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

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 Download PDF

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Description

本発明は、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に関し、具体的には、仕上焼鈍後に対する歪取焼鈍後の磁束密度の低下が小さい無方向性電磁鋼板とその無方向性電磁鋼板を用いたモータコア製造方法ならびにモータコアに関するものである。
近年の省エネルギーへの要求の高まりにともない、電気機器の１つである回転機（モータ）に対する高効率化の要求が強くなりつつあり、その結果、回転機の鉄心（コア）に使用される無方向性電磁鋼板に対しても、より優れた磁気特性が要求されるようになってきている。また、最近では、ＨＥＶ駆動モータ等において、小型・高出力化に対する要求が強く、この要求を満たすため、モータの回転数は上昇する傾向にある。
モータコアは、固定されたステータコアと回転するロータコアとに分けられ、外径が大きいＨＥＶ駆動モータのようなロータコアでは、高速回転によって非常に大きな遠心力が働くこととなる。しかし、ロータコアには、構造によっては、ロータコアブリッジ部と呼ばれる非常に狭い部分（１〜２ｍｍ）が存在する。そのため、ロータコアに使用される無方向性電磁鋼板には、従来の材料よりも、高強度であることが求められる。一方、モータの小型化・高出力化を達成するためには、ステータコアの使用される材料には、高磁束密度・低鉄損であることが求められる。
したがって、モータコアに使用される無方向性電磁鋼板は、ロータコア用には高強度であること、一方のステータコア用には高磁束密度・低鉄損であることが理想的である。このように、同じモータコアに使用される電磁鋼板であっても、ロータコアとステータコアでは、その要求される特性が大きく異なるが、モータコアの製造性や材料歩留りを高めるためには、打抜加工等で同一の素材からロータコア材とステータコア材を同時に採取し、積層してロータコアまたはステータコアに組み立てるのが望ましい。
ところで、モータコア、特に、ステータコアには、ユーザー（モーターコア製造メーカー）において、磁気特性を改善するため、歪取焼鈍を施すことが行われている。しかし、発明者らの知見によれば、仕上焼鈍後の磁束密度Ｂ５０と歪取焼鈍後の磁束密度Ｂ５０を比較調査したところ、歪取焼鈍後の磁束密度が低下する傾向があることが認められた。しかし、このような鋼板は、特に高いトルクが要求されるステータ用鋼板としては好ましくないという問題がある。
上記のように、高強度でかつ磁気特性に優れる無方向性電磁鋼板として、例えば特許文献１には、ロータとステータを同一の鋼板から打ち抜いて積層し、更にステータのみを歪取焼鈍するモータコアの工法に使用される、板厚が０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下で、歪取焼鈍前における鋼板の降伏強度が６００ＭＰａ以上、歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００が２０Ｗ／ｋｇ以下である無方向性電磁鋼板が提案されている。
特開２００８−５０６８６号公報
上記特許文献１の技術は、歪取焼鈍における結晶粒成長を促進するため、鋼中に含まれるＴｉやＳ，Ｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ａｓ等の不純物元素を極めて低いレベルまで低減した上で、さらにＮｉを０．５〜３ｍａｓｓ％添加している。しかし、Ｎｉは、非常に高価な原料である。しかも、上記特許文献１では、歪取焼鈍後の磁束密度については、検討が一切なされていない。
本発明は、上記の従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、高価なＮｉを添加することなく、仕上焼鈍後は高強度で、かつ、歪取焼鈍後の磁気特性に優れる、特に磁束密度の低下が小さい無方向性電磁鋼板の製造方法と、その鋼板を用いたモータコアの製造方法ならびにモータコアを提案することにある。
発明者らは、上記の課題を解決するべく、歪取焼鈍後の磁束密度Ｂ５０に及ぼす成分組成および製造条件の影響に着目して鋭意検討を重ねた。その結果、鋼中の不純物元素を極力低減した上で、Ｓｉ含有量を高めることで、仕上焼鈍後の鋼板を高強度化することができ、また、上記仕上焼鈍後の鋼板に、昇温速度を従来技術より高めた歪取焼鈍を施すことで磁束密度の低下が小さくかつ低鉄損の磁気特性を付与することができること、したがって、１つの仕上焼鈍後の鋼板から、高強度のロータコア材と、低鉄損かつ高磁束密度のステータコア材を同時に採取することができることを見出し、本発明を開発するに至った。
上記知見に基く本発明は、Ｃ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２〜７ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％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を提案する。
本発明の上記無方向性電磁鋼板の製造方法に用いる上記鋼スラブは、上記成分組成に加えてさらに、下記Ａ〜Ｃ群；
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。
また、本発明の上記無方向性電磁鋼板の製造方法は、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；
Ｗ１０／４００≦１０＋２５ｔ ・・・（１）
を満たすよう調整することを特徴とする。
また、本発明の上記無方向性電磁鋼板の製造方法は、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。
また、本発明は、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：０．２ｍａｓｓ％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を提案する。
本発明の上記モータコアの製造方法に用いる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；
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。
また、本発明の上記モータコアの製造方法は、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；
