JP5228413B2

JP5228413B2 - 無方向性電磁鋼板の製造方法

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Publication number: JP5228413B2
Application number: JP2007232414A
Authority: JP
Inventors: 今村　　猛; 善彦尾田; 智幸大久保
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2027-09-07
Also published as: JP2009062589A

Description

本発明は、モータの鉄心用の材料として好適な、無方向性電磁鋼板の製造方法に関する。

近年、モータには小型化、軽量化が求められており、例えば自動車用モータにおいては、モータ重量が自動車の燃費を左右することから、極力、小型軽量に設計する傾向にある。

モータの鉄心用の材料には、多くの場合、無方向性電磁鋼板が用いられており、モータの鉄心に加工する方法としては、鋼板を所望の形状に打抜く方法が一般的である。

しかしながら、近年、モータは小型化し、形状が複雑化する傾向にある。したがって、モータの形状によっては、微細な寸法の部分をもつ構造となることがあり、打抜きで微細な寸法の部分をもつ形状に加工すると、割れやクラックが入り、満足のいく形状に加工できない場合があった。

このような微細な寸法の部分をもつ形状に鋼板を加工するのに適した方法としては、テレビのシャドウマスクの製造に用いられているような、エッチング法が挙げられる。

エッチング法とは、鋼板の所望の形状の部分を、樹脂や塗料の塗布や印刷によりマスキングし、同部分以外を溶解液に浸して溶解させ、除去する方法である。

さて、従来の無方向性電磁鋼板は、エッチング法による加工を想定していない。よって、電磁鋼板をエッチング法により加工する技術についての先行文献は見当たらない。また、従来の無方向性電磁鋼板は、エッチング法により加工したとしても、加工できないか、もしくは、加工性が著しく劣るものしかなかった。

以上の課題を全く考慮したものではないが、特許文献１には、たまたま本願発明の製造条件に近い技術として、リジングのない優れた表面性状を有する無方向性電磁鋼板の製造法が、具体的には質量%で、C：0.02%以下、Si：1.5〜4.0%、酸化溶解Al：1.0%以下を含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる無方向性電磁鋼の連続鋳造スラブを1000〜1200℃の温度に加熱後、粗圧延、仕上圧延を行って熱延板とし、以降常法に従って焼鈍、冷延、焼鈍を行う無方向性電磁鋼板の製造法において、粗圧延最終パスを900℃以上で、かつ50〜70%の高圧下率の圧延で終了し、続く仕上圧延を850〜720℃の温度域で終えることを特徴とする表面性状に優れた無方向性電磁鋼板の製造法が記載されている。
特公昭５６−０４３０９１号公報

上述のとおり、従来の無方向性電磁鋼板は、エッチング法による加工性がよくない。本発明は、エッチング法による加工性に優れた無方向性電磁鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

発明者らは、上記の目的を達すべく、鋭意検討を重ねた結果、熱間圧延の粗圧延における最終パスの条件を変更することで、さらにその後の冷間圧延ほかの製造工程も経た後の、無方向性電磁鋼板の製品板の、エッチング法による加工性が、大きく変わることを見出した。以下、本発明に至った実験について説明する。
＜実験＞
質量％で、C：0.0020%、Si:3.12%、Mn:0.15%、Al:0.30％、Cr:0.02%を含み、残部鉄及び不可避的不純物からなる鋼スラブを製造し、1200℃で同鋼スラブを加熱した後、熱間圧延により、板厚2.2mmの鋼板に仕上げる場合について、熱間圧延の粗圧延における最終パスの圧下率および最終パス出側の鋼板温度を、種々変更する実験を行った。

