JP6794705B2 - Manufacturing method of non-oriented electrical steel sheet, non-oriented electrical steel sheet and manufacturing method of motor core - Google Patents
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Description
本発明は、無方向性電磁鋼板、無方向性電磁鋼板の製造方法及びモータコアの製造方法に関する。 The present invention relates to a non-oriented electrical steel sheet, a method for manufacturing a non-oriented electrical steel sheet, and a method for manufacturing a motor core.
昨今、地球環境問題が注目されており、省エネルギーへの取り組みに対する要求は、一段と高まってきており、なかでも電気機器の高効率化は、近年強く要望されている。このため、モータ又は変圧器等の鉄心材料として広く使用されている無方向性電磁鋼板においても、磁気特性の向上に対する要請が更に強まっている。近年、モータの高効率化が進展する電気自動車やハイブリッド自動車用のモータ、及び、コンプレッサ用モータにおいては、その傾向が顕著である。 In recent years, global environmental problems have been attracting attention, and the demand for energy conservation efforts has been increasing. In particular, there has been a strong demand for higher efficiency of electrical equipment in recent years. For this reason, even in non-oriented electrical steel sheets that are widely used as iron core materials for motors, transformers, etc., there is an increasing demand for improvement in magnetic characteristics. In recent years, this tendency is remarkable in motors for electric vehicles and hybrid vehicles, and motors for compressors, for which the efficiency of motors has been improved.
上記のような各種モータのモータコアは、固定子であるステータ、及び、回転子であるロータから構成される。かかるモータコアを製造する際には、無方向性電磁鋼板をモータコアの形状に打ち抜いて積層した後に、コア焼鈍(「歪取り焼鈍」とも呼ばれる。)を実施することで行われる。かかるコア焼鈍は、一般的に、窒素を含んだ雰囲気中で実施されるが、かかるコア焼鈍時に鋼板が窒化してしまい、鉄損が劣化してしまうという問題がある。 The motor core of various motors as described above is composed of a stator which is a stator and a rotor which is a rotor. When such a motor core is manufactured, the non-oriented electrical steel sheet is punched into the shape of the motor core and laminated, and then core annealing (also referred to as "strain relief annealing") is performed. Such core annealing is generally carried out in an atmosphere containing nitrogen, but there is a problem that the steel sheet is nitrided during such core annealing and iron loss is deteriorated.
鋼板の窒化による鉄損の劣化は、窒化によって鋼板に取り込まれてしまったNと、鋼中のAlとが結合することによってAlNの析出物が生じ、かかる析出物が磁壁移動を阻害することで生じているものと考えられている。そこで、例えば以下の特許文献1では、鋼板の表面にAlを濃化させてAl酸化物により鋼板表面を覆うことで、歪取り焼鈍時の鋼板の窒化を防ぎ、鉄損の劣化を抑制する技術が提案されている。 Deterioration of iron loss due to nitriding of a steel sheet is caused by the combination of N incorporated into the steel sheet by nitriding and Al in the steel to form an AlN precipitate, which hinders the movement of the domain wall. It is believed that it is occurring. Therefore, for example, in Patent Document 1 below, a technique of concentrating Al on the surface of a steel sheet and covering the surface of the steel sheet with an Al oxide to prevent nitriding of the steel sheet during strain relief annealing and suppress deterioration of iron loss. Has been proposed.
ここで、上記のような各種の用途に用いられるモータのモータコアは、通常、同一の鋼板から、円形のブランクをロータ用に打ち抜くとともに、円形のブランクを打ち抜いた後の外周から、リング状のブランクをステータ用に打ち抜いている。ここで、モータコアの更なる高出力化及び低損失化を図るに当たって、本発明者らが検討を行った結果、以下のような課題が存在することが明らかとなった。 Here, in the motor core of a motor used for various purposes as described above, a circular blank is usually punched out from the same steel plate for a rotor, and a ring-shaped blank is punched out from the outer circumference of the circular blank. Is punched out for the stator. Here, as a result of studies by the present inventors in order to further increase the output and reduce the loss of the motor core, it has become clear that the following problems exist.
まず、ステータについては、主にロータ回転時の損失低減に重きが置かれ、各種の検討が行われているが、打ち抜き加工時に歪が入り、損失が増加する。鋼板の損失低減及び加工歪の除去には、歪取り焼鈍が必要となるが、鋼板粒径が板厚に対して大きい場合には、粒界に存在する歪を解消するために、歪取り焼鈍温度を高くする必要があった。 First, regarding the stator, the emphasis is mainly on reducing the loss during rotor rotation, and various studies have been conducted. However, distortion occurs during punching and the loss increases. Strain relief annealing is required to reduce the loss of the steel sheet and remove processing strain. However, when the grain size of the steel sheet is larger than the plate thickness, strain relief annealing is required to eliminate the strain existing at the grain boundaries. It was necessary to raise the temperature.
また、ロータについては、主に回転数が大きくなる場合に、回転に伴う遠心力に耐えうるように、機械的強度をより増加させることが重要となる。ここで、鋼板粒径が板厚に対して大きい場合には、鋼板の固溶強化が強度増加の主な手段となるが、鋼板の合金成分を調整することでしか制御することができない。しかしながら、鋼板に固溶強化させるための添加元素の種類と添加量には、鋼板の冷間加工性から限界があり、強度増加は困難であった。 Further, it is important to further increase the mechanical strength of the rotor so that it can withstand the centrifugal force accompanying the rotation, mainly when the rotation speed increases. Here, when the grain size of the steel sheet is larger than the thickness of the steel sheet, the solid solution strengthening of the steel sheet is the main means for increasing the strength, but it can be controlled only by adjusting the alloy component of the steel sheet. However, there is a limit to the types and amounts of additive elements to be added to the steel sheet for solid solution strengthening due to the cold workability of the steel sheet, and it is difficult to increase the strength.
このように、経済性を鑑みて、同一の無方向性電磁鋼板からモータコアのロータ及びステータ用の部材を製造する際に、ステータに求められる低鉄損とロータに求められる高強度とを両立することは困難であった。特に、鋼板の粒径が板厚に対して大きい場合には、歪取り焼鈍の温度をより高温にすることが求められるが、高温とすることで無方向性電磁鋼板の絶縁被膜の密着性も低下してしまう。絶縁被膜が剥離してしまうと、層間短絡が生じてコア鉄損が増大してしまうほか、モータケース内で剥離が生じると異物が動作領域内に存在することとなるため、モータコアが破損してしまう可能性がある。 As described above, in view of economic efficiency, when manufacturing the rotor and the member for the stator of the motor core from the same non-oriented electrical steel sheet, both the low iron loss required for the stator and the high strength required for the rotor are compatible. It was difficult. In particular, when the grain size of the steel sheet is larger than the sheet thickness, it is required to raise the temperature of strain relief annealing to a higher temperature, but by setting the temperature higher, the adhesion of the insulating coating of the non-oriented electrical steel sheet is also improved. It will drop. If the insulating film is peeled off, an interlayer short circuit will occur and the core iron loss will increase, and if peeling occurs inside the motor case, foreign matter will be present in the operating area, causing damage to the motor core. There is a possibility that it will end up.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コスト性及び絶縁被膜の密着性を維持しつつ、鉄損及び強度の更なる向上を実現することが可能な、無方向性電磁鋼板、無方向性電磁鋼板の製造方法及びモータコアの製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize further improvement of iron loss and strength while maintaining cost performance and adhesion of an insulating coating. It is an object of the present invention to provide a non-oriented electrical steel sheet, a method for manufacturing a non-oriented electrical steel sheet, and a method for manufacturing a motor core, which are possible.
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、モータコアとして加工される前段階の無方向性電磁鋼板において地鉄の平均結晶粒径を所定の値以下としておいた上で、モータコアとして所定の製造プロセスを施すことに想到した。これにより、ステータに求められる低鉄損と、ロータに求められる高強度と、を共に実現することが可能となる。また、かかる無方向性電磁鋼板において、表面の近傍に、母材の部分よりもAl濃度の低い層を意図的に設け、かかる層と絶縁被膜とを反応させることで、歪取り焼鈍温度を高めても歪取り焼鈍後の絶縁被膜密着性を改善できることを知見した。
かかる知見に基づく本発明の要旨は、以下の通りである。
As a result of diligent studies on the above problems, the present inventors set the average crystal grain size of the base iron to a predetermined value or less in the non-oriented electrical steel sheet in the previous stage to be processed as a motor core, and then determine the motor core. I came up with the idea of implementing a manufacturing process. This makes it possible to achieve both the low iron loss required for the stator and the high strength required for the rotor. Further, in such non-oriented electrical steel sheets, a layer having a lower Al concentration than that of the base material is intentionally provided in the vicinity of the surface, and the layer and the insulating coating are reacted to raise the strain-removing annealing temperature. However, it was found that the adhesion of the insulating film after strain removal and annealing can be improved.
The gist of the present invention based on such findings is as follows.
[1]質量%で、C:0.0010%〜0.0050%、Si:2.5%〜4.0%、Al:0.1%〜2.0%、Mn:0.05%〜2.0%、P:0.005%〜0.15%、S:0.0001%〜0.0030%、Ti:0.0005〜0.0030%、N:0.0010〜0.0030%を含有し、残部がFe及び不純物からなり、地鉄の板厚が0.10mm以上0.35mm以下であり、地鉄中の平均結晶粒径が50μm以下であり、かつ、地鉄表面からの深さ方向でのAl濃度について、以下の式(1)に示す関係式を満足する鋼板と、前記鋼板の表面に位置する絶縁被膜と、を備え、前記絶縁被膜の付着量が、400mg/m2以上1200mg/m2以下であり、前記絶縁被膜中の2価及び3価のFeの含有量が、10mg/m2以上250mg/m2以下である、無方向性電磁鋼板。
[2]残部のFeの一部に換えて、更に、Sn又はSbの少なくとも何れかを、それぞれ0.01質量%以上0.2質量%以下含有する、[1]に記載の無方向性電磁鋼板。
[3]残部のFeの一部に換えて、更に、Ni、Cu又はCrの少なくとも何れかを、それぞれ0.01質量%以上0.2質量%以下含有する、[1]又は[2]に記載の無方向性電磁鋼板。
[4]残部のFeの一部に換えて、更に、0.0005質量%以上0.0025質量%以下のCa、又は、0.0005質量%以上0.0050質量%以下のREMの少なくとも何れかを含有する、[1]〜[3]の何れか1つに記載の無方向性電磁鋼板。
[5]所定の化学成分を有する鋼塊に対して、熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を順に実施することで、無方向性電磁鋼板を製造する方法であって、前記鋼塊は、質量%で、C:0.0010%〜0.0050%、Si:2.5%〜4.0%、Al:0.1%〜2.0%、Mn:0.05%〜2.0%、P:0.005%〜0.15%、S:0.0001%〜0.0030%、Ti:0.0005〜0.0030%、N:0.0010〜0.0030%を含有し、残部がFe及び不純物からなり、前記熱間圧延後にスケールを除去しないままで、焼鈍雰囲気中の露点を−40℃以上60℃以下とし、焼鈍温度を900℃以上1100℃以下とし、かつ、均熱時間を1秒以上300秒以下とした前記熱延板焼鈍を実施し、前記酸洗により、酸洗板における地鉄表面からの深さ方向でのAl濃度について、以下の式(2)に示す関係式を満足するように酸洗減量を制御しつつ、内部酸化層を含むスケール層を除去し、前記冷間圧延により、地鉄の最終板厚を0.10mm以上0.35mm以下とし、前記仕上焼鈍において、仕上焼鈍温度を950℃以下とし、前記仕上焼鈍後に、前記地鉄の表面に対し、付着量が400mg/m2以上1200mg/m2以下となり、かつ、絶縁被膜中の2価及び3価のFeの含有量が10mg/m 2 以上250mg/m 2 以下となるように絶縁被膜を形成し、前記仕上焼鈍後の地鉄の平均結晶粒径が50μm以下である、無方向性電磁鋼板の製造方法。
[6]前記鋼塊は、残部のFeの一部に換えて、更に、Sn又はSbの少なくとも何れかを、それぞれ0.01質量%以上0.2質量%以下含有する、[5]に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
[7]前記鋼塊は、残部のFeの一部に換えて、更に、Ni、Cu又はCrの少なくとも何れかを、それぞれ0.01質量%以上0.2質量%以下含有する、[5]又は[6]に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
[8]前記鋼塊は、残部のFeの一部に換えて、更に、0.0005質量%以上0.0025質量%以下のCa、又は、0.0005質量%以上0.0050質量%以下のREMの少なくとも何れかを含有する、[5]〜[7]の何れか1つに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
[9]質量%で、C:0.0010%〜0.0050%、Si:2.5%〜4.0%、Al:0.1%〜2.0%、Mn:0.05%〜2.0%、P:0.005%〜0.15%、S:0.0001%〜0.0030%、Ti:0.0005〜0.0030%、N:0.0010〜0.0030%を含有し、残部がFe及び不純物からなり、地鉄の板厚が0.10mm以上0.35mm以下であり、地鉄中の平均結晶粒径が50μm以下であり、かつ、地鉄表面からの深さ方向でのAl濃度について、以下の式(1)に示す関係式を満足する鋼板と、前記鋼板の表面に位置する絶縁被膜と、を備え、前記絶縁被膜の付着量が、400mg/m2以上1200mg/m2以下であり、かつ、前記絶縁被膜中の2価及び3価のFeの含有量が、10mg/m2以上250mg/m2以下である無方向性電磁鋼板を、コア形状に打ち抜いて積層した後、70体積%以上窒素を含有した雰囲気中で、750℃以上900℃以下の温度で歪取り焼鈍を実施する、モータコアの製造方法。
[10]前記無方向性電磁鋼板は、残部のFeの一部に換えて、更に、Sn又はSbの少なくとも何れかを、それぞれ0.01質量%以上0.2質量%以下含有する、[9]に記載のモータコアの製造方法。
[11]前記無方向性電磁鋼板は、残部のFeの一部に換えて、更に、Ni、Cu又はCrの少なくとも何れかを、それぞれ0.01質量%以上0.2質量%以下含有する、[9]又は[10]に記載のモータコアの製造方法。
[12]前記無方向性電磁鋼板は、残部のFeの一部に換えて、更に、0.0005質量%以上0.0025質量%以下のCa、又は、0.0005質量%以上0.0050質量%以下のREMの少なくとも何れかを含有する、[9]〜[11]の何れか1つに記載のモータコアの製造方法。
[1] In terms of mass%, C: 0.0010% to 0.0050%, Si: 2.5% to 4.0%, Al: 0.1% to 2.0%, Mn: 0.05% to 2.0%, P: 0.005% to 0.15%, S: 0.0001% to 0.0030%, Ti: 0.0005 to 0.0030%, N: 0.0010 to 0.0030% The balance is composed of Fe and impurities, the plate thickness of the base iron is 0.10 mm or more and 0.35 mm or less, the average crystal grain size in the base iron is 50 μm or less, and from the surface of the base iron. Regarding the Al concentration in the depth direction, a steel plate satisfying the relational expression shown in the following formula (1) and an insulating coating located on the surface of the steel plate are provided, and the amount of the insulating coating adhered is 400 mg / m. A non-directional electromagnetic steel sheet having a content of 2 or more and 1200 mg / m 2 or less and a divalent and trivalent Fe content in the insulating coating of 10 mg / m 2 or more and 250 mg / m 2 or less.
