KR100386378B1 - 무방향성 전자(電磁)강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 무방향성(無方向性) 전자강판(電磁鋼板)은 C : 0.01% 이하, Si : 2.5% 이하, Mn : 2% 이하, Al : 1~5% 함유하고, Si+Al+0.5×Mn이 2.5~5를 만족하는 화학조성을 가지며 또한 판 두께가 0.1~0.4mm, 평균결정입경(平均結晶粒徑)이 50~180㎛, 비커스 경도가 130~210이다. 본 발명의 강판은 모터용 철심으로 가공하는 경우의 타발(blanking)성 및 자동 코오킹성(caulking) 등의 가공성이 우수함과 동시에 철 손실(iron loss)이 작고 자속밀도가 높으므로 모터의 철심으로 사용하는 경우 모터 효율이 높다. 그로 인해서 인버터로 제어되는 모터의 철심용의 소재로서 특히 적합하다.

Description

무방향성 전자(電磁)강판 및 그 제조방법{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 전동기의 회전자(Rotor)와 고정자(stator)에 사용되는 전자(電磁)강판, 그 제조방법 및 철심(鐵心)에 관한 것으로 특히 철심으로 가공할 때에 타발(blanking)성 및 코오킹성(caulking performance)이 우수함과 동시에 자기(磁氣)특성에서도 우수한 전자강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 전자강판에 의해 제조된 철심은 철심으로서의 자기특성이 매우 양호하다. 따라서 본 발명에 의한 전자강판은 콤프레서용 모터, 전기자동차용 모터 등의 인버터 (inverter)로 제어되는 모터의 철심 소재로 특히 적합하다.

최근 지구환경보호의 관점에서 에너지 소비량의 절감이 강하게 요구되고 있다. 때문에 전기기구에 관해서는 모터의 전기 소비량의 개선이 중요한 과제로 되고 있다. 특히 사용량이 많고 또한 연속운전 되는 것이 많은 냉장고 및 에어컨용 모터는 모터 효율의 향상이 강하게 요구되고 있다.

또 지구환경문제 해결책의 하나로서 자동차의 가솔린엔진을 대체하는 동력이 검토되고 있다. 특히 모터나 모터와 가솔린엔진을 병용한 동력 또는 모터와 디젤엔진을 병용한 동력의 개발이 진행되고 있고 이들을 탑재한 전기자동차 및 하이브리드 카(Hybrid car)가 주목되고 있다. 이들의 에너지 효율을 높게 하기 위해서는 모터 효율의 향상이 불가결하다.

전기 냉장고나 에어컨 등에 사용되는 콤프레서용 모터의 제어는 모터 효율을 향상시키기 위해 회전 수를 주파수로 연속적으로 제어하는 인버터 제어가 주류로 되어왔다. 또한 자동차 동력용 모터에 관해서도 자동차의 주행속도에 맞추어서 모터의 회전 수를 저속회전과 고속회전 사이에서 임의로 제어할 필요가 있기 때문에 역시 인버터 제어방식의 모터가 주로 채용되고 있다.

통상 이들 모터의 철심에는 판 두께가 0.20 ~ 0.65mm 정도, Si 함유량이 2%이상이고, Si와 Al 함유량의 합계가 2.5~4.5% 정도의 무방향성 전자강판이 사용되고 있다. 그러나 철심으로 형성할 때 타발 가공성 및 타발 후의 판을 적층(積層) 가공하는 자동 코오킹성(caulking performance) 등의 성능이 충분하지 않다. 때문에 모터의 생산성이 낮고 또 요구되는 모터의 성능이 얻어지지 않는 경우가 있다.

예로서 전자강판을 철심의 형상으로 성형하기 위한 연속적인 타발 가공에서는 금형이 사용된다. 그 금형은 마모하기 쉬워 금형이 마모되면 타발 후 판의 단면에 버리(burr)가 생긴다. 금형의 마모가 진행되어 50㎛를 초과할 정도로 큰 버리가 발생하면 타발된 판이 적층되어 철심으로 가공되는 경우에 철심의 두께가 부정확하게 되기 쉽다. 더욱이 적층된 강판사이에 도통(導通)이 생기고 과전류 손실이 증대하기 쉽다. 따라서 버리는 가능한 한 작게 할 필요가 있고 그러기 위해서는 금형의 마모를 억제하지 않으면 안된다.

