JPH0617202A - 複合化けい素鋼板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の６．５％けい素鋼板が有している強度
面とか脆性破面及び破断の伸び等に関する難点を解消し
て、高強度で且つ高靭性を持ち、しかも低鉄損及び鉄磁
歪を兼ね備えたけい素鋼板を得ることを目的とする。 【構成】 母材１１としてシリコンを約３％〜３．５％
含有する無方向性けい素鋼板を用いて、該母材１１の表
面及び裏面にシリコン薄膜１２を付着形成した後、熱拡
散手段によって該シリコンを母材１１内に拡散させ、最
表面のシリコン濃度が約６．５％で内部に向けてシリコ
ン濃度が連続的に小さくなるような濃度勾配を有するシ
リコン拡散層１３を形成する複合化けい素鋼板及びその
製造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリコン含有量が約３％
〜３．５％である通常の無方向けい素鋼板を母材とし
て、約６．５％のシリコンを含有する表面薄層を鋼板の
両面に形成した複合化けい素鋼板とその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】磁性材料は各種エネルギー変換機器とか
情報変換機器の材料として使用されており、その中でも
けい素鋼板は用途の多様性から代表的な磁性材料として
利用されている。このけい素鋼板は、鉄とシリコンの合
金で構成され、特にシリコンを添加したことによって電
気抵抗を高めて交流磁気特性を改善している。一般には
最大３．５％までシリコンが添加されている。

【０００３】他方で高周波特性及び磁歪特性を高めるに
は、シリコンの添加量を増大することが有効であり、特
にシリコンの添加量を６．５％としたけい素鋼板は、磁
歪がほぼ零で高周波磁気特性にも優れていることが知ら
れている。しかし従来のけい素鋼板では、シリコンを
３．５％以上添加すると鋼が脆化して冷間圧延を行うこ
とが不可能となるため、６．５％けい素鋼板は実現され
ていなかった。

【０００４】しかし近年になって圧延法とか化学的気相
蒸着法（ＣＶＤ法）の改良によって、約６．５％のシリ
コンを含有するけい素鋼板の量産が可能となっている。

【０００５】上記圧延法の場合、製鋼工程で６．５％Ｓ
ｉに成分調整された鋼が造塊，分塊工程でスラブとさ
れ、連続熱間圧延機により熱延コイルとされて薄板圧延
で製品となる。但し、従来圧延が不可能であった６．５
％けい素鋼を圧延する技術として、熱間圧延板の結晶組
織の最適化とか脆性材料の圧延加工技術の革新が要求さ
れる。

【０００６】他方の化学的気相蒸着法とは、加工性に富
む低Ｓｉ状態で鋼板を圧延し、圧延後にＳｉを添加する
方法であり、製鋼，鋳造，熱延，薄板圧延で得られた低
Ｓｉ含有量のＣＶＤ素材をＣＶＤラインで浸珪し、Ｓｉ
含有量を６．５％とする。このＣＶＤラインは高温の鋼
板とＳｉ化合物ガスを反応させて浸珪を行うＣＶＤ帯
と、表層のＳｉを板厚方向に均一に拡散する均熱帯とか
ら成り、ＣＶＤ後に絶縁皮膜を塗布して製品となる。こ
れらの技術によって約６．５％のシリコンを含有するけ
い素鋼板が製造可能となる（上記の各方法に関しては、
例えば「高機能磁性薄鋼板」，ＮＫＫ技報Ｎｏ．１２５
第５８頁〜第６３頁，１９８９を参照）。

【０００７】更に圧延後に焼鈍処理を施すことにより、
低鉄損及び低磁歪化がはかられている。その結果、通常
の無方向けい素鋼板に比べて鉄損が約１／２、透磁率が
約９倍、磁歪が約１／１０という優れた磁気特性を持つ
鋼板が得られ、引張強度も約１．６倍（未焼鈍では約
２．８倍）となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の６．５％けい素鋼板の製造方法の場合、磁気特
性が高められる反面で、「割れ」とか「へき開」等の複
合亀裂によって破断する脆性破面を呈することがあり、
例えば高速電動機の回転子等の高強度部材としての採用
が困難であるという課題があった。

