WO2007063581A1

WO2007063581A1 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法

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Publication number: WO2007063581A1
Application number: PCT/JP2005/021960
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Fujimura; Hiroyoshi Yashiki; Satoshi Okamura
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2008-05-30
Also published as: CN101321883A; CN101321883B

Abstract

本発明は、強度が高く高周波での鉄損の低い無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することを主目的とする。本発明は、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１％以上４％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．１％以上３％以下、Ｃｕ：１％超４％以下を含有し、ＴｉおよびＮｂの少なくともいずれか一方の元素を合計で０．０２％以上０．３％以下で含有し、さらに任意元素としてＶ：０％以上０．３％以下、Ｚｒ：０％以上０．３％以下、Ｎｉ：０％以上２％以下、Ｂ：０％以上０．０１０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする無方向性電磁鋼板を提供することにより、上記目的を達成する。

Description

明細書

無方向性電磁鋼板およびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、高速で回転する電動機 (モータ)や発電機等の回転機の回転子 (ロータ

)鉄心の素材として好適な無方向性電磁鋼板に関する。特に、本発明は、回転時の応力あるいは加減速時の応力変動に耐え、優れた強度特性および磁気特性が要求される、磁石埋め込み型モータ (IPMモータ)や突極型表面磁石モータ (突極型 SR Mモータ）の回転子鉄心の素材として好適な無方向性電磁鋼板に関するものである背景技術

[0002] 地球温暖化ガスを削減するため、自動車や家電製品などの分野では消費エネルギ一の少ない新製品開発が必要である。例えば自動車分野では、低燃費化するためガソリンエンジンとモータとのハイブリッド駆動自動車 (HEV)、あるいはモータ駆動の電気自動車がある。家電製品分野では、年間電気消費量の少ない高効率エアコンや冷蔵庫などがある。それらの共通した技術はモータであり、モータの高効率化が重要な技術となっている。モータ高効率ィ匕の過程において、モータの駆動システムは高度化し、さまざまな回転駆動制御が可能になっている。すなわち、駆動電源の周波数制御により、可変速運転、商用周波数以上での高速運転を可能としたモータが増加してきている。

[0003] このような高速回転機の実現には、高速回転に耐え得る構造のロータを開発する必要がある。一般に、ロータに作用する遠心力は回転半径に比例し、回転速度の二乗に比例する。このため高速回転で運転する際には、そのロータに作用する力が例えば 500MPaを超える場合もある。したがって、ロータには降伏強度の高い材料が必要となる。さらに、ロータ高速回転運転中には、外部からの振動や頻繁な加減速といった繰り返し応力が発生する場合も想定されるので、ロータ材料には、単に降伏強度が高!、だけでなく疲労強度が高、ことも必要とされる。疲労強度を高める手段としては引張強度を高めることが最も有効であることから、高速回転するロータの材料には高、降伏強度と高、引張強度が必要であると言!、換えることができる。

[0004] 通常、モータロータには、積層した無方向性電磁鋼板が使用されるが、上記のような高速回転するモータでは所要の強度を満足できない場合がある。その際にはロータ材料として高強度の铸鋼などが用いられている。し力しながら、モータロータは、回転時に磁気的性質を利用するものであるから、その材料としては、上述のように、機械特性とともに磁気特性に優れていることが要求される。すなわち、一体物の铸鋼製ロータでは、渦電流損が非常に大きくなるのでモータの効率が低下してしまうという問題がある。また、 IPMモータの場合はそのロータでの損失による発熱で磁石特性が劣化するという問題も生じる。

[0005] このように、上記のような高速回転するモータのロータ鉄心材料としては、機械的には高い強度を有し、かつ磁気的には高周波低鉄損を有するものでなければならない。鋼板の強度を高める手段として、冷間圧延鋼板の分野では一般に、固溶強化、析出強化、細粒ィ匕強化、変態強化などの方法が用いられるが、高い強度および高周波低鉄損という優れた磁気特性は一般に相反する関係にあり、これらを同時に満足させることは極めて困難であった。

[0006] このような問題を解決するため、最近では、高い抗張力を有する無方向性電磁鋼板についてのいくつかの提案がなされてきている。例えば特許文献 1では、 Si含有量を 3. 5〜7. 0%と高め、これに固溶硬化の大きい元素を添カ卩し、抗張力を高める方法が提案されている。また、特許文献 2では、通常の無方向性電磁鋼板に 2. 0%以上 4. 0%未満の Siを含有させると同時に、 Nb, Zrの 1種または 2種、あるいは Ti, V の 1種または 2種の炭窒化物を活用し、さらには熱間圧延条件および仕上げ焼鈍条件を制御することにより、機械特性および磁気特性を兼備した降伏強度の高い無方向性電磁鋼板を製造する方法が提案されている。さらに、特許文献 3では、鋼材内部に直径 1. 0 m以下の Cuからなる金属相を含有させることにより、抗張力を高める方法が提案されている。

[0007] 特許文献 1：特開昭 60— 238421号公報

特許文献 2：特開平 6— 330255号公報

特許文献 3 :特開 2004— 84053号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] し力しながら、上記特許文献 1に記載された発明により得られる鋼板は非常に脆、ため、冷間圧延時に破断しやすく歩留まりが非常に低いという問題がある。

上記特許文献 2に記載された発明では仕上げ焼鈍温度が低、ために、鋼板の結晶粒径が非常に小さぐ鉄損が非常に大きいという問題がある。

また、上記特許文献 3に記載された発明では、仕上げ焼鈍条件を適正化していないために、さらに強度を向上させる余地がある。さらに、熱間圧延鋼板に焼鈍を実施しないか、あるいは 980°Cの高温で焼鈍するため、熱間圧延鋼板内部に Cuが微細分散し、熱間圧延鋼板が非常に硬質となる。そのため、その後の冷間圧延が困難となり、生産'性に劣る問題があった。

