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技術 電磁鋼板

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 小関新司尾田善彦平谷多津彦戸田広朗中西匡
出願日 2013年3月29日 (7年9ヶ月経過) 出願番号 2013-073027
公開日 2014年10月16日 (6年2ヶ月経過) 公開番号 2014-196539
状態 特許登録済
技術分野 金属質材料の表面への固相拡散 電磁鋼板の製造 軟質磁性材料
主要キーワード コンプレッサーモータ コア用材料 打ち抜き端面 鋼板端面 エアコンコンプレッサー Al鋼 析出物量 全板厚
関連する未来課題
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この項目の情報は公開日時点(2014年10月16日)のものです。
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図面 (6)

課題

打ち抜き時鉄損劣化を抑制した、高周波鉄損に優れる電磁鋼板を提供する。

解決手段

質量%で、鋼板表層部の平均Si量が4〜7%、鋼板内層部の平均Si量が5%以下であり、Al:0.3〜5.0%を含有し、As:0.01%以下、Se:0.0050%以下とし、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、板厚方向に板厚表面が板厚中心部よりもSi濃度が高くなるSiの濃度勾配を有し、鋼板表層部の平均Si量が鋼板内層部の平均Si量に比べて0.5質量%以上高く、鋼板表層部厚さの割合が板厚の0.10〜0.70であることを特徴とする電磁鋼板;ここで、鋼板表層部とは、鋼板全板厚の平均Si量以上のSi濃度を有する鋼板部分であり、鋼板内層部は鋼板の全板厚の平均Si量未満のSi濃度を有する鋼板部分である。

概要

背景

近年、家庭用エアコンコンプレッサーモータでは可変速運転が行われており、最高周波数は200〜400Hz程度である。そのため、PWM制御等により数kHzのキャリア周波数重畳した状態で使用されている。また、最近急速に普及しているハイブリッド電気自動車用駆動モータ電気自動車用駆動モータも、高出力、小型化の観点から数kHzの周波数で駆動されており、モーターコア用材料について、特に高周波鉄損が低いことが要求されるようになっている。

ここで、例えばモーターコア用の素材である電磁鋼板は、打ち抜きによりモータコア形状に加工され、その後かしめ、溶接等により締結されて、巻き線後、ハウジング等に圧入もしくは焼きばめにより固定されることにより、モータコアとされる。このため、電磁鋼板は様々な加工歪みを受けることとなり、エプスタイン試験等で測定される素材の磁気特性に比べ、モータコアに加工後は鉄損等が大きく増加することとなる。例えば、打ち抜き歪みに関してみると、エプスタイン試験で磁気特性を測定する場合は、試験材は幅:30mmの短冊状試験片に剪断して測定されるが、モータコアではティース幅が比較的大きなモータでも5mm程度であり、小型のモータでは2mm程度となる。ここで、打ち抜いた鉄心形状の面積に対する打ち抜き端面累計長さの長いものほど、鉄心全体に対する歪みの影響が大きくなり、上記したようなティース幅の場合、打ち抜きによりモータコア鉄損は素材鉄損に比べ3〜5割程度も増加することとなる。このため、打ち抜きによる鉄損劣化が小さい電磁鋼板が求められている。

このような課題を解決するものとして、例えば特許文献1には、重量%でSi、Mn、SをSi: 0.4〜2.0%、Mn:0.25〜1.00%、S:0.015〜0.035%の範囲に制御し、熱間圧延前スラブ加熱温度を1100〜1180℃と低温とし、熱間圧延仕上げ温度を比較的高温である850〜950℃とする、打ち抜きによる磁気特性の劣化が少なく、磁気特性が良好な無方向性電磁鋼板を得る技術が開示される。この技術は、鋼板中に粗大なMnSを析出させ、打ち抜き時剪断抵抗を減少させることにより、打ち抜き時の鉄損劣化を抑制しようとするものである。

概要

打ち抜き時の鉄損劣化を抑制した、高周波鉄損に優れる電磁鋼板を提供する。質量%で、鋼板表層部の平均Si量が4〜7%、鋼板内層部の平均Si量が5%以下であり、Al:0.3〜5.0%を含有し、As:0.01%以下、Se:0.0050%以下とし、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、板厚方向に板厚表面が板厚中心部よりもSi濃度が高くなるSiの濃度勾配を有し、鋼板表層部の平均Si量が鋼板内層部の平均Si量に比べて0.5質量%以上高く、鋼板表層部厚さの割合が板厚の0.10〜0.70であることを特徴とする電磁鋼板;ここで、鋼板表層部とは、鋼板全板厚の平均Si量以上のSi濃度を有する鋼板部分であり、鋼板内層部は鋼板の全板厚の平均Si量未満のSi濃度を有する鋼板部分である。

