JP6519725B1

JP6519725B1 - 複層型電磁鋼板

Info

Publication number: JP6519725B1
Application number: JP2019511515A
Authority: JP
Inventors: 善彰財前; 尾田　善彦; 善彦尾田; 多津彦平谷
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2038-12-10
Also published as: EP3725907A1; EP3725907B1; MX2020006108A; KR20200092392A; EP3725907A4; JPWO2019117096A1; KR102394513B1

Abstract

低高周波鉄損と高磁束密度を両立させた複層型電磁鋼板を提供する。内層部と、前記内層部の両側に設けられた表層部とからなる複層型電磁鋼板であって、前記表層部および内層部が所定の成分組成を有し、前記表層部と内層部のＳｉ含有量の差：ΔＳｉが０．５〜４．０質量％であり、前記表層部と内層部のＡｌ含有量の差の絶対値：ΔＡｌが０．０５質量％以下であり、前記複層型電磁鋼板の板厚：ｔに対する前記表層部の厚さ：ｔ1の比率（ｔ1／ｔ）が０．１０〜０．７０であり、磁界の強さ:１０００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ10が１．３Ｔ以上であり、前記Ｂ10に対する、磁界の強さ：１００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ1の比（Ｂ1／Ｂ10）が０．４５以上であり、かつ、周波数：１ｋＨｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損：Ｗ10/1k（Ｗ／ｋｇ）と、前記板厚：ｔ（ｍｍ）とが、下記（１）式を満たす、複層型電磁鋼板。Ｗ10/1k≦１５＋１４０×ｔ …（１）

Description

本発明は、複層型電磁鋼板に関し、特に、低高周波鉄損と高磁束密度を両立させた複層型電磁鋼板に関する。

ハイブリッド電気自動車用や掃除機用のモータは、小型化、高効率化の観点より、４００Ｈｚ〜２ｋＨｚといった高周波域での駆動が行われている。そのため、このようなモータのコア材として使用される無方向性電磁鋼板には、高周波鉄損が低く、磁束密度の高い電磁鋼板が要望されている。

高周波鉄損を低減するためには固有抵抗の増大が効果的である。そのため、Ｓｉ量を増加させることによって固有抵抗を増加させた高Ｓｉ鋼の開発が行われてきた。しかし、Ｓｉは非磁性元素であるため、Ｓｉ量の増加に伴って飽和磁化が低下するという問題があった。

そこで、高周波鉄損低減と高磁束密度を両立させる手法として、電磁鋼板の板厚方向におけるＳｉ濃度勾配を制御した、Ｓｉ傾斜磁性材料が開発されている。例えば、特許文献１では、板厚方向にＳｉの濃度勾配を有し、鋼板表面のＳｉ濃度が鋼板の板厚中心部のＳｉ濃度よりも高い電磁鋼板が提案されている。具体的には、前記電磁鋼板では、板厚中心部のＳｉ濃度が３．４％以上である一方、Ｓｉ濃度が５〜８質量％である表層部が鋼板の両表面に設けられている。そして、前記表層部の厚さが、板厚の１０％以上とされている。

特開平１１−２９３４２２号公報

しかし、特許文献１で提案されているような従来のＳｉ傾斜磁性材料には、最高周波数が数ｋＨｚである電気機器の鉄心材料として使用すると、ヒステリシス損が高いため、鉄損が十分に低下しないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低高周波鉄損と高磁束密度を両立させた複層型電磁鋼板を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決する方法について鋭意検討した結果、高周波鉄損を低減するためには、鋼板表層部と内層部におけるＳｉ濃度差を適切に制御するとともに、Ｐ、Ｓｎ、およびＳｂからなる群より選択される１または２以上を添加することが重要であることを見出した。本発明は前記知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。