[2] The non-directional electromagnetic steel according to [1], which further contains at least one of Sn and Sb in an amount of 0.01% by mass or more and 0.2% by mass or less, respectively, in place of a part of the remaining Fe. Steel plate.
[3] In [1] or [2], which further contains at least one of Ni, Cu, and Cr in an amount of 0.01% by mass or more and 0.2% by mass or less, respectively, in place of a part of the remaining Fe. The non-oriented electrical steel sheet described.
[4] Instead of a part of Fe in the balance, at least one of Ca of 0.0005% by mass or more and 0.0025% by mass or less, or REM of 0.0005% by mass or more and 0.0050% by mass or less. The non-oriented electrical steel sheet according to any one of [1] to [3], which contains.
[5] A method for producing a non-directional electromagnetic steel plate by sequentially performing hot rolling, hot rolling plate annealing, pickling, cold rolling, and finish annealing on a steel ingot having a predetermined chemical composition. The steel ingot is C: 0.0010% to 0.0050%, Si: 2.5% to 4.0%, Al: 0.1% to 2.0%, Mn: in mass%. 0.05% to 2.0%, P: 0.005% to 0.15%, S: 0.0001% to 0.0030%, Ti: 0.0005 to 0.0030%, N: 0.0010 It contains ~ 0.0030%, the balance is Fe and impurities, and the dew point in the annealing atmosphere is set to -40 ° C or higher and 60 ° C or lower, and the annealing temperature is set to 900 ° C or higher without removing the scale after the hot rolling. The hot-rolled sheet was annealed at 1100 ° C. or lower and the soaking time was 1 second or more and 300 seconds or less. By the pickling, the Al concentration in the depth direction from the surface of the base steel in the pickling board was measured. The scale layer including the internal oxide layer was removed while controlling the pickling weight loss so as to satisfy the relational expression shown in the following formula (2), and the final plate thickness of the base steel was reduced to 0 by the cold rolling. In the finish annealing, the finish annealing temperature was set to 950 ° C. or lower, and after the finish annealing, the amount of adhesion to the surface of the base steel was 400 mg / m 2 or more and 1200 mg / m 2 or less . In addition , the insulating film is formed so that the content of divalent and trivalent Fe in the insulating film is 10 mg / m 2 or more and 250 mg / m 2 or less, and the average crystal grain size of the base steel after the finish annealing is increased. A method for producing a non-directional electromagnetic steel sheet having a thickness of 50 μm or less .
[ 6 ] The steel ingot contains at least 0.01% by mass or more and 0.2% by mass or less of Sn or Sb, respectively, in place of a part of the remaining Fe, according to [5 ]. Manufacturing method of non-oriented electrical steel sheet.
[ 7 ] The steel ingot further contains at least one of Ni, Cu, and Cr in an amount of 0.01% by mass or more and 0.2% by mass or less, respectively, in place of a part of the remaining Fe. [5] Alternatively, the method for manufacturing a non-oriented electrical steel sheet according to [6] .
[ 8 ] The steel ingot is replaced with a part of Fe in the balance, and further, Ca of 0.0005% by mass or more and 0.0025% by mass or less, or 0.0005% by mass or more and 0.0050% by mass or less. The method for producing a non-oriented electrical steel sheet according to any one of [5] to [ 7 ], which contains at least one of REM.
[ 9 ] In mass%, C: 0.0010% to 0.0050%, Si: 2.5% to 4.0%, Al: 0.1% to 2.0%, Mn: 0.05% to 2.0%, P: 0.005% to 0.15%, S: 0.0001% to 0.0030%, Ti: 0.0005 to 0.0030%, N: 0.0010 to 0.0030% The balance is composed of Fe and impurities, the plate thickness of the base iron is 0.10 mm or more and 0.35 mm or less, the average crystal grain size in the base iron is 50 μm or less, and from the surface of the base iron. Regarding the Al concentration in the depth direction, a steel plate satisfying the relational expression shown in the following formula (1) and an insulating coating located on the surface of the steel plate are provided, and the amount of the insulating coating adhered is 400 mg / m. A non-directional electromagnetic steel plate having a core shape of 2 or more and 1200 mg / m 2 or less and having a divalent and trivalent Fe content in the insulating coating of 10 mg / m 2 or more and 250 mg / m 2 or less. A method for producing a motor core, which comprises punching and laminating the iron, and then performing strain removal and annealing at a temperature of 750 ° C. or higher and 900 ° C. or lower in an atmosphere containing 70% by volume or more of nitrogen.
[ 10 ] The non-oriented electrical steel sheet further contains at least one of Sn and Sb in an amount of 0.01% by mass or more and 0.2% by mass or less, respectively, in place of a part of the remaining Fe. [ 9] ] The method for manufacturing a motor core described in.
[ 11 ] The non-oriented electrical steel sheet further contains at least one of Ni, Cu, and Cr in an amount of 0.01% by mass or more and 0.2% by mass or less, respectively, in place of a part of the remaining Fe. The method for manufacturing a motor core according to [ 9 ] or [ 10 ].
[ 12 ] The non-oriented electrical steel sheet has Ca of 0.0005% by mass or more and 0.0025% by mass or less, or 0.0005% by mass or more and 0.0050% by mass, in place of a part of Fe in the balance. The method for producing a motor core according to any one of [ 9 ] to [ 11 ], which contains at least one of REM of% or less.
0.10≦Al(x≦2μm)/Al(x=10μm)<1.0 ・・・(1)
ここで、上記式(1)において、
x:地鉄表面からの深さ[μm]
Al(x≦2μm):地鉄表面から深さ2μmまでのAl濃度の平均値
Al(x=10μm):深さ10μmの位置でのAl濃度
を表す。
0.1 0 ≤ Al (x ≤ 2 μm) / Al (x = 10 μm) <1.0 ... (1)
Here, in the above equation (1),
x: Depth from the surface of the ground iron [μm]
Al (x ≦ 2 μm): Mean value of Al concentration from the surface of the base metal to a depth of 2 μm Al (x = 10 μm): Indicates the Al concentration at a depth of 10 μm.
0.1≦Al(x≦5μm)/Al(x=10μm)<1.0 ・・・(2)
ここで、上記式(2)において、
x:地鉄表面からの深さ[μm]
Al(x≦5μm):地鉄表面から深さ5μmまでのAl濃度の平均値
Al(x=10μm):深さ10μmの位置でのAl濃度
を表す。
0.1 ≤ Al (x ≤ 5 μm) / Al (x = 10 μm) <1.0 ... (2)
Here, in the above equation (2),
x: Depth from the surface of the ground iron [μm]
Al (x ≦ 5 μm): Mean value of Al concentration from the surface of the base metal to a depth of 5 μm Al (x = 10 μm): Indicates the Al concentration at a depth of 10 μm.
以上説明したように本発明によれば、コスト性及び絶縁被膜の密着性を維持しつつ、鉄損及び強度の更なる向上を実現することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize further improvement in iron loss and strength while maintaining cost performance and adhesion of the insulating coating.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.
(無方向性電磁鋼板について)
まず、図1〜図3を参照しながら、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板について、詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板の構造を模式的に示した説明図である。図2は、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の地鉄について説明するための説明図である。図3は、本実施形態に係る地鉄におけるAl濃度の分布について模式的に示した説明図である。
(About non-oriented electrical steel sheets)
First, the non-oriented electrical steel sheet according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the structure of a non-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the base steel of the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the distribution of Al concentration in the ground iron according to the present embodiment.
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10は、図1に模式的に示したように、所定の化学成分を含有しており、かつ、表面近傍においてAlが偏在している地鉄11と、地鉄11の表面に設けられた絶縁被膜13と、を有している。
As schematically shown in FIG. 1, the non-oriented
以下では、まず、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10の地鉄11について、詳細に説明する。
In the following, first, the
<地鉄の化学組成について>
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10の地鉄11は、質量%で、C:0.0010%〜0.0050%、Si:2.5%〜4.0%、Al:0.1%〜2.0%、Mn:0.05%〜2.0%、P:0.005%〜0.15%、S:0.0001%〜0.0030%、Ti:0.0005%〜0.0030%、N:0.0010%〜0.0030%を含有し、残部がFe及び不純物からなる。
<Chemical composition of base iron>
The
また、本実施形態に係る地鉄11は、残部のFeの一部に換えて、更に、Sn又はSbの少なくとも何れかを、それぞれ0.01質量%以上0.2質量%以下含有していてもよく、Ni、Cu又はCrの少なくとも何れかを、それぞれ0.01質量%以上0.2質量%以下含有していてもよく、Ca又はREMの少なくとも何れかを、それぞれ0.0005質量%以上0.0050質量%以下含有していていてもよい。
Further, the
以下では、本実施形態に係る地鉄11の化学組成が上記のように規定される理由について、詳細に説明する。なお、以下では、特に断りの無い限り、「%」は「質量%」を表すものとする。
In the following, the reason why the chemical composition of the
[C:0.0010%〜0.0050%]
C(炭素)は、鉄損劣化を引き起こす元素である。Cの含有量が0.0050%を超える場合には、無方向性電磁鋼板において鉄損劣化が生じ、良好な磁気特性を得ることができない。従って、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、Cの含有量を、0.0050%以下とする。一方、Cの含有量が0.0010%未満となる場合には、無方向性電磁鋼板において磁束密度が低下し、良好な磁気特性を得ることができない。従って、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、Cの含有量を、0.0010%以上とする。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板において、Cの含有量は、好ましくは、0.0010%以上0.0040%以下であり、更に好ましくは、0.0015%以上0.0030%以下である。
[C: 0.0010% to 0.0050%]
C (carbon) is an element that causes iron loss deterioration. When the C content exceeds 0.0050%, iron loss deterioration occurs in the non-oriented electrical steel sheet, and good magnetic characteristics cannot be obtained. Therefore, in the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment, the C content is set to 0.0050% or less. On the other hand, when the C content is less than 0.0010%, the magnetic flux density of the non-oriented electrical steel sheet decreases, and good magnetic characteristics cannot be obtained. Therefore, in the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment, the C content is set to 0.0010% or more. In the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment, the C content is preferably 0.0010% or more and 0.0040% or less, and more preferably 0.0015% or more and 0.0030% or less. ..
[Si:2.5%〜4.0%]
Si(ケイ素)は、鋼の電気抵抗を上昇させて渦電流損を低減させ、高周波鉄損を改善する元素である。また、Siは、固溶強化能が大きいため、無方向性電磁鋼板の高強度化にも有効な元素である。かかる効果を十分に発揮させるためには、2.5%以上のSiを含有させることが必要である。一方、Siの含有量が4.0%を超える場合には、加工性が著しく劣化し、冷間圧延を実施することが困難となる。従って、Siの含有量は、4.0%以下とする。Siの含有量は、好ましくは、2.7%以上3.7%以下であり、更に好ましくは、3.0%以上3.5%以下である。
[Si: 2.5% to 4.0%]
Si (silicon) is an element that increases the electrical resistance of steel, reduces eddy current loss, and improves high-frequency iron loss. Further, Si is an element effective for increasing the strength of non-oriented electrical steel sheets because it has a large solid solution strengthening ability. In order to fully exert such an effect, it is necessary to contain 2.5% or more of Si. On the other hand, when the Si content exceeds 4.0%, the workability is significantly deteriorated and it becomes difficult to carry out cold rolling. Therefore, the Si content is set to 4.0% or less. The Si content is preferably 2.7% or more and 3.7% or less, and more preferably 3.0% or more and 3.5% or less.
[Al:0.1%〜2.0%]
Al(アルミニウム)は、無方向性電磁鋼板の電気抵抗を上昇させることで渦電流損を低減し、高周波鉄損を改善するために有効な元素である。Alの含有量が0.1%未満である場合には、電気抵抗上昇の効果が小さく、また、AlNが電磁鋼板中に微細に析出するため、結晶粒が微細となることで鉄損低減に悪影響を及ぼす。そのため、Alの含有量は、0.1%以上とする。一方、Alの含有量が2.0%を超える場合には、無方向性電磁鋼板の磁束密度が著しく低下する。従って、Alの含有量は、2.0%以下とする。Alの含有量は、好ましくは、0.25%以上1.5%以下であり、更に好ましくは、0.3%以上1.2%以下である。
[Al: 0.1% to 2.0%]
Al (aluminum) is an element effective for reducing eddy current loss and improving high-frequency iron loss by increasing the electrical resistance of non-oriented electrical steel sheets. When the Al content is less than 0.1%, the effect of increasing the electrical resistance is small, and AlN is finely deposited in the electromagnetic steel sheet, so that the crystal grains become fine and the iron loss is reduced. Adversely affect. Therefore, the Al content is set to 0.1% or more. On the other hand, when the Al content exceeds 2.0%, the magnetic flux density of the non-oriented electrical steel sheet is remarkably lowered. Therefore, the Al content is set to 2.0% or less. The Al content is preferably 0.25% or more and 1.5% or less, and more preferably 0.3% or more and 1.2% or less.
