(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Cr：1.5mass％以上20mass％以下及びSi：2.5mass％以上10mass％以下を含有し、Ｃ及びＮを合計量で100ppm以下に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物の成分組成に成り、かつ比抵抗が60μΩcm以上である無方向性電磁鋼板において、
鋼板表面に目付量が0.1〜10g／m2の絶縁被膜を有し、該絶縁被膜中に５mass％以上の樹脂を含み、
樹脂のガラス転移点Ｘ（℃）と樹脂の目付量Ｙ（ｇ／m2）とが、下記式を満足することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
記
ln（Ｙ）≧0.04Ｘ−3.5
【請求項２】
請求項１において、鋼板がさらに、Al：５mass％以下を含有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
請求項１または２において、鋼板がさらに、Mn及びＰのいずれか１種又は２種のそれぞれを１mass％以下で含有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、樹脂のガラス転移点が140℃以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気特性に優れる無方向性電磁鋼板、特に商用周波数よりも高い周波数において用いる場合に良好な磁気特性を有し、また使用における騒音の少ない無方向性電磁鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Fe−Si合金は、軟質磁気特性に優れる材料として知られていて、主にSi量が3.5 mass％以下の電磁鋼板として商用周波数用の各種鉄心を中心に多用されている。しかし、使用周波数が商用周波数よりも高い場合には、かかるSi量3.5 mass％以下の電磁鋼板では鉄損が大きくなる不利がある。そのため、このような商用周波数よりも高い周波域での鉄損特性を改善するためには、更に電気抵抗の高い材料が求められている。
【０００３】
ここに、鋼中のSi量を増やせば電気抵抗が増大するから、上記のような高周波域での鉄損を低減する上で好都合である。しかし、その一方で、Si量が3.5 mass％を超えると、合金が極めて硬く脆くなり、加工性が劣ってしまうので圧延による製造、加工が困難となる。特にSi量が5.0 mass％を超える場合には、冷間加工はもちろんのこと、温間加工も不可能になってしまう。
【０００４】
この高Si鋼の加工性を改良し、6.5 mass％程度のSiを含有しても工業的に鋼板を製造できる技術としては、特開昭６１−１６６９２３号公報に開示されている低温強圧下の熱間圧延による方法、そして特開昭６２−２２７０７８号公報に開示されているSiの拡散浸透処理による方法が代表的である。
【０００５】
しかし、前者の特開昭６１−１６６９２３号公報に開示された技術は、合金としての脆性を見かけ上改善すべく圧延組織の微妙な調整が必要とされ、製造過程で厳密な制御を行うことから、工業的に安定して生産するのは困難と推定される。一方、後者の特開昭６２−２２７０７８号公報に開示された技術では、特殊な拡散浸透法を用いるため、工業的な製造を行う場合にはコストにおいて極めて不利と考えられる。しかも、良好な高周波磁気特性を得るために更に電気抵抗を上げるには限界があるものの、Si量をこれらの方法で増量しても、高々80μΩcmの水準までにとどまらざるを得ない。特に、通常の工業的な圧延法で製造できる3.5 mass％以下のSi量の場合、50μΩcm台までの比抵抗しか得られなかった。また、これらのFe−Si合金は、耐食性が劣る点も鉄心などの用途においては問題とされていた。
【０００６】
