JP2010132938A - クラッド型電磁鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内層の方向性電磁鋼板の両面を無方向性電磁鋼板で挟んで表層とした3層構造のクラッド型電磁鋼板とし、表層である無方向性電磁鋼板については、Si:2〜7質量%およびAl:3質量%以下を、(Si+Al)≧4質量%を満足する範囲で含有し、残部Feおよび不可避的不純物の組成とし、一方内層である方向性電磁鋼板については、Si:5質量%以下およびAl:0.5質量%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物の礎石にすると共に、さらにクラッド鋼板全体の厚みに対する表層のクラッド比K(%)について、次式
5%≦K≦30%
但し、K=(表層片側の板厚/全板厚)×100(%)
の範囲を満足させる。
【選択図】なし
Description
従って、現在までのところ、高磁束密度と高周波低鉄損の両者を高いレベルで満足する電磁鋼板は存在しない。
しかしながら、この技術は、板厚を極端に薄くする必要があるため、加工性に劣るという問題があった。
その結果、高磁束密度と高周波低鉄損とは、成分的には相反するものであるから、単一の鋼板でこれら両特性を満足させるのは難しいとしても、それぞれの特性に優れた鋼板を貼り合わせれば、すなわちクラッド材とすれば、所期した目的が達成されるのではないか、との考えを得るに到った。
そこで、内層の両側を表層で挟む3層構造のクラッド材を前提として、内層および表層に付与すべき特性について種々検討を重ねた結果、試行錯誤の末に、本発明を完成させるに至ったのである。
1.方向性電磁鋼板を内層とし、その両面を無方向性電磁鋼板で挟んで表層とした3層構造になるクラッド型電磁鋼板であって、表層である無方向性電磁鋼板が、Si:2〜7質量%およびAl:3質量%以下を、(Si+Al)≧4質量%を満足する範囲で含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、一方内層である方向性電磁鋼板が、Si:5質量%以下およびAl:0.5質量%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、さらに次式で示される表層のクラッド比K(%)が、
5%≦K≦30%
但し、K=(表層片側の板厚/全板厚)×100(%)
の範囲を満足することを特徴とするクラッド型電磁鋼板。
Mn:3質量%以下、
Cr:3質量%以下、
Ni:10質量%以下、
Co:10質量%以下
のうちから選んだ一種または二種以上を含有することを特徴とする上記1または2に記載のクラッド型電磁鋼板。
Mn:5質量%以下、
Cr:5質量%以下、
Ni:10質量%以下、
Co:10質量%以下
のうちから選んだ一種または二種以上を含有することを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載のクラッド型電磁鋼板。
Sn:0.1質量%以下、
Sb:0.1質量%以下
のうちから選んだ一種または二種を含有することを特徴とする上記4に記載のクラッド型電磁鋼板。
本発明の技術思想は、表皮効果とクラッド機構を利用することにある。
周知のとおり、高周波領域では外部磁界の浸透が減少するという現象があり、表皮効果として知られていろ。このとき、鋼板内部の磁束Bが鋼板表面磁束B0に対しB/B0=1/eになる深さを表皮厚さδと称し、次式(1)で表される。
δ={1/(π・f・σ・μ0・μS)}1/2 --- (1)
ここで、f:周波数、σ:鋼板導電率、μ0:真空の透磁率、μS:鋼板の比透磁率
すなわち、表層に方向性電磁鋼板を用いると渦電流損の増加により高周波鉄損が増大するため、表層には無方向性電磁鋼板を使用することが有利であり、これにより高周波鉄損の低減を図ることができる。
方向性電磁鋼板は、二次再結晶プロセスを利用しているため、結晶粒径が粗大となりヒステリシス損が低減されるだけでなく、圧延方向に対してゴス方位と呼ばれる方位に強く集積するため圧延方向に高い磁束密度を有している。このことから、内層材として方向性電磁鋼板を使用することにより、低周波域での鉄損を低減できると共に、高磁束密度化を図ることができる。
従って、表層には無方向性電磁鋼板を、一方内層には方向性電磁鋼板を使用することにより、高磁束密度と高周波低鉄損の両者が達成されるのである。
Si:2〜7%
Siは、固有抵抗を上昇させる元素であり、鋼板の渦電流を抑制し、高周波城での鉄損を低減させる効果がある。この渦電流抑制効果を得るには、少なくとも2%のSiが必要であり、一方Siが7%を超えると鋼板の加工性が著しく劣化することから、Si量は2〜7%の範囲に限定した。
Alも、Siと同様、固有抵抗を上昇させ、鋼板の渦電流を抑制して高周波域での鉄損を低減させる元素である。しかしながら、含有量が3%を超えると添加コストの問題があるため、Alの上限は3%とした。
上述したとおり、SiおよびAlはいずれも、渦電流抑制元素として有効であるので、本発明では、表層の固有抵抗を上昇させ、渦電流を抑制して高周波鉄損を低減させる観点から、SiとAlは合計で(Si+Al)≧4%を満足する範囲で含有させるものとした。
Si:5%以下、
内層には、高い磁束密度が要求される。しかしながら、Siを5%を超えて添加すると磁束密度が低下することから、その上限を5%とした。
内層は、上述したとおり、高磁束密度が要求されるが、Alを添加すると飽和磁束密度の低下を招くため、その上限を0.5%とした。高磁束密度の観点からさらに好ましくは0.1%以下である。
Mn:5%以下、Cr:5%以下、Ni:10%以下、Co:10%以下
