JP4060407B2

JP4060407B2 - モ−タ−ヨ−ク用軟磁性ステンレス鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP4060407B2
Application number: JP24029297A
Authority: JP
Inventors: 龍二広田; 広森川
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: JPH1157812A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモーターなどのモーターに用いられているステータヨークなどのヨーク用の材料として提供される軟磁性ステンレス鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ステッピングモーターには、ステータヨークなどのヨークを構成する材料として、電磁軟鉄（ＳＵＹ）、ケイ素鋼板、Ｚｎめっき鋼板（ＳＥＣ）などが用いられている。かかる鋼板は、熱間加工、冷間加工、熱処理などが施されており、この鋼板を打ち抜き、あるいはプレス加工することにより、モーターのヨークなどとして使用される。
【０００３】
一般に、ステッピングモーターなどに用いるヨーク材の特性は、省電力化、高出力化のためには直流磁気特性ばかりでなく、実際のモータ駆動時における交流磁気特性が良いことが必要である。したがって、ステッピングモーターとして十分な出力トルクを得るためには、ヨークに用いる素材の特性として高い交流での磁束密度が必要となる。
【０００４】
そこで、磁束密度が高く、かつ、耐食性に優れている軟磁性材料としてＦｅ−Ｃｒ系合金が開発され、特開平５−２５５８１７、特開平８−４７２３５、特開平８−１２０４２０などが開示されている。
【０００５】
特開平５−２５５８１７は、Ｆｅ−Ｃｒ系合金にＳｉを添加し、Ａｌ、Ｔｉを低減し、Ｓ、Ｏの含有量を制御することにより、磁気特性の向上を図っている。
【０００６】
特開平８−４７２３５は、Ｆｅ−Ｃｒ系合金にＣ，Ｓｉ，Ｍｎ等の添加物を制御し、かつ、所定のＦ値を満たすように調整することにより、磁気特性の向上を図っている。
【０００７】
特開平８−１２０４２０は、Ｆｅ−Ｃｒ系合金にＣ，Ｓｉ，Ｍｎ等の添加物を制御し、かつ、所定のＦ値を満たすように調整した軟磁性ステンレス鋼について、Ｆ値に応じた条件下で磁気焼鈍を施すことにより、磁気特性の向上を図っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記開示された発明、例えば特開平５−２５５８１７では、モーターのヨークに使用するＦｅ−Ｃｒ合金は、熱間圧延、冷間加工、熱処理等を施しステンレス鋼板とされた後、打ち抜き、または、プレス加工が施され所定のヨ−ク形状に加工される。しかし、圧延条件や熱処理条件によっては、鋼板の平坦度が保てなくなりヨーク形状の加工が困難となる場合がある。また、加工が可能な場合であっても、所望のヨ−ク形状や寸法精度が得られず、多くの不良品が発生したりモーター特性がばらつくなどという問題がおこっていた。
【０００９】
このような場合には、平坦度の保てない鋼板にレベラー通板を施すことにより、鋼板の形状を矯正することになる。しかし、レベラー通板を行うことは、同時に鋼板に加工歪みを付与することになり、磁束密度が低下することになる。さらに、許容される平坦度の鋼板であっても、この鋼板の打ち抜きまたはプレス加工により成形されるヨークは、このプレス加工によって加えられた加工歪みによっても、ヨークの磁気特性は劣化する。すなわち、プレス加工時に加えられた歪みが、ヨークの磁束密度の低下をもたらし、モータのトルクの低下を招く。つまり、上記Ｆｅ−Ｃｒ合金を用いた効果が十分に発揮し得ない。
【００１０】