また、Alは磁気特性の観点でSiと同様に電気抵抗を増大させる効果があり、しかもSi程は加工性を劣化させないことから、Siの一部をAlで置換することにより、加工性が改善されることが知られている。AlはSiよりコスト高であり、磁束密度の減少が大きいなどの弱点があるが、例えばSi：3 mass％、Al：0.7 mass％の組成の鋼は、Si：3.7 mass％の組成の鋼よりも加工性、冷延性が良好であり、磁気特性がほぼ同等である。
【０００７】
しかし、Si：3 mass％以上の鋼において、SiとAlとの合計量が４mass％以上になると、冷間圧延が不能となり、更に、SiとAlとの合計量が６mass％を超える場合には、温間圧延も困難になっていた。しかも、この場合も結局、工業的には60μΩcm未満の比抵抗しか得られていなかった。
【０００８】
いずれにしても、単なるSiやAlの増加により高周波域での鉄損低減を図るよりも、本質的に加工性の改善された新たな成分系に従う合金によって、高周波域にわたる磁気特性と共に、加工性をも確保し、更に、耐食性と低廉性を満たすことが望ましい。
【０００９】
そこで、発明者らは、Fe−Si合金やFe−Si−Al合金について、高い固有抵抗と合金の良好な加工性の両立を達成すべく研究開発を行った末に、Crを共存させることが有効であることの知見を得て、その成果を特開平１１−３４３５４４号公報に開示した。すなわち、これまでは、Fe−Si合金やFe−Si−Al合金において、Crを添加するほど靱性は劣化すると考えられてきたが、Siが3 mass％以上の含有量であっても、Ｃ及びＮの含有量を十分に低減した上で、一定量以上のCrを含有させることにより、むしろ高い靱性が得られること、またCrをSiやAlとともに含有させることにより、電気抵抗の増大に起因して高周波域での鉄損低減が実現されること、をそれぞれ見出した。特に、製造時の加工性が改善されるならば、板厚の薄い鋼板とすることが可能となるから、更なる高周波磁気特性の改善が期待できるのである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
かように電磁鋼板に必要とされる基本的な性能の向上が実現したが、無方向性電磁鋼板にはさらに様々な性能が必要とされ、とりわけ高周波磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板においては使用時の騒音の低減が大きな課題となっている。すなわち、無方向性電磁鋼板における騒音は、該鋼板を電気機器の鉄心に用いた際などに、主に磁歪振動に起因して生じるものであり、特に使用周波数が高い場合には、騒音の抑制は必須である。
【００１１】
そこで、この発明は、Crを含有させた成分系によって、優れた高周波磁気特性を獲得した無方向性電磁鋼板において、その使用時に問題となる騒音を抑制する方途について提案することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）Cr：1.5mass％以上20mass％以下及びSi：2.5mass％以上10mass％以下を含有し、Ｃ及びＮを合計量で100ppm以下に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物の成分組成に成り、かつ比抵抗が60μΩcm以上である無方向性電磁鋼板において、
鋼板表面に目付量が0.1〜10g／m2の絶縁被膜を有し、該絶縁被膜中に５mass％以上の樹脂を含み、
樹脂のガラス転移点Ｘ（℃）と樹脂の目付量Ｙ（ｇ／m2）とが、下記式を満足することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
記
ln（Ｙ）≧0.04Ｘ−3.5----（イ）
【００１３】
（２）上記（１）において、鋼板がさらに、Al：５mass％以下を含有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【００１４】
（３）上記（１）または（２）において、鋼板がさらに、Mn及びＰのいずれか１種又は２種のそれぞれを１mass％以下で含有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【００１６】
