JP2010121150A - Non-oriented electrical steel sheet for rotating machine, the rotating machine, and method of manufacturing the same - Google Patents

Non-oriented electrical steel sheet for rotating machine, the rotating machine, and method of manufacturing the same Download PDF

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Ichiro Tanaka
一郎 田中
Kaoru Fujita
薫 藤田
Hiroki Takamaru
広毅 高丸
Hiroyoshi Yashiki
裕義 屋鋪
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-oriented electrical steel sheet which can be easily provided with excellent machining characteristics needed as a rotor and excellent magnetic characteristics needed as a stator, and a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine has the sheet thickness of 0.15-0.50 mm, and has a steel composition containing, by mass, &le;0.02% C, 1.0-4.0% Si, 0.05-3.0% Mn, &le;2.5% Al, &le;0.25% P, &le;0.01% S, &le;0.01% N and further, containing at least one kind of element selected from a group composed of Nb, Zr, Ti and V in a range satisfying 0&lt;Nb/93+Zr/91+Ti/48+V/51-(C/12+N/14)&lt;5&times;10<SP>-3</SP>, and the balance Fe with inevitable impurities. The non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine has the steel structure in which the area ratio of recrystallized portion is &lt;90%, and in the case of applying the postheat treatment for holding the steel sheet at 800&deg;C for 2 hr, the area ratio of the recrystallized portion becomes 100%. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などの環境対応車の駆動モータ、ロボット、工作機械などのサーボモータといった高効率回転機（高効率モータ）に用いられる無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。特に、高速回転する永久磁石埋め込み型モータの固定子（ステータ）および回転子（ロータ）や高速回転する誘導モータの固定子および回転子として好適な優れた機械特性と磁気特性とを兼ね備えた無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a non-oriented electrical steel sheet used for a high-efficiency rotating machine (high-efficiency motor) such as a drive motor of an environment-friendly vehicle such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle, a servo motor of a robot, a machine tool, and the like. It relates to a manufacturing method. In particular, it is a non-directional combination of excellent mechanical and magnetic properties suitable as a stator (rotor) for a permanent magnet embedded motor that rotates at high speed and a stator and rotor for an induction motor that rotates at high speed. The present invention relates to a magnetic steel sheet and a method for producing the same.

近年の地球環境問題の高まりから、多くの分野において省エネルギー、環境対策技術が進展している。自動車分野も例外ではなく、排ガス低減、燃費向上技術が急速に進歩している。電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池車などの環境対応車はこれらの技術の集大成といっても過言ではなく、自動車駆動モータ（以下、単に「駆動モータ」ともいう。）の性能が自動車性能を大きく左右する。   Due to the recent increase in global environmental problems, energy conservation and environmental countermeasure technologies have been developed in many fields. The automobile field is no exception, and technologies for reducing exhaust gas and improving fuel efficiency are advancing rapidly. It is no exaggeration to say that environmentally friendly vehicles such as electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell vehicles are the culmination of these technologies. The performance of automobile drive motors (hereinafter also simply referred to as “drive motors”) greatly enhances vehicle performance. It depends on you.

駆動モータの多くは永久磁石を用いており、巻き線を施した固定子部分と永久磁石を配置した回転子部分とから構成される。最近では永久磁石を回転子内部に埋め込んだ形状（永久磁石埋め込み型モータ；ＩＰＭモータ）が主流となっている。また、パワーエレクトロニクス技術の進展により回転数は任意に制御可能であり、高速化傾向にある。したがって、鉄心素材は商用周波数（５０〜６０Ｈｚ）以上の高周波数域で励磁される割合が高まっており、商用周波数での磁気特性のみでなく、４００Ｈｚ〜数ｋＨｚでの磁気特性改善が要求されるようになってきた。また、回転子は高速回転時の遠心力のみならず回転数変動にともなう応力変動を常時うけることから、回転子の鉄心素材には機械特性も要求されている。特に、ＩＰＭモータの場合には複雑な回転子形状を有することから、回転子用の鉄心材料には応力集中を考慮して遠心力ならびに応力変動に耐えうるだけの機械特性が必要となる。また、ロボット、工作機械用のサーボモータ分野でも、駆動モータと同様に回転数の高速化が今後進行していくと予測される。また、原材料価格の高騰により、高価な永久磁石を使用しない誘導モータを駆動モータとして適用検討する動きもあり、誘導モータの回転子においても強度が要求されるに至っている。   Most of the drive motors use permanent magnets, and are composed of a wound stator portion and a rotor portion on which the permanent magnet is arranged. Recently, a shape in which a permanent magnet is embedded in a rotor (permanent magnet embedded motor; IPM motor) has become mainstream. Further, with the advancement of power electronics technology, the rotational speed can be arbitrarily controlled, and there is a tendency to increase the speed. Therefore, the rate at which the iron core material is excited in a high frequency range higher than the commercial frequency (50 to 60 Hz) is increased, and not only the magnetic characteristic at the commercial frequency but also the improvement of the magnetic characteristic at 400 Hz to several kHz is required. It has become like this. In addition, since the rotor is constantly subjected not only to centrifugal force during high-speed rotation but also to stress fluctuations associated with fluctuations in the rotational speed, the rotor core material is also required to have mechanical characteristics. In particular, since the IPM motor has a complicated rotor shape, the core material for the rotor needs to have mechanical characteristics sufficient to withstand centrifugal force and stress fluctuation in consideration of stress concentration. Also, in the field of servo motors for robots and machine tools, it is predicted that the rotation speed will increase in the same way as drive motors. In addition, due to soaring raw material prices, there is a movement to consider applying an induction motor that does not use an expensive permanent magnet as a drive motor, and the strength of the rotor of the induction motor is also required.

従来、駆動モータの固定子は主に打ち抜き加工した無方向性電磁鋼板の積層により製造されていたが、回転子はロストワックス鋳造法あるいは焼結法などにより製造されることもあった。これは固定子には優れた磁気特性が、回転子には堅牢な機械特性が要求されることによる。しかしながら、モータ性能は回転子−固定子間のエアギャップに大きく影響されるため、上述の回転子では精密加工の必要性が生じ鉄心製造コストが大幅に増加するという問題があった。コスト削減の観点からは、打ち抜き加工した電磁鋼板を使用すればよいが、回転子に必要な磁気特性と機械特性とを兼備した無方向性電磁鋼板は見出されていないのが現状であった。   Conventionally, the stator of the drive motor has been manufactured mainly by stacking non-oriented electrical steel sheets that have been stamped, but the rotor has also been manufactured by a lost wax casting method or a sintering method. This is because the stator requires excellent magnetic properties and the rotor requires robust mechanical properties. However, since the motor performance is greatly influenced by the air gap between the rotor and the stator, the above-described rotor has a problem in that the necessity for precision machining is required and the core manufacturing cost is significantly increased. From the viewpoint of cost reduction, it is only necessary to use a punched electrical steel sheet, but the current situation is that no non-oriented electrical steel sheet having both the magnetic and mechanical properties necessary for the rotor has been found. .

優れた機械特性を有する電磁鋼板としては、例えば特許文献１に、３．５〜７％のＳｉに加えて、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｏおよびＡｌのうちの１種または２種以上を２０％を超えない範囲で含有する鋼板が提案されている。この方法では鋼の強化機構として固溶強化を利用している。しかしながら、固溶強化の場合には冷間圧延母材も同時に高強度化されるため冷間圧延が困難であり、またこの方法においては温間圧延という特殊工程が必須であることから、生産性向上や歩留まり向上など改善の余地がある。   As an electrical steel sheet having excellent mechanical properties, for example, in Patent Document 1, in addition to 3.5 to 7% Si, one or two of Ti, W, Mo, Mn, Ni, Co and Al are used. Steel sheets containing the above in a range not exceeding 20% have been proposed. In this method, solid solution strengthening is used as a steel strengthening mechanism. However, in the case of solid solution strengthening, the cold rolled base metal is also strengthened at the same time, so cold rolling is difficult, and in this method, a special process called warm rolling is indispensable. There is room for improvement such as improvement and yield improvement.

特許文献２には、２．０〜３．５％のＳｉ、０．１〜６．０％のＭｎに加えてＢおよび多量のＮｉを含有し、結晶粒径が３０μｍ以下である鋼板が提案されている。この方法では鋼の強化機構として固溶強化と結晶粒径微細化による強化とを利用している。しかしながら、結晶粒微細化による強化は比較的効果が小さいため、特許文献２の実施例に示されるようにＳｉを３．０％程度含有させた上に高価なＮｉを多量に含有させることが必須であり、冷間圧延時に割れが多発するという問題や、合金コスト増加という課題が残っている。   Patent Document 2 proposes a steel sheet containing B and a large amount of Ni in addition to 2.0 to 3.5% Si and 0.1 to 6.0% Mn, and having a crystal grain size of 30 μm or less. Has been. In this method, solid solution strengthening and strengthening by refinement of crystal grain size are used as the strengthening mechanism of steel. However, strengthening by grain refinement is relatively ineffective, so it is essential to contain a large amount of expensive Ni in addition to about 3.0% Si as shown in the example of Patent Document 2. However, the problem of frequent cracking during cold rolling and the problem of increased alloy costs remain.

特許文献３および特許文献４には、２．０〜４．０％のＳｉに加えてＮｂ、Ｚｒ、Ｂ、ＴｉまたはＶなどを含有する鋼板が提案されている。これらの方法ではＳｉによる固溶強化に加えてＮｂ、Ｚｒ、ＴｉまたはＶの析出物による析出強化を利用している。しかしながら、このような析出物による強化は比較的効果が小さいため、特許文献３および特許文献４の実施例に示されるようにＳｉを３．０％程度含有させる必要があり、特に特許文献３の方法では高価なＮｉを多量に含有させることも必要となる。そのため冷間圧延時に割れが多発するという問題や、合金コスト増加という課題が残っている。また、析出物自体により磁気特性が劣化するため、固定子としての使用は困難である。   Patent Documents 3 and 4 propose steel sheets containing Nb, Zr, B, Ti, V, or the like in addition to 2.0 to 4.0% Si. In these methods, precipitation strengthening by precipitates of Nb, Zr, Ti or V is used in addition to solid solution strengthening by Si. However, since strengthening by such precipitates is relatively ineffective, it is necessary to contain about 3.0% of Si as shown in Examples of Patent Document 3 and Patent Document 4, In the method, it is necessary to contain a large amount of expensive Ni. Therefore, the problem that cracks frequently occur during cold rolling and the problem of increased alloy costs remain. Further, since the magnetic properties are deteriorated by the precipitates themselves, it is difficult to use them as a stator.

特許文献５および特許文献６には、ＳｉおよびＡｌを０．０３〜０．５％と制限した上でＴｉ、ＮｂおよびＶ、あるいはＰおよびＮｉを含有する鋼板がそれぞれ提案されている。これらの方法では、Ｓｉによる固溶強化よりも炭化物の析出強化およびＰの固溶強化を利用している。しかしながら、これらの方法では、後述する駆動モータの回転子として必要な強度レベルを確保することができないという問題や、特許文献５および特許文献６の実施例に示されているように２．０％以上のＮｉ含有が必須であり、合金コストが高いという問題がある。   Patent Documents 5 and 6 propose steel sheets containing Ti, Nb and V, or P and Ni, respectively, after limiting Si and Al to 0.03 to 0.5%. In these methods, precipitation precipitation strengthening of carbide and solid solution strengthening of P are used rather than solid solution strengthening by Si. However, in these methods, there is a problem that a strength level necessary for a rotor of a drive motor, which will be described later, cannot be ensured, and as shown in Examples of Patent Documents 5 and 6, 2.0% There is a problem that the above Ni content is essential and the alloy cost is high.

特許文献７には、Ｓｉ：１．６〜２．８％であって、結晶粒径、内部酸化層厚み、および降伏点を限定した永久磁石埋め込み型モータ用無方向性電磁鋼板が提案されている。しかしながら、この方法による鋼板の降伏点では、高速回転する駆動モータの回転子としては強度不足である。   Patent Document 7 proposes a non-oriented electrical steel sheet for embedded permanent magnet motors having Si: 1.6 to 2.8% and limiting the crystal grain size, internal oxide layer thickness, and yield point. Yes. However, at the yield point of the steel plate by this method, the strength is insufficient as a rotor of a drive motor that rotates at high speed.

また、ＪＩＳ Ｃ ２５５２に規定の無方向性電磁鋼板としては、いわゆる高グレード無方向性電磁鋼板（３５Ａ２１０、３５Ａ２３０など）が最も合金含有量が高く高強度であるが、機械特性レベルは上述の高強度電磁鋼板を下回っており高速回転する駆動モータの回転子としては強度不足である。   As non-oriented electrical steel sheets stipulated in JIS C 2552, so-called high-grade non-oriented electrical steel sheets (35A210, 35A230, etc.) have the highest alloy content and high strength, but the mechanical property level is high as described above. The strength is insufficient for a rotor of a drive motor that rotates below a high strength electromagnetic steel plate and rotates at high speed.

ところで、近年の原材料価格の高騰を背景に、様々なユーザにおいて鋼材の歩留まり改善による素材コスト低減や製造工程数削減による製造コスト低減が検討されており、歩留まり改善や製造工程数削減を目的として固定子用素材および回転子用素材を同一の電磁鋼板から採取したいという要望が高まっている。
これは、固定子用素材および回転子用素材を同一の電磁鋼板から採取することが可能になれば、一体打ち抜き型の固定子を採用している場合には、これまで廃棄されていた固定子用素材の中央部を打ち抜いた際に生じる残材から回転子用素材を採取することが可能となるので、歩留まりを著しく向上させることが可能になるからである。また、鋼材の歩留りの観点から分割鉄心型の固定子を採用している場合には、上述したように一体打ち抜き型としても高い歩留まりを実現することができるので、分割鉄心型から一体打ち抜き型に変更することにより製造工程数の削減が可能となるからである。 By the way, against the background of soaring raw material prices in recent years, various users are studying material cost reduction by improving steel yield and manufacturing cost reduction by reducing the number of manufacturing processes, and fixed for the purpose of yield improvement and manufacturing process reduction. There is an increasing demand to extract the material for the child and the material for the rotor from the same electromagnetic steel sheet.
If it is possible to extract the stator material and the rotor material from the same electromagnetic steel sheet, the stator that has been disposed of up to now will be used if an integrally punched stator is used. This is because it is possible to extract the rotor material from the remaining material generated when the central portion of the material for the punching is punched out, so that the yield can be remarkably improved. In addition, when a split core type stator is adopted from the viewpoint of the yield of steel materials, a high yield can be realized even as an integral punching die as described above, so the split core type is changed to the integral punching die. This is because the number of manufacturing steps can be reduced by changing.

しかしながら後述するように、回転子に使用される電磁鋼板は、磁気特性よりも強度が優先され、固定子に使用される電磁鋼板よりも鉄損値が高くとも許容されるため、高速回転する駆動モータの回転子として必要な強度を満足する電磁鋼板から、固定子用素材および回転子用素材の双方を採取すると、得られる固定子が必要な磁気特性を満足していないために所望のモータ性能が得られないという問題がある。
また、固定子は元来高強度が要求される部材ではないため、固定子として必要な磁気特性を満足する電磁鋼板から、固定子用素材および回転子用素材の双方を採取しても、得られる回転子が必要な強度レベルを満足していないために回転子の疲労破壊が生じるという問題がある。 However, as will be described later, the strength of the electrical steel sheet used for the rotor is given priority over the magnetic characteristics, and even if the iron loss value is higher than the electrical steel sheet used for the stator, it is allowed to drive at high speed. When both the stator material and the rotor material are sampled from the electromagnetic steel sheet that satisfies the required strength as a motor rotor, the desired motor performance is obtained because the resulting stator does not satisfy the required magnetic properties. There is a problem that cannot be obtained.
In addition, since the stator is not a member that originally requires high strength, it can be obtained by collecting both the stator material and the rotor material from the electromagnetic steel sheet that satisfies the magnetic properties required for the stator. As a result, the rotor does not satisfy the required strength level, so that there is a problem of fatigue failure of the rotor.

このように、高速回転する回転子に必要な強度と、固定子に必要な磁気特性とを兼備した電磁鋼板は得られておらず、固定子用素材と回転子用素材を同一の電磁鋼板から採取することにより素材コストまたは製造コストを低減したい、というユーザの要望を実現するには至っていない。   Thus, no electrical steel sheet having both the strength required for a rotor that rotates at high speed and the magnetic properties required for the stator has been obtained, and the stator material and the rotor material are made of the same electromagnetic steel sheet. The user's desire to reduce the material cost or the manufacturing cost by sampling has not been realized.

