JP3419025B2 - 端面溶接性及び打抜性に優れる積層鉄心用電磁鋼板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表面に精緻な凹凸パ
ターンを有する積層鉄心用電磁鋼板に関し、特にその端
面溶接性及び打抜性両者の改善を図ったものである。

【０００２】

【従来の技術】モーター、トランス等に使用される電磁
鋼板は、磁気特性に優れるだけでなく、量産性の観点か
ら良好な打抜性も要求され、この要請を満たすために一
般に有機樹脂を含む絶縁被膜が被成される。しかしなが
ら、この被膜は、溶接時に有機樹脂から発生する多量の
ガスに起因してブローホールを発生するなど溶接性の点
に問題を残していた。この点を解消するものとして、鋼
板表面に20 Hr.m.s.μinch以上の表面粗さを付与したの
ち有機質被膜を被成する方法（特公昭49−6744号公報)
や、有機質被膜自体に粗さを与え、溶接時に発生するガ
スを逸散させることによりブローホールの発生を防止す
る方法（特公昭49-19078号公報) 等が提案されている。

【０００３】また特開昭54−134043号公報においては、
表面粗さを中心線平均粗さRaで0.35〜0.6 μm とした鋼
板上に被膜厚み１〜2.5 g/m²の有機質被膜を被成する方
法が提案された。しかしながらこれらの方法では、溶接
箇所によってはブローホールの発生が見られ、必ずしも
良好な溶接性が安定して得られるとは限らず、そのため
打抜性の向上を目指して被膜厚を厚くするといった処置
を施すことができないという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、これ
まではブローホールの発生を完全に防止することが難し
く、その改善が望まれていた。この発明は、上記の要請
に有利に応えるもので、被膜特性に悪影響を及ぼすこと
なしに、ブローホールの発生を効果的に防止すると共
に、打抜性の改善も併せて達成した積層鉄心用電磁鋼板
を提案することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】さて発明者らは、上記の
問題を解決すべく、各種の調査及び検討を行なった結
果、電磁鋼板の積層端面溶接に際しては、鋼板表面の粗
さよりも、圧延模様や、圧延疵などの表面の凹凸のパタ
ーンの影響の方が強いことを見出した。またこの表面凹
凸パターンに工夫を加えれば、ブローホールの発生なし
に被膜の厚塗りが可能となることも併せて見出した。こ
の発明は、上記の知見に立脚するもので、鋼板表面にお
ける凹凸パターンを適正に制御することにより、ブロー
ホールの発生なしに有機質絶縁被膜の厚塗りを可能なら
しめ、もって優れた積層端面溶接性と打抜性の両者を併
せて実現したものである。

【０００６】すなわち、この発明の要旨構成は次のとお
りである。 １．鋼板表面の３次元表面粗さが、中心面平均粗さSRa
で 0.5〜3.0 μm 、最大高さSR_max が２〜30μm でか
つ、各凹部につき、負荷曲線で深さ方向落差が最も大き
い点（切断断面積率が０％又は 100％の点を除く負荷曲
線の微分係数が最小である点）を中心として切断面面積
率がそれぞれ±10％異なる２点間における高さ方向の差
がSR_max の50％以上、を満足することを特徴とする端面
溶接性及び打抜性に優れる積層鉄心用電磁鋼板

【０００７】２．上記１において、鋼板表面に、付着量
が 0.5〜6.0 g/m²の絶縁被膜をそなえてなる端面溶接性
及び打抜性に優れる積層鉄心用電磁鋼板。

【０００８】ここに中心面平均粗さSRa とは、粗さ曲面
からその中心面上に面積Ｓ_M を抜き取り、この抜き取り
部分の中心面上に直交座標軸、Ｘ軸、Ｙ軸をおき、中心
面に直交する軸をＺ軸として粗さ曲面をＺ＝ｆ（Ｘ，
Ｙ）で表したとき、次の数式