Mn,Cr,NiおよびCoはいずれも、比抵抗増加元素として有用な元素であるが、いずれも上限を超えて含有させると磁束密度の低下を招くので、それぞれ上記の範囲で含有させるものとした。より好ましくは、それぞれMn:0.05〜5%、Cr:0.5〜5%、Ni:0.1〜10%、Co:0.1〜10%の範囲である。
SnおよびSbはいずれも、結晶粒を微細化して、渦電流を低減する有用元素であるが、いずれも上限を超えて含有させると飽和磁束密度の低下を招くので、それぞれ上記の範囲で含有させるものとした。より好ましくは、Sn:0.005〜0.1%、Sb:0.005〜0.1%の範囲である。
Mn:3%以下、Cr:3%以下、Ni:10%以下、Co:10%以下
Mn,Cr,NiおよびCoはいずれも、比抵抗増加元素として有用な元素であるが、いずれも上限を超えて含有させると磁束密度の低下を招くので、それぞれ上記の範囲で含有させるものとした。より好ましくは、それぞれMn:0.05〜3%、Cr:0.5〜3%、Ni:0.1〜10%、Co:0.1〜10%の範囲である。
以上の観点から、適正なクラッド比について検討したところ、クラッド鋼板全体の厚みに対する表層のクラッド比K(%)は、次式
5%≦K≦30%
但し、K=(表層片側の板厚/全板厚)×100(%)
を満足する範囲に制御するものとした。
なお、表層の上面側と下面側の鋼板厚みについては、必ずしも同一とする必要はなく、上掲式を満足する適正なクラッド比であれば、上下非対称の厚みとしても構わない。
表層は、高周波低鉄損材が必要であり、Siレベルを上昇させて固有抵抗の増大を図っても結晶粒径が粗大化すると渦電流が増大し、高周波域における鉄損は増大する。一方、結晶粒径が小さすぎてもヒステリシス損が増え、鉄損が増大する。
そこで、表層の好適な結晶粒径dについて検討したところ、50μm以上、300μm以下の範囲が特に好適であることが判明した。
従って表層である無方向性電磁鋼板の平均結晶粒径d(μm)については、50μm≦d≦300μmの範囲とすることが好ましい。
なお、結晶粒径は、板面の組織より、JIS G 0551に規定されている結晶粒度の測定法に従って測定することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
表1に示す種々の成分組成になる、表層用無方向性電磁鋼板と内層用方向性電磁鋼板をそれぞれ、別の製造プロセスにて製造した。ついで、700℃に通電加熱し20%圧下にて圧着接合したのち、歪取焼鈍を行った。なお、圧着接合のクラッド鋼板の板厚は、いずれも0.3mm厚となるように、素材厚みを調整した。
かくして得られたクラッド鋼板の圧廷方向の磁気特性を、単板磁気試験器にて測定した結果を、表1に示す。なお、表層用無方向性電磁鋼板および内層用方向性電磁鋼板の結晶粒径d,d′について測定した結果も、表1に併せて示す。
なお、比較のため、表2に示す成分組成になる単層電磁鋼板の圧延方向の磁気特性について測定した結果を、表2に併記する。
ここで、圧延方向の磁気特性を測定評価した理由は、分割コアは、磁束の集中するティース部に電磁鋼板の圧延方向を揃えることでモータ効率の向上を図っているため、電磁鋼板の比延方向の特性が重要となってくるためである。また、近年モータの回転数は小型化に伴って上昇しているため、測定周波数は10kHzとした。
また、表2中、No.30として示した無方向性電磁鋼板のみの単層鋼では磁束密度が、一方No.31として示した方向性電磁鋼板のみの単層鋼で鉄損がそれぞれ劣っていた。
これに対し、本発明の要件を満足するNo.2〜7、No.10〜11、No.15〜17、No.19〜25はいずれも、高周波低鉄損と高磁束密度の両者を兼ね備えていることが分かる。
表3に示す種々の成分組成になる、表層用無方向性電磁鋼板と内層用方向性電磁鋼板をそれぞれ、別の製造プロセスにて製造した。ついで、実施例1と同様にして、三層クラッド鋼板とした。
かくして得られたクラッド鋼板の圧廷方向の磁気特性を、単板磁気試験器にて測定した結果を、表3に併記する。
Claims (5)
- 方向性電磁鋼板を内層とし、その両面を無方向性電磁鋼板で挟んで表層とした3層構造になるクラッド型電磁鋼板であって、表層である無方向性電磁鋼板が、Si:2〜7質量%およびAl:3質量%以下を、(Si+Al)≧4質量%を満足する範囲で含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、一方内層である方向性電磁鋼板が、Si:5質量%以下およびAl:0.5質量%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、さらに次式で示される表層のクラッド比K(%)が、
5%≦K≦30%
但し、K=(表層片側の板厚/全板厚)×100(%)
の範囲を満足することを特徴とするクラッド型電磁鋼板。 - 表層である無方向性電磁鋼板の平均結晶粒径d(μm)が、50μm≦d≦300μmの範囲をを満足することを特徴とする請求項1に記載のクラッド型電磁鋼板。
- 内層である方向性電磁鋼板が、さらに
Mn:3質量%以下、
Cr:3質量%以下、
Ni:10質量%以下、
Co:10質量%以下
のうちから選んだ一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のクラッド型電磁鋼板。 - 表層である無方向性電磁鋼板が、さらに
Mn:5質量%以下、
Cr:5質量%以下、
Ni:10質量%以下、
Co:10質量%以下
のうちから選んだ一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のクラッド型電磁鋼板。 - 表層である無方向性電磁鋼板が、さらに
Sn:0.1質量%以下、
Sb:0.1質量%以下
のうちから選んだ一種または二種を含有することを特徴とする請求項4に記載のクラッド型電磁鋼板。
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