KR20010101681A - 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 우수한 프레스가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 무방향성 전자기 강판의 성분조성을 소정 범위로 조정함과 동시에 엡스타인 시험편을 이용한 자기특성 측정치에 관하여, L, C 평균 철손 W_15/50(L+C)[W/㎏] 과 L, C 평균 자속밀도 B₅₀(L+C)[T] 사이에 다음 식 (1)

B₅₀(L+C) ≥0.03·W_15/50(L+C) + 1.63 ·····(1)

의 관계가 성립하고, 또한 D 철손 W_10/400(D)[W/㎏] 의 L, C 평균 철손 W_10/400(L+C)[W/㎏] 에 대한 비가 다음 식 (2)

W_10/400(D)/W_10/400(L+C) ≤1.2 ····· (2)

의 관계를 만족하며, 또한 강판의 경도를 판두께와 W_15/50(L+C) 에 따라 결정함으로써, 고주파 영역에서 자기 이방성이 작고 회전기계용으로 자기적 특성이 우수하며 펀칭 특성 등의 우수한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판을 안정적으로 얻을 수 있다.

Description

고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 우수한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판{NON-ORIENTED ELECTROMAGNETIC STEEL SHEET HAVING REDUCED MAGNETIC ANISOTROPY IN HIGH FREQUENCY REGION AND EXCELLENT PRESS WORKABILITY}

최근에, 에너지절약에 대한 요청이 강화됨에 따라 전기 기기의 고효율화 지향이 높아져 왔다. 이러한 요청에 대응하기 위해, 강판 제조사는 이하에 서술한 바와 같은 여러 가지 수단에 의해 전기 기기용 전자기 강판의 철손 특성을 개선시키기 위해 노력해 왔다.

전자기 강판에 Si 을 첨가하는 것은 강판의 비저항(specfic resistance)을 높여서 철손을 감소시키는 가장 효과적인 수단이다. Si 첨가에 의한 철손 저감기술은 전자기 강판 분야에서 널리 이용되고 있다. 또한, 첨가 원소로서 Al 도 Si 과 유사한 효과를 갖는다고 알려졌다.

예를 들어 JP-A 53-66816 호는 강판의 비저항을 높이고 미세한 AlN 의 석출에 의한 입자성장 억제작용을 피하기 위해 Al 을 적극 첨가하는 것을 제안한다.

또한, JP-A 55-73819 호에서는 강판 표면의 내부 산화층을 감소시키기 위해 Al 을 첨가하고 어닐링 분위기를 조정함으로써 높은 자기장에서 양호한 자기적 특성을 달성하고 있다.

또한, JP-A 54-68716호 및 동 58-25427 호에서는, 집합조직(texture)을 개선하기 위해 Al 을 첨가함과 동시에 REM 과 Sb 를 복합 첨가하거나 또는 고순화함으로써 철손을 감소시키고 있다.

그 외에, JP-A 61-87823 호에서는, Al 을 첨가하고 최종 어닐링시의 강판 냉각속도를 제어함으로써 자기적 특성을 개선하고 있다. JP-A 3-274247 호에서는, 산화 및 질화를 방지하기 위해 Al 을 첨가함과 동시에 B, Sb, Sn 을 복합첨가함으로써 자기적 특성을 개선하고 있다. JP-A 3-294422 호에서는, 강판의 L, C 특성비를 감소시키기 위해 Al 을 첨가하고 냉간압연을 제어함으로써 자기적 특성을 개선하고 있다. JP-A 4-63252 호에서는 Mn 과 Al 을 복합첨가함으로써 자기적 특성을 개선하고 있다. JP-A 4-136138 호에서는 집합조직을 개선하기 위해 Al 을 첨가함과 동시에 Si 를 극단적으로 감소시키고, 또한 P, Sb 를 첨가함으로써 자기적 특성을 개선하고 있다.

상기한 기술은 이러한 전자기 강판을 사용하는 전기 기기의 효율을 향상시키기 위해 모두 전자기 강판 자체의 특성을 개선하는 것이다.

