(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼中のＣ、Ｓ、Ｏ及びＮの含有量がＣ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ＜０．０１５ｗｔ％の範囲にあり、Ｓｉ：０．１〜８．０ｗｔ％、Ｍｎ：２．０ｗｔ％以下、Ａｌ：２．０ｗｔ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、平均結晶粒径と鋼線直径とは下記式を満たすことを特徴とする電磁鋼線。
記
１５０／（ｔ＋０．４）＞ｄ＞４０／（ｔ＋０．８）
ｄ：平均結晶粒径（μｍ）
ｔ：鋼線直径（ｍｍ）、ただしｔ＝０．０１〜１．０
【請求項２】
上記成分組成に加えてさらにＣｒ：０．１〜１５．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０ｗｔ％以下、Ｎｉ：２．０ｗｔ％以下、Ｐ：０．２ｗｔ％以下から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の電磁鋼線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器やリアクトル等の鉄心に利用される、磁気特性とくに鉄損特性と加工性とに優れる電磁鋼線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、変圧器やリアクトルなどの鉄心材料としては方向性あるいは無方向性の電磁鋼板が用いられてきた。これら鋼板を用いた鉄心には積層方法により積みタイプと巻タイプがあり、いずれのタイプとも、鋼板のスリット、剪断あるいは曲げなどの精密な加工を必要としている。
このため、とくに鉄心が比較的小型である場合には、このような加工自体が困難になるという問題があるほか、鉄心の全体積に占める加工による歪み部分の体積が相対的に大きくなって、これが鉄心の磁気特性を劣化させるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題に対処するための鉄心材料として電磁鋼線が考えられる。ところで、かかる観点で従来技術を振り返ってみると、従来技術には本発明が対象とするような極細線ないし細線の鋼線を対象としたものは見当たらないものの、磁気特性の向上を目指した線棒材について、これまでにも幾つかの提案がある。
たとえば、特開昭59−215463号公報や特開平４−285143号公報においては、磁気特性と冷間伸線加工性とを向上させるため、低Si，低Ｃ成分とすること、極低Ｃ化することがそれぞれ提案されている。しかし、これらの方法では鉄損特性、特に高周波域での鉄損が高くなるという問題があった。
また、特開昭60−181234号公報では、引き抜き加工後の焼鈍を脱炭雰囲気中、かつ 750℃以上、Ａ3 変態点以下の条件で行うことにより、集合組織を改善することを提案している。しかしこれも、磁束密度特性には優れるが、鉄損特性は満足のいくものではなかった。特開平３−75311 号公報は、熱延条件を規定することにより伸線加工性と磁気特性を改善しようとするものである。しかし、これも鉄損が高いという問題が残っていた。
さらに、特開昭56−167302号公報においては、誘導加熱炉の鉄心用として絶縁被膜を有する磁性金属線が提案されているが、これにも、加工時の歪みにより鉄損が劣化してしまうと言う問題があった。
【０００４】
このように、従来技術は、いずれも主として太径のもののみを指向して開発されたこともあって、これらの技術を適用して、伸線加工とくに1.0 ｍｍ以下といった細径の鋼線まで伸線加工したり、鉄心へ加工したりすると、集合組織が劣化し、そのため加工歪による磁気の特性劣化が大きくなるという問題があった。しかも、従来の材料は、変圧器やリアクトル用としての開発を目指していなかったので、鉄損特性に関する検討・考察がまったく行われていないというのが実情であった。
そこで、本発明は、従来技術が抱えている上記問題を有利に解決するためのものであり、伸線加工および鉄心加工といった加工性に優れるとともに、加工歪みによる鉄損の劣化が小さく、鉄損特性に優れる電磁鋼線を提供することを目的とする。また、本発明は、上記各特性を満たすことにより、変圧器やリアクトルなどの鉄心用に適した新規な電磁鋼線を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記目的の達成に向けて、特に鋼組成と平均結晶粒径について鋭意研究を進めた。その結果、伸線加工性に優れるとともに、変圧器に加工したときの加工歪みによる鉄損の劣化が小さく、良好な鉄損を得るためには、鋼線中の特定不純物成分を極力低減すること、さらに線径に応じて平均結晶粒径を規定することが不可欠であるとの知見を得た。本発明は上記知見に基づいて完成したものであり、その要旨構成は次のとおりである。
【０００６】
（１）鋼中のＣ、Ｓ、Ｏ及びＮの含有量がＣ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ＜０．０１５ｗｔ％の範囲にあり、Ｓｉ：０．１〜８．０ｗｔ％、Ｍｎ：２．０ｗｔ％以下、Ａｌ：２．０ｗｔ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、平均結晶粒径と鋼線直径とは下記式を満たすことを特徴とする電磁鋼線。
記
１５０／（ｔ＋０．４）＞ｄ＞４０／（ｔ＋０．８）
ｄ：平均結晶粒径（μｍ）
ｔ：鋼線直径（ｍｍ）、ただしｔ＝０．０１〜１．０