特開昭６０−２３８４２１号公報JP 60-238421 A 特開平１−１６２７４８号公報JP-A-1-162748 特開平２−８３４６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-8346 特開平６−３３０２５５号公報JP-A-6-330255 特開２００１−２３４３０２号公報JP 2001-234302 A 特開２００２−１４６４９３号公報JP 2002-146493 A 特開２００１−１７２７５２号公報JP 2001-172752 A

上述したように、無方向性電磁鋼板の高強度化手法として従来から提案されている固溶強化および析出強化では冷間圧延の母材も強化されてしまうことから冷間圧延時に割れが多発し、結晶粒微細化による高強度化ではその強化量が不十分であるため回転子用途として実用に耐える強度を実現することができない。また、本発明者らは変態強化についても検討を行ったが、変態強化ではマルテンサイト等の変態組織が鉄損を著しく増大させることが判明し、回転子用途として実用に耐える磁気特性を実現することができない。
また、固定子に使用される無方向性電磁鋼板として磁気特性に優れるものが数多く提案されているが、固定子は元来高強度が要求される部材ではないため、回転子用途として実用に耐える強度を実現することができない。 As mentioned above, the solid solution strengthening and precipitation strengthening conventionally proposed as methods for increasing the strength of non-oriented electrical steel sheets also strengthens the base material of cold rolling, so cracks frequently occur during cold rolling. In the case of increasing the strength by refining crystal grains, the amount of strengthening is insufficient, so that it is not possible to realize a strength that can be practically used as a rotor. In addition, the present inventors have also examined transformation strengthening, but it has been found that the transformation structure such as martensite significantly increases iron loss in transformation strengthening, and realizes magnetic characteristics that can be practically used as a rotor application. I can't.
Many non-oriented electrical steel sheets used for stators have been proposed with excellent magnetic properties. However, since the stator is not a member that originally requires high strength, it can withstand practical use as a rotor. Strength cannot be realized.

ところで、回転子用途の無方向性電磁鋼板に関しては、本発明者らは従来検討されていなかった転位強化による高強度化に着目し、特開２００６−９０４８号公報、特開２００６−７０２９６号公報、特開２００７−１６２７８号公報、特開２００７−２３３５１号公報、特開２００７−３１７５５号公報において、回転子用途として優れた機械特性と磁気特性とを有する回転子用無方向性電磁鋼板を開示している。その技術的骨子は、均熱処理工程時に進行する再結晶を固溶Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖにより抑制し、鋼組織を回復組織に制御することにある。本技術によれば、従来技術の問題点であった冷間圧延時の割れをともなうことなく回転子用途として実用に耐える強度を実現可能である。   By the way, regarding non-oriented electrical steel sheets for use in rotors, the present inventors pay attention to increasing the strength by dislocation strengthening, which has not been studied conventionally, and disclosed in JP-A-2006-9048 and JP-A-2006-70296. JP, 2007-16278, JP, 2007-23351, and JP, 2007-31755, disclose a non-oriented electrical steel sheet for rotors having excellent mechanical and magnetic properties for use as a rotor. is doing. The technical essence is to suppress the recrystallization that proceeds during the soaking process by solid solution Nb, Ti, Zr, V, and to control the steel structure to a recovery structure. According to the present technology, it is possible to realize a strength that can be practically used as a rotor application without cracking during cold rolling, which was a problem of the prior art.

このように転位強化を活用した回転子用無方向性電磁鋼板は、回転子用途として優れた特性を有するものの、固定子用途に要求される程の高い磁気特性までは有していないため、同一の鋼板から固定子用素材と回転子用素材を採取することはできず、歩留まり改善による素材コスト低減や製造工程数削減による製造コスト低減というユーザの要望に応えることはできなかった。   Thus, the non-oriented electrical steel sheet for rotors utilizing dislocation strengthening has excellent characteristics for rotor applications, but does not have high magnetic characteristics required for stator applications. The material for the stator and the material for the rotor could not be collected from the steel sheet, and it was not possible to meet the user's request to reduce the material cost by improving the yield and the manufacturing cost by reducing the number of manufacturing processes.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高速回転する回転子として必要な優れた機械特性を有するとともに、駆動モータに代表される高効率モータの固定子として必要な優れた磁気特性を容易に具備させることができる無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供し、同一の鋼板から固定子用素材および回転子用素材を採取可能とすることにより、回転機の低コスト化に貢献することを主目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has excellent mechanical characteristics necessary for a rotor that rotates at a high speed, and excellent magnetism necessary for a stator of a high-efficiency motor typified by a drive motor. By providing a non-oriented electrical steel sheet that can be easily provided with characteristics and a method for manufacturing the same, and by making it possible to extract the stator material and the rotor material from the same steel sheet, the cost of the rotating machine can be reduced. The main purpose is to contribute.

本発明者らは、転位強化により高強度化した無方向性電磁鋼板に、固定子に要求される磁気特性を具備せしめる手法について鋭意検討を行った。その結果、固溶Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖにより再結晶を抑制して回復組織に制御した鋼板に後熱処理を施して再結晶および粒成長を進行させれば、固定子に要求される程度の高い磁気特性を達成できるとの知見を得た。   The present inventors diligently studied a method for providing a non-oriented electrical steel sheet having high strength by strengthening dislocations to have the magnetic characteristics required for the stator. As a result, if recrystallization and grain growth are advanced by applying post-heat treatment to the steel sheet that has been controlled to a recovery structure by suppressing recrystallization with solute Nb, Ti, Zr, V, to the extent required for the stator We obtained knowledge that high magnetic properties can be achieved.

すなわち、本発明は、固定子用素材および回転子用素材が採取される回転機用無方向性電磁鋼板であって、板厚が０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．０％以上４．０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上３．０％以下、Ａｌ：２．５％以下、Ｐ：０．２５％以下、Ｓ：０．０１％以下およびＮ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記式（１）を満足する範囲で含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有し、再結晶部分の面積比率が９０％未満である鋼組織を有し、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に再結晶部分の面積比率が１００％となるものであることを特徴とする回転機用無方向性電磁鋼板を提供する。
0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14)＜5×10-3 （１）
（ここで、式（１）における、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、ＣおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。） That is, the present invention is a non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine from which a stator material and a rotor material are collected, and has a thickness of 0.15 mm or more and 0.50 mm or less. : 0.02% or less, Si: 1.0% or more and 4.0% or less, Mn: 0.05% or more and 3.0% or less, Al: 2.5% or less, P: 0.25% or less, S : 0.01% or less and N: 0.01% or less, and at least one element selected from the group consisting of Nb, Zr, Ti and V within a range satisfying the following formula (1) The steel composition is composed of Fe and impurities in the balance, the recrystallized portion has an area ratio of less than 90%, and is recrystallized when subjected to heat treatment after holding at 800 ° C. for 2 hours. Non-directional electricity for a rotating machine, characterized in that the area ratio of the part is 100% To provide a steel plate.
0 <Nb / 93 + Zr / 91 + Ti / 48 + V / 51- (C / 12 + N / 14) <5 × 10 -3 (1)
(Here, Nb, Zr, Ti, V, C and N in the formula (1) indicate the content (mass%) of each element.)

本発明によれば、鋼組成および再結晶部分の面積比率の適正な制御により強度を高めることができ、板厚も適正に制御されているので、回転子に必要な機械特性および磁気特性を有する無方向性電磁鋼板とすることができる。これにより、回転子の実用性能を改善することができるのである。さらに本発明によれば、析出物ではなく固溶Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖにより再結晶を抑制しているので、後熱処理を施すことにより容易に再結晶が進行し、再結晶部分の面積比率を高めて磁気特性を向上させることができる。また、多量の析出物が鋼中に存在することもないので、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施したもの、すなわち後熱処理後の鋼板においては析出物による磁気特性劣化を著しく抑制することができる。さらに、板厚も適正に制御されているので、後熱処理を施すことにより固定子に必要な磁気特性を有する無方向性電磁鋼板を得ることができる。したがって、同一の電磁鋼板から固定子用素材および回転子用素材を採取することが可能となるのである。   According to the present invention, the strength can be increased by appropriately controlling the steel composition and the area ratio of the recrystallized portion, and the plate thickness is also appropriately controlled, so that the rotor has the necessary mechanical and magnetic properties. It can be set as a non-oriented electrical steel sheet. As a result, the practical performance of the rotor can be improved. Furthermore, according to the present invention, since recrystallization is suppressed not by precipitates but by solid solution Nb, Ti, Zr, V, recrystallization proceeds easily by post-heat treatment, and the area ratio of the recrystallized portion. Can be improved and the magnetic characteristics can be improved. In addition, since a large amount of precipitates are not present in the steel, the non-oriented electrical steel sheet for rotating machines of the present invention is subjected to post-heat treatment, that is, the steel sheet after post-heat treatment is deteriorated in magnetic properties due to precipitates. Can be remarkably suppressed. Furthermore, since the plate thickness is also appropriately controlled, a non-oriented electrical steel sheet having magnetic properties necessary for the stator can be obtained by performing post heat treatment. Therefore, it is possible to extract the stator material and the rotor material from the same electromagnetic steel sheet.

上記発明においては、上記鋼組成におけるＮｂ含有量が０．０２％超であることが好ましい。Ｎｂにより均熱処理での再結晶抑制効果が高まり、回転子として使用する場合の強度および鋼板の生産性を高めることが可能となるからである。   In the said invention, it is preferable that Nb content in the said steel composition is more than 0.02%. This is because Nb enhances the effect of suppressing recrystallization by soaking, and increases the strength and productivity of the steel sheet when used as a rotor.

また、本発明においては、上記鋼組成が、上記Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＣｏおよびＷからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することが好ましい。
Ｃｕ：８．０％以下 Ｎｉ：２．０％以下 Ｃｒ：１５．０％以下
Ｍｏ：４．０％以下 Ｃｏ：４．０％以下 Ｗ：４．０％以下
上記元素の高強度化作用により、回転子として使用する場合の強度をより高めることが可能となるからである。 In the present invention, the steel composition is replaced with a part of the Fe, and at least one element selected from the group consisting of Cu, Ni, Cr, Mo, Co, and W is expressed by the following mass%. It is preferable to contain.
Cu: 8.0% or less Ni: 2.0% or less Cr: 15.0% or less Mo: 4.0% or less Co: 4.0% or less W: 4.0% or less Due to the strengthening action of the above elements This is because the strength when used as a rotor can be further increased.

さらに、本発明においては、上記鋼組成が、上記Ｆｅの一部に代えて、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＴｅおよびＢからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することが好ましい。
Ｓｎ：０．５％以下 Ｓｂ：０．５％以下 Ｓｅ：０．３％以下 Ｂｉ：０．２％以下
Ｇｅ：０．５％以下 Ｔｅ：０．３％以下 Ｂ：０．０１％以下
上記元素の粒界偏析により、均熱処理での再結晶を効果的に抑制して回転子として使用する場合の強度を高めることができるだけでなく、後熱処理を施した場合には後熱処理での集合組織制御によって固定子として使用する場合の磁気特性を改善することができるからである。 Furthermore, in the present invention, the steel composition contains at least one element selected from the group consisting of Sn, Sb, Se, Bi, Ge, Te and B instead of a part of the Fe in the following mass. It is preferable to contain by%.
Sn: 0.5% or less Sb: 0.5% or less Se: 0.3% or less Bi: 0.2% or less Ge: 0.5% or less Te: 0.3% or less B: 0.01% or less The grain boundary segregation of elements can effectively suppress recrystallization during soaking and increase the strength when used as a rotor. This is because the magnetic characteristics when used as a stator can be improved by the control.

また、本発明においては、上記鋼組成が、上記Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することが好ましい。
Ｃａ：０．０３％以下 Ｍｇ：０．０２％以下 ＲＥＭ：０．１％以下
上記元素の硫化物形態制御作用により、磁気特性をさらに改善することができるからである。 In the present invention, the steel composition preferably contains at least one element selected from the group consisting of Ca, Mg, and REM in the following mass%, instead of a part of the Fe.
Ca: 0.03% or less Mg: 0.02% or less REM: 0.1% or less Magnetic properties can be further improved by the sulfide form control action of the above elements.

さらに、本発明者らは、転位強化を活用する無方向性電磁鋼板を用いた回転子の実用性能を改善するため鋭意検討を行った。まず、最も重要な性能である疲労特性を調査した結果、同一の鋼板から製造された回転子であっても疲労特性に差が生じることが判明した。この原因を鋼板の異方性に着目して解析した結果、機械特性に顕著な異方性が認められ、最も強度の低い方向へ繰り返し負荷がかかった場合に疲労破壊を誘発しやすいことが判明した。強度の異方性に鋼板ごとのバラツキはなく、転位強化を活用する無方向性電磁鋼板に特有の異方性と判明した。したがって、転位強化により高強度化した無方向性電磁鋼板では疲労破壊を生じやすい方向は常に同一であり、その方向を強化すれば必然的に全体としての疲労破壊は抑制され、回転子の疲労特性を確実に改善することができると判明した。この知見は、機械特性を圧延方向のみ、あるいは板面内の平均特性で評価する従来の評価方法では把握し得なかったものであり、回転子の実用性能向上に確実に寄与できるものである。優れた機械特性を有する電磁鋼板として列挙した上述の従来技術による鋼板も、機械特性を圧延方向のみ、あるいは板面内の平均特性で評価しており、そのような評価で得られる強度が回転子の疲労破壊抑制の指標となる蓋然性は低い。特定の異方性を有する鋼板の特定の方向を高強度化することで、回転子の重要な実用性能である疲労特性を確実に改善することができるのである。   Furthermore, the present inventors have intensively studied to improve the practical performance of a rotor using a non-oriented electrical steel sheet that utilizes dislocation strengthening. First, as a result of investigating fatigue characteristics, which is the most important performance, it was found that even in the case of a rotor manufactured from the same steel plate, there is a difference in fatigue characteristics. As a result of analyzing the cause focusing on the anisotropy of the steel sheet, it was found that the mechanical properties showed significant anisotropy, and it was easy to induce fatigue failure when repeated loading was applied in the direction of the lowest strength. did. There was no variation in strength anisotropy for each steel sheet, and it was found to be anisotropy peculiar to non-oriented electrical steel sheets utilizing dislocation strengthening. Therefore, in the non-oriented electrical steel sheet strengthened by dislocation strengthening, the direction in which fatigue failure is likely to occur is always the same, and if the direction is strengthened, the fatigue failure as a whole is inevitably suppressed, and the fatigue characteristics of the rotor It was found that it can be improved reliably. This knowledge cannot be grasped by the conventional evaluation method for evaluating the mechanical characteristics only in the rolling direction or by the average characteristics in the plate surface, and can surely contribute to the improvement of the practical performance of the rotor. The above-described conventional steel sheets listed as electromagnetic steel sheets having excellent mechanical properties are also evaluated for mechanical properties only in the rolling direction or by average properties in the plate surface, and the strength obtained by such evaluation is the rotor. The probability of being an indicator of fatigue fracture suppression is low. By increasing the strength of a specific direction of a steel sheet having specific anisotropy, fatigue characteristics, which are important practical performances of the rotor, can be reliably improved.

すなわち、本発明においては、圧延方向に対して４５°方向の引張強さが６００ＭＰａ以上である機械特性を有することが好ましい。上記機械特性を有することにより、回転子の疲労特性を確実に改善できるからである。   That is, in the present invention, it is preferable that the tensile strength in the 45 ° direction with respect to the rolling direction has mechanical properties of 600 MPa or more. This is because the fatigue characteristics of the rotor can be reliably improved by having the above mechanical characteristics.

また、本発明は、上述した鋼組成を備える鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程と、上記冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を７００℃以上９００℃以下の温度域で６０秒間以下均熱する均熱処理工程とを有することを特徴とする回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法を提供する。   The present invention also includes a hot rolling process in which hot rolling is performed on a steel ingot or steel slab having the above-described steel composition, and a hot rolled steel sheet obtained by the hot rolling process is subjected to one time or intermediate annealing. A cold rolling process in which cold rolling is performed twice or more, and a soaking process in which the cold rolled steel sheet obtained by the cold rolling process is soaked for 60 seconds or less in a temperature range of 700 ° C. to 900 ° C. A method for producing a non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine is provided.

本発明によれば、鋼組成と均熱処理温度を所定の範囲とすることにより再結晶を抑制して回復組織とすることができるので、回転子として使用する場合の強度を高めることができる。また、冷間圧延に供する鋼板、すなわち冷間圧延の母材の高強度化を伴うことがないので、冷間圧延時の破断を抑制することができる。さらに、所定の鋼組成を備える鋼塊または鋼片を用いることにより、本発明により得られる回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施した場合には磁気特性を良好なものとすることができるので、後熱処理を施すことによって固定子として必要な磁気特性を得ることができる。   According to the present invention, by setting the steel composition and the soaking temperature within a predetermined range, recrystallization can be suppressed and a recovery structure can be obtained, so that the strength when used as a rotor can be increased. Moreover, since it does not accompany the high intensity | strength of the steel plate which uses for cold rolling, ie, the base material of cold rolling, the fracture | rupture at the time of cold rolling can be suppressed. Furthermore, by using a steel ingot or steel slab having a predetermined steel composition, it is possible to improve the magnetic properties when post-heat treatment is performed on the non-oriented electrical steel sheet for rotating machines obtained by the present invention. Therefore, the post-heat treatment can be performed to obtain the magnetic characteristics necessary for the stator.

