JP4239351B2

JP4239351B2 - 無方向性電磁鋼板

Info

Publication number: JP4239351B2
Application number: JP2000083307A
Authority: JP
Inventors: 敬司酒井; 寿郎藤山; 毅浩鈴木; 明男藤田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: JP2001271146A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特にカシメ加工が施される発電機や電動機のロ−タまたはステーター等の鉄心に用いて好適な無方向性電磁鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無方向性電磁鋼板の品質向上に対する要求が、省エネルギーの観点からも一層強くなってきている。かようなニーズに対して、電磁鋼板メーカー各社は、それぞれ研究を重ね、種々のグレードの電磁鋼板を製造している。
省エネルギーひいては高効率の観点からは、より低鉄損、高磁束密度の材料が要求されるが、電磁特性の向上に伴い、電動機や発電機の生産性を阻害するようでは好ましくない。
【０００３】
特に小型、中型の電動機や発電機においては、積層して使用する際、通常打ち抜いて使用されることから、連続打抜性が重要な要件とされる。
しかも、最近では、需要者側での鉄心製作工程の合理化、省力化から、連続打ち抜き中の順送りプレス内で一定枚数を積層し鉄心の状態で取り出す、自動カシメ方式による複合順送り金型が使用されるようになってきたことから、強いカシメ強度が要求されるようになってきた。
【０００４】
磁気特性の向上に関しては、比抵抗元素であるSi，Al，Mn等を多量に添加し、比抵抗を高めて渦流損を低減する方法、また特公平２−310316号公報に開示されているような、冷延圧下率を工夫し、集合組織を改善して損失を低減する方法、さらに特公昭58−17249 号公報に開示されているような、析出物の形態制御により粒成長性を向上させて損失を低減する方法等、個々に磁気特性を改善する技術については種々開示されているが、上記の技術では、加工性すなわち需要者側での生産性については何ら配慮がなされていない。
例えば、鉄損を向上させるために添加するSiやAl，Mn、その他の成分によって変化する、歪導入後の強度特性や表面粗さ分布によってはカシメ性が劣化するという問題については、何ら考慮が払われていない。
【０００５】
この点、特開平５−33063 号公報では、最終焼鈍後の固溶Ｃによる時効硬化でカシメ性を確保しているが、この方法では、カシメ強度は良好でも磁気特性が劣化するという問題を抱えている。
また、特開平７−300655号公報では、硬度斑を抑制することでカシメ性を改善するとしているが、この方法では鋼板表面の粗さの不均一により、かえってカシメ性が劣化することが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、磁気特性の劣化を招くことなしに、カシメ性を効果的に向上させた無方向性電磁鋼板を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決のための手段】
さて、発明者等は、SiやAlの添加により磁気特性を改善した無方向性電磁鋼板について、カシメ性の劣化現象をさらに深く調査した結果、カシメ性に重要なのはカシメダボ形成後のダボ部分の強度であること、また表裏面で表面粗さの不均一が生じるとカシメ性が劣化することを新たに見出した。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００８】
すなわち、この発明は、質量百分率で、
Ｃ：0.050 ％以下、
Si：4.0 ％以下、
Mn：0.05〜1.5 ％、
Al：2.0 ％以下、
Ｐ：0.10％以下および
Ｓ：0.015 ％以下
を含有し、残部は Fe および不可避的不純物からなり、鋼板の表裏面の表面粗さが十点平均粗さRzで、それぞれ２μm 以下で、かつ片面のRz(a) と他面Rz(b) が次式(1)
｛｜ Rz(a)−Rz(b) ｜／（ Rz(a)＋Rz(b) ）｝×２×100 ≦35（％） --- (1)
の関係を満足し、さらに鋼板に５％の伸び歪みを与えるのに必要な応力σ_5.0 が240 MPa 以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体的に説明する。
まず、鋼板に歪みを与えた後の強度とカシメ性との関係について調べた結果を述べる。
カシメとは、周知のように、一旦カシメダボを鋼板表面から打ち、これら鋼板を積層し、コアを積層方向に加圧することで本カシメを行う。このカシメダボを鋼板表面から打つ際、鋼板のカシメ部分には加工歪みが導入され、加工硬化が起こる。さらに、本ガシメを行う際、カシメダボの部分を隣り合う鋼板の同じカシダボの部分に押し込むことで鋼板同士をより近く結合するのであるが、この時、カシメダボを形成した後のこの部分の強度によっては、押し込むときの抵抗に鋼板強度が耐えられず、十分なカシメ強度を確保できない場合がある。
