JPWO2020262063A1 - 無方向性電磁鋼板の製造方法とモータコアの製造方法およびモータコア - Google Patents
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Abstract
Description
0.20≦(Zn/65)/(S/32)≦0.90 ・・・(1)
を満たすことを特徴とする。
・A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
・B群;Ca,MgおよびREMのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.0005〜0.020mass%
・C群;Cr,Co,NiおよびCuのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.01〜1.0mass%
・D群;Mo:0.001〜0.1mass%およびW:0.001〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種
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。
(t×N2)/{(t/10)×N1}≧5.0 ・・・(2)
を満たし、かつ、鉄損W10/400(W/kg)が、板厚t(mm)との関係において、下記(3)式;
W10/400≦8+20×t ・・・(3)
を満たすよう歪取焼鈍を施すことを特徴とするモータコアの製造方法を提案する。
(t×N2)/{(t/10)×N1}≧5.0 ・・・(2)
を満たし、かつ、鉄損W10/400(W/kg)が板厚t(mm)との関係において下記(3)式;
W10/400≦8+20×t ・・・(3)
を満たすことを特徴とするモータコアである。
0.20≦(Zn/65)/(S/32)≦0.90 ・・・(1)
を満たすことを特徴とする。
・A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
・B群;Ca,MgおよびREMのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.0005〜0.020mass%
・C群;Cr,Co,NiおよびCuのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.01〜1.0mass%
・D群;Mo:0.001〜0.1mass%およびW:0.001〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種
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。
まず、機械的特性および磁気特性の測定に供する仕上焼鈍板を下記の工程で製造した。
1.下記の成分組成の鋼を真空溶解炉で11チャージ溶製し、鋳造して鋼素材とする連続鋳造工程。
(鋼の成分組成)
C:0.0025mass%、Si:3.5mass%、Mn:0.7mass%、P:0.01mass%、S:0.0021mass%、Al:0.9mass%、N:0.0019mass%、Ti:0.0011mass%、Nb:0.0009mass%およびO:0.0024mass%を含有し残部がFeおよび不可避不純物からなる。
2.鋼素材を板厚2.0mmの熱延板とする熱間圧延工程。
3.熱延板を930℃×30secで焼鈍する熱延板焼鈍工程。
4.熱延板焼鈍後の熱延板を酸洗する酸洗工程。
5.酸洗後の熱延板を最終板厚0.25mmの冷延板とする冷間圧延工程。
6.vol%比でH2:N2=20:80の雰囲気下で冷延板に800℃×10secの仕上焼鈍を施す仕上焼鈍工程。
0.20≦(Zn/65)/(S/32)≦0.90 ・・・(1)
を満たすことがより好ましいことがわかった。これは、0.20>(Zn/65)/(S/32)では、上記範囲内である場合に比べて、Znの窒化抑制効果が得られ難くなるためと推定される。また、(Zn/65)/(S/32)>0.90では、ZnSの析出量が多くなり、却って鉄損が増加するためと推定される。
1.下記成分組成の鋼を真空溶解炉で7チャージ溶製し、鋳造して鋼素材とする連続鋳造工程。
(鋼の成分組成)
C:0.0026mass%、Si:3.6mass%、Mn:0.5mass%、P:0.01mass%、S:0.0017mass%、Al:1.0mass%、N:0.0021mass%、Ti:0.0013mass%、Nb:0.0009mass%、O:0.0022mass%およびZn:0.0019mass%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。
2.鋼素材を板厚1.8mmの熱延板とする熱間圧延工程。
3.熱延板を920℃×30secで焼鈍する熱延板焼鈍工程。
4.熱延板焼鈍後の熱延板を酸洗する酸洗工程。
5.酸洗後の熱延板を最終板厚0.30mmの冷延板とする冷間圧延工程。
6.vol%比でH2:N2=20:80の雰囲気下で冷延板に790℃×10secの仕上焼鈍を施す仕上焼鈍工程。
本発明は、上記の新規な知見に、さらに検討を加えてなされたものである。
C:0.0050mass%以下
Cは、炭化物を形成して磁気時効を起こし、製品板の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%に制限する必要がある。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、製鋼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、固溶強化によって鋼の強度を高める効果があるため、2.8mass%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、3.0〜6.0mass%の範囲である。
