(57)【要約】      （修正有）【課題】高周波鉄損が低い無方向性電磁鋼板を提供する。【解決手段】表面から板厚中心方向に向かってＳｉ含有量が連続的に減少するＳｉ含有量分布を有し、板厚：ｔが０．０１〜０．３５ｍｍであり、全板厚の平均Ｎ含有量：［Ｎ］が０．００２０質量％以下であり、Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量以上の領域として定義される表層部２０における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1が２．５〜７．０質量％、Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量未満の領域として定義される内層部１０における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0が１．５〜５．０質量％であり、前記板厚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ｔ1／ｔが０．１０〜０．７０、前記表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1と、前記内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0との差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉが０．５〜４．０質量％である無方向性電磁鋼板。【選択図】図１
2020190026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面から板厚中心方向に向かってＳｉ含有量が連続的に減少するＳｉ含有量分布を有する無方向性電磁鋼板であって、
ＳｉおよびＮ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、
板厚：ｔが０．０１〜０．３５ｍｍであり、
全板厚の平均Ｎ含有量：［Ｎ］が０．００２０質量％以下であり、
Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量以上の領域として定義される表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1が２．５〜７．０質量％であり、
Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量未満の領域として定義される内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0が１．５〜５．０質量％であり、
前記板厚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ｔ1／ｔが０．１０〜０．７０であり、
前記表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1と、前記内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0との差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉが０．５〜４．０質量％である無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
最大磁束密度：１．０Ｔ、周波数：１ｋＨｚにおける鉄損：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）と、前記板厚：ｔ（ｍｍ）とが、下記（１）式を満たす、請求項１に記載の無方向性電磁鋼板。
Ｗ10/1k≦１５＋１３８×ｔ  …（１）
【請求項３】
前記成分組成が、さらに、
Ｓｎ：０．１０質量％以下、
Ｐ  ：０．１０質量％以下、および
Ｓｂ：０．１０質量％以下からなる群より選択される少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
前記成分組成が、さらに、
Ａｌ：１．２０質量％以下、
Ｔｉ：０．０１００質量％以下、
Ｎｂ：０．０１００質量％以下、および
Ｖ  ：０．０１００質量％以下からなる群より選択される少なくとも１つを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
鋼板に対して浸珪処理と拡散処理を施す浸珪拡散処理工程を含み、
前記浸珪処理を、窒素および希ガスの一方または両方と、ＳｉＣｌ4とを含み、かつ、Ｎ2分圧が７０％以下である雰囲気中で実施し、
前記拡散処理を、Ｎ2分圧が７０％以下の雰囲気中で実施する、無方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無方向性電磁鋼板に関し、特に、高周波域における鉄損が低い無方向性電磁鋼板に関する。また、本発明は前記無方向性電磁鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド電気自動車用などに用いられるモータは、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、高周波域における鉄損が低いことが求められる。
