KR101593346B1

KR101593346B1 - 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101593346B1
Application number: KR1020147010154A
Authority: KR
Inventors: 시게히로 다카조; 히로이 야마구치; 다케시 오무라; 히로타카 이노우에; 세이지 오카베
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2016-02-11
Also published as: EP2762578A1; US20140234638A1; WO2013046716A1; CN103827326A; EP2762578B1; US10011886B2; EP2762578A4; CN103827326B; WO2013046716A8; RU2014116896A; RU2569269C1; JP5594437B2; KR20140061546A; JPWO2013046716A1

Abstract

본 발명에 따라서, 피막을 표면에 갖고, 판두께 : t(㎜) 의 방향성 전기 강판을, 온도 : 50 ℃, 습도 : 98 ％ 의 분위기 중 48 시간 이상 녹이 발생하지 않고, 또한 전자빔 조사 후의 철손 (W₁₇ _/50) 이, 전자빔 조사 전의 철손 (W₁₇ _/50) 에 비해 (-500t² + 200t - 6.5) ％ 이상 저감되고, 또한 (5t² - 2t + 1.065) W/㎏ 이하로 함으로써, 변압기의 철심 등의 용도에 제공하기에 바람직한, 저철손이며 또한 내식성의 열화가 없는 방향성 전기 강판으로 할 수 있다.

Description

방향성 전기 강판 및 그 제조 방법{GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 변압기의 철심 등의 용도에 사용하기에 바람직한, 철손 특성이 우수하고 또한 내식성의 열화가 없는 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 에너지 사용의 효율화가 진행되어, 변압기 메이커 등을 중심으로, 자속 밀도가 높고, 또한 철손이 낮은 전기 강판에 대한 수요가 증가하고 있다.

여기에, 자속 밀도는, 전기 강판의 결정 방위를 Goss 방위로 집적시킴으로써 향상시킬 수 있고, 예를 들어 특허문헌 1 에는, 1.97T 를 초과하는 자속 밀도 (B₈) 를 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법이 개시되어 있다.

한편, 철손에 관해서는, 소재의 고순도화, 고배향성, 판두께 저감, Si 및 Al 의 첨가, 자구 세분화 등의 관점에서, 그 대책이 생각되어 왔다 (예를 들어, 비특허문헌 1 참조). 그러나, B₈ 이 1.9T 를 초과하는 고자속 밀도 소재에 있어서는, 일반적으로 자속 밀도를 높게 할수록, 철손은 열화되는 경향이 있다. 이 이유는, 결정 방위가 정렬되면 정자 (靜磁) 에너지가 낮아지므로, 강판 내의 자구폭이 넓어져, 와전류손이 높아지기 때문이다. 이것에 대하여, 와전류손의 저감 방법으로서, 피막 장력을 향상시키거나, 열변형을 도입함으로써 자구 세분화를 실시하는 방법이 있다. 일반적으로 피막 장력은, 피막과 지철의 열팽창차를 이용하여, 고온에서 팽창된 강판에 피막을 형성시킴으로써, 실온으로의 냉각 후에 있어서 부여되지만, 피막 재질을 바꾸지 않고 장력 효과를 높이는 기술은 포화 경향이 있다. 한편, 특허문헌 2 에 나타내는 피막 장력을 향상시키는 방법에서는, 부여하는 변형이 탄성역 근방이고, 또한 장력이 지철의 표층에만 가해지는 것이기 때문에, 철손의 저감 효과가 작다는 문제가 있다.

한편, 열변형의 도입에는, 레이저, 전자빔이나 플라즈마 제트를 사용하는 방법이 생각되고 있고, 어느 것이나 조사에 의한 철손의 개선 효과가 매우 높은 것이 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 3 에는, 전자빔 조사에 의해 W_17/50 이 0.8 W/㎏ 을 하회하는 철손을 갖는 전기 강판의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4 에는, 전기 강판에 레이저 조사를 실시함으로써, 철손을 저감시키는 방법이 개시되어 있다.

그런데, 레이저, 전자빔이나 플라즈마 제트를 사용하여, 철손을 크게 개선하는 조건으로 열변형을 도입한 경우, 때로는 조사면의 피막이 파괴되고, 지철이 노출되어, 조사 후, 강판의 내식성이 현저히 열화되는 경우가 있다. 한편, 플라즈마 제트에 의한 열변형의 도입으로 내식성을 저해하지 않는 방법 (특허문헌 5 참조) 이 알려져 있지만, 이 방법은, 플라즈마 분출구와 조사 표면의 거리를 ㎛ 단위로 제어할 필요가 있고, 조업성이 현저히 떨어진다.

또, 레이저를 사용하는 경우, 특허문헌 6 이나 특허문헌 7 에 나타내는 바와 같이, 빔 형상을 바꿈으로써 레이저 파워 밀도를 낮춰 조사에 의한 피막 손상을 억제하는 기술이 있다. 그러나, 레이저를, 그 조사 방향으로 확대하여 조사 면적을 크게 했다고 해도, 조사 속도가 빠른 경우에는, 조사부 근방의 열이 충분히 확산되지 않고, 축적되어 고온화되기 때문에, 피막을 손상시킨다. 또한, 레이저에 의해, 특허문헌 6 이나 특허문헌 7 에 나타내는 값 이상의 철손 저감 효과 (예를 들어, 15 ％ 이상) 를 얻고자 하는 경우에는, 보다 높은 출력으로 조사할 필요가 생겨, 역시 피막의 손상을 면하지 못한다.