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、また、硫化物を形成してSを固定し、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、スラブ割れ等を引き起こし、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は、固有抵抗を高め、渦電流損の低減効果が大きい元素であり、また、固溶強化能にも優れるため、適宜添加することができる。しかし、Pの過剰な添加は、冷間圧延性の悪化を招くので、上限は0.10mass%とする。好ましくは、0.05mass%以下である。
Sは、硫化物となって析出物や介在物を形成し、製造性(熱間圧延性)や製品板の磁気特性を低下させるので、極力低減するのが好ましい。そこで、Sの上限は0.0050mass%とする。より好ましくは、0.0030mass%以下である。
Alは、Siと同様、鋼の固有抵抗を高めて、鉄損を低減する効果がある。しかし、Alが0.3mass%未満では、微細な窒化物を形成して析出し、鉄損特性を悪化させるため、下限は0.3mass%とする。一方、Alが2mass%を超えると、鋼が脆化し、圧延することが困難になるため、上限は2mass%とする。好ましくは、0.4〜1.5mass%の範囲である。
Nは、窒化物を形成して析出し、磁気特性を劣化させる元素であるため、0.0050mass%以下に制限する。好ましくは、0.0040mass%以下である。
Znは、本発明において最も重要な成分の一つであり、歪取焼鈍時の鋼板表面の窒化を抑制する効果があるため、0.0005mass%以上添加する。一方、0.0050mass%を超えて添加すると、硫化物を形成して析出し、却って鉄損を増加させるため、0.0050mass%以下に制限する。好ましくは、0.001〜0.004mass%の範囲である。
TiおよびNbは、微細析出物を形成して析出し、鉄損を増加させる元素である。特に、それぞれの元素の含有量が0.0030mass%を超えると、上記悪影響が顕著になるため、TiおよびNbの含有量はそれぞれ0.0030mass%以下に制限する。好ましくは、それぞれ0.0020mass%以下である。
Oは、酸化物を形成して磁気特性を劣化させる元素であるため、0.0050mass%以下に制限する。好ましくは、0.0040mass%以下である。
0.20≦(Zn/65)/(S/32)≦0.90 ・・・(1)
を満たすことが好ましい。ZnとSの原子比が上記(1)式を満たすことで、Znの窒化抑制効果を顕著に発現させることができる。
Sn:0.005〜0.20mass%、Sb:0.005〜0.20mass%
SnおよびSbは、再結晶集合組織を改善し、磁束密度や鉄損を改善する効果がある。上記効果を得るためには、それぞれ0.005mass%以上添加するのが好ましい。しかし、0.20mass%超え添加しても、上記効果が飽和する。よって、SnおよびSbは、1種または2種を、それぞれ0.005〜0.20mass%の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、それぞれ0.01〜0.1mass%の範囲である。
Ca,MgおよびREMは、安定な硫化物を形成し、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、上記元素のうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.0005mass%以上添加するのが好ましい。一方、0.020mass%超え添加しても、上記効果は飽和してしまう。よって、上記元素を添加する場合は、合計で0.0005〜0.020mass%の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、0.001〜0.008mass%の範囲である。
Cr,Co,NiおよびCuは、鋼の固有抵抗を上昇させ、鉄損を低減するとともに、鋼の強度を高める効果がある。上記効果を得るためには、Cu,NiおよびCrのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.01mass%以上添加するのが好ましい。しかし、1.0mass%以上の添加はコストの上昇を招く。よって、上記元素は、合計で0.01〜1.0ass%の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、0.1〜0.5mass%の範囲である。
MoおよびWは、いずれも鋼板表面の欠陥(ヘゲ)を抑制するのに有効な元素である。特に、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および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およびWのそれぞれの含有量が0.0010mass%を下回ると十分ではなく、一方、0.1mass%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およびWを添加する場合はそれぞれの含有量を上記範囲とするのが好ましい。より好ましくはそれぞれ0.0050〜0.050mass%の範囲である。
