JP3305806B2 - 高張力無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転機のローター用鉄
心素材として用いられる無方向性電磁鋼板の製法、特
に、回転時の応力あるいは加減速時の応力変動に耐え得
る、優れた機械特性と磁気特性を兼備した降伏強度の高
い回転機用高張力無方向性電磁鋼板の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】最近のエレクトロニクスの発達は目覚ま
しく、回転機の駆動システムの高度化により、さまざま
な回転駆動制御が可能になりつつある。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回転機が増加してきている。
一方、メカトロニクスの発展は、回転機の高速化を促
し、さらに、従来、高速回転機は比較的小容量に限られ
ていたが、中・大型の回転機にも広がりつつある。

【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回転子とする必要がある。ところ
で、一般に、回転体に作用する遠心力は回転半径に比例
し、回転速度の２乗に比例する。このため、中・大型の
高速回転機では、その回転子に作用する力が例えば６０
kgf/mm² を超える場合もある。また、超大型の回転機の
場合、回転数が比較的低くても、回転子の直径が大きい
ために、結果的に非常に大きな応力が作用する場合があ
り、回転子には高張力の素材が必要となる。さらに、可
変速運動が必要な回転機では、加減速が頻繁に行われる
ため、素材として単に張力が高いだけでなく、繰り返し
応力に対して疲労破壊する限度応力（疲労限）も高い素
材でなければならない。

【０００４】通常、回転機の回転子には、積層した無方
向性電磁鋼板が使用されるが、前記のような回転機では
所要の機械強度を満足できない場合があり、その際には
中実の鋳鋼製の回転子などが用いられている。しかし、
回転機の回転子は、電磁気現象を利用するものであるか
ら、その素材としては、前述のように、機械特性と同時
に磁気特性が優れていることが要求される。すなわち、
中実鋳鋼製の回転子では、一体物であるために、渦電流
損が非常に大きくなり、電磁鋼板を積層してから成る回
転子を用いた場合に比べ、回転機としての効率が数％も
低くなる。また、回転子鉄心素材の磁束密度が低いと、
所要のトルクを発生させるために必要な磁束を回転子に
流すためには、励磁アンペアターンを大きくしなければ
ならない。これは、励磁コイルでの銅損の増加につなが
るため、回転機の総合的な効率を低下させることにな
る。

【０００５】このように、前記のような回転機の回転子
鉄心素材としては、機械的には高い張力と疲労強度を有
し、かつ磁気的には低鉄損高磁束密度を同時に有するも
のでなければならない。鋼板の機械強度を高める手段と
して、冷延鋼板の分野では一般に、固溶硬化、析出硬
化、細粒化硬化、変態組織硬化などの方法が用いられる
が、高い機械強度と低鉄損高磁束密度という優れた磁気
特性とは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】しかし、最近では、高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、特開昭６０−２３８４２１号公報のよう
に、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加し、張力を高める方法が提案さ
れているが、この方法では、Ｓｉ含有量に依存している
割合が高いために、熱延板から最終冷延厚みに圧延する
に際して、１００〜６００℃での温間圧延が必要である
という問題がある。また、特開昭６１−９５２０号公報
では、Ｓｉ含有量を２．５〜７．０％と高め、これに固
溶硬化の大きい元素を添加した溶鋼を急冷凝固法により
鋼帯となし、これを温間または冷間圧延し、焼鈍を施し
て高張力無方向性電磁鋼板を製造する方法が提案されて
いる。この方法によれば、Ｓｉ含有量を高めても、急冷
凝固法であるため、圧延時の脆化問題は緩和されるもの
の、急冷凝固法という特殊な鋳造法を用いねばならず、
工業的に広く用いられている通常の圧延法には適用でき
ないという大きな問題がある。

【０００７】さらに、特開昭６２−２５６９１７号公報
では、Ｓｉ含有量は２．０〜３．５％とし、Ｎｉあるい
はＮｉとＭｎ含有量を高め、通常の冷間圧延を施し、焼
鈍条件を制御することにより、高張力無方向性電磁鋼板
を製造する方法が提案されている。しかし、この方法で
は、高価なＮｉ含有量を高めねばならず、コストアップ
になるという問題がある。

【０００８】上記に鑑み本発明は、機械特性および磁気
特性ともに優れた、降伏強度の高い回転機用無方向性電
磁鋼板の製造方法を安価に提供しようとするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、珪素鋼に
おいて、固溶硬化、析出硬化、細粒化硬化、変態組織に
よる硬化、加工硬化などの強化方法を用いて、機械特性
および磁気特性を両立させることはできないかとの観点
から鋭意研究を積み重ねてきた。その結果、通常の無方
向性電磁鋼板ハイグレード程度にＳｉを含有させると同
時に、Ｎｂ，Ｚｒの１種または２種、もしくはＴｉ，Ｖ
の１種または２種の炭窒化物を活用し、さらには熱延条
件および仕上焼鈍条件を制御することにより、機械特性
と磁気特性を兼備した降伏強度の高い無方向性電磁鋼板
が得られることを見出した。

