KR101671677B1

KR101671677B1 - 무방향성 전기 강판과 그 열연 강판

Info

Publication number: KR101671677B1
Application number: KR1020167003107A
Authority: KR
Inventors: 다다시 나카니시; 신지 고세키; 요시히코 오다; 히로아키 도다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-11-01
Also published as: MX346639B; EP3037564A1; RU2630098C2; MX2016002162A; CN105452514B; US20160203895A1; CN105452514A; JP5790953B2; TW201512422A; BR112016003108B1; JP2015040308A; US10006109B2; EP3037564A4; KR20160018875A; WO2015025758A1; EP3037564B1; TWI525198B; RU2016105849A

Abstract

mass％ 로, C : 0.0050 ％ 이하, Si : 1.5 ％ 초과 5.0 ％ 이하, Mn : 0.10 ％ 이하, sol. Al : 0.0050 ％ 이하, P : 0.040 ％ 초과 0.2 ％ 이하, S : 0.0050 ％ 이하, N : 0.0040 ％ 이하 및 Ca : 0.001 ∼ 0.01 ％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의 CaO 의 조성 비율이 0.4 이상 및/또는 Al₂O₃ 의 조성 비율이 0.3 이상인, 고자속 밀도이고, 또한, 상용 주파수뿐만 아니라 고주파역에 있어서도 저철손의 무방향성 전기 강판 및 그 소재가 되는 열연 강판을 제공한다.

Description

무방향성 전기 강판과 그 열연 강판{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND HOT ROLLED STEEL SHEET THEREOF}

본 발명은 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 구동용 모터나 발전기용 모터 등의 철심 재료에 사용되는 고자속 밀도 또한 저철손의 무방향성 전기 강판과, 그 소재가 되는 열연 강판에 관한 것이다.

최근, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 실용화가 급속히 진행되고 있다. 이들 자동차의 구동용 모터나 발전기용 모터는, 구동 시스템의 발달에 의해 구동 전원의 주파수 제어가 가능해진 것으로부터, 모터를 소형화하기 위해 가변속 운전이나 상용 주파수 이상의 고주파역에서 고속 회전하는 모터가 증가하고 있다. 그에 수반하여 이와 같은 모터의 철심에 사용되는 무방향성 전기 강판에는, 고효율화 및 고출력화를 도모하는 관점에서, 고자속 밀도화와 고주파역에서의 저철손화가 강하게 요망되고 있다.

무방향성 전기 강판의 철손을 저감시키는 방법으로는, 종래, Si 나 Al, Mn 등의 고유 저항을 높이는 원소의 첨가량을 증가시킴으로써, 와전류손을 저감시키는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나, 이 수법으로는 자속 밀도의 저하를 피할 수 없다는 문제가 있다.

그래서, 무방향성 전기 강판의 자속 밀도를 높이는 기술이 몇 가지 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, C : 0.005 mass％ 이하, Si : 0.1 ∼ 1.0 mass％, sol. Al : 0.002 mass％ 미만의 강 소재에, P 를 0.05 ∼ 0.200 mass％ 의 범위에서 첨가함과 함께, Mn 을 0.20 mass％ 이하로 저감시킴으로써 고자속 밀도화를 도모하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법을 실생산에 적용한 경우, 압연 공정 등에서 판 파단 등의 트러블이 빈발하여, 제조 라인의 정지나 수율 저하가 어쩔 수 없이 나타나는 등의 문제가 있다. 또, Si 함유량이 0.1 ∼ 1.0 mass％ 로 낮기 때문에, 철손, 특히 고주파역에서의 철손이 높다는 문제가 있다.

또, 특허문헌 2 에는, Si : 1.5 ∼ 4.0 mass％ 및 Mn : 0.005 ∼ 11.5 mass％ 를 함유하는 강 소재의 Al 함유량을 0.017 mass％ 이하로 하여, 고자속 밀도화를 도모하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법은 냉간 압연에 실온에 있어서의 1 회 압연법을 채용하고 있기 때문에, 충분한 자속 밀도의 향상 효과가 얻어지지 않는다. 또한, 상기 냉간 압연을, 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연으로 하면 자속 밀도의 향상은 도모할 수 있지만, 제조 비용이 상승한다는 문제가 있다. 또, 상기 냉간 압연을, 판온을 200 ℃ 정도로 하여 압연하는 온간 압연으로 하는 것도 자속 밀도의 향상에 유효하지만, 그것을 위한 설비 대응이나, 공정 관리가 필요해지는 등의 문제가 있다.

