JP4019608B2

JP4019608B2 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法

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Publication number: JP4019608B2
Application number: JP2000178875A
Authority: JP
Inventors: 一郎田中; 光代前田; 裕義屋鋪; 大成中山; 法之本庄; 伸介三田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: JP2001059145A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機のローターやステーターに用いられる電磁鋼板、その製造方法および鉄心に関し、特に、鉄心に加工する際の打ち抜き性およびかしめ性に優れるとともに、磁気特性にも優れる電磁鋼板およびその製造方法に関する。本発明の電磁鋼板によって製造された鉄心は、鉄心としての磁気特性が極めて良好である。したがって、本発明の電磁鋼板は、コンプレッサ用モータ、電気自動車用モータ等のインバータ制御されるモータの鉄心の素材として特に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境の保護の観点から、エネルギー消費量の削減が強く要求されている。そのために、電気機器に関しては、モータの電気消費量の改善が重要な課題となってきている。特に、使用数が多く、かつ連続運転されることの多い冷蔵庫やエアコンディショナ用モータは、そのモータ効率の向上が強く要求されている。
【０００３】
また、地球環境問題の解決策の一つとして、自動車のガソリンエンジンに代わる動力が検討されている。特に、モータや、モータとガソリンエンジンとを併用する動力あるいはモータとディーゼルエンジンとを併用する動力の開発が進められており、それらを搭載した電気自動車やハイブリッドカーが注目されている。これらのエネルギー効率を高くするためには、モータ効率の向上が不可欠である。
【０００４】
電気冷蔵庫やエアコンディショナなどに用いられるコンプレッサ用のモータの制御は、モータ効率を向上させるために、回転数を周波数で連続的に制御するインバータ制御が主流となってきた。また、自動車の動力用モータに関しても、自動車の走行速度に合わせて、モータの回転数を低速回転と高速回転の間で任意に制御する必要があるため、やはりインバータ制御方式のモータが主に採用されている。
【０００５】
通常、これらのモータの鉄心には、板厚が0.20〜0.65ｍｍ程度、Ｓｉ含有量が2％以上で、ＳｉとＡｌの含有量の合計が2.5〜4.5 ％程度の無方向性電磁鋼板が使用されている。しかし、鉄心に成形する際の打ち抜き加工性や打ち抜き後の板を積層加工する自動かしめ性等の性能が十分ではない。そのために、モータの生産性が低く、また、要求されるモータの性能が得られない場合がある。
【０００６】
例えば、電磁鋼板を鉄心の形状に成形するための連続的な打ち抜き加工では、金型が使用される。その金型は摩耗しやすく、金型が摩耗すると、打ち抜き後の板の端面に「かえり」が生じる。金型の摩耗が進み、50μｍを超えるような大きなかえりが発生すると、打ち抜き板が積層されて鉄心に加工された場合、鉄心の厚さが不正確になりやすい。さらに、積層された鋼板間で導通が生じ、渦電流損が増大しやすい。すなわち、モータ効率が低下しやすい。したがって、かえりはできるだけ小さくする必要があり、そのためには、金型の摩耗を抑えなければならない。
【０００７】
金型の摩耗は、鋼板の特性の影響を受ける。従来のＳｉを多く含む硬さの高い鋼板を打ち抜き加工すると、金型が摩耗しやすいので、金型の取り替え頻度が増加する。その結果、打ち抜き作業を中止し、金型を交換する回数が多くなるので、鉄心の生産効率が低下するとともに、金型を再使用するための金型の研磨費用も増加する。
【０００８】
打ち抜かれた鋼板は、次の自動かしめ工程で積層されるとともに、打ち抜きの際に鋼板に形成された凹凸部で固着される。積層され固着された鉄心のかしめ強度およびかしめ後の占積率は、電磁鋼板の材質、表面性状や板厚の影響を受け、かしめ性に劣る場合には、効率に優れたモータが得られない。
【０００９】
