JP6601646B2 - 無方向性電磁鋼板の製造方法とモータコアの製造方法ならびにモータコア - Google Patents
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Description
上記仕上焼鈍後の鋼板の降伏応力が400MPa以上、上記仕上焼鈍後の鋼板の磁束密度B50Hに対する上記仕上焼鈍後の鋼板に歪取焼鈍を施した後の磁束密度B50Sの比(B50S/B50H)が0.99以上となるように仕上焼鈍および歪取焼鈍の条件を調整することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法を提案する。
A群;Sn:0.005〜0.20mass%およびSb:0.005〜0.20mass%から選ばれる1種または2種
B群;Ca:0.001〜0.010mass%、Mg:0.001〜0.010mass%およびREM:0.001〜0.010mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
C群:Cr:0.01〜0.5mass%およびCu:0.01〜0.2mass%のうちから選ばれる1種または2種
のうちの少なくとも1群の成分を含有することを特徴とする。
W10/400≦10+25t ・・・(1)
を満たすよう調整することを特徴とする。
A群;Sn:0.005〜0.20mass%およびSb:0.005〜0.20mass%から選ばれる1種または2種
B群;Ca:0.001〜0.010mass%、Mg:0.001〜0.010mass%およびREM:0.001〜0.010mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
C群:Cr:0.01〜0.5mass%およびCu:0.01〜0.2mass%のうちから選ばれる1種または2種
のうちの少なくとも1群の成分を含有することを特徴とする。
W10/400≦10+25t ・・・(1)
を満たすよう調整することを特徴とする。
A群;Sn:0.005〜0.20mass%およびSb:0.005〜0.20mass%から選ばれる1種または2種
B群;Ca:0.001〜0.010mass%、Mg:0.001〜0.010mass%およびREM:0.001〜0.010mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
C群:Cr:0.01〜0.5mass%およびCu:0.01〜0.2mass%のうちから選ばれる1種または2種
のうちの少なくとも1群の成分を含有することを特徴とする。
W10/400≦10+25t ・・・(1)
を満たすことを特徴とする。
歪取焼鈍後の磁束密度B50に及ぼす歪取焼鈍時の昇温速度の影響について調査するため、C:0.0022mass%、Si:3.1mass%、Mn:0.54mass%、P:0.01mass%、S:0.0016mass%、Al:0.6mass%、N:0.0018mass%、O:0.0023mass%、Ti:0.0014mass%、Nb:0.0006mass%およびV:0.0015mass%を含有する鋼を真空炉で溶解し、鋼塊とした後、熱間圧延して板厚2.0mmの熱延板とし、上記熱延板に950℃×30秒の熱延板焼鈍を施した後、酸洗し、冷間圧延して板厚0.25mmの冷延板とし、該冷延板に、20vol%H2−80vol%N2の非酸化性雰囲気下で、850℃の温度に10秒間保持する仕上焼鈍を施して無方向性電磁鋼板とした。
また、上記仕上焼鈍板から、圧延方向を引張方向とするJIS5号引張試験片を採取し、引張試験を実施したところ、降伏応力は480MPaであった。
C:0.0050mass%以下
Cは、炭化物を形成して磁気時効を起こし、製品板の鉄損特性を劣化させる有害元素であるので、上限を0.0050mass%に制限する。好ましくは0.0030mass%以下である。なお、Cは低いほど好ましく、下限値は特に規定しない。
Siは、鋼の固有抵抗を高め、鉄損を低減する他、鋼を固溶強化して強度を高める元素でもあるため、2mass%以上添加する。しかし、7mass%を超えると、圧延することが困難になるため、Siの上限は7mass%とする。好ましくは2.5〜6.5mass%、より好ましくは3.0〜6.0mass%の範囲である。
Mnは、Siと同様、鋼の固有抵抗と強度を高めるとともに、Sに起因した熱間脆性を防止するのに有効な元素である。よって、本発明では0.05mass%以上添加する。しかし、添加量が2.0mass%を超えると、製鋼での操業性が悪化するため、上限は2.0mass%とする。好ましくは0.1〜1.5mass%、より好ましくは0.1〜1.0mass%の範囲である。