[0009] 本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、強度が高く高周波での鉄損の低ヽ無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することを主目的とする。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明者らは、時効熱処理による析出強化で強度を高め、かつ優れた磁気特性を有する鋼板ができなヽかとの観点から鋭意研究を積み重ねた結果、磁気特性および強度特性の両方に有利な Si、 A1含有の鋼をベースに、析出強化元素として Cuを活用し、さらに Ti, Nb, V, Zrの炭化物をも活用することにより、強度特性および磁気特性を兼ね備えた無方向性電磁鋼板が得られることを見出し、本発明を完成させた。なお、本発明において「炭化物」には、炭窒化物が含まれるものとする。

[0011] すなわち、本発明は、質量％で、 C : 0. 02%以下、 Si: 1%以上 4%以下、 Mn: 1% 以下、 P : 0. 2%以下、 S : 0. 03%以下、 A1: 0. 1%以上 3%以下、 Cu: l%超 4%以下を含有し、 Tiおよび Nbの少なくともいずれか一方の元素を合計で 0. 02%以上 0. 3%以下で含有し、さらに任意元素として V: 0%以上 0. 3%以下、 Zr: 0%以上 0. 3 %以下、 Ni: 0%以上 2%以下、：0%以上0. 010%以下を含有し、残部が Feおよび不純物からなることを特徴とする無方向性電磁鋼板を提供する。

本発明によれば、無方向性電磁鋼板の鋼組成を上記の構成とすることにより、磁気特性および強度特性に優れたものとすることができる。 [0012] 本発明の無方向性電磁鋼板は、質量％で、 Vおよび Zrの少なくともヽずれか一方の元素を、 V: 0. 01%以上 0. 3%以下、 Zr: 0. 01%以上 0. 3%以下で含有することが好ましい。 Vおよび Zrは、炭化物を生成し、強度上昇に有効であるからである。

[0013] また、本発明の無方向性電磁鋼板は、質量％で、 Ni: 0. 05%以上 2%以下を含有することが好ましい。 Niを含有することにより、鋼板の強度をさらに高めることができる力である。

[0014] さらに、本発明の無方向性電磁鋼板は、質量％で、 B: 0. 0003%以上 0. 010% 以下を含有することが好ましい。 Bを含有することにより、鋼板の靭性が向上し、冷間圧延時の破断が抑制できるからである。

[0015] さらに、本発明の無方向性電磁鋼板は、降伏強度が 500MPa以上であることが好ましい。降伏強度を上記範囲とすることにより、本発明の無方向性電磁鋼板を例えば回転子に使用して電動機や発電機等の回転機に適用した場合には、運転中に変形や破壊が発生することなく安定して使用することが可能となるからである。

[0016] 本発明は、また、上述した鋼組成を有する冷間圧延鋼板に、 900°C以上 1150°C 以下の仕上げ焼鈍温度で仕上げ焼鈍を施す仕上げ焼鈍工程と、上記仕上げ焼鈍工程後の鋼板を、 900°C以下 600°C以上の温度域で平均冷却速度が l°CZs以上となるように冷却する冷却工程とを有することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法を提供する。

[0017] 本発明によれば、冷間圧延鋼板の鋼組成と、仕上げ焼鈍工程での仕上げ焼鈍温度と、冷却工程での平均冷却速度とを適正に制御することにより、磁気特性が良好な無方向性電磁鋼板を製造することができる。また、仕上げ焼鈍工程—冷却工程により得られた無方向性電磁鋼板に時効熱処理を施すことにより、強度特性を改善することが可能である。

[0018] 上記発明にお、ては、上記仕上げ焼鈍工程前に、上記冷間圧延鋼板の素材である熱間圧延鋼板に 600°C以上 900°C以下で 2時間以上保持する熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、熱延板焼鈍が施された上記熱間圧延鋼板に冷間圧延を施す冷間圧延工程とを行ってもよい。所定の条件で熱延板焼鈍を施すことにより、鋼板の延性が向上し冷間圧延工程での破断を抑制できるからである。 [0019] また本発明においては、上記の仕上げ焼鈍工程冷却工程後の鋼板に、 400°C 以上 700°C以下の時効熱処理温度で、下記式（1)で示される熱処理パラメータ Pが 1 3000以上 18000以下となるように時効熱処理を施す時効熱処理工程を行ってもよい。

P= (T+ 273) X (20+log (t) ) … (1)

(ここで、 Tは時効熱処理温度 (°C)であり、 tは時効熱処理時間（h)である。 ) 時効熱処理温度および熱処理パラメータを適正に制御することにより、強度特性を効果的に向上させることができるカゝらである。

[0020] さらに本発明は、上述した無方向性電磁鋼板を積層してなることを特徴とする回転子鉄心を提供する。本発明の回転子鉄心は、上述の無方向性電磁鋼板を積層して構成されるので、例えば電動機に適用した場合には、モータ効率を向上させるとともに、安定して使用することができる。また、発電機に適用した場合には、高速回転が可能であり、発電効率の向上に繋がる。

[0021] また本発明は、上記回転子鉄心を用いたことを特徴とする回転機を提供する。本発明においては、上記回転子鉄心を用いるので、例えば電動機としてはモータ効率向上および長期にわたる使用安定性を図ることができる。また、発電機としては発電効率向上を図ることができる。

発明の効果

[0022] 本発明においては、高周波での鉄損が低いだけでなぐ時効熱処理により強度の高、無方向性電磁鋼板を得ることが可能である。このような無方向性電磁鋼板を用 V、て製造した回転子鉄心が高速回転するモータロータに組み込まれれば、モータ効率が高くなることはもちろん、運転中に変形や破壊することなく長期間にわたり安定して使用可能となる。このような省エネルギー効果により地球環境に負荷の少ない未来社会創造に貢献できる。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]時効熱処理温度と鋼板の降伏強度との関係を示すグラフである。

[図 2]時効熱処理温度と鋼板の鉄損 W との関係を示すグラフである。

10/400

[図 3]熱処理パラメータ Pと鋼板の降伏強度との関係を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

