JPS62256917A - 回転機用高抗張力無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - 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） 本発明は、回転機の回転部に鉄心として用いられる電磁
鋼板、特に回転時の応力あるいは加減速時の繰返し応力
に耐え得る優れた機械特性と磁気特性、即ち鉄損、磁束
密度を劣化させることなく具備した高抗張力無方向性電
磁鋼板に関するものである。 （従来の技術） 近年、エレクトロニクスの発達により回転機の駆動シス
テムの機能が高度化し、さまざまな回転駆動制御が可能
となってきた。即ち、駆動電源の周波数を制御すること
により、可変速運転、高周波数以上での高速運転を可能
とした回転機が増加してきた。一方、メカトロニクスの
発展により、回転機の高速化の要求が高まり、さらに従
来、高速回転機は比較的小容量に限られていたが、この
傾向は中・大型の回転機分野にも広がりつつある。 このような高速回転機を実現するには、高速回転に耐え
得る構造の回転子とする必要がある。一般に、回転する
物体に作用する遠心力は回転半径に比例し、回転速度の
２乗に比例して大きくなるので、中・大型の高速回転機
ではその回転子に作用する力が６０ｋｇ／鶴”を越える
場合がある。また、超大型の回転機の場合、回転数が比
較的低くても回転子の直径が大きいために、結果的に６
０ｋｇ　／　ｔｍ　”以上の応力が作用する場合があり
、回転子には高抗張力の素材が必要となる。さらに、可
変速運転が必要な回転機では加減速が頻繁に行なわれる
ため、素材として単に抗張力が高いだけでなく、繰返し
応力に対して疲労破壊する限度応力（疲労限）の高い素
材でなければならない。 通常、回転機の回転子には積層した無方向性電磁鋼板が
使われるが、前記のような回転機では所要の機械強度を
満足できない場合があり、その際には中実の鋳鋼型の回
転子などが採用されている。 しかし、回転機の回転子は電磁気現象を利用するもので
あるから、その素材としては前述の機械特性と同時に磁
気特性が優れていることが要求される。 回転子用の鉄心素材に要求される磁気特性のうち、特に
重要であるのは鉄損と磁束密度である。 回転子に発生する鉄損の主たるものは、回転子鉄心表面
に生じるリフプル損と呼ばれる高周波磁束による損失で
、その周波数ｆ、ｌは次式のように表わされる。 ｆｉ　＝２　’　ｆｏ　　’Ｍ／Ｐ ここに　ｆｏ　：駆動電源の周波数 Ｍ　：固定子鉄心の歯数（ティース数）Ｐ　：回転機の
磁極数 一例として、駆動電源の周波数を商用周波数の２倍程度
とした２極回転機の場合を考えると、そのリップル磁束
の周波数は１〜１ＱｋＨｚの範囲となる。 従って、このような回転子用鉄心素材としては上記の周
波数領域における鉄損が小さいものが望ましい。しかし
、前述の中実鋳鋼の回転子は一体ものであるために、高
周波領域では渦電流損失が非常に太き（なって、電磁鋼
板を積層してなる回転子を用いた場合に比べ、回転機と
しての効率が数％低いと言われている。 もう一つの重要な磁気特性は励磁特性である。 回転子鉄心素材の磁束密度が低いと、所要のトルクを発
生させるために必要な磁束を回転子に流すために、励磁
アンペアターンを大きくしなければならない。これは励
磁コイルでの銅損の増加につながるため、回転機の総合
的な効率の低下を招く。 即ち、中実鋳鋼製の回転子から、機械特性および鉄損と
もに優れた素材を積層した回転子に置き換えれば、鉄損
は確実に減少するが、その素材の磁束密度が低いと銅損
