KR102360385B1 - 방향성 전자 강판 및 이것을 이용하여 이루어지는 변압기의 권철심과 권철심의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

변압기의 권철심에 이용한 경우에, 변압기 철손의 저감 효과가 우수한 방향성 전자 강판을 제공하기 위해, 변압기의 권철심에 이용하는 방향성 전자 강판으로서, 상기 강판의 판 두께 t와, 해당 강판에 하기 (1)식으로 정의되는 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율이 이하의 관계를 만족시키는 방향성 전자 강판: 판 두께t≤0.20㎜의 경우, 철손 열화율이 60%이하 0.20㎜<판 두께 t<0.27㎜의 경우, 철손 열화율이 55%이하 0.27㎜≤판 두께 t의 경우, 철손 열화율이 50%이하(타원 자화를 건 경우의 철손 열화율)=((WA-WB)/WB)×100…(1) 단, (1)식 중, WA는 RD 방향(압연 방향)에 1.7T, TD 방향(압연 방향에 직각인 방향)에 0.6T로 되는 50Hz 타원 자화를 건 경우의 철손이고, WB는 RD 방향에 1.7T의 50Hz 교번 자화를 건 경우의 철손이다.

Description

방향성 전자 강판 및 이것을 이용하여 이루어지는 변압기의 권철심과 권철심의 제조 방법
본 발명은 변압기의 권철심에 이용하는 방향성 전자 강판 및 이것을 이용하여 이루어지는 변압기의 권철심과 권철심의 제조 방법에 관한 것이다.
철의 자화 용이 축인 <001> 방위가 강판의 압연 방향으로 고도로 정렬된 결정 조직을 갖는 방향성 전자 강판은 특히 전력용 변압기의 철심 재료로서 이용되고 있다. 변압기는 그 철심 구조에 따라 적철심 변압기와 권철심 변압기로 크게 나뉘어진다. 적철심 변압기는 소정의 형상으로 절단한 강판을 적층하는 것에 의해서 철심을 형성하는 것이다. 한편, 권철심 변압기는 강판을 감아 중첩해서 철심을 형성하는 것이다. 대형의 변압기에서는 현재, 오로지 적철심 변압기가 이용되는 경우가 많다. 변압기 철심으로서 요구되는 것은 각종 있지만, 특히 중요한 것은 철손이 작은 것이다.
그 관점에서, 철심 소재인 방향성 전자 강판에 요구되는 특성으로서도, 철손값이 작은 것은 중요하다. 또, 변압기에 있어서의 여자 전류를 줄여 동손을 저감시키기 위해서는 자속밀도가 높은 것도 필요하다. 이 자속밀도는 자화력 800A/m일 때의 자속밀도 B8(T)로 평가되고, 일반적으로, Goss 방위로의 방위 집적도가 높을수록, B8은 커진다. 자속밀도가 큰 전자 강판은 일반적으로 히스테리시스손이 작아, 철손 특성상으로도 우수하다. 또, 철손을 저감하기 위해서는 강판 중의 2차 재결정립의 결정 방위를 Goss 방위로 고도로 정렬하는 것이나, 강 성분 중의 불순물을 저감하는 것이 중요하게 된다. 그러나, 결정 방위의 제어나 불순물의 저감에는 한계가 있기 때문에, 강판의 표면에 대해 물리적인 수법으로 불균일성을 도입하고, 자구의 폭을 세분화하여 철손을 저감하는 기술, 즉 자구 세분화 기술이 개발되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에는 강판 표면에 소정 깊이의 선 형상의 홈을 마련하는 내열형의 자구 세분화 방법이 기재되어 있다. 상기 특허문헌 1에는 톱니바퀴형 롤에 의한 홈의 형성 수단이 기재되어 있다. 또, 상기 특허문헌 2에는 최종 마무리 소둔 후의 강판에 대해 칼끝을 꽉 누름으로써 홈을 형성하는 수단이 기재되어 있다. 이들 수단은 열 처리를 실행해도 강판에 실시한 자구 세분화 효과가 소실되지 않아, 권철심 등에도 적용할 수 있다는 이점을 갖고 있다.
변압기 철손을 작게 하기 위해서는 일반적으로 철심 소재인 방향성 전자 강판의 철손(소재 철손)을 작게 하면 좋다고 생각된다. 그러나, 변압기 철심, 특히 방향성 전자 강판을 3각 또는 5각 갖는 삼상 여자의 권철심 변압기에서는 소재 철손에 비해 변압기에 있어서의 철손이 커지는 것이 알려져 있다. 변압기의 철심으로서 전자 강판이 사용된 경우의 철손값(변압기 철손)을, 엡스타인 시험에서 얻어지는 소재의 철손값으로 나눈 값을, 일반적으로 빌딩 팩터(building factor)(BF) 또는 디스트럭션 팩터(destruction factor)(DF)라고 부른다. 즉, 3각 또는 5각을 갖는 삼상 여자의 권철심 변압기에서는 BF가 1을 넘는 것이 일반적이다.
일반적인 지견으로서, 권철심 변압기에 있어서의 변압기 철손이 소재 철손에 비해 철손값이 증가하는 요인으로서, 주로 자로 길이의 차이에 의해 생기는 내권 코어에의 자속의 집중이 지적되고 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 내권 코어(1)와 외권 코어(2)가 동시에 여자된 경우, 외권 코어(2)에 비해 내권 코어(1) 쪽이 자로 길이가 짧기 때문에, 내권 코어(1)에 자속이 집중하고, 그 결과, 내권 코어(1)에서 철손이 증가한다. 특히, 여자 자속밀도가 비교적 작은 경우, 자로 길이의 효과가 크기 때문에, 자속의 집중에 의한 철손 증가는 크다. 여자 자속밀도가 커지면, 내권 코어(1)만으로는 여자를 담당할 수 없게 되고, 외권 코어(2)에도 더욱 많은 자속이 통과하게 되기 때문에, 자속의 집중은 완화된다. 단, 도 2에 나타내는 바와 같이, 외권 코어(2)를 통과하는 자속은 내권 코어(1)에 자속이 횡단하게 되고, 내권 코어(1)와 외권 코어(2) 사이에, 층간의 자속 이동(3)이 생기게 된다. 면내 방향에 자화가 생기는 것에 의해, 면내 와전류손의 증가가 생기게 되고, 층간의 자속 이동(3)이 생겨 철손이 증가한다.
또한, 변압기 철심에서는 코일 삽입을 실행하기 위해, 도 3에 나타나는 바와 같이, 강판과 강판을 랩 접합시킨 접합부(랩부(4))가 존재한다. 이 랩부(4)에서는 자속이 강판 면직 방향으로 횡단하는 등 복잡한 자화 거동이 일어나기 때문에, 자기 저항이 커진다. 면내 방향에 자화가 생기는 것에 의한 면내 와전류손의 증가가 생긴다.
이러한 변압기 철손의 증가 요인에 대한 정성적인 이해를 토대로, 변압기 철손을 저감시키는 방책으로서 예를 들면 이하와 같은 제안이 이루어져 있다.