Ｗ１０／４００≦１０＋２５ｔ ・・・（１）
を満たすよう調整することを特徴とする。
また、本発明の上記モータコアの製造方法は、上記歪取焼鈍条件を、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。
また、本発明は、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：０．２ｍａｓｓ％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である。
本発明の上記モータコアに用いる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；
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。
また、本発明の上記モータコアに用いる上記ステータコア材は、鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が、板厚ｔ（ｍｍ）との関係で、下記（１）式；
Ｗ１０／４００≦１０＋２５ｔ ・・・（１）
を満たすことを特徴とする。
本発明によれば、仕上焼鈍後は高強度で、歪取焼鈍による磁束密度の低下が小さい無方向性電磁鋼板を提供することができる。したがって、本発明によれば、同一素材鋼板からロータコア材とステータコア材を同時に採取することが可能となり、モータコアの高効率化や生産性の向上に大いに寄与する。
仕上焼鈍後の磁束密度Ｂ５０Ｈに対する歪取焼鈍後の磁束密度Ｂ５０Ｓの比（Ｂ５０Ｓ／Ｂ５０Ｈ）に及ぼす歪取焼鈍における昇温速度の影響を示すグラフである。
まず、本発明を開発する契機となった実験について説明する。
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。
次いで、上記仕上焼鈍後の鋼板について、２５ｃｍエプスタイン法で磁束密度Ｂ５０を測定した。なお、本発明では、以降、上記仕上焼鈍後の磁束密度を、「Ｂ５０Ｈ」とも表記する。
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。
次いで、上記エプスタイン試験片に、Ｎ２雰囲気下で８２５℃×２ｈｒの歪取焼鈍を施した後、再度、２５ｃｍエプスタイン法で磁束密度Ｂ５０を測定した。この際、６００〜８２５℃間の昇温速度を１〜５０℃／ｍｉｎの範囲で種々に変化させた。なお、本発明では、上記歪取焼鈍後の磁束密度を、「Ｂ５０Ｓ」とも表記する。
図１に、歪取焼鈍における６００〜８２５℃間の昇温速度と、仕上焼鈍後の磁束密度に対する歪取焼鈍後の磁束密度の比（Ｂ５０Ｓ／Ｂ５０Ｈ）との関係を示した。この図から、歪取焼鈍時の昇温速度を８℃／ｍｉｎ以上に高めることで、歪取焼鈍での磁束密度の低下が抑制されることがわかる。これは、昇温速度を高めることで、歪取焼鈍時に磁気特性に好ましい｛１００｝方位や｛１１０｝方位の粒成長が促進されたことによって、磁束密度の低下を招く｛１１１｝方位の粒成長が抑制されたためと考えられる。
次に、本発明の無方向性電磁鋼板（製品板）の成分組成について説明する。
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：２〜７ｍａｓｓ％
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：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％
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：０．２ｍａｓｓ％以下
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：３ｍａｓｓ％以下
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：それぞれ０．００５ｍａｓｓ％以下
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：０．００３ｍａｓｓ％以下
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。
本発明の無方向性電磁鋼板は、上記基本成分に加えてさらに、以下の成分を含有することができる。
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，ＲＥＭ：それぞれ０．００１〜０．０１０ｍａｓｓ％
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：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％
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：０．０１〜０．２ｍａｓｓ％
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。
なお、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
次に、本発明の無方向性電磁鋼板（製品板）の機械的特性および磁気特性について説明する。
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。
Ｂ５０Ｓ／Ｂ５０Ｈ：０．９９以上
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。
歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００：１０＋２５ｔ（ｍｍ）以下
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。
ここで、本発明においては、仕上焼鈍後の鋼板に施す上記歪取焼鈍は、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以上とする条件で行なうものとする。なお、モータコアの製造において、上記歪取焼鈍は、コア形状に組み立てた後で施すのが一般的であり、歪取焼鈍後の磁気特性は直接測定することができない。そこで、本発明においては、上記歪取焼鈍後の磁束密度Ｂ５０Ｓおよび鉄損Ｗ１０／４００は、仕上焼鈍後の鋼板に歪取焼鈍を模擬した条件で熱処理を施した後の磁束密度および鉄損で代替する。なお、より好ましい均熱温度は、８００〜９００℃、均熱時間は０．５〜２ｈｒの範囲であり、より好ましい昇温速度は１０℃／ｍｉｎ以上である。
次に、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
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。
