JP7256361B2 - Non-oriented electrical steel sheet and manufacturing method thereof, rotor core core of IPM motor - Google Patents

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Description

本発明は、無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関し、さらに、その無方向性電磁鋼板を用いたIPMモータのロータコア鉄心に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-oriented electrical steel sheet and a manufacturing method thereof, and more particularly to a rotor core core of an IPM motor using the non-oriented electrical steel sheet.

無方向性電磁鋼板は、電気自動車用モータ及び電気機器用モータ等に使用されている。特に近年のモータを利用した駆動システムの発達により、可変速運転や商用周波数以上で高速回転を行うモータが増加している。このような高速回転を行うモータでは、磁性特性も必要とされる一方、同時に高速回転に耐え得る強度が必要である。無方向性電磁鋼板の鉄損及び強度の両立を目的とした種々の技術が提案されている。例えば、Cu析出物を形成させることによる強度の向上に関する技術が提案されている(特許文献1~4)。さらに、金属間化合物を形成させることによる強度の向上に関する技術が提案されている(特許文献5、6)。 Non-oriented electrical steel sheets are used in motors for electric vehicles, motors for electrical equipment, and the like. In particular, due to the development of drive systems using motors in recent years, the number of motors that operate at variable speeds or that rotate at high speeds above commercial frequencies is increasing. A motor that rotates at such a high speed is required to have magnetic properties and, at the same time, a strength that can withstand high-speed rotation. Various techniques have been proposed for the purpose of achieving both iron loss and strength in non-oriented electrical steel sheets. For example, techniques for improving strength by forming Cu precipitates have been proposed (Patent Documents 1 to 4). Furthermore, techniques have been proposed for improving strength by forming an intermetallic compound (Patent Documents 5 and 6).

特開2004-315956号公報JP-A-2004-315956 特開2005-344179号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-344179 特開2008-261053号公報JP 2008-261053 A 特開2007-186791号公報JP 2007-186791 A 特開2010-150667号公報JP 2010-150667 A 特開2017-57456号公報JP 2017-57456 A

しかしながら、無方向性電磁鋼板を高強度化すると、その反面、加工性が劣るという難点があった。例えば打ち抜き加工を行うことにより、モータの構成部材として必要な所定の形状に加工する場合、無方向性電磁鋼板が高強度化すると、それに反比例して金型を続けて使用できる打ち抜き回数が少なくなるという問題がある。 However, when the strength of the non-oriented electrical steel sheet is increased, there is a drawback that workability is inferior. For example, in the case of punching to obtain a desired shape as a component of a motor, as the strength of the non-oriented electrical steel sheet increases, the number of punches that the die can be continuously used decreases inversely proportionally. There is a problem.

本発明は、高強度化と加工性を両立できる無方向性電磁鋼板を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a non-oriented electrical steel sheet that achieves both high strength and workability.

本発明者らは上記課題を解決するために、無方向性電磁鋼板の鋼中に析出するCu粒子の表面にNi、Alの1種または2種を濃化させることにより、高強度化に伴う加工性の劣化を軽減させるようにした。本発明によれば以下の無方向性電磁鋼板とその製造方法が提供される。 In order to solve the above problems, the present inventors concentrated one or two of Ni and Al on the surface of Cu particles precipitated in the steel of the non-oriented electrical steel sheet, thereby increasing the strength. It is designed to reduce the deterioration of workability. According to the present invention, the following non-oriented electrical steel sheet and its manufacturing method are provided.

[1]
質量%で、Si:2.0~6.0%、Cu:1.7~4.0%を含有し、さらにAl:3.0%以下、Ni:4.0%以下の一種または二種を合計で0.7%以上を含有し、さらに任意元素として、
Mn:5.0%以下、
P:0.300%以下、
B:0.100%以下、
Nb:1.00%以下、
Mo:1.000%以下、
Bi:0.010%以下、
Sn:0.10%以下、
Sb:0.10%以下、
Cr:0.30%以下、
Ca:0.020%以下、
Mg:0.020%以下、
La:0.020%以下、
Ce:0.020%以下
を含有し、残部Feおよび不純物からなる無方向性電磁鋼板であって、
金属組織がフェライト多結晶であり、
フェライト結晶中にCu粒子を含有し、
フェライト結晶中のCu粒子の平均粒子径が0.5~100nm、個数密度が80~1000個/μmであり、
フェライト結晶中のCu粒子について式(1)を満足することを特徴とする、無方向性電磁鋼板。
Nx/Nt≧0.1 ・・・・・式(1)
ここで、
Nx:観察対象となる全Cu粒子のうち、表面の少なくとも一部にNi、Alの一種または二種が濃化しているCu粒子の個数
Nt:観察対象となる全Cu粒子の個数
[2]
表面の少なくとも一部にNi、Alの一種または二種が濃化しているCu粒子について、3DAPFIMによる観察において、面積SCと面積SAが式(2)を満足することを特徴とする、[1]に記載の無方向性電磁鋼板。
SA/SC>0.1 ・・・ 式(2)
ここで、
SC:「Fe濃度≦90%、かつCu濃度≧NiおよびAlの合計濃度」を満足する領域の面積
SA:「Fe濃度≦90%、かつCu濃度<NiおよびAlの合計濃度」を満足する領域の面積
[3]
引張強さTSが600MPa以上、15mmφスチールダイスを用いて繰り返し打ち抜き加工を繰り返し行う場合に、加工された製品に生ずるバリの高さが50μm以上となる加工回数が10万回以上であることを特徴とする、[1]、[2]のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
[4]
[1]~[3]3のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板を積層して形成されたことを特徴とする、IPMモータのロータコア鉄心。

[1]
By mass%, Si: 2.0 to 6.0%, Cu: 1.7 to 4.0%, and further Al: 3.0% or less, Ni: 4.0% or less one or two 0.7 % or more in total, and as optional elements,
Mn: 5.0% or less,
P: 0.300% or less,
B: 0.100% or less,
Nb: 1.00% or less,
Mo: 1.000% or less,
Bi: 0.010% or less,
Sn: 0.10% or less,
Sb: 0.10% or less,
Cr: 0.30% or less,
Ca: 0.020% or less,
Mg: 0.020% or less,
La: 0.020% or less,
A non-oriented electrical steel sheet containing Ce: 0.020% or less, the balance being Fe and impurities,
The metal structure is ferrite polycrystal,
Cu particles are contained in the ferrite crystal,
Cu particles in the ferrite crystal have an average particle size of 0.5 to 100 nm and a number density of 80 to 1000/μm 3 ,
A non-oriented electrical steel sheet, characterized in that Cu particles in ferrite crystals satisfy formula (1).
Nx/Nt≧0.1 Expression (1)
here,
Nx: Among all Cu particles to be observed, the number of Cu particles in which one or both of Ni and Al are concentrated on at least a part of the surface Nt: The number of all Cu particles to be observed [2]
Cu particles having one or both of Ni and Al concentrated on at least a part of the surface are observed by 3DAPFIM, characterized in that the area SC and the area SA satisfy the formula (2) [1] The non-oriented electrical steel sheet according to .
SA/SC>0.1 Expression (2)
here,
SC: Area of a region that satisfies "Fe concentration ≤ 90% and Cu concentration ≥ total concentration of Ni and Al" SA: Area that satisfies "Fe concentration ≤ 90% and Cu concentration < total concentration of Ni and Al" the area of [3]
The tensile strength TS is 600 MPa or more, and the number of times of processing is 100,000 times or more when the height of burrs generated in the processed product is 50 μm or more when repeated punching is performed using a 15 mmφ steel die. The non-oriented electrical steel sheet according to any one of [1] and [2].
[4]
[1] to [3] A rotor core core for an IPM motor, which is formed by laminating the non-oriented electrical steel sheets according to any one of [3].

本発明によれば、高強度化と加工性を両立できる無方向性電磁鋼板を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the non-oriented electrical steel sheet which can make high strength and workability compatible.

引張強さTSと打ち抜き回数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between tensile strength TS and the number of times of punching. 実施例で測定した引張強さTSと打ち抜き回数の関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the tensile strength TS and the number of times of punching measured in Examples.

以下、本発明の実施の形態について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.

(化学組成)
本発明の無方向性電磁鋼板は、質量%で、Si:2.0~6.0%、Cu:1.7~4.0%を含有し、さらにAl:3.0%以下、Ni:4.0%以下の一種または二種を合計で0.5%以上を含有する。
(chemical composition)
The non-oriented electrical steel sheet of the present invention contains, by mass%, Si: 2.0 to 6.0%, Cu: 1.7 to 4.0%, Al: 3.0% or less, Ni: Contains 0.5% or more in total of one or two of 4.0% or less.

Si:2.0~6.0%
Siは鋼の固有抵抗を高めて渦電流を減らし、鉄損を低下せしめるとともに、抗張力を高めるが、添加量が2.0%未満ではその効果が小さい。また、添加により加工硬化能が高まるため、時効熱処理前に実施する加工による転位密度を効果的に増加させる効果もある。一方、Siが6.0%を超えると鋼を脆化させ、さらに製品の磁束密度を低下させる。
Si: 2.0-6.0%
Si increases the specific resistance of steel, reduces eddy currents, lowers iron loss, and increases tensile strength, but if the amount added is less than 2.0%, the effect is small. In addition, since the work hardening ability is enhanced by addition, there is also an effect of effectively increasing the dislocation density due to the working performed before the aging heat treatment. On the other hand, when Si exceeds 6.0%, the steel becomes embrittled and the magnetic flux density of the product is lowered.

Cu:1.7~4.0% 本発明の無方向性電磁鋼板において、フェライト結晶中に析出したCu粒子は、鉄損を悪化させずに強度を上げることができる。Cu含有量が1.7%未満では、この作用効果を十分に得られない。好ましくは、2.0%以上である。一方、Cu含有量が4.0%超では、粗大な析出物が形成され、鉄損が増大する。 Cu: 1.7 to 4.0% In the non-oriented electrical steel sheet of the present invention, the Cu particles precipitated in the ferrite crystals can increase the strength without increasing the iron loss. If the Cu content is less than 1.7%, this action and effect cannot be sufficiently obtained. Preferably, it is 2.0% or more. On the other hand, if the Cu content exceeds 4.0%, coarse precipitates are formed and iron loss increases.

Ni、Al:合計で0.5%以上 本発明では、Ni、AlはCu粒子の表面に濃化させることで高強度と打ち抜き性のバランスの改善をはかる元素として積極的に添加される重要な元素である。上記効果を得るためには、NiとAlの合計で0.5%以上含有させる必要がある。好ましくは1.2%以上である。なお、Ni、Alは、一種または二種を合計で0.5%以上を含有すれば良く、Ni、Alのどちらか一方を含有することで効果を得ることが可能であるが、両方を含有することがより好ましい。 Ni and Al: 0.5% or more in total In the present invention, Ni and Al are important elements actively added as elements for improving the balance between high strength and punchability by concentrating them on the surface of Cu particles. is an element. In order to obtain the above effects, the total content of Ni and Al must be 0.5% or more. Preferably, it is 1.2% or more. In addition, Ni and Al may contain one or two kinds in a total amount of 0.5% or more, and it is possible to obtain an effect by containing either Ni or Al, but both are contained. is more preferable.

