JPH10183311A

JPH10183311A - 打抜き加工性および磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板

Info

Publication number: JPH10183311A
Application number: JP8341210A
Authority: JP
Inventors: Atsuto Honda; 厚人本田; Masaki Kono; 正樹河野; Yoshihiro Ozaki; 芳宏尾崎
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】打抜き加工に優れ、かつ磁気特性の良好な無
方向性電磁鋼板を提供する。【解決手段】Ｃ：0.01wt％以下, Si：0.1 〜2.0 wt
％, Mn：0.1 〜1.5 wt％,Al：0.5 〜2.5 wt％, Ｐ：0.1
wt％以下およびＳ：0.01wt％以下を、Si＋0.60Al≧0.8
0wt％の下に含有する成分組成になり、かつ表面のビッ
カース硬さが HV160以下とする。

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、モーターや小型
トランスなど向けに、打抜き加工を施して使用される無
方向性電磁鋼板に関して、特に打抜き加工性および鉄損
特性を向上しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の省エネルギーに対する要請が強ま
るにともなって、電気機器類の高効率化が指向されてい
る。鋼板メーカーにおいても、この省エネルギー化の流
れに対応するべく、電気機器類に供する電磁鋼板の磁気
特性、とりわけ鉄損特性を、様々な手段により向上させ
てきた。

【０００３】すなわち、Siは、鋼板の比抵抗を高めるこ
とによって鉄損を低減させる、最も有効な元素であり、
広く用いられる。その他、AlもSiと同様の効果を有する
ことが知られる。このAlについて、例えば特開昭53-668
16号公報には、鋼板の比抵抗を高め、かつ微細なAIN の
析出による粒成長抑制作用を避けるため、Alの積極添加
が提案されている。また、特開昭55-73819号公報では、
Alを添加し、かつ焼鈍雰囲気を調整して鋼板表面の内部
酸化層を低減することによって、良好な高磁場特性を達
成している。さらに、特開昭54-68716号や同58-25427号
各公報では、Alを添加し、かつREM およびSbを複合添加
したり高純度化したりして集合組織を改善することによ
り、鉄損を低減している。同様に、Alの添加に加えて、
特開昭61-87823号公報では、仕上げ焼鈍時の鋼板冷却速
度を制御すること、特開平3-27427 号公報では、Ｂ，S
b, Snを複合添加して酸窒化を防止すること、特開平3-2
94422号公報では、冷間圧延を制御して鋼板LC特性比を
低減すること、特開平4-63252 号公報では、MnとAlを複
合添加すること、特開平4-136138号公報では、極低Siと
しかつＰ，Sbを添加して集合組織を改善すること、によ
って、いずれも磁気特性の改善を達成している。いずれ
の技術も、電磁鋼板自体の特性を改善することにより、
それを使用した電気機器の効率を向上しようとするもの
であった。

【０００４】一方、半導体の性能が向上しかつ価格が低
下するとともに、その周辺技術も飛躍的に向上した結
果、小型回転機器の制御技術が進歩し、また優れた永久
磁石素材も開発されたことによって、DCブラシレスモー
ターのような、高効率回転機の製造が可能となった。こ
の種モーターの製造においては、特にローターの加工精
度が要求され、とりわけ打抜き加工された鉄心に永久磁
石を埋め込むようなタイプのコアでは、非常に過酷な打
抜き加工に耐える必要がある。ところが、上記した従来
技術による電磁鋼板は、磁気特性の改善は達成されるも
のの、上記使途に要求される、打抜き加工を行うと、加
工後に反りが発生して、加工後に所期した形状を保持で
きない、等の問題が生じていた。

【０００５】また、モーターのローターは、通常打抜き
加工のまま使用されるのに対して、ステーターはロータ
ーほど過酷な打抜き加工を受けず、この打抜き後に歪取
り焼鈍を施してから使用されることが多い。そして、ス
テーターに供する電磁鋼板では、上記したAlの添加手法
に加えて、製品板の歪取り後の結晶粒径を最適化するこ
とにより、その鉄損特性を向上させ、ステーター特性を
向上することができる。

