JP4258859B2 - 切削性が良好で鉄損の少ない無方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の鉄心等に使用される無方向性電磁鋼板のうち、鋼板を打ち抜き、積層して鉄心としたのち、形状修正または寸法精度の向上を目的として、積層した鉄心を切削加工する用途に用いられる切削性が良好で鉄損の少ない無方向性電磁鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機を回転精度がよく、トルク変動が少なく、かつ低振動で回転させるには、電動機を構成する各部品に高い寸法精度が要求される。高い寸法精度には、回転子鉄心の外径寸法、軸挿入穴の寸法精度および固定子鉄心の内径寸法精度も含まれ、非常に重要である。これらの寸法精度を向上させるには、回転子および固定子の鉄心を打ち抜いた後の寸法精度の高いことが重要である。
【０００３】
更に高い寸法精度が要求される場合は、積層後の鉄心に高精度の切削加工を施し、目的の寸法に修正する方法がある。このように切削加工によって寸法を修正する場合は、材料となる電磁鋼板の切削加工性が重要である。しかしながら、従来の電磁鋼板は、積層後の鉄心に高精度の切削加工を施すことは考慮していない。また、切削加工性を改善することも行われていない。
【０００４】
また、電動機の電力効率を向上するためには、鉄心の材料である無方向性電磁鋼板の鉄損の低いことが要求される。例えば、需要家が所定の形状に打ち抜き、歪取り焼鈍を行って磁気特性を現出させるセミプロセス製品の場合であっても、歪取り焼鈍後の鉄損の低いものが要求される。歪取り焼鈍後の鉄損を低くするには、歪取り焼鈍における結晶粒の成長をできるだけ促進する必要がある。
【０００５】
歪取り焼鈍における結晶粒の成長を促進する方法としては、下記の方法が知られている。
（ａ） 特開昭５６−３８４２０号公報に開示のように、Ｃ：０．０５％以下、ＳｉあるいはＳｉとＡｌの和が１．５％以下、Ｍｎ：０．１〜１％、Ｐ：０．２％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる鋼塊もしくは連続鋳造したスラブを、熱間圧延の終了温度を｛８９１−９００（Ｃ％）＋５０（Ｓｉ％）−８８（Ｍｎ％）＋１９０（Ｐ％）＋３８０（Ａｌ％）｝℃で表される温度と、｛８８２−５７５０（Ｃ％）＋５８８０（Ｃ％）2＋５０（Ｓｉ％）−８２（Ｍｎ％）＋１７０（Ｐ％）＋３８０（Ａｌ％）｝℃で表される温度の中央値と７５０℃との間の温度範囲内となし、かつ、巻取り温度を６８０℃以上とし、最終工程でスキンパス等の低圧下率の調質圧延を実施し、これによって付与された残留歪エネルギーの作用によって、需要家での歪取り焼鈍において結晶粒の成長促進を図る。
（ｂ） 特開昭６３−２５５３２３号公報に開示のように、冷延鋼帯を再結晶温度以上で連続焼鈍したのち、２５０℃以下まで平均冷却速度１５℃／秒以上で冷却し、調質圧延を実施し、これによって付与された残留歪エネルギーの作用によって、需要家での歪取り焼鈍において結晶粒の成長促進を図る。
（ｃ） 特開平６−１０８１４９号公報に開示のように、Ｃ、Ｎ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ａｓ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｏなど、歪取り焼鈍における結晶粒の成長を妨げる働きを有する不可避的不純物の鋼中含有量を制限することによって、需要家での歪取り焼鈍における結晶粒の成長を容易にする。
（ｄ） Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．１ｕｎ１．０％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．００５％、Ｍｎ：１．５％以下、Ｓ：０．００８％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｔ．Ｏ：０．０２％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる無方向性電磁鋼板において、製品中のＳｉＯ2、ＭｎＯ、Ａｌ2Ｏ3の３種の介在物の総重量に対するＭｎＯの重量の割合を、１５％以下とすると共に、ＳｉＯ2の重量の割合を７５％以上とすることによって、需要家での歪取り焼鈍において結晶粒の成長促進を図り、鉄損を低下させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記（ａ）〜（ｄ）の方法は、材料である電磁鋼板の打ち抜き積層後の切削加工性について全く着目していない。しかも、本発明者らが電磁鋼板の切削加工性の改善に有効な析出物であると考えるＭｎＳについて、その必要性について言及していない。また、前記（ａ）（ｂ）の方法は、通常の冷間圧延に比較し、小さな歪を調質圧延により付与することを特徴とするため、電磁鋼板全体に均一な歪を付与することが困難である。このため、需要家での打ち抜き加工に際し、残留歪の不均一による反りの問題が発生し易いという欠点があり、高い寸法精度は望むことはできない。
【０００７】
