JPS62112723A - 高張力軟磁性鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、高張力軟磁性鋼板の製造方法に関し、をく
に鋼板の素材成分の調整を図ると共に、熱延後の圧延加
工及び焼鈍処理に工夫を加えることによって、軟磁性電
磁鋼板につき、その高周波特性の劣化を招くことなしに
引張り強さの有利な改善を図ろうとするものである。

（従来の技術） 近年、エレクトロニクスを初めとする電気・電子機器の
発展には目ざましいものがあるが、かような発展をより
一層助長する因子の一つとして回転機器の高速運動化を
あげることができる。というのは、これまでの回転機器
において要求されていた回転数は、高々１０万ｒｐｍ程
度であったが、最近では２０〜３０万ｒｐｍもの高回転
数が要求されるようになったからである。

ところでかような回転機器における高速回転化を実現す
るためには、当然のことながらかかる高速回転に耐え得
る素材の開発が問題となる。すなわち回転機器回転子の
回転数が２０〜３０万ｒｐｍにも高速化すると、該回転
子に加わる遠心力は従来に比較してはるかに大きくなる
ため、現行の材料では回転子が破壊に至る危険性が高い
からである。

ここに遠心力Ｆは、たとえば第３図に示したような形状
の円板を回転させた場合には、次式で近似される。

ここで、γ：材料の密度、ｒｔ　二円板外径、ｒＩ　：
円板内径、Ｗ：角速度、ｇ：重力の加速度、ｍ：ポアソ
ン比 上掲式から明らかなように、円板にはその回転数の２乗
に比例して遠心力が加わるわけであるから、回転機器が
高速回転化されたとすると、回転子に加わる力はかなり
大きく、場合によっては１００　ｋｇ／ｍｍ２を超える
ことも考えられ、ここにかように過酷な回転遠心力に耐
え得る高抗張力の素材が必要とされているわけである。

また回転機器や磁気軸受の回転子は、電磁気現象を利用
するものであることから、磁気特性それも軟磁気特性に
優れていることも重要である。実際、誘導モータなどの
回転子では高周波鉄損に優れていることが、また磁気軸
受などの軸受回転子では保磁力が小さいことが必要とさ
れる。

ここに回転機器の回転子回転数（Ｎ）と周波数（「）と
の関係は、次式のとおりに表わされる。

ｆ　＝Ｎ　−Ｐ／１２０（１，−Ｓ） ここでＰ：回転機極数 Ｓ：すべり 従ってたとえば、２極回転機器を２０〜３０万ｒｐｍで
回転した場合を考えると、換算周波数は数１１ｚ〜数１
０にｌｌｚの範囲になるから、この場合のすべり周波数
は数１００〜数１０００ｔｌｚとなり回転子用の素材と
しては上記の周波数範囲で鉄損の低い磁性材料を用いる
ことが有利なわけである。

このように高速回転機器、中でも回転子に用いる素材と
しては、機械的には高抗張力、高強度を存し、一方磁気
的には低保磁力や低鉄損という軟磁気特性を満足するも
のでなければならない。しかしながら一般的に、かかる
機械的特性と軟磁気特性とは相反する関係にあるため、
両性質を兼備させることは以下に述べるとおり極めて難
しかったのである。

さて金属材料の機械的強度を高める方法としては、代表
的なものに下表１に示したような強化法が知られている
。

表　　１ （発明が解決しようとする問題点） しかしながら１掲の各強化法の強化機構は、格子歪の増
加、結晶粒の微細化、加工歪および相変態などを利用す
るものであって、いずれも強磁性体の磁壁移動を困難に
させるものであるため、強度の増加に伴い軟磁気特性を
劣化させていたのである。

