KR100438061B1

KR100438061B1 - 고주파자기특성이우수한전자강판및그제조방법

Info

Publication number: KR100438061B1
Application number: KR10-1998-0047173A
Authority: KR
Inventors: 시게아끼 다까조; 다까고 야마시따; 아끼히로 마쓰자끼; 오사무 곤도
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1998-11-04
Publication date: 2004-09-10
Also published as: US6162306A; US6322638B1; EP0915179A2; KR19990045013A; US6364962B1

Abstract

본 발명은, 특히, 상용 주파수보다도 높은 주파수 (1 k㎐ ~ 100 kHz) 가 동작역인 고속 모터, 고주파 트랜스 등의 철심소재로서 바람직한, 고주파 자기특성이 우수한 전자강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 가공성이 우수하고, 높은 비저항에 의한 양호한 고주파 자기특성을 가지며, 나아가 내식성 또는 저렴성까지 겸비한 전자강판을 제안하는 것을 목적으로 한다. 발명자들은 Si 강 또는 Si-Al 강의 가공성 향상에는 C 및 N 을 저감하고, Cr 을 공존시키는 것이 효과적이고, 또한 Cr 첨가는 전기저항의 증대에도 상승적인 효과가 나타나는 것을 알아내었다.

즉, Cr : 1.5 wt % 이상 20 wt % 이하 및 Si : 2.5 wt % 이상 10 wt % 이하를 함유시키고, C 및 N 이 합계량으로 100 wt ppm 이하이고, 비저항을 60μΩㆍ㎝ 이상으로 하는 전자강판으로서 우수한 고주파 자기특성을 얻을 수 있다. 또한, Al, Mn 및 P 의 어느 하나를 함유할 수도 있다. 또한, 판두께는 0.01 ~ 0.4 ㎜ 인 것이 바람직하다. 나아가, 강 소재를 열간압연에 의하여 판두께 3 ㎜ 이하로 하는 것이 가공성 확보를 위해 필요하다.

Description

고주파 자기특성이 우수한 전자강판 및 그 제조방법

본 발명은, 특히, 상용 주파수보다도 높은 주파수역에서 양호한 자기특성을 갖는 전자강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래부터 Si 강은, 연자기특성이 우수한 전자강판으로 알려져 있다. 주로 Si 량이 3.5 wt % 이하인 Si 강은, 상용 주파수용 모터 또는 트랜스 등의 각종 철심용 소재에 많이 사용되고 있다. 그러나, Si 량이 3.5 wt % 이하인 Si 강은 상용 주파수보다 높은 주파수역 (1 kHz 이상) 에서는 와전류에서 기인하는 철손이 크다. 따라서, 사용 주파수가 상용 주파수보다도 높은 전기기기의 철심소재로 하기에는 불리하다. 최근에는 전자기기의 소형화, 고속화가 지향되고, 이에 따라 고속 모터, 고주파 트랜스 등의 수요가 높아지고 있다. 그래서, 상용 주파수보다도 높은 주파수역에서 철손이 낮은 재료가 요구되고 있다. 또한, 매우 높은 주파수역 (100 kHz 이상) 에서는, 강판에서 와전류손이 현저하여, 페라이트가 비록 자속밀도가 낮지만, 통상적으로 철심소재로 사용되어 왔다.

이때, 강중의 Si 량을 증가시키면 전기저항이 증대되므로, 와전류를 적게 할 수 있어, 상용 주파수보다 높은 주파수역에서의 철손을 저감시키는 데에는 바람직하다. 그러나, Si 량이 3.5 wt % 를 초과하는 Si 강은 매우 단단하고 취성이 있어 가공성이 열화되기 때문에, 압연에 의한 제조가 매우 어려워진다. 특히, Si 량이 5.0 wt % 를 초과하는 경우에는, 냉간압연뿐만아니라 온간압연도 불가능할 정도로 가공성이 열화된다.

6.5 wt % 정도의 Si 를 함유해도 공업적으로 강판을 제조하는 것을 목적으로 하는 기술로서는, 일본 공개특허공보 소61-166923 호에 열간압연을 저온대압하로 하는 방법이, 일본 공개특허공보 소62-227078 호에 Si 의 확산침투처리에 의한 방법이 개시되어 있다.

그러나, 일본 공개특허공보 소61-166923 호에 개시된 기술은, 취성을 외관상 개선하기 위하여 압연조직의 미묘한 조정이 필요하다. 따라서, 제조과정에서 엄밀한 제어를 하지 않으면 안되며, 공업적으로 안정적인 생산을 하기가 곤란하다. 한편, 일본 공개특허공보 소62-227078 호에 개시된 기술은, 특수한 확산침투법을 이용하지 않으면 안되며, 공업적인 제조를 실시하는 경우에는 코스트면에서 매우 불리하다.

또한, Si 량을 6.5 wt % 까지 증량해도, 비저항은 고작해야 80 μΩㆍ㎝ 정도의 수준에서 그칠 수밖에 없다. 특히, 통상의 공업적인 압연법으로 제조할 수 있는 3.5 wt % 이하의 Si 량의 경우, 50 μΩㆍ㎝ 대 까지의 비저항밖에 얻을 수 없다. 즉, Si 첨가만으로 전기저항을 더욱 높이는 데에는 한계가 있어, 양호한 고주파 자기특성을 얻기는 불충분하였다.