【０００９】即ち、前記のＣＶＤ法によって、鋼板の全
板幅、つまり鋼板全体にシリコンを６．５％添加したけ
い素鋼では、その強加工圧延組織は焼鈍時の再結晶化に
よって消失し、図３，図４に示したように、けい素鋼板
１を構成する結晶２の平均粒径ｒが約０．７〜１．１ｍ
ｍの粗大結晶粒組織となる。そのため、静的引張におけ
る強度は大きいものの、結晶粒界ｚでの割れとか粒内へ
き開割れの混合モードによる複合亀裂が合体して破断す
る脆性破面を呈し、破断の伸びは無方向性けい素鋼板の
１／１０ときわめて小さくなっている。そのためこのよ
うな６．５％けい素鋼板を高強度部材として採用する場
合には、その切欠感受性の大きいことが構造設計上の大
きなネックとなる。

【００１０】又、現時点では切断加工時の微小亀裂生成
を極力避けるため、打ち抜き等の手段に代えて放電加工
法を採用せざるを得ず、通常の金型による打抜き加工に
比べて切断加工費が高価になってしまうという難点を有
している。

【００１１】そこで本発明はこのような従来の６．５％
けい素鋼板が有している課題を解消して、高強度で且つ
高靭性を持ち、しかも低鉄損及び鉄磁歪を兼ね備えたけ
い素鋼板を得ることを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、先ず請求項１により、鉄にシリコンを約
３％〜３．５％添加した無方向性けい素鋼板を母材と
し、この母材の表面及び裏面に、最表面部分のシリコン
濃度が約６．５％で、内部に向けてシリコン濃度が母材
のシリコン濃度まで連続的に減少するような濃度勾配を
有するシリコン拡散層を形成した複合化けい素鋼板の構
成にしてある。

【００１３】更に請求項２により、シリコンを約３％〜
３．５％含有する無方向性けい素鋼板を母材とし、該母
材の表面及び裏面にシリコン薄膜を付着形成した後、熱
拡散手段によってシリコンを母材内に拡散させ、最表面
のシリコン濃度が約６．５％で内部に向けてシリコン濃
度が連続的に小さくなるような濃度勾配を有するシリコ
ン拡散層を形成する複合化けい素鋼板の製造方法を提供
する。

【００１４】

【作用】かかる複合化けい素鋼板とその製造方法によれ
ば、得られたけい素鋼板の母材はＳｉ拡散層に比べて低
Ｓｉで変形能が大きく、且つＳｉ拡散層に対して母材の
破断伸び、粒内破壊特性が高いため、このような母材を
Ｓｉ拡散層の内部に挟むことによって通常の６．５％け
い素鋼板に比べて靭性が向上するとともに切欠感受性は
低下する。

【００１５】そのため、けい素鋼板の打抜き加工が可能
となり、切断加工費が低廉化される上、高速電動機の回
転子鉄心のような高遠心力に耐えることが要求される部
材に使用しても強度面での信頼性を高めることができ
る。

【００１６】又、Ｓｉ含有量の多いＳｉ拡散層は、母材
部分に比べて硬度及び剛性が大きいので、母材の変形を
拘束して強度と剛性の向上がはかれる上、低鉄損化と鋼
板表面での渦電流損低減をはかることができる。

【００１７】

【実施例】以下図面を参照して本発明にかかる複合化け
い素鋼板とその製造方法の一実施例を説明する。

【００１８】図１（Ａ）に示す１１は鉄とシリコンの合
金で構成された母材であり、この母材１１は鉄中にシリ
コンを約３％〜３．５％添加したことによって電気抵抗
が高められ、且つ表面に絶縁皮膜の塗布されていない無
方向性けい素鋼板で構成されている。

【００１９】この母材１１の表面及び裏面に、周知の化
学的気相蒸着手段（ＣＶＤ法）もしくは物理的気相蒸着
手段（ＰＶＤ法）等の表面処理を行ってシリコン薄膜１
２を形成する。

【００２０】次に母材１１を真空中で高温に保持するこ
とにより、図１（Ｂ）に示したように母材１１の表面及
び裏面にＳｉ拡散層１３を形成する。このＳｉ拡散層１
３は、最表面部分のＳｉ濃度が約６．５％であり、内部
に向けてＳｉ濃度が小さくなるような濃度勾配を有して
形成されている。図２は図１（Ｂ）のＡ−Ａ断面部分に
おけるＳｉ含有量の分布を示すグラフであり、この例で
はＳｉ拡散層１３の最表面部分のＳｉ濃度は約６．５％
であって内部に向けてＳｉ含有量が次第に減少して行
き、母材１１内のＳｉ濃度３％〜３．５％まで連続的に
変化している。