が増加し、場合によっては鉄損の減少分が相殺されて、
効率が向上しないこともありうる。 このように、かかる回転機の回転子鉄心素材としては、
機械的には高い抗張力と疲労強度を有し、かつ磁気的に
は高周波数における鉄損が低く、磁束密度が高いことを
同時に満足するものでなければならない。 鋼板の機械強度を高める手段として、冷延鋼板の分野で
一般的に用いられる方法には、固溶硬化、析出硬化、細
粒化による硬化、変態組織による硬化などがあるが、一
般に、高い機械強度と低鉄損・高磁束密度という優れた
磁気特性とは相反する関係にあり、これらを同時に満足
させるのは困難であった。 公知の技術として、例えば特開昭６０−２３８４２１号
公報記載の方法のようにＳｉ含有量を３．５〜７．０％
と高め、これに固溶硬化の大きい元素を添加し、抗張力
を高める方法が提案されているが、この方法ではＳｉ含
有量に依存している割合が高いために、熱延板から最終
冷延厚みに圧延するに際して１００〜６００℃の温間圧
延が必要という欠点があった。さらに、この技術によっ
て得られる鋼板の磁束密度Ｂ５０は１．５６〜１．６１
７と極めて低いという大きな問題があった。 また特開昭６１−９５２０号公報では、Ｓｉ含有量を高
め、これに固溶硬化の大きい元素を添加した溶鋼を急冷
凝固法により鋼帯とし、これを冷間あるいは温間圧延し
、さらに焼鈍を施して、抗張力が高く、鉄損の低い高抗
張力無方向性電磁鋼板を製造する方法が提案されている
。この技術によれば、Ｓｉ含有量を高めても急冷凝固法
であるため、従来の圧延による製造法のように材料の脆
化による制約は緩和される。しかし、前出の技術と同様
、例えば７０ｋｇ／鶴２以上の高抗張力を得るためには
、Ｓｉ含有量を４〜４．５％と高めねばならず、磁束密
度Ｂ５０は非常に低くなるという問題があった。 一方、特開昭５５−６５３４９号公報などに提案されて
いるように、センダスト系の、硬度が非常に高く、透磁
率の高い磁性材料を製造する技術があるが、これらの材
料は主に磁気ヘッドあるいは小型の高周波トランスなど
の静止器用である。 本発明が対象としている回転機の回転子鉄心は、通常、
打ち抜きにより加工され、積層結束される。 そして実際の回転機の運転状態では回転・停止・加減速
による繰返し応力を受ける。従って、かかる回転子用鉄
心材料としては、打ち抜き加工で割れなどが発生するこ
となく、かつ繰返し応力に対する破壊強度の高いもので
なければならない。センダスト系の材料は機械的に高強
度で耐摩耗性に優れているが、反面、非常に脆いため、
上記の観点から回転機用には使用できなかった。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、急冷凝固法などによらず、従来の圧延
技術で工業的規模の製造が可能な機械特性ならびに磁気
特性の優れた回転機用高抗張力無方向性電磁鋼板および
その製造方法を提供しようとするものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、重量％で、ｓｉ：２．０
％以上、３．５％未満、Ｃ：　０．００８％以下、Ｐ：
０．０３％以上、０．２％未満を含み、かつＭ　ｎ　。 Ｎｉのうち１種または２種を重量％で、０．３％≦Ｍｎ
＋Ｎｉ＜１０％の範囲で含有し、残部Ｆｅおよび不可避
不純物元素よりなる、抗張力ＴＳ：６５ｋｇ　／　ｔｍ
　”以上で、かつ高周波鉄損Ｗ、／５０。。：５０Ｗ　
／　ｋｇ以下、磁束密度Ｂ５０：１．６５Ｔ以上の優れ
た機械特性および磁気特性を有する回転機用高抗張力無