Al:3.0%以下
Alは通常、脱酸や時効性を悪化させる固溶Nの析出物としての固定、さらには鋼の固有抵抗を高めて渦電流を減らし鉄損を低下せしめるために添加される。本発明では、AlはCu粒子の表面に濃化させることで強度と打ち抜き性のバランスの改善をはかる元素として積極的に添加される重要な元素である。AlをCu粒子の表面に十分に濃化させることによる上記効果を得るためには、0.5%以上含有させることが好ましい。また、磁気特性にとって好ましい結晶方位を促進する効果も有するため、好ましくは、1.2%以上とする。一方、過剰に添加すると脆化が問題になるとともに飽和磁束密度を低下させ磁気特性に悪影響を及ぼすため、上限を3.0%とする。
Al: 3.0% or less Al is usually added to fix solid solution N as precipitates that deteriorate deoxidation and aging properties, and to increase the specific resistance of steel to reduce eddy currents and lower iron loss. be done. In the present invention, Al is an important element positively added as an element for improving the balance between strength and punchability by concentrating it on the surface of Cu particles. In order to obtain the above effect by sufficiently concentrating Al on the surface of the Cu particles, it is preferable to contain 0.5% or more. In addition, since it also has the effect of promoting the preferred crystal orientation for magnetic properties, it is preferably 1.2% or more. On the other hand, if it is added excessively, embrittlement becomes a problem and the saturation magnetic flux density is lowered to adversely affect the magnetic properties, so the upper limit is made 3.0%.

Ni:4.0%以下
無方向性電磁鋼板においてNiは、固溶体強化元素または耐食性向上元素として添加されることがある。本発明ではNiはCu粒子の表面に濃化させることで上記バランスの改善をはかるために添加する。かかる効果を得るためには、同様の効果を持つAlとの合計で0.5%以上含有させる必要がある。NiをCu粒子の表面に十分に濃化させるためには、好ましくは1.2%以上含有させる。さらに、本発明と同様にCuを添加し、Cu析出による高強度化を図る電磁鋼板において、鋳造性や鋼板表面性状を改善する目的でも添加される。一方、過剰な添加は鋼板の延性を劣化させ通板性が低下する他、磁束密度を低下させるとともに製造工程で不用意な金属間化合物が発生し、通板性や磁気特性を悪化させる場合がある。また過剰な添加は、熱間圧延中の変態を引き起こし磁気特性にとって好ましい結晶方位を阻害する要因となるばかりでなく、飽和磁束密度を低下させ磁気特性に悪影響を及ぼす。このため上限を4.0%とする。好ましくは、3.2%以下である。
Ni: 4.0% or less Ni is sometimes added to a non-oriented electrical steel sheet as a solid solution strengthening element or an element for improving corrosion resistance. In the present invention, Ni is added to improve the balance by concentrating it on the surface of the Cu particles. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain 0.5% or more in total with Al having a similar effect. In order to sufficiently concentrate Ni on the surface of the Cu particles, the Ni content is preferably 1.2% or more. Further, Cu is added in the same manner as in the present invention to improve the castability and surface properties of the steel sheet in the electrical steel sheet intended to increase the strength by Cu precipitation. On the other hand, excessive addition deteriorates the ductility of the steel sheet, reduces the threadability, lowers the magnetic flux density, and inadvertently generates intermetallic compounds in the manufacturing process, which may deteriorate the threadability and magnetic properties. be. Excessive addition not only causes transformation during hot rolling and inhibits the crystal orientation preferable for magnetic properties, but also lowers saturation magnetic flux density and adversely affects magnetic properties. Therefore, the upper limit is set to 4.0%. Preferably, it is 3.2% or less.

さらに、本発明に係る無方向性電磁鋼板は、磁気特性を含めた各種特性の改善を目的として、Feの一部に代えて、公知の任意元素を含有してもよい。Feの一部に代えて含有される任意元素として、たとえば、次の元素が挙げられる。各数値は、それらの元素が任意元素として含有された場合の、上限値を意味する。
質量%で、
Mn:5.0%以下、
P:0.300%以下、
B:0.100%以下、
Nb:1.00%以下、
Mo:1.000%以下、
Bi:0.010%以下、
Sn:0.10%以下、
Sb:0.10%以下、
Cr:0.30%以下、
Ca:0.020%以下、
Mg:0.020%以下、
La:0.020%以下、
Ce:0.020%以下、
これら任意元素は、公知の目的に応じて含有させればよいため、任意元素の含有量の下限値を設ける必要はなく、下限値が0%でもよい。
Furthermore, the non-oriented electrical steel sheet according to the present invention may contain known arbitrary elements instead of part of Fe for the purpose of improving various properties including magnetic properties. Examples of optional elements contained in place of part of Fe include the following elements. Each numerical value means the upper limit when those elements are included as arbitrary elements.
in % by mass,
Mn: 5.0% or less,
P: 0.300% or less,
B: 0.100% or less,
Nb: 1.00% or less,
Mo: 1.000% or less,
Bi: 0.010% or less,
Sn: 0.10% or less,
Sb: 0.10% or less,
Cr: 0.30% or less,
Ca: 0.020% or less,
Mg: 0.020% or less,
La: 0.020% or less,
Ce: 0.020% or less,
Since these optional elements may be contained according to known purposes, there is no need to set a lower limit for the content of the optional element, and the lower limit may be 0%.

Mnは、固溶による高強度化や電気抵抗を高め鉄損を改善する元素としても有効であり、本実施形態でも公知技術に準じた使用が可能である。また、加工硬化能を高め、時効熱処理前に実施する加工による転位密度を効果的に増加させる効果もある。高強度化の観点では、微細金属間化合物を活用する本発明では特に必要としない。0%でも構わないが、鉄鉱石を原料とする工業的製法では、0.01%程度は不可避的に含有される。 Mn is also effective as an element that enhances strength by solid solution and improves iron loss by increasing electrical resistance, and can be used according to known techniques in this embodiment as well. In addition, it also has the effect of increasing the work hardening ability and effectively increasing the dislocation density due to the working performed before the aging heat treatment. From the viewpoint of increasing the strength, it is not particularly required in the present invention that utilizes fine intermetallic compounds. It may be 0%, but about 0.01% is unavoidably contained in an industrial production method using iron ore as a raw material.

Pは固溶体強化により抗張力を高める効果の著しい元素であるが、この目的ではあえて添加する必要はない。0%であっても構わない。一方、添加により加工硬化能を高め、時効熱処理前に実施する加工による転位密度を効果的に増加させる効果もある。0.3%を超えると脆化が激しく、工業的規模での熱延、冷延等の処理が困難になるため、上限を0.300%とすることが好ましく、さらに好ましくは0.100%以下である。 P is an element that has a remarkable effect of increasing the tensile strength by solid solution strengthening, but it is not necessary to add it for this purpose. It may be 0%. On the other hand, addition of Ni also has the effect of increasing the work hardening ability and effectively increasing the dislocation density due to the working performed before the aging heat treatment. If it exceeds 0.3%, embrittlement becomes severe, and processing such as hot rolling and cold rolling on an industrial scale becomes difficult, so the upper limit is preferably 0.300%, more preferably 0.100%. It is below.

B、Nb、Moは、添加することで本発明鋼の鋳造性や熱間加工性を改善する元素である。本発明鋼は比較的多量のCuを必須元素として含有するため、連続鋳造や熱間加工の高温域において割れを生じやすい。B、Nb、Moを添加することでこの割れを抑制することが可能となる。 B, Nb, and Mo are elements that, when added, improve the castability and hot workability of the steel of the present invention. Since the steel of the present invention contains a relatively large amount of Cu as an essential element, cracks are likely to occur in the high temperature range of continuous casting and hot working. By adding B, Nb, and Mo, it is possible to suppress this cracking.

Bi、Sn、Sbは、添加することで本発明鋼の結晶方位を改善し、特に磁束密度を高めることが可能となる。 By adding Bi, Sn, and Sb, it is possible to improve the crystal orientation of the steel of the present invention, and particularly to increase the magnetic flux density.

Crは、固溶による高強度化や電気抵抗を高め鉄損を改善する元素としても有効であり、本実施形態でも公知技術に準じた使用が可能である。また、耐食性や高周波磁気特性を改善する元素としても知られている。0%でも構わないが、原料コストやリサイクルの観点からスクラップを使用する工業的製法では、0.01%程度は不可避的に含有され、スクラップ起因の含有量が0.10%を超えることもある。 Cr is also effective as an element for increasing strength through solid solution and improving electrical resistance and improving iron loss, and can be used according to known techniques in this embodiment as well. It is also known as an element that improves corrosion resistance and high-frequency magnetic properties. 0% is acceptable, but in industrial production methods that use scrap from the viewpoint of raw material cost and recycling, about 0.01% is unavoidably contained, and the content due to scrap may exceed 0.10%. .

Ca、Mg、La、Ceは、強力な硫化物形成元素であり、S含有量を完全なゼロとできない低コスト実用プロセスにおいて添加することで、硫化物を粗大化し微細な硫化物による悪影響を抑制して、特に鉄損の不用意な上昇を回避することを可能とする。 Ca, Mg, La, and Ce are strong sulfide-forming elements, and by adding them in a low-cost practical process where the S content cannot be completely zero, the sulfide coarsens and the adverse effects of fine sulfides are suppressed. As a result, it is possible to avoid an unexpected increase in iron loss.

なお、任意元素とは、上記に例示した元素に限らず、含有されても本発明の効果を損わない元素を意味する。本発明において記述されていない効果を付与する目的で添加される場合であっても、本発明においては、その元素が含有されても本発明の効果が失われないのであれば、本発明における任意元素と判断する。任意元素の合計含有量の上限の目途としては、8%程度が挙げられる。 The arbitrary element is not limited to the elements exemplified above, and means an element that does not impair the effect of the present invention even if it is contained. Even if it is added for the purpose of imparting an effect not described in the present invention, in the present invention, if the effect of the present invention is not lost even if the element is contained, the optional element in the present invention Judged as an element. The upper limit of the total content of arbitrary elements is about 8%.

本発明の無方向性電磁鋼板は、必須成分として、Cu、Si、AlまたはNiを含有し、さらに、任意元素を必要に応じて含有し、残部は、Feおよび不純物からなる。不純物として次のような元素が例示される。 The non-oriented electrical steel sheet of the present invention contains Cu, Si, Al or Ni as essential components, further contains optional elements as necessary, and the balance consists of Fe and impurities. The following elements are exemplified as impurities.