この発明は、高い抗張力を呈するだけでなく、低い高周
波鉄損や低保磁力など軟磁気特性にも優れた材料、具体
的には抗張カニ　６０　ｋｇ／ｍｍ”以上で、かつ磁束
密度Ｂｓ−：　１．５　Ｔ以上、鉄ｔＮ　Ｗ　Ｉ　Ｑ　
／　ｌ　Ｇ　Ｏ８：　１００　Ｗ／Ｋｇ以下を満足する
高張力軟磁性電磁鋼板の製造方法を提案することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） この発明は、前掲表１に示した種々の強化法を再検討し
た結果開発されたもので、各種強化法のうちでも固溶体
強化法は、磁気特性への悪影響が比較的小さいこと、し
かもかかる強化法に伴う磁気特性の劣化は、その製造工
程に工夫を加えることによって十分に補償し得ることの
新規知見に立脚する。

第４図および第５図に、４．５　ｗｔ％（以下車に％で
示す）Ｓｔ−Ｆｅ合金に、Ｗ　２Ｍ　ｏ　＋　　Ｔ　ｓ
　＋Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｊ２およびＣＯをそれぞれ５％まで
の範囲で添加した組成になる各鋼スラブを、それぞれ１
２００℃に加熱したのち、熱間圧延を施して２龍厚の熱
延板とし、ついで９００℃で組織均一化のためのノルマ
ライジング焼鈍に施したのち、冷間圧延を施して最終板
厚０．１５ｍの冷延板とし、しかるのち９５０℃、１０
分間の焼鈍を施して得た各無方向性電磁鋼板の、鉄損Ｗ
ＩＧ／ｌ。。。および抗張力について調べた結果をそれ
ぞれ示す。なお鉄損については４枚エプスタイン法によ
り、また抗張力についてはＪＩＳ　１号試験片をインス
トロンにより測定した。

第４，５図より明らかなように、各固溶体強化元素の添
加量が増すにつれて抗張力は向上するが、鉄損特性は逆
に劣化する。

ところが上記の製造工程中、とくに冷延後の焼鈍条件に
工夫を加えて、焼鈍後の結晶粒の粒径制御を行ったとこ
ろ、後掲する第１図、第２図に示すように、鉄損特性の
劣化抑止につき望外の成果が得られたのである。

この発明は、上記の知見に由来するものである。

すなわち、この発明は、Ｓｉ：３．５〜７．０％を含み
かつ、Ｗ：０．０５〜９．０％ Ｍ　ｏ　：　　０．０５〜９．０％ Ｔｉ：０．０５〜１０．０％ Ｍｎ　：　　０．１〜１１．０％ Ｎｉ：０．１〜２０．０％ Ｃｏ　：　０．５〜２０．０％および Ａｌ：０．５〜１３．０％ のうちから選んだ１種または２種以上を２０．０％を超
えない範囲において含有するけい素鋼素材スラブを、熱
間圧延によって熱延板としたのち、冷間圧延を施して０
．０１〜０．３５ｍｍの最終板厚とし、ついで８００〜
１２５０℃の温度範囲で焼鈍を施して平均結晶粒径を０
．０１〜５．Ｏｗｍとすることを特徴とする高張力軟磁
性鋼板の製造方法である。

以下この発明を具体的に説明する。

まず、この発明においては、素材の成分組成を上記の範
囲に限定した理由について述べる。

Ｓｉ：３．５〜７．０％ Ｓｉ量が３．５％より少ないと、γ−α相変態が生じ、
電Ｔ１１特性を著しく損うすなわち電気抵抗が低下して
高周波鉄損が劣化する。一方５ｉｉｌが７．０％より多
いと鋼板が急激に脆くなって、歩貿り、生産性が悪化す
るとともに、飽和磁束密度も低下する。よってＳｉ含有
量は、３．５〜７．０％の範囲に限定した。

Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｏおよびＡｌは、固溶
体強化成分として均等である。

Ｔｉ：０．０５〜１０．０％ Ｔｉ量が、０．０５％に満たないと抗張力の改善効果に
乏しく、一方１０．０％を超えると磁気特性が劣化する
とともに脆化をきたし、加工が難しくなるので、０．０
５〜１０．０％の範囲に限定した。

