JP3216408B2 - 高けい素鋼板の靭性改善方法 - Google Patents

高けい素鋼板の靭性改善方法

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JP3216408B2 JP07237194A JP7237194A JP3216408B2 JP 3216408 B2 JP3216408 B2 JP 3216408B2 JP 07237194 A JP07237194 A JP 07237194A JP 7237194 A JP7237194 A JP 7237194A JP 3216408 B2 JP3216408 B2 JP 3216408B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高遠心力が作用し、且つ
スロット部で応力集中を生じる高速電動機の鉄心のよう
に機械的強度面で苛酷な使用条件が要求される低損失,
低磁歪鉄心部材として使用される高けい素鋼板の靭性改
善方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に高速電動機は高周波数で運転され
るため、商用電源で駆動される汎用電動機に比して相対
的に鉄損が大きくなるという問題がある。従って高速電
動機の効率の向上と小型化をはかるには鉄損をいかに低
減するかが問題であり、低損失の鉄心材の実現が望まれ
ている。又、高速回転時には回転子に大きな遠心力が作
用するので、回転子の強度についての検討も重要な課題
となっている。
【0003】他方で従来から電磁鋼板として多用されて
いるけい素鋼板は、鉄(Fe)とシリコン(Si)の合
金であり、鉄にシリコンを添加することによって電気抵
抗を高め、交流磁気特性を改善している。しかしシリコ
ンを3.5%以上添加すると鋼が脆化して冷間圧延がで
きないので、3.5%以上シリコンを添加した鋼板は実
用化されていなかったが、近年の熱間圧延板の結晶組織
の最適化とか脆性材料の圧延技術の開発に基づく圧延加
工技術の革新と、CVD処理及び熱拡散技術との併用に
よって6.5%けい素鋼板(以下高けい素鋼板と称す
る)の量産が可能となっている。
【0004】このような高けい素鋼板は高周波磁気特性
に優れ、磁歪も大幅に低減されているので、電気機器の
高効率化と小型化,低騒音化がはかれるという利点があ
り、前記した高速電動機用の低損失,低磁歪鉄心部材と
しての用途が注目されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記高けい素鋼板は
6.5%けい素鋼板の場合には平均粒径が約0.7〜
1.1mmの粗大結晶粒組織を有し、従来の無方向性け
い素鋼板に比して鉄損が約2分の1,透磁率が約9倍、
磁歪が約10分の1、引張強度は約1.6倍大きいとい
う優れた磁気特性を有しているが、引張破断伸びは約3
%と従来の材料に比して約10分の1であるため、打抜
き加工を施すと粒界割れとか粒内劈開割れによる微小な
亀裂が生じやすく、加工性が悪い上に靭性の面からも従
来の鋼板に劣っており、切欠き感受性が大きいという難
点がある。
【0006】特に上記高けい素鋼板に良好な打抜き加工
性を施すため、小クリアランス化や温間打抜き等の工夫
をしても、加工時の剪断と曲げの力によって図5に示す
ように打抜き加工による高けい素鋼板1の切断面2に粒
内劈開割れAが生じたり、図6に示すように同切断面2
に粒界割れBが生じることが多々あり、これら粒内劈開
割れAとか粒界割れBによって高けい素鋼板1に微小な
亀裂が多数生じてしまうことになる。
【0007】又、上記の加工時に微小な亀裂が生じない
場合でも、高けい素鋼板は従来材に比して本質的に靭性
が乏しく、且つ切欠感受性が大きいため、実際の使用時
における応力集中部で上記のような微小な亀裂が生じる
ことがあり、一旦生じた亀裂が周囲に伝播することによ
って高けい素鋼板が折損することになり易い。
【0008】従って前記した高速電動機の鉄心のよう
に、高遠心力が作用するとともにスロット部で応力集中
を生じるような苛酷な使用条件が要求される機械構造部
材に上記高けい素鋼板を採用するためには、応力集中
部、特に表面近傍の靭性を向上させる対策が必要とな
る。
【0009】そこで本発明はこのような従来の高けい素
鋼板が有している課題を解消して、上記粒内劈開割れと
か粒界割れ等の微小な亀裂の伝播に起因する折損事故を
防止するとともに、応力集中部における靭性を高めて高
速電動機等の強度向上及び小型化,高効率化をはかるこ
とができる高けい素鋼板を提供することを目的とするも
のである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、上記の高けい素鋼板を適宜な切断加工法
に基づいて所定の形状に打抜き加工を施し、得られた板
材の上記打抜き加工による切断面を全面的に被覆する位
置に、電解メッキ法により該高けい素鋼板よりも塑性変
形能が大きく、靭性に富む鉄メッキ層を形成した靭性改
善方法を提供する。
【0011】上記電解メッキ法に用いる鉄メッキ浴とし
て、塩化鉄(FeCl2・4H2O)と塩化カルシウム
(CaCl2)で構成された塩化物浴を採用し、この鉄
メッキ浴の温度を85(℃)以上、pHを1.2〜1.