特開平８−４９０４４号公報および特開平１０−２５５５４号公報には、電気自動車のモータ用、インバータ制御コンプレッサーモータ用の無方向性電磁鋼板が開示されており、モータ効率に優れるとされている。しかし、打ち抜き性や自動かしめ性等の加工性については、必ずしも十分な性能とは言えないので、モータ効率についてもさらに向上させられる余地が残されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、モータの鉄心用素材として、鉄心に成形する際の打ち抜き性およびかしめ性に優れるとともに、鉄心として用いた場合の磁気特性が優れた無方向性電磁鋼板、その製造方法および鉄心を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記の無方向性電磁鋼板とその製造方法および本発明の鋼板からなる鉄心にある。
【００１２】
本発明の鋼板は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：２％以下（但し、０．３２％を除く）、Ａｌ：１．７〜２．４％、残部：Ｆｅおよび不純物で、かつ、Ｓｉ＋Ａｌ＋０．５×Ｍｎ：２．５〜４．４％を満足し、平均結晶粒径が５０〜１８０μｍ、ビッカース硬さが１３０〜２１０、厚さが０．１〜０．４ｍｍである。この鋼板は、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｓｂ：０．３％以下、Ｓｎ：０．３％以下およびＢ：０．０１％以下から選択される１種以上を含有してもよい。
【００１３】
鋼板の厚さが０．２〜０．４ｍｍで、Ｍｎ含有量が１％以下の場合には、さらに、磁気特性が向上する。また、これらの鋼板で、Ａｌ含有量は１．５〜５％が好ましい。さらに、ＡｌとＳｉの含有量の比Ａｌ／Ｓｉは、０．７〜１．４が好ましく、０．８を超え１．３以下はいっそう好ましい。
【００１４】
鋼板の表面粗さがＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａで０．５μｍ以下の場合には、鉄心の占積率が高くなるので、モータに適用した場合には、より優れたモータ効率が得られる。
【００１５】
本発明の無方向性電磁鋼板は、次の工程で製造することができる。
【００１６】
(1)上記の化学組成のスラブを準備する
(2)スラブを１３００℃以下の温度に加熱した後熱間圧延する
(3)熱間圧延に続く１回の冷間圧延により０．１〜０．４ｍｍの厚さまで圧延する
(4)７００〜１１５０℃の温度で仕上焼鈍する表面粗さがＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａで０．５μｍ以下の鋼板を製造する場合には、表面粗さがＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａで１．５μｍ以下のロールを用いて冷間圧延するのがよい。また、冷間圧延の前に、６００〜１０００℃で焼鈍してもよい。
【００１７】
本発明の無方向性電磁鋼板を打ち抜き加工し、打ち抜き板を積層してかしめ加工することにより、本発明のモータ用の鉄心が得られる。この鉄心が用いられたモータは、鉄心が磁束密度、鉄損等の磁気特性に優れているので、モータ特性がよい。そのため、コンプレッサ用モータ、電気自動車用モータ等インバータ制御されるモータに極めて好適である。
なお、本発明でいうかしめ加工とは、それぞれの打ち抜き板に形成された凹凸部の凹部に他の板の凸部を重ねあわせて積層し、積層体を上下面から押圧することにより、凸部と凹部を機械的に噛み合わせて、板同士を固着する加工を意味する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
コンプレッサ用や電気自動車用のモータのようなインバータ制御されるモータの効率を向上させるためには、鋼板の磁気特性として、幅広い周波数域で鉄損が低く、かつ、磁束密度が高いことが要求される。さらに、鋼板は、鉄心として用いられる場合の材料強度を満足しなければならない。さらに、鉄心に加工する場合の打ち抜き性や自動かしめ性といった加工性に優れることが要求される。
【００１９】
本発明の電磁鋼板は、板厚が０．１〜０．４ｍｍで、電磁鋼板としては、Ｓｉ含有量が２．５％以下で低く、Ａｌ含有量が１．７〜２．４％と高い。また、Ｓｉ＋Ａｌ＋０．５Ｍｎ（（１）式と記す）が２．５〜４．４％の範囲に制限されている。さらに、鋼板の硬さがビッカース硬さＨｖで１３０〜２１０と低く、平均結晶粒径が５０〜１８０μｍに制限されている。