또, Mn 이나 Al 의 함유량을 저감시키거나, P 를 첨가하거나 하는 방법과는 별도로, 특허문헌 3 등에는, 고자속 밀도화를 도모할 목적으로, wt％ 로, C : 0.02 ％ 이하, Si 혹은 Si＋Al : 4.0 ％ 이하, Mn : 1.0 ％ 이하, P : 0.2 ％ 이하의 슬래브에 Sb 나 Sn 을 첨가해도 되는 것이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 4 에는, wt％ 로, C ≤ 0.008 ％, Si ≤ 4 ％, Al ≤ 2.5 ％, Mn ≤ 1.5 ％, P ≤ 0.2 ％, S ≤ 0.005 ％, N ≤ 0.003 ％ 를 함유하는 열연판 중의 산화물계 개재물의 조성 비율을 MnO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO＋MnO) ≤ 0.35 로 제어함으로써, 압연 방향으로 신장된 개재물의 수를 줄여, 결정립 성장성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 기술은 Mn 함유량이 낮은 경우에는, 미세한 MnS 등의 황화물의 석출에 의해, 자기 특성, 특히, 철손 특성이 열화된다는 문제가 있다.

일본 특허공보 평06-080169호 일본 특허 제4126479호 일본 특허 제2500033호 일본 특허 제3378934호

그러나, 상기 종래 기술에서는, 와전류손이 충분히 낮은 Si 함유량이 3.0 mass％ 초과의 영역에 있어서 자속 밀도가 높고, 고주파역에 있어서도 저철손의 무방향성 전기 강판을, 새로운 설비 대응이나 공정 관리를 필요로 하지 않고, 저비용이고 양호한 생산성으로 제조하는 것이 어려운 것이 실정이다.

본 발명은 종래 기술이 안고 있는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 고자속 밀도임과 함께, 상용 주파수뿐만 아니라 고주파역에 있어서도 저철손인 무방향성 전기 강판과, 그 소재가 되는 열연 강판을 제공하는 것에 있다.

발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물에 주목하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 무방향성 전기 강판의 자속 밀도를 높이기 위해서는, Mn 및 sol. Al 을 최대한 저감시킨 후, Ca 를 첨가하고, 열연 강판 중 및 제품판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 조성 비율을 특정 범위로 제어하는 것이 유효한 것을 알아내어, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 C : 0.0050 mass％ 이하, Si : 1.5 mass％ 초과 5.0 mass％ 이하, Mn : 0.10 mass％ 이하, sol. Al : 0.0050 mass％ 이하, P : 0.040 mass％ 초과 0.2 mass％ 이하, S : 0.0050 mass％ 이하, N : 0.0040 mass％ 이하 및 Ca : 0.001 ∼ 0.01 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, 하기 (1) 식 ;

CaO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) … (1)

로 정의되는 CaO 의 조성 비율이 0.4 이상, 및/또는 하기 (2) 식 ;

Al₂O₃/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) … (2)

로 정의되는 Al₂O₃ 의 조성 비율이 0.3 이상인 무방향성 전기 강판이다.

본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로 Sn 및 Sb 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 각각 0.01 ∼ 0.1 mass％ 함유하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상기 무방향성 전기 강판의 소재가 되는 열연 강판으로서, C : 0.0050 mass％ 이하, Si : 1.5 mass％ 초과 5.0 mass％ 이하, Mn : 0.10 mass％ 이하, sol. Al : 0.0050 mass％ 이하, P : 0.040 mass％ 초과 0.2 mass％ 이하, S : 0.0050 mass％ 이하, N : 0.0040 mass％ 이하 및 Ca : 0.001 ∼ 0.01 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, 하기 (1) 식 ;

CaO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) … (1)

Al₂O₃/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) … (2)

로 정의되는 Al₂O₃ 의 조성 비율이 0.3 이상인 열연 강판이다.

본 발명의 열연 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로 Sn 및 Sb 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 각각 0.01 ∼ 0.1 mass％ 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 높은 자속 밀도를 가짐과 함께, 상용 주파수나 고주파수역에 있어서도 저철손의 무방향성 전기 강판을, 새로운 설비 대응이나 공정 관리를 필요로 하지 않고, 저비용이고 또한 양호한 생산성으로 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 무방향성 전기 강판은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 구동용 모터나 발전기용 모터 등의 철심 재료로서 바람직하게 사용할 수 있다.

도 1 은 자속 밀도 B₅₀ 에 이르는 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 조성 비율의 영향을 나타내는 그래프이다.

