JP2001049402A - 磁気異方性が小さく磁束密度の高い無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無方向性電磁鋼板の磁気異方性が小さくする
ことにより、実機モータにおける効率を向上させると共
に回転時の騒音を低減する。 【解決手段】 無方向性電磁鋼板の圧延方向（Ｌ方
向）、圧延直角方向（Ｃ方向）および圧延方向に対して
45°をなす方向（Ｄ方向）の 5000 A/m における磁束密
度：Ｂ₅₀(L), Ｂ₅₀(C), Ｂ₅₀(D) について、次式(1),
(2) ２Ｂ₅₀(D) ／｛Ｂ₅₀(L) ＋Ｂ₅₀(C) ｝≧ 0.990 -
-- (1) Ｂ₅₀(L) ≧Ｂ₅₀(D) ---
(2) の関係を満足させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主にモータなど
の回転機器に使用される無方向性電磁鋼板およびその製
造方法に関し、特にその磁気異方性を小さくして磁気特
性および騒音特性の有利な改善を図ろうとするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、省エネルギー化に対する要請が強
まるに伴って、電気機器類の高効率化指向が高まってき
た。鋼板メーカーでは、これに対応すべく、様々な手段
によって電気機器類用電磁鋼板の磁気特性の向上を図っ
てきた。

【０００３】なかでも小型モータなどの回転機器のステ
ータ用材料は、リング状に打抜いて使用され、磁束はそ
の円周方向に流れるため、磁気的な異方性が小さくかつ
円周方向の磁気特性に優れていることが要求される。

【０００４】このような要求に応えるべく、従来から種
々の技術が提案されている。例えば、特開昭61−3838号
公報では、２回冷延の中間焼鈍においてその再結晶率を
制御することによって異方性を小さくすることを提案し
ている。また、特開平３−75313 号公報では、上記と同
様の工程において、熱延板焼鈍を行うことによって円周
方向の磁気特性を改善する方法を提案している。さら
に、特開平４−362128号公報では、熱間圧延条件を規制
することによって、また特開平９−78129 号公報では、
中間焼鈍後における板厚中心部の結晶粒中の歪み分布を
制御することによって、異方性が小さく円周方向の磁気
特性に優れた電磁鋼板を製造する方法を提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の技術はいずれも、円周方向の磁気特性を改善すること
には成功したものの、異方性に関しては満足できるほど
の改善効果が得られていないところに問題を残してい
た。つまり、これらの鉄板製品を用いて実際にモータを
製造した場合には、異方性が十分に小さくなっていない
ことに起因して回転むらが発生し、それが騒音を増大さ
せる結果となっていたのである。

【０００６】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、高効率回転器の効率をさらに高め、しかも騒音
を小さくするのに有効な磁気異方性が小さくかつ磁束密
度の高い無方向性電磁鋼板を、その有利な製造方法と共
に提案することを目的とする。

【０００７】すなわち、この発明の構成要旨は次のとお
りである。 １．Ｃ：0.0050wt％以下, Si：0.01〜4.5 wt％, Mn：0.
1 〜2.5 wt％およびAl：2.5 wt％以下を含有する組成に
なり、圧延方向（Ｌ方向）、圧延直角方向（Ｃ方向）お
よび圧延方向に対して45°をなす方向（Ｄ方向）の 500
0 A/m における磁束密度：Ｂ₅₀(L), Ｂ₅₀(C), Ｂ
₅₀(D) が、次式(1), (2) ２Ｂ₅₀(D) ／｛Ｂ₅₀(L) ＋Ｂ₅₀(C) ｝≧ 0.990 --- (1) Ｂ₅₀(L) ≧Ｂ₅₀(D) --- (2) の関係を満足することを特徴とする磁気異方性が小さく
磁束密度の高い無方向性電磁鋼板。

