JPH11332183A - 積層コアの歪み取り焼鈍方法 - Google Patents

積層コアの歪み取り焼鈍方法

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JPH11332183A
JPH11332183A JP10136835A JP13683598A JPH11332183A JP H11332183 A JPH11332183 A JP H11332183A JP 10136835 A JP10136835 A JP 10136835A JP 13683598 A JP13683598 A JP 13683598A JP H11332183 A JPH11332183 A JP H11332183A
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聖一 妹尾
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晃 坂井田
Kazufumi Hanzawa
和文 半澤
Hiromichi Koshiishi
弘道 輿石
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無方向性電磁鋼板を積層して作るコアの歪み
取り焼鈍条件を規定することで、鉄損特性を向上させ
る。 【解決手段】 無方向性電磁鋼板を積層して形成したコ
アの焼鈍を、850℃以上の温度で行う。この焼鈍の雰
囲気を非酸化性もしくは還元性とする。また無方向性電
磁鋼板がAlを0.1重量%以上含有する場合には、窒
化能を有するガスの含有量を容量比で30%未満にす
る。このような雰囲気に調整する手段として、不活性ガ
スや水素を適宜混入させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるセミプロ
セス無方向性電磁鋼板をコア形成して焼鈍を施す際の焼
鈍方法に関し、特に低磁場における鉄損の優れたコアを
製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】比較的小型の回転機等のコアは、主に無
方向性電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いて積層し、溶
接、かしめ、接着などの方法により固定して形成され
る。一般に打ち抜きによる歪みで鉄損が増加し、回転機
等のエネルギー効率が低下するので、歪みを除去するた
めコア形成後に焼鈍する場合がある。焼鈍条件として
は、始めに300〜400℃で打ち抜き油を除去した
後、主にN2 やCO2 ,COなどからなる非酸化性ない
し還元性の雰囲気中で、750℃に2時間程度保持され
るのが通常である。
【0003】歪み取り焼鈍について開示された技術の例
として、特開昭54−1803号公報では、低融点の熱
融着性ガラス系無機物を絶縁被膜として塗布した帯状電
磁鋼板から、鉄心コアを打ち抜いて積層した後、750
℃で2時間焼鈍して、コア形成と歪み取り焼鈍を同時に
行なう技術が開発されている。また、特開昭59−12
3719号公報には、鉄心を誘導加熱による焼鈍するに
際して、コアの温度が720℃以上の温度Tにある時間
Tmが、Tm(分)=−0.37×T(℃)+320、
を超えないようにすることで、焼鈍による高磁場での磁
束密度低下を防止する技術が開示されている。
【0004】コアの材料に用いられる無方向性電磁鋼板
は、一般に、鉄にSi,Alなど固有抵抗を増加させる
元素を添加し、所定の板厚まで冷延した後焼鈍し、表層
に絶縁被膜を形成したものである。添加元素は一般に多
いほど鉄損は低くなるが、その分コスト高となり、また
飽和磁束密度の低下や加工性の劣化をもたらすので、そ
のグレードに応じて添加される。現在工業的に生産され
ている無方向性電磁鋼板のうち最高級グレードのものと
しては、例えば、特開昭59−100218号公報に示
されているように、Si:2.5〜3.5%、Al:
0.5〜1.0%未満を含有するものが開示されてい
る。
【0005】また、この公報ではその製造方法として、
冷間圧延後の仕上焼鈍として1050℃で3秒以上60
秒未満の間連続焼鈍を行い、再結晶後の平均結晶粒径を
100μm以上にすることで良好な磁気特性を得てい
る。このように、無方向性電磁鋼板としては、最終的な
結晶粒径をより大きくすることで、磁気特性、特に低周
波数帯域で磁化したときの鉄損を小さくすることができ
る。そして、これを効果的に行う方法として、コア焼鈍
を行うセミプロセス無方向性電磁鋼板に、仕上焼鈍後に
スキンパス圧延を行うことで鋼板に歪みを導入し、コア
焼鈍における再結晶を促進するという技術も開示されて
いる。
【0006】無方向性電磁鋼板の高効率化については、
以上のような技術の他にも様々な改善技術が提案され、
市場の省エネルギー化への要請に対応してきた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】既に述べたように、コ
アの鉄損増加を抑制するためには、加工歪を除去するた
めのコア焼鈍が必要である。これはセミプロセス材ばか
りではなく、コア焼鈍を要しないとされているフルプロ
セス材においても考慮すべきものとなっている。そこ
で、本発明者らは、このコア焼鈍について種々検討した
結果、これまでより更に良好な磁気特性を得られる方法
を知見したものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要件は以下の通
りである。 (1)無方向性電磁鋼板を積層して形成したコアの焼鈍
を、800℃以上の温度で行うことを特徴とする積層コ
アの歪み取り焼鈍方法。 (2)前記雰囲気を非酸化性もしくは還元性とすること
を特徴とする(1)記載の積層コアの歪み取り焼鈍方
法。 (3)非酸化性もしくは還元性雰囲気として、雰囲気中
の酸素もしくは水分濃度を1%未満、もしくはPH2
/PH2 を0.1以下とすることを特徴とする(2)記
載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。 (4)焼鈍雰囲気に水素を添加して、雰囲気中のPH2
O/PH2 を調整することを特徴とする(3)記載の積
層コアの歪み取り焼鈍方法。 (5)積層して形成したコアの焼鈍を850℃以上の温
度で行うことを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1
項に記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。 (6)無方向性電磁鋼板のAl含有量が0.1重量%未
満であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1
項に記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。 (7)無方向性電磁鋼板のAl含有量が0.1重量%以
上であり、かつ積層して形成したコアの焼鈍雰囲気にお
ける窒化能を有するガスの濃度を容量比で30%未満と
することを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1項に
記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。 (8)焼鈍雰囲気にHe,Arなどの不活性ガスを添加
して、雰囲気の酸化度および/または窒化ガス濃度を調
整することを特徴とする(2)〜(7)のいずれか1項
に記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。 (9)非酸化性もしくは還元性雰囲気が、不活性ガスお
よび/または水素、および不可避的混入ガスよりなるこ
とを特徴とする(2)〜(8)のいずれか1項に記載の
積層コアの歪み取り焼鈍方法。 (10)積層コア形成に用いる無方向性電磁鋼板とし
て、結晶粒径が50μm以下の鋼板を用いることを特徴
