JP3305806B2 - 高張力無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
高張力無方向性電磁鋼板の製造方法Info
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心素材として用いられる無方向性電磁鋼板の製法、特
に、回転時の応力あるいは加減速時の応力変動に耐え得
る、優れた機械特性と磁気特性を兼備した降伏強度の高
い回転機用高張力無方向性電磁鋼板の製造方法に関する
ものである。
しく、回転機の駆動システムの高度化により、さまざま
な回転駆動制御が可能になりつつある。すなわち、駆動
電源の周波数制御により、可変速運転、商用周波数以上
での高速運転を可能とした回転機が増加してきている。
一方、メカトロニクスの発展は、回転機の高速化を促
し、さらに、従来、高速回転機は比較的小容量に限られ
ていたが、中・大型の回転機にも広がりつつある。
転に耐え得る構造の回転子とする必要がある。ところ
で、一般に、回転体に作用する遠心力は回転半径に比例
し、回転速度の2乗に比例する。このため、中・大型の
高速回転機では、その回転子に作用する力が例えば60
kgf/mm2 を超える場合もある。また、超大型の回転機の
場合、回転数が比較的低くても、回転子の直径が大きい
ために、結果的に非常に大きな応力が作用する場合があ
り、回転子には高張力の素材が必要となる。さらに、可
変速運動が必要な回転機では、加減速が頻繁に行われる
ため、素材として単に張力が高いだけでなく、繰り返し
応力に対して疲労破壊する限度応力(疲労限)も高い素
材でなければならない。
向性電磁鋼板が使用されるが、前記のような回転機では
所要の機械強度を満足できない場合があり、その際には
中実の鋳鋼製の回転子などが用いられている。しかし、
回転機の回転子は、電磁気現象を利用するものであるか
ら、その素材としては、前述のように、機械特性と同時
に磁気特性が優れていることが要求される。すなわち、
中実鋳鋼製の回転子では、一体物であるために、渦電流
損が非常に大きくなり、電磁鋼板を積層してから成る回
転子を用いた場合に比べ、回転機としての効率が数%も
低くなる。また、回転子鉄心素材の磁束密度が低いと、
所要のトルクを発生させるために必要な磁束を回転子に
流すためには、励磁アンペアターンを大きくしなければ
ならない。これは、励磁コイルでの銅損の増加につなが
るため、回転機の総合的な効率を低下させることにな
る。
鉄心素材としては、機械的には高い張力と疲労強度を有
し、かつ磁気的には低鉄損高磁束密度を同時に有するも
のでなければならない。鋼板の機械強度を高める手段と
して、冷延鋼板の分野では一般に、固溶硬化、析出硬
化、細粒化硬化、変態組織硬化などの方法が用いられる
が、高い機械強度と低鉄損高磁束密度という優れた磁気
特性とは相反する関係にあり、これらを同時に満足させ
ることは極めて困難であった。
性電磁鋼板についてのいくつかの提案がなされてきてい
る。例えば、特開昭60−238421号公報のよう
に、Si含有量を3.5〜7.0%と高め、これに固溶
硬化の大きい元素を添加し、張力を高める方法が提案さ
れているが、この方法では、Si含有量に依存している
割合が高いために、熱延板から最終冷延厚みに圧延する
に際して、100〜600℃での温間圧延が必要である
という問題がある。また、特開昭61−9520号公報
では、Si含有量を2.5〜7.0%と高め、これに固
溶硬化の大きい元素を添加した溶鋼を急冷凝固法により
鋼帯となし、これを温間または冷間圧延し、焼鈍を施し
て高張力無方向性電磁鋼板を製造する方法が提案されて
いる。この方法によれば、Si含有量を高めても、急冷
凝固法であるため、圧延時の脆化問題は緩和されるもの
の、急冷凝固法という特殊な鋳造法を用いねばならず、
工業的に広く用いられている通常の圧延法には適用でき
ないという大きな問題がある。
では、Si含有量は2.0〜3.5%とし、Niあるい
はNiとMn含有量を高め、通常の冷間圧延を施し、焼
鈍条件を制御することにより、高張力無方向性電磁鋼板
