KR102530720B1

KR102530720B1 - 무방향성 전기 강판

Info

Publication number: KR102530720B1
Application number: KR1020217016032A
Authority: KR
Inventors: 요시히코 오다; 요시아키 자이젠; 도모유키 오쿠보; 다카아키 다나카; 유키노 미야모토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2023-05-09
Also published as: JP6744601B1; TW202024355A; KR20210083308A; MX2021007793A; CA3122123C; TWI721732B; EP3904540A4; CA3122123A1; EP3904540A1; CN113166823A; US20220049323A1; US11732319B2; JPWO2020137500A1; WO2020137500A1

Abstract

C : 0.005 mass％ 이하, Si : 3 ∼ 5 mass％, Mn : 5 mass％ 이하, P : 0.1 mass％ 이하, S : 0.01 mass％ 이하, Al : 3 mass％ 이하, N : 0.005 mass％ 이하 및 Zn : 0.0005 ∼ 0.003 mass％, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 평균 결정 입경이 40 ㎛ 이하, 직경 5 ㎛ 이상인 개재물이 5 개/㎟이하이고, 인장 강도가 600 MPa 이상 또한 피로 강도가 450 MPa 이상인 저철손이며 또한 인장 강도 및 피로 강도가 우수한 무방향성 전자 강판.

Description

무방향성 전기 강판{Non-oriented electrical steel sheet}

본 발명은 무방향성 전기 강판에 관한 것으로, 구체적으로는, 모터의 로터 코어에 사용하기에 적합한 무방향성 전기 강판에 관한 것이다.

전기 자동차나 에어컨의 모터에는, 고효율이 요구되는 점에서, 매립 자석식 모터 (IPM 모터) 가 일반적으로 사용되고 있다. IPM 모터의 로터 코어에는, 슬롯부에 영구 자석이 매립되어 있고, 고속 회전시에는, 원심력에 의해 브리지부에 큰 응력이 가해지게 된다. 로터 강도를 확보하는 관점에서는, 브리지부의 폭을 넓게 하면 되지만, 이 경우, 영구 자석의 누설 자속이 많아져 모터 효율이 저하되는 점에서, 브리지 폭은 로터 강도가 성립하는 범위에서 가능한 한 좁게 설계되어 있다. 그 때문에, 모터 코어에 사용되는 전기 강판에는, 고속 회전시의 원심력에 견딜 수 있는 인장 강도 및 반복되는 부하에 대응한 피로 강도가 필요해진다. 또한, 집중권의 모터에서는, 로터 코어 표면에 고조파에서 기인한 철손이 발생하기 때문에, 로터 코어에 사용되는 전기 강판에는 고주파 철손이 낮은 것도 필요하게 된다.

이와 같은 요구에 부응하는 로터 코어용 재료로서, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, Si : 0.2 ∼ 3.5 mass％, Al : 2.50 mass％ 이하, Nb : 0.05 ∼ 8.0 mass％ 의 성분 조성으로 이루어지는 고강도 전기 강판이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2 에는, Si : 2.0 ∼ 3.5 mass％, Al : 0.02 ∼ 3.0 mass％, N : 0.005 ∼ 0.020 mass％ 의 성분 조성을 갖고, 제품판 표면으로부터 깊이 10 ㎛ 까지의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하인 고강도 전기 강판이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2010-159494호 일본 공개특허공보 2005-113252호

그러나, 상기 특허문헌 1 에 개시된 기술은, Nb 의 석출 강화를 이용하고 있기 때문에, 강도는 높지만, 철손이 증가한다는 문제가 있다. 또한, 상기 특허문헌 2 에 개시된 기술도, 질소 함유량이 높기 때문에, 철손이 증가한다는 문제가 있다. 또한, 전기 강판의 인장 강도 및 피로 강도의 향상을 도모하는 수단으로서, C 나 S, N 등의 불순물 원소를 저감하면서 세립화를 도모하는 것이 유효하지만, 강도의 편차가 크다는 문제가 있다.

본 발명은, 종래 기술이 안고 있는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 저철손이며 또한 인장 강도 및 피로 강도가 우수한 무방향성 전기 강판을 제공하는 것에 있다.

