KR20010062073A - 소형 철심에 적합한 전자강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주로 소형 변압기, 모터, 발전기 등의 전기기기의 소형 철심에 사용하기 적합한 자기특성, 소음특성 및 가공성이 우수한 전자강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 자기특성적으로 가장 유리할 뿐만아니라, 경제적으로도 유리한, 완전히 새로운 소형철심용 전자강판과 그 제조방법을 제안한다. 즉, Si : 2.0 ∼ 8.0 wt%, Mn : 0.005 ∼ 3.0 wt%, Al : 0.0010 ∼ 0.020 wt% 를 포함하고, 잔부는 실질적으로 Fe 의 조성이며, 압연방향의 자속밀도 : B₅₀(L) 와 압연직각방향의 자속밀도 : B₅₀(C) 가 모두 1.70 T 이상이면서, 또한 B₅₀(L)/B₅₀(C) 가 1.005 이상, 1.100 이하인 전자강판이다. 또, 추가로 강판중에 {100} <001> 방위에서 20。 이내의 방위차에 있는 2차 재결정 입자가 50 % 이상, 80 % 이하인 면적율로 존재하고, 또 {110} <001> 방위로부터 20。 이내의 방위차에 있는 2차 재결정 입자가 6 % 이상, 20 % 이하인 면적율로 존재하는 것이 바람직하다.

Description

소형 철심에 적합한 전자강판 및 그 제조방법{electrical steel sheet suitable for compact iron core and manufacturing method therefor}

본 발명은 주로 소형 변압기, 모터, 발전기 등의 전기기기의 소형 철심에 사용하기 적합한 자기특성, 소음특성 및 가공성이 우수한 전자강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전기기기의 소형 철심재료에서는 첫째로 자기특성이 양호한 것이 유구된다. 그리고, 소음특성이 양호한 것 혹은 가공성이 양호한 것이 바람직하다.

우선, 자기특성에 대하여 언급한다. 자기특성은 강판을 구성하는 결정립의 방위의 영향이 크다. 특히, 결정립의 자화가 용이한 축인 <001> 축이 강판면에 평행하게 되어 있는 것이 우수한 자기특성을 얻는 데 필요함이 알려져 있다.

그런데, 종래부터 소형 전기기기의 철심재료로서 사용되는 강판에는 (1) 일반용 냉연강판 또는 이것을 탈탄한 강판, (2) Si 를 첨가하고, 그리고 불순물을 감소하여 철손을 감소시킨 무방향성 전자강판, (3) 2차 재결정을 이용하여 고스방위 ({110} <001> 방위) 를 갖는 결정립을 우선성장시킨 일방향성 전자강판 및 (4) 큐브방위 ({100} <001> 방위) 를 발달시킨 이방향성 전자강판이 있다.

이 중 일반 냉연강판 및 그 탈탄판 혹은 무방향성 전자강판은 집합조직의 발달이 약하고, 강판면내에 <001> 축이 평행한 결정립의 수가 적다. 따라서, 방향성 전자강판에 비하면 양호한 자기특성은 얻을 수 없다.

또한, 일방향성 전자강판은 변압기의 철심재료로서, 가장 일반적으로 사용되고 있다. 고스방위에 집적한 결정립으로 이루어지는 일방향성 전자강판에서는 자화가 용이한 <001> 축이 압연방향으로 고도로 집적되어 있다. 따라서, 특히 압연방향으로 자화되는 경우에는 우수한 자기특성을 나타낸다. 그러나, 강판면내에는 가장 자화가 곤란한 <111> 축도 포함되어 있다. 따라서, 이 축방향으로 자화되는 경우에는 자기특성은 매우 나쁘다. 즉, 일방향성 전자강판은 변압기처럼 일방향의 자기특성이 양호하면 되는 용도로의 사용은 유리하다. 그러나, 일방향성 전자강판은 모터나 발전기의 철심재료처럼 면내의 모든 방향에서 양호한 자기특성을 필요로 하는 용도로의 사용은 불리하다.

2차 재결정에 의해 큐브조직을 발달시키는, 이방향성 전자강판의 제조방법은 오래전부터 검토되고 있다. 예컨대, 일본 특허공보 소35-2657 호에는 소위 크로스압연에 의해 큐브방위립을 인히비터를 이용하여 2차 재결정시키는 방법이 개시되어 있다. 즉, 일방향으로 냉간압연한 후, 다시 이방향과 교차하는 방향으로 냉간압연을 가하는 “크로스압연”, 단시간 소둔 및 900 ∼ 1300 ℃ 의 고온소둔을 실시하여 2차 재결정시키는 방법이다. 또한, 일본 공개특허공보 평4-362132 호에는 열연방향에 대하여 직각인 방향으로 50 ∼ 60 % 의 압연율로 냉연한 후, 큐브방위립을 AlN 을 이용하여 2차 재결정시키는 방법이 개시되어 있다. 즉, 냉연후, 1차 재결정을 목적으로 하는 소둔을 실시하고, 이어서 2차 재결정과 순화를 목적으로 하는 최종 마무리 소둔을 실시하여 2차 재결정시키는 방법이다. 이들 2차 재결정을 이용하는 방법에서는 강판면내의 <100> 축이 압연방향으로 고도로 집적되어 있는 강판이 얻어진다. 따라서, 압연방향 및 압연직각방향의 자기특성은 양호하다. 하지만, 압연방향으로부터 45°방향은 자화가 곤란한 <110> 축 방향으로 되기 때문에, 이 방향의 자기특성은 열화된다.

{100} 면을 압연면으로 하는 결정으로 이루어지는 강판에서는, 압연면내에는 자화가 용이한 <100> 축이 많이 존재하고, 또한 자화가 곤란한 <111> 축이 존재하지 않는다. 따라서, 종래 이용되고 있는 강판에 대하여 {100} 면을 압연면으로 하는 결정으로 이루어지는 강판은, 면내의 모든 방향에서 양호한 자기특성을 필요로 하는 용도에 유리하게 사용할 수 있다. 특히, 압연면이 {100} 면에 평행하고 <001> 축이 압연면내에서 랜덤한 {100} <uvw> 방위의 결정으로 이루어지는 강판에서는, 압연면내에 있어서의 자기특성의 이방성이 완전히 없어진다. 즉, 모터용 재료로서는 이상적이다.

이와 같은 지견으로부터 {100} 조직을 발달시키는 방법은 종래부터 시도되어 왔다. 그리고「{100} 조직을 발달시키는」이란,「{100} 면을 압연면으로 하는 결정을 많이 함유하도록 하는」이라는 의미이다.

예컨대, 일본 특허공보 소51-942 호에는, 냉간압연의 압하율을 85 % 이상 바람직하게는 90 % 이상으로 한 후에, 700 ∼ 1200 ℃ 에서 1 분 ∼ 1 시간의 장시간 소둔을 실시하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 압연직후에는 {100} 조직이 발달하지만, 장시간 소둔에 의한 재결정후에는 {111} 조직도 발달한다. 따라서, 제품에서는 양호한 자기특성은 얻을 수 없다.

또한, 일본 특허공고 소 57-14411 호에는, 냉간압연후의 재결정시에 γ상에서 α상으로의 상변태역에 있어서의 냉각속도를 제어하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 재결정시에 γ변태를 일으키는 것이 전제로 되기 때문에, α상을 안정화시키는 작용을 갖는 Si 의 양을 높일 수는 없다. 예컨대, C, Mn 을 함유하지 않는 경우에는, Si 량이 약 2 wt% 이상으로 되면 γ변태가 일어나지 않기 때문에, 이 방법을 적용할 수는 없다. 즉, 이 방법은 철손의 저감에도 유리한 Si 를 증량할 수 없는 불리한 방법이다.

그리고, 일본 공개특허공보 평5-5126 호에는, C 를 0.006 ∼ 0.020 wt% 함유하는 성분의 강에, 냉간압연후 900 ∼ 1100 ℃ 로 가열하여 재결정시킨 후, 900 ℃ 이하에서 다시 재결정 소둔을 실시하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의해 얻어진 자기특성은, 동 공보의 실시예 1 에 의하면 압연방향과 압연직각방향의 자속밀도 B₅₀의 평균치로 1.66 ∼ 1.68 T 정도였다. 즉, 강판면내에 있어서의 <001> 축의 집적도가 반드시 높다고는 할 수 없다.

이상 설명한 바와 같이, 무방향성 전자강판의 제조법에 개량을 가한 종래의 방법에서는, {100} 조직을 충분히 발달시킬 수는 없었다. 즉, 자기특성의 개선은 불충분했다.

그런데, 강판을 적층하여 사용하는 소형 트랜스의 대표적인 형상으로서, 도 1 에 나타내는 바와 같은 EI 코어가 알려져 있다.

이와 같은 EI 코어용 철심재료로서, 현재는 무방향성 전자강판과 방향성 전자강판의 양측이 사용되고 있다.

무방향성 전자강판을 사용한 경우에는, 방향성 전자강판을 사용한 경우에 비하여 코어의 자기특성은 열화된다. 무방향성 전자강판은 방향성 전자강판에 비하여 강판의 자기특성레벨이 낮기 때문이다. 그러나, 방향성 전자강판에 비하여 무방향성 전자강판은 제조프로세스가 간단하고 가격이 저렴하기 때문에, 경제적인 관점에서 사용되고 있다.

한편, 방향성 전자강판은 압연방향의 자기특성은 양호하지만, 압연직각방향의 자기특성은 현저하게 열화되어 있다. EI 코어의 철심재로서 사용한 경우, 자속의 흐름은 압연방향과 압연직각방향의 양측에 걸쳐 있다. 무방향성 전자강판보다 방향성 전자강판은 코어의 자기특성은 양호하지만, 자기특성적으로 유리한 사용방법이 이루어져 있는 것은 아니다.

자기특성적으로는 압연방향과 압연직각방향 양측의 자기특성이 양호한 이방향성 전자강판이 가장 유리하다고 생각된다. 그러나, 종래의 방법에서는 이방향성 전자강판의 제조에는 생산성이 매우 낮은 크로스압연이 필요하게 된다. 따라서, 공업적으로 대량생산된 경우는 아직 전혀 없다. 또한, EI 코어와 같은 소형 트랜스 철심에서는 자속의 흐름이 직각으로 변화하는 부분의 영향도 작지 않다. 즉, 압연방향으로부터 45°방향의 자기특성이 열화되는 이방향성 전자강판도 반드시 이상적인 재료라고는 할 수 없다.

상술한 바와 같이, 종래의 방법에서는 EI 코어와 같은 소형 트랜스의 철심재료로서 이상적인 재료는 제공되어 있지 않다.

다음으로 소음특성에 대해서 언급한다. 최근에는, 특히 환경면에서 소음에 대한 규제가 더욱 엄격해지고 있어, 변압기 등의 소음이 커다란 문제로 되고 있는 중이다. 따라서, 변압기의 소음을 저감하는 것은 이미 필수 요건으로 되어 가고 있다.

이때문에, 변압기의 제조 메이커는, 소음의 주원인으로 여겨지고 있는 자기변형(磁歪)특성에 커다란 관심을 가지고, 재료 메이커에 그 저감을 요청하고 있다. 따라서, 재료메이커에서도, 이 요청에 응답하기 위해 전자강판의 자기변형 저감에 많은 노력을 기울이고 있다.

자기변형은, 강판을 자화한 경우의 90。 자벽 이동 및 회전 자화에 기인하는 것으로 여겨지고 있다. 이때문에, 90。 자기구역을 감소시키는 것이 자기변형의 저감에 유효하다.

방향성 전자강판에서는, 임피던스 등을 이용하여 결정립 방위의 배향성을 높임으로써, 자기특성을 향상시키면서 동시에 자기변형의 저감을 꾀하고 있다. 자기변형의 저감은 180。 자기구역을 증가시키고, 그 반면 90。 자기구역을 감소시키는 것에 의한다.

또, 자기변형을 저감하기 위해서, 인장력을 부여할 수 있는 피막 및 절연 코팅을 실시하는 방법도 종래로부터 시도되고 있다. 이 방법은, 강판에 인장응력이 부여되면 180。 자기구역폭이 좁아지고, 90。 자기구역이 감소하는 현상을 이용한 것이다. 즉, 강판에 절연 코팅을 고온에서 베이킹하고, 강판과 절연 코팅의 열팽창계수의 차를 이용하여 강판에 인장력을 부가함으로써 자기변형를 저감하는방법이다.