この様子を、図１に図解する。
【００１０】
さて、発明者等は、上記の点に着目して、数多くの実験および検討を行った結果、鋼板に歪みを与えた後の鋼板強度とカシメ性との間に相関があることが判明した。
図２に、鋼板の面方向引張試験において一般的に用いられる 0.2％耐力σ_0.2とカシメ不良率との関係について調査した結果を示すが、同図に示したとおり、σ_0.2 ではカシメ不良率を適切に判別することはできなかった。
【００１１】
そこで、発明者らは、鋼板により大きな歪み与えるのに必要な応力、具体的には 0.3〜10％の伸び歪みを与えるのに必要な応力と不良率との関係について調査したところ、鋼板に５％の伸び歪みを与えるのに必要な応力σ_5.0 を指標とすることによって、カシメ不良率を的確に判定できることを新たに見出した。
図３に、σ_5.0 とカシメ不良率との関係について調査した結果を示す。
同図から明らかなように、σ_5.0 とカシメ不良率との間には強い相関があり、σ_5.0 を 240 MPa以上とすることによって、カシメ不良率が飛躍的に改善されることが判明した。
【００１２】
次に、発明者らは、鋼板の表面粗さとカシメ性との関係について調査した。
その一部を、図４(a) 〜(c) に例示する。
図４に、表面粗さが小さい場合と大きい場合について、それぞれ比較して示したように、表面粗さが小さい場合には、隣り合う鋼板表面がより密着し、空隙が少なくなって、カシメ強度が向上した。
そこで、上記のように、隣り合う鋼板表面がより密着し、十分なカシメ強度が得られる、鋼板の表面粗さについて種々検討したところ、
(1) 表裏面の表面粗さをそれぞれ、十点平均粗さRzで２μm 以下にすると共に、
(2) 表裏面のうち、片面の表面粗さをRz(a) 、他面の表面粗さをRz(b) とするとき、次式で表されるΔRz
ΔRz＝｛｜ Rz(a)−Rz(b) ｜／（ Rz(a)＋Rz(b) ）｝×２×100
を指標として、この△Rzを35％以下に調整する
ことによって、所期した目的が有利に達成されることが究明された。
【００１３】
図５に、△Rzとカシメ不良率との関係を示す。
同図に示したとおり、△Rzを35％以下とすることによって、カシメ不良率を３％以下まで低減することができた。
これに対し、△Rzが35％を超えると、極端にカシメ不良率が上昇するが、この理由は、表面粗さRzの分布が表裏面で管理されていないと、ある頻度でカシメ接合部の密着度が弱まり、カシメ不良を発生させるものと考えられる。
なお、図５の結果は、σ_5.0 が 240 MPa以上で、かつ表裏面の表面粗さRzがいずれも２μm 以下のものにより求めたものである。
【００１４】
次に、この発明において、素材成分を前記の範囲に限定した理由について説明する。
Ｃ：0.050 mass％以下
Ｃは、γ域を拡大し、α−γ変態点を低下させる作用があるが、Ｃを多量に含有する場合には焼鈍中にγ相がα粒界にフィルム状に生成しα粒の成長を阻害するため、良好な磁気特性が得られない。従って、Ｃ含有量は磁気特性の観点からも少なくする必要がある。望ましくは 0.006mass％以下であるが、需要家における脱炭焼鈍で無害化可能であるので、これを考慮して無害化可能なレベルである0.050 mass％以下に限定した。
【００１５】
Si：4.0 mass％以下
Siは、鋼の比抵抗を高めて鉄損を低下させる重要な成分であり、目標とする磁気特性レベルに応じて適切な量を含有させる。またSiは、同時に鋼の強度を大きく上昇させる元素であるので鋼材の強度設計に適した量を添加する必要がある。しかしながら、Si量の増大に伴い鋼の伸びが大きく低下することから、過剰な含有は製造工程での圧延性を確保する上で好ましくないので、上限を 4.0mass％とした。なお、下限については、磁気特性と強度設計の兼ね合いから不要な場合にはSiを含有させる必要はないので、特に限定しない。
【００１６】
Mn：0.05〜1.5 mass％
Mnは、熱間加工性を向上させ、引張強さおよび靱性を改善するために有効な成分である。また、SiやAlほどではないが、鋼の比抵抗を高め、鉄損を低減する効果もある。さらに、MnＳの微細析出を抑制する観点から、Ｓに対して過剰（Mn／Ｓ≧５）のMnは磁気特性的にも有効である。しかしながら、Mnがあまりに多量に含有されると、冷間圧延性が劣化するだけでなく、焼鈍時の表面性状の劣化が懸念されるので、上限を1.5 mass％とした。一方、下限は、熱延時の赤熱脆性を防止する観点から0.05mass％とした。
【００１７】
Al：2.0 mass％以下
Alは、固有抵抗を増し鉄損を低減すると共に、固溶Ｎを析出物として事前に固定させるための重要な成分であり、目標とする磁気特性と強度に応じた適量を含有させれば良い。しかしながら、含有量が多い場合には連続鋳造時に鋳片とモールドとの潤滑性が低下し、鋳造が困難となるので、上限を 2.0mass％とした。
【００１８】
Ｐ：0.10mass％以下