[Mn:0.05%〜2.0%]
Mn(マンガン)は、鋼の電気抵抗を上昇させて渦電流損を低減し、高周波鉄損を改善するために有効な元素である。かかる効果を十分に発揮させるためには、0.05%以上のMnを含有させることが必要である。一方、Mnの含有量が2.0%超過となる場合、磁束密度の低下が顕著となる。従って、Mnの含有量は、2.0%以下とする。Mnの含有量は、好ましくは、0.2%以上1.5%以下であり、更に好ましくは、0.5%以上1.3%以下である。
[Mn: 0.05% to 2.0%]
Mn (manganese) is an element effective for increasing the electrical resistance of steel, reducing eddy current loss, and improving high-frequency iron loss. In order to fully exert such an effect, it is necessary to contain Mn of 0.05% or more. On the other hand, when the Mn content exceeds 2.0%, the decrease in magnetic flux density becomes remarkable. Therefore, the Mn content is set to 2.0% or less. The Mn content is preferably 0.2% or more and 1.5% or less, and more preferably 0.5% or more and 1.3% or less.
[P:0.005%〜0.15%]
P(リン)は、固溶強化能が大きく、加えて磁気特性の向上に有利な{100}集合組織を増加させる効果も有するため、高強度と高磁束密度とを両立するうえで極めて有効な元素である。更に、{100}集合組織の増加は、無方向性電磁鋼板の板面内における機械特性の異方性を低減することにも寄与するため、Pは、無方向性電磁鋼板の打ち抜き加工時の寸法精度を改善する効果も有する。このような強度、磁気特性、及び、寸法精度を改善する効果を得るためには、Pの含有量を0.005%以上とすることが必要である。一方、Pの含有量が0.15%を超える場合には、無方向性電磁鋼板の延性が著しく低下する。従って、Pの含有量は、0.15%以下とする。Pの含有量は、好ましくは、0.01%以上0.10%以下であり、更に好ましくは、0.04%以上0.08%以下である。
[P: 0.005% to 0.15%]
P (phosphorus) has a large solid-dissolving ability and also has an effect of increasing the {100} texture, which is advantageous for improving magnetic properties, and is therefore extremely effective in achieving both high strength and high magnetic flux density. It is an element. Further, since the increase of {100} texture also contributes to the reduction of the anisotropy of the mechanical properties in the plate surface of the non-oriented electrical steel sheet, P is used during the punching process of the non-oriented electrical steel sheet. It also has the effect of improving dimensional accuracy. In order to obtain the effect of improving such strength, magnetic characteristics, and dimensional accuracy, it is necessary to set the P content to 0.005% or more. On the other hand, when the P content exceeds 0.15%, the ductility of the non-oriented electrical steel sheet is remarkably lowered. Therefore, the content of P is 0.15% or less. The content of P is preferably 0.01% or more and 0.10% or less, and more preferably 0.04% or more and 0.08% or less.
[S:0.0001%〜0.0030%]
S(硫黄)は、MnSの微細析出物を形成することで鉄損を増加させ、無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる元素である。そのため、Sの含有量は、0.0030%以下とする必要がある。一方、Sの含有量を0.0001%よりも低減させようとすると、いたずらにコストアップを招くのみである。従って、Sの含有量は、0.0001%以上とする。Sの含有量は、好ましくは、0.0003%以上0.0020%以下であり、更に好ましくは、0.0005%以上0.0010%以下である。
[S: 0.0001% to 0.0030%]
S (sulfur) is an element that increases iron loss by forming fine precipitates of MnS and deteriorates the magnetic properties of non-oriented electrical steel sheets. Therefore, the content of S needs to be 0.0030% or less. On the other hand, if an attempt is made to reduce the S content to less than 0.0001%, the cost will only increase unnecessarily. Therefore, the content of S is set to 0.0001% or more. The content of S is preferably 0.0003% or more and 0.0020% or less, and more preferably 0.0005% or more and 0.0010% or less.
[N:0.0010%〜0.0030%]
N(窒素)は、磁気時効を引き起こして鉄損を増加させ、無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる元素である。そのため、Nの含有量は、0.0030%以下とする必要がある。一方、Nの含有量を0.0001%よりも低減させようとすると、いたずらにコストアップを招くのみである。従って、Nの含有量は、0.0001%以上とする。Nの含有量は、好ましくは、0.0010%以上0.0025%以下であり、更に好ましくは、0.0010%以上0.0020%以下である。
[N: 0.0010% to 0.0030%]
N (nitrogen) is an element that causes magnetic aging, increases iron loss, and deteriorates the magnetic properties of non-oriented electrical steel sheets. Therefore, the content of N needs to be 0.0030% or less. On the other hand, if an attempt is made to reduce the N content to less than 0.0001%, the cost will only increase unnecessarily. Therefore, the content of N is set to 0.0001% or more. The content of N is preferably 0.0010% or more and 0.0025% or less, and more preferably 0.0010% or more and 0.0020% or less.
[Ti:0.0005%〜0.0030%]
Ti(チタン)は、C、N、Mn等と結合して介在物を形成し、歪取り焼鈍中の結晶粒の成長を阻害して磁気特性を劣化させる元素である。従って、Tiの含有量は、0.0030%以下とする。一方、Tiの含有量を0.0005%よりも低減させようとすると、いたずらにコストアップを招くのみである。従って、Tiの含有量は、0.0005%以上とする。Tiの含有量は、好ましくは、0.0005%以上0.0015%以下であり、更に好ましくは、0.0005%以上0.0020%以下である。
[Ti: 0.0005% to 0.0030%]
Ti (titanium) is an element that combines with C, N, Mn, etc. to form inclusions, inhibits the growth of crystal grains during strain relief annealing, and deteriorates the magnetic properties. Therefore, the Ti content is set to 0.0030% or less. On the other hand, if the Ti content is reduced to less than 0.0005%, the cost will be unnecessarily increased. Therefore, the Ti content is set to 0.0005% or more. The Ti content is preferably 0.0005% or more and 0.0015% or less, and more preferably 0.0005% or more and 0.0020% or less.
[Sn:0.01%〜0.2%]
[Sb:0.01%〜0.2%]
Sn(スズ)及びSb(アンチモン)は、表面に偏析し焼鈍中の酸化を抑制することで、低い鉄損を確保するのに有用な任意添加元素である。従って、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、かかる効果を得るために、Sn又はSbの少なくとも何れか一方を、任意添加元素として地鉄中に含有させてもよい。かかる効果を十分に発揮させるためには、Sn又はSbの含有量を、それぞれ0.01%以上とすることが好ましい。一方、Sn又はSbの含有量がそれぞれ0.2%を超える場合には、地鉄の延性が低下して冷間圧延が困難となる可能性がある。従って、Sn又はSbの含有量は、それぞれ0.2%以下とすることが好ましい。Sn又はSbを地鉄中に含有させる場合に、Sn又はSbの含有量は、より好ましくは、それぞれ0.03%以上0.10%以下である。
[Sn: 0.01% to 0.2%]
[Sb: 0.01% to 0.2%]
Sn (tin) and Sb (antimony) are optional additive elements that are useful for ensuring low iron loss by segregating on the surface and suppressing oxidation during annealing. Therefore, in the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment, at least one of Sn and Sb may be contained in the ground iron as an optional additive element in order to obtain such an effect. In order to fully exert such an effect, the content of Sn or Sb is preferably 0.01% or more, respectively. On the other hand, when the Sn or Sb content exceeds 0.2%, the ductility of the base iron may decrease, making cold rolling difficult. Therefore, the content of Sn or Sb is preferably 0.2% or less, respectively. When Sn or Sb is contained in the base iron, the content of Sn or Sb is more preferably 0.03% or more and 0.10% or less, respectively.
[Ni:0.01%〜0.2%]
[Cu:0.01%〜0.2%]
[Cr:0.01%〜0.2%]
Ni(ニッケル)、Cu(銅)、及び、Cr(クロム)は、比抵抗を高めて鉄損を低減させるのに有効な任意添加元素である。従って、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、かかる効果を得るために、Ni、Cu又はCrの少なくとも何れか一方を、任意添加元素として地鉄中に含有させてもよい。かかる効果を十分に発揮させるためには、Ni、Cu又はCrの含有量を、それぞれ0.01%以上とすることが好ましい。一方、Ni、Cu又はCrの含有量がそれぞれ0.2%を超える場合には、磁束密度が劣化する可能性がある。従って、Ni、Cu又はCrの含有量は、それぞれ0.2%以下とすることが好ましい。Ni、Cu又はCrを地鉄中に含有させる場合に、Ni、Cu又はCrの含有量は、より好ましくは、それぞれ0.03%以上0.10%以下である。
[Ni: 0.01% to 0.2%]
[Cu: 0.01% to 0.2%]
[Cr: 0.01% to 0.2%]
Ni (nickel), Cu (copper), and Cr (chromium) are optional additive elements that are effective in increasing specific resistance and reducing iron loss. Therefore, in the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment, at least one of Ni, Cu, and Cr may be contained in the ground iron as an optional additive element in order to obtain such an effect. In order to fully exert such an effect, the content of Ni, Cu or Cr is preferably 0.01% or more, respectively. On the other hand, if the contents of Ni, Cu or Cr each exceed 0.2%, the magnetic flux density may deteriorate. Therefore, the content of Ni, Cu or Cr is preferably 0.2% or less, respectively. When Ni, Cu or Cr is contained in the base iron, the content of Ni, Cu or Cr is more preferably 0.03% or more and 0.10% or less, respectively.
[Ca:0.0005%〜0.0025%]
[REM:0.0005%〜0.0050%]
Ca(カルシウム)及びREM(Rare Earth Metal:希土類元素)は、それぞれ、仕上焼鈍時における結晶粒成長を促進させるのに有効な任意添加元素である。従って、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、かかる効果を得るために、Ca又はREMの少なくとも何れか一方を、任意添加元素として地鉄中に含有させてもよい。かかる効果を十分に発揮させるためには、Ca又はREMの含有量を、それぞれ0.0005%以上とすることが好ましい。一方、Caの含有量が0.0025%を超える場合、又はREMの含有量が0.0050%を超える場合には、効果が飽和してしまい、コストアップを招くだけである。従って、Caの含有量は、0.0025%以下とすることが好ましく、REMの含有量は、0.0050%以下とすることが好ましい。Ca又はREMを地鉄中に含有させる場合に、Caの含有量は、より好ましくは、0.0010%以上0.0025%以下であり、REMの含有量は、より好ましくは、0.0010%以上0.0030%以下である。
[Ca: 0.0005% to 0.0025%]
[REM: 0.0005% to 0.0050%]
Ca (calcium) and REM (Rare Earth Metal: rare earth element) are optional additive elements effective for promoting grain growth during finish annealing, respectively. Therefore, in the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment, at least one of Ca and REM may be contained in the ground steel as an optional additive element in order to obtain such an effect. In order to fully exert such an effect, the content of Ca or REM is preferably 0.0005% or more, respectively. On the other hand, when the Ca content exceeds 0.0025%, or when the REM content exceeds 0.0050%, the effect is saturated and the cost is only increased. Therefore, the Ca content is preferably 0.0025% or less, and the REM content is preferably 0.0050% or less. When Ca or REM is contained in the ground iron, the Ca content is more preferably 0.0010% or more and 0.0025% or less, and the REM content is more preferably 0.0010%. More than 0.0030% or less.
なお、上記の元素の他に、Pb、Bi、V、As、Bなどの元素が0.0001%〜0.0050%の範囲で含まれていても、本発明を損なうものではない。 In addition to the above elements, even if elements such as Pb, Bi, V, As, and B are contained in the range of 0.0001% to 0.0050%, the present invention is not impaired.
以上、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板における地鉄の化学成分について、詳細に説明した。
なお、無方向性電磁鋼板における地鉄の化学成分を、事後的に測定する場合には、公知の各種測定法を利用することが可能であり、例えば、ICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析)法等を適宜利用すればよい。
The chemical composition of the base iron in the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment has been described in detail above.
In addition, when the chemical composition of the base iron in the non-directional electromagnetic steel plate is measured after the fact, various known measurement methods can be used, for example, ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry). The law, etc. may be used as appropriate.
