KR20120127652A - Metallic material which is solid solution of body-centered cubic(bcc) structure having controlled crystal axis <001> orientation, and process for producing same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 재료의 결정축 <001>의 분포를 제어하여 가공면을 따라서 결정축 <001>을 분포시킨 금속 재료, 예컨대 전자 재료(전자 강판) 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 체심 입방(BCC) 구조의 고용체로 이루어지는 금속 재료에 있어서 BCC 단상 고용체가 되는 온도 범위에서의 열간 압축 가공에 의해 상기 금속 재료의 가공면을 따라서 금속의 결정축 <001>을 분포시킨 금속 재료 및 그 제조 방법이다. 예컨대, 상기 금속 재료가 Fe-Si 합금이며 이것을 BCC 단상 고용체가 되는 온도 범위로 가열하여, BCC 단상 고용체에 나타나는 용질 원자 분위기가 전위의 운동을 지배하고, 또한 결정립에 축적되어 있는 변형 에너지를 구동력으로 하여 결정립계를 이동할 수 있는 가공 상태를 유지할 수 있는 변형 속도로 상기한 BCC 단상 고용체에 압축 가공을 행함으로써, 가공면과 평행하게 {100}을 분포시키는 것을 특징으로 하는 금속 재료, 예컨대 전자 재료(전자 강판) 및 그 제조 방법이다.An object of the present invention is to provide a metal material such as an electronic material (electronic steel sheet) in which the crystal axis <001> is distributed along the processing surface by controlling the distribution of the crystal axis <001> of the metal material, and a manufacturing method thereof. Metallic material in which the crystal axis of metal is distributed along the working surface of the metal material by hot compression processing in a temperature range that becomes a BCC single-phase solid solution in a metal material composed of a solid solution having a body-centered cubic (BCC) structure and its manufacture It is a way. For example, the metal material is a Fe-Si alloy and is heated to a temperature range that becomes a BCC single-phase solid solution, so that the solute atomic atmosphere appearing in the BCC single-phase solid solution governs the movement of dislocations, and the strain energy stored in the crystal grains is used as the driving force. A metal material, such as an electronic material, characterized in that {100} is distributed parallel to the processing surface by performing compression processing on the BCC single-phase solid solution at a deformation rate capable of maintaining a processing state capable of moving a grain boundary. Steel plate) and a method for producing the same.
Description
본 발명은 결정축 <001>의 방위가 판면 내에 제어된 체심 입방(BCC) 구조의 고용체인 금속 재료 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 예컨대 전기 기기의 철심 재료에 사용되는 전자 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
금속의 결정축을 나란히 하는 것으로 큰 기술적 효과를 얻을 수 있는 예로서 전기 기기에서 폭넓게 사용되고 있는 전자(電磁) 강판이 있다. 예컨대, 도 3에 도시하는 변압기와 같이 자계의 방위가 결정되어 있는 경우는 결정축이 제어된 방향성 전자 강판이 사용된다. 도 3에 있어서 점선(33)이 자력선의 흐름을 나타내고 있어 코어재(31)의 자화 용이 방향이 적층되는 판재의 면내에 있는 것이 바람직하다.As an example of obtaining a large technical effect by aligning the crystal axes of metals side by side, there is an electronic steel sheet widely used in electrical equipment. For example, when the orientation of the magnetic field is determined as in the transformer shown in Fig. 3, a grain-oriented electrical steel sheet with a controlled crystal axis is used. In FIG. 3, it is preferable that the
또한 모터의 로터나 스테이터에는, 철손을 저감시키기 위해서, 소위 무방향성 전자 강판이 사용된다. 예컨대, 단상 SRM(Switched reluctance motor)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 외부 전원과 접속된 코일이 감긴 스테이터(10)와, 스테이터(10)의 내부에 회전 가능하게 설치되어, 스테이터(10)에 외부 전원이 공급되면, 이 스테이터(10)와 전자기력이 상호 작용하여 회전하는 로터(20)로 구성된다.In addition, a so-called non-oriented electrical steel sheet is used for the rotor and the stator of a motor in order to reduce iron loss. For example, as shown in FIG. 4, the single-phase switched reluctance motor (SRM) is rotatably provided in the
스테이터(10)는, 링형의 구조를 갖는 요크(12)와, 요크(12)로부터 로터(20)를 향하여 반경 방향으로 돌출 설치되며, 원주 방향을 따라서 소정의 슬롯(14)을 사이에 두고 서로 이격되는 복수 개의 폴(16)과, 이들 폴(16)에 휘감겨져서 외부 전원에 접속되는 코일(18)로 이루어진다.The
모터의 스테이터(10)는, 매우 얇은 전자 강판으로부터, 요크(12)와 폴(16)의 평면 형상을 갖는 스테이터 시트를 펀칭하고, 이와 같이 준비한 스테이터 시트를, 일정한 높이로 적층하여 철심을 만들며, 이 철심에 코일(18)을 휘감는 것으로 제조된다.The
이러한 모터에서는, 그 로터의 회전에 따라 로터의 회전축을 중심으로 하여 자계 방향이 변화된다. 이 때문에, 스테이터나 로터용의 전자 강판으로서는, 소위 무방향성인 것이 사용되고 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).In such a motor, the direction of the magnetic field changes about the rotation axis of the rotor as the rotor rotates. For this reason, what is called a non-oriented thing is used as an electronic steel plate for a stator and a rotor (for example, refer patent document 1).