【０００８】２．上記１において、さらにSb：0.005 〜
0.120 wt％を含有することを特徴とする磁気異方性が小
さく磁束密度の高い無方向性電磁鋼板。

【０００９】３．Ｃ：0.0050wt％以下, Si：0.01〜4.5
wt％, Mn：0.1 〜2.5 wt％およびAl：2.5 wt％以下を含
有する組成になる鋼片を、熱間圧延後、必要に応じて熱
延板焼鈍を施したのち、中間焼鈍を含む２回の冷間圧延
を施し、ついで仕上げ焼鈍を施すことによって無方向性
電磁鋼板を製造するに当たり、第１回目の冷間圧延前の
結晶粒径を10〜60μm の範囲に制御すること、中間焼鈍
後の再結晶率を30〜85％の範囲に制御することおよび第
２回目の冷間圧延圧下率を３〜30％とすることを特徴と
する磁気異方性が小さく磁束密度の高い無方向性電磁鋼
板の製造方法。

【００１０】この発明は、鋼板の磁気特性を詳細に調査
するだけでなく、それを用いて実際に回転機を製造し、
その実機特性と素材特性との関係を詳細に調査すること
によって、実機のモータ効率を高め、さらに回転時の騒
音を低減するには、素材の磁気異方性を小さくすること
が極めて有効であることを新たに知見し、この知見に基
づいて完成されたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体的に説明す
る。さて、発明者らは先ず、種々の鋼板素材を打ち抜い
て３相の誘導モータを製作し、種々の磁気特性とモータ
効率および騒音特性を測定した。なお、素材特性の評価
に際しては、従来の圧延方向（Ｌ方向）および圧延直角
方向（Ｃ方向）のエプスタイン評価方法だけでなく、圧
延方向に対して45°をなす方向（Ｄ方向）のエプスタイ
ン試験片（各々Ｌ，ＣおよびＤ片）を用いて磁気測定を
行い、これらを詳細に解析検討した。また、エプスタイ
ン試験片の採取および磁気測定は、JIS C 2550の規定に
準拠して行った。

【００１２】図１に、モータ騒音と素材の異方性との関
係について調べた結果を整理して示す。同図に示したと
おり、Ｌ，Ｃ，Ｄ片各々の 5000 A/m における磁束密
度：Ｂ₅₀(L),Ｂ₅₀(C),Ｂ₅₀(D) の間に、次式(1) ２Ｂ₅₀(D) ／｛Ｂ₅₀(L) ＋Ｂ₅₀(C) ｝≧ 0.990 --- (1) の関係が成立し、かつ次式(2) Ｂ₅₀(L) ≧Ｂ₅₀(D) --- (2) を満足する場合にのみ、モータ騒音が 55 dBを下回る良
好な特性が得られることが判明した。

【００１３】このように、鋼板素材のＢ₅₀(L),Ｂ₅₀(C)
およびＢ₅₀(D) が上掲(1) 式の関係を満足する場合に、
モータ騒音が低減する理由については、発明者らは次の
ように考えている。モータにおいては、磁束がステータ
部とロータ部をエアギャップを通して流れる。この磁束
の相互作用がロータにトルクを発生させる。また、この
流れは周波数に対応して時間と共に円周方向に回転しな
がら変化する。このとき、ステータ材料である電磁鋼板
の異方性が強い、つまりＬ，Ｃ，Ｄ方向の磁気特性差が
大きければ大きいほどロータの回転位置におけるトルク
にも差が生じる。この回転時のトルクの変動が回転むら
を生じさせ、それが騒音に影響するわけであるが、この
発明で規定した異方性の範囲すなわち２Ｂ₅₀(D) ／｛Ｂ
₅₀(L) ＋Ｂ₅₀(C) ｝≧0.990を満足する場合にはその騒
音が効果的に低減されるものと考えられる。