발명자들은, 상기 과제의 해결을 위해 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 강중 개재물을 저감함과 함께, 불순물로서 함유하는 Zn 을 저감함으로써, 저철손이면서, 인장 강도와 피로 강도를 향상시키고, 또한 강도의 편차를 저감할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, C : 0.005 mass％ 이하, Si : 3 ∼ 5 mass％, Mn : 5 mass％ 이하, P : 0.1 mass％ 이하, S : 0.01 mass％ 이하, Al : 3 mass％ 이하, N : 0.005 mass％ 이하 및 Zn : 0.0005 ∼ 0.003 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 평균 결정 입경이 40 ㎛ 이하, 직경 5 ㎛ 이상인 개재물이 5 개/㎟이하이고, 인장 강도가 600 MPa 이상 또한 피로 강도가 450 MPa 이상인 무방향성 전기 강판이다.

본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Cr 을 0.1 ∼ 5 mass％ 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ca 를 0.001 ∼ 0.005 mass％ 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Sn : 0.001 ∼ 0.1 mass％ 및 Sb : 0.001 ∼ 0.1 mass％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ni : 0.1 ∼ 2 mass％, Mo : 0.001 ∼ 0.05 mass％, Cu : 0.01 ∼ 0.2 mass％, Mg : 0.001 ∼ 0.005 mass％, REM : 0.001 ∼ 0.005 mass％ 및 (Ti ＋ V) : 0.005 ∼ 0.05 mass％ 중에서 선택되는 적어도 1 종의 성분을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 저철손이며, 인장 강도 및 피로 강도가 우수한 무방향성 전기 강판을 제공할 수 있다. 그리고, 상기 무방향성 전기 강판을 사용함으로써, 고주파 철손 특성이 우수한 고속 회전 모터의 로터 코어재를 안정적으로 제공할 수 있다.

도 1 은, 평균 결정 입경과 피로 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 원상당경이 5 ㎛ 이상인 개재물 개수와 피로 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은, Zn 함유량과 인장 강도 TS 의 표준 편차 σ 의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명을 개발하는 계기가 된 실험에 대해서 설명한다.

＜실험 1＞

우선, 피로 강도에 미치는 결정 입경의 영향을 조사하기 위해, C : 0.0018 mass％, Si : 3.4 mass％, Mn : 0.6 mass％, P : 0.01 mass％, S : 0.002 mass％, Al : 0.9 mass％, N : 0.0013 mass％, Zn : 0.0012 mass％ 및 O : 0.0020 mass％ 를 함유하는 강을 실험실에서 용해하고, 주조하여 강괴로 한 후, 열간 압연하여 판두께 2 ㎜ 의 열연판으로 하였다. 이어서, 이 열연판에 100 vol％ N₂분위기하에서 1000 ℃ × 30s 의 열연판 어닐링을 실시한 후, 산세하고, 냉간 압연하여 판두께 0.25 ㎜ 의 냉연판으로 하고, 20 vol％ H₂-80 vol％ N₂분위기하에서, 균열 시간을 10s 로 하고, 균열 온도를 650 ∼ 1000 ℃ 의 범위에서 여러 가지로 변화시켜 마무리 어닐링을 실시하였다.

이어서, 압연 방향을 길이 방향으로 하여, 상기 마무리 어닐링판으로부터, 폭이 5 ㎜, 길이가 150 ㎜ 인 평행부를 갖는 피로 시험편을 채취하여, 피로 시험에 제공하였다. 이 때, 평행부에 대해 ▽▽▽ : 3.2S 마무리 (JIS B0601 (1970) 에 의한다. 이하, 동일) 를 실시하고, 길이 방향을 따라 800 번의 에머리지 (紙) 로 연마를 실시하였다. 피로 시험은, 인장-인장, 응력비 0.1, 주파수 20 Hz 로 실시하고, 10⁷회의 반복에 있어서도 파단이 생기지 않는 응력 진폭을 피로 한계로 하였다. 또한, 시험편의 평균 결정 입경은, 압연 방향 단면을 연마하고, 나이탈로 에칭한 후, JIS G0551 에 준거하여 측정하였다.