（４）上記（１）ないし（３）のいずれかにおいて、樹脂のガラス転移点が140℃以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の無方向性電磁鋼板について、まず、その成分組成の各成分範囲の限定理由を説明する。
Cr：1.5 mass％以上20.0mass％以下
Crは、Siまたは／及びAlとの相乗効果によって電気抵抗を大幅に向上させて高周波域での鉄損を低減し、更には耐食性を向上させる基本的な合金成分であり、特に、3.5 mass％以上のSiを含有する場合、又は３mass％以上のSiかつ１mass％を超えるAlを含有する場合であっても、温間圧延可能な程度の靱性を得るのに極めて有効であり、その観点からは２mass％以上を要する。なお、Si量やAl量が上記範囲よりも少ない場合には、Cr量が２mass％未満でも加工性が確保できるが、Crの加工性向上効果を発揮させ、かつ合金の比抵抗を60μΩcm以上とするためには、1.5 mass％以上のCrが必須である。一方、Cr量が20mass％を超えると靱性向上の効果が飽和するとともに、コスト上昇を招くため、Crの含有量は1.5 mass％以上20mass％以下、好ましくは10mass％以下と規定する。
【００１９】
Si：2.5 mass％以上10mass％以下
Siは、Crとの相乗効果によって電気抵抗を大幅に上昇させ、高周波域での鉄損を低減するのに有効な成分である。しかし、Si量が2.5 mass％未満ではCrやAlを併用しても磁束密度をあまり犠牲にせずに60μΩcm以上の比抵抗を得るには至らない。一方、10mass％を超えるとCrを含有させても温間圧延可能なまでの靱性が確保できないため、Siの含有量は2.5 mass％以上10mass％以下、好ましくは７mass％以下、より好ましくは3.5 mass％以上７mass％以下とする。
【００２０】
Al：5 mass％以下
Alは、Siと同様、Crとの相乗効果によって電気抵抗を大幅に向上させ、高周波域での鉄損を低減するのに有効な成分であるため、この発明では必要に応じてAlを含有させることができる。しかし、Al量が５mass％を超えるとコスト上昇を招く上に、Crの含有によっても温間圧延可能なまでの靱性が確保できなくなるため、Alは５mass％以下の下で含有させる必要がある。一方、Alの下限は特に限定する必要はないが、脱酸や結晶粒成長性の改善を所期する場合は、0.005 〜0.3 mass％程度を含有させ、またAlを積極的に電気抵抗の増大のために活用する場合は、0.5 mass％以上の範囲で含有させることが好ましい。したがって、Alは0.005mass％以上で含有させることが好ましく、より好ましくは0.5 mass％以上３mass％以下とする。
【００２１】
Ｃ及びＮ：合計量で100 ppm 以下
Ｃ及びＮは、Fe−Cr−Si系合金の靱性を劣化させるためにできる限り低減する必要があり、この発明に従うCr量、Si量及びAl量の下で高靱性を確保するためには、合計量で100 ppm 以下に抑えることが肝要である。好ましくは、Ｃ及びＮの各々が50 ppm以下、より好ましくは各30 ppm以下とする。
【００２２】
なお、Ｃ及びＮ以外の不純物量は特に限定されないが、例えばＳについては20ppm 以下、好ましくは10ppm 以下、より好ましくは５ppm 以下に、Ｏについては50ppm 以下、好ましくは30ppm 以下、より好ましくは15ppm 以下に、又は、不純物Ｃ＋Ｓ＋Ｎ＋Ｏの合計量で120 ppm 以下、好ましくは50ppm 以下に、規制することが推奨される。
【００２３】
Mn及びＰのいずれか１種又は２種のそれぞれを１mass％以下
Mn及びＰは、Fe−Cr−Si系合金に更に添加することにより、一層の電気抵抗の上昇を与えることができる。これらの成分の添加により、この発明の趣旨が損なわれることなく、更なる鉄損の低減が達成できる。しかし、これらの成分を大量に添加するとコスト上昇を招くため、それぞれの添加量は１mass％を上限とする。より好ましくは、それぞれ0.5 mass％以下とする。
【００２６】
