JP2014122405A

JP2014122405A - らせんコア用無方向性電磁鋼板およびその製造方法

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Publication number: JP2014122405A
Application number: JP2012279995A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fujikura; 昌浩藤倉; Yoshiyuki Ushigami; 義行牛神; Masahiro Ogami; 正浩大神; Takeshi Sone; 健曽根; Takashi Royama; 隆司蝋山
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp; Sawafuji Electric Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Sawafuji Electric Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: JP6192291B2

Abstract

【課題】自動車用交流発電機（オルタネータ）などに用いられるらせんコア製造において、低い鉄損と良好な加工性をもつ無方向性電磁鋼板を提供する。
【解決手段】Ｃ：０〜０．０１％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０〜０．７％、Ｓｉ＋Ａｌ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．０５〜０．６％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、金属組織がフェライト単相組織であり、前記フェライト相の平均結晶粒径が１０〜４０μｍであり、降伏点ＹＰ：３２０ＭＰａ以下、引張強さＴＳ：４００ＭＰａ以下、降伏比ＹＲ（ＹＰ／ＴＳ）：０．８２以下、伸びＥＬ：３０％以上とした無方向性電磁鋼板とする。
【選択図】図１

Description

自動車用交流発電機（オルタネータ）などのステータには、鋼板をヘリカル加工により平面曲げし、とぐろ状に巻き積層する「らせんコア」が使われることが多い。本発明は、らせんコアに適した無方向性電磁鋼板に関するものである。

らせんコア用無方向性電磁鋼板に関し、従来次のような技術が提案されている。
特許文献１には、らせんコアの鉄損を向上させるため、素材として従来使われてきた冷延鋼板に変えて無方向性電磁鋼板を使うことが提案されている。しかし、スキンパス圧延を施した状態で使用するため、鉄損は通常の無方向性電磁鋼板に比べて劣位である。
これに対して特許文献２には、スキンパス圧延の伸び率を低く限定し、鉄損と加工性を改善する提案がなされている。しかしスキンパス圧延による鉄損劣化は依然として課題となっている。

特開平９−２５６１１９号公報特開２００４−１６２０８１号公報

本発明は、上記従来技術に鑑み、ヘリカル加工性が良好で、かつ低い鉄損をもつ無方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。

本発明は、鋼板の成分組成と組織制御により、降伏応力ＹＰ、引張強さＴＳ、降伏比ＹＲ（ＹＰ／ＴＳ）などの機械的特性をヘリカル加工に適した特性範囲とし、同時に低い鉄損を満足したものである。
その要旨は下記の通りである。

（１）質量％で、Ｃ：０〜０．０１％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０〜０．７％、Ｓｉ＋Ａｌ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．０５〜０．６％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、金属組織がフェライト単相組織であり、前記フェライト相の平均結晶粒径が１０〜６０μｍであり、降伏点ＹＰ：３２０ＭＰａ以下、引張強さＴＳ：４００ＭＰａ以下、降伏比ＹＲ（ＹＰ／ＴＳ）：０．８２以下であることを特徴とするらせんコア用無方向性電磁鋼板。
（２）前記（１）に記載の成分組成を有する熱延板を冷延後、再結晶焼鈍する電磁鋼板の製造方法において、再結晶焼鈍を７００〜９００℃の温度範囲で行うことを特徴とする前記（１）に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。

本発明によれば、ヘリカル加工性が良好で、かつ低い鉄損をもつ無方向性電磁鋼板を提供することができる。

結晶粒径を２０μｍに揃えた時の、Ｓｉ＋Ａｌ含有量と降伏点ＹＰの関係を示す図である。結晶粒径を２０μｍに揃えた時の、Ｓｉ＋Ａｌ含有量と引張強さＴＳの関係を示す図である。結晶粒径を２０μｍに揃えた時の、Ｓｉ＋Ａｌ含有量と降伏比ＹＲ（ＹＰ／ＴＳ）の関係を示す図である。鋼板をヘリカル加工した場合のしわの数と降伏点ＹＰとの関係を示す図である。鋼板をヘリカル加工した場合のしわの数と引張強さＴＳとの関係を示す図である。結晶粒径を変化させた鋼板における、ヘリカル加工した場合のしわの数と降伏比ＹＲ（ＹＳ／ＴＳ）との関係を示す図である。

以下、本発明を構成する要件について順次説明する。
＜成分組成＞
本発明の無方向性電磁鋼板の成分組成の限定理由について説明する。以下で含有量の％は、質量％を意味する。
（Ｃ：０〜０．０１％）
Ｃは鉄損を劣化させ、磁気時効の原因にもなる有害な元素なので、上限を０．０１％とし、下限を０％とする。好ましくは０〜０．００５％以下である。
（Ｓｉ：０．１〜２．０％）
Ｓｉは脱酸剤として有効であり、鋼の固有抵抗を増加させ鉄損を低下させるため、０．１％以上が必要である。一方、多すぎると磁束密度が低下するため、上限を２．０％とする。最適な範囲は０．１〜２．０％であり、好ましくは０．５〜１．０％である。

