JP4283354B2

JP4283354B2 - 電気自動車モータ用の無方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP4283354B2
Application number: JP26548398A
Authority: JP
Inventors: 高英島津; 浩明佐藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2018-09-18
Also published as: JP2000096195A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車モータ用の無方向性電磁鋼板の製造方法に関するもので、特に、電気自動車メインモータ用途に最適な高トルクとバッテリー消費電力の少ない無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境の観点から近年のエネルギー多消費文明の弊害が問題視されている。このため、無方向性電磁鋼板の使用される電気機器の分野で更なる消費電力の低減が求められている。特に、近年、排ガスの問題からガソリン消費量の少ない電気自動車が大いに注目されている。電気自動車用の駆動モータ、即ち、メインモータに求められる性能としては、例えば、日本能率協会主催の’９２モータ技術シンポジュウム、’９２モータゼネラルセッション（１９９２．４．２３，幕張メッセ）に報告がされている。
【０００３】
モータ重量低減のための起動時や低速運転時での高トルク、即ち、高磁束密度無方向性電磁鋼板であり、また高速道路等での高速回転、即ち高周波（４００Hz程度）での高効率、低鉄損無方向性電磁鋼板である。
【０００４】
従来、電気自動車用の駆動モータのコア、即ち、無方向性電磁鋼板としては、例えば特開平８−４９０４４号公報が知られている。しかしながら、その発明における鉄損（Ｗ15/50 およびＷ5/1000）並びに磁束密度Ｂ50の関係は、従来の例えば、出願人の無方向性電磁鋼板の商品カタログの範疇を一歩も出るものではないし、特に、Ｗ15/50 とＢ50との関係が不満で、鉄損の割には磁束密度が低い問題があった。具体的には、実施例にある如く、２％Ｓｉ系での０．３５mm厚、Ｗ15/50 ＝２．９６w/kg、Ｂ50＝１．６８Ｔや１．２％Ｓｉ系での０．３５mm厚、Ｗ15/50=３．８０w/kg、Ｂ50＝１．６２Ｔ、同じく０．５０mm厚、Ｗ15/50 ＝５．００w/kg、Ｂ50＝１．６３Ｔなどである。このため、電気自動車の駆動モータとしては、大きなサイズとなって、自動車としての軽量化の阻害要因となっていたし、モータトルクの面でも改善が求められていた。更に、開示されている１０００Hzでの鉄損は、電気自動車用途としては、周波数が高すぎて実用的でなかった。電気自動車では、一般的に４００Hz程度の周波数領域が重要で、この周波数での鉄損改善が求められている。また、従来、絶縁皮膜が無方向性電磁鋼板の高周波磁気特性に及ぼす影響が明らかでなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑み、優れた高周波鉄損と磁束密度を併せ持つ電気自動車モータ用の無方向性電磁鋼板の安定的な製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下の構成からなる。
（１）重量％で、
Ｃ ≦０．００５％、Ｓｉ：１％以上２．２％未満、
Ａｌ≦１．５％、Ｍｎ≦１．５％、
残部不可避的不純物およびＦｅよりなるスラブを１２００℃以下の温度で加熱し、熱間圧延を行い、１．０〜１．９mm厚の熱延板となし、次いで、７００℃以上の温度で熱延板焼鈍を実施し、冷延して０．２５〜０．６mm板厚とし、次いで、８００℃以上の温度で焼鈍を行って結晶粒径を５０〜１２５μｍとしてから、表面に０．５〜３ｇ／ｍ^２の絶縁皮膜を塗布・焼き付けすることを特徴とする、磁束密度Ｂ50＞１．７０Ｔで、なお且つ、鉄損と磁束密度が下記式を満足する電気自動車モータ用の無方向性電磁鋼板の製造方法。