【００２０】
Ｓｉ含有量を低く制限したのは、鋼板の硬さの上昇を抑えて、打ち抜き性を確保するためである。このＳｉ含有量の低下による鉄損の悪化は、Ａｌ含有量を高めるとともに、上記（１）式とその適性範囲を選択することによって補っている。本発明の電磁鋼板は、これらの条件をすべて満足するので、本発明の課題である磁気特性および加工性をすべて満足する。
【００２１】
以下に、本発明の電磁鋼板、その製造方法および本発明の電磁鋼板を素材とするモータ用の鉄心について、具体的に説明する。なお、以下の説明における化学成分の含有量の％表示は質量％を意味する。
鋼板の化学組成：
Ｃ：鋼板中のＣは、鉄損を高くするので、Ｃ含有量は低い方がよい。特に、Ｃ含有量が０．０１％を超えると、鋼中の固溶炭素が炭化物として析出するので、鉄心として使用される際に、鉄損の劣化が生じる。したがって、Ｃ含有量は０．０１％以下とする。望ましくは０．００５％以下である。
【００２２】
Ｓｉ：Ｓｉは鋼板の電気抵抗を高めて渦電流損を低下させるので、鉄損を下げる作用がある。一方、Ｓｉは鋼板の硬さを著しく上昇させるので、打ち抜き性を低下させる。本発明では、打ち抜き性を確保するために、Ｓｉ含有量は２．５％以下とする。打ち抜き性は、Ｓｉ含有量が低くすぎても低下することはないので、Ｓｉは無添加でもよい。ただし、Ｓｉは、材料強度を確保する観点から、０．１％以上含有させることが望ましい。さらに望ましくは０．５％以上である。
【００２３】
また、鋼板に要求される鉄損などの磁気特性を考慮して、含有量を選択してもよい。
【００２４】
Ｍｎ：鋼板の磁気特性に及ぼすＭｎの影響は比較的小さいので、無添加でもよい。しかし、Ｍｎは、鋼板の電気抵抗を高めるので、鉄損を下げる作用を持っている。その効果を得る場合には含有させてもよい。また、熱間加工性を向上させる作用もある。ただし、Ｍｎ含有量が２％を超えると、鋼板の飽和磁束密度が低くなる。さらに、Ｍｎ添加費が高くなり、製造コストが上昇する。したがって、Ｍｎ含有量は２％以下（但し、０．３２％を除く）とする。好ましくは、１％以下である。鉄損の低下、熱間加工性の向上効果を得る場合には、Ｍｎ含有量は０．０５％以上とするのが望ましい。
【００２５】
Ａｌ：Ａｌは、Ｓｉと同様に鋼板の電気抵抗を高める作用があるので、渦電流損を低くし、鉄損を下げる働きを持っている。しかも、Ｓｉに比べ、同じ含有量では、鋼板の硬さの上昇効果が小さい。そのため、打ち抜き性と磁気特性を両立させる上で、極めて重要な元素である。打ち抜き性と磁気特性の両者を確保するために、Ａｌ含有量は１．７％以上とする必要がある。しかし、Ａｌ含有量が２．４％を超えると、ＳｉやＭｎと同様に、鋼板の飽和磁束密度が低下する。したがって、Ａｌ含有量は、１．７〜２．４％とする。
【００２６】
Ｓｉ＋Ａｌ+０．５×Ｍｎ：
Ｓｉ、ＡｌおよびＭｎは、いずれも鋼板の電気抵抗を高めて鉄損を下げる作用を持っている。一方、いずれの元素も、含有量が過剰の場合には、鋼板の飽和磁束密度が低下する。これらの元素の磁気特性に及ぼす影響は、同じ含有量では、ＳｉとＡｌの効果は同等で、Ｍｎはその約１／２である。したがって、これらの３元素を総合的に考慮して、適正な含有量を選択する必要がある。
【００２７】
本発明では、下記の（１）式が２．５〜４．４％を満足する条件を選択した。（１）式の値が２．５％未満の場合には、鋼板の鉄損を下げる効果が不十分であり、４．４％を超えると、鋼板の飽和磁束密度が低くなりすぎる。
Ｓｉ(％)+Ａｌ(％)+０．５×Ｍｎ(％) ・・・（１）
Ａｌ／Ｓｉ：磁気特性をさらに向上させるためには、ＡｌとＳｉをほぼ等量含有させるのがよい。これは、磁区構造の変化に起因すると考えられる。この効果を得るためには、Ａｌ／Ｓｉで０．７〜１．４とするのがよい。Ａｌ／Ｓｉのさらに好ましい範囲は０．８〜１．３である。
【００２８】
Ｐ、Ｓ、Ｎ：
Ｐ、ＳおよびＮの含有量は、低い方がよい。Ｐは鋼板の硬さの観点から０．０３％以下、ＳとＮは鉄損の観点から、それぞれ０．０１％以下、０．００６％以下が望ましい。
【００２９】
Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂ：
