JP5716315B2 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Si+0.5×sol.Al+0.3×Mn+10×P≧2.5 (1)
(ここで、Si、sol.Al、MnおよびPは、各元素の含有量(質量%)を示す。)
W10/800≦80×t+16 (2)
多極モータのモータ効率は固定子(ステータ)のティース部の磁気特性の影響を大きく受けることが知られているため、分割鉄心の場合、ティース部の方向を電磁鋼板の磁気特性が良好な方向である圧延方向に一致させて板取りされることが一般的である。したがって、圧延方向の磁気特性が重視されるのである。
(A)上述の化学組成を有する板厚2.2mm以上3.5mm以下の熱延鋼板に10%以上75%以下の圧下率で冷間圧延を施す第1冷間圧延工程
(B)上記第1冷間圧延工程により得られた冷延鋼板に700℃以上900℃以下の温度域に3時間以上40時間以下保持する中間焼鈍を施す中間焼鈍工程
(C)上記中間焼鈍工程により得られた中間焼鈍鋼板に50%以上85%以下の圧下率の冷間圧延を施して0.10mm以上0.30mm以下の板厚とする第2冷間圧延工程
(D)上記第2冷間圧延工程により得られた冷延鋼板に下記式(3)を満足する仕上焼鈍を施す仕上焼鈍工程
900≦A≦1200 (3)
(ここで、Aは仕上焼鈍温度(℃)を示す。)
5−A/300≦B≦10−A/300 (4)
(ここで、Aは仕上焼鈍温度(℃)、Bは仕上焼鈍時に負荷する張力(MPa)を示す。)
本発明の無方向性電磁鋼板は、質量%で、C:0.005%以下、Si:1.5%以上4.0%以下、Mn:3.0%以下、sol.Al:3.0%以下、P:0.2%以下、S:0.01%以下およびN:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなるとともに、上記式(1)を満足する化学組成を有し、平均結晶粒径が40μm以上180μm以下、板厚方向に貫通した結晶粒の個数割合が30%以下である鋼組織を有し、ランダム組織の方位強度に対する{011}<100>方位強度I{011}<100>が1.0以上10.0以下である集合組織を有し、板厚が0.10mm以上0.30mm以下であることを特徴とするものである。
まず、鋼板の化学組成の限定理由について説明する。なお、各元素の含有量を示す「%」は、特に断りのない限り「質量%」を意味するものである。
Si+0.5×sol.Al+0.3×Mn+10×P≧2.5 (1)
(ここで、Si、sol.Al、MnおよびPは、各元素の含有量(質量%)を示す。)
エアコンや冷蔵庫などのコンプレッサーモータ、電気自動車やハイブリッド自動車などの駆動モータおよび発電機は高速回転域で使用されるため、鉄心材料である無方向性電磁鋼板は高周波域での鉄損が低いものが望ましい。高周波条件下での鉄損低減には板厚が薄い方が好ましい。したがって、板厚は0.30mm以下とする。一方、過度の薄肉化は鋼板やモータの生産性を著しく低下させる。したがって、板厚は0.10mm以上とする。好ましくは0.15mm以上である。
本発明の無方向性電磁鋼板は、平均結晶粒径が40μm以上180μm以下、板厚方向に貫通した結晶粒の個数割合が30%以下である鋼組織を有する。
なお、平均結晶粒径は、縦断面組織写真において、板厚方向および圧延方向について切断法により測定した結晶粒径の平均値を用いればよい。この縦断面組織写真としては光学顕微鏡写真を用いることができ、例えば50倍の倍率で撮影した写真を用いればよい。
なお、板厚方向に貫通した結晶粒の個数割合は、例えば、通常の光学顕微鏡観察によって任意の100個の結晶粒の内、貫通している結晶粒の個数を数えることで求めることができる。
本発明の無方向性電磁鋼板は、ランダム組織の方位強度に対する{011}<100>方位強度I{011}<100>が1.0以上10.0以下である集合組織を有する。
打抜き加工によってダレを抑制できる理由は明らかではないが、以下の原理によると考えられる。すなわち、多極モータのモータ効率は固定子(ステータ)のティース部の磁気特性の影響を大きく受けることが知られているため、分割鉄心の場合、ティース部の方向を電磁鋼板の磁気特性が良好な方向である圧延方向(L方向)に一致させて板取りされることが一般的である。したがって、焼き嵌めによる突き合わせ部の歪みは、L方向と平行な打抜き端面で問題となる。{011}<100>方位の結晶粒を打抜き加工する場合、問題となる端面であるL方向と平行な打抜き端面はFeのすべり面に相当する。したがって、{011}<100>方位の集積度が高いほど、打抜き加工によるダレが生じにくくなったものと考えられる。
