JP2017106072A - 軟磁性鋼板、積層軟磁性鋼板および電磁気部品の各製造方法 - Google Patents
軟磁性鋼板、積層軟磁性鋼板および電磁気部品の各製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】磁気特性と磁気等方性に優れた軟磁性鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】純鉄系成分の鋼素材を熱間圧延して熱延板とする熱延工程と、前記熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、前記必要に応じて熱延板焼鈍を施した前記熱延板を1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延して0.1〜3mmの最終板厚の冷延板とする冷延工程と、前記冷延板に一次再結晶焼鈍を施す一次再結晶焼鈍工程と、前記一次再結晶焼鈍を施した前記冷延板の表面に機械的加工により局所的に予歪を付与する局所歪付与工程と、前記表面に局所的に予歪を付与した前記冷延板に二次再結晶焼鈍を施すことで、板面内の磁気異方性が極小化された軟磁性鋼板を得る二次再結晶焼鈍工程と、を備える。前記冷延板への局所的な予歪の付与は、直径0.1〜0.5mmの投射体を力積面密度が15〜130kg/(m・s)の条件で投射するショットピーニング処理によって行うことが好ましい。【選択図】なし
Description
本発明は、ソレノイド、リレー、電動機、変圧器などに使用される、高透磁率でかつ低鉄損の磁気特性を有する純鉄系組成の軟磁性鋼板および積層軟磁性鋼板の各製造方法に関する。
従来、電磁用途に用いられる鋼板としては、方向性電磁鋼板、無方向性電磁鋼板などがあり、磁気特性の異方性をきらう用途に対しては、無方向性電磁鋼板が使用される。しかしながら、無方向性電磁鋼板といえども、圧延方向とそれに直交するクロス方向とで磁気特性を完全に等しくすることは困難であった。そのため、単板で使用する場合には、磁気特性に異方性が生じてしまうことはもちろんのこと、積層して鉄心とする場合においても、圧延方向を揃えて積層すると、鉄心の磁気特性に異方性が生じ部品の特性が劣化してしまう。このような部品の特性劣化を防止するためには、圧延方向が種々の方向にまんべんなく向くように向きを変えながら積層するなどの余分な工程が必要であった。
また、2〜6質量%のSiや、結晶成長制御を目的としたインヒビター元素の添加を前提とした従来の電磁鋼板(例えば、特許文献1参照)では、それらの元素の添加によって硬くなるため成形性が劣化する。さらに、渦損の抑制のために鋼板を薄く圧延することも困難であり、また無理に曲げると磁気特性が劣化してしまう。そのため、電動機や発電機から変圧器までの用途においては、平面的な積層鋼板とした2次元磁気回路としてしか使用できず、構造設計の大きな制約となっていた。
もし、比較的柔らかい純鉄系組成の薄鋼板で、従来の電磁鋼板と同等の磁気特性を有しつつ、従来の無方向性電磁鋼板より磁気異方性を小さくできれば、プレス成形した曲面的な薄鋼板による3次元的磁気回路が実現でき、電動機や発電機から変圧器まで、さらなる小型化や軽量化が可能となる。
しかしながら、純鉄系組成の薄鋼板において、磁気異方性を小さくする手段についてはいまだ実用化されていないのが実情である。
なお、特許文献2には、方向性電磁鋼板の製造方法において、歪取り焼鈍後も鉄損低減効果を維持することを課題として、二次再結晶焼鈍し、次いで平坦化焼鈍を行い、平坦化焼鈍後の鋼板表面を圧延方向に間隔をおいて、平行に800〜1100℃に帯状に加熱した後、その加熱した部位に平均粒径が100μm以下の粒状体を投射することにより局所歪を導入して磁区細分化を行う技術が開示されている。これに対し、本発明は、軟磁性鋼板における磁気異方性の極小化を課題として、一次再結晶焼鈍後であって二次再結晶焼鈍前に局所的に予歪を付与することを特徴とするものである。したがって、特許文献2に開示された技術は、技術分野、解決すべき課題および具体的構成のいずれもが、本発明とは全く異なるものである。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気特性と磁気等方性に優れた軟磁性鋼板の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、磁気特性と磁気等方性に優れた積層軟磁性鋼板の製造方法を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、磁気特性と磁気等方性に優れた電磁気部品の製造方法を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述から明らかになるであろう。
本発明に係る第1発明は、
成分組成が、質量%で、C:0.001〜0.02%、Si:0〜0.05%、Mn:0.05〜0.5%、P:0〜0.02%、S:0〜0.1%、Al:0〜0.01%、Cr:0〜0.1%、N:0〜0.005%であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼素材を熱間圧延して熱延板とする熱延工程と、
前記熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、
前記必要に応じて熱延板焼鈍を施した前記熱延板を1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延して0.1〜3mmの最終板厚の冷延板とする冷延工程と、
前記冷延板に一次再結晶焼鈍を施す一次再結晶焼鈍工程と、
前記一次再結晶焼鈍を施した前記冷延板の表面に機械的加工により局所的に予歪を付与する局所歪付与工程と、
