JP4622162B2 - 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、打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電気機器の省エネルギーの観点より、より鉄損の低い電磁鋼板が求められるようになっている。鉄損を低減するためにはSi、Al量を増大させることにより固有抵抗を増大させることが効果的である。このため、従来、低鉄損が特に要求される無方向性電磁鋼板においてはSi+Al=4%程度の高級材が用いられてきた。
【0003】
例えば、特開昭53−66816号公報には、Si=1.6〜3.5%、Al=0.2〜2.5%とし、二冷圧により低鉄損の材料を製造する技術が開示されている。
【0004】
また、特公昭56−22931号公報には、Si:2.5〜3.5%、Al:0.3〜1.0%の鋼において、S:50ppm以下、O:25ppm以下とすることにより鉄損を低下させる技術が開示されている。
【0005】
さらに特開平5−140647号公報には、Si:2.0〜4.0%、Al:0.10〜2.0%の鋼において、S:30ppm以下、Ti、Zr、Nb、Vをそれぞれ50ppm以下とすることにより鉄損を低下させる技術が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記技術により得られる鋼板は、固溶強化元素であるSi、Al量が多いことから、鋼板が非常に硬く、鋼板の打ち抜き時に金型が激しく損耗する。このため、金型を頻繁に交換せざるを得ず生産性を著しく低下させている。
【0007】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、仕上焼鈍後の鉄損が低くかつ打ち抜き加工性に優れた電磁鋼板を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが上記課題の解決に関し鋭意検討したところ、Crを適量添加した鋼板を用いることで打ち抜き加工性に優れた電磁鋼板が得られることを見出した。
【0009】
本発明はかかる知見に基づきなされたもので、以下のような構成を有する。
(1)mass%で、C:0.005%以下、P:0.05%以下、Si:1.5〜3.0%、Mn:0.05〜1.5%、Al:0.1〜2%、S:0.02%以下、N:0.005%以下、Ti:0.005%以下、Nb:0.005%以下、Cr:0.4以上1.0%未満(ただし、0.8%を除く)を含み、残部Feおよび不可避的不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板(第1発明)。
【0010】
(2)mass%で、C:0.005%以下、P:0.05%以下、Si:1.5〜3.0%、Mn:0.05〜1.5%、Al:0.1〜2%、S:0.02%以下、N:0.005%以下、Ti:0.005%以下、Nb:0.005%以下、Cr:0.4以上1.0%未満(ただし、0.8%を除く)を含み、残部Feおよび不可避的不純物であり、鋼板板面のビッカース硬度が190以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板(第2発明)。
【0011】
(3)mass%で、C:0.005%以下、P:0.05%以下、Si:1.5〜3.0%、Mn:0.05〜1.5%、Al:0.1〜2%、S:0.02%以下、N:0.005%以下、Ti:0.005%以下、Nb:0.005%以下、Cr:0.4以上1.0%未満(ただし、0.8%を除く)を含み、Si+0.5×Al+0.2×Cr=2.3〜3.5%を満たし、残部Feおよび不可避的不純物であり、鋼板板面のビッカース硬度が190以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板(第3発明)。
【0012】
なお、本明細書において、鋼の成分を示す%はすべてmass%である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細をその限定理由とともに説明する。
【0014】
まず最初に、打ち抜き型の損耗と硬度の関係について調査するため、C:0.0025%、Al:tr.、Mn:0.20%、P:0.01%、S=0.002%、N=0.0021%、Ti=0.001%、Nb:tr.とし、Si量を2〜4.5%程度まで変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を行った。引き続きこの熱間圧延板に75%H2−25%N2雰囲気で830℃×3hrの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚0.35mmまで冷間圧延し、10%H2−90%N2雰囲気で950℃×1min間の仕上焼鈍を行った。さらに得られた鋼板に膜厚0.7μmの無機有機皮膜を塗布した。
【0015】
このようにして得られた供試材を用い、内径70mm、外径100mmのリング形状のサンプルを作成し、打ち抜き試験を行った。ここで、クリアランスは板厚に対して10%とした。
【0016】
また、打ち抜き型が損耗すると打ち抜かれる材料のバリ高さが高くなるため、一般的に打ち抜き加工性の評価は材料のバリ高さが一定値を超えた時点の打ち抜き回数の大小で行われている。そこで、本実験では、打ち抜かれた供試材(サンプル)のバリの高さが50μmを超えた時点を打ち抜き回数とした。図1に、このようにして得られた供試材の打ち抜き回数と硬度の関係を示す。ここで、硬度(HV)は鋼板板面のビッカース硬度(荷重100g)で評価した。
【0017】
図1より供試材の硬度を190以下とした場合に、打ち抜き回数が増大し、打ち抜き型の損耗が大幅に抑制できることがわかる。