【０００３】
そこで、高周波域における低鉄損化のために、ＳｉやＡｌなどの合金元素の添加や、板厚の低減など、様々な手法が検討されてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１、特許文献２では、鋼板に対して浸珪焼鈍を施すことにより、板厚方向におけるＳｉ濃度分布を制御することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２９３４２２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５５３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、特許文献２で提案されているような従来の方法によれば、高周波域における鉄損に一定の改善が見られるが、依然として十分とはいえず、さらなる高周波域における低鉄損化が求められている。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高周波域における鉄損がさらに低減された無方向性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】
【０００８】
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、次の（１）〜（３）の知見を得た。
【０００９】
（１）特許文献１、特許文献２で提案されているような従来の技術においては、コスト低減のため、Ｎ2分圧が１００％に近い雰囲気で浸珪拡散処理が行われていた。そのような高Ｎ2分圧雰囲気で浸珪拡散処理を行うことにより鋼板が窒化され、鋼板中のＮ含有量が顕著に増加する。
【００１０】
（２）浸珪処理後の鋼板における平均Ｎ含有量と、高周波域における鉄損との間には相関があり、前記平均Ｎ含有量を０．００２０質量％以下に抑制することにより、高周波域における鉄損を低く抑えることができる。
【００１１】
（３）平均Ｎ含有量を０．００２０質量％以下に抑制するためには、Ｎ2分圧が７０％以下である雰囲気中で浸珪処理および拡散処理を行えばよい。
【００１２】
本発明は上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。
【００１３】
１．表面から板厚中心方向に向かってＳｉ含有量が連続的に減少するＳｉ含有量分布を有する無方向性電磁鋼板であって、
ＳｉおよびＮ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、
板厚：ｔが０．０１〜０．３５ｍｍであり、
全板厚の平均Ｎ含有量：［Ｎ］が０．００２０質量％以下であり、
Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量以上の領域として定義される表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1が２．５〜７．０質量％であり、
Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量未満の領域として定義される内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0が１．５〜５．０質量％であり、
前記板厚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ｔ1／ｔが０．１０〜０．７０であり、
前記表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1と、前記内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0との差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉが０．５〜４．０質量％である無方向性電磁鋼板。
【００１４】
２．最大磁束密度：１．０Ｔ、周波数：１ｋＨｚにおける鉄損：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）と、前記板厚：ｔ（ｍｍ）とが、下記（１）式を満たす、上記１に記載の無方向性電磁鋼板。
Ｗ10/1k≦１５＋１３８×ｔ  …（１）
【００１５】
３．前記成分組成が、さらに、
Ｓｎ：０．１０質量％以下、
Ｐ  ：０．１０質量％以下、および
Ｓｂ：０．１０質量％以下からなる群より選択される少なくとも１つを含む、上記１または２に記載の無方向性電磁鋼板。
【００１６】
４．前記成分組成が、さらに、
Ａｌ：１．２０質量％以下、
Ｔｉ：０．０１００質量％以下、
Ｎｂ：０．０１００質量％以下、および
Ｖ  ：０．０１００質量％以下からなる群より選択される少なくとも１つを含む、上記１〜３のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
【００１７】
５．上記１〜４のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
鋼板に対して浸珪処理と拡散処理を施す浸珪拡散処理工程を含み、
前記浸珪処理を、窒素および希ガスの一方または両方と、ＳｉＣｌ4とを含み、かつ、Ｎ2分圧が７０％以下である雰囲気中で実施し、