도 1 에, 평균 결정 입경과 피로 한계의 관계를 나타내었다. 이 도면으로부터, 평균 결정 입경을 미세화함으로써 피로 한계가 향상되고, 구체적으로는, 평균 결정 입경을 40 ㎛ 이하로 함으로써 피로 한계가 450 MPa 이상이 되는 것을 알 수 있다. 또한, 평균 결정 입경을 40 ㎛ 이하로 함으로써, 인장 강도 600 MPa 이상의 강도도 확보할 수 있다. 이 결과로부터, 본 발명에서는, 제품판의 평균 결정 입경을 40 ㎛ 이하로 규정하는 것으로 하였다. 바람직하게는 30 ㎛ 이하이다. 여기서, 상기 피로 한계 450 MPa 는, HEV/EV 모터의 로터용 재료에 요구되고 있는 로터의 브리지부가 반복되는 사용에 의해 파괴되지 않기 위한 하한값이다. 또한, 바람직한 피로 한계는 470 MPa 이상, 인장 강도는 650 MPa 이상이다.

＜실험 2＞

다음으로, 제조성을 조사하기 위해, C : 0.0020 mass％, Si : 3.5 mass％, Mn : 0.4 mass％, P : 0.01 mass％, S : 0.001 mass％, Al : 0.7 mass％, N : 0.0016 mass％ 및 Zn : 0.0011 mass％ 를 함유하는 강을 실험실에서 10 차지분을 용해하고, 주조하여 강괴로 한 후, 열간 압연하여 판두께 2 ㎜ 의 열연판으로 하였다. 이어서, 이 열연판에 100 vol％ N₂분위기하에서 1000 ℃ × 30s 의 열연판 어닐링을 실시한 후, 산세하고, 냉간 압연하여 판두께 0.25 ㎜ 의 냉연판으로 하고, 20 vol％ H₂-80 vol％ N₂분위기하에서, 800 ℃ × 10s 의 마무리 어닐링을 실시하였다.

상기 10 차지로부터 얻은 각각의 마무리 어닐링판에 대해 피로 특성을 평가한 결과, 일부의 차지로부터 얻은 마무리 어닐링판에서 피로 한계가 현저하게 낮은 것이 확인되었다. 이 원인을 조사하기 위해, 강판 표면을 50 ㎛ 연마하고, 연마 후의 표면을 SEM (주사형 전자 현미경) 으로 관찰한 결과, 피로 한계가 낮은 재료에는, 조대한 개재물이 관찰되었다. 이 결과로부터, 조대한 개재물이 피로 시험시의 균열의 기점으로서 작용하여, 피로 한계를 저하시킨 것으로 생각되었다.

그래서, 피로 한계에 미치는 개재물의 영향을 조사하기 위해, 연마 후의 표면에 있어서, 0.1 ㎟의 관찰 시야 내에 관찰되는 개재물의 크기 (원상당경) 와 발생 개수를 조사하였다. 또한, 상기 원상당경이란, 관찰된 개재물의 면적과 동일한 면적의 원의 직경을 말한다.

도 2 는, 원상당경이 5 ㎛ 이상인 개재물의 개수와 피로 한계의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면으로부터, 원상당경이 5 ㎛ 이상인 개재물이 5 개/㎟ 를 초과하면, 피로 한계가 급격하게 저하되는 것을 알 수 있다. 저강도의 전기 강판에서는 피로 한계에 대한 개재물의 영향은 작지만, 고강도의 전기 강판에서는, 균열 감수성이 높아지기 때문에, 피로 한계에 대한 조대 개재물의 영향이 현재화 (顯在化) 된 것이라고 생각된다. 상기 결과로부터, 본 발명에 있어서는, 원상당경이 5 ㎛ 이상인 개재물의 개수를 5 개/㎟이하로 제한하는 것으로 하였다. 바람직하게는, 3 개/㎟이하이다.

이와 관련하여, 상기 실험 2 에 사용한 강판에 대해, 산소 (O) 함유량을 측정한 결과, 모두 0.0010 ∼ 0.0100 mass％ (10 ∼ 100 massppm) 의 범위 내에 있었다. 산소량의 저감에 의해 개재물량은 적어진다고 생각되지만, 원상당경이 5 ㎛ 이상인 개재물 개수와 산소 함유량은 반드시 상관되어 있지는 않았다. 이것으로부터, 원상당경이 5 ㎛ 이상인 개재물 개수를 저감하고, 피로 강도의 편차를 저감하기 위해서는, 강중의 산소 함유량을 제한하는 것만으로는 불충분하고, 정련 단계에 있어서 원상당경이 5 ㎛ 를 초과하는 개재물량을 저감하는, 후술하는 제어를 실시하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

＜실험 3＞

이어서, Zn 이 인장 강도 TS 의 편차에 미치는 영향을 조사하는 실험을 실시하였다.

