(57)【要約】【課題】本発明は、回転子として必要な優れた機械特性を有するとともに、固定子として必要な優れた磁気特性を容易に具備させることができる無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することを主目的とする。【解決手段】本発明は、板厚が０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．０％以上４．０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上３．０％以下、Ａｌ：２．５％以下、Ｐ：０．２５％以下、Ｓ：０．０１％以下およびＮ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14)＜5×10-3を満足する範囲で含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有し、再結晶部分の面積比率が９０％未満である鋼組織を有し、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に再結晶部分の面積比率が１００％となるものであることを特徴とする回転機用無方向性電磁鋼板を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子用素材および回転子用素材が採取される回転機用無方向性電磁鋼板であって、
板厚が０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、
質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．０％以上４．０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上３．０％以下、Ａｌ：２．５％以下、Ｐ：０．２５％以下、Ｓ：０．０１％以下およびＮ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記式（１）を満足する範囲で含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有し、
再結晶部分の面積比率が９０％未満である鋼組織を有し、
８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に再結晶部分の面積比率が１００％となるものであることを特徴とする回転機用無方向性電磁鋼板。
0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14)＜5×10-3      （１）
（ここで、式（１）における、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、ＣおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。）
【請求項２】
前記鋼組成におけるＮｂ含有量が０．０２％超であることを特徴とする請求項１に記載の回転機用無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
前記鋼組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＣｏおよびＷからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機用無方向性電磁鋼板。
Ｃｕ：８．０％以下  Ｎｉ：２．０％以下  Ｃｒ：１５．０％以下
Ｍｏ：４．０％以下  Ｃｏ：４．０％以下    Ｗ：４．０％以下
【請求項４】
前記鋼組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＴｅおよびＢからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板。
Ｓｎ：０．５％以下  Ｓｂ：０．５％以下  Ｓｅ：０．３％以下  Ｂｉ：０．２％以下
Ｇｅ：０．５％以下  Ｔｅ：０．３％以下  Ｂ：０．０１％以下
【請求項５】
前記鋼組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板。
Ｃａ：０．０３％以下  Ｍｇ：０．０２％以下  ＲＥＭ：０．１％以下
【請求項６】
圧延方向に対して４５°方向の引張強さが６００ＭＰａ以上である機械特性を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板。
【請求項７】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の鋼組成を備える鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を７００℃以上９００℃以下の温度域で６０秒間以下均熱する均熱処理工程と
を有することを特徴とする回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項８】
前記熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程を有することを特徴とする請求項７に記載の回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板が積層され、さらに、後熱処理によって再結晶部分の面積比率が１００％とされた固定子と、
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板が積層された回転子と
からなる鉄心を備えることを特徴とする回転機。
【請求項１０】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の回転機用無方向性電磁鋼板から固定子用素材および回転子用素材を打ち抜き、前記固定子用素材および前記回転子用素材をそれぞれ積層した後、前記固定子用素材に後熱処理を施して再結晶部分の面積比率を１００％とし、固定子および回転子となし、前記固定子および前記回転子により鉄心を構成することを特徴とする回転機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などの環境対応車の駆動モータ、ロボット、工作機械などのサーボモータといった高効率回転機（高効率モータ）に用いられる無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。特に、高速回転する永久磁石埋め込み型モータの固定子（ステータ）および回転子（ロータ）や高速回転する誘導モータの固定子および回転子として好適な優れた機械特性と磁気特性とを兼ね備えた無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球環境問題の高まりから、多くの分野において省エネルギー、環境対策技術が進展している。自動車分野も例外ではなく、排ガス低減、燃費向上技術が急速に進歩している。電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池車などの環境対応車はこれらの技術の集大成といっても過言ではなく、自動車駆動モータ（以下、単に「駆動モータ」ともいう。）の性能が自動車性能を大きく左右する。
【０００３】
駆動モータの多くは永久磁石を用いており、巻き線を施した固定子部分と永久磁石を配置した回転子部分とから構成される。最近では永久磁石を回転子内部に埋め込んだ形状（永久磁石埋め込み型モータ；ＩＰＭモータ）が主流となっている。また、パワーエレクトロニクス技術の進展により回転数は任意に制御可能であり、高速化傾向にある。したがって、鉄心素材は商用周波数（５０〜６０Ｈｚ）以上の高周波数域で励磁される割合が高まっており、商用周波数での磁気特性のみでなく、４００Ｈｚ〜数ｋＨｚでの磁気特性改善が要求されるようになってきた。また、回転子は高速回転時の遠心力のみならず回転数変動にともなう応力変動を常時うけることから、回転子の鉄心素材には機械特性も要求されている。特に、ＩＰＭモータの場合には複雑な回転子形状を有することから、回転子用の鉄心材料には応力集中を考慮して遠心力ならびに応力変動に耐えうるだけの機械特性が必要となる。また、ロボット、工作機械用のサーボモータ分野でも、駆動モータと同様に回転数の高速化が今後進行していくと予測される。また、原材料価格の高騰により、高価な永久磁石を使用しない誘導モータを駆動モータとして適用検討する動きもあり、誘導モータの回転子においても強度が要求されるに至っている。
【０００４】
従来、駆動モータの固定子は主に打ち抜き加工した無方向性電磁鋼板の積層により製造されていたが、回転子はロストワックス鋳造法あるいは焼結法などにより製造されることもあった。これは固定子には優れた磁気特性が、回転子には堅牢な機械特性が要求されることによる。しかしながら、モータ性能は回転子−固定子間のエアギャップに大きく影響されるため、上述の回転子では精密加工の必要性が生じ鉄心製造コストが大幅に増加するという問題があった。コスト削減の観点からは、打ち抜き加工した電磁鋼板を使用すればよいが、回転子に必要な磁気特性と機械特性とを兼備した無方向性電磁鋼板は見出されていないのが現状であった。
【０００５】
優れた機械特性を有する電磁鋼板としては、例えば特許文献１に、３．５〜７％のＳｉに加えて、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｏおよびＡｌのうちの１種または２種以上を２０％を超えない範囲で含有する鋼板が提案されている。この方法では鋼の強化機構として固溶強化を利用している。しかしながら、固溶強化の場合には冷間圧延母材も同時に高強度化されるため冷間圧延が困難であり、またこの方法においては温間圧延という特殊工程が必須であることから、生産性向上や歩留まり向上など改善の余地がある。
【０００６】
