JP2005105407A - 磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気特性と打抜き加工性に優れた特性を有する無方向性電磁鋼板を提供する。【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．４〜３．５％、Ｔ．Ｎ：０．００５％以下、更に必要に応じ、Ｓｎ，Ｃｕ，Ｃａ，ＲＥＭを所定量含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物元素よりなる鋼において、ビッカース硬度Ｈｖが２００以下、加工硬化指数ｎ値が０．２５以下であることを特徴とする磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板。
【効果】 無方向性電磁鋼板の打ち抜き加工において打ち抜き不良を起こさず、かつ良好な磁気特性を有する製品を製造できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気機器鉄心材料として使用される、磁気特性が優れ、かつ打ち抜き加工性にも優れた無方向性電磁鋼板に関するものである。

無方向性電磁鋼板はモータや小型静止器の鉄心に使用され、鋼板は所定の形状に加工され、積層して用いられる。鉄心への加工は一般的にプレス打ち抜きによって行われ、寸法精度はモータ効率や振動などに大きく影響するため、非常に厳しく管理される。

無方向性電磁鋼板の打ち抜き加工性について、特許文献１には成分系とＳｉ＋０．６０Ａｌ≧０．８０wt％とし、表面硬度Ｈｖ１６０以下を特徴とする無方向性電磁鋼板が提案されている。また特許文献２には、成分系とＳ≦０．００２％を特徴とする無方向性電磁鋼板が提案されている。
特許文献３には、成分系とＳｂ＋Ｓｎ／２で０．００１〜０．０５％含有し、鋼板表面から３０μｍ以内の領域のビッカース硬度Ｈｖ１９０以下を特徴とする無方向性電磁鋼板が提案されている。しかしながら、単に成分系やビッカース硬度Ｈｖを制御しただけでは良好な打ち抜き性を得られない場合があった。

特許文献４には、鋼板の成分を規定し、ビッカース硬度１８０以下、降伏比を０．６５以上とすることを特徴とする磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板が提案されている。
特開平１０−１８３３１１号公報 特開平１０−２１２５５７号公報 特開２０００− ５４０８５号公報 特開２００２−２４１９０５号公報

特許文献４には、実施例に降伏比（ＹＰ／ＴＳ）と記載されている。鋼板の引張試験を行い応力−ひずみ曲線を測定すると、上降伏応力、下降伏応力、降伏伸びが認められるが、例えば「プレス技術」,31(1993),p.15にも記載されているように、一般には上降伏応力を単に降伏応力と称す。従って、特許文献４は上降伏応力／引張強さを規定したものと判断される。

特許文献４は、成分系とビッカース硬度に加え、降伏比：上降伏応力／引張強さを新たに制御することにより良好な打ち抜き性を得ようとするものであり、これにより打ち抜き加工性をかなり制御できるようになった。しかし、上降伏応力／引張強さを０．６５以上にしても打ち抜き不良が発生する場合があった。
本発明は、上記従来技術の課題を解決し、特許文献４の方法よりも更に打ち抜き加工性のよい無方向性電磁鋼板を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を要旨とする。
（１）質量％で、
Ｃ ：０．０１％以下、 Ｓｉ：０．１〜３．０％、
Ｍｎ：０．１〜１．５％、 Ｐ ：０．１５％以下、
Ｓ ：０．００５％以下、 Ａｌ：０．４〜３．５％、
Ｔ．Ｎ：０．００５％以下
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物元素よりなる鋼において、ビッカース硬度Ｈｖが２００以下、加工硬化指数ｎ値が０．２５以下であることを特徴とする磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板。
（２）質量％でさらに、
Ｓｎ：０．０１〜０．４０％、 Ｃｕ：０．１〜１．０％、
Ｃａ：０．００１〜０．０３％、 ＲＥＭ：０．００１〜０．０２％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）に記載の磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板。
（３）下記（１）式で定義する前記加工硬化指数ｎ値が０．２５以下であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板。
ｎ＝ｌｎ（１＋ｅｌ） ………… （１）
ここで、ｅｌ：加工硬化開始から最大公称応力に至るまでの公称歪量

本発明によれば、磁気特性を損なうことなく打ち抜き加工性の優れた無方向性電磁鋼板を得ることができ、電気機器、特に無方向性電磁鋼板が鉄心材料として使用される回転機器などの分野における要請に十分応えることができ、その工業的価値は極めて高いものである。

以下、本発明の詳細について説明する。
本発明者らは、磁気特性と打抜加工性に優れた無方向性電磁鋼板を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、鋼板の加工硬化指数（以下ｎ値と記す）を０．２５以下に制御することが非常に有効であることを見出した。

図１は本発明者らが行った実験結果の一例を示す。
Ｃ：０．００３％、Ｓｉ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．２０％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．００２％、Ａｌ：０．４〜３．０％、Ｎ：０．００２％を含む板厚０．５０ｍｍの種々の無方向性電磁鋼板を、コンプレッサ用モータ用鉄心として打ち抜き加工を含む加工処理を施し、打ち抜き加工性を評価した。打ち抜き加工性は、端面ダレの程度で評価した。