前記表面に局所的に予歪を付与した前記冷延板に二次再結晶焼鈍を施すことで、板面内の磁気異方性が極小化された軟磁性鋼板を得る二次再結晶焼鈍工程と、
を備えたことを特徴とする、軟磁性鋼板の製造方法である。
成分組成が、質量%で、C:0.001〜0.02%、Si:0〜0.05%、Mn:0.05〜0.5%、P:0〜0.02%、S:0〜0.1%、Al:0〜0.01%、Cr:0〜0.1%、N:0〜0.005%であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼素材を熱間圧延して熱延板とする熱延工程と、
前記熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、
前記必要に応じて熱延板焼鈍を施した前記熱延板を1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延して0.1〜3mmの最終板厚の冷延板とする冷延工程と、
前記冷延板に一次再結晶焼鈍を施す一次再結晶焼鈍工程と、
前記一次再結晶焼鈍を施した前記冷延板の表面に機械的加工により局所的に予歪を付与する局所歪付与工程と、
前記表面に局所的に予歪を付与した前記冷延板に二次再結晶焼鈍を施すことで、板面内の磁気異方性が極小化された軟磁性鋼板を得る二次再結晶焼鈍工程と、
を備えたことを特徴とする、軟磁性鋼板の製造方法である。
本発明に係る第2発明は、上記第1発明において、
前記冷延板表面への局所的な予歪の付与が、
直径0.1〜0.5mmの投射体を、その密度、直径および投射速度の積で定義される力積面密度が15〜130kg/(m・s)の条件で投射するショットピーニング処理によって行われる、軟磁性鋼板の製造方法である。
前記冷延板表面への局所的な予歪の付与が、
直径0.1〜0.5mmの投射体を、その密度、直径および投射速度の積で定義される力積面密度が15〜130kg/(m・s)の条件で投射するショットピーニング処理によって行われる、軟磁性鋼板の製造方法である。
本発明に係る第3発明は、上記第2発明において、
前記ショットピーニング処理におけるカバレージを5〜20%とする、軟磁性鋼板の製造方法である。
前記ショットピーニング処理におけるカバレージを5〜20%とする、軟磁性鋼板の製造方法である。
本発明に係る第4発明は、上記第2または第3発明において、
前記投射体として、荷重0.49Nでのビッカース硬さが400〜650HVの鋼製ビーズを用いる、軟磁性鋼板の製造方法である。
前記投射体として、荷重0.49Nでのビッカース硬さが400〜650HVの鋼製ビーズを用いる、軟磁性鋼板の製造方法である。
本発明に係る第5発明は、
上記第1〜第4発明のいずれか1つの発明で製造された、板厚が0.1〜0.3mmの軟磁性鋼板を複数枚積層して積層軟磁性鋼板を得る積層工程を備えたことを特徴とする積層軟磁性鋼板の製造方法である。
上記第1〜第4発明のいずれか1つの発明で製造された、板厚が0.1〜0.3mmの軟磁性鋼板を複数枚積層して積層軟磁性鋼板を得る積層工程を備えたことを特徴とする積層軟磁性鋼板の製造方法である。
本発明に係る第6発明は、
成分組成が、質量%で、C:0.001〜0.02%、Si:0〜0.05%、Mn:0.05〜0.5%、P:0〜0.02%、S:0〜0.1%、Al:0〜0.01%、Cr:0〜0.1%、N:0〜0.005%であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼素材を熱間圧延して熱延板とする熱延工程と、
前記熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、
前記必要に応じて熱延板焼鈍を施した前記熱延板を1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延して0.1〜3mmの最終板厚の冷延板とする冷延工程と、
前記冷延板を部品形状にプレス成形するプレス成形工程と、
前記部品形状にプレス成形されたプレス成形品に一次再結晶焼鈍を施す一次再結晶焼鈍工程と、
前記一次再結晶焼鈍を施した前記プレス成形品の表面に機械的加工により局所的に予歪を付与する局所歪付与工程と、
前記表面に局所的に予歪を付与した前記プレス成形品に二次再結晶焼鈍を施すことで、板面内の磁気異方性が極小化された電磁気部品を得る二次再結晶焼鈍工程と、
を備えたことを特徴とする、電磁気部品の製造方法である。
成分組成が、質量%で、C:0.001〜0.02%、Si:0〜0.05%、Mn:0.05〜0.5%、P:0〜0.02%、S:0〜0.1%、Al:0〜0.01%、Cr:0〜0.1%、N:0〜0.005%であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼素材を熱間圧延して熱延板とする熱延工程と、
前記熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、
前記必要に応じて熱延板焼鈍を施した前記熱延板を1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延して0.1〜3mmの最終板厚の冷延板とする冷延工程と、
前記冷延板を部品形状にプレス成形するプレス成形工程と、
前記部品形状にプレス成形されたプレス成形品に一次再結晶焼鈍を施す一次再結晶焼鈍工程と、
前記一次再結晶焼鈍を施した前記プレス成形品の表面に機械的加工により局所的に予歪を付与する局所歪付与工程と、
前記表面に局所的に予歪を付与した前記プレス成形品に二次再結晶焼鈍を施すことで、板面内の磁気異方性が極小化された電磁気部品を得る二次再結晶焼鈍工程と、
を備えたことを特徴とする、電磁気部品の製造方法である。
本発明に係る第7発明は、上記第6発明において、