예를 들면, 일본 특허공보 소 53-28375 호에는, 콜로이드상 실리카, 인산 알루미늄 및 무수 크롬산을 사용하여 인장력 코팅을 작성하는 방법이 개시되어 있다. 또, 일본 특허공보 평 5-77749 호에는, TiC, TiN 및 Ti(C, N) 중 적어도 1 종의 극박층을 강판에 밀착시켜 인장력을 부가하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이들 인장력 피막 및 인장력 코팅은 거의 유리질 또는 세라믹질이기 때문에, 매우 단단하고, 펀칭가공시에는 박리되기 쉬운 결점이 있다. 이 때문에, 펀칭 가공성이 거의 요구되지 않는 일방향성 전자강판에만 오로지 적용될 뿐으로, 펀칭 가공성이 중요한 요건인 전자강판에는 거의 사용되고 있지 않는 것이 현실이다.

Fe-Si 합금 중의 Si 양이 6 mass% 에 근접하면, Fe-Si 합금의 자기변형정수 λ₁₀₀및 λ₁₁₁가 거의 0 이 되어 자기변형가 발생하지 않는다는 성질은 알려져 있다. 이 성질은 이용하여 자기변형특성의 개선을 위해 Si 양을 늘리는 방법도 시도되고 있다.

예를 들면, 일본 공개특허공보 소 62-227078 호에는, Si 함유량이 4 mass% 미만인 강판에 Si 를 침투시키고, 이어서 Si 를 판두께 방향으로 확산시켜 고규소강판을 얻는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 강중의 Si 량이 증가하면 강판의 2차 가공성은 현저하게 열화된다. 따라서, 강판을 펀칭하여 제조되는 모터 철심 등으로의 통용이 어렵다. 게다가, 이 방법에서는, Si 의 침투에 불균일이 발생하고, 특히 판두께 방향에 있어서는 무시할 수 없을 정도의 불균일성이 나타난다. 그 결과, 자기특성 및 자기변형의 규제가 어렵다는 결점도 있다.

또한, 일본 공개특허공보 평 9-275021 호 및 일본 공개특허공보 평 9-275022 호에는, 무방향성 전자강판의 직류자기변형의 절대값을 1.5 ×10^-6이하로 함으로써 저소음 철심을 얻는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는, 직류자기변형의 절대값을 1.5 ×10^-6이하로 하기 위해서는 Si 를 4.0 ∼ 7.0 mass% 함유시킬 필요가 있다고 명기하고 있다. 그러나, 이렇게 다량으로 Si 를 함유시키면 2차 가공성이 현저하게 열화된다. 이 때문에, 강판을 펀칭하여 제조되는 모터 철심 등으로의 적용이 곤란하다.

마지막으로 가공성에 대해서 언급한다. 특히 미러 지수 {100} <001> 로 표시되는 큐브방위 입자가 차지하는 비율이 많은 강판에서, 가공성이 현저하게 열화될 것이 예상된다. 이러한 강판은, 이방향성 전자강판으로 대표되지만, 일방향성 전자강판 및 무방향성 전자강파과 비교하면 가공에 의한 자기특성 열화가 크다는 것에서, 가공성이 열화되는 것이 된다.

그 이유는, 종래의 2차 재결정을 이용하는 이방향성 전자강판은 무방향성 전자강판보다도 결정립 직경이 훨씬 크다. 이 때문에, 절단 및 펀칭 가공시에 단부의 변형이 쉽게 발생하여, 커다란 변형의 침입이 쉬워진다. 또, 고온의 마무리 소둔에 의해, 포오스테라이트(forsterite)를 주로 하는 경질의 산화피막이 형성된다. 이 경질의 피막은 단부의 변형을 크게 한다. 이들 변형에 의해 자기특성이 열화된다.

그 대책으로, 일본 공개특허공보 평 5-275222 호에는, 뒷면의 비자성 산화물을 산세정, 연마 등으로 감소시키는 것을 제안하고 있다. 그러나, 이렇게 표면의 비금속 물질을 감소시키는 것만으로는 강판끼리의 절연성이 저하된다. 이 경우, 자속밀도는 높아지나 철손이 증가하기 때문에, 철심재료로서는 바람직하지 않다. 또, 산세정 및 연마 등으로는, 산화물이 불균일하게 제거되거나 변형이 도입되어 철손을 열화시킨다.

한편, 마찬가지로 2차 재결정으로 만들어지는 일방향성 전자강판에서는, 표면에 형성한 포오스테라이트 피막과 실리카-인산염계 코팅에 의해 강판에 인장력이 부가된다. 그 결과, 변형의 영향을 완화하는 것이 가능하다.

그러나, 이러한 인장력 코팅을 이방향성 전자강판에 적용하면, L 방향과 C 방향 중 어느 한쪽의 자기특성은 향상하지만, 또 다른 한쪽의 자기특성은 열화된다. 공업적으로 제조된 다결정의 이방향성 전자강판은 결정립 방위에 편차가 있다. 이 때문에, <001> 축의 집적이 큰, L 방향, C 방향 중 어느 한쪽 방향의 특성만이 인장력 코팅에 의해 우선적으로 개선되고, 다른 쪽의 특성은 오히려 열화되게 된다.

이들 이방향성 전자강판의 가공성에 관한 문제는, 그 메커니즘에 의해 큐브방위 입자가 차지하는 비율이 큰 강판에 적용되는 문제이다.

이상과 같이, 자기특성, 경제적인 면 및 기타의 특성 면에서, 특히 전자기기의 소형 철심에 적합한 전자강판은 아직 제조되어 있지 않았다.

본 발명은 종래의 문제를 유리하게 해결하는 것이다. 자기특성적으로 가장 유리할 뿐만 아니라 경제적으로도 유리한, 전혀 새로운 소형 철심용 전자강판과 그 제조방법을 제안하는 것을 목적으로 한다. 또, 소음특성에도 우수하고, 가공 변형에 의한 자기특성의 열화를 억제한 전자강판 및 그 제조방법도 함께 제안한다.

도 1 은 EI 코어의 형상을 나타낸 도면이다.

도 2a 는 제품판의 L 방향 및 C 방향의 자속밀도 (B₅₀) 의 비 ((B₅₀(L)/(B₅₀(C)) 에 미치는 열연판 소둔온도의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 2b 는 제품판의 L 방향 및 C 방향의 자속밀도 (B₅₀) 에 미치는 열연판 소둔온도의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 3 은 제품판의 EI 코어의 철손 (W_15/50) 에 미치는 B₅₀(L)/(B₅₀(C) 의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 4 는 제품판의 고스 방위로부터의 편차각이 20°이내인 결정립의 면적율 및 큐브 방위립으로부터의 편차각이 20°이내인 결정립의 면적율에 미치는 열연판 소둔온도의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 5a 는 강괴 (A), 일방향성 전자강판 및 이방향성 전자강판 각각의 EI 코어에서의 철손을 나타낸 도면이다.

도 5b 는 강괴 (A), 일방향성 전자강판 및 이방향성 전자강판 각각의 자속밀도를 나타낸 도면이다.

도 6a 는 제품판의 L 방향 및 C 방향의 자속밀도의 비 (B₅₀(L)/(B₅₀(C)) 에 미치는 최종 마무리 소둔시 750℃ 이상의 온도영역에서의 가열속도의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 6b 는 제품판의 L 방향 및 C 방향의 자속밀도 (B₅₀) 에 미치는 최종 마무리 소둔시 750℃ 이상의 온도영역에서의 가열속도의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 7 은 제품판의 EI 코어의 철손 (W_15/50) 에 미치는 L 방향 및 C 방향의 자속밀도 (B₅₀) 의 비 (B₅₀(L)/(B₅₀(C)) 의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 8 은 제품판의 고스방위로부터의 편차각이 20°이내인 결정립의 면적율 및 큐브 방위립으로부터의 편차각이 20°이내인 결정립의 면적율에 미치는 최종 마무리 소둔시 750℃ 이상의 온도영역에서의 가열속도의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 9 는 제품판의 2차 재결정율에 미치는 재결정 소둔시 분위기 중의 질소량의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 10 은 제품판의 자기변형에 미치는 재결정 소둔온도의 영향을 나타낸 도면이다.

도 11 은 제품판의 2차 재결정율에 미치는 재결정 소둔온도의 영향을 나타낸 도면이다.

도 12 는 제품판의 자기변형에 미치는 {100} <001> 방위로부터의 편차각이 15°이내인 결정립의 면적율의 영향을 나타낸 도면이다.

도 13 은 여자시 소음값에 미치는 전자강판의 압연방향과 압연방향에 직각인방향의 자기변형 합의 영향을 나타낸 도면이다.

도 14 는 방향성 전자강판의 1차 재결정 집합 조직에서의 방위차각 (20 ~ 45°) 의 입계의 각 방위립에 대한 존재 빈도를 나타낸 도면이다.

즉, 본 발명은, Si : 2.0 ∼ 8.0 wt%, Mn : 0.005 ∼ 3.0 wt%, Al : 0.0010 ∼ 0.020 wt% 를 포함하고, 잔부는 실질적으로 Fe 의 조성이며, 압연방향의 자속밀도 : B₅₀(L) 와 압연직각방향의 자속밀도 : B₅₀(C) 가 모두 1.70 T 이상이면서, 또한 B₅₀(L)/B₅₀(C) 가 1.005 이상, 1.100 이하인 전자강판이다. 또, 강판중에 {100} <001> 방위에서 20。 이내의 방위차에 있는 2차 재결정 입자가 50 % 이상, 80 % 이하인 면적율로 존재하고, 또 {110} <001> 방위로부터 20。 이내의 방위차에 있는 2차 재결정립가 6 % 이상, 20 % 이하인 면적율로 존재하는 것이 바람직하다. 그리고, Ni, Sn, Sb, Cu, Mo 및 Cr 중에서 선택된 적어도 1 종을 추가로 함유하는 것도 바람직하다. 또한, 소음특성을 향상시키기 위해서, 압연방향의 자기변형와 압연방향에 직각인 방향의 자기변형의 합을 8 ×10^-6이하로 하는 것, {100} <001> 방위로부터 15。 이내의 방위차에 있는 2차 재결정 입자가 30 % 이상, 70 % 이하인 면적율로 존재시키는 것이 바람직하다. 또한, 가공에 의한 특성열화를 방지하기 위해, 절연코팅을 제외한 지철(地鐵) 표면의 산화물의 양을 산소량 환산으로 편면당 1.0 g/m²이하로 억제하는 것, 또는 지철 표면의 산화물과 절연 코팅이 강판에 미치는 인장력이 5 MPa 이하인 것이 바람직하다. 또, C: 0.003 ∼ 0.08 wt%, Si : 2.0 ∼ 8.0 wt%, Mn : 0.005 ∼ 3.0 wt%, Al : 0.0010 ∼ 0.020 wt% 를 포함하는 강슬라브를 열간압연하고, 이 열연판에 필요에 따라 950 ∼ 1200 ℃ 이하의 온도에서 열연판 소둔을 실시하며, 이 열연판 또는 이 열연 소둔판에 1 회 또는 중간 소둔을 포함하는 2 회 이상의 냉간압연을 실시하여, 이 냉간압연에 재결정 소둔을 실시한다. 그 후, 필요에 따라 소둔 분리제를 도포하고, 이 재결정 소둔판을 800 ℃ 이상의 온도역까지 가열하는 최종 마무리 소둔을 실시한 다음, 다시 이 최종 마무리 소둔판에 필요에 따라 평탄화 소둔을 실시하고, 절연 코팅 피성처리를 행하는, 전자강판의 제조방법이다. 또, 강슬라브의 불가피 불순물인 S 및 Se 를 100 wtppm 이하, N 및 O 를 50 wtppm 이하로 억제하는 것, 최종 마무리 소둔에서 750℃ 이상에서의 평균 가열 속도를 30℃/h 이하로 하는 것, 강 슬래브가 추가로 Ni, Sn, Sb, Cu, Mo 및 Cr 중에서 선택한 1 종류 이상을 함유하는 조성이 되는 것이 바람직하다. 또, 소음 특성을 향상시키기 위해, 추가로 재결정 소둔을 800 ~ 1000℃ 온도범위에서 그리고 질소량이 5 vol% 이상의 분위기하에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 가공에 따른 특성 열화 방지를 위해, 추가로 최종 냉연전의 평균 결정 입경을 200 ㎛ 이상, 최종 냉연 압하율을 60% 이상, 90% 이하로 하고, 최종 마무리 소둔을 노점 ≤10℃, O₂≤0.1vol% 의 분위기 중에서 1100℃ 이하의 온도에서 실행하는 것, 또는 절연 코팅 피성 처리로서 유기 수지 코팅 또는 유기 수지와 무기성분으로 이루어진 반유기 코팅을 막두께 : 5 ㎛ 이하에서 피성하거나 또는 무기 유리질의 코팅을 막두께 : 2 ㎛ 이하에서 피성하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시형태

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 시행 오차 끝에 소형 트랜스 등 용도에 적합한 전자강판을 개발하여 본 발명을 완성하는 데에 이른 것이다.