여기에, 내식성의 열화를 방지하는 방법으로서, 강판 표면에 레이저 조사를 실시한 경우에는, 조사 후, 조사면에 다시 코팅을 실시하고, 내식성을 확보하는 경우가 있다. 그러나, 조사 후에 재코팅을 하는 것은, 제품의 비용 상승이 될 뿐만 아니라, 판두께가 증가하고, 철심으로 했을 때에는 그 점적률이 감소한다는 문제가 있었다.

한편, 전자빔을 조사하는 경우, 특허문헌 8 에는, 조사빔을 시트상으로 함으로써, 또한, 특허문헌 9 에는, 빔의 조임 횟수를 1 회로 하고, 필라멘트 형상을 리본형으로 함으로써, 조사에 의한 피막 손상을 억제하는 방법이 각각 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 10 에는, 고가속 전압·저전류의 전자빔에 의해, 피막을 지철로 압입함으로써, 피막 손상이 없는 강판이 개시되어 있다.

일본특허 제4123679호 일본 특허공보 평2-8027호 일본 특허공보 평7-65106호 일본 특허공보 평3-13293호 일본 공개특허공보 소62-96617호 일본 공개특허공보 2002-12918호 일본 공개특허공보 평10-298654호 일본 공개특허공보 평5-311241호 일본 공개특허공보 평6-2042호 일본 공개특허공보 평2-277780호 일본 공개특허공보 평4-39852호

「연자성 재료의 최근의 진보」 제 155·156 회 니시야마 기념 기술 강좌, 사단법인 일본철강협회편, 1995년 2월 1일 발행 Ichijima 등 ; IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, Vol.MAG-20, No.5 (1984), p.1558 Fig.4

그러나, 전자빔을 시트형으로 하는 방법은, 시트상 조사면 내부에서의 출력이 불균일해지고, 광학계의 조정에 수고가 드는 등의 문제가 있다. 또한, 철손이 보다 낮아지는 전자빔의 조사 조건에서는, 필라멘트의 리본형화나, 조임의 1 단화를 한 시점에서, 조사에 의한 피막 손상이 출현한다. 또한, 특허문헌 10 에 개시된 방법은, 전자빔 조사 후에 변형 제거 어닐링을 필요로 할 뿐만 아니라, 철손의 저감 효과도 충분하다고는 하기 어렵다.

본 발명은, 상기한 현 상황을 감안하여 개발된 것으로, 변압기의 철심 등의 용도에 제공하기에 바람직한, 저철손이며 또한 내식성의 열화가 없는 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 상기한 과제를 해결하기 위해, 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 높은 가속 전압에 의해 생성된 전자빔을 사용함으로써, 저철손화와 피막 손상 억제의 양립이 가능한 것을 알아냈다. 즉, 전자빔 조사 후의 철손은, 단위 면적당 조사 에너지 (예를 들어, 전자빔을 점상으로 조사하는 경우, 어떤 영역에 포함되는 조사점에 의해 부여되는 조사 에너지의 총합을, 그 영역의 면적으로 나눈 것) 에 강하게 의존하는 것을 알아냈다. 또, 단위 면적당 조사 에너지를 조정함으로써, 전자빔 조사선 상의 단위 길이당 조사 에너지를 낮춰도 철손에 그다지 영향을 미치지 않는 것을 알아냈다. 또한, 전자빔 조사 조건을, 이하에 나타내는 바와 같이 조정함으로써, 양호한 철손을 얻음과 동시에, 전자빔 조사에 의한 피막의 손상을 억제할 수 있는 것을 알아냈다. 또, 하기 (1), (2) 에 있어서, Z 는 조사 주파수 (㎑) 의 -0.35 제곱으로 한다.

(1) 전자빔의 조사 에너지를, 단위 면적 : 1 ㎠ 당, 1.0Z ∼ 3.5Z J 의 범위로 한다.

(2) 전자빔의 조사 에너지를, 단위 길이 : 1 m 당 105Z J 이하의 범위로 한다.

본 발명은, 상기한 지견에 기초하는 것으로서, 요지 구성은 다음과 같다.

1. 전자빔 조사가 실시되고, 피막을 갖는 판두께 : t(㎜) 의 방향성 전기 강판으로서, 온도 : 50 ℃, 습도 : 98 ％ 의 분위기 중 48 시간 유지하는 습윤 시험 후에, 강판 표면에 녹이 발생하지 않고, 전자빔 조사 후의 철손 (W_17/50) 이, 전자빔 조사 전의 철손 (W₁₇ _/50) 에 비해 (-500t² + 200t - 6.5) ％ 이상 저감되고, 또한 (5t²- 2t + 1.065) W/㎏ 이하인 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판.

