JP2000234155A - 無方向性電磁鋼板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 板厚0.42mm以下、特に0.30mm以下、占積率96
％以上かつ１点当たり自動かしめ強度10MPa 以上である
高周波励磁特性に優れた無方向性電磁鋼板とその製造方
法を提供する。 【解決手段】Ｃ：0.01％以下、Si：3.5 ％以下、Mn：1.
5 ％以下、Ｓ: 0.035 以下％、sol.Al：0.0005〜1.2
％、Ｐ：0.005 〜0.15％、Ｎ: 0.005 ％以下、ただし、
1.5 ＜[Si]+[Al]+0.5[Mn] ≦5.5とし、これを1250℃以
下の温度に加熱して熱間圧延を行い、得られた熱延材あ
るいはさらに冷間圧延を行って得られた冷延材に700 〜
1050℃の温度で仕上げ焼鈍を行う。前記冷延材を平均表
面粗さRa0.5 μｍ以下に仕上げると占積率が確保され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波励磁特性と
自動かしめ性、さらに占積率の優れた無方向性電磁鋼板
とその製造方法、特にインバータ励磁制御のモータ、ト
ランス、あるいは誘導加熱等の高周波発生機器のシール
ド用材料としての高周波励磁特性と自動かしめ性、そし
て占積率の優れた無方向性電磁鋼板とその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、無方向性電磁鋼板はモータや
トランスに使用されてきたが、近年、地球温暖化防止の
観点からモータ等のエネルギー消費機器の効率改善が重
要となってきている。そのために回転運動を得る手段と
してのモータも、従来は交流誘導モータに減速機を取付
け所定の回転数を得る方式や直流モータで電圧を変え所
定の回転数を得る方式であったが、これらの方式では効
率が悪く余分なエネルギーを消費していた。その後、周
波数変換の技術が進歩し、誘導モータとインバータの組
合せで所定の回転数が得られる技術が発達し、高速回転
を得る手段として高周波を使用することが多くなった。

【０００３】また、さらなるモータの進歩で従来主流で
あった誘導モータから永久磁石を埋め込んだ同期モータ
(ブラシレスＤＣモータ) が主流となってきており、し
かも、高周波数で使用されることが多くなった。例え
ば、空調機( エアコン) のコンプレッサーに使用される
ハーメティックモータや電気自動車用モータはすでに従
来の商用周波数以上で駆動されたブラシレスＤＣモータ
が主流である。

【０００４】さらに掃除機に使用されるユニバーサルモ
ータや産業用ロボットに使用されるサーボモータ、コン
ピュータのハードディスク駆動用のスピンドルモータな
ど、従来より高速回転をするものではモータ自体の構造
で高周波数となってしまうため、高周波鉄損が低いこと
が重要となってきている。

【０００５】これらの対策としては、電気抵抗の高い高
合金系の板厚の薄い電磁鋼板を使用することが有効であ
り、これまで例えば特開平８−60252 号公報や特開平10
−25554 号公報などに記載されているような板厚0.50mm
以下の薄い電磁鋼板を使用することが有効とされてき
た。しかしながら、これら薄い材料は占積率が悪いこと
と自動かしめができないため大量生産に向かないという
欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の課題
は、例えば板厚0.50mm以下、特に0.22〜0.42mmの範囲の
薄板であっても占積率にすぐれ自動かしめが可能である
無方向性電磁鋼板とその製造方法を提供することであ
る。

【０００７】具体的には、本発明は、占積率96％以上、
自動かしめ強度がかしめ１点当たり10MPa 以上である高
周波磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板とその製造方法
を提供することである。

【０００８】さらに具体的には、従来の正弦波のみなら
ず、PWM(パルス波幅変調) やPAM(パルス波増幅変調) な
どで励磁され、その鉄損W15/400(周波数400Hz 、磁束密
度1.5Tのときの鉄損) が80W/kg未満である高周波磁気特
性に優れた無方向性電磁鋼板とその製造方法を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに本発明者らは種々検討を重ねた結果、鋼組成を巧み
に調整することで、占積率の低下を招くことなく自動か
しめができ、しかも高周波磁気特性の良好な電磁鋼板が
得られることを見出した。