이하, 본 발명을 유래하는 데에 이른 실험 결과에 대해 설명한다.

C : 0.010% (질량 백분율, 이하 동일), Si : 2.5%, Mn : 0.05%, Al : 0.0080%, N : 8ppm 및 O : 12ppm 을 함유하고, 잔부 철로 이루어진 인히비터 성분을 함유하지 않은 조성이 되는 강괴 (A) 를 연속 주조로 제조하였다. 이 강 슬래브를 1120℃ 로 가열한 후 열간 압연에 의해 2.8㎜ 두께의 열연판으로 하였다. 이 열연판을 1150℃ 의 질소 분위기 중에서 여러 온도에서 1 분간 균열하여 열연판 소둔을 실시한 후 급랭시키고, 이어서 230℃ 에서 냉간 압연을 하고 0.35㎜ 의 최종 판두께로 마무리하였다. 이 냉연판에 수소 : 75 vol%, 질소:25 vol%, 노점 : 35℃ 의 분위기 중에서 920℃ 에서 균열 20 초의 재결정 소둔을 하여 C 를 0.0020% 이하까지 저감시켰다. 이 재결정 소둔판에 최종 마무리 소둔을 실시하였다. 최종 마무리 소둔은 상온에서 750℃ 까지는 50℃/h, 750℃ 에서 900℃ 까지는 5℃/h 로 가열하고, 900℃에서 50 시간 유지하는 방법으로 실행하였다.

마무리 소둔판의 매크로 조직 관찰에 의해 어떠한 열연판 소둔 온도에서도 2차 재결정이 완료되었음을 알 수 있었다. 또, 마무리 소둔후의 압연방향 (L 방향) 및 압연방향에 대해 직각방향 (C 방향) 의 자속밀도 (B₅₀) 를 측정하였다.또, 수득한 제품판을 사용하여 EI 코어를 제작하고 그 철손 (W_15/50) 을 측정하였다.

도 2a 에 제품판의 L 방향 및 C 방향의 자속밀도 (B₅₀) 의 비 (B₅₀(L)/(B₅₀(C)) 에 미치는 열연판 소둔온도의 영향을, 도 2b 에 제품판의 L 방향 및 C 방향의 자속밀도 (B₅₀) 에 미치는 열연판 소둔온도의 영향을 나타낸다.

도 2b 에 나타낸 바와 같이 열연판 소둔 온도가 낮은 경우에는 L 방향의 자속밀도의 방향이 C 방향의 자속밀도보다 현저히 높다. 그러나, 열연판 소둔 온도가 높아지면 C 방향의 특성이 향상되어 L 방향의 특성과 동등해진다.

이어서, 도 3 에 EI 코어의 철손 (W_15/50) 에 미치는 제품판의 L, C 방향의 자속밀도 비 (B₅₀(L)/(B₅₀(C)) 의 영향을 나타낸다.

도 3 에 나타낸 바와 같이 EI 코어의 철손은 B₅₀(L)/(B₅₀(C) 가 1.005 ~ 1.100 의 범위, 즉 L 방향의 자속밀도가 C 방향의 자속밀도보다 약간 높은 경우에 1.9 W/㎏ 이하의 양호한 값이 된다. 이것은 신규로 발견된 것이다.

발명자는 이와 같은 자속밀도의 변동은 강판의 집합조직의 차이에 의한 것으로 생각하였다. 그래서, 이어서 X 선회절 라우에(Laue)법을 이용하여 각각의 제품판의 2 차 재결정립의 방위측정을 실시하였다. 측정은 100 ㎜ ×280 ㎜ 의 영역에 대하여 실시하고, 각 결정립의 방위를 구하였다.

도 4 에, 제품판에서의 고스방위로부터의 방위각이 20°이내인 결정립 (GOSS GRAIN) 의 면적율 및 큐브방위립으로부터의 방위각이 20°이내인 결정립 (CUBEGRAIN) 의 면적율에 미치는 열연판 소둔온도의 영향을 나타낸다. 강괴 (A) 에서는 열연판 소둔온도가 950°이상이 되면, 큐브방위근방의 결정립이 고스방위근방의 결정립보다 많이 혼재하는 상태가 됨을 알았다.

도 2 에서, 자속밀도의 비가 1.005 ∼ 1.100 의 범위에 있는 열연판 소둔온도영역 950 ∼ 1200℃ 에서는 도 4 에 의하면, 큐브방위로부터의 방위각이 20°이내인 결정립의 비율은 50 ∼ 80 % 이고, 일측 고스방위로부터의 방위각이 20°이내인 결정방위를 갖는 2 차 재결정립의 비율은 6 ∼20 % 였다.

이어서, 본 발명자들은 상기의 견지, 즉 L 방향의 자속밀도가 C 방향보다도 약간 높은 경우에 EI 코어의 철손이 가장 양호함을 확인하기 위해, 종래의 전자강판에 대하여 조사를 실시하였다. 즉, 강괴 (A) 의 제품판과 동일 판두께 : 0.35 ㎜ 이고, Si 를 2.5 % 함유하고, 고스방위가 집적하고 있는 일방향성 전자강판, 및 큐브방위가 고도로 집적하고 있는 이방향성 전자강판의 제품판을 사용하고, 동일 EI 코어를 제작하고, 단판에서의 자속밀도 및 코어조립후의 철손을 측정하였다. 얻어진 결과를 강괴 (A) 와 비교하여 도 5A 및 도 5B 에 나타낸다.

동도에 나타낸 바와 같이, EI 코어의 철손은 일방향성 전자강판이나 이방향성 전자강판을 사용한 경우보다도 강괴 (A) 에서 얻어진 전자강판을 사용한 경우가 우수했다. 또한, L 방향과 C 방향의 자속밀도의 비는, 강괴 (A) 에서는 1.015 였다. 이에 대하여, 일방향성 전자강판에서는 1.331, 이방향성 전자강판에서는 1.002 로 모두 앞에 서술한 범위 : 1.005 ∼ 1.100 에서 벗어났다.

이 결과는 발명자들의 실험에서 얻어진 L 방향과 C 방향의 자속밀도의 비가1.005 ∼ 1.100 의 범위에 있는 경우, 즉, L 방향이 C 방향 보다도 약간 높은 경우에 EI 코어의 철손이 가장 양호함을 뒷받침하고 있다.

또한, 참고를 위해 X 선회절 라우에법을 이용하여, 일방향성 전자강판 및 이방향성 전자강판의 각 제품판에 대해서도 2 차 재결정립의 방위측정을 실시하였다. 측정은 100 ㎜ ×280 ㎜ 의 영역에 대하여 실시하고, 각 결정립의 방위를 구하였다.

일방향성 전자강판의 제품판에서의 2 차 재결정립의 고스방위로부터의 방위각이 20°이내인 2 차 결정립의 존재빈도는 96 % 였다. 또한, 이방향성 전자강판의 제품판에서의 2 차 재결정립의 규브방위로부터의 방위각이 20°이내인 2 차 재결정립의 존재빈도는 90 % 였다.

이와 같은 일방향성 및 이방향성 전자강판의 제품판에서의 고도한 방위집적은 자기특성의 이방성을 현저하게 증가시킨다. 자기특성의 이방성이 큰 경우, 다양한 방향으로 자속의 흐름이 변화하는 소형 EI 코어의 철손은 열화된다. 이에 대하여, 강괴 (A) 에 의한 제품판과 같이 큐브방위로부터의 방위각이 20°이내인 결정립가 적당하게 발달하고, 고스방위로부터의 방위각이 20°이내인 결정방위가 소량 혼재된 집합조직을 가질 경우, EI 코어의 철손은 양호해진다. 이것은 압연방향 및 압연직각방향의 양쪽의 자기특성이 양호하고 또한 그 이외의 방향에서의 자기특성의 저하도 비교적 작기 때문으로 추정된다.

이와 같이, 강괴 (A) 를 사용하여 최종 마무리소둔시의 2 차 재결정에 의해 큐브조직과 고스조직의 양쪽을 적당하게 발달시키고, 압연방향의 자속밀도와 압연직각방향의 자속밀도의 비를 1.005 ∼ 1.100 으로 함으로써, EI 소형 트랜스의 철손을 효과적으로 감소시키는 것이 신규로 발견되었다.

또한, 발명자들은 최종 마무리소둔에서의 가열속도의 영향을 알기 위해 다음과 같은 실험을 실시하였다.

강괴 (A) 를 1150 ℃ 로 가열하고, 열간압연에 의해 2.8 ㎜ 두께의 열연판으로 하였다. 이 열연판을 1180 ℃ 의 질소분위기중에서 1 분간 균열 후, 급냉하고, 250℃ 에서 냉간압연을 실시하여 0.35 ㎜ 의 최종 판두께로 마무리하였다. 이 냉연판에 수소 : 75 vol%, 질소 : 25 vol%, 노점 : 35 ℃ 의 분위기중에서 920 ℃, 균열 20 초의 재결정 소둔을 실시하고, C 를 0.0020 % 이하까지 저감하였다. 이 재결정 소둔판에 가열속도를 변화시킨 마무리소둔을 실시하였다. 마무리소둔은 상온에서 750 ℃ 까지는 50 ℃/h, 750 ℃ 에서 900 ℃ 까지는 다양하게 변동한 가열속도로 승온하고, 900 ℃ 에서 50 시간 유지하는 방법으로 실시하였다.

마무리소둔판의 압연방향 (L 방향) 및 압연방향에 대하여 직각방향 (C 방향) 의 자속밀도에 대하여 조사하였다. 또, 얻어진 제품판을 사용하여 EI 코어를 제작하고, 그 철손 (W_15/50) 을 측정하였다. 또한, X 선회절 라우에법을 이용하여 각각의 제품판의 2 차 재결정립의 방위측정을 실시하였다. 측정은 100 ㎜ ×280 ㎜ 의 영역에 대하여 실시하고, 큐브방위근방의 결정립 및 고스방위근방의 결정립의 존재빈도를 구하였다.

도 6A 에, 제품판에서의 L 방향 및 C 방향의 자속밀도 (B₅₀) 의 비(B₅₀(L)/B₅₀(C)) 에 미치는 최종마무리소둔시의 750 ℃ 이상의 온도역에서의 가열속도의 영향을 나타낸다. 도 6 B 에 제품판에서의 L 방향 및 C 방향의 자속밀도 (B₅₀) 에 미치는 최종 마무리소둔시의 750 ℃ 이상의 온도역에서의 가열속도의 영향을 나타낸다.

도 6A 에 의하면, 가열속도가 30 ℃/h 이하인 경우에, L 방향의 자속밀도와 C 방향의 자속밀도의 비가 1.100 이하가 된다. 가열속도가 30 ℃/h 를 초과하면 C 방향의 자속밀도가 저하하여 자속밀도의 비가 1.100 를 초과하게 되었다.

또한, 도 7 에, EI 코어의 철손에 미치는 L 방향의 자속밀도와 C 방향의 자속밀도의 비의 영향을 나타낸다. 도 7 에 의하면, 자속밀도의 비가 1.100 을 초과한 경우에는 EI 코어의 철손은 급격히 열화된다.