나아가, Si 강은 내식성이 떨어지는 점에서도, 철심 등의 용도에 있어서는문제가 된다.

한편으로, Al 은 Si 와 마찬가지로 전기저항을 증대시키는 효과가 있고, 나아가 Si 만큼 가공성을 열화시키지 않는 것으로 알려져 있다. 따라서, Si 의 일부를 Al 로 치환시켜 계속하여 전기저항을 증대시키면서, 가공성을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, Si : 3 wt %, Al : 0.7 wt % 로 조성된 강은, Si : 3.7 wt % 로 조성된 강보다도 가공성이 양호하고, 자기특성도 거의 동등하다. 그러나, Al 은 Si 보다 코스트가 비싸고, 자속밀도의 감소가 크다는 점이 불리하다. 또한, Si : 3 wt % 이상의 강에 있어서, Si 와 Al 의 합계량이 4 wt % 이상이 되면, 역시 가공성은 열화되고, 냉간압연이 불가능해진다. 나아가, Si 와 Al 의 합계량이 6 wt % 를 초과하는 경우에는, 온간압연도 곤란해질 정도로 가공성이 열화된다. 즉, Si 와 Al 의 합계량이 4 wt % 미만인 경우에는 공업적으로 제조할 수 있으나, 결국에는 60 μΩㆍ㎝ 이상의 비저항은 얻을 수 없었다.

어느 경우에서나, 단순한 Si 와 Al 의 첨가량의 증가에 의해 고주파역에서의 철손저감을 도모한다 해도, 본질적인 가공성의 개선을 달성할 수 없고, 내식성, 저렴성도 불충분했다는 것이 문제였다.

또한, Si 강의 내식성을 개선하기 위한 수단으로, Cr 을 일정량 첨가하는 방법이, 일본 공개특허공보 소52-24117 호 및 일본 공개특허공보 소61-27352 호에 개시되어 있다. 이렇게, Cr 을 첨가함으로써 내식성을 향상시킨 Si 강은 잘 알려져 있다. 그러나, 이들 공보에 개시되어 있는 강은, 모두가 자기특성이 통상의 Cr 을 함유하지 않는 Si 강과 동일한 정도로서, 자기특성은 크게 개선되지 않았다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위하여, 가공성이 우수하고, 높은 비저항에 의한 양호한 고주파 자기특성을 갖고, 나아가 내식성 또는 저렴성을 겸비한 전자강판을 제안하는 것을 목적으로 한다. 또한, 가공성이 개선됨으로써, 제품판의 판두께를 얇게 하여, 고주파 자기특성을 더 한층 개선시킬 수 있을 것으로 유추된다.

발명자들은 상기 목적의 달성을 위하여 예의 연구를 계속한 결과, 다음과 같은 신규의 지식을 얻게 되었다. 먼저, 가공성의 확보에 대해서는, Si 강 또는 Si-Al 강의 가공성 향상에는 의외로 Cr 을 공존시키는 것이 효과적이라는 것을 알게 되었다. 이 때까지는 Cr 을 첨가할수록 가공성은 열화되는 것으로 알려져 왔다. 그러나, Si 가 3 wt % 이상 그리고 Al 이 1 wt % 이상의 함유량이라고 해도, C + N 의 함유량을 충분히 저감시키고, 일정량 이상의 Cr 을 함유시키면, 오히려 가공성이 높아지는 것을 알게 되었다. 나아가, 더욱 Si 량 및 Al 량이 낮은 Cr 함유 Si 강 또는 Cr 함유 Si-Al 강으로서, 비저항이 60 μΩㆍ㎝ 이상이 되는 경우에도, C + N 의 함유량을 충분히 저감시키면, 동등한 비저항을 갖는 Si 강 또는 Si-Al 강보다도 가공성이 대폭 향상되는 것을 알게 되었다.

또한, Cr 을 Si 또는 Al 과 동시에 함유시킴으로써, 전기저항의 증대에 상승적인 효과가 나타나는 것을 알게 되었다. 그 결과, Cr 함유 강에서는, 특히 고주파역에서의 철손을, Si 또는 Al 만을 함유하는 Si 강 및 Al 강, 나아가 Si-Al 강에비하여 대폭 저감시킬 수 있게 되었다. 나아가, Cr 을 첨가함으로써, 내식성은 종래의 Si 강에 비하여 확실히 향상되었다.

본 발명은 상기 지견에 입각한 것으로, 그 요지 구성은 다음과 같다.

즉, Cr : 1.5 wt % 이상 20 wt % 이하 및 Si : 2.5 wt % 이상 10 wt % 이하를 함유하고, C 및 N 이 합계량으로 100 wt ppm 이하이고, 비저항이 60 μΩㆍ㎝ 이상인 고주파 자기특성이 우수한 전자강판이다. 또한, Al : 5 wt % 이하 또는 Mn 및 P 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종을 각각 1 wt % 이내로 함유할 수 있다. 또한, 판두께가 0.01 ~ 0.4 ㎜ 인 것도 바람직하다. 나아가, Cr : 1.5 wt % 이상 20 wt % 이하, Si : 2.5 wt % 이상 10 wt % 이하 및, C 및 N 을 합계량으로 100 wt ppm 이하를 함유하는 강소재를 열간압연에 의하여 판두께 3 ㎜ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판의 제조방법이다.

