(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓｉ：１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．００５％以下、 Ｏ：０．００２％以下、Ｃｒ：０．４〜５％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄損が低く疲労特性に優れた電磁鋼板に関するもので、電気自動車用モータや高効率エアコン用モータの鉄心材料等に使用される電磁鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車用モータや高効率エアコン用モータは小型化、高効率化の観点より永久磁石をローター内部に埋め込んだＩＰＭモータが主流となっており、その駆動周波数は電気自動車では２００Ｈｚ〜１ｋＨｚ、エアコンでは２００Ｈｚ程度となっている。
【０００３】
上記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、高周波鉄損が低いこと以外に、モータの可変速運転に伴い、ローターに加わる遠心力も大きく変化するため優れた疲労特性も要求される。
【０００４】
疲労特性を向上させる手段としては、結晶粒の細粒化が挙げられる。また、Ｓｉを４％以上に高めることにより高周波鉄損の低減および疲労特性の改善をはかることが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、疲労特性を向上させるためには、結晶粒の細粒化が有効であるが、細粒化は鉄損を増大させるため電磁鋼板における疲労特性の改善手法としては望ましくない。
【０００６】
また、Ｓｉを４％以上に高めることは高周波鉄損の低減および疲労特性の改善に効果的であるが、Ｓｉを高めた場合には鋼板が脆化するため冷間圧延が困難となり、さらに著しい硬度上昇に起因し、打ち抜き時の金型損耗が激しくなるといった問題点を有している。
【０００７】
このため、著しい鋼板の脆化や硬度上昇を伴うこと無く高周波鉄損と疲労特性を改善する手法が望まれている。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、鉄損が低く疲労特性に優れた無方向性電磁鋼板を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが上記課題の解決に関し鋭意検討したところ、Ｃｒを適量添加した鋼板にＭｇを添加することにより高周波鉄損が低くかつ疲労特性に優れた電磁鋼板が得られることを見出した。
【００１０】
本発明はかかる知見に基づきなされたもので、以下のような構成を有する。
【００１１】
ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓｉ：１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．００５％以下、 Ｏ：０．００２％以下、Ｃｒ：０．４〜５％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板である。
【００１２】
なお、本明細書において、鋼の成分を示す％およびｐｐｍはすべてｍａｓｓ％、ｍａｓｓ ｐｐｍである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細をその限定理由とともに説明する。
【００１４】
まず最初に、磁気特性に及ぼすＣｒの影響について調査するため、Ｃ：０．００２５％、Ｓｉ：２．５％、Ａｌ：１．３％、Ｍｎ：０．２０％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００２％、Ｎ：０．００２１％、Ｏ： ０．００１５％とし、Ｃｒ量を０〜６％程度まで変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を行った。引き続きこの熱間圧延板に７５％Ｈ2-２５％Ｎ2雰囲気で８３０℃×３ｈｒの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚０．３５ｍｍまで冷間圧延し、２０％Ｈ2-８０％Ｎ2雰囲気で９５０℃×１ｍｉｎ間の仕上焼鈍を行った。
【００１５】
図１に、このようにして得られた供試材のＣｒ添加量と鉄損Ｗ１０/６００、磁束密度Ｂ５０およびビッカース硬度ＨＶの関係を示す。ここで、磁気特性の評価には得られた供試材を用いて作成した外径４５ｍｍ、内径３３ｍｍのリングサンプルを一次１００ターン、二次１００ターンと巻線したものを用いた。また、ビッカース硬度ＨＶは鋼板断面のビッカース硬度（荷重１００ｇ）で評価した。
【００１６】
図１より、 Ｃｒ＝０．４〜５％の範囲で鉄損が低下することがわかる。０．４％〜５％の領域で鉄損が低下した理由は、固有抵抗の増大による渦電流損の低減効果と磁気異方性の低下によるヒステリシス損の低減効果の相乗作用によるものと考えられる。
【００１７】
一方、 Ｃｒ：５％超えで鉄損は増大するがこれは磁束密度の低下に伴いヒステリシス損が増大するためである。
【００１８】
また、硬度に着目するとＣｒ添加はビッカース硬度をほとんど変化させないことがわかる。
【００１９】
以上よりＣｒ添加量は０．４〜５％とし、磁束密度の観点から望ましくは０．４〜１．４％、より望ましくは０．４％〜０．９％とする。
【００２０】
ところで、電気自動車用モータ、高効率エアコンモータ等で現在主流となっているＩＰＭモータは永久磁石がローター内部に埋め込まれ、高速での可変速回転時に磁石に不規則な遠心力が加わることから、コア材として使用される電磁鋼板には優れた疲労特性が要求される。
【００２１】
電磁鋼板の疲労特性を向上させるためには、
１）疲労亀裂のイニシエーションサイトとなる介在物、析出物の総量を低減すること
２）疲労限を低下させる粗大介在物の形成を防止すること
等が有効であると考えられる。
【００２２】