前記プレス成形品表面への局所的な予歪の付与が、
直径0.1〜0.5mmの投射体を、その密度、直径および投射速度の積で定義される力積面密度が15〜130kg/(m・s)の条件で投射するショットピーニング処理によって行われる、電磁気部品の製造方法である。
前記プレス成形品表面への局所的な予歪の付与が、
直径0.1〜0.5mmの投射体を、その密度、直径および投射速度の積で定義される力積面密度が15〜130kg/(m・s)の条件で投射するショットピーニング処理によって行われる、電磁気部品の製造方法である。
本発明に係る第8発明は、上記第7発明において、
前記ショットピーニング処理におけるカバレージを5〜20%とする、電磁気部品の製造方法である。
前記ショットピーニング処理におけるカバレージを5〜20%とする、電磁気部品の製造方法である。
本発明に係る第9発明は、上記第7または第8発明において、
前記投射体として、荷重0.49Nでのビッカース硬さが400〜650HVの鋼製ビーズを用いる、電磁気部品の製造方法である。
前記投射体として、荷重0.49Nでのビッカース硬さが400〜650HVの鋼製ビーズを用いる、電磁気部品の製造方法である。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
本発明の一実施の形態によれば、磁気特性に優れるとともに、優れた磁気等方性を有する軟磁性鋼板を提供することができる。
軟磁性鋼板について高い磁性および成形性を得るための要件は、成分組成として添加元素や不純物を適正範囲に制御することが重要である。一方、磁気等方性については、基本的な特性として、圧延方向の最大透磁率とそれに直交するクロス方向の最大透磁率とがほぼ等しいことが重要である。
そこで、本発明者らは、種々の成分組成の軟磁性鋼板について、その製造条件と磁気等方性との関係を詳細に検討した。その結果、一次再結晶焼鈍後で二次再結晶焼鈍前の冷延板に、機械的加工により局所的に予歪を付与することで、磁気等方性を向上させることができることを見出した。上記知見に基づき、さらに検討を進め、本発明を完成するに至った。
以下、本発明で用いる鋼素材が有すべき成分組成について説明する。以下、化学成分の単位はすべて質量%である。
〔鋼素材の成分組成〕
C:0.001〜0.02%
Cは、鋼中に固溶して、あるいは炭化物を形成して磁気特性を劣化させるため、極力低減させるべきであるが、C含有量が0.001%を下回っても磁気特性の向上効果は小さいため、その下限を0.001%とする。一方、C含有量が0.02%を超えると急激に磁気特性が劣化するため、その上限を0.02%、好ましくは0.015%、さらに好ましくは0.01%とする。
C:0.001〜0.02%
Cは、鋼中に固溶して、あるいは炭化物を形成して磁気特性を劣化させるため、極力低減させるべきであるが、C含有量が0.001%を下回っても磁気特性の向上効果は小さいため、その下限を0.001%とする。一方、C含有量が0.02%を超えると急激に磁気特性が劣化するため、その上限を0.02%、好ましくは0.015%、さらに好ましくは0.01%とする。
Si:0〜0.05%
Siは、脱酸剤として使用されるが、伸びを低下させる作用があるため、Si含有量の上限を0.05%、好ましくは0.04%、さらに好ましくは0.03%とする。
Siは、脱酸剤として使用されるが、伸びを低下させる作用があるため、Si含有量の上限を0.05%、好ましくは0.04%、さらに好ましくは0.03%とする。
Mn:0.05〜0.5%
Mnは脱酸作用を有するので、本発明においては、磁気特性とプレス成形性の両立のために、C、SおよびAlの各含有量を従来鋼に比べて低めにしている代わりに、Mnが脱酸剤としての役割を果たしており、Mn含有量を0.05%以上、好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.15%以上としてその効果を発揮させる。一方、Mnを過剰に含有させると伸び、および磁気特性が低下するため、Mn含有量の上限を0.5%、好ましくは0.4%、さらに好ましくは0.3%とする。
Mnは脱酸作用を有するので、本発明においては、磁気特性とプレス成形性の両立のために、C、SおよびAlの各含有量を従来鋼に比べて低めにしている代わりに、Mnが脱酸剤としての役割を果たしており、Mn含有量を0.05%以上、好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.15%以上としてその効果を発揮させる。一方、Mnを過剰に含有させると伸び、および磁気特性が低下するため、Mn含有量の上限を0.5%、好ましくは0.4%、さらに好ましくは0.3%とする。
P:0〜0.02%
Pは伸び、磁気特性ともに低下させるため、P含有量の上限を0.02%、好ましくは0.015%、さらに好ましくは0.01%とする。
Pは伸び、磁気特性ともに低下させるため、P含有量の上限を0.02%、好ましくは0.015%、さらに好ましくは0.01%とする。
S:0〜0.1%
Sは過剰に含まれると、伸び、および磁気特性を低下させるため、S含有量の上限を0.1%とし、高い磁気特性、または伸びが求められる場合においては、好ましくは0.06%、さらに好ましくは0.02%とする。
Sは過剰に含まれると、伸び、および磁気特性を低下させるため、S含有量の上限を0.1%とし、高い磁気特性、または伸びが求められる場合においては、好ましくは0.06%、さらに好ましくは0.02%とする。
Al:0〜0.01%
Alは脱酸剤として作用するため、磁気特性に有害なO、すなわち酸素と結合して無害化するために有効な元素である。しかしながら、Alを過剰に含有させるとNと結合してAlNを生成し、結晶粒を微細化して伸びを低下させたり、部品への成形後に必要に応じて行われる磁気焼鈍の後にも結晶粒が微細なままとなって磁気特性も劣化させる。このため、Al含有量の上限を0.01%、好ましくは0.006%、さらに好ましくは0.005%とする。
