KR101399995B1

KR101399995B1 - 저탄소 강판 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101399995B1
Application number: KR1020127013990A
Authority: KR
Inventors: 타츠히코 히라타니; 요시히코 오다; 미네오 무라키
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2014-05-28
Also published as: CN102639745B; TW201134953A; TWI461544B; JP2011119298A; JP5655295B2; KR20120112435A; CN102639745A; WO2011065023A1

Abstract

저탄소 강판을, Si: 1.0질량％ 이하인 펄라이트상(相), 베이나이트상 및 마르텐사이트상 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 페라이트 혼합 조직의 판두께 중앙층과, Si: 3∼5질량％를 포함하는 페라이트 단상인 표층으로 이루어지는 클래드형으로 하고, 내부 응력으로서, 표층에 70∼160㎫의 면 내 인장 응력을 부가함으로써, 고주파 특성이 우수하고, 외부 응력에 의한 철손 열화가 적은 저탄소 강판을 얻는다.

Description

저탄소 강판 및 그의 제조 방법{LOW-CARBON STEEL SHEET AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 파워 일렉트로닉스용의 고주파 트랜스, 리액터, 모터의 철심으로서 적합한 저탄소 강판에 관한 것으로, 특히 고주파 특성의 향상 및, 외부 응력에 의한 철손 열화의 저감을 도모하려고 하는 것이다.

전자(電磁) 강판의 철손(iron loss)은, 강 중의 석출물이나 결정 입경, 집합 조직 등에 강하게 의존하는 이력손실(hysteresis loss)과, 판두께, 비(比)저항, 자구(磁區) 구조 등에 강하게 의존하는 와전류손(eddy-current loss)으로 이루어져 있다.

일반적인 전자 강판은, 강 중 불순물을 최대한 줄임으로써, 결정립의 성장성을 높여, 이력손실의 저감화를 도모하고 있다. 또한, Si를 0.5∼3.5질량％ 첨가하여 비저항을 높이거나, 판두께를 박육화함으로써, 와전류손의 저감화를 도모하고 있다.

여기에서, 이력손실은 주파수에 비례하고, 와전류손은 주파수의 2승에 비례하기 때문에, 상용 주파수(50/60㎐)에 있어서는, 전자 강판의 철손 중에서 이력손실이 차지하는 비율이 크지만, 수㎑ 이상의 고주파가 되면, 반대로 와전류손이 차지하는 비율이 커진다.

최근, 파워 일렉트로닉스 분야에서 스위칭 소자의 고주파화가 진행되고 있기 때문에, 트랜스나 리액터, 모터 등의 철심 재료로서 이용되는 전자 강판에 대해서도, 고주파 철손의 저감이 강하게 요망되었다.

이 요망에 대하여, 전자 강판의 판두께를 0.2㎜ 이하로 하거나, Si를 4질량％ 근처까지 높임으로써, 와전류손을 저감할 수 있다. 그러나, 향후에는 10㎑를 초과하는 고주파에서의 구동도 예상되어, 종래 개발의 연장선 상에 없는 혁신적인 재료 개발이 요구되고 있다.

종래, 이와 같은 고주파 영역의 여자(勵磁) 조건에서는, 소프트 페라이트(soft ferrite), 금속 압분체, 어모퍼스(amorphous) 등의 재료가 이용되어 왔다. 그러나, 페라이트는 자속 밀도가 낮기 때문에 철심이 대형화되어 버리는 점, 어모퍼스는 저철손인 반면 빌딩 팩터(building factor)가 전자 강판에 비해 현저하게 뒤떨어지는 점, 또한 센더스트(sendust) 합금분 등 금속 압분체는 자왜(磁歪)·철손 모두 낮지만 고가이고, 또한 전자 강판에 비해 포화 자속 밀도도 낮은 점 등, 각각 일장일단을 갖고 있다. 그 때문에, 전자 강판의 고주파 철손의 저감에 관하여, 최근에도 여러 가지 검토가 행해지고 있다.

전자 강판의 고주파 철손을 저감하는 수단으로서, 특허문헌 1에는, 침규법(siliconizing method)에 의한 강판 표면의 Si 부화(富化; enrichment) 방법이 기재되어 있다.

이 Si 부화 기술은, 예를 들면, 특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 판두께: 0.1∼0.35㎜의 3질량％ Si 강판을, 고온에서 사염화 규소 가스와 반응시켜, 강 중의 Si 농도를 높이는 프로세스이다.

또한, 예전부터 알려져 있는 바와 같이, 6.5질량％ Si 강판은, 3질량％ Si 강판의 약 2배의 고유 저항을 갖고, 와전류 손실을 효과적으로 저감할 수 있기 때문에, 고주파용재로서 유리함과 동시에, 자왜가 실질적으로 제로이기 때문에, 철심의 저소음화에서 우수한 효과를 발휘하는 것이다.

특허문헌 2에는, 또한 침규 프로세스에 있어서, 확산 시간 단축의 관점에서, Si 농도를 판두께 방향으로 균일하게 하지 않아도, 표층 Si 농도를 조정함으로써 충분한 자기 특성이 얻어지는 것이 나타나 있다.

특허문헌 3에는, 판두께 방향으로 Si 농도 구배를 갖는 규소 강판에 관하여, 고주파 철손을 저감하기 위해, 판두께 방향의 Si 농도차(최대－최소)와 표층 Si 농도 및 강판 표리면의 Si 농도의 차이에 대해서 규정하고 있다. 특히 표층 Si 농도가 6.5질량％인 경우에 가장 낮은 철손이 얻어지는 취지의 기재가 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 전자 강판을 페라이트상(相)으로 침규 처리하고, 표층이 고(高)Si 농도, 판두께 중앙부가 저(低)Si 농도의 전자 강판으로 함으로써, 고주파 특성이 우수한 전자 강판에 대해서 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 5에는, 저탄소강을 오스테나이트상이 적은 900∼1000℃의 온도 범위에서 침규 처리하여 표층의 Si 농도를 높인 강판으로 함으로써, 가공성이 좋고 고주파 특성이 우수한 모터용 규소 강판에 대해서 기재되어 있다.

일본특허공보 평6-45881호 일본특허공보 평5-49744호 일본공개특허공보 2005-240185호 일본공개특허공보 2009-263782호 일본공개특허공보 2000-328226호

철손은, 전술한 바와 같이, 이력손실과 와전류손의 합으로 나타나며, 여자 주파수가 높아질수록, 전(全) 철손에 차지하는 와전류손의 비율이 증가하는 것이 알려져 있다. 와전류는, 재료의 비저항이 클수록 흐르기 어려워지기 때문에, 고주파용의 자심(磁芯)에는 비저항이 큰 재료가 이용된다.