【００１４】また、Ｂ₅₀(L) ≧Ｂ₅₀(D) の場合に、特に
良好な効果が得られる理由は、集合組織による磁歪が関
与しているものと考えられる。つまり、Ｂ₅₀(L) ＜Ｂ₅₀
(D)となる場合の集合組織は、回転磁界中での磁歪を増
加させる作用があるものと考えられる。

【００１５】次に、この発明において、素材の成分組成
を前記の範囲に限定した理由について説明する。 Ｃ：0.0050wt％以下 Ｃは、γ域を拡大し、α−γ変態点を低下させる作用が
ある。かかるＣの含有量が多いと、焼鈍中にγ相がα粒
界にフィルム状に生成し、α粒の成長を抑制するので、
Ｃは基本的に少なくする必要がある。また、SiやAl等の
α相安定化元素を多量に含有し全温度域でγ相が生成し
ない場合でも鉄損特性の時効劣化を引き起こすので、Ｃ
量は0.0050wt％以下に限定した。

【００１６】Si：0.01〜4.5 wt％ Siは、鋼の比抵抗を高め鉄損を低下させる有用元素であ
り、その効果を得るためには少なくとも0.01wt％の添加
を必要とする。しかしながら、過度の添加は硬度を上昇
させ冷間圧延性の劣化を招くので、上限を 4.5wt％とし
た。

【００１７】Al：2.5 wt％以下 Alは、Siと同様、鋼の比抵抗を高め鉄損を低下させる有
用元素であるが、含有量が多過ぎると連続鋳造において
モールドとの潤滑性が低下し鋳造が困難となるので、2.
5 wt％以下で含有させるものとした。

【００１８】Mn：0.1 〜2.5 wt％ Mnも、SiやAlほどではないが、鋼の比抵抗を高め、鉄損
を低下させる効果があり、また熱間圧延性を改善する上
でも有用な元素であるが、含有量が 0.1wt％に満たない
とその添加効果に乏しく、一方 2.5wt％を超えると冷間
圧延性の劣化を招くので、Mn量は 0.1〜2.5 wt％の範囲
に限定した。

【００１９】以上、必須成分について説明したが、この
発明ではその他にも、SbやＰ, Ni,Cu, Cr等を適宜含有
させることができる。 Sb：0.005 〜0.120 wt％ Sbは、集合組織を改善して磁束密度を向上させるだけで
なく、鋼板表層の特にアルミの酸窒化を抑え、さらには
これに伴う表層微細粒の生成を抑制することによって表
面硬度の上昇を抑制し、打抜き加工性を向上させる等、
種々の作用効果を有する元素である。しかしながら、含
有量が 0.005wt％に満たないとその添加効果に乏しく、
一方 0.120wt％を超えると結晶粒の成長性が阻害され、
磁気特性の劣化を招くので、Sbは 0.005〜0.120 wt％の
範囲で含有させることが好ましい。

【００２０】Ｐ：0.1 wt％以下 Ｐは、SiやAlほどではないが、鋼の比抵抗を高め、鉄損
を低下させる作用があり、また粒界偏析により冷延再結
晶後の集合組織を改善して磁束密度を向上させる働きが
あるので、必要に応じて添加される。しかしながら、過
度の粒界偏析は粒成長性を阻害し鉄損を劣化させるの
で、Ｐは 0.1wt％以下で含有させることが好ましい。

【００２１】Ni, Cu, Cr：10wt％以下 Ni, Cu, Cr等も、比抵抗を高める元素であるため添加し
てもよいが、10wt％を超えると圧延性が劣化するので、
いずれも10wt％以下で添加することが好ましい。

【００２２】なお、不純物の中でも特にＳは、析出物、
介在物を形成し、粒成長性を阻害するので、極力低減す
ることが望ましく、特に0.01wt％以下まで低減すること
が好ましい。

【００２３】次に、この発明の製造方法について説明す
る。熱延条件は特に規定しないが、省エネルギーの面か
らスラブ加熱は1250℃以下で行うことが望ましい。その
後、熱延板焼鈍を行ってもよいが、第１回目の冷間圧延
前における結晶粒径を10〜60μm の範囲とするために
は、焼鈍温度は1100℃以下とすることが望ましい。