2. 상기 피막이, 콜로이달 실리카 및 인산염으로 이루어지는 피막과, 그의 하지 피막인 포스테라이트 피막인 것을 특징으로 하는 상기 1 에 기재된 방향성 전기 강판.

3. 피막을 갖는 방향성 전기 강판에 대하여, 전자빔을, 압연 방향과 교차하는 방향으로 조사할 때, 그 전자빔의 조사 간격 : d(㎜) 마다의 조사 시간을 s₁(㎳) 로 하고, 또한 Z = s₁ ⁰ ^. ³⁵로 했을 때, 그 전자빔 조사 조건에 대하여, 그 전자빔의 단위 면적 : 1 ㎠ 당 조사 에너지를 1.0Z ∼ 3.5Z J 로 하고, 또한 전자빔의 단위 조사 길이 : 1 m 당 조사 에너지를 105Z J 이하로 하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.

4. 상기 조사 간격 : d(㎜) 를 0.01 ∼ 0.5 ㎜ 의 범위로 하고, 또한 상기 조사 시간 : s₁(㎳) 을 0.003 ∼ 0.1 ㎳ 의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 상기 3 에 기재된 방향성 전기 강판의 제조 방법.

5. 상기 피막을, 콜로이달 실리카 및 인산염으로 이루어지는 피막과, 그의 하지 피막인 포스테라이트 피막으로 하는 것을 특징으로 하는 상기 3 또는 4 에 기재된 방향성 전기 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 전자빔 조사에 의해, 방향성 전기 강판의 철손이 대폭 개선될 뿐만 아니라, 조사부의 피막의 파괴를 억제할 수 있고, 그 결과, 내식성의 열화를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 전자빔 조사 후에 있어서의 피막의 재코팅 과정을 생략할 수 있기 때문에, 제품의 비용 다운뿐만 아니라, 피막 두께가 증가하지 않는 것에 의해, 변압기 등의 철심을 만들 때, 점적률의 향상이 가능하게 된다.

도 1 은 주파수와, 녹 발생 점수가 0 이 되는 최대 조사 에너지의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2 는 주파수 : 100 ㎑ 에서의, 전자빔 조사한 후의 내식성에 미치는 단위 길이당 조사 에너지의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 3 은 주파수 : 100 ㎑ 에서의, 전자빔의 조사에 의한 철손 (W_17/50) 의 변화량 (조사 후의 철손-조사 전의 철손) 과 단위 면적당 조사 에너지의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 대해서 구체적으로 설명한다.

처음에, 본 발명에 따른 방향성 전기 강판의 제조 조건에 대해서 설명한다.

본 발명에 있어서, 방향성 전기 강판용 슬래브의 성분 조성은, 2 차 재결정이 발생하는 성분 조성이면 된다. 또, 인히비터를 이용하는 경우, 예를 들어 AlN 계 인히비터를 이용하는 경우이면 Al 및 N 을, 또한 MnS·MnSe 계 인히비터를 이용하는 경우이면 Mn 과 Se 및/또는 S 를 적당량 함유시키면 된다. 물론, 양 인히비터를 병용해도 된다. 이 경우에 있어서의 Al, N, S 및 Se 의 바람직한 함유량은 각각 Al : 0.01 ∼ 0.065 질량％, N : 0.005 ∼ 0.012 질량％, S : 0.005 ∼ 0.03 질량％, Se : 0.005 ∼ 0.03 질량％ 이다.

또한, 본 발명은, Al, N, S, Se 의 함유량을 제한한, 인히비터를 사용하지 않는 방향성 전기 강판에도 적용할 수 있다.

이 경우에는, Al, N, S 및 Se 량은 각각 Al : 100 질량ppm 이하, N : 50 질량ppm 이하, S : 50 질량ppm 이하, Se : 50 질량ppm 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

상기 서술한 성분 이외에 대하여, 방향성 전기 강판용 슬래브의 기본 성분 및 임의 첨가 성분을 구체적으로 서술하면 다음과 같다.

C : 0.08 질량％ 이하

C 는, 열연판 조직의 개선을 위해 첨가하지만, 제조 공정 중에 자기 시효가 일어나지 않는 50 질량ppm 이하까지 C 를 저감시키기 위해서는, 0.08 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 하한에 관해서는, C 를 함유하지 않는 소재라도 2 차 재결정이 가능하기 때문에 특별히 형성할 필요는 없다.

Si : 2.0 ∼ 8.0 질량％

Si 는, 강의 전기 저항을 높이고, 철손을 개선하는 데에 유효한 원소이지만, 충분한 철손 저감 효과를 달성하기 위해서는, 함유량을 2.0 질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 8.0 질량％ 를 초과하면 가공성이 현저히 저하되고, 또한 자속 밀도도 저하되기 때문에, Si 량은 2.0 ∼ 8.0 질량％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

Mn : 0.005 ∼ 1.0 질량％

Mn 은, 열간 가공성을 양호하게 하는 데에 있어서 필요한 원소이지만, 함유량이 0.005 질량％ 미만에서는 그 첨가 효과가 부족하고, 한편 1.0 질량％ 를 초과하면 제품판의 자속 밀도가 저하되기 때문에, Mn 량은 0.005 ∼ 1.0 질량％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

상기의 기본 성분 이외에, 자기 특성 개선 성분으로서, 다음에 서술하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.