目的

本発明はこのような問題を鑑みてなされたもので、打ち抜き時の鉄損劣化を抑制した、高周波鉄損に優れる電磁鋼板を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

質量%で、鋼板表層部の平均Si量が4〜7%、鋼板内層部の平均Si量が5%以下であり、Al:0.3〜5.0%を含有し、As:0.01%以下、Se:0.0050%以下とし、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、板厚方向に板厚表面が板厚中心部よりもSi濃度が高くなるSiの濃度勾配を有し、鋼板表層部の平均Si量が鋼板内層部の平均Si量に比べて0.5質量%以上高く、鋼板表層部厚さの割合が板厚の0.10〜0.70であることを特徴とする電磁鋼板;ここで、鋼板表層部とは、鋼板全板厚の平均Si量以上のSi濃度を有する鋼板部分であり、鋼板内層部は鋼板の全板厚の平均Si量未満のSi濃度を有する鋼板部分である。

請求項2

さらに、質量%で、Mn:0.5〜5.0%を含有することを特徴とする請求項1に記載の電磁鋼板。

請求項3

さらに、質量%で、Mg:0.0003〜0.002%、Sn:0.005〜0.1%、Sb:0.001〜0.1%、Ca:0.001〜0.005%の中から選ばれる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または2に記載の電磁鋼板。

技術分野

0001

本発明は、エアコンコンプレッサーモータハイブリッド電気自動車用駆動モータなどのモータコア用として好適である電磁鋼板、特に高周波鉄損が低い電磁鋼板に関する。

背景技術

0002

近年、家庭用エアコンコンプレッサーモータでは可変速運転が行われており、最高周波数は200〜400Hz程度である。そのため、PWM制御等により数kHzのキャリア周波数重畳した状態で使用されている。また、最近急速に普及しているハイブリッド電気自動車用駆動モータや電気自動車用駆動モータも、高出力、小型化の観点から数kHzの周波数で駆動されており、モーターコア用材料について、特に高周波鉄損が低いことが要求されるようになっている。

0003

ここで、例えばモーターコア用の素材である電磁鋼板は、打ち抜きによりモータコア形状に加工され、その後かしめ、溶接等により締結されて、巻き線後、ハウジング等に圧入もしくは焼きばめにより固定されることにより、モータコアとされる。このため、電磁鋼板は様々な加工歪みを受けることとなり、エプスタイン試験等で測定される素材の磁気特性に比べ、モータコアに加工後は鉄損等が大きく増加することとなる。例えば、打ち抜き歪みに関してみると、エプスタイン試験で磁気特性を測定する場合は、試験材は幅:30mmの短冊状試験片に剪断して測定されるが、モータコアではティース幅が比較的大きなモータでも5mm程度であり、小型のモータでは2mm程度となる。ここで、打ち抜いた鉄心形状の面積に対する打ち抜き端面累計長さの長いものほど、鉄心全体に対する歪みの影響が大きくなり、上記したようなティース幅の場合、打ち抜きによりモータコア鉄損は素材鉄損に比べ3〜5割程度も増加することとなる。このため、打ち抜きによる鉄損劣化が小さい電磁鋼板が求められている。

0004

このような課題を解決するものとして、例えば特許文献1には、重量%でSi、Mn、SをSi: 0.4〜2.0%、Mn:0.25〜1.00%、S:0.015〜0.035%の範囲に制御し、熱間圧延前スラブ加熱温度を1100〜1180℃と低温とし、熱間圧延仕上げ温度を比較的高温である850〜950℃とする、打ち抜きによる磁気特性の劣化が少なく、磁気特性が良好な無方向性電磁鋼板を得る技術が開示される。この技術は、鋼板中に粗大なMnSを析出させ、打ち抜き時剪断抵抗を減少させることにより、打ち抜き時の鉄損劣化を抑制しようとするものである。

