JP2970436B2

JP2970436B2 - フルプロセス無方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2970436B2
Application number: JP6277309A
Authority: JP
Inventors: 裕義屋鋪; 智機深川; 光代土居
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH08138924A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、打抜き加工による磁気
特性劣化が少なく、鉄心に成形した後の磁気特性が良好
な、フルプロセス無方向性電磁鋼板の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】無方向性電磁鋼板は、ユーザーでの使用
方法によりフルプロセス材とセミプロセス材の２種類に
分けることができる。セミプロセス材は、ユーザーにて
打抜き加工により鉄心の形状にした後、歪取り焼鈍を施
し、積層して電気機器に組込まれる。このため、使用前
に燒鈍されることを前提に電磁鋼板が製造される場合が
多い。焼鈍すると打抜き端面の歪が除去され、結晶粒の
粗大化も進む。一般に、鋼板に加えられた加工歪は、わ
ずかであっても大きく磁気特性を劣化させ、また結晶粒
はある程度までは大きい方が磁気特性がよい。したがっ
て、最終形状に加工した後、焼鈍することは磁気特性を
大きく改善できるが、ユーザーでの熱処理費用と工数が
増えるという難点がある。

【０００３】これに対してフルプロセス材は、打抜き加
工のまま積層して鉄心とし、電気機器に組込まれること
を想定して製造される電磁鋼板である。使用者は歪取り
焼鈍という余計な工程を省略できるが、打抜き歪による
磁気特性劣化は避けることができない。そこで、打抜き
の歪による性能劣化分をカバーするため、過剰に良好な
磁気特性を示す、高価な高級グレード材を使用すること
もある。

【０００４】鉄心形状を鋼板から打抜いた時、切断端面
近傍に発生した鋼板の加工歪は、特異な形状や工具の設
定が不備な場合を除き、切断端面に沿ってほぼ一定と推
定される。そうすると、打抜いた鉄心形状の面積に対
し、切断端面の累計長さの長いものほど、鉄心全体に対
する歪の量が大きくなる。

【０００５】例えば、電磁鋼板の磁気特性はJIS-C-2550
に示される幅30mm、長さ 280〜 320mmの短冊状試験片を
使ったエプスタイン試験により評価される。しかし中小
型モータの固定子鉄心の歯の部分は、 3〜10mm程度の極
めて狭幅となる場合がある。

【０００６】幅の狭い鉄心形状の場合、鉄心全体に占め
る打抜き端面の部分の割合は、エプスタイン試験片に比
べはるかに大きくなる。このため、鉄心形状によっては
エプスタイン試験値で期待した磁気特性が、実際の機器
では得られていないこともあり得る。

【０００７】打抜き端面、すなわち剪断面における鋼板
の歪発生は、打抜きに用いるポンチおよびダイスの工具
形状、クリアランス、あるいはその手入れ状況に大きく
影響される。一方、鋼板としては適度の硬さや、剪断抵
抗など鋼板固有の特性が歪の発生量に影響すると考えら
れる。しかしながら、それらの特性と鋼板母材の磁気特
性との関係はかならずしも明確でない。

【０００８】もし、磁気特性を劣化することなく、打抜
き端面の歪発生を低減できる電磁鋼板が製造できれば、
適用するフルプロセス材のグレードを下げることがで
き、磁気特性確保のため、やむを得ずセミプロセス材を
用いて歪み取り焼鈍を行なっている用途に、置き換える
ことが可能になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、打抜きによ
る磁気特性の劣化が小さく、歪取り焼鈍を施さなくても
実際の鉄心の磁気特性が良好な、フルプロセス無方向性
電磁鋼板を製造する方法を提供しようとするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】打抜き端面付近の塑性変
形による歪を低減するには、ある程度の硬さが必要であ
り、さらには剪断抵抗を減少させる必要があるが、通常
の手法としては加工歪を加えたり、介在物を増すことが
考えられる。ところがこれらの方法は鋼板そのものの磁
気特性を大きく劣化させてしまう。

【００１１】本発明者らは、まず打抜き歪によって磁気
特性が劣化する現象を定量化する方法として、JIS-C-25
50のエプスタイン試験枠による測定法の応用を考えた。
エプスタイン枠に用いる試験片は、通常幅30mm、長さ 2
80mmのものである。そこで、評価しようとする鋼板か
ら、この幅30mmの試験片と、同じ長さで幅を 5mmとした
試験片との２種類の試験片を打抜きにより採取し、 5mm
幅の場合には６枚を平面に並べ一組として30mm幅の試験
片に組上げる。これら２種類の試験片により磁気特性測
定し、結果を比較することにより、打抜き歪による磁気
特性の劣化量の大小を評価することにした。30mm幅の試
験片に対し 5mm幅の試験片は打抜きの歪が多く導入され
ており、もし、磁気特性劣化の程度が小さければ、打抜
きによる磁気特性劣化が起こりにくい材料のはずであ
る。

