JPH028346A - 高張力電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、回転機の回転部に鉄心として用いられる電磁
鋼板、特に回転時の応力あるいは加減速時の応力変動に
耐え得る優れた機械特性と磁気特性を具備した降伏強度
の高い回転機用電磁鋼板に関するものである。

［従来の技術］ 近年、エレクトロニクスの発達により回転機の駆動シス
テムの機能か高度化し、さまざまな回転駆動制御が可能
となってきた。即ち、駆動電源の周波数を制御すること
により、可変速運転、商用周波数以上での高速運転を可
能とした回転機が増加してきた。

一方、メカトロニクスの発展により、回転機の高速化の
要求が高まり、さらに従来、高速回転機は比較的小容量
に限られていたが、この傾向は中・大型の回転機分野に
も広がりつつある。

このような高速回転機を実現するには、高速回転に耐え
得る構造の回転子とする必要がある。

般に、回転する物体に作用する遠心力は回転半径に比例
し、回転速度の２乗に比例して大きくなるので、中・大
型の高速回転機ではその回転子に作用する力がＢＯｋｇ
／ｒｒｆを超える場合がある。

また、超大型の回転機の場合、回転数が比較的低くても
回転部の直径が大きいために、結果的に８０ｋｇ／−以
上の応力が作用する場合があり、回転子には高抗張力の
素材が必要となる。

さらに、可変速運転が必要な回転機では加減速が頻繁に
行なわれるため、素材として単に抗張力が高いだけでな
く、繰返し応力に対して疲労破壊する限度応力（疲労限
）の高い素材でなければならない。

通常、回転機の回転子には積層した無方向性電磁鋼板か
使われるが、前記のような回転機では所要の機械強度を
満足できない場合があり、その際には中実の鋳鋼製の回
転子などが採用されている。

しかし、回転機の回転子は電磁気現象を利用するもので
あるから、その素材としては前述の機械特性と同時に磁
気特性が優れていることが要求される。

回転子用の鉄心素材に要求される磁気特性のうち、特に
重要であるのは鉄損と磁束密度である。

回転子に発生する鉄損の主たるものは、回転子鉄心表面
に生じるリップル損と呼ばれる高周波磁束による損失で
、その周波数ｆＲは次式のように表わされる。

ｆＲ＝２−　ｆｏ−Ｍ／Ｐ ここにｆｏ：駆動電源の周波数 Ｍ　：固定子鉄心の歯数（ティース数）−回転機の磁極
数 −例として、駆動電源の周波数を商用周波数の２倍程度
とした２極回転機の場合を考えると、そのリップル磁束
の周波数は１〜１ＯｋＨｚの範囲となる。

従って、このような回転子用鉄心素材としては、上記の
周波数領域における鉄損が小さいものが望ましい。しか
し、前述の中実鋳鋼の回転子は一体のものであるために
、高周波領域では渦電流損失か非常に大きくなって、電
磁鋼板を積層してなる回転子を用いた場合に比べ、回転
機としての効率が数％低いと言われている。

もう一つの重要な磁気特性は励磁特性である。

回転子鉄心素材の磁束密度が低いと、所要のトルクを発
生させるために必要な磁束を回転子に流すために、励磁
アンペアターンを大きくしなければならない。これは励
磁コイルでの銅損の増加につながるため、回転機の総合
的な効率の低下を招く。

即ち、中実鋳鋼製の回転子から、機械特性および鉄損と
もに優れた素材を積層した回転子に置き換えれば、鉄損
は確実に減少するが、その素材の磁束密度が低いと銅損
か増加し、場合によっては鉄損の減少分が相殺されて、
効率が向上しないこともありうる。

このように、かかる回転機の回転子鉄心素材としては、
機械的には高い抗張力と疲労強度を有し、かつ磁気的に
は高周波数における鉄損か低く、磁束密度が高いことを
同時に満足するものでなければならない。

鋼板の機械強度を高める手段として、冷延鋼板の分野で
一般的に用いられる方法には、固溶硬化、析出硬化、細
粒化による硬化、変態組織による硬化などがあるが、一
般に、高い機械強度と低鉄損・高磁束密度という優れた
磁気特性とは相反する関係にあり、これらを同時に満足
させるのは困難であった。

