JP2002088452A - 鉄損が低く疲労特性に優れた無方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄損が低く疲労特性に優れた無方向性電磁鋼
板を提供する。 【解決手段】 ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、
Ｐ：０．１％以下、Ｓｉ：１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜
２％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：
０．００５％以下、 Ｏ：０．００２％以下、Ｃｒ：
０．４〜５％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％を含
み、残部実質的にＦｅであることを特徴とする鉄損が低
く疲労特性に優れた無方向性電磁鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄損が低く疲労特
性に優れた電磁鋼板に関するもので、電気自動車用モー
タや高効率エアコン用モータの鉄心材料等に使用される
電磁鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車用モータや高効率エアコン用
モータは小型化、高効率化の観点より永久磁石をロータ
ー内部に埋め込んだＩＰＭモータが主流となっており、
その駆動周波数は電気自動車では２００Ｈｚ〜１ｋＨ
ｚ、エアコンでは２００Ｈｚ程度となっている。

【０００３】上記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、高周波鉄損が低いこと以外に、モー
タの可変速運転に伴い、ローターに加わる遠心力も大き
く変化するため優れた疲労特性も要求される。

【０００４】疲労特性を向上させる手段としては、結晶
粒の細粒化が挙げられる。また、Ｓｉを４％以上に高め
ることにより高周波鉄損の低減および疲労特性の改善を
はかることが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、疲労特
性を向上させるためには、結晶粒の細粒化が有効である
が、細粒化は鉄損を増大させるため電磁鋼板における疲
労特性の改善手法としては望ましくない。

【０００６】また、Ｓｉを４％以上に高めることは高周
波鉄損の低減および疲労特性の改善に効果的であるが、
Ｓｉを高めた場合には鋼板が脆化するため冷間圧延が困
難となり、さらに著しい硬度上昇に起因し、打ち抜き時
の金型損耗が激しくなるといった問題点を有している。

【０００７】このため、著しい鋼板の脆化や硬度上昇を
伴うこと無く高周波鉄損と疲労特性を改善する手法が望
まれている。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
のであり、鉄損が低く疲労特性に優れた無方向性電磁鋼
板を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らが上記課題の
解決に関し鋭意検討したところ、Ｃｒを適量添加した鋼
板にＭｇを添加することにより高周波鉄損が低くかつ疲
労特性に優れた電磁鋼板が得られることを見出した。

【００１０】本発明はかかる知見に基づきなされたもの
で、以下のような構成を有する。

【００１１】ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、
Ｐ：０．１％以下、Ｓｉ：１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜
２％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：
０．００５％以下、 Ｏ：０．００２％以下、Ｃｒ：
０．４〜５％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％を含
み、残部実質的にＦｅであることを特徴とする鉄損が低
く疲労特性に優れた無方向性電磁鋼板である。

【００１２】なお、上記手段において、「残部実質的に
Ｆｅ」とは、本発明の作用効果を無くさない限り、不可
避不純物をはじめ、他の微量元素を含有するものが本発
明の範囲に含まれ得ることを意味する。また、本明細書
において、鋼の成分を示す％およびｐｐｍはすべてｍａ
ｓｓ％、ｍａｓｓ ｐｐｍである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細をその限定理
由とともに説明する。

【００１４】まず最初に、磁気特性に及ぼすＣｒの影響
について調査するため、Ｃ：０．００２５％、Ｓｉ：
２．５％、Ａｌ：１．３％、Ｍｎ：０．２０％、Ｐ：
０．０１％、Ｓ：０．００２％、Ｎ：０．００２１％、
Ｏ： ０．００１５％とし、Ｃｒ量を０〜６％程度まで
変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を
行った。引き続きこの熱間圧延板に７５％Ｈ₂-２５％Ｎ
₂雰囲気で８３０℃×３ｈｒの熱延板焼鈍を施し、さら
に、板厚０．３５ｍｍまで冷間圧延し、２０％Ｈ₂-８０
％Ｎ₂雰囲気で９５０℃×１ｍｉｎ間の仕上焼鈍を行っ
た。

【００１５】図１に、このようにして得られた供試材の
Ｃｒ添加量と鉄損Ｗ１０/６００、磁束密度Ｂ５０およ
びビッカース硬度ＨＶの関係を示す。ここで、磁気特性
の評価には得られた供試材を用いて作成した外径４５ｍ
ｍ、内径３３ｍｍのリングサンプルを一次１００ター
ン、二次１００ターンと巻線したものを用いた。また、
ビッカース硬度ＨＶは鋼板断面のビッカース硬度（荷重
１００ｇ）で評価した。