【0018】
ところで、鋼板の硬度を低減するためには、鋼中のSi量を低減することが効果的であるが、Si量低減は固有抵抗を低下させるため鉄損増大に繋がることとなる。そこで、他元素添加による硬度低減について検討した。その結果、Cr添加が効果的であることを見出した。
【0019】
そこで、鋼板硬度に及ぼすCr量の影響を調査するため、C=0.0020%、P:0.005%、Al:1%、Mn=0.10%、N=0.0021%、S=0.002%、Ti:tr.、Nb:tr.とし、さらにSi+0.5Cr量を3%(一定)としてCrをtr.〜2.5%の範囲で変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を行った。ここでSi+0.5Cr量を3%(一定)としたのは鋼板の固有抵抗を一定とするためである。引き続きこの熱間圧延板に75%H2−25%N2雰囲気で830℃×3hrの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚0.35mmまで冷間圧延し、10%H2−90%N2雰囲気で950℃×1min間の仕上焼鈍を行った。
【0020】
図2に、このようにして得られた供試材のCr添加量と鉄損および硬度の関係を示す。ここで、硬度の測定は図1と同様の方法により、また、磁気特性は25cmエプスタイン法により測定した。
【0021】
図2より、Cr=0.4〜1.4%の範囲でビッカース硬度が低下し、かつ鉄損の低い電磁鋼板が得られることがわかる。ここで、1.4%超えでCrを添加した場合に硬度が上昇した原因は明らかでないが、Crは窒化物を形成し易い元素であることから、鋼板表層部に窒化層が形成され硬度上昇が生じたものと考えられる。
【0022】
以上よりCr添加量は0.4〜1.4%とし、打ち抜き性の観点からより望ましくは0.4%以上、1.0%未満とする。
【0023】
ところで、ユーザーにて求められる電磁鋼板は上記、鉄損と打ち抜き性のバランスに優れた材料であると考えられる。そこで、モータコア材のパフォーマンスを示す指標として打ち抜き回数を鉄損W15/50で除したパラメーターで評価を行った。
【0024】
すなわち、C:0.0020%、Mn:0.20%、P:0.01%、S=0.002%、N=0.0020%、Ti=0.001%、Nb:tr.、とし、材料硬度に影響を及ぼすSi、Al、Crを種々変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を行った。引き続きこの熱間圧延板に75%H2−25%N2雰囲気で830℃×3hrの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚0.35mmまで冷間圧延し、10%H2−90%N2雰囲気で950℃×1min間の仕上焼鈍を行った。さらに得られた鋼板に膜厚0.7μmの無機有機皮膜を塗布した。このようにして得られた材料の、打ち抜き性は図1に示した手法にて、また、磁気特性の測定は25cmエプスタイン法により行った。
【0025】
結果を図3に示す。ここで図3の横軸はSi+0.5×Al+0.2×Crとした。これは各元素の固溶強化能を示すものであり、本数値が高いほど硬度が上昇することとなる。
【0026】
図3より、Si+0.5×Al+0.2×Crが2.3〜3.5%の範囲内で打ち抜き性と鉄損のバランスが優れていることがわかる。これはSi+0.5×Al+0.2×Crが2.3%未満の場合には打ち抜き性は良好なものの鉄損値が増大し、一方、3.5%超では鉄損は良好なものの打ち抜き性が低下するためである。
【0027】
以上のことからSi+0.5×Al+0.2×Cr=2.3〜3.5%の範囲とすることにより打ち抜き性と鉄損バランスに優れた材料を得ることができる。
【0028】
なお、Crが本発明範囲外の0.4未満の材料でSi+0.5×Al+0.2×Cr=2.3〜3.5%の範囲とした場合には、打ち抜き性は良好であるが、固有抵抗が低下するため十分な特性が得られない。また、Cr添加量が1.4%を超えた場合にも硬度上昇により打ち抜き性と鉄損バランスは低下する。
【0029】
次に、成分の限定理由について説明する。
【0030】
Siは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、3.0%を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため上限は3.0%とする。従来Si量を低減することにより低硬度化を図ることは可能であったが、本手法では鉄損の著しい増大をさけることができない。これに対し、本特許ではCr添加技術を組み合わせることにより鉄損の増大を抑制しつつ低硬度化による打ち抜き性向上を可能とした。しかし、Siが1.5%未満ではCr添加技術と組み合わせたとしても固有抵抗低下に起因する鉄損増大が避けられないため下限を1.5%とした。
【0031】
AlはSiと同様、固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、2%を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため上限を2%とした。また、0.1%未満の場合にはAlNが微細化し粒成長性が低下するため下限を0.1%とした。
【0032】
Cは磁気時効の問題があるため上限を0.005%とし、硬度上昇を極力抑制する観点から望ましくは0.0009%以下とする。
【0033】
Mnは1.5%を超えると磁束密度を低下させるので1.5%以下とし下限は赤熱脆性を防止する観点から0.05%とする。
【0034】
Pは0.05%を超えて添加すると鋼板が硬くなるため0.05%以下とし、Cr添加による低硬度化の効果をより効果的にする観点からより望ましくは0.01%以下とする。
