JP7256362B2

JP7256362B2 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法、ｉｐｍモータのロータコア鉄心

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Publication number: JP7256362B2
Application number: JP2018234450A
Authority: JP
Inventors: 知江 ▲濱▼; 浩志藤村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2023-04-12
Anticipated expiration: 2038-12-14
Also published as: JP2020094253A

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。

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を含有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）。

特開２００４－３１５９５６号公報特開２００５－３４４１７９号公報特開２００８－２６１０５３号公報特開２０１７－１３７５３７号公報

Ｃｕ粒子を活用した従来の高強度無方向性電磁鋼板は、低鉄損と高強度を両立させるため、高温で熱処理してＣｕを完全に固溶させると同時に低鉄損が得られる十分な大きさまで結晶粒を成長させた後、コア部材として打ち抜き、これを積層した鉄心の状態で、Ｃｕ粒子を析出させて所定の強度を得るための時効処理が施されている。しかしこのプロセスでは、ロータコア鉄心用部材として好適な、比較的微細な結晶粒と低磁束密度を有する鋼板とすることは困難である。さらに、このように析出させた微細なＣｕ粒子による析出強化鋼では、強度と疲労強度のバランスに改善の余地がある。また、客先で行われるモータコア鉄心での時効処理はバッチ式で実施されるが、設備およびエネルギーコストが必要になるばかりでなく、バルクでの熱処理となるため個々の鉄心内、またはバッチ式炉内での設置位置による製品ごとの材質のムラが生じやすい。

本発明は、時効処理を省略しても製造可能で、特にロータコア鉄心用素材として最適な、強度と疲労強度のバランスが良好な無方向性電磁鋼板を提供することを目的としている。

本発明者らは上記課題を解決するために、鋼板の製造ラインにおいて特に仕上げ焼鈍の条件を検討することで、以下の発明を得た。

［１］
質量％で、Ｃｕ：１．０～４．０％、Ｓｉ：２．０～６．０％、Ｎｉ：０．２～１．０％、Ｎｂ：０．００～１．００％、Ｍｏ：０．００～１．００％、Ｓｅ：０．０００～０．０１５％、Ａｌ：０．０～３．０％、Ｂｉ：０．０００～０．０１０％、Ｂ：０．０００～０．０８０％、Ｔｉ：０．０００～０．０１５％、Ｓｎ：０．００～０．１０％、Ｓｂ：０．００～０．１０％、Ｃｒ：０．００～０．３０％、Ｍｎ：０．０～３．０％、Ｐ：０．０００～０．３００％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粒子の平均粒子半径が０．５～２０ｎｍ、個数密度が８０～１０００個／μｍ^３であり、
フェライト結晶中のＣｕ粒子が式（１）を満足することを特徴とする、無方向性電磁鋼板。
（粒子半径が２０ｎｍ以上のＣｕ粒子の個数密度）／（全Ｃｕ粒子の個数密度）≧０．０５・・・式（１）
［２］
金属組織の平均粒径が１０～６０μｍであり、粒径の標準偏差σが０．４μｍ以上であることを特徴とする、［１］に記載の無方向性電磁鋼板。
［３］
磁束密度Ｂ_５０が１．７０Ｔ以下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］
質量％で、Ｎｉ：０．２～１．０％、Ｎｂ：０．０１～１．００％、Ｍｏ：０．０１～１．００％の一種または二種以上を含有することを特徴とする、［１］～［３］のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。

［５］
［１］～［４］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。

本発明によれば、強度と疲労強度のバランスに優れた無方向性電磁鋼板を時効処理をせずに製造することが可能となる。本発明の無方向性電磁鋼板は、鋼板の製造ラインにおいて通常の熱間圧延、冷間圧延、仕上げ焼鈍といった工程で製造することができる。また、本発明の無方向性電磁鋼板は、例えば客先での時効処理を省略できるので、モータ製造まで含めたトータルでの製造コストに優れる。また、従来客先で行われていたバッチ式の時効処理に伴って生じていた強度のムラを回避できるようになる。また、本発明の無方向性電磁鋼板は、比較的低温での仕上焼鈍条件を採用することで結晶粒の成長、磁束密度の上昇を回避し、ＩＰＭモータのロータコア鉄心として好適な、比較的微細な結晶粒と低磁束密度を有する鋼板としてもよい。

