JP2001049403A - 高周波特性の良好な無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速回転用モータに用いる高周波鉄損の良好
な無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 重量% で、C:0.010%以下、Mn:1.5% 以
下、Si:4% 以下、Al:3% 以下を含有し、かつ、Si(%) 、
Al(%) およびMn(%) が、3%≦Si(%) ＋Al(%) ＋Mn(%) ≦
5%、および、2%≦Si(%) ＋２・Al(%) −Mn(%) を満たす
とともに、板厚t が0.10mm以上0.30mm以下であり、さら
に、板厚t と、鉄損W10/400(磁束密度1.0T、400Hz にお
ける値）が、W10/400(w/kg) ≦30・t(mm)+6 を満たすこ
とを特徴とする高周波特性の良好な無方向性電磁鋼板。
その製造方法においては、最終の冷間圧延における圧
下率を88% 未満とするか、もしくは、最終の冷間圧延
の前に施す焼鈍における焼鈍温度を950 ℃以上とすると
ともに、最終の冷間圧延における圧下率を88% 以上とす
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、電気機器鉄心材料
として使用する無方向性電磁鋼板およびその製造方法、
特に、高周波特性の優れた無方向性電磁鋼板およびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気機器の高効率化は、世界的な電力・
エネルギー節減、さらには地球環境保全の動向の中で、
近年強く要望されている。そして、回転機のローターま
たはステーターとして用いる無方向性電磁鋼板において
は、鉄損を、現状よりもさらに低減することが求められ
ている。

【０００３】従来の無方向性電磁鋼板における低鉄損化
の方法として、SiあるいはAl等の含有量を増加し、電気
抵抗を増大させ、渦電流損失を低減するという方法が知
られている。例えば、特開昭５８−２３４１０号公報に
は、Si量約3%をベースにAlを1%程度添加することによ
り、低鉄損の無方向性電磁鋼板を製造し得ることが記載
されている。

【０００４】ところで、電気自動車あるいは高効率のエ
アコンに使用されるモータは、周波数制御による高速回
転で使用される。したがって、これらモータに使用する
無方向性電磁鋼板に要求される磁気特性を、従来の標準
的な、50/60Hz での鉄損値で評価することは不適当であ
り、高周波鉄損の指標としては、例えば、磁束密度1.0
T、400Hz での鉄損W10/400 で表す方が好ましい。

【０００５】ところが、従来の無方向性電磁鋼板では、
周波数が高くなると鉄損が急激に増加し、高周波域では
使用に耐えないという問題が顕著になってきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高速回転用
モータ用の無方向性電磁鋼板において、モータ特性に必
要な高周波鉄損を良好にすることを課題（目的）とし、
その課題の解決を図る、無方向性電磁鋼板およびその製
造方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題（目
的）を解決するため、以下の（１）〜（５）を要旨とす
るものである。 （１）重量% で、C:0.01% 以下、Mn:1.5% 以下、Si:4%
以下、Al:3% 以下を含有し、かつ、Si(%) 、Al(%) およ
びMn(%) が、3%≦Si(%)+Al(%)+Mn(%) ≦5%、および、2%
≦Si(%)+2 ・Al(%)-Mn(%) 、を満たすとともに、板厚t
が0.10mm以上0.3mm 以下であり、さらに、板厚t と、鉄
損W10/400(磁束密度1.0T、400Hz における値）が、 W10/400(w/kg)≦30・t(mm)+6 を満たすことを特徴とする高周波特性の良好な無方向性
電磁鋼板。

