JP7388597B1 - 無方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Abstract
Ｓｉ傾斜磁性材料における低鉄損化および高磁束密度化を実現する。内層部と、前記内層部の両側に位置する表層部との積層構造を有する複層型電磁鋼板であって、前記表層部および前記内層部は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との差（［Ｓｉ］１－［Ｓｉ］０）として定義されるΔＳｉが０．１～０．５質量％であり、前記電磁鋼板の板厚：ｔに対する前記表層部の合計厚さ：ｔ１の比率（ｔ１／ｔ）が０．０４～０．７８であり、磁界の強さ：５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ５０に対する飽和磁化Ｂｓの比（Ｂ５０／Ｂｓ）が０．８２５以上であり、かつ周波数：８００Ｈｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損：Ｗ１０／８００と前記板厚ｔとが式Ｗ１０／８００≦１３＋８０×ｔを満たすものとする。
Description
本発明は、無方向性電磁鋼板、特に板厚方向にＳｉ濃度勾配を有する無方向性電磁鋼板に関する。
例えば、ドローン用モータやサーバ用ファンモータは、小型化・軽量化・高効率化の観点より４００Hz～１kHzといった高周波域での駆動が行われるようになってきている。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、かつ磁束密度の高い特性が要望されている。
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ため、従来は高Ｓｉ鋼の開発が行われている。しかし、Ｓｉは非磁性元素であるため、磁束密度、ならびに飽和磁化が低下するという問題があった。
高周波鉄損の低減と高磁束密度を両立する手法として、板厚方向のＳｉ濃度勾配を制御する、いわゆるＳｉ傾斜磁性材料が開発されている。例えば、特許文献１には、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濃度よりも高く、Ｓｉ 濃度５～８％の部分が、鋼板の両表面から板厚深さ方向に板厚の１０％以上であって、かつ板厚中心部のＳｉ濃度が３．４％以上である電磁鋼板が開示されている。
しかし、板厚方向にＳｉ濃度勾配を付与したのみの材料をドローンや掃除機モータ等（例えば、周波数：４００Hz～１kHz、磁束密度：０．８～２．０Ｔ）の鉄心材料として使用すると、ヒステリシス損が大きく、かつ磁束密度が低くなるため、鉄損および銅損が十分に低下しない。そこで、本発明は、Ｓｉ傾斜磁性材料における低鉄損化および高磁束密度化を課題とするものである。
発明者らは、上記の課題の解決に向け低鉄損と高磁束密度を両立すべく、Ｓｉ傾斜材の磁気特性におよぼす成分の影響に着目して検討を重ねた。その結果、Ｓｉ傾斜材の表層部と内層部のＳｉ濃度差を適切にし、さらにＣｏと、ＳｎおよびＳｂから選ばれる１種または２種とを添加することにより、高周波低鉄損かつ高磁束密度を両立可能であることを見出した。
本発明の要旨は、以下の通りである。
１．内層部と、前記内層部の両側に位置する表層部との積層構造を有する複層型電磁鋼板であって、
前記表層部は、質量％で、Ｓｉ：４．０～７．０％およびＣ：０．００１０～０．０１００％、Ｃｏ：０．００１０％～０．０１００％を含み、さらにＳｎ：０．０１０～０．１００％およびＳｂ：０．０１０～０．１００％のいずれか１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物である成分組成を有し、
前記内層部は、質量％で、Ｓｉ：３．５～６．５％およびＣ：０．００１０％～０．０１００％、Ｃｏ：０．００１０％～０．０１００％を含み、さらにＳｎ：０．０１０～０．１００％およびＳｂ：０．０１０～０．１００％のいずれか１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物である成分組成を有し、
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との差（[Ｓｉ]１－[Ｓｉ]０）として定義されるΔＳｉが０．１～０．５質量％であり、
前記電磁鋼板の板厚：t（ｍｍ）に対する前記表層部の合計厚さ：ｔ１ （ｍｍ）の比率（ｔ１／ｔ）が０．０４～０．７８であり、
飽和磁化Ｂｓに対する磁界の強さ：５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ ５０ の比（Ｂ５０／Ｂｓ）が０．８２５以上であり、かつ周波数：８００Ｈｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損：Ｗ１０/８００ （Ｗ／ｋｇ）と前記板厚tとが下記（１）式を満たす無方向性電磁鋼板。
Ｗ１０/８００≦ １３＋８０×ｔ ・・・（１）
１．内層部と、前記内層部の両側に位置する表層部との積層構造を有する複層型電磁鋼板であって、
前記表層部は、質量％で、Ｓｉ：４．０～７．０％およびＣ：０．００１０～０．０１００％、Ｃｏ：０．００１０％～０．０１００％を含み、さらにＳｎ：０．０１０～０．１００％およびＳｂ：０．０１０～０．１００％のいずれか１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物である成分組成を有し、
前記内層部は、質量％で、Ｓｉ：３．５～６．５％およびＣ：０．００１０％～０．０１００％、Ｃｏ：０．００１０％～０．０１００％を含み、さらにＳｎ：０．０１０～０．１００％およびＳｂ：０．０１０～０．１００％のいずれか１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物である成分組成を有し、
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との差（[Ｓｉ]１－[Ｓｉ]０）として定義されるΔＳｉが０．１～０．５質量％であり、
前記電磁鋼板の板厚：t（ｍｍ）に対する前記表層部の合計厚さ：ｔ１ （ｍｍ）の比率（ｔ１／ｔ）が０．０４～０．７８であり、
飽和磁化Ｂｓに対する磁界の強さ：５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ ５０ の比（Ｂ５０／Ｂｓ）が０．８２５以上であり、かつ周波数：８００Ｈｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損：Ｗ１０/８００ （Ｗ／ｋｇ）と前記板厚tとが下記（１）式を満たす無方向性電磁鋼板。
Ｗ１０/８００≦ １３＋８０×ｔ ・・・（１）
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、Ｐ：０．１００％以下を含む前記１に記載の無方向性電磁鋼板。
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、ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で０．０１００％以下含む前記１または２に記載の無方向性電磁鋼板。
４．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、Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉから選ばれる１種または２種以上を合計で１．００％以下含む前記１から３のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
５．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、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０２００％以下含む前記１から４のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