図２は切断面断面形状を示し、ａ：剪断面、ｂ：ダレ、ｃ：破断面、ｔ：板厚である。ダレの高さが板厚の２０％を超えたものを打ち抜き不良と評価し、図１の実験では板厚が０．５０ｍｍであるので、ダレが０．１０ｍｍを超えた場合を不良とした。
一方、実験に用いた材料の機械特性はＬ方向、Ｃ方向の引張り試験を行い、上降伏応力、引張強さ、上降伏応力／引張強さ、ｎ値を求めた。上降伏応力／引張強さ、ｎ値ともにＬ方向とＣ方向の平均値である。

これより、上降伏応力／引張強さが０．６５以上でも打ち抜き不良が発生する場合があるが、ｎ値を０．２５以下に制御することで、打ち抜き加工性を非常によく制御でき、不良が発生しないことが分かる。より良い加工性を得るために、ｎ値は０．２３以下に、さらに打ち抜き端面の塑性歪領域を極力減らすためには、ｎ値は０．２０以下に制御するのが望ましい。

ｎ値を０．２５以下に制御した場合に良好な打ち抜き加工性を得られる理由は、未解明の部分も多いが以下のように考えられる。
打ち抜き加工により鋼板が弾性変形、塑性変形と遷移していくが、ｎ値が小さいことは加工硬化しにくく、塑性変形領域が狭くなるため、端面ダレが小さくなるものと考えられる。ｎ値を小さくする方法としては、固溶元素量の調整、結晶粒径の調整で可能である。

Ｓｉ，Ａｌ，Ｐなどの添加はｎ値を小さくする。Ｓｉ，Ａｌを比べるとＳｉの方がｎ値を下げる効果が大きい。結晶粒は小さい方がｎ値は小さくなる。歪取焼鈍（ＳＲＡ）を行うセミプロセス材では、打ち抜き時は結晶粒径を小さく制御し、ＳＲＡにより結晶粒を成長させ、良好な鉄損を得る。ＳＲＡを行わないフルプロセス材では、主にＳｉ，Ａｌの添加量と結晶粒径を調整して所要の鉄損を得るが、その中で、結晶粒径を小さく制御することでｎ値を下げることができる。

また、加工硬化指数ｎ値の決め方は、一般にはＪＩＳ−Ｚ−２２５３によって規定されているが、これは鋼材の塑性の過程を表現する数値ではなく、特に降伏伸びが生じる材料においては、この方法によって得られたｎ値と打ち抜き加工性には良い相関が見られない。そこでより原理的に、上記（１）式に示したように、引張試験において加工硬化が発生した点から最大公称応力までの公称歪量ｅｌに１を加え、自然対数をとった値をｎ値と定義する。このｎ値と打ち抜き加工性には、上記で述べたような良い相関があることが分かった。

以下に本発明の限定理由を説明する。以下の成分は、鋼中に含まれる量である。
Ｃは、鉄損を高める有害な元素で、磁気時効の原因ともなるので、０．０１％以下とした。

Ｓｉは低鉄損を得るため、固有抵抗を上げる必要から０．１％以上とし、上限の３．０％は、硬度が上昇を招き打ち抜き加工性を劣化させ、また無方向性電磁鋼板の製造工程そのものにおいても、冷延などの作業性の低下、コスト高ともなるので、３．０％以下とする。硬度の上昇を抑える観点から、好ましくは２．２％以下である。

Ｍｎは、固有抵抗を高め、一次再結晶集合組織を改善して低鉄損とするため０．１％以上含有する。上限の１．５％は、それ以上添加すると焼鈍時の結晶粒成長性が低下するためである。

Ｐは、下降伏応力／引張強さを上昇させ、打ち抜き加工性を改善する効果を有する成分であり、０．１５％を上限に添加する。０．１５％を超えると鋼板が脆化が著しい。

Ｓは、微細な硫化物あるいは酸硫化物をつくり、鉄損を劣化させるため、０．００５％以下とした。

Ａｌは低鉄損を得るため、固有抵抗を上げ、また微細なＡｌＮの析出を抑制するために０．４％以上とする。ＡｌはＳｉと比べて硬度の上昇が少ない。Ａｌが３．５％を超えると磁束密度が低減する。

ＮはＡｌＮなどの窒化物を生成して鉄損を劣化させるので、０．００５％以下とする。

さらに必要に応じ、Ｓｎ：０．０１〜０．４０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｃａ：０．００１〜０．０３％、ＲＥＭ：０．００１〜０．０２％の１種または２種以上を添加する。
Ｓｎ，Ｃｕは一次再結晶集合組織を改善して鉄損を下げる効果を有する。Ｓｎの下限０．０１％，Ｃｕの下限０．１％は、これ未満では効果が十分でなく、Ｓｎの上限０．４０％，Ｃｕの上限１．０％は、それ以上添加しても効果が飽和するためである。
Ｃａ，ＲＥＭは粗大な硫化物、酸硫化物を生成し鉄損を下げる効果を有する。下限の０．００１％はこれ未満では効果が十分でなく、Ｃａの上限０．０３％とＲＥＭの上限０．０２％は、それ以上添加しても効果が飽和するためである。

