ケイ素鋼とは

ケイ素鋼とは

ケイ素鋼は、炭素含有量が非常に低い軟磁性ケイ素鉄合金であり、通常は 1.0 パーセントから 4.5 パーセントのケイ素合金成分を含んでいます。 シリコンは、酸素と反応して炭素に還元されない安定した SiO2 を生成し、酸素原子のドーピングによって引き起こされる鉄格子の歪みを回避するため、鋼にとって有用な脱酸剤です。 シリコンは Fe 中で凝固し、抵抗率を増加させると同時に、有害な不純物である炭素の分離を助けます。 その結果、シリコンを含めることで、鉄の抵抗率と最大透磁率が向上し、保磁力、コア損失 (鉄損)、および磁気老化が減少し、アプライアンスを作成する際のパンチングおよびせん断加工のニーズを満たすために、ある程度の柔軟性が必要になります。 磁化率を改善し、ヒステリシス損失を低減するために、有害な汚染物質の量を減らすとともに、平板の形状と許容できる表面品質を持たせる必要があります。 ただし、シリコンの割合を増やすと、材料が硬く脆くなり、熱伝導率が低下し、靭性が熱放散を低下させ、機械加工が困難になります。 したがって、鋼板の一般的なシリコン含有量は 4.5% を超えてはなりません。

ケイ素鋼の分類

- 製造技術によると、ケイ素鋼は熱間圧延または冷間圧延に分類できます。 熱間圧延されたケイ素鋼は、入手可能性が限られており、エネルギー損失が大きいため、段階的に廃止されています。 内部結晶粒配向に従って、冷間圧延されたケイ素鋼は、方向性ケイ素鋼または無方向性ケイ素鋼に分類されます。

・電磁鋼板は、シリコンの含有量により、低シリコン板（低級）と高シリコン板（高級）の2種類に分類されます。 低ケイ素鋼板は、一定の機械的強度を有しており、通称「ダイナモケイ素鋼板」と呼ばれています。 高ケイ素鋼板は磁気的に優れていますが、よりもろく、変圧器のコアの構成に一般的に使用されており、「変圧器ケイ素鋼板」と呼ばれています。

方向性ケイ素鋼と無方向性ケイ素鋼の違い

方向性ケイ素鋼の粒子分布は無秩序で、ケイ素含有量が低く、主にモーター製造に使用されます。

無方向性ケイ素鋼の結晶粒分布は、ケイ素含有量が低く無秩序であり、主に変圧器の製造に使用されます。 シリコン濃度の一般的な限界は 3% です。 冷間圧延されたケイ素鋼は、無方向性ケイ素鋼と方向性ケイ素鋼の 2 種類に分類されます。

- 冷間圧延された無方向性ケイ素鋼の製造は非常に簡単で、ケイ素の質量分率は 0.5 パーセントから 3.0 パーセントの範囲です。 冷間圧延後の完成品の厚さは通常、0.35 ～ 0.5 mm です。 方向性けい素鋼よりもBSが大きく、均一な厚み、優れた寸法精度、滑らかで平坦な表面、優れた充填率と磁気特性を備えています。

- 冷間圧延された方向性ケイ素鋼のケイ素質量パーセントは 3.0 パーセント以上であり、炭素質量分率は 0.03 パーセント –0.05 パーセントです。 鋼中の酸化物介在物は微量であるため、抑制剤が必要です。 方向性ケイ素鋼は、冷間圧延された無方向性ケイ素鋼と比較して、鋼の損失が少なく、方向性磁気が強く、圧延方向に優れた高透磁率と低損失の特性を示します。 冷間圧延された方向性ケイ素鋼は、「冷間圧延変圧器ケイ素鋼」とも呼ばれ、主に変圧器の製造に使用されます。

冷間圧延された方向性ケイ素鋼はさらに、一般的な方向性ケイ素鋼 (CGO) と高磁気誘導方向性ケイ素鋼 (Hi-B) の 2 つのタイプに分けられます。 高磁気誘導冷間圧延方向性ケイ素鋼は、主にチョーク、トランス、その他の電磁部品などの電子機器の製造に使用される単一方向性鋼帯です。

ケイ素鋼板の性能要件

珪素鋼板の主な品質特性は、鉄損値、磁束密度、硬さ、平坦度、板厚均一性、コーティングの種類、板抜き能力です。

- 低鉄損

低鉄損は、ケイ素鋼板の品質の重要な指標です。 ケイ素鋼板の鉄損は、ケイ素鋼板のさまざまなクラスによって決まります。 グレードが高いほど鉄損値が低くなります。

- 高磁束密度

ケイ素鋼板のもう 1 つの重要な電磁気的特徴は磁束密度です。これは磁化のしやすさを反映しています。 磁束密度は、磁場強度の特定の周波数における単位面積あたりの磁束の量です。 ケイ素鋼板の磁束密度は、通常、B50 として知られる 5000 A/m の印加磁場で、50 または 60 Hz の周波数でテスラで測定されます。

