JP6770260B2 - 無方向性電磁鋼板の製造方法、モータコアの製造方法およびモータコア - Google Patents

無方向性電磁鋼板の製造方法、モータコアの製造方法およびモータコア Download PDF

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Description

本発明は、無方向性電磁鋼板の製造方法と該電磁鋼板を用いるモータコアの製造方法ならびに該電磁鋼板からなるモータコアに関するものである。
近年の電気機器に対する省エネルギー化への要求の高まりにともない、回転機の鉄心（モータコア）に用いられる無方向性電磁鋼板に対し、より優れた磁気特性が要求されるようになってきている。
また、モータコアは、ステータコアとロータコアに分けられるが、近年におけるＨＥＶ駆動モータ等に対する小型・高出力化に対する要求を満たすために、ステータコアに用いられる無方向性電磁鋼板には、高磁束密度かつ低鉄損の優れた磁気特性が強く求められるようになってきている。
さらに、上記ＨＥＶ駆動モータ等の小型・高出力化を達成する手段として、モータの回転数が高められる傾向にあるが、ＨＥＶ駆動モータは外径が大きいため、ロータコアには大きな遠心力が働くことや、構造によってはロータコアブリッジ部と呼ばれる非常に狭い部分（１〜２ｍｍ）が存在することなどから、ロータコアに使用される無方向性電磁鋼板には、従来よりも高強度であることが求められるようになってきている。
したがって、モータコアに用いられる無方向性電磁鋼板の特性としては、磁気特性に優れていることは勿論、ロータコア用には高強度であることが、また、ステータコア用にはより高磁束密度・低鉄損であることが理想的である。このように、同じモータコアに使用される無方向性電磁鋼板であっても、ロータコアとステータコアでは求められる特性が大きく異なるが、モータコアを製造する上では、材料歩留りを高めるため等の観点から、同一の素材鋼板からロータコア材とステータコア材を同時に採取し、その後、それぞれのコア材を積層してロータコアまたはステータコアに組み立てるのが望ましいといえる。
上記のように、高強度でかつ磁気特性に優れる無方向性電磁鋼板として、例えば特許文献１には、ロータとステータを同一の鋼板から打ち抜いて積層し、更にステータのみを歪取焼鈍するモータコアの工法に使用される、板厚が０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下で、歪取焼鈍前における鋼板の降伏強度が６００ＭＰａ以上、歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００が２０Ｗ／ｋｇ以下である無方向性電磁鋼板が提案されている。
特開２００８−５０６８６号公報
しかしながら、上記特許文献１に開示の技術では、歪取焼鈍における結晶粒成長を促すため、素材鋼板中に含まれる不純物元素（Ｔｉ，Ｓ，Ｎ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ａｓ）を極めて低いレベルまで低減している。また、この技術は、原料コストが高いＮｉを添加していることや、低鉄損化のために歪取焼鈍前にスキンパス圧延を施していることから、製造コストが高いという問題もある。
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高強度のロータコアと、歪取焼鈍後の磁気特性に優れるステータコアを同一素材から製造することができる無方向性電磁鋼板の製造方法と、該無方向性電磁鋼板を用いたモータコアの製造方法を提案するとともに、該無方向性電磁鋼板からなるモータコアを提供することにある。
発明者らは、上記課題の解決に向け、特に、歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００に及ぼす成分、製造方法の影響に着目して検討を重ねた。その結果、鋼板中に含まれるＳｉ，ＡｌおよびＭｎの量を所定の範囲に制御した無方向性電磁鋼板を素材としてロータコアおよびステータコアを製造するとともに、ステータコアの歪取焼鈍における冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下に制御することで、同一の素材鋼板から高強度のロータコアと低鉄損のステータコアを製造することができることを見出し、本発明を開発するに至った。
すなわち、本発明は、Ｃ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２．５〜６．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＶ：０．００５ｍａｓｓ％以下を含有し、かつ、上記Ｓｉ，ＡｌおよびＭｎが下記（１）式；
Ｓｉ−２Ａｌ−Ｍｎ≧０ ・・・（１）
を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼スラブを熱間圧延し、冷間圧延し、仕上焼鈍し、歪取焼鈍する無方向性電磁鋼板の製造方法において、上記仕上焼鈍後の降伏応力が４００ＭＰａ以上であり、上記歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が板厚ｔ（ｍｍ）との関係で下記（２）式；
Ｗ１０／４００≦１０＋２５ｔ ・・・（２）
を満たし、さらに、上記歪取焼鈍後の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（焼）が５．０×１０−６以下で、歪取焼鈍前の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（生）に対する上記歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）の比（λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生））が０．８未満となるよう、仕上焼鈍および歪取焼鈍の条件を調整することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法を提案する。