【数１】 で与えられる値のことである（単位μm ）。

【０００９】また負荷曲線とは、図１に示されれるよう
な曲線を意味する。すなわち単位面積における最大高さ
SR_max を縦軸の最大点として、任意の切断高さｚ（μm
）を縦軸とする。一方、横軸は、単位面積に対する各
切断レベルにおける切り口面積の 100分率（切断面面積
率）とする。かかる座標において、切断高さｚを、最大
高さSR_max から次第に低減したときの切断高さと切断面
面積率との関係を示したのが負荷曲線である。従って、
たとえば切断面面積率が10％のときの凸部の高さとは図
中にｘで示される値である。なお、ここで言う凹部と
は、いわゆる穴であっても、溝であってもかまわず、ま
た凸部も、いわゆる山であっても、土手であってもかま
わない。

【００１０】以下、この発明を具体的に説明する。さて
発明者らは、以前に、各種の表面粗さを有する有機樹脂
含有絶縁被膜付き鋼板を用い、これを積層した後、断面
を溶接し、その溶接性について調査した。その結果、従
来使用されてきた２次元表面粗さによる評価では、同一
の表面粗さとされたものでも溶接性にばらつきが生じ、
必ずしも２次元表面粗さでは溶接性を正確に評価できな
いことが判明した。そこで、新たに３次元表面粗さによ
る評価に想到し、改めて３次元粗さ測定器で測定して再
調査したところ、以下に述べる結果が得られた。

【００１１】得られた結果を、中心面平均粗さSRa と中
心面における切断面面積率との関係で図２に示す。ここ
に、中心面における切断面面積率は、単位面積Ｓ_M にお
ける中心面で切断された面積Ｓ′の面積率Ｓ′／Ｓ_M ×
100 （％）で与えられる。同図より明らかなように、表
面粗さが中心面平均粗さSRa で 3.0μm を超えると占積
率が大きく低下した。かかる表面粗さの影響は従来どお
りであったが、同一粗さでも溶接性に相違が見られた。
すなわち、 SRaが 0.5〜3.0 μm の適正範囲であって
も、中心面における切断面面積率が80％を超えた場合に
は溶接性の急激な劣化がみられたのである。

【００１２】そこで発明者らは、上記の事実に鑑み、鋼
板の表面粗さと積層端面溶接性の関係について詳細に調
査を行ったところ、溶接性は、鋼板の表面に凹部が多
く、鋼板を積層して TIG溶接を行った時にガスの逃げ道
が存在する場合に良好となることが見出された。すなわ
ち、溶接性は、鋼板の表面粗さよりもむしろ、鋼板表面
に形成される凹部の形状に強く依存することが新規に知
見されたのである。

【００１３】そこで次に、凹部の形状について検討した
結果、図３に示すような、凹部の底面が平坦部を有しか
つ該底面と凹部の肩とが接する角度が直角に近い凹部を
多数存在した場合に、溶接性が格段に向上することが判
明した。

【００１４】そこでさらに、厚塗りを前提として、かよ
うな凹部の具体的な好適形状について検討した結果、３
次元表面粗さが、中心面平均粗さSRa で 0.5〜3.0 μm
、最大高さSR_max が２〜30μm でかつ、負荷曲線で深
さ方向落差が最も大きい点（切断断面積率が０％又は10
0 ％の点を除く負荷曲線の微分係数が最小である点）を
中心として切断面面積率がそれぞれ±10％異なる２点間
における高さ方向の差がSR_max の50％以上の場合に、と
りわけ良好な溶接性が得られることが判明したのであ
る。

【００１５】ここに、負荷曲線で深さ方向落差が最も大
きい点、すなわち負荷曲線の微分係数が最も小さい点と
は、図４に点Ｐで示すような点であり、この点から切断
面面積率がそれぞれ±10％異なる点Ｑ及びＲの点の高さ
の差をΔＨとすると、このΔＨが大きい程凹部底面と凹
部の肩が接する角度が直角に近くなり、逆にΔＨが小さ
い程鈍角となり、なだらかであることを示している。な
お、微分係数が最小の点を求める際に、切断面面積率が
０％及び 100％の点を除いた理由は、これらの点では、
高い山あるいは深い谷が少しでもあるとその影響を受け
易く、微分係数は直ちに−∞となるからである。

