KR100334860B1

KR100334860B1 - 규소강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100334860B1
Application number: KR1019997009343A
Authority: KR
Inventors: 나미카와미사오; 타카다요시카즈; 카사이쇼지; 니노미야히로노리; 야마지츠네히로; 히라타니타츠히코
Original assignee: 야마오카 요지로; 닛폰 고칸 가부시키가이샤
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2002-05-02
Also published as: EP0987341A4; US20020134466A1; KR20010006259A; WO1999046417A1; US6527876B2; EP0987341A1

Abstract

고주파철손이 낮은 규소강판은, 강판 표층이 강판중심부의 Si농도보다 높은 Si농도를 가진다. 판두께 중심의 Si농도가 3.4wt% 이상이고, 강판 표층의 Si농도가 5wt% 이상이다. 표층부분에 있어서의 Si농도는 5∼8wt% 이다. 제조방법은 침규(浸珪)처리와 확산처리로 이루어진다. 침규 및 확산속도가 제어되어, 강판의 판두께방향의 Si농도분포가 제어된다.

Description

규소강판 및 그 제조방법{SILICON STEEL SHEET AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

기술분야

본 발명은 트랜스, 리액터(reactor), 모터 등의 철심용으로 적합한 규소강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

배경기술

일반적으로 규소강판의 철손은 여자(勵磁)주파수가 높게 되면 급격히 상승하는 것이 알려져 있다. 한편 근래 규소강판이 널리 사용되고 있는 트랜스, 리액터, 모터 등의 구동주파수는 철심의 소형화나 고효율화를 도모하기 위해 해마다 고주파화되고 있다.

이 구동주파수의 고주파화에 따른 규소강판의 철손에 의한 이들 철심의 온도상승이나 효율 저하가 문제로 되는 경우가 갑자기 증가하고 있다. 이와 같은 이유에서 규소강판의 고주파철손을 낮출 필요가 있다.

종래 규소강판의 고주파철손을 낮추는 방법으로는, Si함유량을 높여 고유저항을 높게 하여 고주파철손을 낮추는 방법과, 판두께를 얇게 하여 와전류손실을 억제하여 고주파철손을 낮추는 방법을 취하고 있다.

그러나 상기 종래기술 중 Si함유량을 높이는 방법은 규소강판의 가공성을 현저히 저하시키기 때문에 규소강판 자체의 생산성 저하를 초래하는데다가 철심 가공비용도 높아지는 문제점이 있다.

또 판두께를 얇게 하는 방법도, 얇게 할수록 강판 자체의 제조비용이 증가되고, 철심의 적층매수(積層枚數)가 증가됨으로써 철심 제작비용이 높아지는 문제점이 있다.

그래서 가공성이 나쁜 고규소강판의 제조법으로서 침규법(浸珪法)이 개발되고, 특히 자기특성이 우수한 6.5% 규소강판이 제조되고 있다. 침규법은 저규소강판을 압연에 의해 박판으로 한 뒤 강판표면으로부터 Si를 침투 확산시키는 기술이다.

그러나 근래 전기 기기의 고주파화는 놀라울 정도여서 6.5% 규소강판보다 철손이 낮은 재료가 요구되고 있다.

발명의 개시

본 발명은 고주파철손이 낮은 규소강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 제1로 본 발명은 이하로 이루어지는 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공한다:

강판 표층과 강판중심부;

상기 강판 표층은 강판중심부의 Si농도보다 높은 Si농도를 가지며;

판두께 중심의 Si농도가 3.4wt% 이상이고;

강판 표층의 Si농도가 5wt% 이상.

제2로 본 발명은 이하로 이루어지는 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공한다:

강판의 상하 양 표면으로부터 판두께방향으로 판두께의 적어도 10%인 부분이 Si농도5∼8wt% 이고;

판두께 중심부근은 Si농도가 적어도 3.4wt%.

제3으로, 본 발명은 이하로 이루어지는 포화 자속밀도가 높고 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공한다:

판두께방향으로 Si농도구배를 가지는 강판;

상기 강판은 표층과 강판중심부를 가지며, 상기 표층은 강판중심부의 Si농도보다 높은 Si농도를 가지고 있으며;

3.5wt% 이하인 강판의 판두께방향에 있어서의 평균 Si농도.

제4로 본 발명은 이하로 이루어지는 고주파손실이 낮은 연자성(軟磁性)박대를 제공한다:

표면과 중심부를 가지는 박대와;

중심부의 투자율에 대해 2배 이상인 표면 투자율.

제5로 본 발명은 이하로 이루어지는 고주파손실이 낮은 연자성 박대를 제공한다:

두께방향에 대하여 Si농도구배를 가지는 규소강판으로 이루어지며, 박대표면과 박대중심부를 가지는 연자성 박대;

박대중심부의 투자율에 대해 2배 이상인 박대표면의 투자율.

제6으로 본 발명은 이하로 이루어지는 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공한다:

강판의 상하 양 표면으로부터 판두께방향으로 판두께의 10% 이상의 표층부분에 있어서의 Si농도가 5∼8wt% 이고;

판두께 중심부근의 Si농도가 2.2∼3.5wt% .

제7로 본 발명은 이하로 이루어지는 고주파자기특성이 우수한 규소강판을 제공한다:

판두께방향으로 Si의 농도구배를 가지며, 표층과 판두께 중심부를 가지는 규소강판;

표층은 판두께 중심부보다 높은 Si농도를 가지며;

판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차가 0.3wt% 이상이고;

표층의 Si농도가 5∼8wt% 이며;

표면과 뒷면 표층의 Si농도차가 1wt% 이내이다.

제8로 본 발명은 이하로 이루어지는 고주파자기특성이 우수한 규소강판을 제조하는 방법을 제공한다:

강판표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리와 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 Si화합물을 포함하는 무산화성 분위기에서 동시에 행하는 공정;

표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높고, 판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차가 0.3wt% 이상이며, 표층의 Si농도가 5∼8wt%, 표면과 뒷면 표층의 Si농도차가 1wt% 이내가 되도록 침규 및 확산속도를 제어하는 공정.

제9로 본 발명은 이하로 이루어지는 고주파자기특성이 우수한 규소강판을 제조하는 방법을 제공한다:

강판을 Si계 화합물을 포함하는 무산화성 가스분위기에서 침규처리하는 공정;

Si계 화합물을 포함하지 않은 무산화성 가스분위기에서 Si의 확산처리을 하는 공정;

상기 확산처리을 하는 공정에서, 표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높고, 판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차가 0.3wt% 이상이고, 표층의 Si농도가 5∼8wt% 이고, 표면과 뒷면 표층의 Si농도차가 1wt% 이내가 되도록 확산속도를 제어하는 공정.

제10으로 본 발명은 이하로 이루어지는 철손이 낮은 방향성 규소강판을 제공한다:

0.2mm 이상의 판두께;

0.01wt% 이하의 C;

강판의 상하 양면으로부터 판두께방향으로 판두께의 10% 이상인 표층부분에서의 Si농도가 5∼8wt%이고;

판두께 중심부근의 Si농도가 2.2∼3.5wt%이다.

제11로 본 발명은 이하로 이루어지는 철손이 낮은 방향성 규소강판을 제공한다:

0.2mm 미만의 판두께;

0.01wt% 이하의 C;

또 판두께 중심부근의 Si농도가 3∼6wt이다.

제12로 본 발명은 이하로 이루어지는 자기시효성이 우수하며 잔류 자속밀도가 낮은 규소강판을 제공한다:

C≤0.003wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol.Al≤0.06wt%, N≤0.01wt%;

평균 7wt% 이하의 Si;

상기 강판은 판두께방향으로 Si의 농도구배를 가지며, 표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높고, Si농도의 최대와 최소의 차가 0.5wt% 이상.

제13으로 본 발명은 이하의 공정으로 이루어지는 규소강판의 제조방법을 제공한다:

강판표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리 및 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 동일 노 내에서 동일 가스분위기에서 행하는 공정;

침규처리 및 확산처리의 처리시간 및 처리간격을 제어함으로써, 침규 및 확산속도를 제어하여, 강판의 판두께방향의 Si농도분포를 제어하는 공정.

제14로 본 발명은 이하로 이루어지는 규소강판의 제조방법을 제공한다:

강판표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리 및 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 동일 분위기에서 동시에 행하는 공정;

침규 및 확산속도를 제어하여 강판의 판두께방향의 Si농도분포를 제어하는 공정.

도면의 간단한 설명

도 1은 최선의 형태 1에 관한, 판두께방향으로 Si농도분포를 형성한 경우 판두께 중심의 Si농도와 철손W_0.5/20k의 관계를 나타내는 도면,

도 2는 최선의 형태 1에 관한, 판두께방향으로 Si농도분포를 형성한 경우의 강판 표층의 Si량과 철손W_0.5/20k의 관계를 나타내는 도면,

도 3은 최선의 형태 2에 관계되는, 판두께방향으로 Si농도분포를 형성한 경우에 있어서의 표층 Si농도와 철손W_2/5k의 관계를 나타내는 도면,

도 4는 최선의 형태 2에 관계되는, 규소강판의 Si량과 포화 자속밀도의 관계를 나타내는 도면,

도 5는 최선의 형태 3에 관계되는, 철손W_1/10k의, 강판 표층 투자율과 강판 중심 투자율의 비의 판두께방향에 대한 의존성을 나타내는 도면,

도 6은 최선의 형태 3에 관계되는, Fe-Si합금의 Si량과 포화 자속밀도의 관계를 나타내는 도면,

도 7은 최선의 형태 3에 관계되는, Fe-Si합금의 Si량과 최대투자율의 관계를 나타내는 도면,

도 8은 최선의 형태 4에 있어서, 판두께방향으로 Si농도분포를 형성한 경우 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율 dep(%)와 철손W_1/10k의 관계를 나타내는 도면,

도 9는 도 8의 깊이비율 dep(%)의 정의를 설명하기 위한 도면,

도 10은 최선의 형태 4에 있어서, 판두께방향으로 Si농도분포를 형성한 경우 표층으로부터 Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 부분의 깊이비율(%)과 철손W_1/10k의 관계를 나타내는 도면,

도 11은 도 10의 깊이비율 dep(%)의 정의를 설명하기 위한 도면,

도 12는 최선의 형태 6에 있어서, 판두께방향으로 Si농도분포를 형성한 경우, 철손W_1/10k(주파수 10kHz, 자속밀도 1kGauss에서의 철손값)의, 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율 dep(%)에 대한 의존성을 나타내는 도면,

도 13은 최선의 형태 6에 있어서, Si농도가 5wt%로 되는 깊이를 a, 판두께를 t라 할 때, 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율을 dep(%) = (a/t) × 100으로 정의하기 위한 Si농도분포의 한 예를 나타내는 도면,

도 14의 (a) 내지 (f)는 최선의 형태 6에 있어서, Si농도분포의 여러 예를 모식적으로 나타내는 도면,

도 15는 최선의 형태 7에 있어서, 판두께방향으로 Si농도구배를 가지는 규소강판의 평균 C 농도와 자기시효특성의 관계를 나타내는 도면,

도 16은 최선의 형태 7에 있어서, Si농도분포와 시효열화가 5% 이하로 되는 C 농도의 관계를 나타내는 도면,

도 17은 최선의 형태 8의 방법을 실시하기 위한 장치의 한 예를 나타내는 개략구성도,

도 18은 최선의 형태 8에서 노의 온도분포를 나타내는 도면,

도 19는 최선의 형태 9의 방법을 실시하기 위한 장치의 한 예를 나타내는 개략 구성도,

도 20은 최선의 형태 9에서 노의 온도분포를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

최선의 형태 1

본 발명자들은 규소강판에 있어서, 강판의 판두께방향으로 표층 Si농도가 높게 되도록 Si농도구배를 형성하고, 강판중심의 Si농도 및 표층 Si농도를 특정한 범위로 규정함으로써, 규소강판의 철손, 특히 고주파철손을 현저히 낮게 할 수 있음을 발견하였다.

최선의 형태 1은 이와 같은 발견에 기초하여 완성된 것으로서, 제1로 강판 표층의 Si농도가 강판중심부의 Si농도보다 높고, 또 판두께 중심의 Si농도가 3.4wt% 이상, 강판 표층의 Si농도가 5wt% 이상인 것을 특징으로 하는 고주파철손이 극히 낮은 규소강판을 제공하는 것이다.

제2로 상기 규소강판에 있어서, 강판 표층의 Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 것을 특징으로 하는 고주파철손이 극히 낮은 규소강판을 제공하는 것이다.

제3으로 C≤0.02wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01.wt% 이고, Si농도가 5∼8wt%인 부분이, 강판의 상하 양면 표층으로부터 판두께깊이방향으로 판두께의 10% 이상이고, 또 판두께 중심부근의 Si농도가 3.4wt% 이상인 것을 특징으로 하는 고주파철손이 극히 낮은 규소강판을 제공하는 것이다.

이하 최선의 형태 1에 관해서 상세히 설명한다.

최선의 형태 1에 관한 규소강판은, 기본적으로는 강판 표층의 Si농도가 강판의 판두께 중심부의 Si농도보다 높은 규소강판이고, 또 판두께 중심의 Si농도가 3.4wt% 이상, 강판 표층의 Si농도가 5wt% 이상이다.