Ｂ50≧０．０１１×（Ｗ15/50 ＋Ｗ10/400／１０）＋１．６４
（２）上記スラブが、さらにＢ≦０．００５重量％を含有することを特徴とする、前記（１）記載の電気自動車モータ用の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【０００７】
本発明のポイントは、以下の４点である。第１は、冷延率が少ないと製品での集合組織が改善されて磁束密度が向上すること。このため、熱延板の厚みを薄くする必要がある。第２に、更なる磁束密度改善のためには、熱延板焼鈍を高温熟熱焼鈍する必要があること。第３に、製品結晶粒径制御により、優れた高周波鉄損と磁束密度の両立ができること。第４に、絶縁皮膜の塗布量制御により、高周波特性を改善することである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
Ｃ量は、０．００５％以下とする。０．００５％Ｃを超えると、磁気時効に問題があるためである。
Ｓｉ量を１％以上、２．２％未満に限定する。Ｓｉ量は多い方が、鉄損が減少することが知られている。限定の理由は、Ｓｉ量が１％未満では、本発明の目的とする鉄損が不満であるためで、２．２％以上では、磁束密度が不満であるため避けなければならない。
【０００９】
Ａｌ量を１．５％以下に制限する。Ａｌも鉄損を減少させるが、Ａｌ量が１．５％超では磁束密度が不満のため避ける。
Ｍｎ量を１．５％以下とする。Ｍｎは熱延での赤熱脆性を防止して熱延板の耳荒れを改善するのに有効で必要であるが、多すぎるとコストアップの問題があるので、１．５％以下とする。
【００１０】
Ｂ量は、０．００５％以下とする。Ｂはヒステリシス損を改善するが、０．００５％を超えると連続鋳造スラブが割れるので避ける。
その他の成分、Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖなどの不純物は極力少ない方が、鉄損を改善する。
【００１１】
また、以上の元素の他に、磁気特性を損なわない元素として公知のＳｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏなどを添加しても本発明の効果は損なわないが、添加コストの面から各々０．１％以下が好ましい。
【００１２】
熱延のスラブ加熱温度は、１２００℃以下とする。高周波鉄損の劣化を防止する目的で低温が良く、その限界が１２００℃である。次いで、通常の熱間圧延を行うが、熱延板の厚みは、１．０〜１．９mmに制限する。
【００１３】
熱延板厚みは、薄い方が磁束密度が改善されるが、１．０mm未満では熱間圧延中の仕上温度の低下が著しくなって圧下のパワー不足となるため工業的には難しく、また、１．９mmを超えると磁束密度が劣化するので避けなければならない。
【００１４】
次いで、熱延板の焼鈍を行う。熱延板の焼鈍には長時間のバッチ焼鈍、短時間の連続焼鈍があるが、いずれの方式でも問題ない。焼鈍温度は、焼鈍時間によっても異なるが、７００℃以上は磁束密度の確保のために必要である。
【００１５】
熱延板焼鈍の前、もしくは後に酸洗を行い、次いで、冷延を施す。冷延は、通常のレバースまたはタンデムで行われるが、ゼンジマーミルなどのレバースが磁束密度の面で好ましい。なお、公知のように磁束密度改善のため温度１００〜３００℃程度での温間圧延を行うことも好ましい。
【００１６】
冷延での板厚は、０．２５〜０．６mmとする。０．２５mm未満では、薄いため鋼板剛性が少なくモータのティース部先端などで変形し易く、騒音が大きくなったり、巻線が難しくなるため電気自動車用の駆動モータとして不適格で、また、０．６mm超では高周波鉄損が不満のため避ける。
