したように、Ｓｉを平均で７ｗｔ％以下含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．５ｗｔ％以上である。
【００１３】
板厚方向にＳｉの濃度勾配を形成した場合の残留磁束密度（Ｂｒ）の値を図１に示す。ここでは、板厚０．３ｍｍの圧延法にて製造された鋼板に対し、１２００℃のＳｉＣｌ4 雰囲気中で浸珪処理を行い、その後１２００℃のＮ2 雰囲気中で拡散処理を行って種々のＳｉ量およびＳｉの濃度勾配を形成したサンプルを用いた。図１は、横軸に平均Ｓｉ量をとり、縦軸にＳｉ濃度の最大値と最小値との差ΔＳｉをとって、各点における最大磁化Ｂｍ＝１．４Ｔまで励磁したときの直流ＢＨ曲線の残留磁束密度Ｂｒを示す図である。なおΔＳｉはサンプルの断面についてＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）で分析した結果である。
【００１４】
この図から、Ｓｉの濃度勾配を形成し、ΔＳｉが増加すると残留磁束密度は単調に低下することがわかる。そして、ΔＳｉを０．５％以上とすれば、十分に低い残留磁束密度が得られることがわかる。ΔＳｉを増加させると残留磁束密度が低下する原因は完全には解明されていないが、Ｓｉの添加とともに格子定数が小さくなることから、Ｓｉの濃度勾配を形成することにより板内に張力が発生するためと推定される。
【００１５】
したがって、本発明では、Ｓｉの濃度勾配を形成し、Ｓｉ濃度の最大値と最小値との差ΔＳｉが０．５ｗｔ％以上であることを要件としている。さらには、ΔＳｉが０．７ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００１６】
また、図１からわかるように、ΔＳｉが５．５ｗｔ％以上であれば、０．１Ｔ以下の極めて低い残留磁束密度を得ることができる。したがって、本発明では極めて残留磁束密度が低くなるための要件として、ΔＳｉが５．５ｗｔ％以上であることを規定している。
なお、この場合において、板厚方向のＳｉ濃度を測定する方法は特に限定されないが、ＥＰＭＡなどのＸ線マイクロアナライザーで測定することが好適である。
【００１７】
このように鋼板の厚さ方向にＳｉの濃度勾配をつけること自体は、特開昭６２−２２７０３３号から２２７０３６号まで、特開昭６２−２２７０７７号、および特開平４−２４６１５７号の各公報に開示されている。しかし、これらの目的は、浸珪処理法で高けい素鋼板を製造する際に、拡散処理時間を短くするため、途中で拡散処理を中断することにあり、その結果としてＳｉの濃度勾配が形成されるのであり積極的にＳｉの濃度勾配を形成するという思想は含まれていない。これらにおいて拡散処理を中断する時間は鉄損が劣化しない範囲で決められている。鉄損は種々の要因で決定されるが、これを低下させるためには残留磁束密度を高くすることが必要であり、上記各公報の技術は残留磁束密度があまり低下しない範囲で、Ｓｉの濃度勾配の許容値を求めたものであるといえる。これに対して本発明は残留磁束密度を低下させるために積極的にＳｉの濃度勾配を形成したものであり、上記各公報の技術とはＳｉの濃度勾配の意味合いが全く異なる。
【００１８】
偏磁による突入電流は、残留磁束密度以外に飽和磁束密度とも関係し、飽和磁束密度が高いほど突入電流は小さくなる。したがって、板厚方向に濃度勾配を形成して残留磁束密度を低下させても、飽和磁束密度が低下したのでは、十分な効果が得られない。図２に示すように、飽和磁束密度は添加される平均Ｓｉ量に逆比例するため、Ｓｉ量が多すぎると好ましくない。また、平均Ｓｉ濃度が７％を超えると加工性が悪くなり、打ち抜き製か極めて劣化する。したがって、本発明ではこのような観点から、Ｓｉ濃度を平均で７ｗｔ％以下とすることを要件としている。
【００１９】
また、このようにＳｉ量が少なくなるほど飽和磁束密度が高くなり、特にＳｉ量が３．５ｗｔ％以下となると飽和磁束密度が２．０Ｔ以上と極めて高い値が得られる。したがって、本発明では、残留磁束密度を低く維持したまま、飽和磁束密度を特に高くする条件として、Ｓｉを３．５ｗｔ％以下含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、濃度の最大と最小の差が０．５ｗｔ％以上であることを規定している。
なお、本発明でいう平均Ｓｉ濃度は化学分析により得られる。
【００２０】
本発明におけるＳｉの濃度勾配は、厚さ方向中央部が高くても低くても構わず、
厚さ方向に勾配が存在しさえすればよい。また、一方の表面から反対側の表面にかけて連続的に濃度勾配を持つものも含まれる。このような濃度勾配を形成するための方法は特に限定されないが、上述したようにＳｉＣｌ4 雰囲気中で浸珪処理し、さらに拡散処理を施す方法を採用することが好ましい。