도 1은 판두께방향으로 Si농도분포를 형성한 경우에 있어서의 판두께 중심의 Si농도와 철손W_0.5/20k(주파수 20kHz, 자속밀도 0.5kGauss에서의 철손값)의 관계를 나타내는 도면이다.

또 Si농도는 샘플단면에 대해서 EPMA(Electron Probe Micro Analyser)로 분석한 결과이다. 또 여기서는 판두께 0.1mm의 압연법으로 제조된 3wt% Si강판에 대하여, 1,200℃의 SiCl₄분위기 중 침규처리를 하고, 그후 1,200℃의 N₂분위기 속에서 확산처리을 하여 여러 가지 Si농도분포를 형성한 샘플을 사용하였다.

도 1로부터 판두께 중심부의 Si량을 3.4wt% 이상이라고 하면, Fe-Si 합금계에서 가장 연자기특성이 우수한 6.5wt% 규소강판의 철손값W_0.5/20k= 6.9W/kg과 동등하거나 그보다 낮은 고주파철손이 얻어짐을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서는 판두께 중심부의 Si량을 3.4wt% 이상으로 규정한다. 가공성 및 보다 낮은 철손값을 얻는다는 관점에서, 판두께 중심부의 Si량을 7wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.

도 2는 도 1에 나타난 시료에 대하여, 강판 표층의 Si량과 철손W_0.5/20k의 관계를 나타내는 도면이다. 도 2로부터 강판 표층의 Si량을 5wt% 이상으로 함으로써, 6.5wt% 규소강판의 철손값W_0.5/20k= 6.9W/kg보다 낮은 고주파철손이 얻어짐을 알 수 있다. 또 Si를 5.5wt% 이상으로 함으로써 보다 낮은 고주파철손이 얻어지고, 특히Si가 6.5wt%인 경우에 W_0.5/20k= 4.6W/kg이라는 현저하게 낮은 고주파철손을 나타내었다. 이로부터 표층 Si농도는 5wt% 이상으로 할 필요가 있고, 바람직하게는 5.5wt% 이상, 더욱 바람직하게는 6.5wt% 이다.

표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율은 10% 이상인 것이 바람직하고, 15∼25%인 것이 한층 바람직하다. 이에 의해 확실하게 낮은 고주파철손을 얻을 수 있다. 또 강판 표층의 고Si농도부분의 Si농도 상한은, 철손특성으로부터는 특히 규정되지 않지만, Si농도가 8wt%를 넘으면 강판의 가공성이 현저히 저하되기 때문에 8wt% 이하인 것이 바람직하다.

이와 같이 표층 Si농도가 높고, 판두께 중심부가 저Si인 재료는 일본 특허 제2541383호, 특개평6-17202호 공보 및 특개평9-184051호 공보에 개시되어 있다. 그러나 일본 특허 제254138호는 침규처리로 6.5wt% 규소강판을 제조할 때, 생산성을 높이기 위해 확산처리시간을 단축한 결과로 얻어지는 표층 Si농도가 높은 규소강판을 제안하고 있고, 철손은 6.5wt% 규소강판과 동등하다. 또 특개평6-17202호 공보는 6.5% 규소강판의 가공성을 개선하도록 표층만을 6.5wt% Si로 한 것이고, 철손은 6.5wt% 규소강판에 비하여 떨어진다. 게다가 특개평9-184051호 공보는 잔류 자속밀도를 저하시키기 위한 표층 고Si강판을 제안하고 있어, 본 발명과 목적이 다르다. 철손에 관해서는 50Hz의 철손은 표층 Si가 높은 재료에서 낮은 것으로 되어 있다. 그러나 주파수 높게 되면 일반적으로는 철손은 전체 Si량에 지배되는 것으로 통상 생각되고, 판두께 중심부의 Si량이 낮은 재료는 철손 특성이 뒤떨어지는 것으로 되어 있다.

이에 대하여 최선의 형태 1은, 이와 같은 종래의 기술상식과는 달리, 판두께방향으로 판두께 중심 쪽이 Si농도가 낮은 농도구배를 형성하고, 판두께 중심의 Si농도 및 강판 표층의 Si농도를 특정한 범위로 규정함으로써, 고주파철손이 극히 낮은 재료가 얻어진다는 사실의 최초 발견에 근거한 것이다.

최선의 형태 1에 있어서, Si 이외의 성분은 특히 한정되는 것은 아니며, 통상 이 종류의 강판에 사용되는 범위이면 된다. 즉 C≤0.02wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01wt%의 범위가 바람직하다.

C는 다량으로 함유되면 자기시효를 일으키기 때문에 0.02wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 특성상, 그 하한은 특히 존재하지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

Mn은 다량으로 함유되면 강판이 취약하게 되기 때문에 0.5wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또 그 함유량이 너무 낮으면 열연공정에서 파단이나 표면상처를 유발하기 때문에 0.05wt% 이상인 것이 바람직하다.

P는 자기특성으로 보면 바람직한 원소이지만, 다량으로 함유되면 강판의 가공성을 열화시키기 때문에 0.01wt%인 것이 바람직하다. 특성상 그 하한은 특히 존재하지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

S는 가공성을 열화시키기 때문에 0.02wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 특성상 그 하한은 특히 존재하지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

sol. Al은 마찬가지로 가공성을 방해하기 때문에 0.06wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편 탈산제로서의 필요성 때문에 0.001wt% 이상이 바람직하다.

N은 다량으로 함유되면 질화물을 형성하여 자기특성을 열화시키기 때문에 0.01wt% 이하인 것이 바람직하다. 특성상 그 하한은 특히 존재하지 않지만 현재의 제강기술로서는 0.0001wt%가 사실상의 하한이 된다.

또 최선의 형태 1에 있어서는, 강판 표층의 고Si농도부분을 형성하는 수법은 CVD, PVD 기타 어느 방법이라도 좋으며, 특히 한정되는 것은 아니다. 또 최선의 형태 1의 효과는 규소강판의 판두께에는 의존하지 않고, 어떤 판두께라도 철손을 현저히 저감시킬 수 있지만, 특히 판두께 0.2mm 이하인 강판에 대해 유효하다. 게다가 Si의 판두께방향분포는, 강판형상의 관점에서는 상하면 대칭인 것이 바람직하지만, 최선의 형태 1의 효과는 판두께방향의 Si 분포가 상하면 비대칭이라도 얻어지는 것이며, 강판형상이 계속될 수 있는 범위이면 반드시 상하면 대칭일 필요는 없다. 게다가 최선의 형태 1은 고주파철손이 극히 낮은 것이 특징이지만, 그 중에서도 더욱 저자속밀도 영역에서 유효하다.

실시예

(실시예1)

표 1의 조성을 가지는 판두께 0.1mm인 강판을 압연법으로 제작하여, 1,200℃의 SiCl₄분위기 중에서 침규처리를 하고, 그후 1,200℃의 N₂분위기 속에서 확산처리을 하여 여러 가지 Si농도분포를 가지는 규소강판을 제작하였다. Si농도분포는 샘플단면에 대해 EPMA로 분석하였다. Si 이외의 원소의 양은 침규, 확산처리의 전후에 거의 변화하지 않았다.

이렇게 하여 제작한 강판으로부터 외경 31mm, 내경 19mm인 링시료를 채취하여, 주파수 20kHz, 자속밀도 0.05T에서의 교류자기특성을 측정하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또 비교를 위해 판두께 0.1mm인 6.5wt% 규소강판으로부터도 외경 31mm, 내경 19mm인 링시료를 채취하여, 주파수 20kHz, 자속밀도 0.05T에서의 교류자기특성을 측정한바, 철손값은 W_0.5/20k= 6.94W/kg이었다.

도 1은 표 2의 결과에 근거하여, 강판 판두께 중심부의 Si량과 철손W_0.5/20k의 관계를 나타내는 도면이다. 도 1로부터 강판 판두께 중심부의 Si량을 3.4wt% 이상이라고 하면, 6.5wt% 규소강판의 철손값인 6.94W/kg와 그보다 낮은 고주파철손값이 얻어지는 것이 확인되었다.

도 2는 표 2의 결과에 근거하여 강판 표층의 Si량과 철손W_0.5/20k의 관계를 나타내는 도면이다. 도 1에서 강판 표층의 Si량을 5wt% 이상으로 함으로써, 6.5wt% 규소강판의 철손값W_0.5/20k= 6.94W/kg보다 낮은 고주파철손이 얻어지는 것이 확인되었다. 또 Si를 5.5wt% 이상으로 함으로써 보다 낮은 고주파철손이 얻어지고, 특히 Si가 6.5wt%인 경우에 W_0.5/20k= 4.6W/kg이라는 현저히 낮은 고주파철손을 나타내는 것이 확인되었다.

최선의 형태 2

본 발명자들은 규소강판에 있어서 강판의 판두께방향으로 표층 Si농도가 높게 되는 Si농도구배를 형성함으로써 고주파철손이 저감되며, 또 강판 전체 판두께의 평균 Si농도를 특정한 범위로 규정함으로써 높은 포화 자속밀도를 저감할 수 있거나, 또 강판의 표층 Si농도를 특정한 범위로 규정함으로써 한층 고주파철손을 낮게 할 수 있음을 알아내었다.

최선의 형태 2는 이와 같은 발견에 근거하여 완성된 것으로서, 제1로 강판방향으로 Si농도구배를 가지며, 표층의 Si농도가 강판중심부의 Si농도보다 높고, 강판의 전체 판두께의 평균 Si농도가 3.5wt% 이하인 것을 특징으로 하는 포화 자속밀도가 높고 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공하는 것이다.

제2로 상기 규소강판에 있어서, 강판 표층의 Si농도가 4wt% 이상인 것을 특징으로 하는 포화 자속밀도가 높고 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공하는 것이다.

제3으로 상기 제1 또는 제2의 규소강판에 있어서, 강판 표층의 Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 것을 특징으로 하는 포화 자속밀도가 높고 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공하는 것이다.

제4로 상기 제2 또는 제3의 규소강판에 있어서, 표층의 Si농도가 4wt% 이상인 부분의 깊이비율이 10% 이상인 것을 특징으로 하는 포화 자속밀도가 높고 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공한다.

이하 최선의 형태 2에 관해서 상세히 설명한다.

최선의 형태 2에 관한 규소강판은, 기본적으로는 강판방향으로 Si농도구배를 가지며, 표층의 Si농도가 강판중심부의 Si농도보다 높고, 강판의 전체 판두께 평균의 Si농도가 3.5wt% 이하이다.

도 3은 강판 표층의 Si농도와 철손W_2/5k(주파수 5kHz, 자속밀도 0.2T에서의 철손값)의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서 Si농도는 샘플 단면에 대해서 EPMA로 분석한 결과이다. 또 여기서는 Si가 실질적으로 0인 판두께 0.35mm의 압연법으로써 제조된 강판에 대하여, 1,200℃의 SiCl₄분위기 중 침규처리를 하고, 그후 1,200℃의 N₂분위기 속에서 확산처리를 하여 여러 가지 Si농도분포를 형성한 샘플을 사용하였다. 또 모재의 Si농도가 실질적으로 0이기 때문이고, 도 3의 가로축은 실질적으로 강판 표층과 판두께 중심의 Si농도차를 나타내는 것으로 된다.

도 3에서 판두께방향으로 Si농도구배를 가지며, 강판 표층의 Si농도를 강판 판두께 중심부의 Si농도보다 높게 함으로써, 고주파철손W_2/5k가 낮아짐을 알 수 있다. 또 강판 표층의 Si량을 4wt% 이상으로 함으로써 한층 낮은 고주파철손이 얻어지고, 특히 강판 표층의 Si량을 6.5wt%로 함으로써 현저하게 낮은 고주파철손이 얻어짐이 분명하다.

또 도 4(출전: R. M. Bozorth, Ferromagnetism, van Nostrand, New York, 1951)에 나타난 바와 같이 Si량이 적어질수록 포화 자속밀도가 높게 되고, 특히 Si량이 3.5wt% 이하로 되면 포화 자속밀도가 2.0T(테슬라) 이상으로 극히 높은 값이 얻어진다. 따라서 본 발명에서는 높은 포화 자속밀도를 얻는 조건으로서, 강판 전체 판두께의 평균 Si농도를 3.5wt% 이하로 한다.

이상과 같은 결과로부터, 최선의 형태 2에서는 높은 포화 자속밀도를 유지한 채로 고주파철손을 낮게 하는 조건으로서, 판두께방향으로 표층 Si농도가 중심부의 Si농도보다 낮은 Si농도구배를 형성하고, 전체 판두께의 평균의 Si농도를 3.5wt% 이하로 한다.

강판 표층의 고Si농도부분의 Si농도의 상한은, 철손특성에 의해 특히 규정되지 않지만, Si농도가 8wt%를 넘으면 강판의 가공성이 현저히 저하되므로 8wt% 이하인 것이 바람직하다. 또 표층의 Si농도가 4∼8wt%인 부분의 깊이비율은 10% 이상인 것이 바람직하고, 15∼25%인 것이 한층 바람직하다. 이에 따라 확실하게 낮은 고주파철손을 얻을 수 있다.