特許文献２には、２．０〜３．５％のＳｉ、０．１〜６．０％のＭｎに加えてＢおよび多量のＮｉを含有し、結晶粒径が３０μｍ以下である鋼板が提案されている。この方法では鋼の強化機構として固溶強化と結晶粒径微細化による強化とを利用している。しかしながら、結晶粒微細化による強化は比較的効果が小さいため、特許文献２の実施例に示されるようにＳｉを３．０％程度含有させた上に高価なＮｉを多量に含有させることが必須であり、冷間圧延時に割れが多発するという問題や、合金コスト増加という課題が残っている。
【０００７】
特許文献３および特許文献４には、２．０〜４．０％のＳｉに加えてＮｂ、Ｚｒ、Ｂ、ＴｉまたはＶなどを含有する鋼板が提案されている。これらの方法ではＳｉによる固溶強化に加えてＮｂ、Ｚｒ、ＴｉまたはＶの析出物による析出強化を利用している。しかしながら、このような析出物による強化は比較的効果が小さいため、特許文献３および特許文献４の実施例に示されるようにＳｉを３．０％程度含有させる必要があり、特に特許文献３の方法では高価なＮｉを多量に含有させることも必要となる。そのため冷間圧延時に割れが多発するという問題や、合金コスト増加という課題が残っている。また、析出物自体により磁気特性が劣化するため、固定子としての使用は困難である。
【０００８】
特許文献５および特許文献６には、ＳｉおよびＡｌを０．０３〜０．５％と制限した上でＴｉ、ＮｂおよびＶ、あるいはＰおよびＮｉを含有する鋼板がそれぞれ提案されている。これらの方法では、Ｓｉによる固溶強化よりも炭化物の析出強化およびＰの固溶強化を利用している。しかしながら、これらの方法では、後述する駆動モータの回転子として必要な強度レベルを確保することができないという問題や、特許文献５および特許文献６の実施例に示されているように２．０％以上のＮｉ含有が必須であり、合金コストが高いという問題がある。
【０００９】
特許文献７には、Ｓｉ：１．６〜２．８％であって、結晶粒径、内部酸化層厚み、および降伏点を限定した永久磁石埋め込み型モータ用無方向性電磁鋼板が提案されている。しかしながら、この方法による鋼板の降伏点では、高速回転する駆動モータの回転子としては強度不足である。
【００１０】
また、ＪＩＳ Ｃ ２５５２に規定の無方向性電磁鋼板としては、いわゆる高グレード無方向性電磁鋼板（３５Ａ２１０、３５Ａ２３０など）が最も合金含有量が高く高強度であるが、機械特性レベルは上述の高強度電磁鋼板を下回っており高速回転する駆動モータの回転子としては強度不足である。
【００１１】
ところで、近年の原材料価格の高騰を背景に、様々なユーザにおいて鋼材の歩留まり改善による素材コスト低減や製造工程数削減による製造コスト低減が検討されており、歩留まり改善や製造工程数削減を目的として固定子用素材および回転子用素材を同一の電磁鋼板から採取したいという要望が高まっている。
これは、固定子用素材および回転子用素材を同一の電磁鋼板から採取することが可能になれば、一体打ち抜き型の固定子を採用している場合には、これまで廃棄されていた固定子用素材の中央部を打ち抜いた際に生じる残材から回転子用素材を採取することが可能となるので、歩留まりを著しく向上させることが可能になるからである。また、鋼材の歩留りの観点から分割鉄心型の固定子を採用している場合には、上述したように一体打ち抜き型としても高い歩留まりを実現することができるので、分割鉄心型から一体打ち抜き型に変更することにより製造工程数の削減が可能となるからである。
【００１２】
しかしながら後述するように、回転子に使用される電磁鋼板は、磁気特性よりも強度が優先され、固定子に使用される電磁鋼板よりも鉄損値が高くとも許容されるため、高速回転する駆動モータの回転子として必要な強度を満足する電磁鋼板から、固定子用素材および回転子用素材の双方を採取すると、得られる固定子が必要な磁気特性を満足していないために所望のモータ性能が得られないという問題がある。
また、固定子は元来高強度が要求される部材ではないため、固定子として必要な磁気特性を満足する電磁鋼板から、固定子用素材および回転子用素材の双方を採取しても、得られる回転子が必要な強度レベルを満足していないために回転子の疲労破壊が生じるという問題がある。
【００１３】
このように、高速回転する回転子に必要な強度と、固定子に必要な磁気特性とを兼備した電磁鋼板は得られておらず、固定子用素材と回転子用素材を同一の電磁鋼板から採取することにより素材コストまたは製造コストを低減したい、というユーザの要望を実現するには至っていない。
【００１４】
【特許文献１】特開昭６０−２３８４２１号公報
【特許文献２】特開平１−１６２７４８号公報
【特許文献３】特開平２−８３４６号公報
【特許文献４】特開平６−３３０２５５号公報
【特許文献５】特開２００１−２３４３０２号公報
【特許文献６】特開２００２−１４６４９３号公報
【特許文献７】特開２００１−１７２７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、無方向性電磁鋼板の高強度化手法として従来から提案されている固溶強化および析出強化では冷間圧延の母材も強化されてしまうことから冷間圧延時に割れが多発し、結晶粒微細化による高強度化ではその強化量が不十分であるため回転子用途として実用に耐える強度を実現することができない。また、本発明者らは変態強化についても検討を行ったが、変態強化ではマルテンサイト等の変態組織が鉄損を著しく増大させることが判明し、回転子用途として実用に耐える磁気特性を実現することができない。
また、固定子に使用される無方向性電磁鋼板として磁気特性に優れるものが数多く提案されているが、固定子は元来高強度が要求される部材ではないため、回転子用途として実用に耐える強度を実現することができない。
【００１６】
ところで、回転子用途の無方向性電磁鋼板に関しては、本発明者らは従来検討されていなかった転位強化による高強度化に着目し、特開２００６−９０４８号公報、特開２００６−７０２９６号公報、特開２００７−１６２７８号公報、特開２００７−２３３５１号公報、特開２００７−３１７５５号公報において、回転子用途として優れた機械特性と磁気特性とを有する回転子用無方向性電磁鋼板を開示している。その技術的骨子は、均熱処理工程時に進行する再結晶を固溶Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖにより抑制し、鋼組織を回復組織に制御することにある。本技術によれば、従来技術の問題点であった冷間圧延時の割れをともなうことなく回転子用途として実用に耐える強度を実現可能である。
【００１７】
このように転位強化を活用した回転子用無方向性電磁鋼板は、回転子用途として優れた特性を有するものの、固定子用途に要求される程の高い磁気特性までは有していないため、同一の鋼板から固定子用素材と回転子用素材を採取することはできず、歩留まり改善による素材コスト低減や製造工程数削減による製造コスト低減というユーザの要望に応えることはできなかった。
【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高速回転する回転子として必要な優れた機械特性を有するとともに、駆動モータに代表される高効率モータの固定子として必要な優れた磁気特性を容易に具備させることができる無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供し、同一の鋼板から固定子用素材および回転子用素材を採取可能とすることにより、回転機の低コスト化に貢献することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者らは、転位強化により高強度化した無方向性電磁鋼板に、固定子に要求される磁気特性を具備せしめる手法について鋭意検討を行った。その結果、固溶Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖにより再結晶を抑制して回復組織に制御した鋼板に後熱処理を施して再結晶および粒成長を進行させれば、固定子に要求される程度の高い磁気特性を達成できるとの知見を得た。
【００２０】
すなわち、本発明は、固定子用素材および回転子用素材が採取される回転機用無方向性電磁鋼板であって、板厚が０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．０％以上４．０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上３．０％以下、Ａｌ：２．５％以下、Ｐ：０．２５％以下、Ｓ：０．０１％以下およびＮ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記式（１）を満足する範囲で含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有し、再結晶部分の面積比率が９０％未満である鋼組織を有し、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に再結晶部分の面積比率が１００％となるものであることを特徴とする回転機用無方向性電磁鋼板を提供する。
0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14)＜5×10-3      （１）
（ここで、式（１）における、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、ＣおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。）
【００２１】