ちなみに、この発明の磁性材料に優れる高加工性Fe−Cr−Si系合金薄板を製造するには、原料として純度99.9mass％以上の高純度の電解鉄、電解クロム、金属Si、金属Alを用いることが好ましい。Mn、Ｐを添加する場合には、これらも高純度原料を用いる。あるいは、転炉法で製造する場合には、所定の純度にまで十分に精錬し、かつ後工程での汚染を受けないように注意が必要である。
溶製に際しては、転炉法の他、例えば、高真空（10-3Torr以下の圧力）の真空溶解炉を用いることが好ましい。
【００２７】
次いで、熱間圧延は、極力薄くまで圧延することによって、次工程の冷間圧延ないしは温間圧延における加工性、すなわち圧延性を良好にすることができる。これは、この発明のFe−Cr−Si系合金組成の場合には、熱延板の表面部分の方が中心部分よりも靱性が高く、加工性が優れているとの新知見に基づくものである。そのための熱延板の厚みは３mm以下、好ましくは2.5 mm以下、より好ましくは2.0 mm以下とする。
【００２８】
熱延板の靱性が改善されているため、更に温間や冷間で圧延して0.4 mm以下の厚みの薄板とすることができる。一般に、板厚を減じると、とりわけ高周波において渦電流損が有利に抑制され、低鉄損になることは周知である。しかし、これまでは高電気抵抗の材料は圧延性が悪く、通常の圧延法によっては0.5 mm程度までしか減厚されていなかった。また、単に厚みを減じてもヒステリシス損失のために、十分な鉄損低減ができないとされてきた。この点、この発明では、成分系と純度を選ぶことにより、減厚した場合の高周波鉄損特性の効果を促進し得ることを見出したのである。かかる減厚の効果を得るためには、板厚を0.4 mm以下とすることが有効である。ただし、0.01mmよりも薄くするには、コスト上、工業的に無理があるため、板厚の範囲を0.01〜0.4 mm、好ましくは0.03〜0.35mmと規定する。
【００２９】
このような減厚のための圧延においては、材料の加工性が優れているため、特に従来のように熱延板を焼鈍したり、冷間圧延ないし温間圧延の途中で中間焼鈍したりして圧延性を確保することが必ずしも必要でなく、熱延板焼鈍や中間焼鈍を省略して作業能率向上、省エネルギー化、コスト低減を図ることができる。その後の焼鈍や表面仕上げは、通常の電磁鋼板や電磁ステンレス鋼板と同様の工程が適用できる。
【００３０】
最後に、かくして得られた鋼板の表面に目付量：0.1 〜10ｇ／ｍ2 にて絶縁被膜を形成する。この絶縁被膜の形成は、どのような方法でも構わないが、例えば、ロールコータ、バーコータ、フローコータ、スプレー塗装、ナイフコータ、静電塗装および電着塗装等の種々の方法が適用可能であり、必要に応じて焼き付けを実施すればよい。また、焼き付け方法も、熱風式、赤外線式および誘導加熱式等、特に規制するものではない。
【００３１】
ここで、絶縁被膜は、５〜100 mass％の樹脂を含むことが、肝要である。なぜなら、絶縁被膜中に樹脂が含まれていると、騒音の原因となる鋼板同士の振動が吸収される結果、磁気歪みによる振動を効果的に低減できるからである。この効果は、絶縁被膜中の樹脂含有量が５mass％以上において発揮されるから、樹脂含有量は５mass％以上、好ましくは10mass％以上とする。なお、上限については、特に規制する必要はなく、絶縁被膜が全て樹脂であってもよい。また、配合する樹脂の成分は、どのような種類のものでも、５mass％以上の添加で振動低減の効果を発揮する。
【００３２】
この絶縁被膜は、鋼板表面に目付量：0.1 〜10ｇ／ｍ2 で形成する。すなわち、目付量が0.1 ｇ／ｍ2 未満では、均一塗布が困難となるため、一定の騒音吸収能力を確保するのが困難になる。一方10ｇ／ｍ2 をこえると、被膜密着性が低下する傾向があり、また占積率も低下して実用的でなくなる。
【００３３】
また、絶縁被膜に含ませる樹脂には、該樹脂のガラス転移点Ｘ（℃）と絶縁被膜における樹脂の目付量Ｙ（ｇ／ｍ2 ）とが、上記した式（イ）を満足するものを適用する。ここに、Ｃ：５ppm 、Si：3.8 mass％、Mn：0.006mass％、Cr：4.9 mass％、Al：0.006 mass％、Ｎ：12ppm およびＯ：14ppm の成分組成に成り、かつ比抵抗が83μΩcmである無方向性電磁鋼板の表面に、樹脂目付量およびガラス転移点を種々に変化させた、絶縁被膜を形成し、得られた鋼板について鉄心積層時の騒音を調査した。なお、騒音の調査は、ＤＣブラシレス型のモデルモータ（外径：108mm φ、内径：56mmφおよび積層：70mm）を作製して騒音を調査した。