[0024] 本発明者らは、強度が高ぐかつ磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板を得るために、時効熱処理を用いた析出強化により無方向性電磁鋼板を高強度化する場合にっ、て、時効熱処理後の鋼板の強度特性および磁気特性へ及ぼす鋼成分の影響を調査した。その結果、磁気特性および強度特性の両方に有利な Si、 A1含有の鋼をベースに、析出強化元素として Cuを活用し、さらに Ti, Nb, V, Zrの炭化物をも活用することにより、強度特性および磁気特性を兼ね備えた無方向性電磁鋼板が得られることを見出した。以下、本発明をなすに至った知見およびそれに至る実験結果について説明する。

[0025] 真空溶解炉にて、主要成分が質量％で、 Si: 2%, Mn: 0. 2%、 P : 0. 09%、 S : 0 . 003%、 A1: 0. 7%、 N : 0. 002%、 Cu: 2. 0%であり、 C, Nb含有量力異なる铸片 A, Bを作製し、 1100°Cで加熱した後、仕上げ温度を 850°Cとして熱間圧延を施し、厚さ 2. 5mmの熱間圧延鋼板を作製した。この熱間圧延鋼板を厚さ 2. 1mmまで研削加工し、 750°Cで 10時間の熱延板焼鈍を施し、さらに厚さ 0. 35mmまで冷間圧延を施した。この冷間圧延により得られた冷間圧延鋼板に 1000°Cの仕上げ焼鈍を施し、次いで 20°CZsの平均冷却速度で室温まで冷却し、幅 55mm、長さ 55mmの単板試験片を作製した。この単板試験片に 550°Cで 2時間の時効熱処理を施した後、鉄損 W および強度を測定した。

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[0026] 下記表に時効熱処理後の鋼板の強度（降伏強度 YS、引張強度 TS)および鉄損 W の評価結果を示す。この結果より明らかなように、 C, Nbをほとんど含有しない

10/400

鋼板 A、および C, Nbを含有する鋼板 Bを比較すると、鋼板 Bは強度がより高ぐ鉄損が同等であることが判明した。

[0027] [表 1]

[0028] 次に、真空溶解炉にて、主要成分が質量％で、 C : 0. 005%、 Si: 2%, Mn: 0. 2 %、 P : 0. 09%、 S : 0. 001%、 A1: 0. 7%、 N: 0. 002%、 Cu: 2. 5%であり、 Ti含有量が 0. 002%または 0. 04%である铸片を作製し、 1100°Cで加熱した後、仕上げ温度を 850°Cとして熱間圧延を施し、厚さ 2. 6mmの熱間圧延鋼板を作製した。この熱間圧延鋼板を厚さ 2. Ommまで研削加工し、さらに厚さ 0. 35mmまで冷間圧延を施した。この冷間圧延により得られた冷間圧延鋼板に 950°Cで 20秒間の仕上げ焼鈍を施し、次いで 20°CZsの平均冷却速度で室温まで冷却し、幅 55mm、長さ 55m mの単板試験片を作製した。この単板試験片に 350〜800°Cで 10分間の時効熱処理を施した後、降伏強度および鉄損 W を測定した。

10/400

[0029] 図 1に時効熱処理温度と降伏強度との関係、図 2に時効熱処理温度と鉄損 W

10/400 との関係を示す。図 1および図 2より明らかなように、上記の実験条件では 400°Cから 650°Cの時効熱処理にて降伏強度が 500MPa以上となり、かつ鉄損はその時効によりほとんど劣化しないことが明らかになった。さらに、 Tiを 0. 04%含有する鋼板は磁気特性がやや劣化するが、降伏強度が Tiを 0. 002%含有する鋼板よりも高くなることが判明した。

ここで図 1において、時効熱処理温度が 800°Cである場合に降伏強度の上昇が見られるのは、 Cuが再固溶した後に時効熱処理後の冷却過程で Cuの析出が生じるためであると考えられる。

[0030] さらに種々の温度 ·時間条件の組合せにて時効熱処理を施し、下記式（1)で示される熱処理パラメータ Pと降伏強度との関係を求めた。結果を図 3に示す。

[0031] P= (T+ 273) X (20+log (t) ) (1)

(ここで、 Tは時効熱処理温度 (°C)であり、 tは時効熱処理時間（h)である。 )

[0032] 図 3に示すように、熱処理パラメータ Pが 13000以上 18000以下の範囲内で降伏強度 500MPa以上が得られることが明ら力となった。

[0033] 従来では、磁気特性に対して析出相が悪影響を及ぼすとされていた。これは、析出相はその周囲の静磁エネルギーを減少させるために新たな磁区を生成したり、磁壁移動の障害になったりするため、磁気特性が劣化すると考えられていた力もである。しかしながら、上述の実験結果より、時効熱処理により生成した微細な Cu相は磁気特性を劣化させないことが明ら力となった。その機構については明らかではないが、本発明者らは次のように推定する。すなわち、 Cu析出硬化が最も顕著になる粒子サィズ（10〜40nm)は磁壁の厚みと同等以下であるため、新たな磁区が生成せず、磁壁移動の障害にもならないものと推定される。また、 Nb含有量や Ti含有量が多いと降伏強度が上昇するのは、 Nb炭化物や Ti炭化物の析出強化によるものと推察される。

以下、本発明の無方向性電磁鋼板およびその製造方法、ならびに回転子鉄心、電動機について詳細に説明する。

[0034] A.無方向性電磁鋼板

本発明の無方向性電磁鋼板は、質量％で、 C : 0. 02%以下、 Si: 1%以上 4%以下、 Mn: l%以下、 P : 0. 2%以下、 S : 0. 03%以下、 A1: 0. 1%以上 3%以下、 Cu: 1%超 4%以下を含有し、 Tiおよび Nbの少なくともいずれか一方の元素を合計で 0. 02%以上 0. 3%以下で含有し、さらに任意元素として V: 0%以上 0. 3%以下、 Zr: 0%以上 0. 3%以下、 Ni: 0%以上 2%以下、 B : 0%以上 0. 010%以下を含有し、残部が Feおよび不純物力もなることを特徴とするものである。

