(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.01％以下、Si：0.05％以上3.0 ％以下、Mn：0.08％以上2.5 ％以下、
Ｓ：0.01％以下、酸可溶Al：3.0 ％以下、Ｐ：0.1 ％以下、
Ｎ：0.0050％以下、
かつ、0.1≦[Si]＋[Al]＋0.5×[Mn]≦4.5
残部Ｆｅおよび不可避不純物
より成る鋼組成を有し、磁性焼鈍後の結晶粒径が30μm以上2.0mm以下であり、平均表面粗さがRa:0.3μｍ以上である、曲げ加工または絞り加工が施される電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ：0.01％以下、Si：0.5 ％超3.0 ％以下、Mn：0.08％以上2.5 ％以下、
Ｓ：0.01％以下、酸可溶Al：3.0 ％以下、Ｐ：0.1 ％以下、
Ｎ：0.0050％以下、
かつ、0.1≦[Si]＋[Al]＋0.5×[Mn]≦4.5
残部Ｆｅおよび不可避不純物
より成る鋼組成を有し、磁性焼鈍後の結晶粒径が30μm以上2.0mm以下である、曲げ加工または絞り加工が施される電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板。
【請求項３】
インバータによる交流磁化を行う用途に用いる、インバータによりＰＷＭ波形で基本波５０Ｈｚキャリア周波数１ｋＨｚの電源を使用し１．０Ｔで励磁した時の音圧が45dbを越えない制音性に優れた請求項１または２記載の電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板。
【請求項４】
請求項１または２記載の鋼組成を有するスラブを1300℃以下の温度で加熱し熱間圧延を行った後、冷間圧延を１回または中間焼鈍をはさんで２回以上行って最終板厚とし、次いで600℃〜1050℃にて連続焼鈍またはバッチ焼鈍を行い、その後、15％以下の圧下率で調質圧延を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２記載の鋼組成を有するスラブを1300℃以下の温度で加熱し熱間圧延を行った後、600℃〜1000℃の熱延板焼鈍を行ってから、冷間圧延を１回または中間焼鈍をはさんで２回以上行って最終板厚とし、次いで600℃〜1050℃にて連続焼鈍またはバッチ焼鈍を行い、その後、15％以下の圧下率で調質圧延を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板の製造方法。
【請求項６】
請求項１または２記載の鋼組成を有するスラブを1300℃以下の温度で加熱し熱間圧延を行った後、15％以下の圧下率で調質圧延を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板の製造方法。
【請求項７】
請求項１または２記載の鋼組成を有するスラブを1300℃以下の温度で加熱し熱間圧延を行った後、600℃〜1000℃の熱延板焼鈍あるいは仕上焼鈍を行ってから、15％以下の圧下率で調質圧延を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リレーに用いる、または自動車におけるバルブコントロールなどのために用いる電磁石アクチュエータのヨークとして使用される軟磁性鋼板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟磁性鋼板は、そのような電磁石アクチュエータのヨーク、特にソレノイドヨークなどにおけるように、一般に電磁石の鉄心として使用される。
【０００３】
これまでの直流電磁石では電流調整が困難であるためON−OFF のみの制御が主流であった。ところがバルブコントロール用などにおけるように途中位置での位置制御を求められる場合、電磁石の吸引力は、発生する磁化力すなわち、電流に比例するため、電流コントロールが必要となる。近年、インバータ制御の発展に伴い、電磁石も交流にて電流制御が可能となっている。
【０００４】
したがって、かかる電流制御はインバータ制御による交流変換ならば容易であるが、これまではインバータが高価であり普及していなかった。しかし、近年のインバータ普及に伴い、かかる位置制御可能な電磁石も大幅なコストダウンが可能となり小型部品まで使用できるようになった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように交流での電流制御が可能な電磁石では、これまでの直流による使用とは異なった問題が発生している。
【０００６】