本発明の目的は、電動機の鉄心用の無方向性電磁鋼板のうち、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、積層して鉄心としたのち、形状修正または寸法精度の向上を目的として切削加工するに際し、必要とする切削加工性を有し、なおかつ、低鉄損の電磁鋼板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、電磁鋼板の固有抵抗値を上昇させて鉄損を低下させるのに効果的な元素であるＳｉ、Ｍｎ、Ａｌの添加量と、切削加工性の改善に効果的な非金属介在物であるＭｎＳ単体およびＭｎＳ系介在物の析出と密接な関係をもつＳの添加量とを、適正な範囲に規定することによって、切削加工性と磁気特性がともに優れた電磁鋼板を得ることができるとの知見を得た。
【０００９】
本発明の切削性が良好で鉄損の少ない無方向性電磁鋼板（但し、厚板の場合を除く、組成における質量％は単に％と記する）は、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．００２〜０．０４０％（但し、０．０１％以下の場合を除く）、Ａｌ：０．１〜１．０％（但し、０．５０％以下の場合を除く）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。そして、本発明においては、ＭｎＳ単体およびＭｎＳ系介在物の最適な大きさのものの個数を特定することによって、切削加工性と磁気特性とを両立させることを特徴としている。このため、本発明の無方向性電磁鋼板は、圧延方向と平行な断面における非金属介在物のうち、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ２Ｏ３が複合したＭｎＳ系介在物を、１〜５０個／ｍｍ２含むこととしている。
【００１０】
このように、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．００２〜０．０４０％、Ａｌ：０．１〜１．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板が、圧延方向と平行な断面における非金属介在物のうち、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物を、１〜５０個／ｍｍ2含むことによって、切削加工性が良好で、鉄損の少ない無方向性電磁鋼板を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において電磁鋼板の化学成分を限定した理由は、下記のとおりである。Ｃは、炭化物を析出して磁気時効による磁気特性の劣化を招く有害な元素で、少ないほど好ましいが、脱炭コストによる経済性を勘案して、上限を０．０１％以下とした。
【００１２】
Ｓｉは、固有抵抗値を高め、鉄損を下げる成分として有用であるが、０．１％未満ではその効果が十分でなく、また、３．５％を超えると冷間圧延が困難となるため、０．１〜３．５％とした。
【００１３】
Ｍｎは、Ｓを粗大なＭｎＳとして固定し、結晶粒の成長に有害な微細な硫化物の析出を抑える働きがあり、また、Ｓｉと同様に固有抵抗値を高めて鉄損を下げる元素としても有用であるが、０．１％未満ではその効果が十分でなく、１．０％を超えると最終焼鈍での結晶粒の成長性が悪化するとともに、材料コストの上昇を招くため、０．１〜１．０％とした。
【００１４】
Ｐは、鋼板の熱間脆性を高める働きがあり、０．２％を超えると熱間圧延性が著しく低下し、熱間圧延が不能となるため、０．２％以下とした。
【００１５】
Ｓは、Ｍｎにより粗大なＭｎＳとして固定され、最終焼鈍での結晶粒の成長に有害な微細な硫化物の析出を押さえ、切削性を改善する働きがあるが、０．００２％未満では切削性の改善が十分でなく、０．０４０％を超えると微細な硫化物が析出し、最終焼鈍での結晶粒の成長を抑制して鉄損が上昇するため、０．００２〜０．０４０％とした。
【００１６】
上記のようにＳ含有量を限定した根拠は、次ぎのとおりである。
Ｃ：０．００１％以下、Ｐ：０．０１％を含有する鋼中のＳｉ、Ｍｎ、Ａｌの含有量を図１に示すように変化させた３種類について、Ｓ含有量が０．００１％、０．００１５％、０．００２０％、０．００３０％、０．００５０％、０．０１０％、０．０１５％、０．０２０％、０．０４０％、０．０６０％となるよう通常の方法で溶製したのち、連続鋳造してスラブとした。この各スラブは、１１５０℃に再加熱したのち、通常の方法によって熱間圧延し、板厚２．３ｍｍの熱延コイルに仕上げた。各熱延コイルは、通常の方法によって酸洗し、必要に応じて延板焼鈍を施したのち、通常の方法によって冷間圧延し、板厚０．５ｍｍの冷間鋼帯とし、８５０℃で連続焼鈍したものを供試材として使用した。
【００１７】
切削性の評価は、各供試材から外径５０ｍｍ、内径３０ｍｍの孔あき円板をそれぞれ１００枚打ち抜き、これを積層してかしめたのち、旋盤を用いて内径を０．５ｍｍ切削加工し、採取した切り屑１個当たりの平均重量を測定し、切り屑が小さいほど切削性が良好と判断し、切り屑重量０．２ｇ／個以下を切削性良好と定めた。そして、Ｓ含有量と切り屑重量との関係を求めた。その結果を図１に示す。なお、旋盤での切削加工条件は、使用したバイトが住友電工株式会社製、品番Ｔ１２Ａ、旋盤の回転数は５００ｒｐｍ、送り量は０．１５ｍｍ／回転であった。