本発明の無方向性電磁鋼板を製造する場合の仕上げ焼鈍の説明図である。従来の無方向性電磁鋼板を製造する場合の仕上げ焼鈍と時効処理の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（化学組成）
本発明の無方向性電磁鋼板は、質量％で、Ｃｕ：１．０～４．０％、Ｓｉ：２．０～６．０％を含有する。

Ｃｕ：１．０～４．０％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１．０％未満では、この作用効果を十分に得られない。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。

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。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。

本発明の無方向性電磁鋼板は、任意元素としてさらに質量％で、Ｎｉ：０．１～１．０％、Ｎｂ：０．０１～１．００％、Ｍｏ：０．０１～１．００％の一種または二種以上を含有しても良い。なお、これら任意元素は必要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。

Ｎｉ：０．１～１．０％
Ｎｉは、Ｃｕ添加に伴う鋳造性の悪化を回避させることができる。またＮｉは、強度の向上に寄与する。Ｎｉ含有量が０．１％未満では、この作用効果を十分に得られない。一方、Ｎｉ含有量が１．０％超では、圧延時に割れが発生しやすくなる。

Ｎｂ：０．０１～１．００％
Ｎｂは、熱間脆化を抑制する。その効果を得るためには、Ｎｂを０．０１以上含有することが好ましい。一方、Ｎｂ含有量が１．００％超では、Ｎｂそのものが脆化を引き起こしやすい。

Ｍｏ：０．０１～１．００％
Ｍｏは、Ｎｂと同様に、熱間脆化を抑制する。その効果を得るためには、Ｍｏを０．０１％以上含有することが好ましい。一方、Ｍｏ含有量が１．００超では、Ｍｏそのものが脆化を引き起こしやすい。

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、
Ｓｅ：０．０００～０．０１５％、
Ａｌ：０．０～３．０％、
Ｂｉ：０．０００～０．０１０％、
Ｂ：０．０００～０．０８０％、
Ｔｉ：０．０００～０．０１５％、
Ｓｎ：０．００～０．１０％、
Ｓｂ：０．００～０．１０％、
Ｃｒ：０．００～０．３０％以下、
Ｍｎ：０．０～３．０％、
Ｐ：０．０００～０．３００％
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。

本発明の無方向性電磁鋼板は、必須成分として、Ｃｕ、Ｓｉ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。

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。

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。

Ｓ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。

なお、不純物とは、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。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。

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。

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。

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。

（金属組織）
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、Ｃｕ粒子の平均粒子半径が０．５～２０ｎｍ、個数密度が８０～１０００個／μｍ^３である。また、Ｃｕ粒子が式（１）を満足する。
（粒子半径が２０ｎｍ以上のＣｕ粒子の個数密度）／（全Ｃｕ粒子の個数密度）≧０．０５・・・式（１）

フェライト結晶中に、Ｃｕ粒子を含有することにより、高強度化を図ることができる。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粒子の平均粒子半径については、０．５ｎｍ未満では観察が難しい上、析出強化能を発揮するのに十分な大きさではなく、添加量に制限がある状況で平均粒子半径が２０ｎｍ超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^３よりも低いと強度上昇効果が低下し、１０００個／μｍ^３よりも過剰になると打ち抜き性が低下する。