を製造する方法が提案されている。しかし、この方法で
は、高価なNi含有量を高めねばならず、コストアップ
になるという問題がある。
特性ともに優れた、降伏強度の高い回転機用無方向性電
磁鋼板の製造方法を安価に提供しようとするものであ
る。
おいて、固溶硬化、析出硬化、細粒化硬化、変態組織に
よる硬化、加工硬化などの強化方法を用いて、機械特性
および磁気特性を両立させることはできないかとの観点
から鋭意研究を積み重ねてきた。その結果、通常の無方
向性電磁鋼板ハイグレード程度にSiを含有させると同
時に、Nb,Zrの1種または2種、もしくはTi,V
の1種または2種の炭窒化物を活用し、さらには熱延条
件および仕上焼鈍条件を制御することにより、機械特性
と磁気特性を兼備した降伏強度の高い無方向性電磁鋼板
が得られることを見出した。
であり、その要旨は、重量%で、C:0.05%以下、
Si:2.0%以上4.0%未満、Al:2.0%以
下、P:0.2%以下を含み、かつ、Nb,Zrのうち
1種または2種を、もしくは、Ti,Vのうち1種また
は2種を、0.1<(Nb+Zr)/8(C+N)<
1.0、0.4<(Ti+V)/4(C+N)<4.0
の範囲で含有し、残部Feおよび不可避不純物元素より
成る鋼を、熱間圧延し、550℃以下の温度で捲き取
り、熱延板の未再結晶部分の比率を40%以上、再結晶
部分の平均結晶粒径を60μm以下とし、その後、冷間
圧延し、700℃以上900℃以下の温度で仕上焼鈍す
るところにある。
気抵抗を増大させて渦電流損を低減することにより鉄損
を低下させる作用を有すると同時に、固溶硬化により鋼
の張力を高める作用も有する成分であり、これらの作用
を奏するためには2.0%以上含有させる必要がある。
一方、その含有量が増えると磁束密度が低下し、また冷
延などの作業性の劣化、さらにはコスト高ともなるので
4.0%未満とする。Alも電気抵抗を増大させて渦電
流損を低減することにより鉄損を低下させる作用を有す
るので、さらに優れた磁気特性、特に低鉄損化を図る場
合には2.0%以下の範囲で添加する。その含有量が
2.0%を超えると、磁束密度が低下し、またコスト高
ともなる。Pは鋼の張力を高める効果が非常に大きい元
素であるが、粒界に偏析することから鋼の粒界脆性をも
たらす場合がある。この粒界脆性の問題を避けて、通常
の工業的規模での連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延を可能
にするため、0.2%以下の範囲で添加する。
し、析出硬化および細粒化硬化により鋼の張力を高める
作用を有する。この作用を奏するためには、(Nb+Z
r)/8(C+N)が0.1超である必要があり、ま
た、その含有量が増えても、再結晶温度の上昇さらには
コスト高をも招くので、(Nb+Zr)/8(C+N)
で1.0未満とする。TiおよびVも、微細な炭窒化物
を形成し、析出硬化および細粒化硬化により鋼の張力を
高める作用を有する。この作用を奏するためには、(T
i+V)/4(C+N)が0.4超である必要があり、
またその含有量が増えても、再結晶温度の上昇、さらに
はコスト高をも招くので、(Ti+V)/4(C+N)
で4.0未満とする。上述のNb,Zr,Ti,Vなど
の炭窒化物形成元素を活用する場合のCは0.05%以
下とする。その含有量が0.05%を超えると、磁気時
効などにより磁性、特に鉄損の劣化が著しくなる。
素であるが、Pによる粒界脆性を軽減する目的で、必要
に応じてBを添加してもよい。この場合、Bは0.00
10%以上含有させる必要があり、一方、その含有量が
増えても、磁束密度の低下や熱間脆性などを招くので、
0.0070%以下とする。また、鋼の電気抵抗を増大
させて鉄損を低下させ、かつ固溶硬化により張力を高め
る目的で、必要に応じてMnを添加してもよい。この場
合、Mnは0.1%以上含有させる必要があり、一方、
その含有量が増えると磁束密度が低下し、またコスト高
ともなるので2.0%以下とする。
炉などで溶製し、連続鋳造あるいは造塊後の分塊圧延に
より鋼スラブとする。次いで、この鋼スラブは所望温度
に加熱後、熱間圧延する。熱間圧延後、550℃以下の