本発明の無方向性電磁鋼板の製造工程は、上記した鋼素材の製造工程、熱間圧延工程、熱延板焼鈍工程、酸洗工程、冷間圧延工程および仕上焼鈍工程を含む一連の工程からなる。以下、具体的に説明する。
本発明の無方向性電磁鋼板の製造に用いる鋼素材(スラブ)は、上記した本発明に適合する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た通常公知の精錬プロセスで溶製し、常法の連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法で製造することができる。なお、直接鋳造法で100mm以下の厚さの薄鋳片を製造してもよい。
次いで、上記鋼スラブは、通常公知の方法・条件で熱間圧延して熱延板とする。なお、上記鋼スラブは、通常、加熱炉で所定の温度に再加熱してから熱間圧延に供するが、鋳造後、再加熱することなく直ちに熱間圧延に供してもよい。また、薄鋳片の場合は、熱間圧延してもよいし、熱間圧延を省略して、そのまま以後の工程に進めてもよい。
熱間圧延に続く熱延板焼鈍は、均熱温度を800〜1100℃の範囲として施すのが好ましい。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、結晶粒が粗大化して、冷間圧延時の脆性破壊(板破断)を助長したり、製造コスト的に不利となったりする。また、均熱時間は、生産性を確保する観点から、180sec以下とするのが好ましい。より好ましくは、均熱温度は850〜1000℃、均熱時間は60sec以下である。
次いで、上記熱延板焼鈍後の鋼板は、酸洗して脱スケールした後、1回の冷間圧延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。冷間圧延の仕上厚(最終板厚)は、特に制限されるものではないが0.1〜0.35mm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、0.35mm以上では、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。この仕上焼鈍は連続焼鈍とするのが好ましく、均熱温度は700〜900℃、上記均熱温度に保持する時間は1〜300secの範囲とするのが好ましい。均熱温度が700℃未満、均熱時間が1sec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、均熱温度が900℃超え、均熱時間が300sec超えでは、結晶粒径が粗大化し、鋼板の強度が低下してしまう。なお、ロータコアに求められる仕上焼鈍後の強度(降伏応力:480MPa以上)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く、均熱温度は750〜850℃、均熱時間は1〜30secの範囲とするのがより好ましい。
本発明のモータコアは、上記のようにして得た仕上焼鈍後の鋼板を素材とし、該素材鋼板から打抜加工等でコア形状のロータコア材とステータコア材とを同時に採取する。その後、上記ロータコア材は積層し、固定してロータコアに組み立て、上記ステータコア材は積層し、固定してステータコアに組み立てる。
(t×N2)/{(t/10)×N1}≧5.0 ・・・(2)
を満たすものとなる。
W10/400≦8+20×t ・・・(3)
を満たしたものとなる。上記(3)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。
また、上記仕上焼鈍板の圧延方向(L方向)および圧延直角方向(C方向)のそれぞれから、長さ180mm×幅30mmの試験片を切り出し、表7に示した各種条件で歪取焼鈍を模擬した熱処理を施した後、エプスタイン試験にて、(L+C)方向の鉄損W10/400を測定した。
さらに、上記歪取焼鈍後の試験片について、電解抽出法で、鋼板の片側表面から板厚1/20の層内においてAlNを形成している窒素(N as AlN)の含有量N1(mass%)、および、全板厚においてAlNを形成している窒素(N as AlN)の含有量N2(mass%)を測定した。
Claims (11)
- C:0.0050mass%以下、Si:2.8〜6.5mass%、Mn:0.05〜2.0mass%、P:0.10mass%以下、S:0.0050mass%以下、Al:0.3〜2mass%、N:0.0050mass%以下、Zn:0.0005〜0.0050mass%、Ti:0.0030mass%以下、Nb:0.0030mass%以下およびO:0.0050mass%以下を含有し、かつ、Si+Al≧4mass%を満たし、残部がFeおよび不可避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、熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延し、仕上焼鈍する無方向性電磁鋼板の製造方法において、上記仕上焼鈍後の鋼板の降伏応力を480MPa以上とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記鋼スラブは、ZnおよびSの含有量(mass%)が下記(1)式を満たす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。
記
0.20≦(Zn/65)/(S/32)≦0.90 ・・・(1) - 上記仕上焼鈍の均熱温度を700〜900℃の範囲と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。