특허문헌 3에서는 자로 길이가 짧고 자기 저항이 작은 내주측에 외주측보다 자기 특성이 뒤떨어지는 전자 강판을, 또 자로 길이가 길고 자기 저항이 큰 외주측에는 내주측보다 자기 특성이 우수한 전자 강판을 배치함으로써, 변압기 철손이 효과적으로 저감되는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 4에서는 방향성 규소 강판을 두루 감은 권철심을 내측 부분에 배치하고, 이 권철심의 외측에 해당 방향성 규소 강판보다 낮은 자기 왜곡의 자성 재료를 두루 감아 결합 철심으로 함으로써 변압기 소음을 효과적으로 저감할 수 있는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공고공보 소화62-53579호 특허문헌 2: 일본국 특허공고공보 평성3-69968호 특허문헌 3: 일본국 특허공보 제5286292호 특허문헌 4: 일본국 특허공개공보 평성3-268311호 특허문헌 5: 일본국 특허공보 제5750820호
비특허문헌 1: 전기학회 논문지 D, 130권 9호, P1087-1093(2010) 비특허문헌 2: 전기학회 마그네틱스 연구회 자료, MAG-04-224, P27-31(2004)
특허문헌 3, 4에 개시되어 있는 바와 같이, 내권 코어에 자속이 집중하는 것을 이용하고, 내권 코어와 외권 코어를 다른 재료로 함으로써, 효율적으로 변압기 특성을 개선할 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 여자 자속밀도가 커지면, 자속의 집중은 완화되기 때문에, 변압기 특성의 개선 효과는 작아진다. 또, 이들 방법은 다른 재료를 적절히 배치할 필요가 있기 때문에, 변압기의 제조성을 현저히 떨어뜨리게 된다.
본 발명은 변압기의 권철심에 이용한 경우에, 변압기 철손의 저감 효과에 우수한 방향성 전자 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 상기 방향성 전자 강판을 이용한 변압기의 권철심 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 내권 코어와 외권 코어 사이의 층간이동 및 접합부에 있어서의 자기 저항과 변압기에 있어서의 철손 증분에 대해 조사를 실행하였다.
도 4의 권철심 형상에 있어서, 자화력 800A/m에 있어서의 자속밀도 B8:1.93T의 0.20㎜, 0.23㎜, 0.27㎜ 두께의 방향성 전자 강판을, 랩 접합 길이를 2∼6㎜로 변경하여 변압기 철심을 제작하고, 50Hz, 1.7T의 삼상 여자를 실행하고, 철손 측정을 실행하였다. 도 4의 권철심은 스택 두께:22.5㎜, 강판 폭:100㎜, 7단 스텝 랩, 1단 랩 길이(2, 4, 6㎜)의 형상을 갖는다. 동시에, 특허문헌 5에 개시되어 있는 바와 같이, 적외선 카메라에 의해 여자 중의 철심 단면의 온도 상승을 측정하고, 철심내의 국소 철손을 측정하였다 그러면, 도 5에 나타내는 내권 코어와 외권 코어 사이의 층간 이동부(6) 및 랩 접합부(7)에 있어서 특히 철손이 커졌다. 표 1에, 각 변압기 코어에 있어서의 변압기 전체의 철손 및, 층간 이동부의 철손 평균, 랩 접합부에 있어서의 철손 평균의 값을 나타낸다.
[표 1]
Figure 112020079591940-pct00001
랩 접합 길이가 좁을수록, 판 두께가 두꺼울수록, 변압기 철손 및 BF(=변압기 철손/소재 철손)는 커졌다. 또한, 층간 이동부의 철손 평균, 랩 접합부에 있어서의 철손 평균에 대해서도, 랩 접합 길이가 좁을수록, 판 두께가 두꺼울수록, 커졌다. 따라서, 층간 이동부의 철손, 랩 접합부에 있어서의 철손이 변압기 철손의 대소를 결정하는 중요한 팩터로 되어 있는 것이 추측되었다. 따라서, 층간 이동부의 철손, 랩 접합부에 있어서의 철손의 대소가 어떠한 요인으로 결정되어 있는지를 생각하는 것이 중요하다.
랩 접합부에 있어서의 철손에 대해서는 랩부에 있어서의 자속 이동의 관점에서 이하의 요인으로 변화하고 있다고 추정하고 있다. 비특허문헌 1은 철심 접합 랩에 있어서의 이동 자속에 관한 문헌이다. 이 지견을 토대로 추정한 접합부에 있어서의 자속의 흐름을 도 6에 모식적으로 나타낸다. 접합부에 도달하는 자속은 강판 외로의 누설 자속이 없다고 가정하면, 접합부를 (A) (랩부를 면외 방향으로 횡단하는) 자속 이동, (B) (랩부 이외의 적층 강판의 층 사이를 횡단하는) 층간 자속, (C) (강판간의) Gap을 횡단하는 자속으로 나뉘어진다(도 6 중, 접합부에 도달한 자속 =(A) 자속 이동+(B) 층간 자속+(C) Gap을 횡단하는 자속). 랩 접합 길이가 좁을수록, 랩부의 면적이 작아지기 때문에, (A) 자속 이동이 작아진다. 또, 마찬가지로 판 두께가 두꺼울수록, 철심내에서의 동일 스택 높이에 있어서의 적층 개수가 줄어들고, 그것에 수반하여 접합부 체적에 대한 랩부의 면적이 작아지기 때문에, (A) 자속 이동이 작아진다. (B) 층간 자속은 스텝 랩 접합에서는 그 대칭성으로부터, (A) 자속 이동의 절반 정도로 된다(랩 접합에서는 자속의 대칭성을 고려하면 (B) 층간 자속=(A) 자속 이동×1/2, (C) Gap을 횡단하는 자속=접합부에 도달한 자속-(A) 자속 이동×3/2). 따라서, 랩 접합 길이가 좁고, 판 두께가 두꺼워지고 (A) 자속 이동이 작아지면, 필연적으로 (C) Gap을 횡단하는 자속이 커지게 된다. 이러한 접합부에 있어서의 자속의 흐름을 고려하면, (C) Gap을 횡단하는 자속이 커진 결과, 랩 접합부에 있어서의 철손이 커졌다고 추정한다.
이 상관 관계에 대해서는 접합부의 자기 저항의 관점에서 이하와 같이 고려된다. Gap부의 간극은 조립의 정밀도에도 의존하지만, 통상, 적층 방향의 강판끼리의 간극(≒전자 강판의 표면 피막 두께(∼수 ㎛))에 비하면 크므로, (C) Gap을 횡단하는 자속의 자기 저항은 (A) 자속 이동 및 (B) 층간 자속의 자기 저항에 비하면 커진다고 고려된다. 따라서, Gap을 횡단하는 자속밀도가 커지면, 접합부에 있어서의 자기 저항이 커진다고 생각된다. 그리고, 접합부에 있어서의 자기 저항이 증가한 것에 의해, 직접적으로 접합부에 있어서의 철손이 커졌다고 생각된다.