本発明によれば、鋼組成および再結晶部分の面積比率の適正な制御により強度を高めることができ、板厚も適正に制御されているので、回転子に必要な機械特性および磁気特性を有する無方向性電磁鋼板とすることができる。これにより、回転子の実用性能を改善することができるのである。さらに本発明によれば、析出物ではなく固溶Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖにより再結晶を抑制しているので、後熱処理を施すことにより容易に再結晶が進行し、再結晶部分の面積比率を高めて磁気特性を向上させることができる。また、多量の析出物が鋼中に存在することもないので、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施したもの、すなわち後熱処理後の鋼板においては析出物による磁気特性劣化を著しく抑制することができる。さらに、板厚も適正に制御されているので、後熱処理を施すことにより固定子に必要な磁気特性を有する無方向性電磁鋼板を得ることができる。したがって、同一の電磁鋼板から固定子用素材および回転子用素材を採取することが可能となるのである。
【００２２】
上記発明においては、上記鋼組成におけるＮｂ含有量が０．０２％超であることが好ましい。Ｎｂにより均熱処理での再結晶抑制効果が高まり、回転子として使用する場合の強度および鋼板の生産性を高めることが可能となるからである。
【００２３】
また、本発明においては、上記鋼組成が、上記Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＣｏおよびＷからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することが好ましい。
Ｃｕ：８．０％以下  Ｎｉ：２．０％以下  Ｃｒ：１５．０％以下
Ｍｏ：４．０％以下  Ｃｏ：４．０％以下    Ｗ：４．０％以下
上記元素の高強度化作用により、回転子として使用する場合の強度をより高めることが可能となるからである。
【００２４】
さらに、本発明においては、上記鋼組成が、上記Ｆｅの一部に代えて、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＴｅおよびＢからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することが好ましい。
Ｓｎ：０．５％以下  Ｓｂ：０．５％以下  Ｓｅ：０．３％以下  Ｂｉ：０．２％以下
Ｇｅ：０．５％以下  Ｔｅ：０．３％以下  Ｂ：０．０１％以下
上記元素の粒界偏析により、均熱処理での再結晶を効果的に抑制して回転子として使用する場合の強度を高めることができるだけでなく、後熱処理を施した場合には後熱処理での集合組織制御によって固定子として使用する場合の磁気特性を改善することができるからである。
【００２５】
また、本発明においては、上記鋼組成が、上記Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記の質量％で含有することが好ましい。
Ｃａ：０．０３％以下  Ｍｇ：０．０２％以下  ＲＥＭ：０．１％以下
上記元素の硫化物形態制御作用により、磁気特性をさらに改善することができるからである。
【００２６】
さらに、本発明者らは、転位強化を活用する無方向性電磁鋼板を用いた回転子の実用性能を改善するため鋭意検討を行った。まず、最も重要な性能である疲労特性を調査した結果、同一の鋼板から製造された回転子であっても疲労特性に差が生じることが判明した。この原因を鋼板の異方性に着目して解析した結果、機械特性に顕著な異方性が認められ、最も強度の低い方向へ繰り返し負荷がかかった場合に疲労破壊を誘発しやすいことが判明した。強度の異方性に鋼板ごとのバラツキはなく、転位強化を活用する無方向性電磁鋼板に特有の異方性と判明した。したがって、転位強化により高強度化した無方向性電磁鋼板では疲労破壊を生じやすい方向は常に同一であり、その方向を強化すれば必然的に全体としての疲労破壊は抑制され、回転子の疲労特性を確実に改善することができると判明した。この知見は、機械特性を圧延方向のみ、あるいは板面内の平均特性で評価する従来の評価方法では把握し得なかったものであり、回転子の実用性能向上に確実に寄与できるものである。優れた機械特性を有する電磁鋼板として列挙した上述の従来技術による鋼板も、機械特性を圧延方向のみ、あるいは板面内の平均特性で評価しており、そのような評価で得られる強度が回転子の疲労破壊抑制の指標となる蓋然性は低い。特定の異方性を有する鋼板の特定の方向を高強度化することで、回転子の重要な実用性能である疲労特性を確実に改善することができるのである。
【００２７】
すなわち、本発明においては、圧延方向に対して４５°方向の引張強さが６００ＭＰａ以上である機械特性を有することが好ましい。上記機械特性を有することにより、回転子の疲労特性を確実に改善できるからである。
【００２８】
また、本発明は、上述した鋼組成を備える鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程と、上記冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を７００℃以上９００℃以下の温度域で６０秒間以下均熱する均熱処理工程とを有することを特徴とする回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法を提供する。
【００２９】
本発明によれば、鋼組成と均熱処理温度を所定の範囲とすることにより再結晶を抑制して回復組織とすることができるので、回転子として使用する場合の強度を高めることができる。また、冷間圧延に供する鋼板、すなわち冷間圧延の母材の高強度化を伴うことがないので、冷間圧延時の破断を抑制することができる。さらに、所定の鋼組成を備える鋼塊または鋼片を用いることにより、本発明により得られる回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施した場合には磁気特性を良好なものとすることができるので、後熱処理を施すことによって固定子として必要な磁気特性を得ることができる。
【００３０】
上記発明においては、上記熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程を有していてもよい。熱延板焼鈍を施すことにより、鋼板の延性が向上し冷間圧延での破断を抑制できるからである。
【００３１】
さらに、本発明は、上述の回転機用無方向性電磁鋼板が積層され、さらに、後熱処理によって再結晶部分の面積比率が１００％とされた固定子と、上述の回転機用無方向性電磁鋼板が積層された回転子とからなる鉄心を備えることを特徴とする回転機を提供する。
【００３２】
本発明によれば、同一の鋼板から採取された固定子用素材および回転子用素材を用いて固定子および回転子が構成されているので、固定子を一体打ち抜き型としている場合には歩留まりの著しく向上させることができ、歩留まりの観点から固定子を分割鉄心型としている場合には固定子を一体打ち抜き型に変更することにより製造工程数を削減できる。また、固定子は、後熱処理によって再結晶部分の面積比率が１００％とされているので優れた磁気特性を有し、さらに、転位強化を活用した無方向性電磁鋼板を用いているので固定子を一体打ち抜き型としても面内平均特性で優れた磁気特性を有する。したがって、このような固定子および回転子からなる鉄心を備える回転機はモータ効率に優れる。
【００３３】
また、本発明は、上述の回転機用無方向性電磁鋼板から固定子用素材および回転子用素材を打ち抜き、上記固定子用素材および上記回転子用素材をそれぞれ積層した後、上記固定子用素材に後熱処理を施して再結晶部分の面積比率を１００％とし、固定子および回転子となし、上記固定子および上記回転子により鉄心を構成することを特徴とする回転機の製造方法を提供する。
【００３４】
本発明によれば、固定子用素材と回転子用素材を同一の鋼板から打ち抜いてそれぞれ積層した後、固定子用素材のみに後熱処理を施すことにより固定子と回転子を作製するので、固定子を一体打ち抜き型としている場合には歩留まりの著しく向上させることができ、歩留まりの観点から固定子を分割鉄心型としている場合には固定子を一体打ち抜き型に変更することにより製造工程数を削減できる。また、固定子用素材に後熱処理を施して再結晶部分の面積比率を１００％とするので固定子の磁気特性が著しく向上し、さらに、転位強化を活用した無方向性電磁鋼板を用いているので固定子を一体打ち抜き型としても面内平均特性で優れた磁気特性を実現することができる。このようにして得られる固定子と回転子により鉄心を構成するので、回転機のモータ効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明においては、高速回転するモータの回転子として必要な優れた機械特性および磁気特性を有し、駆動モータに代表される高効率モータの固定子として必要な優れた磁気特性を兼備させ得る無方向性電磁鋼板を、合金コストの増加や温間圧延などの特殊な製造工程を経ることなく安定的に製造することが可能である。そのため、同一の鋼板から固定子用素材と回転子用素材を採取可能となり、回転機の低コスト化に大きく貢献でき、その工業的価値は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
まず、回転子に用いる電磁鋼板として必要な特性とは、第一に機械特性であり、降伏点および引張強さを指す。これは高速回転時の回転子の変形抑制のみならず、応力変動に起因する疲労破壊抑制を目的としている。
【００３７】
回転子に用いる電磁鋼板として必要な第二の特性は磁束密度である。ＩＰＭモータのようにリラクタンストルクを活用するモータでは回転子に用いられる材質の磁束密度もトルクに影響を及ぼし、磁束密度が低いと所望のトルクを得られない。
【００３８】
回転子に用いる電磁鋼板として必要な第三の特性は鉄損である。回転子で発生する鉄損はモータ効率そのものを支配するものではないが、回転子での鉄損すなわち発熱により永久磁石が減磁するため、間接的にモータ性能を劣化させる。したがって、回転子に使用される材質の鉄損値の上限は永久磁石の耐熱温度の観点から決定され、固定子に使用される材質よりも鉄損値が高くとも許容されると想起される。
【００３９】
