JP4276484B2 - 磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器鉄心材料として使用される、磁気特性が優れ、かつ打ち抜き加工性にも優れた無方向性電磁鋼板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
無方向性電磁鋼板はモータや小型静止器の鉄心に使用され、鋼板は所定の形状に加工され、積層して用いられる。鉄心への加工は一般的にプレス打ち抜きによって行われ、寸法精度はモータ効率や振動などに大きく影響するため、非常に厳しく管理される。
【0003】
無方向性電磁鋼板の打ち抜き加工性について、特許文献1には成分系とSi+0.60Al≧0.80wt%とし、表面硬度Hv160以下を特徴とする無方向性電磁鋼板が提案されている。特許文献2には、成分系とS≦0.002%を特徴とする無方向性電磁鋼板が提案されている。
特許文献3には成分系とSb+Sn/2で0.001〜0.05%を含有し、鋼板表面から30μm以内の領域のビッカース硬度Hv190以下を特徴とする無方向性電磁鋼板が提案されている。
【0004】
しかしながら、単に成分系やビッカース硬度Hvを制御しただけでは良好な打ち抜き性を得られない場合があった。
また特許文献4には鋼板の成分を規定し、ビッカース硬度180以下、降伏比を0.65以上とすることを特徴とする磁気特性と打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板が提案されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−183311号公報
【特許文献2】
特開平10−212557号公報
【特許文献3】
特開2000−54085号公報
【特許文献4】
特開2002−241905号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献4には実施例に降伏比(YP/TS)と記載されている。鋼板の引張試験を行い応力−ひずみ曲線を測定すると、上降伏応力、下降伏応力、降伏伸びが認められるが、例えば「プレス技術」、31(1993)、15頁にも記載されているように、一般には上降伏応力を単に降伏応力と称す。従って、特許文献4は上降伏応力/引張強さを規定したものと判断される。
【0007】
特許文献4は、成分系とビッカース硬度に加え、降伏比:上降伏応力/引張強さを新たに制御することにより良好な打ち抜き性を得ようとするものであり、これにより、打ち抜き加工性をかなり制御できるようになった。しかし、上降伏応力/引張強さを0.65以上にしても打ち抜き不良が発生する場合があった。
【0008】
本発明は、上記従来技術の課題を解決し、特許文献4の方法よりも更に打ち抜き加工性のよい無方向性電磁鋼板を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を要旨とする。
(1) 質量%で、
C :0.01%以下、 Si:0.1〜3.0%、
Mn:0.1〜1.5%、 P :0.15%以下、
S :0.005%以下、 Al:0.4〜3.5%、
T.N:0.005%以下
を含有し、残部Feおよび不可避不純物元素よりなる鋼において、結晶粒径31μm以下であり、ビッカース硬度Hvが200以下、上降伏応力/引張強さが0.650以上、かつ下降伏応力/引張強さが0.635以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
(2) 質量%でさらに、
Sn:0.01〜0.40%、 Cu:0.1〜1.0%、
Ca:0.001〜0.02%、 REM:0.001〜0.02%
の1種または2種以上を含有することを特徴とする前記(1)に記載の無方向性電磁鋼板。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細について説明する。
本発明者らは、磁気特性と打抜加工性に優れた無方向性電磁鋼板を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、上降伏応力/引張強さを0.650以上に制御することに加え、下降伏応力/引張強さを0.635以上に制御することが非常に有効であることを見出した。