【０００６】この鉄損は、冷間圧延後の仕上げ焼鈍によ
って得られる再結晶粒径に大きく依存し、低鉄損の製品
を得るためには、基本的に結晶粒径を大きくすることが
必要とされる。ちなみに、再結晶粒径が 150〜250 μm
のときに、低鉄損を得られることが知られている。

【０００７】ここに、結晶粒の成長性は、鋼中に分散す
る第２相、すなわち析出物や介在物の影響が大きく、そ
の成分やサイズ分布、分散状態に大きく左右される。こ
れらの析出物、介在物は結晶粒界の移動をピン止めする
効果があるため、極力低減することが粒成長性向上のた
めに有効である。従って、かかる粒径に再結晶させるた
めには、窒化物、硫化物のような微細な析出物を極力低
減することが有効である。

【０００８】しかしながら、現在の工業的技術レベルに
おいて、鋼材中の析出物、介在物を粒成長性に影響しな
い程度まで低減させた高清浄鋼を溶製することは極めて
難しく、また汎用の実用材料の製造に際してはコストの
問題も無視できないため、かような高清浄鋼の溶製は実
質的に不可能であった。

【０００９】そのため、鋼中にはある程度の析出物、介
在物の残留が避けられず、それに起因して磁気特性の劣
化を余儀なくされていた。とくに、MnＳ等の比較的固溶
温度の低い析出物が形成された場合には、スラブ加熱や
熱延板焼鈍、冷延後の再結晶焼鈍等の過程で一旦固溶し
た後、冷却の段階で微細に再析出し、かかる微細析出物
は粒成長抑制効果が非常に大きいため、磁気特性を著し
く劣化させていた。

【００１０】この固溶・再析出を避ける手段としては、
スラブ加熱温度や熱延板焼鈍温度、冷延後の再結晶焼鈍
温度を低温化する方法がある。しかしながら、スラブ加
熱温度の低温化は、析出物の固溶を防止する効果はある
ものの、それに伴って熱延温度も低下するため、圧延が
困難になるだけでなく、熱延板に未再結晶部が残った
り、再結晶しても粒径が小さいので、その後の冷延、再
結晶による製品板の集合組織が劣化し、無方向性電磁鋼
板の製品特性にとって好ましくない。同様に、熱延板焼
鈍温度を低くする方法においても、再結晶や粒成長が不
十分となり、製品板の集合組織の劣化が避けられない。
さらに、再結晶焼鈍温度を低くした場合には、低温のた
めにかえって粒成長速度が遅くなり、限られた焼鈍時間
では十分な粒径が得られない。このように、析出物を固
溶・再析出させることなしに磁気特性の良好な製品を得
るには限界があり、実質的に特段の効果は期待できな
い。

【００１１】また、析出物等の悪弊を回避する手段とし
て、析出物の形態を制御する方法があるが、かような析
出物の形態制御方法としては、鋼中Ｓを REMサルファイ
ドやSbサルファイド等の固溶温度の高い析出物として固
定する方法（特開昭51-62115号公報）や、REM と同様に
Caを用いてＳを固定する方法（特公昭58-17248号公報、
特公昭58-17249号公報および特開昭59-74213号公報）、
Zrを添加する方法（特公平１-52448号公報、特開昭51-6
0624号公報）等がある

【００１２】しかしながら、これらの方法で十分な効果
を得るためには、高価な副原料を多量に添加する必要が
あり、製品のコストアップが大きな問題となる。それば
かりか、 REMサルファイドは（REM, Mn, Al, Si)(O, S)
のように非常に複雑な析出形態をとる上に、溶融中で浮
上しにくく、鋼中に多量に残留する欠点もある。従っ
て、 REMサルファイド (主にCeサルファイド）単体での
固溶温度は高くても、実際は複合析出物であるため、部
分的に固溶・再析出する。