上記発明においては、上記熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程を有していてもよい。熱延板焼鈍を施すことにより、鋼板の延性が向上し冷間圧延での破断を抑制できるからである。   In the said invention, you may have the hot-rolled sheet annealing process which performs hot-rolled sheet annealing to the said hot-rolled steel plate. This is because by performing hot-rolled sheet annealing, the ductility of the steel sheet is improved and breakage in cold rolling can be suppressed.

さらに、本発明は、上述の回転機用無方向性電磁鋼板が積層され、さらに、後熱処理によって再結晶部分の面積比率が１００％とされた固定子と、上述の回転機用無方向性電磁鋼板が積層された回転子とからなる鉄心を備えることを特徴とする回転機を提供する。   Furthermore, the present invention provides a stator in which the above-mentioned non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine is laminated, and the area ratio of the recrystallized portion is set to 100% by post-heat treatment, and the above-described non-oriented electromagnetic machine for a rotating machine. Provided is a rotating machine including an iron core including a rotor on which steel plates are laminated.

本発明によれば、同一の鋼板から採取された固定子用素材および回転子用素材を用いて固定子および回転子が構成されているので、固定子を一体打ち抜き型としている場合には歩留まりの著しく向上させることができ、歩留まりの観点から固定子を分割鉄心型としている場合には固定子を一体打ち抜き型に変更することにより製造工程数を削減できる。また、固定子は、後熱処理によって再結晶部分の面積比率が１００％とされているので優れた磁気特性を有し、さらに、転位強化を活用した無方向性電磁鋼板を用いているので固定子を一体打ち抜き型としても面内平均特性で優れた磁気特性を有する。したがって、このような固定子および回転子からなる鉄心を備える回転機はモータ効率に優れる。   According to the present invention, since the stator and the rotor are configured using the stator material and the rotor material collected from the same steel plate, when the stator is an integral punching die, the yield is increased. When the stator is a split core type from the viewpoint of yield, the number of manufacturing steps can be reduced by changing the stator to an integral punching die. In addition, the stator has excellent magnetic properties because the area ratio of the recrystallized portion is set to 100% by post-heat treatment, and further, since the non-oriented electrical steel sheet utilizing dislocation strengthening is used, the stator As an integral punching die, it has excellent in-plane average magnetic properties. Therefore, the rotating machine including the iron core including the stator and the rotor is excellent in motor efficiency.

また、本発明は、上述の回転機用無方向性電磁鋼板から固定子用素材および回転子用素材を打ち抜き、上記固定子用素材および上記回転子用素材をそれぞれ積層した後、上記固定子用素材に後熱処理を施して再結晶部分の面積比率を１００％とし、固定子および回転子となし、上記固定子および上記回転子により鉄心を構成することを特徴とする回転機の製造方法を提供する。   The present invention also includes a stator material and a rotor material that are punched from the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine, and the stator material and the rotor material are laminated, and then the stator material. Provided is a method of manufacturing a rotating machine characterized in that a post-heat treatment is applied to a material to make the area ratio of a recrystallized portion 100%, and a stator and a rotor are formed, and an iron core is constituted by the stator and the rotor. To do.

本発明によれば、固定子用素材と回転子用素材を同一の鋼板から打ち抜いてそれぞれ積層した後、固定子用素材のみに後熱処理を施すことにより固定子と回転子を作製するので、固定子を一体打ち抜き型としている場合には歩留まりの著しく向上させることができ、歩留まりの観点から固定子を分割鉄心型としている場合には固定子を一体打ち抜き型に変更することにより製造工程数を削減できる。また、固定子用素材に後熱処理を施して再結晶部分の面積比率を１００％とするので固定子の磁気特性が著しく向上し、さらに、転位強化を活用した無方向性電磁鋼板を用いているので固定子を一体打ち抜き型としても面内平均特性で優れた磁気特性を実現することができる。このようにして得られる固定子と回転子により鉄心を構成するので、回転機のモータ効率を向上させることができる。   According to the present invention, the stator material and the rotor material are punched from the same steel sheet and laminated respectively, and then the stator and the rotor are produced by subjecting only the stator material to post-heat treatment. The yield can be significantly improved when the core is a single punching die, and the number of manufacturing processes can be reduced by changing the stator to a single punching die when the stator is a split core type from the viewpoint of yield. it can. In addition, post-heat treatment is applied to the stator material to make the area ratio of the recrystallized portion 100%, so that the magnetic properties of the stator are remarkably improved, and non-oriented electrical steel sheets utilizing dislocation strengthening are used. Therefore, even if the stator is an integral punching die, excellent magnetic characteristics can be realized with in-plane average characteristics. Since the stator and the rotor obtained in this way constitute the iron core, the motor efficiency of the rotating machine can be improved.

本発明においては、高速回転するモータの回転子として必要な優れた機械特性および磁気特性を有し、駆動モータに代表される高効率モータの固定子として必要な優れた磁気特性を兼備させ得る無方向性電磁鋼板を、合金コストの増加や温間圧延などの特殊な製造工程を経ることなく安定的に製造することが可能である。そのため、同一の鋼板から固定子用素材と回転子用素材を採取可能となり、回転機の低コスト化に大きく貢献でき、その工業的価値は極めて高い。   The present invention has excellent mechanical characteristics and magnetic characteristics required as a rotor of a motor that rotates at high speed, and can have excellent magnetic characteristics required as a stator of a high-efficiency motor typified by a drive motor. It is possible to stably manufacture a grain-oriented electrical steel sheet without going through a special manufacturing process such as an increase in alloy costs or warm rolling. Therefore, it becomes possible to extract the material for the stator and the material for the rotor from the same steel plate, greatly contributing to the cost reduction of the rotating machine, and its industrial value is extremely high.

まず、回転子に用いる電磁鋼板として必要な特性とは、第一に機械特性であり、降伏点および引張強さを指す。これは高速回転時の回転子の変形抑制のみならず、応力変動に起因する疲労破壊抑制を目的としている。   First, the characteristics required for the electrical steel sheet used for the rotor are mechanical characteristics, which indicate the yield point and the tensile strength. This is intended to suppress not only the deformation of the rotor during high-speed rotation but also the fatigue failure caused by stress fluctuations.

回転子に用いる電磁鋼板として必要な第二の特性は磁束密度である。ＩＰＭモータのようにリラクタンストルクを活用するモータでは回転子に用いられる材質の磁束密度もトルクに影響を及ぼし、磁束密度が低いと所望のトルクを得られない。   The second characteristic necessary for the electrical steel sheet used for the rotor is the magnetic flux density. In a motor that utilizes reluctance torque, such as an IPM motor, the magnetic flux density of the material used for the rotor also affects the torque. If the magnetic flux density is low, a desired torque cannot be obtained.

回転子に用いる電磁鋼板として必要な第三の特性は鉄損である。回転子で発生する鉄損はモータ効率そのものを支配するものではないが、回転子での鉄損すなわち発熱により永久磁石が減磁するため、間接的にモータ性能を劣化させる。したがって、回転子に使用される材質の鉄損値の上限は永久磁石の耐熱温度の観点から決定され、固定子に使用される材質よりも鉄損値が高くとも許容されると想起される。   The third characteristic necessary for the electrical steel sheet used for the rotor is iron loss. The iron loss generated in the rotor does not dominate the motor efficiency itself, but the permanent magnet is demagnetized by the iron loss in the rotor, that is, heat generation, so that the motor performance is indirectly deteriorated. Accordingly, it is recalled that the upper limit of the iron loss value of the material used for the rotor is determined from the viewpoint of the heat resistance temperature of the permanent magnet, and is allowed even if the iron loss value is higher than the material used for the stator.

本発明者らは、これらの回転子に適した磁気特性と機械特性とを兼ね備えた無方向性電磁鋼板の有するべき鋼組織について種々検討を行った。その結果、固溶強化および析出強化では冷間圧延母材も高強度化されるため冷間圧延時の破断が避けられないこと、結晶粒微細化のみでは要求レベルの機械特性を達成できないこと、および、マルテンサイト等の変態組織では鉄損が著しく増大することが判明した。そこで、従来全く検討されていなかった転位強化による高強度化に着目した。そして、回復状態にて残存する転位は鉄損に及ぼす影響が比較的小さいとの知見を得て、従来の無方向性電磁鋼板の技術認識である完全な再結晶フェライト組織とは全く逆の技術思想に立脚して、鋼板の組織を多量の転位が残存した回復状態の組織（以下、「回復組織」と称する）とすることにより、上述の回転子に要求される磁気特性および機械特性が得られることを見出した。さらに、回復組織を得るためには固溶状態のＮｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量を所定の範囲とすることが必要であることを見出し、これらの知見に基づいて、転位強化を活用した回転子用無方向性電磁鋼板を提案している（特開２００６−９０４８号、特開２００６−７０２９６号、特開２００７−１６２７８号、特開２００７−２３３５１号、特開２００７−３１７５５号）。   The present inventors have made various studies on the steel structure to be possessed by the non-oriented electrical steel sheet having both magnetic properties and mechanical properties suitable for these rotors. As a result, the strength of the cold-rolled base metal is strengthened by solid solution strengthening and precipitation strengthening, so it is inevitable to break during cold rolling. And it turned out that iron loss increases remarkably in transformation structures, such as martensite. Therefore, attention has been focused on increasing the strength by strengthening dislocations, which has not been studied at all. And we obtained the knowledge that the dislocations remaining in the recovery state have a relatively small effect on iron loss, and this technology is completely opposite to the completely recrystallized ferrite structure, which is the technical recognition of conventional non-oriented electrical steel sheets. Based on the idea, the magnetic properties and mechanical properties required for the rotor described above can be obtained by making the structure of the steel sheet a recovered structure in which a large amount of dislocations remain (hereinafter referred to as “recovered structure”). I found out that Furthermore, in order to obtain a recovery structure, it was found that the contents of Nb, Zr, Ti and V in a solid solution state must be within a predetermined range, and based on these findings, dislocation strengthening was utilized. Non-oriented electrical steel sheets for rotors have been proposed (Japanese Patent Laid-Open Nos. 2006-9048, 2006-70296, 2007-16278, 2007-23351, and 2007-31755).

次に、固定子に用いる電磁鋼板として必要な磁気特性とは鉄損であり、商用周波数以上の高周波数域での鉄損が低いことが望まれる。
本発明においては、回転子用素材および固定子用素材を同一の鋼板から採取することを前提としているので、このことによる利益を最も享受できる態様として、固定子を、製造工程数が多く製造コスト面で劣る分割鉄心型とするのではなく、製造工程数が少なく製造コスト面で優れる一体打ち抜き型とする場合について検討した。一体打ち抜き型の固定子では、ある特定方向に優れた磁気特性を有するよりも、面内の平均特性で優れた磁気特性を有することが優位であるため、磁気特性の異方性が小さいことが重要である。 Next, the magnetic characteristic necessary for the electromagnetic steel sheet used for the stator is iron loss, and it is desired that the iron loss in a high frequency range higher than the commercial frequency is low.
In the present invention, since it is assumed that the rotor material and the stator material are collected from the same steel plate, the stator can be manufactured in a large number of manufacturing steps as a mode in which the benefits of this can be enjoyed most. Instead of using a split core type that is inferior in terms of surface, an investigation was made on the case of an integrally punched die that has fewer manufacturing steps and is superior in manufacturing cost. Since the integral punching type stator has superior magnetic characteristics with in-plane average characteristics rather than having excellent magnetic characteristics in a specific direction, the magnetic property anisotropy is small. is important.

本発明者らは、回転子に要求される機械特性を有する無方向性電磁鋼板に、固定子に要求される磁気特性を具備せしめる手法について鋭意検討を行った。そして、同一の鋼板から固定子用素材および回転子用素材を打ち抜いて積層固定した後、固定子用素材に後熱処理を施して磁気特性を向上させる方法を想起するに至った。ここで、後熱処理としては、特殊な製造工程を新たに要するものではなく、エアコンや冷蔵庫のコンプレッサーモータの分野で一般に実施されている歪み取り焼鈍に相当するものとし、工業的生産への適用が容易に実現できるものを指向した。この後熱処理により磁気特性を向上させ、固定子に要求される磁気特性を達成することを想起したのである。   The present inventors diligently studied a method for providing a non-oriented electrical steel sheet having mechanical characteristics required for a rotor with magnetic characteristics required for a stator. Then, after the stator material and the rotor material are punched out from the same steel sheet and laminated and fixed, the method of performing post-heat treatment on the stator material to improve the magnetic properties has been recalled. Here, the post heat treatment does not require a special manufacturing process, and corresponds to the strain relief annealing that is generally performed in the field of compressor motors of air conditioners and refrigerators, and is applicable to industrial production. Oriented something that can be easily realized. He recalled that after this, the magnetic properties were improved by heat treatment to achieve the magnetic properties required for the stator.

大前提として、高速回転する回転子として実用に耐え得る機械特性を具備している必要があるが、種々の強化機構のうち析出強化では、析出物により後熱処理時の再結晶−粒成長が阻害されるばかりか、再結晶が進行したとしても析出物自体による磁気特性劣化が避けられず、固定子として必要な磁気特性を確保するのは困難である。前述のとおり、固溶強化のみでは冷間圧延時に割れが多発し、結晶粒微細化強化のみではそもそも回転子として必要となる強度を達成できず、変態強化では回転子としての磁気特性すら満足できないなど、いずれも実用的でない。
そこで、転位強化により高強度化した鋼板について検討すると、固溶Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶは、長時間均熱保持される後熱処理においては、析出強化で活用される微細な析出物と比較して再結晶抑制効果が小さく、後熱処理を施すことにより再結晶−粒成長が比較的容易に進行することが判明した。さらに、固溶Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶは、析出物とは異なり再結晶−粒成長後に磁気特性を阻害する要因とはなり得ないことが判明した。また、固溶Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶにより転位強化した鋼板を後熱処理にて再結晶および粒成長させた場合、得られる磁気特性の異方性は極めて小さいとの新知見も得た。これらより、固溶Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶにより後熱処理前の再結晶部分の面積比率を制御し、さらに後熱処理にて再結晶および粒成長を進行させることにより、回転子として必要な機械特性および磁気特性と、固定子として必要な磁気特性とを両立可能であることが判明した。これらの知見を得て、本発明を完成させた。 As a major premise, it is necessary to have a mechanical property that can withstand practical use as a rotor that rotates at high speed, but precipitation strengthening among various strengthening mechanisms impedes recrystallization-grain growth during post-heat treatment due to precipitates. In addition, even if recrystallization progresses, deterioration of magnetic properties due to the precipitates is unavoidable, and it is difficult to ensure the magnetic properties necessary for the stator. As described above, cracking frequently occurs during cold rolling only with solid solution strengthening, and the strength required for a rotor cannot be achieved with only strengthening of grain refinement, and even the magnetic properties as a rotor cannot be satisfied with transformation strengthening. Neither is practical.
Therefore, when considering a steel sheet strengthened by dislocation strengthening, solid solution Nb, Ti, Zr and V are compared with fine precipitates used in precipitation strengthening in post-heat treatment that is maintained at a constant temperature for a long time. Thus, it was found that the recrystallization suppressing effect is small, and that the recrystallization-grain growth proceeds relatively easily by the post heat treatment. Further, it has been found that solute Nb, Ti, Zr and V cannot be a factor for inhibiting magnetic properties after recrystallization-grain growth unlike precipitates. In addition, when the steel sheet dislocation strengthened by solute Nb, Ti, Zr and V is recrystallized and grain grown by post-heat treatment, new knowledge has been obtained that the anisotropy of magnetic properties obtained is extremely small. From these, by controlling the area ratio of the recrystallized portion before post-heat treatment with solid solution Nb, Ti, Zr and V, and further proceeding with the recrystallization and grain growth in post-heat treatment, the mechanical properties required as a rotor It was also found that the magnetic characteristics and the magnetic characteristics required for the stator can be compatible. Obtaining these findings, the present invention has been completed.

以下、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板および回転機ならびにそれらの製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine and the rotating machine according to the present invention and the manufacturing method thereof will be described in detail.