【００２１】次に必要に応じて表面に絶縁皮膜の塗布を
行って本発明にかかる複合化けい素鋼板が完成する。

【００２２】上記の母材１１はＳｉ拡散層１３に比べて
低Ｓｉで且つ変形能が大きいという特徴を有しているも
のであって、例えば母材１１は６．５％けい素鋼板の約
１０倍の破断伸び、粒内破壊特性を有している。このよ
うな母材１１をＳｉ拡散層１３の内部に挟むことによ
り、６．５％けい素鋼板に比べて引張強度とか鉄損特性
はやや低下するものの靭性を向上させることができる。
従って現在知られている６．５％けい素鋼板では実施す
ることが困難な打抜き加工が可能となり、且つ切断加工
費が低廉化されるという効果が得られる。

【００２３】又、鋼板の靭性が向上し、切欠感受性は低
下するため、高速電動機の回転子鉄心のような高遠心力
に耐えることが要求される部材に使用しても従来の６．
５％けい素鋼板に比べて強度面での信頼性を高めること
ができる。

【００２４】他方でＳｉ含有量の多いＳｉ拡散層１３
は、母材１１部分に比べて硬度及び剛性が大きいので、
母材１１の変形を拘束するとともに、母材１１側からみ
れば低鉄損化現象，特に鋼板表面での渦電流損低減作用
と、鋼板としての強度と剛性の向上をはかることができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる複合化けい素鋼板とその製造方法によれば、得られ
たけい素鋼板は通常の６．５％けい素鋼板に比べて靭性
が向上されるとともに切欠感受性を低下させることが可
能となり、「割れ」とか「へき開」等の複合亀裂に基づ
く脆性破面が発生せず、特に高速電動機の回転子鉄心の
ような高遠心力に耐えることが要求される部材に使用し
ても強度面での信頼性を高めることができる。

【００２６】更に該けい素鋼板の加工時にあっても、従
来の放電加工に代えて通常の打抜き加工が可能となり、
切断加工費が低廉化されるという効果が得られ、しかも
Ｓｉ含有量の多いＳｉ拡散層は、母材部分に比べて硬度
及び剛性が大きいので、母材の変形を拘束して強度と剛
性の向上がはかれる上、低鉄損化と鋼板表面での渦電流
損低減がはかれるという効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）（Ｂ）は、本実施例にかかる複合化
けい素鋼板の製造方法を概略的に説明する要部断面図。

【図２】図１（Ｂ）のＡ−Ａ線断面部分におけるＳｉ含
有量の分布を示すグラフ。

【図３】鋼板全体にシリコンを６．５％添加した従来の
けい素鋼板を構成する結晶の平均粒径及び結晶粒組織を
示す平面図。

【図４】図３に示したけい素鋼板の要部断面図。

【符号の説明】 １１…母材（無方向けい素鋼板） １２…シリコン薄膜 １３…Ｓｉ拡散層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄にシリコンを約３％〜３．５％添加し
   た無方向性けい素鋼板を母材とし、この母材の表面及び
   裏面に、最表面部分のシリコン濃度が約６．５％で、内
   部に向けてシリコン濃度が母材のシリコン濃度まで連続
   的に減少するような濃度勾配を有するシリコン拡散層を
   形成したことを特徴とする複合化けい素鋼板。
2. 【請求項２】 シリコンを約３％〜３．５％含有する無
   方向性けい素鋼板を母材とし、該母材の表面及び裏面に
   シリコン薄膜を付着形成した後、熱拡散手段によってシ
   リコンを母材内に拡散させ、最表面のシリコン濃度が約
   ６．５％で内部に向けてシリコン濃度が連続的に小さく
   なるような濃度勾配を有するシリコン拡散層を形成する
   ことを特徴とする複合化けい素鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 前記シリコン薄膜の付着方法として、化
   学的気相蒸着手段（ＣＶＤ法）もしくは物理的気相蒸着
   手段（ＰＶＤ法）等の表面処理方法を採用した請求項２
   記載の複合化けい素鋼板の製造方法。