【００３４】
その結果を図１に示すように、ｌｎ（Ｙ）＝0.04Ｘ−3.5 を境に、騒音の低減効果に差があり、上記した式（イ）を満足する範囲において、騒音が著しく低減されることがわかる。従って、絶縁被膜には、上記した式（イ）を満足する樹脂を適用することが有利である。
【００３５】
とりわけ、樹脂のガラス転移点が140 ℃以下であることが、推奨される。なぜなら、ガラス転移点が低くなるほど、無方向性電磁鋼板の使用温度域で軟らかくなって、衝撃吸収能力が高くなるからである。
【００３６】
ちなみに、樹脂種は、どのようなものでもよいが、例えばアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂またはこれらの２種以上の共重合や混合樹脂などが挙げられる。
【００３７】
【実施例】
小型溶解炉にて、表１に示す種々の成分組成になる合金を10kgずつ溶製した。これらの鋳塊を40mm×60mm×100 mmのサイズに切り出し、Ar中で1100℃に加熱して30min 保持した後、60mmを20mmに減厚する形状に粗圧延し、更に1100℃に再加熱して15min 保持してから、板厚2.3 mmまでに熱間圧延した。
【００３８】
【表１】
0004123675.tif 000002
【００３９】
この鋼板から、板厚1.5 mm、幅10mm、長さ55mm、切り欠き2 mmＶノッチのシャルピー試験片を圧延方向と平行に採取し、25℃おきの温度でシャルピー衝撃値を測定して、脆性破面率が50％になる温度、すなわち延性−靱性遷移温度を靱性の指標として求めた。
【００４０】
次に、先の2.3 mm厚の熱延板の表面をショットブラストで手入れをしてから、途中焼鈍なしで冷間圧延を行って0.20mm厚の薄鋼板に仕上げた。但し、遷移温度が室温を超える場合には、300 ℃に予熱して温間圧延とした。また、特に遷移温度が200 ℃を超える場合には、加熱温度を450 ℃とし、パスごとに再加熱する方法で温間圧延とした。続いて、これらの薄鋼板から、外径30mm、内径20mmのリング状試験片を切り出し、水素中1000℃で60min の焼鈍ののち、BHアナライザにより周波数10kHz 、磁束密度0.1 Ｔに対する鉄損値を測定した。また、同じ薄鋼板から別途、幅30mm、長さ280 mmの試験片を切り出して上述と同様に焼鈍し、四端子法によって比抵抗を測定した。表２に各鋼種の遷移温度と温間圧延の加熱方法、比抵抗及び鉄損値を示す。
また、耐食性はJIS Z2371 に準拠した塩水噴霧試験を2 時間行い、板表面の錆発生面積率が20％以下なら「良」、20％を超え80％以下なら「中」、80％超えなら「劣」と判定した。
【００４１】
【表２】
0004123675.tif 000003
【００４２】
さらに、上記の薄鋼板の表面に、ロールコータ塗布にて、表３および４に示す種々の絶縁被膜を形成し、該被膜付き鋼板を外径：108mm φおよび内径：56mmφに打ち抜き、それを70mm厚さに積層してボルト締めし、ＤＣブラシレス型モデルモータを作製して騒音を測定した。その結果を、表３および４に併記する。
【００４３】
【表３】
0004123675.tif 000004
【００４４】
【表４】
0004123675.tif 000005
【００４５】
【発明の効果】
この発明によれば、従来のSi量6.5 mass％までのFe−Si合金やFe−Al合金に比べて同等以上の高周波磁気特性を、優れた加工性および耐食性に併せて獲得した無方向性電磁鋼板において、その使用時に問題となる騒音を有利に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    絶縁被膜中樹脂のガラス転移点および目付量と騒音との関係を示す図である。
【図１】
0004123675.tif 000006