JP2006009048A - 回転子用無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、質量%で、C:0.04%以下、Si:3.5%以下、Mn:0.1%以上2.5%以下、Al:2.5%以下、P:0.2%以下、S:0.03%以下、N:0.005%以下を含有し、残部が実質的にFeおよび不純物からなり、再結晶部分の面積比率が25%未満であることを特徴とする回転子用無方向性電磁鋼板を提供することにより、上記目的を達成する。
【選択図】 無し
Description
Nb/93+Zr/91+Ti/48+V/51−(C/12+N/14)>0 (1)
(ここで、式(1)中、Nb、Zr、Ti、V、CおよびNはそれぞれの元素の含有量(質量%)を示す。)
Nb*=Nb/93−C/12−N/14 (2)
(ここで、式(2)中、Nb、CおよびNはそれぞれの元素の含有量(質量%)を示す。)
以下、本発明の回転子用無方向性電磁鋼板およびその製造方法について詳細に説明する。
本発明の回転子用無方向性電磁鋼板は、質量%で、C:0.04%以下、Si:3.5%以下、Mn:0.1%以上2.5%以下、Al:2.5%以下、P:0.2%以下、S:0.03%以下、N:0.005%以下を含有し、残部が実質的にFeおよび不純物からなり、再結晶部分の面積比率が25%未満であることを特徴とするものである。
以下、本発明の回転子用無方向性電磁鋼板における鋼組成および再結晶部分の面積比率について説明する。
(1)C
CはNb,Zr,TiまたはVと結びついて析出物を形成するため、固溶Nb,Zr,TiおよびVの含有量の減少に繋がる。したがって、固溶Nb,Zr,TiおよびVの含有量を確保するためには、C含有量は低減することが好ましい。しかしながら、過度のC含有量の低減は製鋼コストが増加する点や、C含有量が多くてもNb,Zr,TiおよびVの含有量をそれに応じて増加させれば固溶Nb,Zr,TiおよびVの含有量は確保される点を鑑み、C含有量の上限値は0.04%とする。好ましくは0.02%以下、さらに好ましくは0.01%以下である。
Siは電気抵抗を高め、渦電流損失を低減する効果を有する元素である。しかしながら、多量のSiを含有させた場合には冷間圧延時の割れを誘発し、鋼板の歩留まり低下により製造コストが増加する。そのためSi含有量は3.5%以下とする。また、割れ抑制の観点からは3.0%以下が好ましい。さらに、Siを脱酸剤として使用する場合は0.01%以上含有させることが必要であるが、Alを脱酸剤として使用する場合もあるため、Si含有量の下限値は特に限定しない。
MnはSiと同様に電気抵抗を高め、渦電流損失を低減する効果がある。しかしながら、Mnを多量に含有させると合金コストが増加するため、Mn含有量の上限は2.5%とする。一方、Mn含有量の下限はSを固定する観点から定められるものであり、0.1%とする。
Alは電気抵抗を高めるためSiと同様に渦電流損失を低減する。しかしながら、多量にAlを含有させると合金コストが増加するとともに、飽和磁束密度低下により磁束の漏れが発生するためモータ効率が低下する。これらの観点からAl含有量の上限は2.5%とする。また、Alを脱酸剤として使用する場合は0.01%以上含有させることが必要であるが、Siを脱酸剤として使用する場合があるため、Al含有量の下限値は特に限定しない。
Pは固溶強化により鋼板の強度を高める効果があるが、多量にPを含有する場合には冷間圧延時の割れを誘発する。そのためP含有量は0.2%以下とする。
Sは鋼中に不可避的に混入する不純物であるが、製鋼段階で低減するにはコストが増加するためS含有量としては0.03%を上限とする。
NはNb,Zr,TiまたはVと結びついて析出物を形成するため、固溶Nb,Zr,TiおよびVの含有量の減少に繋がる。したがって、固溶Nb,Zr,TiおよびVの含有量を確保する観点からはN含有量は低減することが好ましい。そのためN含有量は0.005%以下とする。
均熱処理を施した上で加工組織および回復組織を得るためには析出物を形成していない固溶した状態のNb,Zr,TiまたはVを含有させることが有効であることから、Nb、Zr、TiおよびVからなる群から選択される少なくとも1種の元素を下記式(1)を満足する範囲で含有させることが好ましい。
(ここで、式(1)中、Nb、Zr、Ti、V、CおよびNはそれぞれの元素の含有量(質量%)を示す。)
本発明においては、本発明の効果を損なわない範囲で上述した元素以外の元素を含有させることが可能である。本発明においては、再結晶粒径の細粒化ではなく再結晶そのものを抑制することにあるから、この再結晶抑制効果を損なわない範囲でCr,Mo,B,Cu,Ni,CoおよびWなどを必要に応じて含有させてもよい。
次に、本発明における再結晶部分の面積比率について説明する。
本発明においては、鋼組成を上述した範囲となるように調製しても、再結晶部分の面積比率が25%以上であると急激に強度が低下するため所望の機械特性が得られない場合がある。そのため、再結晶部分の面積比率は25%未満とする。機械特性の観点からは再結晶部分の面積比率は低いほど好ましく、20%以下であることが好ましい。また、再結晶部分の面積比率をゼロとし、完全に未再結晶状態(加工組織および回復組織)とすることが好ましく、そのためには均熱処理を施さないか、あるいは均熱処理を施す場合には均熱温度などを調整することが重要である。
次に、本発明の回転子用無方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。本発明の回転子用無方向性電磁鋼板の製造方法は、均熱処理工程の有無により2つの態様に分けることができる。以下、各態様について説明する。
本発明の回転子用無方向性電磁鋼板の製造方法の第1の態様は、上述した「A.回転子用無方向性電磁鋼板」の項に記載した鋼組成を備える鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程とを有し、上記冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板に均熱処理を施す均熱処理工程を行わないことを特徴とするものである。
以下、このような回転子用無方向性電磁鋼板の製造方法における各工程について説明する。
本態様における熱間圧延工程は、上述した鋼組成を備える鋼塊または鋼片(以下、「スラブ」ともいう。)に熱間圧延を施す工程である。
本態様における冷間圧延工程は、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す工程である。このような冷間圧延工程を行うことにより、鋼板を所定の板厚に仕上げる。