Ni : 0.03 ∼ 1.50 질량％, Sn : 0.01 ∼ 1.50 질량％, Sb : 0.005 ∼ 1.50 질량％, Cu : 0.03 ∼ 3.0 질량％, P : 0.03 ∼ 0.50 질량％, Mo : 0.005 ∼ 0.10 질량％ 및 Cr : 0.03 ∼ 1.50 질량％ 중에서 선택한 적어도 1 종

Ni 는, 열연판 조직을 개선하여 자기 특성을 향상시키기 위해서 유용한 원소이다. 그러나, 함유량이 0.03 질량％ 미만에서는 자기 특성의 향상 효과가 작고, 한편 1.50 질량％ 를 초과하면 2 차 재결정이 불안정해져 자기 특성이 열화된다. 그 때문에, Ni 량은 0.03 ∼ 1.50 질량％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또, Sn, Sb, Cu, P, Mo 및 Cr 은 각각 자기 특성의 향상에 유용한 원소이지만, 모두 상기한 각 성분의 하한에 미치지 못하면, 자기 특성의 향상 효과가 작고, 한편, 상기한 각 성분의 상한량을 초과하면, 2 차 재결정립의 발달이 저해되기 때문에, 각각 상기의 범위에서 함유시키는 것이 바람직하다.

또, 상기 성분 이외의 잔부는, 제조 공정에서 혼입되는 불가피적 불순물 및 Fe 이다.

이어서, 상기한 성분 조성을 갖는 슬래브는, 통상적인 방법에 따라서 가열하여 열간 압연에 제공하는데, 주조 후, 가열하지 않고 바로 열간 압연해도 된다. 박주편 (薄鑄片) 의 경우에는 열간 압연해도 되고, 열간 압연을 생략하고 그대로 이후의 공정으로 진행해도 된다.

또한, 필요에 따라 열연판 어닐링을 실시한다. 이 때, 고스 조직을 제품판에 있어서 고도로 발달시키기 위해서는, 열연판 어닐링 온도로서 800 ∼ 1100 ℃ 의 범위가 바람직하다. 열연판 어닐링 온도가 800 ℃ 미만이면, 열간 압연에서의 밴드 조직이 잔류하고, 정립 (整粒) 한 1 차 재결정 조직을 실현하는 것이 곤란해지고, 2 차 재결정의 발달이 저해된다. 한편, 열연판 어닐링 온도가 1100 ℃ 를 초과하면, 열연판 어닐링 후의 입경이 지나치게 조대화되기 때문에, 정립한 1 차 재결정 조직의 실현이 매우 곤란해진다.

열연판 어닐링 후에는, 1 회 또는 중간 어닐링을 끼우는 2 회 이상의 냉간 압연을 실시한 후, 재결정 어닐링을 실시하고, 어닐링 분리제를 도포한다. 어닐링 분리제를 도포한 후에, 2 차 재결정 및 포스테라이트 피막의 형성을 목적으로 하여 최종 마무리 어닐링을 실시한다.

최종 마무리 어닐링 후에는, 평탄화 어닐링을 실시하여 형상을 교정하는 것이 유효하다. 또, 본 발명에서는, 평탄화 어닐링 전 또는 후에, 강판 표면에 절연 코팅을 실시한다. 여기에, 이 절연 코팅은, 본 발명에서는, 철손 저감을 위해, 강판에 장력을 부여할 수 있는 코팅 (이하, 장력 코팅이라고 한다) 을 의미한다. 또, 장력 코팅으로는, 방향성 전기 강판에 사용하는 공지된 장력 코팅이면, 모두 본 발명에 동등하게 적용할 수 있지만, 특히, 콜로이달 실리카 및 인산염으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 실리카를 함유하는 무기계 코팅이나 물리 증착법, 화학 증착법 등에 의한 세라믹 코팅 등도 들 수 있다.

본 발명에서는, 상기 서술한 장력 코팅 후의 방향성 전기 강판에 대하여, 이하에 나타내는 조건으로 강판 표면에 전자빔을 조사함으로써, 자구 세분화 처리를 실시하는 것이고, 전자빔 조사에 의한 철손 저감 효과를 충분히 발휘시킴과 함께, 피막의 손상을 억제할 수 있다.

계속해서, 본 발명에 따른 전자빔의 조사 방법에 관해서 설명한다.

먼저, 전자빔의 발생 조건에 대해서 설명한다.

가속 전압 : 40 ∼ 300 ㎸

가속 전압은, 높은 것이 좋다. 높은 가속 전압에 의해 생성된 전자빔은, 물질, 특히 경원소로 구성되는 것을 투과하는 경향이 있다. 일반적으로 포스테라이트 피막이나 장력 코팅은 경원소로 구성되기 때문에, 가속 전압이 높으면 전자빔을 투과하기 쉬워지고, 피막이 손상되기 어려워진다. 또, 40 ㎸ 를 초과하여 높을수록, 동일 출력을 얻기 위해 필요한 조사빔 전류가 적고, 빔 직경을 좁힐 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나, 300 ㎸ 를 초과하면 조사빔 전류가 과도하게 낮아지므로, 그 미소한 조정이 곤란해질 우려가 발생한다.

