JP6555448B1 - 複層型電磁鋼板 - Google Patents

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Abstract

低高周波鉄損と高磁束密度を両立させた複層型電磁鋼板を提供する。内層部と、前記内層部の両側に設けられた表層部からなる複層型電磁鋼板であって、前記表層部および内層部が所定の成分組成を有し、前記表層部におけるＳｉ含有量：［Ｓｉ］1と前記内層部におけるＳｉ含有量：［Ｓｉ］0の差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉが０．５質量％以上であり、前記表層部の磁歪：λ1.0/400,1と前記内層部の磁歪：λ1.0/400,0との差の絶対値：Δλ1.0/400が１．０×１０−６以下であり、前記複層型電磁鋼板の板厚：ｔが０．０３〜０．３ｍｍであり、かつ、前記ｔに対する前記表層部の合計厚さ：ｔ1の比率が０．１０〜０．７０である、複層型電磁鋼板。

Description

本発明は、複層型電磁鋼板に関し、特に、伸びに優れるとともに、低高周波鉄損と高磁束密度を両立させた複層型電磁鋼板に関する。
ハイブリッド電気自動車用や掃除機用のモータは、小型化、高効率化の観点より、４００Ｈｚ〜２ｋＨｚといった高周波域での駆動が行われている。そのため、このようなモータのコア材として使用される無方向性電磁鋼板には、高周波鉄損が低く、磁束密度の高い電磁鋼板が要望されている。
高周波鉄損を低減するためには固有抵抗の増大が効果的である。そのため、Ｓｉ量を増加させることによって固有抵抗を増加させた高Ｓｉ鋼の開発が行われてきた。しかし、Ｓｉは非磁性元素であるため、Ｓｉ量の増加に伴って飽和磁化が低下するという問題があった。
そこで、高周波鉄損低減と高磁束密度を両立させる手法として、電磁鋼板の板厚方向におけるＳｉ濃度勾配を制御した、Ｓｉ傾斜磁性材料が開発されている。例えば、特許文献１では、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、鋼板表面のＳｉ濃度が鋼板の板厚中心部のＳｉ濃度よりも高い電磁鋼板が提案されている。具体的には、前記電磁鋼板では、板厚中心部のＳｉ濃度が３．４％以上である一方、Ｓｉ濃度が５〜８質量％である表層部が鋼板の両表面に設けられている。そして、前記表層部の厚さが、板厚の１０％以上とされている。
特開平１１−２９３４２２号公報
しかし、特許文献１で提案されているような従来のＳｉ傾斜磁性材料には、最高周波数が数ｋＨｚである電気機器の鉄心材料として使用すると、ヒステリシス損が高いため、鉄損が十分に低下しないという問題があった。
さらに、電磁鋼板を加工してモータ用のコアなどを製造する際には、一般的に、複数の電磁鋼板を積層した後、カシメ加工を施すことによって鋼板同士が固定される。その際の加工性を確保するという観点からは、電磁鋼板の「伸び」が優れることも求められている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、伸びに優れるとともに、低高周波鉄損と高磁束密度を両立させた複層型電磁鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決する方法について鋭意検討した結果、高周波鉄損を低減するためには、鋼板表層部と内層部の磁歪差を低減することが重要であることを見出した。本発明は前記知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
１．内層部と、前記内層部の両側に設けられた表層部とからなる複層型電磁鋼板であって、
前記表層部が、質量％で、
Ｃ ：０．００１〜０．０１％、
Ｓｉ：２．５〜６．０％、および
Ｔｉ：０〜０．００５％以下を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
前記内層部が、
Ｃ ：０．００１〜０．０１％、
Ｓｉ：１．５〜５．０％、および
Ｔｉ：０〜０．００５％以下を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