したがって、ヨーク形状に加工時に付与された加工歪みを除去し、ヨークの磁気特性を付与するため加工後に焼鈍を行う必要がある。通常、磁気焼鈍は、８５０℃〜１，１５０℃で、３０分〜３時間もの長時間、水素雰囲気下、水素窒素雰囲気下あるいは真空下で行なわれる。磁気焼鈍は工程を煩雑化するとともに長時間を要するため、生産性の低下の原因となり消費財を要して生産コストの増大を招く。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、磁気焼鈍を施すことなく高い磁束密度を有し、かつ、加工性が良好なモーターヨーク用の軟磁性ステンレス鋼板を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、重量％で、Ｃ：０．０４％以下、Ｓｉ：０．１％〜３．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：８．０％〜１８．０％、Ｎ：０．０４％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ａｌ：５．０％以下、Ｔｉ：１．０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材を、最終板厚まで冷間圧延後、仕上げ焼鈍を施した軟磁性ステンレス鋼板について、該軟磁性鋼板の急峻度が１．５％を越えた場合に、伸び率１％以内でレベラー通板を施すという構成を採用した。
【００１３】
この構成によれば、各種モーターのヨークに最適な高い最大磁束密度Ｂｍと優れた加工性とを兼ね備えた軟磁性ステンレス鋼を得ることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［成分元素］
本発明は、所定の加工を施した軟磁性ステンレス鋼板の急峻度が１．５％を越えた場合に、伸び率１％以内でレベラー通板を施すことを見いだした点に特徴を有するものであるが、軟磁性ステンレス鋼板各成分についてはそれぞれの理由により、その含有量が規制されなければならない。まず、本発明の対象となる鋼の成分元素について説明する。
【００１５】
Ｃは、炭化物を形成しやすく磁気特性および耐食性を劣化させるため、０．０４重量％以下に限定した。
【００１６】
Ｓｉは、フェライト生成元素であり、そして、電気抵抗率を増加させ、交流での磁気特性を向上させるのに有効に作用する元素である。当該鋼において、フェライト単相組織を確保し、磁気特性を付与するためには０．１重量％を越える量で含有する必要がある。しかし、３．０重量％を越えると逆に磁束密度が低下するとともに、硬度が増加し加工性が劣化するため、打ち抜き、プレス成形が困難となる。したがって、Ｓｉの含有量は０．１重量％を越え３．０重量％以下に限定した。
【００１７】
Ｍｎは、製鋼時の脱酸に必要な元素であるが、磁気特性を劣化させるため上限を１．０重量％とした。
【００１８】
Ｐは、磁気特性を劣化させる元素であり、その上限を０．０４重量％以下とした。
【００１９】
Ｓは、不純物元素であるＳは硫化物を形成しやすく磁気特性を著しく劣化させる元素であるため低く抑える必要がある。したがって、上限を０．０１重量％以下に限定した。
【００２０】
Ｃｒは、本発明鋼の用途に必要な耐食性を確保するのに必要な元素であり、さらに、鋼の電気抵抗率を増加させ、交流での磁気特性の向上に寄与することから、８．０重量％以上含有する必要がある。しかし、Ｃｒを多量に含有させると磁束密度が低下するため、その上限を１８．０重量％とした。
【００２１】
Ｎは、Ａｌなどと窒化物を形成して、磁気特性、耐食性を劣化させる元素であるため、その上限を０．０４重量％とした。
【００２２】
Ｎｉは、オーステナイト生成元素であり、磁気特性を劣化させるため、その上限を１．０重量％とした。
【００２３】
Ａｌは、鋼の脱酸剤として添加される元素であり、脱酸にともなって不純物を低減し、また、電気抵抗率を増加することにより磁気特性を向上させる。しかし、過剰に添加すると材料は脆くなり加工性が低下するため、上限を５．０重量％とした。
【００２４】
Ｔｉは、Ｃｒより安定に炭化物を形成するため、耐食性の改善に有効に寄与するとともに、磁気特性に有害なマルテンサイト相の生成を防止する。しかし、過剰に添加すると硬度が増加し加工性が悪くなるため、上限を１．０重量％とした。
【００２５】
次に、レベラー通板伸び率と最大磁束密度、急峻度との関係を調査した。
【００２６】
［レベラー通板伸び率と最大磁束密度との関係］
本発明者らは表１に示す本発明を満たす化学組成を有する鋼板を種々の伸び率でレベラー通板をおこない、周波数１０００Ｈｚ、印加磁場１０エルステッドの条件下での最大磁束密度Ｂｍとレベラー通板時の伸び率との関係を調査した。
【００２７】
ここで、周波数１０００Ｈｚ、印加磁場１０エルステッドの条件を選択した理由は、本発明の用途であるモーターは駆動周波数１０００Ｈｚ程度、印加磁場１０エルステッド以上にて使用される場合が多いからである。
【００２８】
