(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｓ：０．０３５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５〜２．５％、Ｐ：０．００５〜０．１５％、Ｎ：０．００５％以下、
ただし、１．５＜［Ｓｉ］＋［Ａｌ］＋０．５［Ｍｎ］≦３．５
残部Ｆｅおよび不可避不純物
より成る鋼組成を有し、高周波励磁特性を備え、自動かしめ強度がかしめ１点当たり１０ＭＰａ以上、占積率９６％以上、板厚０．２２〜０．３３ｍｍ、平均表面粗さＲａ≦０．５μｍである無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼組成を有する鋼を、１２５０℃以下の温度に加熱して熱間圧延を行い、さらに冷間圧延を行って得られた板厚０．２２〜０．３３ｍｍの冷延材に７００〜１０５０℃の温度で仕上げ焼鈍を行うことを特徴とする、平均表面粗さＲａ≦０．５μｍ、高周波励磁特性、自動かしめ性、そして占積率の優れた無方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波励磁特性と自動かしめ性、さらに占積率の優れた無方向性電磁鋼板とその製造方法、特にインバータ励磁制御のモータ、トランス、あるいは誘導加熱等の高周波発生機器のシールド用材料としての高周波励磁特性と自動かしめ性、そして占積率の優れた無方向性電磁鋼板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、無方向性電磁鋼板はモータやトランスに使用されてきたが、近年、地球温暖化防止の観点からモータ等のエネルギー消費機器の効率改善が重要となってきている。そのために回転運動を得る手段としてのモータも、従来は交流誘導モータに減速機を取付け所定の回転数を得る方式や直流モータで電圧を変え所定の回転数を得る方式であったが、これらの方式では効率が悪く余分なエネルギーを消費していた。その後、周波数変換の技術が進歩し、誘導モータとインバータの組合せで所定の回転数が得られる技術が発達し、高速回転を得る手段として高周波を使用することが多くなった。
【０００３】
また、さらなるモータの進歩で従来主流であった誘導モータから永久磁石を埋め込んだ同期モータ (ブラシレスＤＣモータ) が主流となってきており、しかも、高周波数で使用されることが多くなった。例えば、空調機( エアコン) のコンプレッサーに使用されるハーメティックモータや電気自動車用モータはすでに従来の商用周波数以上で駆動されたブラシレスＤＣモータが主流である。
【０００４】
さらに掃除機に使用されるユニバーサルモータや産業用ロボットに使用されるサーボモータ、コンピュータのハードディスク駆動用のスピンドルモータなど、従来より高速回転をするものではモータ自体の構造で高周波数となってしまうため、高周波鉄損が低いことが重要となってきている。
【０００５】
これらの対策としては、電気抵抗の高い高合金系の板厚の薄い電磁鋼板を使用することが有効であり、これまで例えば特開平８−60252 号公報や特開平10−25554 号公報などに記載されているような板厚0.50mm以下の薄い電磁鋼板を使用することが有効とされてきた。
しかしながら、これら薄い材料は占積率が悪いことと自動かしめができないため大量生産に向かないという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここに、本発明の課題は、例えば板厚0.50mm以下、特に0.22〜0.42mmの範囲の薄板であっても占積率にすぐれ自動かしめが可能である無方向性電磁鋼板とその製造方法を提供することである。
【０００７】
具体的には、本発明は、占積率96％以上、自動かしめ強度がかしめ１点当たり10MPa 以上である高周波磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板とその製造方法を提供することである。
【０００８】
さらに具体的には、従来の正弦波のみならず、PWM(パルス波幅変調) やPAM(パルス波増幅変調) などで励磁され、その鉄損W15/400(周波数400Hz 、磁束密度1.5Tのときの鉄損) が80W/kg未満である高周波磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板とその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために本発明者らは種々検討を重ねた結果、鋼組成を巧みに調整することで、占積率の低下を招くことなく自動かしめができ、しかも高周波磁気特性の良好な電磁鋼板が得られることを見出した。
【００１０】
一般に高周波磁気特性のうち問題になるのは鉄損であり、たとえばエアコン用インバータ制御の誘導モータやブラシレスＤＣモータではパルス幅変調方式のインバータが使用されており、チョッピングする回数により発生するキャリア周波数が2.5 〜３kHz 、そしてチョッピングで生成させたPWM 交流周波数が30〜400Hz であり、従来のJIS C-2550(1986)に定められた磁気特性評価方法である交流50あるいは60Hzでの鉄損評価では不十分である。