６．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、Ｚｎを０．０５００％以下含む前記１から５のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
７．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、ＭｏおよびＷから選ばれる１種または２種を合計で０．０５００％以下含む前記１から６のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
８．前記複層型電磁鋼板の表面から板厚の１／４の深さの面における方位分布関数のΦ２＝４５°断面において、｛１００｝面集積度の最高強度値が６．０以上である前記１から７のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
９．前記板厚が０．０３～０．２０ｍｍである前記１から８のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
本発明によれば、低鉄損かつ高磁束密度のＳｉ傾斜磁性材料を提供することができる。
発明者らは、上記の課題を解決するために種々の実験を行って本発明を導くに到った。これらの実験の一例について、以下に説明する。無方向性電磁鋼板を、内層部とこれを両側から挟む表層部との間にＳｉ含有量差のある、複層型電磁鋼板とする場合に、表層部と内層部とのＳｉ含有量の差ΔＳｉ（以下、単にΔＳｉとも示す）が磁気特性に与える影響について検討した。すなわち、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。なお、以下に示す「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を示している。
まず、電磁鋼板の板厚（全厚）に対する表層部各々の厚さの比率が０．３（合計で０．６）となるように、内層部用の鋼素材の両面に表層部用の鋼素材を貼り合わせてから、熱間圧延に供した。前記表層部用の鋼素材と内層部用の鋼素材には、いずれも所望の成分組成となるように溶製した、インゴットを用いた。内層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］０は４．０％とした。表層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］１は４．０％～７．０％の範囲で変化させるようにＳｉ含有量の異なる表層部用の鋼素材を複数用意した。なお、表層部と内層部のいずれについても、Ｃ含有量を０．００２５％、Ｃｏ含有量を０．００３０％、Ｓｎ含有量を０．０３０％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、内層部の両側の表層部において同じとした。
前記熱間圧延後、１０００℃×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、１０８０℃×３０ｓの仕上焼鈍を行って、電磁鋼板を得た。
得られた電磁鋼板のそれぞれから、幅３０ｍｍおよび長さ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方向試験片とを等量用いて測定し、Ｌ方向とＣ方向における磁気特性の平均値で評価した。
図１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および８００Ｈｚにおける全鉄損：Ｗ１０／８００（Ｗ／ｋｇ）との相関を示す。また、図２に、ΔＳｉと、磁束密度比（Ｂ５０／Ｂｓ）との相関を示す。ここで、前記「磁束密度比」とは、飽和磁化Ｂｓに対する磁界の強さ：５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ
５０ の比（Ｂ５０／Ｂｓ）を指すものとする。
図１に示した結果から分かるように、ΔＳｉが０．１質量％以上、０．５質量％以下であれば、鉄損を低く抑えることができる。具体的には、板厚ｔ＝０．１０ｍｍの場合、次式（１）
Ｗ１０/８００ ≦１３＋ ８０×ｔ ・・・（１）
に、板厚ｔ＝０．１０ｍｍを代入した値である、２１．０Ｗ／ｋｇ以下に鉄損Ｗ１０/８００を抑えることができる。
Ｗ１０/８００ ≦１３＋ ８０×ｔ ・・・（１）
に、板厚ｔ＝０．１０ｍｍを代入した値である、２１．０Ｗ／ｋｇ以下に鉄損Ｗ１０/８００を抑えることができる。
また、図２に示した結果から分かるように、ΔＳｉが０．５質量％を超えると、磁束密度比が急激に低下する。これは、次のような理由によると考えられる。すなわち、表層部のＳｉ量が内層部に比べて高い場合、表層部の透磁率が内層部より高くなる。その結果、磁束が表層部に集中し、渦電流損が低下する。しかし、ΔＳｉが過度に大きいと、それにともなって表層部と内層部との格子定数の差および磁歪の差が大きくなる。その結果、鋼板を磁化した際にかかる応力が増大するため、ヒステリシス損が増加し、中磁場域における磁束密度は低下する。
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０．１～０．５質量％とする。好ましくは、ΔＳｉが０．２～０．４質量％である。
次に、複層型電磁鋼板の板厚：ｔに対する、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した。すなわち、複層比が異なる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、内層部の両側に設けられている表層部の厚さの和を指す。
まず、表層部用の鋼素材と内層部用の鋼素材を、複層比が０．０２～０．８０となるように貼り合わせ、熱間圧延した。前記表層用の鋼素材と内層部用の鋼素材は、いずれも所望の成分組成となるように溶製した、インゴットを用いた。表層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］１は６．３％、内層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］０は６．０％とした。また、表層部および内層部のいずれにおいても、Ｃ：０．００３０％、Ｃｏ含有量：０．００１５％、Ｓｎ含有量：０．０５０％とし、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、内層部の両側で同じとした。
前記熱間圧延後、９８０℃×３０ｓの熱延板焼鈍を行い、次いで、冷間圧延により板厚を０．０８ｍｍとした。その後、１１００℃×３０ｓの仕上焼鈍を行って、電磁鋼板を得た。
図３に、複層比と全鉄損（Ｗ１０／８００）との相関を示す。この結果より、複層比が０．０４～０．７８の場合に鉄損が大きく低下していることがわかる。具体的には板厚ｔ＝０．０８ｍｍの場合、次式（１）
Ｗ１０/８００ ≦ １３ ＋ ８０×ｔ ・・・（１）
に、板厚ｔ＝０．０８ｍｍを代入した値である、１９．４Ｗ／ｋｇ以下に鉄損Ｗ１０/８００を抑えることができる。この鉄損の低下は、以下の理由によると考えられる。まず、複層比が０．０４未満である場合、高抵抗である表層部の割合が低いため、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、複層比が０．７８超であ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０．０４～０．７８とすることによって鉄損を低減できる。以上の理由から、本発明では複層比（ｔ１／ｔ）を０．０４～０．７８とする。好ましくは、ｔ１／ｔが０．１０～０．７０であり、より好ましくは０．３０～０．６０である。
Ｗ１０/８００ ≦ １３ ＋ ８０×ｔ ・・・（１）
