JPH04246157A

JPH04246157A - 軟磁気特性に優れた高珪素鋼板

Info

Publication number: JPH04246157A
Application number: JP2675091A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Abe; 阿部　正広; Kazuhisa Okada; 和久岡田; Tsunehiro Yamaji; 常弘山路
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1991-01-29
Filing date: 1991-01-29
Publication date: 1992-09-02
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: JP2541383B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トランスやモ−タの
鉄心材料等に使用される高珪素鋼板に関するものである
。

【０００２】

【従来技術】電磁鋼板として広く用いられている高珪素
鋼板は、Ｓｉ含有量が増すほど鉄損が低減され、Ｓｉ含
有量が６．５ｗｔ％程度で磁歪が０となり、最大透磁率
もピークとなるなど、最も優れた磁気特性を示すことが
知られている。従来、高珪素鋼板の製造方法として、低
珪素鋼を圧延により薄板とした後、鋼板表面からＳｉを
浸透拡散させる方法が知られている。この製法は、従来
の圧延技術で製造可能な鋼板を素材としているため、圧
延による形状不良等の問題を生じることはなく、原理的
には比較的容易に高珪素鋼板を製造することが可能であ
る。この製法による高珪素鋼板の製造工程は、所謂ＣＶ
Ｄ処理等による浸珪処理とＳｉを鋼板内部に拡散させる
拡散処理とからなっている。

【０００３】ところで、この種の製造法により製造され
る鋼板については、Ｓｉ含有量が板厚方向でほぼ均一で
あれば、磁気特性も優れるであろうと推論することは容
易であり、したがって、従来の製造法ではＳｉ含有量が
板厚方向ででほぼ均一な高珪素鋼板を作ることを目的と
していた。しかし、Ｓｉを板厚方向で完全に均一に拡散
させるためには非常に時間がかかり（ほぼ均一に拡散さ
せるためには数時間を要する）、鋼板をコイル状態で連
続的に製造することは困難である。また、Ｓｉの板内へ
の拡散時間は鋼板の板厚の２乗に比例するため、板厚が
厚くなるほど長時間を要し、したがって、工業的に連続
製造することはますます困難となる。このような問題に
対し、本出願人は先に、拡散時間の短縮を図るために鉄
損値がほぼ飽和する段階、すなわち鋼板表層部のＳｉ含
有量が６．５％となった段階で拡散処理を打ち切り、全
体の処理時間を短くすることを内容とする高珪素鋼板の
製造方法を特開昭６２−２２７０３３号等において提案
した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らによるその後の検討によれば、鋼板表層部のＳｉ含
有量が６．５％の拡散処理鋼板では十分な磁気特性が得
られないことが判明した。また、上記製造方法では、鋼
板の鉄損のみに着目して拡散を完了させているが、電磁
鋼板としては、磁束密度、透磁率、磁歪等、最終的な使
用状態での磁気性能および騒音性能などに直接結び付く
磁気特性に優れていることが要求され、上記の製造条件
だけでは十分な軟磁気特性を得ることができないことも
判った。本発明者らは、このような従来の製造方法の問
題点に鑑み、鋼板板厚方向でのＳｉ濃度と磁気特性の関
係について検討を重ね、その結果、板厚方向の平均Ｓｉ
含有量と板厚方向でのＳｉ濃度の偏差が、優れた磁気特
性を得る上での重要な因子であることを見出した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような知見
に基づきなされたもので、その要旨は、板厚方向の平均
Ｓｉ濃度が６．２〜７．２ｗｔ％であり、且つ、板表層
部のＳｉ濃度（ｗｔ％）と板厚中心部のＳｉ濃度（ｗｔ
％）との偏差Δ〔％Ｓｉ〕が、０．２≦Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦１０但し、ｔ：鋼板の板厚（ｍｍ）好ましくは、０．２≦Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦５を満足する軟磁気特性に優れた高珪素鋼板である。また、特に優れた磁気特性を得るためには、鋼中のＳｏ
ｌ．Ａｌを８０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

【０００６】

【作用】以下、本発明の構成とその限定理由を説明する
。本発明は、Ｓｉの浸透拡散処理により製造される高珪
素鋼板をその対象としている。一般に、この種の鋼板は
低珪素鋼板をＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６、ＳｉＨＣｌ３
、ＳｉＨ４等のＳｉ化合物を含む雰囲気中において浸珪
処理した後、上記Ｓｉ化合物を含まない雰囲気中で拡散
処理を行なうことにより製造される。Ｓｉを鋼板表面か
ら浸透拡散させる過程では、Ｓｉは表面から内部へ拡散
していくため、当然Ｓｉ濃度は表層部で高く、中央部で
低い分布となる。そして、拡散が進むにつれて板厚方向
でのＳｉ濃度の偏差は小さくなる。図１は、このような
板厚方向でのＳｉの拡散の進行を段階的に示している。