일반적으로, 전자 강판에서는, Si 농도가 높아질수록 비저항이 증가하기 때문에, 고주파용 자심 재료로서는, 3질량％ 이상의 Si를 포함하는 것이 적합하다.

한편, Si 농도가 높아질수록 강은 단단하고, 깨지기 쉬워지는 경향이 있어, 냉간압연이 곤란해진다. 또한, Si 농도가 높아지면, 슬래브 냉각시의 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태(이하 γ/α 변태라고 함)가 발생하지 않게 되어, 페라이트가 그대로 조대한(coarse) 조직을 형성하기 때문에, 슬래브 균열이나 표면 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 실제의 전자 강판 제조 프로세스에 있어서, 강 중의 Si 농도는, 4질량％가 상한으로 되어 있다.

특허문헌 2에 의하면, 전자 강판 중에서 가장 투자율(透磁率)이 높고 자왜가 작은 것은, 6.5질량％ Si 강판이다. 단, 이것을 철심으로서 이용하기 위해서는, 슬릿 가공, 펀칭 가공, 굽힘 가공 등의 2차 가공을 행할 필요가 있다. 그러나, 6.5질량％ Si 강판은 통상의 전자 강판과 비교하여 깨지기 쉽기 때문에, 상기한 바와 같은 2차 가공에 있어서는, 고도의 가공 기술이 요구된다. 또한, 6.5질량％ Si 강판의 비커스(Vickers) 경도 Hv가 390 정도로서, 종래의 전자 강판의 Hv: 200 정도와 비교하면, 매우 단단한 것이다. 이 때문에, 프레스 금형이 단수명화(短壽命化)되기 쉽다는 결점도 있었다. 특히, 10㎑ 이상의 고주파 용도에서는, 이력손실보다 와전류손의 비율이 증가하기 때문에, 이력손실이 나빠도 와전류손이 낮은(고유 저항이 높은) 염가의 압분(compressed powder) 자심 등의 다른 재료가 널리 이용되고 있었다.

또한, 특허문헌 2에 의하면, 3질량％ Si 강판을 최종 판두께까지 압연한 후, 고온에서 사염화 규소를 취부(吹付)하는 침규 프로세스에 의해, 6.5질량％ Si 강판이 제조 가능하게 되어 있다.

그러나, 실제로 자심으로서 사용하려면, 침규 후의 6.5질량％ Si 강판을 슬릿, 프레스 또는 굽힘 가공을 할 필요가 있고, 그 때 균열이나 이빠짐이 발생하는 경우가 많다는 문제를 남기고 있었다.

또한 특허문헌 2에는, 그의 도 13에서, Si 농도가 지나치게 불균일한 경우, 철손이 큰폭으로 증가하는 한편, Si 농도의 불균일성이 어느 정도 이하로 억제된 경우는, Si 농도가 균일한 강판과 손색 없는 저철손이 얻어지는 예가 기재되어 있다. 그러나, Si 농도가 불균일한 경우에, Si 농도가 균일한 강판보다도 더욱 저철손이 되는 사례는 나타나 있지 않다. 또한, 고주파 철손에 대해서, 구체적인 수치가 하등 기재되어 있지 않다.

특허문헌 3에는, 6.5질량％ Si 강판보다 더욱 고주파 특성이 우수한 재료로서, 판두께 방향으로 Si 농도 구배를 남긴 강판이 기재되어 있다. 이 강판은, 표층의 Si 농도가 높아도, 판의 두께 방향 중심부의 Si 농도가 3질량％ 정도이기 때문에, 강재 전체의 평균으로서는, 상기한 6.5질량％ Si 강판보다 저Si의 재료라고 생각할 수 있다.

그러나, 이 경우는, 강 중의 Si 농도의 하한이 3질량％ 정도이기 때문에, γ/α 변태가 발생하지 않는다. 그 때문에, 실온으로 냉각했을 때의 강판 조직은, 판두께를 종단하는 조대 페라이트입자로 구성되게 되어, 역시 슬릿이나 프레스를 행할 때에 균열이나 이빠짐이 발생하기 쉽다는 문제를 남기고 있었다.

특허문헌 4에 의하면, 본래 조대한 2차 재결정 조직이기 때문에, 자구 폭이 넓고 이상 와전류손이 큰 방향성 전자 강판에 있어서도, 그의 강판의 표층에 인장, 내부에 압축의 응력 분포를 각각 부여함으로써, 와전류손을 효과적으로 저감하는 것이 가능해진다. 그러나, 소재에 방향성 전자 강판을 이용하기 때문에, 다른 고주파 철심 재료와 비교하면 비용이 비교적 비싸진다. 또한 응력 분포 부여의 수단으로서 침규 처리를 이용하지만, 방향성 전자 강판에서는, 충분한 와전류손의 저감을 도모하기 위해서 표층으로부터 침규시켜 평균 Si 농도를 4질량％ 이상이 될 때까지 침규하고, 표층 Si 농도를 5질량％ 이상까지 높일 필요가 있었다.

특허문헌 5에서는, 오스테나이트상을 갖는 저탄소강을 침규 처리하고 있지만, 1000℃를 초과하는 온도 범위에서 침규 처리를 행하면, γ/α 변태의 계면에서 균열이 발생해 버리기 때문에, 900∼1000℃로 비교적 낮은 온도 범위에서 침규 처리를 행하고 있다.

그러나, 와전류손을 저감하려면 1000℃ 이상에서 침규 처리를 행하는 것이 바람직하여, 상기한 계면에 있어서, 1000℃ 이상의 침규 처리를 행한 경우라도 균열이 발생하지 않는 강판 재료 및 강판의 제조 방법이 요망되고 있었다. 또한, 특허문헌 5에 기재된 강재는, 표층 Si 농도가 5∼6.5질량％로 높고, 조대한 2차 재결정 조직을 갖고 있기 때문에, 역시, 슬릿이나 프레스를 행할 때에 균열이나 이빠짐이 발생하는 경우가 많다는 문제를 남기고 있었다.

고주파용 자심 재료로서는 그 밖에, 철분을 압분 성형한 더스트 코어(dust core)나 산화 철분의 페라이트 코어 및, Fe기 어모퍼스 합금이 있다. 이들은 6.5질량％ Si 강판에 비해, 비저항이 크기 때문에, 와전류손이 낮은 것이 특징이다.