前記表層部におけるＳｉ含有量：［Ｓｉ］1と前記内層部におけるＳｉ含有量：［Ｓｉ］0の差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉが０．５質量％以上であり、
前記表層部の磁歪：λ1.0/400,1と前記内層部の磁歪：λ1.0/400,0との差の絶対値：Δλ1.0/400が１．０×１０−６以下であり、
前記複層型電磁鋼板の板厚：ｔが０．０３〜０．３ｍｍであり、かつ、
前記ｔに対する前記表層部の合計厚さ：ｔ1の比率が０．１０〜０．７０である、複層型電磁鋼板。
２．前記表層部の成分組成と前記内層部の成分組成のいずれか一方または両方が、さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００１〜０．００３０％を含む、上記１に記載の複層型電磁鋼板。
３．前記表層部の成分組成と前記内層部の成分組成のいずれか一方または両方が、さらに、質量％で、
Ｓｎ：０．００１〜０．１％および
Ｓｂ：０．００１〜０．１％の一方または両方を含む、上記１または２に記載の複層型電磁鋼板。
本発明によれば、伸びに優れるとともに、低高周波鉄損と高磁束密度を両立させた複層型電磁鋼板を提供することが出来る。本発明の複層型電磁鋼板は、磁気特性に優れるのみならず、伸びにも優れているため、カシメ加工などの加工性にも優れている。
本発明の一実施形態における複層型電磁鋼板の構造を示す模式図である。 複層型電磁鋼板の板厚方向における、Ｓｉ含有量プロファイルの例を示す模式図である。 表層部と内層部におけるＳｉ含有量の差（ΔＳｉ）と渦電流損との相関を示すグラフである。 表層部と内層部における磁歪の差（Δλ1.0/400）とヒステリシス損との相関を示すグラフである。 複層型電磁鋼板の板厚：ｔに対する前記表層部の合計厚さ：ｔ1の比として定義される複層比と全鉄損との相関を示すグラフである。
以下、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な実施形態の例を示すものであって、本発明はこれに限定されない。
［複層型電磁鋼板］
図１は、本発明の一実施形態における複層型電磁鋼板の構造を示す模式図である。また、図２は、複層型電磁鋼板の板厚方向における、Ｓｉ含有量プロファイルの例を示す模式図である。図２における縦軸は板厚方向の位置を示しており、０が複層型電磁鋼板の一方の表面を、ｔが該複層型電磁鋼板の他方の表面を、それぞれ表している。
図１に示したように、本発明の複層型電磁鋼板１（以下、単に「鋼板」という場合がある）は、内層部１０と、内層部１０の両側に設けられた表層部２０からなり、表層部１０と内層部２０は、Ｓｉ含有量が異なっている。Ｓｉ含有量は、鋼板の板厚方向において、連続的に変化しいてもよく（図２（ａ））、段階的に変化していてもよい（図２（ｂ））。Ｓｉ含有量が段階的に変化している場合、２段階以上の任意の段階でＳｉ含有量を変化させることができる。なお、以下の説明において「表層部」とは、複層型電磁鋼板の両側の表面に設けられた表層部を指すものとする。したがって、本発明においては、複層型電磁鋼板の一方の面に設けられた第１の表層部と他方の面に設けられた第２の表層部の両者が、以下に述べる条件を満たす。
ここで、鋼板の全板厚におけるＳｉ含有量の平均値よりもＳｉ含有量が高い部分を「表層部」、前記平均値よりもＳｉ含有量が低い部分を「内層部」と定義する。なお、後述するように、Ｓｉ量の異なる２種の鋼材（高Ｓｉ材と低Ｓｉ材）をクラッドすることによって複層型電磁鋼板を製造した場合は、通常、前記高Ｓｉ材からなる部分が表層部、前記低Ｓｉ材からなる部分が内層部となる。そしてその場合、表層部内のＳｉ量は実質的に一定であり、内層部内のＳｉ量も実質的に一定である。
［成分組成］
まず、前記表層部と内層部の成分組成について説明する。なお、以下の説明において、各元素の含有量を表す「％」は、特に断らない限り「質量％」を表すものとする。
［表層部の成分組成］