금형의 마모는 강판 특성의 영향을 받는다. 종래의 Si를 많이 함유한 경도가 높은 강판을 타발 가공하면 금형이 마모되기 쉬우므로 금형의 교환 빈도가 증가한다. 그 결과 타발작업을 중지하고 금형을 교환하는 횟수가 많아지므로 철심의 생산효율이 저하함과 동시에 금형을 재사용하기위한 금형 연마비용도 증가한다.

타발된 강판은 다음의 자동 코오킹(caulking) 공정에서 적층됨과 동시에 타발시에 강판에 형성된 요철부로 고착된다. 적층되고 고착된 철심의 코오킹강도 및 코오킹후의 점적률(占積率, space factor)은 전자강판의 재질, 표면성상 및 판두께의 영향을 받아 코오킹성이 낮은 경우에는 효율이 우수한 모터가 얻어지지 않는다.

일본 특개평8-49044호 공보 및 일본 특개평 10-2554호 공보에는 전기자동차의 모터용, 인버터 제어 콤프레서 모터용 무방향성 전자강판이 개시되어 있는데 이는 모터 효율이 우수하게 한 것이다. 그러나 타발성 및 가동 코오킹성 등의 가공성에 있어서는 반드시 충분한 성능이라고는 말할 수 없으므로 모터효율에 대해서도 더욱 향상시킬 여지가 남아있는 것이다.

본 발명은 모터 철심용 소재로서 철심으로 성형될 때의 타발성 및 코오킹성이 우수함과 동시에 철심으로 사용하는 경우에 자기특성이 우수한 무방향성 전자강판, 그 제조방법 및 철심을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 무방향성 전자강판은 두께가 0.1~0.4mm이고 다음의 화학조성과 특성을 구비하고 있다.

화학조성(중량%로서)

C : 0.01% 이하

Si : 2.5% 이하

Mn : 2% 이하

Al : 1~5%

Si+Al+0.5×Mn : 2.5~5%

Sb : 0.3% 이하, Sn : 0.3% 이하, B : 0.01% 이하,

잔부(殘部) : Fe및 불순물

특성 평균 결정입경(結晶粒徑) : 50~180㎛

비커스 경도 : 130~210

강판의 두께가 0.2~0.4mm로서 Mn 함유량이 1% 이하의 경우에는 더욱 자기특성이 향상된다. 또 이러한 강판에서 Al 함유량은1.5~5%가 바람직하다. 도 Al과 Si의 함유량의 비 Al/Si는 0.7~1.4가 바람직하고 0.8을 초과하여 1.3이하는 더욱 바람직하다.

강판의 표면조도(surface roughness)가 산술평균조도(Ra)로 0.5㎛ 이하의 경우에는 철심의 점적률이 높게 되므로 모터에 적용하는 경우에는 보다 우수한 모터효율이 얻어진다.

본 발명의 무방향성 전자강판은 다음의 공정으로 제조할 수 있다.

(1) 상기의 화학조성의 슬래브(slab)를 준비한다.

(2) 슬래브를 1300℃이하의 온도에서 가열한 후 열간압연한다.

(3) 열간압연에 이어서 냉간압연에 의해 0.1~0.4mm 두께로 압연한다.

(4) 700~1150℃온도에서 마무리 소둔(Finish annealing)한다.

표면조도가 산술평균조도(Ra)로 0.5㎛ 이하의 강판을 제조하는 경우에는 표면조도가 산술평균조성(RA)로 1.5㎛ 이하의 롤러를 사용해서 냉간압연하는 것이 좋다. 또 냉간압연전에 또는 냉간압연전 및 복수회의 냉간압연사이에 600~1000℃로 소둔하여도 좋다.

본 발명의 무방향성 전자강판을 타발가공하고 타발가공된 판을 적층해서 코오킹(caulking) 가공하는 것에 의해 본 발명의 모터용 철심이 얻어진다. 이 철심이 사용된 모터는 철심이 자속밀도, 철손실(iron loss)등의 자속특성이 우수하므로 모터특성이 좋다. 그로 인해 콤프레서용 모터, 전기자동차용 모터 등의 인버터로 제어되는 모터에 매우 적합하다.

또한 본 발명에서 코오킹가공으로는 각각의 타발된 판에 형성된 요철부의 요(凹)부에 다른 판의 철(凸)부를 겹쳐서 모두 적층하고 적층체(lamination core)를 상하면에서 압연하는 것에의해 철부와 요부를 기계적으로 맞춘 판을 서로서로 고착하는 가공을 의미한다.