なお、各元素の含有量を示す「％」は、特に断りのない限り「質量％」を意味するものである。また、本発明において、「残部が Feおよび不純物からなる」とは、本発明の効果を阻害しない範囲で他の元素を含有する場合を含むことを意味する。

[0035] 上述したように、本発明によれば、上記の鋼組成を有する鋼板に時効熱処理を施すことにより、優れた強度特性を得ることができる。したがって本発明においては、上記の鋼組成を有する無方向性電磁鋼板には、時効熱処理後の鋼板だけでなぐ時効熱処理に供する鋼板も含まれるものとする。

以下、本発明の無方向性電磁鋼板の鋼成分等について説明する。

[0036] 1.鋼成分

(D C

Cは鋼板の強度を高めるのに有効な元素である。し力しながら、 C含有量が 0. 02 %を超えるとセメンタイト、 εカーバイドなどの炭化物が析出し、磁気特性劣化が顕著になる場合がある。したがって、 C含有量は 0. 02%以下とする。また、より一層の磁気特性向上、特に鉄損を向上させるには C含有量の上限を 0. 010%にするのが好ましい。一方、 Ti, Nb, V, Zrなどの炭化物による析出強化を積極的に図るには、 C 含有量を 0. 005%〜0. 02%に制御することが好ましい。

[0037] (2) Si

Siは鋼の比抵抗を高め、鉄損低減に有効である。また、 Siは固溶強化により鋼板の強度を高めるのにも有効である。 Si含有量は必要な鉄損特性および強度特性に応じて決定すればよい。し力しながら、 Si含有量が 1%未満では必要な強度および鉄損が得られない可能性がある。一方、 Si含有量力を超えると Cu析出物の分散状態が不均一となり強度向上効果が飽和する傾向を示す。また、冷間圧延において破断しゃすくなり製造コストが著しく増大する場合がある。したがって、 Si含有量は 1%以上 4%以下とする。さらに、冷間圧延時の破断による歩留まり低下を抑制するためには、 Si含有量を 1. 5%以上 3%以下にするのが好ましい。

[0038] また、時効熱処理により降伏強度 500MPa以上の鋼板を得るための適正な Si含有量は Cu含有量によって決定することが好ましい。具体的には、 Siおよび Cuの含有量 (質量％)をそれぞれ [Si]、 [Cu]としたとき、下記式を満足することが好ましい。

[Si] >0. 4[Cu]²- 2[Cu] +4

[0039] (3) Mn

Mnは不可避的不純物であり、添加する必要はない。しかしながら、 Mnは鋼の比抵抗を高め、鉄損低減に有効である。その効果を得るには 0. 1%以上含有させることが好ましい。一方、 Mn含有量が 1%を超えると原料コストが大きくなる場合がある。したがって、 Mn含有量は 1%以下に限定する。

[0040] (4) P

Pは不可避的不純物であり、添加する必要はない。しかしながら、 Pは固溶強化により鋼板の強度を高めるのに有効な元素であり、その効果を得るには 0. 05%以上含有させることが好ましい。一方、 P含有量が 0. 2%を超えると鋼の靱性が劣化し、冷間圧延時に破断するおそれがある。したがって、 P含有量は 0. 2%以下に限定する。

[0041] (5) S

Sは不可避的不純物であり、添加する必要はない。 S含有量が 0. 03%を超えると粗大な Mn, Cu含有硫化物が形成され、鋼の靭性が劣化し、冷間圧延時に破断するおそれがある。したがって、 S含有量は 0. 03%以下に限定する。

[0042] (6)A1

A1は Siと同様に鋼の比抵抗を高め、鉄損低減に有効である。また、脱酸に有効な元素であり、非金属介在物を低減することができる。し力しながら、 A1含有量が 3%を超えると飽和磁束密度が著しく低下し、鉄心性能が劣化する可能性がある。一方、溶鋼の脱酸を効率的に行うには A1を 0. 1%以上含有させることが必要である。したがつて、 A1含有量は 0. 1%以上 3%以下に限定する。集合組織改善により磁束密度を改善するには、 A1含有量を 0. 6%以上とすることが好ましい。

[0043] (7) Cu

Cuは本発明において必須の元素である。上述したように、 Cu析出物が非常に微細である場合には、磁気特性をほとんど劣化させることなぐ強度特性を向上させる効果がある。し力しながら、 Cu含有量が 1%以下では Cu析出による強度上昇が十分得られない可能性がある。一方、 Cu含有量が増加するにつれて時効硬化量は大きくなるが 4%を超えると仕上げ焼鈍時に Cu析出物が不均一に分散して時効熱処理後の強度が低下し、また鋼板の磁束密度も低下する場合がある。したがって、 Cu含有量は 1%超 4%以下に限定する。また、析出強化が最も顕著になるという点から、 Cu 含有量は 1. 5%以上 3%以下であることが好ましい。

[0044] (8)Tiおよび Nb

Tiおよび Nbは炭化物を形成し強度上昇に有効であり、 Tiおよび Nbの少なくともヽずれか一方は本発明において必須の元素である。強度特性を向上させるには、 Tiおよび Nbの少なくともいずれか一方の元素を合計で 0. 02%以上含有させることが必要である。また、 Tiおよび Nbの少なくともいずれか一方の元素を合計で 0. 3%を超えて含有させると、炭化物が粗大分散して磁気特性が著しく劣化する可能性がある。したがって、 Tiおよび Nbの合計含有量は 0. 02%以上 0. 3%以下とする。さらに磁気特性を改善するには、その合計含有量は 0. 02%以上 0. 1%以下とするのが好ましい。

炭化物生成による析出強化を確実に図るには、 Tiまたは Nbのいずれか一方の元素の含有量を単独で 0. 02%以上、さらには 0. 03%以上とすることが好ましい。 [0045] (9)Vおよび Zr