또한, 층간 이동부의 철손 증가에 대해서도, 접합부의 자기 저항이 중요한 요인을 차지한다고 추정된다. 접합부에 여자되는 자속밀도가 커지면, (A) 자속 이동은 어느 일정 이상은 늘어날 수 없기 때문에 (C) Gap을 횡단하는 자속이 커진다. 즉, 접합부에 있어서의 자기 저항이 증가한다. 그것을 회피하기 위해, 내권 코어에의 자속의 집중을 회피하고, 외권 코어에도 자속을 통과사키기 위해, 내권 코어와 외권 코어 사이에 있어서의 층간 자속 이동은 증가하게 된다. (C) Gap을 횡단하는 자속이 크고, 랩 접합 길이가 좁고, 판 두께가 두꺼운 권철심에 있어서는 조금이라도 (C) Gap을 횡단하는 자속을 줄이기 위해, 내권 코어와 외권 코어 사이에 있어서의 층간자속 이동을 늘려, 내권 코어에의 자속의 집중을 완화하여, 접합부에 여자되는 자속밀도를 작게 하고 있다고 생각된다. 층간 자속 이동의 증가는 그것에 의한 면내 와전류손의 증가를 야기시키고, 이것에 의해 층간 이동부의 철손이 증가했다고 추정하였다.
상기의 실험 사실 및 추정을 토대로, 권철심 변압기에 있어서의 변압기 철손 및 BF를 작게 하기 위해서는 Gap을 횡단하는 자속밀도를 작게 하는 것이 중요하다고 지견하였다. 또한, Gap을 횡단하는 자속밀도를 작게 하기 위해서는 랩부를 건너는 자속량을 크게 하는 것이 중요하다고 생각되었다. 랩부를 건너는 자속량을 크게 하기 위해서는 랩 길이를 크게 하여 랩부 면적을 늘린다고 하는 변압기 철심의 설계로 대처하거나, 판 두께를 얇게 하여 랩 개소를 늘려 접합부 체적당 랩부 면적을 늘리거나, 혹은 랩부의 자속 이동의 투자율이 큰 소재를 사용한다는 대처책이 고려된다. 본 발명에서는 변압기 철심의 설계에 관계없이 철손 특성이 우수한 변압기를 제조하는 것을 도모하고, 판 두께의 영향을 고려한 후, 변압기 철심으로 했을 때의 랩부의 자속 이동의 투자율이 커지는 소재의 탐색을 하는 것으로 하였다.
각종 재료의 소재 자기 특성과, 접합부에 있어서의 랩부를 건너는 자속밀도의 관계를 조사하였다. 조사에서는 전술한 실험과 마찬가지로, 도 4의 설계(랩 길이 4㎜)의 변압기 철심을 각종 방향성 전자 강판을 이용하여 제작하고, 접합 랩부에 있어서의 철손을 조사하였다. 접합 랩부에 있어서의 철손이 작을수록, Gap을 횡딘하는 자속밀도가 작고, 랩을 건너는 자속밀도가 크다고 생각된다. 또한, Epstein 시험, SST 시험(전자 강판 단일판 자기 특성 시험)에 의한 방향성 전자 강판의 자화 용이 방향인 압연 방향으로의 1축 자화에 의한 평가나, 비특허문헌 2에 나타내는 바와 같은 2차원 자기 측정장치에 의한, 2축 자화에 의한 평가를 실행하고, 각종 여자 조건에 있어서의 자기 특성과 접합 랩부에 있어서의 철손의 상관에 대해 조사를 실행하였다. 그러면, 소재인 방향성 전자 강판에 이하의 (1)식에서 정의되는 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율과, 해당 방향성 전자 강판을 이용하여 제작한 변압기 철심의 랩부를 건너는 자속밀도의 상관이 좋은 것이 지견되었다.
(타원 자화를 건 경우의 철손 열화율)=((WA-WB)/WB)×100…(1)
단, (1)식 중, WA는 RD 방향(압연 방향)에 1.7T, TD 방향(압연 방향에 직각인 방향)에 0.6T로 되는 50Hz 타원 자화를 건 경우의 철손이고, WB는 RD 방향에 1.7T의 50Hz 교변 자화를 건 경우의 철손이다.
방향성 전자 강판(소재)에 대해, 도 7에 0.18㎜ 두께재에서의 결과, 도 8에 0.20㎜ 두께재에서의 결과, 도 9에 0.23㎜ 두께재에서의 결과, 도 10에 0.27㎜ 두께재에서의 결과, 도 11에 0.30㎜ 두께재에서의 결과를 나타낸다. 어느 판 두께에 있어서도, 철심을 구성하는 방향성 전자 강판에 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율이 커짐에 따라, 층간 이동부의 철손이 증가하였다. 특히, 0.18㎜ 두께재, 0.20㎜ 두께재에서는 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율이 60%보다 큰 경우에 층간 이동부의 철손의 증가가 현저, 0.23㎜ 두께재에서는 철손 열화율이 55%보다 큰 경우에 층간 이동부의 철손의 증가가 현저, 0.27㎜ 두께재, 0.30㎜ 두께재에서는 철손 열화율이 50%보다 큰 경우에 층간 이동부의 철손의 증가가 현저하였다. 전술한 바와 같이, 층간 이동부의 철손이 증가하는 경우에는 랩부의 자속 이동이 작게 되어 있다고 추정되며, 변압기 철손에 있어서 불리하다.
타원 자화를 건 경우의 철손 열화율과 랩부의 자속 이동의 상관의 이유에 대해서는 반드시 확실하지는 않지만 발명자들은 이하와 같이 생각하고 있다. 자속이 면외 방향을 건너는 경우, 강판면끼리의 계면에는 자극이 생기고, 그 결과, 정자기의 에너지가 매우 커지기 때문에, 그것을 완화하고자 면외 방향에 반자계가 생기는 바와 같은 자화 상태가 변화한다. 구체적으로는 강판내의 란셋 자구 구조의 증가나, 결정립계에 있어서의 반자계 발생, 자구 세분화재에 있어서는 왜곡 도입부에 유기되는 환류 자구의 증가 등이 생긴다고 추정된다. 이러한 자화 상태의 변화에 의해, 랩부를 건너는 자속밀도는 감소한다고 생각된다. 한편, 면내 방향의 타원 자화에 있어서는 자화 곤란 방향인 <111> 방향으로 자화가 향하는 순간이 있다. RD 방향:1.7T, TD 방향:0.6T와 같은 큰 타원 자화를 여자하는 경우, 주 자구의 자화 방향이 강판면내를 자화 용이 방향에서 자화 곤란 방향으로 회전시키는 순간은 자기 이방성 에너지가 매우 커지기 때문에, 그것을 완화하는 바와 같은 반자계가 생기도록 자화 상태가 변화한다. 이쪽도 면외 방향으로의 이동 자속의 경우와 마찬가지로, 강판내의 란셋 자구 구조의 증가나, 결정립계에 있어서의 반자계 발생, 자구 세분화재에 있어서는 왜곡 도입부에 유기되는 환류 자구의 증가 등이 생긴다. 이들에 의해, 타원 자화에 있어서의 철손은 자화 용이 방향만으로의 교번 자화에 있어서의 철손에 비해, 철손이 대폭 증가한다. 즉, 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율과 랩부를 건너는 자속밀도의 변화에 대해서는 동일한 반자계의 생성이라는 변화 요인으로 인해 상관이 있는 것은 아닌지하고 추정하였다.