なお、I{011}<100>はX線回折装置により測定することができる。
分割鉄心の場合、上述したようにL方向の磁気特性が重視される。したがって、板厚t(mm)と磁束密度1.0Tおよび周波数800Hzで磁化した際の圧延方向(L方向)の鉄損W10/800(W/kg)とが下記式(2)を満足し、磁化力5000A/mで磁化した際の圧延方向(L方向)の磁束密度B50が1.68T以上であることが好ましい。鉄損に関しては下記式(2a)を満足することがさらに好ましく、磁束密度に関してはB50が1.69T以上であることがさらに好ましい。
W10/800≦80×t+16 (2)
W10/800≦80×t+14 (2a)
本発明の無方向性電磁鋼板は、後述する無方向性電磁鋼板の製造方法により製造することが好適である。
本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法は、下記工程(A)〜(D)を有することを特徴とする。
(A)上述の化学組成を有する板厚2.2mm以上3.5mm以下の熱延鋼板に10%以上75%以下の圧下率で冷間圧延を施す第1冷間圧延工程
(B)上記第1冷間圧延工程により得られた冷延鋼板に700℃以上900℃以下の温度域に3時間以上40時間以下保持する中間焼鈍を施す中間焼鈍工程
(C)上記中間焼鈍工程により得られた中間焼鈍鋼板に50%以上85%以下の圧下率の冷間圧延を施して0.10mm以上0.30mm以下の板厚とする第2冷間圧延工程
(D)上記第2冷間圧延工程により得られた冷延鋼板に上記式(3)を満足する仕上焼鈍を施す仕上焼鈍工程
第1冷間圧延工程においては、上述の化学組成を有する板厚2.2mm以上3.5mm以下の熱延鋼板に10%以上75%以下の圧下率で冷間圧延を施す。
第1冷間圧延工程に供する熱延鋼板の板厚が厚いほど良好な磁気特性が得られる。したがって、第1冷間圧延工程に供する熱延鋼板の板厚は2.2mm以上とする。一方、第1冷間圧延工程に供する熱延鋼板の板厚が過度に厚くなると冷間圧延の負荷が過大となり冷間圧延が困難となる場合がある。したがって、第1冷間圧延工程に供する熱延鋼板の板厚は3.5mm以下とする。好ましくは3.3mm以下である。
第1冷間圧延工程における圧下率が10%未満または75%超では、目的とする磁気特性を得ることができない場合がある。したがって、第1冷間圧延工程における圧下率は10%以上75%以下とする。さらに好ましくは15%以上75%以下である。
熱延鋼板は、通常、熱間圧延の際に鋼板表面に生成したスケールを酸洗により除去してから冷間圧延に供される。後述するように熱延鋼板に熱延板焼鈍を施す場合には、熱延板焼鈍前あるいは熱延板焼鈍後のいずれかにおいて酸洗すればよい。
中間焼鈍工程においては、上記第1冷間圧延工程により得られた冷延鋼板に700℃以上900℃以下の温度域に3時間以上40時間以下保持する中間焼鈍を施す。
中間焼鈍工程における焼鈍温度(以下、「中間焼鈍温度」ともいう。)が700℃未満であったり、700℃以上の温度域に保持する時間が3時間未満であったりすると、中間焼鈍後の結晶粒が粗大化されないために、目的とする磁気特性を得ることができない場合がある。一方、中間焼鈍温度を900℃超とするには特殊な設備が必要となりコストの増加を招く。また、700℃以上の温度域に保持する時間を40時間超としても効果が飽和してしまうので、コスト的に不利となる。したがって、中間焼鈍は700℃以上900℃以下の温度域に3時間以上40時間以下保持するものとする。中間焼鈍温度は730℃以上870℃以下とすることが好ましい。保持時間は5時間以上35時間以下とすることが好ましい。
中間焼鈍の他の条件は特に限定されるものではない。
第2冷間圧延工程においては、上記中間焼鈍工程により得られた中間焼鈍鋼板に50%以上85%以下の圧下率の冷間圧延を施して0.10mm以上0.30mm以下の板厚とする。
第2冷間圧延工程における圧下率が50%未満または85%超であると、目的とする磁気特性を得ることができない場合がある。したがって、第2冷間圧延工程における圧下率は50%以上85%以下とする。下限については、54%以上が好ましい。さらに好ましくは58%以上である。上限については80%以下が好ましい。
また、上述の「A.無方向性電磁鋼板」の項に記載した理由により、第2冷間圧延後の板厚は0.10mm以上0.30mm以下とする。
冷間圧延時の鋼板温度、圧延ロール径など、冷間圧延の他の条件は特に限定されるものではなく、鋼板の化学組成、目的とする鋼板の板厚などにより適宜選択するものとする。
仕上焼鈍工程においては、上記第2冷間圧延工程により得られた冷延鋼板に下記式(3)を満足する仕上焼鈍を施す。