【００１３】上記したように、無方向性電磁鋼板におい
て良好な磁気特性を得るためには、十分な粒成長性を確
保する必要があり、それに影響する析出物を制御するこ
とが重要になるが、現在までのところ、析出物を適切に
制御する手法は開発されていない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に解決するもので、とくに打抜き加工に優れ、
かつ磁気特性の良好な無方向性電磁鋼板を提供しようと
するものである。さらに、この発明では、歪取り焼鈍後
の磁気的性質の向上を達成する手段について、提供する
ことも目的である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】発明者らは、無方向性電
磁鋼板の打抜き加工性に関して様々な研究を行ったとこ
ろ、SiおよびAlの含有量バランスを最適化し、さらに鋼
板表面の硬さを制御することによって、磁気特性を満足
せしめた上で良好な打抜き加工性が実現されることを見
出し、この発明を完成するに到った。また、硫化物系介
在物の形態を制御し、さらに鋼板の表面状態を制御する
ことにより、歪取り焼鈍後の磁気特性が向上すること
も、新たに知見した。

【００１６】すなわち、この発明は、Ｃ：0.01wt％以
下, Si：0.1 〜2.0 wt％, Mn：0.1 〜1.5 wt％, Al：0.
5 〜2.5 wt％, Ｐ：0.1 wt％以下およびＳ：0.01wt％以
下を、Si＋0.60Al≧0.80wt％の下に含有する成分組成に
なり、かつ表面のビッカース硬さが HV160以下であるこ
とを特徴とする打抜き加工性および磁気特性に優れた無
方向性電磁鋼板である。

【００１７】ここに、上記成分に加えて、SbおよびSnの
いずれか一方、または両方を合計で、0.005 〜0.20wt％
含有すること、鋼板中の硫化物系介在物が、主としてカ
ルシウム−サルファイドまたはカルシウム−オキシサル
ファイドであること、そして仕上げ焼鈍後の地鉄表層の
酸素目付量が1.0 ｇ／ｍ²以下であること、が磁気特性
の向上に有利である。なお、硫化物系介在物が主として
カルシウム−サルファイドまたはカルシウム−オキシサ
ルファイドであることは、具体的には、硫化物系介在物
におけるMn重量比率が10wt％以下に抑制されていること
を意味する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明を由来するに至っ
た実験結果に基づいて具体的に説明する。発明者らは先
ず、市販の種々のDCブラシレスモーターを入手し、これ
らモーターに使用されているローターと同形状に加工で
きる金型を作成し、この金型を用いて鋼板素材の打抜き
試験を行った。具体的には、打抜き後の形状評価に当た
り、外径50mmおよび内径48mmのリングを、供試鋼板から
打抜き、この打抜き後のリングの反りの高さが最大で５
mm以下の素材であれば、いずれの金型で打抜いても形状
不良とならないことを確認し、これを打抜き形状の評価
指標とした。この評価方法によって、種々の鋼板素材を
評価した。

【００１９】すなわち、図１に、Ｃ：0.0020wt％, Mn：
0.50wt％, Ｐ：0.05wt％およびＳ：0.003 wt％を基本成
分とし、さらにSiおよびAlの含有量を種々に変化させ
て、常法に従って製造した、0.50mm厚の無方向性電磁鋼
板に関する、打抜き加工性の評価結果を示す。図１よ
り、Si＋0.6 Al≧0.80wt％であれば、ほぼ満足する打抜
き加工性が得られることがわかる。

【００２０】しかしながら、図１に示すように、Si＋0.
6 Al≧0.80wt％を満足する領域にあっても、加工性が不
良のものが存在していた。そこで、この領域内での良材
と不良材とを詳細に比較検討したところ、不良材の鋼板
表面硬さが良材に比べて高いことが判明した。