公知の技術として、例えば特開昭６０−２３８４２１号
公報のようにＳｉ含有量を３．５〜７．０％と高め、こ
れに固溶硬化の大きい元素を添加し、抗張力を高める方
法が提案されているが、この方法ではＳｉ含有量に依存
している割合が高いために、熱延板から最終冷延厚みに
圧延するに際して、１００〜６００℃の温間圧延が必要
という欠点があった。さらに、この技術によって得られ
る鋼板の磁束密度Ｂ５０は１．５６〜１．６１Ｔと極め
て低いという大きな問題があった。

また特開昭８１−９５２０号公報では、Ｓｉ含有量を高
め、これに固溶硬化の大きい元素を添加した溶鋼を急冷
凝固法により銅帯とし、これを冷間あるいは温間圧延し
、さらに焼鈍を施して、抗張力が高く、鉄損の低い高抗
張力無方向性電磁鋼板を製造する方法が提案されている
。この技術によれば、Ｓｉ含有量を高めても急冷凝固法
であるため、従来の圧延による製造法のように材料の脆
化による制約は緩和される。

しかし、前出の技術と同様、例えば７０ｋｇ／−以上の
高抗張力を得るためには、Ｓ１含有量を４〜４．５％と
高めねばならず、磁束密度”５０は非常に低くなるとい
う問題があった。

一方、特開昭５５−６５３４９号公報などに提案されて
いるように、センダスト系の硬度が非常に高く、透磁率
の高い磁性材料を製造する技術があるが、これらの材料
は主に磁気ヘッドあるいは小型の高周波トランスなどの
静止器用である。

本発明が対象としている回転機の回転子鉄心は、通常打
ち抜きにより加工され、積層結束される。

そして実際の回転機の運転状態では回転・停止・加減速
による繰返し応力を受ける。

従って、かかる回転子用鉄心材料としては、打ち抜き加
工で割れなどが発生することなく、かつ繰返し応力に耐
する破壊強度の高いものでなければならない。センダス
ト系の材料は機械的に高強度で耐摩耗性に優れているが
、半面非常に脆いため、上記の観点から回転機用には使
用できなかった。

そこで、本発明者らは特開昭６２−２５８９１７号公報
で回転機用高抗張力無方向性電磁鋼板及びその製造方法
を提示した。これはＹＰ≧６０ｋｇ　ｆ　／−級の無方
向性電磁鋼板の工業生産を可能とした。

その後、ＹＰの更に高いものの開発に取り組んだ結果、
磁気特性への悪影響を軽微におさめつ＼、ＹＰ≧７０ｋ
ｇ　ｆ　／−級の高張力無方向性電磁鋼板の工業生産を
可能とするに至った。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、磁気特性の優れたＹＰ≧７０ｋｇｆ／
ＩＩＩＩ！級の高張力無方向性電磁鋼板及びその製造方
法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 鋼の強化機構として、固溶強化、析出強化、細粒化によ
る強化、変態組織による強化、加工による強化等がある
が、いずれの強化方法によっても本質的に材料の軟磁性
が損なわれることは避けられない。

しかし乍ら、固溶強化、析出強化、細粒化による強化に
対し、変態組織による強化、加工による強化の場合、磁
性への悪影響は非常に大きなものがある為、前３者を組
み合わせて活用することによって磁気特性の良好な高張
力無方向性電磁鋼板を開発した。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず成分の限定理由を説明する。

Ｓｉ：２．０％以上〜４．０％未満 Ｓｔは鋼の固有抵抗を増し、渦電流を減少させるので、
鉄損減少に最も効果の大きい元素である。

同時にＳｔは抗張力を高めるにも有効な元素であるか、
添加量が２％未満ではその効果が不充分である。

一方、Ｓｔは鋼を脆化し、かつ製品の飽和磁束密度を低
下させる。従って、本発明では現状の圧延技術で工業的
規模の製造が可能でかつ高い磁束密度を確保するため、
上限を４．０％とする。

Ａ、１７：２．０％以下 ＡΩもＳｔと同様の効果を有するため適量添加する。但
し、全く添加しなくても良いことから、脆性上の問題か
ら上限のみ２．０％とする。

Ｐ　：　０．２％以下 Ｐは強度を高める効果が非常に大きい元素であるが、粒
界に偏析することから鋼の粒界脆性をもたらすことが知
られている。この粒界脆性の問題を避けて、工業的規模
で連続鋳造・熱間圧延・冷間圧延を可能とするために上
限を０．２％とする。