【0011】
本発明者らは、種々の鋼板の打ち抜き試験を行った結果、上降伏応力/引張強さが0.650以上でも打ち抜き不良が発生する場合があった。そこで、不良が発生した鋼板を調査したところ、上降伏応力と下降伏応力の差が大きい材料であることが判明した。
【0012】
図1に実験結果の一例を示す。
C:0.002%、Si:0.3〜1.8%、Mn:0.22%、P:0.02%、S:0.002%、Al:0.4〜2.0%、N:0.002%を含む板厚0.50mmの種々の無方向性電磁鋼板をコンプレッサ用モータ用鉄心として打ち抜き加工を含む加工処理を施し、打ち抜き加工性を評価した。この時の鋼板の上降伏応力/引張強さ、下降伏応力/引張強さと打ち抜き加工性の関係を示す。打ち抜き加工性は、端面ダレの程度で評価した。
【0013】
図2には切断面断面形状を示し、a:剪断面、b:ダレ、c:破断面、t:板厚、である。b:がダレであるが、この高さが板厚の20%を超えたものを打ち抜き不良と評価した。図1の実験では板厚が0.50mmであるので、ダレが0.10mmを超えた場合である。これより、上降伏応力/引張応力が0.650以上でも、下降伏応力/引張強さが0.635未満の場合には打ち抜き不良が発生することが分かり、下降伏応力/引張強さを0.635以上に制御することで打ち抜き加工性を非常によく制御できることが分かる。
【0014】
下降伏応力/引張強さを0.635以上に制御した場合、良好な打ち抜き加工性を得られる理由は以下のように考えられる。
打ち抜き加工により鋼板が弾性変形、塑性変形と遷移していくが、上降伏応力は鋼板が降伏し始める以前の最大応力であるのに対し、下降伏応力は降伏した後の加工硬化を開始する応力である。打ち抜き加工性は、鋼板が降伏した後の加工硬化して引張強さに至るまでの挙動も大きく影響するため、下降伏応力/引張強さを0.635以上に制御することが有効と考えられる。
【0015】
以下に本発明の限定理由を説明する。
以下の成分は、鋼中に含まれる質量%である。
Cは、鉄損を高める有害な元素で、磁気時効の原因ともなるので、0.01%以下とした。
【0016】
Siは低鉄損を得るため、固有抵抗を上げる必要から0.1%以上とし、上限の3.0%は、硬度が上昇を招き打ち抜き加工性を劣化させ、また無方向性電磁鋼板の製造工程そのものにおいても、冷延などの作業性の低下、コスト高ともなるので、3.0%以下とする。硬度の上昇を抑える観点から好ましくは2.2%以下である。
【0017】
Mnは、固有抵抗を高め、一次再結晶集合組織を改善して低鉄損とするため0.1%以上含有する。上限の1.5%は、それ以上含有すると焼鈍時の結晶粒成長性が低下するためである。
【0018】
Pは、下降伏応力/引張強さを上昇させ、打ち抜き加工性を改善する効果を有する成分であり、0.15%を上限に添加する。0.15%を超えると鋼板の脆化が著しい。
【0019】
Sは、微細な硫化物あるいは酸硫化物をつくり、鉄損を劣化させるため、0.005%以下とした。
【0020】
Alは低鉄損を得るため、固有抵抗を上げ、また微細なAlNの析出を抑制するために0.4%以上とする。AlはSiと比べて硬度の上昇が少ない。Alが3.5%を超えると磁束密度が低減するからである。
【0021】
NはAlNなどの窒化物を生成し、鉄損を劣化させるので、0.005%以下とする。
【0022】
必要に応じてさらに、各々の質量%で、Sn:0.01〜0.40%、Cu:0.1〜1.0%、Ca:0.001〜0.02%、REM:0.001〜0.02%の1種または2種以上を含有することができる。
Sn、Cuは一次再結晶集合組織を改善して鉄損を下げる効果を有する。Snの下限0.01%、Cuの下限0.1%は、これ未満では効果が十分でなく、Snの上限0.40%、Cuの上限1.0%は効果が飽和するためである。
Ca、REMは粗大な硫化物、酸硫化物を生成し鉄損を下げる効果を有する。下限の0.001%はこれ未満では効果が十分でなく、上限の0.02%は効果が飽和するためである。
【0023】
ビッカース硬度Hvは200以下とする。硬度の上昇と共に金型の摩耗は大きくなり、200を超えると金型の摩耗が著しくなり、鋼板の寸法精度不良を起こすためである。
【0024】
図1および実施例に示すように、上降伏応力/引張強さが0.650未満、下降伏応力/引張強さが0.635未満では打ち抜き不良を起こす。