- 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1〜3のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
記
・A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
・B群;Ca,MgおよびREMのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.0005〜0.020mass%
・C群;Cr,Co,NiおよびCuのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.01〜1.0mass%
・D群;Mo:0.001〜0.1mass%およびW:0.001〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種 - 上記鋼スラブは、上記成分組成に加えてさらに、その他の選択元素を上記無方向性電磁鋼板の強度特性および磁気特性に影響を与えない範囲で含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法で製造した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、上記ロータコア材を積層してロータコアとし、上記ステータコア材を積層し、歪取焼鈍を施してステータコアとして1組のモータコアを製造する方法において、
上記ステータコアを構成する鋼板が、片側表面から板厚1/20までの層においてAlNとして存在する窒素(N as AlN)の含有量をN1(mass%)、全板厚においてAlNとして存在する窒素量(N as AlN)の含有量をN2(mass%)とし、鋼板の板厚をt(mm)としたとき、上記N1,N2およびtが、下記(2)式を満たし、かつ、鉄損W10/400(W/kg)が、板厚t(mm)との関係において、下記(3)式を満たすよう歪取焼鈍を施すことを特徴とするモータコアの製造方法。
記
(t×N2)/{(t/10)×N1}≧5.0 ・・・(2)
W10/400≦8+20×t ・・・(3) - 上記歪取焼鈍の均熱温度を780〜950℃の範囲とし、歪取焼鈍の雰囲気を、窒素、水素および希ガスのうちから選ばれる1種または2種以上の混合ガスとし、かつ、上記雰囲気中の窒素含有量を30vol%以下、露点を−20℃以下とすることを特徴とする請求項6に記載のモータコアの製造方法。
- C:0.0050mass%以下、Si:2.8〜6.5mass%、Mn:0.05〜2.0mass%、P:0.10mass%以下、S:0.0050mass%以下、Al:0.3〜2mass%、N:0.0050mass%以下、Zn:0.0005〜0.0050mass%、Ti:0.0030mass%以下、Nb:0.0030mass%以下およびO:0.0050mass%以下を含有し、かつ、Si+Al≧4mass%を満たし、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する無方向性電磁鋼板からなるロータコアと、上記と同一の無方向性電磁鋼板からなるステータコアとから構成されるモータコアにおいて、
上記ロータコアを構成する鋼板は、降伏応力が480MPa以上であり、
上記ステータコアを構成する鋼板は、鋼板の片側表面から板厚1/20までの層においてAlNとして存在する窒素(N as AlN)の含有量をN1(mass%)、全板厚においてAlNとして存在する窒素(N as AlN)の含有量をN2(mass%)とし、鋼板の板厚をt(mm)としたとき、上記N1,N2およびtが下記(2)式を満たし、かつ、鉄損W10/400(W/kg)が板厚t(mm)との関係において下記(3)式を満たすことを特徴とするモータコア。
記
(t×N2)/{(t/10)×N1}≧5.0 ・・・(2)
W10/400≦8+20×t ・・・(3) - 上記無方向性電磁鋼板は、ZnおよびSの含有量(mass%)が下記(1)式を満たすことを特徴とする請求項8に記載のモータコア。
記
0.20≦(Zn/65)/(S/32)≦0.90 ・・・(1) - 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8または9に記載のモータコア。
記
・A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
・B群;Ca,MgおよびREMのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.0005〜0.020mass%
・C群;Cr,Co,NiおよびCuのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.01〜1.0mass%
・D群;Mo:0.001〜0.1mass%およびW:0.001〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種 - 上記無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、その他の選択元素を上記無方向性電磁鋼板の強度特性および磁気特性に影響を与えない範囲で含有することを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載のモータコア。
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