콤프레서용 모터, 전기자동차용 모터 등의 인버터로 제어되는 모터의 효율을 향상시키기 위해서는 강판의 자기특성으로서 넓은 주파수영역에서 철 손실이 낮고 또한 자속밀도가 높을 것이 요구된다. 또 강판은 철심으로서 사용되는 경우의 재료강도를 만족하지 않으면 안 된다. 또 철심으로 가공하는 경우의 타발성 및 자동 코오킹성 등의 가공성이 우수한 것이 요구된다.

본 발명의 전자강판은 판 두께가 0.1~0.4mm이고 전자강판으로서는 Si 함유량이 2.5%이하로 낮고, Al 함유량이 1~5%로 높다. 또 Si+Al+0.5×Mn((1)식)이 2.5~5%의 범위에서 제한되어 있다. 더욱이 강판의 경도가 비커스 경도(Hv)로 130~210으로 낮고 평균 결정입경이 50~180㎛로 제한되어 있다.

Si 함유량을 낮게 제한한 것은 강판경도의 상승을 억제해서 타발성을 확보하기 위함이다. 이 Si 함유량의 저하에 의한 철 손실의 악화는 Al 함유량을 높임과 동시에 상기(1)식과 그 적성범위를 선택하므로써 보충된다. 본 발명의 전자강판은 이들의 조건을 전부 만족하므로 본 발명의 과제인 자기특성 및 가공성을 전부 만족한다.

이하에서 본 발명의 전자강판, 그 제조방법 및 본 발명의 전자강판을 소재로 하는 모터용 철심에 대해서 구제적으로 설명한다. 또 이하의 설명에 있어서는 화학성분의 함유량의 %표시는 질량%를 의미한다.

강판의 화학조성:

C : 강판중의 C는 철 손실을 높게 하므로 C 함유량은 낮은 편이 좋다. 특히 C 함유량이 0.01%를 초과하면 강 중의 고용탄소가 탄화물로서 석출하기 때문에 철심으로 사용되는 때에는 철 손실의 열화가 생긴다. 따라서 C 함유량은 0.01% 이하로 한다. 바람직하게는 0.005% 이하이다.

Si : Si는 강판의 전기저항을 높여서 과전류손실을 저하시키므로 철 손실을 낮추는 작용이 있다. 한편 Si는 강판의 경도를 현저하게 상승시키므로 타발성을 저하시킨다. 본 발명에서는 타발성을 확보하기 위해서 Si 함유량은 2.5%이하로 한다.타발성은 Si 함유량이 지나치게 낮더라도 저하하는 것이 아니므로 Si는 첨가하지 않더라도 좋다. 단, Si는 재료강도를 확보하는 관점에서 0.1% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.5% 이상이다.

또 강판에서 요구되는 철 손실등의 자기특성을 고려해서 함유량을 선택해도 좋다.

Mn : 강판의 자기특성에 영향을 미치는 Mn의 영향은 비교적 작으므로 첨가하지 않아도 좋다. 그러나 Mn은 강판의 전기저항을 높게 하므로 철 손실을 낯추는 작용을 갖고 있다. 그 효과를 얻을 경우에는 함유시켜도 좋다. 또 열간가공성을 향상시키는 작용도 있다. 단 Mn 함유량이 2%를 초과하면 강판의 포화자속밀도가 낮게된다. 또한 Mn 첨가비용이 높게되므로 제조비용이 상승한다. 따라서 Mn 함유량은 2% 이하로 한다. 바람직하게는 1%이하이다. 철 손실의 저하, 열간가공성의 향상효과를 얻을 경우에는 Mn 함유량은 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Al : Al은 Si와 같이 강판의 전기저항을 높게하는 작용이 있으므로 과전류손실을 낮춰서 철 손실을 낮게 하는 작용을 갖고 있다. 더구나 Si에 비해 같은 함유량에서는 강판의 경도의 상승효과가 작다. 때문에 타발성과 자기특성을 양립하여 상승시키므로 극히 중요한 원소이다. 타발성과 자기특성 양자를 확보하기 위해서 Al 함유량은 1% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나 Al 함유량이 5%를 초과하면 Si나 Mn과 마찬가지로 강판의 포화자속밀도가 저하한다. 따라서 Al 함유량은 1~5%로 한다. 바람직한 범위는 1.5~5% 이다.

Si+Al+0.5×Mn :

Si, Al 및 Mn은 어느 것이나 강판의 전기저항을 높여서 철 손실을 낮추는 작용을 갖고 있다. 한편 어느 원소도 함유량이 지나치게 많은 경우에는 강판의 포화자속밀도가 저하한다. 이들 원소가 자기특성에 미치는 영향은 같은 함유량에서는 Si와 Al의 효과는 동등하고 Mn은 그의 약 1/2이다. 따라서 이들 3원소를 종합적으로 고려해서 적정한 함유량을 선택할 필요가 있다.