本発明においても、鋼板内に存在するＣｕ粒子の個数密度については強度の観点から上記数値範囲内にあることが前提となる。そしてさらに本発明では、全Ｃｕ粒子の平均粒子半径と個数密度が上記範囲内にある場合、式（１）を満足することにより、優れた強度と優れた疲労強度の両立が可能になる。式（１）の左辺の値は、好ましくは０．１０以上、さらに好ましくは０．２０以上である。一方で粒子径が大きな粒子の量が過度に多いと鉄損への悪影響が懸念される。後述するように本発明鋼の最適な用途となるロータコア用素材としては、低鉄損であることはさほど重要なことではないが、粗大な粒子の量の増大は微細な粒子の量の減少にもつながり強度の低下も懸念されるため、好ましくは０．５０以下、さらに好ましくは０．４０以下にとどめるべきである。

ここで本願の発明効果の特徴のひとつである「優れた強度と優れた疲労強度の両立」について説明する。一般的には強度が上昇すると疲労強度も上昇することは常識でもある。しかしそのバランスは材料により異なることも知られている。つまり、類似する鋼種で同じ強度であるとしても、疲労強度には多少の差を生じている。本発明における「優れた強度と優れた疲労強度の両立」とは、Ｃｕ粒子を活用した析出強化による高強度無方向性電磁鋼板において、強度と疲労強度のバランスが優れていることを意味する。

上記式（１）で規定されるＣｕ粒子半径の分布により該バランスの向上が達成される理由は明確ではないが以下のように考えている。本発明のような析出強化鋼は析出物が変形に伴う転位移動の障害となることで強化能を発揮するものであるが、障害としての機能は変形モードによって変化することが考えられる。例えば、引張変形のように鋼板を大きな荷重で短時間に大きく変形させるような転位移動状況と、疲労変形のように小さな荷重で転位が徐々に蓄積し特殊な転位構造を形成しながら変形が進行する状況では、障害としての機能に差が生じることが考えられる。また、本発明が活用する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析出物自体が変形しやすく（いわゆる析出物の「カッティング」）、障害としての析出物形態の影響は大きくなることが考えられる。

これらの結果、Ｃｕ粒子においては、ある程度大きな粒子を存在させることが、特に疲労変形のような低応力かつ低変形速度で蓄積する転位構造の発達の障害になりやすくなっているということが考えられる。つまり、強度（高速変形下での転位移動の障害の程度）が同程度であれば、疲労強度（極低速変形下での転位構造の発達の障害の程度）はより高くなる。

粒子半径が２０ｎｍ以上であるＣｕ粒子の個数密度、および、全Ｃｕ粒子の個数密度の測定は次のようにして行う。仕上焼鈍後の鋼板から採取した試料について、電子顕微鏡にて、圧延方向に対して垂直な板面方向に対して鋼板の中心から厚み３０～５０μｍ、５０～４００ｎｍ四方の範囲の、ＴＥＭ観察を実施する。試料調整について、過塩素酸－メタノール系電解液を用いた電解研磨・薄膜後、イオンミリング等によって表面清浄化を施した試料を用いる。そうして得られた複数視野のＴＥＭ像について回折パターンにより析出物成分を同定した後、画像解析により、５μｍ×５μｍ視野から、粒子半径が２０ｎｍ以上であるＣｕ粒子の個数、および、全Ｃｕ粒子の個数をそれぞれ測定し、粒子半径が２０ｎｍ以上であるＣｕ粒子の個数密度、および、全Ｃｕ粒子の個数密度を統計的に処理することによって導出する。この方法において、観察可能なＣｕ粒子の粒子半径は０．５ｎｍ程度以上である。つまり、本願で規定する式（１）は、粒子半径が０．５ｎｍ程度以上のＣｕ粒子の個数密度と粒子半径が２０ｎｍ以上のＣｕ粒子の個数密度の比ということになる。念のため申し添えると、上述の「０．５ｎｍ」は対象となるＣｕ粒子の大きさの目安を示しているに過ぎず、上記方法で観察されるＣｕ粒子はすべて計測の対象とすることは言うまでもない。