【００２１】すなわち、図２に、Ｃ：0.0020wt％, Mn：
0.50wt％, Ｐ：0.05wt％, Ｓ：0.003 wt％，Si：1.3 wt
％およびAl：1.0 wt％の成分組成の無方向性電磁鋼板を
常法に従って製造するに当たり、最終焼鈍時の雰囲気露
点を＋30℃〜−50℃まで変化させたり、焼鈍温度を 700
℃〜1000℃まで変化させたり、あるいは中間焼鈍後の鋼
板に対する塩酸による酸洗時間を変化させることによっ
て、鋼板の表面硬さを種々に調整したときの、打抜き加
工性に及ぼす鋼板表面硬さの影響を示す。図２より、表
面硬さがHV160 を超えると、打抜き加工性が劣化するこ
とがわかる。

【００２２】以上、SiおよびAlの含有バランスを制御
し、かつ鋼板の表面硬さを制御することによって、打抜
き加工性が向上する理由については、必ずしも明確に解
明されたわけではないが、発明者らは次のように考えて
いる。先ず、打抜き後の形状を支配するものとして、硬
さがある。すなわち、柔らかすぎると、鋼板に集合組織
による悪影響が反映され、特に降伏強さの低い向きに行
われる打抜き時における、だれやつぶれが相対的に増加
し、上記向きとは異なる方向との強度差により、応力が
局所的に不均一になって加工形状を保持できなくなる。
一方、硬さが高すぎると、加工時に金型に加わる応力が
増加し、材料に対して過剰な応力が発生し、材料の不均
一変形を助長することになる。従って、SiおよびAlの含
有バランスの最適化によって、素材における強度の異方
性を減少し、さらに表面硬さを最適化することによっ
て、材料に対する過剰反応を軽減した結果、加工性が向
上したものと、考えられる。

【００２３】次に、歪取り焼鈍後の磁性向上のために行
った実験結果について、詳しく説明する。すなわち、
Ｃ：0.003 wt％, Si：1.0 wt％, Mn：0.3 wt％, Ｐ：0.
03wt％, Al：1.7 wt％を含む鋼を転炉および真空脱ガス
により成分調整した。その後、CaSi合金を添加するか、
あるいはCaO, CaF₂の混合物を主成分とする、通常の脱
硫フラックスを添加することにより、それぞれＳ：0.00
7 wt％まで脱硫した。次いで、得られた鋼スラブを、通
常のガス加熱炉により1150℃に加熱した後、熱間圧延に
より2.6mm 厚の熱延板とした。その後、熱延板焼鈍を実
施もしくは省略して冷間圧延にて 0.5mm厚にした後、露
点を−15℃として再結晶焼鈍をして製品板とした。な
お、熱延板焼鈍および再結晶焼鈍の条件は、表１に示す
とおりである。

【００２４】かくして得られた製品板の一部を打抜き加
工性の評価に供し、残りの製品板には 750℃で２時間の
窒素雰囲気ガス中での焼鈍を施したのち、磁気特性を測
定した。その評価結果を、表１に併記する。また、脱硫
後の硫化物系介在物におけるMn重量比率に関し、仕上げ
焼鈍後の製品板を対象にして調査した結果についても、
表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１から、いずれの条件においても、CaSi
を添加して硫化物系介在物中のMn重量比率を10wt％以下
とした鋼板は、硫化物系介在物中のMnＳの含有率が高い
在来の鋼板に比較して、とくに鉄損特性が良好であるこ
とがわかる。

【００２７】なお、硫化物系介在物の制御によって良好
な磁気特性の得られる理由については必ずしも明らかで
はないが、通常の脱硫フラックス添加した場合に形成さ
れた、固溶温度の低い(Mn, Fe)Ｓはスラブ加熱、熱延板
焼鈍、再結晶焼鈍で再析出により微細分散するため粒成
長を阻害するのに対して、CaSi脱硫をした場合に形成さ
れる CaSは、鋼中で安定であるから溶解度が極めて低
く、固溶再析出せずに微細化しないため、粒成長性が良
好になるものと考えられる。

【００２８】ここで、脱硫剤として使用するCa合金とし
ては、金属カルシウムを鉄製フープで被覆したワイヤー
状のもの、またはカルシウムシリコン合金をインジェク
ションに適した寸法に粒度調整したもの等が好適であ
る。