이와 같이 표층 Si농도가 높고, 판두께 중심부가 저Si인 재료는 일본 특허 제2541383호, 특개평6-17202호 공보 및 특개평9-184051호 공보에 개시되어 있다. 그러나 일본 특허 제254138호는, 침규처리로 6.5wt% 규소강판을 제조할 때 생산성을 높이도록 확산처리시간을 단축한 결과로 얻어지는 표층 Si농도가 높은 규소강판을 제안하고 있고, 철손은 6.5wt% 규소강판과 동등하다. 또 특개평6-17202호 공보는 6.5% 규소강판의 가공성을 개선하도록 표층만을 6.5wt% Si로 한 것이며, 철손은 6.5wt% 규소강판에 비하여 떨어진다. 게다가 특개평9-184051호 공보는 잔류 자속밀도를 저하시키기 위한 표층 고Si강판을 제안하고 있어 본 발명과 목적이 다르다.

최선의 형태 2에 있어서 Si 이외의 성분은 특히 한정되는 것이 아니고, 통상 이 종류의 강판으로 사용되는 범위이면 된다. 즉 C≤0.02wt%,0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol.Al≤0.06wt%, N≤0.01wt%의 범위가 바람직하다.

C는 다량으로 함유되면 자기시효를 일으키기 때문에 0.02wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 특성상 그 하한은 특히 존재하지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

P는 자기특성이라는 관점에서 보면 바람직한 원소이지만, 다량으로 함유되면 강판의 가공성을 열화시키기 때문에 0.01wt%인 것이 바람직하다. 특성상 그 하한은 특히 존재하지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

sol. Al은 마찬가지로 가공성을 해치기 때문에 0.06wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편 탈산제로서의 필요성으로부터 0.001wt% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

N은 다량으로 함유되면 질화물을 형성하여 자기특성을 열화시키기 때문에 0.01wt% 이하인 것이 바람직하다. 특성상 그 하한은 특히 존재하지 않지만 현재의제강기술로서는 0.0001wt% 가 사실상의 하한이 된다.

또 최선의 형태 2에서는, 강판 표층의 고Si농도부분을 형성하는 방법은 CVD, PVD 기타 어느 방법이라도 좋으며 특히 한정되는 것이 아니다. 또 본 발명의 효과는 규소강판의 판두께에는 의존하지 않아, 어떤 판두께라도 최선의 형태 2에 규정된 범위로 함으로써 철손을 현저히 저감시킬 수 있지만, 최선의 형태 2의 철손 저감효과는 특히 판두께 0.2mm 이상인 강판에 대해 현저하다. 게다가 Si의 판두께방향 분포는, 강판 형상의 관점에서는 상하면 대칭인 것이 바람직하지만, 최선의 형태 2의 효과는 판두께방향의 Si 분포가 상하면 비대칭이어도 얻어지는 것이며, 강판형상이 계속 될 수 있는 범위이면 반드시 상하면 대칭일 필요는 없다.

또 최선의 형태 2에서 말하는 평균 Si농도는 화학분석에 의해 얻어진다.

실시예

(실시예1)

표 3의 조성을 가지는 판두께0.35mm의 강판을 압연법으로써 제작하여, 1,200℃의 SiCl₄분위기 중에서 침규처리를 하고, 그후 1,200℃의 N₂분위기 속에서 확산처리을 하여 여러 가지 Si농도분포를 가지는 규소강판을 제작하였다. Si농도분포는 샘플 단면에 대해 EPMA로 분석하였다. Si 이외 원소의 양은 침규, 확산처리의 전후에 거의 변화하지 않았다.

이렇게 하여 제작한 강판으로부터 외경 31mm, 내경 19mm인 링시료를 채취하고 주파수 5kHz, 자속밀도 0.2T에서의 교류자기특성을 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3은 가로축에 표층 Si농도를 잡고, 세로축에 고주파철손값을 구한 그래프인데, 표 1에 도시한 바와 같이 모재인 Si농도가 실질적으로 0이기 때문에 도 3의 가로축은 실질적으로 강판 표층과 판두께 중심의 Si농도차를 나타낸다.

도 3에서 판두께방향으로 Si농도구배를 가지며, 강판 표층의 Si농도를 강판의 판두께 중심부의 Si농도보다 높게 함으로써, 고주파철손W_2/5k가 낮아지는 것이 확인되었다. 또 강판 표층의 Si량을 4wt% 이상으로 함으로써 한층 낮은 고주파철손이 얻어지고, 특히 강판 표층의 Si량을 6.5wt%로 함으로써 현저하게 낮은 고주파철손이 얻어지는 것이 확인되었다.

게다가 시료를 화학 분석한 바, 전체 시료 모두 Si농도는 3.5wt% 이하였다. 또 직류 자화측정장치로 자기특성을 측정한바, 전체 시료 모두 포화 자속밀도는 2.0T 이상으로 높은 값인 것도 확인되었다.

최선의 형태 3

본 발명자들은 연자성 박대에 있어서 박대중심부의 투자율에 대한 박대표면 투자율을 특정 범위로 규정함으로써, 연자성 박대의 손실, 특히 고주파손실을 현저히 낮게 할 수 있음을 알아내었다.

최선의 형태 3은 이와 같은 발견에 근거하여 완성된 것으로서, 제1로 박대표면의 투자율이, 박대중심부의 투자율에 대하여 2배 이상인 것을 특징으로 하는 고주파손실이 낮은 연자성 박대를 제공하는 것이다.

제2로 두께방향에 대하여 Si농도구배를 가지는 규소강판으로 이루어지는 연자성 박대로서, 박대표면의 투자율이, 박대중심부의 투자율에 대하여 2배 이상인 것을 특징으로 하는 고주파손실이 낮은 연자성 박대를 제공하는 것이다.

제3으로 상기 규소강판은, Si를 강판의 전체 판두께 평균으로 3.5wt% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 포화 자속밀도가 높고 고주파손실이 낮은 연자성 박대를 제공하는 것이다.

최선의 형태 3에 관한 연자성 박대는, 전술한 바와 같이 박대표면의 투자율이 박대중심부의 투자율에 대해 2배 이상이다.

도 5는 Fe-Si 합금박대에서, 박대중심부의 투자율에 대한 박대표면의 투자율의 비와 고주파손실W_1/10k(주파수 10kHz, 자속밀도 1kGauss에서의 손실치)의 관계를 나타내는 도면이다.

제5도에서 박대중심부의 투자율에 대한 박대표면의 투자율의 비를 2배 이상으로 하면 손실이 현저히 낮아지는 것이 분명하다. 또 연자성 재료에 있어 투자율이 높으면 손실이 낮은 것은 일반적으로 알려져 있지만, 본 발명과 같이 박대표면의 투자율과 박대중심부의 투자율의 비에 착안한 예는 없다. 이와 같이 표면 투자율을 중심부 투자율의 2배 이상으로 함으로써, Fe-Si합금박대에서 가장 연자기특성이 우수한 6.5wt% Si의 균질재(전체 판두께에 걸쳐 Si량 6.5wt% )의 손실에 대하여, 최대 약 30% 손실을 줄일 수 있다.

이와 같이 전체에 걸쳐 균일한 투자율을 가지는 박대보다, 최선의 형태 3과 같이 박대표면과 중심부에서 투자율에 차이를 갖게 함으로써 손실이 낮아지는 이유는, 박대표층을 고투자율로 함으로써 표층부분에 자속이 집중되고, 그 결과 박대중심부 부근에서의 와전류가 감소되어, 효과적으로 표피효과가 더욱 강조되는 결과가 되기 때문이라 생각된다.

따라서 최선의 형태 3은 원리상 재료에 한정되는 것이 아니어서, 상기 Fe-Si합금박대에 한정되지 않고, 연자성 재료에 일반적으로 적용된다. 또 본 발명은 박대표면 투자율을 박대중심부 투자율의 2배 이상으로 할 수 있으면 되며, 이와 같은 투자율 분포를 형성하는 방법은 한정되는 것이 아니지만, Fe-Si합금박대의 경우에는 판두께방향으로 Si농도구배를 부여함으로써 이와 같은 투자율 분포를 형성할 수 있다. 게다가 표면의 고투자율부의 두께는 판두께의 5% 이상인 것이 바람직하다. 최선의 형태 3이 적용되는 연자성 재료로는 상기 Fe-Si합금의 외에 Fe-Al, Fe-Co, Fe-Ni, 퍼말로이(permalloy), 센더스트(sendust)를 들 수 있다.

또 도 6(출전: R. M. Bozorth, Ferromagnetism, van Nostrand, New York, 1951)에 나타난 바와 같이, Si량이 적어질수록 포화 자속밀도가 높게 되고, 특히Si량이 3.5wt% 이하로 되면 포화 자속밀도가 2.0T(테슬라) 이상으로 극히 높은 값이 얻어진다. 따라서 최선의 형태 3에서는 상기 Fe-Si합금박대에서, 낮은 고주파손실을 유지한 채로 포화 자속밀도를 특히 높게 하는 조건에 의해, 박대표면의 투자율이 박대중심부의 투자율에 대해 2배 이상인 것, 및 판두께방향으로 Si농도구배를 가지는 외에 Si를 평균 3.5wt% 이하 함유하는 것을 규정한다.

또 최선의 형태 3에서 말하는 평균 Si농도는 화학분석에 의해 얻어진다. 또 Si농도구배는 샘플 단면에 대해 EPMA로 분석함으로써 확인할 수 있다. 또 표층 Si농도를 높게 하는 두께방향으로 Si농도구배를 형성하기 위한 방법은 특히 한정되지 않고 CVD, PVD 등 여러 가지 방법을 채용할 수 있다.

게다가 최선의 형태 3에 있어서, 연자성 박대로서 Fe-Si합금박대, 즉 규소강판을 사용하는 경우에는 Si 이외의 성분은 특히 한정되는 것은 아니고 통상 이 종류의 강판에 사용되는 범위이면 된다. 즉 C≤0.02wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol.Al≤0.06wt%, N≤0.01wt%의 범위가 바람직하다.

Mn은 다량으로 함유되면 강판이 취약하게 되기 때문에 0.5wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또 그 함유량이 너무 낮으면 열연공정에서 파단이 생겨 표면에 흠집을 유발하기 때문에 0.05wt% 이상인 것이 바람직하다.

P는 자기특성의 관점에서 보면 바람직한 원소이지만, 다량으로 함유되면 강판의 가공성을 열화시키기 때문에 0.01wt%인 것이 바람직하다. 특성상 그 하한은 특히 존재하지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

sol. Al은 마찬가지로 가공성을 해치기 때문에 0.06wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편 탈산제로서의 필요성에 의해 0.001wt% 이상이 바람직하다.

N은 다량으로 함유되면 질화물을 형성하여 자기특성을 열화시키기 때문에 0.01wt% 이하인 것이 바람직하다. 특성상 그 하한은 특히 존재하지 않지만 현재의 제강기술에서는 0.0001wt%가 사실상의 하한이 된다.

실시예

표 4의 조성을 가지는 판두께 0.1mm의 강판을 압연법으로 제작하여, 1,200℃의 SiCl₄분위기 중에서 침규처리를 하고, 그후 1,200℃의 N₂분위기 중에서 확산처리을 하여 여러 가지 Si농도분포를 가지는 규소강판을 제작하였다. Si농도분포는 샘플 단면에 대해서 EPMA로 분석하였다. Si 이외 원소의 양은 침규, 확산처리의 전후에 거의 변화하지 않았다.

이렇게 하여 제작한 강판으로부터 외경 31mm, 내경 19mm의 링시료를 채취하여, 주파수 10kHz, 자속밀도 0.1T에서의 교류자기특성을 측정하였다. 도 5는 강판 표층 투자율과 강판 중심 투자율의 비에 대한 철손W_1/10k의 의존성을 나타내는 도면이다. 단 표층 및 판두께 중심부의 투자율은 EPMA로 측정한 Si량으로부터 도 7(출전: R. M. Bozorth, Ferromagnetism, van Nostrand, New York, 1951)에 의해서 구하였다.

도 5에 도시된 바와 같이 강판표면의 투자율이 강판중심부의 투자율에 대하여 2배 이상으로 하면 고주파철손이 현저히 저하됨이 확인되었다.

최선의 형태 4

본 발명자들은 규소강판에 있어서 강판의 표층 Si농도와, 그 Si농도를 가지는 영역의 판두께방향 깊이를 특정 범위로 규정함으로써, 규소강판의 철손, 특히 고주파철손을 현저히 낮게 할 수 있음을 알아내었다.

최선의 형태 4는 이와 같은 발견에 근거하여 완성된 것으로서, 제1로 C≤0.02wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol.Al≤0.06wt%, N≤0.01.wt% 이고, Si농도가 5∼8wt%인 부분이, 강판의 상하 양면 표층으로부터 판두께 깊이방향으로 판두께의 10% 이상이고, 또 판두께 중심부근의 Si농도가 2.2∼3.5wt%인 것을 특징으로 하는 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공하는 것이다.