【００１１】
そこで、本発明にあっては、特にPWM 励磁の場合に100 Hz以上で鉄損を低くするために合金成分を一定量添加し、かつ従来主流であった板厚を0.5 mmから0.22〜0.42mmと薄くすることを着想した。
【００１２】
しかしながら、板厚は薄くするほど、また合金成分は多くするほど、鉄損の低下は期待できるが、逆に占積率の低下と自動かしめができなくなるという問題がある。
【００１３】
ここに、本発明はこのような要請のいずれをも満足できる合金組成、製造方法があることを見い出したものであって、その要旨とするところは、次の通りである。
【００１４】
（１）重量％で、
Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｓ：０．０３５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５〜２．５％、Ｐ：０．００５〜０．１５％、Ｎ：０．００５％以下、
ただし、１．５＜［Ｓｉ］＋［Ａｌ］＋０．５［Ｍｎ］≦３．５
残部Ｆｅおよび不可避不純物
より成る鋼組成を有し、高周波励磁特性を備え、自動かしめ強度がかしめ１点当たり１０ＭＰａ以上、占積率９６％以上、板厚０．２２〜０．３３ｍｍ、平均表面粗さＲａ≦０．５μｍである無方向性電磁鋼板。
【００１５】
（２）上記（１）に記載の鋼組成を有する鋼を、１２５０℃以下の温度に加熱して熱間圧延を行い、さらに冷間圧延を行って得られた板厚０．２２〜０．３３ｍｍの冷延材に７００〜１０５０℃の温度で仕上げ焼鈍を行うことを特徴とする、平均表面粗さＲａ≦０．５μｍ、高周波励磁特性、自動かしめ性、そして占積率の優れた無方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、鋼中合金成分のうち鉄損低減に効果のあるSi、Al、Mnに注目し、これらの鉄損に寄与する割合から[Si]＋[Al]＋0.5[Mn] が1.5 〜5.5 の範囲に制限するものであって、かかる組成割合のスラブを引き続き熱間圧延のために1250℃以下の温度の再加熱炉に装入する。熱間圧延後、酸洗して仕上げ焼鈍を行うか、または、酸洗して冷間圧延を行うか、あるいは熱延板を焼鈍して酸洗後冷間圧延を行うか、あるいは熱延板の焼鈍後酸洗し中間厚まで冷間圧延を行い中間焼鈍後最終板厚を0.22mm以上0.42mm以下まで冷間圧延を行ったのち、仕上げ焼鈍としての連続焼鈍を行う。この連続焼鈍による仕上げ焼鈍後、使用用途によっては表面に無機バインダーを含む樹脂あるいは樹脂のみよりなる有機・無機の複合あるいは有機コーティング層を施す。
本発明における鋼組成および製造条件の限定理由を以下に示す。
【００１８】
鋼組成
Ｃは0.01％を越えて含有すると磁気時効を引き起こし磁気特性を劣化させるため0.01％以下とする。好ましくは0.003 ％以上である。
【００１９】
Siは磁気特性改善に必須の元素であるが3.5 ％を越えて含有させると自動かしめ性が低下しかつ鋼自体が硬くなり板厚精度が低下するため占積率が低下することから、3.5 ％以下とした。好ましくは1.0 〜3.0 ％である。
【００２０】
Mnは磁気特性改善に有効な元素であるが1.5 ％を越えて添加すると自動かしめ性が低下しかつ鋼自体が硬くなり板厚精度が低下するため占積率が低下することから、1.5 ％以下とした。また、0.2 ％未満では結晶粒成長が抑制され、商用周波数域(50 、60Hz) での鉄損が悪くなるために、0.2 ％以上とする。好ましくは0.2 〜0.5 ％である。
【００２１】
Ｓの添加は磁気特性改善にとって好ましくないため、0.035 ％以下とした。Si＋Al＋0.5Mn が2.0 ％以上の場合には、好ましくは0.002 ％以下である。
【００２２】
sol.Alは磁気特性を改善するのに重要な元素であるが、0.0005％未満では超清浄鋼となり製鋼段階での製造コストが著しく増大し現実的ではなく、2.5 ％を超えて含有すると熱間圧延、冷間圧延ともに著しく困難となるので2.5 ％以下とした。好ましくは0.2 〜1.2 ％または0.0005〜0.001 ％である。
【００２３】
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0.15％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0.15％以下とし、一方0.005 ％未満とするには脱燐処理のコストが増大するため0.005 ％以上0.15％以下とした。
【００２４】
ＮはAlと結合し結晶粒を微細化するなど磁気特性に有害な元素であるため0.005 ％以下とした。
[Si]＋[Al]＋0.5[Mn] という関係式で表される元素の和が鋼の電気抵抗を高め高周波鉄損の改善に寄与するが、1.5 ％未満ではその効果が認められず、5.5 ％を超えると自動かしめが困難になるので5.5 ％以下とした。好ましくは上記式の値は1.5 〜3.5 ％である。
【００２５】
板厚：本発明において板厚は特定の範囲には制限されないが、0.22mm未満では自動かしめができなくなりかつ占積率の著しい低下を招く、また0.42mm超では高周波鉄損が著しく増大するためその好適態様にあっては0.22〜0.42mmとした。