【０００８】（２）前記鋼板中に含有されるS 、N およ
びTiの総量が0.006%を超えないことを特徴とする前記
(1) 記載の高周波特性の良好な無方向性電磁鋼板。 （３）重量% で、C:0.01% 以下、Mn:1.5% 以下、Si:4%
以下、Al:3% 以下を含有し、かつ、Si(%) 、Al(%) およ
びMn(%) が、3%≦Si(%)+Al(%)+Mn(%) ≦5%、および、2%
≦Si(%)+2 ・Al(%)-Mn(%) 、を満たす鋼片を熱間圧延
後、熱延板焼鈍を施し、次いで、一回または中間焼鈍を
挟む二回以上の冷間圧延により、最終板厚を0.10mm以上
0.3mm 以下とし、これに仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼
板の製造方法において、最終の冷間圧延における圧下率
を88% 未満とすることを特徴とする高周波特性の良好な
無方向性電磁鋼板の製造方法。

【０００９】（４）重量% で、C:0.01% 以下、Mn:1.5%
以下、Si:4% 以下、Al:3% 以下を含有し、かつ、Si(%)
、Al(%) およびMn(%) が、3%≦Si(%)+Al(%)+Mn(%) ≦5
%、および、2%≦Si(%)+2 ・Al(%)-Mn(%) 、を満たす鋼
片を熱間圧延後、熱延板焼鈍を施し、次いで、一回また
は中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延により、最終板厚
を0.10mm以上0.3mm 以下とし、これに仕上焼鈍を施す無
方向性電磁鋼板の製造方法において、最終の冷間圧延の
前に施す焼鈍における焼鈍温度を950 ℃以上とするとと
もに、最終の冷間圧延における圧下率を88% 以上とする
ことを特徴とする高周波特性の良好な無方向性電磁鋼板
の製造方法。

【００１０】（５）前記鋼片中に含有されるS 、N およ
びTiの総量が0.006%を超えないことを特徴とする前記
(3) または(4) 記載の高周波特性の良好な無方向性電磁
鋼板の製造方法。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、鉄損W10/400(磁束密度1.0T、400Hz にお
ける鉄損値）の良好な無方向性電磁鋼板を得るために、
以下の実験を行なった( 実験１) 。重量% で、C:0.0013
% 、Mn:0.3% 、Si:3.0% 、Al:1.1% 、S:0.0015% 、N:0.
0016% 、Ti:0.0018%を含む鋼片を熱間圧延し、板厚2.1m
m の熱延板を製造した。この熱延板に、T ℃(T=900、10
00) で90秒間、熱延板焼鈍を施し、一回の冷間圧延に
て、最終板厚0.1 〜0.5mm の冷延板を製造し、この冷延
板に、1030℃で40秒の仕上焼鈍を施した。

【００１２】SST(Single Sheet Tester)による磁気測定
結果(L方向とC 方向の平均値) を表１に示す。なお、表
１中○印を付した磁気測定結果は、本発明の諸条件に適
合するものである。

【００１３】

【表１】

【００１４】板厚0.30mmを超えると、鉄損W10/400 の値
は15.0w/kgを超えてしまい（表１中、試料１〜４参
照）、このような鉄損特性の電磁鋼板は、高速回転用モ
ータとしての使用に耐えられなくなる。したがって、電
磁鋼板の板厚は0.30mm以下が好ましい。また、表１にお
いて、熱延板焼鈍温度と冷延圧下率の関係を見ると、冷
延圧下率86% で板厚0.30mmの鋼板において、熱延板焼鈍
温度(900、1000℃) の差の影響は比較的小さいが、冷延
圧下率が90% 以上で板厚0.20〜0.10mmの鋼においては、
熱延板焼鈍温度900 ℃よりも同温度1000℃の方が、W10/
400 の値が良好である。

【００１５】以上のことより、無方向性電磁鋼板におい
て、15.0w/kg以下のW10/400 値を得るためには、板厚を
0.30mm以下にする必要があり、さらに、90% 以上の高冷
延圧下率で冷間圧延した場合には、熱延板焼鈍温度1000
℃で良好なW10/400 値を得ることができることが判明し
た。ここで、W10/400 値が良好な範囲を、板厚の関数と
して表すと以下のようになる。