조사 직경 : 350 ㎛ 이하

조사 직경이 350 ㎛ 를 초과하여 굵으면, 열영향역이 확대되고, 철손 (히스테리시스손) 이 열화될 우려가 있기 때문에, 350 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 측정은, 공지된 슬릿법으로 얻어지는 전류 (또는 전압) 곡선의 반값폭으로 규정하였다. 또, 조사 직경의 하한에 한정은 없지만, 과도하게 작으면, 빔 에너지 밀도가 과도하게 높아지고, 조사에 의한 피막 손상이 생성되기 쉬워지므로, 100 ㎛ 정도 이상으로 하는 것이 바람직하다.

전자빔의 조사 패턴

본 발명에서는, 전자빔의 조사 패턴은, 직선에 한정되지 않고, 파형 등과 같이 규칙적인 패턴을 가지면서 강판의 폭 단부로부터, 다른 일방의 폭 단부로 조사시킬 수 있다. 또, 전자총을 복수 대 사용하여, 1 대에서의 조사역을 분할해도 된다.

강판의 폭 방향에 대한 조사는, 편향 코일을 사용하여 실시하고, 조사 위치를 따라, 일정 간격 : d(㎜) 마다, 조사 시간을 s₁ 로 하여 반복한다. 본 발명에서는, 이 조사점을 도트라고 한다. 또한 그 때, 일정 간격 : d(㎜) 를, 소정의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 간격 : d 를, 본 발명에서는 도트 피치라고 한다. 또, 본 발명에 있어서는, 전자빔이 간격 : d 를 이동하는 시간이 매우 짧기 때문에, s₁ 의 역수를 조사 주파수로 간주할 수 있다.

또한, 상기 폭단에서 폭단을 향하는 조사를, 피조사재의 압연 방향과 교차하는 방향으로 일정한 간격을 두고 반복하는데, 이 간격을, 이하 선 간격이라고 부른다. 또, 조사 방향은, 강판의 압연 방향에 직각인 방향에 대하여, ± 30 도 정도의 각도로 하는 것이 바람직하다.

1 도트당 조사 시간 (조사 주파수의 역수) s₁: 0.003 ∼ 0.1 ㎳ (3 ∼ 100 ㎲)

조사 시간 s₁ 이 0.003 ㎳ 보다 짧으면, 지철에 충분한 열영향을 미칠 수 없고 철손이 개선되지 않을 우려가 있다. 한편, 0.1 ㎳ 보다 길면, 조사 시간 중에, 조사한 열이 강 중 등에 확산된다. 그 때문에, V × I × s₁ 로 나타내는 1 도트당 조사 에너지가 일정해도, 조사부의 최고 도달 온도가 낮아지는 경향이 되기 때문에, 철손이 열화될 우려가 생긴다. 따라서, 조사 시간 s₁ 은 0.003 ∼ 0.1 ㎳ 의 범위가 바람직하다. 또, V 는 가속 전압, I 는 빔전류이다.

도트 피치 (d) : 0.01 ∼ 0.5 ㎜

도트 피치가 0.5 ㎜ 보다 넓으면, 지철에 열영향이 미치지 않는 부분이 생기고, 충분히 자구가 세분화되지 않고, 철손이 개선되지 않을 우려가 있다. 한편, 0.01 ㎜ 보다 좁으면 조사 속도가 과도하게 저하되고, 조사 효율이 떨어진다. 따라서, 본 발명에 있어서의 도트 피치는, 0.01 ∼ 0.5 ㎜ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

선 간격 : 1 ∼ 15 ㎜

선 간격이 1 ㎜ 보다 좁으면, 열영향역이 확대되고, 철손 (히스테리시스손) 이 열화될 우려가 있다. 한편, 15 ㎜ 보다 넓으면, 충분히 자구 세분화되지 않고, 철손이 개선되지 않는 경향이 있다. 따라서, 본 발명에 있어서의 선 간격은, 1 ∼ 15 ㎜ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

가공실 압력 : 3 ㎩ 이하

가공실의 압력이 3 ㎩ 보다 높으면, 전자총으로부터 발생한 전자가 산란되고, 지철에 열영향을 주는 전자의 에너지가 감소하기 때문에, 충분히 자구 세분화가 이루어지지 않고, 철손이 개선되지 않을 우려가 있다. 또, 하한이 특별히 정해져 있는 것은 아니며 가공실의 압력은 낮을수록 좋다.

또, 본 발명에서는, 수속 전류에 관하여, 폭 방향으로 편향하여 조사할 때, 폭 방향의 빔이 균일해지도록, 사전에 수속 전류를 조정하는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 다이나믹 포커스 기능 (특허문헌 11 참조) 을 적용해도 조금도 문제는 없다.