そこで、 Ａｌ脱酸鋼をベースとすることにより鋼中の酸化物量を低減し、さらに介在物形態コントロールを行なうためＭｇ添加について検討した。最初にＣ：０．００２５％、Ｓｉ：３．０５％、Ｍｎ：０．２０％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００２０％、Ａｌ：１．０５％、Ｃｒ：０．９５％、Ｎ：０．００１８％、Ｏ：０．００１２％とし、Ｍｇ量をｔｒ．〜５０ｐｐｍの範囲で変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗し、８３０℃×３ｈｒの熱延板焼鈍を行い、板厚０．３５ｍｍまで冷間圧延を行った。引き続き冷間圧延板に９５０℃×１ ｍｉｎ （１０％Ｈ2-９０％Ｎ2雰囲気）の仕上焼鈍を行った。疲労試験は仕上焼鈍材より平行部の幅５ｍｍ、長さ１５０ｍｍのサンプルを圧延方向と平行に切り出し、平行部端面を８００番のエメリー紙で圧延方向に研磨したのち、応力比０．１、周波数２０Ｈｚの部分片振り（引張り-引張り）で行った。
【００２３】
図２、このようにして得られた供試材（サンプル）のＭｇ添加量と疲労限の関係を示す。ここで、疲労限は繰り返し数１０7 回において破壊が生じない応力振幅とした。
【００２４】
図２より、Ｍｇを１ｐｐｍ以上添加した場合に疲労限が向上することがわかる。この原因を調査するためＳＥＭにて鋼板断面の鋼中介在物のＳＥＭ観察を行った。その結果、Ｍｇ無添加鋼では粗大なクラスター状のＡｌ2Ｏ3粒子が多数認められた。これに対しＭｇ添加鋼ではＡｌ2Ｏ3のクラスターが低減していることが判明した。このことから、疲労限すなわち疲労特性の向上は、Ｍｇ添加により、疲労の起点となる粗大なＡｌ2Ｏ3クラスターが低減したことによるものと考えられる。
【００２５】
以上のことより、Ｍｇの下限を０．０００１％（１ｐｐｍ）とする。また、上限はコストの観点から０．００５％（５０ｐｐｍ）とする。より疲労特性に優れた鋼板を得るために、さらに好ましくは０．０００５（５ｐｐｍ）〜０．００５（５０ｐｐｍ）とする。
【００２６】
次に、その他の成分の限定理由について説明する。
【００２７】
Ｓｉは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素であるため下限を１．０％とする。一方、４％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は４％とした。
【００２８】
ＡｌはＳｉと同様、固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、２％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２％とした。また、０．１％未満の場合にはＡｌＮが微細化し粒成長性が低下するため下限を０．１％とした。
【００２９】
Ｃは磁気時効の問題があるため０．００５％以下とする。
【００３０】
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、２％超えになると磁束密度を低下させるので０．０５〜２％とした。
【００３１】
Ｐは０．１％を超えて添加すると鋼板が硬くなるため０．１％以下とする。
【００３２】
Ｎは、含有量が多い場合にはＡｌＮの析出量が多くなり、鉄損を増大させるため０．００５％以下とした。
【００３３】
Ｓは０．０２％を超えるとＭｎＳの析出により鉄損が増大するため、上限を０．０２％とする。
【００３４】
Ｏは０．００２％を超えると疲労き裂のイニシエーションサイトが増大するため０．００２％以下とする。
【００３５】
なお、本発明の効果を損なわない範囲でＳｂ、Ｓｎ、ＲＥＭ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ等の元素を添加することができる。
【００３６】
次に本発明の鋼板の製造方法について説明する。
【００３７】
本発明の鋼板を得るには、例えば、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、最終焼鈍を行う。
【００３８】
ここで、本発明で規定するＣｒ、Ｍｇは、例えば、スラグもしくは鋼の酸素ポテンシャルをコントロ−ルすることにより、本発明の範囲とすることができる。
【００３９】
【実施例】
転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し、表１の成分に鋳造後、１１４０℃×１ｈｒのスラブ加熱を行った後、板厚２．０ｍｍまで熱間圧延を行った。熱間圧延仕上げ温度は８００℃、巻取り温度は６１０℃とした。巻取り後、７５％Ｈ2-２５％Ｎ2雰囲気で８９０℃×３ｈｒの熱延板焼鈍を施した。その後、板厚０．３５ｍｍまで冷間圧延を行い、１０％Ｈ2-９０％Ｎ2雰囲気で表１に示す条件において仕上焼鈍を行った。
【００４０】
磁気特性の測定は、外径４５ｍｍ、内径３３ｍｍのリングサンプルを用い、一次１００ターン、二次１００ターンと巻線したものを用いた。疲労試験は仕上焼鈍材より平行部の幅５ｍｍ、長さ１５０ｍｍのサンプルを圧延方向と平行に切り出し、平行部を８００番のエメリー紙で研磨したのち、応力比０．１、周波数２０Ｈｚの部分片振り（引張り-引張り）で行った。
【００４１】
各鋼板の磁気特性および疲労特性を表１に併せて示す。
【００４２】
【表１】
0003956596.tif 000002
【００４３】
表１より、Ｃｒ、Ｍｇ量が本発明の範囲内である本発明鋼において、磁気特性および疲労特性に優れた鋼板が得られることがわかる。
【００４４】
一方、比較鋼においては、磁気特性もしくは疲労特性のいずれか一方が劣っている。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、鉄損が低く疲労特性に優れた鋼板を得ることができる。また、本発明により得られる鋼板は、電気自動車、エアコン、サーボモータ等の高周波域で可変速運転されるモータのコア材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｒ添加量と鉄損、磁束密度および硬度との関係を示すグラフ
【図２】Ｍｇ添加量と疲労限との関係を示すグラフ
【図１】
0003956596.tif 000003
【図２】
0003956596.tif 000004