Cは磁気特性を劣化させる場合があるので0.0400%以下とすることが好ましい。一方、加工硬化能を高め、時効熱処理前に実施する加工による転位密度を効果的に増加させる効果もある。製造コストの観点からは溶鋼段階で脱ガス設備によりC量を低減しておくことが有利で、0.0030%以下とすれば磁気時効抑制の効果が著しく、高強度化の主たる手段として炭化物等の非金属析出物を用いない本発明においては0.0020%以下とすることがさらに好ましく、0.0015%以下がさらに好ましい。0%であっても構わない。 Since C may degrade the magnetic properties, it is preferably 0.0400% or less. On the other hand, it also has the effect of increasing the work hardening ability and effectively increasing the dislocation density due to the working performed before the aging heat treatment. From the viewpoint of manufacturing cost, it is advantageous to reduce the amount of C by degassing equipment at the molten steel stage. In the present invention which does not use the non-metal precipitates, it is more preferably 0.0020% or less, more preferably 0.0015% or less. It may be 0%.

NはCと同様に磁気特性を劣化させるので0.0400%以下とすることが好ましい。含有により加工硬化能を高め、時効熱処理前に実施する加工による転位密度を効果的に増加させる効果もある。特に本発明ではAlとの強い窒化物の生成を避けるためNは低い方が好ましく、0.0027%以下とすれば磁気時効や微細な窒化物形成による特性劣化の抑制効果は顕著で、さらに好ましくは0.0022%、さらに好ましくは0.0015%以下、0%であっても構わない。 Since N, like C, degrades the magnetic properties, it is preferably 0.0400% or less. The inclusion of Ni also has the effect of increasing the work hardening ability and effectively increasing the dislocation density due to the working performed before the aging heat treatment. In particular, in the present invention, a low N content is preferable in order to avoid the formation of strong nitrides with Al, and if it is 0.0027% or less, the effect of suppressing characteristic deterioration due to magnetic aging and the formation of fine nitrides is remarkable, and it is more preferable. is 0.0022%, more preferably 0.0015% or less, and may be 0%.

SおよびSeは硫化物を形成し磁気特性、特に鉄損を劣化させる場合があるので、Sの含有量はできるだけ低いことが好ましく0%であっても構わない。本発明では0.020%以下が好ましく、さらに好ましくは0.0040%以下、さらに好ましくは0.0020%以下、さらに好ましくは0.0010%以下である。 Since S and Se form sulfides and sometimes degrade magnetic properties, particularly iron loss, the S content is preferably as low as possible, and may even be 0%. In the present invention, the content is preferably 0.020% or less, more preferably 0.0040% or less, still more preferably 0.0020% or less, still more preferably 0.0010% or less.

Tiは硫化物、炭化物を形成し磁気特性、特に鉄損を劣化させる場合があるので、含有量はできるだけ低いことが好ましく0%であっても構わない。本発明では0.015%以下が好ましく、さらに好ましくは0.0020%以下、さらに好ましくは0.0010%以下、さらに好ましくは0.0008%以下である。 Ti forms sulfides and carbides and may degrade magnetic properties, particularly core loss. In the present invention, the content is preferably 0.015% or less, more preferably 0.0020% or less, still more preferably 0.0010% or less, still more preferably 0.0008% or less.

なお、不純物とは、上記に例示した任意元素に限らず、含有されても本発明の効果を損なわない元素を意味する。意図的に添加する場合に限らず、鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境等から不可避的に混入する元素も含む。不純物の合計含有量の上限の目途としては、5%程度が挙げられる。 The impurities are not limited to the arbitrary elements exemplified above, and mean elements that do not impair the effects of the present invention even if they are contained. It is not limited to the case of being added intentionally, but includes elements that are unavoidably mixed from ore, scrap, or manufacturing environment as raw materials when steel sheets are manufactured industrially. The target upper limit of the total content of impurities is about 5%.

本発明に係る無方向性電磁鋼板の化学成分は、鋼の一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、無方向性電磁鋼板の化学成分は、ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)を用いて測定すればよい。具体的には、無方向性電磁鋼板から採取した35mm角の試験片を、島津製作所製ICPS-8100等(測定装置)により、予め作成した検量線に基づいた条件で測定することにより、化学組成が特定される。なお、CおよびSは燃焼-赤外線吸収法を用いて測定し、Nは不活性ガス融解-熱伝導度法を用いて測定すればよい。 The chemical composition of the non-oriented electrical steel sheet according to the present invention may be measured by a general analysis method for steel. For example, the chemical composition of a non-oriented electrical steel sheet may be measured using ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry). Specifically, a 35 mm square test piece taken from a non-oriented electrical steel sheet is measured using a Shimadzu ICPS-8100 or the like (measuring device) under conditions based on a pre-created calibration curve. is identified. C and S may be measured using a combustion-infrared absorption method, and N may be measured using an inert gas fusion-thermal conductivity method.

本発明では特に規定しないが、本発明に係る無方向性電磁鋼板の表面に、一般的に無方向性電磁鋼板に設けられる被膜を、形成してもよい。これらは、例えば、絶縁被膜などと呼ばれる。 Although not specified in the present invention, a coating generally provided on non-oriented electrical steel sheets may be formed on the surface of the non-oriented electrical steel sheet according to the present invention. These are called, for example, insulating coatings.

ただし、この被膜は、本発明に係る無方向性電磁鋼板の必須の要素ではない。本発明で規定すべき無方向性電磁鋼板の上記の化学組成は、その基材となる鋼板の組成であり、被膜を有する無方向性電磁鋼板においては表面の被膜を研削等により除去した後に測定するものとする。 However, this coating is not an essential element of the non-oriented electrical steel sheet according to the present invention. The above chemical composition of the non-oriented electrical steel sheet to be specified in the present invention is the composition of the steel sheet that serves as the base material. It shall be.

(Cu粒子)
本発明の無方向性電磁鋼板は、金属組織がフェライト多結晶であり、フェライト結晶中にCu粒子を含有している。そして、Cu粒子の平均粒子径が0.5~100nm、個数密度が80~1000個/μmであり、Cu粒子について式(1)を満足することを特徴とする。
Nx/Nt≧0.1 ・・・・・式(1)
ここで、
Nx:観察対象となる全Cu粒子のうち、表面の少なくとも一部にNi、Alの一種または二種が濃化しているCu粒子の個数
Nt:観察対象となる全Cu粒子の個数
(Cu particles)
The non-oriented electrical steel sheet of the present invention has a ferrite polycrystalline metal structure and contains Cu particles in the ferrite crystals. The Cu particles have an average particle diameter of 0.5 to 100 nm and a number density of 80 to 1000/μm 3 , and the Cu particles satisfy the formula (1).
Nx/Nt≧0.1 Expression (1)
here,
Nx: Among all Cu particles to be observed, the number of Cu particles in which one or both of Ni and Al are concentrated on at least a part of the surface Nt: The number of all Cu particles to be observed

一般的に、析出物による高強度化に有効な要素として、析出物の粒子径と個数密度が知られている。本発明で活用するCu粒子の平均粒子径については、0.5nm未満では観察が難しい上、強度を発揮するのに十分な大きさではなく、一方で、添加量に制限がある状況で100nm以上になると個数密度が低下してしまうため強度上昇効果が低下する。個数密度については、80個/μm未満では強度上昇効果が低下し、一方で、1000個/μmを超えると打ち抜き性が低下する。 In general, the particle size and number density of precipitates are known as effective factors for increasing strength by precipitates. Regarding the average particle size of the Cu particles used in the present invention, if it is less than 0.5 nm, it is difficult to observe, and it is not large enough to exhibit strength. If it becomes, the number density will decrease, so the strength increasing effect will decrease. As for the number density, if it is less than 80 pieces/μm 3 , the effect of increasing the strength is lowered, while if it exceeds 1000 pieces/μm 3 , the punchability is lowered.

本発明の特徴は、上記のように高強度化作用を有するCu粒子の表面の少なくとも一部にNiおよびAlが濃化していることにある。つまり、Cu粒子について式(1)を満足することを特徴とする。 A feature of the present invention is that Ni and Al are concentrated on at least a part of the surface of the Cu particles having the effect of increasing the strength as described above. That is, the Cu particles are characterized by satisfying the formula (1).

従来のCu粒子を活用した高強度電磁鋼板では、Cu粒子はその表面にNiおよびAlが濃化しておらず、式(1)を満足しない。本発明鋼板では、式(1)を満足することで、強度と打ち抜き性のバランスが向上する。すなわち、同じ鋼板強度であれば、優れた打ち抜き性を示す。さらに、同じ鋼板強度であれば、磁束密度が高くなるという効果を得ることが可能となる。 In a conventional high-strength electrical steel sheet utilizing Cu particles, Ni and Al are not concentrated on the surfaces of the Cu particles, and the formula (1) is not satisfied. In the steel sheet of the present invention, the balance between strength and punchability is improved by satisfying the formula (1). That is, if the steel plate strength is the same, excellent punchability is exhibited. Furthermore, if the steel plate strength is the same, it is possible to obtain the effect of increasing the magnetic flux density.

式(1)左辺の比は、好ましくは0.1以上、さらに好ましくは、0.5以上である。もちろん全てのCu粒子について、その表面の少なくとも一部にNiおよびAlが濃化している状況、すなわち、Nx=Ntであり、Nx/Nt=1であることが好ましいことは言うまでもない。 The ratio on the left side of formula (1) is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more. Needless to say, all Cu particles preferably have Ni and Al concentrated on at least part of their surfaces, ie, Nx=Nt and Nx/Nt=1.

本発明において、Ni、Alの濃化が検出されるCu粒子の比率(Nx/Nt)がわずか0.1(10個に1個)程度で効果が表れることは少々奇異なところもあるが、これは濃化の検出限界によるものと考えている。すなわち、本発明で適用する検出方法で濃化が検出されていなくても、濃化が全く起きていない(濃化量=ゼロ)ということではなく、発明効果に寄与するには十分な量の濃化が起きているものと考えられる。ただしそのレベルでの濃化は、発明効果が表れる濃化量自体が小さいことが理由の一つとも考えられるが、さらに測定対象となる析出物(濃化領域)自体が小さいこともあり、本発明で用いる検出方法では検知できない。結果として、本発明の検出方法においてCu粒子の10個に1個の割合で濃化が検出されれば、濃化が検出できない濃化粒子も含めたトータルで発明効果が発揮されるものと考えられる。 In the present invention, it is somewhat strange that the effect appears when the ratio (Nx/Nt) of Cu particles in which the enrichment of Ni and Al is detected is only about 0.1 (1 in 10). This is thought to be due to the detection limit of enrichment. That is, even if no enrichment is detected by the detection method applied in the present invention, it does not mean that enrichment has not occurred at all (enrichment amount = zero), but a sufficient amount to contribute to the inventive effect. It is thought that concentration is occurring. However, one of the reasons for the enrichment at that level is that the amount of enrichment itself that shows the effect of the invention is small. It cannot be detected by the detection method used in the invention. As a result, if the concentration is detected in 1 out of 10 Cu particles in the detection method of the present invention, it is considered that the present invention effect will be exhibited in total including the concentrated particles in which the concentration cannot be detected. be done.