<地鉄の平均結晶粒径について>
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の地鉄11は、金属組織の平均結晶粒径が50μm以下となっている。地鉄11の平均結晶粒径を50μm以下とすることで、ロータコアに求められる高強度と、歪取り焼鈍により達成できるステータに求められる低鉄損とを共に実現することが可能となる。
<About the average crystal grain size of ground iron>
The
すなわち、ロータコアを製造する際には、無方向性電磁鋼板10を打ち抜いて所定の形状を有するロータ用ブランクとし、得られたロータ用ブランクを積層・接合することで、ロータコアが製造される。ここで、仕上げ焼鈍を経た後の地鉄11の平均結晶粒径を50μm以下とすることで、製造されるロータコアの機械的強度を、従来の機械的強度よりも更に増強することが可能となる。
That is, when manufacturing a rotor core, the non-oriented
また、ステータコアを製造する際には、ロータコアと同様に、無方向性電磁鋼板10を打ち抜いて所定の形状を有するステータ用ブランクとし、得られたステータ用ブランクを積層・接合した上で歪取り焼鈍が行われる。この際、ロータコアブランクを打ち抜いた同一の鋼板の外周部からステータコアブランクを打ち抜くことが、よりコスト的に好ましい。ここで、無方向性電磁鋼板10の地鉄11の平均結晶粒径を50μm以下とすることで、歪取り焼鈍における焼鈍温度を高くしなくとも、打ち抜き加工の際に生じた加工歪を十分に除去することが可能となる。また、地鉄11に平均結晶粒径が50μm以下である再結晶組織が存在することで、歪取り焼鈍時における焼鈍温度を高くしなくとも、かかる再結晶組織の粒成長が生じ、ステータコアの鉄損を更に低減することが可能となる。
Further, when manufacturing the stator core, similarly to the rotor core, the non-oriented
ここで、地鉄11の平均結晶粒径が50μmを超える場合には、モータコアを製造する際に実施される歪取り焼鈍の焼鈍温度をより高く設定することが求められステータコアの鉄損低減が困難となるとともに、ロータコアの機械的強度を向上させることが困難となる。一方、地鉄11の平均結晶粒径が10μm未満である場合には、磁気特性が悪くなり、かつ、ステータコアの歪取り焼鈍時に再結晶組織の粒成長が不均一となって、磁気特性の改善代が小さくなるため、好ましくない。そのため、地鉄11の平均結晶粒径は、10μm以上であることが好ましい。地鉄11の平均結晶粒径は、好ましくは、10μm〜50μmであり、更に好ましくは、15μm〜40μmである。
Here, when the average crystal grain size of the
なお、地鉄11の平均結晶粒径の測定方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法により測定することが可能である。例えば、鋼板断面を研磨し、その後ナイタール腐食により粒界をエッチングした上で、得られた試験片を、光学顕微鏡又はSEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)により観察し、一般的に知られている線分法等により、地鉄11の平均結晶粒径を測定することが可能である。
The method for measuring the average crystal grain size of the
<地鉄の板厚について>
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10における地鉄11の板厚(図1における厚みt)は、高周波鉄損を低減するために0.35mm以下とする必要がある。一方、地鉄11の板厚tが0.10mm未満である場合には、板厚が薄いために焼鈍ラインの通板が困難となる可能性がある。従って、無方向性電磁鋼板10における地鉄11の板厚tは、0.10mm以上0.35mm以下とする。無方向性電磁鋼板10における地鉄11の板厚tは、好ましくは、0.15mm以上0.30mm以下である。
<About the thickness of the base iron>
The plate thickness of the base steel 11 (thickness t in FIG. 1) in the non-oriented
<Alの深さ方向分布について>
続いて、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10の地鉄11におけるAlの深さ方向分布について、説明する。
先だって簡単に言及したように、モータコアを製造する際には、無方向性電磁鋼板から打ち抜かれたブランクを積層・接合した上で製造され、必要に応じて歪取り焼鈍が行われる。ここで、歪取り焼鈍は、非酸化雰囲気として窒素中で行われることが多いが、その際に地鉄の窒化の進行と窒化に伴うAlNの析出とによって、鉄損の劣化が生じてしまう。不活性雰囲気に、窒素ではなくアルゴンやヘリウムを用いることで、窒化は抑制することができるが、コストがかかる。従って、歪取り焼鈍に窒素を主たる雰囲気として用いることは、工業的に不可欠である。ここで、本発明者らは、Nが結合する相手となるAlが少なければAlNの析出が抑制でき、鉄損の劣化を抑制できるとの知見を得た。
<Regarding the distribution of Al in the depth direction>
Subsequently, the distribution of Al in the
As mentioned briefly earlier, when manufacturing a motor core, it is manufactured after laminating and joining blanks punched from non-oriented electrical steel sheets, and strain relief annealing is performed as necessary. Here, the strain-removing annealing is often performed in nitrogen as a non-oxidizing atmosphere, but at that time, deterioration of iron loss occurs due to the progress of nitriding of the base iron and the precipitation of AlN accompanying the nitriding. Nitriding can be suppressed by using argon or helium instead of nitrogen in the inert atmosphere, but it is costly. Therefore, it is industrially essential to use nitrogen as the main atmosphere for strain relief annealing. Here, the present inventors have found that if the amount of Al to which N is bound is small, the precipitation of AlN can be suppressed and the deterioration of iron loss can be suppressed.
窒化によるN濃度の増加は、地鉄11の表面付近に限られる。そのため、Nが固溶してくる地鉄11の表面近傍のAl濃度を低減することができれば、AlNの析出を抑制することができる。また、Nと親和性の高いAlの地鉄最表面に存在する量を低減することができれば、N分子が分解して原子として地鉄中に溶け込む反応自体を抑制することも可能となる。本発明者らは、かかる知見に基づき、地鉄11の表面近傍でAlの分布を偏在させる(より詳細には、地鉄11の表面近傍に、Al濃度の相対的に少ない脱Al層を形成させる)ことで、歪取り焼鈍時の鉄損劣化を抑制して、良好な磁気特性を得ることができる旨に想到した。
The increase in N concentration due to nitriding is limited to the vicinity of the surface of the
図2は、本実施形態に係る地鉄11の表面近傍を、模式的に示したものである。なお、以下では、便宜的に、地鉄11の表面から厚み方向(深さ方向)の中心へと向かう方向にx軸正方向を設定し、かかる座標軸を用いて説明を行うものとする。
FIG. 2 schematically shows the vicinity of the surface of the
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10の地鉄11は、図2に模式的に示したように、母材部101と、脱Al層103と、を有している。
The
母材部101は、地鉄11の内部において、Alがほぼ均一に分布している部分であり、母材部101のAl濃度は、地鉄11が有しているAl含有量とほぼ等しい値となっている。また、脱Al層103は、地鉄11の表面側に位置している層であり、脱Al層103のAl濃度は、母材部101のAl濃度よりも相対的に低い値となっている。
The
具体的には、地鉄11の表面をx軸の原点(すなわち、x=0μmの位置)とした場合に、脱Al層103では、以下の式(101)の関係が成立している。以下の式(101)のような関係が成立することで、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10では、歪取り焼鈍時の鉄損劣化を抑制して、良好な磁気特性を得ることが可能となる。
Specifically, when the surface of the
0.1≦Al(x≦2μm)/Al(x=10μm)<1.0 ・・・式(101)
0.1 ≤ Al (x ≤ 2 μm) / Al (x = 10 μm) <1.0 ... Equation (101)
ここで、上記の式(101)において、
x:地鉄11の表面からの深さ[μm]
Al(x≦2μm):地鉄表面から深さ2μmまでのAl濃度の平均値[質量%]
Al(x=10μm):深さ10μmの位置でのAl濃度[質量%]
を表す。
Here, in the above formula (101),
x: Depth from the surface of the base iron 11 [μm]
Al (x ≦ 2 μm): Mean value of Al concentration from the surface of the base metal to a depth of 2 μm [mass%]
Al (x = 10 μm): Al concentration at a depth of 10 μm [mass%]
Represents.
図3に模式的に示したように、地鉄11中に脱Al層103が存在せず、Alの深さ方向(x方向)の分布が均一である場合には、Al濃度は、Al(x=10)の値(換言すれば、地鉄11全体の平均Al濃度の値)でほぼ一定となるはずである。また、上記特許文献1のようなAl濃化層を形成する技術では、図3において破線で示したように、地鉄の表面近傍のAl濃度は、地鉄11全体の平均Al濃度の値よりも高くなっている。しかしながら、本実施形態に係る地鉄11では、上記特許文献1とは逆の状態が実現されている。
As schematically shown in FIG. 3, when the
すなわち、本実施形態に係る地鉄11では、脱Al層103が形成されることで、図3において実線で示したように、地鉄表面(x=0μm)から深さ2μm(x=2μm)の位置までの平均のAl濃度は、深さ10μmの位置(x=10μm)でのAl濃度よりも小さくなっている。従って、上記式(101)の最右辺に示したような不等式が成立している。かかる状態が実現されるということは、脱Al層103のAl濃度が母材部101の平均Al濃度よりも相対的に低くなっていることを意味している。
That is, in the
一方、脱Al層103のAl濃度が低くなりすぎ、Al(x≦2μm)/Al(x=10μm)で表される濃度比が0.1未満となる場合には、地鉄11の表面近傍のAl含有量が低くなりすぎ、特に表層付近の比抵抗が低下するため、高周波鉄損で重要となる渦電流損が劣化してしまう。従って、Al(x≦2μm)/Al(x=10μm)で表される濃度比は、上記式(101)の最左辺の不等式に示したように、0.1以上とする。
On the other hand, when the Al concentration of the
なお、本実施形態に係る地鉄11において、Al(x≦2μm)/Al(x=10μm)で表される濃度比は、好ましくは0.2以上0.9以下であり、更に好ましくは、0.5以上0.7以下である。
In the
ここで、上記のような深さ方向に沿った地鉄11のAl濃度は、グロー放電発光分析装置(Glow Discharge Spectroscopy:GDS)を用いて、地鉄11の表面からの深さ方向に沿ってAl濃度を測定することで、特定することができる。GDSの測定条件については、特に規定するものではないが、例えば、分析する材料に応じて、直流モード、高周波モード、更にパルスモード等が用意されているが、主に伝導体である地鉄を分析する本実施形態の範囲では、どのようなモードでも大差はない。そのため、スパッタ痕が均一となり、かつ、深さが10μm以上分析できる測定時間を条件として設定し、適宜分析すればよい。
Here, the Al concentration of the
なお、以上説明したような、Alが深さ方向に偏在している地鉄11の実現方法については、以下で改めて詳細に説明する。
The method of realizing the
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10では、地鉄13の表層に上記のような脱Al層103が存在することで、絶縁被膜13を設ける際に、脱Al層103に含まれるFeが酸化されやすくなり、絶縁被膜13に向け、Feが拡散しやすくなる。これにより、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10では、絶縁被膜13中に2価及び3価のFeが所定量存在するようになる。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10では、絶縁被膜13中に2価及び3価のFeが所定量存在することで、歪取り焼鈍時における酸素等の透過を抑制することが可能となり、歪取り焼鈍後の絶縁被膜13の密着性を向上させることが可能となる。
In the non-oriented
以上、図2及び図3を参照しながら、本実施形態に係る地鉄11におけるAlの深さ方向分布について、詳細に説明した。
As described above, the distribution of Al in the
<絶縁被膜について>
再び図1に戻って、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10が備える絶縁被膜13について、詳細に説明する。
<Insulation film>
Returning to FIG. 1 again, the insulating
無方向性電磁鋼板はコアブランクを打ち抜いたのち積層され使用されるため、地鉄11の表面に絶縁被膜13を設けることで、板間の渦電流を低減することができ、コアとして渦電流損を低減することが可能となる。
Since the non-oriented electrical steel sheet is used by being laminated after punching the core blank, the eddy current between the plates can be reduced by providing the insulating
ここで、本実施形態に係る絶縁被膜13は、無方向性電磁鋼板の絶縁被膜として用いられるものであれば、特に限定されるものではなく、公知の絶縁被膜を用いることが可能である。このような絶縁被膜として、例えば、無機物を主体とし、更に有機物を含んだ複合絶縁被膜を挙げることができる。ここで、複合絶縁被膜とは、例えば、クロム酸金属塩、リン酸金属塩、又は、コロイダルシリカ、Zr化合物、Ti化合物等の無機物の少なくとも何れかを主体とし、微細な有機樹脂の粒子が分散している絶縁被膜である。特に、近年ニーズの高まっている製造時の環境負荷低減の観点からは、リン酸金属塩やZrあるいはTiのカップリング剤、又は、これらの炭酸塩やアンモニウム塩を出発物質として用いた絶縁被膜が好ましく用いられる。
Here, the insulating
ここで、上記のような絶縁被膜13の付着量は、片面あたり400mg/m2以上1200mg/m2以下とする。片面あたりの付着量が400mg/m2未満である場合には、絶縁被膜が薄くなるため、歪取り焼鈍中に被膜を通して酸素等が透過し、被膜密着性を劣化させることがある。また、無方向性電磁鋼板10が所望の形状に打ち抜かれて積層された際に、積層された鋼板の間を十分に絶縁することが困難となるため、好ましくない。一方、片面あたりの付着量が1200mg/m2を超える場合には、占積率が低下するとともに、歪取り焼鈍後の被膜密着性が劣化するため、好ましくない。片面あたりの絶縁被膜13の付着量を、片面あたり400mg/m2以上1200mg/m2以下とすることで、上記のような特性を実現しつつ、絶縁被膜13の歪取り焼鈍後の密着性を担保することが可能となる。片面あたりの絶縁被膜13の付着量は、好ましくは、600mg/m2以上1200mg/m2以下であり、より好ましくは、800mg/m2以上1000mg/m2以下である。
Here, the amount of the insulating
また、本実施形態に係る絶縁被膜13では、絶縁被膜13中の2価及び3価のFeの含有量が、金属Fe換算で、10mg/m2以上250mg/m2以下となっている。2価及び3価のFeの含有量が10mg/m2未満である場合には、モータコアを製造する際に実施される歪取り焼鈍において雰囲気中に不可避的に存在する酸素等の透過を十分に抑制することができず、絶縁被膜13の密着性を向上させることが困難となるとともに、歪取り焼鈍での焼鈍温度を上昇させることが困難となる。一方、2価及び3価のFeの含有量が250mg/m2を超える場合には、通常の絶縁被膜を焼付時間が長時間必要であり、コスト的に不利である。絶縁被膜13中の2価及び3価のFeの含有量は、好ましくは、金属Fe換算で、50mg/m2以上200mg/m2以下である。
Further, in the insulating
なお、かかる絶縁被膜13の付着量を、事後的に測定する場合には、公知の各種測定法を利用することが可能であり、例えば、水酸化ナトリウム水溶液浸漬前後の重量差を測定する方法や、検量線法を用いた蛍光X線法等を適宜利用すればよい。また、絶縁被膜13中の2価及び3価のFeの含有量は、公知の各種測定法を利用して測定することが可能であり、例えば、水酸化ナトリウム水溶液浸漬により被膜を溶解させ、その水溶液に含まれるFe成分のICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結像プラズマ)発光分光測定(水酸化ナトリウムを用いる場合、鋼板中のFeは溶解しないため、Fe2価とFe3価の合計量が定量できる。)や、かかるICP発光分光測定にメスバウワー分光法を組み合わせることで、Fe2価の含有量とFe3価の含有量とを互いに分離して定量することができる。
When the amount of the insulating
<無方向性電磁鋼板の磁気特性の測定方法について>
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10は、上記のような構造を有することで、優れた磁気特性を示すものとなる。ここで、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10の示す各種の磁気特性は、JIS C2550に規定されたエプスタイン法や、JIS C2556に規定された単板磁気特性測定法(Single Sheet Tester:SST)に則して、測定することが可能である。
<Measurement method of magnetic properties of non-oriented electrical steel sheets>
The non-oriented
以上、図1〜図3を参照しながら、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10について、詳細に説明した。
As described above, the non-oriented
(無方向性電磁鋼板の製造方法について)
続いて、図4及び図5を参照しながら、以上説明したような本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10の製造方法について、詳細に説明する。
図4は、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法の流れの一例を示した流れ図であり、図5は、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法について説明するための説明図である。
(About manufacturing method of non-oriented electrical steel sheet)
Subsequently, with reference to FIGS. 4 and 5, the method for manufacturing the non-oriented
FIG. 4 is a flow chart showing an example of the flow of the method for manufacturing the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment, and FIG. 5 is for explaining the method for manufacturing the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment. It is explanatory drawing.