단, 페라이트 코어는, 포화 자속 밀도가 낮기 때문에, 통상 사용되는 것은 저출력으로 수백㎑ 이상의 고주파 용도로 한정된다. 다른 한편, 더스트 코어, Fe기 어모퍼스 합금은, 전자 강판과 비교하여 포화 자속 밀도가 약간 낮기는 하지만 와전류손이 낮기 때문에, 고출력의 고주파 용도에 대해서는 전자 강판과 동일하게 사용되는 경우도 있다.

그러나, 상기한 재료는 모두, 압축 등의 외부 응력이 가해지면, 철손이 현저하게 증가한다는 문제점이 있다.

이상 서술한 바와 같이, 고주파 특성이 우수한 자성 재료는, 가공성이 뒤떨어지는 것이 많고, 또한 외부 응력에 대하여 민감하게 반응하며, 특히 압축 응력이 가해지면, 철손이 현저하게 증가하는 것이 많다.

한편, 가공성이 우수한 재료로서는, 구조용 재료 또는 외장용 재료로서 널리 이용되고 있는 저탄소 강판을 들 수 있다. 또한, 저탄소강의 자성은 일반적인 자성 재료만큼 외부 응력에 민감하지 않아, 압축 응력을 가해도 철손이 현저하게 증가하는 경우는 없다.

단, 일반적인 저탄소 강판의 조직은, 펄라이트상, 베이나이트상 및 마르텐사이트상을 포함하는 미세한 페라이트 혼합 조직으로 구성되어 있기 때문에, 그의 직류 자기 특성은 매우 나쁘다. 따라서, 이력손실이 주체가 되는 상용 주파수의 자심에 저탄소 강판이 사용되는 경우는 거의 없었다.

그러나, 저탄소 강판의 와전류손을 저감할 수 있어, 압축 응력에 대한 철손 상승이 적은 성질을 살릴 수 있으면, 고주파 철손이 낮고, 외부 응력에 대해서도, 철손 열화가 적은 우수한 자심 재료를 얻을 수 있다.

본 발명은, 상기 현상을 감안하여 개발된 것으로, 고주파 특성이 우수하고 게다가, 외부 응력에 의한 철손 열화가 적은 저탄소 강판을, 그의 제조 방법과 함께 제공하는 것을 목적으로 한다.

특허문헌 3에 의하면, 침규 프로세스에 있어서, 판두께 방향으로 Si 농도 구배를 형성하고, 강판의 표리면의 Si 농도차를 제어함으로써, 와전류손의 저감화를 도모하고 있다.

이 기술은, 저탄소강에 대해서도, 동일하게 적용되어 와전류손의 저감화를 도모할 수 있다고 생각할 수 있다.

그러나, 저탄소강의 경우, γ/α 변태가 발생하기 때문에, 고온의 오스테나이트상 영역에서 침규 처리를 행한 경우, Si 농도가 올라가는 표층으로부터 페라이트상으로 변태하는 현상이 일어난다. 이때, 저Si 농도의 오스테나이트상과 고Si 농도의 페라이트상의 사이에는, Si 농도 갭이 존재하기 때문에, 이상(異相) 계면에서의 Si 농도 구배는 불연속이 된다. 이러한 Si 농도 구배를 남긴 채 냉각하면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 표층의 고Si 농도의 페라이트상은 변태하지 않는 것에 대하여, 판두께 중앙층의 저Si 농도의 오스테나이트상은, 펄라이트상, 베이나이트상 및 마르텐사이트상을 포함하는 미세한 페라이트 혼합 조직이 된다.

즉, 저탄소강을 침규 처리하여 Si 농도 구배를 부여한 것은, γ/α 변태를 발생시키는 일이 없는 특허문헌 3에 기재된 기술과는, 그의 구성이 크게 상이하다.

이하, 본 발명을 완성하는 데 이르게 한 실험에 대해서 설명한다. 표 1에, 본 실험에 사용한 A∼D 4종의 저탄소강의 조성을 나타낸다.

동(同) 표 중, 기호 (C)로 나타낸 강재에,

질소 가스 중, 1200℃에서 어닐링한 것(침규 없음)…강 처리 I

1200℃에서 침규 후, Si를 충분히 균일 확산한 것(침규＋장시간 확산)…강 처리 II

1200℃에서의 침규＋Si 확산을 합쳐 3분간 실시한 것(침규＋단시간 확산)…강 처리 III

의 3종류의 처리를 행하여, 본 실험에 이용하는 시료를 제작했다.

여기에서, 강 처리 II 및 III의 침규 처리는, 처리 후의 시료 평균 Si 농도가 3질량％ Si가 되도록 조정했다. 이들 시료를 30×100㎜의 단판 측정틀을 이용하여, 직류 및 교류로 자화 측정을 행하고, 자속 밀도 0.05T, 주파수 20㎑의 조건에 있어서의 철손을, 이력손실과 와전류손으로 분리하여 측정하고, 결과를 비교했다.

시료 No.(C)의 결과를 도 2에 나타낸다. 또한 도면 중에는, 동일한 판두께의 전자 강판(3질량％ Si 강판과 6.5질량％ Si 강판)의 철손값도 아울러 나타냈다.

강 처리 I의 시료에 대하여, 강 처리 II의 시료는, Si 증가에 의한 비저항 증대에 의해 와전류손이 저하되고, 또한, Si 균일화 과정에 있어서, 판두께 전체에서 γ/α 변태가 행해져, 조대한 페라이트 조직이 형성됨으로써, 이력손실도 저하되고 있다.

또한, 강 처리 II의 시료의 철손(이력손실＋와전류손을 나타내며, 이하 본 발명에 대해서 동일함)은, 동일한 Si 농도의 전자 강판(3질량％ Si)의 철손과 비교하면 큰 값이었다. 이 이유는, 동일한 3질량％ Si의 페라이트 조대 조직끼리라도, 전자 강판의 경우는 C량이 50ppm 미만인 것에 대하여, 저탄소강의 경우는, C량이 500ppm 이상 포함되어 있기 때문에, 이력손실이 증대되어 버리기 때문이라고 생각할 수 있다.

이에 대하여, 강 처리 III의 시료의 철손은, 놀랍게도, 3질량％ Si의 전자 강판뿐만 아니라 6.5질량％ Si의 전자 강판보다 낮은 철손을 나타내며, 특히 와전류손의 저감화가 인정되었다.

