(57)【要約】【課題】高周波域での使用時にあってもコアロスが小さい高周波用電磁ステンレス鋼板を提供する。【解決手段】Ｃｒ：４〜２０質量％、Ｓｉ：２．５質量％未満、Ａｌ：０．１〜７．０質量％、残部がＦｅと不可避的不純物から成り、厚み０．０２〜０．６ｍｍの圧延鋼板であって、熱間圧延後の伸びが５％以上の値を示し、磁気焼鈍処理後の結晶粒径が１００μｍ以下であり、かつ電機抵抗率が０．６μΩ・ｍ以上であり、周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で測定したときのコアロスが８００ｋＷ／ｍ３以下である高周波用電磁ステンレス鋼板。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ：４〜２０質量％、Ｓｉ：２．５質量％未満、Ａｌ：０．１〜７．０質量％、残部がＦｅと不可避的不純物から成り、厚み０．０２〜０．６ｍｍの圧延鋼板であって、熱間圧延後の伸びが５％以上の値を示し、磁気焼鈍処理後の結晶粒径が１００μｍ以下であり、かつ電気抵抗率が０．６μΩ・ｍ以上であることを特徴とする高周波用電磁ステンレス鋼板。
【請求項２】
周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で測定したときのコアロスが８００ｋＷ／ｍ３以下である請求項１の高周波用電磁ステンレス鋼板。
【請求項３】
前記結晶粒径は、前記圧延鋼板の最終磁気焼鈍処理後における厚み方向に見たときの再結晶粒の粒径である請求項１の高周波用電磁ステンレス鋼板。
【請求項４】
前記最終磁気焼鈍処理時における処理温度が、６５０〜８００℃である請求項３の高周波用電磁ステンレス鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波用電磁ステンレス鋼板に関し、更に詳しくは、加工性が優れているので薄く圧延して製造することができ、高周波域におけるコアロスが小さい高周波用電磁ステンレス鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、家庭用電気機器や自動車用インバータ機器で使用されているリアクトルやトランスの構成材料としては、例えばＦｅ−６．５質量％Ｓｉの組成で代表されるようなけい素鋼板が多用されている。そして最近の傾向としては、インバータ機器など各種電源等で使用するスイッチング周波数は高周波化している。
【０００３】
しかしながら、一般に、上記電源等に使用されるリアクトルやトランスの場合、それを構成する磁性材料は、使用する周波数が高くなるとコアロスは増大して発熱したり、回路の変換効率が低下する。そのため、上記したけい素鋼板に代わって、高周波域での使用時にあってもコアロスが小さい軟質磁性鋼板への要求が高まっている。
【０００４】
また、軟質磁性鋼板は、一般に、次のようにして製造されている。
まず、所定組成の軟質磁性合金のインゴットを製造する。そして、このインゴットに熱間鍛造を行ったのち熱間圧延を施す。ついで、得られた圧延材に更に冷間圧延を行って所定厚みの板厚に制御する。そして最後に、この圧延鋼板に対し、所定の温度で磁気焼鈍処理を施して、上記した冷間圧延時に蓄積された加工歪みを解放する。
【０００５】
このようにして製造された圧延鋼板は、その板厚が薄くなればなるほど、高周波域での使用時に渦電流損が小さくなってコアロスは減少する。
したがって、上記した一連の製造工程において、高周波域での使用時にあっても低コアロスの圧延鋼板を製造しようとする場合には、用いる軟質磁性合金は加工性に優れていることが必要とされる。特に、熱間圧延後における加工性が優れていて、例えば冷間圧延時にワレやカケを発生することがなく、できるだけ薄く所定の板厚にまで圧延できるような優れた加工性を備えていることが必要になる。
【０００６】