に、板厚ｔ＝０．０８ｍｍを代入した値である、１９．４Ｗ／ｋｇ以下に鉄損Ｗ１０/８００を抑えることができる。この鉄損の低下は、以下の理由によると考えられる。まず、複層比が０．０４未満である場合、高抵抗である表層部の割合が低いため、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、複層比が０．７８超であ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０．０４～０．７８とすることによって鉄損を低減できる。以上の理由から、本発明では複層比（ｔ１／ｔ）を０．０４～０．７８とする。好ましくは、ｔ１／ｔが０．１０～０．７０であり、より好ましくは０．３０～０．６０である。
なお、内層部を挟む一方の表層部の厚さｔ１―１と同他方の表層部の厚さｔ１―２とは、同じであることが好ましいが、必ずしも同じである必要はない。すなわち、ｔ１―１とｔ１―２とは２０％程度（厚い方を１００％としたとき、薄い方が８０～１００％）の厚み差を有していてもよい。
［板厚］
なお、上記複層型電磁鋼板の板厚：ｔは特に限定されず、任意の値とすることができる。しかし、複層型電磁鋼板が薄すぎると、該複層型電磁鋼板の製造における冷間圧延や焼鈍の実施が困難となり、コストアップを招く場合がある。そのため、製造コスト削減の観点からは、ｔを０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、ｔを０．２０ｍｍ以下とすれば、渦電流損をさらに低減し、その結果、全鉄損を一層低下させることができる。そのため、ｔは０．２０ｍｍ以下とすることが好ましい。
なお、上記複層型電磁鋼板の板厚：ｔは特に限定されず、任意の値とすることができる。しかし、複層型電磁鋼板が薄すぎると、該複層型電磁鋼板の製造における冷間圧延や焼鈍の実施が困難となり、コストアップを招く場合がある。そのため、製造コスト削減の観点からは、ｔを０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、ｔを０．２０ｍｍ以下とすれば、渦電流損をさらに低減し、その結果、全鉄損を一層低下させることができる。そのため、ｔは０．２０ｍｍ以下とすることが好ましい。
［磁束密度比］
Ｂ５０／Ｂｓ：０．８２５以上
飽和磁化Ｂｓに対する磁界の強さ：５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ ５０ の比（Ｂ５０／Ｂｓ）を０．８２５以上とする。Ｂ５０／Ｂｓを高く（０．８２５以上）することにより、小型モータで使用される設計磁束密度領域における磁化曲線の立ち上がりを良好にすることができる。これより、所定のトルクを得るために必要なモータ電流が少なくなるため、銅損を低減し、モータ効率を改善することができる。
Ｂ５０／Ｂｓ：０．８２５以上
飽和磁化Ｂｓに対する磁界の強さ：５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ ５０ の比（Ｂ５０／Ｂｓ）を０．８２５以上とする。Ｂ５０／Ｂｓを高く（０．８２５以上）することにより、小型モータで使用される設計磁束密度領域における磁化曲線の立ち上がりを良好にすることができる。これより、所定のトルクを得るために必要なモータ電流が少なくなるため、銅損を低減し、モータ効率を改善することができる。
［鉄損］
本発明においては、周波数：８００Ｈｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損（全鉄損）：Ｗ１０/８００（Ｗ／ｋｇ）と、前記板厚：ｔ（ｍｍ）とが、下記（１）式を満たす必要がある。
Ｗ１０/８００≦１３＋８０×ｔ …（１）
本発明においては、周波数：８００Ｈｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損（全鉄損）：Ｗ１０/８００（Ｗ／ｋｇ）と、前記板厚：ｔ（ｍｍ）とが、下記（１）式を満たす必要がある。
Ｗ１０/８００≦１３＋８０×ｔ …（１）
上記（１）式の関係を満たさない場合、モータ効率の低下を招くだけでなく、ステータコアの発熱が１００℃を超えてしまい冷却系統が必要となるためである。なお、鉄損は板厚に依存するため、上記（１）式では板厚の影響を考慮して鉄損の上限値を規定した。
なお、上記（１）式を満足させるには、集合組織制御によりヒステリシス損を低減するとともに、Ｓｉ濃度勾配および複層比を所定の範囲に制御することで渦電流損を低減する。
［集合組織］
｛１００｝面集積度の最高強度値が６．０以上
Ｃｏを適量添加し、偏析元素であるＳｎ，Ｓｂの少なくとも一つを適量添加することにより、無方向性電磁鋼板における｛１００｝面を増加させることができ、この面内に磁化しやすくなる。また、Ｐも偏析元素であり、適量添加により、｛１００｝面を増加させる効果が高まる。その結果、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損も低下する。よって、｛１００｝面集積度を６．０以上とすることが好ましい。ここで、｛１００｝面集積度は、無方向性電磁鋼板の表面から板厚の１/４の深さの面における方位分布関数（ＯＤＦ）のΦ２＝４５°断面における強度と定義する。
｛１００｝面集積度の最高強度値が６．０以上
Ｃｏを適量添加し、偏析元素であるＳｎ，Ｓｂの少なくとも一つを適量添加することにより、無方向性電磁鋼板における｛１００｝面を増加させることができ、この面内に磁化しやすくなる。また、Ｐも偏析元素であり、適量添加により、｛１００｝面を増加させる効果が高まる。その結果、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損も低下する。よって、｛１００｝面集積度を６．０以上とすることが好ましい。ここで、｛１００｝面集積度は、無方向性電磁鋼板の表面から板厚の１/４の深さの面における方位分布関数（ＯＤＦ）のΦ２＝４５°断面における強度と定義する。
本発明の成分の規定理由について、以下に説明する。
［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。
［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、各々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。
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、各々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。
すなわち、表層部の成分組成は、Ｓｉ：４．０～７．０％およびＣ：０．００１０～０．０１００％、Ｃｏ：０．００１０％～０．０１００％を含み、さらにＳｎ：０．０１０～０．１００％およびＳｂ：０．０１０～０．１００％のいずれか１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物である。
Ｓｉ：４．０～７．０％
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４．０％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４．０％以上、好ましくは４．５％以上とする。一方、表層部のＳｉ含有量が７．０％を超えると、飽和磁化の低下により磁束密度が低下する。そのため、表層部のＳｉ含有量は７．０％以下、好ましくは６．８％未満、より好ましくは６．５％以下とする。なお、上述したように、表層部におけるＳｉ含有量が４．０～７．０％であるとは、第１の表層部における平均Ｓｉ含有量が４．０～７．０％であり、かつ第２の表層部における平均Ｓｉ含有量が４．０～７．０％であることを意味する。第１の表層部における平均Ｓｉ含有量と第２の表層部における平均Ｓｉ含有量とは同じであっても、異なっていてもよい。以下に示す、他の元素についても同様の定義が適用される。