Vおよび Zrは任意添加元素であり、本発明において必須の元素ではない。しかしながら、 Vおよび Zrは上記の Tiおよび Nbと同様に炭化物を形成し、強度上昇に有効である。強度特性をさらに向上させるには、 Vおよび Zrの少なくともいずれか一方の元素を、 V: 0. 01%以上、 Zr: 0. 01%以上で含有させることが好ましい。また、 V含有量または Zr含有量が 0. 3%を超えると、炭化物が粗大分散して磁気特性が著しく劣化する可能性がある。したがって、 V含有量は 0. 01%以上 0. 3%以下、 Zr含有量は 0. 01%以上 0. 3%以下とすることが好ましい。さらに磁気特性を改善するには、 V含有量は 0. 01%以上 0. 1%以下、 Zr含有量は 0. 01%以上 0. 1%以下とするのが好ましい。

炭化物生成による析出強化をより確実に図るには、 V含有量を 0. 02%以上、 Zr含有量を 0. 02%以上とすることが好ましい。

[0046] (10) Ni

Niは不可避的不純物であり、添加する必要はない。し力しながら、 Niは固溶強化により鋼板の強度を高めるのに有効な元素であり、その効果を得るには 0. 05%以上含有させることが好ましい。一方、 Ni含有量が 2%を超えると原料コストが大きくなる。したがって、 Ni含有量は 2%以下に限定する。

[0047] (11) B

Bは任意添加元素であり、本発明において必須の元素ではない。しかしながら、 B を 0. 0003%以上含有させることで熱間圧延鋼板の靱性が向上し、冷間圧延時に破断しに《なる。一方、 B含有量が 0. 010%を超えると粗大な Bィ匕合物が生成し、かえつて冷間圧延時に破断するおそれがある。したがって、 B含有量は 0. 010%以下とする。また、鋼板製造性の観点より、 B含有量は 0. 0003%以上 0. 0040%以下にすることがさらに好ましい。

[0048] (12)その他の不可避的不純物

製鋼プロセスにおいて鋼中に混入する不純物で 0. 01%以上混入する可能性のある成分として Crおよび Mo等が存在する。 Crおよび Moのいずれも含有量を 1%以下に低減しておけば、本発明の効果が損なわれることはない。また、上記成分以外の不純物成分は、いずれも含有量が 0. 05%以下に低減されていれば本発明の効果に影響はない。

[0049] 2.降伏強度

本発明の無方向性電磁鋼板の降伏強度は、 500MPa以上であることが好ましぐより好ましくは 600MPa以上とする。降伏強度を上記範囲とすることにより、本発明の無方向性電磁鋼板を用いて例えばモータロータとした際に、運転中に変形や破壊が発生することなく安定して使用することが可能となる力もである。

また、降伏強度の上限値としては特に限定されないが、通常 lOOOMPa以下とする

[0050] なお、上記降伏強度は、 JIS—Z— 2241に規定の方法にて測定することができる。

[0051] B.無方向性電磁鋼板の製造方法

次に、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。

本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法は、上述した鋼組成を有する冷間圧延鋼板に、 900°C以上 1150°C以下の仕上げ焼鈍温度で仕上げ焼鈍を施す仕上げ焼鈍工程と、上記仕上げ焼鈍工程後の鋼板を、 900°C以下 600°C以上の温度域で平均冷却速度が l°CZs以上となるように冷却する冷却工程とを有することを特徴とするものである。

[0052] 本発明にお、ては、上記仕上げ焼鈍工程前に、通常、上述の鋼組成を有する鋼塊または鋼片に熱間圧延を施す熱間圧延工程と、この熱間圧延工程により得られる熱間圧延鋼板に冷間圧延を施す冷間圧延工程とが行われる。また、熱間圧延工程後に、熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程を行ってもよい。さらに、上記仕上げ焼鈍工程後に、鋼板に時効熱処理を施す時効熱処理工程を行ってもょ、以下、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法における各工程について説明する

[0053] 1.仕上げ焼鈍工程

本発明における仕上げ焼鈍工程は、上述した鋼組成を有する冷間圧延鋼板に、 9 00°C以上 1150°C以下の仕上げ焼鈍温度で仕上げ焼鈍を施す工程である。 [0054] 本工程における仕上げ焼鈍温度の制御は、鋼板の時効熱処理前の強度特性と、時効熱処理後の強度特性および磁気特性とを改善する上で非常に重要である。仕上げ焼鈍温度が 900°C未満では、再結晶粒成長が不十分となり磁気特性が著しく劣化する可能性がある。一方、 1150°Cを超えると鋼板の平坦度が著しく劣化し、打ち抜き加工性が劣化する場合がある。したがって、仕上げ焼鈍温度は 900°C以上 115 0°C以下に限定する。また、より一層の鉄損低減には仕上げ焼鈍温度が高ければ高いほどよく、 950°C以上とすることが好ましい。

[0055] なお、冷間圧延鋼板の鋼成分については、上述した「A.無方向性電磁鋼板」の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。

[0056] 2.冷却工程

本発明における冷却工程は、上記仕上げ焼鈍工程後の鋼板を、 900°C以下 600 °C以上の温度域で平均冷却速度が l°CZs以上となるように冷却する工程である。

[0057] 本発明において冷却速度を制御することは、冷却工程にて Cuを過飽和固溶状態とし、その後に時効熱処理工程を行うことにより Cuの析出を促して、目的とする降伏強度を得るのに重要である。このため、 Cuの析出が盛んとなる 900°C以下 600°C以上の温度域を冷却する際には、平均冷却速度 l°CZs以上で冷却することが必要である。 900°C以下 600°C以上の温度域での平均冷却速度が l°CZs未満である場合には、冷却過程において Cuの析出が過剰に進行するため、時効熱処理工程を行う前に Cuの過飽和固溶状態を実現できず、その後時効熱処理を施したとしても目的とする降伏強度を得ることができない可能性があるからである。また、時効熱処理工程前に過飽和固溶状態を実現できればよいのであるから、平均冷却速度の上限は特に限定されないが、平均冷却速度が過大となると平坦度が悪くなり鉄心製造 (打ち抜き積層）が困難となるので、平均冷却速度を 100°CZs以下とすることが好ましい。