【０００７】本発明者らは板厚方向でＳｉ濃度に偏差を
有する鋼板について、まず、板厚方向での平均Ｓｉ濃度
が磁気特性に及ぼす影響について検討を加えた。図５は
その結果を示したものである。この試験では、板表層部
のＳｉ濃度（ｗｔ％）と板厚中心部のＳｉ濃度（ｗｔ％
）との偏差Δ〔％Ｓｉ〕と板厚ｔ（ｍｍ）が所定の比（
Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≒１０、Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≒５の２水
準）となるまで拡散処理を施した鋼板について、板厚方
向の平均Ｓｉ濃度（ｗｔ％）を種々変え、それらの磁気
特性を評価した。その結果、同図に示すように板厚方向
の平均Ｓｉ濃度（ｗｔ％）が６．２〜７．２％の範囲に
おいて最大透磁率が最も大きく、且つ鉄損、磁歪ともに
良好な特性が得られることが判った。このため、本発明
では板厚方向の平均Ｓｉ濃度を６．２〜７．２ｗｔ％と
規定した。

【０００８】しかし、平均Ｓｉ濃度（ｗｔ％）が６．２
〜７．２％の範囲にあっても、図１に示されるようにＳ
ｉの浸透処理直後ではＳｉ濃度偏差は著しく大きく、十
分な磁気特性が得られないであろうことは容易に推測で
きる。そこで、拡散時間を変えることによってＳｉ濃度
偏差を変えた試料を作成し、Ｓｉ濃度偏差が磁気特性に
及ぼす影響を調べた。これによれば、まず鉄損特性につ
いては、図３に示すように板表層部のＳｉ濃度（ｗｔ％
）と板厚中心部のＳｉ濃度（ｗｔ％）との偏差Δ〔％Ｓ
ｉ〕が、板厚ｔ（ｍｍ）の１０倍以下（Δ〔％Ｓｉ〕／
ｔ≦１０）となれば鉄損値はほぼ飽和し、それ以上拡散
処理を続けても若干低減される程度であることが判った
。しかしながら、図４および図５に示すように他の特性
、即ち最大透磁率や磁歪は、Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦１０程
度では飽和値には至らず、板表層部のＳｉ濃度（ｗｔ％
）と中心部のＳｉ濃度（ｗｔ％）との偏差Δ〔％Ｓｉ〕
が、板厚ｔ（ｍｍ）の５倍以下（Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦５
）にならなければ十分な磁気特性が得られないことが判
った。以上の理由から、本発明では鉄損特性にのみ優れ
た鋼板を得る場合にはΔ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦１０、また、
鉄損特性のみならず、透磁率、磁歪特性にも優れた鋼板
を得る場合には、Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦５と規定した。

【０００９】このようにΔ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦１０、Δ〔
％Ｓｉ〕／ｔ≦５で拡散を打ち切ることが可能であれば
、処理時間をかなり短くすることが可能となる。本発明
者等が行った試験結果（図１参照）では、板厚０．５ｍ
ｍの鋼板の場合、Ｓｉを十分に拡散（Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ
≦０．２）させるためには約１２０分の拡散時間が必要
であるのに対し、Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦１０の場合には約
２５分の拡散時間で、また、Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦５の場
合には約４０分の拡散時間で、それぞれのＳｉ濃度偏差
範囲に入り、したがって、極めて短い処理時間で優れた
磁気特性を有する鋼板を得ることが可能となる。

【００１０】一方、Δ〔％Ｓｉ〕／ｔの下限については
、この種の鋼板を連続処理により工業的に生産するため
の処理時間の観点から規定される。Ｓｉ拡散処理時間は
温度依存性が高く、同じ板厚であれば高温ほど処理時間
が短くて済む。通常、Ｓｉ拡散処理は１２００℃以下の
温度で行なわれる。また、処理時間については、６０分
を超えると、仮りにラインスピ−ドを１ｍｐｍとしても
６０ｍ以上、１０ｍｐｍとすれば６００ｍ以上の炉長が
必要となり、工業的な生産性の面から現実的とは言えな
い。したがって、処理時間は一応６０分以内を目安とす
ることができる。そこで、板厚０．１ｍｍ、０．３ｍｍ
、０．５ｍｍの各鋼板について、拡散処理温度１１５０
℃、１２００℃の２水準でＳｉ拡散処理を実施し、Δ〔
％Ｓｉ〕／ｔと処理時間との関係を調べた。表１はその
結果を示すもので、１２００℃拡散処理であれば、０．
５ｍｍ材についても６０分以内でΔ〔％Ｓｉ〕／ｔ≒０
．２となり、本発明のＳｉ濃度偏差範囲に入ることが判
る。したがって、この１２００℃×６０分以内で到達す
る０．５ｍｍ材のΔ〔％Ｓｉ〕／ｔ＝０．２を本発明の
Δ〔％Ｓｉ〕／ｔの下限と規定した。以上のように、板
厚方向の平均Ｓｉ濃度とＳｉ濃度偏差とが本発明条件を
満たす場合にのみ優れた磁気特性を得ることができる。