【００１６】図１より、 Ｃｒ＝０．４〜５％の範囲で
鉄損が低下することがわかる。０．４％〜５％の領域で
鉄損が低下した理由は、固有抵抗の増大による渦電流損
の低減効果と磁気異方性の低下によるヒステリシス損の
低減効果の相乗作用によるものと考えられる。

【００１７】一方、 Ｃｒ：５％超えで鉄損は増大する
がこれは磁束密度の低下に伴いヒステリシス損が増大す
るためである。

【００１８】また、硬度に着目するとＣｒ添加はビッカ
ース硬度をほとんど変化させないことがわかる。

【００１９】以上よりＣｒ添加量は０．４〜５％とし、
磁束密度の観点から望ましくは０．４〜１．４％、より
望ましくは０．４％〜０．９％とする。

【００２０】ところで、電気自動車用モータ、高効率エ
アコンモータ等で現在主流となっているＩＰＭモータは
永久磁石がローター内部に埋め込まれ、高速での可変速
回転時に磁石に不規則な遠心力が加わることから、コア
材として使用される電磁鋼板には優れた疲労特性が要求
される。

【００２１】電磁鋼板の疲労特性を向上させるために
は、 １）疲労亀裂のイニシエーションサイトとなる介在物、
析出物の総量を低減すること ２）疲労限を低下させる粗大介在物の形成を防止するこ
と 等が有効であると考えられる。

【００２２】そこで、 Ａｌ脱酸鋼をベースとすること
により鋼中の酸化物量を低減し、さらに介在物形態コン
トロールを行なうためＭｇ添加について検討した。最初
にＣ：０．００２５％、Ｓｉ：３．０５％、Ｍｎ：０．
２０％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００２０％、Ａｌ：
１．０５％、Ｃｒ：０．９５％、Ｎ：０．００１８％、
Ｏ：０．００１２％とし、Ｍｇ量をｔｒ．〜５０ｐｐｍ
の範囲で変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延
後、酸洗し、８３０℃×３ｈｒの熱延板焼鈍を行い、板
厚０．３５ｍｍまで冷間圧延を行った。引き続き冷間圧
延板に９５０℃×１ ｍｉｎ （１０％Ｈ₂-９０％Ｎ₂雰
囲気）の仕上焼鈍を行った。疲労試験は仕上焼鈍材より
平行部の幅５ｍｍ、長さ１５０ｍｍのサンプルを圧延方
向と平行に切り出し、平行部端面を８００番のエメリー
紙で圧延方向に研磨したのち、応力比０．１、周波数２
０Ｈｚの部分片振り（引張り-引張り）で行った。

【００２３】図２、このようにして得られた供試材（サ
ンプル）のＭｇ添加量と疲労限の関係を示す。ここで、
疲労限は繰り返し数１０⁷ 回において破壊が生じない応
力振幅とした。

【００２４】図２より、Ｍｇを１ｐｐｍ以上添加した場
合に疲労限が向上することがわかる。この原因を調査す
るためＳＥＭにて鋼板断面の鋼中介在物のＳＥＭ観察を
行った。その結果、Ｍｇ無添加鋼では粗大なクラスター
状のＡｌ₂Ｏ₃粒子が多数認められた。これに対しＭｇ添
加鋼ではＡｌ₂Ｏ₃のクラスターが低減していることが判
明した。このことから、疲労限すなわち疲労特性の向上
は、Ｍｇ添加により、疲労の起点となる粗大なＡｌ₂Ｏ₃
クラスターが低減したことによるものと考えられる。

【００２５】以上のことより、Ｍｇの下限を０．０００
１％（１ｐｐｍ）とする。また、上限はコストの観点か
ら０．００５％（５０ｐｐｍ）とする。より疲労特性に
優れた鋼板を得るために、さらに好ましくは０．０００
５（５ｐｐｍ）〜０．００５（５０ｐｐｍ）とする。

【００２６】次に、その他の成分の限定理由について説
明する。

【００２７】Ｓｉは鋼板の固有抵抗を上げるために有効
な元素であるため下限を１．０％とする。一方、４％を
超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下する
ため上限は４％とした。