磁束密度は、珪素鋼板全体の構造、不純物、内部張力などの影響を受けます。 モーター、トランス、およびその他のモーター機器のエネルギー効率は、磁束密度の影響を直接受けます。 フラックス密度が高いほど、単位面積あたりのフラックスが大きくなるため、エネルギー効率が向上します。 したがって、ケイ素鋼板の磁束密度が高いほど良いです。 それにもかかわらず、ほとんどの仕様は単に磁束密度の最小値を要求しています。

- 高硬度

けい素鋼板の特長のひとつに、その硬さがあります。 現在の自動打抜き機を使用してシートの打ち抜きを行う場合、硬度の要件はさらに厳しくなります。硬度が低すぎると、自動打抜き機の送り動作に好ましくなく、過度に長いバリが発生する傾向があり、組み立てがより困難になります。 これらの基準を達成するためには、ケイ素鋼板の硬度が特定の硬度値より大きくなければなりません。 たとえば、50AI300 ケイ素鋼板の硬度は通常、HR30T の硬度 47 よりも低くありません。ケイ素鋼板の品質が向上するにつれて、その硬度も向上します。 ケイ素鋼板の品質が高いほど、通常、より多くのケイ素含有量が追加され、合金の固溶強化効果により、鋼はより硬くなります。

- 滑らかで平らで均一な表面の厚さ

平坦度と厚さの均一性は、ケイ素鋼板の重要な品質基準です。 優れた平面性により、シートの打ち抜きや組立が容易になります。 圧延技術と焼鈍技術は、平坦度と密接に関係しています。 圧延およびアニーリング技術とプロセスの進歩により、平坦性が向上します。 たとえば、連続焼鈍の使用は、バッチ焼鈍よりも優れています。 また、ケイ素鋼板の厚さが一定であることも重要です。 鋼板の中心部と端部の板厚差が大きすぎる場合や、板厚のばらつきが長さ方向に大きい場合、組立後のコアの板厚に影響を与えます。 コアの厚さが異なると、磁気伝導率が大きく変化し、モーターやトランスの特性に直接影響するため、ケイ素鋼板の厚さの変化は小さいほど良い. 鋼板の板厚均一性は、熱間・冷間圧延の技術や工程と大きく関係しているため、圧延技術の向上により板厚変動を低減することができます。

- コーティング

コーティングは、ケイ素鋼板の重要な品質コンポーネントです。 けい素鋼板の表面に化学塗装を施し、薄膜を塗布することで絶縁、防錆、潤滑を行います。 絶縁により、ケイ素鋼板のコア間の渦電流損失が減少します。 さび止めは、生産および保管中にシートがさびるのを防ぎます。 潤滑により、打ち抜き加工性と金型寿命が向上します。

・打ち抜き性良好

ケイ素鋼板の最も重要な特性の 1 つは打ち抜き性です。 パンチング性により、ダイの寿命が延び、パンチのバリが減少します。 珪素鋼板の打ち抜き性は、コーティングの種類と硬さと密接に関係しています。 新しいコーティング タイプは、主にケイ素鋼板の打ち抜き性を高めます。 さらに、鋼板の硬度が低すぎるため、バリが大きくなり、打ち抜きが困難になります。 それにもかかわらず、硬度が高すぎるため、金型の寿命が短くなります。 そのため、珪素鋼板の硬さを最適な範囲に管理する必要があります。

ケイ素鋼板の製造工程

- 酸洗い
冷延完成品の表面トラブルを防止するために、熱延鋼帯の酸化物を塩酸タンク付脱スケール装置で除去します。

- コールドスタンプによる刻印
圧下率は40％～90％を選択し、様々な用途に対応できる板厚・材質を確保し、自動板厚制御・自動形状制御を実現する高度な制御設備を備えています。

- アニーリング
強靭な鋼帯素材を軟らかくするための冷間プレス加工方法です。 深加工鋼、高張力鋼は金属を加熱急冷し、箱（ふた）焼鈍、連続焼鈍を行っています。

- 絶縁のためのコーティング
連続塗装設備により、ケイ素鋼板を鉄心に加工し、その下に絶縁塗装液を噴射することで加工品質を向上させ、板厚分の渦電流損をなくします。

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