KR100295088B1

KR100295088B1 - 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100295088B1
Application number: KR1019980057099A
Authority: KR
Inventors: 다까히데 시마즈; 히데또시 신도; 히로아끼 사또
Original assignee: 아사무라 타카싯; 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2001-07-12
Also published as: JPH11181577A; KR19990063311A; CN1225396A

Abstract

우수한 펀칭성을 갖는 어떤 무방향성 전자강판은 최외곽 표면층으로 또는 표면 상에 0.2 내지 5 g/㎡ 의 결정질 아연 인산염 피막을 갖는다. 바람직하게는, 상기 무방향성 전자강판은 5 g/㎡ 이하의 Zn- 또는 Ni-도금층을 표면 상에 가지며 결정질 아연 인산염 피막을 상기 층 상에 갖는다.

우수한 펀칭성을 갖는 상기 무방향성 전자강판을 제조하는 방법은 0.2 내지 5 g/㎡의 결정질 아연 피막을 무방향성 전자강판의 표면 상에 적용하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 상기 공정은 결정질 아연 인산염 피막을 형성하기에 앞서 무방향성 전자강판의 표면을 Zn- 또는 Ni-전기도금하여 Zn- 또는 Ni-도금층을 형성하는 것을 추가적으로 포함한다.

상기 무방향성 전자강판은 중량으로, C ≤ 0.01 %, Si ≤ 4.0 %, Al ≤ 4.0 %, Mn ≤ 3.5 %, P ≤ 0.3 %, S ≤ 0.03 %, N ≤ 0.01 %, B ≤ 0.01 %, Nb ≤ 0.01 %, Ti ≤ 0.01 %, V ≤ 0.01 %, Mo ≤ 0.5 %, Cu ≤ 2 %, Cr ≤ 15 %, Ni ≤ 3 %, Sn ≤ 0.5 % 을 포함하고 그 나머지는 Fe와 불가피한 불순물인 화학 조성을 가질 수 있다.

Description

우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판 및 그 제조 방법{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET HAVING GOOD PUNCHABILITY AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 절연 피막(coating)을 가지며 일반적인 용도를 위한 전기 설비의 회전 기계(rotating machines)의 심(core)과 소규모 변압기의 심을 제작하는데 일반적으로 사용되는 무방향성 전자강판(non-oriented electrical steel sheet) 및 그것을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

무방향성 전자강판의 피막은, 기본적인 성질인 절연 성질에 더하여, 펀칭 및 응력 제거 어닐링과 관련하여, 강판에의 밀착성, 점적율(space factor), 내식성, 가늘게 쪼개지는 성질(slittability), 펀칭시의 다이 마모(펀칭성), 강판간의 미끄러짐성(slippability), 응력 제거 어닐링하는 동안 강판 사이의 고착 정도(degree of sticking)를 나타내는 고착 저항성(sticking resistance), 응력 제거 어닐링 후의 밀착성 및 내식성 등과 같은 다양한 성질들을 구비할 것을 요구한다.

오랜 세월에 걸쳐 연구가 수행되었으나, 위에서 언급된 모든 성질들을 충족하는 피막은 아직 얻어지지 않았다. 예를 들어, 수지를 기초로 하는 피막들(resin-based coatings)은 극히 우수한 펀칭성을 가지나 응력 제거 어닐링시 타버리는 한편, 무기 피막들은 타지 않으나 그것의 마모적 성질(abrasive nature)로 인하여 극히 좋지 못한 펀칭성을 가진다. 그러므로, 상업적으로 이용 가능한 피막들은 예상외로 매우 작은 수이다. 일본에서 현재 이용 가능한 피막들 중 거의 모든 피막들이 일본 특허 공고공보 50-15013 호에 개시되어 있는데, 그들은 크롬산염과 마그네슘 또는 다른 2가 금속(bivalent metals)의 수산화물 및 수지 에멀젼의 혼합물을 도포한 다음에 베이킹하여 제조된다. 상기 혼합 무기-유기 피막은 위에서 언급한 특징 대부분을 만족하며 일반적으로 반-유기 피막으로 불리운다.