[0058] また、冷却工程では、鋼板を室温まで冷却させてもよぐ後述する時効熱処理温度まで冷却させてもよい。鋼板を時効熱処理温度まで冷却させた場合は、後述する時効熱処理工程にて鋼板の温度を時効熱処理温度まで再度上昇させる必要がないため、製造工程が簡便となり冷却工程と時効熱処理工程とを連続して行うことができる [0059] 3.熱間圧延工程

本発明においては、上記仕上げ焼鈍工程前に、通常、上述の鋼組成を有する鋼塊または鋼片（以下、スラブということもある。）に熱間圧延を施す熱間圧延工程が行われる。

熱間圧延としては一般的な方法を用いることができる。スラブ温度、熱間圧延での仕上げ温度、卷取り温度等の条件は、スラブの鋼組成、目的とする鋼板の板厚などにより適宜選択するものとする。

熱間圧延鋼板は、通常、熱間圧延の際に鋼板表面に生成したスケールを酸洗により除去してから冷間圧延に供される。熱間圧延鋼板に後述する熱延板焼鈍を施す場合には、熱延板焼鈍前または熱延板焼鈍後の、ずれかにお!/、て酸洗すればよ!、。

[0060] 4.熱延板焼鈍工程

本発明においては、上記熱間圧延工程後に、熱間圧延鋼板に熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程を行ってもよい。本工程においては、熱間圧延鋼板に 600°C以上 9 00°C以下で 2時間以上保持する熱延板焼鈍を施すことが好ま U、。この熱間圧延鋼板は、上記仕上げ焼鈍工程に用いられる冷間圧延鋼板の素材となるものである。熱延板焼鈍工程は必ずしも必須の工程ではな、が、続、て行われる冷間圧延の能率を高めることを可能とするのに有用な工程である。

[0061] 熱延板焼鈍での焼鈍温度は、 600°C以上 900°C以下であることが好ましい。焼鈍温度が上記範囲未満であるとかえって鋼板の強度が高くなりすぎ、冷間圧延が困難となる場合がある。一方、焼鈍温度が上記範囲を超えても Cuの固溶'再析出が起こり、鋼板の強度が高くなり、冷間圧延が困難となる可能性がある。さらに好ましい焼鈍温度は、 650°C以上 850°C以下である。

また、上記焼鈍温度での保持時間は 2時間以上であることが好ましい。保持時間が 2時間未満の場合、 Cu析出物が微細化し、鋼板の強度が高くなり、冷間圧延が困難となる場合がある。保持時間は 8時間以上がより好ましい。一方、保持時間の上限は特に限定されないが、経済性の観点力も 48時間以下にすることが好ましい。

[0062] 5.冷間圧延工程

本発明においては、上記仕上げ焼鈍工程前に、通常、熱間圧延鋼板あるいは熱延板焼鈍が施された熱間圧延鋼板に冷間圧延を施す冷間圧延工程が行われる。冷間圧延としては一般的な方法を用いることができる。冷間圧延時の温度、圧下率等の条件は、被圧延材の鋼組成、目的とする鋼板の板厚などにより適宜選択するものとする。

[0063] 本工程においては、熱間圧延鋼板に中間焼鈍をはさんだ二回以上の冷間圧延を施してもよい。中間焼鈍は、必ずしも必須ではないが、中間焼鈍を行うことにより鋼板の延性が向上し冷間圧延での破断が少なくなるという利点を有する。

中間焼鈍での焼鈍温度等の条件は、熱延板焼鈍と同様にすることが好ましい。

[0064] 6.時効熱処理工程

本発明においては、上記仕上げ焼鈍工程後に、鋼板に時効熱処理を施す時効熱処理工程を行ってもよい。本工程においては、上記冷却工程後の鋼板に、 400°C以上 700°C以下の時効熱処理温度で、下記式（1)で示される熱処理パラメータ Pが 13 000以上 18000以下となるように時効熱処理を施すことが好ま、。

P= (T+ 273) X (20+log (t) ) … (1)

[0065] 時効熱処理は、無方向性電磁鋼板の強度を高めるのに有効である。その時効強化による効果を得るには、時効熱処理温度を 400°C以上とすることが好ましい。時効熱処理温度が 400°C未満では時効熱処理時間が長大となるため生産性に劣る場合がある力である。一方、時効熱処理温度が 700°Cを超えると過時効になり Cu析出粒子は粗大化して所望の降伏強度が得られず、磁気特性も劣化する可能性がある。したがって、時効熱処理温度は 400°C以上 700°C以下とすることが好まし!/、。

[0066] また、時効熱処理温度 T(°C)と時効熱処理時間 t (h)とにより上記式（1)で示される熱処理パラメータ P力 13000以上 18000以下となる条件を満足することが好ましい。熱処理パラメータ Pが 13000未満の場合には時効析出が不十分となり、熱処理パラメータ Pが 18000を超える場合には過時効となり、それぞれ所望の降伏強度が得られな、可能性がある力である。

[0067] さらに、本発明により製造される無方向性電磁鋼板を素材として回転子鉄心加工後に時効熱処理を施してもょヽ。時効熱処理を施した無方向性電磁鋼板から製造された回転子鉄心、あるいは加工後に時効熱処理された回転子鉄心が高速回転するモータロータに組み込まれれば、モータ効率が高くなることはもちろん、運転中に変形や破壊することなく長期間にわたり安定して使用可能となる。

[0068] 7.その他の工程

本発明においては、上記仕上げ焼鈍工程後に、一般的な方法に従って、有機成分のみ、無機成分のみ、あるいは有機無機複合物カゝらなる絶縁皮膜を鋼板表面に塗布するコーティング工程を行うことが好ましい。環境負荷軽減の観点から、クロムを含有しない絶縁皮膜を塗布しても構わない。また、コーティング工程は、加熱'加圧することにより接着能を発揮する絶縁コーティングを施す工程であってもよい。接着能を発揮するコーティング材料としては、アクリル榭脂、フエノール榭脂、エポキシ榭脂またはメラミン榭脂などを用いることができる。