Cu粒子の表面にNiおよびAlが濃化することで強度と打ち抜き性のバランスが向上するメカニズムは定かではないが、以下のように考えられる。
Cu粒子を構成するCu相は鋼板の母相であるFe相より柔らかいため、鋼板の変形に伴いFe相中を移動する転位により容易に変形する。これはいわゆる析出物の「カッティング」と呼ばれる現象が起きやすいということである。このため、単純なCu粒子(表面にNiおよびAlが濃化していないCu粒子)では、析出物粒子による析出強化の効果を効率的に発揮している状況とは言えない。そして、このCu粒子の表面にNiおよびAlが濃化すると、「カッティング」が起きにくくなっていると考えられる。純金属としては特にAlはそれほど固い物質ではないが、Cu相の周囲に濃化し、純金属相としても結晶格子の歪を生じることに加え、その一部がCuやFe、または同じ領域で濃化するNiと合金化することや金属間化合物を形成することで、析出物のカッティングを困難にしていると考えられる。
Although the mechanism by which the concentration of Ni and Al on the surface of Cu particles improves the balance between strength and punchability is not clear, it is considered as follows.
Since the Cu phase that constitutes the Cu particles is softer than the Fe phase that is the parent phase of the steel sheet, the Cu particles are easily deformed by dislocations that move in the Fe phase as the steel sheet is deformed. This means that a phenomenon called so-called "cutting" of precipitates tends to occur. For this reason, it cannot be said that simple Cu particles (Cu particles whose surfaces are not enriched with Ni and Al) are in a situation where the effect of precipitation strengthening by the precipitate particles is efficiently exhibited. It is believed that when Ni and Al are concentrated on the surface of the Cu particles, "cutting" is less likely to occur. As a pure metal, Al in particular is not a very hard substance, but it concentrates around the Cu phase, and in addition to causing distortion in the crystal lattice even as a pure metal phase, part of it concentrates in Cu, Fe, or the same region. It is considered that the precipitation is made difficult to cut by alloying with Ni and forming an intermetallic compound.

析出物自体が固くなる(カッティングされにくくなる)ことにより、相対的に少ない析出物でも鋼材の強度は効率的に上昇することになる。同じ鋼材強度であれば、析出物が少ないため、析出物による打ち抜き性への悪影響を小さく抑えることが可能となる。 Since the precipitates themselves become hard (hard to be cut), the strength of the steel material is efficiently increased even with a relatively small amount of precipitates. If the strength of the steel material is the same, the amount of precipitates is small, so it is possible to suppress the adverse effect of precipitates on punchability.

また、本発明のようにCu粒子とNiおよびAlが複合化することにより、析出物が微細に分散されるという作用も考えられる。すなわちCu粒子が析出を開始し成長する過程でNiおよびAlがその表面に濃化するため、Cu粒子の成長が阻害され、結果として表面にNiおよびAlが濃化したCu粒子は、濃化していないCu粒子よりも微細なものとなる。これが鋼材の高強度化に効率的に作用する。 In addition, it is conceivable that the composite of Cu particles and Ni and Al as in the present invention may have the effect of finely dispersing the precipitates. That is, since Ni and Al are concentrated on the surface of the Cu particles in the process of starting to precipitate and growing, the growth of the Cu particles is inhibited. It is finer than Cu particles without This effectively acts to increase the strength of the steel material.

本明細書では主としてCu粒子の形態の特徴を打ち抜き性との関連で記述しているが、磁気特性との関連も示唆される。すなわちCu析出物は基本的には母相であるFe相のような強磁性体ではないため、鋼板の磁気特性、特に磁束密度を少なからず低下させる要因ともなっている。本発明鋼板では同じ鋼材強度であれば、析出物量を少なくできるため磁束密度の低下を抑制するというメリットも得ることが可能となる。 Although the Cu grain morphology characteristics are primarily described herein in relation to punchability, a relation to magnetic properties is also suggested. That is, Cu precipitates are basically not a ferromagnetic material like the Fe phase, which is the parent phase, and thus they are a factor in considerably lowering the magnetic properties of the steel sheet, particularly the magnetic flux density. With the steel sheet of the present invention, if the steel material strength is the same, the amount of precipitates can be reduced, so it is possible to obtain the advantage of suppressing the decrease in magnetic flux density.

本発明鋼板では、表面の少なくとも一部にNiおよびAlが濃化しているCu粒子について、3DAPFIMによる観察において、面積SCと面積SAが式(2)を満足することを特徴とする。
SA/SC>0.01 ・・・ 式(2)
SC:「Fe濃度≦90%、かつCu濃度≧NiおよびAlの合計濃度」を満足する領域の面積
SA:「Fe濃度≦90%、かつCu濃度<NiおよびAlの合計濃度」を満足する領域の面積
The steel sheet of the present invention is characterized in that, in observation by 3DAPFIM, the area SC and the area SA of Cu particles having concentrated Ni and Al on at least part of the surface satisfy the formula (2).
SA/SC>0.01 Expression (2)
SC: Area of a region that satisfies "Fe concentration ≤ 90% and Cu concentration ≥ total concentration of Ni and Al" SA: Area that satisfies "Fe concentration ≤ 90% and Cu concentration < total concentration of Ni and Al" area of

上記比(SA/SC)が0.01以下では、前述の析出物を固くする効果を十分に得ることができない。好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.5以上である。上限は特に限定しないが、SAがSCより顕著に大きくなると、本発明のメカニズムと考えている「粒子の複合化」の効果が作用しにくくなるため、上記比は、3以下とすることが好ましい。さらに好ましくは2以下である。さらに、SA=SCとなる状況がCu粒子の面積とNiおよびAlが濃化している領域の面積が同じになる状況であり、本発明のメカニズムと考えている「粒子の複合化」の効果を最も効率的に得られる状況になると考えられるため、式(2)の左辺の比は、1程度とすることが好ましいことは言うまでもない。 If the ratio (SA/SC) is 0.01 or less, the effect of hardening the precipitate cannot be obtained sufficiently. It is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more. Although the upper limit is not particularly limited, when SA is significantly larger than SC, the effect of "compositing particles" considered as the mechanism of the present invention becomes difficult to act, so the above ratio is preferably 3 or less. . More preferably, it is 2 or less. Furthermore, when SA=SC, the area of the Cu particles and the area of the Ni and Al-enriched regions are the same. Needless to say, it is preferable to set the ratio on the left side of Equation (2) to about 1, since this is considered to be the most efficient situation.

Cu粒子の平均粒子径、個数密度、NiおよびAlの濃化、さらにCu、Ni、およびAlに関する面積の測定は次のようにして行う。 The average particle size of Cu particles, the number density, the concentration of Ni and Al, and the area of Cu, Ni, and Al are measured as follows.

まず、全Cu粒子の平均粒子径と個数密度について説明する。測定対象の鋼板から、板面方向に平行に切断した切断面(以下「Z断面」とも称する)を有する試料を採取し、Z断面に平行な薄膜試料を作成する。 First, the average particle diameter and number density of all Cu particles will be described. A sample having a cut surface (hereinafter also referred to as “Z cross section”) cut parallel to the plate surface direction is taken from the steel plate to be measured, and a thin film sample parallel to the Z cross section is prepared.

次に、透過型顕微鏡(TEM)により、上記Z断面にて5μm×5μmの領域を10000~500000倍率の明視野で観察する。Cu粒子の識別は、TEMの回折パターンなど公知の手法を用いれば良い。観察領域内のCu粒子の個数および円相当径から、個数密度および平均粒子径を算出する。なお、本発明鋼板のCu粒子は、表面にNiおよびAlが濃化したものが少なからず存在する。つまり、NiおよびAlの濃化領域が存在することで粒子そのものが大きくなっているが、Cu粒子の平均粒子径については、Cu相(Cuを主体とすると考えられる領域)の大きさでなく、NiおよびAlを高濃度で含有するとする領域(純金属相、合金相または金属間化合物相など)を含めた大きさとして計測するものとする。言い換えると、上記明視野像において、バルクであるFe相とは電子線回折に相当程度の違いがある暗部として観察される。そして、その違いがCuの濃化によるものか、NiまたはAlの濃化によるものかについては区別しない。もちろん、表面にNiおよびAlが濃化していないCu粒子については、Cu相の大きさが粒子径となる。なお、1つの粒子の粒子径は、観察視野における粒子の面積を円相当に換算した際の径である。 Next, a region of 5 μm×5 μm in the Z cross section is observed in a bright field at a magnification of 10,000 to 500,000 using a transmission microscope (TEM). Cu particles may be identified using a known method such as TEM diffraction pattern. The number density and average particle size are calculated from the number of Cu particles in the observation area and the equivalent circle diameter. It should be noted that not a few Cu particles of the steel sheet of the present invention have Ni and Al concentrated on the surface. In other words, the particles themselves are large due to the presence of the Ni and Al concentrated regions, but the average particle size of the Cu particles is not the size of the Cu phase (the region considered to be mainly composed of Cu), It shall be measured as a size including a region (pure metal phase, alloy phase, intermetallic compound phase, etc.) that contains Ni and Al at a high concentration. In other words, in the above bright-field image, it is observed as a dark area having a considerable difference in electron beam diffraction from the bulk Fe phase. No distinction is made as to whether the difference is due to the enrichment of Cu or the enrichment of Ni or Al. Of course, for Cu particles on the surface of which Ni and Al are not concentrated, the size of the Cu phase is the particle diameter. The particle diameter of one particle is the diameter when the area of the particle in the observation field is converted into a circle.

次に、NiおよびAlの濃化に関する定量値の測定について説明する。 Next, measurement of quantitative values relating to the enrichment of Ni and Al will be described.

FE-TEM法
Ni、Alの濃化については上記と同様に作成したTEM観察試料において、電子ビーム径を0.1nmとしたFE-TEMによるEDSを実施して判定する。まず、Cu粒子が存在しない母相(Fe相)について、Ni、Alについての反射強度を得る。測定は少なくとも10箇所で実施し、各元素毎の平均値をNi、Alの反射強度とする。この反射強度をそれぞれPmNi、PmAlとする。
さらに、Cu粒子についても同様の測定を行う。観察しているCu粒子の中央部に電子ビームを照射し、Ni、Alについての反射強度を得る。この反射強度をそれぞれPaNi、PaAlとする。
そして、PaAl/PmAl≧1.5 または PaNi/PmNi≧1.5を満たすCu粒子を、「表面の少なくとも一部にNi、Alの一種または二種が濃化しているCu粒子」とする。この測定を少なくとも100個のCu粒子について行い、Nx/Ntを求める。
FE-TEM Method Concentration of Ni and Al is determined by performing EDS by FE-TEM with an electron beam diameter of 0.1 nm on a TEM observation sample prepared in the same manner as above. First, reflection intensities for Ni and Al are obtained for a matrix phase (Fe phase) in which Cu particles do not exist. The measurement is carried out at at least 10 points, and the average value for each element is taken as the reflection intensity of Ni and Al. These reflection intensities are defined as PmNi and PmAl, respectively.
Furthermore, similar measurements are performed for Cu particles. An electron beam is irradiated to the central portion of the observed Cu particles to obtain reflection intensities for Ni and Al. These reflection intensities are assumed to be PaNi and PaAl, respectively.
Cu particles satisfying PaAl/PmAl≧1.5 or PaNi/PmNi≧1.5 are defined as “Cu particles having one or both of Ni and Al concentrated on at least part of the surface”. This measurement is performed on at least 100 Cu particles to obtain Nx/Nt.