本発明の上記無方向性電磁鋼板の製造方法は、上記歪取焼鈍を、均熱温度を７８０〜９５０℃とし、均熱温度から６５０℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下として行うことを特徴とする。
また、本発明の上記無方向性電磁鋼板の製造方法に用いる上記鋼スラブは、上記成分組成に加えてさらに、下記Ａ〜Ｄ群のうちの少なくとも１群の成分を含有することを特徴とする。
記
・Ａ群；ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種または２種を合計で０．００２０〜０．１０ｍａｓｓ％
・Ｂ群；Ｓｎ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％およびＳｂ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種
・Ｃ群；ＣａおよびＭｇから選ばれる１種または２種を合計で０．００１〜０．０１０ｍａｓｓ％
・Ｄ群；Ｃｕ：０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜１ｍａｓｓ％およびＣｒ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上
また、本発明は、Ｃ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２．５〜６．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＶ：０．００５ｍａｓｓ％以下を含有し、かつ、上記Ｓｉ，ＡｌおよびＭｎが下記（１）式；
Ｓｉ−２Ａｌ−Ｍｎ≧０ ・・・（１）
を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、降伏応力が４００ＭＰａ以上である一つの無方向性電磁鋼板からロータコア材とステータコア材を同時に採取した後、上記ロータコア材は積層してロータコアとし、上記ステータコア材は積層し、歪取焼鈍を施してステータコアとするモータコアの製造方法において、上記歪取焼鈍後のステータコアの鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が板厚ｔ（ｍｍ）との関係で、下記（２）式；
Ｗ１０／４００≦１０＋２５ｔ ・・・（２）
を満たし、かつ、上記歪取焼鈍後の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（焼）が５．０×１０−６以下であり、さらに、歪取焼鈍前の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（生）に対する上記歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）の比（λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生））が０．８未満となるよう仕上焼鈍および歪取焼鈍の条件を調整することを特徴とするモータコアの製造方法を提案する。
本発明の上記モータコアの製造方法は、上記歪取焼鈍を、均熱温度を７８０〜９５０℃とし、均熱温度から６５０℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下として行なうことを特徴とする。
また、本発明の上記モータコアの製造方法に用いる上記無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、下記Ａ〜Ｄ群のうちの少なくとも１群の成分を含有することを特徴とする。
記
・Ａ群；ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種または２種を合計で０．００２０〜０．１０ｍａｓｓ％
・Ｂ群；Ｓｎ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％およびＳｂ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種
・Ｃ群；ＣａおよびＭｇから選ばれる１種または２種を合計で０．００１〜０．０１０ｍａｓｓ％
・Ｄ群；Ｃｕ：０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜１ｍａｓｓ％およびＣｒ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上
また、本発明は、Ｃ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２．５〜６．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＶ：０．００５ｍａｓｓ％以下を含有し、かつ、上記Ｓｉ，ＡｌおよびＭｎが下記（１）式；
Ｓｉ−２Ａｌ−Ｍｎ≧０ ・・・（１）
を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する同一の無方向性電磁鋼板から製造されたロータコアとステータコアからなるモータコアにおいて、上記ロータコアは、降伏応力が４００ＭＰａ以上であり、
上記ステータコアは、鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が板厚ｔ（ｍｍ）との関係で下記（２）式；
Ｗ１０／４００≦１０＋２５ｔ ・・・（２）