このように、高周波域で使用する硬質磁性鋼板の場合、低コアロスを実現するためには、加工性に優れていることが要求される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した観点からすると、例えばＦｅ−６．５質量％Ｓｉから成る従来のけい素鋼板は、硬く、冷間圧延時に薄肉化することが困難であるという問題がある。
本発明は、後述する知見に基づいて開発された圧延鋼板であって、けい素鋼板における上記したような問題を生ずることなく、製造時の加工性が優れており、高周波域での使用時に低コアロスである新規な高周波用電磁ステンレス鋼板の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、Ｃｒ：４〜２０質量％、Ｓｉ：２．５質量％未満、Ａｌ：０．１〜７．０質量％、残部がＦｅと不可避的不純物から成り、厚み０．０２〜０．６ｍｍの圧延鋼板であって、熱間圧延後の伸びが５％以上の値を示し、磁気焼鈍処理後の結晶粒径が１００μｍ以下であり、かつ電気抵抗率が０．６μΩ・ｍ以上であることを特徴とする高周波用電磁ステンレス鋼板が提供される。
【０００９】
具体的には、周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で測定したときのコアロスが８００ｋＷ／ｍ３以下である高周波用電磁ステンレス鋼板が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の鋼板は、周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下でコアロスを測定したときに、その測定値が８００ｋＷ／ｍ３以下となり、また、直流４端子法で電気抵抗率を測定したときに、その測定値が０．６μΩ・ｍ以上となるように、組成と板厚が設計されている。
【００１１】
ここで、電気抵抗率を０．６μΩ・ｍ以上に設定した理由は、この値より小さい電気抵抗率であると、その鋼板のコアロスは目標値（８００ｋＷ／ｍ３以下）を満たさない場合が多くなるからである。
そしてまた、本発明の鋼板は、上記した電気抵抗率を高めて高周波域における渦電流損の低減、したがってコアロスの低減と同時に、加工性、とりわけ冷間加工性を高めてより薄い板厚を実現することにより、このことからもコアロスの低減を可能にするように組成が設計されている。具体的には、熱間圧延後の伸びが５％以上となるように組成設計がされている。
【００１２】
本発明の鋼板は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ａｌ系の軟質磁性合金で製造される。
この合金組成において、Ｃｒは、電気抵抗率を高めてコアロスの低減に寄与する成分であって、その含有量は４〜２０質量％に設定される。
この含有量が４質量％より少ない場合は上記した効果を得ることができず、また２０質量％より多くすると、製造した鋼板の磁束密度が低下して、例えば所定機能を備えたリアクトルを組み立てたときに、その形状が極めて大型化してしまう。好ましい含有量は５〜１５質量％である。
【００１３】
Ｓｉは、電気抵抗率を高めてコアロスの低減に寄与する成分であり、その含有量は２．５質量％未満に設定される。
この含有量を２．５質量％以上にすると、製造した鋼板の磁束密度が低下し、同時に材料は脆化傾向を示して加工性は低下し、薄い板厚の圧延鋼板の製造が困難になる。具体的には、熱間圧延後の圧延材の伸びは５％より小さくなってしまい、冷間圧延が極めて困難になる。好ましい含有量は２質量％以下である。
【００１４】
Ａｌは、ＣｒやＳｉ以上に電気抵抗率の向上に寄与し、またＳｉに比べると加工性の向上効果に寄与する成分であって、その含有量は０．１〜７．０質量％に設定される。
この含有量が０．１質量％より少ない場合は上記した効果が得られず、また７．０質量％より多くすると、製造した鋼の磁束密度が低下する。好ましい含有量は２〜５質量％である。
【００１５】
本発明の鋼板は、上記した組成に設計されているので、低コアロスであると同時に、熱間圧延後の伸びは５％以上であり、冷間圧延時の加工性が向上している。
