(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でC：0.005％以下、Si：4％以下、Al：0.5〜3.5％、S：0.0009％以下（0を含む）、Mn：0.05〜1.5％、P：0.2％以下、N：0.005％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる素材に、仕上焼鈍を施した後、圧下率0.5〜10％の調質圧延を行い、次いで850℃〜1000℃の温度で磁性焼鈍を行うことを特徴とする電動パワーステアリングモータコア用鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のパワーステアリングシステムにおける、電動パワーステアリングモータコア用材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のパワーステアリングシステムは、自動車の消費エネルギーの3〜5％を占め、エアコンと並んでエネルギー消費の多い装置である。従来のパワーステアリングシステムは油圧により操舵を補助していたが、本システムでは油圧ポンプが常にエンジンにより駆動されているため、直進走行時にもエネルギーが消費されるという問題があった。この無駄を解消するため、モータにより操舵を補助する電動パワーステアリング（以下、EPSと略す）システムが開発されている。EPSシステムではコーナリング時等の操舵補助が必要なときのみモータに電流を流しパワーをアシストするため、油圧システムに比べ燃費が2〜3％程度向上する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなEPSシステムにおいては、小型、高トルクの観点から永久磁石を使用するPMモータが使用されている。しかし、PMモータでは操舵後、比較的大きなロストルクが生じることから、旋回後直進状態になるまでに時間遅れが発生し、このため操舵感が油圧方式に比べ劣るという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ロストルクが小さく、電動パワーステアリングモータコア用として優れた鋼板の製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、以下に示す第一の発明によって解決される。
【０００７】
第一の発明は、重量％でC：0.005％以下、Si：4％以下、Al：0.5〜3.5％、S：0.0009％以下（0を含む）、Mn：0.05〜1.5％、P：0.2％以下、N：0.005％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる素材に、仕上焼鈍を施した後、圧下率0.5〜10％の調質圧延を行い、次いで850℃〜1000℃の温度で磁性焼鈍を行うことを特徴とする電動パワーステアリングモータコア用鋼板の製造方法である。
【０００８】
本明細書において、鋼の成分を示す％はすべて重量％であり、ppmも重量ppmである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らがEPSモータコア材として好適な材料すなわちロストルクが小さい材料について検討した結果、このロストルクは機械損とコア材料のヒステリシス損に起因することを見いだした。さらにEPSモータコア材としてヒステリシス損の低い材料及びその手法について検討を進めた結果、無方向性珪素鋼板が最適であり、特にAlを適量添加した鋼板を用いることで良好なヒステリシス特性を有する材料が得られること、また、その鋼板を製造するに際しては、前記素材に仕上焼鈍を施した後、圧下率0.5〜10％の調質圧延を行い、次いで850℃〜1000℃の温度で磁性焼鈍を行うことがヒステリシス特性を向上する上で非常に有効なことを見いだした。
【００１０】
以下、本発明に至る経緯を実験結果に基づいて詳細に説明する。
最初に直流磁気特性に及ぼすAlの影響を調査するため、C=0.0030％、Si=0.03％、Mn=0.18％、P=0.01％、S=0.002％、N=0.0020％とし、Al量を0.12〜4％と変化させた鋼を実験室にて真空溶解し、熱延後、酸洗し、板厚0.5mmまで冷間圧延後、750℃×2min間の仕上焼鈍を施した。引き続き冷延板をリングサンプルに加工し、さらに100％H2雰囲気にて900℃×2hrの磁性焼鈍を施した。図1にAl量と1.5Tまで磁化した場合の周波数1Hz当たりのヒステリシス損との関係を示す。ここで磁気特性の測定は25cmエプスタイン法にて行い、ヒステリシス損はエプスタイン試験にて得られた50、60Hzの鉄損より2周波法にて計算した。