【００１６】さてこの発明において、凹部形状を上記の
ように限定した理由について説明する。まず SRaについ
ては、前掲図２に示したとおり、この値が 0.5μm に満
たないと、後述する絶縁被膜の上限膜厚付近で溶接性が
劣化し、、一方 3.0μm を超えると占積率の大幅な低下
を招くので、 0.5〜3.0 μm 以下とした。次に、SR_max
が２μm に満たないと、絶縁被膜処理を施した時の膜厚
上限付近で凹部が埋まり、ガスの抜け道が十分に確保さ
れないので TIG溶接性の低下を招き、一方30μm を超え
ると、やはり占積率の大幅な低下を招くので、２〜30μ
mの範囲に限定した。さらに、負荷曲線で深さ方向落差
が最も大きい点、すなわち負荷曲線の微分係数が最小で
ある点を中心として切断面面積率がそれぞれ±10％異な
る２点間における高さ方向の差を、SR_max の50％以上と
したのは、この値がSR_max の50％に満たないと、凹凸の
形状がなだらかとなり、絶縁被膜処理を施した場合に凹
部が埋まって TIG溶接時にガスの抜け道が確保されず、
TIG 溶接性が劣化するからである。

【００１７】次に、この発明鋼板の製造方法について説
明する。鋼板表面に適正な凹凸パターンを形成するに
は、圧延ロールの表面に、所望の鋼板表面凹凸に見合う
凹凸パターンを形成し、その転写を利用するのが有利で
ある。

【００１８】従来から、スキンパス圧延用ロールの表面
をダル仕上げするための方法としては、ショットブラス
トによる方法や放電加工による方法、さらには特開昭62
−224405号公報に開示のようなレーザー加工による方
法、特開平２-99208号公報に開示のようなスクリーン印
刷とエッチング又はスクリーン印刷とめっきとを組合せ
た方法などがある。しかしながら、ショットブラスト法
や放電加工法によってダル仕上げされた圧延用ロール
は、表面に形成された粗度パターンが不規則であるた
め、かかるロールを用いて圧延した場合には、鋼板表面
の粗度パターンも不規則となる。しかも任意の凹凸パタ
ーンを形成することは不可能である。

【００１９】一方、レーザー加工による場合は、規則的
な粗度パターンは得ることができるけれども、図５に示
すように、レーザー照射によりレーザー中心から離れた
部位が同心円状に盛り上がり、これにより微細なパター
ンを得ることができないし、凹部形状を任意に選択する
ことも難しい。またロールに直接レーザービームを用い
て穿孔するため、圧延ロールのように広い面積を持つ被
加工物を能率よく加工するためには、レーザー発振器は
しては１kW以上の高出力が要求され、必然的に炭酸ガス
レーザーとならざるを得ず、加工装置が大型化し、費用
・保守の面での負担が大きい。さらに、レーザービーム
によって金属が溶融されて形成された凹凸パターンは、
その凹凸部の組織がオーステナイトとなるので、このよ
うなロールは耐摩耗性に劣る。しかも、凹凸パターンの
凹部の直径は、集光レンズで収束したレーザービームの
直径により決まるが、この直径は炭酸ガスレーザー光の
波長が長い（10.6μm ）ため、物理的に約100 μm 以下
にすることがでない不利もある。

【００２０】他方、スクリーン印刷法を用いる方法は、
特開平２-99207号公報に見られるように、微細模様をス
クリーン印刷により圧延ロールの表面に印刷し、その
後、エッチング又はめっきを行って微細模様をロール表
面に形成し、該圧延ロールにより鋼板表面に微細模様を
転写することからなる方法であるが、この方法では、シ
ョットブラスト法のようにグリッド粒子を機械的にロー
ル表面に叩きつけてダル目付け加工を行った場合のよう
なうねりがロール表面に発生せず、また放電加工やレー
ザーによる加工法のように高エネルギーを加工部に集中
させることもないので、ロール表面の硬さが劣化せず均
一で、ロールから鋼板への微細模様の転写が可能であ
る。