【００２９】次に、各成分範囲の限定理由について述べ
る。Ｃ：0.01wt％以下Ｃは、γ域を拡大し、α−γ変態点を低下させる。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
制するため、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含有量は0.01wt％以下とする必要があ
る。なお、下限は特に限定されないが、コスト等の面か
ら0.0005wt％以上とすることが望ましい。

【００３０】Si：0.1 〜2.0 wt％ Siは、鋼の比抵抗を高めて鉄損を低下させる元素であ
り、その効果を得るためには最低0.1 wt％が必要であ
る。一方、過度の含有は、硬さを上昇させて冷間圧延性
が悪くなるため、2.0 wt％を上限とする。

【００３１】Al：0.5 〜2.5 wt％ Alは、Siと同様に鋼の比抵抗を高めて鉄損を低下させる
元素であり、その効果を得るためには最低0.5 wt％が必
要である。一方、その含有量が多すぎると、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た
め、上限を 2.5wt％とする。

【００３２】Mn：0.1 〜1.5 wt％ Mnは、SiやAlほどではないが鋼の比抵抗を高めて鉄損を
低下させる効果がある上、熱間圧延性を改善する効果も
あり、これらの効果を発揮するには 0.1wt％以上は必要
である。しかし、多量に含有すると冷間圧延性を劣化さ
せるため、 1.5wt％を上限とする。

【００３３】Ｐ：0.1 wt％以下Ｐ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る。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効果が
ある。しかし、過度の粒界偏析は粒成長性を阻害し、却
って鉄損を劣化させるため、 0.1wt％を上限とする。

【００３４】Ｓ：0.01wt％以下Ｓは、析出物や介在物を形成して粒成長性を阻害するた
め、極力低減すべき元素である。この発明では、Ｓの析
出形態を制御することでＳの無害化を実現するものであ
るが、Ｓの鋼中残存量が多い場合には介在物の粒子数が
増え、またＳを固定するためのCaが相対的に不足すれ
ば、介在物中のMnS の割合が増え、やはり粒成長性に悪
影響を及ぼすため、Ｓの上限を0.01wt％とする。

【００３５】また、SbおよびSn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Alの
酸窒化を抑制し、さらにこれにともなう表層微細粒の生
成を抑制することにより表面硬さの上昇を抑えて、打抜
き加工性を向上させるために添加する。そして、いずれ
か一方または両方を合計で0.005 wt％未満では、その効
果はなく、一方 0.2wt％をこえると、粒成長性を阻害し
磁性を劣化させるため、 0.005〜 0.2wt％の範囲とす
る。

【００３６】以上、必須成分について説明したが、その
他にも各種の公知元素を添加することが可能であり、例
えば磁気特性改善成分としてＢ，Ni, Cu, Sn, Sn, Biお
よびGe等を添加することができる。

【００３７】次に、製造方法について説明すると、この
発明では、製造方法は特に限定されることはなく、従来
公知の方法が適用できる。例えば、熱間圧延は、スラブ
加熱を、省エネルギーの観点から望ましくは1200℃以下
で施し、圧延を行って、その後の熱延板焼鈍は必須では
ないが、磁束密度を向上させるためには 750℃〜1050℃
の範囲で焼鈍するのが好ましい。また、冷間圧延後の最
終焼鈍は、特に鋼板表層の酸化窒化と、それに伴う表層
微細粒の生成を防止して表面硬さの過度の上昇を抑制す
るために、雰囲気露点を−10℃以下とすることが推奨さ
れる。

【００３８】

【実施例】

実施例１表２に示す成分組成の鋼を、転炉および真空脱ガスによ
って成分調整して、鋼中酸素量：0.007 wt％以下で溶製
し、次いで溶鋼を表２に示す各種脱硫剤を用いてＳ：0.
01％以下まで脱硫した。その後、連続鋳造により幅1100
〜1250mmで 225mm厚のスラブとした。これらのスラブ
を、通常のガス加熱炉で加熱した後、熱間圧延を施し、
その後熱延板焼鈍を実施もしくは省略して、冷間圧延に
て 0.5mm厚としたのち、露点20℃の雰囲気で再結晶焼鈍
を施して製品板とした。かくして得られた製品板の磁気
特性を、表２に併記する。また、各鋼板を対象に、外径
50mmおよび内径48mmのリングを供試鋼板から打抜いた際
の、打抜き後のリングの反りの高さを調査した結果につ
いても、表２に併記する。