[0069] C.回転子鉄心

次に、本発明の回転子鉄心について説明する。本発明の回転子鉄心は、上述した無方向性電磁鋼板を積層してなることを特徴とするものである。通常、回転子鉄心は、上記無方向性電磁鋼板を打ち抜ヽて積層して構成される。

回転子鉄心を構成する無方向性電磁鋼板は、上述したように磁気特性および強度特性に優れるものであるので、本発明の回転子鉄心を例えば電動機の回転子に適用した場合には、モータ効率を向上させることができ、また運転中に変形や破壊することなく長期間にわたり安定して使用することができる。また、発電機の回転子に適用した場合には、運転中に変形や破壊が生じることがないため高速回転が可能であり、発電効率の向上に繋がる。

[0070] D.回転機

次に、本発明の回転機について説明する。本発明の回転機は、上述した回転子を有することを特徴とするものである。回転機としては、例えば電動機や発電機等が例示される。電力を受けて機械動力を生成する回転機が電動機であり、機械動力を受けて電力を生成する回転機が発電機である。両者の構造は基本的に同一であるので、以下の説明では電動機の例にとって説明する。

[0071] 電動機 (モータ）は、例えば固定子卷線が卷回されて構成された固定子 (ステータ）と、この固定子の中央で固定子卷線の通電による励磁により回転する回転子（ロータ )とを有するものである。回転子は、上述の回転子鉄心と、この回転子鉄心に設けられた永久磁石とを有している。また、固定子は、スロットを有した固定子鉄心に固定子卷線を卷回したものである。固定子鉄心は、上記回転子鉄心と同様に、無方向性電磁鋼板を打ち抜ヽて積層して構成される。

回転子鉄心に用いられる無方向性電磁鋼板は、上記「A.無方向性電磁鋼板」の項に記載したものである。また、固定子鉄心に用いられる無方向性電磁鋼板としては、特に限定されるものではない。

[0072] 本発明によれば、磁気特性および強度特性に優れる無方向性電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心を用いるので、電動機としてはモータ効率向上および長期間にわたる使用安定性を図ることができる。また、発電機としては発電効率向上を図ることができる。

[0073] なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

実施例

[0074] 以下、実施例を例示して、本発明を具体的に説明する。

[実施例 1]

転炉で脱炭脱硫した溶鋼 230tonを取鍋内に出鋼し、取鍋を RH式真空脱ガス装置に移動した。 RH式真空脱ガス装置で減圧脱炭を行い、鋼中の C含有量を 0. 015 %以下とした後に、 Si, Mn, P, S, Al, Cu, B, Ni, Ti, Nb, Vおよび Zrの含有量を調整し、連続铸造機にてスラブとした。

上記スラブを加熱炉で 1150°Cまで加熱し、仕上げ温度 800〜850°C、巻き取り温度 500°Cで熱間圧延し、厚さ 2. Ommの熱間圧延鋼板を得た。次いで、酸洗脱スケールして、 750°Cで 10時間焼鈍後、厚さ 0. 35mmまで冷間圧延し、最高到達温度 1 000〜1050°Cで仕上げ焼鈍し、鋼板表面に絶縁皮膜を塗布した。

下記の表 2に製品の成分分析値、表 3に仕上げ焼鈍条件をそれぞれ示す。 [0075] このようにして得られた鋼板から 28cmェプスタイン試験片を採取し、 550°Cで 2時間の時効熱処理を行った。時効熱処理後の鋼板について、 JIS— C— 2550規定の方法により鉄損 W を測定した。さらに、時効熱処理後の鋼板について JIS— Z— 2

10/400

241に規定の引張試験を行い、降伏強度 YSおよび引張強度 TSを測定した。下記の表 3に磁気特性および強度特性のデータを示す。

[0076] [表 2]

s3¾007

下線部は本発明範囲外であることを示す。

仕上げ焼鈍冷却速度 YS TS Wl 0/400

鋼マーク

温度 (°c) (°C/s) (MPa) (MPa) (W/kg)

A1 1000 20 361 461 21.5

A2 1000 20 464 558 22.0

A3 1000 20 467 589 26.4

A4 1050 20 714 836 30.0

A5 1050 20 714 836 26.5

A6 1050 20 718 840 23.0

A7 1050 20 730 852 22.9

A8 1050 20 740 862 12.1

A9 1050 20 737 868 22.1

A10 1050 20 712 843 22.3

A1 1 1000 20 765 891 21.6

A12 1000 20 760 891 22.0

[0078] 鋼組成が本発明の範囲内である鋼板は、降伏強度 YSが 500MPa以上、引張強度 TS力 OOMPa以上、かつ鉄損 W が 25WZkg以下となり、所要の特性が得られ

10/400

た。一方、鋼組成が本発明の範囲外である鋼板 (A1〜A3)は、降伏強度 YSが 500 MPaを下回っており、本発明例より明らかに劣っていた。鋼板 (A4, A5)は強度特性が本発明例と同等であるが、鉄損が本発明より明らかに劣っていた。

[0079] [実施例 2]

実施例 1にて製造した鋼マーク A7および A12の冷間圧延鋼板を用いて、仕上げ焼鈍温度を 850°C〜1150°C、平均冷却速度を 0. 8°CZs〜30°CZsと変化させた仕上げ焼鈍を行い、鋼板表面に絶縁皮膜を塗布した。下記の表 4に仕上げ焼鈍条件を示す。

[0080] このようにして得られた鋼板から 28cmェプスタイン試験片を採取し、 500°Cで 0. 5 時間の時効熱処理を行った。時効熱処理後の鋼板について、 JIS— C— 2550規定の方法により鉄損 W を測定した。さらに、時効熱処理後の鋼板について JIS—Z