【００１０】一般に高周波磁気特性のうち問題になるの
は鉄損であり、たとえばエアコン用インバータ制御の誘
導モータやブラシレスＤＣモータではパルス幅変調方式
のインバータが使用されており、チョッピングする回数
により発生するキャリア周波数が2.5 〜３kHz 、そして
チョッピングで生成させたPWM 交流周波数が30〜400Hz
であり、従来のJIS C-2550(1986)に定められた磁気特性
評価方法である交流50あるいは60Hzでの鉄損評価では不
十分である。

【００１１】そこで、本発明にあっては、特にPWM 励磁
の場合に100 Hz以上で鉄損を低くするために合金成分を
一定量添加し、かつ従来主流であった板厚を0.5 mmから
0.22〜0.42mmと薄くすることを着想した。

【００１２】しかしながら、板厚は薄くするほど、また
合金成分は多くするほど、鉄損の低下は期待できるが、
逆に占積率の低下と自動かしめができなくなるという問
題がある。

【００１３】ここに、本発明はこのような要請のいずれ
をも満足できる合金組成、製造方法があることを見い出
したものであって、その要旨とするところは、次の通り
である。

【００１４】(1) 重量％で、Ｃ：0.01％以下、Si：3.5
％以下、Mn：0.2 〜1.5 ％、Ｓ: 0.035 以下％、sol.A
l：0.0005〜2.5 ％、Ｐ：0.005 〜0.15％、Ｎ: 0.005
％以下、ただし、1.5 ＜[Si]+[Al]+0.5[Mn] ≦5.5 残部Feおよび不可避不純物より成る鋼組成を有し、高周
波励磁特性を備え、自動かしめ強度がかしめ１点当たり
10MPa 以上、そして占積率96％以上の無方向性電磁鋼
板。

【００１５】(2) 板厚が0.22〜0.42mmである上記(1) 記
載の無方向性電磁鋼板。 (3) 平均表面粗さRa≦0.5 μである上記(1) または(2)
記載の無方向性電磁鋼板。

【００１６】(4) 上記(1) 記載の鋼組成を有する鋼を、
1250℃以下の温度に加熱して熱間圧延を行い、得られた
熱延材あるいはさらに冷間圧延を行って得られた冷延材
に700〜1050℃の温度で仕上げ焼鈍を行うことを特徴と
する、高周波励磁特性、自動かしめ性、そして占積率の
優れた無方向性電磁鋼板の製造方法。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、鋼中合金成分のうち鉄
損低減に効果のあるSi、Al、Mnに注目し、これらの鉄損
に寄与する割合から[Si]＋[Al]＋0.5[Mn] が1.5 〜5.5
の範囲に制限するものであって、かかる組成割合のスラ
ブを引き続き熱間圧延のために1250℃以下の温度の再加
熱炉に装入する。熱間圧延後、酸洗して仕上げ焼鈍を行
うか、または、酸洗して冷間圧延を行うか、あるいは熱
延板を焼鈍して酸洗後冷間圧延を行うか、あるいは熱延
板の焼鈍後酸洗し中間厚まで冷間圧延を行い中間焼鈍後
最終板厚を0.22mm以上0.42mm以下まで冷間圧延を行った
のち、仕上げ焼鈍としての連続焼鈍を行う。この連続焼
鈍による仕上げ焼鈍後、使用用途によっては表面に無機
バインダーを含む樹脂あるいは樹脂のみよりなる有機・
無機の複合あるいは有機コーティング層を施す。本発明
における鋼組成および製造条件の限定理由を以下に示
す。

【００１８】鋼組成 Ｃは0.01％を越えて含有すると磁気時効を引き起こし磁
気特性を劣化させるため0.01％以下とする。好ましくは
0.003 ％以上である。

【００１９】Siは磁気特性改善に必須の元素であるが3.
5 ％を越えて含有させると自動かしめ性が低下しかつ鋼
自体が硬くなり板厚精度が低下するため占積率が低下す
ることから、3.5 ％以下とした。好ましくは1.0 〜3.0
％である。

【００２０】Mnは磁気特性改善に有効な元素であるが1.
5 ％を越えて添加すると自動かしめ性が低下しかつ鋼自
体が硬くなり板厚精度が低下するため占積率が低下する
ことから、1.5 ％以下とした。また、0.2 ％未満では結
晶粒成長が抑制され、商用周波数域(50 、60Hz) での鉄
損が悪くなるために、0.2 ％以上とする。好ましくは0.
2 〜0.5 ％である。