まず、前記表層部の成分組成について説明する。本発明においては、複層型電磁鋼板の一方の面に設けられた第１の表層部と他方の面に設けられた第２の表層部の両者が、以下に述べる成分組成を有する。一般的には、第１の表層部の成分組成と第２の表層部の成分組成は同一とすればよいが、両者が異なっていてもよい。また、ここで表層部における元素の含有量とは、１つの表層部における当該元素の平均含有量を指すものとする。
Ｃ：０．００１〜０．０１％
Ｃは、結晶粒界に偏析して粒界強度を高め、材料の加工性を改善する元素である。Ｃを０．００１％以上添加することにより伸びが１０％以上となり、モータコア締結時のカシメ性が改善する。そのため、Ｃ含有量を０．００１％以上とする。一方、Ｃ含有量が０．０１％を超えると、磁気時効により鉄損が増加する。そのため、Ｃ含有量を０．０１％以下とする。なお、上述したように、表層部におけるＣ含有量が０．００１〜０．０１％であるとは、第１の表層部における平均Ｃ含有量が０．００１〜０．０１％であり、かつ第２の表層部における平均Ｃ含有量が０．００１〜０．０１％であることを意味する。第１の表層部における平均Ｃ含有量と第２の表層部における平均Ｃ含有量とは同じであっても、異なっていてもよい。他の元素についても同様の定義が適用される。
Ｓｉ：２．５〜６．０％
Ｓｉは、鋼板の電気抵抗を高め、渦電流損を低減する作用を有する元素である。表層部のＳｉ含有量（［Ｓｉ］1）が２．５％未満であると、効果的に渦電流損を低減することができない。そのため、表層部のＳｉ含有量は２．５％以上、好ましくは３．０％以上、より好ましくは３．５％超とする。一方、表層部のＳｉ含有量が６．０％を超えると、飽和磁化の低下により磁束密度が低下する。加えて、表層部のＳｉ含有量が６．０％を超えると、鋼がもろくなるため、Ｃ含有量が上記範囲内であっても伸びが低下する。そのため、表層部のＳｉ含有量は６．０％以下、好ましくは５．５％未満、より好ましくは５．０％以下とする。
Ｔｉ：０．００５％以下
Ｔｉは、不純物元素の１つであり、ＴｉＣとして析出することにより結晶粒界に偏析するＣ量を減少させ、加工性（伸び）を低下させる。そのため、Ｔｉ含有量を０．００５％以下、好ましくは０．００２％以下とする。一方、Ｔｉ含有量は低ければ低いほど良いため、Ｔｉ含有量の下限は０％とする。しかし、過度の低減はコストを増加させるため、製造コストの観点からは、Ｔｉ含有量を０．０００１％以上とすることが好ましい。
本発明の一実施形態では、前記表層部が、上記元素を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有する。
また、本発明の他の実施形態においては、上記表層部の成分組成が、さらにＢを、以下の量で含有することができる。
Ｂ：０．０００１〜０．００３０％
Ｂは、Ｃと同様、結晶粒界に偏析して粒界強度を高め、材料の加工性（伸び）をさらに改善する効果を有する元素である。Ｂを添加する場合、前記効果を得るために、Ｂ含有量を０．０００１％以上、好ましくは０．０００５％以上とする。一方、Ｂ含有量が０．００３０％を超えるとＢＮの析出量が多くなり、鉄損が増加する。そのため、Ｂ含有量は０．００３０％以下、好ましくは０．００２０％以下とする。
また、本発明の他の実施形態においては、上記表層部の成分組成が、さらにＳｎおよびＳｂの一方または両方を、以下の量で含有することができる。
Ｓｎ：０．００１〜０．１％
Ｓｎは、集合組織改善により磁束密度をさらに向上させる効果を有する元素である。Ｓｎを添加する場合、前記効果を得るために、Ｓｎ含有量を０．００１％以上とする。一方、Ｓｎ含有量が０．１％を超えると、効果が飽和し、いたずらにコストアップを招く。そのため、Ｓｎ含有量は０．１％以下とする。
Ｓｂ：０．００１〜０．１％
Ｓｂも、Ｓｎと同様、磁束密度をさらに向上させる効果を有する元素である。Ｓｂを添加する場合、前記効果を得るために、Ｓｂ含有量を０．００１％以上とする。一方、Ｓｂ含有量が０．１％を超えると、効果が飽和し、いたずらにコストアップを招く。そのため、Ｓｂ含有量は０．１％以下とする。
本発明の一実施形態における前記表層部は、質量％で、
Ｃ ：０．００１〜０．０１％、
Ｓｉ：２．５〜６．０％、
Ｔｉ：０．００５％以下、
任意に、Ｂ：０．０００１〜０．００３０％、ならびに、