그러나, 종래의 혼합 무기-유기 피막과 전(all) 무기 피막 및 전 유기 피막은, 롤 코팅기(roll coater)에 의해 도포될 때, 약 100 내지 600℃에서 수 초 내지 수십 초 동안 베이킹될 것이 요구된다. 이것은 제조 라인에서 강판의 고속 처리를 제한하였다. 예를 들어, 긴 베이킹로(baking furnace)가 필요하기 때문에 300 m/min 이상의 이동 속도는 실제적으로 채용되기 어렵고 생산성과 비용에 장애를 야기한다.

한편, 강 표면상에 인산염 피막을 형성하는 방법은 긴 역사를 가지는 바 1906 년에 코스레트(Coslett)에 의해 시작되었고 1915 년 파커(Parker) 등에 의해 발달되어 왔다고 믿어졌다. 인산염 피막은 차량, 냉장고, 세탁기 등을 위한 강판의 전처리(pre-treatment)로 사용되어져 왔고, 방청, 가공성, 도색 밀착성, 그리고 점 용접성(spot weldability)을 포함한 우수한 성질을 가진다고 알려져 있다. 그러나, 결정질 아연(crystalline zinc) 또는 다른 인산염 피막들은 절연 성능, 펀칭성, 고온 어닐링 후의 고착 및 무방향성 전자강판에 요구되는 기타 성질과 연관하여서는 연구되지 않았다. 전자강판 상에 형성되는 어떤 인산염 피막이 일본 특허 공개공보 56-81681 호로부터 공지되어 있다. 상기 피막은 콜로이드 실리카, 콜로이드 알루미나, 붕산 등을 알루미늄 인산염(aluminum phosphate) 또는 다른 용액들에 첨가하고, 그 용액을 도포한 다음, 베이킹하여 형성되는데, 펀칭성이 좋지 않아 실제적으로는 사용되지 않았다. 본 발명자들은 결정질 피막이 얻어지지 않기 때문에 가공성이 나쁘다는 것을 알아내었다.

본 발명의 목적은 종래 무기 피막의 열악한 펀칭성의 문제를 해결하고 또 종래 반-유기 피막에서 얻어지는 성질들과 비교되는 성질들을 갖는 무방향성 전자강판을 제공하면서 무기 피막을 짧은 시간 내에 형성할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음을 제공한다.

(1) 중량으로,

C ≤ 0.01 %, Si ≤ 4.0 %, Al ≤ 4.0 %, Mn ≤ 3.5 %, P ≤ 0.3 %, S ≤ 0.03 %, N ≤ 0.01 %, B ≤ 0.01 %, Nb ≤ 0.01 %, Ti ≤ 0.01 %, V ≤ 0.01 %, Mo ≤ 0.5 %, Cu ≤ 2 %, Cr ≤ 15 %, Ni ≤ 3 %, Sn ≤ 0.5 %, 및 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되고,

0.2 내지 5 g/㎡ 의 결정질 아연 인산염 피막을 최외곽 표면층으로 갖는 것으로 특징지어지는 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판.

(2) (1)에 있어서, 상기 강의 표면상에 5 g/㎡ 이하의 Zn-도금층 또는 Ni-도금층을 갖고 및 0.2 내지 5 g/㎡ 의 결정질 아연 인산염 피막을 상기 층 상에 갖는 것으로 특징지어지는 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판.

(3) 중량으로,

아연만을 또는 아연과 니켈을 포함하는 인산 용액에서 강판이 음극으로 사용되어 행해지는 전기 분해에 의해 화학적 변환을 통해 형성된 0.2 내지 5 g/㎡ 의 결정질 아연 인산염 피막을 무방향성 전자강판의 표면 상에 적용하는 것으로 특징지어지는 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판의 제조 방법.

(4) (3)에 있어서, 무방향성 전자강판의 표면상에 강판이 음극으로 사용되고 이온들을 포함하는 산 용액내에서 전기 분해에 의해 형성된 Zn- 또는 Ni-도금 층의 5g/m²이하를 구성하고, 그 다음에 아연만을 또는 아연과 니켈을 포함하는 인산 용액에서 강판이 음극으로 사용되어 행해지는 전기 분해에 의해 화학적 변환을 통해 형성된 0.2 내지 5 g/㎡ 의 결정질 아연 인산염 피막을 상기 층 상에 적용하는 것을 특징으로 하는 (2) 또는 (3)에 따른 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판의 제조 방법.

(5) (3) 에 있어서,

상기 전기분해는 0.5 내지 3초동안 10 내지 50 A/dm²의 전류 밀도로 행해지는 것을 특징으로 하는 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판의 제조 방법.