먼저, 발명자들은 상기 서술한 종래 기술을 참고로 하여, Mn 및 Al 의 함유량을 최대한 저감시킨 후, P 와 Sn 및/또는 Sb 를 첨가한 성분계인 강 슬래브, 구체적으로는 C : 0.0017 mass％, Si : 3.3 mass％, Mn : 0.03 mass％, P : 0.08 mass％, S : 0.0020 mass％, sol. Al : 0.0009 mass％, N : 0.0018 mass％ 및 Sn : 0.03 mass％ 를 함유하는 강 슬래브를 사용하여 집합 조직 개선에 의한 자속 밀도 향상책을 검토하는 실험을 실시하였다.

그러나, 상기 강 슬래브를 1100 ℃ 에서 가열한 후, 2.0 ㎜ 두께까지 열간 압연할 때, 일부의 재료에서 취성에 의한 균열이나 파단이 생긴다는 문제가 발생하였다. 그래서, 파단의 원인을 해명하기 위해, 파단된 열연 도중의 강판을 조사한 결과, 균열부에 S 가 농화되어 있는 것이 판명되었다. 이 S 농화부에는 Mn 의 농화는 확인되지 않은 것으로부터, 이 취성의 원인은, 강 중의 S 가 열간 압연시에 저융점의 FeS 를 형성했기 때문이라고 추정되었다.

FeS 생성에 의한 취성을 방지하기 위해서는 S 를 저감시키면 되지만, S 를 저감시키기 위해서는 탈황 비용이 증가하기 때문에 한계가 있다. 한편, Mn 을 첨가하여 S 에 의한 취성을 억제하는 방법도 있지만, Mn 의 첨가는 자속 밀도 향상을 위해서는 불리해진다.

그래서, 발명자들은 Ca 를 첨가하고, S 를 CaS 로 하여 고정시키고, 석출시키면, 액상의 FeS 의 생성을 방지하여, 열간 압연에서의 취성을 방지할 수 있다고 생각하여, 이하의 실험을 실시하였다.

C : 0.0017 mass％, Si : 3.3 mass％, Mn : 0.03 mass％, P : 0.09 mass％, S : 0.0018 mass％, sol. Al : 0.0005 mass％, N : 0.0016 mass％, Sn : 0.03 mass％ 및 Ca : 0.0030 mass％ 로 이루어지는 강 슬래브를, 1100 ℃ 의 온도로 재가열하고, 2.0 ㎜ 두께까지 열간 압연한 결과, 균열이나 파단은 생기지 않았다.

이상으로부터, 열간 압연에서의 균열이나 파단의 방지에는, Ca 의 첨가가 유효하다는 것을 알 수 있었다.

다음으로, 발명자들은 상기 서술한 성분계인 강 슬래브를 소재로 하여 제조한 열연판 및 제품판 (마무리 어닐링판) 의 압연 방향에 직각인 단면 (C 단면) 을 주사형 전자 현미경 (SEM) 으로 관찰하여, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 성분 조성을 분석하고, 그 분석 결과와 제품판의 자기 특성의 관계를 조사하였다. 그 결과, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 성분 조성, 특히 CaO 의 조성 비율 및 Al₂O₃ 의 조성 비율에 따라 자기 특성이 변동되어 있는 경향이 확인되었다.

그래서, 발명자들은 또한, 상기 성분계의 강에 있어서, 산화물계 개재물의 성분 조성을 변화시키기 위해, 탈산제로서 사용하는 Al 및 Ca 의 첨가량을 여러 가지로 변화시킨 강, 구체적으로는 C : 0.0010 ∼ 0.0030 mass％, Si : 3.2 ∼ 3.4 mass％, Mn : 0.03 mass％, P : 0.09 mass％, S : 0.0010 ∼ 0.0030 mass％, sol. Al : 0.0001 ∼ 0.00030 mass％, N : 0.0010 ∼ 0.0030 mass％, Sn : 0.03 mass％ 및 Ca : 0.0010 ∼ 0.0040 mass％ 의 성분 조성을 갖는 여러 가지의 강을 용제시키고, 연속 주조하여 슬래브로 하였다. 또한, 상기 C, Si, S 및 N 이 조성 범위를 가지고 있는 것은, 용제시의 편차에 의한 것으로, 의도한 것은 아니다.

이어서, 상기 강 슬래브를, 1100 ℃ 의 온도로 재가열한 후, 열간 압연하여 판두께 2.0 ㎜ 의 열연판으로 하고, 균열 온도 1000 ℃ 에서 열연판 어닐링을 실시하고, 산세하고, 냉간 압연하여 최종 판두께 0.35 ㎜ 의 냉연판으로 하고, 1000 ℃ 의 온도에서 마무리 어닐링을 실시하였다.

