TWI718051B

TWI718051B - 無方向性電磁鋼板

Info

Publication number: TWI718051B
Application number: TW109112850A
Authority: TW
Inventors: 宮本幸乃; 財前善彰; 尾田善彦
Original assignee: 日商杰富意鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2021-02-01
Also published as: JP6870791B2; CN113692452A; EP3957758A1; JPWO2020213576A1; US12123082B2; EP3957758B1; US20220195570A1; EP3957758A4; KR102633252B1; CN113692452B; TW202039886A; KR20210137192A; WO2020213576A1

Abstract

本發明提供一種兼顧了低高頻鐵損與高磁通量密度的無方向性電磁鋼板。一種無方向性電磁鋼板，包括：內層部、及設置於所述內層部的兩側的表層部，且所述表層部及所述內層部具有特定的成分組成，所述無方向性電磁鋼板的板厚t為0.01 mm～0.35 mm、作為所述表層部的合計厚度t ₁相對於所述t的比率而定義的複層比t ₁/t為0.10～0.70，作為所述表層部中的Si含量[Si] ₁與所述內層部中的Si含量[Si] ₀之差（[Si] ₁-[Si] ₀）而定義的ΔSi為1.0質量%～4.5質量%，且作為板厚中心位置（t/2）處的Mn含量[Mn] ₀與自所述無方向性電磁鋼板的表面至深度（1/10）t的位置的區域中的平均Mn含量[Mn] ₁之差（[Mn] ₀-[Mn] ₁）而定義的ΔMn為0.01質量%～0.40質量%。

Description

無方向性電磁鋼板

本發明是有關於一種無方向性電磁鋼板，且特別是有關於一種兼顧了低高頻鐵損與高磁通量密度的無方向性電磁鋼板。

就小型化、高效率化的觀點而言，混合動力電動汽車用或吸塵器用的馬達進行400Hz~2kHz等高頻區域內的驅動。因此，對於作為此種馬達的芯材而使用的無方向性電磁鋼板，迫切期望一種高頻鐵損低、磁通量密度高的電磁鋼板。

為了減少高頻鐵損，有效的是增大固有電阻。因此，開發了一種藉由增加Si量來增加固有電阻的高Si鋼。但是，由於Si為非磁性元素，因此存在伴隨Si量的增加而飽和磁化降低的問題。

因此，作為兼顧高頻鐵損減少與高磁通量密度的方法，正在開發一種對電磁鋼板的板厚方向上的Si濃度梯度進行了控制的Si傾斜磁性材料。例如，專利文獻1中提出有一種於板厚方向上具有Si的濃度梯度，且鋼板表面的Si濃度較鋼板的板厚中心部的Si濃度高的電磁鋼板。具體而言，於所述電磁鋼板中，板厚中心部的Si濃度為3.4質量%以上，另一方面，Si濃度為5質量%~8質量%的表層部設置於鋼板的兩表面。而且，所述表層部的厚度設為板厚的10%以上。

[現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平11-293422號公報

但是，於如專利文獻1中所提出般的先前的Si傾斜磁性材料中存在如下問題：若用作最高頻率為數kHz的電氣設備的鐵芯材料，則由於磁滯損耗(hysteresis loss)高，因此鐵損未充分降低。

本發明是鑒於所述情況而成，目的在於提供一種兼備如頻率400Hz~2kHz般的高頻區域中的低鐵損及高磁通量密度的無方向性電磁鋼板。

本發明者等人對解決所述課題的方法進行了努力研究，結果發現，為了降低如頻率400Hz~2kHz般的高頻區域中的鐵損，重要的是降低由鋼板表層部與內層部的磁致伸縮差、晶格常數差等產生的應力。本發明是基於所述見解而成，其主旨構成如下。

1、一種無方向性電磁鋼板，包括：內層部、及設置於所述內層部的兩側的表層部，且，所述表層部具有以質量%計，包含Si：2.5%~7.0%、Mn：0.50%以下、以及選自由P：0.010%~0.100%、Sn：0.001%~0.10%、及Sb：0.001%~0.10%所組成的群組中的一種或兩種以上，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成，所述內層部具有以質量%計，包含Si：1.5%~5.0%、Mn：0.01%~0.50%、以及選自由P：0.010%~0.100%、Sn：0.001%~0.10%、及Sb：0.001%~0.10%所組成的群組中的一種或兩種以上，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成，所述無方向性電磁鋼板的板厚t為0.01mm~0.35mm、作為所述表層部的合計厚度t₁相對於所述t的比率而定義的複層比t₁/t為0.10~0.70，作為所述表層部中的Si含量[Si]₁與所述內層部中的Si含量[Si]₀之差([Si]₁-[Si]₀)而定義的ΔSi為1.0質量%~4.5質量%，且作為板厚中心位置(t/2)處的Mn含量[Mn]₀與自所述無方向性電磁鋼板的表面到深度(1/10)t的位置的區域中的平均Mn含量[Mn]₁之差([Mn]₀-[Mn]₁)而定義的ΔMn為0.01質量%~0.40質量%。

2、如所述1記載的無方向性電磁鋼板，其中所述ΔMn為0.05質量%~0.40質量%。

3、如所述1或所述2記載的無方向性電磁鋼板，其進而在自所述無方向性電磁鋼板的表面起深度為板厚的1/4的面的方位分佈函數Φ₂=45°剖面中，具有{100}面積聚度相對於{111}面積聚度之比{100}/{111}為0.55~0.90的織構。