【００１８】
鉄損の評価は、各供試材を更に７５０℃で２時間焼鈍し、ＪＩＳＣ２５５０に規定の電磁鋼板試験方法に準じて磁気試験を行い、周波数５０Ｈｚ、最大磁束密度１．５Ｔの時の鉄損（Ｗ15/50）で評価し、鉄損（Ｗ15/50）が３．５ｗ／ｋｇ以下の範囲を鉄損の良好な範囲と定めた。そして、Ｓ含有量と鉄損（Ｗ15/50）との関係を求めた。その結果を図２に示す。
【００１９】
図１に示すように、Ｓ含有量を０．００２％以上とすることによって、切削性が良好となることが確認された。また、図２に示すように、Ｓ含有量を０．０４０％以下とすることによって、鉄損（Ｗ15/50）が良好であることが確認された。
【００２０】
Ａｌは、ＭｎおよびＳｉと同様に固有抵抗値を高め、鉄損を減少させる元素として有用であるが、０．１％未満ではその効果が十分でなく、１．０％を超えると最終焼鈍での結晶粒の成長性が悪化するとともに、材料コストの悪化を招くため、０．１〜１．０％とした。
【００２１】
本発明においては、ＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の最大粒子径と個数を特定することによって、磁気特性と切削性とを両立させることを特徴としている。このため、圧延方向と平行な断面における非金属介在物のうち、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数を、１〜５０個／ｍｍ2に限定した。ＭｎＳ単体およびＭｎＳ系介在物の最大粒子径の範囲を０．１μｍ以上２０μｍ以下としたのは、０．１μｍ未満では十分な切削性改善効果が得られず、２０μｍを超えると介在物が内部欠陥または表面傷となり鋼板の品質上問題が発生するからである。
【００２２】
本発明における圧延方向と平行な断面とは、圧延方向と平行な断面であればよく、特に限定されないが、圧延方向と平行に垂直切断した切断面を用いるのが一般的である。圧延方向と平行な断面における最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数を、１〜５０個／ｍｍ2に限定した根拠は、下記のとおりである。
Ｃ：０．００１〜０．００４％、Ｓｉ：０．２〜０．３％、Ｍｎ：０．１〜０．３％、Ｐ：０．０７〜０．０９％、Ｓ：０．００５〜０．０２５％、Ａｌ：０．２〜０．４％を含有するスラブに、熱間圧延および冷間圧延を施し、板厚０．５ｍｍとした冷間鋼帯を８５０℃で１分間焼鈍したものを供試材として使用した。
【００２３】
切削加工性の評価は、各供試材から外径５０ｍｍ、内径３０ｍｍの孔あき円板をそれぞれ１００枚打ち抜き、これを積層してかしめたのち、前記と同条件で旋盤を用いて内径を０．５ｍｍ切削加工し、採取した切り屑１個当たりの平均重量を測定し、切り屑重量０．２ｇ／個以下を切削性良好と判定した。
【００２４】
各供試材の圧延方向と平行な断面、例えば、圧延方向と平行に垂直切断した切断面おける最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の、ＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数を、ＪＩＳＧ０５５５に規定の鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法に準じて測定した。そして、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数と切り屑重量との関係を求めた。その結果を図３に示す。
【００２５】
さらに、鉄損の評価は、各供試材を、７５０℃で２時間焼鈍し、ＪＩＳＣ２５５０に規定の電磁鋼板試験方法に準じて磁気試験を行い、周波数５０Ｈｚ、最大磁束密度１．５Ｔの時の鉄損（Ｗ15/50）を測定した。そして、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数と鉄損との関係を求めた。その結果を図４に示す。
【００２６】
図３に示すように、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数が、１個／ｍｍ2未満ではＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物が十分なチップブレーカとしての効果を発揮せず、切削性の改善が十分でない。また、図４に示すように、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数が、５０個／ｍｍ2を超えると介在物によって最終焼鈍での結晶粒の成長が妨げられ、鉄損が悪化する。このため、粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数を、１〜５０個／ｍｍ2とした。
【００２７】
このような最大粒子径が０．１〜２０μｍといった比較的粒子径が大きいＭｎＳ単体およびＭｎＳ系介在物を所定の個数得るには、熱間圧延前のスラブ加熱温度を低温加熱とし、スラブ加熱時にＭｎＳが固溶し加熱終了後に微細なＭｎＳとして再析出するのを防ぐため、熱間圧延前のスラブ加熱温度は１１８０℃以下であることが好ましい。更に鉄損を下げたい場合は、スラブ加熱温度は１１５０℃以下の低温加熱であることが好ましい。