본 발명에서는 하기의 (1)식이 2.5~5%를 만족하는 조건을 선택했다.

(1)식의 값이 2.5% 미만인 경우에는 강판의 철 손실을 낮추는 효과가 불충분하고 5%를 초과하면 강판의 포화자속밀도가 지나치게 낮게된다.

Si(%) + Al(%) + 0.5×Mn(%) (1)

Al / Si

자기특성을 더욱 향상시키기 위해서는 Al과 Si를 거의 같은 양을 함유 시키는 것이 좋다. 이것은 자구(磁區)구조의 변화에 기인하는 것으로 생각된다. 이 효과를 얻기 위해서는 Al / Si는 0.7~1.4로 하는 것이 좋다. Al / Si의 더욱 바람직한 범위는 0.8~1.3이다.

P, S, N :

P, S 및 N의 함유량은 낮은 편이 좋다. P는 강판의 경도의 관점에서 0.03%이하, S와 N은 철 손실의 관점에서 각각 0.01% 이하, 0.006% 이하가 바람직하다.

Sb, Sn, B :

이들 원소는 자기특성을 향상시키는 작용을 갖고 있어 필요에 따라 첨가하는 원소이다. 첨가하는 경우의 함유량은 Sb, Sn, B를 각각 0.3%이하, 0.3%이하, 0.01%이하로 하는 것이 좋다. 첨가하는 경우 이들 원소의 바람직한 하한(下限)은 각각 0.005%, 0.005%, 0.0002%이다.

또 이들 원소이외에 함유되는 불순물원소는 통상의 제강법으로 제조되는 강에 함유된 정도의 양이면 특별한 지장은 없다.

강판의 두께 :

강판의 두께(판두께)는 철 손실에 미치는 영향이 크다. 판 두께를 얇게 하는 것은 고주파영역에서의 과전류 손실의 저감에 매우 효과적이다. 그러나 판 두께의 저하에 따라 목표한 두께의 철심을 얻기위해서는 강판의 적층매수가 증가하므로 생산성의 저하를 초래한다. 또 판 두께가 지나치게 얇은 경우에는 타발된 판을 적층해서 자동 코오킹장치에서 고착시켜 철심으로 만들때 충분한 고착력이 얻어지지 않는다. 더욱이 점적율(철심으로 적층한 경우의 타발된 판의 충진율이고 틈이 없도록 여러겹으로 쌓은 것으로 가정한 경우의 철심의 계산중량에 대한 실제의 중량을 %로 표시한 것)이 저하하는 경향이 있다. 이들 특성은 판 두께가 0.1mm 이하의 경우에 특히 큰 영향을 받는다. 판 두께가 0.1mm 이하에서는 소재의 강판의 자기특성이 양호해도 충분히 성능을 발휘시키는 것이 불가능하므로 목표로 하는 모터효율을 얻는 것이 불가능하다. 판 두께의 보다 바람직한 하한은 0.2mm 이다.

한편, 판 두께가 0.4mm를 초과하면 과전류손실이 증대하기 때문에 철 손실의 증가가 현저하다. 특히 200~10000Hz의 고주파영역에서 사용하는 경우에는 철 손실이 더욱 낮은 편이 바람직하므로 그와 같은 용도에는 판두께를 0.35mm 이하로 하는 것이 좋다.

따라서 판 두께는 0.1~0.4mm로 한다. 바람직하게는 0.2~0.4mm, 더욱 바람직하게는 0.2~0.35mm이다.

강판의 경도 :

본 발명의 강판에서는 경도가 중요한 의미를 갖고 있다. 강판의 경도가 비커스 경도(Hv)로 210을 초과하면 타발가공에 사용되는 금형의 마모가 현저하게 되므로 전술한 바와 같이 타발가공의 생산성이 크게 저하한다. 한편 경도(Hv)가 130미만의 경우에는 강판을 철심으로 가공하여 모터의 회전자로서 사용되는 때에 회전자의 고속회전에 견디는 강도가 확보될 수 없다.

따라서 경도는 Hv로 130~210로 한다. 바람직하게는 140~200 이다.

또 비커스 경도의 측정은 JIS Z 2244를 기준으로 시험하중은 9.8~49N의 범위내의 임의의 것으로 하여 강판의 표면에서 측정하면 좋다.