【００１６】 W10/400(w/kg) ≦30・t(mm)+6 …… (1) 次に、鉄損W10/400 と、熱延板焼鈍温度および冷延圧下
率との関係について、詳細な調査を行なった( 実験２)
。重量% で、C:0.0015% 、Mn:1.0% 、Si:3.0% 、Al:0.
5% 、S:0.0011% 、N:0.0018% 、Ti:0.0023%を含む鋼片
を熱間圧延し、板厚2.0mm の熱延板を製造した。この熱
延板に、T ℃(T=900〜1100) で60秒間、熱延板焼鈍を施
し、一回の冷間圧延にて、最終板厚0.10〜0.35mmの冷延
板を製造し、この冷延板に、1050℃で25秒の仕上焼鈍を
施した。

【００１７】鉄損W10/400 に係る評価（×:W10/400(w/k
g)>15 、または、W10/400(w/kg)>30・t(mm)+6 、○:W10
/400(w/kg)≦30・t(mm)+6 、●:W10/400(w/kg)≦30・t
(mm)+5.5)と、熱延板焼鈍温度および冷延圧下率との関
係を図１に示す。W10/400 の値は、板厚0.30mm以下（冷
延圧下率85.0% 以上）で15w/kg以下であった。冷延圧下
率が87.5% を超えた場合には、鉄損W10/400 は、熱延板
焼鈍温度950 ℃以上で良好で、前記(1) 式を満たしてい
る。

【００１８】また、W10/400 のさらに良好な領域を●で
示した。ここで、●の領域は、下記の(2) 式を満たす領
域である。 W10/400(w/kg) ≦30・t(mm)+5.5 …… (2) 次に、本発明における成分組成および他の諸条件に係る
限定理由について説明する。

【００１９】C は、0.010%を超えると、炭化物として析
出し、鉄損劣化を著しくするので、上限を0.010%とし
た。Mn、Alは、Siと同様に電気抵抗を増加させる意味で
有効な元素であるが、過度に添加すると磁束密度を低下
せしめるため、上限を、Mnについては1.5%、Alについて
は3%とした。

【００２０】Siは、Mn、Alと同様に、電気抵抗を増加さ
せる意味で有効な元素であるが、硬度が高くなり過ぎな
いように、上限を4%とした。また、Mn、AlおよびSiは、
上述のように、ともに電気抵抗を増加させ、渦電流損失
を低減させる元素であるから、その合計量(Mn(%)+Al(%)
+Si(%)) を3 〜5%とする。電気抵抗を所要のレベルに維
持するため、3%以上の添加が必要であるが、磁束密度の
過度の低下を抑制するため、上限を5%とした。この合計
量の範囲内で、さらに好ましい範囲は、4 〜5%である。

【００２１】また、最終の冷間圧延の前に施す焼鈍、も
しくは、仕上焼鈍において、鋼が変態してしまうと、鉄
損特性が著しく劣化する。そこで、本発明では、変態を
起こさない成分系とするため、オーステナイト相域の広
狭に影響を及ぼすMnおよびAlの含有量を考慮した指標:S
i(%)+2・Al(%)-Mn(%) を採用し、これを2%以上と規定す
る。

【００２２】このことにより、本発明においては、変態
を起こさない成分系が維持され、その結果、所望の鉄損
特性に応じて焼鈍温度を適宜選択できるに充分な焼鈍温
度範囲を確保することができる。板厚については、実験
１、２の結果より、W10/400 ≦15w/kgを満足する範囲が
0.30mm以下であることから、上限を0.30mmとし、一方、
0.10mm未満では、生産性が著しく悪化するとの点から、
下限を0.10mmとした。

【００２３】ここで、前記(1) 式の意味について説明す
る。板厚の低下に伴い鉄損は向上するが、鋼板をモータ
コアに加工する際の工数は増加する。そのため、板厚に
見合った鉄損の良好な電磁鋼板を提供する必要があると
の判断から、前記(1) 式のように、W10/400 の上限を、
板厚t の一次式、30・t+6 をもって定めた。