【００２８】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼Ｎｏ．１〜１３を通常の方法で溶製したのち、連続鋳造してスラブとした。この各スラブは、１１５０℃に再加熱したのち、通常の方法により熱間圧延し、板厚２．３ｍｍの熱延コイルに仕上げた。各熱延コイルは、通常の方法により酸洗したのち、必要に応じて熱延板焼鈍を施した後に、通常の方法により冷間圧延して板厚０．５ｍｍの冷延鋼帯とし、８５０℃で連続焼鈍した。
【００２９】
各供試材の切削性の評価は、外径５０ｍｍ、内径３０ｍｍの孔あき円板に打ち抜き、１００枚を積層してかしめたのち、前記と同条件で旋盤を用いて内径を０．５ｍｍ切削加工し、採取した切り屑１個当たりの平均重量で評価した。切り屑が小さいほど切削性が良好と判断し、切り屑重量０．２ｇ／個以下を切削性良好と判定した。その結果を表２に示す。
【００３０】
各供試材の鉄損の評価は、各供試材を７５０℃で２時間焼鈍し、ＪＩＳＣ２５５０に規定の電磁鋼板試験方法に準じて磁気試験を行い、周波数５０Ｈｚ、最大磁束密度１．５Ｔの時の鉄損（Ｗ15/50）で評価した。また、各供試材を圧延方向と平行に垂直切断した切断面における最大粒子径０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数は、ＪＩＳＧ０５５５に規定の鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法に準じて測定した。その結果を表２に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
表１、表２に示すとおり、鋼Ｎｏ．１〜６は、本発明の条件を満たすため、歪取り焼鈍後の鉄損値が低く、かつ切削性も良好である。これに対し、鋼Ｎｏ．７は、Ｃ量が高いため、鋼Ｎｏ．１に比較して鉄損が高いという問題がある。鋼Ｎｏ．８は、Ｓｉ量不足のため、鋼Ｎｏ．１に比較して鉄損が高いという問題がある。鋼Ｎｏ．９は、Ｍｎ量不足のため、鋼Ｎｏ．１に比較して鉄損が高いという問題がある。鋼Ｎｏ．１０は、Ａｌ量不足のため、鋼Ｎｏ．１に比較して鉄損が高いという問題がある。鋼Ｎｏ．１１は、Ｓ量が高いため、切削性は良好であるが、介在物個数が多く、鉄損が高いという問題がある。鋼Ｎｏ．１２は、Ｓ量不足のため、鉄損が低いが、介在物個数が少なく、切削性が悪いという問題がある。鋼Ｎｏ．１３は、熱間圧延中にクラックが生じ、圧延不可であった。
【００３４】
以上の結果、本発明の条件を満たす鋼Ｎｏ．１〜６は、鉄損値が低く、かつ切削性も良好である。これに対し、本発明の条件を満足させない鋼Ｎｏ．７〜１３は、鉄損または切削性のいずれか一方または両方に問題が発生し、鋼Ｎｏ．１３においては、熱間圧延不可であった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の無方向性電磁鋼板は、鋼中の化学成分をＣ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．００２〜０．０４０％、Ａｌ：０．１〜１．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物に限定するとともに、圧延方向と平行な断面における非金属介在物のうち、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物を、１〜５０個／ｍｍ2含むことによって、切削加工に際し必要十分な切削加工性を有し、鉄損の低いセミプロセス電磁鋼板である。鋼板を積層して鉄心としたのち、形状修正または寸法精度の向上のため、切削加工する用途で使用すると、高い回転精度で、低振動で、かつ高効率の電動機の製造が可能となり、エネルギー消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓ含有量と切削加工により発生する切り屑の平均重量と切削性良好範囲との関係を示すグラフである。
【図２】Ｓ含有量と鉄損と鉄損良好範囲との関係を示すグラフである。
【図３】最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数と切削加工により発生する切り屑の平均重量と切削性良好範囲との関係を示すグラフである。
【図４】最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数と鉄損と鉄損良好範囲との関係を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の鉄心等に使用される無方向性電磁鋼板のうち、鋼板を打ち抜き、積層して鉄心としたのち、形状修正または寸法精度の向上を目的として、積層した鉄心を切削加工する用途に用いられる切削性が良好で鉄損の少ない無方向性電磁鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機を回転精度がよく、トルク変動が少なく、かつ低振動で回転させるには、電動機を構成する各部品に高い寸法精度が要求される。高い寸法精度には、回転子鉄心の外径寸法、軸挿入穴の寸法精度および固定子鉄心の内径寸法精度も含まれ、非常に重要である。これらの寸法精度を向上させるには、回転子および固定子の鉄心を打ち抜いた後の寸法精度の高いことが重要である。