を満たし、かつ、４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（焼）が５．０×１０−６以下で、歪取焼鈍前の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（生）に対する上記歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）の比（λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生））が０．８未満であることを特徴とするモータコアである。
本発明の上記モータコアに用いられる上記無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、下記Ａ〜Ｄ群のうちの少なくとも１群の成分を含有することを特徴とする。
記
・Ａ群；ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種または２種を合計で０．００２０〜０．１０ｍａｓｓ％
・Ｂ群；Ｓｎ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％およびＳｂ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種
・Ｃ群；ＣａおよびＭｇから選ばれる１種または２種を合計で０．００１〜０．０１０ｍａｓｓ％
・Ｄ群；Ｃｕ：０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜１ｍａｓｓ％およびＣｒ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上
本発明によれば、高強度が求められるロータコアと、高磁束密度、低鉄損が求められるステータコアを同一の素材鋼板から製造することができるので、モータコアの生産性の改善に寄与する。
歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）と歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００との関係を示すグラフである。 歪取焼鈍における均熱温度からの冷却速度と歪取焼鈍前後の磁歪比（λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生））との関係を示すグラフである。
まず、本発明を開発する基礎となった実験について説明する。
歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００に及ぼす歪取焼鈍後の磁歪の影響について調査するため、表１に示す成分組成を有する鋼を真空炉で溶解し、鋳造して得た鋼塊に熱間圧延を施し、板厚１．８ｍｍの熱延板とした後、この熱延板に９５０℃×３０秒の熱延板焼鈍を施し、酸洗し、冷間圧延して板厚０．２５ｍｍの冷延板とし、その後、該冷延板に、２０ｖｏｌ％Ｈ２−８０ｖｏｌ％Ｎ２の非酸化性雰囲気下で８００℃×１０秒の仕上焼鈍を施した。
次いで、上記仕上焼鈍後の鋼板から、長さ：２８０ｍｍ×幅：３０ｍｍのＬ方向サンプルおよびＣ方向サンプルを採取し、レーザ変位計を用いて歪取焼鈍前の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（生）を測定した。また、上記仕上焼鈍後の鋼板から、圧延方向を引張方向とするＪＩＳ５号引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して引張試験を行い上降伏応力を測定した。
次いで、上記磁歪測定に用いた２８０ｍｍ×３０ｍｍのサンプルに、８５０℃×１ｈｒの均熱処理後、該均熱温度から６５０℃までを８℃／ｍｉｎで冷却し、さらに、室温まで１０℃／ｍｉｎで冷却する歪取焼鈍（ＳＲＡ）を模擬した熱処理を施した後、再度、レーザ変位計で歪取焼鈍後の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（焼）を測定するとともに、エプスタイン試験法で鉄損Ｗ１０／４００を測定した。
Figure 0006770260
上記歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）と鉄損Ｗ１０／４００との関係を図１に示す。この図から、歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）が５．０×１０−６以下で優れた鉄損特性が得られている、したがって、歪取焼鈍後の鉄損特性を改善するには、磁歪λ０−ｐ（焼）を低減することが有効であることがわかる。この理由は、磁歪が大きくなると、磁気弾性エネルギーが大きくなるため、ヒステリシス損が劣化するためであると考えられる。
次に、上記結果に基き、歪取焼鈍後の鉄損をより低減するため、Ｃ：０．００２３ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．４５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５１ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００１６ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．８ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００１８ｍａｓｓ％、Ｏ：０．００２３ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００１４ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．０００６ｍａｓｓ％およびＶ：０．００１５ｍａｓｓ％を含有する鋼を真空炉で溶解し、鋳造して得た鋼塊を熱間圧延して板厚２．０ｍｍの熱延板とした後、上記熱延板に９３０℃×３０秒の熱延板焼鈍を施し、酸洗し、冷間圧延して板厚０．２０ｍｍの冷延板とした後、該冷延板に２０ｖｏｌ％Ｈ２−８０ｖｏｌ％Ｎ２の非酸化性雰囲気下で８５０℃×１０秒の仕上焼鈍を施した。