【００２４】熱延板焼鈍温度は、図１より明らかなよう
に、冷延圧下率が88% 未満であれば特に制限する必要は
ないが、磁束密度の確保、及び、焼鈍設備への負荷を考
慮すると、900 〜1200℃程度が好ましい。また、冷延圧
下率が88% 以上の場合、図１より明らかなように、熱延
板焼鈍は、950 ℃以上で行なう必要がある。この理由
は、熱延板焼鈍温度が低い、すなわち、冷間圧延前の鋼
板における結晶が小さい場合には、高い冷延圧下率の冷
間圧延により、磁気特性に好ましくない[111] 面方位
が、鋼板中に多く形成されるためと推察される。

【００２５】仕上焼鈍温度は、特に規定する必要はない
が、鋼板中の結晶粒径を最適化する観点から、950 〜11
00℃が好ましい。鉄損W10/400 は、鋼中不純物としての
S 、N およびTiの合計が0.006%を超えない方が良好な値
を示す（実施例１、参照）。この理由は、上記不純物が
析出物を形成し、鋼板中の結晶粒の成長を妨げるためと
推定される。なお、この不純物の合計量の範囲内で、さ
らに好ましい合計量の上限は0.004%である。

【００２６】

【実施例】（実施例１）Si：3.1%、Al：1.1%、Mn:0.3%
、C:0.0011% を基本成分とし、S 、N およびTi量が異
なる3 種類(39ppm, 52ppm, 63ppm）の成分系において、
板厚2.0mm の熱延板を作製し、T ℃(T=900、1050) で80
秒、焼鈍し、その後、酸洗を行なった。一回の冷間圧延
により、板厚tmm(t=0.30、0.15) の冷延板を作製した
後、この冷延板に、1060℃、30秒の仕上焼鈍を施した。
SST による鉄損W10/400 の測定結果(L方向とC 方向の平
均) を表２に示す。なお、表２中、備考欄の、例えば、
発明例（２，３，５）は、請求項２、３および５を満た
すものであることを意味する。

【００２７】冷延圧下率が85% の板厚0.30mm材は、熱延
板焼鈍温度が900 ℃および1050℃の場合、W10/400 が、
共に前記(1) 式を満足し良好なものであったが、圧下率
93%の板厚0.15mm材は、熱延板焼鈍温度が1050℃の場合
のみ、W10/400 が前記(1) 式を満足した。また、S,N お
よびTiの合計量が60ppm 未満で、かつ、請求項３または
４記載の製造方法で製造した板材については、鉄損特性
がさらに良好となり、前記(2) 式を満足するW10/400 値
が得られている。

【００２８】

【表２】

【００２９】（実施例２）C:0.0015% 、Mn:0.8% 、Si:
3.0% 、Al:0.8% 、S:0.0016% 、N:0.0016% 、Ti:0.0019
%を含む鋼片を熱間圧延し、板厚2.3mm の熱延板を作製
した。この熱延板に、950 ℃、60秒の熱延板焼鈍を施
し、その後、冷間圧延にて板厚1.0mm の冷延板を作製
し、次いで、T ℃(T=900、1050) 、30秒の中間焼鈍を施
してから、再度、冷間圧延を施し、最終板厚tmm(t=0.2
0、0.15、0.10) の板材とした。その後、この板材に、1
040℃、30秒の仕上焼鈍を施した。SST による鉄損W10/4
00 の測定結果(L方向とC 方向の平均) を表３に示す。
なお、表３中、備考欄の、例えば、発明例（３）は、請
求項３を満たすものであることを意味する。

