(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ化合物を含む無酸化性ガス雰囲気で張力０．１５ｋｇ／ｍｍ２以下で浸珪処理を行い、Ｓｉ拡散処理を行って、表層Ｓｉ濃度が板厚方向中心部のＳｉ濃度よりも高い板厚方向に不均一なＳｉ濃度分布を形成し、鋼板表層と中心部とのＳｉ濃度差を０．７ｗｔ．％以上とすることを特徴とする高珪素鋼板の製造方法。
【請求項２】
鋼板表層と中心部とのＳｉ濃度差が２．０ｗｔ．％以上であることを特徴とする請求項１に記載の高珪素鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーター、トランス、リアクトル、変成器（ＣＴ）の鉄心材料として使用される表面粗さの小さい高珪素鋼板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高珪素鋼板は、モーター、トランス、リアクトル、変成器（ＣＴ）の鉄心材料に使用され、Ｓｉの含有量が増すほど鉄損が低減し、Ｓｉ：６．５ｗｔ．％では磁歪が０となり、最大透磁率のピークとなる等、優れた磁気特性を示すことが知られている。
【０００３】
また、モーター、トランス、リアクトル、変成器（ＣＴ）の効率の改善のために、鋼板の占積率を高める必要があり、そのために表面粗度を下げることが有効であることが知られている。例えば、特開平１０−２５５５４号公報には、Ｒａ≦０．６μｍとしたインバータ制御コンプレッサモーター用無方向性電磁鋼板が開示されている。
【０００４】
ところで、従来、高珪素鋼板の製造方法として、低珪素鋼を圧延により薄板とした後、鋼板表面からＳｉを浸透拡散させる、いわゆる浸珪法が知られている。このように浸珪法を採用することによって、圧延法では製造が困難であった６．５ｗｔ．％Ｓｉ鋼板の製造が可能となった。
【０００５】
しかしながら、浸珪法により６．５ｗｔ．％Ｓｉ鋼板を製造しようとした場合には、板厚０．３ｍｍの場合、１２００℃の高温で２０分間以上の浸珪・拡散処理が必要であり、この熱処理によって表面粗さが大きくなり、占積率が小さくなるという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、浸珪法によって表面粗さが小さい高珪素鋼板およびその製造方法を提供すること目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、浸珪法により高珪素鋼板を製造する場合に、板厚方向にＳｉの濃度分布が存在する時点で拡散処理を打ち切り、板厚方向に、表層Ｓｉ濃度が板厚中心部のＳｉ濃度よりも高い所定のＳｉ濃度勾配を形成することにより、表面粗さを低くすることができ、占積率を高めることができることを見出した。
【０００９】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、Ｓｉ化合物を含む無酸化性ガス雰囲気で張力０．１５ｋｇ／ｍｍ２以下で浸珪処理を行い、Ｓｉ拡散処理を行って、表層Ｓｉ濃度が板厚方向中心部のＳｉ濃度よりも高い板厚方向に不均一なＳｉ濃度分布を形成し、鋼板表層と中心部とのＳｉ濃度差を０．７ｗｔ．％以上とすることを特徴とする高珪素鋼板の製造方法を提供する。この場合に、鋼板表層と中心部とのＳｉ濃度差が２．０ｗｔ．％以上であることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明について具体的に説明する。
本発明の高珪素鋼板は、Ｓｉ化合物を含む無酸化性ガス雰囲気での浸珪処理が施され、表層Ｓｉ濃度が板厚方向中心部のＳｉ濃度よりも高い板厚方向に不均一なＳｉ濃度分布を有し、鋼板表層と中心部とのＳｉ濃度差が０．７ｗｔ．％以上である。
【００１１】
このように浸珪法を用いて製造される高珪素鋼板の場合には、高温での浸珪時間、拡散時間および鋼板表層からの浸珪速度を制御することで、表層のＳｉ濃度を高くし、板厚中心部のＳｉ濃度を低くして、板厚方向に所定のＳｉ濃度勾配を形成することができる。そして、このような濃度勾配と表面粗度との相関を調査した結果、板厚方向のＳｉ濃度差が０．２ｗｔ．％以下の鋼板の表面粗度Ｒａが２．０〜３．０μｍであったのに対し、Ｓｉ濃度差を０．７ｗｔ．％以上とすることで鋼板の表面粗度をＲａ≦２．０μｍにすることができることが判明した。このように従来よりも表面粗度を小さくすることができることにより、占積率を上昇させることができる。