제2로 상기 규소강판에 있어서, Si농도가 5∼8wt%인 부분이, 강판의 상하 양면 표층으로부터 판두께 깊이방향으로 실질적으로 판두께의 15∼25%인 것을 특징으로 하는 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공하는 것이다.

제3으로 상기 제1의 규소강판에 있어서, Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 부분이, 강판의 상하 양면 표층으로부터 판두께 깊이방향으로 판두께의 10% 이상인 것을 특징으로 하는 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공하는 것이다.

제4로 상기 제3의 규소강판에 있어서, Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 부분이, 강판의 상하 양면 표층으로부터 판두께 깊이방향으로 판두께의 15∼25%인 것을 특징으로 하는 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공하는 것이다.

이하 최선의 형태 4에 관해서 상세히 설명한다.

최선의 형태 4에 관한 규소강판은, 기본적으로는 전술한 바와 같이 Si농도가 5∼8wt%인 부분이, 강판의 상하 양면 표층으로부터 판두께 깊이방향으로 판두께의 10% 이상이고, 또 판두께 중심부근의 Si농도가 2∼3.5wt% 이다.

도 8은 판두께방향으로 Si농도분포를 형성한 경우, 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율 dep(%)와 철손W_1/10k(주파수 10kHz, 자속밀도 1kGauss에서의 철손값)의 관계를 나타내는 도면이다. 단 여기서는 도 9에 도시한 바와 같이 Si농도가 5wt%로 되는 깊이를 a, 판두께를 t 라 할 때 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율을 dep(%) = (a/t) × 100으로 정의하고 있다.

또 Si농도는 샘플 단면에 대해 EPMA로 분석한 결과이다. 또 여기서는 판두께 0.2mm의 압연법으로써 제조된 3wt% Si강판에 대하여, 1,200℃의 SiCl₄분위기 중 침규처리를 하고, 그후 1,200℃의 N₂분위기 중에서 확산처리를 하여 여러 가지 Si농도분포를 형성한 샘플을 사용하였다.

도 8에서 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율을 10% 이상, 보다 바람직하게는 15∼25%로 하면 철손이 현저히 낮아지는 것이 분명하다. 이때의 철손은 전체 판두께가 6.5wt% Si인 것보다 최대 약 30% 낮아진다. 또 강판 표층 고Si농도부분의 Si농도 상한은 철손 특성상 특히 규정되지 않지만, Si농도가 8wt%를 넘으면 강판의 가공성이 현저히 저하되기 때문에 최선의 형태 4에서는 상한을 8wt%로 규정하였다.

또 상태도적으로 변태점을 가지면 열처리에 의한 변태점 통과로 세립화되어 자기특성이 현저히 손상된다. 이 때문에 상태도적으로 α 단상일 필요로부터, 판두께 중심부 저Si부분의 Si농도 하한값을 2.2wt%로 하였다.

이와 같이 표층 Si농도가 높고, 판두께 중심부가 저Si인 재료는 일본 특허 제2541383호, 특개평6-17202호 공보 및 특개평9-184051호 공보에 개시되어 있다. 그러나 일본 특허 제254138호는 침규처리로 6.5wt% 규소강판을 제조할 때, 생산성을 높이도록 확산처리시간을 단축한 결과 얻어지는, 표층 Si농도가 높은 규소강판을 제안하고 있고, 철손은 6.5wt% 규소강판과 동등하다. 또 특개평6-17202호 공보는 6.5% 규소강판의 가공성이 개선되도록 표층만을 6.5wt% Si로 한 것으로서, 철손은 6.5wt% 규소강판에 비하여 열등하다. 게다가 특개평9-184051호 공보는 잔류 자속밀도를 저하시키기 때문에 표층 고Si강판을 제안하고 있어, 최선의 형태 4와 목적이 다르다. 철손과 관련하여, 50Hz의 철손은 표층 Si가 높은 재료가 낮은 것으로 되어 있다. 그러나 주파수가 높게 되면 일반적으로 철손은 전체 Si량에 지배된다고 통상 생각되며, 판두께 중심부의 Si량이 낮은 재료는 철손특성이 떨어지는 것으로 알려져 있다.

최선의 형태 4는 이와 같은 상식을 뒤집어, 특정 Si농도분포를 형성함으로써, 고주파철손이 낮은 재료가 얻어짐을 처음 찾아낸 발견에 근거하는 것이다.

강판 표층의 고Si농도부분을 형성하는 수법은 CVD, PVD 기타 어떤 방법이라도 되며, 특히 한정되는 것은 아니지만, Si농도분포를 형성하기 이전의 모재는 생산성의 관점에서 대량생산에 알맞은 압연법으로 제조하는 것이 바람직하다. 이 때문에 모재의 Si함유량은 통상의 압연이 가능한 3.5wt%를 상한으로 하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 규소강판에 있어서 판두께 중심부 저Si부분의 Si농도 상한값을 3.5wt%로 하였다.

도 10은 판두께방향으로 Si농도분포를 형성한 경우에 표층으로부터 Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 부분의 깊이비율(%)과 철손W_1/10k의 관계를 나타내는 도면이다.단 여기서는 도 11에 도시한 바와 같이 Si농도가 6.0∼7.0wt%로 되는 깊이를 b, 판두께를 t라 할 때, 표층으로부터 Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 부분의 깊이비율을 dep(%) = (b/t) × 100으로 정의하고 있다.

또 여기서는 판두께 0.2mm의 압연법으로써 제조된 3wt% Si강판에 대하여 1,150℃의 SiCl₄분위기 중에서 침규처리를 하고, 그후 1,150℃의 N₂분위기 속에서 확산처리을 하여 여러 가지 Si농도분포를 형성한 샘플을 사용하였다.

도 10에서 표층으로부터 Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 부분의 깊이비율을 10% 이상, 보다 바람직하게는 15∼25%로 하면 철손이 현저히 낮아짐을 알 수 있다. 게다가 도 8과 도 10을 비교하면, 표층의 고Si부분의 농도를 실질적으로 6.5wt% 가 되도록 한정함으로써, 한층 더 철손을 낮출 수 있다.

또 최선의 형태 4의 효과는 규소강판의 판두께에는 의존하지 않아, 어떤 판두께라도 본 발명에 규정된 범위로 함으로써 철손을 현저히 낮출 수 있다.

다음으로 Si 이외의 원소의 한정이유에 관해서 설명한다.

C는 다량으로 함유되면 자기시효를 일으키기 때문에 그 상한을 0.02wt%로 한다. 하한은 특히 규정되지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

Mn은 다량으로 함유되면 강판이 취약하게 되기 때문에 그 상한을 0.5wt%로 한다. 단 그 함유량을 너무 낮게 하면, 열연공정에서 파단이나 표면 흠집을 유발하기 때문에 하한을 0.05wt%로 한다.

P는 자기특성의 관점에서 보면 바람직한 원소이지만, 다량으로 함유되면 강판의 가공성을 열화시키기 때문에 그 상한을 0.01wt%로 한다. 하한은 특히 규정되지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

S는 가공성을 열화시키기 때문에 상한을 0.02wt%로 할 필요가 있다. 하한은 특히 규정되지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

sol. Al은 마찬가지로 가공성을 해치기 때문에 상한을 0.06wt%로 한다. 한편 탈산제로서의 필요성에 의해 하한을 0.001wt%로 한다.

N은 다량으로 함유되면 질화물을 형성하여 자기특성을 열화시키기 때문에 상한을 0.01wt%로 할 필요가 있다. 그 하한은 특히 규정되지 않지만 현재의 제강기술로서는 0.0001wt% 가 사실상의 하한이 된다.

실시예

(실시예1)

표 5의 조성을 가지는 판두께 0.2mm의 강판을 압연법으로써 제작하여, 1,200℃의 SiCl₄분위기 중에서 침규처리를 하고, 그후 1,200℃의 N₂분위기 중에서 확산처리을 하여 여러 가지 Si농도분포를 가지는 규소강판을 제작하였다. Si농도분포는 샘플 단면에 대해 EPMA로 분석하였다. Si 이외 원소의 양은, 침규, 확산처리의 전후에 거의 변화하지 않았다.

이렇게 하여 제작한 강판으로부터 외경 31mm, 내경 19mm의 링시료를 채취하여 주파수10kHz, 자속밀도0.1T에서의 교류자기특성을 측정하였다. 도 8은 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율 dep(%)와 철손W_1/10k의 관계를 나타내는 도면이다. 단 여기서는 도 9에 도시한 바와 같이 Si농도가 5wt%로 되는 깊이를 a, 판두께를 t로 할 때, 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율을 dep(%) = (a/t) x 100으로 정의하고 있다.

도 8에서 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율을 10% 이상, 보다 바람직하게는 15∼25%로 하면 철손이 현저히 낮아지는 것을 알 수 있다.

실시예2

표 5의 조성을 가지는 판두께 0.2mm의 강판을 압연법으로 제작하여, 1,150℃의 SiCl₄분위기 중에서 침규처리를 하고, 그후 1,150℃의 N₂분위기 중에서 확산처리을 하여 여러 가지 Si농도분포를 가지는 규소강판을 제작하였다. Si농도분포는 샘플 단면에 대하여 EPMA로 분석하였다. Si 이외 원소의 양은 침규, 확산처리의 전후에 거의 변화하지 않았다.

이렇게 하여 제작한 강판으로부터 외경 31mm, 내경 19mm의 링시료를 채취하여 주파수 10kHz, 자속밀도 0.1T에서의 교류자기특성을 측정하였다. 도 10은 표층으로부터 Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 부분의 깊이비율(%)과 철손W_1/10k의 관계를 나타내는 도면이다. 단 여기서는 도 11에 도시한 바와 같이 Si농도가 6.0∼7.0wt%로 되는 깊이를 b, 판두께를 t라 할 때, 표층으로부터 Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 부분의 깊이비율을 dep(%) = (b/t) × 100으로 정의하고 있다.

도 10에서 표층으로부터 Si농도가 실질적으로 6.5wt%인 부분의 깊이비율을 10% 이상, 보다 바람직하게는 15∼25%로 하면 철손이 현저히 낮아짐이 확인되었다.

다시 도 8과 도 10을 비교하면 표층의 고Si부분 농도를 실질적으로 6.5wt%가 되도록 한정함으로써 한층 더 철손을 낮출 수 있음이 확인되었다.

최선의 형태 5

본 발명자들은 이와 같이 Si농도구배를 형성한 규소강판에 있어서, 고주파철손이 낮아지지 않는 경우가 생기는 원인에 관해서 검토하였다. 그 결과 표층 Si농도가 높고 판두께 중심부의 Si농도가 낮은 Si농도분포가 형성되어 있어도, 표리면(表裏面)의 Si농도차가 크면 고주파철손은 낮아지지 않음을 발견하였다.

이와 같은 표리면의 Si농도차가 생기는 것은, 침규법에 의해 Si화합물을 침규시킬 때 제조조건의 차이 등에 의해, 표면과 이면에서 Si화합물 가스의 공급량이 다른 것 등을 생각할 수 있다.

또 이와 같은 표리면에서의 Si농도차를 억제하기 위해서는, 표리면의 Si농도차에 기인하는 강판의 휨(warping)을 측정하고, 그 휨량이 일정한 좁은 범위가 되도록, 표리면에서 공급하는 Si화합물의 양을 제어하는 것이 유효함을 찾아내었다.

최선의 형태 5는 이와 같은 발견에 근거하여 이루어진 것으로, 판두께방향으로 Si의 농도구배를 가지며, 표면의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높고, 판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차가 0.3wt% 이상, 표층의 Si농도가 5∼8wt% 이고, 표리면의 Si농도차가 1wt% 이내인 것을 특징으로 하는 고주파자기특성이 우수한 고규소강판을 제공한다.

또 최선의 형태 5는 강판표면에서 Si를 침투시키는 침규처리 및 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 Si화합물을 포함하는 무산화성분위기에서 동시에 하여 침규 및 확산속도를 제어하고, 표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높은 상태에 있는 중에 중단하여, 판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차를 0.3wt% 이상, 표층의 Si농도를 5∼8wt%, 표리면의 Si농도의 차를 1wt% 이내로 하는 것을 특징으로 하는 고주파자기특성이 우수한 고규소강판의 제조방법을 제공한다.

게다가 최선의 형태 5는 강판을 Si계 화합물을 포함하는 무산화성 가스분위기에서 침규처리하고, 이어서 Si계 화합물을 포함하지 않은 무산화성 가스분위기에서 Si를 확산처리하여 Si의 확산속도를 제어하며, 표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높은 상태에 있는 중에 중단하여, 판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차를 0.3wt% 이상, 표층 Si농도를 5∼8wt%, 표리면의 Si농도차를 1wt% 이내로 하는 것을 특징으로 하는 고주파자기특성이 우수한 고규소강판의 제조방법을 제공한다.

게다가 최선의 형태 5는 상기 어느 방법에 있어서, 표리면의 Si농도차를1wt% 이내로 하기 위하여, 노출측(爐出側)에서 강판의 휨높이를 계측하여, 휨높이가 제품 폭에 대하여 1% 이하가 되도록, 강판의 표리면으로부터 공급하는 Si화합물의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파자기특성이 우수한 고규소강판의 제조방법을 제공한다.