(6) (4) 에 있어서,

본 발명은 세 가지 중요한 요지들(features)을 갖는다. 첫째로, 본 발명자들은 결정질 형의 무기 피막은, 유기 성분들을 전혀 포함하지 않더라도, 현저히 향상된 펀칭성을 제공하는 것을 알아내었다. 둘째로, 상기 결정질 무기 피막은 아연 인산염을 사용하므로써 상업적으로 얻어질 수 있고, 그것은 일반적으로 상업적으로 이용 가능하며 무방향성 전자강판의 모든 필요한 성질들을 만족시킨다. 셋째로, 본 발명자들은 무방향성 전자강판을 아연- 또는 니켈-도금(Zn- or Ni-plating)하고 그 다음 전해적으로(electrolytically) 아연 인산염을 형성하므로써 극히 단시간에 그리고 안정된 형태로 결정질 피막이 무방향성 전자강판에 부여될 수 있음을 또한 알아내었다.

상기 청구된 요지들은 아래의 이유로 특정되었다.

최외곽 표면층은 결정질 아연 인산염으로 구성되어야 한다. 상기 아연 인산염 결정들은 얇은 판상의 조각들(thin plate-like pieces)로 존재하면서 평탄하지 않은 표면을 형성하여 강판 표면과 펀칭 몰드 사이에 점접촉(point contact)을 허용하고 그리하여 강판에 향상된 펀칭성을 제공한다. 그러므로, 아연 피막이 결정질인 것이 필수적이다. 대조적으로, 종래 무기 피막들은 거의 마그네슘 인산염으로 구성되는데, 그것은 결정질이 아니거나(non-crystalline) 또는 비정질(amorphous)이고 강판 표면에 결정을 전혀 제공하지 않으며 평탄한 표면을 형성하므로 펀칭성을 상당히 나쁘게 한다. 콜로이드 실리카 또는 다른 첨가물을 아연 인산염에 포함시키는 것도 또한 피해야 하는데, 왜냐하면 결정성(crystallinity)이 상실될 수 있기 때문이다.

바람직하게는, 본 발명의 피막은 아연만을 또는 아연과 니켈을 포함하는 인산 용액(phosphoric acid solution)에서 강판이 음극으로 사용되어 행해지는 전기분해에 의해 화학적 변환을 통해 급속히 형성된다. 분사에 의한 도포, 디핑(dipping), 그리고 롤 코팅과 같은 다른 공지된 변환 공정(conversion process)들도 사용될 수 있다.

결정질 아연 인산염 피막의 양은 0.2 내지 5 g/㎡ 의 범위 내로 한정된다. 만약 상기 양이 0.2 g/㎡ 보다 적으면 절연이 불충분하며, 만약 상기 양이 5 g/㎡ 보다 많으면, 피막이 지나치게 두꺼워 우수한 점적율을 제공할 수 없는데, 상기 둘 모두는 전기 부품 심(cores)의 전자기적 성능에 문제를 야기한다. 결정질 아연 인산염 피막으로 구성된 최외곽층은 절연과 펀칭성을 포함하는 전자강판의 기본적인 성질들을 결정하며, 따라서, 강판의 화학 조성이나 도금된 언더코팅의 존재 유무에 무관하게 최외곽층이 아연 인산염으로 형성되는 것이 중요하다. 항상 펀칭에 앞서 강판 표면에 오일이 도포되는데, 이는 상기 피막에 어떠한 악영향도 미치지 않는다.