Alは脱酸剤として作用するため、磁気特性に有害なO、すなわち酸素と結合して無害化するために有効な元素である。しかしながら、Alを過剰に含有させるとNと結合してAlNを生成し、結晶粒を微細化して伸びを低下させたり、部品への成形後に必要に応じて行われる磁気焼鈍の後にも結晶粒が微細なままとなって磁気特性も劣化させる。このため、Al含有量の上限を0.01%、好ましくは0.006%、さらに好ましくは0.005%とする。
Cr:0〜0.1%
Crは、鋼中に硫化物などの析出物を形成すると磁気特性の劣化を招くため、極力低減すべきであり、Cr含有量を0.1%以下、好ましくは0.07%以下、さらに好ましくは0.05%以下とする。
Crは、鋼中に硫化物などの析出物を形成すると磁気特性の劣化を招くため、極力低減すべきであり、Cr含有量を0.1%以下、好ましくは0.07%以下、さらに好ましくは0.05%以下とする。
N:0〜0.005%
Nは鋼中に固溶すると磁気特性を劣化させ、またその一部がAlNを形成してもやはり結晶粒が微細化することによって磁気特性が劣化するため、N含有量を0.005%以下、好ましくは0.004%以下、さらに好ましくは0.003%以下とする。
Nは鋼中に固溶すると磁気特性を劣化させ、またその一部がAlNを形成してもやはり結晶粒が微細化することによって磁気特性が劣化するため、N含有量を0.005%以下、好ましくは0.004%以下、さらに好ましくは0.003%以下とする。
本発明で用いる鋼素材は、上記記載した以外の成分は、Feおよび不可避的不純物であることが望ましい。ただし、本発明の効果を害しない範囲内であれば、上記以外の成分の含有を拒むものではない。
次に、本発明に係る磁気等方性に優れた軟磁性鋼板の製造方法について述べる。
〔軟磁性鋼板の製造方法〕
本発明に係る磁気等方性に優れた軟磁性鋼板を製造するには、まず、上記成分組成を有する鋼を溶製し、造塊または連続鋳造によりスラブなどの鋼素材とする。
本発明に係る磁気等方性に優れた軟磁性鋼板を製造するには、まず、上記成分組成を有する鋼を溶製し、造塊または連続鋳造によりスラブなどの鋼素材とする。
<熱延工程>
そして、この鋼素材を熱間圧延して熱延板とする。この工程を熱延工程と呼ぶ。熱間圧延時の温度条件などは特に限定する必要はないが、例えば、950℃以下の圧延終了温度で、熱間圧延を行えばよい。
そして、この鋼素材を熱間圧延して熱延板とする。この工程を熱延工程と呼ぶ。熱間圧延時の温度条件などは特に限定する必要はないが、例えば、950℃以下の圧延終了温度で、熱間圧延を行えばよい。
<熱延板焼鈍工程>
次いで、この熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施す。この工程を熱延板焼鈍工程と呼ぶ。この熱延板焼鈍の焼鈍温度は、より良好な磁気特性を得るためには、800〜1150℃の範囲とするのが推奨される。熱延板焼鈍の焼鈍温度が800℃を下回ると、熱間圧延で形成されたバンド組織が残留し、整粒された一次再結晶組織を得ることが難しくなり、二次再結晶の発達が阻害される。一方、熱延板焼鈍の焼鈍温度が1150℃を超えると、熱延板焼鈍後の粒径が粗大化しすぎて、やはり、整粒された一次再結晶組織を得ることが難しくなる。
次いで、この熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施す。この工程を熱延板焼鈍工程と呼ぶ。この熱延板焼鈍の焼鈍温度は、より良好な磁気特性を得るためには、800〜1150℃の範囲とするのが推奨される。熱延板焼鈍の焼鈍温度が800℃を下回ると、熱間圧延で形成されたバンド組織が残留し、整粒された一次再結晶組織を得ることが難しくなり、二次再結晶の発達が阻害される。一方、熱延板焼鈍の焼鈍温度が1150℃を超えると、熱延板焼鈍後の粒径が粗大化しすぎて、やはり、整粒された一次再結晶組織を得ることが難しくなる。
<冷延工程>
上記必要に応じて熱延板焼鈍を施した熱延板を1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延して0.1〜3mmの最終板厚の冷延板とする。この工程を冷延工程と呼ぶ。中間焼鈍の焼鈍温度は900〜1200℃の範囲とするのが推奨される。中間焼鈍の焼鈍温度が900℃を下回ると、中間焼鈍後の再結晶粒が細かくなり、さらに、一次再結晶組織におけるGoss核が減少して部品の磁気特性が低下する傾向がある。一方、中間焼鈍の焼鈍温度が1200℃を超えると、上記熱延板焼鈍のときと同様、結晶粒が粗大化しすぎて、整粒された一次再結晶組織を得ることが難しくなる。
また、冷延板の最終板厚を0.1〜3mmとしたのは、0.1mmを下回ると工業的にハンドリング性が低下する一方、3mmを超えると局所歪導入後の二次再結晶焼鈍による熱処理で鋼板内部まで均一な組織にすることが難しくなるためである。冷延板の最終板厚の上限は、好ましくは2.8mm、さらに好ましくは2.5mmである。
上記必要に応じて熱延板焼鈍を施した熱延板を1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延して0.1〜3mmの最終板厚の冷延板とする。この工程を冷延工程と呼ぶ。中間焼鈍の焼鈍温度は900〜1200℃の範囲とするのが推奨される。中間焼鈍の焼鈍温度が900℃を下回ると、中間焼鈍後の再結晶粒が細かくなり、さらに、一次再結晶組織におけるGoss核が減少して部品の磁気特性が低下する傾向がある。一方、中間焼鈍の焼鈍温度が1200℃を超えると、上記熱延板焼鈍のときと同様、結晶粒が粗大化しすぎて、整粒された一次再結晶組織を得ることが難しくなる。