【００２１】Ｓの添加は磁気特性改善にとって好ましく
ないため、0.035 ％以下とした。Si＋Al＋0.5Mn が2.0
％以上の場合には、好ましくは0.002 ％以下である。

【００２２】sol.Alは磁気特性を改善するのに重要な元
素であるが、0.0005％未満では超清浄鋼となり製鋼段階
での製造コストが著しく増大し現実的ではなく、2.5 ％
を超えて含有すると熱間圧延、冷間圧延ともに著しく困
難となるので2.5 ％以下とした。好ましくは0.2 〜1.2
％または0.0005〜0.001 ％である。

【００２３】Ｐは打抜き性を確保するための機械的性質
を改善するのに重要であるが0.15％を越えて含有すると
冷間圧延時の破断を引き起こすため0.15％以下とし、一
方0.005 ％未満とするには脱燐処理のコストが増大する
ため0.005 ％以上0.15％以下とした。

【００２４】ＮはAlと結合し結晶粒を微細化するなど磁
気特性に有害な元素であるため0.005 ％以下とした。[S
i]＋[Al]＋0.5[Mn] という関係式で表される元素の和が
鋼の電気抵抗を高め高周波鉄損の改善に寄与するが、1.
5 ％未満ではその効果が認められず、5.5 ％を超えると
自動かしめが困難になるので5.5 ％以下とした。好まし
くは上記式の値は1.5 〜3.5 ％である。

【００２５】板厚：本発明において板厚は特定の範囲に
は制限されないが、0.22mm未満では自動かしめができな
くなりかつ占積率の著しい低下を招く、また0.42mm超で
は高周波鉄損が著しく増大するためその好適態様にあっ
ては0.22〜0.42mmとした。

【００２６】本発明によれば、上述のような組成を有す
る鋼を熱間圧延さらに必要により冷間圧延を行ってから
仕上げ焼鈍を行うことで製造する。以下、冷間圧延を行
う場合を例にとって本発明を説明する。

【００２７】まず、熱間圧延に際しては、上記成分のス
ラブを1250℃以下の加熱温度にて再加熱し通常の熱延方
法にて1.5 〜2.0 mm厚の熱延鋼板に仕上げる。加熱温度
が1250℃を超えると磁気特性が劣化するため1250℃以下
とし、また、圧延性を確保するためには、好ましくは10
00〜1150℃である。

【００２８】熱間圧延後、場合により磁気特性改善のた
めに熱延板の焼鈍を行ってもよい。熱延板の焼鈍温度は
600 ℃未満では効果がなく、1100℃を越えると結晶粒が
過度に粗大化し、冷間圧延時に破断等のトラブルを引き
起こす。

【００２９】得られた熱延板は次いで好ましくは0.22〜
0.42mm厚にまで冷間圧延を行うが、冷間圧延に際しては
場合により冷間圧延の中間厚で600 〜1000℃の中間焼鈍
を行う。仕上げ焼鈍は連続焼鈍で700 〜1100℃で行う。
仕上焼鈍温度700 ℃未満では再結晶組織が十分得られず
磁気特性が不良となり、1100℃超では結晶粒が著しく粗
大化し加工性が劣化する。

【００３０】冷間圧延により得られた薄鋼板は表面粗さ
を0.5 μm 以下とする。表面粗さ：Raが0.5 μｍを超え
ると占積率の低下が著しくなるので0.5 μｍ以下とし
た。仕上げ焼鈍後、場合により鋼板表面に樹脂のみある
いは、樹脂と無機バインダの混合物からなる表面コーテ
ィング層を施す。このような表面コーティングは従来よ
り慣用のものをそのまま用いることで十分であり、本発
明にあっても特に制限されない。

【００３１】

【実施例】[実施例１]表１に示す鋼組成を有する鋼を溶
製し、これから227 mm厚、1000mm幅のスラブを鋳造し加
熱炉に装入した。この加熱炉で同じく表１に示す温度に
再加熱してから通常の熱間圧延を行い、2.0 mm厚の熱延
コイルに仕上げた。この熱延コイルを通常の酸洗を行っ
た後、表面粗さ( 平均表面粗さ)0.8μｍのワークロール
を備えた冷間圧延機で冷間圧延を行い、冷延コイルに仕
上げた。得られた冷延コイルの板厚は表１に、そして表
面粗さは表２にそれぞれ示す通りであった。