Pは、固溶強化能が高いため、鋼の強度(硬さ)調整に用いられる元素であるが、0.2mass%を超えると、鋼が脆化して圧延することが困難になるため、上限は0.2mass%とする。なお、下限は特に規定しない。好ましくは0.001〜0.15mass%、より好ましくは0.001〜0.10mass%の範囲である。
Alは、鋼の比抵抗を高め、鉄損を低減する効果がある。しかし、3mass%を超えると、圧延することが困難になるため、上限は3mass%とする。ただし、Alの含有量が0.01mass%超え0.1mass%未満の範囲では、微細AlNが析出して鉄損が増加するため、Alの好ましい範囲は0.01mass%以下、もしくは、0.1〜2.0mass%の範囲である。特に、Alを低減すると、集合組織が向上して磁束密度を高めることができるので、上記効果を重視する場合は、Alを0.01mass%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.003mass%以下である。
S,N,NbおよびVは、いずれも炭化物や窒化物、硫化物等の微細析出物を生成して歪取焼鈍時の粒成長を阻害し、鉄損を増加させる有害元素であり、特に、0.005mass%を超えると、上記悪影響が顕著になる。よって、上記元素の上限は、それぞれ0.005mass%とする。好ましくは、それぞれ0.003mass%以下である。
Tiは、微細な炭窒化物等を生成して析出し、歪取焼鈍時の粒成長を阻害し、鉄損を増加させる有害元素であり、特に0.003mass%を超えると、その悪影響が顕著になるので、上限は0.003mass%とする。好ましくは、0.002mass%以下である。
Sn,Sb:それぞれ0.005〜0.20mass%
SnおよびSbは、再結晶集合組織を改善し、磁束密度や鉄損特性を改善する効果がある。上記効果を得るためには、それぞれ0.005mass%以上の添加が必要である。一方、合計で0.20mass%超え添加しても、上記効果が飽和する。よって、SnおよびSbを添加する場合は、それぞれ0.005〜0.20mass%の範囲とするのが好ましい。より好ましくは0.01〜0.05mass%の範囲である。
Ca,MgおよびREMは、安定な硫化物、セレン化物を形成して、歪取焼鈍時の粒成長性を改善する効果がある。上記効果を得るためには0.001mass%以上の添加が必要であり、一方、0.010mass%超え添加すると、介在物が増加するため、却って鉄損特性が劣化するため、Ca,Mg,REMを添加する場合は、それぞれ0.001〜0.010mass%の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、それぞれ0.002〜0.005mass%の範囲である。
Crは、固有抵抗を上昇させ、鉄損を低下させる効果がある。上記効果を得るためには0.01mass%以上含有させる必要がある。一方、0.5mass%を超えると、原料コストが上昇するため好ましくない。よって、Crを添加する場合は、0.01〜0.5mass%の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、0.1〜0.4mass%の範囲である。
Cuは、集合組織を改善し、磁束密度を向上させる効果がある。上記効果を得るためには0.01mass%以上の添加が必要である。一方、0.2mass%を超えると、上記効果が飽和してしまう。よって、Cuを添加する場合は、0.01〜0.2mass%の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、0.05〜0.15mass%の範囲である。
仕上焼鈍後(歪取焼鈍前)の降伏応力:400MPa以上
仕上焼鈍後の鋼板を強度が要求されるロータコア材として用いるには、降伏応力が400MPa以上であることが必要である。400MPa未満では、HEV駆動モータ等で受ける高速回転による遠心力に耐えられないおそれがある。好ましい降伏応力は450MPa以上である。ここで、上記降伏応力は、鋼板の圧延方向に引張試験したときの上降伏点のことをいう。なお、引張試験に用いる試験片や試験条件は、JISに準拠すればよい。