【００１２】このような評価方法を用い、いくつかの鋼
板について測定をおこなった結果、通常の30mm幅の試験
片では、ほぼ同じレベルの磁気特性であるにもかかわら
ず、5mm幅にすると、鋼板によって劣化の程度が大きく
異ることを見出した。そこでさらに多くの鋼板に対して
実験や試作を行ない、測定データを集積し、解析した結
果、鋼板の成分としてＳｉ、ＭｎおよびＳ量を特定範囲
に制御し、冷間圧延後の仕上げ焼鈍を高温の連続焼鈍と
することにより、磁気特性が良好で、打抜きによる磁気
特性の劣化のすくない無方向性電磁鋼板が得られるとの
知見を得るに至った。

【００１３】本発明は、このような知見に基づいて完成
されたものである。その要旨は、（１）『Ｃ： 0.010％以下、Ｓｉ： 1.0超〜 2.0％、Ｍ
ｎ：0.25〜1.00％、Ｐ：0.1％以下、Ｓ： 0.015〜 0.03
5％、Ａｌ：0.15〜0.50％で、残部は実質的にＦｅおよ
び不可避的不純物からなる鋼のスラブを熱間圧延後、冷
間圧延し、 800℃以上のフェライト域で連続焼鈍するこ
とを特徴とする磁気特性の優れたフルプロセス無方向性
電磁鋼板の製造方法』にある。この製造方法において
（２）熱間圧延後、冷間圧延の前に、熱延板の焼鈍をお
こなうこととすれば、磁気特性の向上が可能である。さ
らに、上記（１）または（２）の製造法においては
（３）熱間圧延前のスラブ加熱温度を、1050〜1180℃と
することが望ましく、より一層の安定した磁気特性向上
が得られる。

【００１４】

【作用】以下に本発明方法を具体的に説明し、製造条件
を前記のように限定した理由をその作用と共に記述す
る。

【００１５】Ａ）素材鋼片の成分 (1) ＣＣの含有は鉄損に悪影響をおよぼすので少なければ少な
いほどよい。製品中に残存したＣは炭化物を形成し、こ
れが磁壁移動の障害物となり鉄損が増加する。

【００１６】したがって含有量は 0.010％以下とする必
要がある。望ましいのは 0.005％以下である。

【００１７】(2) ＳｉＳｉは磁気特性に大きな影響を与える元素であり、含有
量が増加するほど鋼板の電気抵抗が上昇して渦電流損が
低下し、結果として鉄損が減少する。その上、鋼板の硬
さを高くする効果がある。 1.0％以下では所望の鉄損を
確保することが困難であり、また、打抜き歪による磁気
特性の劣化も 1.0％以下では大きくなる傾向がある。し
かし、 2.0％を超える含有量では飽和磁束密度の低下が
大きくなり、本発明の主要な用途である中小型モータ用
鉄心には向かない。したがって、Ｓｉ含有量は 1.0超〜
2.0％の範囲とする。

【００１８】(3) Ｍｎ電磁鋼板に対し、Ｍｎそのものの含有は電気抵抗を増す
程度の影響しかない。

【００１９】しかし、鋼中のＳと結合してＭｎＳを形成
し、ＭｎＳ析出物の大きさや分布はＭｎ含有量により変
化する。この析出物の状態が金属組織を大きく変え、磁
気特性に重要な影響を与える。

【００２０】また、大きなＭｎＳ析出物が適量形成され
ると、打抜き歪による磁気特性の劣化が小さくなる。こ
れは、大きなＭｎＳ析出物の適量存在が剪断抵抗を減少
させ塑性変形領域を少なくして、磁気特性劣化を小さく
するためと考えられる。

【００２１】Ｍｎの含有量が0.25％未満では、ＭｎＳ析
出物が粗大化せず、微細に分散する傾向がある。この場
合は、打抜き歪による磁気特性劣化を小さくできないば
かりではなく、冷間圧延後の連続焼鈍での結晶粒成長が
抑制され、良好な磁気特性が得られない。しかし、１％
をこえて添加してもこのＭｎの効果は飽和するので、Ｍ
ｎ含有量を0.25〜1.00％と定めた。

【００２２】(4) ＰＰは鋼板の硬さを高くし、電気抵抗を増すので、必要に
応じ添加する。硬さ確保のため含有させる場合は0.02％
以上が望ましい。しかし、 0.1％を超える添加は鋼板を
脆化し、冷間圧延や打抜き時に割れが生じる場合がある
ので 0.1％以下とする。