강판의 평균결정입경 :

강판의 평균결정입경은 50~180㎛으로 한다. 평균결정입경은 50㎛미만과 같은 세립(細粒)인 경우에는 철 손실이 크게 되므로 모터에 적용하는 경우에 양호한 모터 효율을 얻지 못한다. 바람직한 평균결정입경의 하한은 60㎛이다. 한편 평균결정입경이 180㎛를 초과하는 것 같은 조립(粗粒)인 경우에는 과전류 손실이 증가하므로 고주파 영역에서의 손실이 크게 된다.

따라서 강판의 평균결정입경은 50~180㎛, 바람직하게는 60~180㎛이다.

또 평균결정입경으로는 강판의 압연방향 즉 판 두께 방향을 포함하는 단면(압연방향에 평행한 종단면)에서의 결정입경의 평균치이다. 이 평균결정입경은 전기한 종단면을 100배로 확대한 현미경사진을 기본으로 해서 판 두께방향과 압연방향에 대해서 각각 절단법에 의해 2, 3회 정도 결정입경의 측정을 반복하고 그 평균치를 계산하는 방법에 의해 구하는 것이 가능하다. 여기에서 절단법으로는 현미경 사진상의 결정입자를 횡단하는 선을 그어서 선이 횡단하는 결정입자의 수로 선의 길이를 나눈 것에 의해서 평균결정입경을 구하는 방법이다.

강판의 표면조도(粗度) :

강판의 표면조도는 철심의 점적율에 영향을 미친다. 표면조도가 산술평균 조도(Ra)로 5㎛를 초과하면 점적율이 저하되기 쉬우므로 0.5㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 산술평균 조도(Ra)의 하한은 낮은 편이 좋다. 단 통상의 상업규모의 생산에서 얻어지는 산술평균 조도(Ra)의 하한은 0.1㎛ 정도이다.

강판의 제조방법 :

본 발명의 무방향성 전자강판은 통상 채용되고 있는 제조설비에 의해 통상의 공정에서 제조할 수 있다.

처음에 상술한 화학조성을 구비하는 슬래브를 준비한다. 슬래브는 연속주조로 제조된 편평형의 강판용 슬래브도 좋고 조괴법(ingot making)으로 제조된 잉곳(ingot)을 분괴법에 의해 편평형으로 압연한 것도 좋다.

열간 압연 전에 슬래브를 가열한다. 이때에 가열온도는 1300℃이하로 하는 것이 바람직하다. 가열온도가 1300℃를 초과하면 자기특성이 저하하는 것이 된다. 한편 가열온도가 지나치게 낮으면 열간 가공시의 슬래브에 균열이 생기기 쉬우므로 가열온도의 하한은 1100℃로 하는 것이 바람직하다. 따라서 바람직한 가열온도는1100~1300℃, 더욱 바람직하게는 1100~1250℃이다. 열간 압연에는 1.5~2.5mm 정도의 두께까지 압연하는 것이 좋다.

열간 압연 후 냉간압연에 선행해서 자기특성을 더욱 향상시키기 위한 열연판 소둔을 행하는 것도 좋다. 열연판 소둔 온도가 지나치게 낮으면 효과가 없고 지나치게 높으면 결정입자가 크게 되어 냉간압연시에 강판이 파단되므로 소둔 온도는 600~1000℃의 범위로 하는 것이 좋다.

냉간압연 전에 강판의 표면에 생성하고 있는 산화물 층을 제거하기 위한 산세(酸洗) 처리를 행하는 것이 좋다.

냉간압연은 1회로도 좋고 복수회를 반복해도 좋다. 냉간압연을 복수회 반복하는 경우에는 냉간압연과 냉간압연과의 사이에 중간 소둔을 행한다. 이 냉간압연에 의해 0.1~0.4mm의 범위내의 임의의 두께로 압연한다. 냉간압연 사이의 중간 소둔 온도는 600~1000℃로 하는 것이 바람직하다.

강판의 표면조도를 산술평균조도(Ra)로 0.5㎛ 이하로 하는 경우에는 냉간압연시의 최종 패스 롤의 표면조도를 1.5㎛ 이하로 하는 것이 좋다. 최종 패스롤로서는 리버스식 압연기에서는 워크롤(work roll), 턴테이블식 압연기에서는 최종 스탠드 워크롤을 의미한다.

냉간압연후의 마무리 소둔(燒鈍)은 700~1150℃의 온도범위에서 행하는 것이 좋다. 700℃미만으로는 충분히 재결정되지 않으므로 자기특성이 양호한 강판이 얻어지지 않고 또 강판 경도가 지나치게 높게 되는 경향이 있다. 한편 1150℃를 초과하면 결정입자가 조대화되기 쉬워 철심으로 가공하는 경우의 타발성이 저하하기 쉽다.