이하, 본 발명에 이르기까지의 실험결과에 대하여 설명하기로 한다.

순도 99.99 % 이상의 Fe, Cr, Si, Al 을 원료로 하고, 고진공 (1×10^-4Torr) 의 소형 용해로로, Cr 첨가 4.5 wt % Si-2 wt % Al 강을, Cr 량이 각각 0 wt %, 2 wt %, 4 wt % 및 12 wt % 가 되는 성분조성으로 하여, 10 ㎏ 씩 용제하였다. 얻어진 강의 불순물 함유량은, C : 5 ~ 8 wt ppm, P : 3 ~ 5 wt ppm, S : 2 ~ 3 wt ppm, N : 12 ~ 18 wt ppm, O : 11 ~ 15 wt ppm, C + N : 18 ~ 22 wt ppm 이었다. 이들 강괴를 두께 60 ㎜ 로 자르고, 1100 ℃ 로 가열하여 판두께 3.2 ㎜ 로 압연하였다. 이들 강판으로부터, 판두께 2.5 ㎜, 폭 10 ㎜, 길이 55 ㎜, 2 ㎜ 의 길이로V 노칭된 샤르피 시험편을 채취하였다. 또한, 시험편의 길이방향은 압연방향과 평행이 되도록 하였다. 250 ℃ 까지의 다양한 온도에서 샤르피 시험을 실시하고, 취성 파면율을 각각의 온도에서 측정하였다. 측정결과로부터 시험편의 취성 파면율이 50 % 가 되는 온도를 내삽 (interpolation) 으로 구하였다. 취성 파면율이 50 % 가 되는 온도는 연성-취성 천이온도라고 하고, 인성의 지표로 알려져 있어, 가공성을 평가할 수 있다. 인성, 즉 가공성은 천이온도가 낮을수록 양호하다. 천이온도에 미치는 Cr 량의 영향을 표 1 에 나타내었다.

표 1 에 의하면, 예상외로 Cr 량의 증가와 함께 천이온도가 저하되었다. 즉, Cr 량의 증가와 함께 가공성이 향상되었다. 나아가, Cr 량 2 wt % 이상에서 가공성의 향상효과는 나타난다는 것, 및 Cr 을 20 wt % 를 초과하여 증량시켜도 가공성 향상효과는 포화되는 것이 밝혀졌다. 천이온도가 200 ℃ 이하이면, 300 ℃ 정도의 통상의 온간압연을 실시하는 것이 가능하다. 또한, 천이온도가 100 ℃ 이하이면, 소재를 최초에 200 ℃ 이하로 가열하고, 후에는 통상의 냉간압연을 실시하는 것이 가능하여, 공업적으로는 유리해진다.

다음으로, 4 wt % Cr-4.5 wt % Si-2 wt % Al 강으로, C 및 N 을 조절하기 위

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하여 Fe-5 wt % C 모합금 및 질화철을 첨가한 것 이외에는 상기와 동일한 방법으로, C + N 함유량이 다른 강판을 제조하여, 동일하게 샤르피 시험을 실시하였다. 결과를 표 2 에 나타내었다.

표 2 에 의하면, C + N 이 100 wt ppm 정도 이하가 되면 가공성이 현저하게 향상되었다. C + N 이 100 wt ppm 정도 이하인 경우, 통상의 온간압연을 실시하는 것이 가능하다.

나아가, 이들 열연판 중에, C + N 량이 19 wt ppm 인 4 wt % Cr-4.5 wt % Si-2 wt % Al 강과, 비교재인 6 wt % Si 강 (C+N 은 19 wt ppm) 에 대하여, 온간압연으로 0.2 ㎜ 두께의 박판으로 하고, 수소분위기 중에서 1200 ℃, 60 min 으로 소둔한 후에, 비저항과 자기특성을 측정하였다. 여기에서, 4 wt % Cr-4.5 wt % Si-2 wt % Al 강은 열연판을 300 ℃ 로 가열하여, 통상의 온간압연을 실시하였다. 6 wt % Si 강은 매우 취성이 있어 통상의 온간압연은 불가능하였기 때문에, 특히 열연판을 450 ℃ 로 가열하고, 각 압연 패스마다 재가열하여 0.2 ㎜ 두께의 박판으로 하였다. 4 wt % Cr-4.5 wt % Si-2 wt % Al 강의 비저항은 120 μΩㆍ㎝ 이고, 6 wt % Si 강의 비저항 : 81 μΩㆍ㎝ 를 대폭으로 상회하였다. 또한, 주파수 10 kHz, 자속밀도 0.1 T 에서의 철손치는, 4 wt % Cr-4.5 wt % Si-2 wt % Al 강이 15 W/㎏ 으로서, 6 wt % Si 강의 철손치 : 18 W/㎏ 보다 크게 우수하였다.

본 발명은, 상기 실험사실을 개발의 단서로 하여 얻어진 것으로, 성분계 및 순도의 선택이 중요한 역할을 담당한다. 이하, 이들의 성분조성범위에 대하여 수치를 한정한 이유를 설명하기로 한다.