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10の製造方法では、以上説明したような所定の化学成分を有する鋼塊に対して、まず、熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を順に実施する。その後、絶縁被膜13を地鉄11の表面に形成するために、上記仕上焼鈍の後に絶縁被膜の形成が行われる。以下、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10の製造方法で実施される各工程について、詳細に説明する。
In the method for producing grain-oriented
<熱間圧延工程>
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10の製造方法では、まず、上記の化学組成を有する鋼塊(スラブ)を加熱し、加熱された鋼塊について熱間圧延を行って、熱延板を得る(ステップS101)。ここで、熱間圧延に供する際の鋼塊の加熱温度については、特に規定するものではないが、例えば、1050℃以上1200℃以下とすることが好ましい。また、熱間圧延後の熱延板の板厚についても、特に規定するものではないが、地鉄の最終板厚を考慮して、例えば、1.5mm〜3.0mm程度とすることが好ましい。
<Hot rolling process>
In the method for producing non-oriented
鋼塊に対して以上のような熱間圧延が施されることで、図5の左上の図に示したように、地鉄11の表面には、Feの酸化物を主体とするスケールが生成される。また、かかる熱間圧延工程では、Alは、地鉄内でほぼ均一に分散しているものと考えられる。
By performing the above hot rolling on the steel ingot, as shown in the upper left figure of FIG. 5, a scale mainly composed of Fe oxide is generated on the surface of the
<熱延板焼鈍工程>
上記熱間圧延の後には、熱延板焼鈍が実施される(ステップS103)。ここで、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法では、熱間圧延によって地鉄の表面に形成されたスケールを除去しないままで、熱延板焼鈍が実施される。以下で説明するように、熱間圧延によって生じたスケールを除去せずに焼鈍を実施することで、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10に特徴的な脱Al層103を形成することが可能となる。
<Hot rolled plate annealing process>
After the hot rolling, hot rolled sheet annealing is performed (step S103). Here, in the method for manufacturing non-oriented electrical steel sheets according to the present embodiment, hot-rolled sheet annealing is carried out without removing the scale formed on the surface of the ground steel by hot rolling. As described below, by performing annealing without removing the scale generated by hot rolling, it is possible to form the
具体的には、焼鈍雰囲気中の露点を−40℃以上60℃以下とし、焼鈍温度を900℃以上1100℃以下とし、かつ、均熱時間を1秒以上300秒以下として、スケールが付着したままの熱延板に対して、焼鈍を実施する。 Specifically, the dew point in the annealing atmosphere is -40 ° C or more and 60 ° C or less, the annealing temperature is 900 ° C or more and 1100 ° C or less, and the soaking time is 1 second or more and 300 seconds or less, and the scale remains attached. Annealing is carried out on the hot-rolled plate.
露点が−40℃未満である場合には、酸化源が表層スケールのみとなるために十分な脱Al層103を形成できない可能性があるため、好ましくない。一方、露点が60℃を超える場合には、地鉄のFeの酸化が進むことで、酸洗減による歩留まり悪化が生じることに加え、以下で説明するようなAl濃化層及び脱Al層がFeの酸化で消失してしまう可能性があるため、好ましくない。焼鈍雰囲気中の露点は、好ましくは、−30℃以上40℃以下であり、より好ましくは、−20℃以上30℃以下である。
If the dew point is less than −40 ° C., it is not preferable because the oxidation source is only the surface layer scale and it may not be possible to form a sufficient
また、焼鈍温度が900℃未満である場合、又は、均熱時間が1秒未満である場合には、焼鈍によって地鉄の結晶粒が十分に粗大化せずに良好な磁気特性が得られないため、好ましくない。一方、焼鈍温度が1100℃を超える場合、又は、均熱時間が300秒を超える場合には、後段の冷間圧延工程において地鉄が破断してしまう可能性が生じるため、好ましくない。焼鈍温度は、好ましくは、930℃以上1070℃以下であり、より好ましくは、950℃以上1050℃以下である。また、均熱時間は、好ましくは、10秒以上150秒以下であり、より好ましくは、30秒以上90秒以下である。 Further, when the annealing temperature is less than 900 ° C. or the soaking time is less than 1 second, the crystal grains of the ground iron are not sufficiently coarsened by annealing and good magnetic characteristics cannot be obtained. Therefore, it is not preferable. On the other hand, if the annealing temperature exceeds 1100 ° C. or the soaking time exceeds 300 seconds, the ground iron may break in the cold rolling step in the subsequent stage, which is not preferable. The annealing temperature is preferably 930 ° C. or higher and 1070 ° C. or lower, and more preferably 950 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower. The soaking time is preferably 10 seconds or more and 150 seconds or less, and more preferably 30 seconds or more and 90 seconds or less.
なお、熱延板焼鈍における冷却過程では、800℃〜500℃までの温度域での冷却速度を、20℃/秒〜100℃/秒とすることが好ましい。冷却速度をかかる範囲内とすることで、より良好な磁気特性を得ることが可能となる。 In the cooling process in the hot-rolled plate annealing, the cooling rate in the temperature range of 800 ° C. to 500 ° C. is preferably 20 ° C./sec to 100 ° C./sec. By setting the cooling rate within such a range, it is possible to obtain better magnetic characteristics.
本実施形態に係る熱延板焼鈍工程では、図5上段中央の図に示したように、熱間圧延で生成したスケールを付着させたままで、焼鈍が実施される。熱延板表面のスケール、及び、焼鈍時の雰囲気の双方により、地鉄中に含まれるAlはスケール方向に拡散しつつ酸化される。その結果、地鉄の表面付近には、Al酸化物を含むAl濃化層が形成されるとともに、かかるAl濃化層の数μm内層側(地鉄の厚み方向中心側)には、脱Al層が形成される。 In the hot-rolled plate annealing step according to the present embodiment, as shown in the upper center of FIG. 5, annealing is carried out with the scale generated by hot rolling attached. Due to both the scale of the surface of the hot-rolled plate and the atmosphere at the time of annealing, Al contained in the ground iron is oxidized while diffusing in the scale direction. As a result, an Al-concentrated layer containing Al oxide is formed near the surface of the base iron, and de-Al is removed on the inner layer side (center side in the thickness direction of the base iron) of the Al-concentrated layer by several μm. Layers are formed.
かかる熱延板焼鈍時には、Al濃化層と脱Al層との双方が形成されるが、本実施形態に係る製造方法では、従来と比較してAlがより酸化されやすい状況下でAl濃化層が形成されていくため、Al濃化層へのAlの供給元である脱Al層のAl濃度は、従来と比較してより一層低くなる。これにより、図3に模式的に示したようなAlの濃度分布を有する脱Al層が形成される。一方、熱間圧延で生成したスケールを除去した上で、上記のような焼鈍条件で熱延板を焼鈍したとしても、地鉄中の表層近傍のAlは十分に酸化されず、本実施形態に係る脱Al層を形成することはできない。 At the time of such hot-rolled plate annealing, both the Al-concentrated layer and the de-Al-depleted layer are formed, but in the production method according to the present embodiment, Al is concentrated under a situation where Al is more easily oxidized as compared with the conventional case. Since the layers are formed, the Al concentration of the de-Al layer, which is the source of Al to the Al-concentrated layer, becomes even lower than in the conventional case. As a result, a de-Al layer having an Al concentration distribution as schematically shown in FIG. 3 is formed. On the other hand, even if the hot-rolled sheet is annealed under the above-mentioned annealing conditions after removing the scale generated by hot rolling, Al in the vicinity of the surface layer in the ground iron is not sufficiently oxidized, and the present embodiment It is not possible to form such a de-Al layer.
<酸洗工程>
上記熱延板焼鈍の後には、酸洗が実施される(ステップS105)。本実施形態に係る酸洗工程では、酸洗板における地鉄表面からの深さ方向でのAl濃度について、上記式(1)に示す関係式を満足するように酸洗減量を制御しつつ、内部酸化層(すなわち、Al濃化層)を含むスケール層が除去される。
<Pickling process>
After the hot-rolled plate annealing, pickling is carried out (step S105). In the pickling step according to the present embodiment, the pickling weight loss of the pickling plate in the depth direction from the surface of the ground iron is controlled so as to satisfy the relational expression shown in the above formula (1). The scale layer including the internal oxide layer (that is, the Al concentrated layer) is removed.
すなわち、図5右上の図に示したように、本実施形態に係る酸洗工程では、スケールと、地鉄の最表層に位置する内部酸化層であるAl濃化層と、を除去して、脱Al層が最表層となるように酸洗を制御する。この際、酸洗中や酸洗後の鋼板について、GDSにより深さ方向のAl濃度を随時測定し、最終的に得られる無方向性電磁鋼板10が上記式(101)に示す関係式を満足するように、酸洗減量を制御する。なお、酸洗減量は、例えば、酸洗に用いる酸の濃度、酸洗に用いる促進剤の濃度、酸洗液の温度の少なくとも何れかを変更することで、制御することが可能である。
That is, as shown in the upper right figure of FIG. 5, in the pickling step according to the present embodiment, the scale and the Al-concentrated layer, which is an internal oxide layer located on the outermost layer of the ground iron, are removed. Pickling is controlled so that the de-Al layer is the outermost layer. At this time, with respect to the steel sheet during or after pickling, the Al concentration in the depth direction is measured at any time by GDS, and the finally obtained non-oriented
具体的には、以下の式(103)に示す関係式を満足するように、酸洗減量を制御することが好ましい。以下の式(103)に示す関係式を満足するように酸洗減量を制御することで、最終的に得られる無方向性電磁鋼板10では、上記式(101)に示す関係式を満足するようになる。
Specifically, it is preferable to control the pickling weight loss so as to satisfy the relational expression shown in the following formula (103). By controlling the pickling weight loss so as to satisfy the relational expression shown in the following formula (103), the non-oriented
0.1≦Al(x≦5μm)/Al(x=10μm)<1.0 ・・・式(103)
0.1 ≤ Al (x ≤ 5 μm) / Al (x = 10 μm) <1.0 ... Equation (103)
ここで、上記の式(103)において、
x:地鉄11の表面からの深さ[μm]
Al(x≦5μm):地鉄表面から深さ5μmまでのAl濃度の平均値[質量%]
Al(x=10μm):深さ10μmの位置でのAl濃度[質量%]
を表す。
Here, in the above equation (103),
x: Depth from the surface of the base iron 11 [μm]
Al (x ≦ 5 μm): Mean value of Al concentration from the surface of the base metal to a depth of 5 μm [mass%]
Al (x = 10 μm): Al concentration at a depth of 10 μm [mass%]
Represents.
<冷間圧延工程>
上記酸洗の後には、冷間圧延が実施される(ステップS107)。かかる冷間圧延では、地鉄の最終板厚が0.10mm以上0.35mm以下となるような圧下率で、スケール及びAl濃化層の除去された酸洗板が圧延される。図5右下の図に示したように、かかる冷間圧延により、母材部の金属組織は、冷間圧延によって得られる冷延組織となる。
<Cold rolling process>
After the pickling, cold rolling is carried out (step S107). In such cold rolling, the pickling plate from which the scale and the Al-concentrated layer have been removed is rolled at a rolling reduction ratio such that the final plate thickness of the base iron is 0.10 mm or more and 0.35 mm or less. As shown in the lower right figure of FIG. 5, by such cold rolling, the metal structure of the base metal portion becomes a cold rolled structure obtained by cold rolling.
<仕上焼鈍工程>
上記冷間圧延の後には、仕上焼鈍が実施される(ステップS109)。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法においては、熱延板焼鈍工程において脱Al層が形成され、その後の工程では、脱Al層の形成されている状態を維持しているが、仕上焼鈍工程において、仕上焼鈍温度が950℃を超える場合には、母材部から脱Al層へとAlが拡散して、脱Al層が消失してしまう可能性が高くなる。従って、かかる仕上焼鈍では、仕上焼鈍温度を950℃以下とする。仕上焼鈍温度を950℃以下とする仕上焼鈍を実施することで、母材部及び脱Al層の組織に、ステータコアの製造に際して実施される歪取り焼鈍において好適に再結晶組織の粒成長を生じさせることが可能な、平均結晶粒径が50μm以下という微細な再結晶組織が生成される。一方、仕上焼鈍温度が750℃未満となる場合には、焼鈍時間が長くなりすぎて、生産性を低下させてしまう可能性が高い。従って、かかる仕上焼鈍において、仕上焼鈍温度は、750℃以上であることが好ましい。仕上焼鈍温度は、より好ましくは、775℃以上900℃以下である。
<Finishing annealing process>
After the cold rolling, finish annealing is performed (step S109). In the method for producing a non-directional electromagnetic steel plate according to the present embodiment, the de-Al layer is formed in the hot-rolled sheet annealing step, and the de-Al layer is maintained in the subsequent steps. In the finish annealing step, when the finish annealing temperature exceeds 950 ° C., there is a high possibility that Al diffuses from the base metal portion to the de-Al layer and the de-Al layer disappears. Therefore, in such finish annealing, the finish annealing temperature is set to 950 ° C. or lower. By carrying out finish annealing at a finish annealing temperature of 950 ° C. or lower, grain growth of a recrystallized structure is suitably caused in the structure of the base metal portion and the de-Al layer in the strain removing annealing carried out in the production of the stator core. A fine recrystallized structure having an average crystal grain size of 50 μm or less is produced. On the other hand, when the finishing annealing temperature is less than 750 ° C., there is a high possibility that the annealing time becomes too long and the productivity is lowered. Therefore, in such finish annealing, the finish annealing temperature is preferably 750 ° C. or higher. The finish annealing temperature is more preferably 775 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.