한편, 최근에는 반도체의 성능향상, 가격의 저하와 함께 반도체의 주변기술의 비약적인 향상에 의해 소형 회전기계의 제어기술이 급속하게 발전하여 인버터에 의한 회전제어가 행해지게 되었다. 또한, 영구자석 재료의 발전에 의해 DC 브러시리스 모터(DC brushless motor)와 같은 고효율 회전기계의 제조가 가능해졌다.

그러나, 소형 회전기계의 제어기술의 발전이나 영구자석 재료의 발전에 따라 모터의 구동조건은 복잡해지고, 그 결과 고회전 영역 뿐만 아니라 저회전 영역에서도 여자조건(exciting condition)은 일그러짐 등에 의한 고주파 성분을 많이 포함하게 되었다. 또한, 고주파 성분을 많이 포함하기 때문에, 상술한 종래재료를 이용한 모터 철심(iron core)에서는 특정한 수준으로 철손을 감소시키기 어렵게 되어, 모터의 효율개선은 한계에 이르렀다.

또한, 철손을 감소시키기 위해 Si 나 Al 등 비저항 원소의 함유량을 증가시키면, 강판의 경도가 상승하여 모터나 변압기의 프레스 가공시에 금형 수명의 저하를 초래하거나 불량 블랭킹(defective blanking)이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 주로 모터 등의 회전기계 및 소형 전력 트랜스듀서(power transducer) 등에 사용하기에 적당한 무방향성 전자기 강판(steel sheet)에 관한 것이다.

특히 본 발명은, 고주파 영역에서 자기 이방성을 감소시켜 자기적 특성을 개선시키고 동시에 종래 제품에 대하여 동일 철손 수준에서 경도(hardness)를 낮추어 프레스 가공시의 블랭킹 특성(blanking property)을 효과적으로 개선시키기 위한 것이다.

도 1 은 모터 효율에 미치는 재료의 철손 W_15/50(L+C) 과 자속밀도 B₅₀(L+C) 의 영향을 나타낸 그래프,

도 2 는 모터 효율에 미치는 재료의 D 철손 W_10/400(D) 과 L, C 평균 철손 W_10/400(L+C) 의 영향을 나타낸 그래프,

도 3 은 식 (1) 및 식 (2) 의 조건을 만족하지 않는 재료 (판두께 : 0.35 ㎜) 의 철손 열화에 미치는 재료의 경도 (Hv₁) 와 철손 W_15/50(L+C) 의 영향을 나타내는 그래프,

도 4 는 식 (1) 및 식 (2) 의 조건을 만족하는 재료 (판두께 : 0.35 ㎜) 의 철손 열화에 미치는 재료의 경도 (Hv₁) 와 철손 W_15/50(L+C) 의 영향을 나타내는 그래프,

도 5 는 식 (1) 및 식 (2) 의 조건을 만족하는 재료 (판두께 : 0.50 ㎜) 의 철손 열화에 미치는 재료의 경도 (Hv₁) 와 철손 W_15/50(L+C) 의 영향을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 목적은 고효율 회전기계의 효율을 한 층 더 높일 수 있고 고주파 영역에서 자기 이방성이 작은 회전기계용 무방향성 전자기 강판을 제안하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 고주파역에서 자기 이방성이 작고 프레스 가공성이 우수한 무방향성 전자기 강판을 제안하는 것이다.

발명자들은 여러 가지 전자기 강판의 자기적 특성을 상세하게 조사하였을 뿐만 아니라 이들 전자기 강판을 이용하여 실제로 회전기계 (모터) 를 제작하여 이들 모터의 실제 특성과 재료특성의 관계에 관하여 상세하게 검토하였다. 그 결과, 발명자들은 실제의 모터 효율을 높이기 위해서는 상용 주파수보다도 고주파인 영역에서 재료의 자기 이방성을 작게 하는 것이 매우 중요하다는 것을 알아내었다.

또, 발명자들은 블랭킹 등 프레스 가공시에 우려되는 자기적 특성의 열화를 방지하기 위해서는 강판의 경도를 그 철손치에 따라 적정 범위로 제한하는 것이 효과적이다는 것도 함께 알아내었다.