이와 같이 하여 얻은 마무리 어닐링 후의 강판에 대하여, 압연 방향 (L) 및 압연 직각 방향 (C) 으로부터 엡스타인 시험편을 잘라내어, 자속 밀도 B₅₀ (자화력 5000 A/m 에 있어서의 자속 밀도) 을 JIS C2552 에 준거하여 측정하였다.

또, 마무리 어닐링판의 압연 방향에 직각인 단면을 주사형 전자 현미경 (SEM) 으로 관찰하여, 산화물계 개재물의 성분 조성을 분석하고, 하기 (1) 식 ;

CaO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) … (1)

로 정의되는 CaO 의 조성 비율, 및 하기 (2) 식 ;

Al₂O₃/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) … (2)

로 정의되는 Al₂O₃ 의 조성 비율을 구하였다.

또한, 상기 CaO 및 Al₂O₃ 의 조성 비율은, 모두 20 개 이상의 산화물계 개재물에 대한 평균값이다.

도 1 에, 자속 밀도 B₅₀ 과, 산화물계 개재물의 CaO 의 조성 비율 및 Al₂O₃ 의 조성 비율의 관계를 나타낸다. 이 도면으로부터, CaO 의 조성 비율, 즉, CaO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) 가 0.4 미만, 또한, Al₂O₃ 의 조성 비율, 즉, Al₂O₃/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) 가 0.3 미만인 범위에서 자속 밀도 B₅₀ 이 열위인, 반대로 말하면, CaO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) 가 0.4 이상 및/또는 Al₂O₃/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) 가 0.3 이상인 마무리 어닐링판에서는, 자속 밀도 B₅₀ 이 양호한 것을 알 수 있었다.

또한, 자속 밀도 B₅₀ 이 열위인, 마무리 어닐링판의 열연판에 대하여, C 단면을 주사형 전자 현미경 (SEM) 으로 관찰하여, 산화물계 개재물의 CaO 의 조성 비율, 및 Al₂O₃ 의 조성 비율을 측정했지만, 마무리 어닐링판과 거의 동일한 결과였다.

또한, 자속 밀도 B₅₀ 이 열위였던 마무리 어닐링판에 대하여, 압연 방향 단면에 관찰되는 산화물계 개재물을 광학 현미경으로 관찰한 결과, 모두 압연 방향으로 신장된 형태를 가지고 있었다.

상기 결과에 대하여, 발명자들은 이하와 같이 생각하고 있다.

CaO 의 조성 비율 (CaO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO)) 이 0.4 미만 또한 Al₂O₃ 의 조성 비율 (Al₂O₃/(SiO₂＋Al₂O_3＋CaO)) 이 0.3 미만인 산화물계 개재물은 융점이 낮기 때문에, 열간 압연시에 압연 방향으로 신장되는 경향이 있다. 압연 방향으로 신장된 개재물은, 열연판 어닐링에서의 입성장을 저해하여, 최종 냉연 전의 결정 입경을 작게 하는 것으로 생각된다. 또, 마무리 어닐링에서는, 냉간 압연에 의해 변형된 조직의 결정 입계로부터, 자기 특성에 불리한 {111} 방위를 갖는 재결정핵이 발생한다고 전해지고 있지만, 최종 냉연 전의 입경이 작아짐으로써, 입계로부터의 {111} 방위의 생성 수가 증가하여, {111} 조직의 발달이 촉진되는 결과, 자속 밀도 B₅₀ 이 열화된 것으로 생각된다.

본 발명은 상기 신규 지견에 기초하여 개발된 것이다.

다음으로, 본 발명의 무방향성 전기 강판의 성분 조성을 한정하는 이유에 대하여 설명한다.

C : 0.0050 mass％ 이하

C 는 철손을 증가시키는 원소로, 특히, 0.0050 mass％ 를 초과하면, 철손의 증가가 현저해지는 것으로부터, 0.0050 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.0030 mass％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 적을수록 바람직하기 때문에 특별히 규정하지 않는다.

Si : 1.5 mass％ 초과 5.0 mass％ 이하

Si 는 일반적으로는 강의 탈산제로서 첨가되지만, 전기 강판에 있어서는, 전기 저항을 높여 철손을 저감시키는 데에 유효한 원소이다. 특히, 본 발명에서는, Al, Mn 등, 그 밖의 전기 저항을 높이는 원소를 첨가하지 않기 때문에, Si 는 전기 저항을 높이는 주요한 원소이므로, 1.5 mass％ 를 초과하여 적극적으로 첨가한다. 그러나, Si 가 5.0 mass％ 를 초과하면, 냉간 압연 중에 균열을 일으킬수록 제조성이 저하되고, 또, 자속 밀도도 저하되기 때문에, 상한은 5.0 mass％ 로 한다. 바람직하게는 3.0 ∼ 4.5 mass％ 의 범위이다.