상기의 생각으로부터, 랩부를 건너는 자속밀도, 혹은 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율은 강판내의 란셋 자구 구조의 증가나, 결정립계에 있어서의 반자계 발생, 홈 형성에 의한 내열형 자구 세분화재에 있어서는 홈 형성부에 있어서의 누설 자속의 증가와 같은 요인을 파라미터화함으로써, 그 대소를 추정할 수 있는 것은 아닌지하고 생각하였다. 구체적으로는
(i) 강판내의 란셋 자구량을 나타내는 파라미터: Sinβ
β: 2차 재결정립의 평균 β각(°)
2차 재결정립의 평균 β각이 커지면, Sinβ에 비례하여 정자기의 에너지가 증가하고, 그것을 완화하고자 란셋 자구량이 증가한다고 생각된다.
(ii) 결정립계에 있어서의 반자계 발생: 4t/R
t: 강판 판 두께(㎜)
R: 2차 재결정 입경(㎜)
강판면 단위면적당 입계 면적 비율 4t/R에 따라, 입계에 생기는 반자계는 커진다고 생각된다.
(iii) 홈 형성부에 있어서의 누설 자속의 증가:(w/a/√2)×(10d/t)×10-3
a: 압연 방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선 형상의 홈의 간격(㎜)
w: 홈의 압연 방향 폭(㎛)
d: 홈의 깊이(㎜)
강판면 단위면적당 홈 형성부의 면적은 (w/a)×10-3으로 된다. 또한, 판 두께에 대한 홈 깊이 d/t에 따라, 누설 자속은 커진다고 생각된다.
3개의 요인을 서로 더한, Sinβ+4t/R+(w/a/√2)×(10d/t)×10-3이라는 파라미터로, 0.18㎜ 두께∼0.30㎜ 두께까지의 각종 소재 요인이 다른 재료에서, 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율을 정리하였다. 소재 요인과 측정 결과를 표 2에, 본 발명 파라미터[Sinβ+4t/R+(w/a/√2)×(10d/t)×10- 3]과 철손 열화율의 관계를 도 12에 정리하였다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 본 발명 파라미터가 커짐에 따라, 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율은 감소하였다. 또한, 각 판 두께에 있어서 랩부를 건너는 자속밀도가 작아지고, 접합부 랩부에 있어서의 철손이 작은 철손 열화율 범위를 만족시키기 위해서는 본 발명 파라미터가 0.080이상인 것이 지견되었다.
자화력 800A/m에 있어서의 자속밀도 B8이 크고, 즉 Goss 방위에의 집적도가 높은 소재를 이용한 권철심에서는 소재의 자기 특성이 양호해도, 변압기 자체의 자기 특성은 반대로 열화화는 경우가 있다. 특히, B8이 1.91T이상으로 되는 매우 Goss 방위 집적도가 높은 방향성 전자 강판을 이용한 권철심에서는 투자율이 높기 때문에, 과도한 내주측으로의 자속 집중이 발생하고, 결과적으로 BF가 커지는 경우가 있다.
또한, B8이 크고, 매우 Goss 방위 집적도가 높은 소재는 2차 재결정립이 조대하게 되는 경향에 있으며, 2차 재결정 입경 R이 40㎜이상으로 조대한 경우도 있다. 그러면, 결정립계에 있어서의 반자계 발생이 작고, 상술한 바와 같이 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율이 커지며, 그 결과, BF가 커져 버린다.
한편, 본 발명 파라미터를 0.080이상의 범위로 제어하는 것에 의해서, B8이 1.91T이상, 2차 재결정 입경 R이 40㎜이상으로 된 경우에도, BF를 작게 억제할 수 있다. 그 결과, B8이 1.91T이상, 2차 재결정 입경 R이 40㎜이상 또한 본 발명 파라미터를 0.080이상의 범위로 제어함으로써, 소재의 자기 특성(철손)이 매우 작고, 또한 BF도 작은, 변압기에 있어서 극히 저철손으로 되는 방향성 전자 강판을 제공할 수 있다.
[표 2]
Figure 112020079591940-pct00002
이상의 지견을 토대로, 본 발명의 완성에 이르렀다. 즉, 본 발명은 이하의 구성을 구비한다.
[1] 변압기의 권철심에 이용하는 방향성 전자 강판으로서, 상기 강판의 판 두께 t와, 해당 강판에 하기 (1)식으로 정의되는 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율이 이하의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판:
판 두께 t≤0.20㎜의 경우, 철손 열화율이 60%이하
0.20㎜<판 두께 t<0.27㎜의 경우, 철손 열화율이 55%이하
0.27㎜≤판 두께 t의 경우, 철손 열화율이 50%이하
(타원 자화를 건 경우의 철손 열화율)=((WA-WB)/WB)×100…(1)
단, (1)식 중, WA는 RD 방향(압연 방향)에 1.7T, TD 방향(압연 방향에 직각인 방향)에 0.6T로 되는 50Hz 타원 자화를 건 경우의 철손이고, WB는 RD 방향에 1.7T의 50Hz 교번 자화를 건 경우의 철손이다.
[2] 상기 강판 표면에, 압연 방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선 형상의 홈이 형성되고, 상기 홈의 압연 방향 폭 w와, 상기 홈의 깊이 d와, 해당 강판의 2차 재결정 입경 R과, 해당 강판의 2차 재결정립의 평균 β각의 관계가 하기 (2)식의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 방향성 전자 강판:
Sinβ+4t/R+(w/a/√2)×(10d/t)×10-3≥0.080…(2)
단, (2)식 중,
β: 2차 재결정립의 평균 β각(°)
t: 강판 판 두께(㎜)
R: 2차 재결정 입경(㎜)
a: 압연방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선형상의 홈의 간격(㎜)
w: 홈의 압연방향 폭(㎛)
d: 홈의 깊이(㎜)이다.
[3] 자화력 800A/m에 있어서의 자속밀도 B8이 1.91T이상이고, 또한, 2차 재결정 입경 R이 40㎜이상인 [1] 또는 [2]에 기재된 방향성 전자 강판.
[4] 상기 [1] 내지 [3] 중의 어느 하나에 기재된 방향성 전자 강판을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기의 권철심.