本発明者らは、これらの回転子に適した磁気特性と機械特性とを兼ね備えた無方向性電磁鋼板の有するべき鋼組織について種々検討を行った。その結果、固溶強化および析出強化では冷間圧延母材も高強度化されるため冷間圧延時の破断が避けられないこと、結晶粒微細化のみでは要求レベルの機械特性を達成できないこと、および、マルテンサイト等の変態組織では鉄損が著しく増大することが判明した。そこで、従来全く検討されていなかった転位強化による高強度化に着目した。そして、回復状態にて残存する転位は鉄損に及ぼす影響が比較的小さいとの知見を得て、従来の無方向性電磁鋼板の技術認識である完全な再結晶フェライト組織とは全く逆の技術思想に立脚して、鋼板の組織を多量の転位が残存した回復状態の組織（以下、「回復組織」と称する）とすることにより、上述の回転子に要求される磁気特性および機械特性が得られることを見出した。さらに、回復組織を得るためには固溶状態のＮｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量を所定の範囲とすることが必要であることを見出し、これらの知見に基づいて、転位強化を活用した回転子用無方向性電磁鋼板を提案している（特開２００６−９０４８号、特開２００６−７０２９６号、特開２００７−１６２７８号、特開２００７−２３３５１号、特開２００７−３１７５５号）。
【００４０】
次に、固定子に用いる電磁鋼板として必要な磁気特性とは鉄損であり、商用周波数以上の高周波数域での鉄損が低いことが望まれる。
本発明においては、回転子用素材および固定子用素材を同一の鋼板から採取することを前提としているので、このことによる利益を最も享受できる態様として、固定子を、製造工程数が多く製造コスト面で劣る分割鉄心型とするのではなく、製造工程数が少なく製造コスト面で優れる一体打ち抜き型とする場合について検討した。一体打ち抜き型の固定子では、ある特定方向に優れた磁気特性を有するよりも、面内の平均特性で優れた磁気特性を有することが優位であるため、磁気特性の異方性が小さいことが重要である。
【００４１】
本発明者らは、回転子に要求される機械特性を有する無方向性電磁鋼板に、固定子に要求される磁気特性を具備せしめる手法について鋭意検討を行った。そして、同一の鋼板から固定子用素材および回転子用素材を打ち抜いて積層固定した後、固定子用素材に後熱処理を施して磁気特性を向上させる方法を想起するに至った。ここで、後熱処理としては、特殊な製造工程を新たに要するものではなく、エアコンや冷蔵庫のコンプレッサーモータの分野で一般に実施されている歪み取り焼鈍に相当するものとし、工業的生産への適用が容易に実現できるものを指向した。この後熱処理により磁気特性を向上させ、固定子に要求される磁気特性を達成することを想起したのである。
【００４２】
大前提として、高速回転する回転子として実用に耐え得る機械特性を具備している必要があるが、種々の強化機構のうち析出強化では、析出物により後熱処理時の再結晶−粒成長が阻害されるばかりか、再結晶が進行したとしても析出物自体による磁気特性劣化が避けられず、固定子として必要な磁気特性を確保するのは困難である。前述のとおり、固溶強化のみでは冷間圧延時に割れが多発し、結晶粒微細化強化のみではそもそも回転子として必要となる強度を達成できず、変態強化では回転子としての磁気特性すら満足できないなど、いずれも実用的でない。
そこで、転位強化により高強度化した鋼板について検討すると、固溶Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶは、長時間均熱保持される後熱処理においては、析出強化で活用される微細な析出物と比較して再結晶抑制効果が小さく、後熱処理を施すことにより再結晶−粒成長が比較的容易に進行することが判明した。さらに、固溶Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶは、析出物とは異なり再結晶−粒成長後に磁気特性を阻害する要因とはなり得ないことが判明した。また、固溶Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶにより転位強化した鋼板を後熱処理にて再結晶および粒成長させた場合、得られる磁気特性の異方性は極めて小さいとの新知見も得た。これらより、固溶Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶにより後熱処理前の再結晶部分の面積比率を制御し、さらに後熱処理にて再結晶および粒成長を進行させることにより、回転子として必要な機械特性および磁気特性と、固定子として必要な磁気特性とを両立可能であることが判明した。これらの知見を得て、本発明を完成させた。
【００４３】
以下、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板および回転機ならびにそれらの製造方法について詳細に説明する。
【００４４】
Ａ．回転機用無方向性電磁鋼板
本発明の回転機用無方向性電磁鋼板は、固定子用素材および回転子用素材が採取される回転機用無方向性電磁鋼板であって、板厚が０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．０％以上４．０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上３．０％以下、Ａｌ：２．５％以下、Ｐ：０．２５％以下、Ｓ：０．０１％以下およびＮ：０．０１％以下を含有し、さらに、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を下記式（１）を満足する範囲で含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有し、再結晶部分の面積比率が９０％未満である鋼組織を有し、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に再結晶部分の面積比率が１００％となるものであることを特徴とするものである。
0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14)＜5×10-3      （１）
（ここで、式（１）における、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、ＣおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。）
以下、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板における鋼組成、再結晶部分の面積比率、引張強さ、および板厚について説明する。
【００４５】
１．鋼組成
（１）Ｃ
Ｃは、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶと結びついて析出物を形成するため、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量の減少に繋がる。したがって、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶにより均熱処理中の再結晶を抑制する本発明において、Ｃ含有量は低いほど好ましく、Ｃ含有量の上限値は０．０２％とする。析出物が多い場合、後熱処理中の再結晶−粒成長が抑制されるばかりか、再結晶−粒成長が進行したとしても析出物により磁気特性が劣化する。そのため、磁気特性劣化を抑制して固定子として必要な磁気特性を確保する観点から、Ｃ含有量は０．０１％以下とすることが好ましく、０．００５％以下とすることがさらに好ましく、０．００４％以下とすることが最も好ましい。
【００４６】
（２）Ｓｉ
Ｓｉは、電気抵抗を高め、渦電流損失を低減する効果を有する元素である。しかしながら、多量のＳｉを含有させた場合には冷間圧延時の割れを誘発し、鋼板の歩留まり低下により製造コストが増加する。そのためＳｉ含有量は４．０％以下とする。割れ抑制の観点からは３．５％以下とすることが好ましい。固溶強化による鋼板の高強度化と鉄損低減の観点から、Ｓｉ含有量は１．０％以上とする。好ましくは１．２％以上である。
【００４７】
（３）Ｍｎ
Ｍｎは、Ｓｉと同様に電気抵抗を高め、渦電流損失を低減する効果がある。しかしながら、Ｍｎを多量に含有させると合金コストが増加するため、Ｍｎ含有量の上限は３．０％とする。一方、Ｍｎ含有量の下限はＳを固定する観点から定められるものであり、０．０５％とする。
【００４８】
（４）Ａｌ
Ａｌは、電気抵抗を高めるためＳｉと同様に渦電流損失を低減する。しかしながら、多量にＡｌを含有させると合金コストが増加するとともに、飽和磁束密度低下により磁束の漏れが発生するためモータ効率が低下する。これらの観点からＡｌ含有量の上限は２．５％とする。また、Ａｌを脱酸剤として使用する場合は０．０１％以上含有させることが好ましいが、Ａｌと同様に脱酸作用を有するＳｉを１．０％以上含有するので、Ａｌは含有させずともよい。
【００４９】
（５）Ｐ
Ｐは、一般に不純物として含有される元素であるが、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有するので積極的に含有させてもよい。しかしながら、Ｐ含有量が過剰になると冷間圧延時の割れを誘発する。したがって、Ｐ含有量は０．２５％以下とする。
【００５０】
（６）Ｓ
Ｓは、不純物として含有される元素であり、０．０１％を超えて含有するとＭｎＳなどの硫化物が多数析出し、後熱処理中の再結晶−粒成長が抑制され、後熱処理による磁気特性向上を十分に図れない。そのため、後熱処理での再結晶−粒成長により固定子として必要な磁気特性を確保する観点から、Ｓ含有量は０．０１％以下とする。好ましくは０．００６％以下、さらに好ましくは０．００４％以下である。鉄損低減の観点からさらに好ましい範囲は０．００１％以下である。
【００５１】
（７）Ｎ