根據本發明，可提供一種兼顧了低高頻鐵損與高磁通量密度的無方向性電磁鋼板。

1:無方向性電磁鋼板

10:內層部

20:表層部

圖1是表示本發明一實施方式中的無方向性電磁鋼板的結構的示意圖。

圖2的(a)及(b)是表示無方向性電磁鋼板的板厚方向上的Si含量分佈(profile)的例子的示意圖。

圖3是表示表層部與板中心位置處的Si含量之差(ΔSi)與鐵損(W₁₀/₄₀₀)的關聯的圖表。

圖4是表示板厚方向上的Si及Mn的濃度分佈的一例的圖表。

圖5是表示表層部與板厚中心位置處的Mn含量之差(ΔMn)與鐵損(W_10/400)的關聯的圖表。

圖6是表示作為所述表層部的合計厚度t₁相對於無方向性電磁鋼板的板厚t之比而定義的複層比與鐵損(W₁₀/₄₀₀)的關聯的圖表。

以下，對實施本發明的方法進行具體說明。再者，以下說明表示本發明的較佳實施方式的示例，本發明並不限定於此。

[無方向性電磁鋼板]

圖1是表示本發明一實施方式中的無方向性電磁鋼板的結構的示意圖。另外，圖2的(a)及(b)是表示無方向性電磁鋼板的板厚方向上的Si含量分佈的例子的示意圖。圖2的(a)及(b)中的縱軸表示板厚方向的位置，0表示無方向性電磁鋼板的其中一個表面，t表示該無方向性電磁鋼板的另一個表面。

如圖1所示，本發明的無方向性電磁鋼板1(以下，有時簡稱為「鋼板」)包括內層部10、及設置於內層部10兩側的表層部20，表層部20與內層部10的Si含量不同。Si含量於鋼板的板厚方向上可連續地變化(圖2的(a))，亦可階段性地變化(圖2的(b))。於Si含量階段性地變化的情況下，能夠以2階段以上的任意階段使Si含量變化。再者，以下說明中所謂「表層部」，是指設置於無方向性電磁鋼板兩側的表面上的表層部。因而，本發明中，設置於無方向性電磁鋼板的其中一個面上的第一表層部與設置於另一個面上的第二表層部兩者滿足以下敘述的條件。

此處，將Si含量為無方向性電磁鋼板的總板厚的平均Si含量以上的部分定義為「表層部」，將Si含量不足無方向性電磁鋼板的總板厚的平均Si含量的部分定義為「內層部」。再者，如後述般，於藉由包覆(clad)Si量不同的兩種鋼材(高Si材與低Si材)來製造無方向性電磁鋼板的情況下，通常包含所述高Si材的部分成為表層部，包含所述低Si材的部分成為內層部。而且，該情況下，表層部內的Si量實質上恆定，內層部內的Si量實質上亦恆定。

[成分組成]

首先，對所述表層部與內層部的成分組成進行說明。再者，以下說明中，表示各元素的含量的「%」只要無特別說明，則表示「質量%」。

[表層部的成分組成]

首先，對所述表層部的成分組成進行說明。本發明中，設置於無方向性電磁鋼板的其中一個面上的第一表層部與設置於另一個面上的第二表層部兩者具有以下敘述的成分組成。一般而言，將第一表層部的成分組成與第二表層部的成分組成設為相同即可，但兩者亦可不同。另外，此處所謂表層部中的元素的含量，是指一個表層部中的該元素的平均含量。

Si：2.5%~7.0%

Si為具有提高鋼板的電阻、減少渦流損耗的作用的元素。若表層部的Si含量([Si]₁)不足2.5%，則無法有效地減少渦流損耗。因此，表層部的Si含量設為2.5%以上、較佳為3.0%以上、更佳為超過3.5%。另一方面，若表層部的Si含量超過7.0%，則藉由飽和磁化的降低而磁通量密度降低，另外，製造性下降。因此，表層部的Si含量設為7.0%以下、較佳為6.5%以下、更佳為6.0%以下。再者，如所述般，所謂表層部中的Si含量為2.5%~7.0%，是指第一表層部中的平均Si含量為2.5%~7.0%，且第二表層部中的平均Si含量為2.5%~7.0%。第一表層部中的Si含量與第二表層部中的Si含量可相同亦可不同。對於其他元素，亦同樣。

Mn：0.50%以下

Mn含量超過0.50%時，磁致伸縮增加，導磁率降低，從而鐵損增加，除此之外，成本增加。因此，Mn含量設為0.50%以下。另一方面，自所述觀點出發，Mn含量越低越好，故Mn含量的下限沒有特別限定，可為0%。

所述表層部的成分組成進而包含選自由P：0.010%~0.100%、Sn：0.001%~0.10%、及Sb：0.001%~0.10%所組成的群組中的一種或兩種以上。

P：0.010%~0.100%

藉由添加P，織構大大改善，磁通量密度提升，並且可降低磁滯損耗。於添加P的情況下，為了獲得所述效果而將P含量設為0.010%以上。另一方面，若P含量超過0.100%，則效果飽和，此外，導致製造性的下降。因此，將P含量設為0.100%以下。

Sn：0.001%~0.10%

與P同樣，藉由添加Sn，織構大大改善，磁通量密度提升，並且可降低磁滯損耗。於添加Sn的情況下，為了獲得所述效果而將Sn含量設為0.001%以上。另一方面，若Sn含量超過0.10%，則效果飽和，此外，導致製造性的下降及成本的上升。因此，將Sn含量設為0.10%以下。