판두께 방향으로 Si 농도 구배를 할당함으로써, 표층에 자속을 집중시켜, 와전류손의 저감화를 도모할 수 있을 것으로 예상은 하고 있었지만, 그 경우의 효과는, 동일한 침규량의 시료로 Si 농도를 균일화시킨 것보다도, 와전류손에서 2∼3할의 저감화를 도모할 수 있는 정도라는 추정에 그치고 있었다. 즉, 본 실험의 결과는, 5할을 초과할 정도의 와전류손의 저감화 효과로서, 예상을 훨씬 상회하는 것이었다.

다음으로, 이 현상을 더욱 상세하게 조사하기 위해, 표 1에 나타낸 4종류의 재료를 이용하여, 상기한 강 처리 III의 조건으로 침규 등을 하여, 시료를 제작했다. 이들 시료를 종단면에서 조직 관찰하여, 상기 실험과 동일하게 철손을 측정했다. 그의 결과를 도 3 및 4에 나타낸다.

도 3(a)∼(d)에서, 각각 시료 No.(A)∼(D)에 강 처리 III을 행한 후의 시료의 단면 조직 사진을 나타냈다.

도 3(a)는, 표층과 판두께 중앙층에 경계는 인정되기는 하지만, 모두 페라이트 단상의 조대립 조직이 되어 있다. 이에 대하여, 도 3(b) 및 (c)는, 판두께 중앙층에 있어서 저탄소강을 오스테나이트상이 발생하는 온도로 어닐링 후, 공냉(空冷)했을 때에 보이는 베이나이트 조직, 펄라이트 조직, 마르텐사이트 조직을 포함하는 페라이트 혼합 조직이 인정되어, 표층의 페라이트 단상 조직과 명백하게 상이한 조직이 되어 있다. 도 3(d)는 판두께 중앙층에서 소량의 페라이트 조직을 포함하는 마르텐사이트 조직이 되어 있다.

도 4로부터, 강 처리 III을 행한 모든 강재에서, 반드시 6.5질량％ Si의 전자 강판을 능가하는 저철손이 얻어지는 것은 아닌 것을 알 수 있었다.

그래서, 각 시료의 성분을 확인한 바, C량이 200ppm 이상 포함되는 경우로서, Mn이 0.3질량％ 이상 포함되는 경우에, 와전류손의 저감화 효과가 현저하게 나타나 있으며, 동시에, 6.5질량％ Si의 전자 강판을 능가하는 저철손이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

또한, 시료 D는, 통상의 전자 강판(3질량％ Si)보다 저철손을 나타내기는 하지만, 그의 우위성은 시료 B, C와 비교하면 저하되는 경향이 있다.

이어서, 화학 연마에 의해, 시료의 표면 편측으로부터 판두께 중심까지를 제거했을 때의 판 휨을 관찰했다. 그 결과, 휨은 판두께 중심측이 볼록하게 되어 있었다. 이에 따라, 연마에 의한 제거 전(前)은, 표층에 인장, 중심에 압축의 응력이 발생하고 있었던 것을 알 수 있다.

여기에서 본 발명에 있어서, 내부 응력이란, 도 5에서 나타내는 대로, 원래의 판두께를 d(㎜), 상기한 판 휨시의 곡률 반경을 r(㎜)로 하면, 표면에 작용하는 인장 응력(면 내(內) 인장 응력)＝판두께 중심부에 작용하는 압축 응력으로서,

면 내 인장 응력＝E×d/(2r)[㎫](E는 강판의 영률(Young's modulus)을 나타냄)

로 정의된다.

또한, 표 1의 시료 A 및 시료 C가 되는 조성의 재료를 이용하여, 상기한 강 처리 III의 조건에 있어서, Si 확산 시간을 여러 가지로 변경하여 시료를 제작했다. 이들 시료에 대해서, 상기 방법으로 내부 응력을 측정함과 함께, 와전류손을 측정했다. 그의 결과를 도 6에 나타낸다.

도 6으로부터, C가 200ppm 이상, Mn이 0.3질량％ 이상 포함되는 시료 C의 경우, 상기 침규 처리 후의 내부 응력이 커져 있는 경향에 있었다. 또한, 내부 응력(면 내 인장 응력)이 70∼160㎫의 범위에서 와전류손의 저감이 현저해져 있었다.

상기한 경향의 원인은, 현재로서는 명백하지는 않지만, 발명자들은 이하와 같이 추측하고 있다.

Fe-Si계 합금에서는, 저탄소강 레벨에서 강 중 C량이 증가한 경우, Fe-Si의 상태도 상의 γ/α 경계선이 고Si측으로 시프트하여, 침규 처리가 행해진 경우에, 페라이트상으로 변태한 부분과 오스테나이트상인 채의 부분의 Si 농도 갭이 증대한다. 고온시에, Si 농도 갭이 증대되면, 냉각시에 γ/α의 상변태가 발생하여 팽창하려고 하는 중앙층과, 이미 변태를 하지 않는 표층의 페라이트상과의 사이에 내부 응력이 발생한다고 생각할 수 있다.

또한, Mn 첨가의 효과는, Mn이 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이기 때문에, Mn량이 증가한 경우, γ/α의 상변태점이 저온측으로 시프트한다. 그 때문에, 냉각시에 발생하는 내부 응력이 더욱 증가한다고 생각할 수 있다.

또한, 판두께 중앙층은 미세한 혼합 조직이고, 압축 응력이 가해진 상태가 되어 있기 때문에, 자화하기 어려운 것에 대하여, 표층은 조대한 페라이트 결정립이고, 그리고 인장 응력이 가해진 상태이기 때문에, 자화하기 쉬운 경향에 있다.

따라서, 이러한 강판을 판의 면 내 방향을 향하여 자화했을 때, 그의 자속은 표층에 집중되기 때문에, 결과적으로 강판의 와전류손을 저하시킨다고 생각할 수 있다.

또한, 상기한 시료와 같이 큰 내부 응력을 갖는 것이면, 외부 응력이 가해져도 철손값이 상승하지 않는 것도 알 수 있었다.

즉, 외부 응력 제로의 상태라도, 당해 시료와 같이 70∼160㎫ 정도의 내부 응력이 발생하고 있으면, 외부로부터 수십㎫ 정도의 압축 응력이 가해졌다고 해도, 표층의 인장 상태는 유지된다. 이에 대하여, 판두께 중심부에서는, 압축 응력이 더욱 증가하게 되지만, 원래 자화되기 어려운 부분이며 영향은 매우 근소하다.

그 결과, 표층에 자속이 집중되기 쉬운 상황에 변화는 없고, 당해 시료의 와전류손의 저감화 효과는 없어지지 않는 것이라고 생각하고 있다.