본 발명은 상기한 지식에 입각한 것이다.

즉, 본 발명의 요지구성은 다음과 같다.

1. 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 우수한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판에 있어서, 상기 전자기 강판은 C : 0.0050 질량 % 이하, Si : 0.5 ∼ 4.5 질량 %, Mn : 0.1 ∼ 2.5 질량 %, 및 Al : 0.2 ∼ 2.5 질량 % 를 함유하고, 또한 S : 0.01 질량 % 이하로 억제한 조성을 갖고, 엡스타인 시험편(Epstein test piece)을 이용한 압연방향 (L 방향), 압연 직각방향 (C 방향) 및 압연방향에 대하여 45°를 이루는 방향 (D 방향) 의 자기적 특성 측정 값에 대하여, 1.5 T 및 50 ㎐ 에서 L, C 평균 철손 W_15/50(L+C)[W/㎏] 과 5000 A/m 에서 L, C 평균 자속밀도 B₅₀(L+C)[T] 사이에 다음 식 (1)

B₅₀(L+C) ≥0.03·W_15/50(L+C) + 1.63 ·····(1)

의 관계를 만족하고, 또한 1.0 T 및 400 ㎐ 에서 D 철손 W_10/400(D)[W/㎏] 의 L, C 평균 철손 W_10/400(L+C)[W/㎏] 에 대한 비가 다음 식 (2)

W_10/400(D)/W_10/400(L+C) ≤1.2 ·····(2)

의 관계를 만족하며, 또한 강판의 경도를 판두께와 W_15/50(L+C) 에 따라 결정하는 것을 특징으로 한다.

2. 상기 1 에 따른 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 양호한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판은 강판의 경도를 판두께와 W_15/50(L+C) 에 따라 결정하는 것을 특징으로 한다.

3. 상기 2 에 따른 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 양호한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판은 강판의 경도 Hv₁(JIS Z 2244, 시험하중 : 9.807 N) 는 판두께 0.35 ㎜ ±0.02 ㎜ 에서 철손 값 W_15/50(L+C) ≤5.0 W/㎏ 의 범위에 있어서, 다음 식 (3)

Hv₁≤-83.3·W_15/50(L+C) + 380 ·····(3)

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.

4. 상기 2 에 따른 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 양호한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판은 강판의 경도 Hv₁(JIS Z 2244, 시험하중 : 9.807 N) 는 판두께 0.50 ㎜ ±0.02 ㎜ 에서 철손 값 W_15/50(L+C) ≤5.0 W/㎏ 의 범위에 있어서, 다음 식 (4)

Hv₁≤-63.6·W_15/50(L+C) + 360 ·····(4)

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.

5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나에 따른 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 양호한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판은, Sb : 0.005 ∼ 0.12 질량 % 를 더 함유하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

먼저, 발명자들은 시판되는 여러 가지 DC 브러시리스 모터를 구입하고, 이 DC 브러시리스 모터의 로터 및 스테이터와 동등한 형상으로 가공할 수 있는 금형(die)을 제작하였다. 또한, 발명자들은 이 금형을 이용하여 여러 가지 강판 재료를 소정 형상으로 펀칭하여 여러 가지 모터를 제작하였다.

재료 특성의 평가시에는, 종래의 압연방향, 압연 직각방향의 엡스타인 시험편 (각각 L 편, C 편이라 한다) 뿐만 아니라 압연방향에 대하여 45°를 이루는 방향의 엡스타인 시험편 (D 편) 에 관해서도 자기적 특성을 측정하였다. 또한, 상용 주파수 뿐만 아니라 50 ㎑ 까지의 고주파 영역에서도 자기적 특성을 측정하였다. 그리고, 발명자들은 이들 측정결과를 상세하게 분석 및 검토하였다.

도 1 에 모터 효율에 미치는 재료의 철손과 자속밀도의 영향에 관하여 조사한 결과를 나타낸다. 모터 효율은 92 % 이상을, 89 ∼ 92 % 를 △, 89 % 미만을 ×로 표시하기로 한다.