先行技術

0005

特開平8−246052号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献1の技術のように、鋼板中に粗大な析出物を析出させることで打ち抜き時の剪断抵抗を減少させようとすると、鋼板中の析出物量が多くならざるを得ず、素材である電磁鋼板自体の鉄損が高くなるという問題を有していた。本発明はこのような問題を鑑みてなされたもので、打ち抜き時の鉄損劣化を抑制した、高周波鉄損に優れる電磁鋼板を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明者らが上記課題について鋭意検討したところ、鋼板表層部のSi量を高めるとともに、鋼中のAl量を高め、さらに鋼中のAs量およびSe量を低減することにより、打ち抜き時に鉄損劣化を起こしやすい狭幅材での高周波鉄損を低減できることが明らかとなった。

0008

本発明は、上記知見に基づきなされたもので、その要旨は以下の通りである。
[1]質量%で、鋼板表層部の平均Si量が4〜7%、鋼板内層部の平均Si量が5%以下であり、Al:0.3〜5.0%を含有し、As:0.01%以下、Se:0.0050%以下とし、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、板厚方向に板厚表面が板厚中心部よりもSi濃度が高くなるSiの濃度勾配を有し、鋼板表層部の平均Si量が鋼板内層部の平均Si量に比べて0.5質量%以上高く、鋼板表層部厚さの割合が板厚の0.10〜0.70であることを特徴とする電磁鋼板;
ここで、鋼板表層部とは、鋼板全板厚の平均Si量以上のSi濃度を有する鋼板部分であり、鋼板内層部は鋼板の全板厚の平均Si量未満のSi濃度を有する鋼板部分である。
[2]前記[1]において、さらに、質量%で、Mn:0.5〜5.0%を含有することを特徴とする電磁鋼板。
[3]前記[1]または[2]において、さらに質量%で、Mg:0.0003〜0.002%、Sn:0.005〜0.1%、Sb:0.001〜0.1%、Ca:0.001〜0.005%の中から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする電磁鋼板。

発明の効果

0009

本発明によれば、打ち抜きによる特性劣化が小さい材料を得ることができ、エアコンコンプレッサーモータ、ハイブリッド電気自動車用駆動モータ、電気自動車用駆動モータ、情報機器モータ等のティース幅が狭いモータの鉄損を低減できるという利点がある。

図面の簡単な説明

0010

鋼板表層部の平均Si量と鉄損(W10/2k)との関係を示す図である。
鋼中のAl含有量と鉄損(W10/2k)との関係を示す図である。
複層比と鉄損(W10/2k)との関係を示す図である。
鋼板表層部の平均Si量と鋼板内層部の平均Si量の差と鉄損(W10/2k)との関係を示す図である。
Al添加鋼におけるMn含有量と鉄損(W10/2k)との関係を示す図である。

0011

本発明を実験結果に基づいて詳細に説明する。なお、本明細書において、特にことわらない限り、成分に関する%表示は質量%を意味する。

0012

まず、打ち抜きによる磁気特性劣化を調査した。
質量%でSi=3.9%、Al=0.1%、Mn=0.1%、As=tr.、Se=tr.とした鋼を実験室にて溶製し、インゴットとした。その後、熱間圧延し、次いで900℃×30sの熱延板焼鈍を行い、酸洗後冷間圧延して板厚を0.20mmの冷延板とした。引き続き1000℃×30sの仕上げ焼鈍を行ない、板厚方向にSi量が比較的均一な鋼板を得た。ここで得た鋼板の圧延方向および圧延直角方向から、長さ180mm、幅30mmのエプスタインサンプル、および長さ180mm、幅5mmのエプスタインサンプルを打ち抜きにより作製した。また、上記冷延板に1200℃にて10分間の浸珪処理を施すことにより、各表面から各々板厚の30%の部分(計全板厚の60%の部分)の平均Si量を6.5%とし、板厚中央部(板厚中心から上下に板厚の40%の部分)のSi量を4.5%とした鋼板も作製し、同様に、圧延方向および圧延直角方向から、長さ180mm幅30mmのエプスタインサンプル、および長さ180mm幅5mmのエプスタインサンプルを打ち抜きにより作製した。

0013

これらサンプルについて、JIS C2550に準拠してエプスタイン試験により鉄損(W10/2k)を測定した結果を表1に示す。この際、幅5mmのサンプルについては、幅方向に6枚並べて幅30mmとして鉄損を測定した。このようにして測定することで、サンプルの幅30mmの中に5ヶ所の剪断部分が含まれることになるので、打抜加工による鉄損特性への影響を評価することができる。なお、表1の鉄損(W10/2k)は、圧延方向サンプルおよび圧延直角方向サンプルを半量ずつ用いて求めた鉄損(W10/2k)である。また、鉄損劣化率(%)={((幅5mm材の鉄損)−(幅30mm材の鉄損))/(幅30mm材の鉄損)}×100を求め、表1に示す。表1に示した結果から、仕上げ焼鈍を行った板厚方向にSiが均一な材料(均一材)では鉄損劣化率が32.7%であり、30mm幅のサンプルに比べ5mm幅のサンプルでは鉄損が30%程度増加していることがわかる。これは打ち抜きにより鋼板端面塑性変形が生じることに加え、圧縮応力残留するためと考えられる。

