JP2000080450A - 非正弦波励磁下での磁気特性および占積率が優れた無方向性電磁鋼板およびその製造法 - Google Patents

非正弦波励磁下での磁気特性および占積率が優れた無方向性電磁鋼板およびその製造法

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JP2000080450A JP10249615A JP24961598A JP2000080450A JP 2000080450 A JP2000080450 A JP 2000080450A JP 10249615 A JP10249615 A JP 10249615A JP 24961598 A JP24961598 A JP 24961598A JP 2000080450 A JP2000080450 A JP 2000080450A
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Taisei Nakayama
大成 中山
Noriyuki Honjo
法之 本庄
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無方向性電磁鋼板は磁気特性および占積率が
低く、環境問題やエネルギ問題の解決に寄与する高効率
のモータやトランスを提供できない。 【解決手段】 C:0.01%以下、Si:3.5 %以下、Mn:
2.0 %以下、P:0.005 〜0.1 %、S:0.01%以下、so
l.Al:2.0 %以下、およびN:0.003 %以下を含有し、
板厚が0.22〜0.40mmであるとともに表面粗度Raが0.35μ
m以下である、非正弦波励磁下での磁気特性および占積
率が優れた無方向性電磁鋼板である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非正弦波励磁下で
の磁気特性および占積率がともに優れた無方向性電磁鋼
板およびその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境問題やエネルギ問題が高まる
に伴って、特に冷蔵庫やエアコン等に使用されるモータ
やトランス等のいっそうの高効率化が図られている。モ
ータやトランス等の高効率化を図るために、直流電力を
交流電力に変換するインバータを用いた制御を行うこと
によって、例えばPWM(パスル幅変調波) やPAM(パルス増
幅変調波) といった、50〜60Hzの商用周波数よりも高い
100 〜1000Hzの周波数を有する非正弦波が、駆動電流と
して多用される。そのため、モータやトランス等の鉄心
に使用されてきた無方向性電磁鋼板にも、高周波の非正
弦波に対する磁気特性が優れることが、さらに要求され
るようになってきた。
【0003】また、環境問題やエネルギ問題に対応する
ため、自動車の分野においても、近年、電気自動車や電
気モータと内燃機関とを組み合わせたハイブリッド車が
積極的に開発されている。この電気自動車やハイブリッ
ド車に搭載される自動車駆動用モータは、その特質上高
回転で運転され、この高回転を得るためにインバータ駆
動の高周波の非正弦波を使用する。このため、この点か
らも、高周波の非正弦波に対する磁気特性が優れた無方
向性電磁鋼板が、強く求められている。
【0004】いわゆる「薄手電磁鋼板」として、高周波
特性が優れた無方向性電磁鋼板が、特開平8−60252 号
公報や同8−49044 号公報等に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平8−60
252 号公報や同8−49044 号公報により開示された電磁
鋼板は、製品板厚が0.1 〜0.21mmと薄いものである。そ
のため、この電磁鋼板を鉄心に用いてモータやトランス
等を製作すると、磁路として有効な部分の鉄心に対する
割合である占積率は94%程度しか得られず、これ以上の
向上は望めなかった。占積率の低下はモータ効率の低下
につながる。このため、鋼板のエプスタイン磁気特性
(電磁鋼板の交流による鉄損特性) が優れていても、モ
ータ特性が劣ってしまう。
【0006】このように、従来の高周波特性が優れた電
磁鋼板は、その多くが板厚が0.2 mm以下と薄く、占積率
が著しく低いという課題があった。そのため、磁気特性
および占積率をともに向上することはできなかった。
【0007】また、板厚が0.40mmを超えた電磁鋼板が、
例えばJIS C2552(1986) に規格化されている。しかし、
この電磁鋼板は、高周波の非正弦波に対する磁気特性が
不足しており、高周波の非正弦波を用いたモータやトラ
ンスの鉄心等に用いても、環境問題やエネルギ問題の解
決に寄与することができる程度の高効率化を図ることは
できなかった。
【0008】本発明の目的は、非正弦波励磁下での磁気
特性および占積率が優れ、例えばモータやトランス等の
鉄心に使用するのに好適な無方向性電磁鋼板およびその
製造法を提供することである。換言すれば、本発明の目
的は、占積率の低下を招くことなく、パルス変調時に発
生する高調波を含んだ非正弦波での磁気特性に優れた電
磁鋼板およびその製造法を提供することである。
【0009】具体的には、本発明は、JIS に定められた
製品板厚0.35mmの占積率と同等以上の占積率を有すると
ともに、例えばインバータ等の非正弦波励磁による磁気
特性が400 Hz磁束密度1.5Tが50W/kg以下 (50Hz磁束密度
1.5Tでの鉄損が3.0W/kg 以下) である電磁鋼板およびそ
の製造法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】ここに、本発明の要旨と
するところは、C:0.01% (本明細書においては特にこ
とわりがない限り、「%」は「重量%」を意味するもの
とする。) 以下、Si:3.5 %以下、Mn:2.0 %以下、
P:0.005 〜0.1 %、S:0.01%以下、sol.Al:2.0 %
以下、およびN:0.003 %以下を含有し、板厚が0.22〜
0.40mmであるとともに表面粗度Raが0.35μm以下である
ことを特徴とする非正弦波励磁下での磁気特性および占
積率が優れた無方向性電磁鋼板である。
【0011】また、別の観点からは、本発明は、C:0.