도 1 에 나타낸 바와 같이 재료의 1.5 T 및 50 ㎐ 에서 L, C 평균 철손 W_15/50(L+C)[W/㎏] 과 5000 A/m 에서 L, C 평균 자속밀도 B₅₀(L+C)[T] 사이에 다음 식 (1)

B₅₀(L+C) ≥0.03·W_15/50(L+C) + 1.63 ·····(1)

의 관계가 성립하는 경우, 모터 효율이 92 % 이상으로 우수한 특성을 얻을 수 있다는 것이 판명되었다.

그러나, 상기 식 (1) 의 조건을 만족하는 경우라 해도, 반드시 모든 재료가 92% 이상의 고효율이 달성되지는 않았다.

따라서 본 발명자들은 이 원인을 명확히 하기 위해 고주파 영역 특성, 각도별 특성 및 변형파(strain wave) 해석 등에 관하여 보다 상세하게 검토하였다.

얻은 결과를 도 2 에 나타낸다.

또한, 상기 실험에 있어서 재료는 모두 상기 식 (1) 을 만족하는 것을 이용하였다. 여기서, W_10/400(L+C)[W/㎏] 및 W_10/400(D)[W/㎏] 은 각각 1.0 T 및 400 ㎐ 에서 재료의 압연방향 (L 방향) 과 그 직각방향 (C 방향) 과의 평균 철손 값 및 압연방향에 대하여 45°인 방향 (D 방향) 의 철손 값이다.

도 2 에서 알 수 있는 바와 같이, 이들 비가 다음 식 (2)

W_10/400(D)/W_10/400(L+C) ≤1.2 ·····(2)

의 관계를 만족하는 경우에만 양호한 모터 효율을 안정적으로 얻을 수 있다는 것이 판명되었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따라 상기 식 (1) 및 식 (2) 의 조건을 만족하는 재료를 사용한 경우에서만 양호한 모터 효율을 얻을 수 있는 이유는 분명하지는 않으나, 이하와 같이 추측할 수 있다.

즉, 모터 효율은 모터의 철손 및 동손이 작을 수록 높아진다. 여기서, 철손은 주로 재료의 철손에 영향을 받기 때문에, 낮은 철손을 갖는 모터는 낮은 철손을 갖는 재료를 사용함으로써 얻어진다. 한편, 동손은 재료의 자속밀도에 영향을 받기 때문에, 자속밀도가 높아짐에 따라 투자율이 높아지고, 여자하는데 필요한 전류가 작아도 되므로, 발생하는 줄 손실(joule loss) , 즉 동손이 감소된다.

그러나, 재료의 특성은 통상 이상적인 정현파 여자하에서 측정된 특성임에 반하여, 실제 기계의 특성은 모터의 복잡한 형상 및 자로(magnetic path)의 영향을 받기 때문에, 자속 파형이 변형되고 고주파 성분을 갖게 된다. 최근에, 효율을 증가시키기 위해 인버터 제어가 이용되어 주파수를 변경함으로써 회전수가 변하는 것이 가능해졌다. 인버터 주파수에 있어서, 캐리어 주파수가 고주파일 뿐만 아니라 기본 주파수도 비교적 고주파수가 이용된다.

따라서, 실제 모터 효율은 통상의 재료평가에서는 고려되지 않는 자기적 특성의 고주파 성분에 의해 영향을 받는다.

또한, 통상의 재료평가는 주로 L, C 시험편만의 평가인데 반하여, 자속은 모터에서 사용되는 전자기 강판의 모든 방향 (압연방향에 대하여 45°를 이루는 D 방향을 포함한 판내의 모든 방향) 으로 흐른다.

따라서, 상기한 본 발명의 범위에서 모터 효율의 개선은, 모터 내부에서 D방향의 특성, 특히 저자장, 고주파 특성이 상대적으로 중요한 역할을 하고 있기 때문이라고 생각된다.

이어서, 발명자들은 자기적 특성에 미치는 펀칭(punching)의 영향에 관하여 조사하였다.