任意に、Ｓｎ：０．００１〜０．１％およびＳｂ：０．００１〜０．１％の一方または両方を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有することができる。
また、本発明の他の実施形態における前記表層部は、質量％で、
Ｃ ：０．００１〜０．０１％、
Ｓｉ：２．５〜６．０％、
Ｔｉ：０．００５％以下、
任意に、Ｂ：０．０００１〜０．００３０％、
任意に、Ｓｎ：０．００１〜０．１％およびＳｂ：０．００１〜０．１％の一方または両方、ならびに
残部のＦｅおよび不可避不純物、からなる成分組成を有することができる。
［内層部の成分組成］
次に、内層部の成分組成について説明する。ここで内層部における元素の含有量とは、内層部における当該元素の平均含有量を指すものとする。
Ｃ：０．００１〜０．０１％
Ｃは、結晶粒界に偏析して粒界強度を高め、材料の加工性を改善する元素である。Ｃを０．００１％以上添加することにより伸びが１０％以上となり、モータコア締結時のかしめ性が改善する。このため、Ｃ含有量を０．００１％以上とする。一方、Ｃ含有量が０．０１％を超えると、磁気時効により鉄損が増加する。そのため、Ｃ含有量を０．０１％以下とする。
Ｓｉ：１．５〜５．０％
内層部のＳｉ含有量（［Ｓｉ］0）が１．５％未満であると高周波鉄損が増加する。そのため、内層部のＳｉ含有量は１．５％以上とする。一方、内層部のＳｉ含有量が５．０％を超えると、モータコアの打ち抜き時にコアが割れるといった問題が生じる。加えて、内層部のＳｉ含有量が５．０％を超えると、鋼がもろくなるため、Ｃ含有量が上記範囲内であっても伸びが低下する。そのため、内層部のＳｉ含有量は５．０％以下とする。内層部のＳｉ含有量は、４．０％以下とすることが好ましく、２．８％以下とすることがより好ましい。
Ｔｉ：０．００５％以下
Ｔｉは、不純物元素の１つであり、ＴｉＣとして析出することにより結晶粒界に偏析するＣ量を減少させ、加工性を低下させる。そのため、Ｔｉ含有量を０．００５％以下、好ましくは０．００２％以下とする。一方、Ｔｉ含有量は低ければ低いほど良いため、Ｔｉ含有量の下限は０％とする。しかし、過度の低減はコストを増加させるため、製造コストの観点からは、Ｔｉ含有量を０．０００１％以上とすることが好ましい。
本発明の一実施形態では、前記内層部が、上記元素を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有する。
また、本発明の他の実施形態においては、上記内層部の成分組成が、さらにＢを、以下の量で含有することができる。
Ｂ：０．０００１〜０．００３０％
Ｂは、Ｃと同様、結晶粒界に偏析して粒界強度を高め、材料の加工性をさらに改善する効果を有する元素である。Ｂを添加する場合、前記効果を得るために、Ｂ含有量を０．０００１％以上、好ましくは０．０００５％以上とする。一方、Ｂ含有量が０．００３０％を超えるとＢＮの析出量が多くなり、鉄損が増加する。そのため、Ｂ含有量は０．００３０％以下、好ましくは０．００２０％以下とする。
また、本発明の他の実施形態においては、上記内層部の成分組成が、さらにＳｎおよびＳｂの一方または両方を、以下の量で含有することができる。
Ｓｎ：０．００１〜０．１％
Ｓｎは、集合組織改善により磁束密度をさらに向上させる効果を有する元素である。Ｓｎを添加する場合、前記効果を得るために、Ｓｎ含有量を０．００１％以上とする。一方、Ｓｎ含有量が０．１％を超えると、効果が飽和し、いたずらにコストアップを招く。そのため、Ｓｎ含有量は０．１％以下とする。
Ｓｂ：０．００１〜０．１％
Ｓｂも、Ｓｎと同様、磁束密度をさらに向上させる効果を有する元素である。Ｓｂを添加する場合、前記効果を得るために、Ｓｂ含有量を０．００１％以上とする。一方、Ｓｂ含有量が０．１％を超えると、効果が飽和し、いたずらにコストアップを招く。そのため、Ｓｂ含有量は０．１％以下とする。
本発明の一実施形態における前記内層部は、質量％で、
Ｃ ：０．００１〜０．０１％、
Ｓｉ：１．５〜５．０％、
Ｔｉ：０．００５％以下、
任意に、Ｂ：０．０００１〜０．００３０％、ならびに、