0014

一方、浸珪処理を行い板厚方向にSiの濃度勾配をつけて、表層部を板厚中央部にくらべてSi量を高くした材料(表層高Si材)では、鉄損劣化率が7.3%であり、均一材に比べて打ち抜き幅の影響が小さいことがわかる。また、30mm幅サンプルの場合、均一材と表層高Si材の鉄損はほぼ同一レベルであるが、5mm幅サンプルでは、均一材に比べて表層高Si材は大幅に低い鉄損となる。すなわち、板厚方向にSiの濃度勾配をつけて、板厚の表層部を板厚の中央部に比べて高くした鋼板で打ち抜きによる鉄損劣化が抑制されていることがわかる。この原因は明確ではないが、表層部の磁歪が低いこと、および浸珪処理による格子定数変化に起因して鋼板表層部に引張り残留応力が生じることにより、打ち抜き時の圧縮応力の影響を受けにくくなったのではないかと考えられる。

0015

0016

次に鋼板表層部のSi量の影響について調査した。なお、以下、鋼板表層部とは、鋼板の全板厚の平均Si量以上のSi濃度を有する鋼板部分である。また、鋼板の全板厚の平均Si量未満のSi濃度を有する鋼板部分は鋼板内層部とした。

0017

Si=3.1%、Al=0.1%、Mn=0.1%、As=tr.、Se=tr.の鋼を用い、熱間圧延し、次いで900℃×30sの熱延板焼鈍を行い、酸洗後、冷間圧延により板厚を0.20mmとした。その後、1200℃×1〜20minの浸珪処理を行い、鋼板表層部のSi量を変化させた。ここで鋼板表層部の厚さ(鋼板両側表層部の合計の厚さ)が全板厚の25%となるように、すなわち複層比が0.25となるように、浸珪処理後に1000℃にて行う拡散処理の処理時間を様々に変化させて調整した。なお、複層比とは、鋼板の全板厚に対する表層部の厚さの割合であり、複層比=(鋼板両側表層部の合計の厚さ)/(鋼板の全板厚)である。

0018

また、ここで鋼板表層部の厚さは、鋼板の板厚方向のSiの濃度分布をEPMAにより求め、この濃度分布から、全板厚の平均のSi量を求め、この全板厚の平均Si量以上のSi濃度を有する部分を、鋼板表層部として、鋼板表層部のSi量の平均である鋼板表層部の平均Si量を求めた。

0019

また、このようにして得られた鋼板から、圧延方向および圧延直角方向から長さ180mm、幅5mmのエプスタインサンプルを打ち抜きにより作製し、上記と同様にして鉄損(W10/2k)を測定した。

0020

図1にここで得た鋼板(0.1%Al鋼)の鋼板表層部の平均Si量と鉄損(W10/2k)との関係を示す(図中○印)。なお、鋼板内層平均Si量はいずれのサンプルでも4.0%であった。これより鋼板表層部の平均Si量が高いほど鉄損が低下しており、鋼板表層部の平均Si量が4%以上で大きく鉄損が低下していることがわかる。

0021

ところで、このような板厚方向にSiの濃度勾配を有する鋼板の高周波鉄損をさらに低減するには、鋼板の固有抵抗を高めることが効果的である。鋼板の固有抵抗を増大させる元素としてSiがあるが、Siをさらに高めた場合には材料が非常にもろくなるため、モータの打ち抜き加工が困難となる。そこで、固有抵抗を高めつつ、鋼板が脆化しない元素としてAlに着目し検討を行った。

0022

すなわち、Si=3.4%、Al=2.0%、Mn=0.1%、As=tr.、Se=tr.の鋼を用い、熱間圧延し、次いで900℃×30sの熱延板焼鈍を行い、酸洗後、冷間圧延により板厚を0.20mmとした。その後、1200℃×1〜20minの浸珪処理を行い鋼板表層部のSi量を変化させた。ここで鋼板表層部の厚さが板厚の25%(複層比=0.25)となるように、上記したのと同様に浸珪処理後に1000℃にて行う拡散処理の処理時間を様々に変化させて調整した。また、鋼板表層部の平均Si量は、上記と同様にして求めた。