3DAPFIM法
Ni、Alの濃化については三次元アトムプローブ電解イオン顕微鏡(3 dimensional atom probe field ion microscope:3DAPFIM/参考文献:例えば、ふぇらむ,4,474(1999))を用いる。
3DAPFIMでの観察は、針状試料で行われ、針状試料の先端部での原子情報を得ることができる。この先端部領域の大きさは一般的には100nm程度以下である。本発明の測定においては、先端部に少なくとも1つのCu粒子を有する針状試料を作成する。この試料中の少なくとも1つのCu粒子、およびその周囲のFe、Cu、NiおよびAl原子の存在状態を決定し、三次元アトムプローブのデータを得る。そして1つのCu粒子およびその周囲空間について、Cu粒子の断面積が最大となる平面から2nm以内の距離にある原子を該平面上に投影した二次元の濃度分布図を作成する。この分布図上で、「Fe濃度≦90%、かつCu濃度≧NiおよびAlの合計濃度」を満足する領域の面積をSC、「Fe濃度≦90%、かつCu濃度<NiおよびAlの合計濃度」を満足する領域の面積をSAとする。SAがゼロでなければ、表面の少なくとも一部にNiおよび/またはAlが濃化しているCu粒子とみなす。これを少なくとも100個のCu粒子について実施し、観察したCu粒子のうち、表面の少なくとも一部にNiおよびAlが濃化しているCu粒子の個数Nxを得る。さらに、上記SCおよびSAの値からSA/SCを求める。
3DAPFIM method For concentration of Ni and Al, a three-dimensional atom probe field ion microscope (3DAPFIM/Reference: For example, Ferrum, 4, 474 (1999)) is used.
Observation with 3DAPFIM is performed on a needle-shaped sample, and atomic information at the tip of the needle-shaped sample can be obtained. The size of this tip region is generally about 100 nm or less. In the measurement of the present invention, a needle-shaped sample is prepared with at least one Cu particle at the tip. The state of existence of at least one Cu particle in the sample and the surrounding Fe, Cu, Ni and Al atoms is determined to obtain three-dimensional atom probe data. Then, for one Cu particle and its surrounding space, a two-dimensional concentration distribution map is created by projecting atoms within 2 nm from a plane having the maximum cross-sectional area of the Cu particle onto the plane. On this distribution map, the area of the region satisfying "Fe concentration ≤ 90% and Cu concentration ≥ Ni and Al total concentration" is SC, and "Fe concentration ≤ 90% and Cu concentration < total concentration of Ni and Al Let SA be the area of the region that satisfies . If the SA is not zero, the Cu particles are considered to be Ni and/or Al-enriched on at least part of the surface. This is performed for at least 100 Cu particles, and the number Nx of Cu particles having Ni and Al condensed on at least part of the surface is obtained among the observed Cu particles. Furthermore, SA/SC is obtained from the SC and SA values.

ここで、本発明で使用している「濃化」という表現について説明しておく。
本発明で観察される組織は、Fe相の中に分散して析出する微細なCu粒子の表面にNiまたはAlの濃度がFe相中のNiまたはAlの濃度よりも有意に高い領域が存在するものである。本発明はこの状況を単純に「濃化」という表現を用いて規定する。このような状況は、例えばCu表面へ上記元素が「濃化」し、純金属相または合金相を形成した形態であったり、上記元素を含有する何らかの化合物がCu粒子と「複合析出」したような形態が考えられる。または、NiまたはAlの濃化領域を核としてこれにCu粒子が析出したような形態が考えられる。複合析出する可能性がある化合物としては、例えばAlについては鋼板中の化合物としてよく知られる窒化物や酸化物が挙げられる。ただし本発明の「濃化」の原因となる物質はこれに限らず、Niを含有するものも含め、炭化物や硫化物、さらには金属化合物などの形態も考えられる。現時点では「濃化」の原因が、純粋な金属元素の「偏析」なのか、何らかの化合物の「複合析出」なのかは判明しておらず、これも考慮して、本発明では上位概念である「濃化」という表現をあえて用いており、これは上記測定法により規定されるものである。
Here, the expression "thickening" used in the present invention will be explained.
The structure observed in the present invention has a region where the concentration of Ni or Al is significantly higher than the concentration of Ni or Al in the Fe phase on the surface of fine Cu particles dispersed and precipitated in the Fe phase. It is. The present invention defines this situation simply using the expression "thickening". Such a situation is, for example, a form in which the above element is "concentrated" on the Cu surface to form a pure metal phase or an alloy phase, or a compound containing the above element is "composite precipitated" with Cu particles. form is conceivable. Alternatively, it is conceivable that Cu grains are precipitated on the Ni or Al concentrated region as a nucleus. Compounds that may form composite precipitation include, for example, nitrides and oxides of Al that are well known as compounds in steel sheets. However, the substance causing the "concentration" of the present invention is not limited to this, and may be in the form of carbides, sulfides, metal compounds, etc., including those containing Ni. At present, it is not clear whether the cause of "concentration" is "segregation" of pure metal elements or "composite precipitation" of some kind of compound. The expression "thickening" is deliberately used, and this is defined by the measurement method described above.

また、「(Cu粒子の)表面」という表現についても、説明しておく。
本発明におけるこの表現は、Ni、Al原子がCu原子に接していることを限定するものではない。つまり、上述のように「濃化」についての微細構造や形成過程の解明ができておらず、例えばCu粒子の表面がNi、Al(およびFe)ではない別の元素で覆われ、その「表面」、つまり厳密にはCu粒子の表面でない面にNi、Al原子が存在している可能性を否定できない。本発明における上記「表面」は、一般的な解析技術を用いて観察した限りにおいて、Cu粒子を形成するCuを主体とする領域から鋼板の母相であるFe相に至る狭い空間に、Ni、Alが「濃化」した領域が存在していることを意図するものであり、Cuを主体とした領域とNiおよびAlを主体とする領域が空間的に隣接して観察される状況を表現するものである。そして、この状況は上記測定法により規定されるものである。
微細構造および形成過程の実態については、今後の解析技術の発達も含めて解明されることが期待される。
Also, the expression “surface (of Cu particles)” will be explained.
This expression in the present invention does not limit Ni and Al atoms being in contact with Cu atoms. In other words, as described above, the microstructure and formation process of "concentration" have not been clarified. For example, the surface of Cu particles is covered with another element other than Ni, Al (and Fe), and the "surface '', that is, strictly speaking, the possibility that Ni and Al atoms are present on surfaces other than the surfaces of the Cu particles cannot be denied. As far as the above-mentioned "surface" in the present invention is observed using a general analysis technique, Ni, Ni, It is intended that a region where Al is "enriched" exists, and expresses a situation in which a region mainly composed of Cu and a region mainly composed of Ni and Al are observed to be spatially adjacent to each other. It is. This situation is defined by the measurement method described above.
It is expected that the fine structure and the actual state of the formation process will be elucidated, including the development of analysis technology in the future.

本発明の無方向性電磁鋼板は、例えば永久磁石内蔵モータ(IPMモータ)のロータコア鉄心に好適に用いられる。近年、ハイブリッド電気自動車(HEV)や電気自動車(EV)に使用される駆動モータの高速回転化が著しくなっているが、高速回転時には、永久磁石が埋め込まれるブリッジ部に強い遠心力が作用する。本発明の無方向性電磁鋼板は、磁束密度B50が1.6T以上といった磁性特性を有することに加え、引張強さTSが600MPa以上の高強度であることにより、そのような遠心力に耐えられるようになる。なお、本発明の無方向性電磁鋼板の用途は、ロータコアに限られず、例えば、ステータ(固定子)などの鉄心にも用いることが可能である。 The non-oriented electrical steel sheet of the present invention is suitably used, for example, for rotor cores of motors with built-in permanent magnets (IPM motors). In recent years, drive motors used in hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs) have been remarkably rotating at high speeds. At high speeds, strong centrifugal force acts on bridges in which permanent magnets are embedded. The non-oriented electrical steel sheet of the present invention has magnetic properties such as a magnetic flux density B50 of 1.6 T or more, and a tensile strength TS of 600 MPa or more, so that it can withstand such centrifugal force. will be available. The application of the non-oriented electrical steel sheet of the present invention is not limited to rotor cores, and can be used for iron cores such as stators, for example.

同一の鋼板をロータコア鉄心用部材とステータコア鉄心用部材として用いることは、略円環状に打ち抜かれるステータコア鉄心用部材の中央部の略円形領域をロータコア鉄心用部材の素材とできることから、鋼板歩留りの観点で有利であり、このような板取は「共取り」とも呼ばれ一般的なものである。 Using the same steel plate for the rotor core core member and the stator core core member allows the substantially circular region in the central portion of the stator core core member punched in a substantially annular shape to be used as the raw material for the rotor core core member. This kind of itadori is also known as ``co-dori'' and is common.

ただし、ステータコア鉄心用として鋼板から打ち抜かれた部材、または、それを積層して形成されるステータコア鉄心は、いわゆる歪取り焼鈍と称される熱処理を実施することが好ましい。ステータコア鉄心用素材については高強度は必要とされず、むしろ低鉄損が重要となるため、鉄損に悪影響を及ぼす打ち抜き歪を解放するとともに、本発明鋼板の特徴である特殊なCu粒子形態を維持できなくなるとしても、低鉄損に有利となる100μm以上の粒径となるよう追加の熱処理をすることが好適となる。 However, a member stamped from a steel plate for a stator core core or a stator core core formed by laminating members thereof is preferably subjected to a heat treatment called strain relief annealing. High strength is not required for the material for the stator core iron core, but rather low iron loss is important. Even if it cannot be maintained, it is preferable to perform additional heat treatment so that the grain size is 100 μm or more, which is advantageous for low iron loss.

これら、最終的に高強度が必要とされるロータコア鉄心用としても、最終的には高強度は特に必要とされないステータコア鉄心用としても、共取りを前提とすれば、鋼板の打ち抜き時には高強度の材料を打ち抜くことになり、本発明の打ち抜き性改善効果を十分に得ることに変わりはない。 For both rotor core cores that ultimately require high strength and stator core cores that do not require high strength in the end, high-strength steel plate punching is required on the premise of co-cutting. Since the material is punched out, the punchability improvement effect of the present invention is still obtained sufficiently.