또 상기 Si계 화합물로는 SiCl₄를 사용하는 것이 바람직하다.

이하 최선의 형태 5에 관해서 구체적으로 설명한다.

최선의 형태 5에서는 판두께방향으로 Si의 농도구배를 가지며, 표면의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높고, 판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차가 0.3wt% 이상, 표층의 Si농도가 5∼8wt%인 고규소강판에 있어서, 표리면(表裏面)의 Si농도차를 1wt% 이내로 한다.

5kHz 이상의 고주파에서의 철손을 낮추기 위해서는, 강판의 표층근방만의 투자율을 높게 하고, 거기에 자속을 집중시킴으로써 겉보기 판두께를 얇게 하는 것이 효과적이다. 그 때문에 최선의 형태 5에서는 표층의 Si농도를 높게 하고, 판두께 중심부의 Si농도를 낮게 하여, 판두께방향으로 Si의 농도구배를 형성하여, 판두께 표층부만의 투자율을 높이고 있다.

그러나 표면과 이면과의 Si농도차가 큰 경우에는, 고주파철손이 낮게 되지 않음이 판명되었다. 그래서 최선의 형태 5에서는 표리면의 Si농도차를 1wt% 이내로 규정한다. 이와 같이 표리면의 Si농도차를 1wt%로 규정함으로써 안정되고 낮은 고주파철손을 얻을 수 있다. 이와 같이 표리면에서의 Si농도차가 작은 경우에 철손이 낮게 되는 것은, 표리의 고투자율영역의 안정형성과, 양호한 형상에 의한 내부 변형의 경감 때문이라 추정된다.

표층의 Si 농도는 5∼8wt%의 범위로 한다. 이것은 표층 Si농도가 5wt% 미만인 경우 및 8wt%를 초과하는 경우에는 전술한 바와 같이 강판의 표층근방 투자율을 높이는 효과가 낮기 때문이다. 표층 Si농도의 보다 바람직한 범위는 6∼7wt%이다.

또 판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차가 0.3wt% 이상이 되도록 Si농도구배를 형성함으로써, 표층에 자속을 집중시키는 효과를 발휘시킬 수 있어, 고주파철손을 효과적으로 저하시킬 수 있다.

최선의 형태 5에 관한 Si의 농도구배를 가지는 규소강판은, 예를 들어 화학기상증착법(CVD, 침규처리), 물리기상증착법(PVD), 클래딩기술, 도금기술 등에 의해서 제조하는 것이 가능하지만, 이들 가운데 CVD법에 의해서 제조하는 것이 바람직하다.

CVD법에 있어서는, 강판을 Si계 화합물을 포함하는 무산화성 가스분위기에서 침규처리하고, 이어서 Si계 화합물을 포함하지 않는 무산화성 가스분위기에서 Si의 확산처리을 하여 Si의 확산속도를 제어하여, 표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높은 상태에 있는 동안 중단함으로써, 전술한 것과 같은 Si농도분포를 형성할 수 있다.

또 강판표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리 및 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 Si화합물을 포함하는 무산화성 분위기에서 동시에 하여 침규 및 확산속도를 제어하여, 표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높은 상태에 있는 동안 중단하여, 전술한 것과 같은 Si농도분포를 형성할 수 있다.

후자의 방법에 의하면, 침규처리 및 확산처리를 동일 분위기에서 동시에 함으로써 노의 구조를 간단하게 할 수 있음과 동시에 종래 확산로에서 문제가 되고 있는 강판산화도 억제할 수 있고, 침규·확산처리로에서의 분위기 조정, SiCl₄가스의 도입 장소 및 그 유량, 및 강판(S)의 이동속도 등을 조절함으로써 Si농도분포를 제어하기 쉬어 극히 자유도가 높은 처리를 할 수 있다.

여기서 침규처리는 Si화합물가스를 사용하여 한다. 처리에 사용하는Si화합물가스는 특히 한정되는 것은 아니고 SiH₄, Si₂H₅, SiCl₄등을 사용할 수 있지만, 그 중에서도 SiCl₄가 바람직하다. 처리가스로서 SiCl₄를 사용하는 경우 처리온도를 1,023∼1,250℃의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또 침규처리 및 확산처리시의 SiCl₄의 농도는 0.02∼35mol%로 하는 것이 바람직하다.

Si화합물가스는 통상 강판의 표면쪽 및 이면쪽으로부터 공급되는데, 이 가스의 공급량을 제어함으로써, 표리면의 Si농도차를 1wt% 이내로 할 수 있다.

단 실제 조업에 있어서는, 실시간으로 표리면의 Si농도차를 측정하기 곤란하기 때문에 노출측에서 강판의 폭방향 휨(C 휨)높이를 계측하여, 휨높이가 제품 폭에 대하여 1% 이하로 되도록 강판 표리면에서 공급하는 Si화합물의 양을 제어하는 것이 바람직하다. 즉 표리면의 Si농도차가 클수록 강판의 휨이 커지는 관계가 있고, 이 휨높이가 1% 이하이면 표리면의 Si농도차가 1wt% 이하로 되기 때문에 노의출측에서 강판의 휨높이를 계측하여 이것이 제품 폭에 대하여 1% 이하로 되도록 강판의 표리면으로부터 공급되는 Si화합물의 양을 피드백 제어함으로써, 표리면의 Si농도차를 1wt% 이내로 할 수 있다. 그 밖의 온라인에서의 Si평가방법으로는 형광 X선을 사용하는 방법이나 여자주파수가 다른 2조건에서 측정한 철손을 사용하는 방법이 있다.

최선의 형태 5에 있어서, Si 외의 성분은 특히 한정되는 것은 아니고, 통상 이 종류의 강판에서 사용되는 범위이면 된다. 즉 C≤0.02wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01wt%의 범위가 바람직하다.

P는 자기특성으로부터 보면 바람직한 원소이지만, 다량으로 함유되면 강판의 가공성을 열화시키기 때문에 0.01wt% 이하인 것이 바람직하다. 특성상 그 하한은 특히 존재하지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

sol. Al은 마찬가지로 가공성을 해치기 때문에 0.06wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편 탈산제로서의 필요성으로부터 그 0.001wt% 이상이 바람직하다.

N은 다량으로 함유되면 질화물을 형성하여 자기특성을 열화시키기 때문에 0.01wt% 이하인 것이 바람직하다. 특성상 그 하한은 특히 존재하지 않지만 현재의 제강기술에서는 0.0001wt% 가 사실상의 하한이 된다.

또 표리면의 Si농도 및 Si농도의 최대와 최소의 차는, 전체 판두께를 EPMA 분석하여 얻어지는 Si농도 프로필로부터 결정할 수 있다. 또 본 발명의 효과는 강판의 판두께와 무관하게 얻을 수 있다.

실시예

이하 최선의 형태 5의 실시예에 관해서 설명한다.

(실시예1)

판두께 0.3mm, 폭 640mm의 3wt% 규소강판에 여러 가지 조건으로 침규처리를 하여, 판두께방향으로 0.3% 이상의 Si농도차를 가지는 고규소강판을 제작하여 표리 Si농도와 철손값의 상관 관계를 조사하였다.

침규처리로의 온도는 1,200℃, 균열온도는 1,150℃, 1,000℃, 900℃의 3개의 영역(zone)으로 나누어 설정하였다. 라인속도는 10mpm으로 일정하게 하고, 표리면 각각으로부터 공급되는 SiCl₄의 유량을 변화시켜, 강판표리의 Si값을 변화시켜 철손값을 측정하였다. 표 6에 표리면의 Si농도, 표리의 Si농도차, 평균 Si농도차(ΔSi), 및 철손값(엡스타인 측정값)을 나타낸다. 또 강판의 C휨높이를 함께 나타낸다. 또 판두께 중심부의 Si농도는 어느 것이나 3wt%이었다. 또 평균 ΔSi는 아래 식으로 계산한 값이다.

평균 ΔSi = (표면 Si + 이면 Si)/2 - 판중심부 Si

표 6에 도시한 바와 같이 본 발명을 만족하는 것은 표층 Si농도에 대응하여 낮은 철손값이 얻어졌다. 또 표층의 Si농도가 6.5wt%인 것은 균일한 6.5wt% Si인 것과 비교하여 낮은 철손값이 얻어졌다. 이에 대해 표층의 Si농도가 벗어나는 것이나 표리면의 Si농도차가 1wt% 이상인 것은 철손값이 높음이 확인되었다. 또 표리면의 Si농도차가 1wt% 이내인 것은 C휨높이가 강판 폭의 1% 이하임이 확인되었다.

(실시예2)

판두께 0.1mm, 폭 640mm의 3wt% 규소강판에 여러 가지 조건으로 침규처리를 하고, 판두께방향으로 0.3% 이상의 Si농도차를 가지는 고규소강판을 제작하여 표리 Si농도와 철손값의 상관 관계를 조사하였다.

침규처리로의 온도는 1,200℃, 균열온도는 1,100℃, 950℃, 800℃의 3개의 영역으로 나누어 설정하였다. 라인속도는 20mpm으로 일정하게 하고, 표리면 각각으로부터 공급되는 SiCl₄의 유량을 변화시켜, 강판 표리의 Si값을 변화시켜 철손값을 측정하였다. 표 7에 표리면의 Si농도, 표리의 Si농도차, 평균 Si농도차(ΔSi), 및 철손값(엡스타인 측정값)을 나타낸다. 또 강판의 C휨높이를 함께 나타낸다. 또 판두께 중심부의 Si농도는 어느 것이나 3∼5wt% 이었다.

표 7에 도시된 바와 같이 본 발명을 만족하는 것은 표층 Si농도에 대응하여 낮은 철손값이 얻어졌다. 또 표층 Si농도가 6.5wt%인 것은 균일한 6.5wt% Si의 것과 비교하여 낮은 철손값이 얻어졌다. 이에 대해 표층의 Si농도가 벗어나는 것이나, 표리면의 Si농도차가 1wt% 이상인 것은 철손값이 높음이 확인되었다. 또 표리면의 Si농도차가 1wt% 이내인 것은 C휨높이가 강판 폭의 1% 이하임이 확인되었다.

최선의 형태 6

본 발명자들은 방향성 규소강판에 있어서 판두께방향으로 Si의 농도분포를 형성함으로써, 방향성 규소강판의 철손, 특히 고주파철손을 현저히 낮게 할 수 있음을 찾아내었다. 즉 농도분포를 형성함으로써 종래의 고규소 방향성 규소강판보다 낮은 고주파철손을 실현할 수 있다.

최선의 형태 6은 이와 같은 발견에 근거하여 완성된 것으로서,

(1) C가 0.01wt% 이하이고 Si농도가 5∼8wt%인 부분이 강판의 상하 양면 표층으로부터 판두께깊이방향으로 판두께의 10% 이상이고, 또 판두께 중심부근의 Si농도가 2.2∼3.5wt%인, 판두께 0.2mm 이상인 철손이 낮은 방향성 규소강판을 제공하는 것이다.

(2) C가 0.01wt% 이하이고, Si농도가 5∼8wt%인 부분이, 강판의 상하 양면표층으로부터 판두께방향으로 판두께의 10% 이상이고, 또 판두께 중심부근의 Si농도가 3.0∼6.0wt%인, 판두께 0.2mm 미만의 철손이 낮은 방향성 규소강판.

(3) 표층의 Si농도가 6.3∼6.7wt%인 부분이, 강판의 상하 양면표층으로부터 판두께깊이방향으로 판두께의 10% 이상인 (1) 또는 (2)에 기재된 방향성 규소강판.

(4) 절연피막으로서 유기피막 또는 무기유기혼합피막을 가지는 것을 특징으로 하는 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 방향성 규소강판을 제공하는 것이다.

이하 최선의 형태 6에 관해서 상세히 설명한다.

최선의 형태 6에 관한 규소강판은 이른바 고스립 및 고스립과 가까운 결정방향을 가지는 결정립으로 이루어지는 방향성 규소강판으로서, 기본적으로는 전술한 바와 같이 C를 0.01wt% 이하로 하며, Si농도가 5∼8wt%인 부분이, 강판의 상하 양면표층으로부터 판두께깊이방향으로 판두께의 10% 이상, 바람직하게는 15∼20%이고, 판두께 중심부근의 Si농도가 판두께가 0.2mm 이상이면 2.2∼3.5wt%, 판두께가 0.2mm 미만이면 3.0∼6.0wt% 이다.

우선 최선의 형태 6에서는 C는 0.01wt% 이하로 한다. 3wt% 정도의 Si를 함유하는 규소강판에서는, C는 자기시효의 원인이 되기 때문에 0.005wt% 이하로 하고 있지만, Si량이 높은 경우에는 시효가 억제되어 0.02wt% 정도 함유될 수 있다. 그러나 Si농도분포를 형성하면 C는 반대의 농도분포를 형성한다. 즉 표층부가 낮고 판두께 중심부가 높은 농도분포로 되어, 고C농도부분에서 자기시효가 일어난다. 고농도부의 C농도는 평균치의 2배정도가 되는 것도 있고, 최선의 형태 6에서는 C를 0.01wt% 이하로 한다.