前記拡散処理を、Ｎ2分圧が７０％以下の雰囲気中で実施する、無方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高周波域における鉄損がさらに低減された無方向性電磁鋼板を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態における無方向性電磁鋼板の構造を示す模式図である。
【図２】無方向性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３】表層部と内層部におけるＳｉ含有量の差（ΔＳｉ）と鉄損：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）との相関を示すグラフである。
【図４】浸珪処理時のＮ2分圧：ｐ（％）と全板厚における平均Ｎ含有量：［Ｎ］（質量％）との相関を示すグラフである。
【図５】全板厚における平均Ｎ含有量：［Ｎ］（質量％）と鉄損：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）との相関を示すグラフである。
【図６】無方向性電磁鋼板の板厚：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鉄損：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
［無方向性電磁鋼板］
図１は、本発明の一実施形態における無方向性電磁鋼板の構造を示す模式図である。また、図２は、無方向性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が無方向性電磁鋼板の一方の表面を、ｔが該無方向性電磁鋼板の他方の表面を、それぞれ表している。
【００２２】
図２に示したように、本発明の無方向性電磁鋼板１（以下、単に「鋼板」という場合がある）は、表面から板厚中心方向に向かってＳｉ含有量が連続的に減少するＳｉ含有量分布を有している。なお、前記Ｓｉ含有量分布は、鋼板の板厚方向全域にわたってＳｉ含有量が連続的に変化する分布であってもよいが、例えば、鋼板の表面側において連続的に変化し、板厚中央部では一定であるＳｉ含有量分布であってもよい。
【００２３】
ここで、Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量以上の領域を表層部、Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量未満の領域を内層部と定義すると、図１に示すように、本発明の無方向性電磁鋼板１は、内層部１０と、内層部１０の両側に設けられた表層部２０からなるということができる。
【００２４】
［成分組成］
まず、本発明の無方向性電磁鋼板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。
【００２５】
本発明の無方向性電磁鋼板は、ＳｉおよびＮ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。
【００２６】
（平均Ｓｉ含有量）
本発明の無方向性電磁鋼板は、表層部と内層部のそれぞれが以下に述べる平均Ｓｉ含有量を有する。ここで、Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量以上の領域を表層部、Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量未満の領域を内層部と定義する。
【００２７】
表層部における平均Ｓｉ含有量：２．５〜７．０％
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。表層部における平均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、表層部における平均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、表層部における平均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ことに加え、製造性も低下する。そのため、表層部におけるＳｉ含有量は７．０％以下、好ましくは６．５％未満、より好ましくは６．０％以下とする。
【００２８】
なお、上述したように、表層部における平均Ｓｉ含有量が２．５〜７．０％であるとは、無方向性電磁鋼板の一方の表面における表層部（第１の表層部）の平均Ｓｉ含有量が２．５〜７．０％であり、かつ、他方の表面における表層部（第２の表層部）の平均Ｓｉ含有量が２．５〜７．０％であることを意味する。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。
【００２９】
内層部における平均Ｓｉ含有量：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、内層部の平均Ｓｉ含有量は１．５％以上とする。一方、内層部の平均Ｓｉ含有量が５．０％を超えると、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、内層部の平均Ｓｉ含有量は５．０％以下、好ましくは４．０％以下とする。