Ａ．回転機用無方向性電磁鋼板
本発明の回転機用無方向性電磁鋼板は、固定子用素材および回転子用素材が採取される回転機用無方向性電磁鋼板であって、板厚が０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．０％以上４．０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上３．０％以下、Ａｌ：２．５％以下、Ｐ：０．２５％以下、Ｓ：０．０１％以下およびＮ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記式（１）を満足する範囲で含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有し、再結晶部分の面積比率が９０％未満である鋼組織を有し、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に再結晶部分の面積比率が１００％となるものであることを特徴とするものである。
0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14)＜5×10-3 （１）
（ここで、式（１）における、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、ＣおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。）
以下、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板における鋼組成、再結晶部分の面積比率、引張強さ、および板厚について説明する。 A. Non-oriented electrical steel sheet for rotating machine The non-oriented electrical steel sheet for rotating machine of the present invention is a non-oriented electrical steel sheet for rotating machine from which a stator material and a rotor material are sampled, and has a thickness of 0. .15 mm or more and 0.50 mm or less, and by mass%, C: 0.02% or less, Si: 1.0% or more and 4.0% or less, Mn: 0.05% or more and 3.0% or less, Al: 2.5% or less, P: 0.25% or less, S: 0.01% or less, and N: 0.01% or less, and at least selected from the group consisting of Nb, Zr, Ti and V One element is contained in a range satisfying the following formula (1), the balance has a steel composition composed of Fe and impurities, and the steel structure has an area ratio of a recrystallized portion of less than 90%, 800 When the area ratio of the recrystallized portion is 100% when heat treatment is performed after 2 hours at ℃ It is characterized by being.
0 <Nb / 93 + Zr / 91 + Ti / 48 + V / 51- (C / 12 + N / 14) <5 × 10 -3 (1)
(Here, Nb, Zr, Ti, V, C and N in the formula (1) indicate the content (mass%) of each element.)
Hereinafter, the steel composition, the area ratio of the recrystallized portion, the tensile strength, and the plate thickness in the non-oriented electrical steel sheet for rotating machines of the present invention will be described.

１．鋼組成
（１）Ｃ
Ｃは、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶと結びついて析出物を形成するため、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量の減少に繋がる。したがって、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶにより均熱処理中の再結晶を抑制する本発明において、Ｃ含有量は低いほど好ましく、Ｃ含有量の上限値は０．０２％とする。析出物が多い場合、後熱処理中の再結晶−粒成長が抑制されるばかりか、再結晶−粒成長が進行したとしても析出物により磁気特性が劣化する。そのため、磁気特性劣化を抑制して固定子として必要な磁気特性を確保する観点から、Ｃ含有量は０．０１％以下とすることが好ましく、０．００５％以下とすることがさらに好ましく、０．００４％以下とすることが最も好ましい。 1. Steel composition (1) C
Since C is combined with Nb, Zr, Ti and V to form a precipitate, the content of solute Nb, Zr, Ti and V is reduced. Therefore, in the present invention that suppresses recrystallization during soaking by solute Nb, Zr, Ti, and V, the lower the C content, the better, and the upper limit of the C content is 0.02%. When there are many precipitates, recrystallization-grain growth during post-heat treatment is not only suppressed, but even if recrystallization-grain growth proceeds, magnetic properties are degraded by the precipitates. Therefore, from the viewpoint of securing the magnetic characteristics necessary for the stator by suppressing the deterioration of the magnetic characteristics, the C content is preferably 0.01% or less, more preferably 0.005% or less, It is most preferable to set it to 0.004% or less.

（２）Ｓｉ
Ｓｉは、電気抵抗を高め、渦電流損失を低減する効果を有する元素である。しかしながら、多量のＳｉを含有させた場合には冷間圧延時の割れを誘発し、鋼板の歩留まり低下により製造コストが増加する。そのためＳｉ含有量は４．０％以下とする。割れ抑制の観点からは３．５％以下とすることが好ましい。固溶強化による鋼板の高強度化と鉄損低減の観点から、Ｓｉ含有量は１．０％以上とする。好ましくは１．２％以上である。 (2) Si
Si is an element having an effect of increasing electric resistance and reducing eddy current loss. However, when a large amount of Si is contained, cracks during cold rolling are induced, and the manufacturing cost increases due to a decrease in the yield of the steel sheet. Therefore, the Si content is 4.0% or less. From the viewpoint of suppressing cracking, it is preferably 3.5% or less. From the viewpoint of increasing the strength of the steel sheet by solid solution strengthening and reducing iron loss, the Si content is set to 1.0% or more. Preferably it is 1.2% or more.

（３）Ｍｎ
Ｍｎは、Ｓｉと同様に電気抵抗を高め、渦電流損失を低減する効果がある。しかしながら、Ｍｎを多量に含有させると合金コストが増加するため、Ｍｎ含有量の上限は３．０％とする。一方、Ｍｎ含有量の下限はＳを固定する観点から定められるものであり、０．０５％とする。 (3) Mn
Mn has the effect of increasing electrical resistance and reducing eddy current loss, similar to Si. However, if Mn is contained in a large amount, the alloy cost increases, so the upper limit of the Mn content is 3.0%. On the other hand, the lower limit of the Mn content is determined from the viewpoint of fixing S, and is 0.05%.

（４）Ａｌ
Ａｌは、電気抵抗を高めるためＳｉと同様に渦電流損失を低減する。しかしながら、多量にＡｌを含有させると合金コストが増加するとともに、飽和磁束密度低下により磁束の漏れが発生するためモータ効率が低下する。これらの観点からＡｌ含有量の上限は２．５％とする。また、Ａｌを脱酸剤として使用する場合は０．０１％以上含有させることが好ましいが、Ａｌと同様に脱酸作用を有するＳｉを１．０％以上含有するので、Ａｌは含有させずともよい。 (4) Al
Al increases eddy current loss in the same manner as Si in order to increase electric resistance. However, when Al is contained in a large amount, the alloy cost increases and the leakage of magnetic flux occurs due to the decrease of the saturation magnetic flux density, so that the motor efficiency decreases. From these viewpoints, the upper limit of the Al content is 2.5%. Moreover, when using Al as a deoxidizer, it is preferable to contain 0.01% or more. However, since Al containing 1.0% or more of Si having a deoxidizing action is contained in the same manner as Al, Al does not need to be contained. Good.

（５）Ｐ
Ｐは、一般に不純物として含有される元素であるが、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有するので積極的に含有させてもよい。しかしながら、Ｐ含有量が過剰になると冷間圧延時の割れを誘発する。したがって、Ｐ含有量は０．２５％以下とする。 (5) P
P is an element that is generally contained as an impurity. However, P has an effect of increasing the strength of the steel sheet by solid solution strengthening, and therefore may be positively contained. However, when the P content is excessive, cracks during cold rolling are induced. Therefore, the P content is 0.25% or less.

（６）Ｓ
Ｓは、不純物として含有される元素であり、０．０１％を超えて含有するとＭｎＳなどの硫化物が多数析出し、後熱処理中の再結晶−粒成長が抑制され、後熱処理による磁気特性向上を十分に図れない。そのため、後熱処理での再結晶−粒成長により固定子として必要な磁気特性を確保する観点から、Ｓ含有量は０．０１％以下とする。好ましくは０．００６％以下、さらに好ましくは０．００４％以下である。鉄損低減の観点からさらに好ましい範囲は０．００１％以下である。 (6) S
S is an element contained as an impurity. If it exceeds 0.01%, a large amount of sulfides such as MnS are precipitated, recrystallization and grain growth during post-heat treatment are suppressed, and magnetic properties are improved by post-heat treatment. Cannot be fully planned. Therefore, the S content is set to 0.01% or less from the viewpoint of securing magnetic properties necessary as a stator by recrystallization and grain growth in post-heat treatment. Preferably it is 0.006% or less, More preferably, it is 0.004% or less. From the viewpoint of reducing iron loss, a more preferable range is 0.001% or less.

（７）Ｎ
Ｎは、不純物として含有される元素であり、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶと結びついて析出物を形成するため、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量の減少に繋がる。したがって、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶにより均熱処理中の再結晶を抑制する本発明では、Ｎ含有量は低いほど好ましく、Ｎ含有量の上限は０．０１％とする。析出物が多い場合、後熱処理中の再結晶−粒成長が抑制されるばかりか、再結晶−粒成長が進行したとしても析出物により良好な磁気特性を得ることが困難となる。そのため、後熱処理により磁気特性を向上させて、固定子として必要な磁気特性を確保する観点から、Ｎ含有量は０．００５％以下とすることが好ましく、０．００４％以下でとすることがさらに好ましい。 (7) N
N is an element contained as an impurity, and is combined with Nb, Zr, Ti, and V to form a precipitate, leading to a decrease in the content of solid solution Nb, Zr, Ti, and V. Therefore, in the present invention in which recrystallization during soaking is suppressed by solute Nb, Zr, Ti and V, the N content is preferably as low as possible, and the upper limit of N content is 0.01%. When there are many precipitates, not only recrystallization-grain growth during post-heat treatment is suppressed, but even if recrystallization-grain growth progresses, it becomes difficult to obtain good magnetic properties with the precipitates. Therefore, from the viewpoint of improving the magnetic properties by post-heat treatment and ensuring the magnetic properties necessary for the stator, the N content is preferably 0.005% or less, and 0.004% or less. Further preferred.

（８）Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶ
均熱処理中の再結晶を抑制し、回復組織を得ることによって回転子として必要な強度と磁気特性を達成し、かつ、後熱処理により再結晶−粒成長を進行させることによって固定子として必要な磁気特性を達成する本発明においては、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶは極めて重要な元素である。これらの効果を得るためには、析出物を形成していない固溶状態のＮｂ、Ｚｒ、ＴｉまたはＶを含有させることが必要である。そのためには、原子分率で比較してＣ、Ｎよりも多量にＮｂ、Ｚｒ、ＴｉまたはＶを含有している必要があり、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を、下記式（２）を満足する範囲で含有させることが必要である。
0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14) （２）
（ここで、式（２）中、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、ＣおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。） (8) Nb, Zr, Ti and V
By suppressing recrystallization during soaking and obtaining a recovery structure, the necessary strength and magnetic properties as a rotor are achieved, and by recrystallization-grain growth by post-heat treatment, the necessary magnetism as a stator. In the present invention that achieves properties, Nb, Zr, Ti and V are extremely important elements. In order to obtain these effects, it is necessary to contain Nb, Zr, Ti, or V in a solid solution state where no precipitate is formed. For that purpose, it is necessary to contain Nb, Zr, Ti or V in a larger amount than C and N in terms of atomic fraction, and at least one selected from the group consisting of Nb, Zr, Ti and V It is necessary to contain seed elements in a range satisfying the following formula (2).
0 <Nb / 93 + Zr / 91 + Ti / 48 + V / 51- (C / 12 + N / 14) (2)
(Here, in the formula (2), Nb, Zr, Ti, V, C and N indicate the content (mass%) of each element.)

固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量が多ければ多いほど転位の消滅および再結晶を抑制する効果は大きくなり、均熱処理後に回復組織を得るには有効である。しかしながら、過度に固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶを含有する場合には冷間圧延時に割れが生じる場合がある。また、過度に含有する場合には後熱処理での再結晶−粒成長が抑制されるため、固定子に要求される磁気特性を確保することが困難となる。固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量の上限値はこれらの観点から定められ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶは下記式（１）で示される範囲で含有させる必要がある。
0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14)＜5×10-3 （１）
（ここで、式（１）中、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、ＣおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。） The greater the content of solid solution Nb, Zr, Ti and V, the greater the effect of suppressing the disappearance and recrystallization of dislocations, which is effective for obtaining a recovery structure after soaking. However, when excessively containing solute Nb, Zr, Ti and V, cracks may occur during cold rolling. Further, when it is excessively contained, recrystallization-grain growth in post-heat treatment is suppressed, so that it is difficult to ensure the magnetic characteristics required for the stator. The upper limit of the content of solid solution Nb, Zr, Ti, and V is determined from these viewpoints, and Nb, Zr, Ti, and V need to be contained in the range represented by the following formula (1).
0 <Nb / 93 + Zr / 91 + Ti / 48 + V / 51- (C / 12 + N / 14) <5 × 10 -3 (1)
(Here, in the formula (1), Nb, Zr, Ti, V, C and N indicate the content (mass%) of each element.)

後熱処理での再結晶−粒成長を進行させ、固定子に要求される磁気特性を確保する観点からは、上記式（１）の右辺は4×10-3であることが好ましい。 From the viewpoint of promoting recrystallization-grain growth in post-heat treatment and ensuring magnetic properties required for the stator, the right side of the above formula (1) is preferably 4 × 10 −3 .

ここで、硫化物を考慮すると固溶状態のＮｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量はＳ含有量にも影響される。しかしながら、上述したＳ含有量の範囲内では均熱処理での再結晶抑制効果に及ぼすＳの影響は認められなかったため、本発明においてはＳの項を省略した上記式（１）を採用した。Ｓの影響が認められなかった理由は明確でないが、凝固末期のＳが濃化した領域からＭｎＳとなって晶出するなどしてＭｎによりＳが固定されたためと考えられる。   Here, considering sulfides, the contents of Nb, Zr, Ti and V in a solid solution state are also affected by the S content. However, since the influence of S on the recrystallization suppression effect in the soaking was not recognized within the range of the S content described above, the above formula (1) in which the S term was omitted was adopted in the present invention. The reason why the influence of S was not recognized is not clear, but it is considered that S was fixed by Mn by, for example, crystallization as MnS from a region where S at the end of solidification was concentrated.

固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶのうち、固溶Ｎｂが最も均熱処理における再結晶抑制効果が大きいため、本発明ではＮｂを積極的に含有させることが好ましく、Ｎｂ含有量は０．０２％を超えることが好ましい。より好ましくは０．０４％以上である。   Among the solid solution Nb, Zr, Ti and V, since the solid solution Nb has the largest recrystallization suppressing effect in the soaking process, it is preferable to actively contain Nb in the present invention, and the Nb content is 0.02%. Is preferably exceeded. More preferably, it is 0.04% or more.

（９）Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＣｏおよびＷ
本発明においては、高強度化の観点から、高強度化作用を有するＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＣｏおよびＷを含有させることが好ましい。 (9) Cu, Ni, Cr, Mo, Co and W
In the present invention, it is preferable to contain Cu, Ni, Cr, Mo, Co and W having a strengthening action from the viewpoint of increasing the strength.

Ｃｕは過度に含有させると表面疵や冷間圧延時の割れの発生につながるため、Ｃｕ含有量は８．０％以下とすることが好ましい。上記高強度化作用をより確実に発現させるには、Ｃｕ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。また、Ｃｕは鋼板の固有抵抗を増加させ、鉄損を低減させる作用を有するので、このような観点からも含有させることができる。なお、本発明はＣｕの析出強化を用いずとも回転子として必要な機械特性を達成できるため、Ｃｕを含有させたとしてもいわゆる時効熱処理型の無方向性電磁鋼板とは本質的に異なることは言うまでもない。   If Cu is excessively contained, it leads to generation of surface defects and cracks during cold rolling, so the Cu content is preferably 8.0% or less. In order to express the strengthening effect more reliably, the Cu content is preferably 0.01% or more. Moreover, since Cu has the effect | action which increases the specific resistance of a steel plate and reduces an iron loss, it can be contained also from such a viewpoint. In addition, since the present invention can achieve the necessary mechanical properties as a rotor without using Cu precipitation strengthening, even if Cu is contained, it is essentially different from a so-called aging heat treatment type non-oriented electrical steel sheet. Needless to say.

ＮｉおよびＭｏは過度に含有させると冷間圧延時の割れの発生やコスト増加につながるため、Ｎｉ含有量は２．０％以下、Ｍｏ含有量は４．０％以下とすることが好ましい。上記高強度化作用をより確実に発現させるには、Ｎｉ含有量を０．０１％以上、Ｍｏ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。   If Ni and Mo are excessively contained, cracks during cold rolling and an increase in cost are caused. Therefore, the Ni content is preferably 2.0% or less and the Mo content is preferably 4.0% or less. In order to express the strengthening effect more reliably, it is preferable that the Ni content is 0.01% or more and the Mo content is 0.005% or more.

Ｃｒは過度に含有させるとコストが増加するため、Ｃｒ含有量は１５．０％以下とすることが好ましい。上記高強度化作用をより確実に発現させるには、Ｃｒ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。また、Ｃｒは鋼板の固有抵抗を増加させ、鉄損を低減させる作用を有し、さらに耐食性を改善する作用も有するので、このような観点からも含有させることができる。   When Cr is excessively contained, the cost increases, so the Cr content is preferably 15.0% or less. In order to express the strengthening effect more reliably, the Cr content is preferably 0.01% or more. Further, Cr has an action of increasing the specific resistance of the steel sheet and reducing iron loss, and further has an action of improving the corrosion resistance. Therefore, Cr can be contained from such a viewpoint.

ＣｏおよびＷは、過度に含有させる場合とコストが増加するため、Ｃｏ含有量は４．０％以下、Ｗ含有量は４．０％以下とすることが好ましい。上記高強度化作用をより確実に発現させるには、Ｃｏ含有量を０．０１％以上、Ｗ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。   Since Co and W increase when they are contained excessively, the Co content is preferably 4.0% or less and the W content is preferably 4.0% or less. In order to express the strengthening effect more reliably, it is preferable that the Co content is 0.01% or more and the W content is 0.01% or more.

