(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Si含有量が５wt％以上７wt％以下、Cr含有量が0.1wt％以上２wt％以下、Al含有量が0.005wt％未満であり、残部がFe及び不可避不純物からなり、板厚が0.3mm以下で且つ、粒組織の平均粒径が板厚より大きいことを特徴とする高珪素電磁鋼板。
【請求項２】
Si含有量が６wt％以上７wt％以下、Cr含有量が0.1wt％以上１wt％以下、Al含有量が0.005wt％未満であり、残部がFe及び不可避不純物からなり、板厚が0.3mm以下で且つ、粒組織の平均粒径が板厚より大きいことを特徴とする高珪素電磁鋼板。
【請求項３】
Si含有量が４wt％未満の鋼板を、連続炉において浸珪・拡散処理する工程を有する請求項１又は請求項２に記載の高珪素電磁鋼板の製造方法であって、浸珪、拡散処理温度が1050℃以上であることを特徴とする高珪素電磁鋼板の製造方法。
【請求項４】
Si含有量が５wt％以上７wt％以下である鋼を溶解、鋳造、圧延する工程を有する請求項１に記載の高珪素電磁鋼板の製造方法であって、粒成長のための磁性焼鈍温度が1050℃以上であることを特徴とする高珪素電磁鋼板の製造方法。
【請求項５】
Si含有量が６wt％以上７wt％以下である鋼を溶解、鋳造、圧延する工程を有する請求項２に記載の高珪素電磁鋼板の製造方法であって、粒成長のための磁性焼鈍温度が1050℃以上であることを特徴とする高珪素電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軟磁気特性が必要とされる電気機器用材料として使用するのに適した高珪素電磁鋼板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インバータ技術の発展に伴って、電気機器の高周波化が進んでおり、電気機器用の鉄心材料として用いられる電磁鋼板にも、機器の発熱を押さえるための高周波低鉄損特性、漏れ磁束を低減するための高透磁率特性が求められている。電磁鋼板の軟磁気特性はSiの添加に伴って向上し、特に高珪素電磁鋼板と呼ばれるSi含有量が約４wt％以上の電磁鋼板は、電気抵抗が高いため高周波領域での鉄損特性に優れる。
また、Si含有量が6.5wt％付近で電磁鋼板としては最高の透磁率を示すことも知られている。従って高珪素電磁鋼板は高周波化した電気機器用鉄心材料として最適な材料であり、その使用量は着実に増えつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電気機器の省エネルギー化のニーズは高まる一方であり、高周波鉄損特性に優れる高珪素電磁鋼板においても、高周波での更なる低鉄損化が要望されている。一般に、電磁鋼板の鉄損は履歴損失と渦電流損失の和であり、高周波領域で使用される場合には渦電流損失が全鉄損の大半を占める。渦電流損失は磁区構造に依存しており、磁区を細分化することによって低減可能である。しかし、単純な結晶粒の微細化による磁区の細分化や、特開平１１−１２４６２９号公報などに示される歪み導入による磁区の細分化を行った場合、高周波での鉄損が低減する反面、透磁率の低下が問題となる。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、高珪素電磁鋼板の高透磁率特性を維持したまま、高周波で低鉄損特性を有する高珪素電磁鋼板、及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような問題を解決するために、本発明者らは高珪素電磁鋼板の高周波鉄損特性及び透磁率について詳細な検討を行った。その結果、成分、板厚、結晶粒径を制御することによって、高珪素鋼板の優れた透磁率特性を劣化させずに、高周波での鉄損を低減可能であることを見いだした。本発明はかかる知見に基づいてなされたものである。
【０００６】
即ち、前記課題を解決するための第１の手段は、Si含有量が５wt％以上７wt％以下、Cr含有量が0.1wt％以上２wt％以下、Al含有量が0.005wt％未満であり、残部がFe及び不可避不純物からなり、板厚が0.3mm以下で且つ、粒組織の平均粒径が板厚より大きいことを特徴とする高珪素電磁鋼板（請求項１）である。
【０００７】