Zn 은, 증기압이 높기 때문에, 통상은 강중에 혼입되지 않는 원소이지만, 정련 공정에서 탈산 후의 용강에 온도 조정 등을 목적으로 하여 스크랩을 첨가했을 때에 혼입되는 경우가 있다. 일반적인 저강도의 전기 강판에서는, 충분히 입 (粒) 성장시키고 있기 때문에, Zn 이 혼입되어도 강도 특성에 큰 영향을 주지 않지만, 본 발명이 대상으로 하는 고강도 전기 강판과 같이 결정립이 미세한 재료에서는, 강도가 불균일해지는 원인이 되는 것으로 생각된다.

상기 실험은, C : 0.0025 mass％, Si : 3.6 mass％, Mn : 0.8 mass％, P : 0.01 mass％, S : 0.001 mass％, Al : 0.6 mass％, N : 0.0015 mass％ 및 O : 0.0015 mass％ 를 함유하고, Zn 의 함유량을 0.0003 ∼ 0.0060 mass％ 의 범위에서 여러 가지로 변화시킨 강을 실험실에서 용해하고, 주조하여 강괴로 한 후, 열간 압연하여 판두께 2 ㎜ 의 열연판으로 하였다. 이어서, 이 열연판에 100 vol％ N₂분위기하에서 1000 ℃ × 30s 의 열연판 어닐링을 실시한 후, 산세하고, 냉간 압연하여 판두께 0.25 ㎜ 의 냉연판으로 하고, 20 vol％ H₂-80 vol％ N₂분위기하에서, 800 ℃ × 10s 의 마무리 어닐링을 실시하여, 제품판으로 하였다.

이어서, 상기 제품판의 각각으로부터, 압연 방향을 인장 방향으로 하는 JIS 5 호 시험편을 20 개 채취하고, JIS Z 2241 에 준거해서 인장 시험을 실시하여, 인장 강도 TS 를 측정하고, 20 개의 인장 강도 TS 의 표준 편차 σ 를 구했다. 그 결과를 도 3 에 나타냈는데, Zn 함유량이 0.003 mass％ 를 초과하면, 인장 강도 TS 의 편차가 커져, 표준 편차 σ 가 15 MPa 이상이 되는 것을 알 수 있었다.

이 원인은, Zn 이 강중에 혼입되면, 마무리 어닐링에 있어서의 재결정 거동이 불안정해져, 결정 입경이 변동되기 때문이라고 생각된다. 그래서, 본 발명에서는, 불가피적 불순물로서 혼입되는 Zn 의 함유량을 0.003 mass％ 이하로 제한하는 것으로 하였다.

본 발명은, 상기한 신규 지견에 기초하여 개발한 것이다.

다음으로, 본 발명의 무방향성 전기 강판의 성분 조성의 한정 이유에 대해서 설명한다.

C : 0.005 mass％ 이하

C 는, 탄화물을 형성하여 석출되고, 철손을 증대시키는 유해 원소이기 때문에, 0.005 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.003 mass％ 이하이다.

Si : 3 ∼ 5 mass％

Si 는, 강판의 고유 저항을 높여 철손을 저감하는 데 유효한 원소이므로, 3 mass％ 이상 함유시킨다. 한편, 5 mass％ 를 초과하면, 포화 자속 밀도의 저하에 수반하여 자속 밀도도 저하되기 때문에, 상한은 5 mass％ 로 한다. 바람직하게는 3.5 ∼ 4.5 mass％ 의 범위이다.

Mn : 5 mass％ 이하

Mn 은, 강판의 고유 저항을 높이는 데 유효한 원소이지만, 5 mass％ 를 초과하면 자속 밀도가 저하되므로, 상한을 5 mass％ 로 한다. 바람직하게는 2 mass％ 이하이다. Mn 의 하한은, 특별히 규정하지 않지만, 열간 가공성 및 철손을 개선하는 관점에서, 0.1 mass％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

P : 0.1 mass％ 이하

P 는, 강의 강도를 높여 타발성을 개선하는 데 유효한 원소이지만, 0.1 mass％ 를 초과하여 첨가하면, 강이 취화되어, 냉간 압연하는 것이 곤란해지기 때문에 0.1 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.002 ∼ 0.01 mass％ 의 범위이다.

S : 0.01 mass％ 이하

S 는, Mn 과 MnS 를 형성하여 석출되고, 철손을 증대시키는 유해 원소이며, 특히, 0.01 mass％ 를 초과하면 상기 폐해가 현저해진다. 따라서, S 는 0.01 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.005 mass％ 이하이다.

