JP4012275B2 - 低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板 - Google Patents
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Description
【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トランス用方向性けい素鋼板に関し、特に低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トランスには、小型化および高効率化のため、いわゆるＧｏｓｓ方位を有する一方向性けい素鋼板が使用されている。方向性けい素鋼板は、磁束密度が高く、低鉄損であるため、小型化および高効率化には適した材料である。しかしながら、方向性けい素鋼板は残留磁束密度が高いため、トランスに偏磁が生じ、トランスの再起動時に定格電流の数十倍もの突入電流が発生し、ブレーカーが作動してトランスの起動が不可能となることがある。
【０００３】
このような突入電流を防止するため、トランスの設計動作磁束密度を下げるか、または磁路にギャップを設けることが行われている。しかし、前者の場合はトランスが大型化し、後者の場合は組立コストが増大するという問題が生じる。
【０００４】
【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、機器の大型化やコスト増大をもたらすことなく偏磁による突入電流を防止することができる低残留密度のトランス用方向性けい素鋼板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】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、方向性けい素鋼板において厚さ方向にＳｉの濃度勾配を形成することにより残留磁束密度を著しく低下させることができることを知見した。
【０００６】
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、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、表層のＳｉ濃度のほうが板厚中心部のＳｉ濃度より高く、表層のＳｉ濃度と板厚中心近傍の最低のＳｉ濃度との差が０．５ｗｔ％以上であり、Ｓｉ濃度の板厚方向全体の平均値が３〜７ｗｔ％（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）であることを特徴とする低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板を提供するものである。
【０００７】
第２に、上記鋼板において、表層のＳｉ濃度が７．５ｗｔ％以下であることを特徴とする低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
方向性鋼板の板厚方向にＳｉの濃度勾配をつけた場合の残留磁束密度（Ｂｒ）の変化を図１に示す。サンプルとしては、０．３ｍｍ板厚の３．１ｗｔ％Ｓｉ一方向性けい素を浸珪処理して作製したものを用いた。浸珪処理においては、１２００℃に加熱した鋼板と、２０ｖｏｌ％のＳｉＣｌ4 と８０ｖｏｌ％のＮ2 との混合ガスとを反応させ、鋼板表面からＳｉを浸透させ、その後Ｎ2 中で均熱してＳｉを板中心部へ拡散浸透させた。ここでは、Ｓｉ浸透時間と拡散時間とを変化させ、種々に濃度勾配を有するサンプルを作製し、磁気特性を測定した。
【０００９】
図１は５０Ｈｚで１．４Ｔまで磁化した時の残留磁束密度を測定した結果を示すものであり、横軸は、サンプルの断面についてＸ線マイクロアナライザーでＳｉを定量分析し、その最高値と最低値との差（ΔＳｉ）をとったものである。
【００１０】
この図に示すように、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。また、図より、残留磁束密度を１０％以上低下させるためにはΔＳｉを０．５％以上とすることが必要であることがわかる。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。
【００１１】
したがって、本発明では、Ｓｉの濃度勾配を形成し、板厚中心近傍の最低のＳｉ濃度が表層のＳｉ濃度よりも０．５ｗｔ％以上低いことを要件としている。
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、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。
【００１２】
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。
【００１３】
本発明で対象とする方向性けい素鋼板としては、典型的には一方向性であり、その例としてはＧｏｓｓ方位を有するものが挙げられるが、これに限るものではない。
【００１４】
素材の方向性けい素鋼板は、板厚方向の全体の平均値Ｓｉ濃度が３ｗｔ％以下であるとＧｏｓｓ方位等の形成が困難となるため、３ｗｔ％以上であることが好ましい。一方、平均値Ｓｉ濃度が高くなると、これに伴って表層Ｓｉも高くなり、加工性が劣化する。加工性の点からは、表層Ｓｉ濃度が７．５ｗｔ％以下であることが好ましく、その結果、平均値Ｓｉ濃度は７ｗｔ％以下とすることが好ましい。したがって、本発明では、好ましいＳｉの平均値濃度として、３〜７ｗｔ％を規定し、さらに表層のＳｉ濃度の好ましい値として、７．５ｗｔ％以下を規定している。
なお、本発明において、Ｓｉ以外の元素は特に規定されず、他の元素は通常の方向性けい素鋼板に含有される量であれば許容される。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
表１に示す組成の０．２３ｍｍ厚のＧｏｓｓ方位を持つ方向性けい素鋼板を連続浸珪処理ラインで浸珪・拡散処理して板厚方向にＳｉの濃度勾配を形成した。浸珪処理ラインとしては、加熱・浸珪・拡散・冷却帯および絶縁皮膜コーティング装置からなるものを用いた。浸珪ラインでは、１２００℃まで加熱後、ＳｉＣｌ4ガスと鋼板とを反応させ鋼板表面にＦｅ3Ｓｉを形成し、その後拡散均熱してＳｉを板中心部に拡散させ、Ｓｉの濃度勾配を形成した。この際に、ＳｉＣｌ4ガス濃度と均熱時間を変えて種々のＳｉプロファイルを有する鋼板を製造した。なお、この鋼板の浸珪前後でのＳｉ以外の成分量はほぼ同一であった。