【００３０】
（Ｓｉ含有量の差）
前記表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1と、前記内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0との差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉが、無方向性電磁鋼板の磁気特性に与える影響について検討するために、ΔＳｉが異なる無方向性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、板全厚の平均Ｓｉは３．３％となるように、[Ｓｉ]0を２．５％以上で２．５％に近い値としつつ、複層比、表層Ｓｉ、内層Ｓｉの制御を行った。複層比は、０．１８〜０．５３の範囲であった。
【００３１】
まず、Ｓｉ：２．５％、Ｎ：０．００１５％を含有し、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鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板とした。前記熱延鋼板に対して、９５０℃×３０ｓの熱延板焼鈍を施し、その後、前記熱延板焼鈍後の鋼板を冷間圧延し、板厚：０．２ｍｍの冷延鋼板とした。次に、前記冷延鋼板に、浸珪拡散処理を施してΔＳｉが１．５〜４．５％の無方向性電磁鋼板を作製した。前記浸珪処理においては、まず、Ｎ2分圧７０％、ＳｉＣｌ4分圧１５％、Ａｒ分圧１５％の雰囲気中、温度１２００℃で浸珪処理を施した後、ＳｉＣｌ4分圧分をＡｒで置換し、Ｎ2分圧７０％、Ａｒ分圧３０％の雰囲気中で拡散処理を施した。なお、ΔＳｉが５．０％の無方向性電磁鋼板の製造も試みたが、製造中に鋼板が破断した。
【００３２】
また、Ｓｉ：２．８〜３．２％、Ｎ：０．００１５％を含有し、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鋼スラブを使用した点以外は同様の条件で、ΔＳｉが０．２〜１．０％の無方向性電磁鋼板を作製した。
【００３３】
得られた無方向性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。
【００３４】
図３に、表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1と、前記内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0との差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉ（質量％）と、１．０Ｔ、１ｋＨｚにおける鉄損：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）との相関を示す。
【００３５】
図３に示した結果から分かるように、ΔＳｉが０．５質量％以上、４．０質量％以下であれば、鉄損を低く抑えることができる。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含有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する。
【００３６】
以上の理由により、本発明では表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1と、前記内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0との差（［Ｓｉ］1−［Ｓｉ］0）として定義されるΔＳｉを０．５〜４．０質量％とする。
【００３７】
平均Ｎ含有量：０．００２０％以下
本発明においては、無方向性電磁鋼板の全板厚における平均Ｎ含有量：［Ｎ］を０．００２０％以下とすることが重要である。以下、その限定理由について説明する。
【００３８】
無方向性電磁鋼板のさらなる鉄損低減を図るべく、本発明者らが検討を進めていたところ、鉄損が大きい無方向性電磁鋼板ではＮ量が高いこと、およびスラブ段階でのＮ量が低い場合でも、浸珪拡散処理後の無方向性電磁鋼板におけるＮ量が高くなっていることが分かった。すなわち、浸珪拡散処理を施すことにより、鋼板が窒化され、鋼板中のＮ含有量が顕著に増加していることが分かった。
【００３９】
そこで、浸珪拡散処理を施した後の鋼板における磁気特性とＮ含有量の関係を調査するため、様々なＮ2分圧で浸珪拡散処理を行って無方向性電磁鋼板を作製し、得られた無方向性電磁鋼板の平均Ｎ含有量と、高周波域における鉄損との間の相関を調査した。具体的な手順を以下に説明する。
【００４０】
まず、Ｓｉ：２．０％、Ｎ：０．００１４％を含有し、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鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板とした。次いで、前記熱延鋼板に対して、９５０℃×３０ｓの熱延板焼鈍を施した。その後、前記熱延板焼鈍後の鋼板を冷間圧延し、板厚：０．２ｍｍの冷延鋼板とした。次に、前記冷延鋼板に、種々のＮ2分圧：ｐで浸珪拡散処理を施して無方向性電磁鋼板を得た。前記浸珪拡散処理においては、まず、ＳｉＣｌ4分圧：１０．０％、Ｎ2分圧：ｐ、残部Ａｒからなる雰囲気中、１２００℃で化学気相蒸着法（ＣＶＤ）法により浸珪処理を施して鋼板表面にＳｉを堆積させ、次いで、ＳｉＣｌ4の分をＡｒで置換した雰囲気中、１２００℃で拡散処理を施してＳｉを拡散させた。前記無方向性電磁鋼板のΔＳｉは１．０％、後述する複層比は０．３とした。