또한, 도 8 에 제품판에서의 고스방위로부터의 방위각이 20°이내의 결정방위를 지닌 결정립 및 큐브방위로부터의 방위각이 20°이내인 결정립의 면적율에 미치는 최종마무리소둔시의 750 ℃ 이상의 온도역에서의 가열속도의 영향에 대하여 조사한 결과를 나타낸다.

도 8 에 의하면, 가열속도가 커질수록, 큐브방위근방립이 감소하고, 고스방위근방이 증가하는 경향이 있다. 또, 가열속도가 30 ℃/h 이하인 경우에 양호한 철손을 얻었지만, 도 8 에 의하면, 큐브방위근방립의 면적율이 50 ∼ 80 % 이고, 또한 고스방위근방립의 면적율이 6 ∼20 % 의 범위에 있음을 알 수 있다.

이상과 같이, 마무리소둔판의 2 차 재결정립의 방위는 750 ℃ 이상의 온도역에서의 가열속도에 따라 변화한다. 그리고, 750 ℃ 이상의 온도역에서의 가열속도를 30 ℃/h 이하로 함으로써, 압연방향의 자속밀도와 압연직각방향의 자속밀도의 비가 1.005 ∼1.100 을 충족하는 EI 코어의 철손저감에 최적인 집합조직을 갖는 강판을 얻을 수 있음을 알았다.

이어서, 소음특성에 대해 실험으로 조사하였다.

C : 240 ppm, Si : 3.24 mass%, Mn : 0.14 mass%, Al : 70 ppm, Se : 8 ppm, S : 11 ppm, N : 10 ppm 및 O : 12 ppm 을 포함하고, 잔부는 실질적으로 Fe 의 조직이 되는 강슬래브 (B) 를 연속주조로 제조하였다. 이 슬래브를 1100 ℃ 에서 20 분간 가열후, 열간압연으로 두께 : 2.6 ㎜ 의 열연판으로 하였다. 이 열연판에 열연판 소둔을 실시하고, 그 후 냉간압연으로 0.35 ㎜ 의 최종 판두께로 마무리하고, 또한 재결정소둔을 실시하였다. 재결정소둔은 900 ℃ 의 균열온도에서, 분위기중의 질소량을 다양하게 변경하는 조건하에서 행하였다. 이 재결정소둔판에 마무리소둔을 실시하여 제품판으로 하였다.

얻어진 제품판에 대해, 매크로조직을 관찰하였다. 그 결과, 강판의 2 차 재결정율이 재결정소둔시의 질소량에 의해 변화하는 것이 판명되었다.

도 9 에, 제품판의 2 차 재결정율에 미치는 재결정소둔시의 질소량의 영향을 나타낸다.

도 9 에 의하면, 질소량이 5 vol% 미만인 경우는 2 차 재결정율이 낮음이 명확하다.

또, 재결정소둔시의 질소량이 2 차 재결정율에 영양을 주는 기구에 대해서는명확하지 않다. 재결정소둔시의 질소분위기에 의한 강판의 질화가 2 차 재결정을 촉진시킨 것으로 추정된다.

이어서, 2 차 재결정에 미치는 재결정소둔온도의 영향을 조사하였다. 강슬래브 (B) 에 의한 제조과정에서 재결정소둔온도를 변화시켜 제품판을 얻었다. 또한, 재결정소둔분위기중의 질소량은 50 vol% 으로 하였다. 얻어진 강판의 압연방향 및 압연방향에 직각인 방향의 자기변형을 레이저 도플러법에 의하여 측정하였다.

도 10 에, 제품판의 압연방향 및 압연방향으로 직각인 방향이 자기변형의 합에 미치는 재결정 소둔온도의 영향을 나타낸다. 도 10 에 의하면, 재결정 소둔온도가 800 ∼ 1000℃ 인 범위에서 압연방향 및 압연방향으로 직각인 방향의 자기변형이 7.5 ×10^-6이하인 작은 값이 되었다.

또, 이 실험에서 얻어진 강판의 마크로조직을 관찰하였다. 그 결과, 재결정온도의 차이에 의하여, 2 차 재결정율에 차이가 있음이 명백해졌다. 도 11 에 제품판의 2 차 재결정율에 미치는 재결정 소둔온도의 영향을 나타낸다. 도 11 에 의하면, 재결정 소둔온도가 800 ∼ 1000 ℃ 인 경우에는 완전히 2 차 재결정하는 것을 알 수 있다.

상기 실험결과로부터, 양호하게 2 차 재결정함으로써 압연방향 및 압연방향으로 직각인 방향의 자기변형특성이 향상되는 것이 명백해졌다. 그리고, 다음에 양호하게 2 차 재결정한 강판의 집합조직에 대하여, 상세히 조사하였다.

표 1 에, 강슬래브 (B) 에 의한 제품판으로, 양호하게 2 차 재결정한 경우에대하여, 재결정 소둔조건, 얻어진 제품판의 압연방향과 압연방향으로 직각인 방향의 자기변형의 합 및 압연방향과 {100} <001> 방위와의 방위차가 15 °이내인 결정립의 면적율을 나타낸다.

표 1 에 의하면, 자기변형이 8.0 ×10^-6의 제품판은, 압연방향과 {100} <001> 방위와의 방위차가 15° 이내인 결정립의 면적율이 30 ∼ 70 % 인 범위에 있음이 명백하다.

또한, 다양한 성분계의 슬래브에 의하여, 강슬래브 (B) 에 의한 제품판과 동일하게 제조하여, 양호하게 2 차 재결정하는 강판에 대하여 조사하였다. 도 12 에, 제품판의 자기변형에 미치는 {100} <001> 방위와의 방위차가 15 °이내인 결정립의 면적율의 영향을 나타낸다. 도 12 에 의하면, {100} <001> 방위와의 방위차가 15 °이내인 결정립의 면적율이 30 ∼ 70 % 인 범위를 만족하는 경우에, 압연방향과 압연방향으로 직각인 방향이 자기변형의 합이 8.0 ×10^-6이하가 되는 것이 명백하다.

이 기구는 반드시 명확하지는 않으나, 다음과 같이 생각할 수 있다. 압연방향 및 압연방향으로 직각인 방향으로의 <100> 축의 집적도가 30 % 미만인 경우는 180 °자기구역이 감소하여 자기변형이 증가한다. 한편, 압연방향으로의 <100> 축의 집적도가 70 % 를 초과할 경우는 집적도가 지나치게 높기 때문에, 압연방향으로 직각인 방향으로의 <010> 축의 집적도 높아지고, 그 결과 90 °자기구역이 증가한다.

여자시에서의 소음값에 미치는 압연방향과 압연방향으로 직각인 방향의 자기변형의 합의 영향을 정량적으로 평가하기 때문에 다음 실험을 행하였다. 다양한 자기변형특성을 갖는 방향성 및 무방향성 전자강판에서, 직경: 150 ㎜ 의 링상 시료를 펀칭하고, 750 ℃, 2 시간의 변형제거소둔을 실시한다. 소둔한 링시료를 적층하고, 철심을 제작한다. 이들의 철심을 주파수: 50 Hz, 여자자속밀도: 1.5 T 로 여자하여, 철심의 바로 위 100 ㎜ 위치의 마이크로폰으로 소음을 측정하였다.

도 13 에, 여자시의 소음값에 미치는 전자강판의 압연방향과 압연방향으로 직각인 방향의 자기변형의 합의 영향을 나타낸다. 도 13 에 의하면, 자기변형의 합이 8 ×10^-6이하인 경우에, 소음이 40 dB 이하로 작아지는 것이 명백하다.

이 기구는 반드시 명백하지는 않으나, 다음과 같이 생각할 수 있다. 소형철심의 경우, 여자방향은 강판의 압연방향뿐 아니라, 강판의 전방향에 미친다. 그때문에, 압연방향 및 압연방향으로 직각인 방향의 자기변형특성이 나쁜 경우는 말할것도 없이, 소음은 커진다. 압연방향의 자기변형특성은 양호해도, 압연방향으로 직각인 방향의 자기변형특성이 나쁘면, 압연방향으로 직각인 방향의 자기변형이 크기 때문에 소음은 커진다.

또, 가공성에 대해서는, 이하의 견지에 의하여 최적화된다.

가공변형을 증대시키는 강판 표면의 산화물은, 주로 마무리소둔에 의하여 형성된다. 마무리소둔은, 2 차 재결정과 인히비터로서 함유시킨 경우는 AlN 등의 둔화를 목적으로 한다. 마무리소둔은 통상 1200 ℃ 의 고온에서 이루어지기 때문에, 지철의 성분의 산화를 피할 수 없다. 또 고온이 될수록, 강판의 변형도 커지고, 강판끼리의 밀착도 발생되기 쉬워진다. 그리하여, 다량의 소둔분리제가 필요하게 된다.

그러나, 소둔온도가 높을수록 강판표면에 형성되는 산화물이 증가한다. 또, 소둔분리제가 많아질수록 소둔분리제에 포함되는 수분이나 산소에 의하여, 역시 강판표면에 형성되는 산화물이 증가한다.

그러므로, 미리 강중 성분에서, 둔화를 필요로 하는 인히비터 성분을 제거해두면, 마무리소둔시의 둔화는 불필요해진다. 즉, 소둔온도를 저하시켜, 산화물의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

본 발명자들은, 인히비터성분을 포함하지 않는 Si 함유강에서 큐브방위의 2 차 재결정 조직을 얻는 방법을 탐색하였다. 즉, Al, O, N, S, Se 등의 인히비터를 저감한 성분의 강슬래브를 소재로 하여, 열간압연, 열연판소둔, 냉간압연, 재결정소둔 및 마무리소둔을 행하는 실험을 반복하였다.

그 결과, 큐브방위에 집적한 2 차 재결정조직으로 이루어지는 2 방향성 전자강판의 제조방법을 개발하여, 일본 특허출원 평 11-289523 호 명세서에서 제안되었다.

다음은, 본 발명자들은, 상기 기술을 개량하여, 펀칭가공후에도 자기특성열화가 적고, 양호한 코어특성이 얻어지는 조건을 탐색하였다. 우선 표면에 착목하여, 표면산화물의 양을 한층 저감함과 동시에, 이러한 산화물 및 표면에 피성되는 절연코팅에서의 부여인장력에 의한 악영향을 배제하여, 자기특성의 한층 향상을도모하였다. 그러기 위하여, 마무리소둔 분위기를 다양하게 변화시키고, 또 피성하는 절연코팅의 종류 및 두께를 바꾼 제품판을 제조하였다. 제품판으로, 펀칭에 의하여 소형의 EI 코어를 제작하고, 그 자기특성을 평가하였다.

그 결과, 시행착오 끝에, 후술하는 지철표면의 산화물 및 절연코팅 조건으로, 펀칭가공후에 있어서도, 철심 특성의 양호한 전자 강판을 개발하기에 이르렀다.

실험결과로부터, 큐브조직을 주체로 하여 고스조직을 소량 발달시킨 집합조직으로 함으로써, 압연방향의 자속밀도와 압연직각방향의 자속밀도의 비가 1.005 ∼ 1.100 이 되고, EI 코어의 소재로서 최적의 조직이 되었다. 이 이유에 대해서는, 반드시 명확하지 않으나, 발명자들은 다음과 같이 생각하고 있다.

이와같은 집합조직을 얻을 수 있는 제조조건으로서, 소재중에 C 를 0.003 ∼ 0.08 % 정도 함유시키는 것이 효과적이다. 고용 C 의 영향으로, 압연시에 교차 슬라이딩이 증가하여 변형대의 형성을 촉진하고, 큐브방위입자 및 고스방위입자의 재결정핵을 증가시킨다. 또 냉간압연시의 적어도 1 퍼스의 압연온도를 100 ∼ 250 ℃ 로 상승시켜 행하는 것도, 교차 슬라이딩을 증가시켜 변형대의 형성을 촉진하고, 큐브방위입자 및 고스방위입자의 재결정핵을 증가시키는데 유효하다.

