KR101952237B1 - 방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법 그리고 변압기 소음 특성의 예측 방법 - Google Patents

방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법 그리고 변압기 소음 특성의 예측 방법 Download PDF

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히로타카 이노우에
세이지 오카베
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

실기 변압기의 소음 특성이 우수한 방향성 전자 강판을 제공한다.
방향성 전자 강판의 자왜 특성을, 자왜의 속도 레벨: dλ/dt에 있어서의 가감속 포인트를 자왜 진동 1주기 내에서 4개로 하고, 또한, 자왜 진동의 가속 영역 또는 감속 영역 내에 있어서의 인접하는 속도 변화 포인트의 속도 레벨 변화량을 3.0×10－4sec－1 이하로 한다.

Description

방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법 그리고 변압기 소음 특성의 예측 방법{GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET, MANUFACTURING METHOD THEREFOR, AND METHOD FOR PREDICTING TRANSFORMER NOISE PROPERTY}
본 발명은, 변압기 등의 철심 재료에 이용하는 방향성 전자 강판(grain-oriented electrical steel sheet) 및 그의 제조 방법 그리고 변압기 소음 특성의 예측 방법에 관한 것으로, 특히 변압기 소음이 작은 방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법과, 그 방향성 전자 강판을 이용한 변압기의 소음 특성의 예측에 관한 것이다.
트랜스(변압기)는, 그 철심(코어)에, 방향성 전자 강판을 적층한 것(적철심(laminate iron core)), 혹은 감은 것(권철심(coil iron core))을 이용하는 것이 보통이다. 트랜스에 요구되는 중요한 특성으로서는, 철손(무부하손) 특성과, 여자 전류 특성이 우수한 것을 들 수 있다. 또한, 최근에는, 트랜스가 설치되는 주변 환경으로의 배려 등으로부터, 소음 특성이 우수한, 즉, 저소음인 것도 중요해지고 있다.
트랜스의 소음은, 철심에 사용되는 전자 강판의 자왜(magnetostriction) 특성에 크게 의존하는 것이 알려져 있다. 또한, 비특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 방향성 전자 강판의 자왜 특성은, 강판이 갖는 자속 밀도 B8(자계의 강도 800A/m에 있어서의 자속 밀도)로 정해진다고 되어 있고, B8이 높은 것일수록 자왜(자왜 진폭)가 작은 것이 알려져 있다. 비특허문헌 2에는, 이 자왜 진폭을 작게 한 전자 강판을 이용함으로써 실제의 변압기의 소음 레벨이 저감된 예가 나타나 있다. 즉, 저소음 트랜스를 제조하려면, 자왜 진폭이 작은 방향성 전자 강판을 철심에 이용하는 것이 보통이다.
자속 밀도 이외에서 자왜(자왜 진폭 λ)를 저감하는 검토가 특허문헌 1, 2 및 3 등에서 행해지고 있다.
또한, 자왜 진폭 이외에 소음에 영향을 주는 자왜 특성으로서, 특허문헌 4에서는, 자왜 진동의 속도 파형에 주목하고, 이 속도 파형을 주파수 분석하여 청감 보정(frequency weighting)을 실시한 파라미터, 즉 자왜의 속도 성분이 갖는 고조파(higher-harmonics) 성분에 착안한 파라미터가 변압기 소음의 저감에 유효하다고 기술되어 있다.
일본공개특허공보 2007-2334호 일본공개특허공보 2009-231477호 일본공개특허공보 2001-181803호 일본공개특허공보 2009-236904호
IEEE Transactions 8(1972) p.677 전기 학회 기술 보고 제616호 「정지기(Stationary Equipment)의 소음 대책 기술의 현상과 그 동향」, 전기 학회, 1996년
그런데, 자속 밀도 B8이 높은 방향성 전자 강판이나, 특허문헌 1∼3 등에 개시되어 있는 자왜 저감 기술을 적용하여 제조한 방향성 전자 강판을 이용하여, 복수대의 변압기를 제조한 경우, 그 변압기의 소음값은, B8이 낮은 방향성 전자 강판이나 특허문헌 1∼3 등의 선행 자왜 저감 기술을 적용하지 않는 방향성 전자 강판과 비교하면, 전체적으로는 낮은 소음값의 변압기가 얻어지는 것을 알 수 있다.
그러나, 소음 편차가 큰 등, 반드시 기대 대로의 효과가 얻어지는 것은 아니다.
또한, 최근에 있어서의 환경 중시형의 사회에 있어서 요구되고 있는 변압기 소음 레벨을 만족하기 위해서는, 종래 기술로는, 아직 대응할 수 없다.
또한, 특허문헌 4에 기재된 파라미터로 자왜 특성과 변압기 소음을 정리한 경우, 파라미터의 값이 동일해도 변압기 소음이 상이한 경우가 많아, 변압기 소음이 낮은 방향성 전자 강판의 선택 지표로 하기에는 불충분하다.
본 발명은, 상기의 현상을 감안하여 개발된 것으로, 실기 변압기의 소음 특성이 우수한 방향성 전자 강판을, 그의 유리한 제조 방법과 함께 제안하는 것을 목적으로 한다.
발명자들은, 더 한층의 실기 변압기의 소음 저감이 가능한 방향성 전자 강판을 검토함에 있어서, 종래의 자왜 특성 파라미터로는 변압기 소음을 충분히 설명할 수 없다는 문제점의 원인을 찾기 위해 검토를 거듭했다. 그 결과, 트랜스의 소음 특성에 영향을 미치는 방향성 전자 강판의 인자로서는, 종래부터 알려져 있는 자속 밀도 B8이나 자왜 진동의 속도 성분이 갖는 고조파 성분 이외에, 자왜 진동의 속도 변화(가감속의 빈도나 정도)가 종래 인식의 파라미터 이상으로 변압기 소음에 영향을 미치고 있는 것을 발견했다.
구체적으로는, 자왜 진동의 속도 변화 거동을 이하의 조건으로 함으로써, 종래 기술 이상으로 변압기 소음을 저감 가능한 것을 밝혀냈다.
1) 자왜의 속도 레벨: dλ/dt에 있어서, 가감속 포인트가 자왜 진동 1주기 내에서 4개일 것
2) 자왜 진동의 가속 영역 또는 감속 영역 내에 있어서의 속도 레벨의 변화가, 인접하는 극댓값과 극솟값의 차로 3.0×10－4sec－1 이하일 것
또한, 자왜 진동의 속도 변화 거동을 상기 조건 내에 들어가게 하기 위해서는, 포스테라이트 피막 및 장력 코팅의 장력을 제어하는 것이 유효한 것을 발견했다.
구체적으로는 이하와 같다.