【００４１】
その後、最終的に得られた無方向性電磁鋼板の全板厚における平均Ｎ含有量：［Ｎ］を、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析法により測定した。また、得られた無方向性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。
【００４２】
図４は、浸珪拡散処理時のＮ2分圧：ｐ（％）と全板厚における平均Ｎ含有量：［Ｎ］（質量％）との相関を示すグラフである。また、図５は、全板厚における平均Ｎ含有量：［Ｎ］（質量％）と鉄損：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）との相関を示すグラフである。
【００４３】
図４に示した結果から、浸珪拡散処理時のＮ2分圧：ｐと、無方向性電磁鋼板の平均Ｎ含有量：［Ｎ］との間に相関があることが分かる。そして、図５に示した結果から、無方向性電磁鋼板の平均Ｎ含有量：［Ｎ］が高いほど、鉄損が増大することが分かる。これは、［Ｎ］が高いほど、固溶したＮによる結晶格子の歪みが増大し、磁壁移動が妨げられるためであると考えられる。そのため、本発明では、鉄損を低減するために［Ｎ］を０．００２０％以下とする。また、図４より、［Ｎ］を０．００２０％以下とするためには、ｐを７０％以下とすればよいことが分かる。
【００４４】
以上の結果より、本発明の一実施形態における無方向性電磁鋼板は、ＳｉおよびＮ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、かつ、下記（ａ）〜（ｃ）の条件を満たすものとする。
（ａ）全板厚の平均Ｎ含有量：［Ｎ］が０．００２０質量％以下。
（ｂ）Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量以上の領域として定義される表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1が２．５〜７．０質量％。
（ｃ）Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量未満の領域として定義される内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0が１．５〜５．０質量％。
【００４５】
次に、本発明の無方向性電磁鋼板が任意に含有できる任意添加元素について説明する。なお、以下に説明する任意添加元素は、添加が必須ではない元素であるため、各元素の含有量の下限は０％であってよい。
【００４６】
本発明の一実施形態においては、無方向性電磁鋼板の成分組成が、さらに任意にＳｎ、Ｐ、およびＳｂからなる群より選択される少なくとも１つを含むことができる。
【００４７】
Ｓｎ：０．１０％以下
Ｓｎを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さらに低下させることができる。また、Ｓｎを添加することにより、鋼板の窒化を抑制し、鉄損の増加を抑制することができる。しかし、Ｓｎ含有量が０．１０％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を添加する場合、Ｓｎ含有量は０．１０％以下とする。一方、Ｓｎ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｓｎの添加効果を高めるという観点からは、Ｓｎ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。
【００４８】
Ｐ：０．１０％以下
Ｓｎと同様に、Ｐを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さらに低下させることができる。しかし、Ｐ含有量が０．１０％を超えると効果が飽和することに加えて、製造性の低下を招く。そのため、Ｐを添加する場合、Ｐ含有量は０．１０％以下とする。一方、Ｐ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｐの添加効果を高めるという観点からは、Ｐ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。
【００４９】
Ｓｂ：０．１０％以下
ＳｎおよびＰと同様に、Ｓｂを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さらに低下させることができる。しかし、Ｓｂ含有量が０．１０％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を添加する場合、Ｓｎ含有量は０．１０％以下とする。一方、Ｓｂ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｓｂの添加効果を高めるという観点からは、Ｓｂ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。