경도 및 평균결정입경은 마무리 소둔에 있어서 소둔온도, 소둔시간에 의해 조정할 수 있다. 소둔온도, 소둔시간과 경도, 평균결정입경과의 관계를 미리 구해놓고 가장 적합한 조건을 택하는 방법이 실용적이다.

소둔 후 필요에 따라 강판의 표면에 두께 0.1~0.8㎛ 정도의 수지피막을 코팅하는 것도 좋다. 수지피막은 철심으로 가공하는 경우의 강판의 타발성을 향상시킴과 동시에 철심 적층판 사이의 전기적 절연성을 향상시키는 일을 한다. 수지피막은 유기수지만으로도 좋고 유기수지와 무기재료의 혼합물로도 좋다.

수지로서는 메타 아크릴산 메틸 수지, 스티렌 수지, 초산 비닐수지 등이 적합하다. 무기재료로서는 크롬산 마그네슘, 크롬산 알루미늄 등을 사용할 수 있다.

철심의 제조방법 :

본 발명의 강판을 소재로 하는 철심의 제조는 통상 공업적으로 채용되고 있는 제조방법에 따르면 좋다. 구체적으로는 먼저 강판을 소정의 형상으로 연속적으로 타발 한다. 타발 시 적층 후 타발된 판을 고착하기 위한 요철부를 형성하여 둔다. 다음에 소정의 개수의 판을 적층하고 또 코오킹가공에 의해 적층체로 한다. 코오킹 가공시에는 타발공정에서 각각의 타발된 판에 형성된 요철부가 기계적으로 서로 합쳐져서 고착되어 적층체 즉 철심이 완성된다.

실시예

표1에 시험에 제공된 두께 227mm, 폭1000mm의 슬래브의 화학조성을 나타낸다.

실시예1:

강판의 타발성을 연속 타발시험에 의해 조사했다. 표1에 나타난, 화학조성이 본 발명의 규정을 만족하는 강 C, F 및 J의 슬래브에 대해서, 표2에 나타난 슬래브 가열온도로 가열해서 열간압연하고 또 표2에 나타난 열연판소둔온도 및 마무리 소둔온도에서 처리하므로서 경도가 다른 시험재료를 준비했다. 시험재료의 판 두께는 경도와 함께 표2에 나타내었다.

타발시험조건은 블랭크의 크기 : 세로와 가로 17mm, 다이스(재질:SKD11)로, 스트로크 수 : 350회/분, 클리어런스 : 5%로 했다. 또 타발시에는 타발유를 사용했다. 타발성은 타발재(材)의 버리(burr)의 높이가 50㎛에 달할 때 까지의 타발횟수로 평가했다.

표2에 시험결과를 나타낸다.

화학조성이 본 발명에서 규정한 범위내인 강에 있어서도 마무리 소둔온도가 지나치게 낮고 경도가 본 발명의 규정의 상한을 초과하는 경우(시험번호4, 7)에는 다이스의 수명이 단축되었다. 즉, 시험번호 4 및 7의 경우는 타발 후의 블랭크 재료의 버리가 50㎛에 달할 때 까지의 타발횟수가 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하는 다른 시험번호의 경우에 비해서 20%이상 적은 30만회이하 였다.

실시예2:

표1에 나타낸 화학조성의 슬래브를 1250℃에서 가열한 후 열간 압연에 의해 두께 2.2mm까지 압연했다. 다음에 산세 후 수소 분위기 중에서 820℃로 10시간, 상소둔(Batch annealing)으로 열연판 소둔을 하였다. 그 후 1회 냉간압연에 의해 두께 0.15~0.50mm 까지 압연했다. 또 냉간압연 시에 사용한 최종 패스 롤의 조도는 산술평균조도(Ra)로 0.8㎛이다. 또 900~1150℃로 30초간 가열하는 마무리 소둔처리를 하였다. 이 소둔에 의해 경도, 평균결정입경이 상이한 시험 재료를 제작했다. 마무리 소둔 온도내 특히 기재되어 있지 않은 경우의 온도는 1050~1150℃이다. 마무리 소둔 후 강판의 표면에 무기질 크롬산 마그네슘중에 수지입자를 분산시킨 두께 0.4㎛의 피막을 형성시켰다.

얻어진 강판에 대해서 강판의 재료특성 및 자기특성을 조사했다.