Ｍｎ　、　Ｎｉ　　：　０．３％≦Ｍｌ　＋Ｎｉ　＜１
０％Ｍｎ、Ｎｉはともに磁気特性に与える悪影響が比較
的小さく、かつ固溶効果による強度上昇効果も大きい。

ここでＭｎとＮｉの添加量を合計量で規定したのは、両
元素の強度におよぼす効果と磁束密度に与える悪影響か
はゾ同じであるためで、合計添加量で添加効果が明確と
なる０、３％以上から、磁束密度の低下が許容できる限
度から１０％未満とする。

Ｎｂ、Ｚｒ　　： 実施例５に示すように、Ｎｂ　／８　（Ｃ＋Ｎ）が０．
１以下では高張力化の効果が不充分であること、又、１
．０以上では添加コスト及び再結晶温度の上昇等の不利
があること及びＺｒはＮｂとはＶ同等の効果が期待でき
ることから、（Ｎｂ＋Ｚｒ）／８　（Ｃ十Ｎ）を０．１
超、１．０未満に限定した。

Ｔｉ、Ｖ： 実施例６に示すように、Ｔｊ　／４　（Ｃ＋Ｎ）が０．
４以下では高張力化の効果が不充分であること、又４，
０以上では添加コスト及び再結晶温度の上昇等の不利が
あること及びＶはＴｉとはＶ同等の効果が期待できるこ
とから、（Ｔｉ　十Ｖ）／４　（Ｃ十Ｎ）を０．４超、
４０未満に限定した。

尚、上述のＮｂ、Ｚｒ、Ｔｉ　、Ｖ等の炭窒化物形成元
素を利用する場合のＣは、００４％以下と限定した。こ
れは０．０４％超とした場合、磁性の劣化が余りに大き
くなるためである。

Ｐによる粒界脆化を回避するためにＢを適量添加するこ
とは有効であり、その添加量を４０±３０ｐｐｍに限定
した。

次に、製造方法についてその限定理由を述べる。

連続鋳造、熱間圧延については公知の方法によって行な
うことができる。そして熱延板焼鈍は、磁気特性上の要
請と機械特性上の要請とを勘案して、適用するかしない
かを決めて良い。

また、冷間圧延についても公知の方法によって行なうこ
とができるが、鋼成分によっては温間圧延等の適用が好
適な場合もある。

最も大切なポイントは製品板の結晶粒径を規定する焼鈍
条件であり、７００℃以上９００℃未満の温度範囲で再
結晶させることか必要である。

実施例の中には７５０℃未満で焼鈍したケースはないが
、工業的に等価な焼鈍温度×焼鈍時間を考慮して、温度
範囲の下限を７００℃とした。尚、上限についても９０
０℃未満×３０秒と等価な焼鈍温度×焼鈍時間を考えれ
ば、９００℃以上の高温短時間焼鈍でも良い訳だが、工
業的に安定して製造可能な範囲を考慮して上限を９００
℃とした。

［実　施　例］ 実施例　１ 表１に示す成分組成の各鋼を鋼塊に鋳造し、１１００℃
に加熱して分塊圧延し、スラブとした。次いで、１１０
０℃に加熱してから熱間圧延を施して、板厚を２．３＋
ａ＋ａとした後、酸洗し、次いで冷間圧延により板厚を
０．５ｍｍないし０．６５ｍ１１とした。

続いてこの冷間鋼帯を７５０℃から８００℃の温度で３
０秒間焼鈍した。

その結果得られた機械特性と磁気特性を表１に示した。

実施例　２ 表２に示す成分組成の各鋼を鋼塊に鋳造し、１１００℃
にて加熱して分塊圧延し、スラブとした。

次いで、１１００℃に加熱してから熱間圧延を施して板
厚を１．８ｍｍまたは２．０ｍｍとした後、表２に示す
如く、あるものはそのま＼、あるものは９００℃にて１
分間の熱延板焼鈍を施し、次いで酸洗し、冷間圧延によ
り板厚を０．５關とした。