【００１７】
冷延後は、脱脂して、通常の連続焼鈍に供される。焼鈍の温度は、８００℃以上とする。この時、特に結晶粒径を５０μｍ以上、１２５μｍ以下に制御する必要がある。５０μｍ未満では、低周波での鉄損が劣化し、また、１２５μｍ超では高周波鉄損が劣化するので避ける。結晶粒径の制御は、温度または均熱時間によって行うが、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ量や不純物量などによっても結晶粒成長速度が異なってくるため、十分注意して焼鈍条件を決定する必要がある。８００℃未満では、均熱時間を５分程度とっても、結晶粒径が５０μｍ未満となるため経済的に不可であり、また、温度の上限は、結晶粒径が１２５μｍとなる温度であるが、成分系などによりその温度は異なる。また、この焼鈍で鋼板の表面酸化による高磁場鉄損の劣化を防止するため、特開昭５６−１６６２３号公報にあるように還元性雰囲気が好ましい。焼鈍の後は有機質と無機質との混合、全有機または全無機質の絶縁被膜を塗布、焼付けする。皮膜の塗布量は、片面当たり、０．５〜３ｇ／ｍ²に制限する。０．５ｇ／ｍ²未満では、高周波鉄損に絶縁不良のためか異常値が発生し、また、３ｇ／ｍ²超では占積率が劣化し、モータコアとしての有効な磁束密度が劣化するためである。焼き付け温度は、通常の１００〜６００℃である。
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１８】
〔実施例１〕
Ｃ量を０．００２％、Ｓ量を０．０００９％、Ｎ量を０．００１１％、Ｂ量を０．０００１％と固定して、その他の成分を表１とした真空溶解インゴットを鋳造し、加熱温度を１０００℃として、熱延を行い、１．６mmの熱延板を得た。この熱延板に対して、酸洗後、７５０℃×６時間の焼鈍を窒素ガス中で行った。次いで、酸洗後、ゼンジマーミルで冷延を行い、０．５mmとし、脱脂、焼鈍した。焼鈍は、５０％水素＋５０％窒素中で９００〜１０００℃×３０秒均熱し、結晶粒径を、約９０μｍに調整した。結晶粒径は、光顕組織の鋼板厚み方向に直線を引いて、それと交わる結晶粒界の数をカウントして求める方法で求めた。それから、エポキシ樹脂とクロム酸の混合絶縁皮膜を２ｇ／ｍ²焼き付け、得られた製品を１００mm角試料に切り出し、Ｌ，Ｃ方向を平均して磁性を測定した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１に示すように、本発明範囲の成分系で、優れた低周波〜高周波鉄損と優れた磁束密度が得られることが分かる。なお、磁束密度Ｂ50は、５０Hzで計測したが、５０００Ａ／ｍの最大磁化力を与えた時の最大磁束密度が周波数によって変化するかどうかを、直流から１KHz まで調査したが、最大磁束密度は、周波数によらず一定の値を示した。
【００２１】
〔実施例２〕
Ｃ≦０．００２％、Ｓｉ：１％以上で２．２％未満、Ａｌ≦１．５％、Ｓ≦０．０００１％、Ｎ≦０．００２％の真空溶解材を１１５０℃加熱して、１．８mm熱延板を造った。次いで、特開平８−４９０４４号公報のグラフにある従来の熱延板焼鈍なしと６７０℃で窒素中２hr均熱、並びに本発明例の９００℃で３０秒窒素中で熱延板焼鈍を施し、酸洗してから、タンデム冷延し、０．２５〜０．６mmに仕上げた。これを脱脂し、８００〜１０５０℃で２０秒の連続焼鈍を６０％Ｈ₂＋４０％Ｎ₂雰囲気で実施して、結晶粒径５０〜１２５μｍを得た。次いで、エポキシ樹脂を片面当たり２ｇ／ｍ²焼き付けた。１００mm角試料に切り出し、Ｌ，Ｃ方向を平均して磁性を測定して、図１を得た。比較例を熱延板焼鈍なしと６７０℃焼鈍をプロットし、本発明例を９００℃熱延板焼鈍材でプロットした。
【００２２】