方向性電磁鋼板にある。　 他の要旨は、前記の成分を有する鋼を連続鋳造あるいは
鋼塊−分塊圧延によってスラブとし、次いで熱間圧延し
て、無焼鈍のままあるいは焼鈍した後、酸洗し、冷間圧
延をして最終板厚となした後、６５０℃以上、８５０℃
未満の温度範囲で低温再結晶させるところにある。 以下にこの発明の詳細な説明する。 まず成分を上記の範囲に限定した理由について説明する
。 Ｓｉ：２．０％以上、３．５％未満 Ｓｔは鋼の固有抵抗を増し、渦電流を減少させるので、
鉄損減少に最も効果の大きい元素である。 同時にＳｔは抗張力を高めるにも有効な元素であるが、
添加量が２％未満ではその効果が小さい。 一方、Ｓｉは前述のように鋼を脆化し、かつ製品の磁束
密度を低下させる。従って、本発明では従来の圧延技術
で工業的規模の製造が可能で、かつ高い磁束密度を確保
するため、Ｓｉ含有量を３．５％未満とする。 Ｃ：　０．００８％以下 Ｃは鋼の強度を高めるが、一方、鉄損はＣ含有量に対し
て急激に悪化するため、ｏ、　ｏ　ｏ　ｓ％以下に限定
する。 Ｐ：０．０３％以上、０．２％未満 Ｐは抗張力を高める効果が非常に大きい元素であるが、
０．０３％未満ではほとんど効果がない。 一方、Ｐは粒界に偏析し、鋳片・熱延板・冷延板を脆化
させる。従って、工業的規模での連続鋳造・熱間圧延・
冷間圧延を可能とするために、０．２％未満とする。 Ｍｎ５Ｎｉ　：　０．３％≦Ｍｎ＋Ｎｉ＜１０％Ｍｎ、
Ｎｉはともに磁気特性に与える悪影響が比較的小さく、
かつ固溶硬化による抗張力向上の効果が大きい。Ｍｎは
抗張力を高めると同時に、鋼の固有抵抗を高めるので、
高周波数での鉄損にも有利であるが、単独に添加した場
合、０．３％未満では効果が乏しい、一方、Ｍｎの添加
により製品の磁束密度は直線的に低下するため、単独添
加の場合、１０％未満とした。 Ｎｉは磁気特性への悪影響が小さく、かつ抗張力向上に
有効な元素であるが、単独に添加した場合、０．３％未
満では効果が乏しい。一方、Ｍｎと同様、添加量が多く
なると磁束密度が低下するため、単独での添加の場合、
１０％未満とした。 ＭｎとＮｔの添加量を合計量で規定したのは、両元素の
抗張力におよぼす効果と磁束密度に与える悪影響がほぼ
同じであるためで、合計添加量で添加効果が明確となる
０、　３％以上から磁束密度Ｂ５゜が１．６５　Ｔ以上
確保できる範囲として１０％未満とした。 以上のような成分元素は、一般に鋼を脆化させるため、
これを緩和する目的で、結晶粒界を強化するＢを適当量
、例えば０．００５％程度添加してもよい。また、磁気
特性、特に鉄損をさらに向上させるため、Ａ７！を経済
的な範囲で、例えば１％未満添加してもよい。 上記の成分以外は鉄および不可避不純物元素である。 （作　用） 次に本発明の製造方法について説明する。 上記の適性範囲の成分からなる鋼は、転炉あるいは電気
炉など公知の方法で溶製され、連続鋳造あるいは鋼塊に
鋳造した後、分塊圧延によりスラブとされる。次いでこ
のスラブを公知の方法で加熱炉にて加熱あるいはホット
・チャージし、あるいは分塊圧延後、直送して熱間圧延
し、例えば１．５〜５１１の板厚とする。この熱延板を
無焼鈍のまま、あるいはノルマライジングのために例え
ば９００℃で２分間焼鈍した後、酸洗する。次いで１回
または途中に熱処理を含んで２回の公知の方法で冷間圧
延し、最終板厚、例えば０．３０〜０．８０龍とする。 しかる後、６５０℃以上、８５０℃未満の温度範囲で低
温再結晶焼鈍を行う。ここで焼鈍温度を上記の範囲に限
定したのは、６５０℃以下では所要の磁気特性が得られ
ず、また焼鈍後、鋼帯が平坦とならないためである。一