Sb：0.001%~0.10%

與P及Sn同樣，藉由添加Sb，織構大大改善，磁通量密度提升，並且可降低磁滯損耗。於添加Sb的情況下，為了獲得所述效果而將Sb含量設為0.001%以上。另一方面，若Sb含量超過0.10%，則效果飽和，此外，導致製造性的下降及成本的上升。因此，將Sb含量設為0.10%以下。

本發明的一實施方式中，所述表層部具有包含所述元素、且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成。

在本發明的其他實施方式中，所述表層部的成分組成進而可任意地包含以下元素。

C：0.0090%以下

C是晶界強化元素，藉由含有C可提高鋼板的伸長率。因此，可任意地含有C。但是，大量含有C時，藉由時效而析出碳化物，導致鐵損的增加。因此，含有C時，使C含量為0.0090%以下。另一方面，C含量的下限沒有特別限定，可為0%。但是，自提高C的添加效果的觀點出發，較佳為將C含量設為0.0015%以上。

S：0.0050%以下

S是形成MnS等硫化物，抑制晶粒生長的元素。因此，藉由添加S，能夠抑制由1000℃以上等高溫下的退火中的晶粒生長而引起的渦流損耗的增加。但是，S含量超過0.0050%時，由於S和Mn的反應，固溶Mn減少，板厚方向的Mn分佈產生偏差，因此有可能無法高效地降低鐵損。因此，添加S時，使S含量為0.0050%以下。另一方面，S含量的下限沒有特別限定，可為0%。但是，自進一步降低渦流損耗的觀點出發，S含量較佳為0.0010%以上。

Al：0.10%以下

Al是形成氮化物、抑制晶粒生長的元素。因此，藉由添加Al，能夠抑制由1000℃以上等高溫下的退火中的晶粒生長引起的渦流損耗的增加。但是，若Al含量超過0.10%，則氮化物過剩地形成，結果磁滯損耗反而增加。因此，添加Al時，使Al含量為0.10%以下。另一方面，Al含量的下限沒有特別限定，可以是0%。但是，自進一步降低渦流損耗的觀點出發，較佳為使Al含量為0.0030%以上。

Ti、Nb、V、Zr：0.030%以下

Ti、Nb、V及Zr是形成氮化物或碳化物、抑制晶粒生長的元素。因此，藉由添加選自由Ti、Nb、V及Zr所組成的群組中的至少一種，能夠抑制由1000℃以上等高溫下的退火中的晶粒生長而引起的渦流損耗的增加。但是，若該些元素各自的含量超過0.030%，則氮化物及/或碳化物過剩地形成，結果磁滯損耗反而增加。因此，添加該些元素時，使各元素含量為0.030%以下。另一方面，該些元素的含量的下限沒有特別限定，可為0%。但是，自進一步降低渦流損耗的觀點出發，較佳為使添加的元素的含量分別為0.0020%以上。

因此，本發明一實施方式中的無方向性電磁鋼板的表層部可具有以質量%計，包含Si：2.5%~7.0%、 Mn：0.50%以下、以及選自由P：0.010%~0.100%、Sn：0.001%~0.10%、及Sb：0.001%~0.10%所組成的群組中的一種或兩種以上，以及C：0%~0.0090%、S：0%~0.0050%、Al：0%~0.10%以及選自由Ti、Nb、V及Zr所組成的群組中的至少一種：分別為0%~0.030%、且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成。

[內層部的成分組成]

繼而，對內層部的成分組成進行說明。此處，所謂內層部中的元素的含量，是指作為Si量的平均值的位置而決定的表層部與內層部的邊界的板厚內部側中的該元素的平均含量。

Si：1.5%~5.0%

Si是具有提高鋼板電阻、降低渦流損耗的作用的元素。若內層部的Si含量([Si]₀)不足1.5%，則渦流損耗增加。因此，內層部的Si含量設為1.5%以上。另一方面，若內層部的Si含量超過5.0%，則產生對使用無方向性電磁鋼板製作的馬達芯(motor core)進行衝壓時芯破裂等問題。因此，內層部的Si含量設為5.0%以下，較佳為設為4.0%以下。

Mn：0.01%~0.50%

Mn是具有在無方向性電磁鋼板的製造過程中抑制熱軋時的紅熱脆性的效果的元素。即使在進行滲矽處理的情況下，內層部的Mn量與板坯階段的量亦大致相同，因此為了得到所述效果，使內層部的Mn含量為0.01%以上。另一方面，Mn含量超過0.50%時，磁致伸縮增加、導磁率降低，從而鐵損增加，除此之外，成本增加。因此，Mn含量設為0.50%以下。

所述內層部的成分組成進而包含選自由P：0.010%~0.100%、Sn：0.001%~0.10%、及Sb：0.001%~0.10%所組成的群組中的一種或兩種以上。

P：0.010%~0.100%

藉由添加P，織構大大改善，磁通量密度提升，並且可降低磁滯損耗。於添加P的情況下，為了獲得所述效果而將P含量設為0.010%以上。另一方面，若P含量超過0.100%，則效果飽和，此外，導致製造性的降低。因此，P含量設為0.100%以下。內層部中的P含量可與表層部中的P含量相同，亦可不同。