また、フェライト多結晶からなる金属組織の平均粒径が１０～６０μｍであり、粒径の標準偏差σが０．４μｍ以上であることにより、強度と疲労強度のバランスがさらに向上する。また、ＩＰＭロータコア鉄心用素材としては、磁束密度の不用意な上昇を回避した好適な鋼板となる。結晶粒径を微細化することによる強度および疲労強度上昇については、公知の技術的事項とも言えるが、本発明鋼においては、上述のように「カッティング」により析出物の強化能としては最適とは言えない面を有するＣｕ析出強化鋼において、結晶粒微細化による強化能で補うことにより、特にＣｕ粒子径分布により向上させた疲労強度バランスがさらに向上する。これは単純に粒径を規定することに加え、粒径の標準偏差σを規定することが重要である。この理由は明確ではないが、標準偏差を大きくすることでより微細な結晶粒が存在するようになり、それが特に疲労強度の向上に影響を及ぼしていることが考えられる。

また本発明が対象とする無方向性電磁鋼板においては、鉄損を低減させるため結晶粒径をある程度、例えば８０～１５０μｍ程度まで大きくすることが一般的であるが、この際に同時に磁束密度も高くなるよう設計されている。本発明ではこれをあえて微細粒とし、鋼板の磁気特性としては鉄損および磁束密度において、一般的には好ましくない状況をあえて選択させるものとなる。あえてこのような選択をする理由は以下の通りである。

ＩＰＭロータコアについては、ロータコア内に埋め込まれた永久磁石で生じる磁極と外周に設置されるステータコアの磁極との間で直接的に磁気回路が形成されることが望ましい。磁極間の磁束がロータコア鉄心内を長い経路で通過することは、ロータコア鉄心内での鉄損を生じることになるので好ましいものではない。本発明鋼板の特徴のひとつである、磁束密度を意図的に低く制御するという特徴は、磁束のロータコア鉄心内の通過を阻害しロータコアから排出するよう作用することになるので、ロータとステータとの磁気回路を短径路で形成するのに有利となる。またこのように鉄心内の磁気回路が短ければ、結晶粒径で制御される鉄心素材自体の鉄損を低くする必要性は低下する。

金属組織の粒径は、一般的な線分法もしくは、ＳＥＭ画像で粒界をトレースする画像処理により円相当径として求める。また、標準偏差の計算は、分散の平方根を求める一般的な計算方法により得る。

本発明の無方向性電磁鋼板は、所定の高強度を有し、かつ、磁化力５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ_５０が１．７０Ｔ以下である。好ましくは、Ｂ_５０が１．６５Ｔ以下、さらに好ましくは、Ｂ_５０が１．６０Ｔ以下、さらに好ましくは、Ｂ_５０が１．５５Ｔ以下である。

また、本発明の無方向性電磁鋼板は、引張強度が６５０ＭＰａ以上の機械特性を有することが望ましい。機械特性評価に用いた試験片は、鋼板の圧延方向と試験片の平行部を一致させたＪＩＳ５号試験片を用い、引張試験片により引張強さ（ＴＳ）を測定する。疲労特性は、最狭部１５ｍｍ、Ｒ１５５ｍｍの平行部なし疲労試験片を切り出し、繰返し速度２０Ｈｚ、応力比０．１の引張―引張タイプの疲労試験を行い、１０^７回繰返しても破断しない最大応力を疲労限（ＦＳ）とした。

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。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。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。

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。というのは、本発明鋼板は後述するように比較的低い温度で仕上げ焼鈍し、結晶粒径を比較的小さくすることでロータコア鉄心用素材として要求される強度を得ていることがある。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、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。

（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。なお、熱延板について焼鈍（熱延板焼鈍）しても良い。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。

仕上げ焼鈍では、Ｃｕを固溶させ、その後の冷却で、Ｃｕ粒子を析出させる。仕上げ焼鈍の最高到達温度を８５０～１０００℃とし、７５０～８５０℃温度域の冷却速度ＣＲ１が１０℃／ｓ以下、５００～７５０℃温度域の冷却速度ＣＲ２が１０℃／ｓ以下、かつＣＲ１＞ＣＲ２となるように冷却する。最高到達温度が８５０℃未満ではＣｕの固溶が不十分であり、その後の冷却過程で形成されるＣｕ粒子の粒子径分布を好ましく制御できない。最高到達温度を１０００℃以下とすることにより、フェライトの平均粒径が１０～６０μｍとなり、結晶粒径の標準偏差σが０．４μｍ以上となるとともに、磁束密度Ｂ_５０を１．７０Ｔ以下とすることもできる。