01%以下、Si:3.5 %以下、Mn:2.0 %以下、P:0.00
5 〜0.1 %、S:0.01%以下、sol.Al:2.0 %以下、お
よびN:0.003 %以下を含有する鋼組成を有するスラブ
を、1300℃以下の温度域に加熱して熱間圧延を行った
後、必要に応じて、600 〜1000℃の温度域で熱延板焼鈍
を行ってから、ロール粗度Raが1.5 μm以下の圧延ロー
ルで最終パスの冷間圧延を行って板厚が0.22〜0.40mmの
冷延鋼板とし、700 〜1050℃の温度域で仕上げ連続焼鈍
を行い、必要に応じて、有機物若しくは有機物および無
機物の複合物からなるコーティング層を冷延鋼板の表面
に形成することを特徴とする非正弦波励磁下での磁気特
性および占積率が優れた無方向性電磁鋼板の製造法であ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】まず、本発明にかかる無方向性電
磁鋼板の製造法の実施の形態を、詳細に説明する。本実
施形態において用いるスラブの組成を限定する理由を説
明する。
【0013】C:0.01%以下 C含有量が0.01%を超えると、磁気特性が劣化する。そ
こで、本発明では、C含有量は0.01%以下と限定する。
【0014】Si:3.5 %以下 Siは、磁気特性を改善するための電磁鋼板では必須の元
素である。しかし、Si含有量が3.5 %を越えると、冷間
圧延時に破断し冷間圧延が困難となる。そこで、本発明
では、Si含有量は3.5 %以下と限定する。
【0015】Mn:2.0 %以下 Mnは、磁気特性を改善するために有効な元素である。し
かし、Mn含有量が2.0%を越えると、冷間圧延時に破断
し冷間圧延が困難になる。そこで、本発明では、Mn含有
量は2.0 %以下と限定する。
【0016】P:0.005 〜0.1 % Pは、所望の打抜き性を確保するための機械的性質を改
善するために重要である。しかし、P含有量が0.1 %を
越えると、冷間圧延時に破断し冷間圧延が困難になる。
そこで、本発明では、P含有量は0.005 %以上0.1 %以
下と限定する。
【0017】S:0.01%以下 Sは、0.01%超含有することにより磁気特性を劣化させ
る。そこで、本発明では、S含有量は0.01%以下と限定
する。好ましくは0.003 %以下である。
【0018】sol.Al:2.0 %以下 sol.Alは、磁気特性を改善するために重要な元素であ
る。しかし、sol.Al含有量が2.0 %を超えると、冷間圧
延時に破断し冷間圧延が困難になる。そこで、本発明で
は、sol.Al含有量は2.0 %以下と限定する。
【0019】N:0.003 %以下 Nは、Alと結合してAlNを形成し、結晶粒を微細化させ
て磁気特性を劣化させる有害な元素である。そこで、本
発明では、N含有量は0.003 %以下と限定する。
【0020】上記以外は、Feおよび不可避的不純物であ
るが、上記以外の元素を、上記元素が奏する作用を消失
しない範囲で含有してもよい。
【0021】本実施形態では、このような鋼組成を有す
るスラブを、1300℃以下のスラブ加熱温度に加熱して熱
間圧延を行う。スラブ加熱温度が1300℃超であると、鋼
中のMnSを溶解させてしまい、磁気特性の劣化を招く。
そこで、本発明では、スラブ加熱温度は1300℃以下と限
定する。圧延性を勘案して、スラブ加熱温度は1100℃以
上1250℃以下であることが望ましい。熱間圧延のこの他
の条件は何ら限定を要するものではなく、適宜条件で行
えばよい。
【0022】このようにして熱間圧延を行った後、必要
に応じて、600 〜1000℃の温度域で熱延板焼鈍を行っ
て、磁気特性を改善する。熱延板焼鈍温度が600 ℃未満
では磁気特性の改善効果が認められず、一方1100℃を越
えると結晶粒が過度に粗大化して、冷間圧延時に破断等
のトラブルを引き起こす。そこで、熱延板焼鈍を行う場
合には、その温度は600 ℃以上1000℃以下であることが
望ましい。
【0023】この後、ロール粗度Raが1.5 μm以下の圧
延ロールで最終パスの冷間圧延を行って板厚が0.22〜0.