Ｐも、SiやAlほどではないが、鋼の比抵抗を高め、鉄損を低減する効果があるだけでなく、粒界偏析により冷延再結晶後の集合組織を改善して磁束密度を向上させる効果がある。しかしながら、過剰に添加すると粒界偏析量が多くなってかえって粒成長性が阻害され、鉄損が劣化するので、0.10mass％以下で含有させるものとした。
【００１９】
Ｓ：0.015 mass％以下
Ｓは、磁気特性を悪化させる有害なMnＳなどの硫化物の生成を助長するので、極力低い方が好ましいが、製造コストの面から 0.015mass％以下とした。
【００２０】
以上、必須成分について説明したが、この発明では、その他にも、Ｂ, Ni, Cu, Cr，Sb，Sn, Bi, Ca, AsおよびGe等の各種公知元素を適宜添加することができる。
【００２１】
次に、この発明鋼板の好適製造方法について説明する。
上記の好適成分組成に溶製した溶鋼からスラブを製造する。スラブの製造方法としては、連続鋳造法であっても、造塊−分塊法であってどちらでも良く、この発明では、出発素材である鋼塊または鋼片の製造方法は問わない。
ついで、このスラブを、熱間圧延するが、この熱間圧延方法についても、スラブを再加熱したのち熱間圧延する方法、スラブを再加熱せず直接熱間圧延する方法、さらには粗圧延後のシートバーを溶接して連続熱間圧延する方法いずれであっても良く、 1.5〜4.0 mm程度の板厚に仕上げる。これらの寸法形状は特に限定するものではない。
【００２２】
ついで、熱延板は、必要に応じて熱延板焼鈍後、スケール除去のために酸洗したのち、１回または中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延により、 0.3〜1.0 mm厚の冷延板に仕上げる。ついで、冷延板を連続焼鈍して、製品とする。
なお、製品は用途により、仕上げ焼鈍後に、無機被膜、有機被膜または無機有機混合被膜等の絶縁被膜を板表面に塗布して製品とするものと、絶縁被膜を塗布しないものがある。
【００２３】
上記の製造工程において、σ_5.0 に影響を及ぼすのは、主に熱延板焼鈍条件、冷延圧下率および仕上げ焼鈍条件であるので、これらをうまく調整することによってσ_5.0 を調整することが重要である。
また、表面粗さについては、冷延圧延における最終スタンドのロール粗度を調整したり、機械研磨や化学研磨、電解研磨等を利用して、所望の粗さに調整することができる。
【００２４】
【実施例】
表１に示す種々の成分組成になる鋼スラブを、1080〜1200℃の温度に加熱後、熱間圧延により 1.6〜2.8 mm厚の熱延板とし、一部については 950〜1100℃、20〜60ｓの熱延板焼鈍後、冷間圧延により 0.2〜0.7 mmの最終板厚に仕上げたのち、 700〜1100℃、５〜60ｓの仕上げ焼鈍を施して、σ_5.0 が種々に異なる板材とした。その後、絶縁被膜塗布を行って供試材とした。
なお、鋼板の表裏面の表面粗さRzについては、冷間圧延機のロール粗度を変化させたり、直接機械的に研磨する方法によって、粗度調整した。
かくして得られた鋼板のσ_0.2 、σ_5.0 、Rz(a) 、Rz(b) 、ΔRzおよびカシメ性について調べた結果、まとめて表２に示す。
なお、カシメ性については、鋼板を20〜100 枚重ね合わせ、図４(c) に示すようなカシメ処理を施したときの不良率で評価した。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
表２に示したとおり、σ_5.0 、Rz(a) 、Rz(b) およびΔRzが全てこの発明の要件を満足する場合はいずれも、良好なカシメ性が得られている。
【００２８】
【発明の効果】
かくして、この発明に従い、製品の歪み導入後の強度特性および板表裏面の粗さ分布を的確に制御することによって、カシメ性に優れた無方向性電磁鋼板を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な仮カシメおよび本カシメ要領を示した図である。
【図２】 0.2％耐力σ_0.2 とカシメ不良率との関係を示したグラフである。
【図３】 σ_5.0 とカシメ不良率との関係を示したグラフである。
【図４】鋼板の表面粗さとカシメ性との関係を示した図である。
【図５】 △Rzとカシメ不良率との関係を示した図である。

Claims

質量百分率で、
Ｃ：0.050 ％以下、
Si：4.0 ％以下、
Mn：0.05〜1.5 ％、
Al：2.0 ％以下、
Ｐ：0.10％以下および
Ｓ：0.015 ％以下
を含有し、残部は Fe および不可避的不純物からなり、鋼板の表裏面の表面粗さが十点平均粗さRzで、それぞれ２μm 以下で、かつ片面のRz(a) と他面Rz(b) が次式(1)
｛｜ Rz(a)−Rz(b) ｜／（ Rz(a)＋Rz(b) ）｝×２×100 ≦35（％） --- (1)
の関係を満足し、さらに鋼板に５％の伸び歪みを与えるのに必要な応力σ_5.0 が240 MPa 以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。