【００１１】本発明において、鋼板中のＳｉ以外の不純
物成分は特に限定されるものではないが、優れた磁気特
性を得るために以下のように規定することが好ましい。まず、非金属元素について説明すると、Ｃ：Ｃは初透磁
率、最大透磁率を低下させ、Ｈｃを増し、鉄損を増大さ
せる。この影響は、図７に示すように０．０１ｗｔ％を
超えると顕著になることが知られており、したがって、
Ｃは０．０１ｗｔ％以下とすることが好ましい。但し、
結晶方位改善を目的として製鋼段階でＣを０．０１ｗｔ
％を超えて含有させ、圧延することも可能であるが、こ
の場合には、時効および特性劣化を防止するため脱炭焼
鈍を実施し、Ｃを０．０１ｗｔ％以下とすることが好ま
しい。すなわち、Ｃ濃度の調整は溶製段階で行ってもよ
く、また、脱炭焼鈍を実施することにより行なってもよ
い。

【００１２】Ｏ：Ｏは鉄損を高め、ＳｉＯ２のようなコ
ロイド状微粒子として存在する場合には、磁気特性を著
しく劣化させる元素として知られている。また、ＯはＣ
とどの程度共存するかによっても磁気特性を変化させる
。特に、図８に示すようにＯ含有量とＣ含有量とがほぼ
同等の場合、鉄損値が最小になることも知られており、
上記Ｃ含有量の適正範囲と同様に、Ｏ含有量も０．０１
ｗｔ％以下とすることが好ましい。Ｎ、Ｓ：共に時効の原因となるため極力少なくすること
が好ましく、これらの成分もそれぞれ０．０１ｗｔ％以
下とすることが好ましい。Ｐ：Ｐは酸素による磁性劣化を軽減し、鉄損を減少させ
る作用があり、また、最大透磁率の改善および磁束密度
の改善を目的として若干の添加が可能であるが、その添
加量の上限は１ｗｔ％程度までである。Ｈ：Ｈは鋼板を著しく脆くさせるため、高圧下でＨを含
有させる等、積極的な含有は避けるべきである（通常ｐ
ｐｍレベル以下）。以上のように非金属元素については
、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｓ等を極力低く抑え、且つＣとＯの比率
を適正化することが好ましい。

【００１３】次に金属元素について説明すると、Ｍｎ：
熱間圧延時の展延性の改善と、脱硫作用および規則−不
規則変態における磁性改善効果を考慮すると、Ｍｎは０
．５ｗｔ％以下の範囲で添加することが好ましい。Ｃａ：Ｃａは多量に含有すると透磁率を低下させるため
、０．３ｗｔ％以下とすることが好ましい。Ｖ：若干のＶを添加することにより、Ｈｃが改善される
ことが知られている。すなわち、Ｖは０．０５ｗｔ％程
度添加することにより、結晶粒の発達が促進され、磁性
が改善される。このため、Ｖは０．１ｗｔ％を上限とし
て添加することができる。Ｔｉ：０．０５ｗｔ％程度添加することでＶと同様の効
果を期待でき、このため、０．１ｗｔ％を上限として添
加することができる。

【００１４】Ｂｅ、Ａｓ：若干の磁気特性改善効果が期
待でき、それぞれ０．１ｗｔ％を上限として添加するこ
とができる。Ｃｕ：０．７ｗｔ％程度までは、磁性を大きく劣化させ
ることはないが、０．７ｗｔ％を超えて含有すると鉄損
が増大する。このため、Ｃｕは０．７ｗｔ％以下、好ま
しくは０．１ｗｔ％以下とすることが望ましい。Ｃｒ：鉄損を増大させる傾向があり、０．０３ｗｔ％以
下とすることが好ましい。Ｎｉ：磁気特性を著しく悪化させるため、極力低減させ
ることが好ましく、０．０１ｗｔ％以下とすることが好
ましい。

