(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でC：0.005％以下、Si：3.0％以下、Sol.Al：0.2〜0.5％、S：0.02％以下、Mn：0.05〜1.5％、P：0.2％以下、 N：0.005％以下、残部Feおよび不可避不純物からなるスラブに、熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍を施した後、次いで1.0〜8.0％の圧下率で調質圧延を行うことを特徴とする電動パワ−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−ステアリングシステムにおける、電動パワ−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−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−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−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−ステアリングモータコア用として好適な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】
上記の課題は次の発明により解決される。
【０００６】
第一の発明は、重量％でC：0.005％以下、Si： 3.0％以下、Sol.Al：0.2〜0.5％、S：0.02％以下、Mn：0.05〜1.5％、P：0.2％以下、N：0.005％以下、残部Feおよび不可避不純物からなるスラブに、熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍を施した後、次いで1.0〜8.0％の圧下率で調質圧延を行うことを特徴とする電動パワ−ステアリングモータコア用鋼板の製造方法。
【０００８】
これらの手段において、本発明の作用効果を無くさない限り、不可避不純物をはじめ、他の微量元素を含有するものが本発明の範囲に含まれる。
【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、前記スラブに熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍を施した後、圧下率1.0〜8.0％の調質圧延を行うことがユーザー焼鈍後に、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、本発明に至る経緯と発明の詳細を実験結果に基づいて詳細に説明する。
パワ−ステアリングモータは、小型化、高トルク化のため、ステータのコアバック部が2〜4mm程度と非常に細く打ち抜き加工の影響を受けやすい。そのため、加工歪みによるコア損失の増大が生じる。この対策として、部品加工後に歪取り焼鈍（ユーザー焼鈍）を行うと磁気特性は回復することが知られており、実際に行われている。そこで、本発明では、ユーザー焼鈍を行うことを前提にパワ−ステアリングモータに適したヒステリシス損が低く、かつ磁束密度の高いコア材料を検討した。
【００１１】
最初に、ヒステリシス損に及ぼす調質圧延の影響を調査するため、C：0.0025％、Si：0.35％、Mn：0.40％、P：0.095％、S：0.0040％、Sol.Al：tr.、N：0.0020％の鋼をラボ溶解し、熱延後、酸洗し、板厚0.50mmまで冷間圧延した。次いで、10％H2-90％N2雰囲気で760℃×40secの連続焼鈍を行い、圧下率0〜１5％の範囲で調質圧延を施した。打ち抜き加工により各コイルから幅30mm×長さ280mmの磁気測定用サンプルを切り出し、最も多く実施されているユーザー焼鈍として、100％N2雰囲気中での750℃×2hrの焼鈍を実施した。
【００１２】
図1に、このようにして得られたサンプルの調質圧延圧下率とユーザー焼鈍後の1.5 Tまで磁化した場合の周波数1Hz当たりのヒステリシス損の関係を示す。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50、60Hzの鉄損より2周波法にて計算した。
【００１３】
図1より、調質圧延圧下率の増加に伴い急激にヒステリシス損が低減し、8％を越えると再び緩やかに増加する。ユーザー焼鈍後の組織観察の結果、低ヒステリシス損の領域では歪み誘起粒成長によるフェライト組織の粗大粒化が認められた。また、調質圧延率が8％を越えると組織は再び細粒化しはじめていた。以上より、調質圧延圧下率の最適範囲は、ロストルク低減に問題とならないヒステリシスレベルである1.0％以上とし上限は8.0％以下とする。
【００１４】
次に、さらなるヒステリシス損低減の手法を検討するために、調質圧延プロセスを前提としたAlの影響を調査した。 C：0.0025％、Si：0.32％、Mn：0.40％、P：0.095％、S：0.004％、N：0.0020％とし、Sol.Alをtr.〜0.50％と変化させた鋼をラボ溶解し、熱延後、酸洗し、板厚0.50mmまで冷間圧延した。次いで、10％H2-90％N2雰囲気で770℃×40secの連続焼鈍を行い、圧下率2.5％の調質圧延を施した。打ち抜き加工により各コイルから幅30mm×長さ280mmの磁気測定用サンプルを切り出し、100％N2雰囲気中で750℃×2hrのユーザー焼鈍を実施した。