ここで、仕上焼鈍を実施する焼鈍時間は、上記仕上焼鈍温度に応じて適宜設定すればよいが、例えば、1秒〜150秒とすることができる。焼鈍時間が1秒未満である場合には、十分な仕上焼鈍を行うことができず、母材部に適切に再結晶組織を生じさせることが困難となることがある。一方、焼鈍時間が150秒を超える場合には、焼鈍時間が長くなりすぎて、生産性を低下させてしまう可能性が高い。焼鈍時間は、より好ましくは、5秒〜100秒である。 Here, the annealing time for performing the finish annealing may be appropriately set according to the finish annealing temperature, and may be, for example, 1 second to 150 seconds. If the annealing time is less than 1 second, sufficient finish annealing may not be possible, and it may be difficult to properly form a recrystallized structure in the base metal portion. On the other hand, when the annealing time exceeds 150 seconds, there is a high possibility that the annealing time becomes too long and the productivity is lowered. The annealing time is more preferably 5 seconds to 100 seconds.
なお、仕上焼鈍における950℃以下700℃以上の温度域での加熱速度は、10℃/s〜800℃/sとすることが好ましい。加熱速度を10℃/s〜800℃/sとすることで、無方向性電磁鋼板の磁気特性を更に良好なものとすることが可能となるからであり、加熱速度を800℃/sを超えて上げたとしても、磁気特性の向上効果が飽和するからである。仕上焼鈍における950℃以下700℃以上の温度域での加熱速度は、より好ましくは、100℃/s〜400℃/sである。 The heating rate in the temperature range of 950 ° C. or lower and 700 ° C. or higher in the finish annealing is preferably 10 ° C./s to 800 ° C./s. By setting the heating rate to 10 ° C./s to 800 ° C./s, it is possible to further improve the magnetic characteristics of the non-oriented electrical steel sheet, and the heating rate exceeds 800 ° C./s. This is because even if it is raised, the effect of improving the magnetic characteristics is saturated. The heating rate in the temperature range of 950 ° C. or lower and 700 ° C. or higher in the finish annealing is more preferably 100 ° C./s to 400 ° C./s.
また、900℃以下500℃以上の温度域での冷却速度は、10℃/s〜100℃/sとすることが好ましい。冷却速度を10℃/s〜100℃/sとすることで、無方向性電磁鋼板の磁気特性を更に良好なものとすることが可能となるからであり、冷却速度を100℃/sを超えて上げたとしても、磁気特性の向上効果が飽和するからである。仕上焼鈍における900℃以下500℃以上の温度域での冷却速度は、より好ましくは、20℃/s〜70℃/sである。 The cooling rate in the temperature range of 900 ° C. or lower and 500 ° C. or higher is preferably 10 ° C./s to 100 ° C./s. This is because by setting the cooling rate to 10 ° C./s to 100 ° C./s, it is possible to further improve the magnetic characteristics of the non-oriented electrical steel sheet, and the cooling rate exceeds 100 ° C./s. This is because even if it is raised, the effect of improving the magnetic characteristics is saturated. The cooling rate in the temperature range of 900 ° C. or lower and 500 ° C. or higher in the finish annealing is more preferably 20 ° C./s to 70 ° C./s.
<絶縁被膜形成工程>
上記仕上焼鈍の後に、絶縁被膜の形成工程が実施される(ステップS111)。ここで、絶縁被膜の形成工程については、特に限定されるものではなく、上記のような公知の絶縁被膜処理液を用いて、公知の方法により処理液の塗布及び乾燥を行えばよい。
<Insulation film forming process>
After the finish annealing, a step of forming an insulating film is carried out (step S111). Here, the step of forming the insulating coating is not particularly limited, and the treatment liquid may be applied and dried by a known method using the known insulating coating treatment liquid as described above.
この際に、乾燥後の絶縁被膜の付着量が、片面あたり400mg/m2以上1200mg/m2以下となるように、絶縁被膜処理液の付着量を制御する。かかる付着量の制御についても、特に限定されるものではなく、固形分濃度が適切に調整された絶縁被膜処理液を用いて、公知の方法により塗布及び乾燥を行えばよい。 At this time, the amount of the insulating coating treatment liquid adhered is controlled so that the amount of the insulating coating adhered after drying is 400 mg / m 2 or more and 1200 mg / m 2 or less per side. The control of the amount of adhesion is not particularly limited, and the coating and drying may be carried out by a known method using an insulating coating treatment liquid having an appropriately adjusted solid content concentration.
絶縁被膜処理液を塗布し、当該絶縁被膜処理液の溶媒に応じた温度まで鋼板を加熱することで、地鉄における脱Al層が存在することにより絶縁被膜処理液及び/又は固形分が互いに反応して、所定量の2価及び3価のFeが、絶縁被膜中へと導入されやすくなる。 By applying the insulating coating treatment liquid and heating the steel sheet to a temperature corresponding to the solvent of the insulating coating treatment liquid, the insulating coating treatment liquid and / or the solid content react with each other due to the presence of the de-Al layer in the base iron. As a result, a predetermined amount of divalent and trivalent Fe is easily introduced into the insulating coating.
なお、絶縁被膜が形成される地鉄の表面は、処理液を塗布する前に、脱Al層の状態、厚み等に大きな影響を与えない程度に、アルカリなどによる脱脂処理や、塩酸、硫酸、リン酸などによる酸洗処理など、任意の前処理を施してもよいし、これら前処理を施さずに仕上焼鈍後のままの表面であってもよい。 Before applying the treatment liquid, the surface of the base iron on which the insulating film is formed is degreased with alkali or the like to the extent that it does not significantly affect the state and thickness of the de-Al layer, and hydrochloric acid, sulfuric acid, etc. Any pretreatment such as pickling treatment with phosphoric acid may be performed, or the surface may be left as it is after finish annealing without these pretreatments.
以上、図4及び図5を参照しながら、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法について、詳細に説明した。 As described above, the method for manufacturing the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment has been described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.
(モータコアの製造方法について)
続いて、図6A及び図6Bを参照しながら、以上説明したような本実施形態に係る無方向性電磁鋼板を用いた、モータコアの製造方法について、簡単に説明する。
図6A及び図6Bは、本実施形態に係るモータコアの製造方法の流れの一例を示した流れ図である。
(About the manufacturing method of the motor core)
Subsequently, with reference to FIGS. 6A and 6B, a method of manufacturing a motor core using the non-oriented electrical steel sheet according to the present embodiment as described above will be briefly described.
6A and 6B are flow charts showing an example of the flow of the method for manufacturing the motor core according to the present embodiment.
まず、図6Aを参照しながら、本実施形態に係るモータコアの製造方法のうち、ロータコアの製造方法について説明する。
本実施形態に係るロータコアの製造方法では、まず、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10を、コア形状に打ち抜いた後に積層して(ステップS201)、所望のロータコアの形状を形成する。すなわち、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10からロータ用ブランクが打ち抜かれた後、ロータ用ブランクが積層・接合されることで、ロータコアの形状が形成される。
First, among the methods for manufacturing the motor core according to the present embodiment, the method for manufacturing the rotor core will be described with reference to FIG. 6A.
In the method for manufacturing a rotor core according to the present embodiment, first, the non-oriented
ロータコアは、仕上げ焼鈍後の平均結晶粒径を小さくしているために、コア形状としたままで強度が高いため、そのまま好ましく使用ができる。 Since the rotor core has a small average crystal grain size after finish annealing, it has high strength while maintaining the core shape, and thus can be preferably used as it is.
次に、図6Bを参照しながら、本実施形態に係るモータコアの製造方法のうち、ステータコアの製造方法について説明する。
本実施形態に係るステータコアの製造方法では、まず、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10を、コア形状に打ち抜いた後に積層して(ステップS211)、所望のステータコアの形状を形成する。すなわち、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板10からステータ用ブランクが打ち抜かれた後、ステータ用ブランクが積層・接合されることで、ステータコアの形状が形成される。
Next, among the methods for manufacturing the motor core according to the present embodiment, the method for manufacturing the stator core will be described with reference to FIG. 6B.
In the method for manufacturing a stator core according to the present embodiment, first, the non-oriented
続いて、ステータコア形状に積層された無方向性電磁鋼板に対して、歪取り焼鈍(コア焼鈍)を実施する(ステップS213)。かかる歪取り焼鈍は、70体積%以上窒素を含有した雰囲気中で実施される。また、歪取り焼鈍の焼鈍温度は、750℃以上900℃以下である。かかる焼鈍条件で歪取り焼鈍を実施することで、先だって説明したように、無方向性電磁鋼板10に蓄積されている歪が解放されるとともに、無方向性電磁鋼板10の母材部中に存在する再結晶組織から粒成長が進行する。その結果、望ましい磁気特性を示すステータコアを実現することが可能となる。
Subsequently, strain relief annealing (core annealing) is performed on the non-oriented electrical steel sheets laminated in the stator core shape (step S213). Such strain-removing annealing is carried out in an atmosphere containing 70% by volume or more of nitrogen. The annealing temperature of the strain removing annealing is 750 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. By performing strain relief annealing under such annealing conditions, as described above, the strain accumulated in the non-oriented
ここで、雰囲気中の窒素の割合が70体積%未満である場合には、残留する酸素による鋼板の酸化が生じ、また、酸素以外の混入物(例えば、アルゴンやヘリウム)を使用する場合にはコストが高くなって、好ましくない。雰囲気中の窒素の割合は、より好ましくは、80体積%以上であり、更に好ましくは、90体積%〜100体積%であり、特に好ましくは、97体積%〜100体積%である。なお、窒素以外の雰囲気ガスは、特に規定するものではないが、一般的に、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気、メタンなどからなる還元性の混合ガスを用いることができる。これらのガスを得るために、プロパンガスや天然ガスを燃焼させて得る方法が、一般的に採用されている。 Here, when the ratio of nitrogen in the atmosphere is less than 70% by volume, the steel sheet is oxidized by the residual oxygen, and when a contaminant other than oxygen (for example, argon or helium) is used, the steel sheet is oxidized. The cost is high, which is not preferable. The proportion of nitrogen in the atmosphere is more preferably 80% by volume or more, further preferably 90% by volume to 100% by volume, and particularly preferably 97% by volume to 100% by volume. The atmospheric gas other than nitrogen is not particularly specified, but generally, a reducing mixed gas composed of hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, water vapor, methane, or the like can be used. In order to obtain these gases, a method obtained by burning propane gas or natural gas is generally adopted.
また、歪取り焼鈍の焼鈍温度が750℃未満である場合には、無方向性電磁鋼板10に蓄積されている歪を十分に解放することができず、好ましくない。一方、歪取り焼鈍の焼鈍温度が900℃を超える場合には、絶縁被膜の密着性が低下するため、好ましくない。また、歪取り焼鈍の焼鈍温度が900℃を超える場合には、再結晶組織の粒成長が進みすぎて、ヒステリシス損失は低下するものの、渦電流損が増加するために、かえって全鉄損は増加する。歪取り焼鈍の焼鈍温度は、好ましくは、775℃以上850℃以下である。
Further, when the annealing temperature of the strain removing annealing is less than 750 ° C., the strain accumulated in the non-oriented
なお、歪取り焼鈍を実施する焼鈍時間は、上記焼鈍温度に応じて適宜設定すればよいが、例えば、10分〜180分とすることができる。焼鈍時間が10分未満である場合には、十分に歪を解放することが出来ないことがある。一方、焼鈍時間が180分を超える場合には、焼鈍時間が長くなりすぎて、生産性を低下させてしまう可能性が高い。焼鈍時間は、より好ましくは、30分〜150分である。なお、かかる焼鈍時間は、歪取り焼鈍の設定温度における保持時間を指す。 The annealing time for performing strain relief annealing may be appropriately set according to the annealing temperature, but can be, for example, 10 minutes to 180 minutes. If the annealing time is less than 10 minutes, it may not be possible to sufficiently release the strain. On the other hand, when the annealing time exceeds 180 minutes, there is a high possibility that the annealing time becomes too long and the productivity is lowered. The annealing time is more preferably 30 minutes to 150 minutes. The annealing time refers to the holding time at the set temperature for strain relief annealing.
また、歪取り焼鈍における500℃以上750℃以下の温度域での加熱速度は、10℃/h〜300℃/hとすることが好ましい。加熱速度を0℃/h〜300℃/hとすることで、磁気特性だけでなく、コアの形状の確保などを含めたステータコアの諸特性を更に良好なものとすることが可能となるからであり、加熱速度を300℃/hを超えて上げたとしても、諸特性の向上効果が飽和するからである。歪取り焼鈍における500℃以上750℃以下の温度域での加熱速度は、より好ましくは、80℃/h〜150℃/hである。 Further, the heating rate in the temperature range of 500 ° C. or higher and 750 ° C. or lower in the strain removing annealing is preferably 10 ° C./h to 300 ° C./h. By setting the heating rate to 0 ° C./h to 300 ° C./h, it is possible to further improve not only the magnetic characteristics but also various characteristics of the stator core including securing the shape of the core. This is because even if the heating rate is increased to exceed 300 ° C./h, the effect of improving various characteristics is saturated. The heating rate in the temperature range of 500 ° C. or higher and 750 ° C. or lower in the strain-removing annealing is more preferably 80 ° C./h to 150 ° C./h.