次いで、上記仕上焼鈍後の鋼板から、長さ：２８０ｍｍ×幅：３０ｍｍのＬ方向サンプルおよびＣ方向サンプルを採取し、レーザ変位計を用いて歪取焼鈍前の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（生）を測定したところ、６．２５×１０−６であった。また、上記仕上焼鈍後の鋼板からＪＩＳ５号引張試験片を採取し、引張試験を行った結果、上降伏応力は５２０ＭＰａであった。
次いで、上記磁歪測定を行ったサンプルに、８２５℃×１ｈｒの歪取焼鈍を施した後、歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００を測定したところ、大きなバラつきが生じていた。この原因について調査したところ、歪取焼鈍における均熱温度からの冷却速度が不均一であることが判明した。
そこで、歪取焼鈍の均熱温度からの冷却速度が磁歪に及ぼす影響を調査するため、歪取焼鈍温度（８２５℃）から６５０℃までの冷却速度を１℃／ｍｉｎ〜３０℃／ｍｉｎの範囲で種々に変化させて歪取焼鈍を施し、歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）を測定し、歪取焼鈍前後の磁歪比（λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生））を求めた。
図２に、歪取焼鈍時の冷却速度と歪取焼鈍前後の磁歪比との関係を示した。この図から、冷却速度が１０℃／ｍｉｎを超えると、歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）が大きくなり、歪取焼鈍前後の磁歪比が高くなっていることがわかる。そのため、鉄損にバラツキが生じたものと考えられる。また、図２から、磁歪比を低減する、したがって、歪取焼鈍後の鉄損を低減するためには、冷却速度は１０℃／ｍｉｎ以下が好ましく、５℃／ｍｉｎ以下がより好ましいこともわかる。
歪取焼鈍時の冷却速度が磁歪ひいては鉄損特性に影響を及ぼすメカニズムについてはまだ十分に解明されていないが、歪取焼鈍時の冷却速度が１０℃／ｍｉｎを超えると、鋼板に冷却歪が導入され、磁区構造の変化を介して、歪取焼鈍後の磁歪が大きくなり、歪取焼鈍の効果が認められなくなったものと考えられる。
次に、本発明の無方向性電磁鋼板について説明する。
本発明の無方向性電磁鋼板は、一つの素材鋼板から、ロータコアとステータコアの両コア材を同時に採取できることが必要であるが、先述したように、ロータコアには、磁気特性に優れることに加えて、高強度であることが、一方、ステータコアには、歪取焼鈍後の磁気特性に優れることが求められている。
そこで、本発明の無方向性電磁鋼板は、以下の特性を必要とする。
仕上焼鈍後（歪取焼鈍前）の降伏応力：４００ＭＰａ以上
ロータコアは、一般に、仕上焼鈍後の鋼板を打抜加工等でコア形状に加工した後、積層し、溶接やカシメ等でクランプ（固定）したものであり、歪取焼鈍が施されることはない。したがって、ロータコアに用いるためには、仕上焼鈍後の鋼板の強度が高いことが求められる。そこで、本発明では、仕上焼鈍後の鋼板の降伏応力で４００ＭＰａ、望ましくは４５０ＭＰａ以上と規定する。ここで、上記降伏応力は、ＪＩＳ５号引張試験片をＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して引張試験したときに上降伏点である。
歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００：１０＋２５ｔ以下（ｔ：板厚（ｍｍ））
一方、ステータコアは、一般に、仕上焼鈍後の鋼板を打抜加工等でコア形状に加工し、積層し、溶接やカシメ等でクランプ（固定）した後、歪取焼鈍が施される。したがって、ステータコアに用いるためには、歪取焼鈍後の鉄損特性に優れることが求められる。そこで、本発明では、歪取焼鈍後の鉄損特性を表す指標として、ＨＥＶ駆動モータの駆動・制御条件に合わせ、鉄損Ｗ１０／４００（周波数：４００Ｈｚ、磁束密度Ｂ＝１．０Ｔ）を用いることとしたが、鉄損値は板厚に依存するため、板厚（ｍｍ）との関係において下記（２）式；
Ｗ１０／４００≦１０＋２５ｔ ・・・（２）
を満たすことを必要とした。これは、鉄損値が上記（２）式を満たさない場合、ステータコアの発熱が大きくなり、モータ効率が著しく低下するためである。
λ０−ｐ（焼）：５．０×１０−６以下
図１に示したように、歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００は、歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）と強い相関があり、歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）を低くすることで、歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００も低い値に管理できる。そこで、本発明においては、歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）を、図１において、鉄損Ｗ１０／４００が上記（２）式を満たす５．０×１０−６以下に制限する。好ましくは、４．５×１０−６以下である。なお、上記磁歪λ０−ｐ（焼）の値は、４００Ｈｚ、１．０Ｔで測定した圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値である。
λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生）：０．８未満