앞에서 서술한 실험에서 알수 있었듯이, 열연판 소둔을 950 ∼ 1200 ℃ 의 온도범위에서 행하는 것이 유효하다. 이 경우, 냉간압연전의 입경이 조대해지고, 입계로부터의 재결정행의 형성이 억제되어, 재결정 소둔후의 {111} 면 조직이 감소하는 것으로 생각된다. {111} 면 조직은 고스방위입자에 의하여 소비되기쉽기 때문에, 고스방위입자를 우선적으로 2 차 재결정시키는데 도움이 된다는 것이 일반적으로 알려져있다. 그때문에, {111} 면 조직을 감소시키는 것은, 고스방위의 2 차 재결정립를 저감시키는데 유효한 것으로 생각된다.

또 {100} <011> 방위입자는, 열연판 소둔후에 특히 우선적으로 입자성장한다. 또한, 이 {100} <011> 방위입자는, 냉간압연시에 방위가 변화하지 않는 안정방위이다. 그리고 재결정후에 있어서도 {100} <011> 방위가 증가한다. 또 {100} <011> 방위입자는, 고스방위입자에 의하여 잠식되기 어려운 것으로 알려져 있다. 그때문에, {100} <011> 방위의 증가는, 고스방위 입자의 성장을 억제하고, 그 대신 큐브방위입자를 우선적으로 성장시키는 것으로 생각된다.

또한, 최종 마무리소둔시의 가열속도가 작은 경우에는, 큐브방위입자가 주로 발달하며, 가열속도가 큰 경우에는, 고스방위입자가 발달하는 경향인 것으로 생각되었다. 이점에 대해서는, 2 차 재결정립의 성장개시까지의 잠복시간에 미치는 가열속도의 영향이, 결정방위에 따라서 상이하기 때문이라고 추정된다. 단, 본질적인 기구는 명확하지 않다.

본 발명에 있어서, 인히비터성분을 포함하지 않는 강괴를 사용해도, 2 차 재결정이 발현하는 이유에 대해서는, 이하와 같이 생각되고 있다.

본 발명자들은 종래부터, {110} <001> 방위입, 즉 고스방위입이 2차 재결정하는 기구에 대해 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 1차 재결정 조직에서의 방위차각이 20 ∼ 45°인 입계가 중요한 역할을 하고 있음을 발견하여 보고하였다(Acta Material vol.45,P85(1997)). 방위차각이란, 이웃하는 결정의 격자를 중복시키는데 필요한 최소회전각을 의미한다.

도 14 에, 다양한 결정방위를 갖는 각각의 결정입 주위의 입계에 대해, 입계방위차각이 20 ∼ 45°인 입계의 전체에 대한 비율(%) 에 대해 조사한 결과를 나타낸다. 해석한 대상은, 방향성 전자강판의 2차 재결정 직전의 상태인 1차 재결정 조직이다.

도 14 에 있어서, 결정방위공간은 오일러각 (Φ1, Φ, Φ2) 의 Φ2 = 45°단면을 이용하여 표시하고 있다. 도 14 에는, 고스방위 등의 주요 방위는 모식적으로 표시하였다.

도 14 에 의하면, 고스방위입 주위에서의 방위차각이 20 ∼ 45°인 입계의 존재빈도에 대해서는, 고스방위가 가장 높은 빈도를 갖는다. C.G.Dunn 들에 의한 실험데이터 (AIME Transaction 188권(1949) 368 페이지) 에 의하면, 방위차각 : 20 ∼ 45°인 입계는 고에너지 입계이다. 고에너지 입계는 입계내의 자유공간이 크고, 난잡한 구조이다. 입계확산은, 입계를 통하여 원자가 이동하는 과정이다. 따라서, 입계중의 자유공간이 큰 고에너지 입계가 입계확산이 빠르다.

인히비터라 불리는 석출물의 확산율속에 의한 성장에 따라, 2차 재결정이 발현하는 것은 잘 알려져 있다. 고에너지 입계상의 석출물은, 마무리소둔중에 우선적으로 조대화가 진행된다. 즉, 고에너지 입계에서, 우선적으로 핀고정이 풀려, 입계이동을 개시하고, 고스입이 성장하게 된다.

발명자들은, 상기의 연구를 더욱 발전시켰다. 그 결과, 2차 재결정의 본질적 요인은, 1차 재결정 조직중의 고에너지 입계의 분포상태에 있음을 발견하였다. 또한, 인히비터의 역할은, 고에너지 입계와 다른 입계의 이동속도차를 발생시키는 것에 있다는 것도 발견하였다.

따라서, 이 이론에 따르면, 인히비터를 이용하지 않아도, 입계의 이동속도차를 발생시킴으로써, 2차 재결정시키는 것이 가능해진다.

강중에 존재하는 불순물 원소는, 입계에 편석하기 쉽고, 특히 고에너지 입계에 현저하게 편석한다. 그러므로, 불순물 원소를 많이 함유하는 경우에는, 고에너지 입계와 다른 입계의 이동속도에 차가 없어진 것으로 생각된다.

따라서, 소재의 고순도화에 의해, 이러한 불순물 원소의 영향을 배재하면, 고스방위입의 2차 재결정이 가능해진다. 고에너지 입계의 구조에 의존하는 본래의 이동속도차가 현재화(顯在化)하는 것을 기대할 수 있기 때문이다.

이상의 고찰에 의거하여, 본 발명자들은, 인히비터 성분을 함유하지 않는 강슬라브에 있어서도, 소재의 고순도화에 의해 2차 재결정을 발생시킬 수 있음을 구명하였다.

본 발명에서의 인히비터를 사용하지 않는 기술의 경우, 2차 재결정입의 방위는 {100} <001> 근방 방위도 포함하고 있다. 즉, 인히비터를 함유하여 2차 재결정시키는 기술과는 다르다.

인히비터를 함유하지 않는 경우에는, 열연후 또는 열연판 소둔후의 결정조직이 현저하게 조대화한다. 그로 인해, 냉간압연후의 재결정소둔시에 핵생성하는 {111} 면조직을 삼소시키고 있다고 추정된다. {111} 면조직은 고스방위입의 성장에 유리한 조직으로서 알려져 있다. 이러한 조직이 감소되었기 때문에, {100} <001> 방위입이 고스방위입 대신 2차 재결정으로 한 것으로 추정된다. 단, 본직절인 기구는 명확하지 않다.

다음, 본 발명의 구성요건의 한정이유에 대해 설명한다.

먼저, 자기특성 향상면에서, 성분조성을 한정한 이유에 대해 설명한다.

Si : 2.0 ∼ 8.0 %

Si 는, 전기저항을 높이고, 철손을 개선하는 유용원소이다. 함유량이 2.0 % 에 미치지 않으면, 이 개선효과가 떨어지고, 또 γ변태를 발생시킨다. γ변태에 의해, 열연후 및 최종 마무리소둔후에 변태조직이 되어, 양호한 자기특성을 얻을 수 없다. 한편, Si 량이 8.0 % 를 초과하면, 제품의 2차 가공성이 악화되고, 또한 포화자속밀도도 저하된다. 따라서, Si 량은 2.0 ∼ 8.0 % 의 범위로 제한하였다.

Mn : 0.005 ∼ 3.0 wt%

Mn 은 열간가공성을 양호하게 하기 위해 필요한 원소이다. 0.005 % 미만에서는 그 첨가효과가 부족하고, 한편 3.0 % 를 초과하면 2차 재결정이 곤란해진다. 따라서, Mn 량은 0.005 ∼ 3.0 % 의 범위로 제한하였다.

Al : 0.0010 ∼ 0.020 %

0,0010 ∼ 0,020 %

본 발명에서는, Al 을 미량 함유시킴으로써, 마무리소둔시의 2차 재결정의 발현을 양호하게 하고, 큐브 방위입을 적당하게 발달시킨다. 그러나, 함유량이0.0010 % 에 미치지 않으면 큐브방위 및 고스방위의 집적도가 저하되어 자속밀도가 저하된다. 한편 0.020 % 를 초과해도, 역시 큐브방위 및 고스방위의 집적도가 저하되어, 원하는 자기특성을 얻을 수 없다. 따라서, Al 은 0.0010 ∼ 0.020 % 의 범위로 함유시키는 것으로 하였다.

미량 Al 이 표층에 치밀한 산화층을 형성하여, 마무리소둔시의 표면산화나 질화의 진행을 억제하는 작용이 유효하게 작용하는 것으로 추정되지만, 명확하지는 않다.

본 발명에서는 소재성분으로는 질소를 극력 저감시킨다. 따라서, AlN 을 인히비터로서 2차 재결정시키는, 종래의 일방향성 전자강판의 제조방법과는 다르다.

Se 및 S 는 각각 100 ppm 이하, O 및 N 은 각각 50 ppm 이하가 바람직하다. Se, S, O 및 N 은 모두, 2차 재결정 조직의 발현을 크게 저해하기 때문이다. 게다가 지철중에 잔존하여 철손을 열화시키는 유해원소이기도 하다. Se 및 S 는 50 ppm 이하가 보다 바람직하고, 30 ppm 이하가 더욱 바람직하다. 또, O 및 N 은 30 ppm 이하가 더 바람직하다. 이들 원소는 모두, 후공정에서 제거가 곤란하므로, 용강성분에 있어서 저감시켜 두는 것이 바람직하다.

이상, 필수성분 및 억제성분에 대해 설명했지만, 본 발명에서는 그 외, 이하에 서술하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.

먼저, 자속밀도를 향상시키기 위해 Ni 를 첨가할 수 있다. 그러나, 첨가량이 0.01 wt% 에 미치지 않으면 자기특성의 향상량이 적다. 한편 1.50 wt% 를초과하면 2차 재결정입의 발달이 불충분하여 만족스러운 자기특성을 얻을 수 없다. 따라서, 첨가량은 0.01 ∼ 1.50 wt% 로 한다.

또, 철손을 향상시키기 위해서는, Sn : 0.01 ∼ 1.50 wt%, Sb : 0.005 ∼ 0.50 wt% , Cu : 0.01 ∼ 1.50 wt%, Mo : 0.005 ∼ 0.50 wt%, Cr : 0.01 ∼ 1.50 wt% 을 첨가할 수 있다. 이들 원소는 모두, 상기 범위보다 첨가량이 적은 경우에는 철손개선효과가 없다. 한편, 첨가량이 많은 경우에는 2차 재결정입이 발달하지 않게 되어 철손의 열화를 초래한다. 따라서, 상기 첨가량으로 한다.

본 발명에서는, 또한 압연방향 (L 방향) 과 압연직각방향 (C 방향) 의 자속밀도 B₅₀에 대해, 다음 범위를 만족시킬 필요가 있다.

즉, L 방향과 C 방향의 자속밀도가 모두 B₅₀≥1.70T 이며, 이들 자속밀도비 B₅₀(L)/B₅₀(C) 를 1.005 이상, 1.100 이하의 범위로 제어하는 것이 불가결이다. 이는, 특히 EI 코어와 같은 소형 트랜스의 철손을 효과적으로 감소시키기 때문이다.

자속밀도 B₅₀가 1.70T 미만에서는, 히스테리시스손이 증가하여 철손이 열화한다. 또, B₅₀(L)/B₅₀(C) 가 1.005 이상, 1.100 이하의 범위를 벗어나면, 코어 내부에서 자화방향이 회전하고 있는 부분에서의 철손이 증대하여, 코어 전체의 철손도 열화한다. 따라서, 자속밀도에 대해 상기 조건을 만족시킬 필요가 있다.

또, 상기와 같은 자기특성을 얻기 위해서는, 제품판을 구성하는 결정입의 방위제어를 하는 것이 효과적이다.

즉, 철판을 구성하는 결정입의 방위에 대해, 큐브방위로부터의 방위차가 20°이내인 결정입의 면적률이 50 % 이상, 80 % 이하이며, 고스방위로부터의 방위차가 20°이내인 결정입의 면적률이 6 % 이상, 20 % 이하의 범위로 하는 것이 중요하다. 이러한 집합조직으로 함으로써, 효과적으로 L 방향과 C 방향의 자속밀도가 모두 B₅₀≥1.70T 이며, B₅₀(L)/B₅₀(C) 를 1.005 이상, 1.100 이하의 범위로 제어할 수 있다.

이어서, 소음특성 향상의 관점에서 본 한정이유를 설명한다.