Mn : 0.10 mass％ 이하

Mn 은 자속 밀도를 높이기 위해서는 적을수록 바람직하다. 또, Mn 은 S와 MnS 를 형성하여 석출되면, 자벽의 이동의 방해가 될 뿐만 아니라, 입성장을 저해하여, 자기 특성을 열화시키는 유해 원소이다. 이러한 관점에서, Mn 은 0.10 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.08 mass％ 이하이다. 또한, 하한은 적을수록 바람직하기 때문에 특별히 규정하지 않는다.

P : 0.040 mass％ 초과 0.2 mass％ 이하

P 는 자속 밀도를 높이는 효과가 있기 때문에, 본 발명에서는 0.040 mass％ 초과 첨가한다. 그러나, P 의 과잉 첨가는, 압연성의 저하를 가져오므로, 상한은 0.2 mass％ 로 한다. 바람직하게는 0.05 ∼ 0.1 mass％ 의 범위이다.

S : 0.0050 mass％ 이하

S 는 석출물이나 개재물을 형성하여, 제품의 자기 특성을 열화시키기 때문에 적을수록 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, Ca 를 첨가하여, S 의 악영향을 억제하기 때문에, 상한은 0.0050 mass％ 까지 허용된다. 또한, 자기 특성을 열화시키지 않기 위해서는 0.0025 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, S 는 적을수록 바람직하기 때문에, 함유량의 하한은 특별히 규정하지 않는다.

sol. Al (산가용 Al) : 0.0050 mass％ 이하

Al 은 Si 와 동일하게, 일반적으로는 강의 탈산제로서 첨가되지만, 전기 강판에 있어서는, 전기 저항을 높여 철손을 저감시키는 데에 유효한 원소이다. 그러나, Al 은 질화물을 형성하여 석출되고, 입성장을 저해하여 자속 밀도를 저하시키는 원소이기도 하다. 그래서, 본 발명에서는, 자속 밀도를 향상시키기 위해, sol. Al (산가용 Al) 로, 0.0050 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.0010 mass％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 적을수록 바람직하기 때문에 특별히 규정하지 않는다.

N : 0.0040 mass％ 이하

N 은 전술한 C 와 동일하게, 자기 특성을 열화시키기 때문에, 0.0040 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.0030 mass％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 적을수록 바람직하기 때문에 특별히 규정하지 않는다.

Ca : 0.001 ∼ 0.01 mass％

Ca 는 강 중에서 S 를 고정시켜, 액상의 FeS 의 생성을 방지함으로써, 열간 압연성을 양호하게 하는 효과가 있다. 본 발명에서는, Mn 함유량이, 통상적인 무방향성 전기 강판에 비해 낮기 때문에 Ca 의 첨가는 필수이다. 또, Ca 는 Mn 함유량이 낮은 본 발명의 강에서는, S 를 고정시키고, 입성장을 촉진시킴으로써, 자속 밀도를 향상시키는 효과가 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.001 mass％ 이상의 첨가가 필요하다. 한편, 0.01 mass％ 를 초과하는 첨가는, Ca 의 황화물이나 산화물이 증가하고, 입성장을 저해하여 자속 밀도를 저하시키기 때문에, 상한은 0.01 mass％ 로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.002 ∼ 0.004 mass％ 의 범위이다.

본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 필수로 하는 성분 조성에 더하여 추가로 Sn, Sb 를 하기의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다.

Sn, Sb : 0.01 ∼ 0.1 mass％

Sn 및 Sb 는 모두 집합 조직을 개선하여, 자기 특성을 높이는 효과를 갖지만, 그 효과를 얻으려면, 단독 또는 복합하여 첨가하는 경우 모두 각각 0.01 mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 과잉으로 첨가하면, 강이 취화되어, 제조 도중의 판 파단이나 벗겨짐 등의 표면 결함을 일으키기 때문에, 단독 첨가, 복합 첨가 어느 경우에도 각각 0.1 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 각각 0.02 ∼ 0.05 mass％ 의 범위이다.

또한, 본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 본 발명의 작용 효과를 저해하지 않는 범위 내이면, 다른 원소의 함유를 거부하는 것은 아니다.

다음으로, 본 발명의 무방향성 전기 강판 중에 존재하는 개재물의 성분 조성 에 대하여 설명한다.