1) 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 합계 장력의 표리차가 0.5㎫ 미만
2) 포스테라이트 피막의 장력의 표리차가 0.5㎫ 이상
그리고, 피막의 장력 제어 방법은 이하와 같다.
1) 포스테라이트 피막의 장력 조정 수단은, 탈탄 어닐링시에 있어서의 강판 표리면에서의 내부 산화층의 형성 조건, 어닐링 분리제의 종류 및 도포량, 그리고 최종 마무리 어닐링 전까지 행하는 전착(electrodeposition) 처리에 있어서의 전착량 중 적어도 어느 하나를 변경한다.
2) 절연 코팅의 장력 조정 수단은, 절연 코팅의 막두께 및/또는 조성의 변경으로 실시한다.
이하에, 이 인식을 유도하는 데에 이른 실험 결과에 대해서 서술한다.
<실험 1>
우선, 가감속 포인트와 변압기 소음의 관계를 조사했다. 최초의 검토에서는, 자왜 특성을 변화시키기 위해 여자 전압에 고조파를 중첩시켰다. 0.27㎜의 방향성 전자 강판을 이용하여, 300kVA의 실기 트랜스를 조립하여, 50㎐, 1.7T에서 소음을 평가했다. 도 1에 자왜 진동의 속도 레벨의 일 예를 나타낸다. 여기에서는, 가감속을 반복하면서 진동하는 것은 소음을 증대시키는 원인이 될 수 있다고 생각하여, 자왜 진동 1주기에 있어서의 가감속 포인트의 빈도와 소음의 관계를 조사했다. 주파수: 50㎐에서 평가했기 때문에 1주기의 간격은 0.02sec이다. 도면 중에서는, 가감속 포인트는, 8개 확인되지만, 자왜 진동이 이상적인 정현파인 경우, 가감속 포인트(dλ/dt＝0)는 4개가 되기 때문에, 가감속 포인트의 최솟값은 4개이다.
도 2에, 가감속 포인트의 수와 실기 변압기 소음의 관계를 나타낸다. 이에 따르면, 포인트수의 증가에 의해 소음은 증가하는 경향을 나타내고, 가감속 포인트의 수는 최솟값인 4개로 할 필요가 있는 것이 판명되었다.
이어서, 자왜 진동의 가속 영역 또는 감속 영역에 있어서의 속도 변화의 영향을 조사했다. 여기에서는 속도 변화의 평가 파라미터로서, 인접하는 극댓값과 극솟값의 차를 조사했다(도 3 참조). 여기에서 주목한 것은, 가속/감속 영역 내의 각각의 속도 변화이고, 양방의 영역에 걸치는 경우의 속도 변화는 포함하지 않는다.
자왜 파형 1주기의 안에는, 극댓값과 극솟값은 도 3에 나타내는 바와 같이 복수 존재한다.
또한, 인접하는 극댓값과 극솟값의 자왜의 속도 레벨의 차(속도 레벨 변화량)의 최댓값과 실기 변압기 소음의 관계를 조사한 결과를 도 4에 나타낸다. 동일 도면으로부터, 변화량의 최댓값이 3.0×10－4sec－1 이하인 경우에 양호한 실기 변압기의 소음 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.
상기 실험에서는, 속도 레벨 변화량의 최댓값과 소음의 관계를 조사했는데, 다음으로, 최대의 속도 레벨 변화량이 거의 동일한 3.0×10－4sec－1이지만, 속도 레벨 변화 포인트의 수가 상이하도록 여자 전압으로 고조파를 중첩하여, 속도 레벨 변화 포인트수와 소음값의 관계를 추가로 조사했다. 속도 레벨 변화 포인트란 도 3에 나타내는 별표의 위치에서,
1) 가속 비율이 증가에서 감소로 변화하거나,
2) 가속 비율이 감소에서 증가로 변화하거나,
3) 감속 비율이 증가에서 감소로 변화하거나,
4) 감속 비율이 감소에서 증가로 변화하는,
것들 중 어느 하나인 점이다.
도 5에, 상기 조사에서 얻어진 속도 레벨 변화 포인트의 수와 소음값의 관계를 평가한 결과를 나타내는데, 속도 레벨 변화량의 최댓값이 3.0×10－4sec－1 정도이면, 그보다 작은 속도 변화는, 소음 특성에 큰 영향을 미치고 있지 않은 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 실기 변압기의 소음 특성을 개선하기 위해서는,
5) 자왜의 속도 레벨: dλ/dt에 있어서, 가감속 포인트가 자왜 진동 1주기 내에서 4개로 할 것,
6) 자왜 진동의 가속 영역 또는 감속 영역 내에 있어서, 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량을 3.0×10－4sec－1 이하로 할 것,
이 중요한 것이 판명되었다.
또한, 자왜 특성을 개선하는 수단을 검토하는데 있어서, 신규 인식은, 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량 중, 작은 속도 레벨 변화량의 수의 증가의 영향은 소음 특성에 대하여 극경미한 한편으로, 최대 속도 레벨 변화량의 영향은 매우 크기 때문에, 최대 속도 레벨 변화량을 저감하는 것이 중요한 것이 판명된 것이다.
<실험 2>
다음으로, 자왜 특성을 제어하는 구체적인 방법의 검토를 행했다.
우선, 자왜 특성은 피막 장력에 의해 변화한다는 것은 일반적으로 알려져 있기 때문에, 피막 장력의 영향을 조사했다.
공지인 방법으로 제조한 0.23㎜ 두께의 탈탄 어닐링판의 편측 면에, 0∼3㎎/㎡의 범위에서 Cu를 전착시킨 후에, MgO: 100질량부에 대하여 TiO2를 5질량부 배합한 어닐링 분리제를 표리면에 각각에 7g/㎡씩 도포하고, 건조 후에 최종 마무리 어닐링을 10℃/h의 승온 속도로 1220℃×5h의 조건에서 행했다. 그 후, 미반응 어닐링 분리제를 제거하고, 60％의 콜로이달 실리카와 인산 알루미늄으로 이루어지는 절연 코팅을 표리면 각각에 5.0∼9.0g/㎡ 도포하고, 850℃에서 베이킹했다.
자왜 진동은, 변형 게이지법이나 레이저 변위계, 레이저 도플러 진동계에 의해 측정할 수 있지만, 간편한 점에서, 여기에서는 레이저 도플러 진동계를 이용하여 자왜 진동 특성을 평가했다.
표 1에 Cu 전착량, 절연 코팅 도포량, 포스테라이트 피막의 표리 장력차, 절연 코팅의 표리 장력차, 자왜 진동 1주기 내의 가감속 포인트, 자왜 진동의 가속 영역 또는 감속 영역 내에 있어서의 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량을 각각 나타낸다.