Sn：0.001%~0.10%

與P同樣，藉由添加Sn，織構大大改善，磁通量密度提升，並且可降低磁滯損耗。於添加Sn的情況下，為了獲得所述效果而將Sn含量設為0.001%以上。另一方面，若Sn含量超過0.10%，則效果飽和，此外，導致製造性的降低及成本的上升。因此，Sn含量設為0.10%以下。內層部中的Sn含量可與表層部中的Sn含量相同，亦可不同。

Sb：0.001%~0.10%

與P及Sn同樣，藉由添加Sb，織構大大改善，磁通量密度提升，並且可降低磁滯損耗。於添加Sb的情況下，為了獲得所述效果而將Sb含量設為0.001%以上。另一方面，若Sb含量超過0.10%，則效果飽和，此外，導致製造性的降低及成本的上升。因此，Sb含量設為0.10%以下。內層部中的Sb含量可與表層部中的Sb含量相同，亦可不同。

本發明的一實施方式中，所述內層部具有包含所述元素、且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成。

於本發明的另一實施方式中，所述內層部的成分組成可進而任意地包含以下元素。

C：0.0090%以下

C是晶界強化元素，藉由含有C可提高鋼板的伸長率。因此，可任意地含有C。但是，大量含有C時，藉由時效而析出碳化物，導致鐵損的增加。因此，含有C時，使C含量為0.0090%以下。另一方面，C含量的下限沒有限定，可為0%。但是，自提高C的添加效果的觀點出發，較佳為將C含量設為0.0015%以上。

S：0.0050%以下

S是形成MnS等硫化物，抑制晶粒生長的元素。因此，藉由添加S，能夠抑制由1000℃以上等高溫下的退火中的晶粒生長而引起的渦流損耗的增加。但是，S含量超過0.0050%時，由於S與Mn的反應，固溶Mn減少，板厚方向的Mn分佈產生偏差，因此有可能無法高效地降低鐵損。因此，添加S時，使S含量為0.0050% 以下。另一方面，S含量的下限沒有特別限定，可為0%。但是，自進一步降低渦流損耗的觀點出發，較佳為使S含量為0.0010%以上。

Al：0.10%以下

Ti、Nb、V、Zr：0.030%以下

因此，本發明的一實施方式中的無方向性電磁鋼板的內層部可具有以質量%計，包含Si：1.5%~5.0%、Mn：0.01%~0.50%、以及選自由P：0.010%~0.100%、Sn：0.001%~0.10%、及Sb：0.001%~0.10%所組成的群組中的一種或兩種以上，以及C：0%~0.0090%、S：0%~0.0050%、Al：0%~0.10%以及選自由Ti、Nb、V及Zr所組成的群組中的至少一種：分別為0%~0.030%、且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成。

[板厚]

t：0.01mm~0.35mm

無方向性電磁鋼板的板厚t不足0.01mm時，該無方向性電磁鋼板的製造中的冷軋、退火變得困難，成本顯著上升。因此，t為0.01mm以上，較佳為0.05mm以上。另一方面，t超過0.35mm時渦流損耗增大，總鐵損增加。因此，t為0.35mm以下，較佳為0.30mm以下。

[Si含量之差]

本發明中，將作為表層部中的Si含量[Si]₁與內層部中的Si含量[Si]₀之差([Si]₁-[Si]₀)而定義的ΔSi設為1.0質量%~4.5質量%。以下，對其理由進行說明。

為了針對表層部與內層部的Si含量之差(ΔSi)對磁特性造成的影響進行研究，按照以下順序來製作具有各種ΔSi的無方向性電磁鋼板，並評價其磁特性。

首先，將具有含有Si：2.0%、Mn：0.10%、Sn：0.04%、且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成的鋼坯進行熱軋，而製成熱軋鋼板。對所述熱軋鋼板實施950℃×30s的熱軋板退火，接著，進行冷軋而製成板厚t：0.20mm的冷軋鋼板。其後，在SiCl₄環境中、溫度1200℃下對所述冷軋鋼板實施滲矽處理，接著，在1200℃的氮氣環境中進行擴散處理，以10℃/s冷卻，得到無方向性電磁鋼板。再者，得到的無方向性電磁鋼板的表層部的成分組成中，兩面都相同。

自所獲得的無方向性電磁鋼板的每一者中採取寬度30mm、長度180mm的試驗片，進行愛普斯坦(Epstein)試驗並評價磁特性。於所述愛普斯坦試驗中，使用等量的以試驗片的長度方向成為軋製方向(L方向)的方式採取的L方向試驗片、及以試驗片的長度方向成為軋製直角方向(C方向)的方式採取的C方向試驗片，評價L方向與C方向中的磁特性的平均值。

圖3中示出作為表層部與內層部中的Si含量之差([Si]₁-[Si]₀)而定義的ΔSi(質量%)、與1.0T、400Hz下的鐵損W_10/400(W/kg)的關聯。由此結果可知，ΔSi為1.0質量%以上、4.5質量%以下時，鐵損大幅降低。認為其是基於如下原因。即，於表層部的Si量較內層部高的情況下，表層部的導磁率變得較內層部高。其結果，磁通量集中於表層部，渦流損耗降低。但是，若ΔSi過大，則伴隨與此，表層部與內層部的晶格常數之差及磁致伸縮之差變大。其結果，將鋼板磁化時所施加的應力增大，因此，磁滯損耗增加。根據以上原因，本申請案發明中，使ΔSi為1.0質量%~4.5質量%。ΔSi較佳為1.5質量%以上。另外，ΔSi較佳為4.0質量%以下。

[Mn含量之差]