Ｗ　：　０．０５〜９，０％ Ｗ量が、０．０５％より少ないと抗張力を高める効果が
弱く、一方９．０％より多いと磁気特性が著しく劣化す
るとともに脆化をきたし、加工が難しくなるので、０．
０５〜９．０％の範囲に限定した。

Ｍｏ：０．０５〜９．０％ Ｍｏ量が、０．０５％に満たないと抗張力の改善が゛期
待できず、一方９．０を超えると磁気特性が劣化すると
ともに脆化をきたし、加工が難しくなるので、０．０５
〜９．０の範囲に限定した。

Ｍ　ｎ　：　０．１〜１１．Ｏ％ Ｍｎｉが、０．１％より少量であると抗張力の改善効果
に乏しく、一方１１．０％より多量になるとα−γ変態
を起こし、非磁性γ相の体積率が増大して磁気特性が著
しく劣化すると同時に脆くなり、歩留り、生産性が悪化
するので、０．１〜１１．０％の範囲に限定した。

Ｎｉ：０．１〜２０．０％ Ｎｉ量が、０．１％に満たないと抗張力改善効果がほと
んど期待できず、一方２０．０％を超えるとα−ｒ相変
態を生じ、非磁性γ相が増大して磁気特性が劣化するの
で、０．１〜２０．０％の範囲に限定した。

Ｃｏ：０．５〜２０．０％ Ｃｏ量が、０．５％未満では抗張力改善効果がほとんど
認められず、一方２０．０％を超えると不経済であると
同時に硬磁性も呈するようになるので、０．５〜２０．
０％の範囲に限定した。

Ａｊ７：０．５〜１３．０％ 、ｌ量が、０．５％に満たないと抗張力改善効果がほと
んど期待できず、一方１３％を超えると脆くなって製品
化が困難になるので、０．５〜１３．０％の範囲に限定
した。

なお玉揚した固溶体強化元素は、それぞれ単独でもまた
複合して添加することもできるが、複合添加の場合、そ
の添加量が２０．０％を超えると飽和磁束密度が低下し
、磁気特性が劣化するので、２０．０％以下の範囲で添
加することが肝要である。

さて上記の適正範囲に成分調整された溶鋼は、造塊−分
塊法または連続鋳造法で鋼スラブとされたのち、熱間圧
延が施される。この熱間圧延において、熱延温度が８０
０℃に満たないと割れが生じ易く、一方１３５０℃を超
えるとスラブ表面が溶解することもあり、また不経済で
もあるので、熱延温度は８００〜１３５０℃の範囲が好
ましい。

つぎに必要に応じて、組織均一化のためにノルマライジ
ング焼鈍を施すが、焼鈍温度が７５０°Ｃ未満では均一
化に長時間を要し、一方１１００℃を超えると焼鈍時間
は短くて済むものの結晶粒が不均一に粗大化するおそれ
が大きくなるので、焼鈍温度は７５０〜１１００℃の範
囲とするのが好ましい。つついで得られた熱延板に冷間
圧延を施し、板厚を０゜０１〜０．３５ｎ＋の範囲に整
える。

第１図に、焼鈍条件を選ぶことによって平均結晶粒径を
ほぼ０．１５ｎ＋に整えた３、０％Ｗ−４，５％Ｓ　１
−Ｆｅの鉄損に及ぼす板厚の影響について調べた結果を
示す。

板厚の減少とともにＷ、。／１０゜。は低下するが、０
．０１ｍ以下になって急増している。この原因は不明で
あるが、薄帯化したためにキズやヘゲ等鉄損に悪影響を
及ぼす欠陥が増大している可能性が考えられる。一方板
厚が０．３５ｍｍを超えると鉄損の低減は望み得ない。

従って板厚は０．０１〜０．３５ｍｍの範囲とした。

次に仕上げ焼鈍温度は、８００〜１２５０℃の範囲とす
る。というのは、８００℃未満では所定の磁性を得るの
に長時間を要し、一方１２５０℃を超えると鋼板表面が
溶解するおそれが大きいだけでなく、不経済だからでも
ある。