とする(1)〜(9)のいずれか1項に記載の積層コア
の歪み取り焼鈍方法。 (11)積層コア形成に用いる無方向性電磁鋼板とし
て、最終冷延後に仕上げ焼鈍を施さない鋼板を用いるこ
とを特徴とする(1)〜(9)のいずれか1項に記載の
積層コアの歪み取り焼鈍方法。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。本発明の特徴は、コアに形成した後で行う焼鈍
を、従来通常に行われている約750℃より更に高い8
00℃以上、望ましくは850℃以上の温度で行うこと
にある。このような条件による最大の効果は、高温焼鈍
により再結晶および加工歪み開放がより促進されること
で、特に低磁場における鉄損を更に向上できることにあ
る。この傾向はより高級品、すなわち添加元素を増加さ
せたことで再結晶抑制効果が増大し、かつ加工歪みの復
元に大きなエネルギーを要する材料に対して特に効果が
ある。
【0010】また従来、コア焼鈍を前提とした無方向性
電磁鋼板に対し、仕上げ焼鈍後にスキンパス圧延を行う
ことによって、その後の歪み取り焼鈍における再結晶を
促進させる技術が知られているが、本発明による積層コ
アの歪み取り焼鈍方法を用いれば、このようなスキンパ
ス圧延を省略しても、十分な鉄損特性を得ることが可能
となる。更に、スキンパス圧延と本発明による歪み取り
焼鈍方法を組み合せて、再結晶促進効果を更に高めるこ
とも可能である。
【0011】以上のような効果を得るためには、800
℃以上、望ましくは850℃以上の温度で行うことが必
要である。例えば、従来法の約750℃という低い温度
でも、再結晶は十分な焼鈍時間をかければ進行するが、
必要な時間は温度を低くするにつれ指数的に増加するの
で、工業的には好ましくない。また、更に、本発明によ
る高温でのコア焼鈍を施すことで、連続焼鈍での結晶粒
成長にかかわらず、その成分系における最適な鉄損を得
ることができる。更には、最終仕上焼鈍を行わない材料
を用いてコアを形成させる場合においても、鉄損を大き
く改善することができる。このように、連続焼鈍過程で
の焼鈍の度合いを自由に選定できることで、連続焼鈍を
高温で行うための設備の配慮を省略し、かつ操業コスト
を低下させるとともに、コア形成のための打ち抜き加工
の生産性向上を指向できる。通常、無方向性電磁鋼板の
打ち抜き加工においては、焼鈍による粒成長を十分に行
った方が鋼板は柔らかくなり、打ち抜き型の長寿命化に
は効果的である一方、粒成長を完全に行わなければ鋼板
は固く、延びにくくなり、打ち抜き時の寸法精度や自動
かしめ性を得る上ではむしろ好ましい。従来は必要とす
る磁気特性に応じて成分系が決定され、それにより鋼板
の加工性も自ずと規定されていたが、本発明による積層
コアの歪み取り焼鈍法を用いる場合、むしろ打ち抜き加
工性を適切な材質となるような温度での連続焼鈍を行
い、コア加工後の焼鈍でそれを補うように再結晶を行う
ことが可能となる。
【0012】焼鈍温度の上限については特に規定しな
い。一般に高温にすればそれだけ磁気特性が向上しやす
く、また焼鈍時間も短縮できるが、時間当たりの燃料コ
ストは高くなる。また、高温にするほど絶縁被膜の破壊
や窒化が進行しやすいので、制限する必要がある。より
好適な条件は880〜970℃の間である。また、焼鈍
時間についても特に規定しない。極く短時間でも本願発
明の温度まで加熱すれば、再結晶および加工歪みの開放
は進行し、鉄損は改善される。ただし、この温度はコア
のすべての部位で到達する必要があり、従って焼鈍設備
の特性やコアの大きさ等に応じて十分な時間を取る必要
がある。一方、上限は鉄損向上の観点からは特に規定さ
れるものではないが、長時間操業すればそれだけコスト
高となるのに対し、鉄損改善の効果は長くても数時間で
飽和する。また、絶縁被膜の劣化も懸念されるため制限
される。通常は均熱温度の保持時間を2〜10時間と
し、加熱、冷却時間を合わせておよそ20時間程度焼鈍
される。