【００２３】(5) ＳＳは通常ＭｎＳ析出物になっており、量が増すと磁気特
性を大幅に劣化させるが、同じＳ含有量でも析出物を大
きくすることにより、磁気特性劣化を低減できる。この
大きな析出物を適量形成させれば、打抜き歪による磁気
特性の劣化を小さくできる。この効果はＳが多いほど大
きくなるが、含有量が 0.015％未満では不十分である。
これはＭｎＳの鋼中における体積分率が少なすぎるため
である。

【００２４】しかしＳ量が 0.035％を超えると、打抜き
による磁気特性の劣化は小さいが、鋼板製品としての磁
気特性が悪化する。そこでＳ含有量を 0.015〜 0.035％
と定めた。

【００２５】(6) ＡｌＡｌの添加はＳｉと同様に電気抵抗を上昇して渦電流損
を低下させ、結果として鉄損を低減する効果がある。一
方、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、これが冷間圧延後の
連続焼鈍時の粒成長を阻害したり、鉄損を劣化させる。
しかし、0.15％以上含有させるとＡｌＮが粗大化して、
粒成長の阻害や磁気特性劣化の作用が抑制される。ただ
し、0.50％をこえるＡｌを添加してもそれ以上の粒成長
の改善は得られず、飽和磁束密度の低下が大きくなる。
したがって、Ａｌ含有量は0.15〜0.50％とする。

【００２６】Ｂ）製造条件 (7) 熱間圧延条件前記組成の熱間圧延に供するスラブは、転炉、電気炉等
で溶製し、必要があれば真空脱ガス等の処理を施した溶
鋼を、連続鋳造したもの、あるいはインゴットにして分
塊圧延したもののいずれでもよい。スラブの加熱は通常
の条件でも狙いとする特性は得られるが、1050〜1180℃
の比較的低温加熱にする事により更に良好な鉄損値が得
られる。1180℃以下の低温加熱は、微細なＭｎＳ析出物
の発生を抑制する作用があり、粒成長を促進して鉄損値
が改善される。しかし、1050℃未満の低温加熱では熱間
圧延が困難となる。

【００２７】なお、他の熱間圧延条件については特に規
制はしないが、望ましいのは、仕上温度 750〜 950℃、
巻取り温度 500〜 800℃である。

【００２８】(8) 冷間圧延熱間圧延後、所定の製品板厚まで冷間圧延する。冷間圧
延条件は特に規定しないが、圧下率は60〜90％が一般的
である。

【００２９】(9) 連続焼鈍冷間圧延後、加工歪の除去、再結晶および粒成長のため
連続焼鈍する。Ｓ含有量の多い場合、良好な鉄損値を得
るためには、高温焼鈍で結晶粒径を粗大化する必要があ
り、 800℃以上とする。ただし、オーステナイトが生成
するようなおよそ1000℃以上の高温では磁気特性が劣化
する。したがって、 800℃以上のフェライト域とした。
なお、焼鈍後には絶縁のためのコーティングを施すのが
一般的である。

【００３０】(10) 熱延板焼鈍熱間圧延後冷間圧延の前に焼鈍（いわゆる熱延板焼鈍）
をおこなってもよい。

【００３１】この熱延板焼鈍をおこなうことにより、熱
延板の再結晶と粒成長が促進され、冷間圧延後の焼鈍で
良好な磁気特性を得るのに有効である。熱延板焼鈍を連
続焼鈍法でおこなう場合は 750〜1000℃で10秒から 5分
の均熱、箱焼鈍法で行う場合は650〜 950℃で30分〜24
時間の均熱とするのが望ましい。

【００３２】

【実施例】転炉で溶製し、真空処理で成分調整した後、
連続鋳造して得た表１に示すような組成の鋼スラブを、
表１に示す温度でスラブ加熱後、熱間圧延により 2.3mm
厚に仕上げた。次に熱延板はそのまま、あるいは表１に
示す均熱条件の熱延板焼鈍を行った後、0.50mm厚に冷間
圧延し、さらに表１に示す均熱条件の連続焼鈍をおこな
い、コーティングを施して製品とした。

【００３３】

【表１】

【００３４】製品から、打抜きにより 5mm幅または30mm
幅で 280mm長さの２種類の試験片を採取し、 5mm幅の場
合には６枚を一組として30mm幅の試験片に組上げ、JIS-
C-2550のエプスタイン枠による試験により、打抜き幅の
異る２種類の試験片の磁気特性を測定した。磁気測定結
果を表２に示す。なお、磁気特性としては、鉄損が低い
ほど優れており、磁束密度は高いほど良好である。