먼저, Cr 은 Si 및 Al 과의 상승작용에 의하여 전기저항을 대폭으로 향상시켜 고주파역에서의 철손을 저감시킨다. 또한, 내식성을 향상시키는 기본적인 성분원소이다. 나아가, 3.5 wt % 이상의 Si 함유량의 경우 또는 3 wt % 이상의 Si 함유량 그리고 1 wt % 를 초과하는 Al 함유량의 경우에 있어서도, Cr 첨가는 가공성 향상에 매우 유효하며, 통상의 온간압연을 가능하게 한다. 가공성 향상의 관점에서 Cr 첨가는 2 wt % 이상을 요한다. Si 량 또는 Al 량이 상기 경우보다도 적을 때에는, Cr 량을 2 wt % 이하로 감소시켜도 가공성은 확보할 수 있다. 그러나, Cr 의 가공성 향상효과를 발휘케 하고, 또한 합금의 비저항을 60 μΩㆍ㎝ 이상으로 하기 위해서는 1.5 wt % 이상의 Cr 은 필수적이다. 한편, Cr 이 20 wt % 를 초과하게 되면 가공성 향상효과가 포화됨과 동시에, 코스트 상승을 초래한다. 따라서, Cr 의 함유량은 1.5 wt % 이상, 20 wt % 이하, 바람직하게는 12 wt % 이상, 10 wt % 이하, 보다 바람직하게는 3 wt % 이상, 7 wt % 이하로 규정한다.

Si 는, Cr 과의 상승효과에 의하여 전기저항을 대폭으로 상승시켜, 고주파역에서의 철손을 저감시킨다. Si 량이 2.5 wt % 미만에서는 Cr 또는 Al 을 병용해도 자속밀도를 그다지 크게 희생시키지 않고 60 μΩㆍ㎝ 이상의 비저항을 얻을 수 없다. 한편, 10 wt % 를 초과하게 되면 Cr 을 함유시켜도 통상의 온간압연을 실시할 수 있게 되기까지의 가공성을 확보할 수 없다. 따라서, Si 의 함유량은 2.5 wt % 이상, 10 wt % 이하, 바람직하게는 3 wt % 이상, 7 wt % 이하, 보다 바람직하게는 3.5 wt % 이상, 5 wt % 이하로 규정한다.

Al 은, Si 와 동일하게, Cr 과의 상승효과에 의하여 전기저항을 대폭으로 향상시키고, 고주파역에서의 철손을 저감시키는데 유효한 성분이다. 따라서, 본 발명에서는 필요에 따라서 Al 을 함유시킬 수 있다. 그러나, Al 량이 5 wt % 를 초과하면 코스트 상승을 초래한다. 나아가, 본 발명에서와 같이 Si 량이 2.5 wt % 이상 함유되어 있는 경우에는, Cr 을 함유시켜도 통상의 온간압연을 실시할 수 있게 되기까지의 가공성을 확보할 수 없다. 따라서, Al 의 함유량은 5 wt % 이하로 한다. 또한, Al 은 탈산 또는 결정립 성장성의 개선을 위하여 0.005 ~ 0.3 wt % 정도를 함유시킬 필요가 있다. 나아가, 본 발명에서와 같이 Si 가 2.5 wt % 이상 함유되어 있는 강에서는, Al 을 전기저항의 증대를 위하여 적극적으로 활용하고자 할 때, 0.5 wt % 미만에서는 충분한 효과를 얻을 수 없다. 따라서, Al 의 함유량은 바람직하게는 0.005 wt % 이상, 5 wt % 이하, 보다 바람직하게는 0.5 wt % 이상, 3 wt % 이하로 규정한다.

C 및 N 은, Cr-Si 강의 인성을 열화시키므로, 가능한 한 저감시킬 필요가 있다. 본 발명의 Cr 량, Si 량 및 Al 량의 경우에는, 앙호한 가공성을 확보하기 위하여 C 및 N 은 합계량으로 100 wt ppm 이하로 억제할 필요가 있다. 바람직하게는 60 wt ppm 이하, 보다 바람직하게는 30 wt ppm 이하이다. 또한, 각각의 C 및 N 은, C 가 30 wt ppm 이하, N 이 80 wt ppm 이하가 좋고, 보다 바람직하게는 C 가 10 wt ppm 이하, N 이 20 wt ppm 이하가 좋다.

또한, C, N 이외의 불순물량은 특별히 한정되지는 않으나, S : 20 wt ppm 이하, 바람직하게는 10 wt ppm 이하, 보다 바람직하게는 5wt ppm 이하가 좋다. 0 : 50 wt ppm 이하, 바람직하게는 30 wt ppm 이하, 보다 바람직하게는 15 wt ppm 이하가 좋다. 또는, 불순물 C+S+N+O 의 합계량으로 120 wt ppm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 wt ppm 이하가 좋다.

Mn 및 P 는, Cr-Si 강에 더욱 첨가됨으로써, 전기저항이 한층 더 상승되는 것으로 알려져 있다. 이들 성분의 첨가에 의하여, 가공성 향상효과가 저해되는 일이 없이 철손 저감이 더 한층 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 Mn, P 중으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종을 함유시킬 수 있다. 그러나, Mn 및 P 를 대량으로 첨가시키면 코스트 상승을 초래하므로, 각각의 첨가량은 1 wt % 를 상한으로 한다. 보다 바람직하게는 0.5 wt % 이하가 좋다.