Zn 또는 Ni 의 언더코팅은 필수적이지 않으나, 존재하는 때는, 화학 변환 처리시 핵을 제공하며 그리하여 요구되는 처리 시간을 효과적으로 줄인다. 강판이 음극으로 사용되면서 이온들을 포함하는 산성 용액 내에서 행해지는 전해에 의하여 균일한 피막이 용이하게 형성될 수 있다. 최종 강판 제품에서의 도금된 Zn 또는 Ni 량은 5 g/㎡ 이하로 한정되는 것에 유의하여야 한다. 만약 그 양이 5 g/㎡ 보다 많으면, 도금된 금속이 펀칭 다이에 들러붙어, 고착(sticking)을 야기하여 펀칭성을 악화시킨다. 본질적으로, 펀칭성은 당연히 최종 제품의 도금된 양에 의하여 영향을 받는다. Zn-도금된 언더코팅이 사용되는 때는, 일반적으로 약 0.5 내지 1.0 g/㎡ 의 Zn 이 변환 처리 용액에서의 에칭에 의하여 상실된다. 그러므로, 5.5 g/㎡의 Zn 이 도금된 때에도, 최종 제품은 5.0 g/㎡ 이하의 Zn 량을 갖는다. 에칭에 의한 상실(loss)은 pH, 시간, 그리고 용액의 온도와 같은 인자들에 의존하며 간단하게 결정될 수 없다. 한편, 도금된 Ni 는 용액에서 거의 녹지 않으며 그러므로 유효한 Ni 양은 5 g/㎡ 이하의 양을 도금하는 것에 의하여 제어될 수 있다. 경제적이지는 않으나 Zn-Al 합금을 도금하는 것도 또한 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 무방향성 전자강판의 화학적 조성은 아래의 이유로 특정된다.

C 함량은 0.01 % 이하로 한정되며 가능한 한 작은 것이 바람직하다. C 함량이 0.01 % 보다 클 때는, 자기 시효의 문제가 발생하여 전기 장비의 자기적 성질들을 사용하는 동안 악화시키게 된다.

Si 함량은 4.0 % 이하여야 한다. Si는 강판의 비저항(specific resistance)을 증가시켜 와전류손을 줄이는데 효과적이나, 냉연시 파손이 발생하는 것과 전기 부품의 펀칭시 균열이 발생하는 것을 방지하기 위하여 4.0 % 보다 많은 양으로 존재하는 것은 회피되어야 한다.

Al 함량은 4.0 % 이하로 한정된다. Si 와 유사하게 Al 도 또한 가판의 비저항을 증가시켜 와전류손을 감소시키는데 효과적이나, 냉연시 파손이 발생하는 것과 전기 부품의 펀칭시 균열이 발생하는 것을 방지하기 위하여 4.0 % 보다 많은 양으로 존재하는 것은 회피되어야 한다.

Mn 함량은 3.5 % 이하여야 한다. Mn 은 강판의 조직을 향상시키면서 비저항을 증가시키는데 효과적이나, 냉연시 파손이 발생하는 것과 전기 부품의 펀칭시 균열이 발생하는 것을 방지하기 위하여 3.5 % 보다 많은 양으로 존재하는 것은 회피되어야 한다.

P 함량은 0.3 % 이하로 한정된다. P 는 펀칭시 전단 처짐(shear droops) 및 버르(burrs)를 감소시키는데 효과적이나, 0.3 % 보다 많은 양으로 존재할 때는 슬래브(slabs)의 균열 발생을 야기한다.

S 함량은 0.03 % 이하로 한정되며 가능한 한 작은 것이 바람직한데, 왜냐하면 S 는 결정립의 성장 및 자구벽(magnetic domain walls)의 이동을 방해하는 MnS, Cu_xS(x ≒ 1.6) 또는 다른 미세한 황화물을 형성하기 때문이다. S 함량이 0.03 % 보다 크면, 와트 손실이 상업적으로 채택 가능한 수준을 초과한다.

N 함량은 0.01 % 이하로 한정된다. N 함량이 0.01 % 보다 클 때는, 강판 표면에서 벌지(bulge) 또는 "블리스터(blister)"가 발생한다.

B 함량은 0.01 % 이하여야 한다. B는 BN을 형성하여 자기적 성질을 향상시키나, 0.01 % 보다 많은 양으로 존재할 때는, 슬래브의 균열을 야기한다.

Nb, Ti 그리고 V 함량은 각각 0.01 % 이하여야 한다. Nb, Ti 그리고 V는 특히 0.01 %를 초과하는 양으로 존재할 때 각각 탄화물과 질화물을 형성하여 자기이력 손실을 증가시키는 것에 의해 와트 손실을 악화시킨다.

Mo 함량은 0.5 % 이하여야 한다. Mo 는 강판의 조직을 향상시키나, 0.5 % 보다 많은 양으로 존재하는 때는, 재료비에 문제가 일어나도록 야기한다.