１．内層部と、前記内層部の両側に設けられた表層部からなる複層型電磁鋼板であって、
前記表層部が、質量％で、
Ｓｉ：２．５〜６．０％、ならびに
Ｐ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、およびＳｂ：０．００１〜０．１％からなる群より選択される１または２以上を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
前記内層部が、質量％で、
Ｓｉ：１．５〜５．０％、ならびに
Ｐ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、およびＳｂ：０．００１〜０．１％からなる群より選択される１または２以上を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
前記表層部におけるＳｉ含有量：［Ｓｉ］₁と前記内層部におけるＳｉ含有量：［Ｓｉ］₀の差（［Ｓｉ］₁−［Ｓｉ］₀）として定義されるΔＳｉが０．５〜４．０質量％であり、
前記表層部に不可避的不純物として含まれるＡｌの含有量：［Ａｌ］₁と前記内層部に不可避的不純物として含まれるＡｌの含有量：［Ａｌ］₀の差の絶対値（｜［Ａｌ］₁−［Ａｌ］₀｜）として定義されるΔＡｌが０．０５質量％以下であり、
前記複層型電磁鋼板の板厚：ｔに対する前記表層部の合計厚さ：ｔ₁の比率（ｔ₁／ｔ）が０．１０〜０．７０であり、
磁界の強さ:１０００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ₁₀が１．３Ｔ以上であり、
前記Ｂ₁₀に対する、磁界の強さ：１００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ₁の比（Ｂ₁／Ｂ₁₀）が０．４５以上であり、かつ、
周波数：１ｋＨｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損：Ｗ_10/1k（Ｗ／ｋｇ）と、前記板厚：ｔ（ｍｍ）とが、下記（１）式を満たす、複層型電磁鋼板。
Ｗ_10/1k≦１５＋１４０×ｔ …（１）

２．前記表層部の成分組成と前記内層部の成分組成のいずれか一方または両方が、さらに、質量％で、
Ｍｏ：０．００１〜０．１％を含む、上記１に記載の複層型電磁鋼板。

本発明によれば、低高周波鉄損と高磁束密度を両立させた複層型電磁鋼板を提供することが出来る。

本発明の一実施形態における複層型電磁鋼板の構造を示す模式図である。複層型電磁鋼板の板厚方向における、Ｓｉ含有量プロファイルの例を示す模式図である。表層部と内層部におけるＳｉ含有量の差（ΔＳｉ）と全鉄損（Ｗ_10/1k）との相関を示すグラフである。表層部と内層部におけるＳｉ含有量の差（ΔＳｉ）と磁束密度比（Ｂ₁／Ｂ₁₀）との相関を示すグラフである。複層型電磁鋼板の板厚：ｔに対する前記表層部の合計厚さ：ｔ₁の比として定義される複層比と全鉄損（Ｗ_10/1k）との相関を示すグラフである。

以下、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な実施形態の例を示すものであって、本発明はこれに限定されない。

［複層型電磁鋼板］
図１は、本発明の一実施形態における複層型電磁鋼板の構造を示す模式図である。また、図２は、複層型電磁鋼板の板厚方向における、Ｓｉ含有量プロファイルの例を示す模式図である。図２における縦軸は板厚方向の位置を示しており、０が複層型電磁鋼板の一方の表面を、ｔが該複層型電磁鋼板の他方の表面を、それぞれ表している。

図１に示したように、本発明の複層型電磁鋼板１（以下、単に「鋼板」という場合がある）は、内層部１０と、内層部１０の両側に設けられた表層部２０からなり、表層部２０と内層部１０は、Ｓｉ含有量が異なっている。Ｓｉ含有量は、鋼板の板厚方向において、連続的に変化しいてもよく（図２（ａ））、段階的に変化していてもよい（図２（ｂ））。Ｓｉ含有量が段階的に変化している場合、２段階以上の任意の段階でＳｉ含有量を変化させることができる。なお、以下の説明において「表層部」とは、複層型電磁鋼板の両側の表面に設けられた表層部を指すものとする。したがって、本発明においては、複層型電磁鋼板の一方の面に設けられた第１の表層部と他方の面に設けられた第２の表層部の両者が、以下に述べる条件を満たす。