(製造方法)
本発明の無方向性電磁鋼板は、前記成分を含む鋼を溶製し、連続鋳造で鋼スラブとし、ついで熱間圧延、冷間圧延および仕上げ焼鈍することによって製造することができる。例えば熱間圧延の製造条件については、スラブ加熱温度として1000~1250℃、仕上温度として800~1000℃、巻取り温度として400~850℃が挙げられる。この熱延板をさらに熱延板焼鈍として、900~1150℃で120秒以下の処理を施してもよい。その後、例えば冷延率80~95%の冷間圧延を施し、冷間圧延による加工組織を再結晶させるため、850~1100℃で120秒以下の仕上焼鈍を実施する。ここで挙げた条件は公知の標準的な条件である。本発明鋼板の製造において以上の標準的な条件を採用にするにあたり注意すべき点は冷間圧延前の最終的な熱履歴である。これも公知の事項に過ぎないが、冷間圧延前の最終的な熱履歴で微細なCu粒子が相当量形成されてしまうと冷間圧延前の鋼板が硬くなる。これは単純に冷間圧延性を低下させ、圧延荷重の増大、鋼板形状精度の低下、圧延中の鋼板の破断などを招く。よって、冷間圧延前の最終的な熱処理ではCu粒子の形成温度域を短時間で通過させCu粒子が形成されないようにするか、Cu粒子の形成温度域で十分な時間保持してCu粒子を粗大化して硬質化を回避するような熱履歴とすべきである。具体的には450~650℃の滞留時間を20秒以下とすることが好ましい。
(Production method)
The non-oriented electrical steel sheet of the present invention can be produced by smelting steel containing the above components, continuously casting it into a steel slab, and then subjecting it to hot rolling, cold rolling and finish annealing. For example, manufacturing conditions for hot rolling include a slab heating temperature of 1000 to 1250°C, a finishing temperature of 800 to 1000°C, and a coiling temperature of 400 to 850°C. This hot-rolled sheet may be subjected to hot-rolled sheet annealing at 900 to 1150° C. for 120 seconds or less. Thereafter, cold rolling is performed at a cold rolling rate of 80 to 95%, for example, and finish annealing is performed at 850 to 1100° C. for 120 seconds or less in order to recrystallize the worked structure due to cold rolling. The conditions listed here are known standard conditions. In adopting the above standard conditions in the production of the steel sheet of the present invention, the point to be noted is the final heat history before cold rolling. Although this is also a well-known fact, if a considerable amount of fine Cu particles are formed in the final heat history before cold rolling, the steel sheet before cold rolling becomes hard. This simply deteriorates the cold-rollability, causing an increase in rolling load, a decrease in steel sheet shape accuracy, breakage of the steel sheet during rolling, and the like. Therefore, in the final heat treatment before cold rolling, the Cu particles are passed through the formation temperature range in a short time so that the Cu particles are not formed, or the Cu particles are formed by holding the Cu particles in the formation temperature range for a sufficient time. The heat history should be such as to avoid coarsening and hardening. Specifically, the residence time at 450 to 650° C. is preferably 20 seconds or less.

また、これらの工程に加え絶縁皮膜の形成や脱炭工程など行っても構わない。また鋳造については200mm程度の厚さのスラブを得る通常の工程ではなく、急冷凝固法による薄帯の製造や熱延工程を省略する薄スラブ法などの工程によって製造しても問題ない。 Moreover, in addition to these steps, an insulating film formation step and a decarburization step may be performed. As for the casting, instead of the normal process of obtaining a slab with a thickness of about 200 mm, there is no problem in manufacturing the thin strip by the rapid solidification process or by the thin slab process that omits the hot rolling process.

本発明で特徴的な特異な金属相を鋼板内に形成するには、鋼中のCu、NiおよびAlの固溶からCu粒子の析出およびCu粒子表面(Cu粒子と母相(Fe相)の界面)へのNiおよび/またはAlの濃化過程にかけて、以下のような熱履歴を経ることが効果的である。 In order to form the unique metal phase characteristic of the present invention in the steel sheet, the solid solution of Cu, Ni and Al in the steel causes the precipitation of Cu particles and the It is effective to undergo the following thermal history during the process of concentrating Ni and/or Al into the interface).

本発明鋼は、基本的には冷延後の鋼板を熱処理する過程でCu粒子を析出させるものであることから、該熱履歴の制御対象となるのは、冷延後の組織を再結晶させる仕上焼鈍工程での冷却過程、鋼板を打ち抜いたコア部材に対する歪取り焼鈍での冷却過程、Cu析出のみを目的とした特別な過時効処理、が考えられる。 Since the steel of the present invention basically precipitates Cu particles in the process of heat-treating the steel plate after cold rolling, the control target for the thermal history is to recrystallize the structure after cold rolling. A cooling process in the finish annealing process, a cooling process in strain relief annealing for a core member punched from a steel sheet, and a special overaging treatment for the purpose of Cu precipitation only are conceivable.

この熱履歴の特徴は、Cuが平衡状態として十分に固溶しうる温度域からの冷却を適切に制御することであり、(1)冷却を開始する温度、(2)冷却過程の比較的高温域での滞留時間、(3)冷却過程の比較的低温域での滞留時間、(4)冷却過程での応力、の4点がポイントとなる。以下、これらについて説明する。なお、以下では熱処理中の原子挙動を含めた現象(メカニズム)を含めて説明しているが、これについてはあくまでも現時点で妥当と考えている予想であり、完全に確立されたものでないことを断っておく。 The characteristic of this thermal history is to appropriately control the cooling from the temperature range where Cu can sufficiently dissolve as an equilibrium state, (1) the temperature at which cooling starts, (2) the relatively high temperature in the cooling process Four points are the retention time in the region, (3) the retention time in the relatively low temperature region during the cooling process, and (4) the stress during the cooling process. These will be described below. In addition, the following description includes phenomena (mechanisms) including atomic behavior during heat treatment, but this is just a prediction that is considered appropriate at the present time, and it should be noted that it is not completely established. Keep

まず、冷却を開始する温度である。この温度はCu、NiおよびAlが平衡状態として十分に固溶する温度であることが好ましい。本発明鋼の成分であれば、800℃以上となる。詳細は後述するが、本発明の特徴的なCu粒子表面へのNi、Alの濃化は、大きな過飽和状態で固溶させたCu、NiおよびAlを温度上昇過程で急速に析出および濃化させるのでなく、平衡状態で固溶したCu、NiおよびAlを温度下降過程で準平衡的に析出および濃化させることで形成しやすい。好ましくは850℃以上である。一方、この温度が高すぎると結晶組織が過度に粗大化して磁気特性が劣化する。このため、1100℃以下、さらには1050℃以下とすることが好ましい。 The first is the temperature at which cooling is initiated. This temperature is preferably a temperature at which Cu, Ni and Al are sufficiently dissolved in an equilibrium state. If it is the composition of the steel of the present invention, it will be 800° C. or higher. Although the details will be described later, the concentration of Ni and Al on the surface of the Cu particles, which is characteristic of the present invention, rapidly precipitates and concentrates Cu, Ni, and Al dissolved in a highly supersaturated state during the temperature rise process. Rather, Cu, Ni, and Al, which are dissolved in an equilibrium state, are precipitated and concentrated in a quasi-equilibrium manner during the temperature drop process. It is preferably 850° C. or higher. On the other hand, if this temperature is too high, the crystal structure will be excessively coarsened and the magnetic properties will deteriorate. Therefore, it is preferable to set the temperature to 1100° C. or lower, more preferably 1050° C. or lower.

次に、上記Cu固溶温度からの冷却過程である。この冷却過程ではFe相への溶解度が十分に高いとは言えないCuが、安定状態となるべく準平衡状態で析出を開始する。その際、比較的高温域ではNi、Alの拡散速度も十分に高いためCu粒子の析出と並行してNiおよび/またはAlがCu粒子とFe相の界面に濃化する。この濃化は基本的には上記Cu固溶温度からの冷却過程であれば少なからず発生するはずではあるが、発明効果を発現する程度に濃化を高めるためには、冷却サイクルを意図的に制御する必要がある。この理由は明確ではないが、Cu粒子の析出速度はもちろん、その析出間隔(析出核の発生密度)と関連するNi、Alの拡散距離、さらにその距離を適度に移動するNi、Alの拡散速度が特定の範囲内にある状況で現象を進行させる必要があるためと考えられる。本発明ではこの現象を冷却過程の温度域を3つに分けて制御する。 Next is the cooling process from the Cu solid solution temperature. In this cooling process, Cu, which cannot be said to have a sufficiently high solubility in the Fe phase, starts to precipitate in a quasi-equilibrium state to achieve a stable state. At this time, since the diffusion rate of Ni and Al is sufficiently high in a relatively high temperature range, Ni and/or Al are concentrated at the interfaces between the Cu particles and the Fe phase in parallel with the precipitation of the Cu particles. Basically, this concentration should occur not a little in the cooling process from the Cu solid solution temperature, but in order to increase the concentration to the extent that the invention effect is expressed, the cooling cycle is intentionally changed. need to control. Although the reason for this is not clear, the diffusion distance of Ni and Al related to the precipitation interval (the density of generation of precipitation nuclei) as well as the precipitation rate of Cu particles, and the diffusion speed of Ni and Al moving moderately over that distance This is thought to be due to the need for the phenomenon to proceed under conditions in which is within a specific range. In the present invention, this phenomenon is controlled by dividing the temperature range of the cooling process into three.

まずNi、Alが十分に拡散できる温度領域で相当程度のCu析出核となるべき状況を実現し、その周囲にNiおよび/またはAlを到達させる。この温度域は700~800℃の温度域に相当する。本発明ではこの温度域を「温度域A」と呼称することがあり、本発明での特徴的なCu粒子分布、特にNiおよび/またはAlが十分に濃化した特徴的なCu粒子を形成するには、冷却過程での温度域Aの平均冷却速度を20℃/s以下とすることが好ましい。さらに好ましくは12℃/s以下である。一方でCuの析出、Niおよび/またはAlの濃化を促進するにはある程度の冷却速度で冷却を継続するが必要がある。このため、温度域Aの平均冷却速度は5℃/s以上、好ましくは8℃/s以上とすべきである。 First, in a temperature range in which Ni and Al can sufficiently diffuse, a situation is realized in which a considerable amount of Cu precipitation nuclei should be formed, and Ni and/or Al are allowed to reach the periphery thereof. This temperature range corresponds to a temperature range of 700-800.degree. In the present invention, this temperature range may be referred to as "temperature range A", and the characteristic Cu particle distribution in the present invention, in particular, the characteristic Cu particles in which Ni and/or Al are sufficiently concentrated are formed. Therefore, it is preferable that the average cooling rate in the temperature region A during the cooling process is 20° C./s or less. More preferably, it is 12° C./s or less. On the other hand, it is necessary to continue cooling at a certain cooling rate in order to promote precipitation of Cu and concentration of Ni and/or Al. Therefore, the average cooling rate in the temperature zone A should be 5°C/s or higher, preferably 8°C/s or higher.