【００１６】
【表１】
【００１７】
このようにして得られた鋼板を用い、単相５０Ｈｚ、１ｋＶＡのトランスを作製し、位相制御のもとで突入電流の測定を実施した。その際の残留磁束密度、磁束密度Ｂ８、突入電流比の値を表２に示す。残留磁束密度は、５０Ｈｚで１．４Ｔまで磁化したときの値である。また、突入電流はトランスを１．４Ｔまで磁化したときの値であり、定格電流との比で評価した。ΔＳｉ、表層Ｓｉ濃度、平均Ｓｉ濃度、残留磁束密度、磁束密度Ｂ８、および突入電流比を表２に示す。
【００１８】
【表２】
【００１９】
この表に示すように、本発明の範囲内であれば、残留磁束密度が低く、そのため突入電流特性に優れていることが明らかとなった。このことから、本発明により、突入電流の低いトランス用の方向性けい素鋼板が得られることが確認された。
なお、No.３はＳｉ量が多いため、加工性に劣っていた。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、表層のＳｉ濃度のほうが板厚中心部のＳｉ濃度より高く、表層のＳｉ濃度と板厚中心近傍の最低のＳｉ濃度との差を０．５ｗｔ％以上とし、Ｓｉ濃度の板厚方向全体の平均値を３〜７ｗｔ％（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）とすることにより、低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板を得ることができる。したがって、機器の大型化やコスト増大等をもたらすことなく偏磁による突入電流を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼板のΔＳｉと残留磁束密度との関係を示す図。
【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トランス用方向性けい素鋼板に関し、特に低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トランスには、小型化および高効率化のため、いわゆるＧｏｓｓ方位を有する一方向性けい素鋼板が使用されている。方向性けい素鋼板は、磁束密度が高く、低鉄損であるため、小型化および高効率化には適した材料である。しかしながら、方向性けい素鋼板は残留磁束密度が高いため、トランスに偏磁が生じ、トランスの再起動時に定格電流の数十倍もの突入電流が発生し、ブレーカーが作動してトランスの起動が不可能となることがある。
【０００３】
このような突入電流を防止するため、トランスの設計動作磁束密度を下げるか、または磁路にギャップを設けることが行われている。しかし、前者の場合はトランスが大型化し、後者の場合は組立コストが増大するという問題が生じる。
【０００４】
【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、機器の大型化やコスト増大をもたらすことなく偏磁による突入電流を防止することができる低残留密度のトランス用方向性けい素鋼板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】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、方向性けい素鋼板において厚さ方向にＳｉの濃度勾配を形成することにより残留磁束密度を著しく低下させることができることを知見した。
【０００６】
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、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、表層のＳｉ濃度のほうが板厚中心部のＳｉ濃度より高く、表層のＳｉ濃度と板厚中心近傍の最低のＳｉ濃度との差が０．５ｗｔ％以上であり、Ｓｉ濃度の板厚方向全体の平均値が３〜７ｗｔ％（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）であることを特徴とする低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板を提供するものである。
【０００７】
第２に、上記鋼板において、表層のＳｉ濃度が７．５ｗｔ％以下であることを特徴とする低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
方向性鋼板の板厚方向にＳｉの濃度勾配をつけた場合の残留磁束密度（Ｂｒ）の変化を図１に示す。サンプルとしては、０．３ｍｍ板厚の３．１ｗｔ％Ｓｉ一方向性けい素を浸珪処理して作製したものを用いた。浸珪処理においては、１２００℃に加熱した鋼板と、２０ｖｏｌ％のＳｉＣｌ4 と８０ｖｏｌ％のＮ2 との混合ガスとを反応させ、鋼板表面からＳｉを浸透させ、その後Ｎ2 中で均熱してＳｉを板中心部へ拡散浸透させた。ここでは、Ｓｉ浸透時間と拡散時間とを変化させ、種々に濃度勾配を有するサンプルを作製し、磁気特性を測定した。
【０００９】
図１は５０Ｈｚで１．４Ｔまで磁化した時の残留磁束密度を測定した結果を示すものであり、横軸は、サンプルの断面についてＸ線マイクロアナライザーでＳｉを定量分析し、その最高値と最低値との差（ΔＳｉ）をとったものである。
【００１０】
この図に示すように、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。また、図より、残留磁束密度を１０％以上低下させるためにはΔＳｉを０．５％以上とすることが必要であることがわかる。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。
【００１１】
したがって、本発明では、Ｓｉの濃度勾配を形成し、板厚中心近傍の最低のＳｉ濃度が表層のＳｉ濃度よりも０．５ｗｔ％以上低いことを要件としている。
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、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。
【００１２】
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。
【００１３】
本発明で対象とする方向性けい素鋼板としては、典型的には一方向性であり、その例としてはＧｏｓｓ方位を有するものが挙げられるが、これに限るものではない。