{100} <001> 방위와의 방위차가 15°이내의 결정립의 면적율 : 30 ~ 70 %

{100} <001> 방위와의 방위차가 15°이내의 결정립의 면적율이 30 % 미만에서는 압연방향 및 압연방향과 직각인 방향으로의 <100> 축의 집적도가 낮아져서 이들 방향의 자기변형특성이 악화된다. 한편, 면적율이 70 % 를 초과하면 압연방향 및 압연방향과 직각인 방향의 자기변형는 증가한다. 또한, {100} <001> 방위가 고도로 집적하면 압연방향에서 45°방향으로 <110> 방향이 집적하고, 소형 전기기기 철심에서는 자기특성의 열화를 초래한다. 압연방향 및 압연방향과 직각인 방향의 자기특성은 양호하기는 하나, 압연방향에서 45°방향에서는 현저하게 자기특성이 열등하기 때문이다.

이 같은 이유에서 {100} <001> 방위와의 방위차가 15°이내의 결정립의 면적율을 30 ~ 70 % 로 하였다.

50 ㎐ 의 교류로 1.5 T 로 여기하였을 때의 압연방향과 압연방향과 직각인방향의 자기변형의 합 : 8 ×10^－6이하

자기변형는 소음의 주요인이다. 50 ㎐ 의 교류로 1.5 T 로 여기하였을 때의 압연방향과 압연방향과 직각인 방향의 자기변형의 합이 8 ×10^－6을 초과하면 소음은 매우 커지기 때문이다.

또한, 가공에 따른 열화방지를 위한 구성요소의 한정이유는 다음과 같다.

동판의 표면산화물은 편면 당 산소량 환산으로 1.0 g/㎡ 이하로 억제하는 것이 중요하다. 이 표면산화물은 주로 마무리 소둔시에 형성된다.

산화물량이 산소량 환산으로 1.0 g/㎡ 을 초과하면 절단 또는 펀칭가공시의 절단면의 변형이 커진다. 즉, 절단부 주변에 큰 변형이 도입되어 철손의 현저한 열화를 초래한다.

상기 산화물은 강중 성분 및 소둔 분리제 성분의 단독 또는 복합산화물이다.

주된 것은 포오스테라이트, 실리카, 알루미나, 마그네시아 또는 이들의 스피넬계 화합물이다.

그리고, 이러한 산화물은 마무리 소둔 외에 탈탄 소둔이나 평탄화 소둔 등의 열처리로도 형성될 수도 있다. 단, 이 경우도 포함하여 최종적으로 산소량 환산으로 1.0 g/㎡ 이하로 억제할 필요가 있다.

또한, 지철표면에는 절연성을 높이기 위하여 절연 코팅을 할 필요가 있다. 또한, 표면의 산화물과 이 절연 코팅이 지철에 미치는 합계의 인장력에 대하여는 5 MPa 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 인장력이 5 MPa 보다 크면 L 방향, C 방향 중 <100> 축의 집적도가 낮은 방향의 자기특성이 열화되기 때문이다.

상기 인장력을 작게 하기 위하여는 산화물 및 절연 코팅의 두께를 작게하는 것, 절연 코팅 재료로서 베이킹 온도가 낮은 것을 적용하는 것, 열팽창계수 또는 영률이 작은 절연 코팅을 적용하는 것이 유효하다.

이어서, 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 소재성분에 대하여 설명한다.

C : 0.08 mass % 이하

C 는 결정립내에 있어서의 국소변형을 촉진하여 큐브 및 고스 조직의 발달을 촉진하여 자기특성을 향상시키는 데 유효하다. 함유량이 0.003 % 미만이면 변형대의 생성효과가 작아지기 때문에 자속밀도가 저하된다. 한편, 0.08 % 를 초과하면 재결정 소둔시에 제거하기가 곤란해진다. 또한 열연판 소둔시에 부분적으로 γ변태를 일으키고, 냉연전 입경을 조대하게 하기어려워진다. 따라서, C 량은 0.003 ~ 0.08 % 의 범위로 한정한다.

그 밖의 소재성분에 대하여는 제품에 대한 한정이유와 동일하다.

상기 바람직한 성분 조성으로 조정한 용강을 통상의 조괴법이나 연속주조법에 의해 슬래브로 한다. 또한, 직접주조법을 사용하여 100 ㎜ 이하의 두께의 박주편을 직접 제조하여도 된다.

슬래브는 통상의 방법으로 가열하여 열간압연한다. 그리고, 주조후, 재가열하지 않고 바로 열연에 제공하여도 된다. 또한, 박주편으로 제조하는 경우에는 열간압연을 생략하여도 된다.

슬래브 가열온도는 열간압연이 가능한 최저온도인 1100 ℃ 정도이면 충분하다. 소재성분에 인히비터 성분을 함유하지 않으므로 인히비터 고용을 위하여 고온가열할 필요는 없다.

이어서, 열연판에는 열연판 소둔을 실시한다. 큐브 조직 및 고스 조직을 제품판에 있어서 적절하게 발달시키기 위하여는 열연판 소둔온도는 950 ℃ 이상, 1200 ℃ 이하로 할 필요가 있다. 열연판 소둔온도가 950 ℃ 미만에서는 냉간압연전의 입경이 조대화하지 않고, 제품판에 있어서의 큐브 및 고스 조직의 발달이 저하되어 원하는 자기특성을 얻을 수 없다. 한편, 1200 ℃ 를 초과하면 제품판의 고스 조직의 발달이 저하되어 자속밀도의 이방성이 열화된다. 따라서, 열연판 소둔온도는 950 ℃ 이상, 1200 ℃ 이하로 할 필요가 있다.

열연판 소둔후, 필요에 따라 중간 소둔을 포함한 1 회 이상의 냉연을 실시한 다음, 탈탄을 겸한 재결정 소둔을 실시한다. 재결정 소둔에 의해 C 를 자기시효가 일어나지 않는 50 ppm 이하 바람직하게는 30 ppm 이하까지 저감한다.

열연판 소둔은 자기특성의 향상에 유용하다. 마찬가지로 중간 소둔을 냉간압연의 사이에 실시하는 것은 자기특성의 안정화에 유용하다. 그러나, 모두 생산비용을 상승시키게 된다. 따라서, 열연판 소둔이나 중간 소둔의 취사선택 및 소둔온도와 시간의 결정은 경제적 관점 및 1 차 재결정 입경을 적정범위로 할 필요성에 따른다.

마무리 소둔후에 {100} <001> 조직을 성장시키기 위하여는 최종냉연전의 평균결정입경을 200 ㎛ 이상으로 크게 하고, 또한 압하율을 60 ~ 90 % 의 범위로 하는 것이 중요하다. 또한 이러한 냉간압연은 150 ℃ 이상의 온도로 실시하는 것이 큐브 방위의 2 차 재결정을 발생시키는데 유효하다. 그리고, 크로스압연이나 저인장력으로 강대폭이 확대되는 압연조건에서의 냉연도 적용할 수 있다.

재결정 소둔은 전술한 바와 같이 소둔온도가 800 ℃ 미만, 1000 ℃ 초과에서는 모두 2 차 재결정의 진행이 저해된다. 또한, 질소량이 5 vol% 미만이어도 2 차 재결정의 진행에 악영향을 미친다. 2 차 재결정이 진행되지 않으면 다양한 방위의 입자가 많이 존재하기 때문에 자기변형특성이 열화된다. 그러므로, 본 발명에서는 재결정 소둔을 800 ~ 1000 ℃ 의 온도범위이면서 분위기 중의 질소량 : 5 vol% 이상의 조건하에서 실시하기로 한다.

그리고, 최종 냉간압연후 또는 재결정 소둔 후에 침규법에 의해 Si 양을 증가시키는 기술을 병용해도 된다.

그 후, 필요에 따라 소둔분리제를 적용한다. 소둔분리제로는 실리카, 알루미나, 마그네시아 등의 내화물 분말의 슬러리 또는 콜로이드 용액이 바람직하다. 또한, 이들 내화물 분말을 정전도포 등의 드라이 코팅에 의해 강판에 부착시키는 방법이 보다 바람직하다. 마무리 소둔 분위기에 수분을 함유시키지 않기 때문이다. 또한 이들 내화물을 용사 등으로 표면에 코팅한 강판을 끼워 넣는 방법도 적용할 수 있다.

이어서, 최종 마무리 소둔을 실시함으로써 2 차 재결정 조직을 발달시킨다.

최종 마무리 소둔에 있어서, 750 ℃ 이상의 온도역에 있어서의 평균가열속도를 30 ℃/h 이하로 하고, 800 ℃ 이상의 온도역 까지 가열하여 10 시간 이상 유지하는 것이 큐브 방위 조직 및 고스 방위 조직을 제품판에 발달시키는 데 매우 중요하다. 750 ℃ 이상에서의 평균가열속도가 30 ℃/h 를 초과하면 큐브 조직이 감소하여 고스 조직이 증가하여 원하는 자기특성을 얻을 수 없다. 그리고, 750 ℃ 까지의 가열속도는 자기특성에 큰 영향을 미치지 않으므로 임의의 조건이면 된다. 또한, 제어가열을 실시하는 온도가 800 ℃ 미만이면 2 차 재결정립의 발달이 불충분해져서 자기특성이 열화된다. 따라서 이 같은 제어가열은 800 ℃ 이상 까지 실시할 필요가 있다.

또한, 2 차 재결정립의 발달을 위하여는 필요없지만 포오스테라이트 피막과 같은 하지 피막을 필요로 하는 경우에는 1100 ℃ 정도 까지 승열해도 무관하다.

가공성을 향상시키기 위해서는, 지철표면에 형성되는 산화물을 산소량 환산으로 편면당 1 g/㎡ 이하로 할 필요가 있다. 그 때문에, 마무리소둔 분위기는 노점 ≤10 ℃, O₂≤0.1 vol% 로 할 필요가 있다. 또, 산화물의 생성을 억제하기 위해서는, 마무리소둔 온도는 1100 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 900 ℃ 이하로 할 필요가 있다. 이와 같이 마무리소둔 온도를 900 ℃ 이하로 한정하기 위해서는, 2차 재결정이 발생하는 온도를 낮추기 위해, Al 을 0.01 wt% 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.

또한, 강판을 적층하여 사용할 경우에는, 최종 마무리소둔 후, 철손을 개선하기 위해, 강판표면에 절연코팅을 실시하는 것이 유효하다.

이 목적을 위해서는, 절연코팅은 2 종류 이상의 피막으로 이루어지는 다층막이라도, 또 용도에 따라서는 수지 등을 혼합시킨 코팅을 실시해도 된다.

또한, 인장력을 부여하는 인산염을 주체로 하는 절연코팅도 철손 및 코팅을 저하시키기 위해 유효하다.

한편, 코팅에 의해 가공성을 개선하기에 바람직한 절연코팅처리를 이하에 나타낸다.

강판에 미치는 인장력을 작게 하기 위해, 산화물 및 절연코팅의 두께를 작게 하는 것, 절연코팅재료로서 프린팅 온도가 낮은 것을 적용하는 것, 및 열팽창계수 또는 영률이 작은 절연코팅을 적용하는 것이 유효하다.

절연코팅의 종류에 대해서는, 부여인장력이 5 ㎫ 이하이면 특별히 한정되는 경우는 없다. 예를 들면, 유기수지코팅, 또는 유기수지와 무기성분으로 이루어지는 반유기코팅이 적합하다. 또, 무기성분으로서는, 인산, 인산염, 크롬산, 크롬산염, 중크롬산염, 붕산, 규산염, 실리카 및 알루미나 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 들 수 있다. 이들의 유기수지를 포함하는 절연코팅은, 절단, 펀칭가공시의 절단부의 변형을 억제하기 때문에, 가공 후의 철손열화를 방지하는 효과가 있어 적합하다.

이러한 유기수지코팅 및 반유기코팅의 막두께에 대해서는, 0.5 ㎛ 이상, 5 ㎛ 이하 정도로 하는 것이 바람직하다. 하한은 층간 절연성 확보의 면으로부터, 또 상한은 인장력저감 및 점적율 저하방지의 면으로부터 정한다.