在本發明中，將作為板厚中心位置(t/2)處的Mn含量[Mn]₀與自所述無方向性電磁鋼板的表面至深度(1/10)t的位置的區域中的平均Mn含量[Mn]₁之差([Mn]₀-[Mn]₁)而定義的ΔMn設為0.01質量%~0.4質量%。此處，[Mn]₁是藉由電子射線顯微分析儀(電子探針顯微分析儀(Electron Probe Micro Analyzer，EPMA))求出無方向性電磁鋼板的板厚方向上的Mn的濃度分佈，自得到的濃度分佈計算出。以下，對將ΔMn設為上述範圍的理由進行說明。

本發明者等人為了實現無方向性電磁鋼板的進一步的低鐵損化，進行了研究，結果可知：用滲矽法製作的無方向性電磁鋼板的鐵損產生了偏差。調查其原因可知：無方向性電磁鋼板的表面部(自表面到深度(1/10)t的位置的區域)的平均Mn含量較板厚中心位置的Mn含量少，以及表面部與板厚中心位置的Mn含量之差因無方向性電磁鋼板而不同。

該表面部的Mn含量的減少可認為原因在於滲矽處理時的環境中含有氯氣。即，在滲矽處理的環境中，包含：原料氣體中原本含有的氯氣、因滲矽處理中使用的四氯化矽與鋼中的Fe反應而產生的氯氣。認為所述氯氣與存在於鋼板表層的Mn反應而成為MnCl₂並揮發，從而使表面部的Mn含量減少。

因此，為了研究表面部與板厚中心位置的Mn含量之差(ΔMn)對磁特性造成的影響，按以下順序製作具有各種ΔMn的無方向性電磁鋼板，並評價其磁特性。

首先，將具有含有Si：2.5%、Mn：0.50%、Sn：0.04%、且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成的鋼坯進行熱軋，而製成熱軋鋼板。對所述熱軋鋼板實施950℃×30s的熱軋板退火，接著，進行冷軋而製成板厚t：0.20mm的冷軋鋼板。其後，在SiCl₄環境中、各種溫度下對所述冷軋鋼板實施滲矽處理，接著，在1200℃的氮氣環境中進行擴散處理，以10℃/s冷卻，得到無方向性電磁鋼板。得到的無方向性電磁鋼板的表層部的Si含量為4.0%，內層部與表層部的Si含量之差ΔSi為1.5%。另外，表層部的成分組成在兩面都相同。

作為一例，於圖4中示出ΔMn=0.10%且ΔSi=1.5%的無方向性電磁鋼板的Si及Mn的濃度分佈。所述濃度分佈藉由電子射線顯微分析儀(EPMA)測定。由圖4可知，在得到的無方向性電磁鋼板中，表面部的Mn含量較板厚中心位置低。在其他無方向性電磁鋼板中亦觀察到了這一趨勢。

繼而，自所獲得的無方向性電磁鋼板的每一者中採取寬度30mm、長度180mm的試驗片，進行愛普斯坦(Epstein)試驗並評價磁特性。於所述愛普斯坦試驗中，使用等量的以試驗片的長度方向成為軋製方向(L方向)的方式採取的L方向試驗片、及以試驗片的長度方向成為軋製直角方向(C方向)的方式採取的C方向試驗片，評價L方向與C方向中的磁特性的平均值。

在圖5中示出ΔMn與1.0T、400Hz下的鐵損W_10/400(W/kg)的關聯。此處，ΔMn定義為板厚中心位置(t/2)處的Mn含量[Mn]₀與自所述無方向性電磁鋼板的表面起深度為t的10%以內區域中的平均Mn含量[Mn]₁之差([Mn]₀-[Mn]₁)。

由圖5所示的結果可知，若ΔMn為0.01質量%以上、0.40質量%以下，則鐵損大幅降低。認為其是基於如下原因。即，藉由表面部的Mn量較板厚中心位置低，從而表層部的導磁率變得較板厚中心位置高。其結果，磁通量集中於表層部，渦流損耗降低。但是，若ΔMn過大，則伴隨與此，表面部與板厚中心位置的晶格常數之差變大。其結果認為：於鋼板內部產生的應力增大，因此磁滯損耗增加。根據以上原因，本申請案發明中，使ΔMn為0.01質量%~0.40質量%。ΔMn較佳為0.05質量%以上。另外，ΔMn較佳為0.35質量%以下。

[複層比]

為了針對所述表層部的合計厚度t₁相對於無方向性電磁鋼板的板厚t的比率(t₁/t)(以下，有時稱作「複層比」)對磁特性造成的影響進行研究，按照以下順序製作具有0.05~0.8之間的各種複層比的無方向性電磁鋼板，並評價其磁特性。此處，所謂「表層部的合計厚度」，是指設置於無方向性電磁鋼板的兩側的表層部的厚度之和。

首先，將具有含有Si：2.0%、Mn：0.18%、Sn：0.04%、且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成的鋼坯進行熱軋，而製成熱軋鋼板。對所述熱軋鋼板實施950℃×30s的熱軋板退火，接著，進行冷軋而製成板厚t：0.20mm的冷軋鋼板。其後，在SiCl₄環境中、溫度1280℃下對所述冷軋鋼板實施滲矽處理，接著，在1200℃的氮氣環境中進行擴散處理，以10℃/s冷卻，得到無方向性電磁鋼板。

得到的無方向性電磁鋼板中的表層部的Si含量為4.0%，ΔSi為2.0%，ΔMn為0.10。另外，表層部的成分組成在兩面都相同。藉由控制擴散處理時間及SiCl₄氣體的流量來控制ΔSi及複層比。例如，若縮短擴散處理時間，則ΔSi增加。另外，若增加SiCl₄氣體的流量，則複層比增大。