【０００３】
更に高い寸法精度が要求される場合は、積層後の鉄心に高精度の切削加工を施し、目的の寸法に修正する方法がある。このように切削加工によって寸法を修正する場合は、材料となる電磁鋼板の切削加工性が重要である。しかしながら、従来の電磁鋼板は、積層後の鉄心に高精度の切削加工を施すことは考慮していない。また、切削加工性を改善することも行われていない。
【０００４】
また、電動機の電力効率を向上するためには、鉄心の材料である無方向性電磁鋼板の鉄損の低いことが要求される。例えば、需要家が所定の形状に打ち抜き、歪取り焼鈍を行って磁気特性を現出させるセミプロセス製品の場合であっても、歪取り焼鈍後の鉄損の低いものが要求される。歪取り焼鈍後の鉄損を低くするには、歪取り焼鈍における結晶粒の成長をできるだけ促進する必要がある。
【０００５】
歪取り焼鈍における結晶粒の成長を促進する方法としては、下記の方法が知られている。
（ａ） 特開昭５６−３８４２０号公報に開示のように、Ｃ：０．０５％以下、ＳｉあるいはＳｉとＡｌの和が１．５％以下、Ｍｎ：０．１〜１％、Ｐ：０．２％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる鋼塊もしくは連続鋳造したスラブを、熱間圧延の終了温度を｛８９１−９００（Ｃ％）＋５０（Ｓｉ％）−８８（Ｍｎ％）＋１９０（Ｐ％）＋３８０（Ａｌ％）｝℃で表される温度と、｛８８２−５７５０（Ｃ％）＋５８８０（Ｃ％）2＋５０（Ｓｉ％）−８２（Ｍｎ％）＋１７０（Ｐ％）＋３８０（Ａｌ％）｝℃で表される温度の中央値と７５０℃との間の温度範囲内となし、かつ、巻取り温度を６８０℃以上とし、最終工程でスキンパス等の低圧下率の調質圧延を実施し、これによって付与された残留歪エネルギーの作用によって、需要家での歪取り焼鈍において結晶粒の成長促進を図る。
（ｂ） 特開昭６３−２５５３２３号公報に開示のように、冷延鋼帯を再結晶温度以上で連続焼鈍したのち、２５０℃以下まで平均冷却速度１５℃／秒以上で冷却し、調質圧延を実施し、これによって付与された残留歪エネルギーの作用によって、需要家での歪取り焼鈍において結晶粒の成長促進を図る。
（ｃ） 特開平６−１０８１４９号公報に開示のように、Ｃ、Ｎ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ａｓ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｏなど、歪取り焼鈍における結晶粒の成長を妨げる働きを有する不可避的不純物の鋼中含有量を制限することによって、需要家での歪取り焼鈍における結晶粒の成長を容易にする。
（ｄ） Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．１ｕｎ１．０％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．００５％、Ｍｎ：１．５％以下、Ｓ：０．００８％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｔ．Ｏ：０．０２％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる無方向性電磁鋼板において、製品中のＳｉＯ2、ＭｎＯ、Ａｌ2Ｏ3の３種の介在物の総重量に対するＭｎＯの重量の割合を、１５％以下とすると共に、ＳｉＯ2の重量の割合を７５％以上とすることによって、需要家での歪取り焼鈍において結晶粒の成長促進を図り、鉄損を低下させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記（ａ）〜（ｄ）の方法は、材料である電磁鋼板の打ち抜き積層後の切削加工性について全く着目していない。しかも、本発明者らが電磁鋼板の切削加工性の改善に有効な析出物であると考えるＭｎＳについて、その必要性について言及していない。また、前記（ａ）（ｂ）の方法は、通常の冷間圧延に比較し、小さな歪を調質圧延により付与することを特徴とするため、電磁鋼板全体に均一な歪を付与することが困難である。このため、需要家での打ち抜き加工に際し、残留歪の不均一による反りの問題が発生し易いという欠点があり、高い寸法精度は望むことはできない。
【０００７】
本発明の目的は、電動機の鉄心用の無方向性電磁鋼板のうち、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、積層して鉄心としたのち、形状修正または寸法精度の向上を目的として切削加工するに際し、必要とする切削加工性を有し、なおかつ、低鉄損の電磁鋼板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、電磁鋼板の固有抵抗値を上昇させて鉄損を低下させるのに効果的な元素であるＳｉ、Ｍｎ、Ａｌの添加量と、切削加工性の改善に効果的な非金属介在物であるＭｎＳ単体およびＭｎＳ系介在物の析出と密接な関係をもつＳの添加量とを、適正な範囲に規定することによって、切削加工性と磁気特性がともに優れた電磁鋼板を得ることができるとの知見を得た。