전자빔의 단위 조사 길이 (1 m) 당 조사 에너지 : 105Z J 이하

본 발명에 있어서, Z 는, s₁ ^0.35 또는 조사 주파수 (㎑) 의 -0.35 제곱으로 나타내는 값이다. 일반적으로, 강판의 폭 방향에서의 단위 길이당 조사 에너지가 높을수록, 자구 세분화가 진행되어 와전류손이 낮아지는데, 과도하게 에너지를 조사한 경우에는, 히스테리시스손이 증대할 뿐만 아니라, 빔 조사부가 과도하게 고온화되고, 피막이 손상된다. 그 때문에, 이하에 설명하는 바와 같이, 어떤 값 (105Z J/m) 이하가 적정 조건이 된다. 또, 하한은, 자구 세분화 효과가 얻어지면, 특별히 제한은 없지만, 60Z J/m 정도가 바람직하다.

또, 열조사에 의한 자구 세분화 및 피막 손상은, 조사부의 최고 도달 온도나, 그에 따른 철의 팽창량 등으로부터 영향을 받는다고 생각되기 때문에, 저주파수, 즉 s₁ 이 크고, 조사 중의 강 중으로의 열확산이 현저한 경우에는, 조사부가 고온화되지 않기 때문에, 보다 많은 에너지를 조사하지 않으면, 철손이 저감되지 않을 뿐만 아니라, 피막 손상이 발생하지 않을 가능성이 있는 것에 주의가 필요하다.

여기에, 본 발명에 있어서의 Z 는, 발명자들이 자신이 실시한 실험을 기초로 도출한 것이다.

구체적으로는, 후술하는 실시예와 동일한 조건으로 제조한 장력 코팅된 0.23 ㎜ 두께재를 10 장 준비하고, 표 1 에 나타내는 주파수로 전자빔 조사를 실시하였다. 이어서, 온도 : 50 ℃ - 습도 : 98 ％ 의 습윤 환경에 48 h 노출한 후의 습윤 시험 후의 녹 발생 점수가 육안 확인으로 0 이 되는 시료가 1 장이라도 나타났을 때의 최소 조사 에너지를 구하였다. 그 결과를, 표 1 에 병기한다.

여기서, 이 최대 조사 에너지의 결과를 그래프화하고, 도 1 에 나타낸다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 최소 제곱법에 의해 커브 피팅을 실시함으로써, 상기 상한값 (105Z J/m) 을 도출한 것이다.

또, 본 발명에 있어서, 단위 길이당 에너지란, 강판의 폭단에서 다른 일방의 폭단까지, 직선상 또는 곡선상으로 전자빔 조사한 길이를 L(m) 로 했을 때, 그 영역에 조사한 전체 에너지를, L 로 나눈 값이다.

도 2 에, 주파수 : 100 ㎑ 로 전자빔을 조사한 후의, 내식성에 미치는 단위 길이당 조사 에너지의 영향을 나타낸다. 전자빔의 조사 조건은, 가속 전압 : 60 ㎸, 도트 피치 : 0.35 ㎜, 선 간격 : 5 ㎜ 로 하고, 형상이 5 ㎝ × 10 ㎝, 판두께 : 0.23 ㎜ 의 시료를, 온도 : 50 ℃ - 습도 : 98 ％ 의 습윤 환경에 48 h 노출한 습윤 시험 후, 전자빔 조사면의 녹 발생량을 육안에 의해 측정하고, 단위 면적당 발생 점수로서 평가하였다.

그 결과, 단위 길이당 조사 에너지를 저감시킴으로써, 녹의 발생량을 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 도면 중, 종축 방향의 데이터폭은, N : 10 으로 한 측정에 있어서의 최대값과 최소값이다. 여기에, 단위 길이당 조사 에너지를 105Z = 21 J/m 이하로 함으로써, 녹의 발생이 효과적으로 억제되어 있는 것을 알 수 있다.

피조사재의 단위 면적 (1 ㎠) 당 조사 에너지 : 1.0Z ∼ 3.5Z J

조사 주파수가 철손에 주는 영향을 생각한 경우, 역시 전술한 바와 같이 조사부의 최고 도달 온도 등에 영향을 미친다고 생각되므로, 철손을 적정화하는 조사 에너지를 도출할 때에도, Z 는 유용하다.

표 2 에, 철손 저감률이 13 ％ 이상 (철손 저감량이 0.13 W/㎏ 이상) 이 되는 최소 및 최대의 조사 에너지를 정리하여 기재한다. 그 결과를 고찰하면, 철손을 적정화하는 전자빔의 조사 에너지는, 단위 면적 : 1 ㎠ 당 Z ∼ 3.5Z 인 것이 도출된다.

여기서, 철손 (W_17/50) 에서의 철손 저감률 (ΔW(％)) 을, 특허문헌 7 에 기재된 12 ％ 보다, 더욱 높은 값인 13 ％ (본 실험에 사용한 강판에서는, 철손 저감량으로서 0.13 W/㎏ 에 대응) 이상으로 하기 위해, 단위 면적당 조사 에너지 범위를 설정하고, Z 에 비례하는 것으로 하여 그 비례 계수를 구하였다. 또, 표 2 의 결과를 구하기 위해 사용한 시료는, 조사 전의 자속 밀도 (B₈) 가 1.90 ∼ 1.92T 였다.

