(57)【要約】【課題】圧縮応力が付与された際に鉄損値の劣化をまねくことのない、応力依存性の小さい無方向性電磁鋼板を提供する。【解決手段】質量％で、Si：７％以下、Al：３％以下、Mn：0.05〜３％、Ｓ：0.005％以下およびＮ：0.005％以下を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる、鋼板表面に、深さ：５μm〜0.3×板厚、幅：300μm以下およびピッチ：１cm以下の条件を満たす溝を形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Si：７％以下、
Al：３％以下、
Mn：0.05〜３％、
Ｓ：0.005％以下および
Ｎ：0.005％以下
を含み、残部Feおよび不可避不純物からなり、鋼板表面に、下記の条件を満たす溝を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
記
深さ：５μm〜0.3×板厚
幅： 300μm以下
ピッチ：１cm以下
【請求項２】
質量％で、
Si：７％以下、
Al：３％以下、
Mn：0.05〜３％、
Ｓ：0.005％以下および
Ｎ：0.005％以下
を含み、残部Feおよび不可避不純物からなり、鋼板表面から板厚の30％以内に存在する直径５μm以上の介在物量が15個／mm２以下であり、かつ鋼板表面に、下記の条件を満たす溝を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
記
深さ：５μm〜0.3×板厚
幅： 300μm以下
ピッチ：１cm以下
【請求項３】
請求項１または２において、さらに質量％で
Sb：0.001〜0.1％、
Sn：0.001〜0.1％、
Ni：0.1〜5.0％、
Cr：0.2〜5.0％および
Co：0.1〜5.0％
のいずれか１種または２種以上を含むことを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無方向性電磁鋼板、特に圧縮応力下における鉄損劣化の小さい無方向性電磁鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、家庭用エアコンのコンプレッサー用モータは、可変速運転が行われるのが通例であり、最高周波数が200〜400Hz程度であり、パルス幅変調制御等により数kHzのキャリア周波数が重量した状態で使用されている。また、最近急速に普及しているハイブリッド電気自動車の駆動モータや発電機においても、高出力かつ小型化の観点から数kHzの周波数で駆動されている。このようなモータのコア材として使用される無方向性電磁鋼板には、高周波鉄損の低い電磁鋼板が要望されており、Si＋Al：３〜４mass％程度の高グレードの電磁鋼板が使用されている。
【０００３】
ところで、コンプレッサー用モータでは、コアの締結に焼き嵌めが行われている関係から、モータコアは100MPa程度の圧縮力が加わった状態で使用されている。また、ハイブリッド電気自動車の駆動モータには、樹脂モールド等が施されることから、そのモータコアには圧縮力が加わることとなる。このような圧縮応力下において、電磁鋼板の磁気特性は大きく劣化することが知られており、そこで、圧縮応力下での鉄損劣化の少ない材料が求められている。
【０００４】
ここで、圧縮応力下での鉄損特性を改善したものとして、例えば特許文献１には、Si：2.6〜４mass％で比抵抗が50〜75×10−８Ωm、結晶粒径が60〜165μmとした無方向性電磁鋼板が開示されている。しかし、この電磁鋼板を用いても圧縮応力付与による鉄損劣化量は、従来材と著しく異なるものでなく、応力依存性の小さい材料が求められているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第4023183号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、圧縮応力が付与された際に鉄損値の劣化をまねくことのない、応力依存性の小さい無方向性電磁鋼板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】
【０００７】
さて、家電用エアコンのコンプレッサーモータやハイブリッド電気自動車用のモータでは、コアの固定のためハウジングへの焼き嵌めや圧入が行われる。この焼き嵌めや圧入により材料に付与される圧縮応力は40〜150MPa程度と言われており、圧縮応力下での鉄損劣化の少ない電磁鋼板が望まれている。このような圧縮応力下での鉄損特性について、発明者らが鋭意検討したところ、圧縮応力によりヒステリシス損だけでなく渦電流損も増加することが明らかとなった。ハイブリッド電気自動車用モータやエアコンのコンプレッサーモータは、高周波域で駆動されるだけでなく、インバー夕ー制御が行われているために、数kHzの高調波も加わっていることから、渦電流損劣化を抑制することが重要となる。この渦電流振劣化の原因について検討したところ、材料に圧縮応力を付与した際に圧縮応力を緩和するため、鋼板板面方向に磁化が向き、それを磁化したために板面内で渦電流が流れたためであることが明らかとなった。