冷却過程での７５０～８５０℃温度域の冷却速度ＣＲ１は、特に２０ｎｍ以上の粒子半径となるＣｕ粒子の形成を制御するために重要となる。ＣＲ１が１０℃／ｓ超では、２０ｎｍ以上の粒子半径となるＣｕ粒子の形成個数密度が不足する。好ましくは５℃／ｓ以下、さらに好ましくは３℃／ｓ以下である。一方、冷却速度が遅すぎるとＣｕ粒子が粗大化するとともに個数密度が低下するため、７５０℃以下の温度域での冷却を制御したとしても式（１）の充足が困難となるばかりでなく、十分な鋼板強度を得るにも支障となる。好ましくは１℃／ｓ以上、さらに好ましくは２℃/ｓ以上である。

冷却過程での５００～７５０℃温度域の冷却速度ＣＲ２は、特に２０ｎｍ未満の粒子半径となるＣｕ粒子の形成を制御するために重要となる。ＣＲ２が１０℃／ｓ超では、２０ｎｍ未満の微細なＣｕ粒子の形成個数密度が不足し、十分な鋼板強度を得ることができない。好ましくは５℃／ｓ以下、さらに好ましくは３℃／ｓ以下である。一方、冷却速度が遅すぎるとＣｕ粒子が粗大化するとともに個数密度が低下するため、十分な鋼板強度を得るにも支障となる。好ましくは１℃／ｓ以上、さらに好ましくは２℃/ｓ以上である。

これら温度域の冷却速度については、さらにＣＲ１＞ＣＲ２の関係を満足する必要がある。ＣＲ１≦ＣＲ２の範囲では、各冷却速度が上記範囲を満足していたとしても、式（１）を満足することが困難となる。なお、磁束密度Ｂ_５０を十分に低減させ、例えば１．７０Ｔ以下とするには、冷延圧延の圧下率を８５％以上とするといった方策も有効である。

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、仕上げ焼鈍においてフェライト結晶中にＣｕ粒子を含有し、かつ、式（１）を満足し、さらには所定の結晶粒径および結晶粒径の標準偏差を有することにより、強度と疲労強度のバランスに優れ、かつ、磁束密度の不用意な上昇を回避することが可能となる。このため、本発明の無方向性電磁鋼板は、例えばモータコア鉄心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）製品として利用することが可能となる。

ここで、以上のような仕上げ焼鈍の冷却に関する製造上の利点を、図１、２を参照にして説明する。図１は、本発明の無方向性電磁鋼板を製造する場合の仕上げ焼鈍の説明図である。図１に示すように、本発明の無方向性電磁鋼板は、鋼板製造メーカーにおいて、比較的単純な熱処理により式（１）を満足するＣｕ粒子径分布を有する鋼板として製造される。こうして製造された本発明の無方向性電磁鋼板は、所定の高強度を有し、かつ、磁束密度Ｂ_５０が１．７０Ｔ以下となる。このため、本発明の無方向性電磁鋼板は、その後、客先（加工メーカー）において、例えば打ち抜き加工を行うことにより、モータコア鉄心として必要な所定の形状にした後、そのまま（時効処理をすることなく）製品として利用することが可能となる。