なお、Ｂｍは、打ち抜き、プレスによる加工後に切削により磁気測定用リング試験片加工後、磁気焼鈍を施さずに測定した値である。
【００２９】
図１に本試験結果を示す。Ｂｍはレベラー通板時の伸び率の増加にともない低下する傾向を示す。レベラー通板を伸び率１％以内でおこなうことにより、モータが駆動するために必要な４０００Ｇ以上のＢｍが得られることがわかる。
【００３０】
すなわち、本発明者らは鋼板表面のレベラー通板時の伸び率を調整することにより、鋼板の形状、および、磁束密度を制御できることを見い出した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
［レベラー通板伸び率と急峻度との関係］
本発明において、表面の平坦度を表す指標として急峻度を採用した。
急峻度の定義：鋼板の表面平坦度を表す指標である。すなわち、レベラー通板後の供試鋼から１０００ｍｍ×１０００ｍｍの大きさの試験片を採取し、その試験片を表面が平坦な定盤の上に置く。そして、定盤と鋼との接点間距離ｌおよび鋼板の最大高さｈを測定して、その比を百分率で表示することにより急峻度を表した。
急峻度（％）＝ｈ／ｌ×１００
【００３３】
この急峻度が大きいと、ヨーク形状の加工が困難となり、また、加工が可能な場合であっても、所望のヨ−ク形状や寸法精度が得られないことから、鋼板の急峻度が小さいことが要求される。通常、この急峻度が１．５％以内であれば、打ち抜き、プレス加工を行なう際には問題とはならない。
【００３４】
しかし、鋼板加工時の圧延条件、焼鈍条件が微妙に変化するだけでも、急峻度は大きく変動しするため、急峻度が１．５％以内の鋼板を安定して製造するのは困難となっている。そのため、予期せずに急峻度が１．５％を越える鋼板が製造される場合が生じる。かかる場合は、鋼板の形状を矯正する手段としてレベラー通板が行われる。
【００３５】
仕上げ焼鈍後の急峻度が２．２％の鋼板を用いて、種々の伸び率でレベラー通板を行い、急峻度の変化を調査した結果を図３に示した。
【００３６】
図３に本試験結果を示す。急峻度はレベラー通板時の伸び率の増加にともない低下する傾向を示す。そして、鋼板の急峻度を１．５％以内にするためには、レベラー通板を伸び率０．０５％以上でおこなうことが必要であることがわかる。したがって、レベラー通板を伸び率０．０５％以上でおこなうことにより、急峻度が１．５％を越える鋼板を、１．５％以内の急峻度にすることができる。そして、かかる鋼板を用いてヨーク形状に加工するに際し、安定した打ち抜きプレス加工を施すことができる。
【００３７】
なお、仕上げ焼鈍後の急峻度が１．５％以内場合は、そのままでも安定した打ち抜き、プレス加工を施すことができるので、レベラー通板をおこなう必要はない。
【００３８】
以上の結果をまとめると、図１に示すレベラー通板の伸び率と最大磁束密度Ｂｍ（Ｇ）の関係から、レベラー通板の伸び率を１．０％以内することが望ましく、また、図３に示すレベラー通板の伸び率と急峻度の関係から、レベラー通板の伸び率を０．０５％にすることが望ましい。したがって、この両方の関係を満たすこと、すなわち、伸び率を０．０５％から１％とするレベラー通板を行うことにより、最適の磁束密度と良好な加工性とを同時に満たす鋼板を得られることがわかる。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明にしたがう軟磁性ステンレス鋼をヨークに適用したときの材料特性を実施例をあげて説明する。
【００４０】
表２に示した化学成分値を有するステンレス鋼を、電気炉、転炉、脱ガス、連続鋳造工程を経て溶製し、厚さ２００ｍｍのスラブを得た。そして、そのスラブを熱間圧延、焼鈍酸洗を施した後冷間圧延おこない最終板厚０．８ｍｍの軟磁性ステンレス鋼板を製造した。その後、この軟磁性ステンレス鋼板を９５０℃の温度で０分間の仕上げ焼鈍を施し、硝酸電解により酸洗した。そして、かかる鋼板について、表２に示す各伸び率にてレベラー通板をおこなったものを供試鋼板として、急峻度、最大磁束密度Ｂｍ、耐食性の材料特性評価を行なった。以下、本試験結果について説明する。なお、表２において、Ａ１〜Ａ５は、本発明に従う化学成分値をもつ鋼、Ｂ１〜Ｂ３は、鋼の化学成分またはレベラー通板の伸び率について規格値外の比較例である。
【００４１】
［実施例１］
Ａ１：本発明に従う化学成分値をもつ軟磁性ステンレス鋼板に、伸び率が０．３０％のレベラー通板を施したもの。
【００４２】
［実施例２］