【０００９】
本発明の切削性が良好で鉄損の少ない無方向性電磁鋼板（但し、厚板の場合を除く、組成における質量％は単に％と記する）は、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．００２〜０．０４０％（但し、０．０１％以下の場合を除く）、Ａｌ：０．１〜１．０％（但し、０．５０％以下の場合を除く）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。そして、本発明においては、ＭｎＳ単体およびＭｎＳ系介在物の最適な大きさのものの個数を特定することによって、切削加工性と磁気特性とを両立させることを特徴としている。このため、本発明の無方向性電磁鋼板は、圧延方向と平行な断面における非金属介在物のうち、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ２Ｏ３が複合したＭｎＳ系介在物を、１〜５０個／ｍｍ２含むこととしている。
【００１０】
このように、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．００２〜０．０４０％、Ａｌ：０．１〜１．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板が、圧延方向と平行な断面における非金属介在物のうち、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物を、１〜５０個／ｍｍ2含むことによって、切削加工性が良好で、鉄損の少ない無方向性電磁鋼板を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において電磁鋼板の化学成分を限定した理由は、下記のとおりである。Ｃは、炭化物を析出して磁気時効による磁気特性の劣化を招く有害な元素で、少ないほど好ましいが、脱炭コストによる経済性を勘案して、上限を０．０１％以下とした。
【００１２】
Ｓｉは、固有抵抗値を高め、鉄損を下げる成分として有用であるが、０．１％未満ではその効果が十分でなく、また、３．５％を超えると冷間圧延が困難となるため、０．１〜３．５％とした。
【００１３】
Ｍｎは、Ｓを粗大なＭｎＳとして固定し、結晶粒の成長に有害な微細な硫化物の析出を抑える働きがあり、また、Ｓｉと同様に固有抵抗値を高めて鉄損を下げる元素としても有用であるが、０．１％未満ではその効果が十分でなく、１．０％を超えると最終焼鈍での結晶粒の成長性が悪化するとともに、材料コストの上昇を招くため、０．１〜１．０％とした。
【００１４】
Ｐは、鋼板の熱間脆性を高める働きがあり、０．２％を超えると熱間圧延性が著しく低下し、熱間圧延が不能となるため、０．２％以下とした。
【００１５】
Ｓは、Ｍｎにより粗大なＭｎＳとして固定され、最終焼鈍での結晶粒の成長に有害な微細な硫化物の析出を押さえ、切削性を改善する働きがあるが、０．００２％未満では切削性の改善が十分でなく、０．０４０％を超えると微細な硫化物が析出し、最終焼鈍での結晶粒の成長を抑制して鉄損が上昇するため、０．００２〜０．０４０％とした。
【００１６】
上記のようにＳ含有量を限定した根拠は、次ぎのとおりである。
Ｃ：０．００１％以下、Ｐ：０．０１％を含有する鋼中のＳｉ、Ｍｎ、Ａｌの含有量を図１に示すように変化させた３種類について、Ｓ含有量が０．００１％、０．００１５％、０．００２０％、０．００３０％、０．００５０％、０．０１０％、０．０１５％、０．０２０％、０．０４０％、０．０６０％となるよう通常の方法で溶製したのち、連続鋳造してスラブとした。この各スラブは、１１５０℃に再加熱したのち、通常の方法によって熱間圧延し、板厚２．３ｍｍの熱延コイルに仕上げた。各熱延コイルは、通常の方法によって酸洗し、必要に応じて延板焼鈍を施したのち、通常の方法によって冷間圧延し、板厚０．５ｍｍの冷間鋼帯とし、８５０℃で連続焼鈍したものを供試材として使用した。
【００１７】
切削性の評価は、各供試材から外径５０ｍｍ、内径３０ｍｍの孔あき円板をそれぞれ１００枚打ち抜き、これを積層してかしめたのち、旋盤を用いて内径を０．５ｍｍ切削加工し、採取した切り屑１個当たりの平均重量を測定し、切り屑が小さいほど切削性が良好と判断し、切り屑重量０．２ｇ／個以下を切削性良好と定めた。そして、Ｓ含有量と切り屑重量との関係を求めた。その結果を図１に示す。なお、旋盤での切削加工条件は、使用したバイトが住友電工株式会社製、品番Ｔ１２Ａ、旋盤の回転数は５００ｒｐｍ、送り量は０．１５ｍｍ／回転であった。
【００１８】
鉄損の評価は、各供試材を更に７５０℃で２時間焼鈍し、ＪＩＳＣ２５５０に規定の電磁鋼板試験方法に準じて磁気試験を行い、周波数５０Ｈｚ、最大磁束密度１．５Ｔの時の鉄損（Ｗ15/50）で評価し、鉄損（Ｗ15/50）が３．５ｗ／ｋｇ以下の範囲を鉄損の良好な範囲と定めた。そして、Ｓ含有量と鉄損（Ｗ15/50）との関係を求めた。その結果を図２に示す。
【００１９】