ビッカース硬度Ｈｖは２００以下とする。硬度の上昇と共に金型の摩耗は大きくなり、Ｈｖが２００を超えると金型の摩耗が著しくなり、鋼板の寸法精度不良を起こすためである。
また図１及び実施例に示すように、ｎ値が０．２５を超えると打ち抜き不良を起こす。

種々の成分を含み、板厚０．５０ｍｍの無方向性電磁鋼板を磁気特性と打ち抜き加工性を同時に満足させることを試み、汎用モータ用鉄心として打ち抜きを含む加工処理を行った。鋼板の磁気特性はエプスタイン試料で評価した。打ち抜き性は汎用モータ鉄心に打ち抜き、端面ダレの程度で評価した。ダレの評価方法は図１の実験と同じである。
表１に成分、ビッカース硬度、結晶粒径、ｎ値、Ｗ15/50 、Ｂ50を示す。
これより、本発明範囲では良好な打ち抜き性と磁気特性を得られることが分かる。なお、ｎ値は上記（１）式により求めた。

種々の成分を含み、板厚０．５０ｍｍの無方向性電磁鋼板を磁気特性と打ち抜き加工性を同時に満足させることを試み、コンプレッサーモータ用鉄心として打ち抜きを含む加工処理を行った。鋼板の磁気特性は、７５０℃×２ｈの歪取焼鈍（ＳＲＡ）後エプスタイン試料で評価した。打ち抜き性はコンプレッサーモータ鉄心に打ち抜き、端面ダレの程度で評価した。ダレの評価方法は図１の実験と同じである。

表２に成分、ビッカース硬度、結晶粒径、ｎ値、Ｗ15/50 （ＳＲＡ) 、Ｂ50（ＳＲＡ）を示す。成分、硬度、結晶粒径、ｎ値はＳＲＡ前の測定値で、Ｗ15/50 （ＳＲＡ）、Ｂ50（ＳＲＡ）は歪取焼鈍後の測定値である。
これより、本発明範囲では良好な打ち抜き性と磁気特性を得られることが分かる。なお、ｎ値は上記（１）式により求めた。

Ｃ：０．００３％、Ｓｉ：１．５％、Ｍｎ：０．２５％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．００２％、Ａｌ：０．５％、Ｎ：０．００４％、及びＳｎ，Ｃｕ，Ｃａ，ＲＥＭを種々の含有量含み、板厚０．５０ｍｍの無方向性電磁鋼板を磁気特性と打ち抜き加工性を同時に満足させることを試み、コンプレッサーモータ用鉄心として打ち抜きを含む加工処理を行った。鋼板の磁気特性は、７５０℃×２ｈの歪取焼鈍（ＳＲＡ）後エプスタイン試料で評価した。打ち抜き性はコンプレッサーモータ鉄心に打ち抜き、端面ダレの程度で評価した。ダレの評価方法は図１の実験と同じである。

表３にＳｎ，Ｃｕ，Ｃａ，ＲＥＭの含有量、ビッカース硬度、結晶粒径、ｎ値、Ｗ15/50 （ＳＲＡ）、Ｂ50（ＳＲＡ）を示す。成分、硬度、結晶粒径、ｎ値はＳＲＡ前の測定値で、Ｗ15/50 （ＳＲＡ）、Ｂ50（ＳＲＡ）は歪取焼鈍後の測定値である。
これより、Ｓｎ，Ｃｕ，Ｃａ，ＲＥＭを１種または２種以上含有すると鉄損が良好となることが分かる。なお、ｎ値は上記（１）式により求めた。

ｎ値、上降伏応力／引張強さと打ち抜き性の関係図である。 切断面断面形状を示す図である。

符号の説明

ａ：剪断面
ｂ：ダレ
ｃ：破断面
ｔ：板厚

Claims (3)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．０１％以下、
   Ｓｉ：０．１〜３．０％、
   Ｍｎ：０．１〜１．５％、
   Ｐ ：０．１５％以下、
   Ｓ ：０．００５％以下、
   Ａｌ：０．４〜３．５％、
   Ｔ．Ｎ：０．００５％以下
   を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物元素よりなる鋼において、ビッカース硬度Ｈｖが２００以下、加工硬化指数ｎ値が０．２５以下であることを特徴とする磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板。
2. 質量％でさらに、
   Ｓｎ：０．０１〜０．４０％、
   Ｃｕ：０．１〜１．０％、
   Ｃａ：０．００１〜０．０３％、
   ＲＥＭ：０．００１〜０．０２％
   の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板。
3. 下記（１）式で定義する前記加工硬化指数ｎ値が０．２５以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板。
   ｎ＝ｌｎ（１＋ｅｌ） ………… （１）
   ここで、ｅｌ：加工硬化開始から最大公称応力に至るまでの公称歪量
   

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