Al : 3 mass％ 이하

Al 은, Si 와 마찬가지로, 고유 저항을 높이고, 철손을 저감하는 데 유효한 원소이지만, 3 mass％ 를 초과하면, 포화 자속 밀도의 저하에 수반하여 자속 밀도도 저하되기 때문에, 3 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 2 mass％ 이하이다. 또한, Al 의 하한은 특별히 규정하지 않지만, 철손을 개선하는 관점에서는, 0.3 mass％ 이상이 바람직하고, 0.5 mass％ 이상이 보다 바람직하다.

N : 0.005 mass％ 이하

N 은, 질화물을 형성하여 석출되고, 철손을 증대시키는 유해 원소이며, 특히 0.005 mass％ 를 초과하면, 상기 폐해가 현저해진다. 따라서, N 은 0.005 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.002 mass％ 이하이다.

Zn : 0.0005 ∼ 0.003 mass％

Zn 은, 상기 서술한 바와 같이, 재결정 거동의 변동을 통하여, 인장 강도의 편차를 증대시키는 유해 원소로, 인장 강도의 편차를 저감하는 관점에서, 본 발명에서는 0.003 mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.002 mass％ 이하이다. 또한, 상기 관점에서는 Zn 함유량은 적을수록 바람직하지만, Zn 의 미량 첨가는 질화를 억제하여 철손을 개선하는 효과도 있다. 또한, 과도한 저감은, 사용하는 원료나 스크랩을 엄선할 필요가 있어, 비용 상승이 되기 때문에, Zn 의 하한은 0.0005 mass％ 정도로 한다.

본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분에 더하여 추가로, 하기의 성분을 함유하는 것이 바람직하다.

Cr : 0.1 ∼ 5 mass％

Cr 은, Si 와 마찬가지로, 고유 저항을 높이고, 철손을 저감하는 데 유효한 원소이므로, 0.1 mass％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 5 mass％ 를 초과하는 첨가는, 포화 자속 밀도의 저하에 수반하여 자속 밀도도 저하되기 때문에, 5 mass％ 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

Ca : 0.001 ∼ 0.005 mass％

Ca 는, CaS 를 형성하여 S 를 고정시키고, 철손 저감에 기여하는 원소이기 때문에, 0.001 mass％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 0.005 mass％ 를 초과하면, 상기 효과가 포화되어, 제조 비용의 상승을 초래할 뿐이기 때문에, 상한은 0.005 mass％ 로 한다.

Sn : 0.001 ∼ 0.1 mass％, Sb : 0.001 ∼ 0.1 mass％

Sn 및 Sb 는, 집합 조직을 개선하여 자속 밀도를 향상시키는 데 유효한 원소이기 때문에, 각각 0.001 mass％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 0.1 mass％ 를 초과하면, 상기 효과가 포화되어, 제조 비용의 상승을 초래할 뿐이기 때문에, 상한은 0.1 mass％ 로 한다.

Ni : 0.1 ∼ 2 mass％

Ni 는, 자속 밀도를 향상시키기 위해 효과적인 원소이다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 0.1 mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 2 mass％ 를 초과하는 첨가는, 상기 효과가 포화되고, 원료 비용의 상승을 초래할 뿐이기 때문에, 상한은 2 mass％ 로 하는 것이 바람직하다.

Mo : 0.001 ∼ 0.05 mass％

Mo 는, 미세 탄화물이 되어 석출되어, 강의 강도를 높이는 원소이다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 0.001 mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 첨가량이 0.05 mass％ 를 초과하면, 철손이 현저하게 증가하게 되기 때문에, 상한은 0.05 mass％ 로 하는 것이 바람직하다.

Cu : 0.01 ∼ 0.2 mass％

Cu 는, 집합 조직을 개선하고, 자속 밀도를 향상시키는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는 0.01 mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 0.2 mass％ 를 초과하면, 상기 효과가 포화되어, 원료 비용의 상승을 초래할 뿐이기 때문에, 상한은 0.2 mass％ 로 하는 것이 바람직하다.

Mg : 0.001 ∼ 0.005 mass％

Mg 은, 개재물을 조대화하여, 철손 저감에 기여하는 원소이다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 0.001 mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 첨가량이 0.005 mass％ 를 초과하면, 상기 효과가 포화되어, 원료 비용의 상승을 초래할 뿐이 되기 때문에, 상한은 0.005 mass％ 로 하는 것이 바람직하다.