圖6中示出複層比t₁/t與1.0T、400Hz時的鐵損W_10/400(W/kg)的關聯。根據該結果可知，於複層比為0.10~0.70的情況下，鐵損大幅降低。該鐵損的降低認為是基於以下原因。首先，於複層比不足0.10的情況下，高電阻的表層部的比例低，因此無法有效地減少集中於表層部的渦流。另一方面，於複層比高於0.70的情況下，表層部與內層部的導磁率差變小，因此磁通量滲透至內層部為止，亦自內層部產生渦流損耗。因而，藉由將複層比設為0.10~0.70，可減少鐵損。根據以上原因，本申請案發明中，將複層比設為0.10~0.70。複層比較佳為設為0.20以上。另外，複層比較佳設為0.60以下。

[織構]

適量添加作為偏析元素的P、Sn及Sb中的至少一種，增加無方向性電磁鋼板的{100}面，並且減少{111}面，藉此容易在該無方向性電磁鋼板的面內進行磁化。而且其結果，在提高磁通量密度的同時，磁滯損耗進一步降低。因此，就進一步提高磁特性的觀點而言，{100}面積聚度相對於{111}面積聚度之比{100}/{111}較佳為0.55以上。另外，若所述{100}/{111}過度變大，則芯的加工性有可能降低。因此，就提高加工性的觀點而言，較佳為將{100}/{111}設為0.90以下。再者，此處，{100}/{111}定義為：自無方向性電磁鋼板的表面起深度為板厚的1/4的面中的方位分佈函數(ODF)Φ₂=45°剖面中的、{100}面積聚度相對於{111}面積聚度之比{100}/{111}。

[製造方法]

本發明的無方向性電磁鋼板並無特別限定，可利用任意的方法來製造。以下，對本申請案發明的無方向性電磁鋼板的製造方法的例子進行說明。

(滲矽擴散處理法)

在本發明的一實施方式中，可利用滲矽擴散處理來製造所述無方向性電磁鋼板。具體而言，首先對具有含有Si、Mn以及選自由P、Sn以及Sb所組成的群組中的一種以上且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成的鋼板實施滲矽處理。在所述滲矽處理中，例如藉由化學氣相沈積法(chemical vapor deposition method，CVD法)使Si堆積於所述鋼板表面。在利用所述CVD法的滲矽處理中，使用四氯化矽等含Si氣體作為Si源。所述滲矽處理在規定滲矽處理溫度下進行規定的滲矽處理時間。再者，用於所述滲矽處理的鋼板可為在板厚方向上具有大致均勻的成分組成的通常的鋼板。

在所述滲矽處理之後，停止含Si氣體的供給，在氮氣環境中進行擴散處理。在所述擴散處理中，只要使經滲矽處理的鋼板在規定的擴散處理溫度下保持規定的擴散處理時間即可。藉由所述擴散處理，堆積在鋼板表面的Si擴散至鋼板內部。

藉由進行所述滲矽處理，能夠提高鋼板表層部的Si含量。藉由滲矽擴散處理得到的無方向性電磁鋼板例如具有如圖2的(a)所示般的Si含量分佈。

另一方面，藉由所述滲矽處理，鋼板表層部的Mn含量減少。認為其原因在於：如上所述，存在於鋼板表層部的Mn與來自用於滲矽處理的氣體的氯反應而揮發。另外，藉由滲矽處理，表層部的Mn含量降低後，進行擴散處理，藉此產生Mn自內層部向表層部的擴散。

所述滲矽擴散處理可基本上按常規方法進行。此時，所述滲矽處理及擴散處理中的Si的堆積量、處理溫度及處理時間只要以最終得到的無方向性電磁鋼板的表層部Si含量、ΔSi、ΔMn及複層比成為期望的值的方式控制即可。

就縮短處理時間的觀點而言，所述滲矽處理能夠在1250℃以上的滲矽處理溫度下進行。但是，滲矽處理溫度為1250℃以上時，在接近鋼板熔點的溫度下進行滲矽處理，因此鋼板有可能熔解而斷裂。因此，就防止鋼板斷裂的觀點而言，較佳為將滲矽處理溫度設為不足1250℃。另一方面，滲矽處理溫度過低時，生產率降低。因此，就提高生產率的觀點而言，較佳為將滲矽處理溫度設為1000℃以上。

再者，在本發明的無方向性電磁鋼板的製造條件下，Si的擴散速度較Mn的擴散速度快。這是因為，Si的擴散係數大於Mn，此外，板厚方向上的Si的濃度梯度亦大於Mn。因此，對於擴散處理溫度及擴散處理時間，主要以可獲得所希望的ΔSi與複層比的方式調整即可。此時，若擴散處理溫度過低，則會降低生產率。因此，就提高生產率的觀點而言，較佳為將擴散處理溫度設為880℃以上。另一方面，擴散處理溫度過於接近鋼板的熔點時，鋼板有可能熔解而斷裂。因此，自防止鋼板斷裂的觀點出發，較佳為將擴散處理溫度設為不足1250℃。

另一方面，即使在擴散處理結束後的冷卻過程中，在比較高的溫度區域亦產生元素的擴散。特別是在本發明的無方向性電磁鋼板中，需要將Mn含量及ΔMn控制在較Si含量及ΔSi低1位以上的範圍內，因此，為了得到期望的ΔMn，重要的是控制擴散處理後的冷卻速度。