【0013】また、γ相に変態する材料をA1 変態点以
上に加熱して一旦変態させると、炭化物、硫化物など粒
成長を阻害する物質を再固溶・析出凝集させることがで
き、再結晶促進の上で効果がある。ただし、この場合は
α相に戻ってからの再結晶時間を一定以上確保する必要
があるため、冷却速度として、Ar3 変態点から650
℃までの冷却速度を一定以下とする必要がある。この速
度は平均で50℃/sec 以下が必要である。γ変態を起
こす材料の条件は、おおよそSi≦2.5重量%、Al
≦1.0重量%、かつ(Si+2Al)≦2.5重量%
の成分として含むことが好ましい。
【0014】本発明のような比較的高い温度でのコア焼
鈍が従来行われていなかった理由は2つ考えられる。一
つは絶縁被膜の破壊や鋼板表面の酸化の恐れがあるこ
と、もう一つは一定以上Alを含有する材料に対して窒
化によりAlNが生成し、再結晶を阻害することであ
る。絶縁被膜の焼損や鋼板表面の酸化を防止するために
は、コア焼鈍の雰囲気として非酸化性もしくは還元性雰
囲気で行う必要がある。酸化性雰囲気、すなわち酸素、
水分、もしくは熱分解でこれらを放出する気体を一定以
上含有していると、絶縁被膜の破壊を促進し、また鋼板
表層で酸化物が形成されて地鉄に対しピンニングによる
鉄損劣化を起こす。
【0015】使用される雰囲気ガスとしては、N2 ,C
O,CO2 を主成分とする燃焼ガスが多く用いられてい
る。すなわち、燃料を燃焼させてコアを加熱し、またそ
の熱で乾燥させた排ガスを加熱して炉内に吹込むのであ
る。燃焼排ガスの水分含有量は、露点にしておよそ55
℃(約16 vol%)になる。このガスを冷却して乾燥さ
せることで露点にして15℃(約1.7 vol%)位とし
ている。従来技術の比較的低い温度でのコア焼鈍で、か
つクロム酸などを主成分とする無機被膜では、上記の水
分含有量にすれば特に問題とならないが、本発明のよう
に高温で焼鈍する場合、酸化反応は進行しやすく、品質
に及ぼす影響は非常に大きい。これを避けるためには、
2 ,H2 ,Arなどの単離ガス、アンモニアの分解ガ
ス(H2:N2 =3:1)など、酸化性の非常に低いガ
スを混合して、実質的な酸素ポテンシャル(PH2 O/
PH2 )を低下させてやるとよい。例えば、露点15℃
のガスなら、水素を17%以上混入させ、PH2 O/P
2 を0.1以下にすることで、リン酸塩などからなる
無機被膜なら劣化は殆んど見られなくなる。ただし、樹
脂などの有機物を含有する被膜の場合、更に酸素ポテン
シャルを下げて酸化を防止する必要がある。このような
場合は、焼鈍するコアをカバーして雰囲気を外気から遮
断し、純度の高い特定のガスを用いる。この場合も不活
性ガスや水素を適宜混入させ、もしくはこれらのガスを
主成分として用いることで、酸素ポテンシャルを更に低
下させ、被膜の劣化をより効果的に抑制することができ
る。
【0016】また、窒化によるAlN生成に対しては、
雰囲気ガス中から窒化能を持つガスを減少させる必要が
ある。本発明の主旨がコアでの再結晶促進にあることか
ら、再結晶を阻害する要因はできるだけ排除しなくては
ならない。通常、Alは磁気特性向上のため添加され、
その量は高級グレードで約1%である。一方、Nは製鋼
段階で通常0.01%以下に抑え、AlN生成を抑制し
ている。しかしながら、Alを0.1%以上含む材料に
おいては、その後の熱処理において雰囲気ガス中の窒素
を吸収してAlNを形成する。特に、コア焼鈍は焼鈍時
間が連続焼鈍と比べ長いため窒化量が多くなりやすく、
本発明のように高い温度で焼鈍する場合には更に窒化し
やすい。
【0017】以上のことから、本発明の焼鈍雰囲気とし
て、鋼板がAlを0.1重量%以上含有する場合には、
窒化能を有するガスの割合を体積比で30%未満と規定
した。これは対象のガスを窒素としたときの場合の限定
値であるが、アンモニアやNOx のように、鋼板に対す
る窒化能の高いガスについては特に、その含有量を0.
1%未満とする必要がある。なお、Alの含有量が0.