40mmの冷延鋼板とする。冷間圧延は1回で行い、仕上げ
最終パスの圧延ロールの表面粗度を1.5 μm以下とし
て、仕上げ圧延を行う。ここで、「仕上げ最終パスの圧
延ロール」とは、リバース式圧延機を用いて複数パスの
リバース冷間圧延を行う場合には、ワークロールの表面
粗度を意味し、複数の圧延スタンドをタンデムに有する
タンデム式圧延機を用いて1パスの冷間圧延を行う場合
には、最終スタンドのワークロールの表面粗度を意味す
る。
【0024】本実施形態では、この「仕上げ最終パスの
圧延ロール」の表面粗度を、1.5 μm以下と限定する。
表面粗度が1.5 μmを超える圧延ロールを用いて最終圧
延を行うと、表面転写率から、製品の表面粗さRaが目標
値である0.35μmを超えてしまう。そこで、本発明で
は、「仕上げ最終パスの圧延ロール」の表面粗度は、1.
5 μm以下と限定する。冷間圧延のこの他の条件は何ら
限定を要するものではなく、適宜条件で行えばよい。
【0025】このようにして得られた冷延鋼板に対し
て、700 〜1050℃の温度域で仕上げ連続焼鈍を行う。仕
上げ連続焼鈍温度が700 ℃未満では再結晶組織が十分得
られず、磁気特性が不良となる。一方、仕上げ連続焼鈍
温度が1100℃超では、結晶粒が著しく粗大化し加工性が
劣化する。そこで、本発明では、仕上げ連続焼鈍温度
は、700 ℃以上1050℃以下と限定する。
【0026】このようにして仕上げ連続焼鈍を行った
後、打抜性を重視する用途である場合には、冷延鋼板の
表面に樹脂材料のみ、若しくは樹脂材料と無機バインダ
ーとの混合物からなる表面コーティングを行うことが望
ましい。
【0027】このようにして、本発明にかかる無方向性
電磁鋼板が得られる。この電磁鋼板は、C:0.01%以
下、Si:3.5 %以下、Mn:2.0 %以下、P:0.005 〜0.
1 %、S:0.01%以下、sol.Al:2.0 %以下、および
N:0.003 %以下を含有し、板厚が0.22〜0.40mmである
とともに表面粗度Raが0.35μm以下である。
【0028】表面粗度Raは、占積率にとって重要であ
る。平均粗さRaが0.35μmを超えると、占積率の低下が
著しい。図1は、上記の組成を有する板厚0.22mm、0.32
mm、0.40mmの冷延鋼板について、表面粗度Raと占積率と
の関係を調べた結果を示すグラフである。同図にグラフ
で示すように、表面粗度Raが0.35μm超であると、占積
率が劣化する。表面粗度Raの下限は、占積率の観点から
は特に規定する必要はないが、工業的に製造可能な表面
粗度は0.1 μm程度であるため、0.1 μmとすることが
望ましい。
【0029】また、この冷延鋼板の板厚は、0.22〜0.40
mmとする。板厚が0.22mm未満であると、所望の占積率が
得られない。図2は、上記の組成および表面粗度Ra:0.
25μmを有する冷延鋼板について、板厚と占積率との関
係を調べた結果を示すグラフである。同図にグラフで示
すように、板厚が0.22mm未満であると占積率の低下が著
しい。一方、板厚が0.40mm超となると、非正弦波励磁で
の鉄損の劣化が著しい。そこで、本発明では、冷延鋼板
の板厚は、0.22mm以上0.40mm以下と限定する。
【0030】このようにして得られた本発明にかかる無
方向性電磁鋼板は、JIS に定められた製品板厚0.35mmの
占積率と同等以上の占積率を有するとともに、例えばイ
ンバータ等の非正弦波励磁による磁気特性が400 Hz磁束
密度1.5Tが50W/kg以下 (50Hz磁束密度1.5Tでの鉄損が3.