도 3 에, 주파수 : 100 ㎑ 에서의, 전자빔의 조사에 의한 철손 (W_17/50) 의 변화량 (조사 후의 철손 - 조사 전의 철손) 과 단위 면적당 조사 에너지의 관계를 나타낸다. 동 도면으로부터, 전자빔의 조사 에너지가, 1.0Z ∼ 3.5Z (0.2 ∼ 0.7) J/㎠ 일 때, 철손이 저감되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 상기 서술한 시험할 때에 처음으로 지견한 것인데, 철손 (W_17/50) 의 변화량은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 조사선 간격, 도트 피치, 빔전류 등의 에너지 조정 방법에 의하지 않고, 단위 면적당 조사 에너지로 정리가 가능한 것이 분명해졌다. 또, 이 때의 조사는, 상기 전자빔 발생 조건 내에서 실시하고 있다. 또한, 본 발명에서 말하는 단위 면적당 조사 에너지란, 자기 측정에 사용하는 시료의 면적으로, 거기에 조사한 전체 에너지량을 나눈 값이다.

상기한 각 조건을 만족함으로써, 전자빔 조사에 의한 철손 저감 효과를 충분히 발휘시킴과 함께, 피막의 손상을 억제하고, 내식성이 유지된 방향성 전기 강판을 얻을 수 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 방향성 전기 강판의 특징을 설명한다.

철손 저감률 (ΔW(％)) : (-500t² + 200t - 6.5) ％ 이상

조사 후의 철손 (W₁₇ _/50) : (5t² - 2t + 1.065) W/㎏ 이하

종래의 기술에서도, 철손 저감 효과가 약한 조건으로 전자빔을 조사하면, 피막 손상이 발생하지 않으므로, 철손 저감 효과를 빼고, 본 발명을 의논할 수는 없다.

전술한 바와 같이, 본 실험이 규정하는 철손 저감률 (ΔW(％)) 은, 판두께 : 0.23 ㎜ 인 경우, 전술한 바와 같이, 특허문헌 7 에 기재되는 12 ％ 보다 높은 값인 13 ％ 이상으로 하였다. 여기서, 철손 저감률은, 판두께 : t(㎜) 의 영향을 받지만, 비특허문헌 2 의 Fig.4 에서는, 철손 저감률은 ΔW = -500t² + 200t - α (α : 7.5 ∼ 9) 로 되어 있으므로, 보다 높은 철손 저감률인 (-500t² + 200t - 6.5) ％ 이상을 본 발명에서 규정하는 철손 저감률로 하였다. 본 실험에 사용한 재료는, 조사 전 철손이, 0.86 ∼ 0.88 W/㎏ 이기 때문에, 저감량의 절대값으로는, 13 ％ 의 저감이 0.11 W/㎏ 의 저감에 상당한다.

조사 전의 철손은, 철손 저감량에 강한 영향을 주는 점에서, 본 실험에 있어서는, 철손 저감량을 상기의 좁은 범위로 갖추고 있지만, 현실적으로는, 전자빔 조사 전의 방향성 전기 강판의 철손은, 고급인 것으로, 대략 1.0 W/㎏ 정도 (판두께 : 0.23 ㎜ 인 경우) 이다. 이 전기 강판에 대하여, 상기 (-500t² + 200t - 6.5) ％ 의 철손 저감을 실시한 경우, 본 발명의 철손은, W₁₇ _/ ₅₀으로 (5t² - 2t + 1.065) W/㎏ 이 되므로, 본 발명에서 달성하는 철손을 이 값 이하가 되는 범위로 한정하였다. 또, 조사 전의 철손이 1.0 W/㎏ 보다 낮은 것은, 전자빔 조사 후에 철손이 (-500t² + 200t - 6.5) ％ 저감되면, 그 철손은 (5t² - 2t + 1.065) W/㎏ 보다 낮아지는 것은 당연하다.

본 발명에 있어서, 피막 파괴의 판정은, 전술한 바와 같은 내식성 시험의 하나인 습윤 시험을 실시하고, 조사부를 따라 출현하는 녹의 발생량을 정량화함으로써 실시한다. 구체적으로는, 전자빔 조사 후의 시험편을, 온도 : 50 ℃, 습도 : 98 ％ 의 환경에 48 시간 노출한 후에 강판 표면, 특히 전자빔의 열영향역에 녹이 발생했는지의 여부로 판정한다. 또, 녹이 발생했는지의 여부는, 육안에 의한 변색의 유무로 판단하고, 양은 단위 면적당 발생 점수로 평가한다. 단, 녹이 보다 현저히 발생하고, 1 지점의 녹이 넓은 영역에 걸쳐 있는 경우에는, 녹의 발생 면적률로 평가하면 된다.