0023

このようにして得た鋼板より、圧延方向および圧延直角方向から長さ180mm、幅5mmのエプスタインサンプルを打ち抜きにより作製し、上記と同様にして鉄損(W10/2k)を測定した。図1にここで得た鋼板(2.0%Al鋼)の鋼板表層部の平均Si量と鉄損(W10/2k)との関係を示す(図中△印)。なお、鋼板内層平均Si量はいずれのサンプルでも4.0%であった。2.0%Al鋼は、0.1%Al鋼よりも鉄損が小さく、特に鋼板表層部の平均Si量が4%以上でAl添加により特に鉄損が大きく低下して鉄損が良好になることがわかる。この理由は明確でないが、Si、Alの複合効果により鉄損低下が大きくなったのではないかと考えられる。このことより、鋼板表層部の平均Si量は4%以上、好ましくは4.5%以上とする。一方、鋼板表層部の平均Si量が7%を超えた場合には打ち抜きが困難となるため、上限は7%とする。

0024

次にAl添加量の影響を調査した。Si=3.0%、Al=0.1〜4.8%、Mn=0.1%、As=tr.、Se=tr.と、Al量を大きく変化させた鋼を真空溶解により作製し、熱間圧延後、900℃×30sの熱延板焼鈍を行い、酸洗後、冷間圧延により板厚を0.20mmとした。その後、1200℃×10minの浸珪処理を行い鋼板表層部の平均Si量を6.5%とした。なお、鋼板表層部の平均Si量は、上記と同様にして求めた。また、鋼板表層部の厚さが板厚の25%(複層比=0.25)となるように上記したのと同様に浸珪処理後に1000℃にて行う拡散処理の処理時間を様々に変化させて調整した。

0025

このようにして得た鋼板より、圧延方向および圧延直角方向から長さ180mm、幅5mmのエプスタインサンプルを打ち抜きにより作製し、上記と同様にして鉄損(W10/2k)を測定した。図2に鉄損(W10/2k)と鋼板のAl含有量との関係を示す。これよりAl量が0.3%以上で鉄損が低下し、鉄損が良好となることがわかる。なお、Al量が5.0%を超えると材料が脆くなり、打ち抜きが困難となるため、Al量の上限は5.0%とする。

0026

次に鋼板内層部のSi量について検討した。Si=1〜4.5%、Al=2.1%、Mn=0.1%、As=tr.、Se=tr.とした鋼を用い、熱間圧延後、900℃×30sの熱延板焼鈍を行い、酸洗後、冷間圧延により板厚を0.20mmとした。その後、1200℃×1〜20minの浸珪処理を行い鋼板表層部の平均Si量を6%とするとともに、鋼板内層部のSi量を変化させた。

0027

このようにして得た鋼板について、長さ180mm、幅5mmのエプスタインサンプルの打ち抜きを行ったところ、鋼板内層部の平均Si量が5%の鋼板では打ち抜きによりサンプルを作製することができたが、5%を超える鋼板では、打ち抜き時に鋼板に亀裂が入り、エプスタインサンプルを作製することが不可能であり、打ち抜き性が劣ることが判った。このことから、鋼板内層部のSi量は5%以下とする。

0028

次に複層比について検討した。Al=2.2%、Mn=0.1%、As=tr.、Se=tr.とし、Si含有量を種々変更した鋼素材を、上記と同様に、熱間圧延後、900℃×30sの熱延板焼鈍を行い、酸洗後、冷間圧延により板厚を0.20mmとし、浸珪温度を1200℃として浸珪時間を種々変更して浸珪処理を行い、鋼板表層部の平均Si量=6.3%、鋼板内層部の平均Si量=3.0%、複層比が0.05〜0.90となるようにした鋼板を作製した。このようにして得た鋼板について、圧延方向および圧延直角方向から、長さ180mm、幅5mmのエプスタインサンプルを打ち抜きにより作製し、上記と同様にして鉄損(W10/2k)を測定した。

0029

図3に複層比と鉄損(W10/2k)との関係を示す。これより複層比が0.10以上で鉄損が低下していることがわかる。これは複層比が0.10未満、すなわち表層の高Si部である鋼板表層部が板厚の0.10未満では低磁歪部および引張り応力残留部の量が小さく、打ち抜き時の鉄損劣化抑制効果が小さいためと考えられる。一方、複層比が0.70超では打ち抜き時に割れが生じたため上限は0.70とする。