そして、この鋼板の板厚は０．０２〜０．６ｍｍに設定される。その理由は、熱間圧延後の圧延材の板厚を冷間圧延で０．０２ｍｍより薄くすることは非常に困難であって、ワレやカケの発生を招いて製品としての歩留まりが極端に低下するからであり、また、板厚を０．６ｍｍより厚くすると、製造した鋼板のコアロスは増大して、目標とする８００ｋＷ／ｍ３以下の値を実現できなくなるからである。
【００１６】
本発明の鋼板は、その合金組織における磁気焼鈍処理後の結晶粒径が１００μｍ以下に制御されている。
なお、ここでいう結晶粒径とは、鋼板の組織を当該鋼板の厚み方向から顕微鏡観察したときに、１視野内に観察される結晶粒の２軸平均径の平均値のことをいう。そして、その場合の結晶粒は、冷間圧延後の磁気焼鈍処理時の熱処理によって生成した再結晶粒になっている。
【００１７】
この結晶粒径に関する要件は、以下の実験結果から得られた知見に基づくものである。その実験結果を以下に説明する。
（１）次の３種類の鋼板を用意した。
鋼板Ａ：４．０質量％Ｃｒ−０．０１質量％Ｓｉ−３．０質量％Ａｌ−Ｆｅから成り、磁気焼鈍処理は行わない圧延鋼板。
【００１８】
鋼板Ｂ：８．０質量％Ｃｒ−０．０１質量％Ｓｉ−３．０質量％Ａｌ−Ｆｅから成り、磁気焼鈍処理は行わない圧延鋼板。
鋼板Ｃ：６．５質量％Ｓｉ−Ｆｅから成る市販のけい素鋼板。
なお、鋼板Ｃは、Ｆｅの圧延板にＳｉを拡散して製造されている。また、鋼板Ａ，Ｂは、いずれも、温度６５０℃以上で再結晶する圧延組織になっている。
【００１９】
（２）これら３種類の鋼板に各種の温度で熱処理を施したのち、それぞれについて、周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で、ヒステリシス損、渦電流損、および全体のコアロスを測定した。その結果を、熱処理温度との関係図として図１〜図３に示した。
図１〜図３から次のことが明らかである。
【００２０】
まず、鋼板Ａと鋼板Ｂは、いずれも、再結晶が起こらず圧延組織が保持されている熱処理温度５５０℃以下で、ヒステリシス損は大きいが渦電流損は小さい。一方、鋼板Ｃの場合は、ヒステリシス損は熱処理温度に無依存であるが、渦電流損は熱処理温度が高温になるにつれて漸減している。
そして、ヒステリシス損と渦電流損の和である図３のコアロスをみると、鋼板Ａ，Ｂの場合、温度５５０℃まではコアロスは８００〜９００ｋＷ／ｍ３と鋼板Ｃの２００〜３００ｋＷ／ｍ３に比べると非常に大きい。しかし再結晶が起こりはじめる温度６５０℃までの間に急減して鋼板Ｃの値と略同等になっている。
【００２１】
このようなことから、鋼板Ａ，Ｂの場合、そのコアロスは熱処理温度に依存することが判明した。
（３）そして、本発明者らは、温度６５０℃で熱処理した各鋼板の組織観察を行ったところ、鋼板Ａ，Ｂの結晶粒径は１２〜１３μｍ程度であり、一方、鋼板Ｃの場合は１４０μｍ程度であることが判明した。
【００２２】
（４）そこで、本発明者らは、熱処理温度が異なる各鋼板につき、それぞれの結晶粒径を測定してみた。その結果を図４に示す。
図４から明らかなように、鋼板Ａ，Ｂの場合、熱処理温度の上昇に伴って結晶粒径は大きくなっている。一方、鋼板Ｃの場合、温度８５０℃までは結晶粒径は変わらないが、それ以降は大きくなっていく。
【００２３】
このことから、本発明者らは、図３で示したコアロスが熱処理温度で増減するという挙動は、同じく熱処理温度によって変化する結晶粒径の大小と相関しているのではないかという着想を抱いた。
（５）そこで、本発明者らは、結晶粒径が異なる各鋼板につき、周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で、ヒステリシス損、渦電流損、そして全体のコアロスを測定してみた。その結果を図５〜図７に示す。
【００２４】
図５〜図７から極めて明瞭な事実が判明した。