これらの元素は、磁気特性を向上させる作用を持っており、必要に応じて添加する元素である。添加する場合の含有量は、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂそれぞれ０．３％以下、０．３％以下、０．０１％以下とするのがよい。添加する場合のこれらの元素の望ましい下限は、それぞれ０．００５％、０．００５％、０．０００２％である。
【００３０】
なお、これら元素以外に含まれる不純物元素は、通常の製鋼法で製造される鋼に含有される程度の量であれば特に差し支えない。
鋼板の厚さ：
鋼板の厚さ（板厚）は、鉄損に及ぼす影響が大きい。板厚を薄くすることは、高周波域での渦電流損の低減に極めて効果的である。しかし、板厚の低下に伴い、目標の厚みの鉄心を得るのに、鋼板の積層枚数が増加するので、生産性の低下を招く。また、板厚が薄すぎる場合には、打ち抜き板を積層し自動かしめ装置で固着させて鉄心にする際に、十分な固着力が得られない。さらに、占積率（鉄心に積層した場合の打ち抜き板の充填率であり、空隙がないように積み重ねたと仮定した場合の鉄心の計算重量に対する実際の重量を％で表したもの」）が低下する傾向がある。これらの特性は、板厚が０．１ｍｍ以下の場合に、特に大きな影響を受ける。板厚が０．１ｍｍ以下では、素材の鋼板の磁気特性が良好でも、目標とするモータ効率を得ることができない。板厚のより好ましい下限は、０．２ｍｍである。
【００３１】
一方、板厚が０．４ｍｍを超えると渦電流損が増大するので、鉄損の増加が著しい。特に、２００〜１００００Ｈｚの高周波域で使用する場合には、鉄損がさらに低い方が望ましいので、そのような用途には、板厚を０．３５ｍｍ以下とするのがよい。
【００３２】
したがって、板厚は０．１〜０．４ｍｍとする。好ましくは０．２〜０．４ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜０．３５ｍｍである。
鋼板の硬さ：
本発明の鋼板では、硬さが重要な意味を持っている。鋼板の硬さがビッカース硬さＨｖで２１０を超えると打ち抜き加工に用いられる金型の摩耗が顕著になるので、前述のように、打ち抜き加工の生産性が大幅に低下する。一方、硬さＨｖが１３０未満の場合には、鋼板を鉄心に加工し、モータのロータとして使用される際に、ロータの高速回転に耐える強度が確保できない。
【００３３】
したがって、硬さはＨｖで１３０〜２１０とする。望ましくは、１４０〜２００である。特に、永久磁石を用いたモータのように、ロータの高速回転時にさらに強度が要求される場合には、１６０〜２００が望ましい。
【００３４】
なお、ビッカース硬さの測定は、ＪＩＳＺ２２４４に準拠し、試験荷重は９．８〜４９Ｎの範囲内のいずれかで、鋼板の表面で測定すればよい。
鋼板の平均結晶粒径：
鋼板の平均結晶粒径は、５０〜１８０μｍとする。平均結晶粒径が５０μｍ未満のような細粒の場合には鉄損が大きいので、モータに適用した場合に良好なモータ効率が得られない。望ましい平均結晶粒径の下限は６０μｍである。一方、平均結晶粒径が１８０μｍを超えるような粗粒の場合には、渦電流損失が増加するので、高周波域での鉄損が大きくなる。
【００３５】
したがって、鋼板の平均結晶粒径は、５０〜１８０μｍ、望ましくは６０〜１８０μｍである。
【００３６】
なお、平均結晶粒径とは、鋼板の圧延方向で、かつ板厚方向を含む断面（圧延方向に平行な縦断面）における結晶粒径の平均値である。この平均結晶粒径は、前記縦断面の１００倍での顕微鏡写真をもとに、板厚方向と圧延方向について、それぞれ切断法により、２〜３回程度、結晶粒径の測定を繰り返し、その平均値を計算する方法によって求めることができる。ここで、切断法とは、顕微鏡写真上に結晶粒を横断する線を引き、線が横断する結晶粒の数で線の長さを除すことによって、平均結晶粒径を求める方法である。
鋼板の表面粗さ：鋼板の表面粗さは、鉄心の占積率に影響を及ぼす。表面粗さがＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａで０．５μｍを超えると、占積率が低下しやすいので、０．５μｍ以下とするのが望ましい。ＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａの下限は低い方がよい。ただし、通常の商業規模の生産で得られるＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａの下限は、０．１μｍ程度である。