また、750℃以下500℃以上の温度域での冷却速度は50℃/h〜500℃/hとすることが好ましい。冷却速度を50℃/h〜500℃/hとすることで、モータコアの諸特性を更に良好なものとすることが可能となるからであり、冷却速度を500℃/hを超えたものとしても、冷却ムラが生じることで逆に熱応力による歪が導入され易くなってしまい、鉄損の劣化が生じてしまう可能性がある。歪取り焼鈍における750℃以下500℃以上の温度域での冷却速度は、より好ましくは、80℃/h〜200℃/hである。 The cooling rate in the temperature range of 750 ° C. or lower and 500 ° C. or higher is preferably 50 ° C./h to 500 ° C./h. This is because by setting the cooling rate to 50 ° C./h to 500 ° C./h, it is possible to further improve various characteristics of the motor core, and even if the cooling rate exceeds 500 ° C./h. On the contrary, due to uneven cooling, strain due to thermal stress is likely to be introduced, which may cause deterioration of iron loss. The cooling rate in the temperature range of 750 ° C. or lower and 500 ° C. or higher in the strain removing annealing is more preferably 80 ° C./h to 200 ° C./h.
上記のような各工程を経ることで、モータコアを製造することができる。 A motor core can be manufactured by going through each of the above steps.
以上、図6を参照しながら、本実施形態に係るモータコアの製造方法について、簡単に説明した。 As described above, the method of manufacturing the motor core according to the present embodiment has been briefly described with reference to FIG.
以下では、実施例及び比較例を示しながら、本発明に係る無方向性電磁鋼板、無方向性電磁鋼板の製造方法及びモータコアの製造方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも本発明に係る無方向性電磁鋼板、無方向性電磁鋼板の製造方法及びモータコアの製造方法のあくまでも一例であって、本発明に係る無方向性電磁鋼板、無方向性電磁鋼板の製造方法及びモータコアの製造方法が下記の例に限定されるものではない。 Hereinafter, the method for manufacturing the non-oriented electrical steel sheet and the non-oriented electrical steel sheet and the method for manufacturing the motor core according to the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. The examples shown below are merely examples of the non-oriented electrical steel sheet, the method for manufacturing the non-oriented electrical steel sheet, and the method for manufacturing the motor core according to the present invention, and the non-oriented electrical steel sheet according to the present invention. The manufacturing method of non-oriented electrical steel sheets and the manufacturing method of motor cores are not limited to the following examples.
(実施例1)
以下の表1に示す成分組成のスラブを実験室で作成し、1150℃に加熱した後、仕上温度850℃、仕上板厚1.6mmとなるように熱間圧延を施し、650℃で巻取って熱延板とした。表面のスケールについては、熱間圧延の巻取り前の冷却以降から熱延板焼鈍までスケール除去工程を経ずに、雰囲気露点10℃の窒素雰囲気にて1000℃×50秒の熱延板焼鈍を施し、塩酸で酸洗した。この際に、酸洗時の塩酸の酸濃度、温度、時間を変更することで、以下の表2に示すような種々のAl(x≦5μm)/Al(x=10μm)値をとるような酸洗板を作成した。これらの酸洗板は、冷間圧延により板厚0.20mmの冷延板とした。更に、水素20%窒素80%露点0℃の混合雰囲気にて、表2に示すような仕上焼鈍条件で焼鈍した後、リン酸アルミニウムと粒径0.2μのアクリル−スチレン共重合体樹脂エマルジョンからなる絶縁被膜を所定付着量となるよう塗布し、大気中350℃で焼付けて、無方向性電磁鋼板とした。なお、熱延板焼鈍時における800℃〜500℃までの温度域での冷却速度を、40℃/秒とし、仕上焼鈍時における950℃以下700℃以上の温度域での加熱速度、及び、900℃以下500℃以上の温度域での冷却速度を、それぞれ、100℃/秒、及び、30℃/秒とした。得られた試料のそれぞれに対して、以下に示す調査を行い、得られた結果を、表2にあわせて示した。
(Example 1)
A slab having the composition shown in Table 1 below was prepared in a laboratory, heated to 1150 ° C, hot-rolled to a finishing temperature of 850 ° C and a finished plate thickness of 1.6 mm, and wound at 650 ° C. It was made into a hot rolled plate. Regarding the surface scale, hot-rolled sheet annealing at 1000 ° C for 50 seconds in a nitrogen atmosphere with an atmospheric dew point of 10 ° C is performed from cooling before hot rolling winding to hot-rolled sheet annealing without going through the scale removal process. It was applied and pickled with hydrochloric acid. At this time, by changing the acid concentration, temperature, and time of hydrochloric acid during pickling, various Al (x ≦ 5 μm) / Al (x = 10 μm) values as shown in Table 2 below can be obtained. A pickling board was created. These pickled plates were cold-rolled to obtain a cold-rolled plate having a plate thickness of 0.20 mm. Further, after annealing under the finishing annealing conditions as shown in Table 2 in a mixed atmosphere of 20% hydrogen, 80% nitrogen, and 0 ° C., the acrylic-styrene copolymer resin emulsion having an aluminum phosphate and a particle size of 0.2 μ is used. The insulating coating was applied to a predetermined amount and baked in the air at 350 ° C. to obtain a non-directional electromagnetic steel plate. The cooling rate in the temperature range of 800 ° C. to 500 ° C. during hot-rolled sheet annealing is 40 ° C./sec, and the heating rate in the temperature range of 950 ° C. or lower and 700 ° C. or higher during finish annealing and 900 ° C. The cooling rates in the temperature range of ° C. or lower and 500 ° C. or higher were set to 100 ° C./sec and 30 ° C./sec, respectively. The following surveys were conducted on each of the obtained samples, and the obtained results are shown in Table 2.
また、ステータコアの製造を模擬し、表2に示したNo.1〜No.50の無方向性電磁鋼板について、一部は露点−40℃の99.99%窒素雰囲気で700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃到達後、2時間均熱する歪取り焼鈍を施した。得られた試料のそれぞれに対して、以下に示す磁気特性及び被膜密着性に関する調査を行い、得られた結果を、以下の表3に示した。 In addition, the production of the stator core was simulated, and the No. 1 shown in Table 2 was shown. 1-No. For 50 non-oriented electrical steel sheets, some strains are annealed for 2 hours after reaching 700 ° C, 750 ° C, 800 ° C, 850 ° C, 900 ° C, and 950 ° C in a 99.99% nitrogen atmosphere with a dew point of -40 ° C. Annealed. The magnetic properties and film adhesion shown below were investigated for each of the obtained samples, and the results obtained are shown in Table 3 below.
<強度(歪取り焼鈍前)>
JISZ2241にしたがって、降伏応力を求めた。得られた降伏応力について、以下のように評価した。降伏応力が450MPa以上であれば、ロータコアとして好ましく使用が可能である。
○:降伏応力450MPa以上
×:降伏応力450MPa未満
<Strength (before strain removal annealing)>
The yield stress was determined according to JISZ2241. The obtained yield stress was evaluated as follows. When the yield stress is 450 MPa or more, it can be preferably used as a rotor core.
◯: Yield stress 450 MPa or more ×: Yield stress less than 450 MPa
<磁気特性(歪取り焼鈍前・後)>
単板磁気特性試験機にて、励磁周波数400Hz、磁束密度1.0T(以下W10/400)を測定した。鉄損値は、励磁方向を圧延方向と平行(L方向)としたときに測定される値と、圧延方向に対して90°方向(C方向)としたときに測定される値と、の平均値とした。ここで、歪取り焼鈍後の鉄損値W10/400≦12.0となるものを、磁気特性に優れるものと評価した。
<Magnetic characteristics (before and after strain removal annealing)>
The excitation frequency of 400 Hz and the magnetic flux density of 1.0 T (hereinafter referred to as W10 / 400) were measured with a single plate magnetic property tester. The iron loss value is the average of the value measured when the excitation direction is parallel to the rolling direction (L direction) and the value measured when the excitation direction is 90 ° (C direction) with respect to the rolling direction. The value was taken. Here, the iron loss value W10 / 400 ≦ 12.0 after strain removal annealing was evaluated as having excellent magnetic characteristics.
<平均結晶粒径(歪取り焼鈍前・後)>
得られた各試料を断面研磨後、ナイタール腐食させ、線分法により平均結晶粒径を求めた。
<Average crystal grain size (before and after strain removal annealing)>
After polishing the cross section of each of the obtained samples, they were corroded with nital, and the average crystal grain size was determined by the line segment method.
<歪取り焼鈍後の被膜密着性>
歪取り焼鈍後、試料をφ30mmの丸棒に巻きつけ、巻きつけた部分の外側の被膜の残存状況を、目視により以下のように判断した。評価○となった試料を、歪取焼鈍後の被膜密着性に優れるものと判断した。
○:剥離面積率20%以下
△:剥離面積率20%超50%以下
×:剥離面積率50%超
<Film adhesion after strain removal annealing>
After strain removal annealing, the sample was wound around a round bar having a diameter of 30 mm, and the residual state of the coating film on the outside of the wound portion was visually judged as follows. The sample evaluated as ◯ was judged to have excellent film adhesion after strain relief annealing.
◯: Peeling area ratio 20% or less Δ: Peeling area ratio more than 20% 50% or less ×: Peeling area ratio more than 50%
<脱Al層(歪取り焼鈍前)>
20%水酸化ナトリウム水溶液に対して試料を浸漬して表面の絶縁被膜を除去した後に、GDSにて表層から10μm深さの領域のAl濃度分布を調べ、式(101)及び式(103)の数値を求めた。
<De-Al layer (before strain removal annealing)>
After immersing the sample in a 20% aqueous sodium hydroxide solution to remove the insulating coating on the surface, the Al concentration distribution in the
<絶縁被膜付着量(歪取り焼鈍前)>
20%水酸化ナトリウム水溶液に対して試料を浸漬し、表面の絶縁被膜を除去前後の質量差と試料の面積とから求めた。
<Amount of insulation film adhered (before strain removal annealing)>
The sample was immersed in a 20% aqueous sodium hydroxide solution, and the insulating film on the surface was determined from the mass difference before and after removal and the area of the sample.
<絶縁被膜中に含まれるFe2価及びFe3価の含有量(歪取り焼鈍前)>
20%水酸化ナトリウム水溶液に試料を浸漬し、得られた水溶液についてICP分析を行い、含まれるFe量を定量し、面積あたりのFe付着量に換算した。アルカリ水溶液に鋼板からFeが溶出せず、かつ、専らアルカリ水溶液にて溶解されるのは、無方向性電磁鋼板の絶縁被膜のみである。そのため、ICP分析にて定量されたFe量は、金属Fe(0価のFe)が含まれないことは明らかである。また、Feは、2価及び3価の価数で大気中で安定であるため、上記のFe付着量は、2価及び3価のFeの合計付着量であると言い換えることができる。
<Fe2 valent and Fetrivalent contents contained in the insulating film (before strain removal annealing)>
The sample was immersed in a 20% aqueous sodium hydroxide solution, ICP analysis was performed on the obtained aqueous solution, the amount of Fe contained was quantified, and the amount of Fe adhered per area was converted. Fe does not elute from the steel sheet in the alkaline aqueous solution, and only the insulating film of the non-oriented electrical steel sheet is dissolved in the alkaline aqueous solution. Therefore, it is clear that the amount of Fe quantified by ICP analysis does not include metal Fe (zero-valent Fe). Further, since Fe has divalent and trivalent valences and is stable in the atmosphere, the above Fe adhesion amount can be rephrased as the total adhesion amount of divalent and trivalent Fe.
また、絶縁被膜中に含まれるFeが2価あるいは3価であることを直接的に確認する方法の一例としては、以下に示す方法が挙げられる。まず、一定面積の絶縁被膜を有する無方向性電磁鋼板の試料を、5%臭素メタノール溶液に浸漬し、溶液に鋼板を溶解させ、溶解しない絶縁被膜を浮き上がらせ、これを捕集する。これら捕集した被膜について以下に示すメスバウワー分光法を用い、Fe3+及びFe2+の等の各価数(0価含む)のFeの存在比を求めることができる。 Further, as an example of a method for directly confirming that Fe contained in the insulating film is divalent or trivalent, the following method can be mentioned. First, a sample of a non-directional electromagnetic steel sheet having an insulating film having a certain area is immersed in a 5% bromine-methanol solution to dissolve the steel sheet in the solution, and an insoluble insulating film is raised and collected. The abundance ratio of Fe at each valence (including 0 valence) such as Fe 3+ and Fe 2+ can be determined from the collected coating film by using the female bower spectroscopy shown below.
具体的には、以下の方法を行う。
捕集した被膜をろ紙の表面に展開し、試料片作成する。線源として57Co/Rhマトリックスを用い、線源から取り出したγ線を試料展開面に照射し、試料展開面の裏面から放出されるγ線の強度を測定し、純鉄に対するドップラーシフトを求め、Fe3+及びFe2+の存在を、それぞれ同定することができる。
Specifically, the following method is performed.
The collected film is spread on the surface of the filter paper to prepare a sample piece. Using a 57 Co / Rh matrix as the radiation source, the sample development surface is irradiated with γ-rays taken out from the radiation source, the intensity of the γ-rays emitted from the back surface of the sample development surface is measured, and the Doppler shift with respect to pure iron is obtained. , Fe 3+ and Fe 2+ can be identified respectively.
以下に示す実施例では、Fe3+及びFe2+の存在以外のFeの状態を示す結果は認められなかったので、上記の20%水酸化ナトリウム水溶液を用いて分析定量したFe付着量は、すべてFe3+及びFe2+によるものであることが改めて確認された。 In the examples shown below, no results showing the state of Fe other than the presence of Fe 3+ and Fe 2+ were observed. Therefore, all the Fe adhesion amounts analyzed and quantified using the above 20% sodium hydroxide aqueous solution are Fe. It was reconfirmed that it was due to 3+ and Fe 2+ .