すなわち、従来技術ではたとえばJIS C 2504に規定された電磁軟鉄板や電子材料工業会標準規格EMAS−1007に規定された電磁けい素鉄板などがあるが、いずれも高価な「磨き帯鋼」で製造されており表面粗さが0.1 μｍ程度の極めて平滑な表面であり滑りやすく音を発生させやすく、製造コスト高とインバータ使用時に「音」が発生する問題で更なる利用範囲の拡大が困難であった。
【０００７】
ここに、本発明の課題は、低コストで磁気特性に優れ、かつ、制音性に優れた電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板およびその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる問題を解決するために本発明者らは、種々検討の結果、この音は磁歪によるものと電磁吸引力によるものの２つが原因であるがいずれの場合も「共振」によりヨーク内で増幅されることがわかった。ところが従来の電磁軟鉄板は絞り加工や曲げ加工などによる「冷間加工」をうけると磁性焼鈍後の結晶粒径が小さくなり「音」の伝播性がよくなるため制音効果がなかった。しかも平滑な表面のため滑りやすく、一層音を発生させやすかった。
【０００９】
一方、電磁けい素鋼鉄板ではもともと結晶粒径は小さく、「音」の伝播性がよく制音性に乏しかった。
かくして本発明者らは成分コントロールと表面仕上げ、磁性焼鈍後の結晶粒径の最適化により低コストで上述の課題が達成可能であることを見出した。
【００１０】
さらに具体的には、かかる手段により、インバータなどの非正弦波励磁による磁気特性が磁化力10e の時の磁束密度が0.5T以上、200eでの磁束密度が1.6T以上でありかつ磁束密度1.5Tの時の保磁力が70Ａ/m以下で電磁吸引音、磁歪による音が45db以下の良好な結果が得られることを見出した。
【００１１】
本発明の要旨とするところは、次の通りである。
（１）質量％で、
Ｃ：0.01％以下、Si：0.05％以上3.0 ％以下、Mn：0.08％以上2.5 ％以下、
Ｓ：0.01％以下、酸可溶Al：3.0 ％以下、Ｐ：0.1 ％以下、
Ｎ：0.0050％以下、
かつ、0.1≦[Si]＋[Al]＋0.5×[Mn]≦4.5
残部Ｆｅおよび不可避不純物
より成る鋼組成を有し、磁性焼鈍後の結晶粒径が30μm以上2.0mm以下であり、平均表面粗さがRa:0.3μｍ以上である、曲げ加工または絞り加工が施される電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板。
【００１２】
（２）質量％で、
Ｃ：0.01％以下、Si：0.5 ％超3.0 ％以下、Mn：0.08％以上2.5 ％以下、
Ｓ：0.01％以下、酸可溶Al：3.0 ％以下、Ｐ：0.1 ％以下、
Ｎ：0.0050％以下、
かつ、0.1≦[Si]＋[Al]＋0.5×[Mn]≦4.5
残部Ｆｅおよび不可避不純物
より成る鋼組成を有し、磁性焼鈍後の結晶粒径が30μm以上2.0mm以下である、曲げ加工または絞り加工が施される電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板。
【００１３】
（３）インバータによる交流磁化を行う用途に用いる、インバータによりＰＷＭ波形で基本波５０Ｈｚキャリア周波数１ｋＨｚの電源を使用し１．０Ｔで励磁した時の音圧が45dbを越えない制音性に優れた上記(1)または（2）記載の電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板。
（４）上記(1)または（2）記載の鋼組成を有するスラブを1300℃以下の温度で加熱し熱間圧延を行った後、冷間圧延を１回または中間焼鈍をはさんで２回以上行って最終板厚とし、次いで600 ℃〜1050℃にて連続焼鈍またはバッチ焼鈍を行い、その後、15％以下の圧下率で調質圧延を行うことを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板の製造方法。
【００１４】
（５）上記(1)または（2）記載の鋼組成を有するスラブを1300℃以下の温度で加熱し熱間圧延を行った後、600℃〜1000℃の熱延板焼鈍を行ってから、冷間圧延を１回または中間焼鈍をはさんで２回以上行って最終板厚とし、次いで600℃〜1050℃にて連続焼鈍またはバッチ焼鈍を行い、その後、15％以下の圧下率で調質圧延を行うことを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板の製造方法。
（６）上記(1)または（2）記載の鋼組成を有するスラブを1300℃以下の温度で加熱し熱間圧延を行った後、15％以下の圧下率で調質圧延を行うことを特徴とする上記(1)〜（3）のいずれかに記載の電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板の製造方法。