[5] 권철심 변압기의 철손값을, 해당 권철심의 소재인 방향성 전자 강판의 철손값으로 나누어 구해지는 빌딩 팩터를 작게 하는 권철심 변압기의 권철심의 제조 방법으로서, 방향성 전자 강판을 감아 중첩해서 권철심으로 할 때에, 해당 강판으로서, 해당 강판의 판 두께 t와 해당 강판에 하기 (1)식으로 정의되는 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율이 이하의 관계를 만족시키는 방향성 전자 강판을 이용하는 것을 특징으로 하는 권철심의 제조 방법:
판 두께 t≤0.20㎜의 경우, 철손 열화율이 60%이하
0.20㎜<판 두께 t<0.27㎜의 경우, 철손 열화율이 55%이하
0.27㎜≤판 두께 t의 경우, 철손 열화율이 50%이하
(타원 자화를 건 경우의 철손 열화율)=((WA-WB)/WB)×100…(1)
단, (1)식 중, WA는 RD 방향(압연 방향)에 1.7T, TD 방향(압연 방향에 직각인 방향)에 0.6T로 되는 50Hz 타원 자화를 건 경우의 철손이고, WB는 RD 방향에 1.7T의 50Hz 교번 자화를 건 경우의 철손이다.
[6] 상기 강판 표면에, 압연 방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선 형상의 홈이 형성되고, 상기 홈의 압연 방향 폭 w와, 상기 홈의 깊이 d와, 해당 강판의 2차 재결정 입경 R과, 해당 강판의 2차 재결정립의 평균 β각의 관계가 하기 (2)식의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 [5]에 기재된 권철심의 제조 방법:
Sinβ+4t/R+(w/a/√2)×(10d/t)×10-3≥0.080…(2)
단, (2)식 중,
β: 2차 재결정립의 평균 β각(°)
t: 강판 판 두께(㎜)
R: 2차 재결정 입경(㎜)
a: 압연방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선형상의 홈의 간격(㎜)
w: 홈의 압연방향 폭(㎛)
d: 홈의 깊이(㎜)이다.
[7] 자화력 800A/m에 있어서의 자속밀도 B8이 1.91T이상이고, 또한, 2차 재결정 입경 R이 40㎜이상인 방향성 전자 강판을 이용하는 [5] 또는 [6]에 기재된 권철심의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 변압기의 권철심에 이용한 경우에, 변압기 철손의 저감 효과가 우수한 방향성 전자 강판을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 변압기 철심으로서 이용되는 방향성 전자 강판의 특성을 제어함으로써, 내권 코어와 외권 코어 사이의 층간 이동 및 랩 접합부에 있어서의 자기 저항을 저감하고, 변압기 철심의 설계에 관계없이, 권철심 변압기에 있어서의 변압기 철손을 저감할 수 있다.
본 발명에 따르면, 권철심 변압기의 권철심을 본 발명의 방향성 전자 강판을 소재로서 구성함으로써, 빌딩 팩터가 작은 권철심 변압기가 얻어진다.
도 1은 내권 코어와 외권 코어가 동시에 여자된 경우에 있어서의 내권 코어에셔의 철손의 증가를 설명하는 모식도이다.
도 2는 내권 코어와 외권 코어 사이에 생기는 층간의 자속 이동을 설명하는 모식도이다.
도 3은 권철심의 랩 접합부를 설명하는 모식도이다.
도 4는 조사에 이용한 권철심의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 5는 내권 코어와 외권 코어 사이의 층간 이동부 및 랩 접합부를 설명하는 모식도이다.
도 6은 랩 접합부에 있어서의 자속의 흐름을 설명하는 모식도이다.
도 7은 0.18㎜ 두께재에 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율과 층간 이동부의 철손의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 0.20㎜ 두께재에 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율과 층간 이동부의 철손의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 0.23㎜ 두께재에 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율과 층간 이동부의 철손의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 0.27㎜ 두께재에 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율과 층간 이동부의 철손의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 0.30㎜ 두께재에 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율과 층간 이동부의 철손의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명 파라미터[Sinβ+4t/R+(w/a/√2)×(10d/t)×10- 3]와 철손 열화율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 2차 재결정립의 평균 β각을 제어하는 방법의 일예를 설명하는 모식도이다.
도 14는 실시예에서 제작한 권철심 A∼C의 구성을 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 상세한 사항을 설명한다. 상술한 바와 같이, 권철심 변압기에 이용된 경우에 변압기 철손이 우수한 방향성 전자 강판은 이하의 조건을 만족시킬 필요가 있다.
방향성 전자 강판(소재)의 판 두께 t와, 해당 강판에 하기 (1)식에서 정의되는 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율이 이하의 관계를 만족시킨다.
판 두께 t≤0.20㎜의 경우, 철손 열화율이 60%이하
0.20㎜<판 두께 t<0.27㎜의 경우, 철손 열화율이 55%이하
0.27㎜≤판 두께 t의 경우, 철손 열화율이 50%이하
(타원 자화를 건 경우의 철손 열화율)=((WA-WB)/WB)×100…(1)
단, (1) 식 중, WA는 RD 방향(압연 방향)에 1.7T, TD 방향(압연 방향에 직각인 방향)에 0.6T로 되는 50Hz 타원 자화를 건 경우의 철손이고, WB는 RD 방향에 1.7T의 50Hz 교번 자화를 건 경우의 철손이다.
상기 (1)식 중의 철손은 이하와 같이 측정한다.
(WA: RD 방향에 1.7T, TD 방향에 0.6T로 되는 50Hz 타원 자화를 건 경우의 철손)
WA는 비특허문헌 2 등에 기재가 있는 2차원 단일판 자기 측정 장치(2D-SST)를 이용하여, 측정을 실행한다. 방향성 전자 강판(소재)의 RD 방향에 최대 자속밀도 1.7T, TD 방향에 최대 자속밀도 0.6T로 되는 50Hz 정현파 여자를 실행하고, RD 방향과 TD 방향의 정현파 여자의 위상차를 90°로 함으로써 타원 자화 여자를 실행한다. 이 때, 타원 자화의 회전 방향은 시계 방향과 반시계 방향이 있지만, 양자에 있어서의 철손 측정값에는 차가 있는 것이 지적되고 있으며, 양자의 측정을 실시한 후에 평균값을 취한다. 철손 측정 방법은 탐침법, H코일법 등 각종 방법이 제안되어 있지만, 어느 방법을 이용해도 좋다. 또, 여자시에는 RD 방향은 최대 자속밀도 1.7T, TD 방향은 최대 자속밀도 0.6T로 되도록, 여자 전압의 피드백 제어를 실행하지만, 자속밀도가 최대로 되는 순간 이외는 자속 파형이 정현파보다 약간 왜곡되는 경우에도, 파형 제어는 실행하지 않는다. 측정 시료는 2차원 단일판 자기 측정 장치의 여자 가능 사이즈에 의존하지만, 1시료에 포함되는 결정립의 수를 고려하여, (50㎜×50㎜)이상이 바람직하다. 또, 측정값의 편차를 고려하여, 1소재당 30개 이상의 시료를 측정하고 평균하는 것이 바람직하다.
(WB:RD 방향에 1.7T의 50Hz 교번 자화를 건 경우의 철손)
WB는 상기의 타원 자화를 건 측정을 실행한 시료와 동일한 시료를, 동일한 측정 장치를 사용하여 측정한다. RD 방향으로만 최대 자속밀도 1.7T, 50Hz 정현파 여자를 실행한다. 여자시에는 RD 방향 최대 자속밀도 1.7T로 되는 바와 같은 여자 전압의 피드백 제어를 실행하고, TD 방향으로는 제어를 실행하지 않는다.