10/400

— 2241に規定の引張試験を行い、降伏強度 YSを測定した。下記の表 4に磁気特性および強度特性のデータを示す。

なお表 4において、平坦度とは、仕上げ焼鈍後の鋼帯力長手方向に 3mの鋼板を採取して、水平な定盤上にのせ、側波の高さ（h)および波長 (L)を測定することにより得られる hZL値を基準とするものであり、平坦度 lOOhZL値が 0. 4以下のものを「〇」印で表し、平坦度 lOOhZL値が 0. 4超 0. 8以下のものを「△」印で表し、平坦度 lOOhZL値力 SO. 8を超えるものを「X」印で表す。

[表 4]

下線部は本発明範囲外であることを示す。

[0082] 本発明に規定の仕上げ焼鈍条件に従って製造された鋼板は、降伏強度 YSが 600 MPa以上、かつ鉄損 W が 25WZkg以下となり、所要の特性が得られた。一方、

10/400

本発明規定外の条件で製造された鋼板は、降伏強度 YSが 600MPaを下回る力、あるいは鉄損 W 10/400が 25WZkgを超えており、本発明例より明らかに劣っていた。

[0083] [実施例 3]

実施例 1にて製造した鋼マーク A10の厚さ 2. Ommの熱間圧延鋼板を用いて、種々の熱延板焼鈍を施した後、レバース式の冷間圧延機にて厚さ 0. 35mmまでの冷間圧延パス数によりその操業性を評価した。結果を下記の表 5に示す。

[0084] [表 5]

熱延板焼鈍での焼鈍温度が 600°C以上 900°C以下である場合は、 9パスで冷間圧延できたのに対し、焼鈍温度が 600°C未満あるいは 900°Cを超える場合は、その焼鈍鋼板が非常に硬質であるため圧延回数 9パスで厚さ 0. 35mmまで圧延することができず、操業性が劣ることが判明した。

[0086] [実施例 4]

実施例 1にて製造した鋼マーク A7および A10の冷間圧延鋼板を用いて、仕上げ焼鈍温度を 1050°C、平均冷却速度を 20°CZsにて仕上げ焼鈍を行い、鋼板表面に絶縁皮膜を塗布した。次に、種々の条件にて時効熱処理を行い、 JIS— C— 2550規定の方法により鉄損 W を測定した。さらに、時効熱処理後の鋼板について JIS—

10/400

Z— 2241に規定の引張試験を行い、降伏強度 YSを測定した。下記の表 6に時効熱処理条件、磁気特性および強度特性のデータを示す。

[0087] [表 6]

[0088] 熱処理パラメータ Pが 13000以上 18000以下となるように時効熱処理を施すことにより、降伏強度 YSが 500MPa以上、かつ鉄損 W が 25WZkg以下となり、所要

10/400

の特性が得られた。また、鋼板 A10では、熱処理パラメータ Pが 13000未満であるにもかかわらず、 YSが 500MPa以上となった。これは、鋼板 A7と比較して、鋼板 A10 は Cu、 Al、 C量などが多いため、仕上げ焼鈍のままの状態で所望の強度を有していたものである。いずれにせよ、時効熱処理を適切に行うことにより、強度と磁気特性に優れた鋼板が得られることがわ力つた。

Claims

請求の範囲

[1] 質量％で、 C : 0. 02%以下、 Si : 1%以上 4%以下、 Mn: l%以下、 P : 0. 2%以下、 S : 0. 03%以下、 A1: 0. 1%以上 3%以下、 Cu: l%超 4%以下を含有し、 Tiおよび Nbの少なくともいずれか一方の元素を合計で 0. 02%以上 0. 3%以下で含有し、さらに任意元素として V: 0%以上 0. 3%以下、 Zr: 0%以上 0. 3%以下、 Ni: 0%以上 2%以下、 : 0%以上0. 010%以下を含有し、残部が Feおよび不純物力もなることを特徴とする無方向性電磁鋼板。

[2] 質量％で、 Vおよび Zrの少なくともいずれか一方の元素を、 V: 0. 01%以上 0. 3% 以下、 Zr: 0. 01%以上 0. 3%以下で含有することを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の無方向性電磁鋼板。

[3] 質量％で、 Ni: 0. 05%以上 2%以下を含有することを特徴とする請求の範囲第 1 項または第 2項に記載の無方向性電磁鋼板。

[4] 質量％で、 B : 0. 0003%以上 0. 010%以下を含有することを特徴とする請求の範囲第 1項力第 3項までのいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。

[5] 降伏強度が 500MPa以上であることを特徴とする請求の範囲第 1項力も第 4項までの！、ずれかに記載の無方向性電磁鋼板。

[6] 請求の範囲第 1項から第 4項までのいずれかに記載の鋼組成を有する冷間圧延鋼板に、 900°C以上 1150°C以下の仕上げ焼鈍温度で仕上げ焼鈍を施す仕上げ焼鈍工程と、前記仕上げ焼鈍工程後の鋼板を、 900°C以下 600°C以上の温度域で平均冷却速度が l°CZs以上となるように冷却する冷却工程とを有することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。

[7] 前記仕上げ焼鈍工程前に、前記冷間圧延鋼板の素材である熱間圧延鋼板に 600 °C以上 900°C以下で 2時間以上保持する熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、熱延板焼鈍が施された前記熱間圧延鋼板に冷間圧延を施す冷間圧延工程とを有することを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。

[8] 前記冷却工程後の鋼板に、 400°C以上 700°C以下の時効熱処理温度で、下記式

(1)で示される熱処理パラメータ Pが 13000以上 18000以下となるように時効熱処理を施す時効熱処理工程を有することを特徴とする請求の範囲第 6項または第 7項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。

P= (T+ 273) X (20+log (t) ) … (1)

[9] 請求の範囲第 1項力第 5項までのいずれかに記載の無方向性電磁鋼板を積層してなることを特徴とする回転子鉄心。

[10] 請求の範囲第 9項に記載の回転子鉄心を用いたことを特徴とする回転機。