0030

次に、表層部の平均Si量と内層部の平均Si量の差の影響について検討した。Si=4.5%、Al=2.3%、Mn=0.1%、As=tr.、Se=tr.の鋼を用い、熱間圧延後、900℃×30sの熱延板焼鈍を行い、酸洗後、冷間圧延により板厚を0.20mmとした。その後、1200℃×1〜20minの浸珪処理を行い鋼板表層部のSi量を変化させた。ここで鋼板表層部(表層高Si部)は板厚の30%(複層比=0.30)となるように、浸珪処理後に1000℃にて行う拡散処理の処理時間を様々に変化させて調整した。

0031

このようにして得た鋼板について、圧延方向および圧延直角方向から、長さ180mm、幅5mmのエプスタインサンプルを打ち抜きにより作製し、上記と同様にして鉄損(W10/2k)を測定した。図4に鋼板表層部の平均Si量と鋼板内層部の平均Si量の差と鉄損(W10/2k)との関係を示す。図4より鋼板表層部の平均Si量と鋼板内層部の平均Si量の差が0.5質量%以上では鉄損(W10/2k)が低下することがわかる。これはSi差を大きくすることにより鋼板表層部に引張り応力が発生し、これにより狭幅剪断時の鉄損劣化が抑制できたものと考えられる。

0032

ここで本発明では、Al以外の元素の添加によりさらに鉄損を低減するため、加工性への影響が小さいMnを添加することについて検討した。Mn添加量が鉄損に及ぼす影響を検討するため、Si=4.5%、Al=2.1%、As=tr.、Se=tr.とし、Mn=0.1〜4.7%とMn量を大きく変化させた鋼を真空溶解により作製し、熱間圧延後、900℃×30sの熱延板焼鈍を行い、酸洗後、冷間圧延により板厚を0.20mmとした。その後、1200℃×1〜20minの浸珪処理を行い鋼板表層部の平均Si量を6.5%とした。ここで、鋼板表層部(表層高Si部)の厚さは板厚の25%となるようにした。このようにして得た鋼板より、圧延方向および圧延直角方向から長さ180mm、幅5mmのエプスタインサンプルを打ち抜きにより作製し、上記と同様にして鉄損(W10/2k)を測定した。

0033

図5に鉄損(W10/2k)とMn含有量との関係を示す。これよりMn量が0.5%以上となると鉄損が低下することがわかる。これによりMn量の下限を0.5%とする。なお、Mn量が5.0%を超えても、いたずらにコストアップとなるだけであるため、Mn量の上限は5.0%とする。

0034

上記の検討の結果を含め、本発明について説明する。
まず、本発明の成分組成について説明する。本発明の電磁鋼板は、質量%で、鋼板表層部の平均Si量が4〜7%、鋼板内層部の平均Si量が5%以下であり、Al:0.3〜5.0%を含有し、As:0.01%以下、Se:0.005%以下とし、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有する。

0035

鋼板表層部の平均Si量が4〜7%
鋼板表層部の平均Si量は打ち抜きによる鉄損劣化に大きく影響し、鋼板表層部の平均Si量を4%以上とすることで、図1に示したように、高周波での鉄損を大きく改善することができる。一方、鋼板表層部の平均Si量が7%を超えると、打ち抜きが困難となる。したがって、鋼板表層部の平均Si量は4%以上7%以下とする。

0036

鋼板内層部の平均Si量が5%以下
鋼板内層部の平均Si量が5%を超えると、上記したように、狭幅材を打ち抜く際に亀裂が入るなど、打ち抜きが困難となる。したがって、鋼板内層部の平均Si量は5%以下とする。なお、本発明の鋼板のSi含有量、すなわち、全板厚の平均Si量は、4%〜6.5%程度とすることが、鉄損を良好にする観点から好ましい。

0037

Al:0.3〜5.0%
鋼板中のAl量を0.3%以上とすることで、図2に示したように、高周波での鉄損を改善することができる。一方、Al量が5.0%を超えても、コストアップとなるだけであるため、Al量の上限は5.0%とする。

0038

As:0.01%以下
Asは不純物であり低減することが好ましい元素であるが、特に0.01%を超えると析出物を形成し、ヒステリシス損を劣化させることから、As量の上限を0.01%に規制する。なお、As量は0.005%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.001%以下である。

