(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Crを0.1 〜10.0wt％、Ｃ、Ｓ、ＯおよびＮをＣ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ＜0.015 wt％の範囲で含み、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有し、鋼線直径が0.01〜1.0 ｍｍである鉄損特性および加工性に優れる電磁鋼線。
【請求項２】
Crを0.1 〜10.0wt％、Siを0.2 〜8.0 wt％、Ｃ、Ｓ、ＯおよびＮをＣ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ＜0.015 wt％の範囲で含み、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有し、鋼線直径が0.01〜1.0 ｍｍである鉄損特性および加工性に優れる電磁鋼線。
【請求項３】
請求項１または２において、鋼組成がさらに、
Mn：2.0 wt％以下、  Al：2.0 wt％以下、
Cu：2.0 wt％以下、  Ni：2.0 wt％以下、
Ｐ：0.2 wt％以下
から選ばれる１種または２種以上を含む組成になる鉄損特性および加工性に優れる電磁鋼線。
【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、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す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径ないし細径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、従来技術においては、いずれも主として太径のもののみを指向して開発してきたこともあって、これらを伸線加工とくに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いことも問題であった。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、伸線加工や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、高周波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、上記目的の実現に向けて、特に鋼組成について詳細な研究を行った。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、さらに鋼中に適正量のCrを添加することが極めて有効であることなどを見いだした。本発明は、このような知見に基づいて完成したものでり、その要旨構成は次のとおりである。
【０００６】
(1)  Crを0.1 〜10.0wt％、Ｃ、Ｓ、ＯおよびＮをＣ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ＜0.015 wt％の範囲で含み、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有し、鋼線直径が0.01〜1.0 ｍｍである鉄損特性および加工性に優れる電磁鋼線。
【０００７】
(2)  Crを0.1 〜10.0wt％、Siを0.2 〜8.0 wt％、Ｃ、Ｓ、ＯおよびＮをＣ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎ＜0.015 wt％の範囲で含み、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有し、鋼線直径が0.01〜1.0 ｍｍである鉄損特性および加工性に優れる電磁鋼線。
【０００８】
(3)  上記 (1)または (2)において、鋼組成がさらに、
Mn：2.0 wt％以下、  Al：2.0 wt％以下、
Cu：2.0 wt％以下、  Ni：2.0 wt％以下、
Ｐ：0.2 wt％以下
から選ばれる１種または２種以上を含む組成になる鉄損特性および加工性に優れる電磁鋼線。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明において、鋼の成分組成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：2.45wt％、Cr：5.1 wt％、Al：0.3 wt％、Mn：0.5 wt％、Ｐ：0.02wt％で、Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量を0.0050〜0.0230wt％としたブルームを、熱間圧延により直径５ｍｍの線材とした後、冷間にて0.3 ｍｍに伸線加工した。これを 850℃の窒素雰囲気中で２分間焼鈍した。得られた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。
図１に鉄損Ｗ1/10000 (w／kg）に及ぼすＣ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの影響を示す。図１より明らかなように、Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量が0.0150wt％以下の範囲でCr添加により鉄損が著しく低下することがわかる。
【００１０】
上述したように、Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量が比較的多い従来材では、Cr添加による鉄損低減効果がないのに対し、Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量を極限まで低減した発明材では鉄損低減効果が現われる。この理由は必ずしも明らかではないが、恐らく、これら微量元素とCrの化合物とが、伸線加工時の滑り変形挙動への影響をとおして集合組織形成に影響し、これが焼鈍後の磁気特性とくにヒステリシス損を変化させることにつながったと考えられる。つまり、Crが鋼の比抵抗を増加させることにより渦電流損を低減することが知られるにもかかわらず、常に鉄損の低減がもたらされるとは限らないのは、この集合組織形成機構に影響されるためであると思われる。また、伸線加工時の変形挙動、あるいは好適な集合組織形成の機構は、圧延の場合とは大きく異なっていることも関わって、従来の圧延による知見からはまったく予想されなかった成分範囲において好適条件が存在することが明らかになったものであると考えられる。
【００１１】
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、0.01ｍｍ未満では伸線加工が困難になるとともに、実機トランス, リアクトルの加工性も劣化し、また、1.0 ｍｍを超えると実機加工時に加工歪みによる鉄損劣化が大きくなるからである。
【００１２】
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ため低減する必要があるが、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、図 1で示したようにCr添加による鉄損の低減効果が十分に発現されないことが初めて判明した。よって、これら成分の合計量は0.015 wt％未満とする。
【００１３】
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。
【００１４】
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低下させるので、0.010 wt％以下とするのが望ましい。
【００１５】
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。
【００１６】
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の形成を弱めるので、0.0050wt％以下とするのが望ましい。
【００１７】
Cr：0.1 〜10.0wt％
Crは、比抵抗増加による渦電流損低減の効果を有し、とくにＣ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎが0.015 wt％未満としてCr添加したときに効果が大きい。しかし、この効果はCr添加量が0.1 wt％未満では発揮されず、一方、10.0wt％を超えて添加すると、伸線加工性が劣化するので0.1 〜10.0wt％の範囲で添加する。
【００１８】
また、Siを以下の含有範囲で添加することが望ましい。
Si：0.2 〜8.0 wt％
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、0.2 wt％未満の添加では電気抵抗が小さく渦電流損が増大するために良好な鉄損特性が得られない。一方8.0 wt％を超えると冷間圧延が困難となるので、0.2 〜8.0 wt％の範囲で添加する。
【００１９】
上記成分のほかに、さらに、Mn、 Al 、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。ただし、これら成分は合計量で3.0 wt％以下に止めるのがよい。
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％以上だと再結晶焼鈍時にα／γ変態することによって集合組織が劣化してしまう。なお、好ましい含有範囲は0.1 〜1.5 wt％である。
【００２０】
Al：2.0 wt％以下
Al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％を超えると焼鈍時に窒化を促進することにより、鉄損特性を劣化させてしまう。
【００２１】
Cu：2.0 wt％以下
Cu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％を超えると鋼が脆化し、冷間加工が困難となる。
【００２２】
Ni：2.0 wt％以下
Ni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％を超えると鋼が脆化し、冷間加工性が劣化する。
【００２３】
Ｐ：0.2 wt％以下
Ｐ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％を超えると鋼が脆化し、冷間加工が困難となる。
【００２４】
なお、Ti、Zrの含有量は結晶粒成長性を確保するため、いずれも0,005 wt％以下に抑制するのが望ましい。
【００２５】
本発明による電磁鋼線は、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）を行って製造される。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。
【００２６】
【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900℃の窒素雰囲気中で２分間焼鈍した。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により判定した。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(伸線加工、鉄心加工)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がともに不良であった。
【００２７】
【表１】
0003744202.tif 000002
【００２８】
【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】Ｃ＋Ｓ＋Ｏ＋Ｎの量とが鉄損に及ぼす影響を示す図である。
【図１】
0003744202.tif 000003