8、電流密度を2〜8(A/dm2)とする。更に電解
メッキ法によって鉄メッキ層を形成した後に短時間の真
空焼なまし操作を実施する方法を提供する。
【0012】
【作用】かかる靭性改善方法によれば、板材の打抜き加
工による切断面を全面的に被覆する位置に形成された鉄
メッキ層が高けい素鋼板で成る板材に比して塑性変形能
が大きくて靭性に富んでいることにより、該鉄メッキ層
によって板材の靭性が高められ、特に該板材に対する応
力集中に起因する亀裂の発生が防止される。
【0013】仮に打抜き加工によってけい素鋼板の切断
面に微小な粒内劈開割れとか粒界割れが生じた場合であ
っても、上記鉄メッキ層の一部がこれら粒内劈開割れと
か粒界割れ内に充填された状態となって以後の伝播現象
が防止され、板材の折損事故が生じないという作用が得
られる。又、電解メッキ法によって得られた鉄メッキ層
の形成後に短時間の真空焼なまし操作を実施することに
より、この鉄メッキ層の残留応力が除去されるとともに
界面近傍でのシリコンと鉄との相互拡散現象によって鉄
メッキ層と板材間の密着強度がより一層高められる。
【0014】
【実施例】以下本発明にかかる高けい素鋼板の靭性改善
法の一実施例を説明する。先ず鉄にシリコンを高度に添
加した合金である前記6.5%けい素鋼板等の高けい素
鋼板(シリコンを3.5〜6.5%添加した鋼板)を放
電加工法もしくは他の切断加工法に基づいて所定の形状
に打抜き加工を施し、得られた板材を積層して鉄心部材
の形状に組み立てる。次に電解メッキ法に基づいて上記
打抜き加工による切断面を全面的に被覆する鉄メッキ層
を形成する。この鉄メッキ層は、母材である高けい素鋼
板よりも塑性変形能が大きく、靭性に富み、且つ軟磁気
特性を持つ素材を用いる。
【0015】尚、高けい素鋼板を打抜き加工してから切
断面に上記鉄メッキ層を形成し、しかる後に該板材を積
層して鉄心部材として組み立ててもよい。
【0016】一例として高速電動機の回転子スロット部
として用いたけい素鋼板に対する鉄メッキ形成例を図
1,図2に基づいて説明する。図1は高けい素鋼板を母
材として回転子スロット部の形状に打抜いた単板で成る
板材3の打抜き加工による切断面2を全面的に被覆する
位置に鉄メッキ層4を形成した例である。又、図2は上
記板材3,3の複数枚を無機質絶縁皮膜5,5を介在し
て積層してから打抜き加工による切断面2,2を全面的
に被覆する位置に鉄メッキ層4,4を形成した例であ
る。
【0017】図1の平面図にみられるように、回転子が
高速回転した場合には応力集中部aに最大曲げ応力が働
き、回転数の急変時には応力集中部bに大きな曲げ応力
が働く。これらの曲げ応力は鉄メッキ層4に引張応力と
して作用する。上記曲げ応力作用は図2に示した例でも
同様である。
【0018】前記したように、上記の鉄メッキ層4は母
材である高けい素鋼板よりも塑性変形能が大きく、鉄分
濃度が大で靭性に富むことが必須の要件となっている。
鉄メッキ層4の厚みは適宜に選定すればよいが、高けい
素鋼板が6.5%けい素鋼板の場合には、鉄メッキ層4
の厚みを板材3の板厚の0.2〜1.5倍程度にするの
が良い。このような鉄メッキ層4を得るためのメッキ条
件を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】表1によれば、浴組成として塩化鉄(Fe
Cl2・4H2O)の360〜550g/lと塩化カルシ
ウム(CaCl2)の150〜190g/lとで構成さ
れた塩化物浴を採用し、浴温度は85(℃)以上、pH
は1.2〜1.8、電流密度は2〜8(A/dm2)と
する。
【0021】通常鉄メッキは各種の電鋳、鉄鋼部品の補
修肉盛り、鉄箔の製造等に利用され、浸炭とか窒化、ほ
う化、ホーニング等によって物性を変えることが可能で
ある。鉄メッキ浴は上記の塩化物浴の外、硫酸塩浴、ほ
うふっ化物浴、硫酸塩/塩化物混合浴、スルファミン酸
塩浴等を用いることもできる。
【0022】本実施例で採用した塩化物浴は、FeCl
2単独か、またはこれにCaCl2とかMnCl2等を加
えたものであり、鉄分濃度が高く、85(℃)以上の高
温下の低pH(2.1以下)では伸びのよいメッキが得
られる。浴温が低下すると硬さと引張強さが増大し、伸
びの減少と引張応力の増加をもたらして割れが生じる惧
れがある。又、浴温が低くてpHが低いとさらに引張応
力が大きくなり、割れとか剥離の原因ともなる。
【0023】浴温を高くすればメッキ層4内への水素吸
蔵量が減少して該メッキ層4の物性が改善される。又、
pHが高すぎると水酸化物が共析して伸びの悪いメッキ
となる。電流密度を高くすると、硬さと引張強度が増大
する。従ってメッキ層4の性質は浴組成とメッキ条件に
よって変化するので、目的に応じた条件を選択すること
が可能である。
【0024】又、上記のメッキ条件によって得られた鉄
メッキ層4と母材である板材3間の密着強度を高めるた