Figure 112017078526099-pct00001
도 6, 7에 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 표리 장력차와 자왜 특성의 관계를 나타낸다. 자왜 진동 1주기 내의 가감속 포인트에 대해서는, 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 표리 장력차의 영향에 차이는 확인할 수 없었지만, 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량에 미치는 영향은 포스테라이트 피막의 표리 장력차와 절연 코팅의 표리 장력차에서 상이하고, 포스테라이트 피막의 표리 장력차가, 자왜 특성 개선 효과가 큰 것이 판명되었다.
또한, 절연 코팅의 압연 방향의 장력은, 압연 직각 방향: 280㎜×압연 방향: 30㎜의 샘플을 잘라낸 후, 편면의 장력 코팅을 제거하고, 그 제거 전후의 강판 휨량을 측정하여 얻어진 휨량을, 이하의 환산식으로 장력 환산하여 산출한다.
Figure 112017078526099-pct00002
다른 한면의 피막의 장력에 대해서도 동일한 제품의 다른 샘플을 이용하여, 동일한 방법으로 구했다. 또한, 포스테라이트 피막의 압연 방향의 장력은, 압연 직각 방향: 280㎜×압연 방향: 30㎜의 샘플을 잘라낸 후, 양면의 절연 코팅을 제거하여, 강판 휨량을 측정하고, 그 후 편측의 포스테라이트 피막을 제거하고, 재차 휨량을 측정, 그 휨량차를 환산식으로 장력 환산했다.
이상의 측정 결과로부터, 포스테라이트 피막, 절연 코팅 모두 표리면의 장력차를 0.5㎫ 이상 줌으로써 자왜 특성이 개선되는 것이 판명되었다. 표리에 장력차가 존재한다는 것은, 강판에 휨이 발생하는 것이 된다. 이 강판을 평평한 면에 두면, 휨이 교정됨과 동시에 강판 전체에 응력이 부여된다. 이 응력이 자왜 특성을 양호한 방향으로 변화시켰다고 발명자들은 생각하고 있다.
또한, 포스테라이트 피막과 절연 코팅에서, 장력차가 자왜 특성에 미치는 영향이 상이했던 것은, 자왜는 응력으로의 감도가 높기 때문에, 전술한 장력 평가 방법으로는 평가할 수 없는 근소한 응력 분포차 등이 영향을 미치고 있을 가능성이 있다.
강판 전체에 응력을 부여하는 방법으로서, 다음에 서술하는 방법이 있다. 일반적으로, 최종 마무리 어닐링은 강판을 코일 형상으로 권취한 상태에서 행해진다. 어닐링 종료시에는 코일의 곡률 반경 만큼의 강판 휨이 발생하고 있다. 통상 이 휨은 그 후의 평탄화 어닐링으로 해소되지만, 이 강판의 휨을 남겨 둔다는 방법이다.
다음으로, 강판의 휨을 이용한 자왜 특성 개선을 검토했다. 지금까지 공지인 방법으로 제조한 탈탄 어닐링판에 MgO: 100질량부에 대하여 TiO2를 5질량부 배합한 어닐링 분리제를 표리면에 각각에 7g/㎡씩 도포하고, 건조 후에 최종 마무리 어닐링을 10℃/h의 승온 속도로 1220℃×5h의 조건에서 행했다. 그 후, 미반응 어닐링 분리제를 제거하고, 60％의 콜로이달 실리카와 인산 알루미늄으로 이루어지는 절연 코팅을 표리면 각각에 5.0g/㎡ 도포하고, 베이킹 온도를 750∼850℃에서 베이킹했다. 그 후 강판 휨량을 측정하여, 휨량과 자왜 특성의 관계를 평가했다. 도 8, 도 9에 강판 휨량과 자왜 특성의 관계를 나타낸다.
자왜 진동 1주기 내의 가감속 포인트수, 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량은, 모두, 소음에 대해서는 바람직하지 않은 방향으로 자왜 특성이 변화했다. 발명자들은, 강판의 휨이, 포스테라이트 피막 장력이나 절연 코팅과 경향이 상이했던 원인에 대해서, 다음과 같이 생각하고 있다.
통상, 강판은, 연속적으로 권취하여 코일 형상으로 하고 있기 때문에, 강판의 곡률 반경은 일정하지 않고 연속적으로 변화하고 있다. 따라서, 강판의 곡률 반경에 기인한 강판의 휨량도 조금씩이지만 연속적으로 변화하고 있다. 이 연속적인 변화에 의해, 강판 전체에 균일한 응력을 부여하지 못하여, 자왜 특성의 변화가 상이했던 것으로 생각하고 있다.
그러나, 강판의 표리에 장력차를 주어 응력을 부여하는 것은, 철손의 대폭적인 열화를 초래할 우려가 있기 때문에, 종래에서는, 채용되고 있지 않았다.
발명자들은, 실험 2의 샘플에 대해서 자기 측정을 행하여, 철손 열화량을 평가했다. 도 10에 그 결과를 나타내지만, 포스테라이트 피막·절연 코팅 모두 0.5㎫ 이상의 장력의 표리차가 발생한 경우에, 역시 철손이 크게 열화하는 것이 판명되었다.
철손에 대해서는 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 응력차의 영향은 동일했다. 일반적으로, 응력에 대한 감도는, 자왜 특성이 높기 때문에, 철손에서는 근소한 응력 분포차 등의 영향이 나오지 않았던 것으로 생각된다.
이상의 결과로부터, 철손의 관점에서는, 휨량차는 없는 편이 바람직하고, 자왜 특성의 관점에서는 일정한 휨량차가 있는 편이 바람직하다고 말할 수 있다.
그래서, 철손과 자왜가 양립하는 방법으로서, 철손에 관해서는 포스테라이트 피막의 장력과 절연 코팅의 장력의 영향이 동등하고, 자왜 특성에 관해서는 영향이 각각 상이한 점에 주목했다.
즉, 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 합계 장력의 강판 표리차를 0.5㎫ 미만으로 하면서, 강판 표리에서 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 장력 균형을 변화시켜주면, 강판 표리에서 자왜 특성으로의 영향 정도가 상이하기 때문에, 자왜 특성은 개선되는 것이 아닌가라고 생각했던 것이다.
<실험 3>
공지의 방법으로 탈탄 어닐링까지 행한 0.3㎜ 두께의 방향성 전자 강판의 탈탄 어닐링판의 표리면을 연삭에 의해 산소 부착량(coating amount): 1.2∼2.0g/㎡로 변경한 후, 습한 H2 분위기 중에서 840℃, 2분간의 탈탄 어닐링을 행했다.