鋼板の製造方法：本発明の無方向性電磁鋼板は、通常採用されている製造設備により、通常の工程で製造することができる。
【００３７】
はじめに、上述の化学組成を備えるスラブを準備する。スラブは、連続鋳造で製造された扁平形の鋼板用スラブでもよく、造塊法で製造されたインゴットを分塊法で扁平形に圧延したものでもよい。
【００３８】
熱間圧延の前に、スラブを加熱する。この際の加熱温度は、１３００℃以下とするのが望ましい。加熱温度が１３００℃を超えると、磁気特性が低下することがある。一方、加熱温度が低すぎると、熱間加工の際にスラブに割れが生じやすいので、加熱温度の下限は１１００℃とするのが望ましい。したがって、好ましい加熱温度は１１００〜１３００℃、さらに好ましくは１１００〜１２５０℃である。熱間圧延では、１．５〜２．５ｍｍ程度の厚さまで圧延するのがよい。
【００３９】
熱間圧延後、冷間圧延に先立って、磁気特性をより向上させるために熱延板焼鈍を行ってもよい。熱延板焼鈍温度が低すぎると効果がなく、高すぎると結晶粒が粗大化し、冷間圧延時に鋼板が破断することがあるので、焼鈍温度は６００〜１０００℃の範囲とするのがよい。
【００４０】
冷間圧延の前に、鋼板の表面に生成している酸化物層を除去するための酸洗処理を行うのがよい。
【００４１】
鋼板の表面粗さをＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａで０．５μｍ以下とする場合には、冷間圧延の際の最終パスのロールの表面粗さを１．５μｍ以下とするのがよい。最終パスのロールとは、リバース式圧延機ではワークロール、タンデム式圧延機では最終スタンドのワークロールを意味する。
【００４２】
冷間圧延後の仕上げ焼鈍は、７００〜１１５０℃の温度範囲で行うのがよい。７００℃未満では十分に再結晶しないので磁気特性が良好な鋼板が得られず、また、鋼板の硬さが高くなりすぎる傾向がある。一方、１１５０℃を超えると結晶粒の粗大化が起こりやすく、鉄心に加工する場合の打ち抜き性が低下しやすい。
【００４３】
硬さおよび平均結晶粒径は、仕上げ焼鈍における焼鈍温度、焼鈍時間によって調整することができる。焼鈍温度、焼鈍時間と硬さ、平均結晶粒径との関係を予め求めておき、もっとも適した条件を選ぶ方法が実用的である。
【００４４】
焼鈍後、必要に応じて鋼板の表面に、厚さ０．１〜０．８μｍ程度の樹脂皮膜をコーティングしてもよい。樹脂皮膜は、鉄心に加工する場合の鋼板の打ち抜き性を向上させるとともに、鉄心の積層板間の電気的な絶縁性を向上させる働きがある。樹脂皮膜は、有機樹脂単独でもよく、有機樹脂と無機材料の混合物でもよい。
【００４５】
樹脂としてはメタアクリル酸メチル樹脂、スチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂などが好適である。無機材料としては、クロム酸マグネシウム、クロム酸アルミニウムなどを用いることができる。
鉄心の製造方法：
本発明の鋼板を素材とする鉄心の製造は、通常工業的に採用されている製造方法に従えばよい。具体的には、まず、鋼板を所定の形状に連続的に打ち抜く。打ち抜きの際、積層後打ち抜き板を固着するための凹凸部を形成しておく。次に、所定の枚数を積層し、さらにかしめ加工により積層体とする。かしめ加工の際には、打ち抜き工程でそれぞれの打ち抜き板に形成された凹凸部が機械的に相互にはめあわされて固着し、積層体すなわち鉄心ができあがる。
【００４６】
表１に、試験に供した厚さ２２７ｍｍ、幅１０００ｍｍのスラブの化学組成を示す。
（実施例１）鋼板の打ち抜き性を連続打ち抜き試験により調査した。表１に示した化学組成が本発明の規定を満足する鋼ＣおよびＪのスラブについて、表２に示すスラブ加熱温度に加熱して熱間圧延し、さらに表２に示す熱延板焼鈍温度および冷間圧延後の仕上げ焼鈍温度で処理することにより、硬さの異なる供試材を準備した。供試材の板厚、硬さも合わせて表２に示した。
【００４７】
打ち抜き試験条件は、ブランクの大きさ：縦と横１７ｍｍ、ダイスの材質：ＳＫＤ１１で、ストローク数：３５０回／分、クリアランス：５％とした。なお、打ち抜きの際には、打ち抜き油を使用した。打ち抜き性は、打ち抜き材のかえりの高さが５０μｍに達するまでの打ち抜き回数で評価した。
【００４８】
表２に、試験結果を示す。
【００４９】
【表１】

【表２】