상술한 모터 제작에 사용한 여러 가지 재료의 강판 (판두께 : 0.35 ㎜) 을 펀칭하여 30 ㎜ ×280 ㎜ 및 7.5 ㎜ ×280 ㎜ 의 2 종류의 시험편을 채취하였다. 이들 시험편 중 7.5 ㎜ ×280 ㎜ 크기에 대해서는, 4 장을 나란히 배열한 후 엡스타인 시험법에 의해 자기적 특성을 측정하였다. 이 시험에서는, 길이방향이 각각 압연방향 및 압연 직각방향이 되도록 펀치된 것을 사용하여 평균 철손을 측정하였다.

사용된 재료 중에서, 식 (1) 및 식 (2) 의 조건을 만족하지 않는 재료에 대하여 30 ㎜ 폭의 시험편에 대한 7.5 ㎜ 폭 시험편의 철손 열화경향에 관하여 조사한 결과를, 재료의 경도 Hv₁와 철손 W_15/50(L+C) 과의 관계로 도 3 에 나타낸다. 여기서, 횡축의 철손 W_15/50(L+C) 의 값은 크기 30 ㎜ ×280 ㎜ 인 재료의 측정결과에 의해 나타내진다. 또한, 철손의 열화는 8 % 미만을, 8 ∼ 10 % 를 △, 10 % 이상을 ×로 표시된다.

도 3 으로부터 알 수 있듯이, 철손의 열화가 10 % 이상이 되는 경우, 경도가 증가함에 따라 열화 경향이 커지는 것으로 인정되나, 철손 W_15/50(L+C) 에 대해서는 별다른 경향이 인정되지 않았다.

그러나, 식 (1) 및 식 (2) 의 조건을 만족하는 재료에 대하여 동일한 조사를 행한 결과, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 철손 W_15/50(L+C) 이 작아짐에 따라 10 % 이상으로 철손을 열화하는 한계에서 폭 7.5 ㎜ 를 갖는 재료의 경도는 높아지는 것으로 판명되었다.

도 4 로부터 알 수 있듯이, 다음 식 (3)

Hv₁≤-83.3·W_15/50(L+C) + 380 ····· (3)

을 만족하는 경우에는 펀칭에 의한 철손의 열화를 경감할 수 있다는 것이 분명해졌다.

또한, 발명자들은 판두께 0.50 ㎜ 인 소재에 대하여 상기한 0.35 ㎜ 두께의 경우와 동일하게 자기적 특성을 측정하였다.

얻어진 결과를 도 5 에 나타낸다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 다음 식 (4)

Hv₁≤-63.6·W_15/50(L+C) + 360 ·····(4)

를 만족하는 경우에는 펀칭에 의한 철손의 열화를 경감할 수 있다는 것이 분명해졌다.

비록 그 이유는 분명하지는 않지만, 발명자들은 다음과 같이 생각하고 있다.

펀칭에 의한 자기적 특성의 열화는, 펀치된 단면이 전단(剪斷)될 때의 변형에 의한 일그러짐의 영향이 큰 것으로부터 기인한다. 이 변형의 정도는 재료의 결정입자의 크기 및 집합조직에 의해 영향을 받는다고 생각된다. 일반적으로 경도가 커짐에 따라 펀칭 특성은 나빠지지만, 펀칭 후 자기적 특성을 열화시키는한계에서 결정입자의 크기 또는 집합조직을 적정화함으로써 경도는 증가한다고생각된다. 철손 W_15/50은 결정입자의 크기 또는 집합조직에 의해 영향을 받는다고 생각되지만, 철손 W_15/50이 작아짐에 따라 결정입자의 크기 또는 집합조직이 펀칭 특성에 양호한 상태로 적정화되어 있는 것이라고 생각할 수 있다.