0039

Se:0.0050%以下
Seは不純物であり低減することが好ましい元素であるが、特に0.0050%を超えるとAsと同様に析出物を形成しヒステリシス損の劣化を招くため、Se量の上限を0.0050%に規制する。なお、Se量は0.0010%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.0005%以下である。

0040

上記が、本発明の電磁鋼板の基本組成であり、残部はFeおよび不可避不純物であるが、本発明では上記成分組成に加えて、以下に示す元素を適宜含有させることができる。

0041

Mn:0.5〜5.0%
鋼板中のMn量を0.5%以上とすることで、図5に示したように、高周波での鉄損を改善することができる。一方、Mn量が5.0%を超えても、コストアップとなるだけであるため、Mn量の上限は5.0%とする。なお、本発明の電磁鋼板において、Mn量0.5%未満は不純物である。

0042

Mg:0.0003〜0.002%、Sn:0.005〜0.1%、Sb:0.001〜0.1%、Ca:0.001〜0.005%の中から選ばれる1種または2種以上
Mg:0.0003%〜0.002%
Mgを0.0003%以上添加すると、析出物が粗大化して鉄損が低下し、鉄損が良好となる効果を得ることができるため、Mg量の下限を0.0003%とする。一方、Mgは0.002%を超えて添加しても、それ以上鉄損は低減されず、いたずらにコストアップを招くため、Mg量の上限は0.002%とする。なお、本発明の電磁鋼板において、Mg量0.0003%未満は不純物である。
Sn:0.005〜0.1%
Snは、0.005%以上の添加により酸化、窒化等を防止して鋼板の磁気特性を向上させることができるため、Sn量の下限を0.005%とする。一方、Snは0.1%を超えて添加しても、コストアップとなるだけであるため、Sn量の上限は0.1%とする。なお、本発明の電磁鋼板において、Sn量0.005%未満は不純物である。
Sb:0.001〜0.1%
Sbは0.001%以上の添加により酸化、窒化等を防止して鋼板の磁性を向上させることができるため、Sb量の下限を0.001%とする。一方、Sbは0.1%を超えて添加すると材料が脆くなるため、Sb量の上限は0.1%とする。なお、本発明の電磁鋼板において、Sb量0.001%未満は不純物である。
Ca:0.001〜0.005%
CaはCaSを形成し、析出物を粗大化するため歪取焼鈍時の粒成長を改善し、鉄損低減の効果を有する。このような鉄損低減の効果を得るためには、Caは0.001%以上添加することが望ましいため、Ca量の下限は0.001%とする。一方、Caは0.005%を超えて添加するとCaSの析出量が多くなり、却って鉄損が劣化するためCa量の上限は0.005%とする。なお、本発明の電磁鋼板において、Ca量0.001%未満は不純物である。

0043

次に本発明の電磁鋼板のSiの分布について説明する。
本発明の電磁鋼板は、板厚方向に板厚表面が板厚中心部よりもSi濃度が高くなるSiの濃度勾配を有し、鋼板表層部の平均Si量が鋼板内層部の平均Si量に比べて0.5質量%以上高く、すなわち、(鋼板表層部の平均Si量)−(鋼板内層部の平均Si量)≧0.5質量%であり、鋼板表層部厚さの割合が板厚の0.10〜0.70、すなわち複層比=0.10〜0.70である。

0044

板厚方向に板厚表面が板厚中心部よりもSi濃度が高くなるSiの濃度勾配
表1に示したように、板厚方向に均一なSiの濃度分布を有する場合に比べ、板厚表面が板厚中心部よりもSi濃度が高くなるSiの濃度勾配を有することで、打ち抜きによる鉄損劣化を抑制することができる。したがって、本発明の電磁鋼板は、板厚表面が板厚中心部よりもSi濃度が高くなるSiの濃度勾配を有することとする。

0045

(鋼板表層部の平均Si量)−(鋼板内層部の平均Si量)≧0.5質量%
図4に示したように、鋼板表層部の平均Si量と鋼板内層部の平均Si量の差を0.5質量%以上とすることで、鉄損(W10/2k)を安定して低くすることができる。したがって(鋼板表層部の平均Si量)−(鋼板内層部の平均Si量)≧0.5質量%とする。