타원 자화를 건 경우의 철손 열화율을 상기 범위내에 수납하기 위해서는 방향성 전자 강판(소재) 표면에, 압연 방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선 형상의 홈을 형성하고, 그 홈의 압연 방향 폭 w와, 홈의 깊이 d와, 해당 강판의 2차 재결정 입경 R과, 해당 강판의 2차 재결정립의 평균 β각의 관계가 이하의 (2)식의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
Sinβ+4t/R+(w/a/√2)×(10d/t)×10-3≥0.080…(2)
단, (2)식 중,
β: 2차 재결정립의 평균 β각(°)
t: 강판 판두께(㎜)
R: 2차 재결정 입경(㎜)
a: 압연방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선형상의 홈의 간격(㎜)
w: 홈의 압연방향 폭(㎛)
d: 홈의 깊이(㎜)
이다.
상기 (2)식 중의 소재 특성은 이하와 같이 측정한다.
β: 2차 재결정립의 평균 β각(°)
강판의 압연 방향을 향하는 2차 재결정립의〈100〉축의 압연면과 이루는 각을 β각으로 정의한다. 강판의 2차 재결정 방위를 X선 결정 회절로 측정한다. 강판 내의 2차 재결정립의 방위에는 편차가 있으므로, RD, TD 각각 10㎜ 피치의 포인트로 측정하고, (500㎜×500㎜)이상의 측정 영역 데이터를 평균함으로써 구한다.
R: 2차 재결정 입경(㎜)
강판 표면상의 피막을 어떠한 화학적, 전기적 방법으로 제거하고, 2차 재결정 입경을 측정한다. (500㎜×500㎜)이상의 측정 영역에 존재하는 1㎟ 정도 이상의 크기의 결정립 개수를 육안, 혹은 디지털 화상 처리에 의해 측정하고, 2차 재결정립 1개의 평균 면적을 구한다. 그 평균 면적으로부터, 원 상당 직경을 계산하고, 2차 재결정 입경을 구한다.
a: 압연 방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선 형상의 홈의 간격(㎜)
직선 형상의 홈끼리의 RD 방향의 간격으로 정의한다. 선 간격(홈의 간격)이 일정하지 않은 경우에는 긴쪽 방향 500㎜에서 5개소를 조사하고, 그 평균으로 한다. 또한, 강판 폭 방향에서 선 간격이 변경되는 경우에는 그 평균으로 한다.
w: 홈의 압연 방향 폭(㎛)
강판 표면을 현미경 관찰하고 측정한다. 홈의 압연 방향 폭은 반드시 일정하다고는 할 수 없으므로, 선 열 방향 100㎜ 시료내에 있어서 5개소 이상을 관찰하고, 평균을 그 선 열에 있어서의 홈의 압연 방향 폭으로 한다. 또한, 긴쪽 방향 500㎜의 시료내에 있어서 선 열 5개소 이상을 관찰하고, 평균해서 구하는 것으로 한다.
d:홈의 깊이(㎜)
홈부의 강판 단면을 현미경 관찰함으로써 측정한다. 홈의 깊이는 반드시 일정하다고는 할 수 없으므로, 선 열 방향 100㎜ 시료내에 있어서 5개소 이상을 관찰하고, 평균을 그 선 열에 있어서의 홈의 깊이로 한다. 또한, 긴쪽 방향 500㎜의 시료내에 있어서 선 열 5개소 이상을 관찰하고, 평균해서 구하는 것으로 한다.
상기의 관계를 만족시키는 방향성 전자 강판의 제작 방법에 대해 기술한다. 하기 이외의 방법이라도, 각각의 파라미터를 제어하고, 그 결과, 상기 (2)식을 만족시킬 수 있으면, 특히 그 제조 방법을 한정하는 것은 아니다.
2차 재결정립의 평균 β각에 대해서는 1차 재결정 조직의 제어, 마무리 소둔시의 코일 세트 등에 의해 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 13에 나타내는 바와 같이, 코일 세트가 붙은 상태에서, 마무리 소둔을 실행하면, 그 상태에서는 결정립내의 <001> 방향은 균일하다. 그 후, 평탄화 소둔을 실행하고, 코일이 플랫인 상태가 되면, 하나의 결정립내에 있어서, 마무리 소둔시의 코일 세트에 따라, <001> 방향이 판 두께 방향으로 기울고, β각은 커진다. 즉, 코일 세트가 작을수록, 평탄화 소둔의 β각은 커진다. β각이 너무 커지면, 소재의 자속밀도 B8이 작아지고, 이력손이 열화하므로, β각은 5°이하가 바람직하다.
2차 재결정 입경(㎜)에 대해서는 1차 재결정립 중의 Goss 방위립의 존재량에 의해 제어할 수 있다. 예를 들면, 냉간 압연시의 최종 압하율을 크게 하거나, 압연시의 마찰을 증가시키는 것 등에 의해, 1차 재결정립 전에 도입되는 전단 왜곡량을 증가시킴으로써, 1차 재결정립 중의 Goss 방위립을 늘릴 수 있다. 또, 1차 재결정 소둔시의 승온 속도를 컨트롤하는 것에 의해서도, 1차 재결정립 중의 Goss 방위립의 존재량을 제어할 수 있다. 1차 재결정립 중의 Goss 방위립은 마무리 소둔 중에서의 2차 재결정 핵으로 되므로, 그 수가 많을수록, 2차 재결정립은 많아지고, 그 결과, 2차 재결정 입경은 작아진다.
자구 세분화 효과를 의도한, 압연 방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 홈의 형성의 방법에 대해서는 (i) 냉간 압연판에 홈 형성부 이외에 레지스트 잉크를 도포, 또한 전해 연마를 실시함으로써 홈을 형성, 그 후, 레지스트 잉크를 박리하는 에칭법, (ii) 마무리 소둔 완료의 강판에 대해, 882∼2156MPa(90∼220kgf/㎟)의 하중으로 지철 부분에 깊이: 5㎛초과의 홈을 형성한 후, 750℃이상의 온도에서 가열 처리하는 것에 의해, 자구를 세분화하는 기술, (iii) 1차 재결정 혹은 2차 재결정 전후의 어느 하나에 있어서, 고에너지 밀도 레이저의 조사에 의해 홈 형성하는 방법 등이 기존의 기술로서 있다. 본 발명에 있어서는 어느 홈 형성 방법도 적용할 수 있다. 하중 인가하는 방법에 있어서는 톱니바퀴 롤의 마모의 제어가, 또 고에너지 밀도 레이저의 조사에 의한 홈 형성법에서는 용융된 철의 제거가 제조상의 과제로 되기 때문에, 냉간 압연판 단계의 전해 에칭에 의해 홈 형성하는 것이 바람직하다.