前記課題を解決するための第２の手段は、Si含有量が６wt％以上７wt％以下、Cr含有量が0.1wt％以上１wt％以下、Al含有量が0.005wt％未満であり、残部がFe及び不可避不純物からなり、板厚が0.3mm以下で且つ、粒組織の平均粒径が板厚より大きいことを特徴とする高珪素電磁鋼板（請求項２）である。
【０００８】
前記課題を解決するための第３の手段は、Si含有量が４wt％未満の鋼板を、連続炉において浸珪・拡散処理する工程を有する前記第１の手段又は第２の手段である高珪素電磁鋼板の製造方法であって、浸珪、拡散処理温度が1050℃以上であることを特徴とする高珪素電磁鋼板の製造方法（請求項３）である。
【０００９】
前記課題を解決するための第４の手段は、Si含有量が５wt％以上７wt％以下である鋼を溶解、鋳造、圧延する工程を有する前記第１の手段の高珪素電磁鋼板の製造方法であって、粒成長のための磁性焼鈍温度が1050℃以上であることを特徴とする高珪素電磁鋼板の製造方法（請求項４）である。
【００１０】
前記課題を解決するための第５の手段は、Si含有量が６wt％以上７wt％以下である鋼を溶解、鋳造、圧延する工程を有する前記第２の手段の高珪素電磁鋼板の製造方法であって、粒成長のための磁性焼鈍温度が1050℃以上であることを特徴とする高珪素電磁鋼板の製造方法（請求項５）である。
【００１１】
なお、本発明の効果は、各請求項に規定される以外は、製造方法、表面調整の有無に関わりなく得られるものである。
（発明に至る過程とCr、組織の限定理由）
本発明者等は、Crを含有した高珪素電磁鋼板の透磁率について、結晶粒径に着目して調査した。まず、Si：6.4wt％、Al：0.003wt％を含有する高珪素鋼にCrを添加し、熱間圧延、温間圧延により0.3mm厚の薄板を作成した。ここから外径45mm、内径33mmのリングを切り出した後に、焼鈍温度を変えて粒径の異なるサンプルを作成し、透磁率を測定した。
【００１２】
結果を図１に示す。Crを含有していない鋼種Ａは、優れた透磁率特性を示し、また粒径依存性が小さい。これに対して、Cr含有量が0.1〜２wt％の範囲の鋼種Ｂ、Ｃ、Ｄは、粒径が小さいときには透磁率が低いが、粒径が大きくなるに従って透磁率が向上し、板厚方向に貫通粒組織を有するとき最も高い透磁率を示す。特にCr含有量が１wt％以下の鋼種Ｂ、Ｃを貫通粒組織にすることによって、Crを含有していない鋼種Ａと同等の良好な透磁率特性が得られる。
【００１３】
一方、Cr含有量が２wt％を越えた鋼種Ｅ、Ｆは、透磁率が著しく低下しており、また粒径を大きくしても透磁率が向上しない。従って、良好な透磁率特性をえるために、Cr含有量が２wt％以下、より好ましくは１wt％以下である高珪素電磁鋼板は貫通粒組織であることが必要である。
【００１４】
一方で、Crは高珪素電磁鋼板の高周波鉄損特性を改善する元素である。Cr含有量が0.1wt％未満では鉄損改善効果が得られないため、0.1wt%以上含有することが必要である。またCrは高珪素電磁鋼板の透磁率を劣化させる元素であるが、前述のように、結晶構造を最適化すれば透磁率の劣化を押さえることができる。しかしCr含有量が２wt％を越えた場合には、結晶構造の最適化を行っても高透磁率特性が損なわれるため、その含有量は２wt％以下であることが必要である。また、Cr含有量が１wt％以下であれば、透磁率の劣化がほとんど無いため、１wt％以下とすることが好ましい。
【００１５】
以上のことから、本発明においては、Crの含有量を0.1〜２wt％に限定し、鋼板の組織として板厚方向に貫通粒組織を有するものに限定する。
【００１６】
（その他の成分の限定理由）
以下、本発明のその他の成分の限定理由に付いて説明する。
Siは電気抵抗を高めるため高周波での鉄損特性を改善する元素であると共に、透磁率特性に大きな影響を与える元素である。Si含有量が５wt％未満では、高周波での十分な低鉄損特性が得られず、また良好な透磁率特性が得られないため、５wt％以上含有することが必要である。Si含有量が６wt％以上であれば、より良好な低鉄損特性及び透磁率特性が得られる。また、Si含有量が７wt％を超えると、加工性が著しく低下するため、その含有量は７wt％以下であることが必要である。
【００１７】