【０００７】
（２）上記成分組成に加えてさらにＣｒ：０．１〜１５．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０ｗｔ％以下、Ｎｉ：２．０ｗｔ％以下、Ｐ：０．２ｗｔ％以下から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載の電磁鋼線。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明において、鋼の成分組成および平均結晶粒径と線径との関係等を上記範囲に限定した理由について、実験事実を含めて説明する。
Si：3.05wt％、Al：0.4 wt％, Mn：0.4 wt％、Ｐ：0.02wt％で、Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量を0.0105wt％としたブルームと、Si：3.02wt％、Al：0.4 wt％、Mn：0.5 wt％、Ｐ：0.02wt％で、Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量を0.0185wt％としたブルームを、それぞれ熱間圧延により直径５ｍｍの線材とした後、冷間にて0.3 ｍｍと0.7 ｍｍに伸線加工した。これを 700〜1050℃の窒素雰囲気中で２分間焼鈍した。得られた鋼線について、平均結晶粒径を測定するとともに、平均直径１０ｃｍのリングコアを作製し、200 ターンの１次、２次巻線を施し磁気測定を行った。
図１に鉄損Ｗ10／50（Ｗ／kg）に及ぼす平均結晶粒径の影響を示す。図１より明らかなように、Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量が0.0185wt％と多い場合には鉄損は大きく、しかも線径によらずに平均結晶粒径がほぼ 100μｍのときに鉄損値が最小となっている。
これに対し、Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量が0.0105wt％と少ない場合には、鉄損値が相対的に低くなるとともに、線径によって最小鉄損値を与える平均結晶粒径（以下、「最適結晶粒径」と略記する）が異なり、線径が小さくなると最適結晶粒径は大きい方にシフトすることが明らかとなった。
【０００９】
次に、Si：2.5 〜3.5 wt％、Al：0.2 〜0.7 wt％、Mn：0.3 〜0.7 で、Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量を0.0075〜0.0145wt％まで変化させたブルームを、熱間圧延により直径５ｍｍの線材とした後、冷間にて0.2 〜1.2 ｍｍに伸線加工し、上記実験と同様の熱処理を行った。
この線材について、粒径測定、鉄損測定を行い、最適結晶粒径と線径との関係を求めた。その結果を図２に示す。図２から、上述した図１から予想されたように、最適粒径は線径に依存することがわかる。ただし、同じ線径においても最適結晶粒径は、素材成分等によっても変動するために、下記の式で表わされる範囲にあることが明らかとなった。
１５０／（ｔ＋0.4 ）＞ｄ＞４０／（ｔ＋0.8 ）
ｄ：平均結晶粒径（μｍ）
ｔ：鋼線直径（ｍｍ）
なお、本発明における鋼線直径ｔは、0.01〜1.0 ｍｍの範囲とする。というのは、線径が0.01ｍｍ未満になると伸線加工が困難になるとともに、実機 (トランス, リアクトル) への加工性も劣化し、一方、1.0 ｍｍを超えると実機への加工の時に加工歪みによる鉄損劣化が大きくなるからである。
【００１０】
図１のように、従来材では、線径による最適結晶粒径の変化が認められなかったのに対し、Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量が低い発明材ではこれが認められた。このような結果がもたらされた理由は必ずしも明らかではないが、伸線性を良好にするため極限までＣ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎを低減した発明材の場合には、磁気特性上良好な集合組織形成が促進され、これにより、従来はばらつきの中に埋もれていた微妙な鉄損の変化が顕現化したためであると考えられる。
鉄損はうず電流損と、ヒステリシス損に分けられる。従来から、結晶粒径が大きいと、うず電流損が増大する一方、ヒステリシス損が低下することから、最適な結晶粒径が存在することは知られていた。ところが、ヒステリシス損は集合組織にも強く依存し、また集合組織は線径その他の要因にも依存するため、この集合組織が外乱要因となって、鉄損は結晶粒径だけで決定づけられなかった。これに対し、発明材では微量元素Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量を極限まで低減したことにより、集合組織が良好になり、かつ、ばらつきが低減したことにより、線径と結晶粒径との関係がより鮮明になって上記の現象が生じたものと考える。
【００１１】
次に、この発明における電磁鋼線の成分組成範囲について説明する。
Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ＜0.015 wt％