그 후, 어닐링 분리제로서 MgO: 100질량부, TiO2: 5질량부의 배합 비율이 되는 어닐링 분리제를 표리면에 각각에 7g/㎡씩 도포하고, 10℃/h의 승온 속도로 1180℃, 5시간 균열하는 최종 마무리 어닐링을 실시했다. 그 후, 미반응 어닐링 분리제를 제거하고, 60％의 콜로이달 실리카와 인산 마그네슘으로 이루어지는 절연 코팅을 표리면 각각에 5.0∼9.0g/㎡ 도포하고, 850℃에서 베이킹했다. 여기에서는, 산소 부착량 및 절연 코팅의 부착량의 표리면 균형을 변경함으로써, 포스테라이트 피막과 절연 코팅 피막의 장력을 변경했다.
지금까지와 동일한 방법으로, 포스테라이트 피막과 절연 코팅 합계 장력의 표리차, 포스테라이트 피막 장력, 절연 코팅 장력을 각각 측정하여, 자왜 특성·철손의 관계를 조사했다. 그 결과를 도 11, 12, 13에 각각 나타낸다.
합계 장력은 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 합이기 때문에, 합계 장력차가 －1.2㎫이고, 포스테라이트 피막 장력차가 0.5㎫인 경우, 절연 코팅의 장력차는－1.7㎫이 되어 있다. 이 경우에는, 기대한 대로, 포스테라이트 피막의 자왜 특성 개선 효과가 높고, 포스테라이트 피막 장력차가 절댓값으로 0.5㎫ 이상이면, 절연 코팅의 장력차에 관계없이 자왜 특성이 개선되는 것을 확인할 수 있었다(도 11, 12).
한편, 철손에 대해서는, 도 13에 나타내는 바와 같이 합계의 장력값이 절댓값으로 0.5㎫ 미만이면 양호한 철손 특성을 나타내고 있다.
이상으로부터, 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 합계 장력에 관하여, 그 표리차가 0.5㎫ 미만, 포스테라이트 피막 장력의 표리차가 0.5㎫ 이상인 조건으로 한 경우에 한하여, 철손과 자왜 특성의 양립이 가능한 것을 발견했다.
이상으로부터, 변압기 소음을 저감하는 자왜 특성을 얻으려면, 이하의 포인트를 확보하는 것이 중요하다.
1) 자왜의 속도 레벨: dλ/dt에 있어서, 가감속 포인트가 자왜 진동 1주기 내에 4개일 것
2) 자왜 진동의 가속 영역 또는 감속 영역 내에 있어서의 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량이 3.0×10－4sec－1 이하일 것
3) 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 합계 장력에 관하여, 그 표리차가 0.5㎫ 미만
4) 포스테라이트 피막 장력의 표리차가 0.5㎫ 이상
즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
1. 표면에 포스테라이트 피막 및 절연 코팅을 구비한 방향성 전자 강판으로서,
상기 방향성 전자 강판의 자왜 특성이, 이하의 조건 Ⅰ 및 Ⅱ를 만족하고,
상기 포스테라이트 피막과 상기 절연 코팅의 합계 장력의 표리차가 0.5㎫ 미만이고,
상기 포스테라이트 피막의 장력의 표리차가 0.5㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판.
Ⅰ 자왜의 속도 레벨: dλ/dt에 있어서, 가감속 포인트가 자왜 진동 1주기 내에서 4개이다.
Ⅱ 자왜 진동의 가속 영역 또는 감속 영역 내에 있어서의 인접하는 자왜의 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량이 3.0×10－4sec－1 이하이다.
2. 상기 1에 기재된 방향성 전자 강판을 제조하는 방향성 전자 강판의 제조 방법으로서,
슬래브를, 열간 압연하여 열연판을 얻는 공정과,
필요에 따라서 상기 열연판에 열연판 어닐링을 실시하는 공정과,
그 후, 상기 열연판에 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간압연을 실시하여, 최종 판두께를 갖는 냉연판을 얻는 공정과,
그 후, 상기 냉연판에 탈탄 어닐링을 실시하여 탈탄 어닐링판을 얻는 공정과,
그 후, 상기 탈탄 어닐링판의 표면에 MgO를 주성분으로 하는 어닐링 분리제를 도포하고, 그 후, 최종 마무리 어닐링을 행하여, 상기 포스테라이트 피막이 형성된 최종 마무리 어닐링판을 얻는 공정과,
그 후, 상기 최종 마무리 어닐링판에 절연 코팅 처리액을 도포하고, 그 후, 베이킹을 겸한 평탄화 어닐링을 실시하여, 상기 절연 코팅을 형성하는 공정을 갖고,
상기 포스테라이트 피막 및 상기 절연 코팅을 형성할 때, 상기 포스테라이트 피막과 상기 절연 코팅의 합계 장력의 표리차를 0.5㎫ 미만으로 조정하고, 상기 포스테라이트 피막의 장력의 표리차를 0.5㎫ 이상으로 조정하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
3. 상기 포스테라이트 피막의 장력의 조정을, 상기 탈탄 어닐링시에 있어서의 강판 표리면에서의 내부 산화층의 형성 조건의 변경, 상기 어닐링 분리제의 종류의 변경 및 도포량의 변경, 그리고, 상기 최종 마무리 어닐링 전까지 행하는 전착 처리에 있어서의 전착량의 변경 중으로부터 선택한 적어도 하나의 변경에 의해 행하는 상기 2에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법.
4. 상기 절연 코팅의 장력의 조정을, 상기 절연 코팅의 막두께 및/또는 조성의 변경에 의해 행하는 상기 2 또는 3에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법.
5. 표면에 포스테라이트 피막 및 절연 코팅을 구비한 방향성 전자 강판을 이용한 변압기의 소음 특성을 예측하는 방법으로서, 당해 변압기의 이하에 나타내는 자왜 특성 Ⅲ 및 자왜 특성 Ⅵ를 이용하는 것을 특징으로 하는 변압기 소음 특성의 예측 방법.
자왜 특성 Ⅲ: 자왜의 속도 레벨: dλ/dt에 있어서의 가감속 포인트의 자왜 진동 1주기 내의 수
자왜 특성 Ⅵ: 자왜 진동의 가속 영역 또는 감속 영역 내에 있어서의 인접하는 자왜의 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량
본 발명에 의하면, 보다 실기 변압기의 소음 특성이 우수한 방향성 전자 강판의 제조가 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 의하면, 표면에 포스테라이트 피막 및 절연 코팅을 구비한 방향성 전자 강판을 이용한 변압기의 소음 특성을 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
도 1은 자왜 진동의 속도 레벨의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 가감속 포인트의 수와 실기 변압기 소음의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 자왜 진동의 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량을 나타내는 도면이다.