【００１１】
図1よりAl量が0.5％以上の領域でヒステリシス損が低くなっていることがわかる。このAl量が0.5％以上の領域でヒステリシス損が低くなる原因は、Al添加によりα→γ変態温度が高くなり、高温焼鈍により結晶粒が粗大化するためである。
【００１２】
以上のことからAlの下限を0.5％とする。一方、Alが3.5％超えとなった場合は、ヒステリシス損の低下は緩やかとなり、いたずらにコストアップを招くため上限を3.5％とする。
【００１３】
次に、ヒステリシス損を更に低減するため、製造条件の一つである磁性焼鈍温度について検討した。C=0.0021％、Si=0.03％、Al=1.05％、Mn=0.17％、P=0.01％、S=0.002％、N=0.0020％の鋼を実験室にて真空溶解し、熱延後、酸洗した。次いで、板厚0.5mmまで冷間圧延後、750℃×2min間の仕上焼鈍を施し、さらに100％H2雰囲気にて種々の温度で磁性焼鈍を施した。焼鈍時間は全て２hrである。図2にこのようにして得られた鋼板の磁性焼鈍温度と1.5Tまで磁化した場合の周波数1Hz当たりのヒステリシス損との関係を示す（×印）。図2において、磁気特性の測定およびヒステリシス損の計算は図1と同様の方法で行った。
【００１４】
これより、磁性焼鈍温度1000℃まではヒステリシス損が低くなるが、1000℃を超えるとヒステリシス損が増大することがわかる。この原因を調査するため鋼板中のフェライト粒の光学顕微鏡観察と鋼板表層部のSEM観察を行ったところ、磁性焼鈍温度が高くなるに伴いフェライト粒は粗大化していたが、磁性焼鈍温度950℃以上では鋼板表層部に内部酸化物が認められ、特に1000℃超えの温度域で顕著となっていることが判明した。
【００１５】
このことから、ヒステリシス損を更に低減するためには内部酸化が顕著とならない1000℃以下の磁性焼鈍温度において十分に粒成長させることが必要であるといえる。そこで、仕上焼鈍後に調質圧延を施すことにより磁性焼鈍温度を低温化することについて検討した。
【００１６】
前記×印で示した冷間圧延後の鋼板に、750℃×2min間の仕上焼鈍を施した後、圧下率1.5％の調質圧延を施し、さらに100％H2雰囲気、焼鈍時間2hrにて種々の温度で磁性焼鈍を施した鋼板ついて、同一の条件で試験をした結果を図2に○印で示す。
【００１７】
これより、調質圧延を施した鋼板では、調質圧延を施さない鋼板に比べて磁性焼鈍温度が低い場合においてもヒステリシス損が低下し、特に850℃〜1000℃において優れたヒステリシス損特性が得られることがわかる。これは、調質圧延を施すことにより磁性焼鈍時に歪み誘起粒成長が生じ、低温の磁性焼鈍においても十分な粗大粒が得られたためと考えられる。
【００１８】
また調質圧延材を施した鋼板では、ヒステリシス損の絶対値も調質圧延を施さない鋼板に比べ低くなることがわかる。これは、磁性焼鈍により十分な粗大粒が得られているためである。この効果は、特に、内部酸化が顕著とならない温度域で顕著である。
【００１９】
以上のことより、磁性焼鈍温度は850℃〜1000℃とする。
次に、図2の結果をもとに、適正な調質圧延圧下率について検討した。C=0.0020％、Si=0.05％、Al=1.10％、Mn=0.15％、P=0.008％、S=0.002％、N=0.0015％の板厚0.5mmの冷延鋼板に、750℃×2min間の仕上焼鈍を施した後、調質圧延の圧下率を種々変化させた鋼板に100％H2雰囲気にて900℃×2hrの磁性焼鈍を施した。図3にこのようにして得られた鋼板の調質圧延圧下率と1.5Tまで磁化した場合の周波数1Hz当たりのヒステリシス損との関係を示す。図3において、磁気特性の測定およびヒステリシス損の計算は図1と同様の方法で行った。
【００２０】
図3より調質圧延圧下率0.5％以上でヒステリシス損が低下することがわかる。この原因を調査するため、これら鋼板の組織を光学顕微鏡にて観察したところ、調質圧延圧下率0.5％未満では結晶粒の粗大化が不十分であり、混粒状の組織を呈していた。これに対し、調質圧延圧下率0.5％以上では均一な粗大粒が得られており、このフェライト組織の違いがヒステリシス損の違いとして認められたものと考えられる。
【００２１】
以上のことより調質圧延圧下率は0.5％以上とする。また、調質圧延圧下率を高くした場合にはヒステリシス損の観点からは問題ないが、鋼板硬度の上昇に起因して打ち抜き性が低下するため上限を10％とする。