任意に、Ｓｎ：０．００１〜０．１％およびＳｂ：０．００１〜０．１％の一方または両方を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有することができる。
また、本発明の他の実施形態における前記内層部は、質量％で、
Ｃ ：０．００１〜０．０１％、
Ｓｉ：１．５〜５．０％、
Ｔｉ：０．００５％以下、
任意に、Ｂ：０．０００１〜０．００３０％、
任意に、Ｓｎ：０．００１〜０．１％およびＳｂ：０．００１〜０．１％の一方または両方、ならびに
残部のＦｅおよび不可避不純物、からなる成分組成を有することができる。
［Ｓｉ含有量の差］
表層部と内層部のＳｉ含有量の差（ΔＳｉ）が磁気特性に与える影響について検討するために、ΔＳｉが異なる複層型電磁鋼板を以下の手順で作製し、その磁気特性を評価した。
まず、複層型電磁鋼板の板厚（全厚）に対する表層部の厚さの比率が０．３０となるように、内層部用の鋼の両面に表層部用の鋼を貼り合わせ、熱間圧延した。前記表層部用の鋼と内層部用の鋼は、いずれも所望の成分組成となるように溶製してインゴットとした。内層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］0は２．５％とし、表層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］1は２．５％〜６．５％の範囲で変化させた。Ｃ含有量は、表層部と内層部のいずれにおいても０．００４０％とした。Ｔｉ含有量は、表層部と内層部のいずれにおいても０．００１％とした。表層部および内層部のいずれの成分組成も、残部はＦｅおよび不可避的不純物とした。また、表層部の成分組成は、両面とも同じとした。
前記熱間圧延後、９００℃×３０ｓの熱延板焼鈍を行い、次いで、冷間圧延により板厚を０．１０ｍｍとした。その後、１０００℃×３０ｓの仕上焼鈍を行って、複層型電磁鋼板を得た。
得られた複層型電磁鋼板のそれぞれから、幅３０ｍｍ、長さ１８０ｍｍの試験片を採取し、エプスタイン試験を行って磁気特性を評価した。前記エプスタイン試験では、試験片の長さ方向が圧延方向（Ｌ方向）となるように採取したＬ方向試験片と、試験片の長さ方向が圧延直角方向（Ｃ方向）となるように採取したＣ方向試験片を等量用い、Ｌ方向とＣ方向における磁気特性の平均値を評価した。
図３に、表層部と内層部におけるＳｉ含有量の差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉ（質量％）と、１．０Ｔ、１ｋＨｚにおける渦電流損との相関を示す。この結果より、ΔＳｉが０．５質量％以上の場合、渦電流損が大きく低下することがわかる。これは、表層部のＳｉ量が内層部に比べて高い結果、表層部の透磁率が内層部より高くなり、磁束が表層に集中するためである。磁束が集中する部分の固有抵抗が高くなっているため、効果的に渦電流損を低減できる。
以上の理由により、本発明では表層部におけるＳｉ含有量と前記内層部におけるＳｉ含有量の差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉを０．５質量％以上、好ましくは１．０質量％以上とする。一方、ΔＳｉの上限はとくに限定されないが、通常はΔＳｉが４．５％以下であってよい。磁歪をさらに低減するという観点からは、ΔＳｉを２．９質量％以下とすることが好ましい。
［磁歪差］
表層部と内層部の磁歪の差（Δλ1.0/400）が磁気特性に与える影響について検討するために、Δλ1.0/400が異なる複層型電磁鋼板を以下の手順で作製し、その磁気特性を評価した。
まず、複層型電磁鋼板の板厚（全厚）に対する表層部の厚さの比率が０．３０となるように、内層部用の鋼の両面に表層部用の鋼を貼り合わせ、熱間圧延した。前記表層部用の鋼と内層部用の鋼は、いずれも所望の成分組成となるように溶製してインゴットとした。内層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］0は２．５％とし、表層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］1は２．５％〜７．０％の範囲で変化させた。表層部のＣ含有量は、０．００３５％、内層部のＣ含有量は０．００３０％とした。一方、Ｔｉ含有量は、表層部と内層部のいずれにおいても０．００１％とした。表層部および内層部のいずれの成分組成も、残部はＦｅおよび不可避的不純物とした。また、表層部の成分組成は、両面とも同じとした。