그런데, 본 발명에 있어서, 자기특성, 내식성, 가공성 등을 더욱 향상시킬 목적으로, 종래 알려진 합금성분을 추가하고 첨가하는 것은, 인성 향상효과를 저해하는 것이 아니므로, 가능하다. 이들 성분의 대표예를 이하에서 열거하기로 한다.

5 wt % 이하의 Ni 는, 내식성의 개선 성분이다. 또한, 연성-취성 천이온도를 낮추어, 가공성도 향상시킨다. 나아가, 결정립을 미세하게 하기 쉬우므로, 와전류손을 억제하고, 고주파 철손을 저감시키는 효과가 있다. 1 wt % 이하의 Cu 에도 Ni 와 동일한 효과가 있다. 5 wt % 이하의 Mo 또는 W 는 내식성을 개선시킨다. 1 wt % 이하의 La, V 또는 Nb, 0.1 wt % 이하의 Ti, Y 또는 Zr, 0.1 wt % 이하의 B 는, 인성을 높여 가공성을 향상시키는 효과가 있다. 5 wt % 이하의 Co 는, 자속밀도를 향상시키고, 나아가서는 철손저감에 효과가 있다. 0.1 wt % 이하의 Sb 또는 Sn 은, 집합조직을 개선하고, 나아가서는 철손 저감에 효과가 있다. 다음으로, 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 Cr-Si 강 또는 Cr-Si-Al 강을 용제하는 데에는, 원료로서 순도 99.9 wt % 이상의 고순도의 전해철, 전해크롬, 금속 Si, 금속 Al 을 사용하는 것이 바람직하다. Mn, P 를 첨가하는 경우에도, 이들 고순도 원료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전로법으로 제조하는 경우에는, 소정의 순도까지 충분히 정련하고, 또한 후공정에서의 오염이 발생되지 않도록 할 필요가 있다. 용제할 때에는, 전로법 이외에, 예를 들어 고진공 (10^-3Torr 이하의 압력) 의 진공용해로를 사용할 수도 있다.

용제한 주편은 열간압연에 제공된다. 열간압연에서는, 매우 얇게 압연함으로써, 다음 공정의 냉간 내지는 온간에 있어서의 압연성을 양호하게 할 수 있다. 본 발명의 Fe-Cr-Si 계 합금조성의 경우에는, 열연판의 표면부분 쪽이 중심부분보다도 인성이 높고, 가공성이 우수하기 때문으로 유추된다. 압연성을 양호하게 하기 위한 열연판의 두께는 3 ㎜ 이하, 바람직하게는 2.5 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 1.5 ㎜이하로 한다.

열연판의 가공성이 개선되었으므로, 온간 또는 냉간으로 더욱 압연하여 0.4 ㎜ 이하의 두께의 박판으로 할 수 있다. 일반적으로, 판두께를 줄이면, 특히 고주파에 있어서 와전류손이 유리하게 억제되어, 저철손이 되는 것은 알려진 사실이다. 단, 비저항이 높은 재료는 가공성이 나빠서, 통상의 제조방법으로는 0.5 ㎜ 정도까지밖에 두께를 줄일 수 없었다. 또한, 단순히 두께를 줄인 것만으로는, 오히려 히스테리시스손이 증대되므로, 충분히 철손을 저감시킬 수 없는 것으로 생각되고 있었다. 그러나, 본 발명에서와 같이, 성분계와 순도를 선택하면, 두께 저감에 의하여 고주파역에서 충분히 저철손으로 할 수 있다. 이러한 두께 저감의 효과를 얻기 위해서는, 판두께를 0.4 ㎜ 이하로 하는 것이 유효하다. 단, 0.01 ㎜ 보다 얇게 하는 것은, 코스트상, 공업적으로 무리가 있으므로, 판두께의 범위를 0.01 ~ 0.4 ㎜, 바람직하게는 0.03 ~ 0.35 ㎜ 로 규정한다.

본 발명에서는, 재료의 가공성이 우수하므로, 종래와 같이 열연판을 소둔하거나, 냉간압연 내지 온간압연 도중에 중간소둔하거나 하여 가공성을 확보할 필요는 없다. 따라서, 작업능률 향상, 에너지 절약화, 코스트 저감을 도모하기 위하여, 열연판 소둔 또는 중간 소둔을 생략할 수 있다.

그 후의 소둔 또는 표면 마무리는, 통상의 전자강판 또는 전자 스테인레스 강판과 동일한 공정이 적용될 수 있다.

(실시예 1)

순도 99.99 wt % 의 전해철 및 전해크롬, 및 순도 99.999 wt % 의 금속 Si,그리고 필요에 따라서 순도 99.99 wt % 의 금속 알루미늄, 순도 99.9 wt % 의 금속 망간, 순도 99.5 wt % 의 Fe-23 wt % P 모합금을 원료로 하고, 고진공 (1×10^-4Torr) 의 소형 용해로에서, 표 3 에서와 같은 여러 가지 성분으로 조성된 강괴를 10 ㎏ 씩 용제하였다. 이 때, Al 을 주성분으로 함유하지 않는 경우에는, 탈산을 위하여 0.01 wt % 상당 (1 g) 의 알루미늄 호일을 탈지시켜 첨가하였다. 이들 강괴로부터 40 ㎜ 폭 × 60 ㎜ 두께 × 100 ㎜ 길이를 갖는 크기의 강편을 잘라내고, Ar 중에서 1100 ℃ 로 가열하여 30 min 동안 유지한 후에, 20 ㎜ 두께로 열간압연하였다. 나아가, 압연편을 1100 ℃ 로 재가열하고 15 min 동안 유지한 후에, 2.3 ㎜ 두께로 열간압연하였다.