（７）上記(1)または（2）記載の鋼組成を有するスラブを1300℃以下の温度で加熱し熱間圧延を行った後、600℃〜1000℃の熱延板焼鈍あるいは仕上焼鈍を行ってから、15％以下の圧下率で調質圧延を行うことを特徴とする上記(1)〜（3）のいずれかに記載の電磁石アクチュエータ部品用軟磁性鋼板の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、所定成分よりなるスラブを熱間圧延後、酸洗し冷間圧延を行うか、あるいは熱延板焼鈍を行い、酸洗後冷間圧延で所定の板厚とする。冷間圧延に際しては、一回または中間焼鈍をはさみ２回以上の冷間圧延によって所定の板厚に仕上げてもよい。
【００１６】
冷延板は連続焼鈍またはバッチ焼鈍にて再結晶焼鈍を行い、引続き圧下率15％以下の調質圧延を行う。
変更例として熱延板に酸洗のまま、または酸洗後熱延板焼鈍のまま、引続き15％以下の調質圧延を行ってもよい。
【００１７】
上述のように鋼組成および製造条件を規定するその限定理由を以下に示す。なお、本明細書において「％」は特にことわりがない限り、「質量％」である。
＜鋼組成＞
Ｃ：
Ｃは、0.01％を越えて含有すると磁気時効が起こり磁気特性を劣化させるため0.01％以下とする。好ましくは0.005 ％以下とする。
【００１８】
Si：
Siは磁気特性改善に必須の元素であるが3.0 ％を越えて含有させるとヴィッカース硬度の上昇を招き、鉄心加工時の割れ等を生じ易くなるので、3.0 ％以下とした。好ましくは2.2 ％以下である。下限は0.05％とする。0.05％を下回ると鋼中酸素濃度が上昇し「へげ疵」等の表面欠陥が発生しやすくなるので0.05％以上とした。さらなる磁気特性の改善には、好ましくは、Si:0.5％超とする。さらに好ましくは、1.0 ％以上である。
【００１９】
Mn：
Mnは、磁気特性改善に有効な元素であるが2.5 ％超では磁性焼鈍時の結晶粒径コントロールが困難となるため、2.5 ％以下とした。下限は0.08％とした。0.08％を下回るためには精錬に要する時間が著しく長くなりコストアップを招くので0.08％以上とした。好ましい上限は2.0 ％であり、より好ましくは0.1 ％以上0.5 ％以下である。
【００２０】
Ｓ：
Ｓの添加は逆に磁気特性を劣化させるためＳは0.01％以下とした。好ましくは0.005 ％以下である。
【００２１】
酸可溶Al：
酸可溶Alは磁気特性を改善するのに重要な元素であるが、3.0 ％を超えて含有すると硬さの著しい上昇をまねき磁性焼鈍後の結晶粒径コントロールに支障をきたすので3.0 ％以下とした。好ましくは0.0001％以上0.05％以下または0.1 ％以上0.5 ％以下である。
【００２２】
Ｐ：
Ｐは、打抜き性を確保するための機械的性質を改善するのに重要であるが0.1 ％を越えて含有すると冷間圧延時の破断を引き起こすため0.1 ％以下とした。好ましくは0.005 ％以上0.02％以下である。
【００２３】
Ｎ：
Ｎは、磁気特性にとって有害でありAlと結合しAlN を形成し結晶粒を微細化させ磁気特性劣化をまねくのでＮを0.0050％以下とした。
[Si]＋[Al]＋0.5 ×[Mn]：
かかる関係式は、磁性焼鈍時の結晶粒径と加工性に影響をおよぼすため合計量を規定した。磁気特性の良好でかつ粗大な結晶粒を得るのに必須の元素の組合せであり、SiとAlは同等の効果を発揮し、Mnはその 1/2の効果であることを見出した。従って、その合計量が、磁気特性良好で粗大な結晶粒を得る必要条件となり、0.1 未満では磁気特性改善の効果が少なく、4.5 を越えると加工性が著しく悪くなり曲げ加工や絞り加工で割れが発生するため4.5 以下とした。好ましくは3.1 以下である。
【００２４】
その他、Ni、Cu、Sb、Sn、Ca、Mg等は合計量で0.5 ％以下程度の存在は許容される。
本発明にかかる鋼組成において、残部はFeであるが、不可避不純物としてTi、Nb、Zr、Ｖ、Ｗ等を合計で0.1 ％以下含んでいてもよい。
【００２５】
かかる鋼組成を有するスラブは1300℃以下の温度で加熱し通常の熱間圧延を行う。1300℃を越えた加熱温度は鋼中のMnS を溶解させ磁気特性の劣化を招く。圧延性を確保するために、好ましくは1100℃〜1250℃である。
【００２６】
熱間圧延後、場合により磁気特性改善のために熱延板焼鈍を行う。熱延板焼鈍温度は600 ℃未満では効果がなく、1100℃を越えると結晶粒が過度に粗大化し、冷間圧延時に破断等のトラブルを引き起こす。好ましい熱延板焼鈍は 700〜1000℃で行う。