냉간 압연판 단계의 전해 에칭에 의한 홈 형성을 예로 구체적인 제조 방법에 대해 설명한다. 홈의 압연 방향 폭에 대해서는 레지스트 잉크 미도포부의 폭 제어로 제어할 수 있다. 그 때에는 레지스트 잉크의 젖음 확대의 제어나, 레지스트 잉크 도포 롤의 패터닝의 제어를 실행함으로써, 강판 폭 방향에 균일 홈 폭을 갖는 직선 형상 홈을 형성할 수 있다. 그 후의, 전해 에칭의 조건으로, 홈의 깊이를 제어할 수 있다. 구체적으로는 전해 에칭의 시간, 전류 밀도를 조정함으로써 홈 깊이를 제어한다.
홈의 압연 방향 폭에 대해서는 상기 (2)식을 만족시킬 수 있으면, 특히 한정하는 것은 아니지만, 너무 좁으면 자극의 커플링이 일어나 자구 세분화 효과가 충분히 얻어지지 않고, 반대로 너무 넓으면 강판의 자속밀도 B8을 감소시키므로, 40㎛이상, 250㎛이하가 바람직하다. 또, 홈 깊이에 대해서도 상기 (2)식을 만족시킬 수 있으면, 특히 한정하는 것은 아니지만, 얕으면 자구 세분화 효과가 충분히 얻어지지 않고, 반대로 너무 깊으면 강판의 자속밀도 B8을 감소시키므로, 10㎛이상, 판 두께의 1/5 이하 정도가 바람직하다.
압연 방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 홈의 간격에 대해서는 상기에 열겨한 방법 어느 것이라도 그 홈 형성 간격을 제조 과정에서 제어할 수 있다. 홈의 간격이 너무 넓으면, 그것에 의해서 얻어지는 자구 세분화 효과가 줄어들기 때문에, 홈의 간격은 10㎜이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 방향성 전자 강판의 판 두께는 특히 한정되지 않지만, 제조성, 2차 재결정의 발현 안정성 등의 점에서, 0.15㎜이상인 것이 바람직하고, 0.18㎜이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 와전류손 저감 등의 점에서, 0.35㎜이하인 것이 바람직하고, 0.30㎜이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 변압기의 권철심에 이용하는 방향성 전자 강판을 제조하는 방법에 대해서는 상기 특성에 직접 관계하지 않는 사항에 대해서는 한정되지 않지만, 추장되는 바람직한 성분 조성 및 상술한 본 발명의 포인트 이외의 제조 방법에 대해, 이하에 기술한다.
본 발명에 있어서, 인히비터를 이용하는 경우, 예를 들면 AlN계 인히비터를 이용하는 경우이면 Al 및 N을, 또 MnS·MnSe계 인히비터를 이용하는 경우이면 Mn과 Se 및/또는 S를 적량 함유시키면 좋다. 물론, 양 인히비터를 병용해도 좋다. 이 경우에 있어서의 Al, N, S 및 Se의 바람직한 함유량은 각각, Al:0.01∼0.065질량%, N:0.005∼0.012질량%, S:0.005∼0.03질량%, Se:0.005∼0.03질량%이다.
또, 본 발명은 Al, N, S, Se의 함유량을 제한한, 인히비터를 사용하지 않는 방향성 전자 강판에도 적용할 수 있다. 이 경우에는 Al, N, S 및 Se량은 각각, Al:100질량ppm이하, N:50질량ppm이하, S:50질량ppm이하, Se:50질량ppm이하로 억제하는 것이 바람직하다.
그 밖의 기본 성분 및 임의 첨가 성분에 대해 기술하면, 다음과 같다.
C:0.08질량%이하
C량이 0.08질량%를 넘으면 제조 공정 중에 자기 시효가 일어나지 않는 50질량ppm이하까지 C를 저감하는 것이 곤란하게 되기 때문에, 0.08질량%이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 하한에 관해서는 C를 포함하지 않는 소재라도 2차 재결정이 가능하므로 특히 마련할 필요는 없다.
Si:2.0∼8.0질량%
Si는 강의 전기 저항을 높이고, 철손을 개선하는데 유효한 원소이지만, 함유량이 2.0질량%에 미치지 않으면 충분한 철손 저감 효과를 달성할 수 없고, 또한, 8.0질량%를 넘으면 가공성이 현저히 저하하고, 또 자속밀도도 저하하기 때문에, Si량은 2.0∼8.0질량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
Mn:0.005∼1.0질량%
Mn은 열간 가공성을 양호하게 함에 있어서 필요한 원소이지만, 함유량이 0.005질량%미만에서는 그 첨가 효과가 부족하고, 한편 1.0질량%를 넘으면 제품판의 자속밀도가 저하하기 때문에, Mn량은 0.005∼1.0질량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
상기의 기본 성분 이외에, 자기 특성 개선 성분으로서, 다음에 기술하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.
Ni:0.03∼1.50질량%, Sn:0.01∼1.50질량%, Sb:0.005∼1.50질량%, Cu:0.03∼3.0질량%, P:0.03∼0.50질량%, Mo:0.005∼0.10질량% 및 Cr:0.03∼1.50질량% 중에서 선택한 적어도 1종
Ni는 열연판 조직을 개선하여 자기 특성을 향상시키기 위해 유용한 원소이다. 그러나, 함유량이 0.03질량%미만에서는 자기 특성의 향상 효과가 작고, 한편 1.50질량%를 넘으면 2차 재결정이 불안정하게 되며 자기 특성이 열화한다. 그 때문에, Ni량은 0.03∼1.50질량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, Sn, Sb, Cu, P, Cr 및 Mo는 각각 자기 특성의 향상에 유용한 원소이지만, 모두 상기한 각 성분의 하한에 미치지 않으면, 자기 특성의 향상 효과가 작고, 한편, 상기한 각 성분의 상한량을 넘으면, 2차 재결정립의 발달이 저해되기 때문에, 각각 상기의 범위에서 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 성분 이외의 잔부는 제조 공정에 있어서 혼입되는 불가피한 불순물 및 Fe이다.
상기의 바람직한 성분 조성으로 조정한 강 소재를, 통상의 조괴법, 연속 주조법에 의해 슬래브로 해도 좋고, 100㎜이하의 두께의 얇은 주편을 직접 연속 주조법으로 제조해도 좋다. 슬래브는 통상의 방법으로 가열하여 열간 압연에 제공하지만, 주조 후 가열하지 않고 즉시 열간 압연에 제공해도 좋다. 얇은 주편의 경우에는 열간 압연해도 좋고, 열간 압연을 생략하고 그대로 이후의 공정으로 진행해도 좋다. 다음에, 필요에 따라 열연판 소둔을 실행한 후, 1회 또는 중간 소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연에 의해 최종 판 두께로 하고, 그 후, 탈탄 소둔에 이어서 최종 마무리 소둔을 실시한 후, 절연 장력 코팅의 도포 및 평탄화 소둔을 실시한다. 그 동안, 냉간 압연 후에 전해 에칭에 의해 홈 형성을 하거나, 혹은 냉간 압연 후의 어느 하나의 단계에 있어서 톱니바퀴 롤에 의한 하중 부가나 레이저 조사에 의해 홈 형성을 실행한다. 또, 제품의 강 성분은 탈탄 소둔에 의해, C가 50ppm이하로 저감되고, 또한 마무리 소둔에서의 순화에 의해, Al, N, S, Se는 불가피한 불순물 레벨로 저감된다.