ここで、鋼板の全板厚におけるＳｉ含有量の平均値よりもＳｉ含有量が高い部分を「表層部」、前記平均値よりもＳｉ含有量が低い部分を「内層部」と定義する。なお、後述するように、Ｓｉ量の異なる２種の鋼材（高Ｓｉ材と低Ｓｉ材）をクラッドすることによって複層型電磁鋼板を製造した場合は、通常、前記高Ｓｉ材からなる部分が表層部、前記低Ｓｉ材からなる部分が内層部となる。そしてその場合、表層部内のＳｉ量は実質的に一定であり、内層部内のＳｉ量も実質的に一定である。

［成分組成］
まず、前記表層部と内層部の成分組成について説明する。なお、以下の説明において、各元素の含有量を表す「％」は、特に断らない限り「質量％」を表すものとする。

［表層部の成分組成］
まず、前記表層部の成分組成について説明する。本発明においては、複層型電磁鋼板の一方の面に設けられた第１の表層部と他方の面に設けられた第２の表層部の両者が、以下に述べる成分組成を有する。一般的には、第１の表層部の成分組成と第２の表層部の成分組成は同一とすればよいが、両者が異なっていてもよい。また、ここで表層部における元素の含有量とは、１つの表層部における当該元素の平均含有量を指すものとする。

Ｓｉ：２．５〜６．０％
Ｓｉは、鋼板の電気抵抗を高め、渦電流損を低減する作用を有する元素である。表層部のＳｉ含有量（［Ｓｉ］₁）が２．５％未満であると、効果的に渦電流損を低減することができない。そのため、表層部のＳｉ含有量は２．５％以上、好ましくは３．０％以上、より好ましくは３．５％超とする。一方、表層部のＳｉ含有量が６．０％を超えると、飽和磁化の低下により磁束密度が低下する。そのため、表層部のＳｉ含有量は６．０％以下、好ましくは５．５％未満、より好ましくは５．０％以下とする。なお、上述したように、表層部におけるＳｉ含有量が２．５〜６．０％であるとは、第１の表層部における平均Ｓｉ含有量が２．５〜６．０％であり、かつ第２の表層部における平均Ｓｉ含有量が２．５〜６．０％であることを意味する。第１の表層部における平均Ｓｉ含有量と第２の表層部における平均Ｓｉ含有量とは同じであっても、異なっていてもよい。他の元素についても同様の定義が適用される。

上記表層部の成分組成は、さらにＰ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、およびＳｂ：０．００１〜０．１％からなる群より選択される１または２以上を含む。

Ｐ：０．０１〜０．１％
Ｐを添加することにより、集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｐを添加する場合、前記効果を得るためにＰ含有量を０．０１％以上とする。一方、Ｐ含有量が０．１％を超えると効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｐ含有量は０．１％以下とする。

Ｓｎ：０．００１〜０．１％
Ｐと同様に、Ｓｎを添加することにより、集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｓｎを添加する場合、前記効果を得るためにＳｎ含有量を０．００１％以上とする。一方、Ｓｎ含有量が０．１％を超えると効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｓｎ含有量は０．１％以下とする。

Ｓｂ：０．００１〜０．１％
ＰおよびＳｎと同様に、Ｓｂを添加することにより、集合組織が大きく改善し、磁束密度が向上するとともにヒステリシス損を低下させることができる。Ｓｂを添加する場合、前記効果を得るためにＳｂ含有量を０．００１％以上とする。一方、Ｓｂ含有量が０．１％を超えると効果が飽和することに加えて、製造性の低下およびコストの上昇を招く。そのため、Ｓｂ含有量は０．１％以下とする。

本発明の一実施形態では、前記表層部が、上記元素を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有する。

なお、前記不可避的不純物として複層型電磁鋼板に含まれうる元素の例としては、Ａｌが挙げられる。Ａｌ含有量を０．１％以下に抑制すれば、磁束密度をさらに向上させることができる。そのため、Ａｌ含有量は０．１％以下に抑制することが好ましい。