【００３５】

【表２】

【００３６】試験番号１〜４は、Ｓ量のみ種々に変化さ
せたもので、他の成分は全てほぼ同一である。Ｓ量が本
発明範囲から低目に外れた試験番号１は、30mm幅の試験
片の磁気特性値は良好であるが、 5mm幅の試験片では、
鉄損Ｗ_15/50と磁束密度Ｂ₃は30mm幅のものに比べ大幅
に劣化している。一般に鉄損と低磁場の磁束密度Ｂ₃は
塑性変形による歪の影響を受けやすく、これらの磁気特
性の劣化の大きい試験番号１は、打抜き歪の影響を大き
く受けたものと考えられる。なお、高磁場の磁束密度Ｂ
₅₀は歪の影響を受けにくいといわれており、30mm幅と 5
mm幅とではほとんど差がない。

【００３７】一方、Ｓ量が本発明範囲から高目に外れた
試験番号４は、3mm 幅試験片に対する 5mm幅試験片の磁
気特性劣化量は大きくないが、30mm幅試験片の磁気特性
のレベル自体が劣っている。これらに対して、本発明範
囲の試験番号２、３は、30mm幅の場合の磁気特性が良好
で、しかも 5mm幅になっても劣化量は試験番号１に比べ
大幅に小さくなっている。

【００３８】試験番号５は本発明の試験番号２、３とＳ
ｉ量以外はほぼ同一であるが、Ｓｉ量が本発明範囲から
低目に外れており、30mm幅の場合の鉄損が悪く、 5mm幅
になった場合の鉄損劣化も試験番号２、３に比べ大きく
なっている。

【００３９】試験番号６〜１１は同一組成でスラブ加熱
温度、熱延板焼鈍および最終の連続焼鈍条件を変えたも
のである。試験番号６〜８は、同一の低温スラブ加熱温
度で熱延板焼鈍が省略されたもので、最終の連続焼鈍温
度が本発明範囲から低く外れた試験番号８の場合、 5mm
幅にしたときの劣化は同程度でも、30mm幅での磁気特性
レベルが劣っている。試験番号９は本発明範囲ではある
が、スラブ加熱温度が高いこと以外は同じ条件の試験番
号６に比し磁気特性がやや劣る。これはスラブ加熱温度
の低い方が磁気特性がよいことを示している。

【００４０】試験番号１０は、試験番号９の製造方法に
熱延板焼鈍を付与したもので、磁気特性の向上が明らか
である。試験番号１１は熱延板焼鈍をおこなってはいる
が、試験番号８と同様、最終の連続焼鈍温度が本発明範
囲から低く外れており、30mm幅での磁気特性が悪い。

【００４１】試験番号１２は、１３とほぼ同一成分でＭ
ｎ量だけが本発明範囲から低目に外れている。この試験
番号１２の場合、本発明範囲の１３に比べ、30mm幅の場
合の磁気特性レベルが大幅に劣っており、 5mm幅になる
と更に磁気特性の差が大きくなっている。

【００４２】試験番号１４は、試験番号１３と同一組成
で、最終の連続焼鈍のみが本発明範囲から低目に外れた
ものである。30mm幅の場合に対する 5mm幅の磁気特性の
劣化は、試験番号１３と同程度であるが、30mm幅の磁気
特性レベルが大幅に劣っている。

【００４３】試験番号１５、１６は本発明範囲にあり良
好な磁気特性が得られているが、スラブ加熱温度の低い
試験番号１６の方がさらに良好な結果を示す。

【００４４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明方法によ
れば、打抜きによる磁気特性の劣化が小さく、歪取り焼
鈍を施さなくても得られた鉄心の磁気特性が良好な、フ
ルプロセス無方向性電磁鋼板が製造できる。

【００４５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01F 1/16 C21D 8/12 C22C 38/00 303 C22C 38/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ： 0.010％以下、Ｓｉ： 1.0
超〜 2.0％、Ｍｎ：0.25〜1.00％、Ｐ： 0.1％以下、
Ｓ： 0.015〜 0.035％、Ａｌ：0.15〜0.50％で、残部は
実質的にＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼のスラブ
を、熱間圧延した後、冷間圧延し、 800℃以上のフェラ
イト域で連続焼鈍することを特徴とする、磁気特性の優
れたフルプロセス無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の製造方法において、熱間
圧延後、冷間圧延の前に、熱延板の焼鈍をおこなうこと
を特徴とする、フルプロセス無方向性電磁鋼板の製造方
法。
【請求項３】熱間圧延前のスラブ加熱温度を、1050〜11
80℃とすることを特徴とする、請求項１または２に記載
のフルプロセス無方向性電磁鋼板の製造方法。