다음으로 최선의 형태 6에서는 상하 양면표층의 Si농도를 5∼8wt%, 바람직하게는 6.3∼6.7wt%, 특히 바람직하게는 약6.6wt%이다. 이것은 이 범위에서 철손특성이 우수하기 때문이고, 본 발명으로부터 벗어나는 5% 미만에서는 철손특성이 열화되며, 8%를 넘으면 강판의 가공성이 현저히 열화된다. 또 판두께깊이방향으로 판두께의 10% 이상으로 한 것은 철손의 저하효과가 현저하기 때문이며, 10% 미만에서는 철손저하의 효과가 충분히 발휘될 수 없다.

이는 발명자들의 이하 실험에 의해 확인되었다. 즉 판두께방향으로 Si농도분포를 형성한 경우의 철손W_1/10k(주파수 10kHz, 자속밀도 1kGauss에서의 철손값)의 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율 dep(%)에 대한 의존성을 조사하였다. 그 결과를 도 12에 나타낸다. 단 도 13에 도시한 바와 같이 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율을 dep(%) = (a/t) × 100으로 정의하고 있다.

a: Si농도가 5wt%로 되는 깊이

t: 판두께

Si농도분포가 비대칭인 경우는 표리면의 a값을 평균하였다. 또 Si농도는 샘플 단면에 대해 EPMA로 분석한 결과이다. 또 여기서는 판두께0.23mm의 방향성 3.1% 규소강판에 대하여 1,200℃의 SiCl₄분위기 중에서 침규처리를 하고, 그후 1,200℃의 N₂분위기 속에서 확산처리을 하여 여러 가지 Si농도분포를 형성한 샘플을 사용하였다. 도 12로부터 표층으로부터 Si농도가 5wt% 이상인 부분의 깊이비율을 10% 이상, 보다 바람직하게는 15∼25%로 하면 철손이 현저히 낮아짐을 알 수 있다.

게다가 최선의 형태 6에서는 판두께 중심부근의 Si농도의 하한은, 판두께가 0.2mm 이상이면 2.2wt%, 판두께가 0.2mm 미만이면 3.0wt%로 한다. 즉 변태점을 가지면 열처리에 의한 변태점 통과시, 세립화하여 자기특성이 현저히 손상된다. 이 때문에 α 단상일 필요로부터 판두께 중심부의 저Si 부분의 Si농도 하한값을 2.2wt%로 하였다. 그러나 판두께가 0.2mm보다 얇은 경우, 철손에서 차지하는 히스테리시스 손실의 비율이 증대되기 때문에 판두께 중심부도 포함시켜 보다 고Si로 하여 고주파 히스테리시스 손실을 억제할 필요가 있게 된다. 이 때문에 판두께가 0.2mm 미만인 경우는 하한값을 3.0wt%로 한다.

또 판두께 중심부근의 Si농도 상한은, 판두께가 0.2mm 이상인 경우 3.5wt%, 판두께가 0.2mm 미만이면 6.0wt%로 한다. 즉 판두께 중심부 저Si부분 Si농도의 상한은 표층 Si농도보다 될 수 있는 한 낮아 차이가 있는 것이 바람직하다. 이 때문에 상한을 3.5wt%로 한다. 그러나 판두께가 0.2mm 미만인 경우는 히스테리시스 손실의 증대에 의한 철손 증가를 피하기 위하여 높게 할 필요가 있어 상한값을 6.0wt%로 한다.

또 최선의 형태 6에 있어서 Si, C 이외의 원소는 특히 규정되지 않으며 통상의 규소강판에 함유되는 양이면 허용된다.

최선의 형태 6에서는 저철손을 실현하기 위해서 절연피막으로서 유기피막 또는 무기유기혼합피막을 가지는 것이 적합하다. 즉 농도분포의 형성에 의해 철손이낮게 되는 것은 표층에 투자율이 높은 고Si층이 형성되기 때문이다. 절연피막으로서 잔류응력을 발생시키는 포스테라이트를 포함하는 피막이나 TiN은 응력에 의하여 투자율을 현저히 저하시킨다. 그 결과 저철손 특성을 대폭 손상시킨다. 이를 피하기 위해서는 잔류응력의 발생이 적은 유기피막 또는 무기유기혼합피막을 가지는 것이 좋다.

강판 표층의 고Si농도부분을 형성하는 방법은 확산처리를 후공정으로 하여 수반하는 CVD, PVD, 도금, 클래딩, 기타 어떤 방법이라도 좋으며 특히 규정되지 않는다. 또 Si농도분포의 한 예는 도 13에 나타나 있지만, 도 14의 (a)∼(f)에 모식적으로 나타난 분포에서도 같은 철손저감효과가 얻어진다.

실시예

[실시예1](판두께 0.2mm 이상 대상)

표 8의 조성을 가지는 판두께 0.23mm의 방향성강판을 1,200℃의 SiCl₄분위기 중에서 침규처리를 하고, 그후 1,200℃의 N₂분위기 속에서 확산처리을 하여 여러 가지 Si농도분포를 가지는 규소강판을 제작하였다. Si농도분포는 샘플 단면에 대해 EPMA로 분석하였다. Si 이외의 원소의 양은 침규, 확산처리의 전후에 거의 변화하지 않았다. 또 피막은 무기유기혼합피막으로 하였다.

이렇게 하여 제작한 강판으로부터 L방향 샘플을 채취하고 응력 제거 풀림한 뒤, 주파수 10kHz, 자속밀도0.1T에서의 교류자기특성을 엡스타인 시험기를 사용하여 측정하였다. Si농도분포와 자기특성을 표 9에 나타낸다. 표 9에서 5% Si 이상의 두께는 표리 중 한 쪽의 두께를 전체 판두께의 비율로 표시하였다. 표 9 중의 No.2는 침규처리를 하지 않는 것이다. 표에서 본 발명에 따르면 고주파철손이 극히 낮은 방향성 규소강판이 얻어졌다.

[실시예2](판두께 0.2mm 미만 대상)

표 8의 조성을 가지는 판두께 0.05∼0.15mm의 방향성 규소강판을 1,150℃의 SiCl₄분위기 중에서 침규처리를 하고, 그후 1150℃의 N₂분위기 속에서 확산처리을 하여 여러 가지 Si농도분포를 가지는 규소강판을 제작하였다. Si농도분포는 샘플단면에 대해 EPMA로 분석하였다. Si 이외의 원소의 양은 침규, 확산처리의 전후에 거의 변화되지 않았다. 또 피막은 무기유기혼합피막으로 하였다.

이렇게 하여 제작한 강판으로부터 L방향 샘플을 채취하고, 주파수 10kHz, 자속밀도 0.1T에서의 교류자기특성을 측정하였다. Si농도분포와 자기특성을 표 10에 나타낸다. 이 표로부터 본 발명의 실시예와 본 발명의 범위로부터 벗어나는 것을 비교하면, 본 발명에 의하면 고주파철손이 극히 낮은 방향성 규소강판이 얻어짐이 확인되었다.

[실시예3]

실시예1의 표 9의 No.1의 강판에 포스테라이트를 포함하는 절연피막을 형성하고 철손(주파수 10kHz, 자속밀도 0.1T)을 측정하였다. 철손값은 10.7W/kg이었다. 이 표로부터 본 발명의 실시예와 본 발명의 범위로부터 벗어나는 것을 비교하면, 본 발명에 의하면 고주파철손이 극히 낮은 방향성 규소강판이 얻어짐이 확인되었다.

최선의 형태 7

통상의 규소강판에 있어서도 고용 C가 잔류하면 자기시효가 생기는 것이 알려져 있고, 이것을 방지하기 위해서는 C를 50ppm 이하로 하는 것이 알려져 있다. 그러나 본 발명자들의 검토결과에 의하면 Si농도구배를 가지는 규소강판에서는 C가 50ppm 이하라도, Si농도구배가 없는 통상의 규소강판과 비교하여 큰 자기시효열화를 일으켜 철손이 증대되는 경우가 있다.

본 발명자들이 이 원인을 조사한 결과 Si의 농도구배를 형성하면 C도 불균일한 농도분포로 되어 C농도가 높은 영역이 생성되어 시효가 일어남이 판명되었다. 즉 Si농도가 강판표면에서 높고 판두께 중심부에서 낮은 농도분포를 가지는 경우, C농도는 강판표면은 낮고 판두께 중심부가 높은 분포로 된다. 가장 C농도가 높은 부분의 농도는 판두께방향 평균농도의 2∼5배로 된다. 이것은 Si에 의해 C의 케미컬 포텐셜이 변화하여 고Si농도부분으로부터 저Si농도부분으로 C가 배출되기 때문으로 추정된다.

이와 같은 C의 농도분포가 생기면, 고C영역은 당연히 시효되기 때문에 전체로서 강판이 시효된다. 따라서 판두께방향의 평균 C농도가 낮아도 시효가 일어난다.

본 발명자들은 자기시효가 문제로 되는 용도에 있어서, 자기시효를 발생시키지 않는 고주파 저철손의 규소강판을 얻기 위해서는, 고C영역에서도 시효가 생기지 않도록 평균 C농도를 낮게 하는 것이 효과적임을 알아내었다. 또 최고 C농도를 낮게 하거나 또는 고C농도영역을 작게 하는 것도 고려하여 Si농도분포를 형성하는 것도 효과적임을 알아내었다.

최선의 형태 7은 이상의 발견에 근거하여 이루어진 것으로서 C≤0.003wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01wt% 이고, Si를 평균 7wt% 이하 함유하며, 판두께방향으로 Si의 농도구배를 가지며, 표면의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높고, Si농도의 최대와 최소의 차가 0.5wt% 이상인 것을 특징으로 하는, 자기시효성이 우수하며 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공한다. 이 경우 Si농도의 최대와 최소의 차가 0.7wt% 이상인 것이 바람직하다. 또 C≤0.0025wt%인 것이 바람직하다.

또 최선의 형태 7은 C≤0.003wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01wt% 이고, Si를 평균 7wt% 이하 함유하며, 판두께방향으로 Si의 농도구배를 가지며, 표면의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높고, Si농도의 최대와 최소의 차가 0.5∼5.5wt%인 것을 특징으로 하는 자기시효성이 우수하며 고주파철손이 낮은 규소강판을 제공한다. 이 경우 C≤0.0025wt%인 것이 바람직하다.

이하 최선의 형태 7에 관해서 구체적으로 설명한다.

전술한 바와 같이 판두께방향으로 Si의 농도구배를 형성함으로써 고주파철손을 낮출 수 있는 것이 효과적이지만, 그에 따른 C농도분포가 형성되기 때문에, 전체 C농도가 낮더라도 자기시효가 생길 우려가 있다.

최선의 형태 7은 판두께방향의 Si농도구배를 형성하여 고주파철손을 낮게 하는 것을 전제로, 이와 같은 C에 기인하는 자기시효를 방지하는 것으로서, 이를 위해 강판전체의 C농도를 C≤0.003wt%로 한다.

도 15도에 C농도분포가 크게 형성되는, Si농도차(최고 Si농도와 최저Si농도의 차)가 6.9wt%이며 평균 Si농도가 4.5wt%인 경우에 있어서, 평균 C농도와 자기시효에 의한 철손의 열화율과의 관계를 나타낸다. 여기서는 자기시효를 150℃에서 2주간의 가속시험에 의해 평가하였다. 이 도면으로부터 판두께방향으로 Si농도구배를 형성함으로써, 통상의 규소강판보다 시효가 일어나기 쉽고, C가 30ppm 즉 0.003wt%를 넘으면 자기시효되는 것이 분명하다. 따라서 최선의 형태 7에서는 C농도를 C≤0.003wt%로 규정한다.

게다가 엄격한 환경 하에서는, 통상의 규소강판이라도 자기시효를 방지하기 위해서 C를 30ppm 이하로 하지만, 이와 같이 엄격한 사용환경을 상정하여 200℃에서 100시간의 가속시효조건으로 시험한 결과, 시효에 의한 철손열화량을 5% 이하로 하기 위해서는 C를 25ppm 이하로 할 필요가 있음이 판명되었다. 따라서 최선의 형태 7에서는 보다 바람직하게는 C≤0.0025wt%로 규정한다.

이상 C량을 규제하여 자기시효를 방지하는 조건에 대해서 설명하였으나, 자기시효는 전술한 바와 같이 Si농도분포를 조정함으로써 방지 또는 억제할 수 있다. 즉 Si농도차를 작게 함으로써 시효를 방지 또는 억제할 수 있다. 도 16은 여러 가지 Si농도분포를 가지는 규소강판에 있어서, 150℃에서 2주간의 가속시효 뒤의 철손증가율이 5% 이하로 되는 C량을 시험한 결과를 나타낸다. Si농도분포는 평균 Si량 및 Si농도차로 나타나 있다. 도 16도에서 Si농도차가 5.5wt% 이하이면 C량이 30ppm이라도 시효열화가 5% 이하로 됨을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 있어서의 바람직한 조건으로서, C≤0.003wt%를 전제로 Si농도차를 5.5wt% 이하로 한다.

