(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ≦０．０２質量％、Ｓｉ、０．０５質量％≦Ｍｎ≦０．５質量％、Ｐ≦０．０１質量％、Ｓ≦０．０２質量％、０．００１質量％≦ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０６質量％、Ｎ≦０．０１質量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる珪素鋼板であって、前記Ｓｉは、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濃度が５〜８質量％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質量％以上（３．５質量％以下は除く）であることを特徴とする珪素鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランス、リアクトル、モータなどの鉄心用として好適である高周波鉄損の低い珪素鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に珪素鋼板の鉄損は励磁周波数が高くなると急激に上昇することが知られている。一方、近年、珪素鋼板が広く用いられているトランス、リアクトル、モータなどの駆動周波数は、鉄心の小型化や高効率化をはかるために、年々高周波化してきている。
【０００３】
この駆動周波数の高周波化に伴い、珪素鋼板の鉄損によるこれら鉄心の温度上昇や効率の低下が間題となるケースがとみに増加してきている。このような理由から珪素鋼板の高周波鉄損を低減することが必要とされるようになってきている。
【０００４】
従来、珪素鋼板の高周波鉄損を低減する手法としては、Ｓｉ含有量を高めて固有抵抗を高くすることで高周波鉄損を低減する方法と、板厚を薄くして渦電流損失を抑えることで高周波鉄損を低減する方法がとられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のうち、Ｓｉ含有量を高める方法は、珪素鋼板の加工性を著しく低下させるため、珪素鋼板そのものの生産性の低下を招くことに加え、鉄心の加工コストの上昇も招くという問題点がある。
【０００６】
また板厚を薄くする方法も、薄くするほど鋼板そのものの製造コストが増加し、なおかつ鉄心の積層枚数が増えることから鉄心の製作コストの上昇を招くという間題点がある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、トランス、リアクトル、モータなどの鉄心用として好適である高周波鉄損の極めて低い珪素鋼板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述した課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、珪素鋼板において、鋼板の板厚方向に表層Ｓｉ濃度が高くなるようなＳｉ濃度勾配を形成し、かつ鋼板中心のＳｉ濃度および表層Ｓｉ濃度を特定の範囲に規定することにより、珪素鋼板の鉄損、特に高周波鉄損を著しく低くすることができることを見出した。
【００１１】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであって、Ｃ≦０．０２質量％、Ｓｉ、０．０５質量％≦Ｍｎ≦０．５質量％、Ｐ≦０．０１質量％、Ｓ≦０．０２質量％、０．００１質量％≦ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０６質量％、Ｎ≦０．０１質量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる珪素鋼板であって、前記Ｓｉは、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濃度が５〜８質量％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質量％以上（３．５質量％以下は除く）であることを特徴とする珪素鋼板を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳細に説明する。
本発明に係る珪素鋼板は、基本的には、鋼板表層のＳｉ濃度が鋼板の板厚中心部のＳｉ濃度よりも高い珪素鋼板であって、かつ板厚中心のＳｉ濃度が３．４質量％以上、鋼板表層のＳｉ濃度が５質量％以上である。
【００１３】