본 발명의 무방향성 전기 강판이 우수한 자기 특성을 갖기 위해서는, 제품판 (마무리 어닐링판), 및 그 소재가 되는 열연판에 있어서, 강 중에 존재하는 산화물계 개재물의 CaO 의 조성 비율 (CaO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO)) 이 0.4 이상 및/또는 Al₂O₃ 의 조성 비율 (Al₂O₃/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO)) 이 0.3 이상인 것이 필요하다. 상기 범위를 벗어나면, 산화물계 개재물이, 압연에 의해 신전되기 때문에, 열연판 어닐링에 있어서의 입성장을 저해하여, 자기 특성을 열화시키기 때문이다. 바람직하게는 CaO 의 조성 비율이 0.5 이상 및/또는 Al₂O₃ 의 조성 비율이 0.4 이상의 범위이다.

또한, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 CaO 의 조성 비율 및 Al₂O₃ 의 조성 비율은, 강판의 압연 방향에 직각인 단면을 SEM (주사형 전자현미경) 으로 관찰하여, 20 개 이상의 산화물계 개재물의 성분 조성을 분석했을 때의 평균값으로부터 산출한 값이다.

다음으로, 본 발명의 무방향성 전기 강판 중에 존재하는 개재물의 성분 조성을 상기 적정 범위로 제어하는 방법에 대하여 설명한다.

개재물의 성분 조성, 특히, CaO 의 조성 비율 및 Al₂O₃ 의 조성 비율을 상기의 적정 범위로 제어하기 위해서는, 2 차 정련 공정에 있어서의 탈산제로서의 Si 나 Al 의 첨가량이나, Ca 의 첨가량, 탈산 시간 등을 적정화하는 것이 필요하다.

구체적으로는 Al₂O₃ 의 조성 비율을 높이기 위해서는, 탈산제로서의 Al 의 첨가량을 증가시킨다. 단, Al 의 첨가량을 증가시키면, sol. Al 도 증가하기 때문에, sol. Al 이 0.0050 mass％ 이하가 되는 범위에서 Al 의 첨가량을 증가시킨다. 한편, CaO 의 조성 비율을 높이기 위해서는 CaSi 등의 Ca 원을 첨가한다. 이로써, 강 중에 존재하는 산화물계 개재물의 조성 비율을 상기 범위로 제어할 수 있다. 또한, Al 은 질화물 형성 원소이고, Ca 는 황화물 형성 원소이기 때문에, 탈산제로서의 Al 이나 Ca 원의 첨가량은, N 이나 S 의 함유량에 따라, 상기 CaO 의 조성 비율 및 Al₂O₃ 의 조성 비율이 되도록 조정하는 것도 중요하다.

다음으로, 본 발명의 무방향성 전기 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 무방향성 전기 강판은, 통상적인 무방향성 전기 강판에 적용되고 있는 제조 설비 및 통상적인 제조 공정으로 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 무방향성 전기 강판의 제조 방법은, 먼저, 전로 혹은 전기로 등으로 용제시킨 강을 탈가스 처리 설비 등으로 2 차 정련시켜 소정의 성분 조성으로 조제한 후, 연속 주조법 또는 조괴-분괴 압연법에 의해 강 소재 (슬래브) 로 한다.

여기서, 본 발명의 제조 방법에 있어서, 가장 중요한 것은 전술한 바와 같이, 강 중에 존재하는 산화물계 개재물의 성분 조성을 적정 범위로 제어하는, 즉, CaO 의 조성 비율 (CaO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO)) 을 0.4 이상, 및/또는 Al₂O₃ 의 조성 비율 (Al₂O₃/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO)) 을 0.3 이상으로 제어할 필요가 있다. 그 방법에 대해서는 상기 서술한 바와 같다.

상기와 같이 하여 얻은 강 슬래브는, 그 후, 열간 압연하고, 열연판 어닐링하고, 산세하고, 냉간 압연하고, 마무리 어닐링하고, 또한, 절연 피막의 도포·베이킹을 함으로써 무방향성 전기 강판 (제품판) 으로 하지만, 이들 각 공정의 제조 조건은, 통상적인 무방향성 전기 강판의 제조와 동일해도 되지만, 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.

먼저, 열간 압연을 실시할 때, 슬래브를 재가열하는 온도 (SRT) 는 1000 ∼ 1200 ℃ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. SRT 가 1200 ℃ 를 초과하면, 에너지 로스가 커져 비경제적이 될 뿐만 아니라, 슬래브의 고온 강도가 저하되어 슬래브 새깅 등 제조상의 트러블이 발생하기 쉬워진다. 한편, 1000 ℃ 를 하회하면, 열간 압연하는 것이 곤란해지므로 바람직하지 않기 때문이다.