第２図に、板厚：Ｏ，１ｍの３．０％Ｗ−４．５％Ｓｉ
−Ｆｅ合金の鉄損と最終焼鈍後の平均結晶粒径との関係
を示す。

同図より明らかなように、焼鈍後の平均結晶粒径がｏ、
ｏｉｍｍに満たなかったり、０．５ｕ＋を超えると鉄損
が大きくなってＷＩＯ／Ｉ。。。で１００　Ｗ／Ｋｇ以
上となるおそれが大きいので、平均結晶粒径は０．０１
〜０．５ｍｍの範囲に納めることが肝要である。

（実施例） 実施例１ 下表１に示す成分組成になる各鋼スラブを、１２５０゛
Ｃに加熱してから熱間圧延を施して２．０ｍｍ厚の熱延
板としたのち、ただちに冷間圧延を行い途中中間焼鈍を
９５０℃で施して最終板厚：０．１ｍｍの冷延板とし、
ついでこの板に対して９７０℃で最終仕上げ焼鈍を加え
た。

かくして得られた各鋼板の抗張力、平均粒径、鉄ｔＭ　
Ｗ　＋。７□。。。ならびに磁束密度について調べた結
果を表２に示す。

なお比較のため結晶粒径制御を行わない従来法によって
得られた製品の調査結果も表２に併せて示す。

表２に示した成績から明らかなように、この発明に従っ
て得られた電磁鋼板は、従来材に比べて磁束密度がさほ
ど劣化することなしに抗張力および鉄損特性の大幅な向
上が達成されている。

実施例２ 下表３に示す成分を存する各鋼スラブを、１２５０℃に
加熱してから熱間圧延を施して１．２１■厚の熱延板と
したのち、９００℃でノルマライジング焼鈍を施して冷
間圧延を行い最終板厚０．２５ｍｍとした。ついでこの
冷延板に対して９７０℃で最終仕上げ焼鈍を加えた。

抗張力、変化粒径、鉄損Ｗ、。７１゜。。ならびに磁束
密度について調べた結果を表３に示す。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、工業生産的に大量かつ均一
に６０　ｋｇ／ｍｍ”以上の抗張力を有し、かつ磁束密
度Ｂｓｏ　：　１．５　Ｔ以上、鉄損Ｗ、。７１゜。。

：１００　Ｗ／Ｋｇ　　以下の高周波用軟磁性鋼板を製
造することができ、ひいてはこのような材料の供給によ
って産業上必要とされる高速モータや高速磁気軸受等の
いわゆる高速回転子の飛躍的発展を期待し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、平均粒径：　０．１５龍の３゜ＯＷ−４，５
Ｓｔ−Ｆｅ鋼板の板厚と鉄損との関係を示したグラフ、 第２図は、鋼板の平均結晶粒径と鉄損との関係を示した
グラフ、 第３図は、内径ｒｌ、外径ｒ２の円板の平面図、第４図
は種々の固溶体強化元素の添加量と毀損との関係を示し
たグラフ 第５図は、同じく種々の固溶体強化元素の添加量と抗張
力との関係を示したグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｓｉ：３．５〜７．０ｗｔ％ を含みかつ Ｗ：０．０５〜９．０ｗｔ％ Ｍｏ：０．０５〜９．０ｗｔ％ Ｔｉ：０．０５〜１０．０ｗｔ％ Ｍｎ：０．１〜１１．０ｗｔ％ Ｎｉ：０．１〜２０．０ｗｔ％ Ｃｏ：０．５〜２０．０ｗｔ％および Ａｌ：０．５〜１３．０ｗｔ％ のうちから選んだ１種または２種以上を２０．０ｗｔ％
   を超えない範囲において含有するけい素鋼素材スラブを
   、熱間圧延によって熱延板としたのち、冷間圧延を施し
   て０．０１〜０．３５ｍｍの最終板厚とし、ついで８０
   ０〜１２５０℃の温度範囲で焼鈍を施して平均結晶粒径
   を０．０１〜５．０ｍｍとすることを特徴とする高張力
   軟磁性鋼板の製造方法。