또, 인산염과 크롬산, 크롬산염, 중크롬산염, 붕산으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 성분으로 이루어지는 무기유리질의 코팅도 적용할 수 있다. 무기유리질 코팅의 경우, 인장력을 5 ㎫ 이하로 하기 위해서는, 프린팅 온도는 400℃ 이하로 하고, 코팅의 두께는 편면당 2 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 내열성을 향상시키기 위해 실리카 또는 알루미나의 미세분말 또는 콜로이드를 약간량 함유시켜도 된다.

실시예 1

C : 0.009 %, Si : 2.4 %, Mn : 0.02 %, Al : 0.012 %, Se : 3 ppm, S : 14 ppm, O : 10 ppm 및 N : 9 ppm 을 포함하고, 잔부는 실질적으로 Fe 의 조성이 되는 강슬래브를 연속주조로 제조하였다. 그 슬래브를 1100 ℃, 20 분간 가열하고, 열간압연으로 3.0 ㎜ 두께의 열연판으로 하였다. 그 열연판에, 표 2 에 나타낸 균열온도에서 30 초간의 열연판 소둔을 실시한 후, 150 ℃ 에서 냉간압연을 실시하여, 0.35 ㎜ 의 최종 판두께로 마무리하였다. 그 냉연판에, 수소 : 75 vol%, 질소 : 25 vol%, 노점 : 20 ℃ 의 분위기 중에서, 930 ℃ 에서 균열 10 초의 재결정 소둔을 실시하고, C 를 10 ppm 으로 저감시켰다. 그 소둔판에, (50 % N₂+ 50 % Ar) 의 혼합 분위기 중에서, 750 ℃ 까지는 50 ℃/h, 750 ℃ 이상 950 ℃ 까지는 표 2 에 나타낸 다양한 가열속도로 가열하고, 그 후 950 ℃ 에서 30 시간 유지하는 마무리소둔을 실시하였다. 그 마무리소둔판에는, 중크롬산 알루미늄, 에멀젼수지, 에틸렌글리콜을 혼합한 코팅액을 도포하고, 300 ℃ 에서 프린팅하여 제품판으로 하였다.

이렇게 하여 얻어진 제품판의 자속밀도 (B₅₀) 를 L, C 방향에 대해 측정하였다. 또, 제품판을 펀칭가공하여 EI 코어를 제작하고, 그 철손을 측정하였다.또한, 제품판의 결정방위를, X 선회절 라우에법을 사용하여 100 ㎜ ×280 ㎜ 의 영역에 대해 측정하였다. 결정방위 측정결과로부터, 큐브방위 및 고스방위로부터의 방위차가 20°이내인 결정립의 면적율을 구했다. 얻어진 결과를 표 2 에 병기한다.

표 2 에 의하면, No. 1-6 에서, 매우 우수한 EI 코어 철손이 얻어짐을 알았다. No. 1-6 에서는, 압연방향 (L 방향) 과 압연직각방향 (C 방향) 의 자속밀도 (B₅₀) 가 모두 B₅₀≥1.70 T 이며, 또 자속밀도의 비 B₅₀(L)/B₅₀(C) 가 1.005 이상 1.100 이하를 만족시킨다. 또, No. 1-6 에서는, 큐브방위로부터의 방위차가 20°이내인 결정립의 면적율이 50 % 이상 80 % 이하이며, 또 고스방위로부터의 방위차가 20°이내인 결정립의 면적율이 6 % 이상 20 % 이하를 만족시킨다.

실시예 2

C : 0.022 %, Si : 3.3 %, Mn : 0.52 %, Al : 0.0050 %, Se : 5 ppm, S : 5 ppm, O : 15 ppm 및 N : 10 ppm 을 포함하고, 잔부는 실질적으로 Fe 의 조성이 되는 강슬래브를 연속주조로 제조하였다. 그 슬래브를 1200 ℃, 20 분간 가열하고, 열간압연으로 3.2 ㎜ 두께의 열연판으로 하였다. 그 열연판에는, 1050 ℃, 20 초간의 열연판소둔을 실시하였다. 그 열연소둔판에, 상온에서 냉간압연을 실시하여 1.5 ㎜ 의 중간두께로 하고, 그 후 1000 ℃, 30 초의 중간소둔을 실시하고, 이어서 상온의 냉간압연으로 0.28 ㎜ 의 최종 판두께로 마무리하였다. 그 냉연판에, 수소 : 75 vol%, 질소 : 25 vol%, 노점 : 40 ℃ 의 분위기에서, 850 ℃ 에서 균열 30 초의 재결정 소둔을 실시하고, C 를 10 ppm 으로 저감시켰다. 그재결정 소둔판에, 아르곤 분위기 중에서, 750 ℃ 까지는 70 ℃/h, 750 ℃ 부터 820 ℃ 까지는 10 ℃/h 로 가열하고, 820 ℃ 에 100 시간 유지하는 마무리소둔을 실시하였다. 그 마무리소둔판에, 중크롬산 알루미늄, 에멀젼수지, 에틸렌글리콜을 혼합한 코팅액을 도포하고, 300 ℃ 에서 프린팅하여 제품판으로 하였다. 제품판에는 실시예 1 과 동일한 측정을 실시하였다. 얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.

표 3 에 나타낸 바와 같이, 본 발명법에 따르면, L 방향과 C 방향의 자속밀도 (B₅₀) 가 모두 B₅₀≥1.70 T 이며, 또 B₅₀(L)/B₅₀(C) 가 1.005 이상, 1.100 이하를 만족시키는 EI 코어용 소재로서 최적의 전자강판을 얻을 수 있었다.

또, 이러한 전자강판은, 큐브 ({100}＜001＞) 방위로부터의 방위차가 20°이내인 결정립의 면적율이 50 % 이상 80 % 이하이며, 또 고스 ({110}＜001＞) 방위로부터의 방위차가 20°이내인 결정립의 면적율이 6 % 이상 20 % 이하를 만족시키는 집합조직이 되었다.

실시예 3

표 4 에 나타낸 다양한 성분조성이 되는 강슬래브를, 1160 ℃ 로 가열 후, 열간압연으로 2.8 ㎜ 두께의 열연판으로 하였다. 그 열연판에, 1100 ℃ 에서 균열 60 초의 열연판 소둔을 실시하고, 250 ℃ 의 온도에서 냉간압연하여, 0.50 ㎜ 의 최종 판두께로 마무리하였다. 그 냉연판에, 수소 : 75 vol%, 질소 : 25 vol%, 노점 : 35 ℃ 의 분위기에서, 900 ℃ 에서 균열 20 초의 탈탄을 겸하는 재결정 소둔을 실시하고, C 를 20 ppm 으로 저감시켰다. 그 재결정 소둔판에, 질소분위기 중에서, 750 ∼ 950 ℃ 까지 2.5 ℃/h 로 승온시키고, 950 ℃ 에서 시간의 마무리소둔을 실시하였다. 그 마무리소둔판에, 인산 알루미늄, 중크롬산 칼륨, 붕산을 혼합한 코팅액을 도포하고, 300 ℃ 에서 프린팅하여 제품판으로 하였다. 제품판에는 실시예 1 과 동일한 측정을 실시하였다. 얻어진 결과를 표 5 에 나타낸다.

표 5 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 성분조성범위를 만족시키고, 또 L 방향 및 C 방향의 자속밀도 그리고 이들의 비 B₅₀(L)/B₅₀(C) 가 적정범위를 만족시키는, No. 1-8 은 EI 코어에 있어서 양호한 철손이 얻어지고 있다.

실시예 4

표 6 에 나타낸 다양한 성분조성이 되는 강슬래브를, 연속주조로 제조하였다. 그 강슬래브를 1100 ℃ 에서 20 분간 가열하고, 열간압연으로 2.6 ㎜ 두께의 열연판으로 하였다. 그 열연판을 1100 ℃ 에서 60 초간의 열연판 소둔 후, 온간압연으로 0.35 ㎜ 의 최종 판두께로 마무리하였다. 그 압연판에, 질소 : 50 vol%, 수소 : 50 vol% 의 분위기 중에서, 소둔 온도 : 900 ℃ 의 재결정 소둔을 실시하고, 또한 마무리 소둔을 실시하여 제품판으로 하였다.

이렇게 하여 얻어진 제품판의 자속밀도 (B₅₀) 를 L, C 방향에 대해 측정하였다. 또, X 선회절 라우에법을 사용하고, {100}＜001＞ 방위와의 방위차가 15°이내인 결정립의 면적율을 구했다. 또, 레이저도플러법을 사용하여 압연방향 및 압연방향에 직각인 방향의 자기변형(磁歪)를 측정하였다.

또한, 제품판을, 직경 : 150 ㎜ 의 링형상으로 펀칭하고, 750 ℃, 2 시간의 변형제거 소둔을 실시하였다. 그 펀칭소둔판을 적층하고, 철심을 제작하여 소음을 측정하였다. 소음측정은, 그 철심을 주파수 : 50 ㎐, 여자(勵磁)자속밀도 : 1.5 T 로 여자하고, 철심의 바로 위 100 ㎜ 의 위치에 부착한 마이크로폰으로 실시하였다. 얻어진 결과를 표 6 에 병기한다.

표 6 으로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 성분조성범위를 만족하는 강슬래브 No.1-4 를 사용하고, 적정한 재결정 소둔조건 하에서 제조한 제품에서는 자기특성, 자기변형특성 및 소음특성 모두 우수했다.

실시예 5

C : 220 ppm, Si : 3.25 mass%, Mn : 0.16 mass%, Al : 80 ppm, Se : 12 ppm, S : 11 ppm, N : 9 ppm 및 O : 13 ppm 을 포함하고, 잔부는 실질적으로 Fe 의 조성이 되는 인히비터를 포함하지 않는 강슬래브를 연속주조로 제조하였다. 이 슬래브를 1100 ℃ 에서 20 분간 가열하고, 열간압연에 의해 소정의 판두께의 열연판으로 하였다. 이 열연판을 열연판 소둔하고, 그 후, 온간압연에 의해 0.35 ㎜ 의 최종판두께로 마무리하였다. 상기 압연판에는 표 7 에 나타낸 여러 가지의 조건으로 재결정 소둔을 실시하고, 질소분위기에서 마무리소둔을 실시하였다. 이렇게 하여 얻어진 제품판에 대하여 실시예 4 와 동일한 조사를 실시하였다. 얻어진 결과를 표 7 에 병기한다.

표 7 로부터 명확한 바와 같이, 소둔온도 : 800 ∼ 1000 ℃, 분위기중의 질소량 : 5 vol% 이상의 조건으로 재결정 소둔을 실시한 No.4-6, 8-12, 14-15 의 제품은 자기특성, 자기변형특성 및 소음특성 모두 우수했다.

실시예 6

Si : 3.1 wt%, C : 0.012 wt%, Mn : 0.1 wt%, Al : 0.009 wt%, N : 10 ppm, O : 13 ppm, S : 5 ppm 및 Se : 4 ppm 을 포함하고, 잔부는 실질적으로 Fe 의 조성이 되는 강슬래브를 연속주조로 제조하였다. 이 슬래브에 열간압연을 실시하여 두께 : 2.7 ㎜ 의 열연판으로 하였다. 이 열연판에 1140 ℃, 균열 60 초의 열연판 소둔을 실시하고, 또한 270 ℃ 에서 냉간압연을 실시하여 두께 : 0.35 ㎜ 의 최종판두께로 마무리하였다. 그리고, 최종냉연전의 평균결정립경은 280 ㎛ 이었다. 상기 냉연판에 40 %H₂-60 %N₂, 노점 : 50 ℃ 의 분위기중에서 920 ℃, 균열 30 초의 재결정 소둔을 실시하고, 강중 C 를 0.002 wt% 까지 저감하였다. 그 후, 상기 재결정 소둔판의 표면에 실리카분말과 알루미나분말을 3 : 1 의 비율로 혼합한 소둔분리제를 정전도포하고, 코일형상으로 감아 마무리소둔을 실시하였다. 마무리소둔은 상온에서 800 ℃ 까지는 5 시간 승온하고, 800 ℃ 에서 950 ℃ 까지는 25 시간 승온하고, 또한 950 ℃ 로 36 시간 유지하고나서 노냉(爐冷)함으로써 실시하였다. 여기에서, 노내의 분위기중에 도입한 수증기량을 다양하게 변화시켜 강판 표면에 형성되는 산화물의 양을 제어하였다. 상기 마무리소둔판의 소둔분리제를 세정제거후, 강대(鋼帶)에 인장력을 가하면서 5 %H₂-95 %N₂분위기중에서 840 ℃ 에서 60 초의 평탄화 소둔을 실시하였다. 이 평탄화 소둔판 표면에는 중크롬산 마그네슘, 붕산으로 이루어지는 무기성분중에 유기수지를 분산시킨 반유기코팅을 1.0 ㎛ 의 두께로 형성하였다. 상기 공정에 의해 입자경 : 약 20 ㎜ 의 큐브방위에 집적한 2 차 재결정립로 이루어지는 전자강판이 얻어졌다.