また、本発明の他の実施形態においては、上記表層部の成分組成が、さらにＭｏを、以下の量で含有することができる。

Ｍｏ：０．００１〜０．１％
Ｍｏは、鋼板表層の酸化を抑制することによって鉄損をさらに低減する効果を有する元素である。Ｍｏを添加する場合、前記効果を得るために、Ｍｏ含有量を０．００１％以上とする。一方、Ｍｏ含有量が０．１％を超えると、炭化物を形成し、鉄損が増加する。そのため、Ｍｏ含有量は０．１％以下とする。

本発明の一実施形態における前記表層部は、質量％で、
Ｓｉ：２．５〜６．０％と、
Ｐ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、およびＳｂ：０．００１〜０．１％からなる群より選択される１または２以上と、
任意に、Ｍｏ：０．００１〜０．１％とを含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有することができる。

また、本発明の他の実施形態における前記表層部は、質量％で、
Ｓｉ：２．５〜６．０％と、
Ｐ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、およびＳｂ：０．００１〜０．１％からなる群より選択される１または２以上と、
任意に、Ｍｏ：０．００１〜０．１％と、
残部のＦｅおよび不可避不純物とからなる成分組成を有することができる。

［内層部の成分組成］
次に、内層部の成分組成について説明する。ここで内層部における元素の含有量とは、内層部における当該元素の平均含有量を指すものとする。

Ｓｉ：１．５〜５．０％
内層部のＳｉ含有量（［Ｓｉ］₀）が１．５％未満であると高周波鉄損が増加する。そのため、内層部のＳｉ含有量は１．５％以上とする。一方、内層部のＳｉ含有量が５．０％を超えると、モータコアの打ち抜き時にコアが割れるといった問題が生じる。そのため、内層部のＳｉ含有量は５．０％以下とする。内層部のＳｉ含有量は、４．０％以下とすることが好ましく、２．８％以下とすることがより好ましい。

上記内層部の成分組成は、さらにＰ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、およびＳｂ：０．００１〜０．１％からなる群より選択される１または２以上を含む。

本発明の一実施形態では、前記内層部が、上記元素を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有する。

また、本発明の他の実施形態においては、上記内層部の成分組成が、さらにＭｏを、以下の量で含有することができる。

Ｍｏ：０．００１〜０．１％
Ｍｏは、上述したように、鋼板表層の酸化を抑制することによって鉄損をさらに低減する効果を有する元素である。酸化防止のためには鋼板の表層部にＭｏが存在すればよいが、内層部にＭｏを添加してもよい。例えば、後述する浸珪処理によって複層型電磁鋼板を製造する場合、表層部にＭｏを添加するためには、鋼板全体にＭｏを添加すればよく、したがって、その場合、内層部にもＭｏが存在する。また、浸珪処理以外の方法で製造する場合でも、内層部にＭｏを添加してよい。製造上の観点から、内層部にＭｏを添加する場合、内層部のＭｏ含有量を表層部のＭｏ含有量と同様、０．００１％以上とする。一方、Ｍｏ含有量が０．１％を超えると、炭化物を形成し、鉄損が増加する。そのため、Ｍｏ含有量は０．１％以下とする。

本発明の一実施形態における前記内層部は、質量％で、
Ｓｉ：１．５〜５．０％と、
Ｐ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、およびＳｂ：０．００１〜０．１％からなる群より選択される１または２以上と、
任意に、Ｍｏ：０．００１〜０．１％とを含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有することができる。

また、本発明の他の実施形態における前記内層部は、質量％で、
Ｓｉ：１．５〜５．０％と、
Ｐ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、およびＳｂ：０．００１〜０．１％からなる群より選択される１または２以上と、
任意に、Ｍｏ：０．００１〜０．１％と、
残部のＦｅおよび不可避不純物とからなる成分組成を有することができる。

［Ｓｉ含有量の差］
表層部と内層部のＳｉ含有量の差（ΔＳｉ）が磁気特性に与える影響について検討するために、ΔＳｉが異なる複層型電磁鋼板を以下の手順で作製し、その磁気特性を評価した。