상기 열연판으로부터, 판두께 1.5 ㎜, 폭 10 ㎜, 길이 55 ㎜, 노칭 2 ㎜ V 노치의 샤르피 시험편을 채취하였다. 길이방향과 압연방향이 평행이 되도록 하였다. 25 ℃ 단위로, 250 ℃ 까지의 각 온도에서 샤르피 시험을 실시하고, 취성 파면율을 측정하여, 취성 파면율이 50 % 가 되는 온도, 즉 연성-취성 천이온도를 구하였다.

다음으로, 상기 열연판의 표면을 숏-블라스트로 손질한 후에, 0.20 ㎜ 두께의 최종 판두께까지 압연하였다. 천이온도가 실온 이하인 경우에는, 도중 소둔없이냉간압연을 실시하였다. 천이온도가 실온을 초과하고 또한 200 ℃ 이하인 경우에는, 300 ℃ 로 예열하여 온간압연을 실시하였다. 또한, 천이온도가 200 ℃ 를 초과하는 경우에는, 가열온도를 450 ℃ 로 하고, 압연 패스때마다 재가열하여 온간압연을 실시하였다. 이어서, 상기 압연판으로부터 외경 30 ㎜, 내경 20 ㎜ 의 링 형상 시험편을 잘라내고, 수소 분위기중에서 1000 ℃ 로 60 min 의 소둔을 실시하였다. 소둔후의 링 형상 시험편에 일차 코일 및 2차 코일을 감고, BH 애널라이저에 접속시켜, 주파수 10 kHz 로 여자하고, 자속밀도 0.1 T 에 대한 철손치를 측정하였다. 다른 한편으로, 상기 압연판으로부터 폭 30 ㎜, 길이 280 ㎜ 의 시험편을 잘라내고, 수소 분위기중에서 1000 ℃ 로 60 min 의 소둔을 실시하고, 4 단자법에 의하여 비저항을 측정하였다. 표 4 에 각 강종의 천이온도와 온간압연의 가열방법, 비저항 및 철손치를 나타내었다.

내식성은 JIS Z2371 에 준거한 염수 분무시험을 2 시간 동안 실시하고, 판 표면의 녹발생 면적율이 20 % 이하이면 「양호」, 20 % 초과 ~ 80% 이하이면 「중간」, 80 % 를 초과하면 「열화」로 판정하였다.

강 1 은, 비교를 위한 종래 성분계 강 (3 wt % Si) 이다. 강 2 는, 본 발명의 범위보다도 Cr 이 부족한 비교예이다. Si 증량에 의하여 철손은 저감되었으나, 가공성이 강 1 보다 열화되고, 내식성도 나빴다. 강 3 은 본 발명의 조성범위에 있고, 양호한 가공성, 저철손 및 고내식성을 함께 갖고 있었다. 강 4 는 Si 가 부족한 비교예로서, 가공성은 양호했으나 철손은 강 1 의 수준에 그쳤다. 강 5 는 Si 량이 강 3 보다 더욱 많은 실시예이나, C 및 N 량을 저감시키고 순도를 높였기 때문에 강 3 보다 가공성이 양호하고, 철손이 매우 낮아 양호하였다.

강 6 및 7 은, 발명예로서 Al, P, Mn 을 더욱 추가하고 첨가한 것이고, 어느 것이나 양호한 가공성과 저철손을 보였다.

강 8 및 9 는, C + N 량을 증가시킨 예로서, 강 9 가 본 발명의 범위를 초과하여 지나치게 높은 경우이다. 강 9 는 가공성이 열화된 것 외에, 철손도 약간 상승하였다.

강 10 은, 본 발명의 범위 내에서 C 량 및 N 량을 더욱 저감시켜 순도를 높인 예로서, 가공성과 철손 모두 더욱 개선되어, 매우 우수한 자성재료가 되었다.

강 11 은, Si 를 6.4 wt % 까지 증량하고, Cr 도 Si 증량에 따라서 증량하고, 또한 매우 높은 순도로 한 예이다. Cr 을 대폭으로 증량시킴으로써, 가공성이 확보된 예이다. 이 경우, 비저항이 높으므로, 철손이 더욱 저감되었다.

강 12 는, Si 강 중에서 가장 철손이 낮아진 6.5 wt % Si 강으로, 비교예로서 나타내어지고 있다. 이 조성에서는 자기특성은 우수하나, 가공성이 매우 나빴다.

이렇게, 본 발명의 합금은, 가공성이 크게 우수하고, Cr 함유에 의하여 내식성이 양호하고, 나아가 철손은 6.5 wt % Si 강과 거의 동등하게까지 저감되어 있다.