Ｎは、不純物として含有される元素であり、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶと結びついて析出物を形成するため、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量の減少に繋がる。したがって、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶにより均熱処理中の再結晶を抑制する本発明では、Ｎ含有量は低いほど好ましく、Ｎ含有量の上限は０．０１％とする。析出物が多い場合、後熱処理中の再結晶−粒成長が抑制されるばかりか、再結晶−粒成長が進行したとしても析出物により良好な磁気特性を得ることが困難となる。そのため、後熱処理により磁気特性を向上させて、固定子として必要な磁気特性を確保する観点から、Ｎ含有量は０．００５％以下とすることが好ましく、０．００４％以下でとすることがさらに好ましい。
【００５２】
（８）Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶ
均熱処理中の再結晶を抑制し、回復組織を得ることによって回転子として必要な強度と磁気特性を達成し、かつ、後熱処理により再結晶−粒成長を進行させることによって固定子として必要な磁気特性を達成する本発明においては、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶは極めて重要な元素である。これらの効果を得るためには、析出物を形成していない固溶状態のＮｂ、Ｚｒ、ＴｉまたはＶを含有させることが必要である。そのためには、原子分率で比較してＣ、Ｎよりも多量にＮｂ、Ｚｒ、ＴｉまたはＶを含有している必要があり、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を、下記式（２）を満足する範囲で含有させることが必要である。
0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14)          （２）
（ここで、式（２）中、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、ＣおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。）
【００５３】
固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量が多ければ多いほど転位の消滅および再結晶を抑制する効果は大きくなり、均熱処理後に回復組織を得るには有効である。しかしながら、過度に固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶを含有する場合には冷間圧延時に割れが生じる場合がある。また、過度に含有する場合には後熱処理での再結晶−粒成長が抑制されるため、固定子に要求される磁気特性を確保することが困難となる。固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量の上限値はこれらの観点から定められ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶは下記式（１）で示される範囲で含有させる必要がある。
0＜Nb/93＋Zr/91＋Ti/48＋V/51−(C/12＋N/14)＜5×10-3      （１）
（ここで、式（１）中、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、ＣおよびＮはそれぞれの元素の含有量（質量％）を示す。）
【００５４】
後熱処理での再結晶−粒成長を進行させ、固定子に要求される磁気特性を確保する観点からは、上記式（１）の右辺は4×10-3であることが好ましい。
【００５５】
ここで、硫化物を考慮すると固溶状態のＮｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量はＳ含有量にも影響される。しかしながら、上述したＳ含有量の範囲内では均熱処理での再結晶抑制効果に及ぼすＳの影響は認められなかったため、本発明においてはＳの項を省略した上記式（１）を採用した。Ｓの影響が認められなかった理由は明確でないが、凝固末期のＳが濃化した領域からＭｎＳとなって晶出するなどしてＭｎによりＳが固定されたためと考えられる。
【００５６】
固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶのうち、固溶Ｎｂが最も均熱処理における再結晶抑制効果が大きいため、本発明ではＮｂを積極的に含有させることが好ましく、Ｎｂ含有量は０．０２％を超えることが好ましい。より好ましくは０．０４％以上である。
【００５７】
（９）Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＣｏおよびＷ
本発明においては、高強度化の観点から、高強度化作用を有するＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＣｏおよびＷを含有させることが好ましい。
【００５８】
Ｃｕは過度に含有させると表面疵や冷間圧延時の割れの発生につながるため、Ｃｕ含有量は８．０％以下とすることが好ましい。上記高強度化作用をより確実に発現させるには、Ｃｕ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。また、Ｃｕは鋼板の固有抵抗を増加させ、鉄損を低減させる作用を有するので、このような観点からも含有させることができる。なお、本発明はＣｕの析出強化を用いずとも回転子として必要な機械特性を達成できるため、Ｃｕを含有させたとしてもいわゆる時効熱処理型の無方向性電磁鋼板とは本質的に異なることは言うまでもない。
【００５９】
ＮｉおよびＭｏは過度に含有させると冷間圧延時の割れの発生やコスト増加につながるため、Ｎｉ含有量は２．０％以下、Ｍｏ含有量は４．０％以下とすることが好ましい。上記高強度化作用をより確実に発現させるには、Ｎｉ含有量を０．０１％以上、Ｍｏ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。
【００６０】
Ｃｒは過度に含有させるとコストが増加するため、Ｃｒ含有量は１５．０％以下とすることが好ましい。上記高強度化作用をより確実に発現させるには、Ｃｒ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。また、Ｃｒは鋼板の固有抵抗を増加させ、鉄損を低減させる作用を有し、さらに耐食性を改善する作用も有するので、このような観点からも含有させることができる。
【００６１】
ＣｏおよびＷは、過度に含有させる場合とコストが増加するため、Ｃｏ含有量は４．０％以下、Ｗ含有量は４．０％以下とすることが好ましい。上記高強度化作用をより確実に発現させるには、Ｃｏ含有量を０．０１％以上、Ｗ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。
【００６２】
（１０）Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＴｅおよびＢ
本発明は、均熱処理での再結晶を抑制することにより回転子として必要な磁気特性と機械特性を具備させるため、粒界偏析により再結晶を抑制する効果を有するＳｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ｇｅ、ＴｅおよびＢからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有させることが好ましい。これらの元素は、後熱処理での再結晶−粒成長時の集合組織制御を通じて磁気特性を改善する作用もあるため、このような観点からも含有させることができる。これらの元素を含有させる場合には、熱間圧延での割れの発生およびコスト増加を抑制する観点から、各元素の含有量をＳｎ：０．５％以下、Ｓｂ：０．５％以下、Ｓｅ：０．３％以下、Ｂｉ：０．２％以下、Ｇｅ：０．５％以下、Ｔｅ：０．３％以下、Ｂ：０．０１％以下とすることが好ましい。これらの元素による均熱処理時の再結晶抑制効果、後熱処理時の集合組織制御の効果を確実に得るには、各元素の含有量をＳｎ：０．００１％以上、Ｓｂ：０．０００５％以上、Ｓｅ：０．０００５％以上、Ｂｉ：０．０００５％以上、Ｇｅ：０．００１％以上、Ｔｅ：０．０００５％以上、Ｂ：０．０００２％以上とすることが好ましい。
【００６３】
（１１）Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭ
本発明においては、硫化物の形態制御による磁気特性改善を目的として、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭからなる群から選択される少なくとも１種を含有させることができる。
ここでＲＥＭとは、原子番号５７〜７１の１５元素、ならびに、ＳｃおよびＹの２元素の合計１７元素をさす。
【００６４】
これらの元素を含有させる場合には、各元素の含有量をＣａ：０．０３％以下、Ｍｇ：０．０２％以下、ＲＥＭ：０．１％以下が好ましい。上記効果を確実に得るためには、各元素の含有量をＣａ：０．０００１％以上、Ｍｇ：０．０００１％以上、ＲＥＭ：０．０００１％以上とすることが好ましい。
【００６５】
２．再結晶部分の面積比率
再結晶の前段階である回復の進行とともに、再結晶部分の面積比率はゼロのまま降伏点および引張強さは低下する。再結晶開始後は、再結晶部分の面積比率の増加とともに降伏点および引張強さはさらに低下する。
本発明においては、同一の鋼板から固定子用素材および回転子用素材を採取してそれぞれ積層した後、固定子用素材のみに後熱処理を施すことにより、回転機の鉄心として好適な固定子および回転子を得ることができる。よって、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板の再結晶部分の面積比率は、すなわち後熱処理を施さない状態における再結晶部分の面積比率は、回転子用に必要な機械特性を確保する観点から定まり、９０％未満とする。好ましくは７０％以下、さらに好ましくは４０％以下であり、３０％以下であれば疲労破壊抑制の観点からより好ましい。回転子用に必要な機械特性の観点からは再結晶部分の面積比率は低いほど好ましく、再結晶部分の面積比率をゼロとし、完全に未再結晶状態（回復組織）とすることが好ましい。