철손 W_15/50에 대한 양호한 펀칭 특성을 위한 한계 경도의 의존성은, 재료가 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하는 경우에 현저해진다. 즉, 자기 이방성이 작아짐에 따라, 전단 방향의 차이에 의한 펀칭 특성의 차이 (즉, 철손 열화의 차이) 가 작아진다. 그 결과, 결정입자의 크기 또는 집합조직이 펀칭 특성에 미치는 영향이 상대적으로 커진다. 따라서, 양호한 펀칭 특성을 위한 경도의 범위는 식 (3) 또는 식 (4) 에 나타내진다고 생각된다.

다음에, 본 발명에 있어서 재료의 성분조성을 상기 범위로 한정한 이유에 관하여 설명한다.

C : 0.0050 질량 % 이하

C 는 γ영역을 확대하여 α-γ변태점(transformation point)을 낮출 뿐만 아니라, 어닐링하는 동안 γ상이 α입계(grain boundary)에 필름형상으로 생성되어 α입자의 성장을 억제하기 때문에, C 를 기본적으로 작게 할 필요가 있다. 또한, Si 나 Al 과 같은 α상 안정화 원소를 많이 함유하여 전 온도영역에서 γ상이 생성되지 않는 경우에도, C 함유량이 0.0050 질량 % 를 넘으면 철손 특성의 시효열화(aging degradation)를 일으킬 우려가 있다.

따라서, 본 발명에서 C 함유량은 0.0050 질량 % 이하로 제한한다.

Si : 0.5 ∼ 4.5 질량 %

Si 는 강의 비저항을 높이고 철손을 감소시키는 유용한 원소이기 때문에, 이러한 효과를 얻기 위해서는 최소 0.5 질량 % 가 필요하다. 그러나, Si 의 과도한 첨가는 경도를 증가시켜 냉간 압연특성을 열화시키기 때문에, Si 의 상한은 4.5 질량 % 이다.

Al : 0.2 ∼ 2.5 질량 %

Al 은 Si 와 마찬가지로 강의 비저항을 높이고 철손을 저하시키는 작용을 하기 때문에, Al 은 0.2 질량 % 이상 첨가된다. 그러나, Al 함유량이 많은 경우, 연속주조에서 몰드와의 윤활성이 감소되고 주조가 어렵기 때문에, Al 의 상한은 2.5 질량 % 이다.

Mn : 0.1 ∼ 2.5 질량 %

Si 나 Al 보다는 적지만, Mn 은 강의 비저항을 높이고 철손을 저하시키는 작용이 있고, 열간압연 특성의 개선에도 효과적으로 기여한다. 그러나, Mn 함유량이 0.1 질량 % 보다 적으면, 첨가효과는 미약하고, 반대로 Mn 함유량이 너무 많으면, 냉간압연 특성이 열화되기 때문에, Mn 의 상한은 2.5 질량 % 이다.

S : 0.01 질량 % 이하

S 는 석출물(precipitate) 또는, 개재물(inclusion)을 형성하여 입자성장을 방해시키므로, S 의 첨가는 가능한 한 감소시킬 필요가 있으나, S 첨가량이 0.01 질량 % 이하이면 허용될 수 있다.

이상, 필수성분 및 억제성분에 관하여 설명하였으나, 본 발명에서는 그 외에도 필요에 따라 이하의 원소를 적절히 첨가할 수 있다.

Sb : 0.005 ∼ 0.12 질량 %

Sb 는 집합조직을 개선하여 자속밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 강판 표층의 산화 및 질화 특히 알루미늄의 산화 및 질화를 억제하며, 나아가서는 표층 세립(fine grain)의 생성을 억제한다. 따라서, 표층 세립의 생성을 억제함으로써 표층 경도의 상승이 억제되어 펀칭 가공성을 향상시킨다. 그러나, Sb 함유량이 0.005 질량 % 미만이면, 첨가효과는 미약하며, 반대로 Sb 함유량이 0.12 질량 % 를 초과하면, 입자성장이 저해되어 자기적 특성을 열화시키므로, Sb 함유량은 0.005 ∼ 0.12 질량 % 범위로 제한된다.