(실시예 2)

실시예 1 과 동일한 공정으로 하여, 표 5 에서와 같은 여러 성분조성을 갖는 강을 용제하였다. 용제 후에는 역시 실시예 1 과 동일한 공정에 의하여 강판을 제작하여 평가하였다. 단, 천이온도가 200 ℃ 이하인 경우에는, 온간압연은, 2.3 ㎜ 두께의 열연판의 표면을 숏-블라스트로 손질한 후에, 300 ℃ 로 가열하고, 재가열하지 않고 그대로 압연을 반복하는 방법으로 실시하였다. 또한, 천이온도가 200 ℃를 초과하는 경우에는, 온간압연은 2.3 ㎜ 두께의 열연판의 표면을 숏-블라스트로 손질한 후에, 450 ℃ 로 가열하고, 압연 패스마다 재가열하는 방법으로 실시하였다. 열연판의 인성, 제품판의 자기특성, 전기저항, 내식성의 평가방법은 실시예 1 과 공통된다. 결과를 표 6 에 나타내었다.

강 21 은, 비교를 위한 종래 성분계 (6.5 wt % Si) 이다. 강 21 은 매우 취성이 있어, 통상의 냉간 내지 온간압연은 곤란하였으나, 자기특성은 양호하였다. 본 발명은, 이 6.5 wt % Si 강과 비교할 때, 가공성이 매우 우수하고, 또한 고주파 철손이 동일한 정도 또는 낮은 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 연성-취성 천이온도는 200 ℃ 이하, 바람직하게는 100 ℃ 이하, 더욱 바람직하게는 70 ℃ 이하이다. 또한, 주파수 10 kHz, 자속밀도 0.1 T 에 대한 철손치는 20 W/㎏ 이하, 바람직하게는 18 W/㎏ 이하이다.

강 22 는, Cr 이 부족한 비교예로서, 가공성에 문제가 있다. 강 23 및 24 는 본 발명의 조성범위내에 있고, 천이온도가 낮아 통상의 온간압연이 가능한 가공성을 갖는다. 강 23 은 6.5 wt % Si 강보다도 더욱 철손이 낮았다. 강 24 는 6.5 wt % Si 강과 철손은 동등하였다. 강 25 는 Si 량이, 강 26 은 Al 량이 각각 과잉되어, 가공성이 열화하였다. 강 27 은, 발명예로서 P, Mn 을 더욱 추가하여 첨가한 예이다. 통상의 온간압연이 가능하고, 또한 저철손이었다. 강 28 및 29 는, C + N 량을 증가시킨 예로서, 강 28 은 본 발명의 범위내, 강 29 는 본 발명의 범위를 초과하여 지나치게 높을 경우이다. 강 29 는 가공성이 열화된 것 이외에, 철손도 상승하였다. 강 30 및 강 31 은, 본 발명의 범위내에서 더욱 순도를 높인 예로서, 가공성과 철손특성 모두가 더욱 개선되어, 매우 우수한 자성재료가 되었다. 강 32 는, 통상의 규소강판에 가까운 3.4 wt % Si 강의 비교예로서, 철손이 매우 높았다.

(실시예 3)

여기에서는 제품의 판두께의 효과를 나타낸다. 먼저, 실시예 1 과 동일한 공정에 의하여 표 7 에서와 같은 여러 가지 성분으로 조성되는 강을 용제하였다. 용제 후에는 실시예 1 과 동일한 공정으로 강판을 제작하고 평가하였다. 단, 천이온도가 200 ℃ 이하인 경우에는, 온간압연은, 2.3 ㎜ 두께의 열연판의 표면을 숏-블라스트로 손질한 후에, 300 ℃ 로 가열하고, 재가열하지 않은 상태에서 그대로 압연을 반복하는 방법으로 실시하였다. 제품판의 자기특성, 비저항, 내식성의 평가조건은 실시예 1 과 공통된다. 결과를 표 8 에 나타내었다.

본 발명의 성분계 (강 42 및 43) 에서는, 판두께를 0.25 ㎜ 이하로 할 때 20 W/㎏ 이하의 저철손이 가능했다. 그러나, 종래의 3 wt % Si 강 (강 41) 은, 0.1 ㎜ 정도까지의 두께 저감이 필요했다. 본 발명의 성분계에 있어서도, 20 W/㎏ 이하로 하기 위해서는, 판두께는 0.4 ㎜ 이하로 할 필요가 있었다.

(실시예 4)

여기에서는, 열연판의 판두께의 효과를 나타낸다. 강은 실시예 3 의 강 43 (4.1 wt % Cr-4.2 wt % Si-0.9 wt % Al) 을 이용하여, 실시예 1 과 동일한 공정으로 용제하였다. 얻어진 주괴로부터 40 ㎜×60 ㎜×100 ㎜ 의 압연소재를 잘라내어, Ar 중에서 1100 ℃ 로 가열하여 30 min 동안 유지한 후, 20 ㎜ 까지 열간압연하고,다시 1100 ℃ 로 재가열하여 15 min 동안 유지시킨 후에, 소정의 판두께까지 열간압연하였다.

상기 열연판으로부터 판두께 1.0 ㎜, 폭 10 ㎜, 길이 55 ㎜, 노칭 2 ㎜ V 노치의 샤르피 시험편을 채취하였다. 길이방향과 압연방향이 평행이 되도록 하였다. 25 ℃ 단위의 온도로 샤르피 충격치를 측정하여, 취성 파면율이 50 % 가 되는 온도, 즉 연성-취성 천이온도를 구하였다.