도 4는 속도 레벨 변화량의 최댓값과 소음의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 가감속 포인트의 수와 실기 변압기 소음의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 피막 장력차와 자왜 특성(자왜 진동 1주기 내의 가감속 포인트수)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 피막 장력차와 자왜 특성(인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 강판 휨량과 자왜 특성(자왜 진동 1주기 내의 가감속 포인트수)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 강판 휨량과 자왜 특성(인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 실험 2의 샘플에 대해서 자기 측정을 행하여, 철손 열화량을 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 여러 가지의 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 합계 장력의 표리차(합계차)에 있어서의, 포스테라이트 피막의 장력차와, 자왜 특성(인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 여러 가지의 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 합계 장력의 표리차(합계차)에 있어서의, 포스테라이트 피막의 장력차와, 자왜 특성(자왜 진동 1주기 내의 가감속 포인트수)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 여러 가지의 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 합계 장력의 표리차(합계차)에 있어서의, 포스테라이트 피막의 장력차와, 철손의 관계를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
우선, 본 발명의 구성 요건의 한정 이유에 대해서 서술한다.
1) 실기 변압기의 소음은, 종래부터 알려져 있는 파라미터 이상으로, 자왜 진동의 속도 변화가 큰 영향을 미치고 있는 것이 밝혀졌다.
이유는 밝혀지지 않고 있기는 하지만, 가감속을 반복하면서 강판 신축 운동을 하려면 보다 큰 에너지가 필요한 점에서, 이 신축 에너지 증대가 소음 증대의 원인이 되고 있는 것으로 추측하고 있다.
여기에서, 본 발명에서는, 자왜의 속도 레벨: dλ/dt에 있어서, 가감속 포인트, 즉, 속도 변화가 매우 커지는 가감속의 발생 횟수는, 자왜 진동 1주기 내에서, 이상적인 정현파 자왜 진동이라도 발생하는 최솟값인 4회로 한정한다. 또한, 가속 영역 또는 감속 영역 내에서의 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량에 대해서도 작은 편이 바람직하고, 3.0×10－4sec－1 이하로 한정한다.
또한, 속도 레벨 변화량은 작을수록 좋지만, 공업적으로는, 1.0×10－5sec－1 정도 이상이 바람직하다.
2) 강판 표리의 압연 방향에 있어서의 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 합계 장력의 표리차는 0.5㎫ 미만으로 하는 한편으로, 포스테라이트 피막의 장력의 표리차를 0.5㎫ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, 장력의 표리차와 같은 경우는, 강판의 표면의 장력과 강판의 이면의 장력의 차의 절댓값을 의미한다.
또한, 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 합계 장력의 표리차의 하한에 특별히 제한은 없지만, 공업적으로는, 0.1㎫ 정도가 바람직하다. 또한, 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 각각의 표리 장력차의 상한에 특별히 제한은 없지만, 공업적으로는, 10㎫ 정도가 바람직하다.
여기에서, 강판 양면의 포스테라이트 피막 장력 및 절연 코팅의 합계 장력차를 0.5㎫ 미만으로 한정하는 것은, 휨량이 커지면 도입된 응력에 의해 철손이 열화 하기 때문이다. 다른 한편, 포스테라이트 피막의 장력의 표리차를 0.5㎫ 이상으로 한정하는 것은, 포스테라이트 피막의 장력을 강판의 표리로 차를 줌으로써 크게 자왜 특성이 개선되기 때문이다.
그리고, 강판 전체의 장력의 표리차를 0.5㎫ 미만으로 하는 것은, 포스테라이트 피막 장력이 적은 측으로부터 높은 절연 피막 장력을 부여함으로써 가능하게 된다. 포스테라이트 피막의 장력이 높은 면과 절연 피막의 장력이 높은 면을 반대로 한 경우, 포스테라이트 피막에 의해 발생하는 휨의 방향과 장력 피막에 의해 발생하는 휨의 방향이 정반대가 되어, 각각의 자왜 특성 개선 효과는 상쇄한다고 생각된다. 그러나, 각각의 개선 효과대가 상이한 점에서, 상쇄한 후에도, 포스테라이트 피막에 의한 자왜 개선 효과는 잔존하기 때문에, 자왜 특성이 개선된다.
다음으로, 포스테라이트 피막 장력 및 절연 피막 장력의 장력 변경 수단에 대해서 서술한다. 이들 방법에 대해서는 일본공개특허공보 2009-235472호나 일본공개특허공보 2009-235473호 등에 기재된 종래부터 공지의 방법을 이용하면 좋다.
우선은, 포스테라이트 피막 장력의 제어 방법에 대해서 서술한다. 소재는, 통상의 방법으로 제조된 방향성 전자 강판의 냉연판이다. 소재 성분이나 최종 냉연까지의 제조 조건에 대해서는 특별히 한정되는 것은 없고, 종래 공지의 방법으로 행하면 좋다. 이어서, 냉연판에 탈탄 어닐링을 실시하여 탈탄 어닐링판으로 한 후, 이 탈탄 어닐링판의 표면에 MgO를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포하고, 그 후, 최종 마무리 어닐링을 실시하여 포스테라이트 피막이 형성된다. 강판의 표리면에서 포스테라이트 피막의 장력을 변경하기 위해, 이하 중 어느 하나의 방법에 의해 표리면에서 피막 성상을 변경시킨다.
우선, 전처리(pretreatment)에서 연삭을 행하는 경우에는, 표리면에서 연삭량이 상이하도록 연삭한다. 통상, 잔류 산소 부착량으로 0.2g/㎡ 이하가 되도록 하지만, 편면을 더욱 강하게 연삭하여 잔류 산소 부착량이 표리면에서 0.05g/㎡ 이상 차를 주도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 전처리에서 전착 처리를 행하는 경우에는, 전착량에 의해 장력의 표리차를 줄 수 있다. 전착물로서는, 예를 들면 일본공개특허공보 평9-87744호에 개시되어 있는 바와 같이, Cu, Ni, Co 및 Sn 등의 금속을, 표리면에서 전착량으로 0.2㎎/㎡ 이상이 차가 나도록 코일 만곡 내면측을 높게 전착시킨다. 또한, 이러한 전착 처리는, 탈탄 어닐링 전뿐만 아니라, 탈탄 어닐링 후에 행하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에서는, 어닐링 분리제로서, MgO를 주체로 하는 분리제를 이용한다. 이때 공지의 첨가물로서 Ti나 Sb, Mg, Ca, Sr, Sn, B, Na, K, Cl, F, Br 등의 원소를 포함하는 화합물을 이용할 수 있다.
여기에서, 표리면에서 포스테라이트 피막 장력을 바꾸기 위해, 이들 첨가물을 이용할 수도 있다. 즉, 표리면에서 이들 첨가물량이 상이하도록 첨가하면, 이에 따라 포스테라이트 피막 장력도 변화한다. 장력의 표리차를 주는 조건으로서는, 첨가물의 종류에 따라 상이하지만, Ti나 Sb, Mg, Ca, Sr, Sn이면 당해 금속 환산으로 MgO: 100질량부당 0.2질량부 정도, 또한 B, Na, K, Cl, F, Br이면 MgO: 100질량부당 0.001질량부 이상의 차를 주는 것이 바람직하다.