【0035】
Nは、含有量が多い場合にはAlNの析出量が多くなり、鉄損を増大させるだけでなく窒化物の析出による硬度上昇を招くため0.005%以下とした。
【0036】
Sは0.02%を超えると鉄損が増大するため、上限を0.02%とする。
【0037】
Tiは、含有量が多い場合には微細な炭窒化物の析出量が多くなり、鋼板の硬度を増大させるため0.005%以下とし、より望ましくは0.001%以下とする。
【0038】
Nbは、含有量が多い場合には微細な炭窒化物の析出量が多くなり、鋼板の硬度を増大させるため0.005%以下とし、より望ましくは0.001%以下とする。
【0039】
次に本発明の鋼板の製造方法について説明する。
【0040】
本発明においては、本発明で規定する成分、鋼板表面のビッカース硬度が本発明の範囲内であれば、製造方法は通常の方法でかまわない。すなわち、転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し所定の成分に調整し、引き続き鋳造、熱間圧延を行う。熱間圧延時の仕上焼鈍温度、巻取り温度は特に規定する必要はなく、通常でかまわない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必須ではない。次いで一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ2回以上の冷間圧延により所定の板厚とした後に、最終焼鈍を行う。
【0041】
【実施例】
転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し、表1の成分に鋳造後、1140℃×1hrのスラブ加熱を行った後、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。熱間圧延仕上げ温度は800℃、巻取り温度は610℃とした。巻取り後、75%H2−25%N2雰囲気で830℃×3hrの熱延板焼鈍を施した。その後、板厚0.35mmまで冷間圧延を行い、10%H2−90%N2雰囲気で950℃×1minの仕上焼鈍を行った。
【0042】
磁気特性の測定は、25cmエプスタイン試験片を用い行い、圧延方向(L方向)および圧延方向と直角の方向(C方向)の2方向を測定し、両方向の測定値の平均値で評価した。
【0043】
また、打ち抜き試験は、上記により得られた鋼板に膜厚0.7μmの無機有機絶縁皮膜を塗布した後、内径70mm、外径100mmのリング形状のサンプルを作製することにより評価した。この時、クリアランスは10%とし、打ち抜かれた鋼板のバリの高さが50μmを超えた時点を打ち抜き回数とした。
【0044】
硬度の測定はビッカース試験器を用い、鋼板板面での硬度を測定した。なおこの際の荷重は100gとした。
【0045】
各鋼板の硬度、打ち抜き回数及び磁気特性を表1に併せて示す。
【0046】
【表1】
【0047】
表1より、鋼成分組成が本発明の範囲内である本発明鋼において、磁気特性に優れ(鉄損が低く)、打ち抜き加工性に優れ、ビッカース硬度が本発明範囲内であれば打ち抜き加工性により優れた鋼板が得られることがわかる。鋼成分組成が第3発明範囲内の本発明鋼は、前記範囲を外れる本発明鋼に比べて、鉄損と打ち抜き性のバランスがより優れている。
【0048】
一方、比較鋼においては、打ち抜き加工性もしくは磁気特性が劣っている。
【0049】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、鉄損が低く打ち抜き加工性に優れた鋼板を得ることができる。また、本発明により得られる鋼板は、より低い鉄損特性が求められる電気機器等の材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】硬度と打ち抜き回数との関係を示すグラフ。
【図2】Cr添加量と硬度、鉄損との関係を示すグラフ。
【図3】Si、Al、Cr添加量と打ち抜き性−鉄損バランスとの関係を示すグラフ。
Claims (3)
- mass%で、C:0.005%以下、P:0.05%以下、Si:1.5〜3.0%、Mn:0.05〜1.5%、Al:0.1〜2%、S:0.02%以下、N:0.005%以下、Ti:0.005%以下、Nb:0.005%以下、Cr:0.4以上1.0%未満(ただし、0.8%を除く)を含み、残部Feおよび不可避的不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
- mass%で、C:0.005%以下、P:0.05%以下、Si:1.5〜3.0%、Mn:0.05〜1.5%、Al:0.1〜2%、S:0.02%以下、N:0.005%以下、Ti:0.005%以下、Nb:0.005%以下、Cr:0.4以上1.0%未満(ただし、0.8%を除く)を含み、残部Feおよび不可避的不純物であり、鋼板板面のビッカース硬度が190以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
- mass%で、C:0.005%以下、P:0.05%以下、Si:1.5〜3.0%、Mn:0.05〜1.5%、Al:0.1〜2%、S:0.02%以下、N:0.005%以下、Ti:0.005%以下、Nb:0.005%以下、Cr:0.4以上1.0%未満(ただし、0.8%を除く)を含み、Si+0.5×Al+0.2×Cr=2.3〜3.5%を満たし、残部Feおよび不可避的不純物であり、鋼板板面のビッカース硬度が190以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
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