【００３２】次いで、表２に示す温度での連続焼鈍を行
って、再結晶仕上げ焼鈍後、アクリル樹脂エマルジョ
ン、クロム酸マグネシウム、ほう酸よりなる膜厚0.3 μ
ｍの表面コーティングをロールコータ方式により鋼板表
面に形成させた。このようにして製造された無方向性電
磁鋼板について、磁気特性、自動かしめ性および占積率
を決定した。

【００３３】まず、磁気特性については、JIS C2550 に
規定された25cmエプスタイン枠を用い、PWM 励磁により
キャリア周波数３kHz で100 Hzから１kHz までの鉄損
を、切断のまま (フルプロセス) と、750 ℃、２時間の
歪取り焼鈍後 (セミプロセス)とで評価した。

【００３４】自動かしめ性は、黒田精工製自動かしめ金
型を用い外径45mm内径33mmのリングコア (４点かしめ)
を作成し、引張試験によりその結束力を測定し、１点当
たりのかしめ強度を求めた。

【００３５】占積率は、JIS C 2550に規定された方法に
て評価した。磁気特性として、W15/50は4.5W/kg 未満、
W15/400 は80W/kg未満、そしてW10/800 は90W/kg未満を
それぞれ合格とした。１点当たりかしめ強度は10MPa 以
上、占積率は96％以上をそれぞれ合格とした。

【００３６】得られた結果は、表２にまとめて示す。ま
た、図１および図２はこれらの結果と、同様の一連の実
験結果とをまとめてグラフで示すものである。

【００３７】図１は、[Mn]と[Si]＋[Al]との関係を示す
グラフで、図中、 [×] は冷間圧延で破断した場合を示
し、 [△] は占積率が96％未満、 [○] はＷ_15/50 が4.
5W/kg 以上、 [□] はＷ_10/800が90W/kg以上の場合をそ
れぞれ示す。 [●] は本発明例である。

【００３８】図２は、板厚と鉄損 (Ｗ_10/800) との関係
を示し、図中、[O] は[Si]＋[Al]＋0.5[Mn] ＜1.5 の場
合である。それ以外の場合はいずれも1.5 ＜[Si]＋[Al]
＋0.5 [Mn]≦5.5 を満足する。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】このように、従来は0.20mm以下という薄
板の無方向性電磁鋼板では自動かしめができなかったの
に対して、本発明によれば占積率を低下させることな
く、自動かしめを可能とすることができ、今日問題とな
っている高周波励磁特性に優れた材料を用いた大量生産
を可能とするなど、本発明の実用的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の結果を含めて1.5 ＜[Si]＋[Al]＋0.5
[Mn]≦5.5 の臨界性を示すグラフである。

【図２】実施例の結果を含めて板厚と鉄損 (Ｗ_10/800)
との関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K033 AA01 FA01 KA01 KA03 5E041 AA02 AA11 AA19 CA02 CA04 CA06 HB05 HB07 HB11 NN01 NN17 NN18

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：0.01％以下、Si：3.5 ％以下、Mn：0.2 〜1.5 ％、
   Ｓ: 0.035 以下％、 sol.Al：0.0005〜2.5 ％、Ｐ：0.005 〜0.15％、Ｎ: 0.
   005 ％以下、 ただし、1.5 ＜[Si]+[Al]+0.5[Mn] ≦5.5 残部Feおよび不可避不純物より成る鋼組成を有し、高周
   波励磁特性を備え、自動かしめ強度がかしめ１点当たり
   10MPa 以上、そして占積率96％以上の無方向性電磁鋼
   板。
2. 【請求項２】 板厚が0.22〜0.42mmである請求項１記載
   の無方向性電磁鋼板。
3. 【請求項３】 平均表面粗さRa≦0.5 μである請求項１
   または２記載の無方向性電磁鋼板。
4. 【請求項４】 請求項１記載の鋼組成を有する鋼を、12
   50℃以下の温度に加熱して熱間圧延を行い、得られた熱
   延材あるいはさらに冷間圧延を行って得られた冷延材に
   700 〜1050℃の温度で仕上げ焼鈍を行うことを特徴とす
   る、高周波励磁特性、自動かしめ性、そして占積率の優
   れた無方向性電磁鋼板の製造方法。