【００２４】ここに、第１回目の冷間圧延前における結
晶粒径を10〜60μm の範囲に制御することにした理由は
次のとおりである。すなわち、第１回目の冷間圧延前に
おける結晶粒径が10μm より小さいと集合組織の劣化を
招き、一方60μm より大きくなると冷延時の粒界割れに
より表面性状が劣化するからである。

【００２５】ついで、中間焼鈍を含む２回の冷間圧延を
施して最終板厚とするわけであるが、この発明では、か
かる冷延工程において、中間焼鈍後の再結晶率を30〜85
％の範囲に制御すると共に、第２回目の冷間圧延を３〜
30％の圧下率で行うことが肝要である。というのは、中
間焼鈍後の再結晶率が30〜85％で、かつ第２回目の冷間
圧延圧下率が３〜30％でなければ良好な集合組織、すな
わち次式(1), (2) ２Ｂ₅₀(D) ／｛Ｂ₅₀(L) ＋Ｂ₅₀(C) ｝≧ 0.990 --- (1) Ｂ₅₀(L) ≧Ｂ₅₀(D) --- (2) の関係を満足するような集合組織が得られないからであ
る。

【００２６】この理由は、必ずしも明確ではないが、以
下のように推察される。前述した従来技術においてすで
に、中間焼鈍を回復焼鈍とし、引き続く冷間圧延を比較
的軽圧下とすることによって（１００）強度の強い集合
組織が得られることが判っていた。これは、回復組織に
は（１１１）再結晶粒と（１００）未再結晶粒が存在す
ることを利用したものである。つまり、後続の冷間軽圧
延において（１１１）再結晶粒の方に相対的に強い歪み
を導入し、最終焼鈍時に歪の小さい（１００）粒が歪の
大きい（１１１）粒を蚕食するような歪誘起粒成長を促
進させるもので、これによりリング特性を向上させるこ
とができた。

【００２７】しかしながらこの方法では、板面において
（１００）方位の粒を増加させることはできても、＜０
１０＞軸をうまく分散させることができなかった。この
ことが実機モータでの騒音を低減できなかった理由と考
えられるが、この発明では、第１回目の冷間圧延前の結
晶粒径を上記範囲に制御することにより、中間焼鈍後の
（１１１）粒の方位分散が良好になったものと考えられ
る。これによって最終集合組織における＜０１０＞軸を
うまく分散させることができ、相対的にＤ方向の磁束密
度Ｂ₅₀が高められたことにより ２Ｂ₅₀(D) ／｛Ｂ₅₀(L) ＋Ｂ₅₀(C) ｝≧ 0.990 を達成できたものと考えられる。

【００２８】なお、結晶粒径および再結晶率はともに通
常の倍率：100 倍の光学顕微鏡観察によったもので、前
者は線分法を用い、一方後者は再結晶部分と未再結晶部
分との目視判定により求めたものである。

【００２９】実施例ｌ 表１に示す成分組成になる鋼スラブを、通常のガス加熱
炉により1120℃に加熱したのち、熱間圧延により2.5 mm
厚の熱延板とした。ついで、820 ℃，15秒間の熱延板焼
鈍を施したのち，第１回目の冷間圧延により0.40mm厚と
し、625 ℃で30秒の中間焼鈍後、第２回目の冷延圧延に
より最終板厚：0.35mmに仕上げた。その後、800 ℃で再
結晶焼鈍を施して製品板とした。コーティングの後、素
材評価のためにＬ，Ｃ，Ｄ方向のエプスタイン試験片を
採取し、特性評価を行った。また、400 Ｗの誘導モータ
を試作して騒音を測定した。素材特性およびモータ特性
の測定結果を表２に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】表２から明らかなように、素材特性がこの
発明で規定した関係を満足するものはいずれも、良好な
モータ騒音特性が得られている。特に、鋼Ｂ，Ｄ，Ｅ，
Ｈのように、Sbを適正量含有させた場合には、さらに良
好なモータ騒音特性を得ることができた。