1%未満の場合は、鋼板の窒化は殆んど起こらず、生成
されるAlNの量は本発明の効果を阻害するに至らない
ので、上記のような制限は特に必要ない。
【0018】本発明に用いる無方向性電磁鋼板の組成や
製造方法は特に限定しない。一般に無方向性電磁鋼板の
グレードは、添加元素の量や仕上焼鈍温度、熱延、冷延
などの工程条件により決まる鉄損と飽和磁束密度によっ
て定められており、磁気特性と価格との見合いで適切な
材料が選択されている。本発明による積層コアの歪み取
り焼鈍方法は、ほぼあらゆるグレードに対して、従来法
以上の鉄損改善効果をもたらすものである。
【0019】本発明で用いる無方向性電磁鋼板に添加さ
れる鋼中成分としては、以下のものがある。Siは固有
抵抗を増加させ、鉄損を低下させる重要な元素である
が、多すぎると加工性が劣化する。通常は5%以下添加
される。Alもまた固有抵抗を増加させ、鉄損を低下さ
せる重要な元素であるが、多すぎると加工性が劣化す
る。通常は2%以下添加される。
【0020】Cは一定以上存在すると、電気機器のコア
として使用中に磁気時効を起こして磁気特性を劣化させ
るので0.01%以下に制限する必要がある。このよう
な含有量には溶鋼段階で調整する他、連続仕上焼鈍で弱
酸化性雰囲気により脱炭する方法も用いられる。Nは多
いとAlと結合してAlNを形成し、粒成長を阻害する
ので、溶鋼段階で0.01%以下に制限する必要があ
る。
【0021】Sは溶鋼段階で不可避的に混入するが、多
いとMnなどと結合して粒界に析出し、再結晶を阻害す
るので、0.01%以下に制限する必要がある。その
他、磁気特性、加工性、耐銹性の向上を目的として、M
n,P,B,Ni,Cr,Sb,Sn,Cuなどを含有
させる。その添加量は狙いとする鋼板の特性に応じて決
定される。
【0022】以上の成分からなる連続鋳造スラブもしく
は鋼塊を、熱延し、1回または中間焼鈍をはさむ2回以
上の冷延を施し、仕上焼鈍を施し、絶縁被膜を焼付塗布
して、無方向性電磁鋼板に仕上げる。この工程におい
て、連続鋳造で熱延板相当の薄スラブとして熱延を省略
することも可能である。また、磁気特性を向上させる目
的で、熱延板を焼鈍する、もしくは熱延後に巻取り温度
を高くして自己焼鈍を行う場合もある。
【0023】以上のような成分系、製造方法を適正に選
択することで、鋼板の鉄損を非常に小さくすることがで
きる。そして本発明による歪み取り焼鈍方法はこの鉄損
を更に減少させるものである。また、より安価な鋼板を
用いて良好な鉄損特性を得ることもできる。すなわち、
仕上焼鈍温度を低くしたり、もしくは省略したりするこ
とでコストダウンを図った材料に対しても、コアを形成
した後に本発明による歪み取り焼鈍を施すことで、従来
方法によるよりも低い鉄損特性を得ることが可能となる
のである。
【0024】
【実施例】<実施例1>表1に示す成分、製造方法で製
造された板厚0.5mmの無方向性電磁鋼板を用いてコア
を形成し、このコアを燃焼ガス、窒素+水素、水素のみ
の3種類の雰囲気中で、均熱温度を750〜950℃、
均熱時間を2時間で焼鈍を施した。鉄損(W15/50 )の
結果を表2に、絶縁被膜の状況を表3に示す。
【0025】Alの含有量が0.1%未満の材料C,D
では、雰囲気組成に関わらず焼鈍温度が高いほど鉄損は
改善されたのに対し、Alを0.3%含有する材料A,
Bでは、窒素を含有する雰囲気では900℃以上で鉄損
が劣化した。また絶縁被膜の状況は、雰囲気ガスに水素
のみを用いた場合、すべての素材で950℃までほとん
ど劣化は見られず、また水素+窒素混合ガスでも900
℃まで劣化は見られなかった。一方燃焼ガスでは、85
0℃以上で被膜の劣化が顕著となった。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】<実施例2>表1のBの無方向性電磁鋼板
を所定の形状に打ち抜いて積層し、コアを形成した。こ
のコアを表4に示す雰囲気条件で、均熱900℃×2時
間で焼鈍を行なった。鉄損(W15/50 )および絶縁被膜
の状況を表4に示す。磁気特性は、雰囲気に一定以上の
窒素またはアンモニアを含む No.1,2,3,4,6の
条件では焼鈍により殆んど向上しなかった。
【0030】また被膜状況は、雰囲気中水素の多い No.