Cu 함량은 2 % 이하여야 한다. Cu 는 비저항을 증가시켜 강판의 와류손을 감소시키는데 효과적이나, 열연시의 귀 균열(ear cracking)의 발생과 "구리 스캐브(Cu scab)"라고 불리우는 표면 결함의 발생을 방지하기 위하여, 2 %를 초과하는 양으로 존재하는 것은 회피되어야 한다.

Cr 함량은 15 % 이하여야 한다. Cr 은 강판의 비저항을 증가시켜 와류손을 감소시키는데 효과적이나, 15 % 보다 많은 양으로 존재하면, 재료비에 문제가 발생하도록 야기한다.

Ni 함량은 3 % 이하여야 한다. Ni 은 강판의 강성을 증가시켜 고속 회전자(rotors)에 유리하게 적용될 수 있도록 하나, 3 % 보다 많은 양으로 존재하면, 재료비에 문제가 발생하도록 야기한다.

Sn 함량은 0.5 % 이하여야 한다. Sn 은 강판 조직을 향상시키는데 효과적이나, 열연시의 귀 균열 발생을 방지하기 위하여 0.5 %를 초과하는 양으로 존재하는 것은 회피되어야 한다.

본 발명의 무방향성 전자강판은 공지된 임의의 적당한 공정에 의해 제조될 수 있다. 본질적으로, 강 제조 또는 용융 공정이 요구되는 화학적 조성을 갖는 강 용탕(steel melt)을 제공하고, 그것은 그 다음 연속 주조 및 열연을 거치게 된다. 열연 스트립은 어닐링되고, 한 번 또는 두 번 냉연되고 어닐링되며, 그 다음 위에서 특정한 바와 같은 피막이 냉연되고 어닐링된 강판 상에 형성된다. 피막이 형성된 강판은 추가적으로 수 % 의 압하율로 조질압연(skin-pass rolling)될 수 있는데, 이는 반-공정 무방향성 전자강판을 제조하는데 종종 사용된다.

아래의 작업 예에 의하여 본 발명이 보다 상세히 설명된다.

예 1

중량으로, 0.002 % 의 C와, 3.15 % 의 Si와, 0.7 % 의 Al과, 1.6 % 의 Mn과, 0.01 % 의 P와, 0.001 % 의 S와, 0.001 % 의 N과, 0.0001 % 의 B와, 0.001 % 의 Nb와, 0.002 % 의 Ti와, 0.002 % 의 V와, 0.08 % 의 Mo와, 0.045 % 의 Cu와, 0.05 % 의 Cr과, 0.03 % 의 Ni와, 0.01 % 의 Sn을 포함하고, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물인 슬래브가 1000℃에서 가열되고, 1.5 mm 두께의 스트립으로 열연되고, 600℃에서 코일로 되고, 질소 가스 분위기 내에서 1000℃에서 30 초 동안 고온 스트립 어닐링되고, 산세척되고(pickled), 냉연되어 0.35 mm 두께의 강판으로 되었다. 상기 냉연 강판은 그 다음에 수소 가스 분위기 내에서 1000℃에서 30 초 동안 어닐링 되었고, 그 다음에, 표 1 에 요약된 1 번 내지 3 번 중 임의의 하나의 절연 피막이상기 냉연되고, 어닐링된 강판 상에 형성되었다.

1 번에서는, 그렇게 하여 제조된 무방향성 전자강판이, 상업적으로 이용 가능한 Ti 콜로이드(colloid)로 전처리되고(pretreated), 그 다음에 아연 수산화물을 첨가제로 포함하는 정인산염(orthophosphate) 수용액인 처리 용액에서 10 A/d㎡ 의 전류밀도로 1 초 동안 음극으로 전기분해되어 2.5 g/㎡ 양(量)의 아연 인산염 피막을 형성한다. 상기 강판 표면의 주사전자현미경(SEM) 관찰을 한 결과 상기 피막은 결정질 아연 인산염 피막으로 구성됨이 보여졌다.

2 번에서는, 1000 kg 의 무수 크롬산과, 200 kg 의 마그네슘 수산화물과, 100 kg 의 글리세린과, 700 kg 의 아크릴릭 에멀젼이 3000 kg 의 물에 용해되어 용액을 형성하였고, 그것이 롤 코팅기에 의해 강판 표면에 도포되었고, 400℃ 의 노온도(furnace temperature)에서 30 초 간 베이킹되었다. 그렇게 하여 형성된 피막은 2.1 g/㎡ 의 침적 밀도(deposit density)를 가진다.