다음으로, 절연 코팅의 장력의 제어 방법에 대해서 서술한다. 소재는, 코일어닐링에 의해 2차 재결정시킨 방향성 전자 강판의 최종 마무리 어닐링판이다. 소재 성분에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 최종 마무리 어닐링은, 통상, 수일에 걸치는 바와 같은 장시간으로 행해지기 때문에, 코일에 권취한 상태인 채 어닐링되는 것이 정법이고, 본 발명에서도 종래와 같이 이 방법으로 행하는 것이 바람직하다.
이 마무리 어닐링 완료 코일은, 절연 코팅 처리액을 도포하기 전에, 물 세정이나 인산 산세에 의해 표면을 청정화하지만, 이것도 종래와 같은 방법으로 좋다. 그 후, 절연 코팅 처리액을 도포한다. 코팅으로서는, 종래의 장력 부여형의 코팅으로 좋지만, 포스테라이트 피막 장력을 높인 면의 반대면의 절연 코팅 장력을 높이는 것이 본 발명의 포인트이다.
여기에서, 적합한 장력 부여형의 코팅을 나타내면, 다음과 같다. 통상, 가장 자주 이용되는 코팅은, 인산염-실리카계의 코팅이지만, 이때 코팅 성분으로서는, 고형분 비율로 콜로이드형 실리카: 20질량부에 대하여, Al, Mg, Ca, Fe 및 Mn 등의 인산염 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상을 10∼80질량부 정도의 배합으로 하는 것이 바람직하다.
인산염의 비율이 지나치게 적으면 내(耐)흡습성이 충분하지 않고, 한편 지나치게 많으면 콜로이드형 실리카가 상대적으로 적어지기 때문에, 장력이 저하되어 철손 저감 효과가 저감된다. 또한, 이것에, 흡습성의 개선을 목적으로 하여, 무수 크롬산 및/또는 크롬산 화합물을 합계로 3∼20질량부 배합해도 좋다. 또한, 실리카나 알루미나 등의 무기 광물 입자(분말 등)를 배합하면, 내스티킹성이 개선되기 때문에, 이들을 사용하는 것도 가능하다. 배합량은, 점적률을 저하시키지 않기 위해 최대로도 1질량부 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 최근, 환경 조화형의 코팅으로서, 크롬을 이용하지 않는 기술도 개발되고 있지만, 이것을 사용하는 경우에는, 무수 크롬산이나 크롬산 화합물 대신에 Mg, Al, Fe, Bi, Co, Mn, Zn, Ca, Ba, Sr 및 Ni 등의 금속 황산염, 염화물, 콜로이드형 산화물 및 붕산염 등을 배합한다. 배합량은 합계로 3∼30질량부 정도로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 절연 코팅의 장력의 변경 수단으로서는, 절연 코팅의 막두께 및/또는 조성의 변경, 즉, 코팅의 도포량을 바꾸는 방법이나, 코팅의 종류를 변경하는 방법 등이 있다. 코팅 도포량은, 종래, 편면당 2∼8g/㎡, 양면 합계로 4∼16g/㎡ 정도 도포되어 있지만, 도포량을 바꾸는 경우라도 양면 합계는 이와 동일하게 하는 것이 바람직하다. 지나치게 많으면 점적률이 저하되어 자기 특성이 열화하고, 지나치게 적으면 장력이 저하되어 역시 양호한 자기 특성이 얻어지지 않는다.
또한, 코팅의 종류를 변경하는 방법으로서는, 예를 들면 「IEEE Transactions on Magnetics, Vol. Mag-15, No.6, November 1979」에 개시되어 있는 바와 같이, 인산염의 종류를 변경하거나, 코팅의 배합비를 변경하거나 하는 방법이 있다. 그 후, 코팅을 도포, 건조한 후, 베이킹을 겸하여 평탄화 어닐링을 행한다. 그 때, 어닐링 온도나 강판에 부여하는 장력을 제어하여, 가능한 한 마무리 어닐링기인의 코일 만곡이 잔류하지 않도록 하는 것이 중요하다. 이 코일 만곡이 잔류하면, 포스테라이트 피막이나 절연 코팅의 장력을 제어하여 본 발명의 범위 내로 해도 소망하는 자왜 특성이 얻어지지 않게 되기 때문이다. 또한, 본 발명의 장력 제어에 의해, 소망하는 자왜 특성이 얻어져 있는 경우는, 코일 만곡의 영향은 무시 할 수 있는 레벨이 되어 있다.
또한, 본 발명에서는, 자왜의 속도 레벨: dλ/dt에 있어서, 가감속 포인트, 즉, 자왜 진동 1주기 내에 속도 변화가 매우 커지는 가감속의 발생 횟수(자왜 특성 Ⅲ)와, 가속 영역 또는 감속 영역 내에서의 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량(자왜 특성 Ⅵ)을 이용함으로써, 방향성 전자 강판을 이용한 변압기의 소음 특성을 예측할 수 있다.
가감속 포인트 측정 방법의 일 예를 이하에 설명한다.
우선, 자왜 특성을 변화시키기 위해 여자 전압에 고조파를 중첩시킨다. 예를 들면, 0.27㎜ 두께의 방향성 전자 강판을 이용하여, 300kVA의 실기 트랜스를 조립하여, 50㎐, 1.7T에서 소음을 측정한다. 그리고, 자왜 진동 1주기에 있어서의 가감속 포인트의 빈도를 세면, 가감속 포인트(자왜 특성 Ⅲ)를 구할 수 있다. 또한, 자왜 진동은, 변형 게이지법이나 레이저 변위계, 레이저 도플러 진동계에 의해 측정할 수 있지만, 간편한 점에서, 본 발명에서는 레이저 도플러 진동계를 이용하여 자왜 진동 특성을 평가하는 것이 바람직하다.
이어서, 가속 영역 또는 감속 영역 내에서의 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량을 구하는 방법에 대해서 설명한다.
본 발명에서는, 속도 변화의 평가 파라미터로서, 인접하는 극댓값과 극솟값의 차를 조사한다. 여기에서 주목할 것은, 가속/감속 영역 내의 각각의 속도 변화이고, 양방의 영역에 걸치는 경우의 속도 변화는 포함하지 않는 것이다.
자왜 파형 1주기의 안에는, 극댓값과 극솟값은, 상기 도 3에 나타낸 바와 같이 복수 존재한다.