강판의 경도는 JIS Z 2244에 기준해서 강판표면에서 비커스 경도(하중9.8N)를 측정하는 방법에 의해 구했다. 또 평균결정입경은 전술한 것과 같이 강판의 압연방향으로 즉 두께방향의 단면에 대해서 광학현미경에 의해 100배의 배율에서 촬영된 미세 사진을 기준하여 절단법에 의해 모두2회 측정해서 측정치를 평균하는 방법에 의해 측정했다.

자기특성은 JIS C 2550에 준거하여 엡스타인(epstein) 시험편 (280mm*30mm)에 의해 W_15/50, W_15/400(자속밀도 1.5T, 주파수 50Hz와 400Hz에 있어서의 시료1kg 당의 철 손실) 및 B₅₀(자화력(magnetization force) 5000A/m에 대한 자속밀도)을 조사했다.

또 인버터 제어로 구동되는 4극 영구자석 매입식 동기모터를 시험제작하여 모터 효율의 평가도 하였다. 모터 효율은 인버터 주파수를 30~300Hz의 범위에서 변화시켜 측정하고 평가했다. 여기에서 모터 효율로는 입력전기 에너지에 대한 출력 에너지의 비율이고 모터 효율은 피크(peak) 효율(30~300Hz의 주파수 범위에서 가장 높은 효율)로 비교했다. 또 모터에 사용한 철심에는 철심으로 가공 후 750℃에서 2시간 응력완화소둔(strain relief annealing)을 실시했다.

코오킹성은 자동 코오킹금형을 사용해서 외경 45mm, 내경 33mm의 링 코어(ring core) (4점 코오킹)를 제작해서 인장시험에 의해 그 결속력을 측정하여 1점당의 코오킹강도를 구하였다.

표3에 시험결과를 나타낸다.

시험번호1, 11, 20은 시험재료 (각각 강의 기호A, I, P)의 Si 함유량이 본 발명에서 규정하는 범위의 상한을 초과하고 있기 때문에 경도가 지나치게 높다. 이들 중 시험번호 20은 더욱 Si+Al+0.5×Mn이 본 발명에서 규정하는 범위의 상한을 벗어나므로 자속밀도도 낮았다.

시험번호 14는 화학조성이 본 발명에서 규정한 조건을 만족하고 있지만 강판의 경도가 125로 지나치게 낮으므로 모터 철심에서 요구되는 강도가 부족하였다.

시험번호 21은 판 두께가 본 발명에서 규정하는 범위의 상한을 초과하고 있기 때문에 철 손실이 뒤떨어졌다. 또 산술평균조도(Ra)가 0.85㎛로 지나치게 크므로 점적율도 작고 모터 효율도 낮은 수치였다.

시험번호8은 평균결정입경이 작고 본 발명에서 규정하는 범위의 하한을 벗어나고 있으므로 철 손실이 크고 모터 효율도 낮았다.

시험번호 19는 Si+Al+0.5×Mn이 본 발명에서 규정하는 범위의 하한을 벗어나고 있으므로 철 손실이 뒤떨어졌다. 또 강판의 경도가 지나치게 낮으므로 모터 철심에 요구되는 강도가 부족하였다.

다른 시험번호에 대해서는 어느 것이나 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하고 있으므로 어느 것도 자기특성이 우수하고 적절한 경도를 겸비하였다. 따라서 모터 효율도 양호하였다. 특히 Al/Si의 범위가 적절한 범위에 있는 조건의 경우에는 (2~4, 9, 10, 15~18, 23~25) 자기특성과 모터 효율이 모두 양호하였다.

또 시험번호 17및 18에 대해서 전술한 방법으로 1점당의 코오킹 강도를 구한 결과 각각 33MPa, 42MPa이고 자동코오킹성도 양호하였다.

본 발명의 무방향성 전자강판은 화학조성, 판 두께, 경도, 평균결정입경에 대해 각각 최적의 조건이 선택되고 있으므로 자기특성이 우수함과 동시에 모터용 등의 철심으로 가공하는 경우에 타발성이 우수하다. 그로 인해 타발 가공에 사용되는 금형의 수명이 길어지고 또 철심등의 적층체의 형상이 양호하며 점적율도 높다. 또 금형의 수명이 길어지고 타발 가공이 용이하므로 생산성 및 작업성이 매우 좋다. 본 발명의 무방향성 전자강판은 냉장고, 에어컨의 콤프레서 모터 및 전기자동차용 모터와 같은 인버터로 제어되는 모터의 철심으로 특히 적절하다. 이러한 용도에 적용하는 경우에는 철심의 생산성이 높아져 폭 넓은 주파수영역에서 철 손실이 낮고 모터 효율이 높다는 이점이 있다.