또, 본 명세서 중에서는 삼상 삼각 여자형의 권철심 변압기에 있어서의 특성에 대해 기술하고 있지만, 그 밖의 접합부 구조를 갖는 권철심 변압기, 예를 들면 삼상 오각이나 단상 여자형의 철심에 이용되는 경우에도 바람직하다.
실시예
냉간 마무리 두께 0.18∼0.30㎜의 방향성 전자 강판을 압하율, 1차 재결정 소둔의 승온 속도를 변경하여 제작하였다. 그 때, 냉간 압연 후에 각종 조건으로 전해 에칭을 실행하고 홈 형성을 실행하며, 표 3에 나타내는 소재 특성의 방향성 전자 강판이 얻어졌다. 그 전자 강판을, 본 명세서 기재의 방법으로 2차원 자기 측정을 실행하고, 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율을 측정하였다. 각각의 재료에 대해, 도 14에 나타내는 철심 형상의 변압기 권철심 A∼C를 제작하고, 철심 A에 대해서는 단상 권선을 실시하고, 단상으로 1.7T, 50Hz 여자에 있어서의 철손을 철심 B, C에 대해서는 삼상 권선을 실시하고, 삼상으로 1.7T, 50Hz 여자에 있어서의 철손을 측정하였다. 도 14에 나타내는 권철심 A는 스택 두께:22.5㎜, 강판 폭:100㎜, 7단 스텝 랩, 1단 랩 길이:8㎜, 권철심 B는 스택 두께:20㎜, 강판 폭:100㎜, 7단 스텝 랩, 1단 랩 길이:5㎜, 권철심 C는 스택 두께:30㎜, 강판 폭:120㎜, 7단 스텝 랩, 1단 랩 길이:8㎜의 형상을 갖는다. 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율이 본 발명 범위를 만족시키는 방향성 전자 강판에 있어서는 어느 철심 형상에 있어서도 비교예보다 BF가 작아졌다. 특히, 자화력 800A/m에 있어서의 자속밀도 B8≥1.91T, 2차 재결정 입경 R≥40㎜인 방향성 전자 강판을 이용한 경우에는 소재 철손이 작고, 또한 BF가 작으며, 변압기에 있어서의 철손이 매우 작았다.
[표 3]
Figure 112020079591940-pct00003
1; 내권 코어 2; 외권 코어
3; 자속 이동 4; 랩부
6; 층간 이동부 7; 랩 접합부

Claims (8)

  1. 변압기의 권철심에 이용하는 방향성 전자 강판으로서,
    상기 강판의 판 두께 t와, 해당 강판에 하기 (1)식으로 정의되는 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율이 이하의 관계를 만족시키는 방향성 전자 강판:
    판 두께 t≤0.20㎜의 경우, 철손 열화율이 60%이하
    0.20㎜<판 두께 t<0.27㎜의 경우, 철손 열화율이 55%이하
    0.27㎜≤판 두께 t의 경우, 철손 열화율이 50%이하
    (타원 자화를 건 경우의 철손 열화율) =((WA-WB)/WB)×100…(1)
    단, (1)식 중, WA는 RD 방향(압연 방향)에 1.7T, TD 방향(압연 방향에 직각인 방향)에 0.6T로 되는 50Hz 타원 자화를 건 경우의 철손이고, WB는 RD 방향에 1.7T의 50Hz 교번 자화를 건 경우의 철손이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강판 표면에, 압연 방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선 형상의 홈이 형성되고,
    상기 홈의 압연 방향 폭 w와, 상기 홈의 깊이 d와, 해당 강판의 2차 재결정 입경 R과, 해당 강판의 2차 재결정립의 평균 β각의 관계가, 하기 (2)식의 관계를 만족시키는 방향성 전자 강판:
    Sinβ+4t/R+(w/a/√2)×(10d/t)×10-3≥0.080…(2)
    단, (2)식 중,
    β: 2차 재결정립의 평균 β각(°)
    t: 강판 판 두께(㎜)
    R: 2차 재결정 입경(㎜)
    a: 압연방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선형상의 홈의 간격(㎜)
    w: 홈의 압연방향 폭(㎛)
    d: 홈의 깊이(㎜)
    이다.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    자화력 800A/m에 있어서의 자속밀도 B8이 1.91T이상이고, 또한, 2차 재결정 입경 R이 40㎜이상인 방향성 전자 강판.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 방향성 전자 강판을 이용하여 이루어지는 변압기의 권철심.
  5. 제 3 항에 기재된 방향성 전자 강판을 이용하여 이루어지는 변압기의 권철심.
  6. 권철심 변압기의 철손값을, 해당 권철심의 소재인 방향성 전자 강판의 철손값으로 나누어 구해지는 빌딩 팩터를 작게 하는 권철심 변압기의 권철심의 제조 방법으로서,
    방향성 전자 강판을 감아 적층하여 권철심으로 할 때에, 해당 강판으로서, 해당 강판의 판 두께 t와 해당 강판에 하기 (1)식으로 정의되는 타원 자화를 건 경우의 철손 열화율이 이하의 관계를 만족시키는 방향성 전자 강판을 이용하는 권철심의 제조 방법:
    판 두께 t≤0.20㎜의 경우, 철손 열화율이 60%이하
    0.20㎜<판 두께 t<0.27㎜의 경우, 철손 열화율이 55%이하
    0.27㎜≤판 두께 t의 경우, 철손 열화율이 50%이하
    (타원 자화를 건 경우의 철손 열화율) =((WA-WB)/WB)×100…(1)
    단, (1)식 중, WA는 RD 방향(압연 방향)에 1.7T, TD 방향(압연 방향에 직각인 방향)에 0.6T로 되는 50Hz 타원 자화를 건 경우의 철손이고, WB는 RD 방향에 1.7T의 50Hz 교번 자화를 건 경우의 철손이다.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 강판 표면에, 압연 방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선 형상의 홈이 형성되고,
    상기 홈의 압연 방향 폭 w와, 상기 홈의 깊이 d와, 해당 강판의 2차 재결정 입경 R과, 해당 강판의 2차 재결정립의 평균 β각의 관계가 하기 (2)식의 관계를 만족시키는 권철심의 제조 방법:
    Sinβ+4t/R+(w/a/√2)×(10d/t)×10-3≥0.080…(2)
    단, (2)식 중,
    β: 2차 재결정립의 평균 β각(°)
    t: 강판 판 두께(㎜)
    R: 2차 재결정 입경(㎜)
    a: 압연방향과 교차하는 방향으로 신장하는 복수의 직선형상의 홈의 간격(㎜)
    w: 홈의 압연방향 폭(㎛)
    d: 홈의 깊이(㎜)
    이다.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    자화력 800A/m에 있어서의 자속밀도 B8이 1.91T이상이고, 또한, 2차 재결정 입경 R이 40㎜이상인 방향성 전자 강판을 이용하는 권철심의 제조 방법.
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