具體而言，在擴散處理結束後的冷卻過程中，使自擴散處理溫度到880℃的溫度區域的冷卻速度為10℃/s以上。若所述冷卻速度不足10℃/s，則在冷卻過程中滯留在高溫區域的時間變長，因此Mn自內層部向表層部的擴散變得顯著。而且其結果，難以確保所期望的ΔMn。特別是，當在不足1250℃的相對較低的滲矽處理溫度下進行滲矽處理的情況下，為了達到所期望的ΔMn，以抑制滲矽處理中表層部的脫Mn，故將自擴散處理溫度至880℃的冷卻速度設為17℃/s以上。另一方面，若冷卻速度過快，則會產生冷卻應變，其結果有磁滯損耗增加的情況。因此，就抑制由冷卻應變引起的磁滯損耗的增加的觀點而言，較佳為將自擴散處理溫度至880℃的冷卻速度設為30℃/s以下。

[包覆法]

另外，作為另一製造方法，可列舉包覆Si含量及Mn含量不同的鋼原材料的方法。所述鋼原材料的成分組成例如可藉由在轉爐中對成分不同的材料進行吹煉，並對熔鋼進行除氣處理來調整。

包覆方法並無特別限定，例如準備Si含量及Mn含量不同的鋼坯，以最終複層比成為所期望的值般的厚度將表層部用的鋼坯貼合於內層部用的鋼坯的兩表面並進行軋製即可。所述軋製例如可設為選自由熱軋、溫軋及冷軋所組成的群組中的一種或兩種以上。一般而言，較佳為設為熱軋與其後的溫軋的組合、或者熱軋與其後的冷軋的組合。較佳為於所述熱軋之後進行熱軋板退火。另外，所述溫軋及所述冷軋亦能夠隔著中間退火進行兩次以上。熱軋中的最終溫度、捲繞溫度並無特別限定，按照常規方法來決定即可。於所述軋製之後進行最終退火。藉由包覆Si含量不同的鋼原材料而獲得的無方向性電磁鋼板例如具有如圖2的(b)所示般的Si含量分佈。

[實施例]

為了確認本發明的效果，按照以下敘述的順序來製造無方向性電磁鋼板，並評價其磁特性。

首先，準備具有表1所示的成分組成的鋼坯。所述鋼坯的成分組成是藉由在轉爐中吹煉後進行除氣處理來調整。再者，如後所述，最終所獲得的無方向性電磁鋼板的板厚中心位置處的成分組成與所使用的鋼坯的成分組成相同。

繼而，將所述鋼坯於1140℃下加熱1hr後，進行熱軋而製成板厚2mm的熱軋鋼板。所述熱軋中的熱軋最終溫度設為800℃。將所述熱軋鋼板於捲繞溫度610℃下捲繞，繼而實施900℃×30s的熱軋板退火。其後進行酸洗及冷軋。

然後，對所述冷軋後的鋼板實施滲矽擴散處理而得到無方向性電磁鋼板。在所述滲矽擴散處理中，首先，在SiCl₄環境中，以表1所示的滲矽處理時間、滲矽處理溫度來實施滲矽處理。接著，在N₂環境中，在擴散處理溫度1200℃下進行擴散處理，然後進行冷卻。所述冷卻中的自擴散處理溫度至880℃的溫度區域的平均冷卻速度如表1所示。

另外，代替滲矽處理而使用包覆法製作實施例No.47的無方向性電磁鋼板。具體而言，準備了具有表1中作為No.47a所示的成分組成的表層部用鋼坯及具有作為No.47b所示的成分濃度的內層部用鋼坯。針對所述表層部用鋼坯及內層部用鋼坯，將表層部、內層部一起粗軋直至成為最終複層比為0.25的厚度。繼而，在內層部用鋼坯的兩表面焊接表層部用鋼坯，製成包覆板坯。所述焊接是在真空中使用電子束進行。其後，將所述包覆板坯於1140℃下加熱1hr後，進行熱軋而製成板厚2mm的熱軋鋼板。所述熱軋中的熱軋最終溫度設為800℃。將所述熱軋鋼板於捲繞溫度610℃下捲繞，繼而實施900℃×30s的熱軋板退火。其後進行酸洗及冷軋，使板厚為0.20mm。在N₂：H₂=80：20的環境下對所述冷軋後的鋼板進行1100℃×30秒的最終退火，製成無方向性電磁鋼板。

(Si量)

將得到的無方向性電磁鋼板埋入碳模具中，用電子探針顯微分析儀(Electron Probe Micro Analyzer，EPMA)測定板厚方向剖面上的Si含量分佈。算出鋼板的總板厚中的Si含量的平均值，將 Si濃度較所述平均值高的部分作為表層部，將Si濃度較所述平均值低的部分作為內層部。根據得到的結果，求出表層部中的平均Si含量[Si]₁及內層部中的Si含量[Si]₀。再者，內層部中的Si含量[Si]₀與滲矽處理前的板坯中的Si含量相同。自得到的[Si]₁及[Si]₀來計算定義為([Si]₁-[Si]₀)的ΔSi。再者，在使用EPMA的測定中，基於Si含量已知的滲矽處理前的鋼坯的測定結果進行測定，並由強度算出Si含量。

(Mn量)