3 번에서는, 마그네슘 인산염 수용액이 강판 표면에 롤 코팅기에 의해 도포되었고 700℃ 의 노온도에서 30 초 간 베이킹되었다. 그렇게 하여 형성된 피막은 1.8 g/㎡ 의 침적 밀도를 가진다.

소형 변압기를 위한 EI 심(EI core)의 66 mm 폭의 E 부분의 최대 버르(burr) 크기를 측정하고, 상기 부분으로 기능하기 위해 상업적으로 인용 가능한 한계라고 일반적으로 인식되고 있는 5/100 mm 의 최대 버르 크기를 갖는 펀칭 샷(punching shot)의 최소수를 결정하는 것에 의해 펀칭성이 평가되었다. 그 결과들이 아래의 표 1에서 요약되어 있다. 상기 세 경우에서 펀칭 다이들은 SKD 등급 다이 강(SKDgrade die steel)으로 제작되었고 첫 번째 샷 후의 초기 버르 크기는 2/100 mm 였음에 유의하여야 한다.

계면 저항(interlayer resistance)과 점적율은 JIS C 2550 (1992)에 특정된 전자강판 시험 방법에 의하여 측정되었다.

방청(rust inhibition)은 60℃와 90 % RH 에서 7일간 55 mm × 80 mm 표본에 대해 행하여진 등온, 등습도 시험(isothermal, isohumid test)에 의하여 평가되었다. 표 1 은 또한 그 결과들을 요약하는데, 녹을 갖지 않은 표본들은 "우수한 방청"을 의미하는 "○"로 나타내어지고, 한 점에서라도 녹을 갖는 표본들은 "비교적 열악한 방청"을 의미하는 "△"로 나타내어진다.

TIG-용접성(TIG-weldability)은 40 cm/min 의 용접 속도로 시험되었고 그 결과들이 표 1 에 요약되어 있는데, 용접 비드(weld bead)에 구멍이나 균열을 전혀 갖지 않는 표본들은 "우수함"을 의미하는 "○"로 나타내어진다.

응력 제거 어닐링 동안 강판들 사이의 달라붙는 정도는 100개의 펀칭된 E 심 강판들의 적층물(laminate)을 질소 가스 분위기 내에서 750℃에서 2 시간 동안 박스-어닐링(box-annealing)하여 시험되었고 표 1 은 그 결과들을 요약하는데, 여기서 하나의 강판에서라도 달라붙은 부분을 갖는 표본들은 "달라붙음(sticking)에 대한 저항이 나쁨"을 의미하는 "×"로 나타내어지고 달라붙은 부분을 갖지 않는 표본들은 "달라붙음에 대한 저항이 우수함"을 의미하는 "○"로 나타내어진다.

표본 번호	1	2	3
피막	아연 인산염	반-유기	마그네슘 인산염
펀칭성(× 10⁴샷)	70	70	32
계면 저항(Ω·㎠)	6.5	6.5	6.8
방청	○	△	○
TIG-용접성	○	○	○
달라붙음^*	○	○	×
비고	본발명	비교	비교

^*: 응력 제거 어닐링 동안의 달라붙음에 대한 저항성.

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 짧은 시간에 피막이 형성된 본 발명에 따른 표본 1 번은 종래의 반-유기 피막을 갖는 표본 2 번의 성질들에 필적하거나 그 보다 더 우수한 성질들을 갖는다. 표본 3 번은 마그네슘 인산염 피막을 가지는 제어 표본(control sample)인데 매우 나쁜 편칭성을 갖는다. 엡스타인 시험(Epstein test) 결과 1 번 내지 3 번의 상기 세 표본은 W_15/50= 1.8 w/kg 의 우수한 자기적 성질을 가진다.

예 2

중량으로, 0.005 % 의 C와, 0.15 % 의 Si와, 0.002 % 의 Al과, 0.2 % 의 Mn과, 0.08 % 의 P와, 0.006 % 의 S와, 0.003 % 의 N과, 0.0002 % 의 B와, 0.003 % 의 Nb와, 0.003 % 의 Ti와, 0.002 % 의 V와, 0.003 % 의 Mo와, 0.025 % 의 Cu와, 0.03 % 의 Cr과, 0.06 % 의 Ni와, 0.04 % 의 Sn을 포함하고, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물인 슬래브가 1200℃에서 가열되고, 2.5 mm 두께의 스트립으로 열연되고, 600℃에서 코일로 되고, 산세척되고(pickled), 냉연되어 0.50 mm 두께의 강판으로 되었다. 상기 냉연 강판은 그 다음에 수소 가스 분위기 내에서 700℃에서 30 초 동안 어닐링 되었고, 그 다음에, 표 2 에 요약된 1 번 내지 6 번 중 임의의 하나의 절연 피막이 상기 냉연되고, 어닐링된 강판 상에 형성되었다.