REM : 0.001 ∼ 0.005 mass％

REM 은, 황화물계 개재물을 조대화하여, 철손 저감에 기여하는 원소이다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 0.001 mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 첨가량이 0.005 mass％ 를 초과하면, 상기 효과가 포화되어, 원료 비용의 상승을 초래할 뿐이 되기 때문에, 상한은 0.005 mass％ 로 하는 것이 바람직하다.

(Ti ＋ V) : 0.005 ∼ 0.05 mass％

Ti 및 V 는, 미세 탄질화물을 형성하여 석출되어, 강의 강도를 높이는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, Ti 또는 V 를 단독으로, 혹은 Ti 및 V 를 합계로 0.005 mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, Ti 또는 V 단독의, 혹은, Ti 및 V 합계의 첨가량이 0.05 mass％ 를 초과하면, 철손이 현저하게 증가하게 되기 때문에, 단독 또는 합계의 상한은 0.05 mass％ 로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 또한, O 는, 산화물계 개재물을 형성하여, 철손을 증대시키는 유해 원소이기 때문에, 최대한 저감하여, 0.005 mass％ 이하로 제한하는 것이 보다 바람직하다.

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

본 발명의 무방향성 전기 강판의 제조 방법은, 본 발명에서 규정하는 상기 성분 조성의 범위 내이면, 그 이외의 제조 조건에 대해서는 통상적인 방법에 따라 실시하면 된다. 즉, 전로에서 취련한 용강을 진공 탈가스 처리 등으로 2 차 정련하고, 상기한 소정의 성분 조성으로 조정한 후, 연속 주조법 또는 조괴-분괴 압연법으로 강 소재 (슬래브) 로 하여, 열간 압연하고, 필요에 따라서 열연판 어닐링하고, 냉간 압연하여 최종 판두께의 냉연판으로 하고, 마무리 어닐링을 실시하는 방법으로 제조할 수 있다.

여기서, 강판 중의 원상당경이 5 ㎛ 이상인 개재물의 개수를 5 개/㎟이하로 저감하기 위해서는, 2 차 정련의 진공 탈가스 처리에 있어서의 탈산제 첨가 후의 환류 시간을 10 min 이상 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 스크랩이나 합금철로부터 혼입된 Zn 을 증발시켜 제거하기 위해, 스크랩이나 합금철 투입 후의 환류 시간은 5 min 이상 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 진공 탈가스 처리에 사용하는 설비는, RH 법, DH 법 중 어느 것이라도 상관없다.

또, 열간 압연에 있어서의 마무리 압연 종료 온도 FDT 나 권취 온도 CT 는, 통상적인 방법에 따르면 되고, 특별히 한정하지 않는다. 열간 압연 후의 열연판 어닐링은 실시해도 되지만 필수는 아니다. 또한, 냉간 압연은, 1 회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상으로 실시하면 되고, 특별히 제한은 없다. 냉간 압연에 이어지는 마무리 어닐링은, 결정립을 미세화하기 위해, 균열 온도를 850 ℃ 이하로 하여 실시하는 것이 바람직하고, 균열 시간은 5 ∼ 120 s 로 하여 실시하는 것이 바람직하다.

상기 마무리 어닐링 후의 강판은, 필요에 따라서 절연 피막을 도포하여 제품판으로 한다. 여기서, 상기 절연 피막은, 무기, 유기 및 무기·유기 혼합 피막 중에서 목적에 따라 적절히 선택하는 것이 바람직하다.

실시예

전로에서 취련한 용강을 진공 탈가스 처리하고, 표 1 에 나타낸 No. 1 ∼ 62 의 성분 조성을 갖는 강을 용제하고, 연속 주조하여 강 소재 (슬래브) 로 하였다. 이때, 진공 탈가스 처리의 탈산 후의 환류 시간을 표 2 에 나타낸 바와 같이 변화시켰다. 이어서, 상기 슬래브를 1140 ℃ 의 온도로 재가열하고, 1 hr 유지한 후, 마무리 압연 종료 온도를 800 ℃ 로 하는 열간 압연하여 열연판으로 한 후, 610 ℃ 의 온도에서 코일에 권취하였다. 이어서, 상기 열연판은, 100 vol％ N₂분위기하에서 950 ℃ × 30s 의 조건으로 열연판 어닐링을 실시하고, 산세한 후, 냉간 압연하여, 판두께 0.25 ㎜ 의 냉연판으로 한 후, 20 vol％ H₂-80 vol％ N₂분위기하에서, 표 2 에 나타내는 조건으로 마무리 어닐링을 실시하여, 제품판으로 하였다.