【００２８】ＡｌはＳｉと同様、固有抵抗を上げるため
に有効な元素であるが、２％を超えると飽和磁束密度の
低下に伴い磁束密度が低下するため上限を２％とした。
また、０．１％未満の場合にはＡｌＮが微細化し粒成長
性が低下するため下限を０．１％とした。

【００２９】Ｃは磁気時効の問題があるため０．００５
％以下とする。

【００３０】Ｍｎは熱間圧延時の赤熱脆性を防止するた
めに、０．０５％以上必要であるが、２％超えになると
磁束密度を低下させるので０．０５〜２％とした。

【００３１】Ｐは０．１％を超えて添加すると鋼板が硬
くなるため０．１％以下とする。

【００３２】Ｎは、含有量が多い場合にはＡｌＮの析出
量が多くなり、鉄損を増大させるため０．００５％以下
とした。

【００３３】Ｓは０．０２％を超えるとＭｎＳの析出に
より鉄損が増大するため、上限を０．０２％とする。

【００３４】Ｏは０．００２％を超えると疲労き裂のイ
ニシエーションサイトが増大するため０．００２％以下
とする。

【００３５】なお、本発明の効果を損なわない範囲でＳ
ｂ、Ｓｎ、ＲＥＭ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ等の元素を添加す
ることができる。

【００３６】次に本発明の鋼板の製造方法について説明
する。

【００３７】本発明の鋼板を得るには、例えば、転炉で
吹練した溶鋼を脱ガス処理し所定の成分に調整し、引き
続き鋳造、熱間圧延を行う。熱間圧延時の仕上焼鈍温
度、巻取り温度は特に規定する必要はなく、通常でかま
わない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必
須ではない。次いで一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍
をはさんだ２回以上の冷間圧延により所定の板厚とした
後に、最終焼鈍を行う。

【００３８】ここで、本発明で規定するＣｒ、Ｍｇは、
例えば、スラグもしくは鋼の酸素ポテンシャルをコント
ロ−ルすることにより、本発明の範囲とすることができ
る。

【００３９】

【実施例】転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し、表１の
成分に鋳造後、１１４０℃×１ｈｒのスラブ加熱を行っ
た後、板厚２．０ｍｍまで熱間圧延を行った。熱間圧延
仕上げ温度は８００℃、巻取り温度は６１０℃とした。
巻取り後、７５％Ｈ₂-２５％Ｎ₂雰囲気で８９０℃×３
ｈｒの熱延板焼鈍を施した。その後、板厚０．３５ｍｍ
まで冷間圧延を行い、１０％Ｈ₂-９０％Ｎ₂雰囲気で表
１に示す条件において仕上焼鈍を行った。

【００４０】磁気特性の測定は、外径４５ｍｍ、内径３
３ｍｍのリングサンプルを用い、一次１００ターン、二
次１００ターンと巻線したものを用いた。疲労試験は仕
上焼鈍材より平行部の幅５ｍｍ、長さ１５０ｍｍのサン
プルを圧延方向と平行に切り出し、平行部を８００番の
エメリー紙で研磨したのち、応力比０．１、周波数２０
Ｈｚの部分片振り（引張り-引張り）で行った。

【００４１】各鋼板の磁気特性および疲労特性を表１に
併せて示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１より、Ｃｒ、Ｍｇ量が本発明の範囲内
である本発明鋼において、磁気特性および疲労特性に優
れた鋼板が得られることがわかる。

【００４４】一方、比較鋼においては、磁気特性もしく
は疲労特性のいずれか一方が劣っている。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、鉄
損が低く疲労特性に優れた鋼板を得ることができる。ま
た、本発明により得られる鋼板は、電気自動車、エアコ
ン、サーボモータ等の高周波域で可変速運転されるモー
タのコア材料として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｃｒ添加量と鉄損、磁束密度および硬度との関
係を示すグラフ

【図２】Ｍｇ添加量と疲労限との関係を示すグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 義彦 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 占部 俊明 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 5E041 AA02 AA11 AA19 CA04 NN01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、
   Ｐ：０．１％以下、Ｓｉ：１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜
   ２％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：
   ０．００５％以下、 Ｏ：０．００２％以下、Ｃｒ：
   ０．４〜５％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％を含
   み、残部実質的にＦｅであることを特徴とする鉄損が低
   く疲労特性に優れた無方向性電磁鋼板。