900≦A≦1200 (3)
(ここで、Aは仕上焼鈍温度(℃)を示す。)
5−A/300≦B≦10−A/300 (4)
(ここで、Aは仕上焼鈍温度(℃)、Bは仕上焼鈍時に負荷する張力(MPa)を示す。)
仕上焼鈍時の張力に関して、式(4)で規定する下限よりも高い張力で焼鈍するとL方向の鉄損が低減され、一層良好な磁気特性を得ることが可能となる。一方、上限よりも低い張力で焼鈍すると、鋼板について良好な平坦を確保し、焼鈍時の破断をより確実に防止することができる。したがって、仕上焼鈍時の張力は式(4)で規定した値とすることが好ましい。中でも下記式(4a)を満足することがさらに好ましい。
6−A/300≦B≦10−A/300 (4a)
(ここで、Aは仕上焼鈍温度(℃)、Bは仕上焼鈍時に負荷する張力(MPa)を示す。)
上記第1冷間圧延工程に供する熱延鋼板には、熱延板焼鈍を施してもよい。熱延板焼鈍を施すことにより、一層良好な磁気特性が得られる。
熱延板焼鈍は箱焼鈍および連続焼鈍のいずれによって行ってもよい。箱焼鈍により行う場合には、700℃以上900℃以下の温度域に3時間以上40時間以下保持することが好ましい。連続焼鈍により行う場合には、900℃以上1150℃以下の温度域に1秒間以上300秒間以下保持することが好ましい。
熱延板焼鈍の他の条件は特に限定されるものではない。
上記冷間圧延工程に供する熱延鋼板は、上述の化学組成を有する鋼塊または鋼片(以下、「スラブ」ともいう。)に熱間圧延を施すことにより得ることができる。
熱間圧延においては、上述の化学組成を有する鋼を、連続鋳造法あるいは鋼塊を分塊圧延する方法など一般的な方法によりスラブとし、加熱炉に装入して熱間圧延を施す。この際、スラブ温度が高い場合には加熱炉に装入しないで熱間圧延を行ってもよい。
熱間圧延での諸条件は特に規定しないが、仕上温度700℃以上、巻取温度300℃以上とするのが好ましい。
歪取焼鈍によって打抜き歪みが除去されることから、鉄心加工後に歪取焼鈍を施してもよい。一方、モータの生産コストの観点からは施さない方がよい。
[実施例1]
焼き嵌めによる突き合わせ部の歪み易さを定量的に評価するため、以下の実験を行った。
下記表1に示す化学組成を有する鋼片を板厚2.2mmまで熱間圧延し、酸洗を施した。この酸洗板を板厚0.7mmまで冷間圧延し(圧下率68.2%)、この冷延鋼板に800℃で10時間保持する、箱型の中間焼鈍を施した。この中間焼鈍板を板厚0.20mmまで冷間圧延した(圧下率71.4%)。この冷延鋼板に3MPaの張力を負荷しながら、1050℃以上1180℃以下で20秒以下保持する種々の条件の仕上焼鈍を施して、平均結晶粒径81μm〜168μmの無方向性電磁鋼板とした。なお、この無方向性電磁鋼板のI{011}<100>はおよそ4.0に揃っていた。
一方、鋼板No.3、4、7、8は貫通粒の割合が多かったために、焼き嵌めによる圧縮応力によって突き合わせ部が歪みやすかった。また、鋼板No.9〜11は、Si+0.5×sol.Al+0.3×Mn+10×Pの値が所定の範囲外であるため、貫通粒の割合が少なくても、焼き嵌めによる圧縮応力によって突き合わせ部が歪みやすかった。
上記表1に示す鋼Aを板厚2.2mmまで熱間圧延した後、酸洗を施した。得られた酸洗板について、一部は箱焼鈍または連続焼鈍による熱延板焼鈍を施した後、1回の冷間圧延で仕上板厚0.25mmとし、残りは熱延板焼鈍を施さずに、800℃で10時間保持する中間焼鈍を挟む2回の冷間圧延により仕上板厚0.25mmとした。これらの冷延鋼板に3MPaの張力を負荷しながら1100℃で10秒間保持する仕上焼鈍を施して、平均結晶粒径96μm〜113μmの無方向性電磁鋼板とした。なお、この無方向性電磁鋼板の貫通粒の個数割合は5%〜10%であった。
この無方向性電磁鋼板を用いて実施例1と同様の手法で応力Xを測定し、I{011}<100>で整理した。表3、図2にその結果を示す。
下記表4に示す化学組成を有するスラブを仕上温度800℃、巻取り温度500℃で熱間圧延を施して板厚1.6mm〜3.0mmの熱延鋼板とし、酸洗を施した。これらの酸洗鋼板について、一部を除いて熱延板焼鈍を施さずに中間焼鈍を挟む第1冷間圧延工程および第2冷間圧延工程によって仕上板厚0.20mm〜0.30mmの冷延鋼板とした。一部は、箱焼鈍または連続焼鈍による熱延板焼鈍を施して、この内の一部は種々の条件での中間焼鈍を挟む第1冷間圧延工程および第2冷間圧延工程によって仕上板厚の冷延鋼板とし、残りは1回の冷間圧延工程にて仕上板厚の冷延鋼板とした。これらの冷延鋼板に850℃以上1180℃以下の温度で10秒間保持する仕上焼鈍を施して、平均結晶粒径31μm〜151μmの無方向性電磁鋼板とした。なお、これらの無方向性電磁鋼板における貫通粒の個数割合は0〜21%であった。