【００１０】本発明は上記の知見に基づきなされたもの
であり、その要旨は、重量％で、Ｃ：０．０５％以下、
Ｓｉ：２．０％以上４．０％未満、Ａｌ：２．０％以
下、Ｐ：０．２％以下を含み、かつ、Ｎｂ，Ｚｒのうち
１種または２種を、もしくは、Ｔｉ，Ｖのうち１種また
は２種を、０．１＜（Ｎｂ＋Ｚｒ）／８（Ｃ＋Ｎ）＜
１．０、０．４＜（Ｔｉ＋Ｖ）／４（Ｃ＋Ｎ）＜４．０
の範囲で含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物元素より
成る鋼を、熱間圧延し、５５０℃以下の温度で捲き取
り、熱延板の未再結晶部分の比率を４０％以上、再結晶
部分の平均結晶粒径を６０μｍ以下とし、その後、冷間
圧延し、７００℃以上９００℃以下の温度で仕上焼鈍す
るところにある。

【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。Ｓｉは電
気抵抗を増大させて渦電流損を低減することにより鉄損
を低下させる作用を有すると同時に、固溶硬化により鋼
の張力を高める作用も有する成分であり、これらの作用
を奏するためには２．０％以上含有させる必要がある。
一方、その含有量が増えると磁束密度が低下し、また冷
延などの作業性の劣化、さらにはコスト高ともなるので
４．０％未満とする。Ａｌも電気抵抗を増大させて渦電
流損を低減することにより鉄損を低下させる作用を有す
るので、さらに優れた磁気特性、特に低鉄損化を図る場
合には２．０％以下の範囲で添加する。その含有量が
２．０％を超えると、磁束密度が低下し、またコスト高
ともなる。Ｐは鋼の張力を高める効果が非常に大きい元
素であるが、粒界に偏析することから鋼の粒界脆性をも
たらす場合がある。この粒界脆性の問題を避けて、通常
の工業的規模での連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延を可能
にするため、０．２％以下の範囲で添加する。

【００１２】ＮｂおよびＺｒは、微細な炭窒化物を形成
し、析出硬化および細粒化硬化により鋼の張力を高める
作用を有する。この作用を奏するためには、（Ｎｂ＋Ｚ
ｒ）／８（Ｃ＋Ｎ）が０．１超である必要があり、ま
た、その含有量が増えても、再結晶温度の上昇さらには
コスト高をも招くので、（Ｎｂ＋Ｚｒ）／８（Ｃ＋Ｎ）
で１．０未満とする。ＴｉおよびＶも、微細な炭窒化物
を形成し、析出硬化および細粒化硬化により鋼の張力を
高める作用を有する。この作用を奏するためには、（Ｔ
ｉ＋Ｖ）／４（Ｃ＋Ｎ）が０．４超である必要があり、
またその含有量が増えても、再結晶温度の上昇、さらに
はコスト高をも招くので、（Ｔｉ＋Ｖ）／４（Ｃ＋Ｎ）
で４．０未満とする。上述のＮｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｖなど
の炭窒化物形成元素を活用する場合のＣは０．０５％以
下とする。その含有量が０．０５％を超えると、磁気時
効などにより磁性、特に鉄損の劣化が著しくなる。

【００１３】上述の成分以外は鉄および不可避不純物元
素であるが、Ｐによる粒界脆性を軽減する目的で、必要
に応じてＢを添加してもよい。この場合、Ｂは０．００
１０％以上含有させる必要があり、一方、その含有量が
増えても、磁束密度の低下や熱間脆性などを招くので、
０．００７０％以下とする。また、鋼の電気抵抗を増大
させて鉄損を低下させ、かつ固溶硬化により張力を高め
る目的で、必要に応じてＭｎを添加してもよい。この場
合、Ｍｎは０．１％以上含有させる必要があり、一方、
その含有量が増えると磁束密度が低下し、またコスト高
ともなるので２．０％以下とする。

【００１４】前記成分から成る鋼は、転炉あるいは電気
炉などで溶製し、連続鋳造あるいは造塊後の分塊圧延に
より鋼スラブとする。次いで、この鋼スラブは所望温度
に加熱後、熱間圧延する。熱間圧延後、５５０℃以下の
温度で捲き取り、熱延板の未再結晶部分の比率を４０％
以上、再結晶部分の平均結晶粒径を６０μｍ以下とす
る。捲取温度が５５０℃を超えると、Ｐの粒界偏析によ
り、熱延板の粒界脆化を引き起こす場合があり、その後
の通板に支障をきたすことになる。また、熱延板の未再
結晶部分の比率が４０％未満であったり、あるいは再結
晶部分の平均結晶粒径が６０μｍを超えると、Ｐの粒界
偏析が顕著となり、熱延板の粒界脆化が生じやすくな
る。