出側の鋼板温度は、圧延機を抜けてから500mm進んだ位置における、鋼板の板幅方向中心部の表面を、放射温度計にて測定した。

その後、800℃で2時間の熱延板焼鈍を行った後、冷間圧延により、板厚0.15mmの冷延板とした。さらに、900℃で10秒の仕上焼鈍を行い、製品板とした。

なお、絶縁被膜の形成は、エッチング法による加工性の評価には不要であるため、行なっていない。

得られた製品板のエッチング法による加工性を評価し、その結果を図１に記載した。

エッチング法による加工性の評価は、以下のようにして行った。まず、製品板の表面にレジストを塗布して、その上にフォトマスクを形成する。

このときのマスクパターンは、製品板を、モータのロータに相当する、直径10cmの円板に加工するため、内径が10cm、幅が20μmの円環状に露光されるものを用いた。その後、露光、現像して、上記20μm幅のフォトレジストを溶解し、次いで、塩化第二鉄水溶液（ボーメ比率45度、液温45℃）を用いたスプレーエッチングにより、直径10cmの円板に加工した。

この際の、エッチング法による加工に要した時間から、エッチング速度を求めることで、エッチング法による加工性を評価した。

図１の結果から、熱間圧延の粗圧延における最終パスの圧下率を30％以上とし、前記最終パス出側の鋼板温度を、800℃以上900℃未満とすれば、さらにその後の冷間圧延ほかの製造工程も経た後の、無方向性電磁鋼板の製品板の、エッチング法による加工性が、よくなることがわかった。

次に、エッチング法による加工性の違いが現れた原因を調査するために、得られた製品板の結晶粒径を調査した。その結果、エッチング法による加工性がよい製品板の結晶粒径は、エッチング法による加工性がよくない製品の結晶粒径と比較して、小さいことが判明した。この結晶粒径の差が、エッチング法による加工性を左右していると考えられた。

結晶粒径が変化した理由として、発明者らは以下のように考えている。

熱間圧延の粗圧延における最終パスの圧下率を上げたり、温度を下げたりすると、鋼板には歪が蓄積しやすくなる。しかしながら、この温度域は、再結晶が開始する温度域でもあり、粗圧延後、仕上圧延開始までに、鋼板は、一度、再結晶組織になると考えられる。

上述のように、歪が蓄積しやすいと、再結晶サイトが多くなり、あらゆる箇所で再結晶が起こるため、再結晶粒の数が多くなって、結果的に結晶粒径が小さくなり、結晶粒径が小さい状態で熱間圧延の仕上圧延を行うと、無方向性電磁鋼板は本来バンド状組織が形成されやすいところ、それら粒径の小さい結晶粒を基に再結晶することから、バンド幅の狭い組織の熱延板に仕上がると考えられる。

バンド幅が狭いと、再結晶サイトとなりうる粒界が密に存在することになるので、さらにその後の製造工程で焼鈍を行ったときも、上記と同様のメカニズムにより、結晶粒径の小さい組織になると考えられる。

本発明は、上記知見に立脚するものであり、以下のとおりである。
１．成分組成として、質量%で、C：0.08%以下、Si：0.5〜8.0%、Mn：5.0%以下、Al：5.0%以下を含有し、残部鉄及び不可避な不純物からなる無方向性電磁鋼のスラブを熱間圧延し、必要に応じ熱延板焼鈍し、１回あるいは中間焼鈍を挟んで２回以上冷間圧延し、仕上焼鈍する一連の製造工程を含む無方向性電磁鋼板の製造方法において、前記熱間圧延の粗圧延における最終パスの圧下率を30％以上とし、前記最終パス出側の鋼板温度を800℃以上900℃未満とするとともに、前記冷間圧延にて仕上板厚を0.2ｍｍ以下とし、前記仕上焼鈍をすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
２．前記１．の無方向性電磁鋼板の製造方法において、前記無方向性電磁鋼が、前記成分組成に加え、質量%で、Ni:0.010〜1.50%、Cr：0.005〜0.50％、Cu：0.005〜0.50%、P：0.005〜0.50%、Sb：0.005〜1.0％、Sn：0.005％〜1.0％のうちの一種以上を含有することを特徴とする前記１．の無方向性電磁鋼板の製造方法。