【００５０】
本発明の他の実施形態においては、無方向性電磁鋼板の成分組成が、さらに任意にＡｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、およびＶからなる群より選択される少なくとも１つを含むことができる。
【００５１】
Ａｌ：１．２０％以下
Ａｌは、固有抵抗を上げる作用を有する元素であり、Ａｌを添加することによって渦電流損を低下させ、さらに低鉄損化することができる。しかし、Ａｌ含有量が１．２０％を超えると、靭性が劣化する。そのため、Ａｌを添加する場合、Ａｌ含有量を１．２０％以下とする。一方、Ａｌ含有量の下限はとくに限定されないが、Ａｌの添加効果を高めるという観点からは、Ａｌ添加量を０．０１％以上とすることが好ましい。
【００５２】
Ｔｉ：０．０１００％以下
Ｔｉは鋼中のＮやＣと反応し、窒化物や炭化物を生成する。そのため、Ｔｉを添加することにより結晶粒が細粒化し、さらなる低鉄損化が可能である。しかし、Ｔｉを多量に添加すると、窒化物、炭化物が過剰に生成することによるヒステリシス損の増加のため、かえって鉄損が高くなる。そのため、Ｔｉを添加する場合、Ｔｉ含有量を０．０１００％以下とする。一方、Ｔｉ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｔｉの添加効果を高めるという観点からは、Ｔｉ含有量を０．００３０％以上とすることが好ましい。
【００５３】
Ｎｂ：０．０１００％以下
Ｎｂは鋼中のＮやＣと反応し、窒化物や炭化物を生成する。そのため、Ｎｂを添加することにより結晶粒が細粒化し、さらなる低鉄損化が可能である。しかし、Ｎｂを多量に添加すると、窒化物、炭化物が過剰に生成することによるヒステリシス損の増加のため、かえって鉄損が高くなる。そのため、Ｎｂを添加する場合、Ｎｂ含有量を０．０１００％以下とする。一方、Ｎｂ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｎｂの添加効果を高めるという観点からは、Ｎｂ含有量を０．００３０％以上とすることが好ましい。
【００５４】
Ｖ：０．０１００％以下
Ｖは鋼中のＮやＣと反応し、窒化物や炭化物を生成する。そのため、Ｖを添加することによって結晶粒が細粒化し、さらなる低鉄損化が可能である。しかし、Ｖを多量に添加すると、窒化物、炭化物が過剰に生成されることによるヒステリシス損の増加のため、かえって鉄損が増加する。そのため、Ｖを添加する場合、Ｖ含有量を０．０１００％以下とする。一方、Ｖ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｖの添加効果を高めるという観点からは、Ｖ含有量を０．００３０％以上とすることが好ましい。
【００５５】
［板厚］
無方向性電磁鋼板が薄すぎると、冷間圧延や焼鈍などの製造過程における取り扱いが困難となり、製造コストが増大する。そのため、無方向性電磁鋼板の板厚ｔは０．０１ｍｍ以上とする。一方、鋼板が厚すぎ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０．３５ｍｍ以下とする。
【００５６】
［複層比］
次に、無方向性電磁鋼板の板厚：ｔに対する表層部の合計厚さ：ｔ1の比として定義される複層比ｔ1／ｔが磁気特性に与える影響について検討するために、複層比が異なる無方向性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、無方向性電磁鋼板の両面に設けられている表層部の厚さの和を指す。また、表層部とは、上述したように、Ｓｉ含有量が全板厚の平均Ｓｉ含有量以上の領域として定義される。
【００５７】
まず、Ｓｉ：２．０％、Ｎ：０．００１８％を含有し、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鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板とした。前記熱延鋼板に対して、９５０℃×３０ｓの熱延板焼鈍を施し、その後、前記熱延板焼鈍後の鋼板を冷間圧延し、板厚：０．１ｍｍの冷延鋼板とした。次に、前記冷延鋼板に、浸珪拡散処理を施して無方向性電磁鋼板を得た。前記浸珪拡散処理においては、まず、Ｎ2分圧７０％、ＳｉＣｌ4分圧３０％の雰囲気中、温度１２００℃でＣＶＤ法により浸珪処理を施し、鋼板表面にＳｉを堆積させた後、ＳｉＣｌ4分圧分をＡｒに置換した雰囲気中、１２００℃で拡散処理を行ってＳｉを拡散させた。本実験では、前記拡散処理の時間を調整することにより、種々の複層比を有する無方向性電磁鋼板を作製した。前記無方向性電磁鋼板の表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1は４．５％、ΔＳｉを２．５％とした。
【００５８】
得られた無方向性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。
【００５９】