すなわち、鋼板Ａ，Ｂは、いずれも、結晶粒径が１００μｍより小さくなっていくと、それにつれて渦電流損は大きく減少していき、ヒステリシス損は逆に漸増していく。
しかしながら、両者の和であるコアロスは、ヒステリシス損の増加よりも渦電流損の減少が大きく寄与して、やはり結晶粒径が１００μｍより小さくなるにつれて低減している。
【００２５】
したがって、周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下でコアロスを低減させるためには、鋼板の組織における結晶粒径を１００μｍ以下にすればよいことが判明した。
その場合、図３からも明らかなように、圧延組織のときはコアロスは８００ｋＷ／ｍ３よりも大きくなってしまい、図４で示したように、温度６５０℃、すなわち再結晶が起こる温度以上に熱処理されて結晶粒径が１００μｍ以下になっているときに、図７で示したようにコアロスは低減する。
【００２６】
そのときの熱処理温度としては、最低温度は再結晶開始温度であり、最高温度は再結晶粒の粒径を１００μｍにまで成長させるときの温度範囲に設定される。
鋼板Ａ，Ｂの場合は、概ね、６５０〜８５０℃の範囲内に設定すればよい。
本発明の鋼板は、以上説明した知見に基づいてその結晶粒径が１００μｍ以下に制御されている。
【００２７】
製造に際しては、まず所定組成の合金溶湯を例えば真空溶解炉で溶製したのちそのインゴットを鋳造する。
ついで、そのインゴットを熱間鍛造し、引き続き熱間圧延して例えば厚みが数ｍｍオーダの圧延材にする。
ついで、冷間圧延を行い、そのときの圧下率を調整することにより、目的とする板厚（０．０２〜０．６ｍｍ）にまで減肉する。
【００２８】
そして最後に、磁気焼鈍処理を行って蓄積された歪みを解放し、同時に圧延組織を再結晶組織に転換する。
このときに適用する焼鈍処理温度は、その鋼板材料の再結晶開始温度から最大でも１００μｍの結晶粒径である再結晶粒を析出させるために必要な温度までの範囲内に設定される。
【００２９】
本発明の前記した合金組成の場合は、概ね、６５０〜９５０℃であればよい。なお、このときの処理時間は１〜３時間程度に設定すれば充分である。
【００３０】
【実施例】
実施例１〜２１、比較例１〜８
表１，表２で示した合金溶湯（各１０ｋｇ）を真空溶解炉で溶製し、インゴットを製造した。ついで、温度１１００℃で熱間鍛造を行って、幅６０ｍｍ、厚み３０ｍｍのスラブにし、更に、温度１１００℃、圧下率９０％の熱間圧延を行って厚み３ｍｍの圧延材を製造した。
【００３１】
この圧延材にグラインダ研削を行って脱スケールし、その一部から引張試験片（ＪＩＳ５号）を作製し、伸びを測定した。
ついで、室温下において冷間圧延を行い、圧下率を調整して表１，表２で示した板厚の鋼板にした。
電気抵抗率の測定のために、各鋼板から幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を切り出し、また、コアロス測定のために、各鋼板から外径３５ｍｍ、内径２５ｍｍのリング状試験片を打抜き加工した。
【００３２】
最後に、これら試験片に対し、水素雰囲気中において表示の温度で２時間保持する磁気焼鈍処理を行ったのち、それぞれの電気抵抗率とコアロスを測定した。コアロスは、周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で測定した。
ついで、各試験片をベークライト（登録商標）に埋め込み、試験片の圧延面を鏡面研磨したのち、その研磨面をビレラ試薬で腐食し、光学顕微鏡写真（倍率：１００倍）を撮影した。撮影後、切断法で結晶粒径を測定した。
【００３３】
以上の結果を一括して表１，表２に示した。
【００３４】
【表１】
2005015822.tif 000002
【００３５】
【表２】
2005015822.tif 000003
【００３６】
表１，表２から次のことが明らかである。