続いてこの冷延鋼帯を７５０℃ないし８００℃の温度で
３０秒間焼鈍した。

その結果得られた機械特性と磁気特性を表２に示した。

［発明の効果コ 以上のように、本発明により高い降伏強度を有し、かつ
鉄損が小さく、磁束密度が高いことを同時に併せ持つ高
張力電磁鋼板が得られ、小型回転機の超高速回転化、中
・大型回転機の高速回転化に伴なうロータ材料の高張力
化要請に充分応えることができ、その工業的効果は非常
に大きい。

代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫手続補正書（
自発） 昭和６３年８月１８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％で Ｃ：０．０４％以下、 Ｓｉ：２．０％以上〜４．０％未満、 Ａｌ：２．０％以下、 Ｐ：０．２％以下 を含み、かつ Ｍｎ、Ｎｉのうち１種または２種を０．３％≦Ｍｎ＋Ｎ
   ｉ＜１０％の範囲で含有し、 Ｎｂ、Ｚｒのうち１種または２種を制御して０．１＜（
   Ｎｂ＋Ｚｒ）／８（Ｃ＋Ｎ）＜１．０残部Ｆｅ及び不可
   避不純物元素よりなる降伏強度（ＹＰ）≧７０ｋｇｆ／
   ｍｍ＾２の機械特性を有し、磁気特性に優れた高張力電
   磁鋼板。 ２、重量％で Ｃ：０．０４％以下、 Ｓｉ：２．０％以上〜４．０％未満、 Ａｌ：２．０％以下、 Ｐ：０．２％以下 を含み、かつ Ｍｎ、Ｎｉのうち１種または２種を０．３％≦Ｍｎ＋Ｎ
   ｉ＜１０％の範囲で含有し、 Ｎｂ、Ｚｒのうち１種または２種を制御して０．１＜（
   Ｎｂ＋Ｚｒ）／８（Ｃ＋Ｎ）＜１．０さらに Ｂ：４０±３００ｐｐｍ 残部Ｆｅ及び不可避不純物元素よりなる降伏強度（ＹＰ
   ）≧７０ｋｇｆ／ｍｍ＾２の機械特性を有し、磁気特性
   に優れた高張力電磁鋼板。 ３、重量％で Ｃ：０．０４％以下、 Ｓｉ：２．０％以上〜４．０％未満、 Ａｌ：２．０％以下、 Ｐ：０．２％以下 を含み、かつ Ｍｎ、Ｎｉのうち１種または２種を０．３％≦Ｍｎ＋Ｎ
   ｉ＜１０％の範囲で含有し、 Ｔｉ、Ｖのうち１種または２種を制御して ０．４＜（Ｔｉ＋Ｖ）／４（Ｃ＋Ｎ）＜４．０残部Ｆｅ
   及び不可避不純物元素よりなる降伏強度（ＹＰ）≧７０
   ｋｇｆ／ｍｍ＾２の機械特性を有し、磁気特性に優れた
   高張力電磁鋼板。 ４、重量％で Ｃ：０．０４％以下、 Ｓｉ：２．０％以上〜４．０％未満、 Ａｌ：２．０％以下、 Ｐ：０．２％以下 を含み、かつ Ｍｎ、Ｎｉのうち１種または２種を０．３％≦Ｍｎ＋Ｎ
   ｉ＜１０％の範囲で含有し、 Ｔｉ、Ｖのうち１種または２種を制御して ０．４＜（Ｔｉ＋Ｖ）／４（Ｃ＋Ｎ）＜４．０さらに Ｂ：４０±３０ｐｐｍ 残部Ｆｅ及び不可避不純物元素よりなる降伏強度（ＹＰ
   ）≧７０ｋｇｆ／ｍｍ＾２の機械特性を有し、磁気特性
   に優れた高張力電磁鋼板。 ５、請求項１〜４記載の成分よりなる鋼を、連続鋳造あ
   るいは鋼塊−分塊圧延によってスラブとなし、次いで熱
   間圧延してそのままあるいは焼鈍して後、酸洗し、冷間
   圧延して最終板厚となして後、７００℃以上９００℃未
   満の温度範囲で再結晶させることを特徴とする降伏強度
   （ＹＰ）≧７０ｋｇｆ／ｍｍ＾２の機械特性を有し、磁
   気特性に優れた高張力電磁鋼板の製造方法。