めに、鉄メッキ層4の形成後に短時間の真空焼なまし操
作を実施することが有効である。このような真空焼なま
しにより鉄メッキ層4の残留応力が除去されるとともに
板材3との界面近傍でのシリコンと鉄との相互拡散現象
によって両者の密着強度が向上する。
【0025】前記表1に基づくメッキ条件によって形成
された鉄メッキ層4は、高けい素鋼板で成る板材3に比
して塑性変形能が大きくて靭性に富み、軟磁気特性を有
している。従って該鉄メッキ層4によって前記図1,図
2に示した応力集中部a,bの靭性が高められて高速回
転時の応力集中に起因する亀裂の発生が防止され、更に
図3,図4の要部拡大図に示したように、仮に打抜き加
工によってけい素鋼板1の切断面2に微小な粒内劈開割
れAとか粒界割れBが生じた場合であっても、切断面2
を全面的に被覆して形成された鉄メッキ層4の一部がこ
れら粒内劈開割れAとか粒界割れB内に充填された状態
となって以後の伝播現象を予防することができる。
【0026】上記の亀裂防止作用及び割れ部分の伝播防
止作用は、特に上記鉄メッキ層4は繰り返し荷重が作用
するような他の機械構成部材に適用しても有効であり、
これら部材の疲労強度特性が向上するという特長を発揮
する。
【0027】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる高けい素鋼板の靭性改善方法によれば、打抜き加工
による切断面を全面的に被覆する位置に形成された鉄メ
ッキ層が、高けい素鋼板で成る板材に比して塑性変形能
が大きくて靭性に富んでいることにより、該鉄メッキ層
によって板材の表面近傍の靭性を高めることができて、
該板材をスロット部で応力集中を生じる高速電動機の鉄
心のように機械的強度面で苛酷な使用条件が要求される
部材に採用した場合であっても応力集中に起因する亀裂
の発生を防止することができる。従って高けい素鋼板を
採用した高速電動機等の強度を向上させるとともに、小
型化と高効率化をはかることができる。
【0028】仮に前記打抜き加工によってけい素鋼板の
切断面に微小な粒内劈開割れとか粒界割れが生じた場合
であっても、切断面に形成された鉄メッキ層の一部がこ
れら粒内劈開割れとか粒界割れ内に充填された状態とな
るので、これらの割れ部が周囲に伝播する現象が防止さ
れ、該板材の折損事故が生じないという効果が得られ
る。
【0029】更に電解メッキ法によって得られた鉄メッ
キ層の形成後に短時間の真空焼なまし操作を実施するこ
とにより、残留応力が除去されるとともに界面近傍での
シリコンと鉄との相互拡散現象によって鉄メッキ層と板
材間の密着強度を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づいて高けい素鋼板で成る板材の打
抜き加工による切断面を全面的に被覆する鉄メッキ層を
形成した例を示す部分的平面図。
【図2】上記板材の複数枚を無機質絶縁皮膜を介在して
積層してから打抜き加工による切断面を全面的に被覆す
る鉄メッキ層を形成した例を示す部分的断面図。
【図3】図1の一部分を拡大して粒内劈開割れを示す要
部平面図。
【図4】図1の一部分を拡大して粒界割れを示す要部平
面図。
【図5】従来の高けい素鋼板に打抜き加工を施した際の
切断面に粒内劈開割れが生じた状態を示す要部平面図。
【図6】従来の高けい素鋼板に打抜き加工を施した際の
切断面に粒界割れが生じた状態を示す要部平面図。
【符号の説明】
1…高けい素鋼板 2…切断面 3…板材 4…鉄メッキ層 5…無機質絶縁皮膜

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄にシリコンを添加して合金化した高け
    い素鋼板を適宜な切断加工法に基づいて所定の形状に打
    抜き加工を施し、得られた板材の上記打抜き加工による
    切断面を全面的に被覆する位置に、電解メッキ法により
    該高けい素鋼板よりも塑性変形能が大きく、靭性に富む
    鉄メッキ層を形成したことを特徴とする高けい素鋼板の
    靭性改善方法。
  2. 【請求項2】 上記電解メッキ法で用いる鉄メッキ浴と
    して、塩化鉄(FeCl2・4H2O)と塩化カルシウム
    (CaCl2)で構成された塩化物浴を採用した請求項
    1記載の高けい素鋼板の靭性改善方法。
  3. 【請求項3】 上記鉄メッキ浴の温度を85(℃)以上
    とし、pHを1.2〜1.8とするとともに電流密度を
    2〜8(A/dm2)とした請求項2記載の高けい素鋼
    板の靭性改善方法。
  4. 【請求項4】 電解メッキ法によって鉄メッキ層を形成
    した後、真空焼なまし操作を実施することを特徴とする
    請求項1,2,3のうち何れか記載の高けい素鋼板の靭
    性改善方法。
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