0046

複層比=0.10〜0.70
鋼板表層部厚さの板厚に対する割合である複層比を0.10以上とすることで、図3に示したように、5mmという狭幅材でも鉄損の劣化を抑制することができる。一方、複層比が0.70を超えると、狭幅材を打ち抜く際に割れが生じ、打ち抜きが困難となる。したがって、複層比は0.10以上0.70以下とする。

0047

次に、本発明の電磁鋼板の製造方法について説明する。なお、本発明の鋼板を得る製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されるものではない。

0048

本発明においては、表層部と内部のSi量を変化させることが重要であり、そのための手法として例えば、鋼を転炉で吹練し、溶鋼脱ガス処理し所定の成分に調整し、引き続き鋳造を行いスラブとした後、通常の方法にて熱間圧延、次いで、一回の冷間または温間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ2回以上の冷間または温間圧延により所定の板厚とした後に、浸珪処理を行うことにより本発明の電磁鋼板を得ることができる。ここで、熱間圧延時の仕上げ温度、巻取り温度は特に規定する必要はなく、通常の条件で構わない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必須ではない。また、浸珪処理において生じる一次再結晶について、浸珪処理前にこれを別途生じさせる熱処理一次再結晶焼鈍)を行ってもよい。
また、成分の異なるインゴットを貼り合わせた後、熱間圧延、冷間圧延、仕上げ焼鈍を行うことにより鋼板表層部(表層高Si部)を有する本発明の電磁鋼板としても構わない。

0049

なお、本発明の電磁鋼板の板厚について、特に規定するものではないが、鉄損低減の観点から0.35mm以下とすることが好ましく、より好ましくは0.2mm以下である。なお、下限は生産性の観点から0.05mm程度とすることが好ましい。

0050

転炉で吹練した後に脱ガス処理を行うことにより所定の成分に調整後鋳造し、表2、3に化学成分を示す鋼スラブとした。なお、鋼スラブ中のSi量は、後述の拡散処理後に表2、3に示すSi濃度分布となるよう、適宜調整した。この鋼スラブを1140℃で1hr加熱した後、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。熱延仕上げ温度は800℃とした。巻取り温度は610℃とし、巻取り後、900℃×30sの熱延板焼鈍を施した。その後、酸洗を行い、0.20mmまで冷間圧延を行い、冷延板を得た。その後、仕上げ焼鈍温度を1000℃、仕上げ焼鈍時間を15sとし、板厚方向にSi量が均一な電磁鋼板を得た(サンプルNo.1)。また、上記冷延板に浸珪温度を1200℃、浸珪時間を表2、表3に示す時間として種々の条件で浸珪処理を施し、浸珪処理後に1200℃で10min間の拡散処理を行うことにより表2、表3に示す電磁鋼板を得た(サンプルNo.2〜47)。

0051

得られた鋼板について、前述の方法で、鋼板中のSiの濃度分布を調査し、鋼板表層部、鋼板内層部を特定し、各々の層の平均Si量を求めるとともに、鋼板表層部の平均Si量と鋼板内層部の平均Si量の差を求めた。結果を表2、表3に示す。さらこのようにして得られた鋼板表層部の厚さを求めて複層比を算出し、表2、表3に示す。

0052

また、得られた鋼板の圧延方向および圧延直角方向から長さ180mm、幅30mmおよび長さ180mm、幅5mmのエプスタインサンプルを切り出し、JIS C2550に準拠してエプスタイン試験により磁気測定(W10/2k)を行い、また得られた結果から、前述の鉄損劣化率を求めた。結果を表2、表3に示す。なお、ここで鉄損(W10/2k)は、圧延方向サンプルおよび圧延直角方向サンプルを半量ずつ用いて求めた鉄損(W10/2k)である。また、サンプルNo.12は鋼板表層部の平均Si量が高く打ち抜きが困難なため、エプスタインサンプルを作製することができなかったため、またサンプルNo.22は鋼板内層部の平均Si量が高く、サンプルNo.27は複層比が大きく、各々、サンプルを抜く際亀裂や割れの発生などによりエプスタインサンプルを作製することができなかったため、鉄損の測定を行わなかった。

0053

表2、表3より、本発明の鋼板は、鉄損劣化率が7.5%以下であり、幅狭材を打ち抜いた場合の打ち抜き性劣化が小さく、また、鉄損自体も、周波数2kHz(最大磁束密度1.0T)の時の鉄損で、30mm幅の場合110.0W/kg以下、5mm幅の場合でも115.0W/kg以下と、高周波鉄損にすぐれていることがわかる。

0054

実施例

0055

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