図６に、複層比（ｔ1／ｔ）と鉄損Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）との相関を示す。この結果より、複層比が０．１０〜０．７０の場合に鉄損が大きく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、複層比が０．１０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０．７０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。以上の理由から、本願発明では複層比（ｔ1／ｔ）を０．１０〜０．７０とする。
【００６０】
［鉄損］
本発明においては、周波数：１ｋＨｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損（全鉄損）：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）と、前記板厚：ｔ（ｍｍ）とが、下記（１）式を満たすことが好ましい。
Ｗ10/1k≦１５＋１３８×ｔ  …（１）
【００６１】
無方向性電磁鋼板の鉄損が上記（１）式の関係を満たす場合、該無方向性電磁鋼板を用いて作製したステータコアの発熱が抑制され、その結果、モータ効率をさらに向上させることができる。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ている。
【００６２】
電磁鋼板では、通常、磁束密度を高くすると鉄損が増大してしまうため、一般的なモータコアは磁束密度が１．０Ｔ程度となるように設計される。これに対して、本発明の無方向性電磁鋼板は、上述したように鋼板の表層部と内層部の成分組成および複層比を制御することにより、相反する性質である高磁束密度と低鉄損とを両立させている。
【００６３】
［製造方法］
本発明の無方向性電磁鋼板は、特に限定されないが、浸珪法を用いて製造することができる。浸珪法を用いる場合は、例えば、Ｓｉ含有量が厚さ方向に一定である鋼板に対して浸珪拡散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。浸珪拡散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、ＣＶＤ法により鋼板表面にＳｉを堆積させる浸珪処理を行い、その後、熱処理を行ってＳｉを鋼板の内部へ拡散させる拡散処理を行うことができる。表層部と内層部のＳｉ含有量は、ＣＶＤ法によるＳｉの堆積量や、拡散処理のための熱処理条件を調整することによって制御できる。ＣＶＤ法による浸珪拡散処理で得られる無方向性電磁鋼板は、例えば、図２に示したような板厚方向におけるＳｉ含有量プロファイルを有する。
【００６４】
従来、浸珪拡散処理は、コスト低減のため、Ｎ2分圧が１００％に近い雰囲気で行われていた。そのような高Ｎ2分圧雰囲気で浸珪拡散処理を行うことにより鋼板が窒化され、鋼板中のＮ含有量が顕著に増加する。そこで本発明では、Ｎ2分圧が７０％以下である雰囲気中で浸珪処理と拡散処理を実施する。これにより、得られる無方向性電磁鋼板の平均Ｎ含有量：［Ｎ］を０．００２０質量％以下とし、その結果、鉄損を低減することができる。
【００６５】
より具体的には、窒素および希ガスの一方または両方と、ＳｉＣｌ4とを含み、かつ、Ｎ2分圧が７０％以下である雰囲気中で前記浸珪処理を実施する。前記浸珪処理時の雰囲気は、窒素および希ガスの一方または両方と、ＳｉＣｌ4とからなり、かつ、Ｎ2分圧が７０％以下である雰囲気であってよい。
【００６６】
浸珪処理に要する時間は、Ｓｉ源であるＳｉＣｌ4の分圧に依存する。したがって、ＳｉＣｌ4分圧は、Ｓｉ含有量や製造でかけられる時間に応じて適宜調整すればよい。
【００６７】
また、前記拡散処理は、Ｎ2分圧が７０％以下の雰囲気中で実施する。前記拡散処理は、窒素および希ガスの一方または両方からなり、かつ、Ｎ2分圧が７０％以下である雰囲気中で実施することが好ましい。なお、浸珪処理時と拡散処理時のＮ2分圧は、同じであっても異なっていてもよい。
【００６８】
前記希ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、およびＮｅからなる群より選択される少なくとも１つを用いること好ましい。
【実施例】
【００６９】
（実施例１）
本発明の効果を確認するために、以下に述べる手順で無方向性電磁鋼板を製造し、その磁気特性を評価した。
【００７０】
（鋼スラブ）
まず、Ｓｉ：２．０％〜３．８％、Ｎ：０．０００５％〜０．００１５％、および任意にＳｎ、Ｐ、およびＳｂからなる群より選択される少なくとも１つ含み、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鋼スラブを用意した。ただし、比較のため、比較例Ｎｏ．２１においては、Ｎ含有量が０．００２３％である鋼スラブを使用した。また、使用した鋼スラブにおけるＳｉ含有量は、最終的に得られた無方向性電磁鋼板の内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0に等しい。また、使用した鋼スラブにおけるＳｎ、Ｐ、およびＳｂの含有量は、製造過程を通じて変化しないため、最終的に得た無方向性電磁鋼板における含有量に等しい。
【００７１】
（熱間圧延、熱延板焼鈍）
前記鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板とし、次いで、前記熱延鋼板に９５０℃×３０ｓの熱延板焼鈍を施した。