化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼であっても、仕上げ焼鈍温度が低すぎ、硬さが本発明の規定の上限を超える場合（試験番号４）には、ダイスの寿命が短かった。すなわち、試験番号４の場合は、打ち抜き後のブランク材のかえりが５０μｍに達するまでの打ち抜き回数が、本発明で規定する条件を満足する他の試験番号の場合に比べて２０％以上も少なく３０万回以下であった。
（実施例２）表１に示した化学組成のスラブを１２５０℃に加熱した後、熱間圧延により厚さ２．２ｍｍまで圧延した。次に、酸洗後、水素雰囲気中にて８２０℃で１０時間、箱焼鈍による熱延板焼鈍を行った。その後、１回の冷間圧延により厚さ０．１５〜０．５０ｍｍまで圧延した。なお、冷間圧延の際に用いた最終パスロールの表面粗さは、ＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａで０．８μｍである。さらに、９００〜１１５０℃で３０秒間加熱する仕上げ焼鈍処理を行った。この焼鈍により、硬さ、平均結晶粒径が相違する供試材を作製した。仕上げ焼鈍後、鋼板の表面に無機質のクロム酸マグネシウム中に樹脂粒を分散させた、厚さ０．４μｍの皮膜を形成させた。
【００５０】
得られた鋼板について、鋼板の材料特性および磁気特性を調査した。
【００５１】
鋼板の硬さは、ＪＩＳＺ２２４４に準拠して、鋼板表面でビッカース硬さ（荷重９．８Ｎ）を測定する方法によってもとめた。また、平均結晶粒径は、前述のように、鋼板の圧延方向でかつ厚さ方向の断面について、光学顕微鏡により１００倍の倍率で撮影されたミクロ写真を基に、切断法により計２回測定し、測定値を平均する方法によって測定した。
【００５２】
磁気特性は、ＪＩＳＣ２５５０に準じたエプスタイン試験片（２８０ｍｍ×３０ｍｍ）によって、Ｗ_15/50、Ｗ_15/400 （磁束密度１．５Ｔ、周波数５０Ｈｚと４００Ｈｚにおける試料１ｋｇ当たりの鉄損）およびＢ₅₀（磁化力５０００Ａ／ｍにおける磁束密度）を調査した。
【００５３】
また、インバーター制御で駆動される４極の永久磁石埋め込み式同期モータを試作して、モータ効率の評価も行った。モータ効率は、インバータ周波数を３０〜３００Ｈｚの範囲で変化させて測定し評価した。ここで、モータ効率とは、入力電気エネルギーに対する出力エネルギーの比であり、モータ効率はピーク効率（３０〜３００Ｈｚの周波数範囲で最も高い効率）で比較した。なお、モータに用いた鉄心には、鉄心に加工後、７５０℃で２時間の歪取焼鈍を施した。
【００５４】
かしめ性は、自動かしめ金型を用い、外径４５ｍｍ、内径３３ｍｍのリングコア（４点かしめ）を作製し、引張試験によりその結束力を測定し、１点当たりのかしめ強度を求めた。
【００５５】
表３に試験結果を示す。
【００５６】
【表３】

試験番号１、１１、２０は、供試材（それぞれ鋼記号Ａ、Ｉ、Ｐ）のＳｉ含有量が本発明で規定する範囲の上限を超えているため、硬さが高すぎた。これらの内、試験番号２０は、さらに，Ｓｉ＋Ａｌ＋０．５Ｍｎが本発明で規定する範囲の上限を外れているため、磁束密度も低かった。
【００６０】
試験番号１９は、Ｓｉ＋Ａｌ＋０．５Ｍｎが本発明で規定する範囲の下限を外れているため、鉄損が劣っていた。また，鋼板の硬さが低すぎるため、モータ鉄心に要求される強度が不足していた。
【００６１】
その他の試験番号については、いずれも本発明で規定する条件を満足しているため、いずれも磁気特性に優れ、適度な硬さを兼ね備えていた。したがって、モータ効率も良好であった。特に、Ａｌ／Ｓｉの範囲が好ましい範囲にある条件の場合（２〜４、１０、１６〜１８、２３〜２５）には、磁気特性、モータ効率ともに良好であった。
【００６２】
なお、試験番号１７および１８について、前述の方法で１点当たりのかしめ強度を求めた結果、それぞれ３３ＭＰａ、４２ＭＰａであり、自動かしめ性も良好であった。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の無方向性電磁鋼板は、化学組成、板厚、硬さ、平均結晶粒径について、それぞれ最適な条件が選択されているので、磁気特性に優れるとともに、モータ用等の鉄心に加工する場合の打ち抜き性に優れている。そのため、打ち抜き加工で用いられる金型の寿命が長く、かつ、鉄心等の積層体の形状が良く、占積率も高い。また、金型の寿命が長く、打ち抜き加工が容易なため、鉄心の生産性や作業性が極めてよい。本発明の無方向性電磁鋼板は、冷蔵庫、エアコンディショナのコンプレッサーモータや、電気自動車用モータのようなインバータ制御されるモータの鉄心に特に好適である。このような用途に適用する場合には、鉄心の生産性が高く、幅広い周波数領域で鉄損が低く、モータ効率が高いという利点がある。