성질들이 예 1 에 사용된 것과 동일한 방식으로 평가되었고 그 결과가 표 2 에 요약되었다.

표본 번호	1	2	3	4	5	6
아연 인산염(g/㎡)	0.1	0.2	1.0	2.5	5.0	6.0
처리 시간(sec)	0.5	0.6	0.8	1.0	2.0	3.0
계면 저항(Ω·㎠)	2.5	4.3	5.8	6.7	7.1	7.2
점적율(%)	99.8	99.8	99.7	99.3	98.5	98.2
펀칭성(×10⁴샷)	100	110	120	120	120	120
비고	비교	본발명	본발명	본발명	본발명	비교

1 번 내지 6 번 표본들의 절연 피막들은 상기 냉연되고, 어닐링된 무방향성 전자강판을 상업적으로 이용 가능한 Ti 콜로이드(colloid)로 전처리하고, 그 다음에 아연 수산화물을 첨가제로 포함하는 정인산염(orthophosphate) 수용액인 처리 용액에서 10 A/d㎡ 의 전류밀도로 0.1 내지 3 초의 서로 다른 시간 동안 그것을 음극으로 전기분해하여 표 2 에 요약된 바와 같이 서로 다른 양의 피막을 갖는 아연 인산염 피막을 형성한다. 상기 피막의 양은 화학 분석에 의해 결정되었다.

표 2 에서 볼 수 있는 바와 같이, 0.2 g/㎡ 보다 적은 피막량은 우수한 계면 저항과 우수한 펀칭성을 제공하기에는 너무 적다. 반면, 5 g/㎡을 초과하는 피막량은 점적율의 악화를 초래한다. 펀칭성이 무방향성 전자강판의 화학적 조성에 의해 현저히 변하는 것을 감안하면, 0.15 % Si-계(Si-series) 무방향성 전자강판은, 예 1 에 사용된 바와 같은 반-유기 피막을 가질 때, 1,200,000 샷의 펀칭성을 가짐에 유의하여야 한다.

강판 표면의 주사전자현미경(SEM) 관찰 결과 1 번 내지 6 번의 표본들 모두에서 피막은 결정질 아연 인산염으로 구성됨이 보여졌다.

예 3

피막 형성의 반응 속도를 더욱 향상시키기 위하여, 본 발명자들은 다른 연구를 행하였고 그 결과, 인산염 용액으로 처리하기 전에 Zn- 또는 Ni-도금을 사용하므로써 상기 반응 속도가 증가될 수 있음을 발견하였다.

예 2에서 마련된 상기 냉연되고, 어닐링된 강판 상에, 표 3 에 요약된 1 번 내지 6 번의 절연 피막들이 형성되었다.

예 1 에서와 동일한 방식으로 성질들이 평가되었고 결과가 또한 표 3 에 요약된다.

표본 번호	1	2	3	4	5	6
전(前)도금	재료	Zn	Zn	Zn	Zn	Zn	Ni
전(前)도금	양^*(g/㎡)	0.005	1.0	3.0	5.0	6.0	1.0
아연인산염	양(g/㎡)	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
아연인산염	처리 시간(sec)	1.0	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
계면 저항(Ω·㎠)	6.7	6.7	6.7	6.7	6.7	6.7
펀칭성(×10⁴샷)	120	120	120	100	70	120
비고	본발명	본발명	본발명	본발명	비교	본발명

^*: 아연 인산염 코팅 후 얻어진 아연 침적량(deposit amount).