図１に示すように、Ｓ含有量を０．００２％以上とすることによって、切削性が良好となることが確認された。また、図２に示すように、Ｓ含有量を０．０４０％以下とすることによって、鉄損（Ｗ15/50）が良好であることが確認された。
【００２０】
Ａｌは、ＭｎおよびＳｉと同様に固有抵抗値を高め、鉄損を減少させる元素として有用であるが、０．１％未満ではその効果が十分でなく、１．０％を超えると最終焼鈍での結晶粒の成長性が悪化するとともに、材料コストの悪化を招くため、０．１〜１．０％とした。
【００２１】
本発明においては、ＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の最大粒子径と個数を特定することによって、磁気特性と切削性とを両立させることを特徴としている。このため、圧延方向と平行な断面における非金属介在物のうち、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数を、１〜５０個／ｍｍ2に限定した。ＭｎＳ単体およびＭｎＳ系介在物の最大粒子径の範囲を０．１μｍ以上２０μｍ以下としたのは、０．１μｍ未満では十分な切削性改善効果が得られず、２０μｍを超えると介在物が内部欠陥または表面傷となり鋼板の品質上問題が発生するからである。
【００２２】
本発明における圧延方向と平行な断面とは、圧延方向と平行な断面であればよく、特に限定されないが、圧延方向と平行に垂直切断した切断面を用いるのが一般的である。圧延方向と平行な断面における最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数を、１〜５０個／ｍｍ2に限定した根拠は、下記のとおりである。
Ｃ：０．００１〜０．００４％、Ｓｉ：０．２〜０．３％、Ｍｎ：０．１〜０．３％、Ｐ：０．０７〜０．０９％、Ｓ：０．００５〜０．０２５％、Ａｌ：０．２〜０．４％を含有するスラブに、熱間圧延および冷間圧延を施し、板厚０．５ｍｍとした冷間鋼帯を８５０℃で１分間焼鈍したものを供試材として使用した。
【００２３】
切削加工性の評価は、各供試材から外径５０ｍｍ、内径３０ｍｍの孔あき円板をそれぞれ１００枚打ち抜き、これを積層してかしめたのち、前記と同条件で旋盤を用いて内径を０．５ｍｍ切削加工し、採取した切り屑１個当たりの平均重量を測定し、切り屑重量０．２ｇ／個以下を切削性良好と判定した。
【００２４】
各供試材の圧延方向と平行な断面、例えば、圧延方向と平行に垂直切断した切断面おける最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の、ＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数を、ＪＩＳＧ０５５５に規定の鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法に準じて測定した。そして、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数と切り屑重量との関係を求めた。その結果を図３に示す。
【００２５】
さらに、鉄損の評価は、各供試材を、７５０℃で２時間焼鈍し、ＪＩＳＣ２５５０に規定の電磁鋼板試験方法に準じて磁気試験を行い、周波数５０Ｈｚ、最大磁束密度１．５Ｔの時の鉄損（Ｗ15/50）を測定した。そして、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数と鉄損との関係を求めた。その結果を図４に示す。
【００２６】
図３に示すように、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数が、１個／ｍｍ2未満ではＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物が十分なチップブレーカとしての効果を発揮せず、切削性の改善が十分でない。また、図４に示すように、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数が、５０個／ｍｍ2を超えると介在物によって最終焼鈍での結晶粒の成長が妨げられ、鉄損が悪化する。このため、粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数を、１〜５０個／ｍｍ2とした。
【００２７】
このような最大粒子径が０．１〜２０μｍといった比較的粒子径が大きいＭｎＳ単体およびＭｎＳ系介在物を所定の個数得るには、熱間圧延前のスラブ加熱温度を低温加熱とし、スラブ加熱時にＭｎＳが固溶し加熱終了後に微細なＭｎＳとして再析出するのを防ぐため、熱間圧延前のスラブ加熱温度は１１８０℃以下であることが好ましい。更に鉄損を下げたい場合は、スラブ加熱温度は１１５０℃以下の低温加熱であることが好ましい。
【００２８】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼Ｎｏ．１〜１３を通常の方法で溶製したのち、連続鋳造してスラブとした。この各スラブは、１１５０℃に再加熱したのち、通常の方法により熱間圧延し、板厚２．３ｍｍの熱延コイルに仕上げた。各熱延コイルは、通常の方法により酸洗したのち、必要に応じて熱延板焼鈍を施した後に、通常の方法により冷間圧延して板厚０．５ｍｍの冷延鋼帯とし、８５０℃で連続焼鈍した。