先述したように、歪取焼鈍における均熱温度からの６５０℃までの平均冷却速度が１０℃／ｍｉｎを上回ると、歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）が歪取焼鈍前（仕上焼鈍後）の磁歪λ０−ｐ（生）に対して大きくなり、鉄損Ｗ１０／４００が上昇する。そこで、本発明においては、歪取焼鈍後の鉄損特性を改善するため、歪取焼鈍前の磁歪λ０−ｐ（生）に対する歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）の比（λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生））が０．８未満であることを必要とする。好ましくは０．７以下である。なお、上記磁歪λ０−ｐ（焼）およびλ０−ｐ（生）の値は、いずれも、４００Ｈｚ、１．０Ｔで測定した圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値である。
次に、本発明の無方向性電磁鋼板の成分組成について説明する。
Ｃ：０．００５０ｍａｓｓ％以下
製品板中に含まれるＣは、炭化物を形成して磁気時効を起こし、鉄損特性を劣化させる有害元素である。そのため素材中に含まれるＣの上限は０．００５０ｍａｓｓ％に制限する。好ましくは、０．００４０ｍａｓｓ％以下である。なお、Ｃの下限は、特に規定しないが、精錬工程での脱炭コストを抑制する観点から、０．０００１ｍａｓｓ％程度とするのが好ましい。
Ｓｉ：２．５〜６．５ｍａｓｓ％
Ｓｉは、鋼の固有抵抗を高め、鉄損を低減する効果があり、また、固溶強化により鋼の強度を高める効果があるため、２．５ｍａｓｓ％以上含有させる。一方、６．５ｍａｓｓ％を超えると、圧延することが困難になるため、上限は６．５ｍａｓｓ％とする。好ましくは３．０〜６．５ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％
Ｍｎは、Ｓｉと同様、鋼の固有抵抗と強度を高めるのに有用な元素であり、硫化物を形成して熱間脆性を改善する元素でもあるため、０．０５ｍａｓｓ％以上含有させる。一方、２．０ｍａｓｓ％を超える添加は、スラブ割れ等を起こして製鋼での操業性を悪化するため、上限は２．０ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．１〜１．５ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｐ：０．２ｍａｓｓ％以下
Ｐは、鋼の強度（硬さ）調整に用いられる有用な元素である。しかし、０．２ｍａｓｓ％を超えると、鋼が脆化し、圧延することが困難となるため、上限は０．２ｍａｓｓ％とする。なお、下限は特に規定しないが、精錬工程での脱Ｐコストを抑制する観点から、０．００１ｍａｓｓ％程度とするのが好ましい。好ましくは０．０１〜０．１ｍａｓｓ％の範囲である。
Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様、鋼の比抵抗を高め、鉄損を低減する効果がある有用な元素である。しかし、３ｍａｓｓ％を超えると、圧延することが困難になるため、Ａｌの上限は３ｍａｓｓ％とする。好ましくは２ｍａｓｓ％以下である。
なお、Ａｌの含有量が０．０１ｍａｓｓ％超え０．１ｍａｓｓ％未満の範囲では、微細なＡｌＮが析出して鉄損が増加するため、Ａｌは０．０１ｍａｓｓ％以下もしくは０．１ｍａｓｓ％以上の範囲とするのが好ましい。特に、Ａｌを低減すると、集合組織が改善され、磁束密度が向上するので、磁束密度を重視する場合はＡｌ：０．０１ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．００３ｍａｓｓ％以下である。
Ｓ，Ｎ，ＮｂおよびＶ：それぞれ０．００５ｍａｓｓ％以下
Ｓ，Ｎ，ＮｂおよびＶは、微細析出物を形成し、歪取焼鈍時の粒成長を阻害して鉄損特性に悪影響を及ぼす元素であり、特に、０．００５ｍａｓｓ％を超えると、その悪影響が顕著になるため、上限をそれぞれ０．００５ｍａｓｓ％に制限する。好ましくはそれぞれ０．００３ｍａｓｓ％以下である。
Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％以下
Ｔｉは、同じく微細析出物を形成し歪取焼鈍時の粒成長を阻害して鉄損特性に悪影響を及ぼす元素であり、特に、０．００３ｍａｓｓ％を超えると、その悪影響が顕著になるため、上限を０．００３ｍａｓｓ％に制限する。好ましくは０．００２ｍａｓｓ％以下である。
Ｓｉ−２Ａｌ−Ｍｎ≧０
本発明の無方向性電磁鋼板は、上記成分が上記所定の範囲の組成を満たすことに加えて、Ｓｉ，ＡｌおよびＭｎの含有量（ｍａｓｓ％）が下記（１）式；
Ｓｉ−２Ａｌ−Ｍｎ≧０ ・・・（１）
を満たして含有していることが必要である。
上記（１）式から外れる、すなわち、上記（１）式左辺が０未満となると、４００Ｈｚ、１．０Ｔにおける仕上焼鈍後のヒステリシス損が大きくなり、磁歪λ０−ｐ（生）も大きくなるためである。なお、上記（１）式左辺の値は、好ましくは０．３以上である。
本発明の無方向性電磁鋼板は、上記の必須とする成分に加えてさらに、以下の元素を含有してもよい。
Ｍｏ，Ｗ：合計で０．００２０〜０．１０ｍａｓｓ％
Ｍｏ，Ｗは、いずれも本発明の無方向性電磁鋼板の表面欠陥（ヘゲ）を抑制するのに有効な元素である。本発明の鋼板は、高合金鋼で表面が酸化され易いため、表面割れに起因するヘゲの発生率が高いが、高温強度を高める元素であるＭｏ，Ｗを微量添加することで、上記割れを抑制することができる。上記効果は、Ｍｏ，Ｗの合計含有量が０．００２０ｍａｓｓ％を下回ると十分ではなく、一方、０．１０ｍａｓｓ％を超えて添加しても、上記効果が飽和し、合金コストが上昇するだけである。よって、Ｍｏ，Ｗを添加する場合は上記範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．００５０〜０．０５０ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｓｎ，Ｓｂ：それぞれ０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％