【００２７】
このようにして得られた熱延板は熱延ままあるいは熱延板焼鈍後、冷間圧延を行う。冷間圧延は１回または中間焼鈍をはさみ２回もしくはそれ以上行い所定の厚みに仕上げる。
【００２８】
仕上げ焼鈍は、連続焼鈍あるいはバッチ焼鈍で600 〜1050℃で行う。仕上焼鈍温度600 ℃未満では再結晶組織が十分得られず磁気特性は不良となり、かつ硬さの上昇を招く。1050℃超では結晶粒が著しく粗大化しヨーク加工時の曲げや絞りで割れるため1050℃以下とする。好ましくは700 〜1050℃である。
【００２９】
仕上げ焼鈍後、圧下率15％以下の調質圧延を行う。好ましくは0.1 ％〜15％の調質圧延を行う。かかる調質圧延は式で表された成分[Si]＋[Al]＋0.5 ×[Mn]が1.0 以上の時は加工でのYPE(降伏点伸び) 除去の目的で、1.0 未満のときはヨーク加工成形後の磁気特性改善の目的で行う。
【００３０】
本発明の変更例では熱延板に対し、冷間圧延を行うことなく、必要により熱延板焼鈍を行ってから、直接に上述の調質圧延を行ってもよい。かかる変更例においては、冷間圧延および仕上げ焼鈍を省略できることから、製造コストの大幅な低下が実現できるが、磁気特性の多少の低下は免れない。ただし、調質圧延により平均表面粗さをRa:0.3μm 以上に調整することで、この点による十分な制音性は確保できる。
【００３１】
＜結晶粒径＞
上述のようにして得られた軟磁性鋼板は、使用に当たっては例えば 700〜950 ℃での磁性焼鈍を行うが、本発明ではそのような熱処理後の結晶粒径を30μｍ以上2.0mm 以下とする。
【００３２】
ところで、インバータで発生させた１kHz 以上の可聴域のキャリア周波数は音圧45dbを越えると著しい不快音となる。従来より、例えば特開昭60−208417号公報に記載されているような結晶粒の粗大な鋼板はその音の伝播性が悪く、制音性に優れることが知られているが、従来の音の発生源は「外的」なもの、すなわち鋼板から製造された溶接鋼管内を通過する流体の流動音や、騒音を発生源の遮蔽材として、外から与えられた振動を吸収することを目的としている。
【００３３】
これに対して本発明の目的は鋼板そのものが磁化によって振動する現象の抑止であり、振動も磁化電源基本波の逓倍あるいはインバータキャリアの逓倍である。かかる内部より発生する振動の伝播は鋼板の結晶粒径に強く依存し、結晶粒が大きいほどその伝播性は劣る、すなわち制音性に優れる。
【００３４】
結晶粒径は30μｍ未満ではこの不快音が音圧45dbを越え制音性が悪く、2.0mm を越えると曲げ加工時に割れを生じるため30μm 以上２mm以下とした。好ましくは35μｍ以上 500μｍ以下である。
【００３５】
【実施例】
本発明の作用効果を実施例を参照することでさらに具体的に説明する。
[実施例１]
表１に示した化学組成よりなるスラブを表２に示した条件にて加熱、熱間圧延、酸洗後、熱延板焼鈍、冷間圧延にて表中の板厚に仕上げた後、連続焼鈍あるいはバッチ焼鈍で、再結晶焼鈍後、調質圧延を行った。
【００３６】
磁気的な評価はJIS C 2504の磁気測定方法に従い外径45mm、内径33mmのリング試験片加工後、800 ℃での磁性焼鈍を行い直流にて磁気測定した。
音の評価はインバータによりPWM 波形で基本波50Hzキャリア周波数１kHz の電源を使用し1.0Tで励磁した時の音圧を測定し評価した。
【００３７】
表２に示す通り、本発明の範囲に属するところの、保磁力が低く磁束密度が高く結晶粒径が30μm 以上を満たし、成分範囲および成分から構成される式Si＋Al＋0.5Mn が所定の範囲に属する鋼板では音圧が著しく低く交流磁化されるヨークに使用するのに適している。
【００３８】
【表１】
0004023088.tif 000002
【００３９】
【表２】
0004023088.tif 000003
【００４０】
【実施例２】
本例においては表３に示す化学組成よりなるスラブを用いて実施例１を繰り返した。結果は表４にまとめて示す。
【００４１】
【表３】
0004023088.tif 000004
【００４２】
【表４】
0004023088.tif 000005
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼組成および磁気焼鈍後の結晶粒径を特定範囲に規定することで磁気特性と制音性とに優れた軟磁性鋼板が得られ、その製造に当たっても、通常のスラブ加熱、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍そして調質圧延と慣用手段でもって行えばよく、低コストで製造が可能となる。