まず、複層型電磁鋼板の板厚（全厚）に対する表層部の厚さの比率が０．３０となるように、内層部用の鋼の両面に表層部用の鋼を貼り合わせ、熱間圧延した。前記表層部用の鋼と内層部用の鋼は、いずれも所望の成分組成となるように溶製してインゴットとした。内層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］₀は２．０％とし、表層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］₁は２．１％〜６．５％の範囲で変化させた。なお、表層部と内層部のいずれについても、Ａｌ含有量を０．００１％、Ｓｎ含有量を０．０４％とした。表層部および内層部のいずれの成分組成も、残部はＦｅおよび不可避的不純物とした。また、表層部の成分組成は、両面とも同じとした。

前記熱間圧延後、９５０℃×３０ｓの熱延板焼鈍を行い、次いで、冷間圧延により板厚を０．２０ｍｍとした。その後、１０００℃×３０ｓの仕上焼鈍を行って、複層型電磁鋼板を得た。

得られた複層型電磁鋼板のそれぞれから、幅３０ｍｍ、長さ１８０ｍｍの試験片を採取し、エプスタイン試験を行って磁気特性を評価した。前記エプスタイン試験では、試験片の長さ方向が圧延方向（Ｌ方向）となるように採取したＬ方向試験片と、試験片の長さ方向が圧延直角方向（Ｃ方向）となるように採取したＣ方向試験片を等量用い、Ｌ方向とＣ方向における磁気特性の平均値を評価した。

図３に、表層部と内層部におけるＳｉ含有量の差（［Ｓｉ］₁−［Ｓｉ］₀）として定義されるΔＳｉ（質量％）と、１．０Ｔ、１ｋＨｚにおける全鉄損：Ｗ_10/1k（Ｗ／ｋｇ）との相関を示す。また、図４に、ΔＳｉと、磁束密度比との相関を示す。ここで、前記「磁束密度比」とは、磁界の強さ:１０００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ₁₀に対する、磁界の強さ：１００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ₁の比（Ｂ₁／Ｂ₁₀）を指すものとする。

図３に示した結果から分かるように、ΔＳｉが０．５質量％以上、４．０質量％以下であれば、鉄損を低く抑えることができる。また、図４に示した結果から分かるように、ΔＳｉが４．０質量％を超えると、磁束密度比が急激に低下する。これは、次のような理由によると考えられる。すなわち、表層部のＳｉ量が内層部に比べて高い場合、表層部の透磁率が内層部より高くなる。その結果、磁束が表層部に集中し、渦電流損が低下する。しかし、ΔＳｉが過度に大きいと、それにともなって表層部と内層部との格子定数の差および磁歪の差が大きくなる。その結果、鋼板を磁化した際にかかる応力が増大するため、ヒステリシス損が増加し、低中磁場域における磁束密度は低下する。

以上の理由により、本発明では表層部におけるＳｉ含有量と前記内層部におけるＳｉ含有量の差（［Ｓｉ］₁−［Ｓｉ］₀）として定義されるΔＳｉを０．５〜４．０質量％とする。

［Ａｌ含有量の差］
表層部と内層部の磁歪はＳｉ量の影響を強く受けるが、集合組織の影響も受ける。例えば、表層部と内層部の不純物量が異なっていると、仕上げ焼鈍時の集合組織形成が大きく異なってくるため、表層部と内層部の磁歪差が大きくなる。特にＡｌは集合組織形成に大きく影響する元素である。そのため、表層部に不可避的不純物として含まれるＡｌの含有量：［Ａｌ］₁と内層部に不可避的不純物として含まれるＡｌの含有量：［Ａｌ］₀の差の絶対値（｜［Ａｌ］₁−［Ａｌ］₀｜）として定義されるΔＡｌを０．０５質量％以下とする。一方、ΔＡｌの下限についてはとくに限定されないが、０であってよい。