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４．０％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４．０％以上、好ましくは４．５％以上とする。一方、表層部のＳｉ含有量が７．０％を超えると、飽和磁化の低下により磁束密度が低下する。そのため、表層部のＳｉ含有量は７．０％以下、好ましくは６．８％未満、より好ましくは６．５％以下とする。なお、上述したように、表層部におけるＳｉ含有量が４．０～７．０％であるとは、第１の表層部における平均Ｓｉ含有量が４．０～７．０％であり、かつ第２の表層部における平均Ｓｉ含有量が４．０～７．０％であることを意味する。第１の表層部における平均Ｓｉ含有量と第２の表層部における平均Ｓｉ含有量とは同じであっても、異なっていてもよい。以下に示す、他の元素についても同様の定義が適用される。
Ｃ：０．００１０～０．０１００％
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０.００１０％以上添加することにより、材料の伸びが改善する。このため、下限を０.００１０％とする。好ましくは、０．００１５％以上である。一方、添加量が０.０１００％を超えると、磁気時効により鉄損が増加するため、上限を０.０１００％とする。好ましくは、０．００６０％以下である。
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０.００１０％以上添加することにより、材料の伸びが改善する。このため、下限を０.００１０％とする。好ましくは、０．００１５％以上である。一方、添加量が０.０１００％を超えると、磁気時効により鉄損が増加するため、上限を０.０１００％とする。好ましくは、０．００６０％以下である。
Ｃｏ：０．００１０～０．０１００％
Ｃｏを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｃｏを添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｃｏ含有量を０．００１０％以上とする。好ましくは、０．００１５％以上である。一方、Ｃｏ含有量が０．０１００％を超えると、効果が飽和することに加えて、コストの上昇を招く。そのため、Ｃｏ含有量は０．０１００％以下とする。好ましくは、０．００５０％以下である。
Ｃｏを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｃｏを添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｃｏ含有量を０．００１０％以上とする。好ましくは、０．００１５％以上である。一方、Ｃｏ含有量が０．０１００％を超えると、効果が飽和することに加えて、コストの上昇を招く。そのため、Ｃｏ含有量は０．０１００％以下とする。好ましくは、０．００５０％以下である。
Ｓｎ、Ｓｂの１種または２種：０．０１０～０．１００％
Ｓｎ：０．０１０～０．１００％
Ｓｎを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｓｎを添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｓｎ含有量を０．０１０％以上とする。好ましくは、０．０２０％以上である。一方、Ｓｎ含有量が０．１００％を超えると効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｓｎ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．０８０％以下である。
Ｓｎ：０．０１０～０．１００％
Ｓｎを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｓｎを添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｓｎ含有量を０．０１０％以上とする。好ましくは、０．０２０％以上である。一方、Ｓｎ含有量が０．１００％を超えると効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｓｎ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．０８０％以下である。
Ｓｂ：０．０１０～０．１００％
Ｓｎと同様に、Ｓｂを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｓｂを添加する場合に、前記効果を得るためにＳｂ含有量を０．０１０％以上とする。好ましくは、０．０２０％以上である。一方、Ｓｂ含有量が０．１００％を超えると、効果が飽和することに加えて製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｓｂ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．０８０％以下である。
Ｓｎと同様に、Ｓｂを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｓｂを添加する場合に、前記効果を得るためにＳｂ含有量を０．０１０％以上とする。好ましくは、０．０２０％以上である。一方、Ｓｂ含有量が０．１００％を超えると、効果が飽和することに加えて製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｓｂ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．０８０％以下である。
さらに、必要に応じて、Ｐを０．１００％以下の範囲にて含有することが好ましい。
Ｐ：０．１００％以下
Ｐは、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｏと同様に、添加することにより集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｐを添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｐ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．０３０％以上である。一方、Ｐ含有量が０．１００％を超えると、効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｐ含有量は０．１００％以下とすることが好ましい。より好ましくは、０．０７０％以下である。
Ｐ：０．１００％以下
Ｐは、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｏと同様に、添加することにより集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｐを添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｐ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．０３０％以上である。一方、Ｐ含有量が０．１００％を超えると、効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｐ含有量は０．１００％以下とすることが好ましい。より好ましくは、０．０７０％以下である。
同様に、必要に応じて、以下の元素のいずれか１種以上を含有することができる。
ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で：０．０１００％以下