Ｃ、Ｓ、ＯおよびＮはいずれも鋼の延性を低下させる元素であり、冷間での伸線加工や鉄心への加工に支障をもたらす成分である。また、発明者らの調査により、これら成分元素は伸線加工時のすべり変形挙動に影響することにより、集合組織形成に影響することが新たに判明した。つまり、これら成分の合計含有量Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎが0.015 wt％以上になると、伸線加工性を劣化させるとともに、伸線時のすべり変形挙動を不安定化させることにより、集合組織を変化させ、好ましくない結晶粒方位を形成して、鉄損を劣化させる。よって、これら成分の合計量は0.015 wt％未満とする。
【００１２】
なお、Ｃ、Ｓ、ＯおよびＮの各成分は、以下の範囲で含有するのが望ましい。Ｃ：0.010 wt％以下
Ｃは、0.010 wt％を超えて含有すると鋼中に固溶し、加工時に歪み時効を起こして延性を劣化させるので、0.010 wt％以下とするのが望ましい。
【００１３】
Ｓ：0.010 wt％以下
Ｓは、硫化物を形成して延性を劣化させ、また、微細に分散した場合には、結晶粒成長性および鉄損を劣化させるので、0.010 wt％以下とするのが望ましい。
【００１４】
Ｏ：0.0050wt％以下
Ｏは、酸化物を形成して、延性および結晶粒成長性を低下させるため0.0050wt％以下とするのが望ましい。
【００１５】
Ｎ：0.0050wt％以下
Ｎは、Ｃと同様に加工時に歪み時効を起こして延性を劣化させるほか、多いと窒化物を形成して集合組織を劣化させるので、0.0050wt％以下とするのが望ましい。
【００１６】
上述したようにＣ、Ｓ、ＯおよびＮを規制した上、さらに、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌを以下の範囲で添加し、さらにＣｒ、Ｃｕ、ＮｉおよびＰのうちの１種以上を以下の含有範囲で添加することが好ましい。
Ｓｉ：０．１〜８．０ｗｔ％
Ｓｉは、鋼線の電気抵抗を高めて、鉄損特性を向上させる有用な成分であるが、０．１ｗｔ％未満の添加ではその効果は小さく、良好な鉄損特性が得られない。一方８．０ｗｔ％を超えて添加すると冷間圧延が困難となるので、０．１〜８．０ｗｔ％の範囲で添加する。
【００１７】
Mn：2.0 wt％以下
Mnは、鋼線の電気抵抗を高めて鉄損特性を向上させる有用な成分ではあるが、2.0 wt％を超えて添加すると、再結晶焼鈍時にα／γ変態することによって集合組織が劣化してしまう。
【００１８】
Cr：0.1 〜15.0wt％
Crは、電気抵抗を高めることにより低鉄損化をはかるのに有効な元素であるが、0.1 wt％未満ではその効果は小さく、15.0wt％を超えて添加すると冷間加工性が劣化する。
【００１９】
Al：2.0 wt％以下
Alは、電気抵抗を高めることにより低鉄損化をはかるのに有効な元素であるが、2.0 wt％を超えて添加すると焼鈍時に窒化を促進するために、鉄損特性が劣化してしまう。
【００２０】
Cu：2.0 wt％以下
Cuは、電気抵抗を高めることにより低鉄損化する有効な元素であるが、2.0 wt％を超えて添加すると鋼が脆化し、冷間加工が困難となる。
【００２１】
Ni：2.0 wt％以下
Niは、電気抵抗を高めることにより低鉄損化する有効な元素であるが、2.0 wt％を超えて添加すると冷間加工性が劣化する。
【００２２】
Ｐ：0.2 wt％以下
Ｐは、電気抵抗を高めることにより低鉄損化する有効な元素であるが、0.2 wt％を超えて添加すると鋼が脆化し、冷間加工が困難となる。
【００２３】
本発明による電磁鋼線は以下の方法で製造される。上記の好適成分組成に調整した溶鋼を、連続鋳造又は造塊／分魂法により、所定寸法のブルームとした後、熱間圧延により熱延線材とし、１回あるいは中間焼鈍を含む２回以上の焼鈍と伸線加工（冷間）を行う。この鋼線は、その後、焼鈍するかあるいは鉄心に加工した後、仕上げ焼鈍を行って実用に供される。なお、電磁鋼線には、絶縁性を高めるため、絶縁被膜をコーティングしてもよい。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例に基づいて具体的に説明する。
表１に示す化学成分と残部実質的にFeからなる鋼を溶製し、ブルームとしたのち、直径５ｍｍの熱延線材とし、１回の伸線加工により種々の線径の電磁鋼線を製造した。この電磁鋼線を 700〜1050℃の窒素雰囲気中で２分間焼鈍することにより平均結晶粒径を変化させた。この焼鈍鋼線を用いて平均直径１０ｃｍのリングコアを作製し、200 ターンの１次２次巻線を施し磁気測定を行った。また、加工性を伸線加工中に一度でも破断したかどうかで判定した。
得られた結果を表１にまとめて示す。表１より明らかなように発明例の電磁鋼線は比較例に比べて良好な鉄損特性が得られ、しかも加工性も全く問題なかった。これに対し、比較例は鉄損特性と加工性のうちの少なくとも一方が不良であった。
【００２５】
【表１】
0004207310.tif 000002
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、伸線加工および鉄心加工性に優れるとともに、鉄損特性に優れた電磁鋼線を提供することができる。したがって、本発明は、変圧器やリアクトルなどの特に小型の鉄心用に適した新しい電磁鋼線を提供可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】平均結晶粒径と線径が鉄損に及ぼす影響を示す図である。
【図２】最適結晶粒径と線径との関係を示す図である。
【図１】
0004207310.tif 000003
【図２】
0004207310.tif 000004