（１０）Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＴｅおよびＢ
本発明は、均熱処理での再結晶を抑制することにより回転子として必要な磁気特性と機械特性を具備させるため、粒界偏析により再結晶を抑制する効果を有するＳｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＴｅおよびＢからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有させることが好ましい。これらの元素は、後熱処理での再結晶−粒成長時の集合組織制御を通じて磁気特性を改善する作用もあるため、このような観点からも含有させることができる。これらの元素を含有させる場合には、熱間圧延での割れの発生およびコスト増加を抑制する観点から、各元素の含有量をＳｎ：０．５％以下、Ｓｂ：０．５％以下、Ｓｅ：０．３％以下、Ｂｉ：０．２％以下、Ｇｅ：０．５％以下、Ｔｅ：０．３％以下、Ｂ：０．０１％以下とすることが好ましい。これらの元素による均熱処理時の再結晶抑制効果、後熱処理時の集合組織制御の効果を確実に得るには、各元素の含有量をＳｎ：０．００１％以上、Ｓｂ：０．０００５％以上、Ｓｅ：０．０００５％以上、Ｂｉ：０．０００５％以上、Ｇｅ：０．００１％以上、Ｔｅ：０．０００５％以上、Ｂ：０．０００２％以上とすることが好ましい。 (10) Sn, Sb, Se, Bi, Ge, Te and B
The present invention has the magnetic and mechanical properties necessary for a rotor by suppressing recrystallization by soaking, so that Sn, Sb, Se, Bi, which has the effect of suppressing recrystallization by grain boundary segregation, It is preferable to contain at least one element selected from the group consisting of Ge, Te and B. Since these elements also have an action of improving magnetic properties through texture control during recrystallization and grain growth in post-heat treatment, they can be contained from this viewpoint. When these elements are contained, the content of each element is Sn: 0.5% or less, Sb: 0.5% or less, Se from the viewpoint of suppressing the occurrence of cracks and cost increase in hot rolling. : 0.3% or less, Bi: 0.2% or less, Ge: 0.5% or less, Te: 0.3% or less, B: 0.01% or less are preferable. In order to reliably obtain the effect of suppressing recrystallization during soaking by these elements and the effect of texture control during post-heat treatment, the content of each element is Sn: 0.001% or more, Sb: 0.0005% or more Se: 0.0005% or more, Bi: 0.0005% or more, Ge: 0.001% or more, Te: 0.0005% or more, B: 0.0002% or more.

（１１）Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭ
本発明においては、硫化物の形態制御による磁気特性改善を目的として、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭからなる群から選択される少なくとも１種を含有させることができる。
ここでＲＥＭとは、原子番号５７〜７１の１５元素、ならびに、ＳｃおよびＹの２元素の合計１７元素をさす。 (11) Ca, Mg and REM
In the present invention, at least one selected from the group consisting of Ca, Mg and REM can be contained for the purpose of improving magnetic properties by controlling the form of sulfide.
Here, REM refers to a total of 17 elements of 15 elements having atomic numbers 57 to 71 and 2 elements of Sc and Y.

これらの元素を含有させる場合には、各元素の含有量をＣａ：０．０３％以下、Ｍｇ：０．０２％以下、ＲＥＭ：０．１％以下が好ましい。上記効果を確実に得るためには、各元素の含有量をＣａ：０．０００１％以上、Ｍｇ：０．０００１％以上、ＲＥＭ：０．０００１％以上とすることが好ましい。   When these elements are contained, the content of each element is preferably Ca: 0.03% or less, Mg: 0.02% or less, and REM: 0.1% or less. In order to reliably obtain the above effects, the content of each element is preferably set to Ca: 0.0001% or more, Mg: 0.0001% or more, and REM: 0.0001% or more.

２．再結晶部分の面積比率
再結晶の前段階である回復の進行とともに、再結晶部分の面積比率はゼロのまま降伏点および引張強さは低下する。再結晶開始後は、再結晶部分の面積比率の増加とともに降伏点および引張強さはさらに低下する。
本発明においては、同一の鋼板から固定子用素材および回転子用素材を採取してそれぞれ積層した後、固定子用素材のみに後熱処理を施すことにより、回転機の鉄心として好適な固定子および回転子を得ることができる。よって、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板の再結晶部分の面積比率は、すなわち後熱処理を施さない状態における再結晶部分の面積比率は、回転子用に必要な機械特性を確保する観点から定まり、９０％未満とする。好ましくは７０％以下、さらに好ましくは４０％以下であり、３０％以下であれば疲労破壊抑制の観点からより好ましい。回転子用に必要な機械特性の観点からは再結晶部分の面積比率は低いほど好ましく、再結晶部分の面積比率をゼロとし、完全に未再結晶状態（回復組織）とすることが好ましい。 2. Area ratio of recrystallized portion With the progress of recovery, which is the previous stage of recrystallization, the area ratio of the recrystallized portion remains zero and the yield point and the tensile strength decrease. After the start of recrystallization, the yield point and the tensile strength further decrease with an increase in the area ratio of the recrystallized portion.
In the present invention, after collecting and laminating the stator material and the rotor material from the same steel plate, only the stator material is subjected to a post-heat treatment, so that the stator suitable as an iron core of a rotating machine and A rotor can be obtained. Therefore, the area ratio of the recrystallized portion of the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine according to the present invention, that is, the area ratio of the recrystallized portion in a state in which no post-heat treatment is performed, is a viewpoint of securing mechanical properties necessary for the rotor. And is less than 90%. Preferably it is 70% or less, More preferably, it is 40% or less, and if it is 30% or less, it is more preferable from a viewpoint of fatigue fracture suppression. From the viewpoint of the mechanical properties required for the rotor, the area ratio of the recrystallized portion is preferably as low as possible.

一方、再結晶の前段階である回復の進行とともに、再結晶部分の面積比率はゼロのまま鉄損は減少する。再結晶開始後は、再結晶部分の面積比率の増加とともに鉄損は減少する。すなわち、磁気特性の観点からは再結晶部分の面積比率は高いほど好ましい。
上述したように本発明においては、同一の鋼板から固定子用素材および回転子用素材を採取してそれぞれ積層した後、固定子用素材のみに後熱処理を施すことにより、回転機の鉄心として好適な固定子および回転子を得ることができる。よって、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施した場合、再結晶部分の面積比率は高くなるほど好ましく、１００％となることが最も好ましい。そこで、後熱処理が施された場合の再結晶部分の面積比率の指標として、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合の再結晶部分の面積比率を用いることとし、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合の再結晶部分の面積比率を１００％とする。 On the other hand, as recovery progresses before recrystallization, the iron loss decreases while the area ratio of the recrystallized portion remains zero. After the start of recrystallization, the iron loss decreases as the area ratio of the recrystallized portion increases. That is, from the viewpoint of magnetic properties, the area ratio of the recrystallized portion is preferably as high as possible.
As described above, in the present invention, after collecting and laminating the stator material and the rotor material from the same steel plate, only the stator material is subjected to post heat treatment, which is suitable as an iron core of a rotating machine. Stable stators and rotors can be obtained. Therefore, when post-heat treatment is performed on the non-oriented electrical steel sheet for rotating machine of the present invention, the area ratio of the recrystallized portion is preferably as high as possible, and most preferably 100%. Therefore, as an index of the area ratio of the recrystallized portion when post-heat treatment is performed, the area ratio of the recrystallized portion when post-heat treatment is held at 800 ° C. for 2 hours is used. The area ratio of the recrystallized portion when the post-holding heat treatment is performed is set to 100%.

なお、例えば７５０℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に、再結晶部分の面積比率が１００％となるのであれば、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合にも、再結晶部分の面積比率が１００％となることは明らかである。よって、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に、再結晶部分の面積比率が１００％となるものには、例えば７５０℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に、再結晶部分の面積比率が１００％となるものが含まれる。   For example, if post-heat treatment is performed at 750 ° C. for 2 hours and the area ratio of the recrystallized portion is 100%, re-treatment is performed even after post-heat treatment is performed at 800 ° C. for 2 hours. It is clear that the area ratio of the crystal part is 100%. Therefore, when the post-heat treatment is performed at 800 ° C. for 2 hours and the area ratio of the recrystallized portion is 100%, the recrystallization is performed when the post-heat treatment is performed at 750 ° C. for 2 hours. The part whose area ratio is 100% is included.

ここで、再結晶部分の面積比率とは、回転機用無方向性電磁鋼板の縦断面組織写真において視野中に占める再結晶粒の割合を示すものであり、この縦断面組織写真をもとに測定することができる。縦断面組織写真としては、光学顕微鏡写真を用いることができ、例えば１００倍の倍率で撮影した写真を用いればよい。   Here, the area ratio of the recrystallized portion indicates the ratio of recrystallized grains in the field of view in the longitudinal cross-sectional structure photograph of the non-oriented electrical steel sheet for rotating machines. Can be measured. As the longitudinal cross-sectional structure photograph, an optical microscope photograph can be used. For example, a photograph taken at a magnification of 100 times may be used.

３．引張強さ
本発明者らは、転位強化を活用する無方向性電磁鋼板を用いた回転子の実用性能の更なる改善を目的に詳細に検討し、機械特性の異方性に着目すれば、回転子の実用性能を確実に改善できることを見出した。以下、本知見について説明する。 3. Tensile strength The inventors have studied in detail for the purpose of further improving the practical performance of a rotor using a non-oriented electrical steel sheet utilizing dislocation strengthening, and paying attention to the anisotropy of mechanical properties, It has been found that the practical performance of the rotor can be improved reliably. Hereinafter, this knowledge will be described.

質量％で、Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：３．０％、Ｍｎ：０．２％、Ａｌ：１．０％、Ｎ：０．００２％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００２％、Ｎｂ：０．０８％の鋼に熱間圧延を施して２．３ｍｍとした後、８００℃で１０時間の熱延板焼鈍を行い、さらに０．３５ｍｍまで冷間圧延し、７５０℃で２０秒間保持する均熱処理を施した。得られた鋼板からＩＰＭモータの回転子を製造し、疲労試験に供した。その結果、同一の鋼板から製造した回転子であっても疲労特性に差が生じる場合があることが判明した。この原因を解析した結果、引張強さに代表される機械特性に顕著な異方性が認められ、同一の鋼板でも繰り返し応力を負荷する方向によって疲労特性が異なることが原因であることが明らかとなった。   By mass%, C: 0.002%, Si: 3.0%, Mn: 0.2%, Al: 1.0%, N: 0.002%, P: 0.01%, S: 0.00. Hot rolled to 002%, Nb: 0.08% steel to 2.3 mm, then hot-rolled sheet annealed at 800 ° C. for 10 hours, further cold rolled to 0.35 mm, 750 ° C. And soaking was performed for 20 seconds. A rotor of an IPM motor was manufactured from the obtained steel plate and subjected to a fatigue test. As a result, it has been found that even in a rotor manufactured from the same steel plate, a difference in fatigue characteristics may occur. As a result of analyzing this cause, it was clear that remarkable anisotropy was observed in the mechanical characteristics represented by tensile strength, and it was clear that the fatigue characteristics differed depending on the direction of repeated stress loading even in the same steel sheet. became.

具体的な異方性は図１に示すとおりであり、圧延方向から４５°方向の引張強さが低い点が特徴的である。図２に、圧延方向、圧延方向に対して４５°方向、圧延方向に対して直角方向をそれぞれ長手方向とした疲労試験片により、応力比：０．０５、繰返速度：６０Ｈｚで実施した疲労試験結果を示す。図２に示すとおり、他の方向と比較して圧延方向に対して４５°方向の疲労特性が劣ることが判る。   The specific anisotropy is as shown in FIG. 1 and is characterized by a low tensile strength in the 45 ° direction from the rolling direction. FIG. 2 shows fatigue tests carried out at a stress ratio of 0.05 and a repetition rate of 60 Hz using a fatigue test piece having a rolling direction, a 45 ° direction with respect to the rolling direction, and a direction perpendicular to the rolling direction as the longitudinal direction. The test results are shown. As shown in FIG. 2, it can be seen that the fatigue characteristics in the 45 ° direction are inferior to the rolling direction as compared with the other directions.

転位強化を活用した種々の無方向性電磁鋼板について同様の調査をした結果、このような引張強さの異方性に鋼板ごとの差は認められず、転位強化を活用する無方向性電磁鋼板に特有の異方性と判明した。また、これに起因して転位強化により高強度化した無方向性電磁鋼板では疲労破壊を生じやすい方向は常に圧延方向に対して４５°方向と判明した。これらより、転位強化による高強度化の場合、圧延方向に対して４５°方向の引張強さを改善すれば必然的に全体としての疲労特性は改善され、回転子の疲労特性を確実に改善することができると想起するに至った。   As a result of the same investigation on various non-oriented electrical steel sheets utilizing dislocation strengthening, no difference was found between the steel sheets in the anisotropy of such tensile strength, and non-oriented electrical steel sheets utilizing dislocation strengthening. It turned out to be a characteristic anisotropy. In addition, it was found that the direction in which fatigue failure is likely to occur in the non-oriented electrical steel sheet having high strength by dislocation strengthening is always 45 ° with respect to the rolling direction. From these, in the case of increasing the strength by dislocation strengthening, if the tensile strength in the 45 ° direction with respect to the rolling direction is improved, the fatigue characteristics as a whole are inevitably improved, and the fatigue characteristics of the rotor are surely improved. I came to remember that I could do it.

転位強化を活用した無方向性電磁鋼板の機械特性の異方性は回復組織に起因し、圧延集合組織が強く残存していることに起因する。したがって、同じく集合組織に強く影響を受ける磁束密度を調査した結果、圧延方向から４５°方向の磁束密度を高めるほど、圧延方向から４５°方向の引張強さが高まるという知見を得た。圧延集合組織を強く残存させるためには、熱間圧延および冷間圧延で形成された圧延集合組織が、均熱処理にて消滅することを抑制することが重要であり、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶ含有量の調整が重要である。   The anisotropy in the mechanical properties of non-oriented electrical steel sheets utilizing dislocation strengthening is due to the recovery structure and the strong rolling texture. Therefore, as a result of investigating the magnetic flux density that is also strongly influenced by the texture, it was found that the higher the magnetic flux density in the 45 ° direction from the rolling direction, the higher the tensile strength in the 45 ° direction from the rolling direction. In order to strongly leave the rolling texture, it is important to suppress the disappearance of the rolling texture formed by hot rolling and cold rolling by soaking, so that solid solution Nb, Zr, Ti And the adjustment of the V content is important.

これらの知見は機械特性を圧延方向のみ、あるいは板面内の平均特性で評価する従来の評価方法では把握し得なかったものであり、回転子としての疲労試験を実施して初めて判明したものである。優れた機械特性を有する電磁鋼板として列挙した上述の従来技術による鋼板も、機械特性を圧延方向のみ、あるいは板面内の平均特性で評価しており、そのような評価で得られる強度が回転子の疲労破壊抑制の指標となる蓋然性は低い。転位強化を活用した無方向性電磁鋼板のように特定の異方性を有する鋼板に対して特定の方向を高強度化することで、回転子の実用性能を確実に改善することができるのである。転位強化を活用した無方向性電磁鋼板の異方性には、いわゆるバラツキがみられない。そのため、鋼板の製造面でも管理し易く、回転子の設計にも反映しやすい。この点は、強い異方性を有する一方向性電磁鋼板の磁気特性の異方性が変圧器の設計に十分に反映されていることと類似している。   These findings cannot be grasped by the conventional evaluation method that evaluates the mechanical properties only in the rolling direction or by the average properties in the plate surface, and were found for the first time after conducting a fatigue test as a rotor. is there. The above-described conventional steel sheets listed as electromagnetic steel sheets having excellent mechanical properties are also evaluated for mechanical properties only in the rolling direction or by average properties in the plate surface, and the strength obtained by such evaluation is the rotor. The probability of being an indicator of fatigue fracture suppression is low. By increasing the strength of a specific direction for a steel plate with specific anisotropy, such as a non-oriented electrical steel plate utilizing dislocation strengthening, the practical performance of the rotor can be reliably improved. . There is no so-called variation in the anisotropy of the non-oriented electrical steel sheet utilizing dislocation strengthening. Therefore, it is easy to manage in terms of steel plate manufacturing, and it is easy to reflect the design of the rotor. This is similar to the fact that the anisotropy of the magnetic properties of the unidirectional electrical steel sheet having a strong anisotropy is sufficiently reflected in the design of the transformer.