図１で見る如く、本発明範囲の条件で優れた低〜高周波鉄損と磁束密度を示した。本発明範囲を数式で示すと、以下の２式を同時に満足する範囲であることが分かった。
Ｂ50＞１．７０Ｔ
Ｂ50≧０．０１１×（Ｗ15/50 ＋Ｗ10/400／１０）＋１．６４
【００２３】
なお、本発明の目的ではないが、Ｗ5/1000も本発明例で測定すると、例えば、Ｗ15/50 ＋Ｗ5/1000 ／１０の値が４．５で、Ｂ50が１．７３Ｔなどと、公知の特開平８−４９０４４号公報のグラフにある発明例を大幅に改善した特性が、本発明の全てのプロットで得られていることが分かった。
【００２４】
〔実施例３〕
０．００３％Ｃ、１．２％Ｓｉ、０．０３％Ａｌ、Ｍｎ：０．３％、０．００１％Ｓ、０．００１５％Ｎ、０．００２％Ｂ、０．０２％Ｐ、０．０７％Ｃｕ、０．０５％Ｎｉ、０．０３％Ｓｎ、０．０１％Ｃｒ、０．００１％Ｔｉ、０．００３％Ｎｂを含むスラブをスラブ加熱温度を変更として均熱時間を２時間とった。次いで、熱延板の厚みも変更して熱延した。この熱延板に対して、１０００℃×２０秒間の均熱処理を窒素ガス中で行った。次いで、酸洗し、ゼンジマーミルで約２００℃の温間圧延を行って、０．３５mm厚とした。次いで、焼鈍温度１０００℃で均熱時間５秒の水素中焼鈍を行って、エポキシ樹脂、水酸化マグネシュウムとクロム酸の混合絶縁皮膜を片面当たり１ｇ／ｍ²焼き付けてから、エプスタインで磁性を測定した。なお、製品での結晶粒径は、９５μｍと一定であった。
【００２５】
【表２】

【００２６】
表２に示すように、熱延条件が本発明範囲のもので、優れた磁気特性が得られた。
【００２７】
〔実施例４〕
Ｃ：０．００１％、Ｓｉ：２．１％、Ａｌ：０．４５％、Ｍｎ：０．１％、Ｓ：０．０００４％、Ｎ：０．００２９％を含むスラブを１１６０℃×２時間加熱してから、１．９mmに熱延し、熱延板焼鈍を１１００℃×２５秒実施してから、酸洗後、０．３mmまでゼンジマーミルで冷延し、次いで、表３に示す条件で連続焼鈍を均熱２０秒で行って、絶縁皮膜（エポキシ樹脂、水酸化マグネシュウムとクロム酸の混合）を片面当たり、表３に示す条件で焼き付けた。エプスタイン測定で得られた結果を表３に示す。
【００２８】
【表３】

【００２９】
表３に示すように、冷延板の焼鈍温度、結晶粒径、絶縁皮膜を本発明範囲に制御したものは、優れた磁気特性が得られた。また、絶縁皮膜量が上限を外れたものは占積率が劣化し、下限外れのものは、高周波鉄損が異常値を示した。
【００３０】
【発明の効果】
以上の如く、優れた低〜高周波鉄損と磁束密度を併せ持つ電気自動車モータ用の無方向性電磁鋼板を提供することができた。この結果、高トルク・コンパクトな電気自動車用モータを提供でき、電気自動車としての軽量化、バッテリー消費の低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例２で得た製品の鉄損と磁束密度の関係を示した図である。

Claims

重量％で、
Ｃ ≦０．００５％、Ｓｉ：１％以上２．２％未満、
Ａｌ≦１．５％、Ｍｎ≦１．５％、
残部不可避的不純物およびＦｅよりなるスラブを１２００℃以下の温度で加熱し、熱間圧延を行い、１．０〜１．９mm厚の熱延板となし、次いで、７００℃以上の温度で熱延板焼鈍を実施し、冷延して０．２５〜０．６mm板厚とし、次いで、８００℃以上の温度で焼鈍を行って結晶粒径を５０〜１２５μｍとしてから、表面に０．５〜３ｇ／ｍ^２の絶縁皮膜を塗布・焼き付けすることを特徴とする、磁束密度Ｂ50＞１．７０Ｔで、なお且つ、鉄損と磁束密度が下記式を満足する電気自動車モータ用の無方向性電磁鋼板の製造方法。
Ｂ50≧０．０１１×（Ｗ15/50 ＋Ｗ10/400／１０）＋１．６４
上記スラブが、さらにＢ≦０．００５重量％を含有することを特徴とする、請求項１記載の電気自動車モータ用の無方向性電磁鋼板の製造方法。