【００１４】
素材の方向性けい素鋼板は、板厚方向の全体の平均値Ｓｉ濃度が３ｗｔ％以下であるとＧｏｓｓ方位等の形成が困難となるため、３ｗｔ％以上であることが好ましい。一方、平均値Ｓｉ濃度が高くなると、これに伴って表層Ｓｉも高くなり、加工性が劣化する。加工性の点からは、表層Ｓｉ濃度が７．５ｗｔ％以下であることが好ましく、その結果、平均値Ｓｉ濃度は７ｗｔ％以下とすることが好ましい。したがって、本発明では、好ましいＳｉの平均値濃度として、３〜７ｗｔ％を規定し、さらに表層のＳｉ濃度の好ましい値として、７．５ｗｔ％以下を規定している。
なお、本発明において、Ｓｉ以外の元素は特に規定されず、他の元素は通常の方向性けい素鋼板に含有される量であれば許容される。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
表１に示す組成の０．２３ｍｍ厚のＧｏｓｓ方位を持つ方向性けい素鋼板を連続浸珪処理ラインで浸珪・拡散処理して板厚方向にＳｉの濃度勾配を形成した。浸珪処理ラインとしては、加熱・浸珪・拡散・冷却帯および絶縁皮膜コーティング装置からなるものを用いた。浸珪ラインでは、１２００℃まで加熱後、ＳｉＣｌ4ガスと鋼板とを反応させ鋼板表面にＦｅ3Ｓｉを形成し、その後拡散均熱してＳｉを板中心部に拡散させ、Ｓｉの濃度勾配を形成した。この際に、ＳｉＣｌ4ガス濃度と均熱時間を変えて種々のＳｉプロファイルを有する鋼板を製造した。なお、この鋼板の浸珪前後でのＳｉ以外の成分量はほぼ同一であった。
【００１６】
【表１】
このようにして得られた鋼板を用い、単相５０Ｈｚ、１ｋＶＡのトランスを作製し、位相制御のもとで突入電流の測定を実施した。その際の残留磁束密度、磁束密度Ｂ８、突入電流比の値を表２に示す。残留磁束密度は、５０Ｈｚで１．４Ｔまで磁化したときの値である。また、突入電流はトランスを１．４Ｔまで磁化したときの値であり、定格電流との比で評価した。ΔＳｉ、表層Ｓｉ濃度、平均Ｓｉ濃度、残留磁束密度、磁束密度Ｂ８、および突入電流比を表２に示す。
【００１８】
【表２】
この表に示すように、本発明の範囲内であれば、残留磁束密度が低く、そのため突入電流特性に優れていることが明らかとなった。このことから、本発明により、突入電流の低いトランス用の方向性けい素鋼板が得られることが確認された。
なお、No.３はＳｉ量が多いため、加工性に劣っていた。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、表層のＳｉ濃度のほうが板厚中心部のＳｉ濃度より高く、表層のＳｉ濃度と板厚中心近傍の最低のＳｉ濃度との差を０．５ｗｔ％以上とし、Ｓｉ濃度の板厚方向全体の平均値を３〜７ｗｔ％（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）とすることにより、低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板を得ることができる。したがって、機器の大型化やコスト増大等をもたらすことなく偏磁による突入電流を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼板のΔＳｉと残留磁束密度との関係を示す図。
Claims (2)
- 板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、表層のＳｉ濃度のほうが板厚中心部のＳｉ濃度より高く、表層のＳｉ濃度と板厚中心近傍の最低のＳｉ濃度との差が０．５ｗｔ％以上であり、Ｓｉ濃度の板厚方向全体の平均値が３〜７ｗｔ％（ただし、６．２ｗｔ％以上を除く）であることを特徴とする低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板。
- 表層のＳｉ濃度が７．５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP30995696A JP4012275B2 (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | 低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30995696A JP4012275B2 (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | 低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10140300A JPH10140300A (ja) | 1998-05-26 |
| JP4012275B2 true JP4012275B2 (ja) | 2007-11-21 |
Family
ID=17999387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30995696A Expired - Fee Related JP4012275B2 (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | 低残留磁束密度のトランス用方向性けい素鋼板 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP4012275B2 (ja) |
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| KR100900661B1 (ko) * | 2002-11-11 | 2009-06-01 | 주식회사 포스코 | 침규확산 피복조성물 및 이를 이용한 고규소 전기강판제조방법 |
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| CN118635508A (zh) * | 2024-08-15 | 2024-09-13 | 鞍钢股份有限公司 | 一种粉末冶金-热轧梯度高硅钢薄带的制备方法 |
-
1996
- 1996-11-07 JP JP30995696A patent/JP4012275B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10140300A (ja) | 1998-05-26 |
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