本発明によれば、エッチング法による加工性に優れた無方向性電磁鋼板の製造方法を提供できる。

次に本発明の構成要件の規定理由について説明する。

熱間圧延の粗圧延における最終パスの圧下率を30％以上とし、最終パスの出側における鋼板の温度を800℃以上900℃未満とする必要があることは、上記の理由による。

続いて、本発明のその他の構成要件について、規定理由ならびに好適範囲を、以下に説明する。

鋼スラブの成分として、Cは、質量%で、0.08%を超えると、磁気時効の起こらない50ppm以下に低減することが困難になるので0.08％以下とする。

Siは、鋼の比抵抗を高め、鉄損を小さくするために有効な元素であるが、質量%で、0.5％未満だと効果が乏しく、8.0％を超えると加工性が低下して圧延が困難となることから、0.5〜8.0％とする。

Mnは、鋼の電気抵抗を高め、製品板使用時に渦電流が発生するのを抑制するのに有効な元素であるが、コストの面から、質量%で、5.0%以下とする。

Alも、鋼の電気抵抗を高め、製品板使用時に渦電流が発生するのを抑制するのに有効な元素であるが、コストの面から、質量%で、5.0%以下とする。

なお、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法が対象とする無方向性電磁鋼板の成分組成の残部は、鉄及び不可避な不純物である。

さらに、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法が対象とする無方向性電磁鋼板の磁気特性を向上させるため、質量%で、Ni:0.010〜1.50%、Cr：0.005〜0.50％、Cu：0.005〜0.50%、P：0.005〜0.50%、Sb：0.005〜1.0％、Sn：0.005％〜1.0％のうちの一種以上を、単独または複合して添加してもよい。

それぞれ、添加量が下限値より少ない場合には鉄損低減効果に乏しく、上限値を超えると、再結晶が抑制され、磁気特性が低下する。

上記成分の鋼は、溶製した後、造塊・分塊法、あるいは、連続鋳造法でスラブにしてもよいし、直接鋳造法により100mm以下の厚さの薄スラブにしてもよい。

スラブは、加熱して熱間圧延するが、加熱せずに直接熱間圧延してもよい。熱間圧延の粗圧延における最終パスの圧下率を30％以上とし、最終パス出側の鋼板温度を800℃以上900℃未満とする必要があることは、上記の理由による。

次いで、必要に応じ熱延板焼鈍する。結晶粒径を小さくしてエッチング法による加工性を向上させるためには、熱延板焼鈍の温度は、700℃以上1000℃以下とするのが好ましい。熱延板焼鈍の温度が700℃未満であると、熱間圧延後に残留するバンド状組織が太くなり、再結晶粒と混在することで、磁気特性が不均一になる原因となる。熱延板焼鈍の温度が1000℃を超えると、熱延板焼鈍後の結晶粒径が粗大化し、エッチング法による加工性がそれだけ低下する。

なお、熱延板焼鈍は、熱延板を巻き戻して冷間圧延に供する際、あるいは、冷間圧延する際に、割れたりしない、加工性を確保でき、その後の冷間圧延ほかの製造工程も経た後の、製品板の結晶粒径を十分に小さくできる限度において、省略することができる。

熱延板焼鈍後、１回あるいは中間焼鈍を挟んで２回以上冷間圧延し、一次再結晶のため仕上焼鈍する。

冷間圧延時に鋼板の温度を100℃〜300℃に上昇させて行うこと、および冷間圧延の途中で100〜300℃の範囲で時効処理を１回または２回以上行うことが、歪に固溶Cなどを固着させて新たな歪を導入することにつながり、有効である。

また、エッチングは、製品板が薄い方が、短時間に処理でき、有利であることから、仕上板厚を0.2mm以下とするのが好ましい。

仕上焼鈍も、結晶粒径を小さくするために、1000℃以下で行うのが好ましい。ただし、よりよい磁気特性を確保したい要望とのバランスから、それよりも高温で行ってもよい。

なお、上述の推定メカニズムから、結晶粒径が小さいことが重要であるため、熱間圧延以降の製造工程については、焼鈍は、極力低温かつ短時間なのが、圧延は、極力高圧下率なのが好ましいと考えられる。

その後、絶縁被膜を塗布することが、積層して使用した際の磁気特性の向上を図れる点で有効であるが、エッチングするにあたっては、絶縁被膜がエッチングを阻害する可能性があるため、絶縁被膜の塗布は必須としない。好ましくは、片面に絶縁被膜を塗布して、もう片面にエッチング用のレジスト塗布・露光・現像を行って、しかる後、エッチングする。