本態様においては、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程を行ってもよい。熱延板焼鈍は必ずしも必須の工程ではないが、熱延板焼鈍工程を行うことにより、鋼板の延性が向上し冷間圧延工程での破断を抑制できるからである。
本態様においては、上記冷間圧延工程後に、一般的な方法に従って有機成分のみ、無機成分のみ、あるいは有機無機複合物からなる絶縁被膜を鋼板表面に塗布するコーティング工程を行うことが好ましい。また、コーティング工程は、加熱・加圧することにより接着能を発揮する絶縁コーティングを施す工程であってもよい。接着能を発揮するコーティング材料としては、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂またはメラミン樹脂などを用いることができる。
本発明の回転子用無方向性電磁鋼板の製造方法の第2の態様は、上述した「A.回転子用無方向性電磁鋼板」の項に記載した鋼組成を備える鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程と、上記冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を780℃以下で均熱する均熱処理工程とを有することを特徴とするものである。
本態様における均熱処理工程は、上述した冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を780℃以下で均熱する工程である。
本態様においては、上記均熱処理工程後に、一般的な方法に従って有機成分のみ、無機成分のみ、あるいは有機無機複合物からなる絶縁被膜を鋼板表面に塗布するコーティング工程を行うことが好ましい。また、コーティング工程は、加熱・加圧することにより接着能を発揮する絶縁コーティングを施す工程であってもよい。接着能を発揮するコーティング材料としては、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂またはメラミン樹脂などを用いることができる。
下記の表1に示す鋼組成を有する鋼を真空溶製し、これらの鋼を1150℃に加熱し、仕上げ温度820℃で熱間圧延を行い580℃で巻き取り、厚さが2.0mmの熱間圧延鋼板を得た。これらの熱間圧延鋼板のうち一部を除いて水素雰囲気中にて10時間保持する箱焼鈍、あるいは1000℃で60秒間保持する連続焼鈍による熱延板焼鈍を施し、一回の冷間圧延にて板厚0.35mmまで仕上げた。また、一部の熱間圧延鋼板については、上記の熱延板焼鈍後、中間板厚まで冷間圧延した後、水素雰囲気中にて10時間保持する箱焼鈍、あるいは1000℃で60秒間保持する連続焼鈍による中間焼鈍を実施し、二回目の冷間圧延で0.35mmに仕上げた。さらに、一部の熱間圧延鋼板については熱延板焼鈍を施すことなく、一回あるいは中間焼鈍を含む二回の冷間圧延にて0.35mmに仕上げた。その後、種々の温度で30秒間保持する均熱処理を施した。このようにして、鋼板を作製した。
実施例1〜18と同様にして鋼板を作製した。
実施例1〜18および比較例1〜7の鋼板について、再結晶部分の面積比率、機械特性、磁気特性および疲労特性を評価した。
機械特性は、JIS5号試験片を用いた引張試験にて降伏点:YPおよび引張強さ:TSにて評価した。
磁気特性は、JIS C 2550に規定されるエプスタイン試験にて、最大磁束密度:1.0T、励磁周波数:400Hzでの鉄損W10/400と磁化力5000A/mでの磁束密度B50を測定した。
疲労試験は、打ち抜き加工により試験片を採取し、端面に研削加工を施すことなく打ち抜きのままで振動数60Hzの片振り電磁共振試験に供した。この疲労試験では、駆動モータの応力状態に対して安全率を考慮し、平均応力:300MPa、応力振幅:180MPaの条件で疲労破壊しなかったものを良好と判断した。また、繰り返し数は107まで実施し、この繰り返し数での破壊の有無で判断した。表2において疲労破壊のないものを「○」印、疲労破壊のあるものを「×」印で示した。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.04%以下、Si:3.5%以下、Mn:0.1%以上2.5%以下、Al:2.5%以下、P:0.2%以下、S:0.03%以下、N:0.005%以下を含有し、残部が実質的にFeおよび不純物からなり、再結晶部分の面積比率が25%未満であることを特徴とする回転子用無方向性電磁鋼板。
- Nb、Ti、ZrおよびVからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有し、下記式(1)を満足する鋼組成を有することを特徴とする請求項1に記載の回転子用無方向性電磁鋼板。
Nb/93+Zr/91+Ti/48+V/51−(C/12+N/14)>0 (1)
(ここで、式(1)中、Nb、Zr、Ti、V、CおよびNはそれぞれの元素の含有量(質量%)を示す。) - 請求項1または請求項2に記載の鋼組成を備える鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、前記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程とを有し、前記冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板に均熱処理を施す均熱処理工程を行わないことを特徴とする回転子用無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 請求項1または請求項2に記載の鋼組成を備える鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、前記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程と、前記冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を780℃以下で均熱する均熱処理工程とを有することを特徴とする回転子用無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程を有することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の回転子用無方向性電磁鋼板の製造方法。
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