【００２１】また、特公昭62-11922号公報には、耐酸腐
食性物質で表面を覆い、これをレーザー光で局所的に破
壊し、覆われていない部分を化学的に腐食する方法が開
示されている。さらに、特開平２−175882号公報には、
この技術を能率よく精密に容易に実施できるように改善
した方法及び装置を用い、次の工程から成る、整列され
た又は任意配列の凹凸を有するロールを加工する方法が
開示されている。すなわち、(1) 圧延ロール表面に光吸
収材を混入した耐酸腐食樹脂液を塗布して耐酸腐食性樹
脂膜を形成したのち、(2) この樹脂膜を連続的に平均で
５〜10Ｗの出力を有するＱスイッチ・ＹＡＧレーザーを
用いてマーキング加工し、所要の模様に該ロール表面を
露出させ、(3) しかる後、エッチング処理を施してロー
ル表面に所望の模様を付与する方法である。

【００２２】上掲した各種凹凸パターン形成方法のう
ち、スクリーン印刷法あるいは耐酸腐食性樹脂膜とＱス
イッチ・ＹＡＧレーザーとを組み合わせた方法は、上述
したとおり、規則的に微細な凹凸模様を形成することが
できるので、これらの方法を用いることによって、この
発明の要件を満足する任意の凹部形状を得ることができ
る。

【００２３】

【作用】この発明を適用して好適な電磁鋼板の成分組成
は次のとおりである。 Ｃ：0.01wt％（以下単に％で示す）以下 Ｃは、磁気特性の面からは有害な元素であり、極力低減
することが望ましいので、0.01％以下程度とするのが好
ましい。 Si：3.5 ％以下 Siは、固有抵抗を高めることによって鉄損を低減する有
用元素であるが、 3.5％を超えると冷延性が阻害される
ので、 3.5％以下程度が好ましい。 Mn：0.1 〜1.5 ％ Mnは、熱間脆性を抑制するために添加されるものである
が、 0.1％未満ではその添加効果に乏しく、一方 1.5％
を超えると磁気特性の劣化を招くので、 0.1〜1.5 ％程
度が好ましい。 Al：2.0 ％以下 Alは、鉄損と磁束密度を同時に改善するのに有効な元素
であるが、 2.0％を超えると冷延性の劣化を招くので、
2.0 ％以下程度とするのが好ましい。なお、ＰやＳは、
必要に応じて以下の範囲に制限することが望ましい。 Ｐ：0.005 〜0.2 ％ Ｐは、打抜性の改善に有効であるが、 0.005％に満たな
いとその効果に乏しく、一方 0.2％を超えると冷延性が
低下するので、 0.005〜0.2 ％程度とするのが好まし
い。 Ｓ：0.01％以下 Ｓは、鉄損特性の面からは少ないほど好ましいので、0.
01％以下に抑制することが望ましい。その他、Sb, Sn,
Cu及びNiなどを添加することもできる。

【００２４】次に、この発明において使用する絶縁被膜
としては、有機樹脂被膜、クロム酸塩系及び／又はりん
酸塩系と有機樹脂との混合被膜あるいはクロム酸塩系及
び／又はりん酸塩系被膜上に有機樹脂被膜を被成した２
層被膜などを用いることができる。

【００２５】ここに被膜が、有機樹脂被膜単独であれ
ば、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、エチレン樹脂、メラミン樹脂、シリコー
ン樹脂及びアミノ樹脂、あるいはそれらの変性物のうち
から選んだ１種又は２種以上が有利に適合する。