【００１５】Ａｌ：従来の珪素鋼板では、Ａｌの電気抵
抗を高める効果と展延性の改善効果とを利用して、Ｓｉ
の一部をＡｌで置き換える方法を採っている。例えば、
４ｗｔ％Ｓｉとする代わりにに、Ｓｉを３ｗｔ％、Ａｌ
を１ｗｔ％とし、加工性を維持させる配慮がなされてい
る。本発明では、平均Ｓｉ含有量を６．２〜７．２ｗｔ
％としているため、磁性改善のために新たにＡｌを添加
する必要はなく、溶製段階における脱酸促進および展延
性の改善という観点から、０．５ｗｔ％以下とすること
が好ましい。また、Ｓｉの拡散処理をＡｒ、Ｈｅ、Ｈ２
などの無酸化性雰囲気中で行う場合には、Ａｌが上記の
量程度含まれていても特に問題はない。しかしながら、
Ｎ２を含んだ雰囲気中で処理を行う場合には、高温処理
のためＡｌが窒化し、冷却条件が適切でない場合には、
その冷却過程において磁気特性に有害なＡｌＮが析出す
る。したがって、Ｎ２を含んだ雰囲気中で処理を行う場
合には、ＡｌＮの析出を極力防止する観点から、Ａｌは
８０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

【００１６】また、以上のような元素の他に、下記のよ
うな目的で他の元素を添加しても本発明の効果を損なう
ものではない。・結晶粒成長抑制元素：Ｓｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｂ、Ｔｅ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ
、Ｎｂ等・結晶方位改善元素：Ｂ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ等・機械特性
改善元素加工性改善：Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ等強度改善　　：Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎｂ、Ｔａ
、Ｚｒ、Ｈｆ等

【００１７】

【実施例】〔実施例１〕Ｓｉ浸透拡散過程における板厚
方向のＳｉ濃度分布が磁気特性に及ぼす影響を調べた。Ｓｉを３ｗｔ％含み、板厚０．５ｍｍ、０．３ｍｍ、０
．１ｍｍの冷延鋼板を、ＳｉＣｌ４を含む雰囲気中で１
１５０℃の温度で浸珪処理し、次いでＮ２雰囲気中にお
いて種々の拡散時間で拡散処理を行い、得られた鋼板の
板厚方向でのＳｉ濃度分布を測定した。浸珪処理前の素
材成分は表２の通りであり、また、浸透拡散処理後の板
厚方向平均Ｓｉ量は６．５〜６．７ｗｔ％であった。なお、０．１ｍｍ材については、Ｓｏｌ．Ａｌを０．２
ｗｔ％含むため、Ｓｉの浸透拡散処理はＡｒ雰囲気中で
実施した。図１に０．５ｍｍ材の拡散過程における板厚
方向Ｓｉ濃度分布の経時変化を示す。Ｓｉ濃度偏差値Δ
〔％Ｓｉ〕と板厚ｔとの比Δ〔％Ｓｉ〕／ｔは、拡散時
間２５分程度で１０以下となり、さらに、拡散時間４０
分程度で５以下となる。図２は、図１の結果に基づきΔ
〔％Ｓｉ〕／ｔの拡散時間に伴う変化を示したものであ
る。図３は各板厚の素材について、拡散時間を変えたサ
ンプルの鉄損（Ｗ１０／５０）を測定し、Δ〔％Ｓｉ〕
／ｔが０．２以下となったものを拡散が飽和したものと
見なし、この時の鉄損値（Ｗ０．２）を基準にして他の
サンプルの鉄損値を無次元化して整理したものである。これによれば、Δ〔％Ｓｉ〕／ｔが１０以下であれば、
鉄損値はほぼ飽和することが判る。また、Δ〔％Ｓｉ〕
／ｔ＝１０に対して、Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ＝５では、約５
〜１０ｗｔ％程度鉄損値が改善されている。図４は図３
と同様の各板厚の素材について、その最大透磁率を整理
して示したものである。これによれば、最大透磁率はΔ
〔％Ｓｉ〕／ｔ＝１０程度では十分ではなく、Δ〔％Ｓ
ｉ〕／ｔ≦５でほぼ飽和値に達することがわかる。図４
における、Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦５での改善効果は、５０
Ｈｚ程度の周波数領域においては履歴損失の影響が大き
く、すなわち、最大透磁率が大きくなることによる履歴
損失の改善効果によるものである。