【００２１】
このような本発明のけい素鋼板のヒステリシス曲線の特徴として最大磁束密度Ｂｍに対する残留磁束密度Ｂｒの比であるＢｒ／ＢｍにＢｍ依存性があることが挙げられる。すなわち、Ｂｍが高くなるにつれてＢｒは飽和していくためにＢｍが高くなるほどＢｒ／Ｂｍが低下してくる。このため、実用上磁束密度を高く設定することができるという利点がある。
【００２２】
次に、鉄損について説明する。
図３には、図１で用いた鋼板について、交流５０Ｈｚ、Ｂｍ＝１．２Ｔでの鉄損値Ｗ12/50を測定した結果を示す。この図から、Ｓｉを７ｗｔ％以下含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、Ｓｉ濃度の最大と最小の差が０．５ｗｔ％以上であるという本発明の基本的要件を満たすことにより、残留磁束密度が低くなるのみならず、鉄損も低い実用的なけい素鋼板が得られることがわかる。
【００２３】
また、図３から、ΔＳｉが０．５〜５．５ｗｔ％の範囲で、Ｗ１２／５０が２．０Ｗ／ｋｇ以下と極めて低い鉄損値となることがわかる。したがって、本発明では、残留磁束密度を低く維持したまま、鉄損を特に低くする条件として、Ｓｉを平均で７ｗｔ％以下含有し、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、濃度の最大と最小の差が０．５〜５．５ｗｔ％であることを規定している。
【００２４】
なお、本発明において、Ｓｉ以外の元素は特に規定されず、他の元素は通常のけい素鋼板に含有される量であれば許容される。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
表１の組成を有する板厚０．３ｍｍの鋼板を圧延法にて作製し、ＳｉＣｌ4 雰囲気中１２００℃で浸珪処理を施して鋼板表面にＳｉ濃化層を形成し、引き続いて、Ｎ2 雰囲気中１２００℃で拡散処理を施して、鋼板板厚方向にＳｉ濃度勾配を有するけい素鋼板を作製した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
なお、作製した試料の平均Ｓｉ濃度は湿式分析、板厚方向のＳｉ濃度の最大値と最小値との差ΔＳｉはＥＰＭＡで分析した。表１の鋼板Ａを用いた場合は平均Ｓｉ濃度が０．４〜３．０ｗｔ％、鋼板Ｂを用いた場合は平均Ｓｉ濃度が３．５〜６．８ｗｔ％の試料を作製することができた。Ｓｉ以外の元素の量は、浸珪処理の前後でほとんど変化しなかった。
【００２８】
このようにして作製した鋼板から外径３１ｍｍ、内径１９ｍｍのリング試料を採取し、直流ＢＨ曲線および５０Ｈｚ交流磁気特性を測定した。
図１に最大磁化Ｂｍ＝１．４Ｔまで励磁したときの直流ＢＨ曲線の残留磁束密度Ｂｒの値を示す。図１に示すように、本実施例のＳｉ濃度において板厚方向にＳｉ濃度勾配を形成し、ΔＳｉを０．５ｗｔ％以上とすることにより残留磁束密度Ｂｒの低いけい素鋼板が得られることが確認された。さらにΔＳｉを５．５ｗｔ％以上とすることで０．１Ｔ以下という極めて低いＢｒが実現された。また、平均Ｓｉ濃度と飽和磁束密度の関係は図２に示すようになり、この図に示すように、平均Ｓｉ濃度３．５ｗｔ％以下においては、飽和磁束密度が２．０Ｔ以上と極めて高い値を示した。
【００２９】
図３に交流５０Ｈｚ、Ｂｍ＝１．２Ｔでの鉄損値Ｗ12／50を示す。図３に示すように、本実施例のＳｉ濃度において板厚方向にΔＳｉを０．５ｗｔ％以上となるようなＳｉ濃度勾配を形成することにより、残留磁束密度が低く、かつ鉄損も低い実用的なけい素鋼板が得られることが確認された。さらにΔＳｉが０．５〜５．５ｗｔ％の範囲において、Ｗ12／50が２．０Ｗ／ｋｇ以下という極めて低い鉄損が実現された。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ギャップを設けることなく、偏磁を抑えることができる残留磁束密度の低いけい素鋼板を得ることができる。また、これに加えてさらに鉄損が低い、あるいは飽和磁束密度が高いけい素鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々のＳｉ濃度およびΔＳｉにおける、最大磁化Ｂｍ＝１．４Ｔまで励磁したときの直流ＢＨ曲線の残留磁束密度Ｂｒを示す図。
【図２】平均Ｓｉ濃度と飽和磁束密度との関係を示す図。
【図３】種々のＳｉ濃度およびΔＳｉにおける、交流５０Ｈｚ、Ｂｍ＝１．２Ｔでの鉄損値Ｗ12/50を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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