【００１２】
浸珪処理で均一なＳｉ濃度を得るためには、板厚０．３ｍｍの場合、１２００℃の高温で２０分間以上の浸珪・拡散処理を行わなければならないが、本発明のように板厚方向にＳｉ濃度勾配を形成する場合には、この処理時間を１０分間以下まで短縮することができる。したがって、このようにＳｉ濃度勾配が存在するうちに浸珪処理を終了させることにより、在炉時間短縮によるクリープの抑止効果が発揮されると考えられる。また、高温強度の高い低珪素部分を内部に有することで粒界すべりの防止効果が発揮されると考えられる。つまり、上述のクリープ抑制効果および粒界すべりの防止効果により表面粗度が小さくなったものと推定される。
【００１３】
表面粗度Ｒａは、このようなＳｉ濃度差が大きくなるほど小さくなり、Ｓｉ濃度差を２．０ｗｔ．％以上とするとＲａ≦１．０μｍとなる。したがって、Ｓｉ濃度差が２．０ｗｔ．％以上が一層好ましい。
【００１４】
本発明に係る高珪素鋼板は、このように表面粗度が小さくなる結果占積率を大きくすることができるので、特に、突入電流防止トランス、高周波トランス、高周波リアクトル、変成器（ＣＴ）、各種モーターに好適である。
【００１５】
なお、表層のＳｉ濃度を５〜７ｗｔ．％とした上で、上述したようなＳｉ濃度勾配を形成すると、このように表面粗度が小さくなって占積率を向上させることができるといった効果の他に、高周波鉄損の低下、残留磁束密度の低下という特性上の効果をも得ることができる。したがって、この意味からも上記用途に極めて適したものといえる。
【００１６】
本発明においては、上述のような濃度勾配を浸珪法によって形成する。すなわち、Ｓｉ化合物を含む無酸化性ガス雰囲気で浸珪処理を行い、Ｓｉ拡散処理を行って所望のＳｉ濃度勾配を形成する。
【００１７】
具体的には、鋼板をＳｉ系化合物を含む無酸化性ガス雰囲気で張力０．１５ｋｇ／ｍｍ２以下で浸珪処理し、次いで、Ｓｉ系化合物を含まない無酸化性ガス雰囲気でＳｉの拡散処理を行ってＳｉの拡散速度を制御し、表層のＳｉ濃度が板厚中心部のＳｉ濃度よりも高い状態にあるうちに打ち切ることにより、上述のようなＳｉ濃度分布を形成することができる。
【００１８】
また、鋼板表面からＳｉを浸透させる浸珪処理および浸透させたＳｉを鋼板内に拡散させる拡散処理をＳｉ化合物を含む無酸化性雰囲気で同時的に行って浸珪および拡散速度を制御し、表層のＳｉ濃度が板厚中心部のＳｉ濃度よりも高い状態にあるうちに打ち切り、上述のようなＳｉ濃度分布を形成することもできる。
【００１９】
後者の方法によれば、浸珪処理および拡散処理を同一雰囲気で同時的に行うことにより、炉の構造を簡略化することができるとともに、従来拡散炉で問題となっていた鋼板酸化も抑制することができ、また、浸珪・拡散処理炉における雰囲気調整、Ｓｉ化合物の導入箇所およびその流量、ならびに鋼板Ｓの移動速度等を調節することにより、Ｓｉ濃度分布を制御しやすく、極めて自由度の高い処理を行うことができる。
【００２０】
ここで、浸珪処理は、Ｓｉ化合物ガスを用いて行う。処理に用いるＳｉ化合物ガスは、特に限定されるものではなく、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ5、ＳｉＣｌ4等を用いることができるが、中でもＳｉＣｌ4が好ましい。処理ガスとしてＳｉＣｌ4を用いる場合には、処理温度を１０２３〜１２５０℃の範囲にすることが好ましい。また、浸珪処理（後者の方法の場合には浸珪処理および拡散処理）の際のＳｉＣｌ4の濃度は０．０２〜３５ｍｏｌ％とすることが好ましい。
【００２１】
本発明において、Ｓｉ以外の成分は特に限定されるものではなく、通常この種の鋼板として用いられる範囲であればよい。すなわち、Ｃ≦０．０２ｗｔ．％、０．０５ｗｔ．％≦Ｍｎ≦０．５ｗｔ．％、Ｐ≦０．０１ｗｔ．％、Ｓ≦０．０２ｗｔ．％、０．００１ｗｔ．％≦ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０６ｗｔ．％、Ｎ≦０．０１ｗｔ．％の範囲が好ましい。
【００２２】