一方、図２は、従来の無方向性電磁鋼板を製造する場合の仕上げ焼鈍と時効処理の説明図である。図２に示すように、従来は、鋼板製造メーカーにおいて、鋼板の鉄損が十分に低下するよう十分に結晶粒を成長させるべく比較的高温での仕上げ焼鈍まで行った本発明の無方向性電磁鋼板を出荷していた。その後、客先（加工メーカー）において、例えば打ち抜き加工を行い、これを積層することにより、モータコア鉄心として必要な所定の形状にした後、時効処理をして、Ｃｕ析出による高強度化を行っていた。このため、客先での時効処理が必要であった。そして、このような時効処理によっては式（１）を満足するようなＣｕ粒子径の分布を得ることは困難であった。さらには、バルクでの熱処理となるため個々の鉄心内、またはバッチ式炉内での設置位置による製品ごとの材質のムラが生じやすかった。

これに対し本発明の無方向性電磁鋼板は、鋼板製造メーカーにおいて、仕上焼鈍の冷却過程でＣｕ粒子を析出させているので、客先での時効処理を省略することが可能であり、トータルコストとしても有利となる。また、鋼板製造メーカーでの析出処理は連続ラインでの処理とできるので、鋼板全体に均一な状態でＣｕ析出を行うことができ、強度ムラの発生を回避できる。なお、本発明の無方向性電磁鋼板は、時効処理を省略することが可能であるが、必ずしも時効処理を省略することは必要ではない。必要に応じて、時効処理を行っても良い。

表１に化学組成を有する鋼種Ａ～Ｓについて、表２に示す製造条件で、試験Ｎｏ．１～４８の無方向性電磁鋼板を製造した。製造された試験Ｎｏ．１～４８の無方向性電磁鋼板の金属組織（Ｃｕ粒子の平均粒子半径、個数密度、（粒子半径が２０ｎｍ以上のＣｕ粒子の個数密度）／（全Ｃｕ粒子の個数密度）≧０．０５（式（１）の左辺）、金属組織（フェライト多結晶）の平均粒径、粒径の標準偏差σ）、特性（磁束密度Ｂ５０、引張強度ＴＳ、疲労限ＦＳ、ＦＳ／ＴＳ）を表３に示す。

本発明の成分範囲を満足し、製造条件が適正である発明例は、本発明で規定する金属組織となり、引張強度が６５０ＭＰａ以上となり、また、強度と疲労強度のバランスも良好（ＦＳ／ＴＳ≧０．８）であった。金属組織の平均粒径が１０～６０μｍであり、粒径の標準偏差σが０．４μｍ以上である発明例は、強度と疲労強度のバランスが特に良好（ＦＳ／ＴＳ≧０．９）であった。一方、成分範囲、製造条件のいずれかが不適正である比較例は、引張強度が６５０ＭＰａ未満となるか、あるいは、強度と疲労強度のバランスに劣る結果となった。

Claims

質量％で、Ｃｕ：１．０～４．０％、Ｓｉ：２．０～６．０％、Ｎｉ：０．２～１．０％、Ｎｂ：０．００～１．００％、Ｍｏ：０．００～１．００％、Ｓｅ：０．０００～０．０１５％、Ａｌ：０．０～３．０％、Ｂｉ：０．０００～０．０１０％、Ｂ：０．０００～０．０８０％、Ｔｉ：０．０００～０．０１５％、Ｓｎ：０．００～０．１０％、Ｓｂ：０．００～０．１０％、Ｃｒ：０．００～０．３０％、Ｍｎ：０．０～３．０％、Ｐ：０．０００～０．３００％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粒子の平均粒子半径が０．５～２０ｎｍ、個数密度が８０～１０００個／μｍ^３であり、
フェライト結晶中のＣｕ粒子が式（１）を満足することを特徴とする、無方向性電磁鋼板。
（粒子半径が２０ｎｍ以上のＣｕ粒子の個数密度）／（全Ｃｕ粒子の個数密度）≧０．０５・・・式（１）
金属組織の平均粒径が１０～６０μｍであり、粒径の標準偏差σが０．４μｍ以上であ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。
磁束密度Ｂ_５０が１．７０Ｔ以下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。
質量％で、Ｎｉ：０．２～１．０％、Ｎｂ：０．０１～１．００％、Ｍｏ：０．０１～１．００％の一種または二種以上を含有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
請求項１～４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。