また、冷延板の最終板厚を0.1〜3mmとしたのは、0.1mmを下回ると工業的にハンドリング性が低下する一方、3mmを超えると局所歪導入後の二次再結晶焼鈍による熱処理で鋼板内部まで均一な組織にすることが難しくなるためである。冷延板の最終板厚の上限は、好ましくは2.8mm、さらに好ましくは2.5mmである。
<一次再結晶焼鈍工程>
上記冷延板に一次再結晶焼鈍を施す。この工程を一次再結晶焼鈍工程と呼ぶ。この一次再結晶焼鈍の焼鈍温度は600〜900℃の範囲とするのが推奨される。一次再結晶焼鈍の焼鈍温度が600℃を下回ると、再結晶に要する時間が長くなって工業的に成立し難くなる。一方、一次再結晶焼鈍の焼鈍温度が900℃を超えると、特定の結晶方位に偏った集合組織ができやすくなるため、その後の局所歪付与処理を実施したとしても等方的な磁気特性を得ることが難しくなる。
上記冷延板に一次再結晶焼鈍を施す。この工程を一次再結晶焼鈍工程と呼ぶ。この一次再結晶焼鈍の焼鈍温度は600〜900℃の範囲とするのが推奨される。一次再結晶焼鈍の焼鈍温度が600℃を下回ると、再結晶に要する時間が長くなって工業的に成立し難くなる。一方、一次再結晶焼鈍の焼鈍温度が900℃を超えると、特定の結晶方位に偏った集合組織ができやすくなるため、その後の局所歪付与処理を実施したとしても等方的な磁気特性を得ることが難しくなる。
<局所歪付与工程>
上記一次再結晶焼鈍を施した冷延板の表面に機械的加工により局所的に予歪を付与する。この工程を局所歪付与工程と呼ぶ。従来の、局所的な予歪の付与を行っていない冷延板を磁気焼鈍した場合には、圧延方向に沿って集合組織が発達しやすく、磁気異方性の原因になってしまうが、本発明では局所的に付与された予歪によって、ランダムな結晶方位が得られ、さらに後の二次再結晶焼鈍工程で効率よく結晶粒を粗大化することによって、磁気特性に優れるとともに、板面内における磁気異方性が極小化された集合組織が形成できる。なお、二次再結晶焼鈍工程は、従来技術における磁気焼鈍工程に相当する。
上記一次再結晶焼鈍を施した冷延板の表面に機械的加工により局所的に予歪を付与する。この工程を局所歪付与工程と呼ぶ。従来の、局所的な予歪の付与を行っていない冷延板を磁気焼鈍した場合には、圧延方向に沿って集合組織が発達しやすく、磁気異方性の原因になってしまうが、本発明では局所的に付与された予歪によって、ランダムな結晶方位が得られ、さらに後の二次再結晶焼鈍工程で効率よく結晶粒を粗大化することによって、磁気特性に優れるとともに、板面内における磁気異方性が極小化された集合組織が形成できる。なお、二次再結晶焼鈍工程は、従来技術における磁気焼鈍工程に相当する。
<二次再結晶焼鈍工程>
上記表面に局所的に予歪を付与した冷延板に二次再結晶焼鈍を施すことで、板面内の磁気異方性が極小化された軟磁性鋼板が得られる。この工程を二次再結晶焼鈍工程と呼ぶ。 二次再結晶焼鈍の焼鈍温度は、二次再結晶が数時間程度で完了する850〜950℃の範囲とするのが推奨される。
上記表面に局所的に予歪を付与した冷延板に二次再結晶焼鈍を施すことで、板面内の磁気異方性が極小化された軟磁性鋼板が得られる。この工程を二次再結晶焼鈍工程と呼ぶ。 二次再結晶焼鈍の焼鈍温度は、二次再結晶が数時間程度で完了する850〜950℃の範囲とするのが推奨される。
以上の工程を経ることで、磁気特性に優れるとともに、磁気異方性が極小化された、すなわち磁気等方性に優れた軟磁性鋼板が得られる。
<ショットピーニング処理>
局所歪付与工程における上記冷延板表面への局所的な予歪の付与は、付与される予歪の量および分布の自由度がより高いショットピーニング処理を用いて行うことが推奨される。
局所歪付与工程における上記冷延板表面への局所的な予歪の付与は、付与される予歪の量および分布の自由度がより高いショットピーニング処理を用いて行うことが推奨される。
[直径0.1〜0.5mmの投射体を、その密度、直径および投射速度の積で定義される力積面密度が15〜130kg/(m・s)の条件で投射]
発明者らは、投射体としてのビーズの投射条件を種々変更して一次再結晶焼鈍後の冷延板の表面にショットピーニング処理を施し、その後に二次再結晶焼鈍を施して、投射体であるビーズの投射条件と鋼板組織の平均結晶粒径との相関関係を解析した。その結果、鋼板組織の平均結晶粒径と最も相関が高いパラメータとして、力積面密度を用いればよいことを見出した。ここに、投射体の運動量/衝突断面積∝投射体の密度×直径×投射速度の関係より、力積面密度は、投射体の密度×直径×投射速度で定義される。すなわち、ショットピーニング処理においては、力積面密度が結晶化特性を規定するパラメータである。
具体的には、直径0.1〜0.5mmの投射体を力積面密度が15〜130kg/(m・s)の条件で投射するショットピーニング処理を行うのが好ましい。投射体の直径が0.1mmを下回ると、所望の力積面密度を得るためには投射速度を非常に大きくする必要があり、工業的にコストが増大する。一方、投射体の直径が0.5mmを超えると、鋼板の表面荒れが顕著になる。投射体の直径の好ましい上限は0.4mmである。
また、力積面密度が15kg/(m・s)を下回ると、後工程の二次再結晶焼鈍において所望の結晶粒径と結晶方位が得られない。一方、力積面密度が130kg/(m・s)を超えると、鋼板の表面荒れが顕著になるとともに、鋼板の板厚が小さい場合にはショットピーニング処理によって鋼板が変形してしまう不具合も生じる。力積面密度の好ましい下限は20kg/(m・s)、好ましい上限は120kg/(m・s)である。