＜実施例１＞
質量％で、C：0.0017%、Si:2.80%、Mn:0.18%、Al:0.55％を含有し、残部鉄及び不可避的不純物からなる鋼スラブを製造し、1250℃に加熱した後、熱間圧延して板厚2.0mmに仕上げた。この熱間圧延の粗圧延における最終パスの圧下率および最終パス出側の鋼板温度を、表１に記載のように種々変更した。

最終パス出側の鋼板温度は、圧延機を抜けてから500mm進んだ位置における、鋼板の板幅方向中心部の表面を、放射温度計にて測定した。

その後、900℃で100秒の熱延板焼鈍を行った後、冷間圧延して表１に記載の仕上板厚とし、さらに、1000℃で10秒の仕上焼鈍を行って製品板とした。

なお、絶縁被膜の形成は、エッチング法による加工性の評価には不要であるため、行っていない。得られた製品板のエッチング法による加工性を評価した結果も表１に記載した。

エッチング法による加工性の評価は、以下のようにして行った。

まず、製品板の表面にレジストを塗布して、その上にフォトマスクを形成する。このときのマスクパターンは、製品板を、モータのロータに相当する、直径10cmの円板に加工するため、内径が10cm、幅が20μmの円環状に露光されるものを用いた。その後、露光、現像して、上記20μm幅のフォトレジストを溶解し、次いで塩化第二鉄水溶液（ボーメ比率45度、液温45℃）を用いたスプレーエッチングにより、直径10cmの円板に加工した。

表１から明らかなように、本発明範囲内においては、エッチング速度が速く、エッチング法による加工性がよくなっていることがわかる。
＜実施例２＞
表２に示す成分を含有し、残部鉄及び不可避的不純物からなる鋼スラブを製造し、1250℃に加熱した後、熱間圧延して板厚2.0mmに仕上げた。

この熱間圧延の粗圧延における最終パスの圧下率および最終パス出側の鋼板温度を、（１）圧下率45%、温度850℃、（２）圧下率45%、温度950℃、（３）圧下率20%、温度850℃、と変更した。

その後、900℃で100秒の熱延板焼鈍を行った後、冷間圧延して0.2mmの厚みに仕上げ、さらに、1000℃で10秒の仕上焼鈍を行って製品板とした。

なお、絶縁被膜の形成は、エッチング法による加工性の評価には不要であるため、行っていない。得られた製品板のエッチング法による加工性を評価した結果を表３に記載した。エッチング法による加工性の評価の方法は、実施例１と同様にして行った。

同表から明らかなように、本発明範囲内においては、エッチング速度が速く、エッチング法による加工性がよくなっていることがわかる。

熱間圧延の粗圧延における最終パスの圧下率および最終パス出側の鋼板温度と、エッチング速度との関係を示すグラフ

Claims

成分組成として、質量%で、C：0.08%以下、Si：0.5〜8.0%、Mn：5.0%以下、Al：5.0%以下を含有し、残部鉄及び不可避な不純物からなる無方向性電磁鋼のスラブを熱間圧延し、必要に応じ熱延板焼鈍し、１回あるいは中間焼鈍を挟んで２回以上冷間圧延し、仕上焼鈍する一連の製造工程を含む無方向性電磁鋼板の製造方法において、前記熱間圧延の粗圧延における最終パスの圧下率を30％以上とし、前記最終パス出側の鋼板温度を800℃以上900℃未満とするとともに、前記冷間圧延にて仕上板厚を0.2ｍｍ以下とし、前記仕上焼鈍をすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
前記請求項１の無方向性電磁鋼板の製造方法において、前記無方向性電磁鋼が、前記成分組成に加え、質量%で、Ni:0.010〜1.50%、Cr：0.005〜0.50％、Cu：0.005〜0.50%、P：0.005〜0.50%、Sb：0.005〜1.0％、Sn：0.005％〜1.0％のうちの一種以上を含有することを特徴とする前記請求項１の無方向性電磁鋼板の製造方法。