Ｃは多量に含有されると磁気時効を引き起こすため、０．０２ｗｔ．％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０．００１ｗｔ．％とすることが好ましい。
【００２３】
Ｍｎは多量に含有されると鋼板が脆くなるため、０．５ｗｔ．％以下とすることが好ましい。また、その含有量が低く過ぎると、熱延工程で破断や表面キズを誘発するため、０．０５ｗｔ．％以上であることが好ましい。
【００２４】
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、０．０１ｗｔ．％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、経済的に除去する観点からは０．００１ｗｔ．％とすることが好ましい。
【００２５】
Ｓは加工性を劣化させるため、０．０２ｗｔ．％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０．００１ｗｔ．％とすることが好ましい。
【００２６】
ｓｏｌ．Ａｌは同じく加工性を害するため、０．０６ｗｔ．％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０．００１ｗｔ．％以上が好ましい。
【００２７】
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、０．０１ｗｔ．％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０．０００１ｗｔ．％が事実上の下限となる。
【００２８】
なお、表層および板厚中心部のＳｉ濃度の差は、全板厚をＥＰＭＡ（エレクトロンプローブマイクロアナライザー）分析して得られるＳｉ濃度プロファイルから決定することができる。また、本発明の効果は鋼板の板厚によらず得ることができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
板厚０．３５ｍｍの３ｗｔ．％珪素鋼板を母材とし、ＳｉＣｌ4ガスを反応ガスとして用い、連続浸珪ラインを使用し、１２００℃の処理温度で、浸珪・拡散条件および在炉時間（具体的にはライン速度）を種々変化させ、鋼板表層と中心部とのＳｉ濃度差の異なる材料を作成した。この際のライン張力は０．１５ｋｇ／ｍｍ2とした。ライン張力をこれより小さくすることにより表面粗度を小さくすることができるが、蛇行等の問題等が生じやすくなる。０．１ｋｇ／ｍｍ2を超えると顕著なクリープ伸びにより表面粗度が大きくなるため、上限と考えられる０．１５ｋｇ／ｍｍ2で試験を行った。処理温度は、低いほど表面粗度を小さくすることができるが、反応速度が遅くなるため長時間を要し、１２５０℃を超えると材料表面が溶融してくるため、現在工業的安定製造の条件である１２００℃を採用した。
【００３０】
表１に鋼板表層と板厚中心部のＳｉ濃度差と表面粗度Ｒａとの相関を調査した結果の一部を示す。Ｓｉ濃度差はＥＰＭＡにより表層と板厚中心部とを点分析して求めた。また、表面粗度は、触針式で、測定長８ｍｍ、カットオフ０．８ｍｍで行った。また図１には、Ｓｉ濃度差ΔＳｉとＲａとをプロットした結果を示す。
【００３１】
【表１】
0004269350.tif 000002
【００３２】
表１に示すように、本発明の範囲のＳｉ濃度差を有するものは表面粗度Ｒａが２．０μｍ以下となり、特にＳｉ濃度差が２．０ｗｔ．％以上のものはＲａが１．０μｍ以下と極めて良好な表面粗度が得られることが確認された。また、図１に示すように、Ｓｉ濃度差が大きくなるほどＲａが小さくなる関係を明確に確認することができた。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｓｉ化合物を含む無酸化性ガス雰囲気での浸珪処理により、表層Ｓｉ濃度が板厚方向中心部のＳｉ濃度よりも高い板厚方向に不均一なＳｉ濃度分布を形成して、鋼板表層と中心部との間に所定のＳｉ濃度差を形成することにより、Ｒａ≦２．０μｍ以下、さらにはＲａ≦１．０μｍ以下と表面粗さの小さい高珪素鋼板を得ることができ、占積率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｉ濃度差ΔＳｉと表面粗度Ｒａとの関係を示す図。
【図１】
0004269350.tif 000003