近年の電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池車などの環境対応車の駆動モータでは、回転子形状の複雑化、回転子径の大型化、駆動モータがＩＰＭモータである場合には埋め込まれた永久磁石の大型化などにより、疲労破壊抑制のために、引張強さは６００ＭＰａ以上であることが好ましい。   In recent environmentally-friendly drive motors such as electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell vehicles, the rotor shape is complicated, the rotor diameter is increased, and the permanent magnet is embedded when the drive motor is an IPM motor. The tensile strength is preferably 600 MPa or more in order to suppress fatigue fracture due to an increase in size.

本発明においては、転位強化を活用した無方向性電磁鋼板を前提としているため、その特異な異方性から、圧延方向から４５°方向の引張強さは６００ＭＰａ以上であることが好ましい。より好ましくは６５０ＭＰａ以上、さらに好ましくは６８０ＭＰａ以上である。圧延方向から４５°方向の引張強さを上記範囲とすることにより、全体としての疲労破壊を抑制することができる。引張強さの試験片形状および試験条件は、ＪＩＳに準拠すればよい。   In the present invention, since a non-oriented electrical steel sheet utilizing dislocation strengthening is premised, the tensile strength in the 45 ° direction from the rolling direction is preferably 600 MPa or more because of its unique anisotropy. More preferably, it is 650 MPa or more, More preferably, it is 680 MPa or more. By setting the tensile strength in the 45 ° direction from the rolling direction within the above range, fatigue failure as a whole can be suppressed. The test piece shape and test conditions for the tensile strength may conform to JIS.

４．板厚
板厚は０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下とする。板厚が上記範囲未満では、圧下率が過大となって冷間圧延時に破断するおそれがある。また、均熱処理での生産性が悪くなるばかりか、占積率やカシメ強度が低下する可能性もある。一方、板厚が上記範囲を超えると、渦電流損失が増加するため、モータ効率が低下するおそれがある。また、冷間圧延時に導入される転位の量が低下するために、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板における機械特性、すなわち後熱処理前における機械特性が劣化し、回転子として必要な強度を確保できなくなるおそれもある。渦電流損失低減と強度確保の観点から、板厚の好ましい上限値は０．４０ｍｍである。 4). Plate thickness The plate thickness is 0.15 mm or more and 0.50 mm or less. If the plate thickness is less than the above range, the rolling reduction is excessive and there is a risk of breaking during cold rolling. Moreover, not only productivity in soaking is deteriorated, but also the space factor and the caulking strength may be lowered. On the other hand, if the plate thickness exceeds the above range, the eddy current loss increases, and thus the motor efficiency may be reduced. In addition, since the amount of dislocations introduced during cold rolling is reduced, the mechanical properties in the non-oriented electrical steel sheet for rotating machines of the present invention, that is, the mechanical properties before post-heat treatment are deteriorated, and the strength required as a rotor. May not be secured. From the viewpoint of reducing eddy current loss and ensuring strength, the preferred upper limit of the plate thickness is 0.40 mm.

５．磁束密度
特許文献１、２に例示した従来技術による優れた機械特性を有する電磁鋼板は、磁束密度が通常の無方向性電磁鋼板と比較して低いという問題もあった。本発明においてはこの点についても改善する。
本発明の回転機用無方向性電磁鋼板においては、すなわち回転子として使用される状態においては、さらに言い換えると後熱処理を施さない状態においては、圧延方向に対して４５°方向の磁束密度Ｂ50が１．６８Ｔ以上であることが好ましい。転位強化により高強度化した無方向性電磁鋼板においては、この方向の磁束密度を高めれば圧延方向から４５°方向の引張強さも改善するという作用もあり、回転子の実用特性として極めて重要な疲労特性を高めることができるため、圧延方向に対して４５°方向の磁束密度Ｂ50は好ましくは１．６９Ｔ以上、さらに好ましくは１．７０Ｔ以上である。磁気測定方法はＪＩＳに準拠した単板磁気特性試験器を使用すればよい。 5). Magnetic flux density The electrical steel sheet having excellent mechanical properties according to the prior art exemplified in Patent Documents 1 and 2 also has a problem that the magnetic flux density is lower than that of a normal non-oriented electrical steel sheet. In the present invention, this point is also improved.
In the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine of the present invention, that is, in a state where it is used as a rotor, in other words, in a state where no post heat treatment is performed, the magnetic flux density B 50 in the direction of 45 ° with respect to the rolling direction. Is preferably 1.68 T or more. In non-oriented electrical steel sheets that have been strengthened by dislocation strengthening, increasing the magnetic flux density in this direction has the effect of improving the tensile strength in the 45 ° direction from the rolling direction, which is extremely important as a practical characteristic of rotors. Since the characteristics can be improved, the magnetic flux density B 50 in the 45 ° direction with respect to the rolling direction is preferably 1.69 T or more, more preferably 1.70 T or more. As a magnetic measurement method, a single plate magnetic property tester compliant with JIS may be used.

Ｂ．回転機
本発明の回転機は、上述の回転機用無方向性電磁鋼板が積層され、さらに、後熱処理によって再結晶部分の面積比率が１００％とされた固定子と、上述の回転機用無方向性電磁鋼板が積層された回転子とからなる鉄心を備えることを特徴とするものである。 B. Rotating machine A rotating machine according to the present invention includes a stator in which the non-oriented electrical steel sheet for rotating machine described above is laminated, and the area ratio of the recrystallized portion is set to 100% by post-heat treatment, and the rotating machine for rotating machine described above. It has an iron core composed of a rotor on which grain-oriented electrical steel sheets are laminated.

回転機としては、電動機および発電機が例示される。電力を受けて機械動力を発生する回転機が電動機であり、機械動力を受けて電力を発生する回転機が発電機である。本発明では両者を想定し、あわせて回転機としている。   Examples of the rotating machine include an electric motor and a generator. A rotating machine that receives electric power and generates mechanical power is an electric motor, and a rotating machine that receives electric power and generates electric power is a generator. In this invention, both are assumed and it is set as the rotary machine.

本発明の回転機に用いられる鉄心は、固定子と回転子とから構成される。
本発明に用いられる固定子は、上述の回転機用無方向性電磁鋼板が積層され、さらに、後熱処理によって再結晶部分の面積比率が１００％とされたものである。すなわち、固定子を構成する回転機用無方向性電磁鋼板は、上記「Ａ．回転機用無方向性電磁鋼板」の項に記載の回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施して再結晶部分の面積比率を１００％としたものである。
通常、固定子は、上記回転機用無方向性電磁鋼板を所定の形状へ加工し、積層して構成される。所定の形状への加工は、打ち抜き加工が一般的であるが、特に限定されるものではない。 The iron core used in the rotating machine of the present invention is composed of a stator and a rotor.
The stator used in the present invention is one in which the non-oriented electrical steel sheets for rotating machines described above are laminated, and the area ratio of the recrystallized portion is set to 100% by post heat treatment. That is, the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine constituting the stator is subjected to a post-heat treatment on the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine described in the section “A. The area ratio of the crystal part is 100%.
Usually, the stator is formed by processing and laminating the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine into a predetermined shape. The processing to the predetermined shape is generally punching, but is not particularly limited.

本発明に用いられる回転子は、上述の回転機無方向性電磁鋼板が積層されたものである。すなわち、回転子を構成する回転機用無方向性電磁鋼板は、上記「Ａ．回転機用無方向性電磁鋼板」の項に記載の回転機用無方向性電磁鋼板である。
通常、回転子は、固定子と同様に、上記無方向性電磁鋼板を所定の形状へ加工し、積層して構成される。所定の形状への加工は、打ち抜き加工が一般的であるが、特に限定されるものではない。 The rotor used in the present invention is a laminate of the above rotating machine non-oriented electrical steel sheets. That is, the non-oriented electrical steel sheet for rotating machines constituting the rotor is the non-oriented electrical steel sheet for rotating machines described in the above-mentioned section “A. Non-oriented electrical steel sheet for rotating machines”.
Usually, the rotor is formed by processing the non-oriented electrical steel sheet into a predetermined shape and laminating the same as the stator. The processing to the predetermined shape is generally punching, but is not particularly limited.

Ｃ．回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法
本発明の回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法は、上述した鋼組成を備える鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程と、上記冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を７００℃以上９００℃以下の温度域で６０秒間以下均熱する均熱処理工程とを有することを特徴とするものである。 C. Manufacturing method of non-oriented electrical steel sheet for rotating machine The manufacturing method of the non-oriented electrical steel sheet for rotating machine of the present invention includes a hot rolling process in which hot rolling is performed on a steel ingot or steel slab having the steel composition described above, and A cold-rolled steel sheet obtained by the cold-rolled steel sheet obtained by the cold-rolled steel sheet obtained by the cold-rolled steel sheet obtained by the cold-rolled steel sheet obtained by the hot-rolled steel sheet obtained by the cold-rolled steel sheet obtained by the hot-rolling process. And a soaking step of soaking in a temperature range of 700 ° C. to 900 ° C. for 60 seconds or less.

本発明によれば、鋼組成と均熱処理温度を所定の範囲とすることにより再結晶が抑制され、所定の板厚への加工の際に導入された転位の消滅を抑制して多量の転位を残存させた回復組織を主体とすることができ、圧延方向に対して４５°方向の機械特性を改善する効果が生じる。また、従来の固溶強化や析出強化のように冷間圧延に供する鋼板、すなわち冷間圧延の母材の高強度化を伴うことがないので、冷間圧延時の破断を抑制することができる。また、従来のように高価な鋼成分を用いることも、特殊な工程も必要としない。以上より、回転子として必要な機械特性を低コストで達成できる。
さらに本発明によれば、従来の析出強化による高強度電磁鋼板とは異なり、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶにより再結晶を抑制して高強度化しているため、本発明により得られる回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施す場合には後熱処理において再結晶−粒成長が進行し易く、再結晶−粒成長後は析出物により磁気特性が劣化するおそれもないばかりか、得られる磁気特性は非常に異方性の小さなものとなる。これらより、固定子として必要な磁気特性を達成することができる。
以下、このような回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法における各工程について説明する。 According to the present invention, recrystallization is suppressed by setting the steel composition and the soaking temperature within a predetermined range, and a large amount of dislocations are suppressed by suppressing the disappearance of dislocations introduced during processing to a predetermined plate thickness. The remaining recovered structure can be mainly used, and the effect of improving the mechanical properties in the 45 ° direction with respect to the rolling direction is produced. In addition, since there is no need to increase the strength of the steel sheet used for cold rolling as in the conventional solid solution strengthening and precipitation strengthening, that is, the base material of cold rolling, it is possible to suppress breakage during cold rolling. . Moreover, neither expensive steel components as in the prior art nor special processes are required. As described above, the mechanical characteristics required for the rotor can be achieved at low cost.
Furthermore, according to the present invention, unlike the conventional high-strength electrical steel sheet by precipitation strengthening, the strength is increased by suppressing recrystallization with the solid solution Nb, Zr, Ti and V. When the non-oriented electrical steel sheet is subjected to post-heat treatment, recrystallization-grain growth is likely to proceed in the post-heat treatment, and after recrystallization-grain growth, there is no risk of deterioration of magnetic properties due to precipitates. The magnetic properties are very anisotropic. As a result, magnetic characteristics required for the stator can be achieved.
Hereinafter, each process in the manufacturing method of such a non-oriented electrical steel sheet for rotary machines is demonstrated.

１．熱間圧延工程
本発明における熱間圧延工程は、上述した鋼組成を備える鋼塊または鋼片（以下、「スラブ」ともいう。）に熱間圧延を施す工程である。
なお、鋼塊または鋼片の鋼組成については、上述した「Ａ．回転機用無方向性電磁鋼板」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。 1. Hot Rolling Step The hot rolling step in the present invention is a step of hot rolling a steel ingot or steel slab (hereinafter also referred to as “slab”) having the above-described steel composition.
The steel composition of the steel ingot or steel slab has been described in detail in the above-mentioned section “A. Non-oriented electrical steel sheet for rotating machine”, and thus the description thereof is omitted here.

本工程においては、上述した組成を有する鋼を、連続鋳造法あるいは鋼塊を分塊圧延する方法など一般的な方法によりスラブとし、加熱炉に装入して熱間圧延を施す。この際、スラブ温度が高い場合には加熱炉に装入しないで熱間圧延を行ってもよい。
スラブ加熱温度は特に限定されるものではないが、コストおよび熱間圧延性の観点から１０００℃〜１３００℃とすることが好ましい。より好ましくは１０５０℃〜１２５０℃である。
熱間圧延の各種条件は特に限定されるものではないが、仕上温度は７００℃〜９５０℃、巻取温度は７５０℃以下が好ましい。 In this step, the steel having the above-described composition is made into a slab by a general method such as a continuous casting method or a method of rolling a steel ingot, and is charged in a heating furnace and subjected to hot rolling. At this time, when the slab temperature is high, hot rolling may be performed without charging the heating furnace.
The slab heating temperature is not particularly limited, but is preferably 1000 ° C. to 1300 ° C. from the viewpoint of cost and hot rolling properties. More preferably, it is 1050 degreeC-1250 degreeC.
Various conditions for hot rolling are not particularly limited, but the finishing temperature is preferably 700 ° C. to 950 ° C., and the winding temperature is preferably 750 ° C. or less.

２．冷間圧延工程
本発明における冷間圧延工程は、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施すことにより所定の板厚まで仕上げる工程である。 2. Cold rolling process In the cold rolling process of the present invention, the hot rolled steel sheet obtained by the above hot rolling process is subjected to cold rolling twice or more sandwiching intermediate annealing to a predetermined thickness. It is a finishing process.

冷間圧延後の板厚は０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下とする。板厚が上記範囲未満では、圧下率が過大となって冷間圧延時に破断するおそれがある。また、後述する均熱処理での生産性が悪くなるばかりか、占積率やカシメ強度が低下する可能性もある。一方、板厚が上記範囲を超えると、渦電流損失が増加するため、本発明により得られる回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施す場合には後熱処理後の鉄損が増大し、モータ効率が低下するおそれがある。また、冷間圧延時に導入される転位の量が低下するために、本発明により得られる回転機用無方向性電磁鋼板、すなわち後熱処理を施さない状態における機械特性が劣化し、回転子として必要な強度を確保できなくなるおそれもある。渦電流損失低減と強度確保の観点から、板厚の好ましい上限値は０．４０ｍｍである。   The sheet thickness after cold rolling is 0.15 mm or more and 0.50 mm or less. If the plate thickness is less than the above range, the rolling reduction is excessive and there is a risk of breaking during cold rolling. Further, not only productivity in soaking described later is deteriorated, but also the space factor and caulking strength may be lowered. On the other hand, when the plate thickness exceeds the above range, eddy current loss increases, so when post-heat treatment is performed on the non-oriented electrical steel sheet for rotating machines obtained by the present invention, the iron loss after post-heat treatment increases, There is a risk that the motor efficiency may decrease. In addition, since the amount of dislocations introduced during cold rolling decreases, the non-oriented electrical steel sheet for rotating machines obtained by the present invention, that is, the mechanical properties in a state where no post-heat treatment is performed, deteriorates and is necessary as a rotor. There is also a risk that sufficient strength cannot be secured. From the viewpoint of reducing eddy current loss and ensuring strength, the preferred upper limit of the plate thickness is 0.40 mm.

十分に転位が導入されれば本発明の効果を得ることができるため、圧延時の鋼板温度、圧下率、圧延ロール径など、冷間圧延の各種条件は特に限定されるものではなく、被圧延材の鋼組成、目的とする鋼板の板厚などにより適宜選択するものとする。   Since the effects of the present invention can be obtained if sufficient dislocations are introduced, various conditions for cold rolling, such as the temperature of the steel sheet during rolling, the rolling reduction, and the diameter of the rolling roll, are not particularly limited. Depending on the steel composition of the material, the thickness of the target steel plate, etc.

３．均熱処理工程
本発明における均熱処理工程は、上述した冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を７００℃以上９００℃以下で６０秒間以下均熱する工程である。 3. Soaking process The soaking process in the present invention is a process of soaking the cold-rolled steel sheet obtained by the above-described cold rolling process at 700 ° C. or more and 900 ° C. or less for 60 seconds or less.

本発明は、均熱処理における再結晶を抑制し、転位を残存させることを骨子としている。したがって、均熱処理での再結晶抑制効果が小さい場合には、均熱温度を通常の無方向性電磁鋼板の均熱温度よりも著しく低温化する必要がある。通常の無方向性電磁鋼板の連続焼鈍ラインでの均熱処理を前提とすれば、炉温が下がり、かつ安定化するまでは均熱処理に供することはできない。さらに、一旦炉温を下げた後は、通常の無方向性電磁鋼板の均熱温度まで炉温が上がり、かつ安定化するまでは、通常の無方向性電磁鋼板を均熱処理に供することもできない。これらのことから、均熱処理における再結晶抑制効果が小さい場合には、生産性を著しく低下させることが容易に想像できる。   The gist of the present invention is to suppress recrystallization during soaking and to leave dislocations. Therefore, when the recrystallization suppression effect by soaking is small, the soaking temperature needs to be significantly lower than the soaking temperature of a normal non-oriented electrical steel sheet. Assuming soaking in a continuous annealing line of a normal non-oriented electrical steel sheet, it cannot be subjected to soaking until the furnace temperature is lowered and stabilized. Furthermore, once the furnace temperature is lowered, the normal non-oriented electrical steel sheet cannot be subjected to soaking treatment until the furnace temperature rises to the soaking temperature of the normal non-oriented electrical steel sheet and stabilizes. . From these facts, it can be easily imagined that the productivity is remarkably lowered when the effect of suppressing recrystallization in soaking is small.