【００１８】〔実施例２〕板厚方向での平均Ｓｉ含有量
が磁気特性に及ぼす影響調べた。表２に示す成分組成の
０．５ｍｍ材について、平均Ｓｉ含有量を変えるために
浸珪量を調整しつつ浸珪処理を行ない、次いで、Δ〔％
Ｓｉ〕／ｔが１０および５程度となるまで拡散処理を施
したサンプルを作成し、それらの最大透磁率、鉄損およ
び磁歪特性を評価した。その結果を図５に示す。これに
よれば、板厚方向平均Ｓｉ含有量が、６．２〜７．２ｗ
ｔ％の範囲にあれば、最大透磁率は最大となり、鉄損は
ほぼ最小となり、また磁歪は±０．１／１０６以下とな
り、優れた磁気特性を示すことが判る。また、Δ〔％Ｓ
ｉ〕／ｔ＝１０よりもΔ〔％Ｓｉ〕／ｔ＝５の方が優れ
た軟磁気特性を示すことも判る。なお、図中に従来法た
る特開昭６２−２２７０３３号の方法で製造したサンプ
ルの評価結果を示すが、板厚方向の平均Ｓｉ含有量が５
．６ｗｔ％と低いために十分な磁気特性が得られていな
い。

【００１９】〔実施例３〕Ａｌ量が磁気特性に及ぼす影
響を調べた。Ｓｉ：３．２ｗｔ％、Ｃ：０．００３ｗｔ
％、Ｍｎ：０．０５ｗｔ％、Ｐ：０．０１ｗｔ％、Ｎ：
０．００４ｗｔ％、Ｓ：０．００３ｗｔ％を含有し、且
つＡｌ含有量を種々変えた０．５ｍｍの鋼板を浸珪処理
した後、Ｎ２を含んだ雰囲気中で拡散処理して、本発明
範囲の平均Ｓｉ含有量、Ｓｉ濃度分布を有するサンプル
を作製し、Ａｌ含有量が最大透磁率に及ぼす影響を調べ
た。図６はその結果を示すもので、Ａｌ量が８０ｐｐｍ
を超えると最大透磁率が著しく劣化することが判る。こ
の傾向は、板厚を変えてもほぼ同様であった。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】以上述べた本発明の高珪素鋼板は、磁気
特性に優れ、しかも連続ラインで効率的に製造すること
が可能である。また、特にＡｌを低く抑えることにより
、Ｎ２を含んだ雰囲気中での拡散処理が可能となり、高
価なＡｒガス等を使用する必要がなく、低コストで製造
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】浸珪処理後の拡散処理における板厚方向Ｓｉ濃
度分布の経時変化を示すものである。

【図２】拡散処理時間とΔ〔％Ｓｉ〕／ｔとの関係を示
すものである。

【図３】Δ〔％Ｓｉ〕／ｔが鉄損に及ぼす影響を示すも
のである。

【図４】Δ〔％Ｓｉ〕／ｔが最大透磁率に及ぼす影響を
示すものである。

【図５】板厚方向平均Ｓｉ含有量が最大透磁率、鉄損、
磁歪特性に及ぼす影響を示すものである。

【図６】Ａｌ含有量が最大透磁率に及ぼす影響を示すも
のである。

【図７】不純物元素の含有量が鉄損に及ぼす影響を示す
ものである。。

【図８】炭素と酸素の含有量比が鉄損に及ぼす影響を示
すものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　板厚方向の平均Ｓｉ濃度が６．２〜７
．２ｗｔ％であり、且つ、板表層部のＳｉ濃度（ｗｔ％
）と板厚中心部のＳｉ濃度（ｗｔ％）との偏差Δ〔％Ｓ
ｉ〕が、０．２≦Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦１０但し、ｔ：鋼板の板厚（ｍｍ）を満足する軟磁気特性に優れた高珪素鋼板。
【請求項２】　　鋼中のＳｏｌ．Ａｌが８０ｐｐｍ以下
である請求項１に記載の軟磁気特性に優れた高珪素鋼板
。
【請求項３】　　板厚方向の平均Ｓｉ濃度が６．２〜７
．２ｗｔ％であり、且つ、板表層部のＳｉ濃度（ｗｔ％
）と板厚中心部のＳｉ濃度（ｗｔ％）との偏差Δ〔％Ｓ
ｉ〕が、０．２≦Δ〔％Ｓｉ〕／ｔ≦５但し、ｔ：鋼板の板厚（ｍｍ）を満足する軟磁気特性に優れた高珪素鋼板。
【請求項４】　　鋼中のＳｏｌ．Ａｌが８０ｐｐｍ以下
である請求項３に記載の軟磁気特性に優れた高珪素鋼板
。