【００６６】
一方、再結晶の前段階である回復の進行とともに、再結晶部分の面積比率はゼロのまま鉄損は減少する。再結晶開始後は、再結晶部分の面積比率の増加とともに鉄損は減少する。すなわち、磁気特性の観点からは再結晶部分の面積比率は高いほど好ましい。
上述したように本発明においては、同一の鋼板から固定子用素材および回転子用素材を採取してそれぞれ積層した後、固定子用素材のみに後熱処理を施すことにより、回転機の鉄心として好適な固定子および回転子を得ることができる。よって、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施した場合、再結晶部分の面積比率は高くなるほど好ましく、１００％となることが最も好ましい。そこで、後熱処理が施された場合の再結晶部分の面積比率の指標として、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合の再結晶部分の面積比率を用いることとし、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合の再結晶部分の面積比率を１００％とする。
【００６７】
なお、例えば７５０℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に、再結晶部分の面積比率が１００％となるのであれば、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合にも、再結晶部分の面積比率が１００％となることは明らかである。よって、８００℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に、再結晶部分の面積比率が１００％となるものには、例えば７５０℃で２時間保持する後熱処理を施した場合に、再結晶部分の面積比率が１００％となるものが含まれる。
【００６８】
ここで、再結晶部分の面積比率とは、回転機用無方向性電磁鋼板の縦断面組織写真において視野中に占める再結晶粒の割合を示すものであり、この縦断面組織写真をもとに測定することができる。縦断面組織写真としては、光学顕微鏡写真を用いることができ、例えば１００倍の倍率で撮影した写真を用いればよい。
【００６９】
３．引張強さ
本発明者らは、転位強化を活用する無方向性電磁鋼板を用いた回転子の実用性能の更なる改善を目的に詳細に検討し、機械特性の異方性に着目すれば、回転子の実用性能を確実に改善できることを見出した。以下、本知見について説明する。
【００７０】
質量％で、Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：３．０％、Ｍｎ：０．２％、Ａｌ：１．０％、Ｎ：０．００２％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００２％、Ｎｂ：０．０８％の鋼に熱間圧延を施して２．３ｍｍとした後、８００℃で１０時間の熱延板焼鈍を行い、さらに０．３５ｍｍまで冷間圧延し、７５０℃で２０秒間保持する均熱処理を施した。得られた鋼板からＩＰＭモータの回転子を製造し、疲労試験に供した。その結果、同一の鋼板から製造した回転子であっても疲労特性に差が生じる場合があることが判明した。この原因を解析した結果、引張強さに代表される機械特性に顕著な異方性が認められ、同一の鋼板でも繰り返し応力を負荷する方向によって疲労特性が異なることが原因であることが明らかとなった。
【００７１】
具体的な異方性は図１に示すとおりであり、圧延方向から４５°方向の引張強さが低い点が特徴的である。図２に、圧延方向、圧延方向に対して４５°方向、圧延方向に対して直角方向をそれぞれ長手方向とした疲労試験片により、応力比：０．０５、繰返速度：６０Ｈｚで実施した疲労試験結果を示す。図２に示すとおり、他の方向と比較して圧延方向に対して４５°方向の疲労特性が劣ることが判る。
【００７２】
転位強化を活用した種々の無方向性電磁鋼板について同様の調査をした結果、このような引張強さの異方性に鋼板ごとの差は認められず、転位強化を活用する無方向性電磁鋼板に特有の異方性と判明した。また、これに起因して転位強化により高強度化した無方向性電磁鋼板では疲労破壊を生じやすい方向は常に圧延方向に対して４５°方向と判明した。これらより、転位強化による高強度化の場合、圧延方向に対して４５°方向の引張強さを改善すれば必然的に全体としての疲労特性は改善され、回転子の疲労特性を確実に改善することができると想起するに至った。
【００７３】
転位強化を活用した無方向性電磁鋼板の機械特性の異方性は回復組織に起因し、圧延集合組織が強く残存していることに起因する。したがって、同じく集合組織に強く影響を受ける磁束密度を調査した結果、圧延方向から４５°方向の磁束密度を高めるほど、圧延方向から４５°方向の引張強さが高まるという知見を得た。圧延集合組織を強く残存させるためには、熱間圧延および冷間圧延で形成された圧延集合組織が、均熱処理にて消滅することを抑制することが重要であり、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶ含有量の調整が重要である。
【００７４】
これらの知見は機械特性を圧延方向のみ、あるいは板面内の平均特性で評価する従来の評価方法では把握し得なかったものであり、回転子としての疲労試験を実施して初めて判明したものである。優れた機械特性を有する電磁鋼板として列挙した上述の従来技術による鋼板も、機械特性を圧延方向のみ、あるいは板面内の平均特性で評価しており、そのような評価で得られる強度が回転子の疲労破壊抑制の指標となる蓋然性は低い。転位強化を活用した無方向性電磁鋼板のように特定の異方性を有する鋼板に対して特定の方向を高強度化することで、回転子の実用性能を確実に改善することができるのである。転位強化を活用した無方向性電磁鋼板の異方性には、いわゆるバラツキがみられない。そのため、鋼板の製造面でも管理し易く、回転子の設計にも反映しやすい。この点は、強い異方性を有する一方向性電磁鋼板の磁気特性の異方性が変圧器の設計に十分に反映されていることと類似している。
【００７５】
近年の電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池車などの環境対応車の駆動モータでは、回転子形状の複雑化、回転子径の大型化、駆動モータがＩＰＭモータである場合には埋め込まれた永久磁石の大型化などにより、疲労破壊抑制のために、引張強さは６００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００７６】
本発明においては、転位強化を活用した無方向性電磁鋼板を前提としているため、その特異な異方性から、圧延方向から４５°方向の引張強さは６００ＭＰａ以上であることが好ましい。より好ましくは６５０ＭＰａ以上、さらに好ましくは６８０ＭＰａ以上である。圧延方向から４５°方向の引張強さを上記範囲とすることにより、全体としての疲労破壊を抑制することができる。引張強さの試験片形状および試験条件は、ＪＩＳに準拠すればよい。
【００７７】
４．板厚
板厚は０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下とする。板厚が上記範囲未満では、圧下率が過大となって冷間圧延時に破断するおそれがある。また、均熱処理での生産性が悪くなるばかりか、占積率やカシメ強度が低下する可能性もある。一方、板厚が上記範囲を超えると、渦電流損失が増加するため、モータ効率が低下するおそれがある。また、冷間圧延時に導入される転位の量が低下するために、本発明の回転機用無方向性電磁鋼板における機械特性、すなわち後熱処理前における機械特性が劣化し、回転子として必要な強度を確保できなくなるおそれもある。渦電流損失低減と強度確保の観点から、板厚の好ましい上限値は０．４０ｍｍである。
【００７８】
５．磁束密度
特許文献１、２に例示した従来技術による優れた機械特性を有する電磁鋼板は、磁束密度が通常の無方向性電磁鋼板と比較して低いという問題もあった。本発明においてはこの点についても改善する。
本発明の回転機用無方向性電磁鋼板においては、すなわち回転子として使用される状態においては、さらに言い換えると後熱処理を施さない状態においては、圧延方向に対して４５°方向の磁束密度Ｂ50が１．６８Ｔ以上であることが好ましい。転位強化により高強度化した無方向性電磁鋼板においては、この方向の磁束密度を高めれば圧延方向から４５°方向の引張強さも改善するという作用もあり、回転子の実用特性として極めて重要な疲労特性を高めることができるため、圧延方向に対して４５°方向の磁束密度Ｂ50は好ましくは１．６９Ｔ以上、さらに好ましくは１．７０Ｔ以上である。磁気測定方法はＪＩＳに準拠した単板磁気特性試験器を使用すればよい。
【００７９】
Ｂ．回転機
本発明の回転機は、上述の回転機用無方向性電磁鋼板が積層され、さらに、後熱処理によって再結晶部分の面積比率が１００％とされた固定子と、上述の回転機用無方向性電磁鋼板が積層された回転子とからなる鉄心を備えることを特徴とするものである。
【００８０】
回転機としては、電動機および発電機が例示される。電力を受けて機械動力を発生する回転機が電動機であり、機械動力を受けて電力を発生する回転機が発電機である。本発明では両者を想定し、あわせて回転機としている。
【００８１】
本発明の回転機に用いられる鉄心は、固定子と回転子とから構成される。
本発明に用いられる固定子は、上述の回転機用無方向性電磁鋼板が積層され、さらに、後熱処理によって再結晶部分の面積比率が１００％とされたものである。すなわち、固定子を構成する回転機用無方向性電磁鋼板は、上記「Ａ．回転機用無方向性電磁鋼板」の項に記載の回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施して再結晶部分の面積比率を１００％としたものである。