本発明では固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶを適正量含有させた状態で均熱処理に供するため、均熱処理における再結晶を抑制する効果が大きい。したがって、均熱処理での均熱温度が高くとも回復組織を得ることができ、特殊な均熱温度の機会を設ける必要がないため生産性を向上させることができる。具体的には、均熱温度が９００℃以下であれば、所望の機械特性を得ることができる。機械特性の観点から好ましくは８５０℃以下、さらに好ましくは８００℃以下である。均熱温度が低ければ低いほど再結晶進行が抑制されるが、鋼板の平坦が矯正されずに、回転子に用いるために鋼板を積層した場合の占積率が低下する場合がある。また、均熱温度が低い場合には鉄損増加に繋がる。さらに、均熱温度が低い場合には、上述のとおり生産性が著しく低下する。これらの観点から均熱温度の下限値を７００℃とする。これらの均熱温度は通常の無方向性電磁鋼板で実施する範囲内であり、生産性を阻害することはない。なお、均熱時間が長すぎると再結晶が過剰に進行するので、均熱時間は６０秒間以下とする。   In the present invention, since it is subjected to soaking with a proper amount of solute Nb, Zr, Ti and V being contained, the effect of suppressing recrystallization in soaking is great. Therefore, even if the soaking temperature in soaking is high, a recovery structure can be obtained, and it is not necessary to provide a special soaking temperature opportunity, so that productivity can be improved. Specifically, if the soaking temperature is 900 ° C. or lower, desired mechanical properties can be obtained. From the viewpoint of mechanical properties, it is preferably 850 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or lower. The lower the soaking temperature, the lower the progress of recrystallization. However, the flatness of the steel sheet is not corrected, and the space factor when the steel sheets are stacked for use in the rotor may decrease. Moreover, when soaking temperature is low, it leads to an iron loss increase. Furthermore, when the soaking temperature is low, the productivity is significantly reduced as described above. From these viewpoints, the lower limit of the soaking temperature is set to 700 ° C. These soaking temperatures are within the range to be implemented with a normal non-oriented electrical steel sheet, and do not hinder productivity. If the soaking time is too long, recrystallization proceeds excessively, so the soaking time is 60 seconds or less.

本発明においては、生産性の観点から均熱処理は連続焼鈍ラインにて実施する。箱焼鈍では、コイル状態で焼鈍に供されることに起因してコイルの巻きぐせ（コイルセットともいう）により鋼板の平坦度が低下したり、形状が劣化したりすることがあるため、均熱処理後に平坦度や形状を矯正する矯正工程が必要な場合があり、生産性が大幅に劣化するためである。
高温での均熱処理により再結晶が進行し、それに起因して機械特性が低下した場合には、均熱処理工程後に加工して強度を確保してもよい。また、均熱処理工程後に３〜３０％程度の圧下率にて冷間加工を施し、均熱処理にて得られた強度を冷間加工にて高めてもよい。 In the present invention, soaking is performed in a continuous annealing line from the viewpoint of productivity. In the box annealing, the flatness of the steel sheet may be lowered or the shape may be deteriorated due to coil winding (also referred to as a coil set) due to being subjected to annealing in a coil state. This is because a correction process for correcting the flatness and shape may be necessary later, and the productivity is greatly deteriorated.
When recrystallization proceeds by soaking at a high temperature and the mechanical properties are lowered due to this, the strength may be secured by processing after the soaking step. Further, after the soaking process, cold working may be performed at a rolling reduction of about 3 to 30%, and the strength obtained by soaking may be increased by cold working.

４．熱延板焼鈍工程
本発明においては、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施すことが好ましい。熱延板焼鈍を行うことにより、鋼板の延性が向上し冷間圧延での破断を抑制できるからである。熱延板焼鈍は、箱焼鈍および連続焼鈍のいずれの方法で実施してもよい。 4). Hot-rolled sheet annealing step In the present invention, it is preferable to subject the hot-rolled steel sheet obtained by the hot-rolling step to hot-rolled sheet annealing. This is because by performing hot-rolled sheet annealing, the ductility of the steel sheet is improved and breakage in cold rolling can be suppressed. Hot-rolled sheet annealing may be performed by any method of box annealing and continuous annealing.

５．その他の工程
本発明においては、上記均熱処理工程後に、一般的な方法に従って、有機成分のみ、無機成分のみ、あるいは有機無機複合物からなる絶縁被膜を鋼板表面に塗布するコーティング工程を行うことが好ましい。また、コーティング工程は、加熱・加圧することにより接着能を発揮する絶縁コーティングを施す工程であってもよい。接着能を発揮するコーティング材料としては、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂またはメラミン樹脂などを用いることができる。 5). Other Steps In the present invention, after the soaking step, it is preferable to perform a coating step in which an insulating coating composed of only an organic component, only an inorganic component, or an organic-inorganic composite is applied to the steel sheet surface according to a general method. . Further, the coating process may be a process of applying an insulating coating that exhibits adhesive ability by heating and pressurizing. As a coating material exhibiting adhesive ability, an acrylic resin, a phenol resin, an epoxy resin, a melamine resin, or the like can be used.

Ｄ．回転機の製造方法
本発明の回転機の製造方法は、上述の回転機用無方向性電磁鋼板から固定子用素材および回転子用素材を打ち抜き、上記固定子用素材および上記回転子用素材をそれぞれ積層した後、上記固定子用素材に後熱処理を施して再結晶部分の面積比率を１００％とし、固定子および回転子となし、上記固定子および上記回転子により鉄心を構成することを特徴とするものである。 D. Manufacturing method of rotating machine The manufacturing method of the rotating machine according to the present invention is a method of punching out a stator material and a rotor material from the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine, and using the stator material and the rotor material. After each lamination, post-heat treatment is performed on the stator material so that the area ratio of the recrystallized portion is 100%, and there is no stator and rotor, and the stator and the rotor constitute an iron core. It is what.

なお、回転機用無方向性電磁鋼板については、上述した「Ａ．回転機用無方向性電磁鋼板」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。   The non-oriented electrical steel sheet for rotating machines has been described in detail in the above-mentioned section “A. Non-oriented electrical steel sheet for rotating machines”, and the description thereof is omitted here.

回転機用無方向性電磁鋼板から固定子用素材および回転子用素材を打ち抜き積層する方法としては、一般的な方法であればよく、特に限定されるものではない。   The method for punching and laminating the stator material and the rotor material from the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine may be any general method and is not particularly limited.

固定子用素材の積層固定後に施す後熱処理としては、エアコンや冷蔵庫のコンプレッサーモータの分野で一般に実施されている歪み取り焼鈍相当の熱処理を適用することができる。具体的には、７００℃〜８５０℃の温度範囲で２分以上５時間以下の焼鈍が好ましい。磁気特性の観点から後熱処理温度は７５０℃〜８５０℃の温度範囲が好ましい。過度に後熱処理温度が高いと鋼板表面の絶縁被膜の絶縁性能、耐食性が劣化してしまうが、磁気特性を重視して、８５０℃〜９５０℃の温度範囲で後熱処理を実施してもよい。
焼鈍雰囲気は、Ａｒ、窒素、水素、窒素−水素混合ガス、ＤＸガス（例えば、ＣＯ：１０％、ＣＯ2：５％、Ｈ2：１０％、Ｎ2：７５％）を用いればよい。
露点は、−３０℃〜＋２０℃とすればよい。露点が高いと鋼板の酸化が進行し、磁気特性が劣化するため１０℃以下が好ましい。 As post-heat treatment performed after the stator material is laminated and fixed, heat treatment equivalent to strain relief annealing, which is generally performed in the field of compressor motors of air conditioners and refrigerators, can be applied. Specifically, annealing at a temperature range of 700 ° C. to 850 ° C. for 2 minutes to 5 hours is preferable. From the viewpoint of magnetic properties, the post heat treatment temperature is preferably in the temperature range of 750 ° C to 850 ° C. If the post-heat treatment temperature is excessively high, the insulation performance and corrosion resistance of the insulating coating on the steel sheet surface deteriorate, but post-heat treatment may be performed in the temperature range of 850 ° C. to 950 ° C. with emphasis on magnetic properties.
Annealing atmosphere, Ar, nitrogen, hydrogen, nitrogen - hydrogen mixed gas, DX gas (e.g., CO: 10%, CO 2 : 5%, H 2: 10%, N 2: 75%) may be used.
The dew point may be −30 ° C. to + 20 ° C. When the dew point is high, oxidation of the steel sheet proceeds and the magnetic properties deteriorate, so that the temperature is preferably 10 ° C. or lower.

得られた固定子および回転子を用いて鉄心を構成する方法、および、その鉄心を用いて回転機を構成する方法としては、一般的な方法であればよく、特に限定されるものではない。   The method for constructing the iron core using the obtained stator and rotor and the method for constructing the rotating machine using the iron core may be general methods, and are not particularly limited.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

以下、実施例および比較例を例示して、本発明を具体的に説明する。
［実施例１］（実施例１−１〜１−１７）
下記の表１に示す鋼組成を有する鋼を真空溶製し、これらの鋼を１１５０℃に加熱し、仕上げ温度８２０℃で熱間圧延を行い５８０℃で巻き取り、厚さが２．１ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。その後、種々の条件で熱延板焼鈍を施し、あるいは熱延板焼鈍を施さず、一回の冷間圧延にて板厚０．３５ｍｍまで仕上げた。得られた冷間圧延鋼板に、種々の温度で２０秒間保持する均熱処理を施した。その後、各種試験片を採取し、打ち抜きにて採取した磁気測定試験片に対して、Ａｒ雰囲気中で７５０℃で２時間保持する後熱処理を施した。 Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples and comparative examples.
[Example 1] (Examples 1-1 to 1-17)
Steels having the steel compositions shown in Table 1 below are melted in vacuum, these steels are heated to 1150 ° C, hot-rolled at a finishing temperature of 820 ° C, wound up at 580 ° C, and the thickness is 2.1 mm. A hot rolled steel sheet was obtained. Thereafter, hot-rolled sheet annealing was performed under various conditions, or hot-rolled sheet annealing was not performed, and finished to a sheet thickness of 0.35 mm by one cold rolling. The obtained cold-rolled steel sheet was subjected to soaking treatment that was held at various temperatures for 20 seconds. Thereafter, various test pieces were collected and subjected to heat treatment after being held at 750 ° C. for 2 hours in an Ar atmosphere with respect to the magnetic measurement test pieces collected by punching.

Figure 2010121150
Figure 2010121150

［比較例１］（比較例１−１〜１−１０）
上記表１に示す鋼組成を有する鋼を用いて、実施例１−１〜１−１７と同様に熱間圧延後、種々の条件で熱延板焼鈍を施し、あるいは熱延板焼鈍を施さず、一回の冷間圧延にて比較例１−１〜１−３、１−５〜１−７については板厚０．３５ｍｍへ、比較例１−４については０．７ｍｍへ、比較例１−８については０．８ｍｍへ、比較例１−９については０．１２ｍｍへ、比較例１−１０については０．５ｍｍへ、それぞれ仕上げた。ここで、比較例１−１０は一回の冷間圧延で０．３５ｍｍへ仕上げる予定であったが、割れが発生したために０．３５ｍｍへ仕上げることができず、エッジ部の割れを切断して板幅を狭くした上で仕上げ板厚を０．５ｍｍへと変更した。このようにして得られた冷間圧延鋼板に、種々の温度で２０秒間保持する均熱処理を施した。その後、各種試験片を採取し、打ち抜きにて採取した磁気測定試験片に対して、Ａｒ雰囲気中７５０℃で２時間保持する後熱処理を施した。 [Comparative Example 1] (Comparative Examples 1-1 to 1-10)
Using steel having the steel composition shown in Table 1 above, hot-rolled sheet annealing was performed under various conditions after hot rolling in the same manner as in Examples 1-1 to 1-17, or hot-rolled sheet annealing was not performed. In a single cold rolling, Comparative Examples 1-1 to 1-3 and 1-5 to 1-7 have a plate thickness of 0.35 mm, Comparative Examples 1-4 to 0.7 mm, and Comparative Example 1 -8 was finished to 0.8 mm, Comparative Example 1-9 to 0.12 mm, and Comparative Example 1-10 to 0.5 mm. Here, Comparative Example 1-10 was scheduled to be finished to 0.35 mm by one cold rolling, but it was not able to be finished to 0.35 mm because a crack was generated, and the edge part was cut off. After narrowing the plate width, the finished plate thickness was changed to 0.5 mm. The cold-rolled steel sheet thus obtained was subjected to soaking treatment that was held at various temperatures for 20 seconds. Thereafter, various test pieces were collected and subjected to heat treatment after being held at 750 ° C. for 2 hours in an Ar atmosphere on the magnetic measurement test pieces collected by punching.

［評価］
実施例１−１〜１−１７および比較例１−１〜１−１０の鋼板について、均熱処理後、すなわち後熱処理前の鋼板の再結晶部分の面積比率、機械特性、磁気特性、および、後熱処理後の鋼板の再結晶部分の面積比率、磁気特性を評価した。 [Evaluation]
For the steel sheets of Examples 1-1 to 1-17 and Comparative Examples 1-1 to 1-10, the area ratio, mechanical characteristics, magnetic characteristics, and post-recrystallization portion of the steel sheet after soaking, that is, before post-heat treatment The area ratio and magnetic characteristics of the recrystallized portion of the steel sheet after the heat treatment were evaluated.

（再結晶部分の面積比率）
後熱処理前および後熱処理後の鋼板の再結晶部分の面積比率は１００倍の倍率で撮影した鋼板の縦断面の光学顕微鏡写真をそれぞれ用い、視野中に占める再結晶粒の割合を算出した。 (Area ratio of recrystallized part)
The area ratio of the recrystallized portion of the steel sheet before and after the post heat treatment was calculated using the optical micrographs of the longitudinal section of the steel sheet taken at a magnification of 100 times to calculate the ratio of the recrystallized grains in the visual field.

（機械特性）
後熱処理前の機械特性は、圧延方向に対して４５°方向を長手方向に採取した試験片を用い、引張試験により引張強さ：ＴＳにて評価した。 (Mechanical properties)
The mechanical properties before the post heat treatment were evaluated by tensile strength: TS by a tensile test using a test piece obtained by collecting a 45 ° direction in the longitudinal direction with respect to the rolling direction.

（磁気特性）
磁気特性は、５５ｍｍ角の単板試験片を打ち抜き、後熱処理前の鋼板は圧延方向に対して４５°方向の磁束密度Ｂ50（磁化化力５０００Ａ／ｍでの磁束密度）にて評価し、後熱処理後は圧延方向、圧延方向に対して４５°方向、圧延方向に対して直角方向の鉄損Ｗ10/400（最大磁束密度：１．０Ｔ、励磁周波数：４００Ｈｚ）を測定し、下記式（３）により面内平均特性にて評価した。
（圧延方向の特性＋２×圧延４５°方向の特性＋圧延直角方向の特性）／４ （３）
ここで、後熱処理前の鋼板の磁気特性を圧延方向に対して４５°方向の磁束密度Ｂ50で評価したのは、転位強化により高強度化する無方向性電磁鋼板において、最も強度の低い、圧延方向に対して４５°方向が高強度化する指標となるためである。また、後熱処理後の鋼板の磁気特性を面内平均特性で評価したのは、本発明においては分割鉄心型固定子ではなく、一体打ち抜き型の固定子とすることにより利益を最大限に享受することができるので、かかる使用態様を考慮したためである。すなわち、一体打ち抜き型の固定子に用いられる電磁鋼板には、特定方向への優れた磁気特性よりも、面内平均特性で優れた磁気特性が要求されるからである。 (Magnetic properties)
The magnetic properties were evaluated by punching a 55 mm square single-sheet test piece, and the steel plate before post-heat treatment was evaluated with a magnetic flux density B 50 (magnetic flux density at a magnetizing force of 5000 A / m) in the direction of 45 ° with respect to the rolling direction. After post-heat treatment, the iron loss W 10/400 (maximum magnetic flux density: 1.0 T, excitation frequency: 400 Hz) in the rolling direction, 45 ° direction to the rolling direction and perpendicular to the rolling direction is measured. Evaluation was performed using the in-plane average characteristics according to (3).
(Characteristic in rolling direction + 2 × Characteristic in rolling at 45 ° + Characteristic in rolling perpendicular direction) / 4 (3)
Here, the magnetic properties of the steel sheet before post-heat treatment were evaluated with a magnetic flux density B 50 in the direction of 45 ° with respect to the rolling direction. The non-oriented electrical steel sheet having high strength by dislocation strengthening has the lowest strength. This is because the 45 ° direction with respect to the rolling direction serves as an index for increasing the strength. In addition, in the present invention, the magnetic properties of the steel sheet after the post heat treatment were evaluated by the in-plane average properties, and in the present invention, the benefits were maximized by using an integrally punched stator instead of a split core stator. This is because such a use mode is considered. That is, the magnetic steel sheet used for the integrally punched stator is required to have excellent in-plane average characteristics in magnetic characteristics rather than excellent magnetic characteristics in a specific direction.