또한, 전술했던 대로, 고온에서 장시간 어닐링을 하여, 강판의 Si 농도 분포를 완화하거나, 내부 응력을 완화하거나 한 경우, 상기한 와전류손의 저감화 효과와 외부 압축 응력에 대한 철손 열화 방지 효과가 감소하여, 동일한 Si 농도를 갖는 전자 강판에 대한 우위성이 없어진다.

따라서, 침규 처리로부터의 확산 시간을 포함하여 자심 완성까지 행하는 열처리의 시간도 고려하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.

본 발명은 상기 인식에 입각하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. Si: 1.0질량％ 이하, C: 0.02∼0.16질량％, Mn: 0.3∼2.0질량％, P: 0.03질량％ 이하 및 S: 0.01질량％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로, 펄라이트상, 베이나이트상 및 마르텐사이트상 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 페라이트 혼합 조직인 판두께 중앙층과, Si: 3∼5질량％, C: 0.02∼0.16질량％, Mn: 0.3∼2.0질량％, P: 0.03질량％ 이하 및 S: 0.01질량％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로, 페라이트 단상인 표층으로 이루어지는 클래드(clad)형의 저탄소 강판으로서, 당해 표층이 내부 응력으로서 70∼160㎫의 면 내 인장 응력을 갖는 것을 특징으로 하는 저탄소 강판.

2. 상기 표층의 합계 두께가, 전(全) 판두께의 30∼60％인 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 저탄소 강판.

3. 상기 저탄소 강판의 판두께가, 0.05∼0.35㎜인 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2에 기재된 저탄소 강판.

4. 상기 저탄소 강판의 판두께 중앙층 및 표층이, 추가로, Al: 0.002∼0.6질량％, Cr: 0.01∼1.5질량％, V: 0.0005∼0.1질량％, Ti: 0.0005∼0.1질량％, Nb: 0.0005∼0.1질량％, Zr: 0.0005∼0.1질량％, B: 0.0005∼0.01질량％ 및 N: 0.002∼0.01질량％ 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 1∼3 중 어느 것에 기재된 저탄소 강판.

5. Si: 1.0％질량 이하, C: 0.02∼0.16질량％, Mn: 0.3∼2.0질량％, P: 0.03질량％ 이하 및 S: 0.01질량％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판을 가열하여, 1050∼1250℃의 오스테나이트역(域)에 있어서, Si계의 가스와 반응시킴으로써, 당해 강판의 표층에 Si 함유량: 3∼5질량％의 페라이트상을 형성한 후, 강 중 Si가 균일화하기 전에 냉각하는 것을 특징으로 하는 저탄소 강판의 제조 방법.

6. 상기 Si계의 가스는, 사염화 규소, 트리클로로실란, 디클로로실란, 모노실란, 디실란 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상의 가스인 것을 특징으로 하는 상기 5에 기재된 저탄소 강판의 제조 방법.

7. 상기 강판이, 추가로, Al: 0.002∼0.6질량％, Cr: 0.01∼1.5질량％, V: 0.0005∼0.1질량％, Ti: 0.0005∼0.1질량％, Nb: 0.0005∼0.1질량％, Zr: 0.0005∼0.1질량％, B: 0.0005∼0.01질량％ 및 N: 0.002∼0.01질량％ 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 5 또는 6에 기재된 저탄소 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 고주파 특성이 우수하고, 또한, 외부 응력에 의한 철손 열화가 적은 저탄소 강판을 그의 제조 방법과 함께 얻을 수 있기 때문에, 가공성이 우수한 철심재를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 저탄소강의 조직을 나타내는 개략도이다.
도 2는 저탄소강의 침규 처리 방법별의 철손값을 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 3은 강판 성분 조성별의 침규 처리 후의 강판 단면에 있어서의 조직 사진이다.
도 4는 강판 성분 조성별의 침규 처리 후의 철손값을 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 내부 응력(면 내 인장 응력)의 측정 요령을 나타내는 도면이다.
도 6은 내부 응력(면 내 인장 응력)과 와전류손의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 이용하여 적합한 침규로(爐)의 개략도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

우선, 강판의 구조, 성분 조성 등의 한정 이유에 대해서 서술한다. 또한, 강판 성분 조성에 있어서의 ％표시는, 특별히 언급하지 않는 한 질량％를 나타낸다.

본 발명에서는, 전술했던 대로, 비저항을 높인 표층에, 추가로 인장 응력을 부가하는 것이 중요하다.

그 때문에, 고온에서 오스테나이트상(이하, γ상이라고 함)이 되어 있는 강판에 대하여 침규 처리를 행하고, 표층의 Si량을 증가시켜 비저항을 올리고, 또한 표층만을 페라이트상(이하, α상이라고 함)으로 변태시키고 나서, 강 중 Si가 균일화하기 전에 냉각하는 것이 필요하다.

상기 냉각에 의해, 도 1에 나타낸 바와 같은, 펄라이트상, 베이나이트상 및 마르텐사이트상 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 페라이트 혼합 조직으로 이루어지는 판두께 중앙층과, Si 농도가 높은 페라이트 단상 조직으로 이루어지는 강판 표리면의 2층의 표층을 갖는, 소위 「클래드형」의 3층 구조의 강판이 된다. 이들 각 표층과 판두께 중앙층과의 사이에는 Si 농도에 차이가 있기 때문에, 전술한 바와 같이, Si 농도 갭에 의한 내부 응력이 발생하여, 표층에는 인장 응력이 부가된다.

또한, 판두께 중앙층에 대해서는, 페라이트 단상의 경우, 충분한 내부 응력이 얻어지지 않는 점에서, 펄라이트상, 베이나이트상 및 마르텐사이트상을, 합계로 30％(면적％) 이상 포함하고, 잔부는 실질적으로 페라이트상인 것이 바람직하다.

여기에, 표층의 Si량을 3％ 이상으로 하면, 자왜가 정(正)의 큰 값을 취하기 때문에, 상기와 같은 인장 응력이 작용한 경우, 자기 탄성 효과에 의해 자화되기 쉬워진다. 그 결과, 강판을 자화할 때, 표층으로의 자속 집중이 촉진되어, 와전류손 저감 효과가 커진다.

그러나, 표층 Si량이 5％를 초과하면, 반대로 자왜가 작아져, 인장 응력에 의한 자기 탄성 효과가 작아지고, 또한 표면이 단단해져 가공성의 저하를 초래한다. 따라서, 표층의 Si량은 3∼5％로 했다.