P : 0.1 질량 % 이하

Si 나 Al 보다는 적지만, P 는 강의 비저항을 높이고 철손을 감소시키는 효과가 있고, 입계편석(grain boundary segregation)에 의해 냉연 재결정 후의 집합조직을 개선하여 자속밀도를 향상시키는 효과가 있기 때문에, P 는 필요에 따라 첨가해도 된다. 그러나, P 의 과도한 입계편석은 입자성장을 저해하여 철손을 열화시키기 때문에, P 의 상한은 0.1 질량 % 이다.

Ni, Cu 및 Cr 등도 비저항을 높이는 원소이므로 첨가해도 되지만, 이들 전부가 10 질량 % 를 넘으면, 압연 특성이 열화되므로 10 질량 % 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 바람직한 제조조건에 관하여 설명한다.

열연조건은 특별히 규정하지 않지만, 에너지 절약을 위해 슬래브 가열온도는 1200 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

열연판의 어닐링이 800 ℃ 보다 낮으면, 자속밀도를 향상시키는 것이 어려우므로, 800 ℃ 이상의 온도 영역에서 어닐링을 행하는 것이 바람직하다.

이어서, 중간 어닐링을 포함하여 1 회 또는 2 회의 냉간압연을 압연판에 대해 실시한다. 냉간압연에서, 집합조직을 적정하게 하기 위해 50 ℃ 이상의 온도 영역에서 적어도 20 % 이상의 압하(rolling reduction)를 실시하는 것이 바람직하다.

즉, 비교적 낮은 자기장 및 고주파 영역에서 자화용이축인 <100> 이 D 방향의 철손을 개선시키기 위해 D 방향을 향하는 것이 이상적이지만, 자화비용이축인 <111> 을 어느 정도 포함하고 있는 것이 바람직하다고 밝혀졌다.

또한, 상기한 집합조직을 얻기 위해서는 냉간압연시 50 ℃ 이상의 온도 영역에서 적어도 20 % 이상의 압하를 실시하는 것이 중요하다.

비록 이유는 명확하지 않으나, 자구구조(magnetic domain structure)에 기인하는 것이라 추정하고 있다.

만약 압연온도가 50 ℃ 미만이거나 또는 압연 감소율(rolling reduction)이 20 % 미만이면, D//<111> 의 생성이 불충분하여 양호한 D 특성을 얻을 수 없다.

또한, 이러한 압연은 센지미어 압연(Sendzimir rolling)에 의해 달성가능하지만, 생산효율의 관점에서 탠덤 압연(Tandem rolling)이 바람직하다.

만약 온도가 850 ℃ 보다 낮으면 입자성장이 불충분하여 양호한 L, C, D 철손을 얻을 수 없기 때문에, 최종 어닐링은 850 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

실시예 1

표 1 에 나타낸 화학조성을 갖는 강 슬래브(steel slab)를 통상의 가스 가열로에 의해 1150 ℃ 로 가열한 후 열간압연하여 2.6 ㎜ 두께의 열연판을 얻었다. 이어서, 950 ℃ 에서 1 분간 열연판을 어닐링한 후, 0.35 ㎜ 두께가 되도록 4 스탠드 탠덤 압연기로 마무리 압연하였다. 이 경우, 4 번째 스탠드의 입구측 온도는 80 ℃ 이고, 압연 감소율은 32 % 이다. 이어서, 950 ℃ 에서 압연판을 재결정 어닐링한 후 코팅 처리하여 제품판(product sheet)을 제조하였다.

재료 평가를 위해 제조한 제품판으로부터 L, C, D 방향의 엡스타인 시험편을 채취하여 자기적 특성을 측정하였다. 또한, 300 W 의 DC 브러시리스 모터를 시험제작하여 모터 효율을 측정하였다. 그리고, 각 제품판의 경도 Hv₁(JIS Z 2244, 시험하중 : 9.807 N) 를 측정하였다.

이렇게 하여 얻은 결과를 정리하여 표 2 에 나타낸다.

표 2 에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 고주파 영역에서 작은 자기 이방성을 갖는 재료를 얻고, 그 결과, 양호한 모터 특성을 얻는다. 또한, 발명예는 모두 적정한 경도를 가지고 있어 프레스 가공성이 우수하다.