본 발명에 있어서, 상기 서술한 공정이나 제조 조건 이외에 대해서는, 종래 공지된 전자빔을 사용한 자구 세분화 처리를 실시하는 방향성 전기 강판의 제조 방법을 적용할 수 있다.

실시예

표 3 에 나타내는 성분 조성이 되는 강 슬래브를, 연속 주조로 제조하고, 1430 ℃ 로 가열 후, 열간 압연에 의해 판두께 : 1.6 ㎜ 의 열연판으로 한 후, 1000 ℃ 에서 10 초의 열연판 어닐링을 실시하였다. 이어서, 냉간 압연에 의해 중간 판두께 : 0.55 ㎜ 로 하고, 분위기 산화도 PH₂O/PH₂= 0.37, 온도 : 1100 ℃, 시간 : 100 초의 조건에서 중간 어닐링을 실시하였다. 그 후, 염산 산세에 의해 표면의 서브 스케일을 제거한 후, 다시 냉간 압연을 실시하고, 판두께 : 0.20 ∼ 0.30 ㎜ 의 냉연판으로 하였다.

이어서, 분위기 산화도 PH₂O/PH₂ = 0.45, 균열 온도 : 850 ℃ 에서 150 초 유지하는 탈산 어닐링을 실시한 후, MgO 를 주성분으로 하는 어닐링 분리제를 도포하였다. 그 후, 2 차 재결정과 순화를 목적으로 한 최종 마무리 어닐링을 1180 ℃, 60 h 의 조건에서 실시하였다.

이 최종 마무리 어닐링에서는, 700 ℃ 이상의 온도 영역의 냉각 과정에서의 평균 냉각 속도를 변화시켰다. 이어서, 50 ％ 의 콜로이달 실리카와 인산마그네슘으로 이루어지는 장력 코팅을 부여하고, 철손을 측정하였다. 철손은, 와전류손 (1.7T, 50 ㎐) 이 0.54 ∼ 0.55 W/㎏ (판두께 : 0.20 ㎜), 0.56 ∼ 0.58 W/㎏ (판두께 : 0.23 ㎜), 0.62 ∼ 0.63 W/㎏ (판두께 : 0.27 ㎜), 0.72 ∼ 0.73 W/㎏ (판두께 : 0.30 ㎜) 이었다.

그 후, 표 4 에 나타내는 각 조사 조건 (s₁로 환산하여 0.001 ∼ 0.08 ㎳ 의 범위) 에서 전자빔을 조사하는 자구 세분화 처리를 실시하고, 철손 및 온도 : 50 ℃ - 습도 : 98 ％ 의 습윤 환경에 48 h 노출한 후의 녹 발생 점수를 육안으로 측정하였다.

측정 결과를 표 5 에 나타낸다.

표 5 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라서 전자빔의 조사 조건을, 단위 길이당 105Z J/m 이하로 하고, 또한 단위 면적당 1.0Z ∼ 3.5Z J/㎠ 로 함으로써, 철손 저감률 (ΔW) 이 (-500t² + 200t - 6.5) ％ 이상이고, 또한 철손 (W₁₇ _/50) 이 (5t² - 2t + 1.065) W/㎏ 이하가 되는 저철손 방향성 전기 강판이 얻어졌다. 또한, 습윤 시험 후에도 녹이 발생하지 않았기 때문에, 전자빔의 조사에 의해, 내식성이 열화되어 있지 않은 것을 알 수 있다.

Claims

전자빔 조사가 실시되고, 피막을 갖는 판두께 : t(㎜) 의 방향성 전기 강판으로서, 온도 : 50 ℃, 습도 : 98 ％ 의 분위기 중 48 시간 유지하는 습윤 시험 후에, 강판 표면에 녹이 발생하지 않고, 전자빔 조사 후의 철손 (W_17/50) 이, 전자빔 조사 전의 철손 (W₁₇ _/50) 에 비해 (-500t² + 200t - 6.5) ％ 이상 저감되고, 또한 (5t²- 2t + 1.065) W/㎏ 이하인 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 피막이, 콜로이달 실리카 및 인산염으로 이루어지는 피막과, 그의 하지 피막인 포스테라이트 피막인 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판.
피막을 갖는 방향성 전기 강판에 대하여, 전자빔을, 압연 방향과 교차하는 방향으로 조사할 때, 그 전자빔의 조사 간격 : d(㎜) 마다의 조사 시간을 s₁(㎳) 로 하고, 또한 Z = s₁ ⁰ ^. ³⁵로 했을 때, 그 전자빔 조사 조건에 대하여, 그 전자빔의 단위 면적 : 1 ㎠ 당 조사 에너지를 1.0Z ∼ 3.5Z J 로 하고, 또한 전자빔의 단위 조사 길이 : 1 m 당 조사 에너지를 105Z J 이하로 하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 조사 간격 : d(㎜) 를 0.01 ∼ 0.5 ㎜ 의 범위로 하고, 또한 상기 조사 시간 : s₁(㎳) 을 0.003 ∼ 0.1 ㎳ 의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 피막을, 콜로이달 실리카 및 인산염으로 이루어지는 피막과, 그의 하지 피막인 포스테라이트 피막으로 하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.