そこで、鋼板板面内を流れる渦電流を低減するため鋼板表面に溝を付与することを着想し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）質量％で、
Si：７％以下、
Al：３％以下、
Mn：0.05〜３％、
Ｓ：0.005％以下および
Ｎ：0.005％以下
を含み、残部Feおよび不可避不純物からなり、鋼板表面に、下記の条件を満たす溝を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
記
深さ：５μm〜0.3×板厚
幅：300μm以下
ピッチ：１cm以下
【０００９】
（２）質量％で、
Si：７％以下、
Al：３％以下、
Mn：0.05〜３％、
Ｓ：0.005％以下、
Ｎ：0.005％以下および
Ｏ：0.005％以下
を含み、残部Feおよび不可避不純物からなり、鋼板表面から板厚の30％以内に存在する直径５μm以上の介在物量が15個／mm２以下であり、かつ鋼板表面に、下記の条件を満たす溝を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
記
深さ：５μm〜0.3×板厚
幅：300μm以下
ピッチ：１cm以下
【００１０】
（３）前記（１）または（２）において、さらに質量％で
Sb：0.001〜0.1％、
Sn：0.001〜0.1％、
Ni：0.1〜5.0％、
Cr：0.2〜5.0％および
Co：0.1〜5.0％
のいずれか１種または２種以上を含むことを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧縮応力が付与された際に鉄損値の劣化をまねくことのない、すなわち、圧縮応力下において特に高周波鉄損の低い鋼板を得ることができる。従って、本発明の電磁鋼板を用いることにより、焼き嵌めや樹脂モールド等によりコア材料に圧縮力が付与される、エアコンのコンプレッサーモータ、ハイブリッド電気自動車用駆動モータ、電気自動車用駆動モータ、燃料電池電気自動車（FCEV）用駆動モータおよび高速発電機の高周波回転機などの鉄損を低減することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の無方向性電磁鋼板について、詳しく説明する。
まず、成分組成における各成分の限定理由について述べる。なお、成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味するものとする。
Si：７％以下
Siは、固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、７％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため、上限を７％とした。なお、下限は規定しないが、固有抵抗上昇の観点からは0.1％以上であることが好ましい。
【００１３】
Al：３％以下
Alは、固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、３％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため、上限を３％とした。なお、下限は規定しないが、固有抵抗上昇の観点からは0.2％以上であることが好ましい。
【００１４】
Mn：0.05〜３％
Mnは、赤熱脆化を抑制するために、0.05％以上の含有が必要である。一方、３％を超えると、飽和磁化が低下するため上限を３％とした。
【００１５】
Ｓ：0.005％以下
Ｓは、その含有量が多いと硫化物が多くなり、鉄損が増加するため、0.005％以下とする。
【００１６】
Ｎ：0.005％以下
Ｎは、含有量が多いと窒化物が多くなり、鉄損が増加するため、0.005％以下とする。
【００１７】
Ｏは、含有量が多いと介在物が多くなり、鉄損が増加するだけでなく、粗大な介在物を形成するため、0.005％以下とする。
【００１８】
なお、前記成分の残部は鉄および不可避不純物である。また、以上の成分に加えて、さらにSb，Sn，Ni，CrおよびCoを、必要に応じて添加することができる。
Sb：0.001〜0.1％、
Sn：0.001〜0.1％、
すなわち、SbおよびSnは、窒化抑制による低鉄損化の観点から、0.001％以上で添加することが好ましい。一方、0.1％を超えて添加すると、熱間での延性が低下するため、上限は0.1％とする。
【００１９】
Ni：0.1〜5.0％、
Niは、磁束密度を向上する観点から、0.1％以上添加することが好ましい。一方、5.0％を超えると、徒にコストアップをまねくため、上限を5.0％とする。
【００２０】
Cr：0.2〜5.0％
Crは、固有抵抗増大による低鉄損化の観点から、0.2％以上で添加することが好ましい。一方、5.0％を超えると、飽和磁化の低下をまねくため、上限を5.0％とする。
【００２１】
Co：0.1〜5.0％
Coは、磁束密度向上の観点から、0.1％以上添加することが好ましい。一方、5.0％を超えると、徒にコストアップをまねくため、上限を5.0％とする。
【００２２】
前記成分組成を有する鋼板において、その表面に以下の条件を満足する溝を形成することが肝要である。