【００１５】熱延板は、その後、冷間圧延により所定の
板厚とされ、再結晶のための連続仕上焼鈍を施す。仕上
焼鈍は７００℃以上９００℃以下の温度で行う必要があ
る。仕上焼鈍温度が７００℃未満では、未再結晶部分が
残存するため磁性が劣化し、また形状も悪化する。一
方、９００℃を超えると、結晶粒成長により結晶粒が粗
大化し、張力が低下する。

【００１６】

【実施例】次に本発明の実施例を示す。 （実施例１）表１に示した成分の鋼を、熱間圧延により
２．０mm厚とし、５００℃で捲き取った。この場合、熱
延板の未再結晶部分の比率は４５％、また、再結晶部分
の平均結晶粒径は４８μｍであった。この熱延板を酸洗
した後、０．５０mm厚に冷間圧延し、７５０℃で３０秒
間の連続仕上焼鈍を施した。得られた製品板からエプス
タイン試料およびＪＩＳ６号引張試験片を採取し、磁気
特性および機械特性を測定した。その測定結果も併せて
同表に示した。表１から明らかなように、本発明によれ
ば、優れた機械特性と磁気特性を兼備した、降伏強度の
高い無方向性電磁鋼板が得られることがわかる。

【００１７】

【表１】

【００１８】（実施例２）Ｃ：０．０３０２％、Ｓｉ：
３．０８％、Ｍｎ：０．１８％、Ｐ：０．０４％、Ａ
ｌ：０．７１％、Ｎ：０．００１０％、Ｂ：０．００３
２％、Ｔｉ：０．０２１％を含有する鋼〔（Ｔｉ＋Ｖ）
／（Ｃ＋Ｎ）＝０．６７３〕を、熱間圧延により２．３
mm厚とし、表２に示す条件で捲き取った。この熱延板を
酸洗した後、０．５０mm厚に冷間圧延し、７７０℃で３
０秒間の連続仕上焼鈍を施した。得られた製品板からエ
プスタイン試料およびＪＩＳ６号引張試験片を採取し、
磁気特性および機械特性を測定した。その測定結果も併
せて同表に示した。表２から明らかなように、本発明に
より、優れた機械特性と磁気特性を有する高張力無方向
性電磁鋼板が得られることがわかる。

【００１９】

【表２】

【００２０】（実施例３）Ｃ：０．０２５２％、Ｓｉ：
３．１６％、Ｍｎ：０．２５％、Ｐ：０．０３％、Ａ
ｌ：０．５８％、Ｎ：０．００１２％、Ｂ：０．００３
６％、Ｖ：０．０１９％を含有する鋼〔（Ｔｉ＋Ｖ）／
（Ｃ＋Ｎ）＝０．７２〕を、熱間圧延により２．２mm厚
とし、５２０℃で捲き取った。この場合、熱延板の未再
結晶部分の比率は４５％、また再結晶部分の平均結晶粒
径は、５２μｍであった。この熱延板を酸洗後、０．５
０mm厚に冷間圧延し、表３に示す条件で連続仕上焼鈍を
施した。得られた製品板からエプスタイン試料およびＪ
ＩＳ６号引張試験片を採取し、磁気特性および機械特性
を測定した。その測定結果も併せて同表に示した。表３
によれば、機械特性、磁気特性ともに優れた高張力無方
向性電磁鋼板が本発明により得られることがわかる。

【００２１】

【表３】

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、優れた機
械特性と磁気特性を兼備した降伏強度の高い回転機用高
張力電磁鋼板およびその製造方法が提供され、回転機の
高速回転化の動きの中で、そのローター用鉄心材料であ
る無方向性電磁鋼板に対してなされる要請に十分に応え
ることができ、その工業的価値は極めて高いものであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹下 武章 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 平２−8346（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−362128（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−179823（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−225（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194123（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−4454（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−208418（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/12 C22C 38/00 303 C22C 38/12 C22C 38/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０５％以下、 Ｓｉ：２．０％以上４．０％
   未満、 Ａｌ：２．０％以下、 Ｐ ：０．２％以下 を含み、かつ、 Ｎｂ，Ｚｒのうち１種または２種を、もしくは、 Ｔｉ，Ｖのうち１種または２種を、 ０．１＜（Ｎｂ＋Ｚｒ）／８（Ｃ＋Ｎ）＜１．０、 ０．４＜（Ｔｉ＋Ｖ）／４（Ｃ＋Ｎ）＜４．０ の範囲で含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物元素より
   成る鋼を、熱間圧延し、５５０℃以下の温度で捲き取
   り、熱延板の未再結晶部分の比率を４０％以上、再結晶
   部分の平均結晶粒径を６０μｍ以下とし、その後、冷間
   圧延し、７００℃以上９００℃以下の温度で仕上焼鈍す
   ることを特徴とする機械特性、磁気特性ともに優れた高
   張力無方向性電磁鋼板の製造方法。