한편, 판두께 중앙층의 Si량의 평균값이 1.0％를 초과하면, 상기한 표층과의 Si 농도차가 적어져, 강판의 내부 응력이 감소하기 때문에, 와전류손의 저감 효과가 희미해져 버린다. 그 때문에, 판두께 중앙층의 Si 농도는 1.0％ 이하로 했다. 또한, Si 농도의 하한값은 특별히 제한은 되지 않지만, 제강시에 강 중 산소를 제거하기 위해, 0.1％ 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 강 중 Si가 균일화하기 전이란, 침규에 의해 증가한 표층의 Si가, 충분한 확산에 의해 내부까지 침투하여, 표층 및 중앙층의 Si 농도가 균일해지기 전이라는 의미이다.

따라서, 표층 부분에도, 판두께 중앙층 부분에도 판두께 깊이(중심) 방향을 향하여, Si 농도 구배가 존재하지만, 이 구배는 매우 미소하여, 거의 무시할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서의 표층 Si 농도(양)란, 표층 부분의 평균 Si 농도(양)를 의미한다. 또한, 상기 표층에 점 형상 또는 선 형상의 탄화물이 존재하는 경우가 있지만, 이 경우도 특별히 문제는 없으며, 실질적으로 페라이트 단상으로서 좋다.

상기한 표층의 인장 응력은, 70∼160㎫의 면 내 인장 응력으로 할 필요가 있다. 즉, 표층의 인장 응력이 70㎫에 못 미치면 와전류손의 저감 효과가 희미해져 버린다는 문제가 있고, 한편, 160㎫을 초과하면, 이력손실이 지나치게 증대하여 와전류손의 저감 효과를 상쇄해 버린다는 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명에서는, 표층의 인장 응력을 70∼160㎫로 한정했다.

또한, 상기한 표층의 두께는, 2층 합계로, 강판의 전 두께에 대하여 30∼60％ 정도로 하는 것이 바람직하다. 즉, 강판의 전 두께에 대하여 30％에 못 미치면 이력손실이 커지기 때문이다. 한편, 60％를 초과하면, 와전류손의 저감화 효과가 희미해져 결과적으로 철손이 증가해 버리기 때문이다.

또한, 상기한 표층은, 두께, 성분 조성 등, 상하면의 2층 각각에서, 반드시 동일할 필요는 없지만, 동일한 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 이용하는 강판의 두께는, 0.05∼0.35㎜ 정도가 바람직하다. 즉, 강판의 두께가 0.05㎜에 못 미치면 생산 효율이 저하되어, 제조 비용이 증가한다. 한편, 0.35㎜를 초과하면 와전류손이 증대하여, 고주파용의 자심 재료로서 적합하지 않게 되기 때문이다. 단, 상기 두께를 만족하고 있지 않아도, 본 발명에 있어서의 철손 저감 효과가 없어지는 것은 아니다.

이하, 강판의 표층 및 판두께 중앙층의 성분의 한정 이유에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 강판 성분의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다.

성분 중, Si에 대해서는, 전술했던 대로 표층은 3∼5％, 판두께 중앙층은 1.0％ 이하로 할 필요가 있지만, 그 외의 성분에 대해서는, 표층 및 판두께 중앙층의 양(兩) 층에 공통된다.

C: 0.02∼0.16％,

C는, 강재의 내부 응력을 높여, 충분한 와전류손 저감 효과를 얻기 위해 필요한 원소로서, 적어도 0.02％의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.16％를 초과하면 표층과 판두께 중앙층의 계면에서 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, C는 0.02∼0.16％의 범위로 한정했다.

보다 바람직하게는, 고주파에 있어서도 6.5％ Si의 전자 강판보다 낮은 철손을 얻는다는 관점에서, C를 0.03∼0.10％의 범위로 한다.

Mn: 0.3∼2.0％

Mn은, 충분한 와전류손 저감 효과를 얻기 위해 필요한 원소로서, 적어도 0.3％의 함유를 필요로 한다. 한편, 2.0％를 초과하면, 실온까지 냉각한 후에도 강판의 판두께 중앙층에 γ상이 잔류하기 쉬워져, 강판의 표층과의 내부 응력이 저하되어 버린다. 그 때문에, Mn은 0.3∼2.0％의 범위로 한정했다.

P: 0.03％ 이하

P는, 취화 원소로서, 강판의 표층과 판두께 중앙층의 계면에서 균열이 발생하기 쉬워지기 때문에, 최대한 저감화하는 것이 바람직하지만, 0.03％까지는 허용할 수 있다.

S: 0.01％ 이하

S는, 열간 취성의 원인이 되는 원소로서, 농도가 증가하면 생산성이 저하되기 때문에, 최대한 저감화하는 것이 바람직하지만, 0.01％까지는 허용할 수 있다.

이상, 강판의 기본 성분에 대해서 설명했지만, 본 발명에서는, 그 외에도, 표층 및 판두께 중앙층의 양 층에 공통되고, 이하에 서술하는 원소 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다.

Al: 0.002∼0.6％

Al의 첨가는, 고유 저항을 높이기 때문에, 와전류손 저감에 유효한 원소이다. 하한 미만에서는 첨가 효과가 부족하고, 한편 상한을 초과하면 침규 전에 고온에서 α상이 존재하기 때문에 본 발명이 제시하는 클래드형 강판의 제작을 할 수 없게 된다.

Cr: 0.01∼1.5％

Cr의 첨가는, 고유 저항을 높이기 때문에, 와전류손 저감에 유효한 원소이다. 하한 미만에서는 첨가 효과가 부족하고, 한편 상한을 초과하면 입자 내 및 입계에 석출된 탄화물이 기점이 되어 취성 파괴하기 쉬워진다.

V: 0.0005∼0.1％, Ti: 0.0005∼0.1％, Nb: 0.0005∼0.1％, Zr: 0.0005∼0.1％

V, Ti, Nb 및 Zr의 첨가는, 판두께 중앙부에서 탄화물, 질화물을 형성함으로써 투자율을 낮추어, 표층으로의 자속 집중 효과를 높이기 때문에, 와전류손 저감에 각각 유효하다. 각각 하한 미만에서는 첨가 효과가 부족하고, 한편 상한을 초과하면 입자 내 및 입계에 석출된 탄화물, 질화물이 기점이 되어 취성 파괴하기 쉬워진다.