［複層比］
次に、複層型電磁鋼板の板厚：ｔに対する表層部の合計厚さ：ｔ₁の比率（ｔ₁／ｔ）（以下、「複層比」という場合がある）が磁気特性に与える影響について検討するために、複層比が異なる複層型電磁鋼板を以下の手順で作製し、その磁気特性を評価した。ここで、「表層部の合計厚さ」とは、両側に設けられている表層部の厚さの和を指す。

まず、表層部用の鋼と内層部用の鋼を、複層比が０．０２〜０．８０となるように貼り合わせ、熱間圧延した。前記表層用の鋼と内層部用の鋼は、いずれも所望の成分組成となるように溶製してインゴットとした。表層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］₀は４．５％、内層部のＳｉ含有量［Ｓｉ］₁は２．０％とした。また、表層部および内層部のいずれにおいても、Ｐ含有量：０．０５％、Ｓｎ含有量：０．０５％、Ｓｂ含有量、不可避的不純物として含まれるＡｌの含有量：０．００１％とし、残部はＦｅおよび不可避的不純物とした。また、表層部の成分組成は、両面とも同じとした。

前記熱間圧延後、９５０℃×３０ｓの熱延板焼鈍を行い、次いで、冷間圧延により板厚を０．１０ｍｍとした。その後、１０００℃×３０ｓの仕上焼鈍を行って、複層型電磁鋼板を得た。

図５に、複層比（ｔ₁／ｔ）と全鉄損（Ｗ_10/1k）との相関を示す。この結果より、複層比が０．１０〜０．７０の場合に鉄損が大きく低下していることがわかる。この鉄損の低下は、以下の理由によると考えられる。まず、複層比が０．１０未満である場合、高抵抗である表層部の割合が低いため、表層部に集中する渦電流を効果的に低減することができない。一方、複層比が０．７０を超える場合には表層部と内層部の透磁率差が小さくなるため、内層部にまで磁束が浸透し、内層部からも渦電流損が発生する。したがって、複層比を０．１０〜０．７０とすることによって鉄損を低減できる。以上の理由から、本願発明では複層比（ｔ₁／ｔ）を０．１０〜０．７０とする。

［板厚］
なお、上記複層型電磁鋼板の板厚：ｔは特に限定されず、任意の値とすることができる。しかし、複層型電磁鋼板が薄すぎると、該複層型電磁鋼板の製造における冷間圧延、焼鈍が困難となり、コストアップが問題となる場合がある。そのため、製造コスト削減の観点からは、ｔを０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、ｔを０．３ｍｍ以下とすれば、渦電流損をさらに低減し、その結果、全鉄損を一層低下させることができる。そのため、ｔは０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。

［磁束密度］
Ｂ₁₀：１．３Ｔ以上
本発明の複層型電磁鋼板は、高い磁束密度を備えており、具体的には、磁界の強さ:１０００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ₁₀が１．３Ｔ以上である。電磁鋼板の高磁束密度化は、該電磁鋼板を用いて製造されるモータのトルク向上に有効である。また、磁束密度が高いと、少ない電流で同じトルクを得ることができるため、その結果、銅損を低減することができる。

Ｂ₁／Ｂ₁₀：０．４５以上
前記Ｂ₁₀に対する、磁界の強さ：１００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ₁の比（Ｂ₁／Ｂ₁₀）を０．４５以上とする。Ｂ₁／Ｂ₁₀を高くすることにより、小型モータで使用される設計磁束密度領域における磁化曲線の立ち上がりを良好にすることができる。これより、所定のトルクを得るために必要なモータ電流が少なくなるため、銅損を低減し、モータ効率を改善することができる。

［鉄損］
本発明においては、周波数：１ｋＨｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損（全鉄損）：Ｗ_10/1k（Ｗ／ｋｇ）と、前記板厚：ｔ（ｍｍ）とが、下記（１）式を満たす必要がある。
Ｗ_10/1k≦１５＋１４０×ｔ …（１）

上記（１）式の関係を満たさない場合、ステータコアの発熱が非常に大きくなり、モータ効率が著しく低下してしまうためである。なお、鉄損は板厚に依存するため、上記（１）式では板厚の影響を考慮して鉄損の上限値を規定した。