ＧｅおよびＧａは、集合組織を改善する効果がある。ＧｅおよびＧａのいずれか一方または両方を添加する場合に、前記効果を得るためには、ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で０．０００５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．００２０％以上である。一方、ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で０．０１００％を超えて添加しても、上記効果が飽和し、合金コストが上昇するだけである。よって、ＧｅおよびＧａのいずれか一方または両方を添加する場合は、０．０１００％以下とする。より好ましくは、０．００５０％以下である。
ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で：０．０１００％以下
ＧｅおよびＧａは、集合組織を改善する効果がある。ＧｅおよびＧａのいずれか一方または両方を添加する場合に、前記効果を得るためには、ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で０．０００５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．００２０％以上である。一方、ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で０．０１００％を超えて添加しても、上記効果が飽和し、合金コストが上昇するだけである。よって、ＧｅおよびＧａのいずれか一方または両方を添加する場合は、０．０１００％以下とする。より好ましくは、０．００５０％以下である。
Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉから選ばれる１種または２種以上を合計で：１．００％以下
Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉは、比抵抗を増大し、鉄損低減に有利である。Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉのいずれか少なくとも１種を添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉから選ばれる１種または２種以上を合計で、０．０３％以上とすることが好ましい。一方、過度の添加は磁束密度の低下を招くために、Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉのいずれか少なくとも１種を添加する場合は、１．００％以下とする。
Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉは、比抵抗を増大し、鉄損低減に有利である。Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉのいずれか少なくとも１種を添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉから選ばれる１種または２種以上を合計で、０．０３％以上とすることが好ましい。一方、過度の添加は磁束密度の低下を招くために、Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉのいずれか少なくとも１種を添加する場合は、１．００％以下とする。
Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で：０．０２００％以下
Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭは、安定な硫化物を形成し、粒成長性を改善する効果がある。上記効果を得るためには、Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で０．００１０％以上添加することが好ましい。一方、Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０２００％を超えて添加しても、上記効果は飽和してしまう。よって、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭのいずれか少なくとも１種を添加する場合は、合計で０．０２００％以下とする。
Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭは、安定な硫化物を形成し、粒成長性を改善する効果がある。上記効果を得るためには、Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で０．００１０％以上添加することが好ましい。一方、Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０２００％を超えて添加しても、上記効果は飽和してしまう。よって、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭのいずれか少なくとも１種を添加する場合は、合計で０．０２００％以下とする。
Ｚｎ：０．０５００％以下
Ｚｎは、仕上焼鈍時の窒化を抑制する効果がある。この効果を得るためにＺｎを添加する場合は、０．００１０％以上含有させることが好ましい。より好ましくは、０．００２０％以上である。一方、Ｚｎを０．０５００％超で添加すると、硫化物を形成して鉄損を増加させるため、Ｚｎを添加する場合は０．０５００％以下とする。より好ましくは、０．０１００％以下である。
Ｚｎは、仕上焼鈍時の窒化を抑制する効果がある。この効果を得るためにＺｎを添加する場合は、０．００１０％以上含有させることが好ましい。より好ましくは、０．００２０％以上である。一方、Ｚｎを０．０５００％超で添加すると、硫化物を形成して鉄損を増加させるため、Ｚｎを添加する場合は０．０５００％以下とする。より好ましくは、０．０１００％以下である。
ＭｏおよびＷから選ばれる１種または２種を合計で：０．０５００％以下
ＭｏおよびＷは、いずれも無方向性電磁鋼板の表面欠陥（ヘゲ）を抑制するのに有効な元素である。本発明に従う無方向性電磁鋼板は、高合金鋼で表面が酸化され易いため、表面割れに起因するヘゲの発生率が高いが、高温強度を高める元素であるＭｏおよびＷの一方または両方を微量添加することによって、上記割れを抑制することができる。この効果は、ＭｏおよびＷの１種または２種以上の合計で０．００１０％を下回ると十分に得ることが難しくなるため、ＭｏおよびＷの一方または両方を添加する場合は、０．００１０％以上とすることが好ましい。一方、ＭｏおよびＷの一方または両方を０．０５００％超で添加しても、上記効果が飽和し、合金コストが上昇するだけである。よって、ＭｏおよびＷの一方または両方を添加する場合は、０．０５００％以下とする。
ＭｏおよびＷは、いずれも無方向性電磁鋼板の表面欠陥（ヘゲ）を抑制するのに有効な元素である。本発明に従う無方向性電磁鋼板は、高合金鋼で表面が酸化され易いため、表面割れに起因するヘゲの発生率が高いが、高温強度を高める元素であるＭｏおよびＷの一方または両方を微量添加することによって、上記割れを抑制することができる。この効果は、ＭｏおよびＷの１種または２種以上の合計で０．００１０％を下回ると十分に得ることが難しくなるため、ＭｏおよびＷの一方または両方を添加する場合は、０．００１０％以上とすることが好ましい。一方、ＭｏおよびＷの一方または両方を０．０５００％超で添加しても、上記効果が飽和し、合金コストが上昇するだけである。よって、ＭｏおよびＷの一方または両方を添加する場合は、０．０５００％以下とする。
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。
なお、前記不可避的不純物として電磁鋼板に含まれうる元素の例としては、Ａｌが挙げられる。Ａｌ含有量を０．１０％以下に抑制すれば、磁束密度をさらに向上させることができる。そのため、Ａｌ含有量は０．１０％以下に抑制することが好ましい。