図１は、板厚方向にＳｉ濃度分布を形成した場合における板厚中心のＳｉ濃度と鉄損Ｗ0.5/20k（周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．５ｋＧａｕｓｓでの鉄損値）との関係を示す図である。
【００１４】
なお、Ｓｉ濃度はサンブル断面についてＥＰＭＡ（電子線プローブマイクロアナライザ）で分析した結果である。また、ここでは、板厚０．１ｍｍの圧延法にて製造された３質量％Ｓｉ鋼板に対し、１２００℃のＳｉＣｌ４雰囲気中浸珪処理を行い、その後１２００℃のＮ２雰囲気中で拡散処理を行って種々のＳｉ濃度分布を形成したサンプルを用いた。
【００１５】
図１より、板厚中心部のＳｉ量を３．４質量％以上とすれば、Ｆｅ−Ｓｉ合金系で最も軟磁気特性の優れている６．５質量％珪素鋼板の鉄損値Ｗ0.5/20k＝６．９Ｗ／ｋｇと同等かまたはそれよりも低い高周波鉄損が得られることがわかる。したがって、本発明では板厚中心部のＳｉ量を３．４質量％以上と規定する。加工性およびより低い鉄損値を得る観点から、板厚中心部のＳｉ量を７質量％以下とすることが好ましい。
【００１６】
図２は、図１に示された試料に対して、鋼板表層のＳｉ量と鉄損Ｗ0.5/20kとの関係を示す図である。図２より、鋼板表層のＳｉ量を５質量％以上とすることにより、６．５質量％珪素鋼板の鉄損値Ｗ0.5/20k＝６．９Ｗ／ｋｇよりも低い高周波鉄損が得られることがわかる。また、Ｓｉを５．５質量％以上とすることにより、より低い高周波鉄損が得られ、特にＳｉが６．５質量％の場合に、Ｗ0.5/20k＝４．６Ｗ／ｋｇという著しく低い高周波鉄損を示した。このことから、表層Ｓｉ濃度は５質量％以上とする必要があり、好ましくは５．５質量％以上、さらに好ましくは６．５質量％である。
【００１７】
表層からＳｉ濃度が５質量％以上である部分の深さ割合は１０％以上であることが好ましく、１５〜２５％であることが一層好ましい。これにより確実に低い高周波鉄損を得ることができる。なお、鋼板表層の高Ｓｉ濃度部分のＳｉ濃度の上限は、鉄損特性上からは特に規定されないが、Ｓｉ濃度が８質量％を超えると鋼板の加工性が著しく低下することから、８質量％以下であることが好ましい。
【００１８】
このように表層Ｓｉ濃度が高く、板厚中心部が低Ｓｉである材料は特許第２５４１３８３号、特開平６−１７２０２号公報および特開平９−１８４０５１号公報に開示されている。しかし、特許第２５４１３８号は、浸珪処理で６．５質量％珪素鋼板を製造する際、生産性を上げるべく拡散処理時間を短縮した結果として得られる表層Ｓｉ濃度が高い珪素鋼板を提案しており、鉄損は６．５質量％珪素鋼板と同等である。また、特開平６−１７２０２号公報は、６．５％珪素鋼板の加工性を改善するべく表層だけを６．５質量％Ｓｉとしたものであり、鉄損は６．５質量％珪素鋼板に比べ劣化するとしている。さらに、特開平９−１８４０５１号公報は、残留磁束密度を低下させるため表層高Ｓｉ鋼板を提案しており、本発明と目的が異なっている。鉄損については５０Ｈｚの鉄損は表層Ｓｉの高い材料が低いとしている。しかし、周波数が高くなると一般には鉄損は全体のＳｉ量に支配されると通常考えられ、板厚中心部のＳｉ量が低い材料は鉄損特性が劣るとされている。
【００１９】
これに対して本発明は、このような従来の技術常識とは異なり、板厚方向に板厚中心のほうがＳｉ濃度の低い濃度勾配を形成し、板厚中心のＳｉ濃度および鋼板表層のＳｉ濃度を特定の範囲に規定することにより、高周波鉄損が極めて低い材料が得られるという初めて見出された知見に基づくものである。
【００２０】
本発明において、Ｓｉ以外の成分は、Ｃ≦０．０２質量％、０．０５質量％≦Ｍｎ≦０．５質量％、Ｐ≦０．０１質量％、Ｓ≦０．０２質量％、０．００１質量％≦ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０６質量％、Ｎ≦０．０１質量％の範囲であり、残部がＦｅ及び不可避不純物である。
【００２１】
Ｃは多量に含有されると磁気時効を引き起こすため、０．０２質量％以下とすることが好ましい。特性上、その下限は特に存在しないが、経済的に除去する観点からは０．００１質量％とすることが好ましい。
【００２２】
Ｍｎは多量に含有されると鋼板が脆くなるため、０．５質量％以下とすることが好ましい。また、その含有量が低過ぎると、熱延工程で破断や表面キズを誘発するため、０．０５質量％以上であることが好ましい。
【００２３】