【００２６】
本発明によれば、上述のような組成を有する鋼を熱間圧延さらに必要により冷間圧延を行ってから仕上げ焼鈍を行うことで製造する。以下、冷間圧延を行う場合を例にとって本発明を説明する。
【００２７】
まず、熱間圧延に際しては、上記成分のスラブを1250℃以下の加熱温度にて再加熱し通常の熱延方法にて1.5 〜2.0 mm厚の熱延鋼板に仕上げる。加熱温度が1250℃を超えると磁気特性が劣化するため1250℃以下とし、また、圧延性を確保するためには、好ましくは1000〜1150℃である。
【００２８】
熱間圧延後、場合により磁気特性改善のために熱延板の焼鈍を行ってもよい。熱延板の焼鈍温度は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。
【００２９】
得られた熱延板は次いで好ましくは0.22〜0.42mm厚にまで冷間圧延を行うが、冷間圧延に際しては場合により冷間圧延の中間厚で600 〜1000℃の中間焼鈍を行う。仕上げ焼鈍は連続焼鈍で700 〜1100℃で行う。仕上焼鈍温度700 ℃未満では再結晶組織が十分得られず磁気特性が不良となり、1100℃超では結晶粒が著しく粗大化し加工性が劣化する。
【００３０】
冷間圧延により得られた薄鋼板は表面粗さを0.5 μm 以下とする。表面粗さ：Raが0.5 μｍを超えると占積率の低下が著しくなるので0.5 μｍ以下とした。
仕上げ焼鈍後、場合により鋼板表面に樹脂のみあるいは、樹脂と無機バインダの混合物からなる表面コーティング層を施す。このような表面コーティングは従来より慣用のものをそのまま用いることで十分であり、本発明にあっても特に制限されない。
【００３１】
【実施例】
[実施例１]
表１に示す鋼組成を有する鋼を溶製し、これから227 mm厚、1000mm幅のスラブを鋳造し加熱炉に装入した。この加熱炉で同じく表１に示す温度に再加熱してから通常の熱間圧延を行い、2.0 mm厚の熱延コイルに仕上げた。この熱延コイルを通常の酸洗を行った後、表面粗さ( 平均表面粗さ)0.8μｍのワークロールを備えた冷間圧延機で冷間圧延を行い、冷延コイルに仕上げた。得られた冷延コイルの板厚は表１に、そして表面粗さは表２にそれぞれ示す通りであった。
【００３２】
次いで、表２に示す温度での連続焼鈍を行って、再結晶仕上げ焼鈍後、アクリル樹脂エマルジョン、クロム酸マグネシウム、ほう酸よりなる膜厚0.3 μｍの表面コーティングをロールコータ方式により鋼板表面に形成させた。
このようにして製造された無方向性電磁鋼板について、磁気特性、自動かしめ性および占積率を決定した。
【００３３】
まず、磁気特性については、JIS C2550 に規定された25cmエプスタイン枠を用い、PWM 励磁によりキャリア周波数３kHz で100 Hzから１kHz までの鉄損を、切断のまま (フルプロセス) と、750 ℃、２時間の歪取り焼鈍後 (セミプロセス) とで評価した。
【００３４】
自動かしめ性は、黒田精工製自動かしめ金型を用い外径45mm内径33mmのリングコア (４点かしめ) を作成し、引張試験によりその結束力を測定し、１点当たりのかしめ強度を求めた。
【００３５】
占積率は、JIS C 2550に規定された方法にて評価した。
磁気特性として、W15/50は4.5W/kg 未満、W15/400 は80W/kg未満、そしてW10/800 は90W/kg未満をそれぞれ合格とした。１点当たりかしめ強度は10MPa 以上、占積率は96％以上をそれぞれ合格とした。
【００３６】
得られた結果は、表２にまとめて示す。
また、図１および図２はこれらの結果と、同様の一連の実験結果とをまとめてグラフで示すものである。
【００３７】
図１は、[Mn]と[Si]＋[Al]との関係を示すグラフで、図中、 [×] は冷間圧延で破断した場合を示し、 [△] は占積率が96％未満、 [○] はＷ15/50 が4.5W/kg 以上、 [□] はＷ10/800が90W/kg以上の場合をそれぞれ示す。 [●] は本発明例である。
【００３８】
図２は、板厚と鉄損 (Ｗ10/800) との関係を示し、図中、[O] は[Si]＋[Al]＋0.5[Mn] ＜1.5 の場合である。それ以外の場合はいずれも1.5 ＜[Si]＋[Al]＋0.5 [Mn]≦5.5 を満足する。
【００３９】
【表１】
0003791226.tif 000002
【００４０】
【表２】
0003791226.tif 000003
【００４１】
【発明の効果】
このように、従来は０．５０ｍｍ以下という薄板の無方向性電磁鋼板では自動かしめができなかったのに対して、本発明によれば占積率を低下させることなく、自動かしめを可能とすることができ、今日問題となっている高周波励磁特性に優れた材料を用いた大量生産を可能とするなど、本発明の実用的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の結果を含めて1.5 ＜[Si]＋[Al]＋0.5 [Mn]≦5.5 の臨界性を示すグラフである。
【図２】実施例の結果を含めて板厚と鉄損 (Ｗ10/800) との関係を示すグラフである。
【図１】
0003791226.tif 000004
【図２】
0003791226.tif 000005