なお、前記不可避的不純物として電磁鋼板に含まれうる元素の例としては、Ａｌが挙げられる。Ａｌ含有量を０．１０％以下に抑制すれば、磁束密度をさらに向上させることができる。そのため、Ａｌ含有量は０．１０％以下に抑制することが好ましい。
［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。
すなわち、内層部の成分組成は、Ｓｉ：３．５～６．５％およびＣ：０．００１０％～０．０１００％、Ｃｏ：０．００１０％～０．０１００％を含み、さらにＳｎ：０．０１０～０．１００％およびＳｂ：０．０１０～０．１００％のいずれか１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物である。
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。
すなわち、内層部の成分組成は、Ｓｉ：３．５～６．５％およびＣ：０．００１０％～０．０１００％、Ｃｏ：０．００１０％～０．０１００％を含み、さらにＳｎ：０．０１０～０．１００％およびＳｂ：０．０１０～０．１００％のいずれか１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物である。
Ｓｉ：３．５～６．５％
内層部のＳｉ含有量（［Ｓｉ］０）が３．５％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３．５％以上とする。好ましくは、４．０％以上である。一方、内層部のＳｉ含有量が６．５％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。そのため、内層部のＳｉ含有量は６．５％以下とする。内層部のＳｉ含有量は、６．０％以下とすることが好ましい。
内層部のＳｉ含有量（［Ｓｉ］０）が３．５％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３．５％以上とする。好ましくは、４．０％以上である。一方、内層部のＳｉ含有量が６．５％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。そのため、内層部のＳｉ含有量は６．５％以下とする。内層部のＳｉ含有量は、６．０％以下とすることが好ましい。
Ｃ：０．００１０～０．０１００％
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０．００１０％以上添加することにより、材料の伸びが改善する。このため、下限を０．００１０％とする。好ましくは、０．００１５％以上である。一方、添加量が０．０１００％を超えると、磁気時効により鉄損が増加するため上限を０．０１００％とする。好ましくは、０．００６０％以下である。
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０．００１０％以上添加することにより、材料の伸びが改善する。このため、下限を０．００１０％とする。好ましくは、０．００１５％以上である。一方、添加量が０．０１００％を超えると、磁気時効により鉄損が増加するため上限を０．０１００％とする。好ましくは、０．００６０％以下である。
Ｃｏ：０．００１０～０．０１００％
Ｃｏを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｃｏを添加する場合、前記効果を得るためには、Ｃｏ含有量を０．００１０％以上とする。好ましくは、０．００１５％以上である。一方、Ｃｏ含有量が０．０１００％を超えると効果が飽和することに加えて、コストの上昇を招く。そのため、Ｃｏ含有量は０．０１００％以下とする。好ましくは、０．００５０％以下である。
Ｃｏを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｃｏを添加する場合、前記効果を得るためには、Ｃｏ含有量を０．００１０％以上とする。好ましくは、０．００１５％以上である。一方、Ｃｏ含有量が０．０１００％を超えると効果が飽和することに加えて、コストの上昇を招く。そのため、Ｃｏ含有量は０．０１００％以下とする。好ましくは、０．００５０％以下である。
Ｓｎ、Ｓｂの１種または２種：０．０１０～０．１００％
Ｓｎ：０．０１０～０．１００％
Ｓｎを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｓｎを添加する場合、前記効果を得るためには、Ｓｎ含有量を０．０１０％以上とする。好ましくは、０．０２０％以下である。一方、Ｓｎ含有量が０．１００％を超えると効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｓｎ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．０８０％以下である。
Ｓｎ：０．０１０～０．１００％
Ｓｎを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｓｎを添加する場合、前記効果を得るためには、Ｓｎ含有量を０．０１０％以上とする。好ましくは、０．０２０％以下である。一方、Ｓｎ含有量が０．１００％を超えると効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｓｎ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．０８０％以下である。
Ｓｂ：０．０１０～０．１００％
Ｓｎと同様に、Ｓｂを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｓｂを添加する場合、前記効果を得るためには、Ｓｂ含有量を０．０１０％以上とする。好ましくは、０．０２０％以上である。一方、Ｓｂ含有量が０．１００％を超えると効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｓｂ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．０８０％以下である。
Ｓｎと同様に、Ｓｂを添加することにより、最終焼鈍後の集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｓｂを添加する場合、前記効果を得るためには、Ｓｂ含有量を０．０１０％以上とする。好ましくは、０．０２０％以上である。一方、Ｓｂ含有量が０．１００％を超えると効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｓｂ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．０８０％以下である。
さらに、必要に応じて、Ｐを０．１００％以下の範囲にて含有することができる。
Ｐ：０．１００％以下
Ｐは、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｏと同様に、添加することにより集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｐを添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｐ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．０３０％以上である。一方、Ｐ含有量が０．１００％を超えると、効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｐ含有量は０．１００％以下とすることが好ましい。より好ましくは、０．０７０％以下である。
Ｐ：０．１００％以下