按照與上述ΔSi的測定同樣的順序，進行使用EPMA的測定，求出板厚方向剖面中的Mn含量分佈。根據得到的結果計算出以下的值。

．表層部的平均Mn含量

．內層部的平均Mn含量

．板厚中心位置(t/2)處的Mn含量：[Mn]₀

．自鋼板表面至深度(1/10)t的位置的區域中的平均Mn含量：[Mn]₁

自得到的[Mn]₁及[Mn]₀算出定義為([Mn]₁-[Mn]₀)的ΔMn。板厚中心位置處的Mn含量[Mn]₀與滲矽處理前的板坯中的Mn含量相同。再者，如上所述，所述表層部及內層部分別定義為Si濃度較總板厚的平均Si含量高的部分(表層部)、以及Si濃度較所述平均Si含量低的部分(內層部)。

測定的滲矽處理後的無方向性電磁鋼板中的Si含量及 Mn含量如表2所示。再者，對於Si及Mn以外的元素，濃度不因滲矽處理而變化。即，得到的無方向性電磁鋼板的表層部及內層部中的Si、Mn以外的元素的含量與所使用的鋼坯中的含量相同。

最終得到的無方向性電磁鋼板的板厚t、作為由所述Si分佈決定的表層部的表裏合計厚度t₁相對於所述t的比率而定義的複層比t₁/t如表2所示。

(磁特性)

繼而，對所獲得的無方向性電磁鋼板的每一者測定磁特性。所述測定是依據日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)C 2550-1並使用25cm愛普斯坦方圈(Epstein frame)來進行。作為所述磁特性，測定1.0T、400Hz下的鐵損W_10/400(W/kg)、1.0T、1kHz下的鐵損W_{10/1 k}(W/kg)、1.0T、2kHz下的鐵損W_{10/2 k}(W/kg)、及磁場的強度5000A/m中的磁通量密度B₅₀。測定結果如表3所示。

再者，無方向性電磁鋼板所要求的磁特性根據板厚及Si含量而不同。因此，在各頻率下的鐵損分別滿足下述(1)~(3)式規定的條件的情況下，判斷為該頻率下的鐵損良好。

W_10/400≦19-0.3/t-0.6[Si]...(1)

W_{10/1 k}≦55-0.4/t-2[Si]...(2)

W_{10/2 k}≦140-0.9/t-5[Si]...(3)

此處，t：板厚、t₁：表層部的合計厚度

[Si]：總板厚的平均Si含量

要求鐵損低的頻率範圍根據馬達的使用條件而不同，但在本發明中，亦基於以下的判定基準評價最終的無方向性電磁鋼板的高頻鐵損。

．不滿足所述(1)~(3)式的條件時：不可(×)

．滿足所述(1)、(2)式的條件時：良(○)

．滿足所述(1)~(3)式的條件時：優(◎)

(織構)

另外，為了調查所獲得的無方向性電磁鋼板的織構，測定自無方向性電磁鋼板的表面起深度為板厚的1/4的面的方位分佈函數Φ₂=45°剖面中的、{100}面積聚度相對於{111}面積聚度之比{100}/{111}。具體而言，自無方向性電磁鋼板的表面化學研磨至板厚1/4，使用X射線，進行ODF(結晶方位分佈(Orientation Distribution Function))分析。測定結果一併記載在表1中。

由表1所示的結果可知，滿足本發明的條件的無方向性電磁鋼板具有優異的磁特性。具體而言，鐵損的評價為良(○)或優(◎)，且磁通量密度B₅₀為1.59T以上。再者，比較例No.6中，製造時，由於退火中鋼板斷裂，因此不能進行之後的評價。另外，在比較例No.34~比較例No.36中，由於冷軋時鋼板斷裂，因此不能進行之後的評價。

1:無方向性電磁鋼板 10:內層部 20:表層部

Claims

一種無方向性電磁鋼板，包括：內層部、及設置於所述內層部的兩側的表層部，且，所述表層部具有以質量%計，包含 Si：2.5%～7.0%、 Mn：0.50%以下、以及選自由P：0.010%～0.100%、Sn：0.001%～0.10%、及Sb：0.001%～0.10%所組成的群組中的一種或兩種以上，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成，所述內層部具有以質量%計，包含 Si：1.5%～5.0%、 Mn：0.01%～0.50%、以及選自由P：0.010%～0.100%、Sn：0.001%～0.10%、及Sb：0.001%～0.10%所組成的群組中的一種或兩種以上，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成，所述無方向性電磁鋼板的板厚t為0.01 mm～0.35 mm、作為所述表層部的合計厚度t ₁相對於所述t的比率而定義的複層比t ₁/t為0.10～0.70，作為所述表層部中的Si含量[Si] ₁與所述內層部中的Si含量[Si] ₀之差（[Si] ₁-[Si] ₀）而定義的ΔSi為1.0質量%～4.5質量%，且作為板厚中心位置（t/2）處的Mn含量[Mn] ₀與自所述無方向性電磁鋼板的表面至深度（1/10）t的位置的區域中的平均Mn含量[Mn] ₁之差（[Mn] ₀-[Mn] ₁）而定義的ΔMn為0.01質量%～0.40質量%。
如請求項1所述的無方向性電磁鋼板，其中所述ΔMn為0.05質量%～0.40質量%。
如請求項1或2所述的無方向性電磁鋼板，其進而在自所述無方向性電磁鋼板的表面起深度為板厚的1/4的面的方位分佈函數ϕ ₂=45°剖面中，具有{100}面積聚度相對於{111}面積聚度之比{100}/{111}為0.55～0.90的織構。