0W/kg 以下) である。このように、本発明にかかる無方
向性電磁鋼板は、占積率の低下を招くことなく、パルス
変調時に発生する高調波を含んだ非正弦波での磁気特性
に優れた電磁鋼板であり、例えばモータやトランスの鉄
心に使用するのに好適である。
【0031】
【実施例】表1に示す鋼組成を有するスラブ1〜18 (厚
さ227mm 、幅1000mm) を、表1に示すスラブ加熱温度に
加熱して通常の熱間圧延を行い、1.8 mm厚の熱延コイル
に仕上げた。
【0032】通常の酸洗後、熱延板焼鈍を表1に示す熱
延板焼鈍温度で行い、ロール粗度Raが0.25μmの圧延ロ
ールで最終パスの冷間圧延を行って、表1に示す製品板
厚および表面粗度の冷延コイルに仕上げた。
【0033】この冷延コイルを巻き戻して、表1に示す
仕上げ連続焼鈍温度で再結晶焼鈍を行った後、アクリル
樹脂エマルジョン、クロム酸マグネシウムおよびほう酸
よりなる膜厚0.4 μmの表面コーティングをロールコー
ター方式により、冷延コイルの表面に形成させた。
【0034】このようにして得られた18種の無方向性電
磁鋼板について、鉄損 (磁気特性)および占積率を測定
した。なお、鉄損は、可聴周波数25cmエプスタイン試験
枠を用い、非正弦波のうちPWM49 次 (パルス幅変調) に
より励磁して50Hzと400 Hzで磁束密度1.5Tの時の鉄損を
調べた。結果を表1にまとめて示す。
【0035】
【表1】
【0036】表1における試料No.1〜試料No.9は、本発
明例である。これらは、いずれも、JIS に定められた製
品板厚0.35mmの占積率と同等以上の占積率を有するとと
もに、非正弦波励磁による磁気特性が400 Hz磁束密度1.
5Tが50W/kg以下 (50Hz磁束密度1.5Tでの鉄損が3.0W/kg
以下) である。このため、例えばモータやトランスの鉄
心に使用するのに好適であることがわかる。
【0037】これに対し、試料No.10 はSi含有量が、試
料No.11 はMn含有量が、試料No.12はAl含有量が、いず
れも本発明の範囲の上限を上回っているため、冷間圧延
時に破断してしまった。
【0038】試料No.13 は、製品板厚および表面粗度が
いずれも本発明の範囲の上限を上回っているため、磁気
特性が劣化した。試料No.14 は、製品板厚が本発明の範
囲の下限を下回っているため、占積率が低下した。
【0039】試料No.15 は、S含有量が本発明の範囲の
上限を上回っているため、磁気特性が劣化した。試料N
o.16 は、C含有量および表面粗度がいずれも本発明の
範囲の上限を上回っているため、磁気特性が劣化した。
【0040】試料No.17 は、P含有量が、本発明の範囲
の上限を上回っているため、冷間圧延時に破断してしま
った。さらに、試料No.18 は、N含有量が、本発明の範
囲の上限を上回っているため、磁気特性が劣化した。
【0041】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
り、非正弦波励磁下での磁気特性および占積率が優れ、
例えばモータやトランスの鉄心に使用するのに好適な無
方向性電磁鋼板およびその製造法を提供することができ
た。これにより、環境問題やエネルギ問題の解決に寄与
する高効率のモータやトランスを提供することができ
る。かかる効果を有する本発明の意義は、極めて著し
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で規定する組成を満足する板厚0.22mm、
0.32mm、0.40mmの冷延鋼板について、表面粗度Raと占積
率との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図2】本発明で規定する組成を満足する表面粗度Ra:
0.25μmを有する冷延鋼板について、板厚と占積率との
関係を調べた結果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K033 AA01 CA08 CA09 CA10 FA01 FA02 FA13 HA05 JA07 5E041 AA11 AA19 CA02 HB05 HB07 HB11 NN01 NN06 NN17 NN18

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.01%以下、Si:3.5 %
    以下、Mn:2.0 %以下、P:0.005 〜0.1 %、S:0.01
    %以下、sol.Al:2.0 %以下、およびN:0.003 %以下
    を含有し、板厚が0.22〜0.40mmであるとともに表面粗度
    Raが0.35μm以下であることを特徴とする非正弦波励磁
    下での磁気特性および占積率が優れた無方向性電磁鋼
    板。
  2. 【請求項2】 重量%で、C:0.01%以下、Si:3.5 %
    以下、Mn:2.0 %以下、P:0.005 〜0.1 %、S:0.01
    %以下、sol.Al:2.0 %以下、およびN:0.003 %以下
    を含有する鋼組成を有するスラブを、1300℃以下の温度
    域に加熱して熱間圧延を行った後、ロール粗度Raが1.5
    μm以下の圧延ロールで最終パスの冷間圧延を行って板
    厚が0.22〜0.40mmの冷延鋼板とし、700 〜1050℃の温度
    域で仕上げ連続焼鈍を行うことを特徴とする非正弦波励
    磁下での磁気特性および占積率が優れた無方向性電磁鋼
    板の製造法。
  3. 【請求項3】 前記熱間圧延を行った後に、600 〜1000
    ℃の温度域で熱延板焼鈍を行ってから、前記冷間圧延を
    行う請求項2に記載の非正弦波励磁下での磁気特性およ
    び占積率が優れた無方向性電磁鋼板の製造法。
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JP2008231504A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Jfe Steel Kk 無方向性電磁鋼板
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