5,6で特に劣化が少ないものが得られた。
【0031】
【表4】
【0032】<実施例3>表5に示す成分系、製造方法
で製造された無方向性電磁鋼板を所定の形状に打ち抜い
て積層し、コアを形成した。このコアを水素99%の雰
囲気で、均熱90℃×2時間焼鈍した。焼鈍前後の結晶
粒径および鉄損(W15/50 )を表6に示す。
【0033】コア焼鈍前の結晶粒径が50μm以下の素
材を用いた場合でも、本発明のコア焼鈍方法を用いるこ
とで、磁気特性の良好な100〜150μmにすること
ができる。特に素材eでは、仕上焼鈍を行なわないもの
でも行なったものとほぼ同等の磁気特性を得ることがで
きた。
【0034】
【表5】
【0035】
【表6】
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による積層
コアの歪み取り焼鈍方法を用いることで、連続焼鈍工程
やその後のスキンパスを簡略化もしくは省略しても、モ
ーター等のコアの磁気特性を著しく向上させ、かつコア
を加工する際の加工性を向上させることが可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 半澤 和文 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 輿石 弘道 福岡県北九州市八幡東区枝光一丁目1番3 号 株式会社九州電磁鋼センター内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無方向性電磁鋼板を積層して形成したコ
    アの焼鈍を、800℃以上の温度で行うことを特徴とす
    る積層コアの歪み取り焼鈍方法。
  2. 【請求項2】 前記焼鈍における焼鈍雰囲気を非酸化性
    もしくは還元性とすることを特徴とする請求項1記載の
    積層コアの歪み取り焼鈍方法。
  3. 【請求項3】 前記焼鈍における焼鈍雰囲気を非酸化性
    もしくは還元性雰囲気として、雰囲気中の酸素もしくは
    水分濃度を1%未満、もしくはPH2 O/PH2 を0.
    1以下とすることを特徴とする請求項1または2記載の
    積層コアの歪み取り焼鈍方法。
  4. 【請求項4】 前記焼鈍雰囲気に水素を添加して、雰囲
    気中のPH2 O/PH2 を調整することを特徴とする請
    求項3記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。
  5. 【請求項5】 前記積層して形成したコアの焼鈍を85
    0℃以上の温度で行うことを特徴とする請求項1〜4の
    いずれか1項に記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。
  6. 【請求項6】 前記無方向性電磁鋼板のAl含有量が
    0.1重量%未満であることを特徴とする請求項1〜5
    のいずれか1項に記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。
  7. 【請求項7】 前記無方向性電磁鋼板のAl含有量が
    0.1重量%以上であり、かつ積層して形成したコアの
    焼鈍の雰囲気における窒化能を有するガスの濃度を容量
    比で30%未満とすることを特徴とする請求項1〜5の
    いずれか1項に記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。
  8. 【請求項8】 前記焼鈍雰囲気にHe,Arなどの不活
    性ガスを添加して、雰囲気の酸化度および/または窒化
    ガス濃度を調整することを特徴とする請求項2〜7のい
    ずれか1項に記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。
  9. 【請求項9】 前記焼鈍における非酸化性もしくは還元
    性雰囲気が、不活性ガスおよび/または水素、および不
    可避的混入ガスよりなることを特徴とする請求項2〜8
    のいずれか1項に記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。
  10. 【請求項10】 前記積層コア形成に用いる無方向性電
    磁鋼板として、結晶粒径が50μm以下の鋼板を用いる
    ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の
    積層コアの歪み取り焼鈍方法。
  11. 【請求項11】 前記積層コア形成に用いる無方向性電
    磁鋼板として、最終冷延後に仕上げ焼鈍を施さない鋼板
    を用いることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項
    に記載の積層コアの歪み取り焼鈍方法。
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