최선의 형태 7의 규소강판은, 고주파철손이 낮을 필요가 있고, 고주파철손은, 전술한 바와 같이 판두께방향으로 Si의 농도구배를 형성함으로써 달성할 수 있고, 구체적으로는 Si농도의 최고와 최저의 차를 0.5wt% 이상, 바람직하게는 0.7wt% 이상으로 한다. 또 평균Si농도가 7wt%를 넘으면 재료가 취약하게 되어 가공이 곤란하게 되기 때문에 7wt%를 상한으로 한다.

다음으로 C 및 Si 이외의 원소의 한정이유에 관해서 설명한다.

Mn은 다량으로 함유되면 강판이 취약하게 되기 때문에 그 상한을 0.5wt%로 한다. 단 그 함유량이 너무 낮으면 열연공정에서 파단이나 표면 흠집을 유발하기 때문에 그 하한을 0.05wt%로 한다.

P는 자기특성의 관점에서 보면 바람직한 원소이지만, 다량으로 함유되면 강판의 가공성을 열화시키기 때문에 그 상한을 0.01wt%로 한다. 그 하한은 특히 규정되지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

S는 가공성을 열화시키기 때문에 그 상한을 0.02wt%로 할 필요가 있다. 그 하한은 특히 규정되지 않지만 경제적으로 제거하는 관점에서는 0.001wt%로 하는 것이 바람직하다.

sol.Al은 마찬가지로 가공성을 해치기 때문에 그 상한을 0.06wt%로 한다. 한편 탈산제로서의 필요성으로부터 그 하한을 0.001wt%로 한다.

N은 다량으로 함유되면 질화물을 형성하여 자기특성을 열화시키기 때문에 그 상한을 0.01wt%로 할 필요가 있다. 그 하한은 특히 규정되지 않지만 현재의 제강기술을 고려하면 사실상 0.0001wt% 가 하한이 된다.

최선의 형태 7에 관한 Si의 농도구배를 가지는 규소강판은 여러 가지 방법으로 제조할 수 있어 그 제조방법은 한정되지 않는다. 예를 들어 화학기상증착법(CVD, 침규처리), 물리기상증착법(PVD), 클래딩기술, 도금기술에 의해 제조하는 것이 가능하다.

예를 들어 CVD법에 의한 제조방법을 설명한다. 우선 예를 들어 3wt% 규소강의 냉간압연코일을 통상의 강판제조공정으로 제조한다. 이 코일을 CVD처리하여 Si농도구배를 가지는 강판으로 한다. 즉 비산화성 분위기 속에서 1,100℃ 이상으로 가열하고 SiCl₄가스와 반응시켜 표면에 고Si농도의 Fe-Si층을 형성한다. 계속해서확산처리을 하여, Si를 강판내부에 필요량 확산시켜, 목적하는 평균 Si량 및 Si농도구배를 가지는 규소강판을 제조한다.

또 최선의 형태 7에 있어서 평균 Si농도란 전체 판두께에 대한 Si농도의 평균값을 의미하여, 예컨대 제품두께대로 화학분석함으로써 얻을 수 있다. 또 Si농도의 최대와 최소는, 전체 판두께를 EPMA 분석하여 얻어지는Si농도 프로필로부터 결정할 수 있다. 또 Si 이외 원소의 농도는 제품에서의 농도로 한다. 또 잔류 자속밀도는 직류로 1.2T 여자 후의 값이다.

또 상기 철손의 증가율은 시효 전후의 철손(W_1/10k)을 측정하고, (가속시효 뒤의 철손 - 시효 전의 철손) ÷ (시효 전의 철손)을 %로 표시한 것이다. 또 본 발명품은 통상 절연피막을 도포하여 사용된다.

실시예

표 11에 나타난 조성(Si 외에는 상품이 된 시점에서의 조성. Si는 CVD처리 전의 조성)의 판두께 0.05∼0.5mm의 강판을 통상의 철강제조공정에 의해 제조하였다. 이들을 CVD(화학기상증착)처리하여 여러 가지 Si 평균농도와 농도분포를 가지는 강판을 얻었다. 이들 강판의 철손을 측정하고, 이들 강판을 150℃에서 2주간 가속시효처리하여 철손증가율을 구하였다. 그 결과를 표 12에 나타낸다. 표 12에 도시한 바와 같이 본 발명에서는 자기시효열화가 없거나 극히 작은 고주파 저철손 규소강판이 얻어짐이 확인되었다.

최선의 형태 8

최선의 형태 8은 강판표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리 및 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 동일 노 내에서 동일 가스분위기로 행하여, 침규처리 및 확산처리의 처리시간 및 처리간격을 제어함으로써, 침규 및 확산속도를 제어하여, 강판의 판두께방향 Si농도분포를 제어하는 것을 특징으로 하는 침규법을 사용한 Si농도분포를 가지는 규소강판의 제조방법을 제공한다.

이 경우 상기 노 내를 복수의 영역으로 분할하여 각 영역의 원료가스 공급량을 조절할 수 있다. 또 상기 침규처리 및 확산처리는 화학기상증착법을 사용하여 행할 수 있다. 또 CVD법에 의한 침규처리 및 확산처리는 SiCl₄를 사용하여 행할 수 있다.

최선의 형태 8에 의하면 침규처리와 확산처리를 동일 노 내에서 동일 가스분위기에서 행하기 때문에 칸막이 등의 노구조물을 없앨 수 있어 노의 구조를 간소하게 할 수 있다. 또 이와 같이 확산처리를 침규처리와 동일 가스분위기에서 행함으로써, 확산처리 분위기의 물, 산소농도를 낮출 수 있어, 균열확산처리단계에서의 강판산화를 억제하는 확산처리의 처리시간 및 처리간격을 제어하기 때문에, 예를 들어 판두께방향에서의 중심규소농도 조정을 초기 침규로써 하고, 충분한 확산이 부여된 뒤 농도경사 부여를 목적으로 침규를 하는 처리가 가능하게 되어, 자유도가 높은 처리에 의해 원하는 자기특성을 얻을 수 있다.

최선의 형태 8에 있어서는 침규법을 사용하여 Si농도분포를 가지는 규소강판을 제조하는데 있어서, 강판표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리 및 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 동일 노 내에서 동일 가스분위기에서 행하여, 침규처리 및 확산처리의 처리시간 및 처리간격을 제어함으로써, 침규 및 확산속도를 제어하여, 강판의 판두께방향의 Si농도분포를 제어한다. 이와 같은 Si농도의 분포는 노 내에서 원료의 공급을 부분적으로 조절함으로써 제어될 수 있다.

여기서 침규처리 및 확산처리는, 전형적으로는 Si함유가스에 의한 CVD처리에 의해 행한다. 그리고 종래의 침규처리 및 확산처리를, 동일한 노에서 Si함유가스를 포함하는 동일 분위기에서 한다. 처리에 사용하는 Si함유가스는 특히 한정되지 않으며 SiH₄, Si₂H₅, SiCl₄등을 사용할 수 있지만 그 중에서도 SiCl₄가 바람직하다. 처리가스로서 SiCl₄를 사용하는 경우에는 처리온도를 1,023∼1,250℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또 침규처리 및 확산처리시 SiCl₄의 농도는 0.02∼35mol%로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 처리는 예를 들어 도 17에 나타난 장치로 할 수 있다. 이 장치는 가열로(1)와, 침규·확산처리로(2)와, 냉각로(3)가 차례로 배치되어 강판(S)이 연속적으로 처리된다. 가열로(1)에서 예컨대 1,200℃까지 가열하고, 침규·확산처리로(2)에서 SiCl₄가스를 도입한다. 침규·확산처리로(2)는 가열로 쪽으로부터 제1영역11, 제2영역(12), 제3영역(13), 제4영역(14), 제5영역(15)을 가지며 있고, 각 영역에 SiCl₄가스도입노즐이 설치되어 있다. 따라서 각 영역마다의 SiCl₄가스유량을 제어함으로써 침규처리 및 확산처리의 처리시간 및 처리간격을 제어할 수 있다. 예를 들어 수 차례의 규소첨가(침규) 및 확산을 연속적으로 실시할 수 있다. 이와 같이 각 영역의 SiCl₄가스유량을 제어하고, 게다가 필요에 따라 강판(S)의 이동속도를 조정함으로써, 강판(S)에 대한 침규 및 확산속도를 제어할 수 있어, 강판의 판두께방향 Si농도분포를 임의로 제어할 수 있다. 그후 이와 같이 Si농도분포가 제어된 강판(S)을 냉각로(3)에서 냉각하고 감는다.

이와 같이 침규·확산처리로(2)에 의하여 침규처리 및 확산처리를 동일 노에서, 더구나 동일 SiCl₄가스분위기에서 행함으로써, 노의 구조를 간단하게 할 수 있음과 동시에 종래 확산로에서 문제가 되고 있는 강판산화도 억제할 수 있다. 또 침규·확산처리로(2)에서의 분위기조정을, 각 영역마다 SiCl₄가스의 유량을 제어함으로써 부분적으로 행할 수 있기 때문에 침규처리 및 확산처리를 제어하기 쉽고, 그 결과 Si농도분포 제어가 용이하게 된다. 따라서 극히 자유도 높은 처리를 할 수 있다.

실시예

상기 도 17에 나타난 것과 같은 장치에 의해 CVD법을 사용한 연속 침규처리공정에 의해 2.5wt% Si와 3.0wt% Si의 2수준으로 판두께 0.2mm인 강판을 모재로 하고 SiCl₄를 원료가스에 사용하여 판두께방향으로 Si농도구배를 가지는 재료를 제조하였다.

침규·확산처리로(2) 내를 전술한 바와 같이 5개의 영역으로 나누고, 각 영역에 각각 가스공급노즐을 배치하였다. 그리고 각 영역마다의 SiCl₄가스유량을 컨트롤함으로써 수회의 규소첨가·확산을 연속적으로 실시하였다. 노 내 온도는 도 18에 나타난 노온 패턴으로 하였다. 또 비교를 위해 침규처리와 확산처리를 별도로 실시하는 종래법으로도 제조하였다.

표 13에 이들 제조조건과, EPMA에 의해 강판 판두께방향의 규소농도분포를 분석한 결과에 근거하는 표층규소농도 및 중심규소농도의 값, 자기특성, 가공성을 나타낸다.

표 13에 나타난 바와 같이 본 발명에 따라 처리한 조건 1∼4에서는 Si의 농도구배를 세밀하게 제어할 수 있어, 철손을 허용치로 유지하면서 잔류자속밀도가 낮고 가공성이 양호한 규소강판을 얻을 수 있었다. 이에 대해 비교예에서는 처리의 자유도가 낮고 Si농도가 6.5wt%로 균일한 것이나, 표면이 6.5wt% Si이고 중심의 Si농도가 모재농도인 것이 얻어졌지만, 만족할 특성을 얻기 어려운 것이 확인되었다.

최선의 형태 9

최선의 형태 9는 강판표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리 및 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 동일 분위기에서 동시에 하여 침규 및 확산속도를 제어함으로써, 강판의 판두께방향의 Si농도분포를 제어하는 것을 특징으로하는 침규법을 사용한 규소강판 제조방법을 제공한다.

상기 침규처리 및 확산처리는 CVD법을 사용하여 행할 수 있다. 이 경우에 CVD법에 의한 침규처리 및 확산처리는 SiCl₄를 사용하여 할 수 있다.

최선의 형태 9에 의하면 침규처리와 확산처리를 동일 분위기에서 하기 때문에 칸막이 등의 노구조물을 배제할 수 있어 노의 구조를 간소하게 할 수 있다. 또 이와 같이 확산처리를 침규처리와 동일 분위기에서 행함으로써 확산처리 분위기의 물, 산소농도를 낮출 수 있어, 균열확산처리단계에서의 강판산화를 억제할 수 있어 제품의 품질열화를 방지할 수 있다. 게다가 침규처리와 확산처리를 동시에 하기 때문에 예를 들어 판두께방향에서의 중심규소농도 조정을 초기침규에 의해 하고, 충분한 확산이 부여된 뒤 농도경사부여를 목적으로 하는 침규를 하는 처리도 가능하게 되어, 자유도가 높은 처리에 의해 원하는 자기특성을 얻을 수 있다.

이하 최선의 형태 9에 관해 구체적으로 설명한다.

최선의 형태 9에 있어서는, 침규법을 사용하여 Si농도분포를 가지는 규소강판을 제조하는데 있어서, 표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리 및 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 동일 분위기에서 동시에 하여 침규 및 확산속도를 제어함으로써, 강판의 판두께방향의 Si농도분포를 제어한다.

여기서 침규처리 및 확산처리는 전형적으로는 Si함유가스에 의한 CVD처리에 의해 행한다. 그리고 종래의 침규처리 및 확산처리를 동일한 노에서 Si함유가스를 포함하는 동일 분위기에서 한다.

처리에 사용하는 Si함유가스는 특히 한정되는 것은 아니며 SiH₄, Si 가스로서 SiCl₄를 사용하는 경우에는 처리온도를 1,023∼1,250℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또 침규처리 및 확산처리시 SiCl₄의 농도는 0.02∼35mol%로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 처리는 예를 들어 도 19에 나타난 장치로 할 수 있다.