発明者らは、投射体としてのビーズの投射条件を種々変更して一次再結晶焼鈍後の冷延板の表面にショットピーニング処理を施し、その後に二次再結晶焼鈍を施して、投射体であるビーズの投射条件と鋼板組織の平均結晶粒径との相関関係を解析した。その結果、鋼板組織の平均結晶粒径と最も相関が高いパラメータとして、力積面密度を用いればよいことを見出した。ここに、投射体の運動量/衝突断面積∝投射体の密度×直径×投射速度の関係より、力積面密度は、投射体の密度×直径×投射速度で定義される。すなわち、ショットピーニング処理においては、力積面密度が結晶化特性を規定するパラメータである。
具体的には、直径0.1〜0.5mmの投射体を力積面密度が15〜130kg/(m・s)の条件で投射するショットピーニング処理を行うのが好ましい。投射体の直径が0.1mmを下回ると、所望の力積面密度を得るためには投射速度を非常に大きくする必要があり、工業的にコストが増大する。一方、投射体の直径が0.5mmを超えると、鋼板の表面荒れが顕著になる。投射体の直径の好ましい上限は0.4mmである。
また、力積面密度が15kg/(m・s)を下回ると、後工程の二次再結晶焼鈍において所望の結晶粒径と結晶方位が得られない。一方、力積面密度が130kg/(m・s)を超えると、鋼板の表面荒れが顕著になるとともに、鋼板の板厚が小さい場合にはショットピーニング処理によって鋼板が変形してしまう不具合も生じる。力積面密度の好ましい下限は20kg/(m・s)、好ましい上限は120kg/(m・s)である。
[ショットピーニング処理におけるカバレージ:5〜20%]
投射体の衝突痕による加工表面の被覆率で定義されるカバレージを5〜20%とするのが推奨される。カバレージが5%を下回ると、二次再結晶が局所歪の導入されていない場所からも起こって所望のランダムな結晶方位が得られない。一方、カバレージが20%を超えると、二次再結晶が起こる場所が多くなりすぎて粒成長後の結晶粒径が小さくなって磁気特性が低下する。ショットピーニング処理におけるカバレージのより好ましい下限は7%、より好ましい上限は18%である。なお、本実施形態においては、カバレージは、光学顕微鏡で観察して観察面積全体に対するビーズが当たった部分の面積率を目視で測定した。
投射体の衝突痕による加工表面の被覆率で定義されるカバレージを5〜20%とするのが推奨される。カバレージが5%を下回ると、二次再結晶が局所歪の導入されていない場所からも起こって所望のランダムな結晶方位が得られない。一方、カバレージが20%を超えると、二次再結晶が起こる場所が多くなりすぎて粒成長後の結晶粒径が小さくなって磁気特性が低下する。ショットピーニング処理におけるカバレージのより好ましい下限は7%、より好ましい上限は18%である。なお、本実施形態においては、カバレージは、光学顕微鏡で観察して観察面積全体に対するビーズが当たった部分の面積率を目視で測定した。
[投射体として、荷重0.49Nでのビッカース硬さが400〜650HVの鋼製ビーズを用いる]
本発明においては、鋼素材として純鉄系鋼板を使用し、一次焼鈍後にショットピーニング処理を施すため、用いる投射体の材質にも好ましい範囲がある。すなわち、所望の力積面密度とカバレージを得るために、硬さが小さすぎると十分な局所歪が導入できず、一方硬さが高すぎると鋼板の表面荒れが顕著になるため、荷重0.49Nでのビッカース硬さが400〜650HVの鋼製ビーズを用いるのが推奨される。投射体のビッカース硬さのより好ましい下限は450HV、より好ましい上限は600HVである。
本発明においては、鋼素材として純鉄系鋼板を使用し、一次焼鈍後にショットピーニング処理を施すため、用いる投射体の材質にも好ましい範囲がある。すなわち、所望の力積面密度とカバレージを得るために、硬さが小さすぎると十分な局所歪が導入できず、一方硬さが高すぎると鋼板の表面荒れが顕著になるため、荷重0.49Nでのビッカース硬さが400〜650HVの鋼製ビーズを用いるのが推奨される。投射体のビッカース硬さのより好ましい下限は450HV、より好ましい上限は600HVである。
〔積層軟磁性鋼板の製造方法〕
上記実施形態では、軟磁性鋼板を単板で使用する場合を前提として、最終板厚を0.1〜3mmとしたが、積層して積層軟磁性鋼板として使用する場合は、最終板厚を0.3mm以下に制限して板厚0.1〜0.3mmの軟磁性鋼板とし、これを複数枚積層して積層軟磁性鋼板とするのが推奨される。1枚1枚の軟磁性鋼板は、磁気異方性が極小化されているので、従来の無方向性電磁鋼板のように向きを変えながら積層する必要がなく、圧延方向を揃えて積層しても磁気特性に異方性が生じることを確実に防止でき、優れた磁気特性の積層軟磁性鋼板が得られる。
上記実施形態では、軟磁性鋼板を単板で使用する場合を前提として、最終板厚を0.1〜3mmとしたが、積層して積層軟磁性鋼板として使用する場合は、最終板厚を0.3mm以下に制限して板厚0.1〜0.3mmの軟磁性鋼板とし、これを複数枚積層して積層軟磁性鋼板とするのが推奨される。1枚1枚の軟磁性鋼板は、磁気異方性が極小化されているので、従来の無方向性電磁鋼板のように向きを変えながら積層する必要がなく、圧延方向を揃えて積層しても磁気特性に異方性が生じることを確実に防止でき、優れた磁気特性の積層軟磁性鋼板が得られる。
〔電磁気部品の製造方法〕
上記実施形態では、一次再結晶焼鈍後の冷延板に局所的な予歪を付与した後、さらに二次再結晶焼鈍を施すことで、磁気特性と磁気等方性に優れた軟磁性鋼板を製造する方法について説明した。このようにして製造された本発明に係る軟磁性鋼板は、部品形状にプレス成形されることで、従来技術のようにさらに磁気焼鈍することなく、磁気特性と磁気等方性に優れた電磁気部品が得られる。
しかしながら、このように一旦、磁気特性と磁気等方性に優れた軟磁性鋼板を製造する替りに、従来技術と同じく一次再結晶焼鈍後の冷延板をそのまま軟磁性鋼板として用い、それを部品形状にプレス成形してから、そのプレス成形品に局所的な予歪を付与した後に従来の磁気焼鈍に相当する二次再結晶焼鈍を施すことで、磁気特性と磁気等方性に優れた電磁気部品を製造することができる。