Ｐは、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｏと同様に、添加することにより集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｐを添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｐ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．０３０％以上である。一方、Ｐ含有量が０．１００％を超えると、効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｐ含有量は０．１００％以下とすることが好ましい。より好ましくは、０．０７０％以下である。
同様に、必要に応じて、以下の元素のいずれか１種以上を含有することができる。
ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で：０．０１００％以下
ＧｅおよびＧａは、集合組織を改善する効果がある。ＧｅおよびＧａのいずれか一方または両方を添加する場合に、前記効果を得るためには、ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で０．０００５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．００２０％以上である。一方、ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で０．０１００％を超えて添加しても、上記効果が飽和し、合金コストが上昇するだけである。よって、ＧｅおよびＧａのいずれか一方または両方を添加する場合は、０．０１００％以下とする。より好ましくは、０．００５０％以下である。
ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で：０．０１００％以下
ＧｅおよびＧａは、集合組織を改善する効果がある。ＧｅおよびＧａのいずれか一方または両方を添加する場合に、前記効果を得るためには、ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で０．０００５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．００２０％以上である。一方、ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で０．０１００％を超えて添加しても、上記効果が飽和し、合金コストが上昇するだけである。よって、ＧｅおよびＧａのいずれか一方または両方を添加する場合は、０．０１００％以下とする。より好ましくは、０．００５０％以下である。
Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉから選ばれる１種または２種以上を合計で：１．００％以下
Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉは、比抵抗を増大し、鉄損低減に有利である。Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉのいずれか少なくとも１種を添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉから選ばれる１種または２種以上を合計で、０．０３％以上とすることが好ましい。一方、過度の添加は磁束密度の低下を招くために、Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉのいずれか少なくとも１種を添加する場合は、１．００％以下とする。
Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉは、比抵抗を増大し、鉄損低減に有利である。Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉのいずれか少なくとも１種を添加する場合に、前記効果を得るためには、Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉから選ばれる１種または２種以上を合計で、０．０３％以上とすることが好ましい。一方、過度の添加は磁束密度の低下を招くために、Ｃｕ，ＣｒおよびＮｉのいずれか少なくとも１種を添加する場合は、１．００％以下とする。
Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で：０．０２００％以下
Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭは、安定な硫化物を形成し、粒成長性を改善する効果がある。上記効果を得るためには、Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で０．００１０％以上添加することが好ましい。一方、Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０２００％超にて添加しても、上記効果は飽和してしまう。よって、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭのいずれか少なくとも１種を添加する場合は、合計で０．０２００％以下とする。
Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭは、安定な硫化物を形成し、粒成長性を改善する効果がある。上記効果を得るためには、Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で０．００１０％以上添加することが好ましい。一方、Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０２００％超にて添加しても、上記効果は飽和してしまう。よって、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭのいずれか少なくとも１種を添加する場合は、合計で０．０２００％以下とする。
Ｚｎ：０．０５００％以下
Ｚｎは、仕上焼鈍時の窒化を抑制する効果がある。この効果を得るためにＺｎを添加する場合は、０．００１０％以上含有させることが好ましい。より好ましくは、０．００２０％以上である。一方、Ｚｎを０．０５００％超で添加すると、硫化物を形成して鉄損を増加させるため、Ｚｎを添加する場合は０．０５００％以下とする。より好ましくは、０．０１００％以下である。
Ｚｎは、仕上焼鈍時の窒化を抑制する効果がある。この効果を得るためにＺｎを添加する場合は、０．００１０％以上含有させることが好ましい。より好ましくは、０．００２０％以上である。一方、Ｚｎを０．０５００％超で添加すると、硫化物を形成して鉄損を増加させるため、Ｚｎを添加する場合は０．０５００％以下とする。より好ましくは、０．０１００％以下である。
ＭｏおよびＷから選ばれる１種または２種を合計で：０．０５００％以下
ＭｏおよびＷは、いずれも無方向性電磁鋼板の表面欠陥（ヘゲ）を抑制するのに有効な元素である。本発明に従う無方向性電磁鋼板は、高合金鋼で表面が酸化され易いため、表面割れに起因するヘゲの発生率が高いが、高温強度を高める元素であるＭｏおよびＷの一方または両方を微量添加することによって、上記割れを抑制することができる。この効果は、ＭｏおよびＷの１種または２種以上の合計で０．００１０％を下回ると十分に得ることが難しくなるため、ＭｏおよびＷの一方または両方を添加する場合は、０．００１０％以上とすることが好ましい。一方、ＭｏおよびＷの一方または両方を０．０５００％超で添加しても、上記効果が飽和し、合金コストが上昇するだけである。よって、ＭｏおよびＷの一方または両方を添加する場合は、０．０５００％以下とする。