Ｓｎ，Ｓｂは、再結晶集合組織を改善し、磁束密度、鉄損特性を改善する効果がある。上記効果を得るためには０．００５ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。しかし、０．２０ｍａｓｓ％を超えて添加しても、上記効果が飽和する。よって、Ｓｎ，Ｓｂを添加する場合は、それぞれ０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくはそれぞれ０．０１〜０．１ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｃａ，Ｍｇ：合計で０．００１〜０．０１０ｍａｓｓ％
Ｃａ，Ｍｇは、いずれも安定な硫化物、セレン化物を形成し、歪取焼鈍時の粒成長性を改善する効果がある。上記効果を得るためには、Ｃａ，Ｍｇの合計で０．００１ｍａｓｓ％以上の添加が必要であり、一方、０．０１０ｍａｓｓ％超え添加すると、却って鉄損が上昇してしまう。よって、Ｃａ，Ｍｇを添加する場合は上記範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．００３〜０．００８ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｃｕ：０．０１〜０．２ｍａｓｓ％
Ｃｕは、集合組織を改善し、磁束密度を高める効果があるが、上記効果を得るためには０．０１ｍａｓｓ％以上含有させることが望ましい。一方、０．２ｍａｓｓ％を超えると、上記効果が飽和するため、上限は０．２ｍａｓｓ％とする。より好ましくは０．０５〜０．１５ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｎｉ：０．０５〜１ｍａｓｓ％
Ｎｉは、鋼の強度や固有抵抗を高める効果があるが、上記効果を得るためには０．０５ｍａｓｓ％以上含有させることが望ましい。しかし、Ｎｉは高価であり、原料コストの増加を招くため、上限は１ｍａｓｓ％とする。より好ましくは０．１〜０．５ｍａｓｓ％の範囲である。
Ｃｒ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％
Ｃｒは、鋼の固有抵抗を高めて鉄損を低減する効果があるが、上記効果を得るためには０．０１ｍａｓｓ％以上含有させることが望ましい。しかし、０．５ｍａｓｓ％を超えると、原料コストの増加を招くため、上限は０．５ｍａｓｓ％とする。より好ましくは０．１〜０．４ｍａｓｓ％の範囲である。
次に、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
まず、本発明に適合する上記成分組成を有する鋼を、転炉や電気炉、真空脱ガス装置等を用いる通常公知の精錬プロセスで溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法で鋼スラブとし、この鋼スラブを通常公知の方法で熱間圧延して熱延板とする。
上記熱延板には、必要に応じて熱延板焼鈍を施してもよく、その場合の均熱温度は８００〜１１００℃の範囲とするのが好ましい。８００℃未満では、熱延板焼鈍の効果が小さく、十分な磁気特性改善効果が得られず、一方、１１００℃を超えると、製造コスト的に不利となったり、冷間圧延時の脆性破壊（板破断）を助長したりするおそれがある。
上記熱間圧延後または熱延板焼鈍後の熱延板は、その後、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延板とする。この際、最終の冷間圧延は、磁束密度を向上させる観点から、２００℃以上の温間圧延とするのが好ましい。
なお、最終板厚（製品板厚）は、０．１〜０．３ｍｍの範囲とすることが好ましい。０．１ｍｍ未満では生産性が低下し、一方、０．３ｍｍ超えでは、鉄損低減効果が小さいためである。
最終板厚とした冷延板は、その後、仕上焼鈍を施すが、この条件は、７００〜１０００℃の温度で１〜３００秒間均熱する連続焼鈍とするのが好ましい。均熱温度が７００℃未満では、再結晶が十分に進行せず、良好な磁気特性が得られないことに加えて、連続焼鈍における形状矯正効果が十分に得られない。一方、１０００℃を超えると、結晶粒径が粗大化し、強度が低下してしまうためである。なお、ロータコアに求められる仕上焼鈍後の強度を確保する観点から、仕上焼鈍は、形状矯正が可能な範囲でできる限り低温・短時間とするのが望ましい。
上記仕上焼鈍後の鋼板は、その後、積層時の絶縁性を確保するため、鋼板表面に絶縁被膜を被成するのが好ましい。この絶縁被膜は、良好な打ち抜き性を確保するためには、樹脂を含有する有機被膜を、一方、溶接性を重視する場合には、半有機や無機被膜を選択するのが望ましい。
なお、ステータコアは、仕上焼鈍後の鋼板を打抜加工等でコア形状に加工し、積層し、固定した後、歪取焼鈍を施して製造するのが一般的であるが、この際の歪取焼鈍は、不活性ガス雰囲気中で、７８０〜９５０℃×０．１〜１０ｈｒの条件で行うのが好ましい。歪取焼鈍温度が７８０℃未満では、歪取焼鈍による鉄損改善効果が小さく、一方、９５０℃を超えると、積層した鋼板間の絶縁を確保することが困難となるためである。なお、前述したように、この歪取焼鈍では、歪取焼鈍後の磁歪を低減するため、歪取焼鈍の均熱温度から６５０℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下とすることが重要である。
表２に示す各種成分組成を有する鋼スラブを１１００℃の温度で３０分間加熱した後、熱間圧延して板厚１．８ｍｍの熱延板とし、該熱延板に９８０℃×３０秒の熱延板焼鈍を施した後、１回の冷間圧延で表３に示した各種板厚の冷延板とし、上記冷延板に表３に示した温度に１０秒間均熱保持する仕上焼鈍を施した。
次いで、上記仕上焼鈍後の鋼板から、Ｌ：２８０ｍｍ×Ｃ：３０ｍｍのＬ方向サンプル、および、Ｃ：２８０ｍｍ×Ｌ：３０ｍｍのＣ方向サンプルを切り出し、レーザ変位計を用いて仕上焼鈍後の鋼板の磁歪λ０−ｐ（生）を測定するとともに、上記仕上焼鈍板の製品板からＪＩＳ５号引張試験片を採取し、引張試験を行い、降伏応力を測定した。