【0025】
【実施例】
[実施例1]
種々の成分を含み、板厚0.50mmの無方向性電磁鋼板を磁気特性と打ち抜き加工性を同時に満足させることを試み、汎用モータ用鉄心として打ち抜きを含む加工処理を行った。鋼板の磁気特性はエプスタイン試料で評価した。打ち抜き性は汎用モータ鉄心に打ち抜き、端面ダレの程度で評価した。ダレの評価方法は図1の実験と同じである。
表1に成分、ビッカース硬度、上降伏応力/引張強さ、下降伏応力/引張強さ、W15/50、B50を示す。これより、本発明範囲では良好な打ち抜き性と磁気特性を得られることが分かる。
【0026】
[実施例2]
種々の成分を含み、板厚0.50mmの無方向性電磁鋼板を磁気特性と打ち抜き加工性を同時に満足させることを試み、コンプレッサーモータ用鉄心として打ち抜きを含む加工処理を行った。鋼板の磁気特性は、750℃×2hの歪取焼鈍(SRA)後エプスタイン試料で評価した。打ち抜き性はコンプレッサーモータ鉄心に打ち抜き、端面ダレの程度で評価した。ダレの評価方法は図1の実験と同じである。
【0027】
表2に成分、ビッカース硬度、上降伏応力/引張強さ、下降伏応力/引張強さ、W15/50(SRA)、B50(SRA)を示す。成分、硬度、結晶粒径、機械特性はSRA前の測定値で、W15/50(SRA)、B50(SRA)は歪取焼鈍後の測定値である。これより、本発明範囲では良好な打ち抜き性と磁気特性を得られることが分かる。
【0028】
[実施例3]
C:0.002%、Si:1.6%、Mn:0.22%、P:0.02%、S:0.003%、Al:0.6%、N:0.003%、Sn,Cu,Ca,REMを種々の含有量含み、板厚0.50mmの無方向性電磁鋼板を磁気特性と打ち抜き加工性を同時に満足させることを試み、コンプレッサーモータ用鉄心として打ち抜きを含む加工処理を行った。鋼板の磁気特性は、750℃×2hの歪取焼鈍(SRA)後エプスタイン試料で評価した。打ち抜き性はコンプレッサーモータ鉄心に打ち抜き、端面ダレの程度で評価した。ダレの評価方法は図1の実験と同じである。
【0029】
表3にSn,Cu,Ca,REM含有量、ビッカース硬度、上降伏応力/引張強さ、下降伏応力/引張強さ、W15/50 (SRA)、B50(SRA)を示す。
成分、硬度、結晶粒径、機械特性はSRA前の測定値で、W15/50 (SRA)、B50(SRA)は歪取焼鈍後の測定値である。これより、Sn,Cu,Ca,REMを1種または2種以上含有すると鉄損が良好となることが分かる。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】
【0033】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、磁気特性を損なうことなく打ち抜き加工性の優れた無方向性電磁鋼板を得ることができ、電気機器、特に無方向性電磁鋼板がその鉄心材料として使用される回転機器などの分野における要請に十分応えることができ、その工業的価値は極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】上降伏応力/引張強さ、下降伏応力/引張強さと打ち抜き性の関係図である。
【図2】切断面断面形状を示す図で、a:剪断面、b:ダレ、c:破断面、t:板厚、である。
Claims (2)
- 質量%で、
C :0.01%以下、
Si:0.1〜3.0%、
Mn:0.1〜1.5%、
P :0.15%以下、
S :0.005%以下、
Al:0.4〜3.5%、
T.N:0.005%以下
を含有し、残部Feおよび不可避不純物元素よりなる鋼において、結晶粒径31μm以下であり、ビッカース硬度Hvが200以下、上降伏応力/引張強さが0.650以上、かつ下降伏応力/引張強さが0.635以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。 - 質量%でさらに、
Sn:0.01〜0.40%、
Cu:0.1〜1.0%、
Ca:0.001〜0.02%、
REM:0.001〜0.02%
の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。
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