Ａ２：本発明に従う化学成分値をもつ軟磁性ステンレス鋼板に、レベラー通板を施さなかったもの。
【００４３】
［実施例３］
Ａ３：本発明に従う化学成分値をもつ軟磁性ステンレス鋼板に、伸び率が０．３５％のレベラー通板を施したもの。
【００４４】
［実施例４］
Ａ４：本発明に従う化学成分値をもつ軟磁性ステンレス鋼板に、伸び率が０．４５％のレベラー通板を施したもの。
【００４５】
［実施例５］
Ａ５：本発明に従う化学成分値をもつ軟磁性ステンレス鋼板に、伸び率が０．５０％のレベラー通板を施したもの。
【００４６】
［比較例１］
Ｂ１：化学成分のうちＰを本発明の規格値以上に含み、かつ、Ｃｒを規格値以下に含む軟磁性ステンレス鋼板に伸び率が０．５０％のレベラー通板を施したもの。
【００４７】
［比較例２］
Ｂ２：Ｃｒを本発明の規格値以上に含む軟磁性ステンレス鋼板に、伸び率が０．５０％のレベラー通板を施したもの。
【００４８】
［比較例３］
Ｂ３：本発明に従う化学成分値をもつ軟磁性ステンレス鋼板に、本発明の規格値以上の伸び率１．４０％のレベラー通板を施したもの。
【００４９】
【表２】

【００５０】
次に、各供試鋼板について、急峻度、最大磁束密度Ｂｍ、耐食性の材料特性評価の結果について説明する。
【００５１】
［試験例１］
（急峻度）
前記した急峻度の測定方法により、レベラー通板後の急峻度を測定した。
【００５２】
［試験例２］
（最大磁束密度Ｂｍ）
各供試鋼板から切削加工により外径４５ｍｍ内径３３ｍｍの磁気測定用リング試験片を採取した。その後、周波数１０００Ｈｚ、印加磁場１０エルステッドの条件下で磁気測定をおこないＢｍを評価した。
【００５３】
［試験例３］
（耐食性）
耐食性の評価は、ＪｌＳＺ２３７１に準拠した２４時間の塩水噴霧試験により耐食性を評価した。評価は目視判定によりおこない、ほとんど錆が発生しないものを耐食性が良好な○とし、面積率で１０％以上の錆が発生したものを耐食性が不良な×とした。
【００５４】
表３に以上の調査結果を示す。各供試鋼板Ａ１〜Ａ５は本発明の化学組成を有し、かつ、本発明の範囲内の伸び率によりレベラー通板を施したので、急峻度が１．５％以下と形状に優れ、Ｂｍが４０００Ｇ以上と優れた磁気特性を示し、かつ耐食性も良好な軟磁性ステンレス鋼板が得られた。
【００５５】
これに対して、比較例であるＢ１は、レベラー通板時の伸び率が本発明の範囲内にあるので急峻度は１．５％以内となる。Ｃｒ量とＰ量が５．０４重量％と本発明範囲より少ないことから最大磁束密度Ｂｍが３２００Ｇと低くなり、また、Ｃｒ量が少ないことより耐食性も不良となった。
【００５６】
Ｂ２は、Ｃｒ量が２０．０１重量％と本発明の範囲より含有量が多いので、最大磁束密度Ｂｍが３６００Ｇと低いものとなった。
【００５７】
Ｂ３は、レベラー通板時の伸び率が１．４０％と本発明の範囲外にあるため最大磁束密度Ｂｍが２８００Ｇと低いものとなった。
【００５８】
【表３】

【００５９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、鋼板のプレス加工後に磁気焼鈍を施すことなく、最適な最大磁束密度Ｂｍと優れた加工性とを兼ね備えたステッピングモーターのヨーク用軟磁性ステンレス鋼板を得ることができる。その結果、大幅な生産性向上を図ることができ、安価なヨークを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】周波数１０００Ｈｚ、印加磁場１０エルステッドの条件下での最大磁束密度Ｂｍとレベラー通板時の伸び率との関係を示した図。
【図２】急峻度を説明するための図。
【図３】仕上げ焼鈍後の急峻度が２．２％の鋼板を種々の伸び率でレベラー通板した後の急峻度を示した図。

Claims

重量％で、Ｃ：０．０４％以下、Ｓｉ：０．１％〜３．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：８．０％〜１８．０％、Ｎ：０．０４％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ａｌ：５．０％以下、Ｔｉ：１．０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材を、最終板厚まで冷間圧延後、仕上げ焼鈍を施した軟磁性ステンレス鋼板について、
該軟磁性ステンレス鋼板の急峻度が１．５％を越えた場合に、伸び率１．０％以内でレベラー通板を施すことを特徴とする軟磁性ステンレス鋼板の製造方法。