Claims (18)

1. 질량%로서, 0.01% 이하의 C, 2.5% 이하의 Si, 0.05~2%의 Mn ,1~5%의 Al를 포함하고, 0.3% 이하의 Sb와 0.3% 이하의 Sn과 0.01% 이하의 B 중 하나 이상을 더 포함하며, 잔부는 Fe및 기타 불가피한 불순물로 구성되고, Si+Al+0.5×Mn은 2.5~5%인 관계가 있는 화학조성을 가지며;

   그 특성에 있어, 평균결정입경이 50~180㎛이고 비커스 경도가 130~210인

   두께가 0.1~0.4mm인 무방향성 전자강판
2. 청구항 1에 있어서,

   두께가 0.2~0.4mm로서 Mn 함유량이 0.05~1%인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판.
3. 청구항 1에 있어서,

   Al 함유량이 1.5~5%인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판.
4. 청구항 2에 있어서,

   Al 함유량이 1.5~5%인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,

   Al과 Si의 함유량의 비 Al/Si가 0.7~1.4인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판.
6. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,

   Al과 Si의 함유량의 비 Al/Si가 0.8~1.3인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판.
7. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,

   표면조도가 산술평균조도(Ra)로 0.5㎛이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판.
8. 하기의 공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판의 제조방법.

   (1) 다음 화학조성의 슬래브를 준비한다.

   질량%로서, C : 0.01% 이하, Si : 2.5% 이하, Mn : 0.05~2%, Al : 1~5%, Si+Al+0.5×Mn : 2.5~5, Sb : 0.3% 이하, Sn : 0.3% 이하, B : 0.01% 이하, 잔부 : Fe 및 불순물

   (2) 슬래브를 1300℃이하의 온도에서 가열한 후 열간압연한다.

   (3) 열간 압연에 이어서 냉간압연에 의해 0.1~0.4mm 두께까지 압연한다.

   (4) 700~1150℃의 온도에서 마무리 소둔한다.
9. 청구항 8에 있어서,

   슬래브의 Al/Si 함유량의 비 Al/Si가 0.7~1.4인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판의 제조방법.
10. 청구항 8에 있어서,

    표면조도가 산술평균조도(Ra)로 1.5㎛이하의 롤을 사용해서 냉간압연하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판의 제조방법.
11. 청구항 9에 있어서,

    표면조도가 산술평균조도(Ra)로 1.5㎛이하의 롤을 사용해서 냉간압연하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판의 제조방법.
12. 청구항 8 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,

    냉간압연전 또는 냉간압연전 및 복수회의 냉간압연의 사이에서 600~1000℃로소둔하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판의 제조방법.
13. 두께가 0.1~0.4mm, 평균결정입경이 50~180㎛, 비커스 경도가 130~210인 하기의 화학조성을 가지는 무방향성 전자강판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 모터용 철심.

    질량%로서

    C : 0.01% 이하

    Si : 2.5% 이하

    Mn : 0.05~2%

    Al : 1~5%

    Si+Al+0.5×Mn : 2.5~5

    Sb : 0.3% 이하, Sn : 0.3% 이하, B : 0.01% 이하

    잔부 : Fe및 불순물
14. 청구항 13에 있어서,

    강판의 두께가 0.2~0.4mm, Mn 함유량이 0.05~1%인 것을 특징으로 하는 모터용 철심
15. 청구항 13에 있어서,

    강판의 Al과 Si의 함유량의 비 Al/Si가 0.7~1.4인 것을 특징으로 하는 모터용 철심.
16. 청구항 13 또는 14에 있어서,

    강판의 Al과 Si의 함유량의 비 Al/Si가 0.8~1.3인 것을 특징으로 하는 모터용 철심.
17. 청구항 13 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,

    강판의 표면조도가 산술평균조도(Ra)로 0.5㎛이하인 것을 특징으로 하는 모터용 철심.
18. 질량%로서, 0.01% 이하의 C, 2.5% 이하의 Si, 0.05~2%의 Mn ,1~5%의 Al, 잔부는 Fe및 기타 불가피한 불순물로 구성되고, Si+Al+0.5×Mn은 2.5~5%인 관계가 있는 화학조성을 가지며;

    그 특성에 있어, 평균결정입경이 50~180㎛이고 비커스 경도가 130~210인

    두께가 0.1~0.4mm인 무방향성 전자강판