No.1及びNo.2の試料は、表2から明らかなように、式(101)で規定される表面Al濃度が低いため、表3に示したように歪取り焼鈍後の磁気特性(鉄損)が劣化した。これは、表面Al濃度の低下に伴い、高周波鉄損で重要となる渦電流損が劣化したためと考えられる。 No. 1 and No. As is clear from Table 2, the sample No. 2 had a low surface Al concentration defined by the formula (101), so that the magnetic properties (iron loss) after strain removal annealing deteriorated as shown in Table 3. It is considered that this is because the eddy current loss, which is important for high-frequency iron loss, deteriorates as the surface Al concentration decreases.
No.3及びNo.6の試料は、表2から明らかなように、式(101)で規定される表面Al濃度が高く、かつ、結晶粒径が50μmを超える大きさとなっているため、強度が低くなっている。また、表3から明らかなように、No.3及びNo.6の試料は、絶縁被膜の密着性も優れた値を示さず、鉄損と強度の双方を共に向上させることができなかった。No.16〜No.21の試料は、表2から明らかなように、式(101)で規定される表面Al濃度が高く、かつ、絶縁被膜中のFe2価及びFe3価の含有量が低くなっているために、かかる試料を歪取り焼鈍することで、表3に示したように絶縁被膜の密着性が優れた値を示さなかった。 No. 3 and No. As is clear from Table 2, the sample No. 6 has a high surface Al concentration defined by the formula (101) and a crystal grain size of more than 50 μm, so that the strength is low. In addition, as is clear from Table 3, No. 3 and No. In the sample No. 6, the adhesion of the insulating film did not show an excellent value, and both the iron loss and the strength could not be improved. No. 16-No. As is clear from Table 2, the sample of 21 has a high surface Al concentration defined by the formula (101), and the Fe2 valence and Fe3 valence contents in the insulating coating are low. By strain-removing and annealing the sample, the adhesion of the insulating coating did not show an excellent value as shown in Table 3.
No.25及びNo.29の試料は、表2から明らかなように、無方向性電磁鋼板としては本発明例に該当しており、ロータコアとして使用可能な強度が実現されている。しかしながら、表3から明らかなように、歪取り焼鈍時において焼鈍温度が高すぎたために、絶縁被膜の密着性が劣化し、また、優れた磁気特性も示さなかった。これは、歪取り焼鈍時の焼鈍温度が高すぎたために、再結晶組織が粒成長しすぎて、ヒステリシス損が上昇したためと考えられる。 No. 25 and No. As is clear from Table 2, the sample 29 corresponds to the example of the present invention as a non-oriented electrical steel sheet, and has a strength that can be used as a rotor core. However, as is clear from Table 3, since the annealing temperature was too high during the strain-removing annealing, the adhesion of the insulating film deteriorated and the excellent magnetic characteristics were not exhibited. It is considered that this is because the annealing temperature at the time of strain removal annealing was too high, so that the recrystallized structure grew too much and the hysteresis loss increased.
No.30及びNo.31の試料は、表2から明らかなように、絶縁被膜の付着量が少なく、かつ、絶縁被膜中のFe2価及び3価の含有量が低くなっている。そのため、表3に示したように、適切な条件で歪取り焼鈍を行っても、絶縁被膜の密着性が劣化し、また、優れた磁気特性も示さなかった。 No. 30 and No. As is clear from Table 2, the sample of No. 31 has a small amount of adhesion of the insulating film and a low content of Fe divalent and trivalent in the insulating film. Therefore, as shown in Table 3, even if the strain was removed and annealed under appropriate conditions, the adhesion of the insulating film deteriorated and the excellent magnetic characteristics were not exhibited.
No.36の試料は、表2から明らかなように、絶縁被膜中のFe2価及びFe3価の合計含有量が高すぎたために、適切な条件で歪取り焼鈍を行っても、表3に示したように絶縁被膜の密着性が劣化した。 No. As is clear from Table 2, the 36 samples had too high a total content of Fe2 valence and Fe3 valence in the insulating coating, and therefore, even if strain removing and annealing were performed under appropriate conditions, as shown in Table 3. The adhesion of the insulating film deteriorated.
一方、本発明例に該当する無方向性電磁鋼板では、ロータコアとして使用可能な強度が実現されているとともに、適切な条件で歪取り焼鈍を行うことで、ステータコアとしても、優れた磁気特性及び絶縁被膜の密着性を示していることがわかる。 On the other hand, the non-oriented electrical steel sheet corresponding to the example of the present invention has a strength that can be used as a rotor core, and by performing strain relief annealing under appropriate conditions, it also has excellent magnetic properties and insulation as a stator core. It can be seen that it shows the adhesion of the coating film.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is clear that anyone with ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical ideas described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.
10 無方向性電磁鋼板
11 地鉄
13 絶縁被膜
101 母材部
103 脱Al層
10 Non-oriented
Claims (12)
C:0.0010%〜0.0050%
Si:2.5%〜4.0%
Al:0.1%〜2.0%
Mn:0.05%〜2.0%
P:0.005%〜0.15%
S:0.0001%〜0.0030%
Ti:0.0005〜0.0030%
N:0.0010〜0.0030%
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、地鉄の板厚が0.10mm以上0.35mm以下であり、地鉄中の平均結晶粒径が50μm以下であり、かつ、地鉄表面からの深さ方向でのAl濃度について、以下の式(1)に示す関係式を満足する鋼板と、
前記鋼板の表面に位置する絶縁被膜と、
を備え、
前記絶縁被膜の付着量が、400mg/m2以上1200mg/m2以下であり、
前記絶縁被膜中の2価及び3価のFeの含有量が、10mg/m2以上250mg/m2以下である、無方向性電磁鋼板。
0.10≦Al(x≦2μm)/Al(x=10μm)<1.0 ・・・(1)
ここで、上記式(1)において、
x:地鉄表面からの深さ[μm]
Al(x≦2μm):地鉄表面から深さ2μmまでのAl濃度の平均値
Al(x=10μm):深さ10μmの位置でのAl濃度
を表す。 By mass%
C: 0.0010% to 0.0050%
Si: 2.5% to 4.0%
Al: 0.1% to 2.0%
Mn: 0.05% to 2.0%
P: 0.005% to 0.15%
S: 0.0001% to 0.0030%
Ti: 0.0005 to 0.0030%
N: 0.0010 to 0.0030%
The balance is composed of Fe and impurities, the plate thickness of the base iron is 0.10 mm or more and 0.35 mm or less, the average crystal grain size in the base iron is 50 μm or less, and the surface of the base iron is from the surface. With respect to the Al concentration in the depth direction, a steel sheet satisfying the relational expression shown in the following equation (1),
The insulating coating located on the surface of the steel sheet and
With
The amount of the insulating coating adhered is 400 mg / m 2 or more and 1200 mg / m 2 or less.
A non-oriented electrical steel sheet having a divalent and trivalent Fe content in the insulating coating of 10 mg / m 2 or more and 250 mg / m 2 or less.
0.1 0 ≤ Al (x ≤ 2 μm) / Al (x = 10 μm) <1.0 ... (1)
Here, in the above equation (1),
x: Depth from the surface of the ground iron [μm]
Al (x ≦ 2 μm): Mean value of Al concentration from the surface of the base metal to a depth of 2 μm Al (x = 10 μm): Indicates the Al concentration at a depth of 10 μm.
前記鋼塊は、質量%で、
C:0.0010%〜0.0050%
Si:2.5%〜4.0%
Al:0.1%〜2.0%
Mn:0.05%〜2.0%
P:0.005%〜0.15%
S:0.0001%〜0.0030%
Ti:0.0005〜0.0030%
N:0.0010〜0.0030%
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、
前記熱間圧延後にスケールを除去しないままで、焼鈍雰囲気中の露点を−40℃以上60℃以下とし、焼鈍温度を900℃以上1100℃以下とし、かつ、均熱時間を1秒以上300秒以下とした前記熱延板焼鈍を実施し、
前記酸洗により、酸洗板における地鉄表面からの深さ方向でのAl濃度について、以下の式(2)に示す関係式を満足するように酸洗減量を制御しつつ、内部酸化層を含むスケール層を除去し、
前記冷間圧延により、地鉄の最終板厚を0.10mm以上0.35mm以下とし、
前記仕上焼鈍において、仕上焼鈍温度を950℃以下とし、
前記仕上焼鈍後に、前記地鉄の表面に対し、付着量が400mg/m2以上1200mg/m2以下となり、かつ、絶縁被膜中の2価及び3価のFeの含有量が10mg/m 2 以上250mg/m 2 以下となるように絶縁被膜を形成し、
前記仕上焼鈍後の地鉄の平均結晶粒径が50μm以下である、無方向性電磁鋼板の製造方法。
0.1≦Al(x≦5μm)/Al(x=10μm)<1.0 ・・・(2)
ここで、上記式(2)において、
x:地鉄表面からの深さ[μm]
Al(x≦5μm):地鉄表面から深さ2μmまでのAl濃度の平均値
Al(x=10μm):深さ10μmの位置でのAl濃度
を表す。 A method for producing non-oriented electrical steel sheets by sequentially performing hot rolling, hot rolling plate annealing, pickling, cold rolling, and finish annealing on a steel ingot having a predetermined chemical composition.
The ingot is by mass%
C: 0.0010% to 0.0050%
Si: 2.5% to 4.0%
Al: 0.1% to 2.0%
Mn: 0.05% to 2.0%
P: 0.005% to 0.15%
S: 0.0001% to 0.0030%
Ti: 0.0005 to 0.0030%
N: 0.0010 to 0.0030%
Containing, the balance consists of Fe and impurities,
Without removing the scale after the hot rolling, the dew point in the annealing atmosphere is set to -40 ° C or higher and 60 ° C or lower, the annealing temperature is set to 900 ° C or higher and 1100 ° C or lower, and the soaking time is set to 1 second or higher and 300 seconds or lower. The hot-rolled plate was annealed as described above.
By the pickling, the internal oxide layer was formed while controlling the pickling weight loss so as to satisfy the relational expression shown in the following formula (2) with respect to the Al concentration in the depth direction from the surface of the ground iron in the pickling plate. Remove the including scale layer and
By the cold rolling, the final plate thickness of the base iron was made 0.10 mm or more and 0.35 mm or less.
In the finish annealing, the finish annealing temperature is set to 950 ° C. or lower.
After the finish annealing, the amount of adhesion to the surface of the base iron is 400 mg / m 2 or more and 1200 mg / m 2 or less , and the content of divalent and trivalent Fe in the insulating film is 10 mg / m 2 or more. An insulating film is formed so that the content is 250 mg / m 2 or less .
A method for producing a non-oriented electrical steel sheet, wherein the average crystal grain size of the ground steel after finish annealing is 50 μm or less .
0.1 ≤ Al (x ≤ 5 μm) / Al (x = 10 μm) <1.0 ... ( 2 )
Here, in the above equation (2),
x: Depth from the surface of the ground iron [μm]
Al (x ≦ 5 μm): Mean value of Al concentration from the surface of the base metal to a depth of 2 μm Al (x = 10 μm): Indicates the Al concentration at a depth of 10 μm.
C:0.0010%〜0.0050%
Si:2.5%〜4.0%
Al:0.1%〜2.0%
Mn:0.05%〜2.0%
P:0.005%〜0.15%
S:0.0001%〜0.0030%
Ti:0.0005〜0.0030%
N:0.0010〜0.0030%
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、地鉄の板厚が0.10mm以上0.35mm以下であり、地鉄中の平均結晶粒径が50μm以下であり、かつ、地鉄表面からの深さ方向でのAl濃度について、以下の式(1)に示す関係式を満足する鋼板と、前記鋼板の表面に位置する絶縁被膜と、を備え、前記絶縁被膜の付着量が、400mg/m2以上1200mg/m2以下であり、かつ、前記絶縁被膜中の2価及び3価のFeの含有量が、10mg/m2以上250mg/m2以下である無方向性電磁鋼板を、
コア形状に打ち抜いて積層した後、70体積%以上窒素を含有した雰囲気中で、750℃以上900℃以下の温度で歪取り焼鈍を実施する、モータコアの製造方法。
0.10≦Al(x≦2μm)/Al(x=10μm)<1.0 ・・・(1)
ここで、上記式(1)において、
x:地鉄表面からの深さ[μm]
Al(x≦2μm):地鉄表面から深さ2μmまでのAl濃度の平均値
Al(x=10μm):深さ10μmの位置でのAl濃度
を表す。 By mass%
C: 0.0010% to 0.0050%
Si: 2.5% to 4.0%
Al: 0.1% to 2.0%
Mn: 0.05% to 2.0%
P: 0.005% to 0.15%
S: 0.0001% to 0.0030%
Ti: 0.0005 to 0.0030%
N: 0.0010 to 0.0030%
The balance is composed of Fe and impurities, the plate thickness of the base iron is 0.10 mm or more and 0.35 mm or less, the average crystal grain size in the base iron is 50 μm or less, and from the surface of the base iron. Regarding the Al concentration in the depth direction, a steel plate satisfying the relational expression shown in the following formula (1) and an insulating coating located on the surface of the steel plate are provided, and the amount of the insulating coating adhered is 400 mg / m. A non-directional electromagnetic steel plate having a divalent and trivalent Fe content of 2 or more and 1200 mg / m 2 or less and a divalent and trivalent Fe content of 10 mg / m 2 or more and 250 mg / m 2 or less in the insulating coating.
A method for manufacturing a motor core, in which strain is removed and annealed at a temperature of 750 ° C. or higher and 900 ° C. or lower in an atmosphere containing 70% by volume or more of nitrogen after punching into a core shape and laminating.
0.1 0 ≤ Al (x ≤ 2 μm) / Al (x = 10 μm) <1.0 ... (1)
Here, in the above equation (1),
x: Depth from the surface of the ground iron [μm]
Al (x ≦ 2 μm): Mean value of Al concentration from the surface of the base metal to a depth of 2 μm Al (x = 10 μm): Indicates the Al concentration at a depth of 10 μm.
In the non-oriented electrical steel sheet, in place of a part of the remaining Fe, Ca of 0.0005% by mass or more and 0.0025% by mass or less, or 0.0005% by mass or more and 0.0050% by mass or less. The method for manufacturing a motor core according to any one of claims 9 to 11 , which comprises at least one of REM.
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