通常、固定子は、上記回転機用無方向性電磁鋼板を所定の形状へ加工し、積層して構成される。所定の形状への加工は、打ち抜き加工が一般的であるが、特に限定されるものではない。
【００８２】
本発明に用いられる回転子は、上述の回転機無方向性電磁鋼板が積層されたものである。すなわち、回転子を構成する回転機用無方向性電磁鋼板は、上記「Ａ．回転機用無方向性電磁鋼板」の項に記載の回転機用無方向性電磁鋼板である。
通常、回転子は、固定子と同様に、上記無方向性電磁鋼板を所定の形状へ加工し、積層して構成される。所定の形状への加工は、打ち抜き加工が一般的であるが、特に限定されるものではない。
【００８３】
Ｃ．回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法
本発明の回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法は、上述した鋼組成を備える鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程と、上記冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を７００℃以上９００℃以下の温度域で６０秒間以下均熱する均熱処理工程とを有することを特徴とするものである。
【００８４】
本発明によれば、鋼組成と均熱処理温度を所定の範囲とすることにより再結晶が抑制され、所定の板厚への加工の際に導入された転位の消滅を抑制して多量の転位を残存させた回復組織を主体とすることができ、圧延方向に対して４５°方向の機械特性を改善する効果が生じる。また、従来の固溶強化や析出強化のように冷間圧延に供する鋼板、すなわち冷間圧延の母材の高強度化を伴うことがないので、冷間圧延時の破断を抑制することができる。また、従来のように高価な鋼成分を用いることも、特殊な工程も必要としない。以上より、回転子として必要な機械特性を低コストで達成できる。
さらに本発明によれば、従来の析出強化による高強度電磁鋼板とは異なり、固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶにより再結晶を抑制して高強度化しているため、本発明により得られる回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施す場合には後熱処理において再結晶−粒成長が進行し易く、再結晶−粒成長後は析出物により磁気特性が劣化するおそれもないばかりか、得られる磁気特性は非常に異方性の小さなものとなる。これらより、固定子として必要な磁気特性を達成することができる。
以下、このような回転機用無方向性電磁鋼板の製造方法における各工程について説明する。
【００８５】
１．熱間圧延工程
本発明における熱間圧延工程は、上述した鋼組成を備える鋼塊または鋼片（以下、「スラブ」ともいう。）に熱間圧延を施す工程である。
なお、鋼塊または鋼片の鋼組成については、上述した「Ａ．回転機用無方向性電磁鋼板」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
【００８６】
本工程においては、上述した組成を有する鋼を、連続鋳造法あるいは鋼塊を分塊圧延する方法など一般的な方法によりスラブとし、加熱炉に装入して熱間圧延を施す。この際、スラブ温度が高い場合には加熱炉に装入しないで熱間圧延を行ってもよい。
スラブ加熱温度は特に限定されるものではないが、コストおよび熱間圧延性の観点から１０００℃〜１３００℃とすることが好ましい。より好ましくは１０５０℃〜１２５０℃である。
熱間圧延の各種条件は特に限定されるものではないが、仕上温度は７００℃〜９５０℃、巻取温度は７５０℃以下が好ましい。
【００８７】
２．冷間圧延工程
本発明における冷間圧延工程は、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に一回または中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延を施すことにより所定の板厚まで仕上げる工程である。
【００８８】
冷間圧延後の板厚は０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下とする。板厚が上記範囲未満では、圧下率が過大となって冷間圧延時に破断するおそれがある。また、後述する均熱処理での生産性が悪くなるばかりか、占積率やカシメ強度が低下する可能性もある。一方、板厚が上記範囲を超えると、渦電流損失が増加するため、本発明により得られる回転機用無方向性電磁鋼板に後熱処理を施す場合には後熱処理後の鉄損が増大し、モータ効率が低下するおそれがある。また、冷間圧延時に導入される転位の量が低下するために、本発明により得られる回転機用無方向性電磁鋼板、すなわち後熱処理を施さない状態における機械特性が劣化し、回転子として必要な強度を確保できなくなるおそれもある。渦電流損失低減と強度確保の観点から、板厚の好ましい上限値は０．４０ｍｍである。
【００８９】
十分に転位が導入されれば本発明の効果を得ることができるため、圧延時の鋼板温度、圧下率、圧延ロール径など、冷間圧延の各種条件は特に限定されるものではなく、被圧延材の鋼組成、目的とする鋼板の板厚などにより適宜選択するものとする。
【００９０】
３．均熱処理工程
本発明における均熱処理工程は、上述した冷間圧延工程により得られた冷間圧延鋼板を７００℃以上９００℃以下で６０秒間以下均熱する工程である。
【００９１】
本発明は、均熱処理における再結晶を抑制し、転位を残存させることを骨子としている。したがって、均熱処理での再結晶抑制効果が小さい場合には、均熱温度を通常の無方向性電磁鋼板の均熱温度よりも著しく低温化する必要がある。通常の無方向性電磁鋼板の連続焼鈍ラインでの均熱処理を前提とすれば、炉温が下がり、かつ安定化するまでは均熱処理に供することはできない。さらに、一旦炉温を下げた後は、通常の無方向性電磁鋼板の均熱温度まで炉温が上がり、かつ安定化するまでは、通常の無方向性電磁鋼板を均熱処理に供することもできない。これらのことから、均熱処理における再結晶抑制効果が小さい場合には、生産性を著しく低下させることが容易に想像できる。
【００９２】
本発明では固溶Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶを適正量含有させた状態で均熱処理に供するため、均熱処理における再結晶を抑制する効果が大きい。したがって、均熱処理での均熱温度が高くとも回復組織を得ることができ、特殊な均熱温度の機会を設ける必要がないため生産性を向上させることができる。具体的には、均熱温度が９００℃以下であれば、所望の機械特性を得ることができる。機械特性の観点から好ましくは８５０℃以下、さらに好ましくは８００℃以下である。均熱温度が低ければ低いほど再結晶進行が抑制されるが、鋼板の平坦が矯正されずに、回転子に用いるために鋼板を積層した場合の占積率が低下する場合がある。また、均熱温度が低い場合には鉄損増加に繋がる。さらに、均熱温度が低い場合には、上述のとおり生産性が著しく低下する。これらの観点から均熱温度の下限値を７００℃とする。これらの均熱温度は通常の無方向性電磁鋼板で実施する範囲内であり、生産性を阻害することはない。なお、均熱時間が長すぎると再結晶が過剰に進行するので、均熱時間は６０秒間以下とする。
【００９３】
本発明においては、生産性の観点から均熱処理は連続焼鈍ラインにて実施する。箱焼鈍では、コイル状態で焼鈍に供されることに起因してコイルの巻きぐせ（コイルセットともいう）により鋼板の平坦度が低下したり、形状が劣化したりすることがあるため、均熱処理後に平坦度や形状を矯正する矯正工程が必要な場合があり、生産性が大幅に劣化するためである。
高温での均熱処理により再結晶が進行し、それに起因して機械特性が低下した場合には、均熱処理工程後に加工して強度を確保してもよい。また、均熱処理工程後に３〜３０％程度の圧下率にて冷間加工を施し、均熱処理にて得られた強度を冷間加工にて高めてもよい。
【００９４】
４．熱延板焼鈍工程
本発明においては、上記熱間圧延工程により得られた熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施すことが好ましい。熱延板焼鈍を行うことにより、鋼板の延性が向上し冷間圧延での破断を抑制できるからである。熱延板焼鈍は、箱焼鈍および連続焼鈍のいずれの方法で実施してもよい。
【００９５】
５．その他の工程
本発明においては、上記均熱処理工程後に、一般的な方法に従って、有機成分のみ、無機成分のみ、あるいは有機無機複合物からなる絶縁被膜を鋼板表面に塗布するコーティング工程を行うことが好ましい。また、コーティング工程は、加熱・加圧することにより接着能を発揮する絶縁コーティングを施す工程であってもよい。接着能を発揮するコーティング材料としては、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂またはメラミン樹脂などを用いることができる。
【００９６】
Ｄ．回転機の製造方法
本発明の回転機の製造方法は、上述の回転機用無方向性電磁鋼板から固定子用素材および回転子用素材を打ち抜き、上記固定子用素材および上記回転子用素材をそれぞれ積層した後、上記固定子用素材に後熱処理を施して再結晶部分の面積比率を１００％とし、固定子および回転子となし、上記固定子および上記回転子により鉄心を構成することを特徴とするものである。
【００９７】
なお、回転機用無方向性電磁鋼板については、上述した「Ａ．回転機用無方向性電磁鋼板」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
【００９８】
回転機用無方向性電磁鋼板から固定子用素材および回転子用素材を打ち抜き積層する方法としては、一般的な方法であればよく、特に限定されるものではない。