電磁鋼板では、通常、磁束密度を高くすると鉄損が増大してしまうため、一般的なモータコアは磁束密度が１．０Ｔ程度となるように設計される。これに対して、本発明の複層型電磁鋼板は、上述したように鋼板の表層部と内層部の成分組成および複層比を制御することにより、相反する性質である高磁束密度と低鉄損とを両立させている。

［製造方法］
本発明の複層型電磁鋼板は、特に限定されることなく、任意の方法で製造することができる。製造方法の一例としては、Ｓｉ含有量の異なる鋼素材をクラッドする方法が挙げられる。前記鋼素材の成分組成は、例えば、成分の異なる材料を転炉で吹練し、溶鋼を脱ガス処理することによって調整することができる。

クラッドする方法は特に限定されないが、例えば、上述した成分組成を有する表層部用の鋼スラブと内層部用の鋼スラブを用意し、最終的な複層比が所望の値となるような厚さで内層部用の鋼スラブの両面に表層部用の鋼スラブを貼り合わせ、圧延すればよい。前記圧延は、例えば、熱間圧延、温間圧延、および冷間圧延からなる群より選択される１または２以上とすることができる。一般的には、熱間圧延と、その後の温間圧延の組み合わせ、または熱間圧延と、その後の冷間圧延の組み合わせとすることが好ましい。前記熱間圧延の後には、熱延板焼鈍を行うことが好ましい。また、前記温間圧延および冷間圧延は、中間焼鈍を挟んで２回以上行うこともできる。熱間圧延における仕上温度、巻取り温度は特に限定されず、常法に従って決定すればよい。前記圧延の後、仕上焼鈍を行う。Ｓｉ含有量の異なる鋼素材をクラッドすることによって得られる複層型電磁鋼板は、例えば、図２（ｂ）に示したようなＳｉ含有量プロファイルを有する。

また、他の製造方法としては、浸珪処理を用いることもできる。浸珪処理を用いる場合は、Ｓｉ含有量が厚さ方向に一定である鋼板に対して浸珪処理を施すことにより、鋼板両面の表層部のＳｉ含有量を高めることができる。浸珪処理の方法は特に限定されず、任意の方法で行うことができる。例えば、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）により鋼板表面にＳｉを堆積させ、その後、熱処理を行ってＳｉを鋼板の内部へ拡散させる方法を用いることができる。表層部と内層部のＳｉ含有量は、ＣＶＤ法によるＳｉの堆積量や、熱処理条件を調整することによって制御できる。浸珪処理によって得られる複層型電磁鋼板は、例えば、図２（ａ）に示したようなＳｉ含有量プロファイルを有する。

本発明の効果を確認するために、以下に述べる手順で複層型電磁鋼板を製造し、その磁気特性を評価した。

まず、表１に示す成分組成を有する表層部用と内層部用の２種類の鋼スラブを用意した。次に、前記内層部用の鋼スラブの両面に前記表層部用の鋼スラブを積層し、積層された鋼スラブの外周を溶接した。したがって、表層部の成分組成は両側とも同じである。前記鋼スラブの成分組成は、転炉で吹練した後に脱ガス処理を行うことによって調整した。なお、前記成分組成は、最終的に得られる複層型電磁鋼板においても保持されている。

次いで、積層された前記鋼スラブを１１３０℃で１ｈｒ加熱した後、熱間圧延を行って板厚２．０ｍｍまでの熱延鋼板とした。前記熱間圧延における熱延仕上げ温度は８００℃とした。前記熱延鋼板を巻取り温度：６１０℃で巻取り、次いで、９４０℃×３０ｓの熱延板焼鈍を施した。その後、酸洗および冷間圧延を行い、表１に示した仕上焼鈍温度で焼鈍を行って複層型電磁鋼板を得た。最終的に得られた複層型電磁鋼板の板厚：ｔと、前記ｔに対する前記表層部の厚さ：ｔ₁の比率（複層比）は表２に示すとおりとした。