1 번 내지 5 번 표본들에서, 강판들은 10 내지 50 A/d㎡ 범위에서 제어되는 서로 다른 전류밀도에서 강판이 음극으로 사용되면서 0.1 초의 고정된 시간 동안 전해적으로 아연 도금되어, 최종적으로 표 3 에 요약된 서로 다른 아연 침적량이 제공된 아연 인산염 피막이 형성되었고, 그 다음에 상업적으로 이용 가능한 Ti 콜로이드에 의해 전처리되고, 그 다음 아연 수산화물을 첨가제로 포함하는 정인산(orthophosphoric acid) 용액인 처리 용액 내에서 서로 다른 전해시간 동안 음극으로 전해되어 2.5 g/㎡ 의 균일한 침적량을 가지는 아연 인산염 피막을 갖도록 되었다.

6 번 표본에서는, Ni 도금이 Cr 도금을 대신하여 사용되었다는 점을 제외하고는 위에서 언급한 것과 동일한 공정이 수행되었다.

표 3 에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 특정된 범위 내의 Cr 또는 Ni도금은 우수한 성질을 확보하면서도 처리 시간이 줄어들 수 있도록 한다.

상기 강판 표면을 주사전자현미경(SEM) 관찰하면 상기 1 번 내지 6 번 표본들 모두의 피막은 결정질 아연 인산염으로 구성된다는 것을 볼 수 있다.

여기서 설명한 바와 같이, 본 발명은 무기 피막이 짧은 시간 내에 형성될 수 있도록 함과 아울러 종래의 반-유기 피막에서 얻어진 성질들에 필적하는 성질을 갖는 무방향성 전자강판을 제공한다.

Claims

중량으로,

C ≤ 0.01 %, Si ≤ 4.0 %, Al ≤ 4.0 %, Mn ≤ 3.5 %, P ≤ 0.3 %, S ≤ 0.03 %, N ≤ 0.01 %, B ≤ 0.01 %, Nb ≤ 0.01 %, Ti ≤ 0.01 %, V ≤ 0.01 %, Mo ≤ 0.5 %, Cu ≤ 2 %, Cr ≤ 15 %, Ni ≤ 3 %, Sn ≤ 0.5 %, 및 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되고,

0.2 내지 5 g/㎡ 의 결정질 아연 인산염 피막을 최외곽 표면층으로 구비하는 것을 특징으로 하는 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판.
제 1 항에 있어서,

상기 강의 표면상에 5 g/㎡ 이하의 Zn-도금층 또는 Ni-도금층을 구비하고 및 0.2 내지 5 g/㎡의 결정질 아연 인산염 피막을 상기 층 상에 구비하는 것을 특징으로 하는 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판.
중량으로,

C ≤ 0.01 %, Si ≤ 4.0 %, Al ≤ 4.0 %, Mn ≤ 3.5 %, P ≤ 0.3 %, S ≤ 0.03 %, N ≤ 0.01 %, B ≤ 0.01 %, Nb ≤ 0.01 %, Ti ≤ 0.01 %, V ≤ 0.01 %, Mo ≤ 0.5 %, Cu ≤ 2 %, Cr ≤ 15 %, Ni ≤ 3 %, Sn ≤ 0.5 %, 및 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되고,

아연만을 또는 아연과 니켈을 포함하는 인산 용액에서 강판이 음극으로 사용되어 행해지는 전기 분해에 의해 화학적 변환을 통해 형성된 0.2 내지 5 g/㎡ 의 결정질 아연 인산염 피막을 무방향성 전자강판의 표면 상에 적용하는 것을 특징으로 하는 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판의 제조 방법.
제 3 항에 있어서,

무방향성 전자강판의 표면상에 강판이 음극으로 사용되고 이온들을 포함하는 산 용액내에서 전기 분해에 의해 형성된 5g/m²이하의 Zn- 또는 Ni-도금 층을 구성하고, 그 다음에 아연만을 또는 아연과 니켈을 포함하는 인산 용액에서 강판이 음극으로 사용되어 행해지는 전기 분해에 의해 화학적 변환을 통해 형성된 0.2 내지 5 g/㎡ 의 결정질 아연 인산염 피막을 상기 층 상에 적용하는 것을 특징으로 하는 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판의 제조 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 전기분해는 0.5 내지 3초동안 10 내지 50 A/dm²의 전류 밀도로 행해지는 것을 특징으로 하는 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 전기분해는 0.5 내지 3초동안 10 내지 50 A/dm²의 전류 밀도로 행해지는 것을 특징으로 하는 우수한 펀칭성을 갖는 무방향성 전자강판의 제조 방법.