AlはCrを含有した高珪素電磁鋼板の粒成長性を阻害する元素であり、また、混粒組織を形成させやすい元素である。前述のように、細粒組織あるいは混粒組織を形成した場合、著しく透磁率が低下してしまうため、Al含有量は低いほど好ましい。Al含有量が0.005t％未満であれば、粒成長への悪影響が無視できるためその含有量は0.005wt％未満であることを必要とする。
【００１８】
（規定しない成分の好ましい範囲）
本発明の高珪素電磁鋼板は、高珪素電磁鋼板として当業者に認識される範囲のものであればよく、前述の元素の含有量を規定している他は、他に含有される元素については特に規定していない。また、製造過程において原料から不可避的に混入したり、製造の途中で合成される化合物等の不可避不純物が含まれることは当然である。
【００１９】
しかしながら、以下に示す元素については、それぞれに示す理由により、以下に示す範囲とすることが好ましい。
Ｎ：  ＮはAlＮを形成することにより、結晶粒の成長を阻害する。従ってＮ含有量は0.003wt％以下であることが望ましい。
Ｃ：  Ｃは透磁率特性に有害な元素である。特に0.01wt％を越えると炭化物の析出によって透磁率特性が著しく劣化する。従ってＣ含有量は0.01wt％以下であることが望ましい。
【００２０】
Mn：  MnはＳと結合してMnＳとなり、熱間加工性を改善する。しかしMn含有量が0.5wt％を越えると飽和磁束密度の減少が大きくなる。従ってMn含有量は0.5wt％以下であることが望ましい。
Ｐ：  Ｐは鋼板を脆化させる元素でる。経済性及び、Ｐが0.01wt％以下であれば実質的にその影響は無視できることから、Ｐ含有量は0.01wt％以下であることが望ましい。
Ｓ：  Ｓは熱間加工性を低下させる元素であるとともに軟磁気特性も劣化させる。経済性及びＳが0.01wt％以下であれば実質的にその影響は無視できることから、Ｓ含有量は0.01wt％以下であることが望ましい。
【００２１】
（板厚の限定理由）
板厚は渦電流損失に大きな影響を与える因子である。板厚が0.3mmを越えた場合には、高周波での十分な低鉄損特性が得られないため、0.3mm以下であることを必要とする。
【００２２】
（製造方法の限定理由）
貫通粒組織を得るためには、実質的に粒成長するプロセスでの焼鈍温度が高い方が望ましい。Al含有量が0.005wt％の高珪素鋼板の場合、1050℃以上であれば貫通粒まで粒成長するため、浸珪法で有れば浸珪拡散処理時の温度が、また圧延法で有れば磁性焼鈍温度が1050℃以上であることを必要とする。よって、本発明のうち製造方法にかかるものにおいては、それぞれの温度を1050℃以上に限定する。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
Siを３wt％含有し、Cr含有量を変化させた鋼を溶解、熱延、冷延して0.3mm厚とした後に四塩化珪素を含む雰囲気中でSi含有量が6.6wt％になるまで浸珪処理し、貫通粒組織を有する高珪素電磁鋼板を得た。浸けい後の化学成分を表１に示す。得られた鋼板から外径45mm内径33mmのリングを切り出し、高周波鉄損（Ｗ０．５／２０ｋ）を測定した。結果を表１に併せて示す。Si含有量が5.0〜7.0wt％、Cr含有量が0.10wt％以上の鋼種Ｈ、Ｉ、Ｋ、Ｌで高周波での低鉄損特性が得られる。また、Si含有量が6.0〜7.0wt％、Cr含有量が0.1wt％以上の鋼種Ｋ、Ｌで特に良好な高周波での低鉄損特性が得られる。
【００２４】
【表１】
0003944827.tif 000002
【００２５】
（実施例２）
表２に示す化学成分を有する鋼を溶解、熱延、温間圧延して0.2mm厚とした後に、1100℃で１時間の焼鈍を行い、組織と透磁率を測定した。Al含有量が0.005wt％以上の鋼種Ｏ、Ｐでは貫通粒組織を形成できずに十分な透磁率が得られないのに対して、Al含有量が0.005wt％未満である鋼種Ｍ、Ｎでは、貫通粒組織を形成し、高い透磁率特性が得られる。
【００２６】
【表２】
0003944827.tif 000003
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高珪素電磁鋼板の高透磁率特性を維持したまま、高周波で低鉄損特性を有する高珪素電磁鋼板、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Crを含有した高珪素電磁鋼板の最大比透磁率特性に及ぼす結晶粒径の影響を示す図である。
【図１】
0003944827.tif 000004