前記熱間圧延後、９００℃×３０ｓの熱延板焼鈍を行い、次いで、冷間圧延により板厚を０．２０ｍｍとした。その後、１０００℃×３０ｓの仕上焼鈍を行って、複層型電磁鋼板を得た。
得られた複層型電磁鋼板のそれぞれから、幅３０ｍｍ、長さ１８０ｍｍの試験片を採取し、エプスタイン試験を行って磁気特性を評価した。前記エプスタイン試験では、試験片の長さ方向が圧延方向（Ｌ方向）となるように採取したＬ方向試験片と、試験片の長さ方向が圧延直角方向（Ｃ方向）となるように採取したＣ方向試験片を等量用い、Ｌ方向とＣ方向における磁気特性の平均値を評価した。磁歪の測定にはレーザードップラー変位計を用い、磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚにおける磁歪のpeak to peak値を測定した。
図４に、表層部と内層部における磁歪の差（Δλ1.0/400）と、ヒステリシス損（１．０Ｔまで励磁）との相関を示す。この結果より、Δλ1.0/400が１．０×１０−６以下の場合、ヒステリシス損が大きく低下することがわかる。これは表層部と内層部の磁歪差が大きい場合、鋼板を磁化した場合に表層部と内層部の磁歪差に起因した内部応力が発生するためである。
以上の理由から、表層部の磁歪：λ1.0/400,1と前記内層部の磁歪：λ1.0/400,0との差の絶対値：Δλ1.0/400を１．０×１０−６以下、好ましくは０．５×１０−６以下とする。なお、内層部の磁歪が表層部より大きくなった場合にも、磁化時の内部応力は大きくなり、ヒステリシス損が増加するため、前記Δλ1.0/400としては磁歪の差の絶対値を用いる。
［板厚］
複層型電磁鋼板の板厚：ｔが０．０３ｍｍ未満であると、該複層型電磁鋼板の製造における冷間圧延、焼鈍が困難となり、著しくコストアップする。そのため、ｔは０．０３ｍｍ以上とする。一方、ｔが０．３ｍｍを超えると渦電流損が大きくなり、全鉄損が増加する。そのため、ｔは０．３ｍｍ以下とする。
［複層比］
複層型電磁鋼板の板厚：ｔに対する前記表層部の合計厚さ：ｔ1の比率（ｔ1／ｔ）（以下、「複層比」という場合がある）が磁気特性に与える影響について検討するために、複層比が異なる複層型電磁鋼板を以下の手順で作製し、その磁気特性を評価した。ここで、「表層部の合計厚さ」とは、両側に設けられている表層部の厚さの和を指す。
まず、所定の複層比となるように、内層部用の鋼の両面に表層部用の鋼を貼り合わせ、熱間圧延した。前記表層部用の鋼と内層部用の鋼は、いずれも所望の成分組成となるように溶製してインゴットとした。内層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］0は１．９％、表層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］1は２．５％とした。Ｃ含有量は、表層部と内層部のいずれにおいても０．００３５％とした。Ｔｉ含有量は、表層部と内層部のいずれにおいても０．００１％とした。表層部および内層部のいずれの成分組成も、残部はＦｅおよび不可避的不純物とした。また、表層部の成分組成は、両面とも同じとした。
前記熱間圧延後、９００℃×３０ｓの熱延板焼鈍を行い、次いで、冷間圧延により板厚を０．２０ｍｍとした。その後、１０００℃×３０ｓの仕上焼鈍を行って、複層型電磁鋼板を得た。
図５に、複層比と全鉄損（Ｗ10/1k）との相関を示す。この結果より、複層比が０．１０〜０．７０の場合に鉄損が低下していることがわかる。この鉄損の低下は、以下の理由によると考えられる。まず、高抵抗である表層部の比率が０．１０未満では、表層部に集中する渦電流を効果的に低減することができない。一方、表層部の比率が０．７０を超える場合には表層部と内層部の透磁率差が小さくなるため、内層部にまで磁束が浸透し、内層部からも渦電流損が発生する。したがって、複層比を０．１０〜０．７０とすることによって鉄損を低減できる。