이렇게 하여 얻어진 제품판의 자속밀도 (B₅₀) 를 L, C 방향에 대하여 측정하였다. 다음으로, 이 강판으로부터 EI-48 형의 EI 코어시료를 펀칭가공으로 제조하고, 1.5 T, 50 Hz 에서의 철손특성을 측정하였다. 얻어진 결과를 강판표면의 산소 단위면적당 중량의 양과의 관계로 표 8 에 나타낸다. 표 8 에 나타낸 바와 같이, 강판표면의 산화물량이 산소량 환산으로 1.0 g/㎡ 이하로 억제한 No.1-3 으로, EI 코어의 철손특성이 우수하여 가공후의 특성열화를 억제할 수 있었다.

실시예 7

실시예 6 과 동일하게 하여 제조한, 표면의 산화물량이 산소량 환산으로 0.4 g/㎡ 의 큐브방위의 2 차 재결정립로 이루어지는 강판에, 두께를 바꿔 무기질의 코팅을 하였다. 이 코팅은 인산 알루미늄, 크롬산 칼륨, 붕산으로 이루어지는 용액에 콜로이덜 실리카를 혼합한 것을 800 ℃ 에서 베이킹하여 두께 1 ㎛ 의 피막으로 한 것이다. 여기에서, 콜로이덜 실리카의 함유량을 늘리면, 코팅의 열팽창계수가 작아지고, 강판에 부여하는 인장력이 증가한다. 이 강판에 0 ∼ 6 MPa 의 압축응력을 가해 자기변형을 측정하고, 자기변형이 급격히 증가했을 때의 압축응력을 강판에 가해져 있는 인장력으로 하였다.

이 강판의 L, C 방향에 대하여 측정한 자속밀도 (B₅₀), L 방향, C 방향으로 1.5 T, 50 Hz 로 여자했을 때의 철손을 엡스타인시험으로 측정한 결과를 표 9 에나타낸다.

표 9 로부터 명확한 바와 같이, 강판에 대한 부여인장력이 5 MPa 를 초과하면, C 방향의 철손이 대폭적으로 열화하여 바람직하지 않다. 이에 대하여, 부여인장력의 크기가 5 MPa 이하, 특히 3 MPa 이하가 되면, C 방향의 철손열화가 매우 작아져 적합한 철손특성이 얻어지고 있다.

그리고, 콜로이덜 실리카를 첨가하지 않고 350 ℃ 에서 베이킹한 코팅이나 실시예 6 에서 사용한 반유기코팅은 강판에 거의 인장력을 부여하지 않았다. 따라서, 코팅후의 철손도 L 방향 평균 : 1.22 W/㎏, C 방향 평균 : 1.45 W/㎏ 으로 양호한 결과를 얻었다.

실시예 8

표 10 에 나타낸 성분조성이 되는 강슬래브에 열간압연, 열연판소둔, 냉간압연, 재결정 소둔 및 마무리소둔을, 조건을 여러 가지로 바꾸어 실시하고, 0.35 ㎜ 두께의 전자강판으로 하였다. 상기 마무리소둔판에 평탄화소둔 및 절연코팅처리를 하였다.

이들 시료를 1.5 T, 50 Hz 에서의 철손을 엡스타인시험으로 평가하였다. 그리고, 철손측정에서는 L 방향과 C 방향으로 절단한 엡스타인시료를 절반량씩 사용하였다. 동일성분의 강으로부터 여러 가지의 제조조건으로 얻어진 시료중, 가장 철손이 낮았던 것의 측정결과를 표 10 에 나타낸다. 또, 동일제조조건의 시료의 L, C 방향에 대하여 측정한 자속밀도 (B₅₀) 도 표 10 에 나타냈다.

표 10 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 성분조성범위를 만족하는 No.1-5 는모두 양호한 철손이 얻어지고 있다. 이에 대하여, C, Mn, Al, S, Se, O, N 의 어느 하나가 적정범위를 일탈한 것은 모두 철손이 증대하고 있어 철심재료로서 적합하지 않다.

실시예 9

표 10 의 No.1 의 성분을 기본으로 하여 Al 함유량만을 변경한 강의 2 차 재결정 개시온도에 대하여 조사하였다. 재결정소둔까지 실시한 강판으로부터, 길이 : 400 ㎜, 폭 : 50 ㎜ 로 절단한 시료를 800 ∼ 1200 ℃ 의 온도차가 있는 전기로에 장입하고, 50 시간 유지하였다. 유지후, 마크로에칭을 실시하여 2 차 재결정의 유무와 대응하는 온도를 비교함으로써 2 차 재결정 개시온도를 평가하였다. 표 11 에 얻어진 결과를 나타낸다.

표 11 에 나타낸 바와 같이, Al 을 0.02 wt% 이하로 함으로써 2 차 재결정이 일어나고 있다. 특히, Al 함유량이 0.01 wt% 미만에서는 2 차 재결정 개시온도가 낮아져 보다 저온에서의 마무리소둔이 가능하게 된다. 따라서, Al 함유량을 0.01 wt% 미만으로 하는 것은 강판표면에 생성하는 산화물량을 저감하는데 있어서 매우 유리하다.

실시예 1-3 에서는 본 발명의 전자강판의 용도로서 EI 코어를 제조한 경우에 대하여 설명했는데, 본 발명의 용도는 반드시 EI 코어와 같은 소형 트랜스에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 전자강판은 압연방향 및 압연직각방향의 자기특성이 무방향성 전자강판에 비교하여 현격히 우수하므로, 통상의 모터에 사용해도 높은 효율을 얻을수 있다.

그리고, 본 발명 강은 종래기술로 제조되는 2 방향성 전자강판과 비교하면, 소재로서 인히비터를 사용하지 않고, 또 제조공정으로서 크로스압연을 실시할 필요가 없다. 따라서, 본 발명 강은 종래의 2 방향성 전자강판보다 자기특성은 약간 떨어지지만, 저비용으로 대량생산이 가능하다는 큰 이점이 있다.

본 발명에 따라 얻어진 전자강판은 종래의 1 방향성 전자강판이나 2 방향성 전자강판에 비교하여 자기특성의 이방성이 작다. 따라서, 코어 내부에서의 자속의 방향의 변화가 큰 소형 모터나 발전기용 철심재료의 소재로서 최적이다.

또한, 압연방향 뿐만 아니라, 압연방향에 직각인 방향에 대하여 자기변형특성을 향상시킴으로써 소음특성이 우수한 전자강판을 얻을 수 있다. 또는, 지철 표면의 산화물량을 산화량 환산으로 1.0 g/㎡ 이하로 억제함으로써 가공에 의한 특성열화가 작은 전자강판을 얻을 수 있다.

Claims (14)

1. Si : 2.0 ~ 8.0 wt%, Mn : 0.005 ~ 3.0 wt%, Al : 0.0010 ~ 0.020 wt% 를 포함하고, 잔부는 실험적으로 Fe 의 조성이고, 압연방향의 자속밀도 : B₅₀(L) 과 압연 직각방향의 자속밀도 : B₅₀(C) 가 모두 1.70 T 이상이고, 또한, B₅₀(L)/B₅₀(C) 가 1.005 이상, 1.100 이하인 전자강판.
2. 제 1 항에 있어서, 강판 중에, {100}〈001〉방위로부터 20°이내의 방위차에 있는 이차 재결정립이 50% 이상, 80% 이하의 면적율로 존재하고, 또한, {110}〈001〉방위로부터 20°이내의 방위차에 있는 이차 재결정립이 6% 이상, 20% 이하의 면적율로 존재하는 전자강판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, Ni : 0.01 ~ 1.50 wt%, Sn : 0.01 ~ 1.50 wt%, Sb : 0.005 ~ 0.50 wt%, Cu : 0.01 ~ 1.50 wt%, Mo : 0.005 ~ 0.50 wt% 및 Cr : 0.01 ~ 1.50 wt% 중에서 선택된 적어도 1 종을 추가로 함유하는 조성인 전자강판.
4. 제 1 항에 있어서, 주파수 50Hz 의 교류에서 1.5T 로 여자하였을 때의 압연방향의 자기변형 (magnetostriction) 과 압연방향으로 직각인 방향의 자기변형의합이 8 ×10^-6이하인 전자강판.
5. 제 4 항에 있어서, 강판 중에, {100}〈001〉방위로부터 15°이내의 방위차에 있는 이차 재결정립이 30% 이상, 70% 이하의 면적율로 존재하는 전자강판.
6. 제 1 항에 있어서, 절연코팅을 제외한 지철표면의 산화물의 양을, 산소량 환산하여 편면(片面)당 1.0 g/m²이하로 억제한 전자강판.
7. 제 1 항, 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서, 지철표면의 산화물과 절연코팅이 강판에 미치는 장력이 5 MPa 이하인 전자강판.
8. C : 0.003 ~ 0.08 wt%, Si : 2.0 ~ 8.0 wt%, Mn : 0.005 ~ 3.0 wt%, Al : 0.0010 ~ 0.020 wt% 를 포함하는 강슬랩을 열간압연하고, 이 열연판에 필요에 따라 950 ~ 1200 ℃ 이하의 온도에서 열연판 소둔을 실시하고, 이 열연판 또는 이 열연 소둔판에 1 회 또는 중간 소둔을 포함하는 2 회 이상의 냉간압연을 실시하고, 이 냉간압연에 재결정 소둔을 실시하고, 그 후, 필요에 따라 소둔분리제를 도포하고, 이 재결정 소둔판을 800 ℃ 이상의 온도영역까지 가열하는 최종 마무리 소둔을 실시하고, 또 이 최종 마무리 소둔판에 필요에 따라 평탄화 소둔을 실시하고, 절연코팅 형성처리를 행하는 전자강판의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서, 강슬랩의 불가피한 불순물인 S 및 Se 를 100 wtppm 이하, N 및 O 를 50 wtppm 이하로 억제하는 전자강판의 제조방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 최종 마무리 소둔에 있어서 750 ℃ 이상에서의 평균 가열속도를 30 ℃/h 이하로 하는 전자강판의 제조방법.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 강슬랩이 추가로, Ni : 0.01 ~ 1.50 wt%, Sn : 0.01 ~ 1.50 wt%, Sb : 0.005 ~ 0.50 wt%, Cu : 0.01 ~ 1.50 wt%, Mo : 0.005 ~ 0.50 wt% 및 Cr : 0.01 ~ 1.50 wt% 중에서 선택된 적어도 1 종을 포함하는 조성으로 이루어지는 전자강판의 제조방법.
12. 제 8 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서, 재결정 소둔을 800 ~ 1000 ℃ 의 온도범위에서, 또한 질소량이 5 vol% 이상의 분위기 하에서 실시하는 전자강판의 제조방법.
13. 제 8 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 최종 냉연전의 평균결정립경을 200 ㎛ 이상, 최종 냉연압하율을 60% 이상, 90% 이하로 하고, 최종 마무리 소둔을 영점 ≤10 ℃, O₂≤0.1 vol% 의 분위기 중에서, 1100 ℃ 이하의 온도에서 행하는 전자강판의 제조방법.
14. 제 8 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서, 절연코팅 형성처리로서, 유기수지코팅 또는, 유기수지와 무기성분으로 된 반유기 코팅을 막두께 : 5 ㎛ 이하로 형성하던지, 혹은 무기유리질의 코팅을 막두께 : 2 ㎛ 이하로 형성하는 전자강판의 제조방법.