温度で捲き取り、熱延板の未再結晶部分の比率を40%
以上、再結晶部分の平均結晶粒径を60μm以下とす
る。捲取温度が550℃を超えると、Pの粒界偏析によ
り、熱延板の粒界脆化を引き起こす場合があり、その後
の通板に支障をきたすことになる。また、熱延板の未再
結晶部分の比率が40%未満であったり、あるいは再結
晶部分の平均結晶粒径が60μmを超えると、Pの粒界
偏析が顕著となり、熱延板の粒界脆化が生じやすくな
る。
板厚とされ、再結晶のための連続仕上焼鈍を施す。仕上
焼鈍は700℃以上900℃以下の温度で行う必要があ
る。仕上焼鈍温度が700℃未満では、未再結晶部分が
残存するため磁性が劣化し、また形状も悪化する。一
方、900℃を超えると、結晶粒成長により結晶粒が粗
大化し、張力が低下する。
2.0mm厚とし、500℃で捲き取った。この場合、熱
延板の未再結晶部分の比率は45%、また、再結晶部分
の平均結晶粒径は48μmであった。この熱延板を酸洗
した後、0.50mm厚に冷間圧延し、750℃で30秒
間の連続仕上焼鈍を施した。得られた製品板からエプス
タイン試料およびJIS6号引張試験片を採取し、磁気
特性および機械特性を測定した。その測定結果も併せて
同表に示した。表1から明らかなように、本発明によれ
ば、優れた機械特性と磁気特性を兼備した、降伏強度の
高い無方向性電磁鋼板が得られることがわかる。
3.08%、Mn:0.18%、P:0.04%、A
l:0.71%、N:0.0010%、B:0.003
2%、Ti:0.021%を含有する鋼〔(Ti+V)
/(C+N)=0.673〕を、熱間圧延により2.3
mm厚とし、表2に示す条件で捲き取った。この熱延板を
酸洗した後、0.50mm厚に冷間圧延し、770℃で3
0秒間の連続仕上焼鈍を施した。得られた製品板からエ
プスタイン試料およびJIS6号引張試験片を採取し、
磁気特性および機械特性を測定した。その測定結果も併
せて同表に示した。表2から明らかなように、本発明に
より、優れた機械特性と磁気特性を有する高張力無方向
性電磁鋼板が得られることがわかる。
3.16%、Mn:0.25%、P:0.03%、A
l:0.58%、N:0.0012%、B:0.003
6%、V:0.019%を含有する鋼〔(Ti+V)/
(C+N)=0.72〕を、熱間圧延により2.2mm厚
とし、520℃で捲き取った。この場合、熱延板の未再
結晶部分の比率は45%、また再結晶部分の平均結晶粒
径は、52μmであった。この熱延板を酸洗後、0.5
0mm厚に冷間圧延し、表3に示す条件で連続仕上焼鈍を
施した。得られた製品板からエプスタイン試料およびJ
IS6号引張試験片を採取し、磁気特性および機械特性
を測定した。その測定結果も併せて同表に示した。表3
によれば、機械特性、磁気特性ともに優れた高張力無方
向性電磁鋼板が本発明により得られることがわかる。
械特性と磁気特性を兼備した降伏強度の高い回転機用高
張力電磁鋼板およびその製造方法が提供され、回転機の
高速回転化の動きの中で、そのローター用鉄心材料であ
る無方向性電磁鋼板に対してなされる要請に十分に応え
ることができ、その工業的価値は極めて高いものであ
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 重量%で、 C :0.05%以下、 Si:2.0%以上4.0%
未満、 Al:2.0%以下、 P :0.2%以下 を含み、かつ、 Nb,Zrのうち1種または2種を、もしくは、 Ti,Vのうち1種または2種を、 0.1<(Nb+Zr)/8(C+N)<1.0、 0.4<(Ti+V)/4(C+N)<4.0 の範囲で含有し、残部Feおよび不可避不純物元素より
成る鋼を、熱間圧延し、550℃以下の温度で捲き取
り、熱延板の未再結晶部分の比率を40%以上、再結晶
部分の平均結晶粒径を60μm以下とし、その後、冷間
圧延し、700℃以上900℃以下の温度で仕上焼鈍す
ることを特徴とする機械特性、磁気特性ともに優れた高
張力無方向性電磁鋼板の製造方法。
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