【００３９】

【表２】

【００４０】表２に示した結果から明らかなように、こ
の発明に従う鋼板は比較例に比べてかつ打抜き加工性に
優れ、かつ磁気特性、特に鉄損特性にも優れることがわ
かる。

【００４１】実施例２表２の鋼 No.６および10と同じ成分になる鋼をスラブと
し、通常のガス加熱炉で1150℃に加熱した後、熱間圧延
を施し、その後 900℃の熱延板焼鈍を施してから、冷間
圧延にて 0.5mm厚とした後、 800℃で露点を−50℃から
＋50℃まで変化させて再結晶焼鈍をして製品板とした。
得られた製品板の一部を打抜き性評価に供し、残りの鋼
板に 750℃，２時間の歪み取り焼鈍を施してから磁気特
性を調査した。その結果を、仕上げ焼鈍後の地鉄表層の
酸素目付量の測定結果とともに、表３に示す。

【００４２】

【表３】

【００４３】表３から、再結晶焼鈍での露点を調整して
地鉄表層の酸素目付量を1.0 ｇ／ｍ ²以下にすることに
よって、実施例１で得られる磁気特性を、さらに向上で
きることがわかる。これは、比較的Al含有量の高い鋼板
では、仕上げ焼鈍（再結晶焼鈍）時に生成する表面スケ
ールが、歪取り焼鈍時の窒化現象に影響を与えているた
めである。すなわち、Al含有量の増加によって仕上げ焼
鈍時に鋼板表面に生成しやすくなったスケールが、地鉄
表層の酸素目付量が1.0 ｇ／ｍ²をこえると、窒化が進
行して磁性劣化現象が生じるのである。この理由は定か
ではないが、酸素目付量が増すにつれて表面スケール性
状が変化して窒化現象に影響を及ぼしているものと、考
えられる。

【００４４】

【発明の効果】かくして、この発明に従い、SiおよびAl
の含有バランスを制御し、かつ鋼板の表面硬さを制御す
ることによって、満足する磁気特性の下に、打抜き加工
性を向上することができる。また、鋼板中の硫化物系介
在物を主としてカルシウム−サルファイドまたはカルシ
ウム−オキシサルファイドとしたもの、そして仕上げ焼
鈍後の地鉄表層の酸素目付量を1.0 ｇ／ｍ²以下とした
ものでは、さらなる磁気特性の向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】SiおよびAlの含有量が打抜き加工性に及ぼす影
響を示すグラフである。

【図２】鋼板表面硬さが打抜き加工性に及ぼす影響を示
すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.01wt％以下, Si：0.1 〜2.0 wt
％, Mn：0.1 〜1.5 wt％, Al：0.5 〜2.5 wt％, Ｐ：0.
1 wt％以下およびＳ：0.01wt％以下を、 Si＋0.60Al≧0.80wt％の下に含有する成分組成になり、かつ表面のビッカース
硬さが HV160以下であることを特徴とする打抜き加工性
および磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板。
【請求項２】請求項１に記載の無方向性電磁鋼板にお
いて、さらにSbおよびSnのいずれか一方、または両方を
合計で、0.005 〜0.20wt％含有する成分組成になる低鉄
損無方向性電磁鋼板。
【請求項３】鋼板中の硫化物系介在物が、主としてカ
ルシウム−サルファイドまたはカルシウム−オキシサル
ファイドである請求項１または２に記載の無方向性電磁
鋼板。
【請求項４】仕上げ焼鈍後の地鉄表層の酸素目付量が
1.0 ｇ／ｍ²以下である請求項１、２または３に記載の
無方向性電磁鋼板。