【００２２】
次に、その他の成分の限定理由について説明する。
【００２３】
Siは4％超えとなるとコスト高となるため上限を4％とする。
【００２４】
Cは0.005％超えとなるとヒステリシス損が増大する上に、磁束密度が低下しEPSモータ駆動時のトルクが低下するため0.005％以下とする。なおモータ駆動時のトルクとはモータに電流を流している際のトルクである。
【００２５】
Mnは熱間圧延時の赤熱脆性を防止するために、0.05％以上必要であるが、1.5％超えになるとヒステリシス損が増大する上に、EPSモータ駆動時のトルクが低下するため0.05〜1.5％とする。
【００２６】
Pは鋼板の打ち抜き性を改善するために必要な元素であるが、0.2％を超えて添加すると鋼板が脆化するため0.2％以下とした。
【００２７】
Sは、ヒステリシス損低減の観点から、0.0009％以下とする。
【００２８】
Nは0.005％超えになるとヒステリシス損が増大する上に、磁束密度が低下しEPSモータ駆動時のトルクが低下するため0.005％以下とする。
【００２９】
次に、製造方法について説明する。
本発明においては前記で規定した成分、調質圧延時の圧下率、磁性焼鈍時の温度が本発明の範囲内であれば、その他の製造方法は通常の製造方法でかまわない。すなわち、転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し所定の成分に調整後鋳造し、熱間圧延を行う。その後、一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ2回以上の冷間圧延により所定の板厚とした後に、仕上焼鈍を施す。引き続き圧下率0.5〜10％の調質圧延を行い、次いで850℃〜1000℃の温度で磁性焼鈍を行う。その後、モータコアに加工し、磁性焼鈍を施す。磁性焼鈍は850〜1000℃で2hrで行うのが望ましい。
【００３０】
【実施例】
転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し表1の成分に調整後鋳造し、板厚2.0mmまで熱間圧延を行い、酸洗後、板厚0.5mmまで冷間圧延を行った。その後、10％H2−90％N2雰囲気中にて、770℃×2min間の仕上焼鈍を行い、表1に示す条件で調質圧延、次いで磁性焼鈍を施した。なお、磁性焼鈍は100％H2雰囲気中、焼鈍時間2hrで行った。
【００３１】
磁気特性の測定は25cmエプスタイン法にて行い、ヒステリシス損は、1.5Tまで磁化した場合の周波数1Hz当たりのヒステリシス損をエプスタイン試験にて得られた50、60Hzの鉄損より2周波法にて計算して評価した。各鋼板のヒステリシス損特性を表1に併せて示す。
【００３２】
【表１】
0003997656.tif 000002
【００３３】
これより、本発明に規定する成分、調質圧延圧下率、磁性焼鈍温度を本発明の範囲に制御したNo.3、No11、No.12の本発明例による鋼板において、ヒステリシス損が低い鋼板が得られている事が分かる。
【００３４】
これに対し、No.13、No.14の比較例による鋼板は磁性焼鈍温度が、No.15、No.16の比較例による鋼板は調質圧延圧下率が、それぞれ本発明の範囲を外れているので、ヒステリシス損が高くなっている。
【００３５】
また、No.17の比較例による鋼板はAlの量が、No.18の比較例による鋼板はSの量が、No.19の比較例による鋼板はMnの量が、No.20の比較例による鋼板はCの量が、No.21の比較例による鋼板はNの量が、それぞれ本発明の範囲を外れているので、ヒステリシス損が高くなっている。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればヒステリシス損の低い鋼板を得ることができ、EPSモータのロストルク低減に効果的な電動パワーステアリングモータコア用鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Al量とヒステリシス損の関係を示す図である。
【図２】磁性焼鈍温度とヒステリシス損の関係を示す図である。
【図３】調質圧延圧下率とヒステリシス損の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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