ＭｏおよびＷは、いずれも無方向性電磁鋼板の表面欠陥（ヘゲ）を抑制するのに有効な元素である。本発明に従う無方向性電磁鋼板は、高合金鋼で表面が酸化され易いため、表面割れに起因するヘゲの発生率が高いが、高温強度を高める元素であるＭｏおよびＷの一方または両方を微量添加することによって、上記割れを抑制することができる。この効果は、ＭｏおよびＷの１種または２種以上の合計で０．００１０％を下回ると十分に得ることが難しくなるため、ＭｏおよびＷの一方または両方を添加する場合は、０．００１０％以上とすることが好ましい。一方、ＭｏおよびＷの一方または両方を０．０５００％超で添加しても、上記効果が飽和し、合金コストが上昇するだけである。よって、ＭｏおよびＷの一方または両方を添加する場合は、０．０５００％以下とする。
［製造方法］
本発明の電磁鋼板の製造方法は、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。
本発明の電磁鋼板の製造方法は、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、上述した成分組成を有する表層部用の鋼スラブ（鋼素材）と内層部用の鋼スラブ（鋼素材）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並びに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。
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。
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、その磁気特性を評価した。
まず、表１～３に示すＮｏ．３～Ｎｏ．２７、Ｎｏ．３２、Ｎｏ．３３、Ｎｏ．３６～Ｎｏ．７６では、表１に示す成分組成を有する表層部用と表２に示す成分組成を有する内層部用の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内層部を挟んだ両側において同じである。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。
まず、表１～３に示すＮｏ．３～Ｎｏ．２７、Ｎｏ．３２、Ｎｏ．３３、Ｎｏ．３６～Ｎｏ．７６では、表１に示す成分組成を有する表層部用と表２に示す成分組成を有する内層部用の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内層部を挟んだ両側において同じである。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１１２０℃で１ｈ加熱した後、熱間圧延を板厚２．０ｍｍまで行って熱延鋼板とした。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、９４０℃×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３に示す仕上焼鈍温度で焼鈍を行って電磁鋼板を得た。最終的に得られた電磁鋼板の板厚：ｔと、前記ｔに対する前記表層部の厚さ：ｔ１の比率（複層比）は表３に示すとおりとした。
なお、比較のために、クラッドしていない（非クラッド）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、板厚方向で成分が異なる層構造にはなっていない。すなわち、表層部が存在しない。
また、Ｎｏ．２８、２９、３０、３１、３４、３５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：３．７％、板厚０．１ｍｍの冷延鋼板に対して、１２００℃で浸珪・拡散処理を行った。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。
（磁気特性）
次いで、得られた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、８００Ｈｚにおける鉄損：Ｗ１０／８００（Ｗ／ｋｇ）、磁界の強さ:５０００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ５０、および飽和磁化Ｂｓを測定した。これらの測定結果を、表４に示す。
次いで、得られた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、８００Ｈｚにおける鉄損：Ｗ１０／８００（Ｗ／ｋｇ）、磁界の強さ:５０００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ５０、および飽和磁化Ｂｓを測定した。これらの測定結果を、表４に示す。
表４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、優れた特性を有している。
本発明の電磁鋼板は、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。
Claims (4)
- 内層部と、前記内層部の両側に位置する表層部との積層構造を有する複層型電磁鋼板であって、
前記表層部は、質量％で、Ｓｉ：４．０～７．０％およびＣ：０．００１０～０．０１００％、Ｃｏ：０．００１０％～０．０１００％を含み、さらにＳｎ：０．０１０～０．１００％およびＳｂ：０．０１０～０．１００％のいずれか１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物である成分組成を有し、
前記内層部は、質量％で、Ｓｉ：３．５～６．５％およびＣ：０．００１０％～０．０１００％、Ｃｏ：０．００１０％～０．０１００％を含み、さらにＳｎ：０．０１０～０．１００％およびＳｂ：０．０１０～０．１００％のいずれか１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物である成分組成を有し、
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との差（[Ｓｉ]１－[Ｓｉ]０）として定義されるΔＳｉが０．１～０．５質量％であり、
前記電磁鋼板の板厚：t（ｍｍ）に対する前記表層部の合計厚さ：ｔ１ （ｍｍ）の比率（ｔ１／ｔ）が０．０４～０．７８であり、
飽和磁化Ｂｓに対する磁界の強さ：５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ ５０ の比（Ｂ５０／Ｂｓ）が０．８２５以上であり、かつ周波数：８００Ｈｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損：Ｗ１０/８００ （Ｗ／ｋｇ）と前記板厚tとが下記（１）式を満たす無方向性電磁鋼板。
Ｗ１０/８００≦ １３＋８０×ｔ ・・・（１） - 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、以下のＡ～Ｆ群からなる１以上の群より選ばれる１種または２種以上を含有する請求項１に記載の無方向性電磁鋼板。
Ａ群：
Ｐ：０．１００％以下
Ｂ群：
ＧｅおよびＧａから選ばれる１種または２種を合計で０．０１００％以下
Ｃ群：
Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉから選ばれる１種または２種以上を合計で１．００％以下
Ｄ群：
Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０２００％以下Ｅ群：
Ｚｎ：０．０５００％以下
Ｆ群：
ＭｏおよびＷから選ばれる１種または２種を合計で０．０５００％以下 - 前記複層型電磁鋼板の表面から板厚の１／４の深さの面における方位分布関数のΦ２＝４５°断面において、｛１００｝面集積度の最高強度値が６．０以上である請求項１または２に記載の無方向性電磁鋼板。
- 前記板厚が０．０３～０．２０ｍｍである請求項１または２に記載の無方向性電磁鋼板。
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