또한, 인접하는 극댓값과 극솟값의 자왜의 속도 레벨의 차(속도 레벨 변화량)의 최댓값을 조사함으로써, 본 발명에 있어서, 가속 영역 또는 감속 영역 내에서의 인접하는 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량(자왜 특성 Ⅵ)을 구할 수 있다.
또한, 속도 변화 포인트란 도 3에 나타낸 별표의 위치에서,
1) 가속 비율이 증가에서 감소로 변화하거나,
2) 가속 비율이 감소에서 증가로 변화하거나,
3) 감속 비율이 증가에서 감소로 변화하거나,
4) 감속 비율이 감소에서 증가로 변화하는,
것들 중 어느 하나인 점이다.
이상과 같이, 자왜 진동의 속도 변화 거동을 측정함으로써, 상기 가감속의 발생 횟수와 상기 속도 레벨 변화량을 구하여, 가감속의 발생 횟수(자왜 특성 Ⅲ)의 경우는, 4회인지 아닌지, 속도 레벨 변화량(자왜 특성 Ⅵ)의 경우는, 3.0×10－4sec－1 이하를 만족하는지 아닌지를 확인한다.
자왜 특성 Ⅲ과 자왜 특성 Ⅵ이 상기 조건을 함께 만족하는(즉, 자왜 특성 Ⅲ이 4회이고, 자왜 특성 Ⅵ가 3.0×10－4sec－1 이하임) 경우는, 변압기의 소음 특성이 양호하다는 것이 된다.
실시예
(실시예 1)
공지의 방법으로 탈탄 어닐링까지 행한 0.3㎜ 두께의 성분이 상이한 복수의 방향성 전자 강판의 탈탄 어닐링판(소재 A, B: 성분 조성을 표 2에 나타낸다. 또한, 표 중의 ％는질량％, ppm은 질량 ppm을 나타내고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.)을 사용하여, 탈탄 어닐링판의 표리면을 각각, 연삭에 의해 산소 부착량을 0.9∼2.0g/㎡로 변경한 후, 표리면에 Ni를 각각 0∼0.4 ㎎/㎡의 범위에서 전착시키고, 습한 H2 분위기 중에서 860℃, 2분간의 탈탄 어닐링을 행했다.
그 후, 어닐링 분리제로서 MgO: 100질량부, TiO2: 5질량부의 배합 비율이 되는 어닐링 분리제를 표리면에 각각 8g/㎡씩 도포하고, 10℃/h의 승온 속도로 1200℃, 5시간 균열하는 최종 마무리 어닐링을 실시했다.
이어서, 여분의 어닐링 분리제를 제거하고, 표리로 절연 피막의 종류를 표 3에 나타내는 바와 같이 변경했다. 표 3 중 「인산 마그네슘」이라고 있는 것은, 인산 마그네슘: 50질량％, 콜로이드형 실리카: 40질량％, 무수 크롬산: 9.5질량％, 실리카 분말: 0.5질량％의 배합 비율이 되는 절연 코팅 처리액이다. 또한, 표 3 중 「인산 알루미늄」이라고 있는 것은, 인산 알루미늄: 50질량％, 콜로이드형 실리카: 40질량％, 무수 크롬산: 9.5질량％, 실리카 분말: 0.5질량％의 배합 비율이 되는 절연 코팅 처리액이다. 이들을, 건조 질량으로 편면 각각이 5∼8g/㎡가 되도록 도포하고, 300℃에서 1분간의 건조 후, 건조한 N2 분위기 중에서 850℃에서 2분간, 부여 장력이 13㎫이 되는 조건에서 평탄화 어닐링을 행하여, 방향성 전자 강판으로 했다.
이렇게 하여 얻어진 방향성 전자 강판의 자기 특성 및 자왜 특성을 측정함과 함께, 강판 양면의 포스테라이트 피막, 절연 장력, 그 합계 장력의 차를 구했다. 또한, 그 전자 강판을 소재로 한 1000kVA의 변압기를 제작하여, 1.5T/60㎐의 소음 특성을 평가했다.
산소 부착량 등의 제조 조건의 상세 및 강판 장력 및 철손·자왜 특성을 표 3에 나타낸다. 또한, 표 중의 장력차는, 장력의 표리차의 그대로의 값(素値)을 의미하고, 본 발명의 장력의 표리차의 규정과 비교할 때는 절댓값으로 비교한다.
Figure 112017078526099-pct00003
Figure 112017078526099-pct00004
종래의 장력차가 없는 No.1, No.6을 비교하여, 소재 A, B의 특징을 서술하면, 소재 B는, 소재 A보다도 자왜 특성 파라미터가 크고, 또한 철손 특성도 나쁜 것을 알 수 있다. 따라서, 종래부터 자왜 특성이나 철손에 영향을 준다고 하는 장력 이외의 파라미터(자속 밀도나 결정 방위 등)는, 소재 A가 양호한 값으로 되어 있어, 본 기술을 적용하기 전의 자기 특성 및 자왜 특성은 소재 A가 우수하다고 말할 수 있다.
동일 표로부터, 본 발명 범위 내의 No.3, No.5에서는, 변압기 소음의 저감화와 철손의 저감화는 양립하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 샘플 No.7은 피막 장력에 관해서는 본 발명의 범위 내로서, 발명 범위 외의 것과 비교하여 약간 자왜 특성이 개선되고 있기는 하지만, 본래의 자왜 특성(샘플 No.6)이 나빠서, 소음 특성이 양호하게 되기까지에는 자왜 특성이 개선되지 않았다.
(실시예 2)
공지의 방법으로 탈탄 어닐링까지 행한 0.23㎜ 두께의 성분이 상이한 복수의 방향성 전자 강판의 탈탄 어닐링판(소재 C, D: 성분 조성을 표 4에 나타낸다. 또한, 표 중의 ％는 질량％, ppm은 질량 ppm을 나타내고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.)을 사용하여, 어닐링 분리제로서 MgO: 100질량부, TiO2: 4.5질량부의 배합 비율이 되는 어닐링 분리제를, 표리면 각각 8g/㎡씩 도포한 후, 붕산 나트륨의 수용액을 표면 및 이면에 스프레이 도포에 의해, MgO: 100질량부에 대하여 B 및 Na가 각각 0∼0.03질량부가 되도록 조정하여 양면에 도포했다. 그 후, 120℃/h의 승온 속도로 1200℃, 20시간 균열하는 최종 마무리 어닐링을 실시했다.
이어서, 여분의 어닐링 분리제를 제거하고, 인산 마그네슘: 50질량％, 콜로이드형 실리카: 40질량％, 무수 크롬산: 9.5질량％, 실리카 분말: 0.5질량％의 배합 비율이 되는 절연 코팅 처리액을, 건조 질량으로 편면이 각각에 5∼10g/㎡가 되도록 도포했다. 또한, 250℃에서 1분간의 건조 후, 건조한 N2 분위기 중에서 820℃에서 2분간, 부여 장력이 15㎫이 되는 조건에서 평탄화 어닐링을 행하여, 방향성 전자 강판으로 했다.