（１）結晶粒径が１００μｍ以下である各実施例は、結晶粒径が１００μｍよりも大きい比較例１〜３に比べて、いずれも、コアロスが低い。すなわち、低コアロスのためには、結晶粒径を１００μｍ以下に制御すべきであることがわかる。
【００３７】
（２）その場合、実施例１と実施例３を対比して明らかなように、両者は組成、伸び、磁気処理時の温度、したがって結晶粒径が同じであるが、実施例３の板厚は実施例１の板厚よりも３．５倍の厚みになっているので、そのコアロスは実施例１に比べて２倍以上の値になっている。このようなことから、低コアロスのためには、板厚を薄くすべきであることがわかる。
【００３８】
また、実施例３と比較例１を対比して明らかなように、両者は組成、伸び、板厚が同じであるが、比較例３の場合は磁気焼鈍処理時の温度が高いので再結晶粒の粒径が１００μｍを超えて１５０μｍになっているので、そのコアロスは実施例３に比べて１．７倍以上の値になっている。
また、実施例１９と実施例２１の場合も、磁気焼鈍処理時の温度の影響が認められ、より高温で処理した実施例２１の場合は結晶粒径が８０μｍであり、その結果、コアロスも６２０ｋｗ／ｍ３と大きな値になっている。このようなことから磁気焼鈍処理時の処理温度は結晶粒径に大きな影響を与えることがわかる。
【００３９】
（３）実施例１９と比較例４は、組成、伸びは同じで、結晶粒径も１００μｍ以下を満たしているが、板厚と磁気焼鈍処理時の温度が異なる。
板厚が０．８ｍｍと０．６ｍｍを超えている比較例４は実施例１９に比べてコアロスが大きい。
（４）比較例５は、Ａｌ含有量が０．０１質量％と０．１質量％より少なく、また電気抵抗率が０．３７μΩ・ｍと０．６μΩ・ｍより低いため、コアロスが大きくなっている。
【００４０】
比較例６は、Ｓｉ含有量が５．１１質量％と多すぎるので、伸びは劣化し、冷間圧延が不可能になっている。
比較例７、比較例８は、いずれも、Ｃｒ含有量が３．０質量％と４質量％より少なく、また電気抵抗率が０．５５μΩ・ｍと０．６μΩ・ｍより低いため、コアロスが大きい。その場合、板厚が厚い比較例７の方がコアロスは大きくなっている。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の高周波用電磁ステンレス鋼板は、電気抵抗率を高め、また熱間圧延後の伸びが５％以上となるように組成設計がなされ、また板厚の制御、結晶粒径の制御もなされているので、周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下におけるコアロスは８００ｋＷ／ｍ３以下となっている。
【００４２】
したがって、この高周波用電磁ステンレス鋼板は、高周波域で使用するリアクトルやトランスの構成材料としてその工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼板Ａ，Ｂ，Ｃの熱処理温度とヒステリシス損の関係を示すグラフである。
【図２】鋼板Ａ，Ｂ，Ｃの熱処理温度と渦電流損の関係を示すグラフである。
【図３】鋼板Ａ，Ｂ，Ｃの熱処理温度とコアロスの関係を示すグラフである。
【図４】鋼板Ａ，Ｂ，Ｃの熱処理温度と結晶粒径の関係を示すグラフである。
【図５】鋼板Ａ，Ｂ，Ｃの結晶粒径とヒステリシス損の関係を示すグラフである。
【図６】鋼板Ａ，Ｂ，Ｃの結晶粒径と渦電流損の関係を示すグラフである。
【図７】鋼板Ａ，Ｂ，Ｃの結晶粒径とコアロスの関係を示すグラフである。
【図１】
2005015822.tif 000004
【図２】
2005015822.tif 000005
【図３】
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【図４】
2005015822.tif 000007
【図５】
2005015822.tif 000008
【図６】
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【図７】
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