表２に、実施例１−１〜１７および比較例１−１〜１−１０の鋼板についての評価結果を示す。   In Table 2, the evaluation result about the steel plate of Examples 1-1 to 17 and Comparative Examples 1-1 to 1-10 is shown.

Figure 2010121150
Figure 2010121150

比較例１−１の鋼板はＳｉ含有量が高いために冷間圧延時に破断した。比較例１−２の鋼板はＡｌ含有量が高いために飽和磁束密度が低下し、磁束密度が低かった。比較例１−３の鋼板はＰ含有量が高いために冷間圧延時に破断した。比較例１−４の鋼板はＣおよびＭｎの含有量が高く、鋼組織がマルテンサイト組織であるために磁束密度が低く、後熱処理後の鉄損も著しく高かった。比較例１−５の鋼板はＮｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量が本発明範囲外であるために均熱処理での再結晶が抑制されず、後熱処理前の再結晶部分の面積比率が高くなり引張強さに劣っていた。比較例１−６の鋼板はＮｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量が本発明範囲の上限を超えているために冷間圧延時に破断した。比較例１−７は、均熱処理の温度が高いために後熱処理前の鋼板の再結晶部分の面積比率が高くなり、引張強さに劣っていた。比較例１−８は、冷間圧延の仕上げ板厚が厚いために冷間圧延により導入される転位の量が十分でなく、後熱処理前の引張強さに劣っていた。さらに、後熱処理後の鉄損も高かった。比較例１−９は、冷間圧延の仕上げ板厚が薄いため、冷間圧延後に耳割れが発生しており以降の工程に供することができなかった。比較例１−１０は、固溶強化と析出強化を活用した従来の高強度電磁鋼板であり、冷間圧延し難いために前述のとおり所望の板厚へ仕上げることが困難であった。また、後熱処理後の再結晶部分の面積比率は本発明の範囲内であるが、析出物により磁気特性が劣化するため後熱処理後の鉄損に劣っていた。   Since the steel plate of Comparative Example 1-1 had a high Si content, it broke during cold rolling. Since the steel plate of Comparative Example 1-2 had a high Al content, the saturation magnetic flux density was reduced and the magnetic flux density was low. Since the steel plate of Comparative Example 1-3 had a high P content, it broke during cold rolling. The steel sheet of Comparative Example 1-4 had a high C and Mn content, and since the steel structure was a martensite structure, the magnetic flux density was low, and the iron loss after post heat treatment was also extremely high. In the steel sheet of Comparative Example 1-5, the contents of Nb, Zr, Ti and V are outside the scope of the present invention, so recrystallization during soaking is not suppressed, and the area ratio of the recrystallized portion before post-heat treatment is high. It was inferior in tensile strength. The steel plate of Comparative Example 1-6 broke during cold rolling because the contents of Nb, Zr, Ti, and V exceeded the upper limit of the range of the present invention. In Comparative Example 1-7, since the temperature of soaking was high, the area ratio of the recrystallized portion of the steel sheet before post-heat treatment was high, and the tensile strength was poor. In Comparative Example 1-8, since the finish thickness of the cold rolling was thick, the amount of dislocations introduced by the cold rolling was not sufficient, and the tensile strength before the post heat treatment was inferior. Furthermore, the iron loss after post-heat treatment was also high. In Comparative Example 1-9, since the finish plate thickness of the cold rolling was thin, an ear crack occurred after the cold rolling, and could not be used for the subsequent steps. Comparative Example 1-10 is a conventional high-strength electrical steel sheet utilizing solid solution strengthening and precipitation strengthening, and since it was difficult to cold-roll, it was difficult to finish to a desired thickness as described above. Further, the area ratio of the recrystallized portion after the post heat treatment is within the range of the present invention, but the magnetic properties are deteriorated by the precipitate, so that the iron loss after the post heat treatment is inferior.

これに対して本発明で規定する要件を全て満足する実施例１−１〜１−１７の鋼板では、後熱処理前の磁気特性・機械特性、後熱処理後の磁気特性の全ての評価で優れた値を示していた。   On the other hand, in the steel plates of Examples 1-1 to 1-17 that satisfy all the requirements specified in the present invention, the evaluation was excellent in all evaluations of magnetic properties / mechanical properties before post-heat treatment and magnetic properties after post-heat treatment. Value.

［実施例２］
表１に記載の鋼Ｆを１１００℃に加熱し、仕上げ温度８３０℃で熱間圧延を行い５５０℃で巻き取り、厚さが２．０ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。その後、水素雰囲気にて７５０℃で１０時間保持する熱延板焼鈍を施し、一回の冷間圧延にて板厚０．２７ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．５０ｍｍの各板厚へ仕上げた。得られた冷間圧延鋼板に、７１０℃で１０秒間保持する均熱処理を施した。その後、各種試験片を採取し、打ち抜きにて採取した磁気測定試験片に対して、Ａｒ雰囲気にて種々の温度で２時間保持する後熱処理を施した。 [Example 2]
Steel F shown in Table 1 was heated to 1100 ° C., hot-rolled at a finishing temperature of 830 ° C. and wound at 550 ° C. to obtain a hot-rolled steel sheet having a thickness of 2.0 mm. Then, hot-rolled sheet annealing was performed for 10 hours at 750 ° C. in a hydrogen atmosphere, and finished to sheet thicknesses of 0.27 mm, 0.35 mm, and 0.50 mm by one cold rolling. The obtained cold-rolled steel sheet was subjected to soaking treatment that was held at 710 ° C. for 10 seconds. Thereafter, various test pieces were collected and subjected to heat treatment for 2 hours at various temperatures in an Ar atmosphere with respect to the magnetic measurement test pieces collected by punching.

これらの鋼板について、均熱処理後、すなわち後熱処理前の鋼板の再結晶部分の面積比率、機械特性、磁気特性、および、後熱処理後の鋼板の再結晶部分の面積比率、磁気特性を評価した。
再結晶部分の面積比率、機械特性の評価手法は前述のとおりである。
磁気特性は、５５ｍｍ角の単板試験片を打ち抜き、後熱処理前の鋼板は圧延方向に対して４５°方向の磁束密度Ｂ50にて評価し、後熱処理後は圧延方向、圧延方向に対して４５°方向、圧延方向に対して直角方向の鉄損Ｗ10/400を測定し、上記式（３）による面内平均特性、および、圧延方向と圧延方向に対して直角方向との平均特性（二方向平均特性）にて評価した。表３に、評価結果を示す。 These steel sheets were evaluated for the area ratio, mechanical characteristics, and magnetic characteristics of the recrystallized portion of the steel sheet after soaking, that is, before the post heat treatment, and the area ratio and magnetic characteristics of the recrystallized portion of the steel sheet after the post heat treatment.
The method for evaluating the area ratio and mechanical properties of the recrystallized portion is as described above.
The magnetic properties were determined by punching a 55 mm square single plate test piece, and evaluating the steel plate before post-heat treatment at a magnetic flux density B 50 in the direction of 45 ° with respect to the rolling direction. 45 ° direction to measure the perpendicular direction of the iron loss W 10/400 to the rolling direction, the equation (3) plane average characteristics of, and the average properties of the direction perpendicular to the rolling direction and rolling direction ( Bidirectional average characteristics). Table 3 shows the evaluation results.

Figure 2010121150
Figure 2010121150

試験番号２−１、２−７、２−１３は後熱処理後の再結晶部分の面積比率が低いため、後熱処理後の鉄損が高かった。これに対してその他の試験番号の鋼板では、後熱処理前後の再結晶部分の面積比率が本発明で規定する要件を満足しており、後熱処理前の磁気特性・機械特性、後熱処理後の磁気特性の全ての評価で優れた値を示していた。特に、好ましい板厚範囲である試験番号２−２〜２−６、２−８〜２−１２では後熱処理後の磁気特性に優れており、後熱処理温度が好ましい温度範囲の条件ではさらに優れた値を示していた。また、いずれの鋼板も後熱処理後のＷ10/400の面内平均特性と二方向平均特性は同等の値を示しており、後熱処理後の磁気特性の異方性が小さいことがわかった。これらの結果より、本発明で規定する要件を満足する鋼板は、後熱処理前の強度、磁気特性に優れていることから回転子として必要な特性を有し、かつ後熱処理後の磁気特性に優れ、磁気特性の異方性も小さいことから、一体打ち抜き型の固定子として必要な特性も有していることがわかった。以上より、本発明で規定する要件を満足する鋼板は、同一の鋼板から固定子用素材と回転子用素材を打ち抜くのに好適であることがわかった。 In Test Nos. 2-1, 2-7, and 2-13, the area ratio of the recrystallized portion after the post heat treatment was low, so the iron loss after the post heat treatment was high. On the other hand, in the steel plates with other test numbers, the area ratio of the recrystallized portion before and after post-heat treatment satisfies the requirements specified in the present invention, and the magnetic properties / mechanical properties before post-heat treatment, and the magnetic properties after post-heat treatment. Excellent values were shown in all evaluations of characteristics. In particular, in test numbers 2-2 to 2-6 and 2-8 to 2-12 which are preferable plate thickness ranges, the magnetic properties after the post-heat treatment are excellent, and the post-heat treatment temperature is further excellent in the preferable temperature range conditions. Value. The in-plane average characteristics and two-way average characteristics of the W 10/400 after post heat treatment none of the steel sheet shows a comparable value, it was found that the anisotropy of magnetic characteristics after the post heat treatment is small. From these results, the steel sheet that satisfies the requirements stipulated in the present invention is excellent in strength and magnetic properties before post-heat treatment, and therefore has necessary characteristics as a rotor, and excellent in magnetic properties after post-heat treatment. Since the anisotropy of the magnetic characteristics is small, it has been found that the magnetic characteristics have the necessary characteristics as an integral punching type stator. From the above, it was found that a steel plate that satisfies the requirements defined in the present invention is suitable for punching out the stator material and the rotor material from the same steel plate.

転位強化を活用する無方向性電磁鋼板の引張強さの異方性を示す図である。It is a figure which shows the anisotropy of the tensile strength of the non-oriented electrical steel sheet using dislocation strengthening. 転位強化を活用する無方向性電磁鋼板の疲労試験結果を示す図である。It is a figure which shows the fatigue test result of the non-oriented electrical steel sheet using dislocation strengthening.

Claims (10)

固定子用素材および回転子用素材が採取される回転機用無方向性電磁鋼板であって、
板厚が０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、
質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．０％以上４．０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上３．０％以下、Ａｌ：２．５％以下、Ｐ：０．２５％以下、Ｓ：０．０１％以下およびＮ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記式（１）を満足する範囲で含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有し、
再結晶部分の面積比率が９０％未満である鋼組織を有し、
８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に再結晶部分の面積比率が１００％となるものであることを特徴とする回転機用無方向性電磁鋼板。
0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14)＜5×10-3 （１）
（ここで、式（１）における、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、ＣおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。） A non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine from which a stator material and a rotor material are collected,
The plate thickness is 0.15 mm or more and 0.50 mm or less,
In mass%, C: 0.02% or less, Si: 1.0% to 4.0%, Mn: 0.05% to 3.0%, Al: 2.5% or less, P: 0.00%. 25% or less, S: 0.01% or less and N: 0.01% or less, and at least one element selected from the group consisting of Nb, Zr, Ti and V is represented by the following formula (1) In a range that satisfies the following, the balance has a steel composition consisting of Fe and impurities,
Having a steel structure in which the area ratio of the recrystallized portion is less than 90%;
A non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine, wherein the area ratio of the recrystallized portion is 100% when post-heat treatment is performed at 800 ° C for 2 hours.
0 <Nb / 93 + Zr / 91 + Ti / 48 + V / 51- (C / 12 + N / 14) <5 × 10 -3 (1)
(Here, Nb, Zr, Ti, V, C and N in the formula (1) indicate the content (mass%) of each element.) 前記鋼組成におけるＮｂ含有量が０．０２％超であることを特徴とする請求項１に記載の回転機用無方向性電磁鋼板。   The non-oriented electrical steel sheet for rotating machines according to claim 1, wherein the Nb content in the steel composition is more than 0.02%. 前記鋼組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＣｏおよびＷからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機用無方向性電磁鋼板。
Ｃｕ：８．０％以下 Ｎｉ：２．０％以下 Ｃｒ：１５．０％以下
Ｍｏ：４．０％以下 Ｃｏ：４．０％以下 Ｗ：４．０％以下 The steel composition contains at least one element selected from the group consisting of Cu, Ni, Cr, Mo, Co, and W in the following mass% instead of a part of the Fe. The non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine according to claim 1 or 2.
Cu: 8.0% or less Ni: 2.0% or less Cr: 15.0% or less Mo: 4.0% or less Co: 4.0% or less W: 4.0% or less 前記鋼組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＴｅおよびＢからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板。
Ｓｎ：０．５％以下 Ｓｂ：０．５％以下 Ｓｅ：０．３％以下 Ｂｉ：０．２％以下
Ｇｅ：０．５％以下 Ｔｅ：０．３％以下 Ｂ：０．０１％以下 The steel composition contains at least one element selected from the group consisting of Sn, Sb, Se, Bi, Ge, Te and B in the following mass% instead of a part of the Fe. The non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine according to any one of claims 1 to 3.
Sn: 0.5% or less Sb: 0.5% or less Se: 0.3% or less Bi: 0.2% or less Ge: 0.5% or less Te: 0.3% or less B: 0.01% or less 前記鋼組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板。
Ｃａ：０．０３％以下 Ｍｇ：０．０２％以下 ＲＥＭ：０．１％以下 The steel composition contains at least one element selected from the group consisting of Ca, Mg, and REM in the following mass%, instead of a part of the Fe. The non-oriented electrical steel sheet for rotating machines according to any one of 4 to 4.
Ca: 0.03% or less Mg: 0.02% or less REM: 0.1% or less 圧延方向に対して４５°方向の引張強さが６００ＭＰａ以上である機械特性を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板。   The non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine has mechanical properties such that a tensile strength in a 45 ° direction with respect to a rolling direction is 600 MPa or more. 請求項１から請求項５までのいずれかに記載の鋼組成を備える鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を７００℃以上９００℃以下の温度域で６０秒間以下均熱する均熱処理工程と
を有することを特徴とする回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法。 A hot rolling step of performing hot rolling on a steel ingot or steel slab comprising the steel composition according to any one of claims 1 to 5;
A cold rolling process in which the hot rolled steel sheet obtained by the hot rolling process is subjected to cold rolling twice or more sandwiching one or intermediate annealing; and
A non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine, comprising: a soaking process in which the cold rolled steel sheet obtained by the cold rolling process is soaked for 60 seconds or less in a temperature range of 700 ° C to 900 ° C. Production method. 前記熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程を有することを特徴とする請求項７に記載の回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法。   The method for producing a non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine according to claim 7, further comprising a hot-rolled sheet annealing step for subjecting the hot-rolled steel sheet to hot-rolled sheet annealing. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板が積層され、さらに、後熱処理によって再結晶部分の面積比率が１００％とされた固定子と、
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板が積層された回転子と
からなる鉄心を備えることを特徴とする回転機。 A non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine according to any one of claims 1 to 6 is laminated, and further, a stator in which the area ratio of the recrystallized portion is set to 100% by post-heat treatment,
A rotating machine comprising: an iron core comprising: a rotor on which the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine according to any one of claims 1 to 6 is laminated. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板から固定子用素材および回転子用素材を打ち抜き、前記固定子用素材および前記回転子用素材をそれぞれ積層した後、前記固定子用素材に後熱処理を施して再結晶部分の面積比率を１００％とし、固定子および回転子となし、前記固定子および前記回転子により鉄心を構成することを特徴とする回転機の製造方法。   The stator material and the rotor material are punched from the non-oriented electrical steel sheet for a rotating machine according to any one of claims 1 to 6, and the stator material and the rotor material are respectively laminated. Thereafter, post-heat treatment is performed on the stator material so that the area ratio of the recrystallized portion is 100%, and there is no stator and a rotor, and the stator and the rotor constitute an iron core. Machine manufacturing method.
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