（Ａｌ：０〜０．７％）
Ａｌも脱酸剤として有効であり、固有抵抗を増加させるので、添加してもよい。しかし磁束密度の低下にはＳｉよりも影響が大きい。また理由は不明であるが、Ａｌ量が増えると降伏比が大きくなる傾向がある。従ってＡｌの範囲を０〜０．７％とする。好ましくは０〜０．３％である。

（Ｓｉ＋Ａｌ：０．３〜２．５％）
ＳｉとＡｌは上記の作用の他に、降伏応力ＹＰや引張強さＴＳなどの機械的強度を高め、降伏比ＹＲ（ＹＰ／ＴＳ）にも影響を与える。図1〜３に、フェライト粒の平均結晶粒径が２０μmである場合の、ＳｉとＡｌの合計添加量（Ｓｉ＋Ａｌ）とＹＰ、ＴＳ、ＹＲとの関係を示す。
後述するが、良好なヘリカル加工性を持つには、ＹＰ、ＴＳ、ＹＲがそれぞれ３２０ＭＰａ以下、４００ＭＰａ以下、０．８２以下を満足することが必要である。これらの条件を満足させるＳｉ＋Ａｌ量は、図1〜３の場合、ＹＰでは１．８％以下、ＴＳでは１．１％以下、ＹＲでは０．６％以上である。
このように、良好なヘリカル加工性を得るにはＳｉ＋Ａｌ量には適正な範囲があることが確認されたので、フェライト粒の平均結晶粒径が他の場合についても、さらに検討した結果、Ｓｉ＋Ａｌを０．３〜２．５％の範囲にするとよいことが確認された。より好ましいＳｉ＋Ａｌの範囲は０．５〜１．５％であり、更に好ましくは０．５〜１．０％である。

（Ｍｎ：０．０５〜０．６％）
Ｍｎは熱間加工性の改善や硫化物の粗大化にも効果があるため下限を０．０５％とし、過剰な添加はコスト増になるため、Ｍｎの範囲を０．０５〜０．６％とする。好ましくは０．１〜０．３％である。

（その他の成分）
前記以外のその他の元素は特に規定しないが、下記の様に制御することが有効であることを確認している。
Ｐは打ち抜きのかえりの防止に効果があるが、凝固偏析によって鉄損が劣化しやすいため０．１％以下が好ましい。
Ｓ、Ｎ、ＯおよびＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｇなどは析出物を形成して鉄損を劣化させるので、すべて０．０１％以下が好ましい。
またＳを無害化させるべく、Ｃａ、ＲＥＭなどの添加（約０．０００５〜０．００５％）により、粗大なオキシサルファイドを鋳造での冷却段階で析出させる公知の技術を採用することも有効である。
さらに磁気特性を改善するためにＣｕ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｂなどを添加しても良いが、添加コストの面から０．５％以下が好ましい。

＜鋼板組織＞
本発明の鋼板の組織は、未再結晶組織を含まないフェライト単相組織とし、その平均粒径を１０μｍ〜６０μｍとする。未再結晶組織を含んだり、平均粒径が１０μm未満だったりすると、鉄損が劣化し、ＹＰ、ＴＳ、ＹＲも上昇する。６０μｍより大きくなると、ヘリカル加工性が劣化する。更に打ち抜きの際、端面のダレも大きくなる。好ましくは１０〜３０μｍである。

＜機械的特性＞
機械的特性とヘリカル加工性との関係を次のような試験を行って評価して、ヘリカル加工性を確保するために必要な機械的特性の要件を得た。
まず、機械特性の異なる無方向性電磁鋼板のヘリカル加工性を評価するために、鋼板から幅１０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの試料を切り出し、直径３００ｍｍの丸鋼に１ターンをヘリカル巻きつけし、外周または内周に発生したしわの個数をカウントした。

含有成分とフェライト結晶粒径を調整して機械特性変化させた場合の、ＹＰ、ＴＳとしわの数の関係を図４、５に示す。ＹＰ、ＴＳが小さくなるほどしわの数は少なく、ヘリカル加工性が良好になることが分かる。これらの図から、良好なヘリカル加工性を得るために、鋼板の降伏点ＹＰを３２０ＭＰａ以下、引張強さＴＳ４００ＭＰａ以下とする。ただし加工時の座屈防止の観点からＹＰは２５０ＭＰａ以上、ＴＳは３５０ＭＰａ以上が好ましい。また、伸びＥＬは特に規定しないが、大きい方がヘリカル加工性は良くなるので３０％以上が望ましい。大きすぎると打ち抜き時のダレが大きくなるので、４０％以下が望ましい。