次に、Fe相結晶粒内でのCu粒子の析出ステージについて説明する。上記冷却過程で鋼板温度が700℃より低温になるとFe相結晶粒内にCu粒子が多量に析出するようになる。実用的な冷却速度であれば、低温域になるほど微細なCu粒子が高い数密度で析出するが、Cu粒子の数密度が過度に高くなると1つのCu粒子の表面でのNiおよび/またはAlの濃化量は低下してしまうため好ましくない。このため、本発明においては、中間温度で十分にCu析出を進行させることが好ましい。この温度域としては、550~700℃の温度域に相当する。本発明ではこの温度域を温度域Bと呼称することがあり、特にCu粒子の析出の数密度を制御するために有効な温度域である。前述のようにCu粒子の数密度が適正であれば、その表面に十分なNiおよび/またはAlを濃化させることが可能となる。このためには、温度域Bの平均冷却速度を15℃/s以下とすることが好ましい。さらに好ましくは10℃/s以下である。一方でCuの析出、Niおよび/またはAlの濃化を促進するにはある程度の冷却速度で冷却を継続するが必要がある。このため、温度域Bの平均冷却速度は3℃/s以上、好ましくは6℃/s以上とすべきである。 Next, the precipitation stage of Cu particles within the Fe phase crystal grains will be described. When the temperature of the steel sheet becomes lower than 700° C. during the cooling process, a large amount of Cu particles are precipitated in the Fe phase crystal grains. If it is a practical cooling rate, fine Cu particles are precipitated at a higher number density as the temperature decreases, but if the number density of Cu particles becomes excessively high, Ni and / or Al on the surface of one Cu particle This is not preferable because the amount of concentration decreases. Therefore, in the present invention, it is preferable to allow Cu precipitation to proceed sufficiently at an intermediate temperature. This temperature range corresponds to a temperature range of 550 to 700.degree. In the present invention, this temperature range may be referred to as temperature range B, and is a temperature range particularly effective for controlling the number density of precipitation of Cu particles. If the number density of Cu particles is appropriate as described above, it is possible to sufficiently concentrate Ni and/or Al on the surface thereof. For this purpose, it is preferable to set the average cooling rate in the temperature zone B to 15° C./s or less. More preferably, it is 10° C./s or less. On the other hand, it is necessary to continue cooling at a certain cooling rate in order to promote precipitation of Cu and concentration of Ni and/or Al. Therefore, the average cooling rate in temperature zone B should be 3° C./s or higher, preferably 6° C./s or higher.

3つ目の温度域は、450~550℃の温度域である。本製造法においては、上述のように550℃までに十分な量のCuを析出させている。このため550℃以下での滞留による形成される比較的微細なCu粒子の析出量は抑制され、この温度域の主たる目的は、形成されているCu粒子の表面へのNiおよび/またはAlの濃化量を高めることにある。本発明ではこの温度域を温度域Cと呼称することがある。Niおよび/またはAlを十分に濃化させるためには、冷却過程での温度域Cの平均冷却速度を12℃/s以下とすることが好ましい。さらに好ましくは8℃/s以下である。一方でCuの析出、Niおよび/またはAlの濃化を促進するにはある程度の冷却速度で冷却を継続するが必要がある。このため、温度域Cの平均冷却速度は2℃/s以上、好ましくは4℃/s以上とすべきである。 The third temperature range is the temperature range of 450-550°C. In this manufacturing method, a sufficient amount of Cu is deposited up to 550° C. as described above. For this reason, the precipitation amount of relatively fine Cu particles formed by retention at 550° C. or less is suppressed, and the main purpose of this temperature range is to concentrate Ni and/or Al on the surface of the formed Cu particles. It is to increase the amount of production. This temperature range may be referred to as temperature range C in the present invention. In order to sufficiently concentrate Ni and/or Al, it is preferable to set the average cooling rate of the temperature region C in the cooling process to 12° C./s or less. More preferably, it is 8° C./s or less. On the other hand, it is necessary to continue cooling at a certain cooling rate in order to promote precipitation of Cu and concentration of Ni and/or Al. Therefore, the average cooling rate in temperature zone C should be 2° C./s or more, preferably 4° C./s or more.

450℃以下の温度域ではFe相内での固溶Cuの拡散が不十分となり、Cu粒子が析出したとしても過度に微細になり高強度化に寄与しにくいばかりでなく、Ni、Alの拡散も不十分となるため、これら元素の濃化にもほとんど影響を及ぼさなくなる。このため450℃以下の温度域の冷却条件については特に限定しない。 In the temperature range of 450 ° C. or less, the diffusion of solid solution Cu in the Fe phase becomes insufficient, and even if Cu particles precipitate, they become excessively fine and difficult to contribute to high strength. becomes insufficient, so it has little effect on the enrichment of these elements. Therefore, the cooling conditions for the temperature range of 450° C. or lower are not particularly limited.

上述の通り、本製造法においては、450~800℃の温度域を3つの温度域A、B、Cに分けて説明したが、さらに補足しておく。
本製造法は、冷却条件を温度域A、B、Cでの「平均冷却速度」で説明したが、本発明効果は、冷却過程でのCu析出とNi、Alの拡散と偏析を連続的に制御して達成するものであり、上記各温度域内は連続的な温度降下を伴うものであることが好ましい。すなわち温度域の平均冷却速度が同じであるとしても、一定温度での保持や昇温などを伴うものでないことが好ましい。
As described above, in the present manufacturing method, the temperature range of 450 to 800° C. is divided into three temperature ranges A, B, and C.
In the present manufacturing method, the cooling conditions were explained by the "average cooling rate" in the temperature ranges A, B, and C, but the effect of the present invention is that the precipitation of Cu and the diffusion and segregation of Ni and Al in the cooling process are continuously performed. It is achieved by control, and it is preferable that the temperature within each of the above temperature ranges is accompanied by a continuous temperature drop. In other words, even if the average cooling rate in the temperature range is the same, it is preferable that it does not accompany holding at a constant temperature or raising the temperature.

さらに450~800℃の冷却は、徐々に冷却速度が低下するものであることが好ましい。上記の3つの温度域については、「温度域Aでの平均冷却速度」>「温度域Bでの平均冷却速度」>「温度域Cでの平均冷却速度」であることが好ましく、さらに各温度域内においても直線的な温度下降ではなく、徐々に冷却速度が低下するような冷却であることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the cooling rate is gradually reduced when cooling to 450 to 800°C. For the above three temperature ranges, it is preferable that "average cooling rate in temperature range A" > "average cooling rate in temperature range B" > "average cooling rate in temperature range C", and further each temperature Cooling in which the cooling rate gradually decreases is preferable, instead of linearly decreasing the temperature within the region.

さらに本発明の特徴的なCu粒子分布に影響を及ぼすのは、上記温度域A、温度域Bおよび温度域Cに滞留中に鋼板に負荷されている張力である。この張力はCu粒子周辺やNiやAlの組成変動領域での応力状態に影響し、Cu粒子の分布およびその周囲のNiやAlの濃化状態の制御に好ましく作用する。応力下で析出および偏析が起きることにより、最終的なCu粒子表面へのNiおよび/またはAlの濃化量が上昇する。好ましくは温度域B、さらに好ましくは温度域A、さらに好ましくは温度域Cにおいて、4MPa以上の張力を負荷した状態で上記のように冷却する。上限は特に限定しないが、熱処理中の鋼板の不用意な変形を回避するには10MPa程度にとどめるべきである。 Furthermore, it is the tension applied to the steel sheet during residence in the above-mentioned temperature zones A, B, and C that affects the characteristic Cu particle distribution of the present invention. This tension affects the stress state around the Cu particles and in the Ni and Al composition variation regions, and works favorably in controlling the distribution of the Cu particles and the concentration of Ni and Al around them. Precipitation and segregation under stress increase the amount of Ni and/or Al enrichment on the final Cu particle surface. It is preferably cooled in the temperature range B, more preferably in the temperature range A, more preferably in the temperature range C, with a tension of 4 MPa or more applied, as described above. Although the upper limit is not particularly limited, it should be kept at about 10 MPa in order to avoid unintentional deformation of the steel sheet during heat treatment.

以上のようにして製造された本発明の無方向性電磁鋼板は、フェライト結晶中に含有されるCu粒子の平均粒子径が0.5~100nm、個数密度が80~1000個/μmであり、Cu粒子について式(1)を満足する。その結果、引張強さTSが600MPa以上の高強度となる。このため、本発明の無方向性電磁鋼板は、高強度が必要とされるロータコア鉄心用素材として必要な所定の形状に加工した後、そのまま(時効処理をすることなく)利用することが可能となる。 In the non-oriented electrical steel sheet of the present invention manufactured as described above, Cu particles contained in ferrite crystals have an average particle diameter of 0.5 to 100 nm and a number density of 80 to 1000/μm 3 . , satisfies equation (1) for Cu particles. As a result, the tensile strength TS becomes high strength of 600 MPa or more. For this reason, the non-oriented electrical steel sheet of the present invention can be used as it is (without aging treatment) after being processed into a predetermined shape required as a material for a rotor core core that requires high strength. Become.

また、本発明の無方向性電磁鋼板は、Cu粒子の表面の少なくとも一部にNiおよびAlが濃化していることにより、強度と打ち抜き加工性のバランスを向上させることができる。無方向性電磁鋼板について、モータコアの鉄心として必要な所定の形状に打ち抜き加工する場合、図1に示すように、無方向性電磁鋼板の強度(引張強さTS)と打ち抜き回数は、反比例の関係にある。つまり、無方向性電磁鋼板を高強度化して引張強さTSが大きくなれば、打ち抜き回数は減少する。ここで、打ち抜き回数は、無方向性電磁鋼板について15mmφスチールダイスを用いて繰り返し打ち抜き加工を繰り返し行う場合に、加工された構成部材(製品)に生ずるバリの高さが50μm以上となる加工回数である。 Further, in the non-oriented electrical steel sheet of the present invention, since Ni and Al are concentrated on at least part of the surface of the Cu particles, the balance between strength and punchability can be improved. When a non-oriented electrical steel sheet is punched into a predetermined shape required as an iron core of a motor core, as shown in FIG. It is in. In other words, if the strength of the non-oriented electrical steel sheet is increased and the tensile strength TS is increased, the number of times of punching is reduced. Here, the number of times of punching is the number of times of punching at which the height of burrs generated in the machined constituent member (product) is 50 μm or more when repeatedly punching a non-oriented electrical steel sheet using a 15 mmφ steel die. be.

本発明の無方向性電磁鋼板は、Cu粒子の表面の少なくとも一部にNiおよびAlが濃化していることにより、同じ強度であれば、NiおよびAlが濃化していない場合に比べて、打ち抜き回数が多くなるといった傾向が得られる。これは、Cu粒子の表面にNiおよびAlが濃化したことにより、Cu粒子の表層が硬質化し、鋼板の変形に伴う転位によるCu粒子のカッティングが抑制されCu粒子による析出強化作用が顕著になり、より少ない粒子数で効果的に高強度化を図ることができる一方で、打ち抜き加工の際には、粒子数が少ないことにより、打ち抜き加工をせん断金型の損傷を抑制しながら容易に行うことができることによるものと考えられる。また、本発明の無方向性電磁鋼板は、従来のCu粒子を活用した高強度電磁鋼板と比較すると同じ強度であれば高い磁束密度を得るのに有利となる。 In the non-oriented electrical steel sheet of the present invention, since Ni and Al are concentrated on at least a part of the surface of the Cu particles, if the strength is the same, compared to the case where Ni and Al are not concentrated, punching A tendency to increase the number of times is obtained. This is because the concentration of Ni and Al on the surface of the Cu particles hardens the surface layer of the Cu particles, suppresses the cutting of the Cu particles due to dislocations accompanying the deformation of the steel sheet, and the precipitation strengthening effect of the Cu particles becomes significant. On the other hand, it is possible to effectively increase the strength with a smaller number of particles. This is thought to be due to the fact that Moreover, the non-oriented electrical steel sheet of the present invention is advantageous in obtaining a high magnetic flux density with the same strength as compared with a conventional high-strength electrical steel sheet utilizing Cu particles.