이어지는 열간 압연의 조건은, 통상적인 조건에서 실시하면 되지만, 열연 후의 강판의 두께는, 생산성을 확보하는 관점에서, 1.5 ∼ 2.8 ㎜ 의 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.7 ∼ 2.3 ㎜ 의 범위이다.

이어지는 열연판 어닐링은, 균열 온도를 900 ∼ 1150 ℃ 의 범위로 하여 실시하는 것이 바람직하다. 균열 온도가 900 ℃ 미만이면, 압연 조직이 잔존하여, 자기 특성의 개선 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 1150 ℃ 를 초과하면, 결정립이 조대화되어, 냉간 압연에서 균열이 생기기 쉬워질 뿐만 아니라, 경제적으로 불리해지기 때문이다.

다음으로, 열연판 어닐링 후의 강판은, 1 회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연에 의해 최종 판두께의 냉연판으로 한다. 이 때, 자속 밀도를 높이기 위해서는, 판온을 200 ℃ 정도로 상승시켜 압연하는, 이른바 온간 압연을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 냉연판의 두께 (최종 판두께) 에 대해서는 특별히 규정하지 않지만, 0.10 ∼ 0.50 ㎜ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 철손 저감 효과를 얻기 위해서는, 0.10 ∼ 0.30 ㎜ 의 범위가 보다 바람직하다.

냉간 압연한 강판 (냉연판) 은, 그 후, 마무리 어닐링을 실시한다. 이 마무리 어닐링의 균열 온도는 700 ∼ 1150 ℃ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 균열 온도가 700 ℃ 미만에서는, 재결정이 충분히 진행되지 않고, 자기 특성이 대폭 열화되는 것에 더하여, 연속 어닐링에 있어서의 판 형상의 교정 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 1150 ℃ 를 초과하면, 결정립이 조대화되어, 고주파역에서의 철손이 증대하기 때문이다.

이어서, 마무리 어닐링 후의 강판은, 철손을 보다 저감시키기 위해, 강판 표면에 절연 피막을 도포·베이킹하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 절연 피막은, 양호한 타발성을 확보하고자 하는 경우에는, 수지를 함유한 유기 코팅, 또, 용접성을 중시하는 경우에는, 반유기나 무기 코팅으로 하는 것이 바람직하다.

실시예 1

표 1 에 나타내는 A ∼ Q 의 성분 조성이 상이한 강을 용제시키고, 연속 주조로 강 슬래브로 하였다. 또한, 상기 강의 용제시에는, 탈산제로서 Si 를 사용하였지만, 강 B 에서는, 탈산제로서 Si 에 더하여 Al 도 사용하였다. 또, Ca 원으로서 CaSi 를 사용하고, 이들 탈산제나 CaSi 의 양은, 강 중의 N 이나 S 함유량에 따라 조정하였다.

이어서, 상기 강 슬래브를 1050 ∼ 1130 ℃ 의 온도로 재가열 후, 열간 압연하여 판두께 2.0 ㎜ 로 열연판으로 하고, 연속 어닐링으로 균열 온도 1000 ℃ 의 열연판 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연하여 최종 판두께 0.35 ㎜ 의 냉연판으로 하고, 균열 온도 1000 ℃ 에서 마무리 어닐링하고, 절연 피막을 피성하여, 무방향성 전기 강판 (제품판) 으로 하였다. 또한, 상기 표 1 에 나타낸 강 E 및 Q 는, 냉간 압연 중에 균열이 생겼기 때문에, 그 후의 공정은 중지하였다.

이어서, 상기와 같이 하여 얻은 열연판 및 마무리 어닐링 후의 강판의 압연 방향에 직각인 단면을 주사형 전자 현미경 (SEM) 으로 관찰하여, 30 개의 산화물계 개재물에 대한 성분 조성을 분석하고, 평균값을 구하여, CaO 의 조성 비율 및 Al₂O₃ 의 조성 비율을 산출하였다.

또, 상기 제품판의 압연 방향 (L) 및 압연 직각 방향 (C) 으로부터 엡스타인 시험편을 잘라내어, 자속 밀도 B₅₀ (자화력 5000 A/m 에 있어서의 자속 밀도) 및 철손 W_15/50 (자속 밀도 1.5 T, 주파수 50 ㎐ 로 여자했을 때의 철손) 을 JIS C2552 에 준거하여 측정하였다.