【００２６】また、クロム酸塩系及びりん酸塩系の１種
又は２種と有機樹脂との混合被膜を用いることもでき
る。ここでクロム酸塩系とは、カルシウム、マグネシウ
ム及び亜鉛の重クロム酸塩又は無水クロム酸にカルシウ
ム、マグネシウム及び亜鉛などの２価の酸化物、水酸化
物、炭酸塩を溶解したものの１種又は２種以上の混合
物、あるいはそれらにさらに酸化チタン、コロイド状シ
リカ、コロイド状アルミナ、ほう酸及び有機還元剤等の
１種又は２種以上を添加したものである。また、りん酸
塩系としては、カルシウム、マグネシウム、アルミニウ
ム及び亜鉛のりん酸塩又はりん酸にカルシウム、マグネ
シウム、アルミニウム及び亜鉛等の２価又は３価の酸化
物、水酸化物、炭酸塩を溶解したものの１種又は２種以
上の混合物、あるいはそれらにさらに酸化チタン、コロ
イド状シリカ、コロイド状アルミナ及びほう酸等を１種
又は２種以上添加したものである。

【００２７】さらに混合する有機樹脂としては、水溶性
又はエマルジョンタイプのアクリル樹脂及びその共重合
物、酢酸ビニル樹脂及びその共重合物、ベオバ樹脂スチ
レン樹脂共重合物、アミノ樹脂、アルキッド樹脂、フェ
ノール樹脂、無水マレイン酸共重合物、エポキシ樹脂又
はその変性物等の１種又は２種以上が有利に適合する。
さらに絶縁被膜は、２層構造とすることもできる。この
場合は上記したクロム酸塩系及びりん酸塩系の１種又は
２種の被膜を被成したのち、その上に重ねて有機樹脂被
膜を被成すれば良い。

【００２８】ここに、かかる絶縁被膜の付着量は 0.5〜
6.0 g/m²とすることが好ましい。というのは、付着量が
0.5 g/m² に満たないと、この発明で所期したほど良好
な打抜性が得られず、一方 6.0 g/m² を超えると溶接性
の劣化を招くからである。

【００２９】なお、表面粗さを得る手法についは、上述
したように、Ｑスイッチ−ＹＡＧレーザーを用いてロー
ル表面に予め、圧延後の表面パターンがこの発明の範囲
となるような表面加工を施しておく方法や、スクリーン
印刷法を利用する方法が好適であるが、これらの方法に
特に限定されることはなく、以下のような方法も使用可
能である。すなわち、鋼板表面を研磨やエッチングによ
り、所定の表面パターンになるように処理する方法、あ
るいは圧延速度の変更又は圧延時に使用する圧延油の変
更により、所定の表面パターンになるよう処理する方法
等である。

【００３０】

【実施例】

実施例１ Ｃ：0.02％及びSi：0.20％を含有し、残部実質的にFeの
組成になる鋼スラブを、1200℃に加熱後、熱間圧延によ
り板厚：３mmの熱延板とした。ついで、熱延板を、Ｑス
イッチ−ＹＡＧレーザーで表面加工した圧延用ロールで
冷間圧延し、鋼板表面に、３次元表面粗さが SRa：2.0
μm 、SR_max ：10μm、ΔＨ：5.5 μm である溝状凹部
を形成しつつ、板厚：0.5 mmの冷延板とした。その後、
800℃で連続焼鈍を施した。ついで得られた電磁鋼板の
表面に、下記の処理液１を、被膜目付量が3.0 g/m²とな
るように塗布したのち、 350℃で１分間焼付けた。

【００３１】

【表１】 〔処理液１〕 ・30％重クロム酸マグネシウム溶液 ： 130 重量部 （CrO₃分） ： 32.5 重量部 ・アクリル樹脂エマルジョン（樹脂固形分：40％）： 25 重量部 ・エチレングリコール ： 10 重量部 ・ほう酸 ： 10 重量部

【００３２】かくして得られた絶縁被膜付き電磁鋼板の
溶接性及び打抜性について調べた結果は、次のとおりで
あった。 ・溶接性：140 cm/minで良好 ・打抜性：150 万回 なお溶接性は、電極：Th−Ｗ，加圧力：100 kg/cm²，電
極−材料間距離：1.5mm，Arガス量：６ l/min，電流：1
20 Ａの条件下に種々の溶接速度（最大速度：140 cm/mi
n）で溶接を行ったとき、ブローホールが発生しない臨
界速度で評価した。また打抜性は、ダイス径：15mmφの
スチールダイスで打抜いた時のかえり高さが50μm に達
するまでの打抜回数で評価した。