【００３０】最終冷延圧下率が80% の板厚0.20mm材、及
び、同圧下率が85% の板厚0.15mm材は、中間焼鈍温度が
900 ℃および1050℃の場合、W10/400 が共に前記(1) 式
を満足し良好なものであった。一方、最終冷延圧下率が
90% の板厚0.10mm材は、中間焼鈍温度が1050℃の場合の
み、W10/400 が前記(1) 式を満足した。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は、高速回転用モ
ータの特性に必要な高周波鉄損を有する無方向性電磁鋼
板とその製造方法を提供するものであり、その工業的価
値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】鉄損（W10/400 ）と、冷延圧下率および熱延板
焼鈍温度との関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 脇坂 岳顕 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 半澤 和文 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 妹尾 聖一 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 有田 吉宏 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 Ｆターム(参考） 4K033 AA01 CA05 CA09 CA10 FA12 HA01 HA03 HA06 JA01 JA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｍｎ：
   １．５％以下、Ｓｉ：４％以下、Ａｌ：３％以下を含有
   し、かつ、Ｓｉ（％）、Ａｌ（％）およびＭｎ（％）
   が、 ３％≦Ｓｉ（％）＋Ａｌ（％）＋Ｍｎ（％）≦５％ お
   よび ２％≦Ｓｉ（％）＋２・Ａｌ（％）−Ｍｎ（％） を満たすとともに、板厚ｔが０．１０ｍｍ以上０．３ｍ
   ｍ以下であり、さらに、板厚ｔと、鉄損Ｗ１０／４００
   （磁束密度１．０Ｔ、４００Ｈｚにおける値）が、 Ｗ１０／４００（ｗ／ｋｇ）≦３０・ｔ（ｍｍ）＋６ を満たすことを特徴とする高周波特性の良好な無方向性
   電磁鋼板。
2. 【請求項２】 前記鋼板中に含有されるＳ、ＮおよびＴ
   ｉの総量が０．００６％を超えないことを特徴とする請
   求項１記載の高周波特性の良好な無方向性電磁鋼板。
3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｍｎ：
   １．５％以下、Ｓｉ：４％以下、Ａｌ：３％以下を含有
   し、かつ、Ｓｉ（％）、Ａｌ（％）およびＭｎ（％）
   が、 ３％≦Ｓｉ（％）＋Ａｌ（％）＋Ｍｎ（％）≦５％ お
   よび ２％≦Ｓｉ（％）＋２・Ａｌ（％）−Ｍｎ（％） を満たす鋼片を熱間圧延後、熱延板焼鈍を施し、次い
   で、一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延によ
   り、最終板厚を０．１０ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とし、
   これに仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法にお
   いて、最終の冷間圧延における圧下率を８８％未満とす
   ることを特徴とする高周波特性の良好な無方向性電磁鋼
   板の製造方法。
4. 【請求項４】 重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｍｎ：
   １．５％以下、Ｓｉ：４％以下、Ａｌ：３％以下を含有
   し、かつ、Ｓｉ（％）、Ａｌ（％）およびＭｎ（％）
   が、 ３％≦Ｓｉ（％）＋Ａｌ（％）＋Ｍｎ（％）≦５％ お
   よび ２％≦Ｓｉ（％）＋２・Ａｌ（％）−Ｍｎ（％） を満たす鋼片を熱間圧延後、熱延板焼鈍を施し、次い
   で、一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延によ
   り、最終板厚を０．１０ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とし、
   これに仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法にお
   いて、最終の冷間圧延の前に施す焼鈍における焼鈍温度
   を９５０℃以上とするとともに、最終の冷間圧延におけ
   る圧下率を８８％以上とすることを特徴とする高周波特
   性の良好な無方向性電磁鋼板の製造方法。
5. 【請求項５】 前記鋼片中に含有されるＳ、ＮおよびＴ
   ｉの総量が０．００６％を超えないことを特徴とする請
   求項３または４記載の高周波特性の良好な無方向性電磁
   鋼板の製造方法。