なお、本発明に係る電磁気部品の製造方法における各工程の操作条件については、上記軟磁性鋼板の製造方法における各工程の操作条件とそれぞれ共通するので、説明を省略する。
上記実施形態では、一次再結晶焼鈍後の冷延板に局所的な予歪を付与した後、さらに二次再結晶焼鈍を施すことで、磁気特性と磁気等方性に優れた軟磁性鋼板を製造する方法について説明した。このようにして製造された本発明に係る軟磁性鋼板は、部品形状にプレス成形されることで、従来技術のようにさらに磁気焼鈍することなく、磁気特性と磁気等方性に優れた電磁気部品が得られる。
しかしながら、このように一旦、磁気特性と磁気等方性に優れた軟磁性鋼板を製造する替りに、従来技術と同じく一次再結晶焼鈍後の冷延板をそのまま軟磁性鋼板として用い、それを部品形状にプレス成形してから、そのプレス成形品に局所的な予歪を付与した後に従来の磁気焼鈍に相当する二次再結晶焼鈍を施すことで、磁気特性と磁気等方性に優れた電磁気部品を製造することができる。
なお、本発明に係る電磁気部品の製造方法における各工程の操作条件については、上記軟磁性鋼板の製造方法における各工程の操作条件とそれぞれ共通するので、説明を省略する。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することももちろん可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
[実施例1]
まず、本実施例1に基づき、本発明に係る軟磁性鋼板の製造方法をより具体的に説明する。
まず、本実施例1に基づき、本発明に係る軟磁性鋼板の製造方法をより具体的に説明する。
下記表1に示す成分の鋼材を熱間圧延して所定厚さの熱延板とし、この熱延板を酸洗した後、冷間圧延して最終板厚0.5〜2.8mmの冷延板とした。この冷延板に対して680℃×2.5hの条件で一次再結晶焼鈍を施し、この一次再結晶焼鈍後の冷延板を60mm×60mmの大きさに切断して試験片を作製した。この試験片に対して、投射体として種々の材質および直径のビーズを用い、投射条件を変えてショットピーニング処理を施した後、850℃×3hの二次再結晶焼鈍を施した。なお、ショットピーニング処理におけるカバレージは、あらかじめ単位時間あたりの投射質量を一定としたときの投射時間とカバレージの関係を実験的に求めておき、投射時間を変更して狙いのカバレージに設定した。なお、鋼No.15では、一次再結晶焼鈍後、ショットピーニング処理を行わずに二次再結晶焼鈍を施した。また、鋼No.16では、一次再結晶焼鈍後、ショットピーニング処理に替えて圧下率5%のスキンパスを施し、その後二次再結晶焼鈍を施した。
そして、二次再結晶焼鈍後の試験片について、圧延方向の最大透磁率μLと圧延方向に直交する方向の最大透磁率μCをそれぞれ測定した。透磁率の具体的な測定は、メトロン技研製の直流・交流磁気測定装置を用いて、最大励磁磁場500A/mで行い、最大透磁率を評価した。また、二次再結晶焼鈍後の試験片について以下の方法で表面荒れと反りの発生の有無を観察した。表面荒れの発生の有無は、あらかじめ準備した、表面粗さ測定でのRy=10.0μm相当の限度見本よりも表面が荒れていると認められるものを「表面荒れの発生あり」と判定した。また、反りの発生の有無は、60mm×60mmの大きさの試験片を凸になった面を下向きにしてその1辺を水平な台に密着させて置いたときの、前記1辺に対向する辺の前記水平な台からの高さが5mm以上のものを「反りの発生あり」と判定した。
下記表2に測定結果を示す。同表において、μLとμCがともに6800以上の場合を磁気特性が優れるとしてAで表示し、ともに7500以上の場合を磁気特性がさらに優れるとしてAAで表示した。また、μL/μCの値が0.96〜1.04の場合を磁気等方性が優れるとしてAで表示し、0.985〜1.015の場合を磁気等方性がさらに優れるとしてAAで表示した。そして、磁気特性と磁気等方性がともにAまたはAAで、かつ、表面荒れも反りも発生していないものを総合評価Aで表示した。
同表中、鋼No.1〜10は、磁気特性と磁気等方性がともに基準を満たすとともに、表面荒れも反りも発生していないことを確認した。
一方で、鋼No.11は、投射体の力積面密度が推奨範囲より大きいため、表面荒れと反りがともに発生した。
鋼No.12は、投射体の力積面密度が推奨範囲より小さいため、μLおよびμCがともに小さく、磁気特性が基準を満たさなかった。
鋼No.13は、ショットピーニング処理におけるカバレージが低いため、μLおよびμCがともに小さく、磁気特性が基準を満たさなかった。
鋼No.14は、ショットピーニング処理におけるカバレージが高いため、やはりμLおよびμCがともに小さく、磁気特性が基準を満たさなかった。
鋼No.15は、ショットピーニング処理を行わなかったため、磁気特性および磁気等方性はともに基準を満たさなかった。
鋼No.16は、ショットピーニング処理に替えてスキンパスを行ったが、磁気特性および磁気等方性はともに基準を満たさなかった。
[実施例2]
次に、本実施例2に基づき、本発明に係る電磁気部品の製造方法をより具体的に説明する。
次に、本実施例2に基づき、本発明に係る電磁気部品の製造方法をより具体的に説明する。
上記表1に示す鋼種Aの成分の鋼材を熱間圧延して板厚2.4mmの熱延板とし、この熱延板を酸洗した後、冷間圧延して最終板厚1.0mmの冷延板とした。この冷延板に対して680℃×2.5時間の条件で水素雰囲気中にて一次再結晶焼鈍を施してプレス成形用素材とした。この素材からφ100mmの円形状に打抜いたものをブランク材とし、このブランク材をパンチ径:50mm、肩R:10mmのプレス成形機で深絞り成形し、カップ形状とした。得られたカップ形状のプレス成形品から、(1)ショットピーニングを施したもの、(2)ショットピーニングを施さないものの2種類の試料を準備し、これらの試料に850℃×3時間の条件で磁気焼鈍を施した。