【００３３】実施例２ 表１の鋼Ｂ，Ｃを素材として用い、以下の要領で製品を
製造し、素材特性およびモータ特性を測定した。鋼スラ
ブを、通常のガス加熱炉により1180℃に加熱したのち、
熱間圧延により2.3 mmの熱延板とした。ついで、 700〜
1050℃の温度でｌ分の熱延板焼鈍を施して、冷間圧延前
の結晶粒径を変化させた。ついで、第１回目の冷間圧延
により種々の厚さとしたのち、中間焼鈍温度を変えて焼
鈍し、中間焼鈍後の再結晶率を変化させた。ついで、圧
延率を変えて第２回目の冷間圧延を施し最終板厚：0.35
mmに仕上げた。その後、850 ℃で再結晶焼鈍を施して製
品板とした。コーティングの後、素材評価のためにＬ，
Ｃ，Ｄ方向のエプスタイン試験片を採取し、特性評価を
行った。また、400 Ｗの誘導モータを試作して騒音を測
定した。素材特性およびモータ特性の測定結果を表３に
示す。

【００３４】

【表３】

【００３５】同表に示したとおり、この発明法に従って
製造した無方向性電磁鋼板はいずれも、磁気異方性が小
さく、その結果良好なモータ特性が得られている。

【００３６】

【発明の効果】かくして、この発明によれば、磁気異方
性が小さくかつ磁束密度の高い無方向性電磁鋼板を安定
して得ることができ、その結果、実機のモータ効率が高
くかつ回転時に騒音が少ない騒音特性に優れたモータを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 モータ騒音と素材の異方性との関係を整理し
て示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小森 ゆか 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 河野 正樹 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 Ｆターム(参考） 4K033 AA01 CA03 CA09 DA01 FA12 HA03 HA06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.0050wt％以下, Si：0.01〜4.5 wt
   ％, Mn：0.1 〜2.5 wt％およびAl：2.5 wt％以下を含有
   する組成になり、圧延方向（Ｌ方向）、圧延直角方向
   （Ｃ方向）および圧延方向に対して45°をなす方向（Ｄ
   方向）の 5000 A/mにおける磁束密度：Ｂ₅₀(L), Ｂ
   ₅₀(C), Ｂ₅₀(D) が、次式(1), (2) ２Ｂ₅₀(D) ／｛Ｂ₅₀(L) ＋Ｂ₅₀(C) ｝≧ 0.990 --- (1) Ｂ₅₀(L) ≧Ｂ₅₀(D) --- (2) の関係を満足することを特徴とする磁気異方性が小さく
   磁束密度の高い無方向性電磁鋼板。
2. 【請求項２】 請求項１において、さらにSb：0.005 〜
   0.120 wt％を含有することを特徴とする磁気異方性が小
   さく磁束密度の高い無方向性電磁鋼板。
3. 【請求項３】 Ｃ：0.0050wt％以下, Si：0.01〜4.5 wt
   ％, Mn：0.1 〜2.5 wt％およびAl：2.5 wt％以下を含有
   する組成になる鋼片を、熱間圧延後、必要に応じて熱延
   板焼鈍を施したのち、中間焼鈍を含む２回の冷間圧延を
   施し、ついで仕上げ焼鈍を施すことによって無方向性電
   磁鋼板を製造するに当たり、第１回目の冷間圧延前の結
   晶粒径を10〜60μm の範囲に制御すること、中間焼鈍後
   の再結晶率を30〜85％の範囲に制御することおよび第２
   回目の冷間圧延圧下率を３〜30％とすることを特徴とす
   る磁気異方性が小さく磁束密度の高い無方向性電磁鋼板
   の製造方法。