表1に示す各成分(質量%)を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる鋼種A~Fを真空溶解し、50kgのインゴットを作製した。その後、熱間鍛造にて、40×100×200mmの試験片を作成し、熱間圧延にて、2mm厚の熱延鋼板を作成した。さらに熱延板の焼鈍を、900℃60s均熱後、水冷にて実施した。そして、酸洗により脱スケールし、冷間圧延によって0.30mm厚さとした。得られた各鋼種A~Fの冷延板について、表2に示す条件で仕上げ焼鈍を行った。各試験No.1-1~1-6、2-1~2-6、3-1~3-9、4-1~4-6の鋼種、仕上げ焼鈍における冷却開始温度(最高到達温度(℃))、700~800℃(温度域A)の冷却速度(℃/s)、550~700℃(温度域B)の冷却速度(℃/s)、450~550℃(温度域C)の冷却速度(℃/s)、温度域A、温度域Bおよび温度域Cに滞留中に鋼板に負荷されている張力(張力(MPa))を表2に示す。なお、試験No.4-1~4-3については、550~700℃(温度域B)および450~550℃(温度域C)にて、表2に示す冷却速度(℃/s)で追加時効処理(張力0)を行い、試験No.4-4~4-6については、450~550℃(温度域C)にて、表2に示す冷却速度(℃/s)で追加時効処理(張力0)を行った。 Steel grades A to F containing each component (% by mass) shown in Table 1, with the balance being Fe and inevitable impurities, were vacuum melted to produce 50 kg ingots. After that, a test piece of 40×100×200 mm was prepared by hot forging, and a hot-rolled steel plate with a thickness of 2 mm was prepared by hot rolling. Furthermore, the hot-rolled sheet was annealed by water cooling after soaking at 900° C. for 60 seconds. Then, it was descaled by pickling and cold rolled to a thickness of 0.30 mm. The obtained cold-rolled sheets of steel types A to F were subjected to finish annealing under the conditions shown in Table 2. Each test no. Steel grades 1-1 to 1-6, 2-1 to 2-6, 3-1 to 3-9, 4-1 to 4-6, cooling start temperature in finish annealing (maximum attainment temperature (°C)), 700 Cooling rate (°C/s) from ~800°C (temperature range A), cooling rate (°C/s) from 550 to 700°C (temperature range B), cooling rate (°C/s) from 450 to 550°C (temperature range C) s), and Table 2 shows the tension (tensile force (MPa)) applied to the steel sheet during residence in the temperature regions A, B, and C. In addition, test No. For 4-1 to 4-3, additional aging treatment (tension 0 ), and test No. For 4-4 to 4-6, additional aging treatment (tension 0) was performed at a cooling rate (° C./s) shown in Table 2 at 450 to 550° C. (temperature range C).

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Figure 0007256361000002
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試験No.1-1~1-6、2-1~2-6、3-1~3-9、4-1~4-6について、Cu粒子の平均粒子径(平均径Dp(nm))、個数密度(個/μm)、観察対象となる全Cu粒子の個数(全粒子数Nt)、観察対象となる全Cu粒子のうち、表面の少なくとも一部にNi、Alの一種または二種が濃化しているCu粒子の個数(濃化粒子数Nx)、それらの比(Nx/Nt)、面積SCと面積SAの比(面積比SA/SC)、各特性(引張強さTS(MPa)、バリの高さが50μm以上となる打ち抜き回数(×10回)、引張強さTS×打ち抜き回数(TS*回数))を表3に示す。 Test no. For 1-1 to 1-6, 2-1 to 2-6, 3-1 to 3-9, 4-1 to 4-6, average particle diameter of Cu particles (average diameter Dp (nm)), number density (pieces/μm 3 ), the number of all Cu particles to be observed (total number of particles Nt), and among all the Cu particles to be observed, one or two of Ni and Al are concentrated on at least part of the surface. The number of Cu particles (the number of concentrated particles Nx), their ratio (Nx/Nt), the ratio of the area SC and the area SA (area ratio SA/SC), each characteristic (tensile strength TS (MPa), flash Table 3 shows the number of times of punching (×10 4 times) and the number of times of punching (TS*number of times) at which the height becomes 50 μm or more.

Figure 0007256361000003
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試験No.1-3~1-6、2-2、2-3、2-5、2-6、3-1、3-2、3-4、3-6は本発明例であり、引張強度TSが600MPa以上の高強度を有し、かつ、打ち抜き回数が10万回以上となった。一方、試験No.1-1、1-2、2-1、2-4、3-3、3-5、3-7~3-9、4-1~4-6は比較例であり、引張強度TSが600MPa以上、打ち抜き回数が10万回以上のいずれかを満足することができなかった。 Test no. 1-3 to 1-6, 2-2, 2-3, 2-5, 2-6, 3-1, 3-2, 3-4, and 3-6 are examples of the present invention, and the tensile strength TS is It has a high strength of 600 MPa or more and can be punched 100,000 times or more. On the other hand, Test No. 1-1, 1-2, 2-1, 2-4, 3-3, 3-5, 3-7 to 3-9, 4-1 to 4-6 are comparative examples, tensile strength TS is 600 MPa As described above, the number of times of punching was not able to satisfy any of 100,000 times or more.

実施例に示した各試験No.1-1~1-6、2-1~2-6、3-1~3-9、4-1~4-6について、引張強さTSと打ち抜き回数の関係を図2に示す。引張強さTSと打ち抜き回数は半比例の関係にあるが、本発明例(発明○)は、比較例(比較×)対して、同じ引張強度TSであれば打ち抜き回数が多い(同じ打ち抜き回数であれば引張強度TSが高い(高強度)という結果となった。本発明により、強度と打ち抜き加工性のバランスに優れた無方向性電磁鋼板を得ることができた。 Each test No. shown in Examples. FIG. 2 shows the relationship between the tensile strength TS and the number of times of punching for 1-1 to 1-6, 2-1 to 2-6, 3-1 to 3-9, and 4-1 to 4-6. The tensile strength TS and the number of punches are in a semi-proportional relationship. The result was that the tensile strength TS was high (high strength), and a non-oriented electrical steel sheet having an excellent balance between strength and punching workability was obtained according to the present invention.

なお、引張強さTSのレベルが異なれば打ち抜き回数も変化する。引張強さTSと打ち抜き回数のバランスを示す一応の目途として、引張強さTS×打ち抜き回数(TS*回数))を表3に示した。但し、ここに示した目途(TS*回数)は、あくまでも例示であり、絶対値として本発明を規定するものではない。 It should be noted that the number of times of punching varies with different levels of tensile strength TS. Table 3 shows tensile strength TS×punching number (TS*punching number) as a tentative guideline for showing the balance between tensile strength TS and punching number. However, the target (TS* number of times) shown here is merely an example, and does not define the present invention as an absolute value.

Claims (4)

質量%で、Si:2.0~6.0%、Cu:1.7~4.0%を含有し、さらにAl:3.0%以下、Ni:4.0%以下の一種または二種を合計で0.7%以上を含有し、さらに任意元素として、
Mn:5.0%以下、
P:0.300%以下、
B:0.100%以下、
Nb:1.00%以下、
Mo:1.000%以下、
Bi:0.010%以下、
Sn:0.10%以下、
Sb:0.10%以下、
Cr:0.30%以下、
Ca:0.020%以下、
Mg:0.020%以下、
La:0.020%以下、
Ce:0.020%以下
を含有し、残部Feおよび不純物からなる無方向性電磁鋼板であって、
金属組織がフェライト多結晶であり、
フェライト結晶中にCu粒子を含有し、
フェライト結晶中のCu粒子の平均粒子径が0.5~100nm、個数密度が80~1000個/μmであり、
フェライト結晶中のCu粒子について式(1)を満足することを特徴とする、無方向性電磁鋼板。
Nx/Nt≧0.1 ・・・・・式(1)
ここで、
Nx:観察対象となる全Cu粒子のうち、表面の少なくとも一部にNi、Alの一種または二種が濃化しているCu粒子の個数
Nt:観察対象となる全Cu粒子の個数
By mass%, Si: 2.0 to 6.0%, Cu: 1.7 to 4.0%, and further Al: 3.0% or less, Ni: 4.0% or less one or two 0.7 % or more in total, and as optional elements,
Mn: 5.0% or less,
P: 0.300% or less,
B: 0.100% or less,
Nb: 1.00% or less,
Mo: 1.000% or less,
Bi: 0.010% or less,
Sn: 0.10% or less,
Sb: 0.10% or less,
Cr: 0.30% or less,
Ca: 0.020% or less,
Mg: 0.020% or less,
La: 0.020% or less,
Ce: A non-oriented electrical steel sheet containing 0.020% or less and the balance being Fe and impurities,
The metal structure is ferrite polycrystal,
Cu particles are contained in the ferrite crystal,
Cu particles in the ferrite crystal have an average particle size of 0.5 to 100 nm and a number density of 80 to 1000/μm 3 ,
A non-oriented electrical steel sheet, characterized in that Cu particles in ferrite crystals satisfy formula (1).
Nx/Nt≧0.1 Expression (1)
here,
Nx: Among all Cu particles to be observed, the number of Cu particles in which one or both of Ni and Al are concentrated on at least a part of the surface Nt: The number of all Cu particles to be observed
表面の少なくとも一部にNi、Alの一種または二種が濃化しているCu粒子について、3DAPFIMによる観察において、面積SCと面積SAが式(2)を満足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。
SA/SC>0.1 ・・・ 式(2)
ここで、
SC:「Fe濃度≦90%、かつCu濃度≧NiおよびAlの合計濃度」を満足する領域の面積
SA:「Fe濃度≦90%、かつCu濃度<NiおよびAlの合計濃度」を満足する領域の面積
Regarding Cu particles in which one or both of Ni and Al are concentrated on at least a part of the surface, in observation by 3DAPFIM, the area SC and the area SA satisfy the formula (2). Claim 1 The non-oriented electrical steel sheet according to .
SA/SC>0.1 Expression (2)
here,
SC: Area of a region that satisfies "Fe concentration ≤ 90% and Cu concentration ≥ total concentration of Ni and Al" SA: Area that satisfies "Fe concentration ≤ 90% and Cu concentration < total concentration of Ni and Al" area of
引張強さTSが600MPa以上、15mmφスチールダイスを用いて繰り返し打ち抜き加工を繰り返し行う場合に、加工された製品に生ずるバリの高さが50μm以上となる加工回数が10万回以上であることを特徴とする、請求項1、2のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。 The tensile strength TS is 600 MPa or more, and the number of times of processing is 100,000 times or more when the height of burrs generated in the processed product is 50 μm or more when repeated punching is performed using a 15 mmφ steel die. The non-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 1 and 2, wherein 請求項1~3のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板を積層して形成されたことを特徴とする、IPMモータのロータコア鉄心。

A rotor core core of an IPM motor, characterized by being formed by laminating the non-oriented electrical steel sheets according to any one of claims 1 to 3.

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