상기 측정 결과를 표 1 에 병기하였다. 이 결과로부터, 본 발명에 적합한 조건의 강판은, 압연에서의 파단이 방지되어 있고, 게다가, 자속 밀도 B₅₀ 이 1.70 T 이상으로 높은 자속 밀도를 유지하고 있어, 우수한 자기 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 2

표 2 에 나타내는 성분 조성이 상이한 R ∼ U 의 강을 용제시키고, 연속 주조로 강 슬래브로 하였다. 또한, 상기 강의 용제시에는, 탈산제로서 Si 를 사용하였지만, 강 S 에서는, 탈산제로서 Si 에 더하여 Al 도 사용하였다. 또, Ca 원으로서 CaSi 를 사용하고, 이들 탈산제나 CaSi 의 양은, 강 중의 N 이나 S 함유량에 따라 조정하였다.

이어서, 상기 강 슬래브를 1050 ∼ 1110 ℃ 의 온도로 재가열 후, 열간 압연하여 판두께 1.6 ㎜ 로 열연판으로 하고, 연속 어닐링으로 균열 온도 1000 ℃ 의 열연판 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연하여 최종 판두께 0.15 ㎜ 의 냉연판으로 하고, 그 후, 균열 온도 1000 ℃ 에서 마무리 어닐링하고, 절연 피막을 피성하여, 무방향성 전기 강판 (제품판) 으로 하였다.

이어서, 상기와 같이 하여 얻은 열연판 및 마무리 어닐링판의 압연 방향에 직각인 단면을 주사형 전자 현미경 (SEM) 으로 관찰하여, 30 개의 산화물계 개재물에 대한 성분 조성을 분석하고, 평균값을 구하여, CaO 의 조성 비율 및 Al₂O₃ 의 조성 비율을 산출하였다.

또, 상기 제품판의 압연 방향 (L) 및 압연 직각 방향 (C) 으로부터 엡스타인 시험편을 잘라내어, 자속 밀도 B₅₀ (자화력 5000 A/m 에 있어서의 자속 밀도) 및 철손 W_10/800 (자속 밀도 1.0 T, 주파수 800 ㎐ 로 여자했을 때의 철손) 을 JIS C2552 에 준거하여 측정하였다.

상기 측정 결과를 표 2 에 병기하였다. 이 결과로부터, 본 발명에 적합한 조건의 강판은, 압연에서의 파단이 방지되어 있고, 게다가, 자속 밀도 B₅₀ 이 1.69 T 이상으로 높은 자속 밀도를 유지하면서, 철손 W_10/800 을 25 W/㎏ 이하로 저감시키고 있어, 상용 주파수뿐만 아니라, 고주파역에서도 우수한 자기 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 고자속 밀도재를 저렴하고 또한 양호한 생산성으로 제조할 수 있는 것 외에, 모터의 구리손을 저감시키는 효과가 있기 때문에, 철손보다 구리손이 높아지는 경향이 있는 유도 모터용 철심에 유리하게 적용할 수 있다.

Claims

C : 0.0050 mass％ 이하, Si : 1.5 mass％ 초과 5.0 mass％ 이하, Mn : 0.10 mass％ 이하, sol. Al : 0.0050 mass％ 이하, P : 0.040 mass％ 초과 0.2 mass％ 이하, S : 0.0050 mass％ 이하, N : 0.0040 mass％ 이하 및 Ca : 0.001 ∼ 0.01 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 추가로, Sn 및 Sb 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 각각 0.01 ∼ 0.1 mass％ 함유하고,
강판 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, 하기 (1) 식으로 정의되는 CaO 의 조성 비율이 0.4 이상, 및/또는 하기 (2) 식으로 정의되는 Al₂O₃ 의 조성 비율이 0.3 이상인 무방향성 전기 강판 :
CaO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) … (1)
Al₂O₃/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) … (2).
제 1 항에 기재된 무방향성 전기 강판의 소재가 되는 열연 강판으로서,
C : 0.0050 mass％ 이하, Si : 1.5 mass％ 초과 5.0 mass％ 이하, Mn : 0.10 mass％ 이하, sol. Al : 0.0050 mass％ 이하, P : 0.040 mass％ 초과 0.2 mass％ 이하, S : 0.0050 mass％ 이하, N : 0.0040 mass％ 이하 및 Ca : 0.001 ∼ 0.01 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 추가로, Sn 및 Sb 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 각각 0.01 ∼ 0.1 mass％ 함유하고,
강판 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, 하기 (1) 식으로 정의되는 CaO 의 조성 비율이 0.4 이상, 및/또는 하기 (2) 식으로 정의되는 Al₂O₃ 의 조성 비율이 0.3 이상인 열연 강판:
CaO/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) … (1)
Al₂O₃/(SiO₂＋Al₂O₃＋CaO) … (2).
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