【００２９】
各供試材の切削性の評価は、外径５０ｍｍ、内径３０ｍｍの孔あき円板に打ち抜き、１００枚を積層してかしめたのち、前記と同条件で旋盤を用いて内径を０．５ｍｍ切削加工し、採取した切り屑１個当たりの平均重量で評価した。切り屑が小さいほど切削性が良好と判断し、切り屑重量０．２ｇ／個以下を切削性良好と判定した。その結果を表２に示す。
【００３０】
各供試材の鉄損の評価は、各供試材を７５０℃で２時間焼鈍し、ＪＩＳＣ２５５０に規定の電磁鋼板試験方法に準じて磁気試験を行い、周波数５０Ｈｚ、最大磁束密度１．５Ｔの時の鉄損（Ｗ15/50）で評価した。また、各供試材を圧延方向と平行に垂直切断した切断面における最大粒子径０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数は、ＪＩＳＧ０５５５に規定の鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法に準じて測定した。その結果を表２に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
表１、表２に示すとおり、鋼Ｎｏ．１〜６は、本発明の条件を満たすため、歪取り焼鈍後の鉄損値が低く、かつ切削性も良好である。これに対し、鋼Ｎｏ．７は、Ｃ量が高いため、鋼Ｎｏ．１に比較して鉄損が高いという問題がある。鋼Ｎｏ．８は、Ｓｉ量不足のため、鋼Ｎｏ．１に比較して鉄損が高いという問題がある。鋼Ｎｏ．９は、Ｍｎ量不足のため、鋼Ｎｏ．１に比較して鉄損が高いという問題がある。鋼Ｎｏ．１０は、Ａｌ量不足のため、鋼Ｎｏ．１に比較して鉄損が高いという問題がある。鋼Ｎｏ．１１は、Ｓ量が高いため、切削性は良好であるが、介在物個数が多く、鉄損が高いという問題がある。鋼Ｎｏ．１２は、Ｓ量不足のため、鉄損が低いが、介在物個数が少なく、切削性が悪いという問題がある。鋼Ｎｏ．１３は、熱間圧延中にクラックが生じ、圧延不可であった。
【００３４】
以上の結果、本発明の条件を満たす鋼Ｎｏ．１〜６は、鉄損値が低く、かつ切削性も良好である。これに対し、本発明の条件を満足させない鋼Ｎｏ．７〜１３は、鉄損または切削性のいずれか一方または両方に問題が発生し、鋼Ｎｏ．１３においては、熱間圧延不可であった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の無方向性電磁鋼板は、鋼中の化学成分をＣ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．００２〜０．０４０％、Ａｌ：０．１〜１．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物に限定するとともに、圧延方向と平行な断面における非金属介在物のうち、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物を、１〜５０個／ｍｍ2含むことによって、切削加工に際し必要十分な切削加工性を有し、鉄損の低いセミプロセス電磁鋼板である。鋼板を積層して鉄心としたのち、形状修正または寸法精度の向上のため、切削加工する用途で使用すると、高い回転精度で、低振動で、かつ高効率の電動機の製造が可能となり、エネルギー消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓ含有量と切削加工により発生する切り屑の平均重量と切削性良好範囲との関係を示すグラフである。
【図２】Ｓ含有量と鉄損と鉄損良好範囲との関係を示すグラフである。
【図３】最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数と切削加工により発生する切り屑の平均重量と切削性良好範囲との関係を示すグラフである。
【図４】最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下のＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が複合したＭｎＳ系介在物の個数と鉄損と鉄損良好範囲との関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 質量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．００２〜０．０４０％（但し、０．０１％以下の場合を除く）、Ａｌ：０．１〜１．０％（但し、０．５０％以下の場合を除く）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる電磁鋼板であって、圧延方向と平行な断面における非金属介在物のうち、最大粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の、ＭｎＳ単体およびＭｎＳにＡｌＮやＡｌ２Ｏ３が複合したＭｎＳ系介在物を、１〜５０個／ｍｍ２含むことを特徴とする無方向性電磁鋼板（但し、厚板の場合を除く）。
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