【００９９】
固定子用素材の積層固定後に施す後熱処理としては、エアコンや冷蔵庫のコンプレッサーモータの分野で一般に実施されている歪み取り焼鈍相当の熱処理を適用することができる。具体的には、７００℃〜８５０℃の温度範囲で２分以上５時間以下の焼鈍が好ましい。磁気特性の観点から後熱処理温度は７５０℃〜８５０℃の温度範囲が好ましい。過度に後熱処理温度が高いと鋼板表面の絶縁被膜の絶縁性能、耐食性が劣化してしまうが、磁気特性を重視して、８５０℃〜９５０℃の温度範囲で後熱処理を実施してもよい。
焼鈍雰囲気は、Ａｒ、窒素、水素、窒素−水素混合ガス、ＤＸガス（例えば、ＣＯ：１０％、ＣＯ2：５％、Ｈ2：１０％、Ｎ2：７５％）を用いればよい。
露点は、−３０℃〜＋２０℃とすればよい。露点が高いと鋼板の酸化が進行し、磁気特性が劣化するため１０℃以下が好ましい。
【０１００】
得られた固定子および回転子を用いて鉄心を構成する方法、および、その鉄心を用いて回転機を構成する方法としては、一般的な方法であればよく、特に限定されるものではない。
【０１０１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１０２】
以下、実施例および比較例を例示して、本発明を具体的に説明する。
［実施例１］（実施例１−１〜１−１７）
下記の表１に示す鋼組成を有する鋼を真空溶製し、これらの鋼を１１５０℃に加熱し、仕上げ温度８２０℃で熱間圧延を行い５８０℃で巻き取り、厚さが２．１ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。その後、種々の条件で熱延板焼鈍を施し、あるいは熱延板焼鈍を施さず、一回の冷間圧延にて板厚０．３５ｍｍまで仕上げた。得られた冷間圧延鋼板に、種々の温度で２０秒間保持する均熱処理を施した。その後、各種試験片を採取し、打ち抜きにて採取した磁気測定試験片に対して、Ａｒ雰囲気中で７５０℃で２時間保持する後熱処理を施した。
【０１０３】
【表１】
2010121150.tif 000002
【０１０４】
［比較例１］（比較例１−１〜１−１０）
上記表１に示す鋼組成を有する鋼を用いて、実施例１−１〜１−１７と同様に熱間圧延後、種々の条件で熱延板焼鈍を施し、あるいは熱延板焼鈍を施さず、一回の冷間圧延にて比較例１−１〜１−３、１−５〜１−７については板厚０．３５ｍｍへ、比較例１−４については０．７ｍｍへ、比較例１−８については０．８ｍｍへ、比較例１−９については０．１２ｍｍへ、比較例１−１０については０．５ｍｍへ、それぞれ仕上げた。ここで、比較例１−１０は一回の冷間圧延で０．３５ｍｍへ仕上げる予定であったが、割れが発生したために０．３５ｍｍへ仕上げることができず、エッジ部の割れを切断して板幅を狭くした上で仕上げ板厚を０．５ｍｍへと変更した。このようにして得られた冷間圧延鋼板に、種々の温度で２０秒間保持する均熱処理を施した。その後、各種試験片を採取し、打ち抜きにて採取した磁気測定試験片に対して、Ａｒ雰囲気中７５０℃で２時間保持する後熱処理を施した。
【０１０５】
［評価］
実施例１−１〜１−１７および比較例１−１〜１−１０の鋼板について、均熱処理後、すなわち後熱処理前の鋼板の再結晶部分の面積比率、機械特性、磁気特性、および、後熱処理後の鋼板の再結晶部分の面積比率、磁気特性を評価した。
【０１０６】
（再結晶部分の面積比率）
後熱処理前および後熱処理後の鋼板の再結晶部分の面積比率は１００倍の倍率で撮影した鋼板の縦断面の光学顕微鏡写真をそれぞれ用い、視野中に占める再結晶粒の割合を算出した。
【０１０７】
（機械特性）
後熱処理前の機械特性は、圧延方向に対して４５°方向を長手方向に採取した試験片を用い、引張試験により引張強さ：ＴＳにて評価した。
【０１０８】
（磁気特性）
磁気特性は、５５ｍｍ角の単板試験片を打ち抜き、後熱処理前の鋼板は圧延方向に対して４５°方向の磁束密度Ｂ50（磁化化力５０００Ａ／ｍでの磁束密度）にて評価し、後熱処理後は圧延方向、圧延方向に対して４５°方向、圧延方向に対して直角方向の鉄損Ｗ10/400（最大磁束密度：１．０Ｔ、励磁周波数：４００Ｈｚ）を測定し、下記式（３）により面内平均特性にて評価した。
（圧延方向の特性＋２×圧延４５°方向の特性＋圧延直角方向の特性）／４    （３）
ここで、後熱処理前の鋼板の磁気特性を圧延方向に対して４５°方向の磁束密度Ｂ50で評価したのは、転位強化により高強度化する無方向性電磁鋼板において、最も強度の低い、圧延方向に対して４５°方向が高強度化する指標となるためである。また、後熱処理後の鋼板の磁気特性を面内平均特性で評価したのは、本発明においては分割鉄心型固定子ではなく、一体打ち抜き型の固定子とすることにより利益を最大限に享受することができるので、かかる使用態様を考慮したためである。すなわち、一体打ち抜き型の固定子に用いられる電磁鋼板には、特定方向への優れた磁気特性よりも、面内平均特性で優れた磁気特性が要求されるからである。
【０１０９】
表２に、実施例１−１〜１７および比較例１−１〜１−１０の鋼板についての評価結果を示す。
【０１１０】
【表２】
2010121150.tif 000003
【０１１１】
比較例１−１の鋼板はＳｉ含有量が高いために冷間圧延時に破断した。比較例１−２の鋼板はＡｌ含有量が高いために飽和磁束密度が低下し、磁束密度が低かった。比較例１−３の鋼板はＰ含有量が高いために冷間圧延時に破断した。比較例１−４の鋼板はＣおよびＭｎの含有量が高く、鋼組織がマルテンサイト組織であるために磁束密度が低く、後熱処理後の鉄損も著しく高かった。比較例１−５の鋼板はＮｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量が本発明範囲外であるために均熱処理での再結晶が抑制されず、後熱処理前の再結晶部分の面積比率が高くなり引張強さに劣っていた。比較例１−６の鋼板はＮｂ、Ｚｒ、ＴｉおよびＶの含有量が本発明範囲の上限を超えているために冷間圧延時に破断した。比較例１−７は、均熱処理の温度が高いために後熱処理前の鋼板の再結晶部分の面積比率が高くなり、引張強さに劣っていた。比較例１−８は、冷間圧延の仕上げ板厚が厚いために冷間圧延により導入される転位の量が十分でなく、後熱処理前の引張強さに劣っていた。さらに、後熱処理後の鉄損も高かった。比較例１−９は、冷間圧延の仕上げ板厚が薄いため、冷間圧延後に耳割れが発生しており以降の工程に供することができなかった。比較例１−１０は、固溶強化と析出強化を活用した従来の高強度電磁鋼板であり、冷間圧延し難いために前述のとおり所望の板厚へ仕上げることが困難であった。また、後熱処理後の再結晶部分の面積比率は本発明の範囲内であるが、析出物により磁気特性が劣化するため後熱処理後の鉄損に劣っていた。
【０１１２】
これに対して本発明で規定する要件を全て満足する実施例１−１〜１−１７の鋼板では、後熱処理前の磁気特性・機械特性、後熱処理後の磁気特性の全ての評価で優れた値を示していた。
【０１１３】
［実施例２］
表１に記載の鋼Ｆを１１００℃に加熱し、仕上げ温度８３０℃で熱間圧延を行い５５０℃で巻き取り、厚さが２．０ｍｍの熱間圧延鋼板を得た。その後、水素雰囲気にて７５０℃で１０時間保持する熱延板焼鈍を施し、一回の冷間圧延にて板厚０．２７ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．５０ｍｍの各板厚へ仕上げた。得られた冷間圧延鋼板に、７１０℃で１０秒間保持する均熱処理を施した。その後、各種試験片を採取し、打ち抜きにて採取した磁気測定試験片に対して、Ａｒ雰囲気にて種々の温度で２時間保持する後熱処理を施した。
【０１１４】
これらの鋼板について、均熱処理後、すなわち後熱処理前の鋼板の再結晶部分の面積比率、機械特性、磁気特性、および、後熱処理後の鋼板の再結晶部分の面積比率、磁気特性を評価した。
再結晶部分の面積比率、機械特性の評価手法は前述のとおりである。
磁気特性は、５５ｍｍ角の単板試験片を打ち抜き、後熱処理前の鋼板は圧延方向に対して４５°方向の磁束密度Ｂ50にて評価し、後熱処理後は圧延方向、圧延方向に対して４５°方向、圧延方向に対して直角方向の鉄損Ｗ10/400を測定し、上記式（３）による面内平均特性、および、圧延方向と圧延方向に対して直角方向との平均特性（二方向平均特性）にて評価した。表３に、評価結果を示す。
【０１１５】
【表３】
2010121150.tif 000004
【０１１６】
試験番号２−１、２−７、２−１３は後熱処理後の再結晶部分の面積比率が低いため、後熱処理後の鉄損が高かった。これに対してその他の試験番号の鋼板では、後熱処理前後の再結晶部分の面積比率が本発明で規定する要件を満足しており、後熱処理前の磁気特性・機械特性、後熱処理後の磁気特性の全ての評価で優れた値を示していた。特に、好ましい板厚範囲である試験番号２−２〜２−６、２−８〜２−１２では後熱処理後の磁気特性に優れており、後熱処理温度が好ましい温度範囲の条件ではさらに優れた値を示していた。また、いずれの鋼板も後熱処理後のＷ10/400の面内平均特性と二方向平均特性は同等の値を示しており、後熱処理後の磁気特性の異方性が小さいことがわかった。これらの結果より、本発明で規定する要件を満足する鋼板は、後熱処理前の強度、磁気特性に優れていることから回転子として必要な特性を有し、かつ後熱処理後の磁気特性に優れ、磁気特性の異方性も小さいことから、一体打ち抜き型の固定子として必要な特性も有していることがわかった。以上より、本発明で規定する要件を満足する鋼板は、同一の鋼板から固定子用素材と回転子用素材を打ち抜くのに好適であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】転位強化を活用する無方向性電磁鋼板の引張強さの異方性を示す図である。
【図２】転位強化を活用する無方向性電磁鋼板の疲労試験結果を示す図である。
【図１】
2010121150.tif 000005
【図２】
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