다음으로, 열연판의 표면을 숏-블라스트로 손질한 후, 냉간압연 및 온간압연 시험을 실시하였다. 도중 소둔은 실시하지 않고, 1 회의 압하에서 0.1 ~ 0.2 ㎜ 씩 로올간 간극이 저감되도록 설정하고, 최종적으로는 0.20 ㎜ 까지 압연하였다. 냉간압연의 경우는 열연판을 실온에서 그대로 압연하였다. 온간압연의 경우는, 열연판을 150 ℃ 로 예열한 후에 압연하였다. 단, 이 경우에도 도중에서의 재가열은 행하지 않았다.

표 9 에서의 결과와 같이, 열연판을 얇게 하면 가공성이 현저하게 향상되고, 냉간 내지 온간에서의 압연성이 개선되었다. 냉간 내지 온간에서의 압연성 개선은, 열연판 두께가 3.0 ㎜ 이하로 얇아질수록 현저했다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 Si 량 6.5 wt % 까지의 Si 강 또는 Si-Al 강에 비하여 동등 이상의 고주파 자기특성을 갖고, 양호한 가공성도 확보할 수 있는 전자강판이 얻어진다. 나아가, 내식성 또는 제조 코스트면에서도 유리하고, 종합적으로 매우 우수한 전자강판이 얻어진다.

Claims

Cr : 1.5 wt % 이상 20 wt % 이하 및 Si : 2.5 wt % 이상 10 wt % 이하를 함유하고, C 및 N 이 합계량으로 100 wt ppm 이하이고, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하며, 비저항이 60 μΩㆍ㎝ 이상인 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.
제 1 항에 있어서, Al : 5 wt % 이하를 함유하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.
제 1 항에 있어서, Mn 및 P 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종을 각각 1 wt % 이내로 함유하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.
제 1 항에 있어서, Al : 5 wt % 이하 및, Mn 및 P 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종을 각각 1 wt % 이내로 함유하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.
제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 있어서, 판 두께가 0.01 ∼ 0.4 ㎜ 인 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.
Cr : 1.5 wt % 이상 20 wt % 이하, Si : 2.5 wt % 이상 10 wt % 이하 및, C 및 N 을 합계량으로 100 wt ppm 이하를 함유하는 강 소재를 열간압연에 의하여 판두께 3 ㎜ 이하로 하고, 이 열연판을 냉연·소둔 공정에 제공하는 것을 특징으로 하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 강 소재가 추가로 Al 을 5 wt % 이하 함유하는 것인 고주파 자기특성이 우수한 전자강판의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 강 소재가 추가로 Mn 및 P 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종을 각각 1 wt % 이하 함유하는 것인 고주파 자기특성이 우수한 전자강판의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 강 소재가 추가로 Al 을 5 wt % 이하 및, Mn 및 P 로부터 선택되는 1 종 또는 2 종을 각각 1 wt % 이하 함유하는 것인 고주파 자기특성이 우수한 전자강판의 제조방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, Sb: 0.1 wt% 이하, Sn: 0.1 wt% 이하에서 선택된 1 종 또는 2 종을 더 함유하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, Ni: 5 wt% 이하, Cu: 1 wt%이하, Mo: 5 wt% 이하, W: 5 wt% 이하, La: 1 wt% 이하, V: 1 wt% 이하, Nb: 1 wt%이하, Ti: 0.1 wt% 이하, Y: 0.1 wt% 이하, Zr: 0.1 wt% 이하, B: 0.1 wt% 이하, Co: 5 wt% 이하에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 더 함유하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.
제 10 항에 있어서, Ni: 5 wt% 이하, Cu: 1 wt% 이하, Mo: 5 wt% 이하, W: 5 wt% 이하, La: 1 wt% 이하, V: 1 wt% 이하, Nb: 1 wt% 이하, Ti: 0.1 wt% 이하, Y: 0.1 wt% 이하, Zr: 0.1 wt% 이하, B: 0.1 wt% 이하, Co: 5 wt% 이하에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 더 함유하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.
제 5 항에 있어서, Sb: 0.1 wt% 이하, Sn: 0.1 wt% 이하에서 선택된 1 종 또는 2 종을 더 함유하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.
제 5 항에 있어서, Ni: 5 wt% 이하, Cu: 1 wt% 이하, Mo: 5 wt% 이하, W: 5 wt% 이하, La: 1 wt% 이하, V: 1 wt% 이하, Nb: 1 wt% 이하, Ti: 0.1 wt% 이하, Y: 0.1 wt% 이하, Zr: 0.1 wt% 이하, B: 0.1 wt% 이하, Co: 5 wt% 이하에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 더 함유하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.
제 13 항에 있어서, Ni: 5 wt% 이하, Cu: 1 wt% 이하, Mo: 5 wt% 이하, W: 5 wt% 이하, La: 1 wt% 이하, V: 1 wt% 이하, Nb: 1 wt% 이하, Ti: 0.1 wt% 이하, Y: 0.1 wt% 이하, Zr: 0.1 wt% 이하, B: 0.1 wt% 이하, Co: 5 wt% 이하에서 선택된 1종 또는 2 종 이상을 더 함유하는 고주파 자기특성이 우수한 전자강판.