B: 0.0005∼0.01％, N: 0.002∼0.01％

B 및 N의 첨가는, 침규 처리 후의 냉각 과정에서 판두께 중앙층의 켄칭성을 높이기 때문에, 그 부분의 투자율이 저하되어, 표층으로의 자속 집중 효과를 높이기 때문에, 와전류손 저감에 각각 유효하다. 각각 하한 미만에서는 첨가 효과가 부족하고, 한편 상한을 초과하면 취화하기 쉬워진다.

다음으로, 본 발명의 저탄소 강판의 적합한 제조 방법에 대해서 설명한다.

침규 처리를 행하기 전의 저탄소 강판의 제조 방법에 대해서, 특별히 제한은 없어, 종래 공지의 방법 모두 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기한 강판의 판두께 중앙층의 성분 조성이 되는 슬래브를, 가열 후, 열간 압연을 행하고, 냉간 압연 또는 1회 또는 2회 이상의 중간 어닐링을 사이에 두는 냉간 압연을 반복하여 소정의 판두께의 강판으로 하면 좋다. 또한, 필요에 따라서 마무리 어닐링을 행해도 좋다.

상기와 같이 하여 얻은 강판에 대하여, 침규 처리를 행하여 표층의 Si 농도를 증가시키지만, 강판의 표층에 Si 함유량: 3∼5％의 페라이트상을 형성한 후, 강 중 Si가 균일화하기 전에 냉각함으로써, 본 발명의 저탄소 강판을 제작할 수 있다.

여기에, Si를 침투(침규)시키는 방법으로서는, 종래 공지의 방법을 모두 적용할 수 있지만, 예를 들면, 기상 침규법, 액상 침규법, 고상 침규법 등을 들 수 있다. 또한, 그때에 사용하는 Si계의 가스는, 특별히 한정은 없지만, 실란 가스, 예를 들면, 사염화 규소, 트리클로로실란, 디클로로실란, 모노실란, 디실란 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상의 가스인 것이 바람직하다.

이하에, 기상 침규법에 의해 Si를 침투시키는 방법에 대해서 설명한다.

기상 침규법의 경우, Si계의 반응 가스를 충분히 공급하고, 침규의 개시에서 종료, 또한 냉각될 때까지의 온도 이력(로(furnace) 내 각 존(zone)의 온도와 강판의 체류 시간)이 정해지면, 판두께와 Si 첨가량(침규량)에 대응하여, 판두께 방향의 Si 농도 분포는, 거의 일의적으로 정해진다.

본 발명에 이용되는 침규로는, 종래 공지의 것을 모두 적합하게 사용할 수 있지만, 예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같은 구조의 설비를 들 수 있다.

본 발명에 있어서, Si 농도: 1％ 이하의 저탄소 강판에 대하여 침규 처리를 행할 때는, 다음 식 1을 충족시키는 조건에서 침규 처리를 실시하는 것이, 특히, 고주파 철손이 큰폭으로 저감화하는 Si 농도 분포를 얻는데 있어서 바람직하다.

식 1: 1.3×10^－4≤(Σt_k×exp(－25000/T_k))/(d²×[mass％Si]_add)≤2.2×10^－4

여기에서, T_k는, 침규 처리의 개시 후에 강판이 통과하는 로 내 각 존의 온도, t_k는 각 존에서의 강판의 체류 시간, d는 판두께(㎜), [mass％Si]_add는 침규 처리 시에 강판에 첨가한 Si량(판두께 방향의 Si 평균 농도의 증가량)을 나타낸다.

또한, 본 발명에서는, 로 내 온도가 변화하는 경우, Σt_k×exp(－25000/T_k)의 값이 동일하게 되는 바와 같은, 일정 온도 및 일정 시간으로 열처리한 것으로 간주할 수 있다. 예를 들면, 1200℃에서 700℃까지를 5분간으로 냉각하는 경우, Σt_k×exp(－25000/T_k)≒1.9×10^－6이며, 1200℃ 일정하게 한 경우는, t_k의 값이 45초가 된다. 따라서, 상기 냉각은, 1200℃에서 45초간의 열처리를 받은 것과 동일하다고 간주할 수 있다.

또한, 상기 식의 값의 하한값이 1.3×10^－4보다 작은 경우라도, 변형 교정 어닐링 등의 후속 공정을 비교적 높은 온도에서 행함으로써, Si 농도 분포를 적정하게 하는 것은 가능하다. 그러나, 1.3×10^－4보다 작으면, 실제는 표층의 Si 농도가 지나치게 높아져, 그 결과, 침규 처리시에 강판의 변형을 발생시키거나, 그 후의 가공시에, 전단부에 균열이나 이빠짐이 발생하기 쉬워지기 때문에, 상기 값을 만족하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 식의 상한값이 2.2×10^－4보다 큰 경우에서는, 내부 응력이 완화되어, 와전류손 저감 효과가 저하되기 때문에, 역시 상기 값을 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 연속 라인으로 침규 처리를 행하는 경우, 700℃ 이하일 때는, 강판의 Si 농도가 현실적인 시간에서 변화하지 않기 때문에, 식 1의 계산은 700℃까지로 해도 좋다.

본 발명에 있어서의 침규 처리 온도는, 1050∼1250℃로 한다. 즉, 1050℃에 못 미친다면 냉각했을 때의 내부 응력이 충분히 발생하지 않을 우려가 있고, 한편 1250℃를 초과하면, 침규 처리 중에 Si 농도가 높은 표층이 반용융 상태가 되어, 강판이 파단할 우려가 있기 때문이다.

침규 처리를 행한 저탄소 강판은, 절연 피막이 도포된 후, 건조·번인(burn in) 공정을 통과한다.

상기한 공정을 통과할 때, 600℃ 미만에서 열처리된다면, 강판의 응력 완화는 일어나지 않고, 고주파 철손은 상승하지 않는다. 그러나, 600℃ 이상에서 열처리되는 경우에는, 시간과 함께 내부 응력이 완화되어 가기 때문에, 그의 고주파 철손은 상승하게 된다.

그래서, 600∼800℃의 범위에서 열처리를 행하는 경우에 최적인 열이력을 조사했다. 그 결과, 다음 식 2를 만족하고 있는 조건이면, 동일한 판두께에서, 동일한 Si 농도의 균일재보다도 저철손인 것이 확인되었다. 그 때문에, 600∼800℃의 범위에서 열처리를 행하는 경우는, 다음 식 2를 만족하는 열이력으로 해 두는 것이 바람직하다.

식 2: (Σt'_k×exp(－25000/T'_k))/(d²×[mass％Si]_add)≤0.2×10^－4

여기에서, T'_k는, 침규 처리 후에 강판이 통과하는 각 열처리 공정의 온도, t'_k는 각 열처리 공정에서의 강판의 체류 시간, d는 판두께(㎜), [mass％Si]_add는 침규 처리시에 강판에 첨가한 Si량(판두께 방향의 Si 평균 농도의 증가량)을 나타낸다.