そして、磁気焼鈍後に得られたカップ形状部品について、保磁力計(東北金属製、型番:K−HC1000)で保磁力を測定した。
下記表3に測定結果を示す。同表において、保磁力が85A/m以下の場合を磁気特性が優れるとしてAで表示した。
同表中、鋼No.18は、磁気特性が基準を満たしていることを確認した。なお、本実施例2では磁気等方性の評価を行わなかったが、鋼No.18はショットピーニング処理の各条件がいずれも本発明の推奨範囲内であるため、上記実施例1の鋼No.1等と同様、磁気等方性に十分優れるものと推定される。
一方で、鋼No.20は、ショットピーニング処理を行わなかったため、磁気特性が基準を満たさず、また、上記実施例1の鋼No.15と同様、磁気等方性にも劣るものと推定される。
Claims (9)
- 成分組成が、質量%で、C:0.001〜0.02%、Si:0〜0.05%、Mn:0.05〜0.5%、P:0〜0.02%、S:0〜0.1%、Al:0〜0.01%、Cr:0〜0.1%、N:0〜0.005%であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼素材を熱間圧延して熱延板とする熱延工程と、
前記熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、
前記必要に応じて熱延板焼鈍を施した前記熱延板を1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延して0.1〜3mmの最終板厚の冷延板とする冷延工程と、
前記冷延板に一次再結晶焼鈍を施す一次再結晶焼鈍工程と、
前記一次再結晶焼鈍を施した前記冷延板の表面に機械的加工により局所的に予歪を付与する局所歪付与工程と、
前記表面に局所的に予歪を付与した前記冷延板に二次再結晶焼鈍を施すことで、板面内の磁気異方性が極小化された軟磁性鋼板を得る二次再結晶焼鈍工程と、
を備えたことを特徴とする、軟磁性鋼板の製造方法。 - 前記冷延板表面への局所的な予歪の付与が、
直径0.1〜0.5mmの投射体を、その密度、直径および投射速度の積で定義される力積面密度が15〜130kg/(m・s)の条件で投射するショットピーニング処理によって行われる、
請求項1に記載の軟磁性鋼板の製造方法。 - 前記ショットピーニング処理におけるカバレージを5〜20%とする、
請求項2に記載の軟磁性鋼板の製造方法。 - 前記投射体として、荷重0.49Nでのビッカース硬さが400〜650HVの鋼製ビーズを用いる、
請求項2または3に記載の軟磁性鋼板の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法で製造された、板厚が0.1〜0.3mmの軟磁性鋼板を複数枚積層して積層軟磁性鋼板を得る積層工程を備えたことを特徴とする積層軟磁性鋼板の製造方法。
- 成分組成が、質量%で、C:0.001〜0.02%、Si:0〜0.05%、Mn:0.05〜0.5%、P:0〜0.02%、S:0〜0.1%、Al:0〜0.01%、Cr:0〜0.1%、N:0〜0.005%であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼素材を熱間圧延して熱延板とする熱延工程と、
前記熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、
前記必要に応じて熱延板焼鈍を施した前記熱延板を1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延して0.1〜3mmの最終板厚の冷延板とする冷延工程と、
前記冷延板を部品形状にプレス成形するプレス成形工程と、
前記部品形状にプレス成形されたプレス成形品に一次再結晶焼鈍を施す一次再結晶焼鈍工程と、
前記一次再結晶焼鈍を施した前記プレス成形品の表面に機械的加工により局所的に予歪を付与する局所歪付与工程と、
前記表面に局所的に予歪を付与した前記プレス成形品に二次再結晶焼鈍を施すことで、板面内の磁気異方性が極小化された電磁気部品を得る二次再結晶焼鈍工程と、
を備えたことを特徴とする、電磁気部品の製造方法。 - 前記プレス成形品表面への局所的な予歪の付与が、
直径0.1〜0.5mmの投射体を、その密度、直径および投射速度の積で定義される力積面密度が15〜130kg/(m・s)の条件で投射するショットピーニング処理によって行われる、
請求項6に記載の電磁気部品の製造方法。 - 前記ショットピーニング処理におけるカバレージを5〜20%とする、
請求項7に記載の電磁気部品の製造方法。 - 前記投射体として、荷重0.49Nでのビッカース硬さが400〜650HVの鋼製ビーズを用いる、
請求項7または8に記載の電磁気部品の製造方法。
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JP2019124135A (ja) * | 2018-01-12 | 2019-07-25 | 富士電機株式会社 | 蒸気タービン翼及びその製造方法 |
CN115261732A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-11-01 | 武汉钢铁有限公司 | 一种350MPa级低成本高磁感冷轧磁极钢及其制造方法 |
-
2015
- 2015-12-09 JP JP2015240315A patent/JP2017106072A/ja active Pending
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