深さ：５μm〜0.3×板厚
鋼板表面に形成する溝の深さは、５μm以上とする。すなわち、溝深さが５μm未満では、溝付与による渦電流低減効果が期待できないためである。一方、深さが鋼板の厚みの30％を超えると、磁束密度が低下するだけでなく圧縮応力を付与した場合に座屈が生じるため、深さは板厚の0.3倍以内とする。
【００２３】
幅：300μm以下
鋼板表面に形成する溝の幅は、300μm以下とする。なぜなら、幅が300μm超となると、磁束密度が大きく低下するためである。なお、幅は狭くても構わないが、現状では、２μm未満にすることは難しい。
【００２４】
ピッチ：1cm以下
鋼板表面に形成する溝のピッチは、溝相互の開口中心間の距離であり、上限を1cmとする。なぜなら、1cmを超えるピッチで溝を付与したとしても、当該溝による圧縮応力下での鉄損低減効果は得られないためである。なお、ピッチは狭くても構わないが、現状では、10μm未満にすることは難しい。
ここで、溝を付与する方向は特に規定しないが、溝の長手方向が圧縮応力の方向と一致した場合が渦電流の流れを効果的に妨げられるため、モータ作製時には溝の長手方向と圧縮応力付与方向を一致させることが好ましい。
【００２５】
さらに、鋼板中の介在物について、以下の条件を満足することが必要である。
介在物
鋼板表面より板厚の30％以内に存在する、直径５μm以上の介在物の量を、15個／mm２以下とする。これは高周波域において、渦電流が集中する領域が鋼板表面から板厚の30％以内の領域であり、この部分に上記したように溝を付与する必要があるが、この領域に介在物が多数存在した場合には溝の形成が不安定となり所定の効果が得られないことがあるためである。これを回避するためには、15個／mm２以下に介在物を抑制することが有利である。
ここで、介在物の量は、光学顕微鏡を用いて、鋼板断面を研磨した後、表面から板厚の30％以内に存在する直径５μm以上の介在物の数を計測して求めた。
【００２６】
なお、本発明は、高周波域にて鉄損の低い材料を提供するものであり、とりわけ１kHz以上の周波数で使用されるモータに適用することが好ましい。なお、ここで言う周波数とは、基本波の周波数以外にキャリア波の周波数をも含み、該周波数が１kHz以上となるモータにも本発明の適用は効果的である。
【００２７】
（製造方法）
本発明では、成分、介在物、溝条件が所定の範囲であればよく、そのための手法として例えば、所定の成分を転炉で吹練し、溶鋼を脱ガス処理し所定の成分に調整し、引き続き鋳造を行いスラブとした後、該スラブに、通常の方法にて熱間圧延を行う。ここで、介在物を上記した範囲内とするために、真空脱ガスの時間は30分以上とすることが好ましい。次いで、１回の冷間または温間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ２回以上の冷間または温間圧延により、所定の板厚とした後に仕上焼鈍を行う。ここで、熱間圧延時の仕上温度、巻取り温度は特に規定する必要はなく、通常でかまわない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必須ではない。
【００２８】
次に、仕上げ焼鈍後の鋼板に、本発明の範囲内の溝を付与する。溝を付与する方法としては、レーザー加工、エッチング加工、ウォータージェット加工等、どのような方法でも構わない。また、溝付け後の歪取り焼鈍は行ってもよいが、必須ではない。
また、板厚の規定は特にないが、高周波鉄損低減の観点から0.35mm以下、より好ましくは0.2mm以下である。一方、下限は生産性の観点から0.05mm以上とすることが好ましい。
【００２９】
さらに、直径５μm以上の介在物の量を上記した範囲内に抑えるには、例えば、真空脱ガスの時間を20分以上として、酸化物の分離浮上を十分に行うことにより実現できる。
【実施例】
【００３０】
表１に示す鋼を用い、転炉で吹練した後に脱ガス処理を行うことにより所定の成分に調整後、鋳造してスラブとした。介在物量は脱ガス時間を変化させることにより調整した。スラブを1140℃で１hr加熱した後、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。ここで、熱延仕上げ温度は800℃とした。次いで、巻取りを温度610℃にて行い、この巻取り後に、1000℃×30ｓの熱延板焼鈍を施した。その後、酸洗を行い、表１に示す板厚まで冷間圧延を行い、表１に示す仕上焼鈍条件で焼鈍を行った。
【００３１】
その後、エッチング法にて表１に示す条件の溝を圧延方向に沿って鋼板の表面に付与した。
【００３２】
なお、磁気測定は、圧延方向より長さ180mmおよび幅100mmの単板サンプルを切り出し、長手方向に100MPaの圧縮力を付与し、圧縮力付与方向の磁気特性を測定した。
また、介在物の測定には光学顕微鏡を用い、断面を研磨した後、表面から板厚の30％以内に存在する直径５μm以上の介在物数を数えた。ここで、介在物の直径は円相当直径とした。
【００３３】
【表１】
2010215991.tif 000002
【００３４】
表１より、本発明の範囲内の成分、介在物量、溝形状とした場合に、圧縮応力における鉄損劣化を抑制できることがわかる。