［製造方法］
本発明の複層型電磁鋼板は、特に限定されることなく、任意の方法で製造することができる。製造方法の一例としては、Ｓｉ含有量の異なる鋼素材をクラッドする方法が挙げられる。前記鋼素材の成分組成は、例えば、成分の異なる材料を転炉で吹練し、溶鋼を脱ガス処理することによって調整することができる。
クラッドする方法は特に限定されないが、例えば、Ｓｉ含有量の異なる鋼スラブを用意し、最終的な複層比が所望の値となるような厚さで内層部用の鋼スラブの両面に表層部用の鋼スラブを貼り合わせ、圧延すればよい。前記圧延は、例えば、熱間圧延、温間圧延、および冷間圧延からなる群より選択される１または２以上とすることができる。一般的には、熱間圧延と、その後の温間圧延の組み合わせ、または熱間圧延と、その後の冷間圧延の組み合わせとすることが好ましい。前記熱間圧延の後には、熱延板焼鈍を行うことが好ましい。また、前記温間圧延および冷間圧延は、中間焼鈍を挟んで２回以上行うこともできる。熱間圧延における仕上温度、巻取り温度は特に限定されず、常法に従って決定すればよい。前記圧延の後、仕上焼鈍を行う。Ｓｉ含有量の異なる鋼素材をクラッドすることによって得られる複層型電磁鋼板は、例えば、図２（ｂ）に示したようなＳｉ含有量プロファイルを有する。
また、他の製造方法としては、浸珪処理を用いることもできる。浸珪処理を用いる場合は、Ｓｉ含有量が厚さ方向に一定である鋼板に対して浸珪処理を施すことにより、鋼板両面の表層部のＳｉ含有量を高めることができる。浸珪処理の方法は特に限定されず、任意の方法で行うことができる。例えば、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）により鋼板表面にＳｉを堆積させ、その後、熱処理を行ってＳｉを鋼板の内部へ拡散させる方法を用いることができる。表層部と内層部のＳｉ含有量は、ＣＶＤ法によるＳｉの堆積量や、熱処理条件を調整することによって制御できる。浸珪処理によって得られる複層型電磁鋼板は、例えば、図２（ａ）に示したようなＳｉ含有量プロファイルを有する。
本発明の効果を確認するために、以下に述べる手順で複層型電磁鋼板を製造し、その磁気特性および伸びを評価した。
まず、表１に示す成分組成を有する表層部用と内層部用の２種類の鋼スラブを用意した。次に、前記内層部用の鋼スラブの両面に前記表層部用の鋼スラブを積層し、積層された鋼スラブの外周を溶接した。したがって、表層部の成分組成は両側とも同じである。前記鋼スラブの成分組成は、転炉で吹練した後に脱ガス処理を行うことによって調整した。なお、前記成分組成は、最終的に得られる複層型電磁鋼板においても保持されている。
次いで、積層された前記鋼スラブを１１４０℃で１ｈｒ加熱した後、熱間圧延を行って板厚２．０ｍｍの熱延鋼板とした。前記熱間圧延における熱延仕上げ温度は８００℃とした。前記熱延鋼板を巻取り温度：６１０℃で巻取り、次いで、９００℃×３０ｓの熱延板焼鈍を施した。その後、酸洗および冷間圧延を行い、表２に示した仕上焼鈍温度で焼鈍を行って複層型電磁鋼板を得た。最終的に得られた複層型電磁鋼板の板厚：ｔと、前記ｔに対する前記表層部の合計厚さ：ｔ1の比率（複層比）は表２に示したとおりとした。
なお、比較のために、クラッドしていない通常の電磁鋼板を用いて同様の試験を行った（Ｎｏ．１、２）。これらの比較例の電磁鋼板では、表層部と内層部の成分組成が等しい。
また、Ｎｏ．４７の複層型電磁鋼板は浸珪法により製造した。具体的には、Ｓｉ含有量：２．５％、板厚０．２ｍｍの冷延鋼板に対して、１２００℃で浸珪処理を行った。鋼板の全板厚におけるＳｉ含有量の平均値を算出し、前記平均値よりもＳｉ濃度が高い部分を表層部、低い部分を内層部とした。表層部のＳｉ含有量は、前記表層部におけるＳｉ量の平均値である。また、表層部と内層部の磁歪としては、Ｓｉ含有量が前記Ｓｉ含有量の平均値と同じであり、かつ他の成分組成が同じである鋼板の磁歪を記載している。
（磁歪）