실시예 2

표 1 의 강 기호 A, G 의 재료를 사용하여 제품판을 제조할 때에, 탠덤 압연조건을 여러 가지로 변화시켜 압연을 하였다. 이어서, 재료평가를 위해 이들을 880 ℃ 에서 재결정 어닐링 후 얻은 제품판으로부터 L, C, D 방향의 엡스타인 시험편을 채취하고 코팅처리하여 자기적 특성을 측정하였다. 또한, 300 W 의 DC 브러시리스 모터를 시험제작하여 모터 효율을 측정하였다.

또한, 탠덤 압연기는 4 스탠드로 이루어지며, 가장 높은 입구측 온도를 갖는 스탠드에 대하여 압연 온도와 압연 감소율을 나타내었다.

또한, 각 제품판의 경도 Hv₁(JIS Z 2244, 시험하중 : 9.807 N) 를 측정하였다.

재료 특성 및 모터 효율에 관한 측정결과를 표 3 에, 그리고 경도의 측정치를 표 4 에 각각 나타낸다.

표 3, 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 강판은 모두 고주파 영역에서 자기 이방성이 작고 양호한 모터 특성을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 적정한 경도를 가지고 있어 프레스 가공성도 우수하다.

본 발명에 따르면, 고주파 영역에서 자기 이방성이 작고 회전기계용으로 자기적 특성이 우수하며 펀칭 특성 등의 우수한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판을 안정적으로 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 우수한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판에 있어서,

   상기 전자기 강판은 C : 0.0050 질량 % 이하, Si : 0.5 ∼ 4.5 질량 %, Mn : 0.1 ∼ 2.5 질량 % 및 Al : 0.2 ∼ 2.5 질량 % 를 함유하고, 또한 S : 0.01 질량 % 이하로 억제한 조성을 갖고, 엡스타인 시험편을 이용한 압연방향 (L 방향), 압연 직각방향 (C 방향) 및 압연방향에 대하여 45°를 이루는 방향 (D 방향) 의 자기적 특성 측정 값에 대하여, 1.5 T 및 50 ㎐ 에서 L, C 평균 철손 W_15/50(L+C)[W/㎏] 과 5000 A/m 에서 L, C 평균 자속밀도 B₅₀(L+C)[T] 사이에 다음 식 (1)

   B₅₀(L+C) ≥0.03·W_15/50(L+C) + 1.63 ·····(1)

   의 관계를 만족하고, 또한 1.0 T, 400 ㎐ 에서 D 철손 W_10/400(D)[W/㎏] 의 L, C 평균 철손 W_10/400(L+C)[W/㎏] 에 대한 비가 다음 식 (2)

   W_10/400(D)/W_10/400(L+C) ≤1.2 ····· (2)

   의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 우수한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판.
2. 제 1 항에 있어서, 강판의 경도는 판두께와 W_15/50(L+C) 에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 우수한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판.
3. 제 2 항에 있어서, 강판의 경도 Hv₁(JIS Z 2244, 시험하중 : 9.807 N) 는 판두께 0.35 ㎜ ±0.02 ㎜ 에서 철손 값 W_15/50(L+C) ≤5.0 W/㎏ 의 범위에 있어서 다음 식 (3)

   Hv₁≤-83.3·W_15/50(L+C) + 380 ····· (3)

   의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 우수한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판.
4. 제 2 항에 있어서, 강판의 경도 Hv₁(JIS Z 2244, 시험하중 : 9.807 N) 는 판두께 0.50 ㎜ ±0.02 ㎜ 에서 철손 값 W_15/50(L+C) ≤5.0 W/㎏ 의 범위에 있어서 다음 식 (4)

   Hv₁≤-63.6·W_15/50(L+C) + 360 ····· (4)

   의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 우수한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 강판은, Sb : 0.005 ∼ 0.12질량 % 를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 고주파 영역에서 작은 자기 이방성 및 우수한 프레스 가공성을 갖는 무방향성 전자기 강판.