이렇게 하여 얻어진 방향성 전자 강판의 자기 특성 및 자왜 특성을 측정함과 함께, 강판 양면의 포스테라이트 피막, 절연 장력, 그 합계 장력의 차를 구했다. 또한, 그 전자 강판을 소재로 한 750kVA의 변압기를 제작하여, 1.6T/60㎐의 소음 특성을 평가했다.
MgO: 100질량부에 대한 B량 및 Na량 등의 피막 부여 조건의 상세 및 강판 장력 및 철손·자왜 특성을 표 5에 나타낸다. 또한, 표 중의 장력차는, 장력의 표리차의 그대로의 값을 의미하고, 본 발명의 장력의 표리차의 규정과 비교할 때는 절댓값으로 비교한다.
Figure 112017078526099-pct00005
Figure 112017078615199-pct00020
실시예 1과 동일한 바와 같이, 종래의 장력차가 없는 No.1, No.6을 비교하여, 소재 C, D의 특징을 서술하면, 소재 D는 소재 C보다도 자왜 특성 파라미터가 크고, 또한 철손 특성도 나쁜 것을 알 수 있다. 따라서, 종래부터 자왜 특성이나 철손에 영향을 미친다고 하고 있는 장력 이외의 파라미터(자속 밀도나 결정 방위 등)는 소재 C가 적합한 값으로 되어 있어, 본 기술을 적용하기 전의 자기 특성 및 자왜 특성은 소재 C가 우수하다고 말할 수 있다.
동일 표로부터, 본 발명 범위 내의 No.3, No.5에서는 변압기 소음 및 철손은 양립하고 있다. 한편, 샘플 No.7은 피막 장력에 관해서는 본 발명의 범위 내로서, 발명 범위 외의 것과 비교하여 약간 자왜 특성이 개선되고 있기는 하지만, 본래의 자왜 특성(샘플 No.6)이 나쁘고, 소음 특성이 양호하게 되기까지에는 자왜 특성이 개선되지 않았다.
또한, No.8과 같이 포스테라이트 피막과 절연 코팅의 장력이 높은 면을 동일하게 하면, 포스테라이트 피막과 절연 코팅에 의한 자왜 개선 효과가 상쇄되는 일이 없기 때문에, 소음 레벨이 개선되는 자왜 특성이 얻어져 있지만, 그 경우 강판에 휨이 발생하기 때문에 철손 특성이 대폭으로 열화하여, 자왜와 철손이 양립하고 있지 않은 것을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 표면에 포스테라이트 피막 및 절연 코팅을 구비한 방향성 전자 강판으로서,
    상기 방향성 전자 강판의 자왜(magnetostriction) 특성이, 이하의 조건 Ⅰ 및 Ⅱ를 만족하고,
    한쪽의 면에 있어서의 상기 포스테라이트 피막 및 상기 절연 코팅의 합계 장력과, 다른 한쪽의 면에 있어서의 상기 포스테라이트 피막 및 상기 절연 코팅의 합계 장력의 차가 0.5㎫ 미만이고,
    상기 포스테라이트 피막의 장력의 표리차가 0.5㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판.
    Ⅰ 자왜의 속도 레벨: dλ/dt에 있어서, 가감속 포인트가 자왜 진동 1주기 내에서 4개이다.
    Ⅱ 자왜 진동의 가속 영역 또는 감속 영역 내에 있어서의 인접하는 자왜의 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량이 3.0×10－4sec－1 이하이다.
  2. 청구항 1에 기재된 방향성 전자 강판을 제조하는 방향성 전자 강판의 제조 방법으로서,
    슬래브를, 열간 압연하여 열연판을 얻는 공정과,
    필요에 따라서 상기 열연판에 열연판 어닐링을 실시하는 공정과,
    그 후, 상기 열연판에 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간압연을 실시하여, 최종 판두께를 갖는 냉연판을 얻는 공정과,
    그 후, 상기 냉연판에 탈탄 어닐링을 실시하여 탈탄 어닐링판을 얻는 공정과,
    그 후, 상기 탈탄 어닐링판의 표면에 MgO를 주성분으로 하는 어닐링 분리제를 도포하고, 그 후, 최종 마무리 어닐링을 행하여, 상기 포스테라이트 피막이 형성된 최종 마무리 어닐링판을 얻는 공정과,
    그 후, 상기 최종 마무리 어닐링판에 절연 코팅 처리액을 도포하고, 그 후, 베이킹을 겸한 평탄화 어닐링을 실시하여, 상기 절연 코팅을 형성하는 공정을 갖고,
    상기 포스테라이트 피막 및 상기 절연 코팅을 형성할 때, 한쪽의 면에 있어서의 상기 포스테라이트 피막 및 상기 절연 코팅의 합계 장력과, 다른 한쪽의 면에 있어서의 상기 포스테라이트 피막 및 상기 절연 코팅의 합계 장력의 차를 0.5㎫ 미만으로 조정하고, 상기 포스테라이트 피막의 장력의 표리차를 0.5㎫ 이상으로 조정하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 포스테라이트 피막의 장력의 조정을, 상기 탈탄 어닐링시에 있어서의 강판 표리면에서의 내부 산화층의 형성 조건의 변경, 상기 어닐링 분리제의 종류의 변경 및 도포량의 변경, 그리고, 상기 최종 마무리 어닐링 전까지 행하는 전착 처리에 있어서의 전착량의 변경 중으로부터 선택한 적어도 하나의 변경에 의해 행하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 절연 코팅의 장력의 조정을, 상기 절연 코팅의 막두께 및 조성 중 어느 일방 또는 양방의 변경에 의해 행하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  5. 표면에 포스테라이트 피막 및 절연 코팅을 구비한 방향성 전자 강판을 이용한 변압기의 소음 특성을 예측하는 방법으로서, 당해 변압기의 이하에 나타내는 자왜 특성 Ⅲ 및 자왜 특성 Ⅵ을 구하여, 자왜 특성 Ⅲ이 4개이고, 자왜 특성 Ⅵ이 3.0×10-4sec-1 이하인 경우는 변압기의 소음 특성이 양호하다고 예측하는 것을 특징으로 하는 변압기 소음 특성의 예측 방법.
    자왜 특성 Ⅲ: 자왜의 속도 레벨: dλ/dt에 있어서의 가감속 포인트의 자왜 진동 1주기 내의 수
    자왜 특성 Ⅵ: 자왜 진동의 가속 영역 또는 감속 영역 내에 있어서의 인접하는 자왜의 속도 레벨 변화 포인트의 속도 레벨 변화량.
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