ここで、上記の熱延板焼鈍を施す場合は、均熱温度は８００〜１１００℃の範囲とするのが好ましい。８００℃未満では、熱延板焼鈍の効果が小さく、十分な磁気特性の改善効果が得られず、一方、１１００℃を超えるとコスト的に不利になるだけでなく、結晶粒が粗大化し、冷間圧延時の脆性破壊を助長するためである。より好ましい熱延板焼鈍の均熱温度は８５０〜１０００℃の範囲である。
熱間圧延後あるいは熱延板焼鈍後の冷間圧延は、１回または中間焼鈍を挟む２回以上とするのが好ましい。また、最終板厚とする冷間圧延（最終冷間圧延）は、磁束密度を高める観点から、２００℃以上の温間圧延とするのが好ましい。また、冷間圧延における最終板厚は、０．１〜０．３ｍｍの範囲とすることが好ましい。０．１ｍｍ未満では生産性が低下し、０．３ｍｍ超えでは、鉄損の低減効果が小さいためである。より好ましくは０．１５〜０．２７ｍｍの範囲である。
最終板厚とした冷延板に施す仕上焼鈍は、７００〜１０００℃の範囲で１〜３００秒間均熱する連続焼鈍とするのが好ましい。均熱温度が７００℃未満では、再結晶が十分に進行せず、良好な磁気特性が得られないことに加えて、連続焼鈍における形状矯正効果が十分に得られない。一方、１０００℃を超えると、結晶粒径が粗大化し、鋼板強度が低下してしまうからである。なお、仕上焼鈍後の鋼板に、ロータコア用としての強度を付与するためには、仕上焼鈍における均熱温度、均熱時間は、上記範囲内かつ鉄損特性および形状が許される範囲で、できる限り低温・短時間とするのが望ましく、より好ましい仕上焼鈍条件は、７５０〜９００℃×１０〜６０秒である。
上記仕上焼鈍後の鋼板は、その後、積層時の絶縁性を確保するため、および／または、打抜性を改善するため、表面に絶縁被膜を被成するのが好ましい。上記絶縁被膜は、良好な打抜性を確保するためには、樹脂を含有する有機被膜とするのが好ましく、一方、溶接性を重視する場合には、半有機や無機被膜とするのが好ましい。
上記仕上焼鈍後の鋼板あるいは絶縁被膜を被成した鋼板は、降伏応力が４００ＭＰａ以上の高強度を有するので、ロータコアの素材として好適であり、打抜加工等でコア形状（ロータコア材）に加工し、積層してロータコアとすることができる。
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。
なお、モータコアを製造するにあたり、本発明において重要なことは、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以上の条件を安定して満たすためには、同一の鋼板からステータコア材とロータコア材を同時に採取することが必要であるということである。異なる素材からステータコア材とロータコア材を採取すると、（Ｂ５０Ｓ／Ｂ５０Ｈ）が０．９９未満となる確率が高くなるからである。また、異なる素材から採取して（Ｂ５０Ｓ／Ｂ５０Ｈ）が０．９９以上の条件を満足させた場合でも、ステータコア材とロータコア材をそれぞれ採取した後の不要な部分が多くなり、材料歩留まりが大幅に悪化してコストが増大してしまうからである。
ここで、上記歪取焼鈍は、先述したように、不活性ガス雰囲気中で、７５０〜９５０℃×０．１〜１０ｈｒの条件で行うのが好ましく、８００〜９００℃×０．５〜２ｈｒで行うのがより好ましい。焼鈍温度が７５０℃未満および／または焼鈍時間が０．１ｈｒ未満では、粒成長が不十分であり、歪取焼鈍後の鉄損の改善効果が得られず、一方、焼鈍温度が９５０℃超えおよび／または焼鈍時間が１０ｈｒ超えでは、絶縁被膜が破壊されるため、鋼板間の絶縁性を確保することが困難になり、鉄損が増加するためである。
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。
上記に説明したように、本発明の無方向性電磁鋼板は、仕上焼鈍後の降伏応力が高く、また、歪取焼鈍での磁束密度の低下が小さい特性を有しているので、１つの素材から、高強度が要求されるロータコアと、低鉄損かつ高磁束密度が要求されるステータコアの両方を製造することができる。
表１に示す各種成分組成を有する鋼を溶製し、鋼スラブとした後、１１００℃で３０分間加熱したのち、熱間圧延して板厚１．８ｍｍの熱延板とした。その後、上記熱延板に、９８０℃×３０秒の熱延板焼鈍を施した後、１回の冷間圧延で、表２に示す最終板厚の冷延板とし、その後、表２に示す温度に１０秒間保持する仕上焼鈍を施し、無方向性電磁鋼板とした。
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に併記した。この結果から、本発明の方法で製造した無方向性電磁鋼板は、仕上焼鈍後は高強度で、歪取焼鈍後は、低鉄損・高磁束密度の優れた磁気特性を有しており、ＨＥＶ駆動用モータ等のモータコアに用いて好適な特性を有していることがわかる。
Figure 0006601646
Figure 0006601646
上記仕上焼鈍後の無方向性電磁鋼板のそれぞれから、１組のロータコアおよびステータコアを作製し、さらに、上記組み立てたステータコアにはＮ２雰囲気下で、６００℃〜８５０℃までを１０℃／ｍｉｎで昇温し、８５０℃で１ｈｒ保持する歪取焼鈍を施した後、１つのＩＰＭモータに組み立て、モータ効率を測定した。なお、上記の測定に用いたＩＰＭモータは、ステータ外径：１５０ｍｍ、積厚：２５ｍｍで、モータ出力：３００Ｗのものである。また、測定条件は、１５００ｒｐｍ、２Ｎｍで駆動させ、同一出力でのモータ効率を測定した。
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)

  1. 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。
  2. 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
  3. 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）
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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
  7. 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）
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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
  11. 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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