また、表層部と内層部の磁歪を測定するために、表層部および内層部に相当する鋼スラブを貼り合わせることなく、上述した手順と同様に熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、および仕上焼鈍を行って、板厚０．１ｍｍの鋼板を得た。次いで、得られた鋼板の圧延方向における磁歪を測定した。測定結果は表２に示したとおりであった。磁歪の測定にはレーザードップラー変位計を用い、磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚにおける磁歪のpeak to peak値を測定した。
（磁気特性）
次いで、得られた複層型電磁鋼板のそれぞれについて、磁気特性を測定した。前記磁気測定は、ＪＩＳ Ｃ ２５５０−１に準じて、２５ｃｍエプスタイン枠を用いて行った。前記磁気特性としては、１．０Ｔ、１ｋＨｚにおける鉄損：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）、および磁化力５０００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ50を測定した。測定結果は、表１に示したとおりであった。
（伸び）
加えて、得られた複層型電磁鋼板のそれぞれについて、伸びを測定した。伸びの測定においては、前記複層型電磁鋼板から切り出した、ＪＩＳ５号引張試験片を使用し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づいて破断時の全伸び：Ｅｌ（％）を求めた。
表１および表２に示した結果から分かるように本発明の条件を満たす発明例の複層型電磁鋼板は、高周波鉄損が低く、かつ磁束密度が高いという、優れた磁気特性を有している。加えて、発明例の複層型電磁鋼板は、優れた伸びを備えており、したがって、カシメ加工などの加工性にも優れている。そのため、本発明の複層型電磁鋼板は、高周波で駆動されるハイブリッド電気自動車、電気自動車、掃除機、高速発電機、エアコンコンプレッサー、工作機械等のモータコアさらには変圧器、リアクトル等のコア材料として、極めて好適に用いることができる。
Figure 0006555448
Figure 0006555448
１ 複層型電磁鋼板
１０ 内層部
２０ 表層部

Claims (3)

  1. 内層部と、前記内層部の両側に設けられた表層部からなる複層型電磁鋼板であって、
    前記表層部が、質量％で、
    Ｃ ：０．００１〜０．０１％、
    Ｓｉ：２．５〜６．０％、および
    Ｔｉ：０〜０．００５％以下を含み、
    残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
    前記内層部が、
    Ｃ ：０．００１〜０．０１％、
    Ｓｉ：１．５〜５．０％、および
    Ｔｉ：０〜０．００５％以下を含み、
    残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
    前記表層部におけるＳｉ含有量：［Ｓｉ］1と前記内層部におけるＳｉ含有量：［Ｓｉ］0の差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉが０．５質量％以上であり、
    前記表層部の磁歪：λ1.0/400,1と前記内層部の磁歪：λ1.0/400,0との差の絶対値：Δλ1.0/400が１．０×１０−６以下であり、
    前記複層型電磁鋼板の板厚：ｔが０．０３〜０．３ｍｍであり、かつ、
    前記ｔに対する前記表層部の合計厚さ：ｔ1の比率が０．１０〜０．７０である、複層型電磁鋼板。
  2. 前記表層部の成分組成と前記内層部の成分組成のいずれか一方または両方が、さらに、質量％で、
    Ｂ：０．０００１〜０．００３０％を含む、請求項１に記載の複層型電磁鋼板。
  3. 前記表層部の成分組成と前記内層部の成分組成のいずれか一方または両方が、さらに、質量％で、
    Ｓｎ：０．００１〜０．１％および
    Ｓｂ：０．００１〜０．１％の一方または両方を含む、請求項１または２に記載の複層型電磁鋼板。


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