本発明の無方向性電磁鋼板は、歪取焼鈍による磁気特性、特に磁束密度の低下が小さいことを特徴としており、具体的には、歪取焼鈍前の磁束密度B50Hに対する歪取焼鈍後の磁束密度B50Sの比(B50S/B50H)が0.99以上であることが必要である。上記(B50S/B50H)が0.99未満では、ステータ用途として、要求トルクが未達になるためである。好ましいB50S/B50Hは0.995以上である。
本発明の無方向性電磁鋼板は、歪取焼鈍後の上記鉄損W10/400(周波数:400Hz、磁束密度B=1.0T)が、板厚t(mm)との関係において、下記(1)式;
W10/400(W/kg)≦10+25t(mm) ・・・(1)
を満たすことが好ましい。より好ましいW10/400は、10+20t以下である。
歪取焼鈍後の上記鉄損W10/400が、上記範囲を外れると、ステータコアの発熱が大きくなって、モータ効率が著しく低下してしまうためである。
なお、本発明で、鉄損特性の指標として鉄損W10/400を用いる理由は、HEV駆動モータの駆動・制御条件に合わせるためである。
本発明の無方向性電磁鋼板は、本発明に適合する上記成分組成を有する鋼を転炉や電気炉、真空脱ガス装置などを用いた通常公知の精錬プロセスで溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法で鋼スラブとした後、該鋼スラブを通常公知の方法で熱間圧延して熱延板とし、該熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延し、仕上焼鈍を施して製造することができる。
一方、ステータコアには低鉄損、高磁束密度であることが要求されるため、上記鋼板を打抜加工等でコア(ステータコア材)形状とし、積層してロータコアとした後、歪取焼鈍を施すことが好ましい。
また、前述したように、この歪取焼鈍においては、600℃から歪取焼鈍温度までの昇温速度は8℃/min以上とするのが好ましい。より好ましくは10℃/min以上である。
次いで、上記仕上焼鈍後の鋼板から、L:280mm×C:30mmのL方向(圧延方向)サンプルおよびC:280mm×L:30mmのC方向(圧延方向に直角方向)サンプルを切り出し、エプスタイン試験を行い、磁束密度B50Hを測定した。
また、上記仕上焼鈍板のL方向からJIS13号引張試験片も合わせて採取し、引張試験を行った。
次いで、上記エプスタイン試験後の試験片に、N2雰囲気下で、表2に示す昇温速度、均熱温度、均熱時間の歪取焼鈍を模擬した熱処理を施した後、再度、エプスタイン試験を行い、歪取焼鈍後の磁束密度B50Sを測定し、B50Hとの比を算出した。また、同時に、歪取焼鈍後の鉄損W10/400も測定した。
上記測定結果を、表2中に併記した。この結果から、本発明の鋼板から製造したモータは、モータ効率が安定して高いことが判る。
Claims (11)
- C:0.0050mass%以下、Si:2〜7mass%、Mn:0.05〜2.0mass%、P:0.01mass%以下、S:0.005mass%以下、Al:3mass%以下、N:0.005mass%以下、Ti:0.003mass%以下、Nb:0.005mass%以下およびV:0.005mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼スラブを熱間圧延し、冷間圧延し、仕上焼鈍し、歪取焼鈍する無方向性電磁鋼板の製造方法において、
上記仕上焼鈍後の鋼板の降伏応力が400MPa以上、上記仕上焼鈍後の鋼板の磁束密度B50Hに対する上記仕上焼鈍後の鋼板に歪取焼鈍を施した後の磁束密度B50Sの比(B50S/B50H)が0.99以上となるように仕上焼鈍および歪取焼鈍の条件を調整することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 上記鋼スラブは、上記成分組成に加えてさらに、下記A〜C群のうちの少なくとも1群の成分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の製造方法。
記
A群;Sn:0.005〜0.20mass%およびSb:0.005〜0.20mass%から選ばれる1種または2種
B群;Ca:0.001〜0.010mass%、Mg:0.001〜0.010mass%およびREM:0.001〜0.010mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
C群;Cr:0.01〜0.5mass%およびCu:0.01〜0.2mass%のうちから選ばれる1種または2種 - 上記歪取焼鈍の条件を、歪取焼鈍後の鉄損W10/400(W/kg)が、板厚t(mm)との関係で、下記(1)式を満たすよう調整することを特徴とする請求項1または2に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