一方、鋼板No.31は中間焼鈍が連続焼鈍であるため、所望の集合組織を得ることができなかった。また、鋼板No.32、33は2回冷延法ではないため、鋼板No.34、35は第1冷間圧延工程の圧下率、鋼板No.36、37は第2冷間圧延工程の圧下率が所定の範囲外であるため、鋼板No.38は熱延鋼板の板厚が薄いため、所望の集合組織を得ることができなかった。また、鋼板No.41は仕上焼鈍温度が低いため、所望の平均結晶粒径を得ることができなかった。
Claims (7)
- 質量%で、C:0.005%以下、Si:1.5%以上4.0%以下、Mn:3.0%以下、sol.Al:3.0%以下、P:0.08%以下、S:0.01%以下およびN:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなるとともに、下記式(1)を満足する化学組成を有し、
平均結晶粒径が40μm以上180μm以下、板厚方向に貫通した結晶粒の個数割合が30%以下である鋼組織を有し、
ランダム組織の方位強度に対する{011}<100>方位強度I{011}<100>が1.0以上10.0以下である集合組織を有し、
板厚が0.10mm以上0.30mm以下であることを特徴とする分割鉄心用の無方向性電磁鋼板。
Si+0.5×sol.Al+0.3×Mn+10×P≧2.5 (1)
(ここで、Si、sol.Al、MnおよびPは、各元素の含有量(質量%)を示す。) - 板厚t(mm)と磁束密度1.0Tおよび周波数800Hzで磁化した際の圧延方向の鉄損W10/800(W/kg)とが下記式(2)を満足し、磁化力5000A/mで磁化した際の圧延方向の磁束密度B50が1.68T以上であることを特徴とする請求項1に記載の分割鉄心用の無方向性電磁鋼板。
W10/800≦80×t+16 (2) - 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、Sn:0.1質量%以下およびSb:0.1質量%以下からなる群から選択される1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の分割鉄心用の無方向性電磁鋼板。
- 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、Ca:0.01質量%以下を含有することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の分割鉄心用の無方向性電磁鋼板。
- 下記工程(A)〜(D)を有する分割鉄心用の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記無方向性電磁鋼板は、請求項1に記載の鋼組織および集合組織を有することを特徴とする分割鉄心用の無方向性電磁鋼板の製造方法:
(A)請求項1から請求項4までのいずれかに記載された化学組成を有する板厚2.2mm以上3.5mm以下の熱延鋼板に10%以上75%以下の圧下率で冷間圧延を施す第1冷間圧延工程;
(B)前記第1冷間圧延工程により得られた冷延鋼板に700℃以上900℃以下の温度域に3時間以上40時間以下保持する中間焼鈍を施す中間焼鈍工程;
(C)前記中間焼鈍工程により得られた中間焼鈍鋼板に50%以上85%以下の圧下率の冷間圧延を施して0.10mm以上0.30mm以下の板厚とする第2冷間圧延工程;および
(D)前記第2冷間圧延工程により得られた冷延鋼板に下記式(3)を満足する仕上焼鈍を施す仕上焼鈍工程。
900≦A≦1200 (3)
(ここで、Aは仕上焼鈍温度(℃)を示す。) - 前記仕上焼鈍工程において、さらに下記式(4)を満足する仕上焼鈍を施すことを特徴とする請求項5に記載の分割鉄心用の無方向性電磁鋼板の製造方法。
5−A/300≦B≦10−A/300 (4)
(ここで、Aは仕上焼鈍温度(℃)、Bは仕上焼鈍時に負荷する張力(MPa)を示す。) - 前記第1冷間圧延工程に供する熱延鋼板に、700℃以上900℃以下の温度域に3時間以上40時間以下保持する箱焼鈍による、または、900℃以上1150℃以下の温度域に1秒間以上300秒間以下保持する連続焼鈍による、熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程を有することを特徴とする請求項5または請求項6に記載の分割鉄心用の無方向性電磁鋼板の製造方法。
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