이 장치는 가열로(1)와, 침규·확산처리로(2)와, 냉각로(3)가 차례로 배치되어 강판(S)이 연속적으로 처리된다. 가열로(1)에서 예컨대 1,200℃까지 가열하고, 침규·확산처리로(2)에서 적절한 장소로부터 SiCl₄가스를 소정 유량으로 도입하여 강판(S)의 이동속도를 조정함으로써, 강판(S)에 대한 침규 및 확산속도를 제어함으로써, 강판의 판두께방향 Si농도분포를 제어한다. 그후 이와 같이 Si농도분포가 제어된 강판(S)을 냉각로(3)에서 냉각하고 감는다.

이와 같이 침규·확산처리로(2)에 의해 침규처리 및 확산처리를 동일 분위기에서 동시에 함으로써 노의 구조를 간단하게 할 수 있음과 동시에 종래 확산로에서 문제가 되고 있는 강판산화도 억제할 수 있고, 또 침규·확산처리로(2)에서의 분위기 조정, SiCl₄가스의 도입 장소 및 그 유량, 및 강판(S) 이동속도 등을 조절함으로써, Si농도분포를 제어하기 쉬어 극히 자유도가 높은 처리를 할 수 있다. 즉 이와 같이 Si분포를 제어하여 표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높은 일정한 Si농도구배를 형성하면, 고주파에서의 철손, 잔류 자속밀도, 가공성에 대하여보다 바람직한 특성을 얻을 수 있고, 또 이와 같은 제어에 의해 Si농도가 균일한 규소강판을 제조하는 경우에는, 상용 주파수 영역에서 고주파역 직전까지의 철손을 보다 바람직한 값으로 할 수 있고, Si농도 6.5wt% 부근에서는 자기 왜곡 특성 및 가공성이 보다 우수한 것을 얻을 수 있다.

실시예

상기 도 19에 나타난 것과 같은 장치에 의해 CVD법을 사용한 연속침규처리공정으로 3.0wt% Si이며 판두께 0.2mm인 강판을 모재로 하고, SiCl₄를 원료가스로 사용하여, 판두께방향으로 Si농도구배를 가지는 재료를 제조하였다.

침규·확산처리로(2) 내의 SiCl₄가스공급 장소 및 그 유량, 및 처리속도(강판이동속도)를 조정하여 제조하였다. 노 내 온도는 도 20에 나타난 노온 패턴으로 하였다. 1차 침규처리(침규-확산-침규)의 실시유무에 의해 중심규소농도를 변화시킴으로써, 충분히 확산처리한 것을 제조하였다. 또 비교를 위해 침규처리와 확산처리를 별도로 실시하는 종래법으로도 제조하였다.

표 14에 이들 제조조건과 EPMA에 의해 강판 판두께방향의 규소농도분포를 분석한 결과에 근거한 표층규소농도 및 중심규소농도값, 자기특성, 가공성을 나타낸다.

표 14에 나타난 조건1에서는 1차 침규처리를 함으로써 강판중앙부의 규소농도가 조건 2와 비교하여 약 1% 정도 증가되어 있어, 1차 침규처리로 강판중앙부의 규소농도조정이 가능함이 확인되었다. 또 조건1의 자기특성으로 하여서는 전체 규소농도가 증가되어 있기 때문에 고주파영역에서는 철손이 조건2보다 약간 떨어지지만, 저주파수 영역까지 포함시킨 전체적인 철손의 개선이 나타났다.

또 조건1, 2는 판두께방향에서의 Si농도분포가 형성되어 있고, 고주파 영역에서의 철손 및 잔류 자속밀도가 균일재인 비교예1보다 양호하며, 또 침규 및 확산을 동시에 하고 있기 때문에 개별 처리한 비교예2와 거의 같은 Si농도분포이면서 가공성이 현저히 향상됨이 확인되었다.

게다가 조건3은 침규 및 확산을 동시에 하여, Si를 충분히 확산시켜 전체로서 Si농도를 높게 한 것이지만, 개별 처리하여 전체로서 Si농도를 높게 한 비교재1에 비해 가공성이 개선됨이 확인되었다.

Claims

고주파철손이 낮은 규소강판은 이하로 이루어진다:

강판 표층과 강판중심부;

상기 강판 표층은 강판중심부의 Si농도보다 높은 Si농도를 가지며;

판두께 중심의 Si농도가 3.4wt% 이상이고;

강판 표층의 Si농도가 5wt% 이상.
제1항에 있어서, 강판 표층의 Si농도가 6.3 ~ 6.7 wt%인 규소강판.
고주파철손이 낮은 규소강판은 이하로 이루어진다:

강판의 상하 양 표면으로부터 판두께방향으로 판두께의 적어도 10%인 부분이 Si농도 5∼8wt% 이고;

판두께 중심부근은 Si농도가 적어도 3.4wt%.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, C≤0.02wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01.wt%로 이루어지는 규소강판.
포화 자속밀도가 높고 고주파철손이 낮은 규소강판은 이하로 이루어진다:

판두께방향으로 Si농도구배를 가지는 강판;

상기 강판은 표층과 강판중심부를 가지며, 상기 표층은 강판중심부의 Si농도보다 높은 Si농도를 가지고 있으며;

3.5wt% 이하인 강판의 판두께방향에 대한 평균의 Si농도.
제5항에 있어서, 강판 표층이 4wt% 이상의 Si농도를 가지는 규소강판.
제6항에 있어서, 강판 표층이 6.3 ~ 6.7wt%의 Si농도를 가지는 규소강판.
제6항에 있어서, 4wt% 이상의 Si농도를 가지는 표층이 강판표면으로부터 판두께방향으로 판두께의 적어도 10%의 부분인 규소강판.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, C≤0.02wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01wt%로 이루어지는 규소강판.
고주파손실이 낮은 연자성 박대는 이하로 이루어진다:

표면과 중심부를 가지는 박대;

중심부의 투자율에 대해 2배 이상인 표면 투자율.
고주파손실이 낮은 연자성 박대는 이하로 이루어진다:

두께방향에 대해 Si농도구배를 가지는 규소강판으로 이루어지며, 박대표면과 박대중심부를 가지는 연자성 박대;

박대중심부의 투자율에 대해 2배 이상인 박대표면의 투자율.
제11항에 있어서, 상기 규소강판이, 강판의 판두께방향으로 평균3.5wt% 이하의 Si를 함유하는 연자성 박대.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, C≤0.02wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01wt%로 이루어지는 규소강판.
고주파철손이 낮은 규소강판은 이하로 이루어진다:

강판의 상하 양 표면으로부터 판두께방향으로 판두께의 10% 이상의 표층부분에 있어서의 Si농도가 5∼8wt% 이고;

판두께 중심부근의 Si농도가 2.2∼3.5wt%.
제14항에 있어서, 상기 표층부분이 강판의 상하 양 표면으로부터 판두께방향으로 판두께의 15∼25%인 규소강판.
제14항에 있어서, 상기 표층부분에 있어서의 Si농도가 6.3 ~ 6.7wt%인 규소강판.
제11항에 있어서, 상기 표층부분이 강판의 상하 양 표면으로부터 판두께방향으로 판두께의 15∼25%이고, 표층부분에 있어서의 Si농도가 6.3 ~ 6.7wt%인 규소강판.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, C≤0.02wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01wt%로 이루어지는 규소강판.
고주파자기특성이 우수한 규소강판은 이하로 이루어진다:

판두께방향으로 Si의 농도구배를 가지며, 표층과 판두께 중심부를 가지는 규소강판;

표층은 판두께 중심부보다 높은 Si농도를 가지며;

판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차가 0.3wt% 이상이고;

표층의 Si농도가 5∼8wt% 이고, 표(表)와 리(裏)의 표층의 Si농도차가 1wt% 이내.
제19항에 있어서, C≤0.02wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01wt%로 이루어지는 규소강판.
고주파자기특성이 우수한 규소강판을 제조하는 방법은 이하로 이루어진다:

강판표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리와 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 Si화합물을 포함하는 무산화성 분위기에서 동시에 행하는 공정;

표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높고, 판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차를 0.3wt% 이상이며, 표층의 Si농도가 5∼8wt%이며, 표와 리의 표층의 Si농도차가 1wt% 이내가 되도록 침규 및 확산속도를 제어하는 공정.
고주파자기특성이 우수한 규소강판을 제조하는 방법은 이하로 이루어진다:

강판을 Si계 화합물을 포함하는 무산화성 가스분위기에서 침규처리 하는 공정;

강판을 Si계 화합물을 포함하지 않는 무산화성 가스분위기에서 Si의 확산처리을 하는 공정;

상기 확산처리를 하는 공정에서, 표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높고, 판두께방향 Si농도의 최대와 최소의 차가 0.3wt% 이상이며, 표층의 Si농도가 5∼8wt%이고, 표와 리의 표층의 Si농도차가 1wt% 이내가 되도록 확산속도를제어하는 공정.
제21항에 있어서, 표층(表層)과 이층(裏層)의 Si농도차를 1wt% 이내로 하기 위하여, 노출측(爐出側)에서 강판의 휨(warping)높이를 계측하는 공정과, 휨높이가 제품 폭에 대해 1% 이하로 되도록, 강판의 표리면(表裏面)으로부터 공급되는 Si화합물의 양을 제어하는 공정을 더욱 가지는 규소강판 제조방법.
제22항에 있어서, 표면과 이면의 층의 Si농도차를 1wt% 이내로 하기 위하여, 노출측에서 강판의 휨높이를 계측하는 공정과, 휨높이가 제품 폭에 대해 1% 이하로 되도록, 강판의 표리면으로부터 공급되는 Si화합물의 양을 제어하는 공정을 더욱 가지는 규소강판 제조방법.
철손이 낮은 방향성 규소강판은 이하로 이루어진다:

0.2mm 이상의 판두께;

0.01wt% 이하의 C;

강판의 상하 양면으로부터 판두께방향으로 판두께의 10% 이상인 표층부분에서의 Si농도가 5∼8wt% 이고;

판두께 중심부근의 Si농도가 2.2∼3.5wt%.
철손이 낮은 방향성 규소강판은 이하로 이루어진다:

0.2mm 미만의 판두께;

0.01wt% 이하의 C;

강판의 상하 양면으로부터 판두께방향으로 판두께의 10% 이상인 표층부분에서의 Si농도가 5∼8wt%;

판두께 중심부근의 Si농도가 3∼6wt%.
제25항에 있어서, 표층부분에 있어서의 Si농도가 6.3∼6.7wt%인 방향성 규소강판.
제26항에 있어서, 표층부분에서의 Si농도가 6.3∼6.7wt%인 방향성 규소강판.
제25항에 있어서, 강판표면에 절연피막을 더 가지는 방향성 규소강판.
제26항에 있어서, 강판표면에 절연피막을 더 가지는 방향성 규소강판.
자기시효성이 우수하며 고주파철손이 낮은 규소강판은 이하로 이루어진다:

C≤0.003wt%, 0.05wt%≤Mn≤0.5wt%, P≤0.01wt%, S≤0.02wt%, 0.001wt%≤sol. Al≤0.06wt%, N≤0.01wt%;

평균으로 7wt% 이하의 Si;

상기 강판은 판두께방향으로 Si의 농도구배를 가지며, 표층의 Si농도가 판두께 중심부의 Si농도보다 높고, Si농도의 최대와 최소의 차가 0.5wt% 이상.
제31항에 있어서, Si농도의 최대와 최소의 차가 0.5∼5.5wt%인 규소강판.
제31항에 있어서, Si농도의 최대와 최소의 차가 0.7wt% 이상인 규소강판.
제31항에 있어서, C≤0.0025wt%인 규소강판.
규소강판 제조방법은 이하의 공정으로 이루어진다:

강판표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리 및 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 동일 노 내에서 동일 가스분위기에서 행하는 공정;

침규처리 및 확산처리의 처리시간 및 처리간격을 제어함으로써, 침규 및 확산속도를 제어하여, 강판 판두께방향의 Si농도분포를 제어하는 공정.
제35항에 있어서, 상기 노는 분할된 복수의 영역(zone)을 가지며, 각 영역의 원료가스 공급량을 조절하는 공정을 가지는 규소강판 제조방법.
제35항에 있어서, 상기 침규처리 및 확산처리가 화학기상증착(CVD)에 의해서 이루어지는 규소강판 제조방법.
제37항에 있어서, 상기 침규처리 및 확산처리는 SiCl₄를 사용한 화학기상증착에 의하여 이루어지는 규소강판 제조방법.
규소강판 제조방법은 이하로 이루어진다:

강판표면으로부터 Si를 침투시키는 침규처리 및 침투시킨 Si를 강판 내로 확산시키는 확산처리를 동일 분위기에서 동시에 행하는 공정;

침규 및 확산속도를 제어하여, 강판의 판두께방향 Si농도분포를 제어하는 공정.
제39항에 있어서, 상기 침규처리 및 확산처리가 화학기상증착에 의해서 이루어지는 규소강판 제조방법.
제40항에 있어서, 상기 침규처리 및 확산처리는 SiCl₄를 사용한 화학기상증착에 의해서 이루어지는 규소강판 제조방법.