1前言

神户制钢将以线材和铁粉为中心培育的纯铁系软磁材料技术应用于钢板，目标是拓展新的用途。该公司生产的纯铁系软磁线材ELCH2（Ext ral Low Car ban Col d Headi ng wire：超低碳冷镦钢丝）具有优良的磁特性和冷锻性，在此基础上，该公司试制了能够发挥同样磁特性的纯铁系软磁钢板（下称纯铁钢板）。本文介绍了对纯铁钢板制造条件和微观组织与磁特性关系进行调查的结果，并将其与普通软钢板和无取向电工钢板进行比较。

2纯铁钢板的研制理念

按照提高纯铁系软磁性线材ELCH2磁特性的思路，神户制钢试制出的磁特性优良的纯铁钢板遵循了以下理念：1）通过采用洁净的铁素体单相组织来增加材料中的磁矩（降低碳含量）；2）抑制阻碍磁响应性的晶粒的不均匀性等（降低Al、N含量）。

3试制材及评价方法

3.1纯铁钢板的试制

试制的纯铁钢板A钢和比较材B、C、D钢的化学成分示于表1。试制材以ELCH2线材的中间产品（155mm²）为初始原料，热锻至厚度约30mm后，再通过热轧和冷轧制成0.1-1.0mm厚的钢板。另外，在冷轧的最终平整工序之前实施了软化退火。在实际的零部件制造中，通过冲压将平整后的钢板加工为零部件后，为了去除加工应变和避免晶粒粗大化以实现最大磁特性，需要进行磁退火。为了掌握符合量产零部件的特性，在磁测量中采用在平整后进行了普通磁退火（850℃×3h）的试样。部分试样将磁退火前的平整道次的压下率控制在0-10%，并调查了对磁退火后的微观组织和磁特性的影响。

3.2磁特性的评价

关于磁特性，采用60mm²的单板，在850℃×3h的氢中磁退火后，评价了直流磁特性和交流磁特性。

直流磁特性根据JIS C2556的规定，测量了初始磁化曲线和磁滞曲线，求出各磁场强度的磁通密度B、矫顽力Hc和最大相对导磁率μ_max。作为设定螺线管和继电器等直流用途的比较材，从神户制钢量产钢种的普通软钢板中选择了板厚1mm左右的试样。

交流磁特性根据JIS C2556的规定，对板厚0.1-0.5mm的试制材料和市售的电工钢板，用50Hz和400Hz的频率求出1.5T的铁损值。在设定的电机铁心等交流电用途的对比材料中，采用了市售的无取向电工钢板JIS-35A300和JIS-50A800。选择35A300作为高等级，50A800作为通用级无取向电工钢板。

4评价结果及考察

4.1直流磁特性和化学成分与微观组织的关系

如将纯铁钢板和普通软钢板进行比较，试制的纯铁钢板A钢的矫顽力小，最大相对导磁率高，基本呈良好的磁特性。尤其是纯铁钢板的矫顽力比普通软钢板小。

与无取向电工钢板相比，纯铁钢板A钢的矫顽力与35A300相同，最大相对导磁率处于35A300和50A800之间的特性水平。另一方面，A钢的磁通密度具有在高磁场侧比无取向电工钢板高的特点。这是因为在纯铁钢板中没有添加Si和Al等合金元素，与Si和Al合计添加了约3mass%的35A300以及添加了约0.6mass%的50A800相比，Fe含量高。

磁特性良好的纯铁钢板A钢与普通软钢板相比晶粒尺寸大。众所周知，晶界会阻碍磁畴壁迁移，降低磁特性，这与A钢比B、C、D钢的矫顽力小的结果一致。碳含量越高，晶粒尺寸越小；晶粒尺寸越大，矫顽力越小。如果碳含量十分低，在磁退火温度850℃左右时，因为是α单相，因此晶粒易长大，但如果碳含量超过0.01mass%，在800℃以上变为α相和γ相双相。就会成为晶粒长大的阻碍因素。另外，如果碳含量超过0.02mass%，在冷却过程中会析出珠光体和渗碳体，降低磁特性。此外，在本试验中，由于A钢的Al含量比B、C、D钢少，认为将Al N析出引起的晶粒生长抑制效果控制在最小限度也是矫顽力小的主要原因。

从研究结果发现，通过在压下率3%-5%的平整工序后磁退火，可以使矫顽力最小化。此外，在3%-5%的压下率下，晶粒尺寸趋向最大化，与矫顽力变化倾向一致。认为这是因为适度导入的应变在下道工序的磁退火中促进了晶粒生长。当压下率进一步增大时，晶粒尺寸逐渐变小，磁特性降低。推测这是磁退火的再结晶的形核位点增加所致。根据以上结果，在纯铁钢板的最终制造过程中，最好是在软化退火后实施适度压下率的平整工序。

4.2板厚和电阻率对交流磁特性的影响

图1、图2是1.5T/50Hz和1.5T/400Hz励磁下的铁损测量值W15/50和W15/400。在此，A钢-0.5、A钢-0.35和A钢-0.1是交流用试制的板厚0.5mm、0.35mm和0.1mm的纯铁钢板的测量值。在50Hz时，板厚0.5mm的纯铁钢板和板厚0.5mm的无取向电工钢板（50A800）的铁损基本相等，但在400Hz时，纯铁钢板的铁损增加较大，从其明细来看，涡流损耗占了很大的比例。由于纯铁钢板的电阻比含有Si的电工钢板小，所以涡流损耗比相同板厚的电工钢板大。本试验中使用材料的电阻实测值A钢为0.1150μΩm，35A300为0.4735μΩm，50A800为0.2010μΩm，与相同板厚的涡流损耗的倾向一致。另外，磁场频率越高，涡流损耗的影响就越显著，纯铁钢板的铁损在400Hz时要比50Hz时大。

此外还发现，减小板厚可以降低涡流损耗。如图1和图2所示，通过将纯铁钢板的板厚从0.5mm降低到0.35mm和0.1mm，涡流损耗减少，在板厚0.1mm时，磁场频率为50Hz和400Hz都获得与板厚0.35mm的高级无取向电工钢板同等的铁损。这一结论有望应用于电机铁心等交流用途。

5结语

将与直流磁特性和冷锻性优越的ELCH2线材同样的降低杂质和组织控制的方法应用于钢板，试制出纯铁钢板，获得了比普通软钢板优越的直流磁特性。此外，通过减小板厚，可使交流磁场下的铁损与无取性电工钢板相同。纯铁钢板具有磁通密度高、良好的加工性和高导热率等特点。利用这些特点，有望应用于各种用途。（全荣）