方、焼鈍温度が８５０℃以上であると、結晶粒成長が急
激に進行して機械特性が劣化するので、安定して所要の
機械特性と磁気特性を同時に得るため上記の温度範囲と
する。 （実施例） （１）実施例１ 表１に示す成分組成の各鋼を鋼塊に鋳造し、１、１００
℃に加熱して分塊圧延し、スラブとした。 次いで、１．１５０℃に加熱してから熱間圧延を施して
板厚を２．Ｏｎとした後、酸洗し、しかる後に冷間圧延
により最終板厚を０．５鶴とした。続いて、この冷延鋼
帯を水素ガス１０％を含む保護雰囲気下で８２５℃で１
分間焼鈍した。得られた各銅帯の抗張力と鉄損Ｗ、７１
゜。い磁束密度Ｂ５０を調査し、その結果を同じ（表１
に示した。比較のため、従来の方法で得られた調帯の各
特性値を併記した。 （２）実施例２ 表２に示す成分組成の名調を連続鋳造してスラブとなし
、１．２００℃に加熱してから熱間圧延を施して板厚２
．８ｍｌｌ０熱延板を得た。この熱延板を９２０℃で１
分間焼鈍した後、酸洗し、次いで冷間圧延して最終板厚
を０．７　ｍｍとした。この冷延鋼帯を７２５℃で２０
秒間焼鈍した。得られた各調帯の抗張力と鉄損Ｗ、７．
。。。、磁束密度Ｂ５０を同じく表２に示した。 （３）　　実施例３ 表３に示す成分組成の名調を連続鋳造して得られたスラ
ブを、そのまま直送して熱間圧延を施して板厚２．８１
１１１の熱延板とした。この熱延板を焼鈍せずに酸洗の
み行い、次いで冷間圧延して最終板厚を０．５１■とし
た。この冷延鋼帯を７００℃で３０秒間焼鈍した。得ら
れた各調帯の抗張力と鉄損ＷＳＺ＋。。い磁束密度Ｂ５
０を同じく表３に示した。 （発明の効果） 以上のように、本発明により、高い抗張力を有し、かつ
鉄損が低く、磁束密度が高いことを同時に併せ持つ貰抗
張力無方向性電磁鋼板が得られ、回転機の中・大型化、
高速化による高効率化に伴い、その回転子用鉄心材料と
して用いられる高抗張力無方向性電磁鋼板に対する要請
に十分応えることができ、その工業的効果は非常に大き
い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％で、Ｓｉ：２．０％以上、３．５％未満、Ｃ
   ：０．００８％以下、Ｐ：０．０３％以上、０．２％未
   満を含み、かつＭｎ、Ｎｉのうち１種または２種を重量
   ％で、０．３％≦Ｍｎ＋Ｎｉ＜１０％の範囲で含有し、
   残部Ｆｅおよび不可避不純物元素よりなる、抗張力ＴＳ
   ：６５ｋｇ／ｍｍ＾２以上で、かつ高周波鉄損Ｗ＿５＿
   ／＿１＿０＿０＿０：５０Ｗ／ｋｇ以下、磁束密度Ｂ＿
   ５＿０：１．６５Ｔ以上の優れた機械特性および磁気特
   性を有する回転機用高抗張力無方向性電磁鋼板。 ２、重量％で、Ｓｉ：２．０％以上、３．５％未満、Ｃ
   ：０．００８％以下、Ｐ：０．０３％以上、０．２％未
   満を含み、かつＭｎ、Ｎｉのうち１種または２種を重量
   ％で、０．３％≦Ｍｎ＋Ｎｉ＜１０％の範囲で含有し、
   残部Ｆｅおよび不可避不純物元素よりなる鋼を、連続鋳
   造あるいは鋼塊−分塊圧延によってスラブとし、次いで
   熱間圧延して、無焼鈍のままあるいは焼鈍した後、酸洗
   し、冷間圧延をして最終板厚となした後、６５０℃以上
   、８５０℃未満の温度範囲で低温再結晶させることを特
   徴とする、抗張力ＴＳ：６５ｋｇ／ｍｍ＾２以上で、か
   つ高周波鉄損Ｗ＿５／＿１＿０＿０＿０：５０Ｗ／ｋｇ
   以下、磁束密度Ｂ＿５＿０：１．６５Ｔ以上の優れた機
   械特性および磁気特性を有する回転機用高抗張力無方向
   性電磁鋼板の製造方法。