【００３３】比較例１ Ｃ：0.02％及びSi：0.20％を含有し、残部実質的にFeの
組成になる鋼スラブを、1200℃に加熱後、熱間圧延によ
り板厚：３mmの熱延板とした。ついで、熱延板を、放電
加工法で表面加工した圧延用ロールで冷間圧延し、鋼板
表面に、３次元表面粗さが SRa：2.0 μm 、SR_max ：10
μm 、ΔＨ：2.0 μmである溝状凹部を形成しつつ、板
厚：0.5 mmの冷延板とした。その後、 800℃で連続焼鈍
を施した。ついで得られた電磁鋼板の表面に、下記の処
理液２を、被膜目付量が3.0 g/m²となるように塗布した
のち、 380℃で１分間焼付けた。

【００３４】

【表２】 〔処理液２〕 ・30％重クロム酸マグネシウム溶液 ： 130 重量部 （CrO₃分） ： 32.5 重量部 ・酢酸ビニル−ベオバ樹脂エマルジョン （樹脂固形分：40％） ： 25 重量部 ・エチレングリコール ： 10 重量部 ・ほう酸 ： 10 重量部

【００３５】かくして得られた、絶縁被膜付き電磁鋼板
の溶接性及び打抜性について調べた結果は次のとおりで
あった。 ・溶接性：60 cm/min で不足 ・打抜性：150 万回

【００３６】実施例２ 表５に示すロール加工法によって表面粗さを調整した圧
延ロールを用い、鋼板表面に表５に示す凹部形状になる
凹凸を形成した。ついで、鋼板の表面に、処理液１〜４
を、所定量塗布した後、 400℃で１分間焼き付けた。な
お処理液３及び４の組成はそれぞれ、下表３, ４に示す
とおりである。かくして得られた絶縁被膜付き電磁鋼板
の溶接性及び打抜性について調べた結果を、表５に併記
する。

【００３７】

【表３】 〔処理液３〕 ・30％重クロム酸マグネシウム溶液 ： 130 重量部 （CrO₃分） ： 32.5 重量部 ・アクリル酢酸ビニル樹脂エマルジョン （樹脂固形分：40％） ： 25 重量部 ・エチレングリコール ： 10 重量部 ・ほう酸 ： 10 重量部

【００３８】

【表４】 〔処理液４〕 ・ポリエステル樹脂／メラミン樹脂：７５／２５

【００３９】

【表５】

【００４０】表５より明らかなように、この発明に従い
得られた鋼板はいずれも、優れた溶接性と打抜性を兼ね
備えている。

【００４１】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、被膜の厚塗
りによる打抜性の向上を図ってもなお、溶接性に優れた
積層鉄心用電磁鋼板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】負荷曲線の説明図である。

【図２】溶接性に及ぼす SRaと切断面面積率との関係を
示したグラフである。

【図３】この発明に従う好適凹部を示す模式図である。

【図４】表面凹凸を切断面面積率と凸部高さとの関係で
示したグラフである。

【図５】従来法に従う凹部を示す模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−309304（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−230209（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−217446（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−217447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−83618（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−134043（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−6744（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−19078（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 303 B21B 1/22 B21B 3/02 H01F 1/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板表面の３次元表面粗さが、中心面平
   均粗さSRa で 0.5〜3.0 μm 、最大高さSR_max が２〜30
   μm でかつ、各凹部につき、負荷曲線で深さ方向落差が
   最も大きい点（切断断面積率が０％又は 100％の点を除
   く負荷曲線の微分係数が最小である点）を中心として切
   断面面積率がそれぞれ±10％異なる２点間における高さ
   方向の差がSR_max の50％以上、を満足することを特徴と
   する端面溶接性及び打抜性に優れる積層鉄心用電磁鋼
   板。
2. 【請求項２】 請求項１において、鋼板表面に、付着量
   が 0.5〜6.0 g/m²の絶縁被膜をそなえてなる端面溶接性
   及び打抜性に優れる積層鉄心用電磁鋼板。