이렇게 하여 얻은 제품판으로부터, 압연 방향 및 압연 직각 방향으로부터 엡스타인 시험편을 채취하고, 엡스타인법으로 자속 밀도 B₅₀및 고주파 철손 W_5/3k 을 측정하였다.

또, 상기 제품판으로부터, 조직 관찰용 샘플을 채취하여, 압연 방향 단면을 연마하고, 나이탈로 에칭한 후, JIS G0551 에 준거해서 측정하여 평균 결정 입경을 측정함과 함께, 강판 표면을 50 ㎛ 연마하고, SEM 으로 0.1 ㎟의 범위를 10 시야 관찰하여, 원상당경이 5 ㎛ 이상인 개재물의 1 ㎟ 당 개수를 구하였다.

또, 상기 제품판으로부터, 압연 방향을 인장 방향으로 하는 JIS 5 호 시험편을 20 개 채취하고, JIS Z 2241 에 준거하여 인장 시험을 실시하여, 인장 강도 TS 를 측정하고, 20 개의 인장 시험의 평균값 및 표준 편차 σ 를 구하였다.

또한, 상기 제품판으로부터, 압연 방향을 길이 방향으로 하는 평행부의 폭이 5 ㎜, 길이가 150 ㎜ 인 피로 시험편을 채취하고, 인장-인장, 응력비 0.1, 주파수 20 Hz 로 피로 시험을 실시하여, 10⁷회의 반복에 있어서도 파단이 발생하지 않는 응력 진폭 (피로 한계) 을 측정하였다. 또한, 상기 피로 시험편은, 평행부를 ▽▽▽ 마무리로 하고, 또한 길이 방향으로 800 번의 에머리지로 연마하였다.

상기 측정의 결과를 표 2 에 병기하였다. 이 결과로부터, 본 발명에 적합한 성분 조성을 갖는 강 소재를 사용하여 제조한 무방향성 전기 강판은, 자기 특성이 우수할 뿐만 아니라, 인장 강도와 피로 강도도 우수한 것을 알 수 있다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2-1]

[표 2-2]

본 발명의 기술은, HEV/EV 모터나 고효율 에어컨 모터뿐만 아니라, 공작 기계의 주축 모터, 철도 모터 등의 고속 모터의 로터용 재료 등에도 적용할 수 있다.

Claims

C : 0.005 mass％ 이하, Si : 3 ∼ 5 mass％, Mn : 0.1 ∼ 5 mass％, P : 0.1 mass％ 이하, S : 0.01 mass％ 이하, Al : 0.3 ∼ 3 mass％, N : 0.005 mass％ 이하 및 Zn : 0.0005 ∼ 0.003 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
평균 결정 입경이 40 ㎛ 이하,
직경 5 ㎛ 이상인 개재물이 5 개/㎟ 이하이고,
인장 강도가 600 MPa 이상 또한 피로 강도가 450 MPa 이상인 무방향성 전기 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, Cr 을 0.1 ∼ 5 mass％ 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ca 를 0.001 ∼ 0.005 mass％ 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
제 2 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ca 를 0.001 ∼ 0.005 mass％ 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, Sn : 0.001 ∼ 0.1 mass％ 및 Sb : 0.001 ∼ 0.1 mass％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ni : 0.1 ∼ 2 mass％, Mo : 0.001 ∼ 0.05 mass％, Cu : 0.01 ∼ 0.2 mass％, Mg : 0.001 ∼ 0.005 mass％, REM : 0.001 ∼ 0.005 mass％ 및 (Ti ＋ V) : 0.005 ∼ 0.05 mass％ 중에서 선택되는 적어도 1 종의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
제 5 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ni : 0.1 ∼ 2 mass％, Mo : 0.001 ∼ 0.05 mass％, Cu : 0.01 ∼ 0.2 mass％, Mg : 0.001 ∼ 0.005 mass％, REM : 0.001 ∼ 0.005 mass％ 및 (Ti ＋ V) : 0.005 ∼ 0.05 mass％ 중에서 선택되는 적어도 1 종의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.