W10/400≦10+25t ・・・(1) - 上記歪取焼鈍の条件を、均熱温度を750〜950℃、均熱時間を0.1〜10hr、600℃から上記均熱温度までの昇温速度を8℃/min以上とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
- ロータコア材とステータコア材が同一素材から採取するモータコアの製造方法であり、C:0.0050mass%以下、Si:2〜7mass%、Mn:0.05〜2.0mass%、P:0.01mass%以下、S:0.005mass%以下、Al:3mass%以下、N:0.005mass%以下、Ti:0.003mass%以下、Nb:0.005mass%以下およびV:0.005mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、降伏応力が400MPa以上である無方向性電磁鋼板をロータコアとし、かつ上記無方向性電磁鋼板に歪取焼鈍を施してステータコアとし、上記ロータコアの磁束密度B50Hに対する上記ステータコアの磁束密度B50Sの比(B50S/B50H)が0.99以上とすることを特徴とするモータコアの製造方法。
- 上記無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、下記A〜C群のうちの少なくとも1群の成分を含有することを特徴とする請求項5に記載のモータコアの製造方法。
記
A群;Sn:0.005〜0.20mass%およびSb:0.005〜0.20mass%から選ばれる1種または2種
B群;Ca:0.001〜0.010mass%、Mg:0.001〜0.010mass%およびREM:0.001〜0.010mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
C群;Cr:0.01〜0.5mass%およびCu:0.01〜0.2mass%のうちから選ばれる1種または2種 - 上記歪取焼鈍の条件を、歪取焼鈍後の鉄損W10/400(W/kg)が、板厚t(mm)との関係で、下記(1)式を満たすよう調整することを特徴とする請求項5または6に記載のモータコアの製造方法。
W10/400≦10+25t ・・・(1) - 上記歪取焼鈍の条件を、均熱温度を750〜950℃、均熱時間を0.1〜10hr、600℃から上記均熱温度までの昇温速度を8℃/min以上とすることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載のモータコアの製造方法。
- ロータコア材とステータコア材が同一の無方向性電磁鋼板からなるモータコアであり、C:0.0050mass%以下、Si:2〜7mass%、Mn:0.05〜2.0mass%、P:0.01mass%以下、S:0.005mass%以下、Al:3mass%以下、N:0.005mass%以下、Ti:0.003mass%以下、Nb:0.005mass%以下およびV:0.005mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、ロータコア材の降伏応力が400MPa以上であり、かつ上記ロータコアの磁束密度B50Hに対する上記ステータコアの磁束密度B50Sの比(B50S/B50H)が0.99以上であることを特徴とするモータコア。
- 上記無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、下記A〜C群のうちの少なくとも1群の成分を含有することを特徴とする請求項9に記載のモータコア。
記
A群;Sn:0.005〜0.20mass%およびSb:0.005〜0.20mass%から選ばれる1種または2種
B群;Ca:0.001〜0.010mass%、Mg:0.001〜0.010mass%およびREM:0.001〜0.010mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
C群;Cr:0.01〜0.5mass%およびCu:0.01〜0.2mass%のうちから選ばれる1種または2種 - 上記ステータコア材の鉄損W10/400(W/kg)が、板厚t(mm)との関係で、下記(1)式を満たすことを特徴とする請求項9または10に記載のモータコア。
W10/400≦10+25t ・・・(1)
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