【００１５】
図2にSol.Alとユーザー焼鈍後の1.5 Tまで磁化した場合の周波数1Hz当たりのヒステリシス損の関係を示す。図2よりSol.Alが0.004％を越えるとヒステリシス損が急激に増加し始め、0.15％以上になると再び低減する。そこで、光学顕微鏡による組織観察およびTEM観察を行った。その結果、Sol.Alが0.004％超え〜0.15％未満の領域では、微細なAl2O3-MnO-SiO2の3元系酸化物や微細なAlNの存在により結晶粒が不均一であることが判明した。一方、Sol.Alが0.004％以下の領域は、SiO2あるいはSiO2-MnOの比較的大きな1μm以上の酸化物が主体であり、結晶組織は調質圧延歪みにより均一に粗大化していた。またSol.Alが0.15％以上の領域は、鋼中にはAl2O3系酸化物と300nm程度のAlNが存在し、結晶組織も均一になっていた。
【００１６】
以上より、安定的にヒステリシス損を低減するためには、好ましくはSol.Alを0.004％以下または0.15〜0.5％とする。
【００１７】
次に、その他の成分の限定理由について説明する。
Cは、磁気時効によりヒステリシス損が増加するため0.005％以下とした。
【００１８】
Siは、結晶磁気異方性を低下しヒステリシス損を低減する。また、脱酸時にSiO2を形成し、調質圧延歪みによる粒成長を有効に作用させる効果があるが、3.0 ％を超えると磁束密度が低下するため上限を3.0％とする。
【００１９】
Sol.Alは0.5％を超えると磁束密度が低下するため上限を0.5％とした。また、安定的にヒステリシス損を低減するために0.2％以上0.5％以下とする。
【００２０】
Mnは熱間圧延時のSを固定するために、0.05％以上必要であるが、1.5％を超えると磁束密度を低下させるため1.5％以下とする。
【００２１】
Sは、多量に含有するとMnSが増加して、ヒステリシス損が増大するので、0.02％以下とする。
【００２２】
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％以下とする。
【００２３】
Nは0.005％を超えるとヒステリシス損を増大させるため0.005％以下とする。
次に、製造方法について説明する。
【００２４】
本発明において、前記で規定した成分、および調質圧延時の圧下率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し、引き続き鋳造、熱間圧延を行う。熱間圧延時の仕上焼鈍温度、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。次いで一回の冷間圧延、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、仕上げ焼鈍を行う。その後、調質圧延を行い製品とする。調質圧延は圧下率1.0〜8.0％で行うことにより、本発明鋼を得ることができる。
【００２５】
【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、スラブを1200℃で1hr加熱した後、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。熱延仕上げ温度は810℃とした。巻取り温度は680〜720℃とした。その後、板厚0.50mmまで冷間圧延を行い、10％H2-90％N2の雰囲気で表1に示す仕上げ焼鈍および調質圧延を行った。その後750℃×2hrのユーザー焼鈍を行い、ヒステリシス損と磁束密度を測定した。
【００２６】
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及び磁気特性を表1に併せて示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１より、成分、調質圧延圧下率を本発明の範囲に制御したNo.2、No.4、No.5の本発明例による鋼板において、ユーザー焼鈍後のヒステリシス損が低く、かつ磁束密度の高い鋼板が得られることがわかる。
【００２９】
これに対し、No.6、No.7の比較例による鋼板は調質圧延圧下率が、No.9の比較例による鋼板はCの量が、No.11の比較例による鋼板はSの量が、それぞれ本発明の範囲を外れているので、ユーザー焼鈍後のヒステリシス損が高くなっている。
【００３０】
また、No.8の比較例による鋼板はSol.Alの量が、No.10の比較例による鋼板はMnとNの量が、No.12の比較例による鋼板はSiの量が、それぞれ本発明の範囲を外れているので、磁束密度が低くなっている。
【００３１】
【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−ステアリングモータコア用鋼板を得ることができる。
【００３２】
さらに、高磁束密度が得られるので、モータ駆動時に高トルクが得られ操舵性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】調質圧延圧下率とユーザー焼鈍後のヒステリシス損との関係を示す図である。
【図２】  Sol.Alとユーザー焼鈍後のヒステリシス損との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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