또한 상기 식 1의 경우와 동일하게, 로 내 온도가 변화하는 경우는, Σt'_k×exp(－25000/T'_k)의 값이 동일하게 되는 바와 같은, 일정 온도 및 일정 시간으로 열처리한 것으로 간주할 수 있다.

침규 처리를 행한 저탄소 강판은, 슬릿, 전단, 프레스 등의 여러 가지 가공 공정을 거쳐 철심으로서 조립되지만, 그때, 변형 교정 어닐링을 행하는 경우가 있다. 이 경우에도 600℃ 이상의 어닐링으로 내부 응력이 완화되기 때문에, 상기 식 2를 충족시키도록, 변형 교정 어닐링 온도 및 시간을 정하는 것이 바람직하다.

또한, 절연 피막의 건조·번인을 400℃ 이상에서 행하고, 가공 후에 변형 교정 어닐링을 행하는 경우에는, 피막의 열처리 공정과 변형 교정 어닐링 공정을 합계하여, 상기 식 2를 충족시키도록 온도 및 시간을 설정하는 것이 바람직하다.

이상으로부터, 자심 완성까지 행해지는 열처리의 시간도 고려한 제조 조건을 설정할 수 있다.

(실시예)

<실시예 1>

표 2에 나타내는 성분 조성이 되는 시료를 압연하여, 판두께: 0.2㎜로 한 후, 1200℃로 가열하고, SiCl₄＋N₂ 분위기에서 3％ Si 상당의 침규 처리 및 Si 확산 처리를 아울러 3분간 행한 후, 실온까지 10℃/min으로 냉각했다.

이들 시료의 고주파 철손을, 엡스타인(Epstein) 시험법(JIS C 2550)에 의해 측정했다. 결과를, 표층 및 판두께 중앙층의 Si 농도와 함께, 표 3에 나타낸다.

동 표에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라서 얻어진 발명예(No.3∼5 및 7)는 모두, 3％ Si 전자 강판보다 낮은 철손이 얻어지는 것을 알 수 있다.

<실시예 2>

표 2에 No.2∼5로서 나타낸 시료에 대하여, 자화하는 방향과 평행하게 ±50㎫의 압축 응력을 부여하여 철손의 변화를 조사했다. 이들 고주파 철손은, 엡스타인 시험법(JIS C 2550)에 의해 측정했다.

얻어진 결과를 표 4에 나타낸다.

동 표에 나타낸 바와 같이, 종래의 3％ Si 전자 강판은, 외부 압축 응력에 의해 2배 이상의 대폭적인 철손 상승을 나타낸 것에 대하여, 본 발명에 따르는 강판(시료 No.3∼5)은, 근소한 상승(최대에서도 14W/kg의 철손)에 그치고 있다. 또한, 본 발명에 따르는 강판은, 외부 인장 응력을 받은 경우에도 철손은 충분히 낮아, 최대에서도 12W/kg에 그치고 있는 것을 알 수 있다.

본 발명에서는, 고주파 특성이 우수하고, 또한 외부 응력에 의한 철손 열화가 적은 저탄소 강판을 얻을 수 있다. 그 결과, 철손이 적은 고주파용의 철심을 얻을 수 있고, 이로써, 에너지 효율이 높은 변압기나 그 외의 상기 기기의 제작이 가능해진다.

Claims

Si: 1.0질량％ 이하, C: 0.02∼0.16질량％, Mn: 0.3∼2.0질량％, P: 0.03질량％ 이하 및 S: 0.01질량％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로, 펄라이트상(相), 베이나이트상 및 마르텐사이트상 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 페라이트 혼합 조직인 판두께 중앙층과, Si: 3∼5질량％, C: 0.02∼0.16질량％, Mn: 0.3∼2.0질량％, P: 0.03질량％ 이하 및 S: 0.01질량％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로, 페라이트 단상인 표층으로 이루어지는 클래드(clad)형의 저탄소 강판으로서, 당해 표층이 내부 응력으로서 70∼160㎫의 면 내 인장 응력을 갖는 것을 특징으로 하는 저탄소 강판.
제1항에 있어서,
상기 표층의 합계 두께가, 전(全) 판두께의 30∼60％인 것을 특징으로 하는 저탄소 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 저탄소 강판의 판두께가, 0.05∼0.35㎜인 것을 특징으로 하는 저탄소 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 저탄소 강판의 판두께 중앙층 및 표층이, 추가로, Al: 0.002∼0.6질량％, Cr: 0.01∼1.5질량％, V: 0.0005∼0.1질량％, Ti: 0.0005∼0.1질량％, Nb: 0.0005∼0.1질량％, Zr: 0.0005∼0.1질량％, B: 0.0005∼0.01질량％ 및 N: 0.002∼0.01질량％ 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 저탄소 강판.
Si: 1.0％질량 이하, C: 0.02∼0.16질량％, Mn: 0.3∼2.0질량％, P: 0.03질량％ 이하 및 S: 0.01질량％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판을 가열하여, 1050∼1250℃의 오스테나이트역에 있어서, Si계의 가스와 반응시킴으로써, 당해 강판의 표층에 Si 함유량: 3∼5질량％의 페라이트상을 형성한 후, 강 중 Si가 균일화하기 전에 냉각하는 것을 특징으로 하는 저탄소 강판의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 Si계의 가스는, 사염화 규소, 트리클로로실란, 디클로로실란, 모노실란, 디실란 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상의 가스인 것을 특징으로 하는 저탄소 강판의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 강판이, 추가로, Al: 0.002∼0.6질량％, Cr: 0.01∼1.5질량％, V: 0.0005∼0.1질량％, Ti: 0.0005∼0.1질량％, Nb: 0.0005∼0.1질량％, Zr: 0.0005∼0.1질량％, B: 0.0005∼0.01질량％ 및 N: 0.002∼0.01질량％ 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 저탄소 강판의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 저탄소 강판의 판두께 중앙층 및 표층이, 추가로, Al: 0.002∼0.6질량％, Cr: 0.01∼1.5질량％, V: 0.0005∼0.1질량％, Ti: 0.0005∼0.1질량％, Nb: 0.0005∼0.1질량％, Zr: 0.0005∼0.1질량％, B: 0.0005∼0.01질량％ 및 N: 0.002∼0.01질량％ 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 저탄소 강판.