さらに、上記仕上焼鈍後の磁歪測定を行った２８０ｍｍ×３０ｍｍのＬ方向およびＣ方向サンプルに対して、表３に示す温度で１時間均熱する歪取焼鈍を施した。この際、歪取焼鈍の均熱温度から６５０℃までの冷却速度を表３に示したように変化させた。
次いで、上記歪取焼鈍後のサンプルについて、レーザ変位計で磁歪λ０−ｐ（焼）を測定し、歪取焼鈍前後の磁歪比（λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生））を求めるとともに、エプスタイン試験で歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００を測定した。
上記測定の結果を、表３に併記した。この表から、本発明に適合する成分組成を有する鋼素材を用いて、本願発明に適合した条件で製造した無方向性電磁鋼板およびモータコアは、優れた機械的特性と磁気特性を有していることがわかる。なお、表２に示した鋼符号：Ｅ，Ｇ，ＬおよびＱは、冷間圧延不能であったため、評価対象から除外した。
Figure 0006770260
Figure 0006770260
Figure 0006770260
Figure 0006770260

Claims (8)

  1. Ｃ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２．５〜６．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．１〜３ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｖ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＯ：０．００２９％以下を含有し、かつ、上記Ｓｉ，ＡｌおよびＭｎが下記（１）式を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼スラブを熱間圧延し、冷間圧延し、仕上焼鈍し、歪取焼鈍する無方向性電磁鋼板の製造方法において、
    上記仕上焼鈍後の降伏応力が４００ＭＰａ以上であり、
    上記歪取焼鈍後の鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が板厚ｔ（ｍｍ）との関係で下記（２）式を満たし、さらに、上記歪取焼鈍後の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（焼）が５．０×１０−６以下で、歪取焼鈍前の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（生）に対する上記歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）の比（λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生））が０．８未満となるよう、仕上焼鈍および歪取焼鈍の条件を調整することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
    記
    Ｓｉ−２Ａｌ−Ｍｎ≧０ ・・・（１）
    Ｗ１０／４００≦１０＋２５ｔ ・・・（２）
  2. 上記歪取焼鈍を、均熱温度を７８０〜９５０℃とし、均熱温度から６５０℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下として行うことを特徴とする請求項１に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  3. 上記鋼スラブは、上記成分組成に加えてさらに、下記Ａ〜Ｄ群のうちの少なくとも１群の成分を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
    記
    ・Ａ群；ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種または２種を合計で０．００２０〜０．１０ｍａｓｓ％
    ・Ｂ群；Ｓｎ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％およびＳｂ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種
    ・Ｃ群；ＣａおよびＭｇから選ばれる１種または２種を合計で０．００１〜０．０１０ｍａｓｓ％
    ・Ｄ群；Ｃｕ：０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜１ｍａｓｓ％およびＣｒ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上
  4. Ｃ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２．５〜６．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．１〜３ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｖ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＯ：０．００２９％以下を含有し、かつ、上記Ｓｉ，ＡｌおよびＭｎが下記（１）式を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、降伏応力が４００ＭＰａ以上である一つの無方向性電磁鋼板からロータコア材とステータコア材を同時に採取した後、上記ロータコア材は積層してロータコアとし、上記ステータコア材は積層し、歪取焼鈍を施してステータコアとするモータコアの製造方法において、