次に、０．００３％Ｃ、０．７％Ｓｉ、０．２％Ｍｎ、Ａｌ-ｔｒの成分組成を持つ鋼を用いて結晶粒径を変化させ降伏比の異なる鋼板を用意しヘリカル加工性を評価した。ＹＰは２９０〜３２０ＭＰa、ＴＳは３５０〜４００ＭＰaの範囲で降伏比ＹＲを変化させることができた。ＹＲとしわの数の変化を図６に示す。降伏比ＹＲは０．８２以下とすることで、しわの数は顕著に減少し、加工性が良好となるので、本発明においては、降伏比を０．８２以下とする。一方小さすぎると、打ち抜き時のダレが大きくなるので０．６５以上が好ましい。

＜製造方法＞
本発明の無方向電磁鋼板の製造方法は下記の通りである。
先に示した鋼組成を有するスラブに対して熱間圧延を施し、酸洗、冷間圧延を施し、その後再結晶のための仕上げ焼鈍を施す。仕上げ焼鈍以外は一般的な無方向性電磁鋼板の製造方法で製造できる。仕上げ焼鈍は結晶粒径の均一化のために連続焼鈍で行うことが好ましく、鋼板組織を粒径１０〜６０μｍのフェライト単相とするため、温度は７００〜９００℃とする。ただしバッチ焼鈍も可能であり、その場合、次式で決められるＬＭＰを１７０００〜２１０００の範囲に制御することで、最適な結晶粒径を得ることができる。
ＬＭＰ＝Ｔ×（２０＋Ｌｏｇ（ｔ））
ここで、Ｔ：焼鈍温度（Ｋ）、ｔ：焼鈍時間（時間）である。
その後、通常の絶縁皮膜を塗布乾燥してもよいし、コスト面から省略することも可能である。

以下、実施例により本発明の実施可能性及び効果についてさらに示す。
＜実施例１＞
表１に示す各種成分を含有する鋼塊を供試材として、加熱温度を１１５０℃として熱延を行い、２．５ｍｍ厚の熱延板を得た。この熱延板を酸洗し、冷延して０．５ｍｍとした。脱脂してから、８５０℃で３０秒均熱の連続焼鈍を施し、電磁鋼板を得た。
得られた電磁鋼板の粒径はＪＩＳＧ０５５２に基づき測定した。磁気測定は、Ｌ、Ｃ方向に５５ｍｍ×５５ｍｍの単板試料を切り出し、ＪＩＳＣ２５５６に基づき行った。引張試験は、Ｌ、Ｃ方向にＪＩＳ５号試験片を切り出し、ＪＩＳＺ２２４１に基づき行った。またヘリカル加工性を評価するために、鋼板から幅１０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの試料を切り出し、直径３００ｍｍの丸鋼に１ターンをヘリカル巻きつけし、外周または内周に発生したしわの個数をカウントした。結果を表１に示す。機械特性、磁気特性はＬＣの平均値である。
本発明例においては、良好なヘリカル加工性と低い鉄損が同時に得られる。

＜実施例２＞
質量％で、Ｃ：０．００３％、Ｓｉ：０．７％、Ｍｎ：０．１８％、Ｐ：０．０７３％、Ａｌ：０．００１％の成分組成の鋼塊を供試材として、加熱温度１１５０℃の熱延を行い、２．５ｍｍ厚の熱延板を得た。この熱延板を酸洗し、冷延して０．５ｍｍとした。脱脂してから、表２に示す条件で仕上げ焼鈍を行った。実施例１と同様に粒径、磁気特性、機械的特性、ヘリカル加工性を評価した。結果を表２に示す。
本発明例においては、良好なヘリカル加工性と低い鉄損が同時に得られる。

Claims

質量％で、
Ｃ：０〜０．０１％、
Ｓｉ：０．１〜２．０％、
Ａｌ：０〜０．７％
Ｓｉ＋Ａｌ：０．３〜２．５％
Ｍｎ：０．０５〜０．６％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、金属組織がフェライト単相組織であり、前記フェライト相の平均結晶粒径が１０〜６０μｍであり、降伏応力ＹＰ：３２０ＭＰａ以下、引張強さＴＳ：４００ＭＰａ以下、降伏比ＹＲ（ＹＰ／ＴＳ）：０．８２以下であることを特徴とするらせんコア用無方向性電磁鋼板。
前記請求項１に記載の成分組成を有する熱延板を冷延後、再結晶焼鈍する電磁鋼板の製造方法において、再結晶焼鈍を７００〜９００℃の温度範囲で行うことを特徴とする請求項１に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。