Claims

化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：２％以下（但し、０．３２％を除く）、Ａｌ：１．７〜２．４％、残部：Ｆｅおよび不純物で、かつ、Ｓｉ＋Ａｌ＋０．５×Ｍｎ：２．５〜４．４％を満足し、平均結晶粒径が５０〜１８０μｍ、ビッカース硬さが１３０〜２１０、厚さが０．１〜０．４ｍｍである無方向性電磁鋼板。
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｓｂ：０．３％以下、Ｓｎ：０．３％以下およびＢ：０．０１％以下から選択される１種以上を含有する請求項１に記載の無方向性電磁鋼板。
厚さが０．２〜０．４ｍｍで、Ｍｎ含有量が１％以下である請求項１または２に記載の無方向性電磁鋼板。
ＡｌとＳｉの含有量の比Ａｌ／Ｓｉが０．７〜１．４である請求項１から３までのいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
表面粗さがＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａで０．５μｍ以下である請求項１から４までのいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
下記の工程で構成された無方向性電磁鋼板の製造方法。
(1)次の化学組成のスラブを準備する
質量％で、
Ｃ：０．０１％以下、
Ｓｉ：２．５％以下、
Ｍｎ：２％以下（但し、０．３２％を除く）、
Ａｌ：１．７〜２．４％、
Ｓｉ＋Ａｌ＋０．５×Ｍｎ：２．５〜４．４％、
残部：Ｆｅおよび不純物
(2)スラブを１３００℃以下の温度に加熱した後熱間圧延する
(3)熱間圧延に続く１回の冷間圧延により０．１〜０．４ｍｍの厚さまで圧延する
(4)７００〜１１５０℃の温度で仕上焼鈍する
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｓｂ：０．３％以下、Ｓｎ：０．３％以下およびＢ：０．０１％以下から選択される１種以上を含有する請求項６に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
スラブのＡｌとＳｉの含有量の比Ａｌ／Ｓｉが０．７〜１．４である請求項６または７に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
表面粗さがＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａで１．５μｍ以下のロールを用いて冷間圧延する請求項６から８までのいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
冷間圧延の前に、６００〜１０００℃で焼鈍する請求項６から９までのいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
厚さが０．１〜０．４ｍｍ、平均結晶粒径が５０〜１８０μｍ、ビッカース硬さが１３０〜２１０で、かつ下記の化学組成を備える無方向性電磁鋼板で構成されたモータ用鉄心。質量％で、
Ｃ：０．０１％以下
Ｓｉ：２．５％以下
Ｍｎ：２％以下（但し、０．３２％を除く）
Ａｌ：１．７〜２．４％
Ｓｉ＋Ａｌ＋０．５×Ｍｎ：２．５〜４．４％
残部：Ｆｅおよび不純物
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｓｂ：０．３％以下、Ｓｎ：０．３％以下およびＢ：０．０１％以下から選択される１種以上を含有する請求項１１に記載のモータ用鉄心。
鋼板のＡｌとＳｉの含有量の比Ａｌ／Ｓｉが０．７〜１．４である請求項１１または１２に記載のモータ用鉄心。
鋼板の表面粗さがＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａで０．５μｍ以下である請求項１１から１３までのいずれかに記載のモータ用鉄心。