【００７２】
（冷間圧延）
次に、前記熱延板焼鈍後の熱延鋼板に冷間圧延を施して、表１に示した板厚ｔの冷延鋼板とした。
【００７３】
（浸珪拡散処理）
得られた冷延鋼板に、浸珪拡散処理を施して無方向性電磁鋼板を得た。具体的には、まず、Ｎ2および希ガスの一方または両方と、ＳｉＣｌ4とからなる雰囲気中、１２００℃でＣＶＤ法により浸珪処理を施して鋼板表面にＳｉを堆積させた。前記浸珪処理時の雰囲気の組成は表１に示したとおりとした。次いで、前記雰囲気に含まれる成分の内、ＳｉＣｌ4をＮ2または希ガスで置換した雰囲気中、１２００℃で拡散処理（熱処理）を施して、鋼板表面に堆積しているＳｉを内部へ拡散させた。なお、前記ＳｉＣｌ4の置換には、浸珪処理雰囲気が希ガスを含む場合には同じ種類の希ガスを使用し、浸珪処理雰囲気が希ガスを含まない場合にはＮ2を使用した。
【００７４】
ただし、比較例Ｎｏ.２１、２３、および２４の鋼板は、冷間圧延工程において破断したため、冷間圧延より後の処理を行わなかった。これらの鋼板は、Ｓｎ、Ｐ、Ｓｂの少なくとも１つの含有量が過剰であったため破断したと考えられる。
【００７５】
また、比較例Ｎｏ．４０の鋼板は、浸珪拡散処理後のコイル巻き取り時に破断したので、製品の評価は行わなかった。Ｎｏ．４０の鋼板は、浸珪処理後における表層部の平均Ｓｉ含有量が高いため、破断したと考えられる。
【００７６】
（Ｓｉ含有量・Ｎ含有量）
得られた無方向性電磁鋼板をカーボンモールドに埋め込み、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）を用いて板厚方向断面におけるＳｉ含有量分布を測定した。得られたＳｉ含有量分布から、無方向性電磁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。得られた結果から、表層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］1、内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0、およびΔＳｉを求めた。また、ＩＣＰ発光分析法を用いて無方向性電磁鋼板の全板厚の平均Ｎ含有量：［Ｎ］を測定した。測定結果を表１に併記する。
【００７７】
なお、上述したように、無方向性電磁鋼板の内層部における平均Ｓｉ含有量：［Ｓｉ］0は、使用した鋼スラブにおけるＳｉ含有量に等しかった。
【００７８】
また、同じく上述したように、Ｓｎ、Ｐ、およびＳｂの含有量は製造過程を通じて変化しないため、最終的に得た無方向性電磁鋼板における含有量は、使用した鋼スラブにおける含有量に等しい。そのため、表１には、無方向性電磁鋼板におけるＳｎ、Ｐ、Ｓｂの含有量として、使用した鋼スラブにおける各元素の含有量を記載した。
【００７９】
（複層比）
上記ＥＰＭＡ測定によって得られたＳｉ含有量分布から、板厚：ｔに対する表層部の合計厚さ：ｔ1の比として定義される複層比ｔ1／ｔを算出した。得られた複層比の値を表１に併記する。
【００８０】
（鉄損）
また、得られた無方向性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、最大磁束密度：１．０Ｔ、周波数：１ｋＨｚにおける鉄損：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）を測定した。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。測定結果を表１に併記する。
【００８１】
表１に示した結果から分かるように、本発明の条件を満たす無方向性電磁鋼板は、高周波鉄損が低いという、優れた特性を有していた。
【００８２】
【表１】
2020190026.tif 000003
【００８３】
（実施例２）
次に、表２に示す成分組成を有する鋼スラブを使用し、表３に示す雰囲気で浸珪処理を行った点以外は実施例１と同様の条件で、無方向性電磁鋼板を製造し、得られた無方向性電磁鋼板を実施例１と同様の方法で評価した。評価結果を表３に併記する。
【００８４】
なお、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、およびＶの含有量は製造過程を通じて変化しないため、最終的に得た無方向性電磁鋼板における含有量は、使用した鋼スラブにおける含有量に等しい。
【００８５】
表３に示した結果から分かるように、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、およびＶの少なくとも１つを添加することにより、さらなる低鉄損化が可能である。
【００８６】
【表２】
2020190026.tif 000004
【００８７】
【表３】
2020190026.tif 000005
【符号の説明】
【００８８】
１  無方向性電磁鋼板
１０  内層部
２０  表層部
【図１】
2020190026.tif 000006
【図２】
2020190026.tif 000007
【図３】
2020190026.tif 000008
【図４】
2020190026.tif 000009
【図５】
2020190026.tif 000010
【図６】
2020190026.tif 000011