    上記歪取焼鈍後のステータコアの鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が板厚ｔ（ｍｍ）との関係で、下記（２）式を満たし、かつ、
    上記歪取焼鈍後の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（焼）が５．０×１０−６以下であり、
    さらに、歪取焼鈍前の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（生）に対する上記歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）の比（λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生））が０．８未満となるよう仕上焼鈍および歪取焼鈍の条件を調整することを特徴とするモータコアの製造方法。
    記
    Ｓｉ−２Ａｌ−Ｍｎ≧０ ・・・（１）
    Ｗ１０／４００≦１０＋２５ｔ ・・・（２）
  5. 上記歪取焼鈍を、均熱温度を７８０〜９５０℃とし、均熱温度から６５０℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下として行なうことを特徴とする請求項４に記載のモータコアの製造方法。
  6. 上記無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、下記Ａ〜Ｄ群のうちの少なくとも１群の成分を含有することを特徴とする請求項４または５に記載のモータコアの製造方法。
    記
    ・Ａ群；ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種または２種を合計で０．００２０〜０．１０ｍａｓｓ％
    ・Ｂ群；Ｓｎ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％およびＳｂ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種
    ・Ｃ群；ＣａおよびＭｇから選ばれる１種または２種を合計で０．００１〜０．０１０ｍａｓｓ％
    ・Ｄ群；Ｃｕ：０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜１ｍａｓｓ％およびＣｒ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上
  7. Ｃ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２．５〜６．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．２ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．１〜３ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｖ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＯ：０．００２９％以下を含有し、かつ、上記Ｓｉ，ＡｌおよびＭｎが下記（１）式を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する同一の無方向性電磁鋼板から製造されたロータコアとステータコアからなるモータコアにおいて、
    上記ロータコアは、降伏応力が４００ＭＰａ以上であり、
    上記ステータコアは、鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が板厚ｔ（ｍｍ）との関係で下記（２）式を満たし、かつ、４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（焼）が５．０×１０−６以下で、歪取焼鈍前の４００Ｈｚ、１．０Ｔでの圧延方向および圧延直角方向の磁歪の平均値λ０−ｐ（生）に対する上記歪取焼鈍後の磁歪λ０−ｐ（焼）の比（λ０−ｐ（焼）／λ０−ｐ（生））が０．８未満であることを特徴とするモータコア。ここで、上記歪取焼鈍は、不活性ガス雰囲気中で、７８０〜９５０℃×０．１〜１０ｈｒの条件とし、均熱温度から６５０℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下として行なうものとする。
    記
    Ｓｉ−２Ａｌ−Ｍｎ≧０ ・・・（１）
    Ｗ１０／４００≦１０＋２５ｔ ・・・（２）
  8. 上記無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、下記Ａ〜Ｄ群のうちの少なくとも１群の成分を含有することを特徴とする請求項７に記載のモータコア。
    記
    ・Ａ群；ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種または２種を合計で０．００２０〜０．１０ｍａｓｓ％
    ・Ｂ群；Ｓｎ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％およびＳｂ：０．００５〜０．２０ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種
    ・Ｃ群；ＣａおよびＭｇから選ばれる１種または２種を合計で０．００１〜０．０１０ｍａｓｓ％
    ・Ｄ群；Ｃｕ：０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．０５〜１ｍａｓｓ％およびＣｒ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上
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