Ｐは磁気特性から見ると好ましい元素であるが、多量に含有されると鋼板の加工性を劣化させるため、０．０１質量％であることが好ましい。特性上、その下限は特に存在しないが、経済的に除去する観点からは０．００１質量％とすることが好ましい。
【００２４】
Ｓは加工性を劣化させるため、０．０２質量％以下とすることが好ましい。特性上、その下限は特に存在しないが、経済的に除去する観点からは０．００１質量％とすることが好ましい。
【００２５】
ｓｏｌ．Ａ１は同じく加工性を害するため、０．０６質量％以下とすることが好ましい。一方、脱酸剤としての必要性からその０．００１質量％以上が好ましい。
【００２６】
Ｎは多量に含有されると窒化物を形成して磁気特性を劣化させるため、０．０１質量％以下であることが好ましい。特性上、その下限は特に存在しないが、現在の製鋼技術では０．０００１質量％が事実上の下限となる。
【００２７】
なお、本発明においては、鋼板表層の高Ｓｉ濃度部分を形成する手法はＣＶＤ、ＰＶＤその他いずれの方法でもよく、特に限定されるものではない。また、本発明の効果は珪素鋼板の板厚には依存せず、いずれの板厚であっても本発明に規定された範囲とすることで鉄損を著しく低減させることができるが、特に板厚０．２ｍｍ以下の鋼板に対して有効である。さらに、Ｓｉの板厚方向分布は、鋼板形状の観点からは上下面対称であることが好ましいが、本発明の効果は板厚方向のＳｉ分布が上下面非対称であっても得られるものであり、鋼板形状が保てる範囲であれば必ずしも上下面対称である必要はない。さらにまた、本発明は高周波鉄損が極めて低いことが特徴であるが、その中でもより低磁束密度領域で有効である。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
表１の組成を有する板厚０．１ｍｍの鋼板を圧延法にて作製し、１２００℃ののＳｉＣｌ4雰囲気中で浸珪処理を行い、その後１２００℃のＮ2雰囲気中で拡散処理を行って種々のＳｉ濃度分布を有する珪素鋼板を作製した。Ｓｉ濃度分布はサンブル断面についてＥＰＭＡ（電子線ブローブマイクロアナライザ）で分析した。Ｓｉ以外の元素の量は、浸珪、拡散処理の前後でほとんど変化しなかった。
【００２９】
【表１】
0003948112.tif 000002
【００３０】
このようにして作製した鋼板から外径３１ｍｍ、内径１９ｍｍのリング試料を採取し、周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．０５Ｔでの交流磁気特性を測定した。結果を表２に示す。なお、比較のために板厚０．１ｍｍの６．５質量％珪素鋼板からも外径３１ｍｍ、内径１９ｍｍのリング試料を採取し、周波数２０ｋＨｚ、磁束密度０．０５Ｔでの交流磁気特性を測定したところ、鉄損値はＷ0.5/20k＝６．９４Ｗ／ｋｇであった。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
図１は、表２の結果に基づいて、鋼板板厚中心部のＳｉ量と鉄損Ｗ0.5/20kとの関係を示す図である。図１より、鋼板板厚中心部のＳｉ量を３．４質量％以上とすれば、６．５質量％珪素鋼板の鉄損値である６．９４Ｗ／ｋｇと同等かそれより低い高周波鉄損値が得られることが確認された。
【００３３】
図２は、表２の結果に基づいて、鋼板表層のＳｉ量と鉄損Ｗ0.5/20kとの関係を示す図である。図２より、鋼板表層のＳｉ量を５質量％以上とすることにより、６．５質量％珪素鋼板の鉄損値Ｗ0.5/20k＝６．９４Ｗ／ｋｇよりも低い高周波鉄損が得られることが確認された。また、Ｓｉを５．５質量％以上とすることにより、より低い高周波鉄損が得られ、特にＳｉが６．５質量％の場合に、Ｗ0.5/20k＝４．６Ｗ／ｋｇという著しく低い高周波鉄損を示すことが確認された。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれぱ、加工性を損なうことなく、かつ板厚を低減することなしに、高周波鉄損の極めて低い珪素鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】板厚方向にＳｉ濃度分布を形成した場合における板厚中心のＳｉ濃度と鉄損Ｗ0.5/20kとの関係を示す図。
【図２】板厚方向にＳｉ濃度分布を形成した場合における鋼板表層のＳｉ量と鉄損Ｗ0.5/20kとの関係を示す図。
【図１】
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【図２】
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