なお、比較のために、クラッドしていない通常の電磁鋼板を用いて同様の試験を行った（Ｎｏ．１、２）。これらの比較例の電磁鋼板では、表層部と内層部の成分組成が等しい。

また、Ｎｏ．３３の複層型電磁鋼板は浸珪法により製造した。具体的には、Ｓｉ含有量：２．０％、板厚０．２ｍｍの冷延鋼板に対して、１２００℃で浸珪処理を行った。鋼板の全板厚におけるＳｉ含有量の平均値を算出し、前記平均値よりもＳｉ濃度が高い部分を表層部、低い部分を内層部とした。表層部のＳｉ含有量は、前記表層部におけるＳｉ量の平均値である。また、表層部と内層部の磁歪としては、Ｓｉ含有量が前記Ｓｉ含有量の平均値と同じであり、かつ他の成分組成が同じである鋼板の磁歪を記載している。

（磁気特性）
次いで、得られた複層型電磁鋼板のそれぞれについて、磁気特性を測定した。前記磁気測定は、ＪＩＳＣ２５５０−１に準じて、２５ｃｍエプスタイン枠を用いて行った。前記磁気特性としては、１．０Ｔ、１ｋＨｚにおける鉄損：Ｗ_10/1k（Ｗ／ｋｇ）、磁界の強さ:１０００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ₁₀、および磁界の強さ：１００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ₁を測定した。測定結果は、表２に示したとおりであった。

表１および表２に示した結果から分かるように、本発明の条件を満たす発明例の複層型電磁鋼板は、高周波鉄損が低く、かつ磁束密度が高いという、優れた特性を有している。そのため、本発明の複層型電磁鋼板は、高周波で駆動されるハイブリッド電気自動車、電気自動車、掃除機、高速発電機、エアコンコンプレッサー、工作機械等のモータコアさらには変圧器、リアクトル等のコア材料として、極めて好適に用いることができる。

１複層型電磁鋼板
１０内層部
２０表層部

Claims

内層部と、前記内層部の両側に設けられた表層部からなる複層型電磁鋼板であって、
前記表層部が、質量％で、
Ｓｉ：２．５〜６．０％、ならびに
Ｐ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、およびＳｂ：０．００１〜０．１％からなる群より選択される１または２以上を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
前記内層部が、質量％で、
Ｓｉ：１．５〜５．０％、ならびに
Ｐ：０．０１〜０．１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％、およびＳｂ：０．００１〜０．１％からなる群より選択される１または２以上を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
前記表層部におけるＳｉ含有量：［Ｓｉ］₁と前記内層部におけるＳｉ含有量：［Ｓｉ］₀の差（［Ｓｉ］₁−［Ｓｉ］₀）として定義されるΔＳｉが０．５〜４．０質量％であり、
前記表層部に不可避的不純物として含まれるＡｌの含有量：［Ａｌ］₁と前記内層部に不可避的不純物として含まれるＡｌの含有量：［Ａｌ］₀の差の絶対値（｜［Ａｌ］₁−［Ａｌ］₀｜）として定義されるΔＡｌが０．０５質量％以下であり、
前記複層型電磁鋼板の板厚：ｔに対する前記表層部の合計厚さ：ｔ₁の比率（ｔ₁／ｔ）が０．１０〜０．７０であり、
磁界の強さ:１０００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ₁₀が１．３Ｔ以上であり、
前記Ｂ₁₀に対する、磁界の強さ：１００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ₁の比（Ｂ₁／Ｂ₁₀）が０．４５以上であり、かつ、
周波数：１ｋＨｚ、最大磁束密度：１．０Ｔにおける鉄損：Ｗ_10/1k（Ｗ／ｋｇ）と、前記板厚：ｔ（ｍｍ）とが、下記（１）式を満たす、複層型電磁鋼板。
Ｗ_10/1k≦１５＋１４０×ｔ …（１）
前記表層部の成分組成と前記内層部の成分組成のいずれか一方または両方が、さらに、質量％で、
Ｍｏ：０．００１〜０．１％を含む、請求項１に記載の複層型電磁鋼板。