강철의 자화에는 결정의 축에 따른 이방성이 있고, <001>이 가장 자화가 용이하며 히스테리시스 손실이 적고, 다음에 <011>이 자화가 용이하며 히스테리시스 손실이 적고, 가장 자화가 곤란하며 히스테리시스 손실이 큰 것은 <111>이다. 그래서, 모터의 스테이터나 로터에는 반경 방향에 <001>을 우선적으로 배향시켜, 자화를 용이하게 하고 히스테리시스 손실에 의한 철손을 작게 하는 것이 바람직하다. 즉, 모터의 축을 중심으로 하여 회전 대칭으로 <001>이 배향된 철심 재료가 요구된다.The magnetization of steel has anisotropy along the axis of the crystal, <001> is the easiest to magnetize and has less hysteresis loss, then <011> is easier to magnetize, has less hysteresis loss, the most difficult to magnetize, and has less hysteresis loss. The larger one is <111>. Therefore, it is preferable to orient the <001> preferentially in the stator and the rotor of the motor in the radial direction to facilitate magnetization and to reduce the iron loss due to hysteresis loss. In other words, an iron core material in which < 001 > is oriented rotationally symmetrically about the axis of the motor is required.
그러나, 현재 충분히 강판의 <001>을 제어하여 배향시키는 기술이 없기 때문에, 차선책으로서 <111>의 반경 방향의 배향을 피하고, 또한 강판의 특정 방향으로 <001>이 치우친 배향을 피하는 것을 목적으로 하여, 도 5에 도시한 바와 같이, 입체적으로 전혀 배향이 없는, 규소강으로 이루어지는 무방향성 전자 강판이 신일본제철(주), JFE 스틸(주) 등에 의해 개발되어, 실용에 제공되고 있다. 예컨대 신일본제철(주)로부터는 하이라이트 코어, 홈 코어(모두 등록 상표) 등의 상품명으로 판매되고 있다.However, since there is currently no technique to sufficiently control and orient the <001> of the steel sheet, the objective of the present invention is to avoid the radial orientation of <111> and to avoid the orientation in which the <001> is biased in a specific direction of the steel sheet. As shown in FIG. 5, a non-oriented electrical steel sheet made of silicon steel having no three-dimensional orientation is developed by Nippon Iron & Steel Co., Ltd., JFE Steel Co., Ltd., and the like. For example, Shin Nippon Steel Co., Ltd. is sold under brand names, such as a highlight core and a home core (all are registered trademarks).
그러나, 도 5에 도시하는 입체적으로 특정한 배향이 없는 무방향성 전자 강판에서는, 용이 자화 방향이 강판의 특정 방향에 치우쳐 있지 않지만, 결정의 자화 용이축인 <001>이 강판면을 따라서 없는 것이 많기 때문에, 강판면을 따른 자속 밀도를 높게 할 수 없다. 이 때문에 모터의 효율 향상에 한계가 있었다.However, in the non-oriented electrical steel sheet without the three-dimensionally specific orientation shown in Fig. 5, the easy magnetization direction does not deviate from the specific direction of the steel sheet. The magnetic flux density along the steel plate surface cannot be made high. For this reason, there was a limit in improving the efficiency of the motor.
따라서, 모터의 에너지 절감의 관점에서, 도 6에 도시한 바와 같이, 결정면 {100}이 강판면에 대하여 평행하고 결정의 자화 용이축인 <001>이 강판면을 따라서 강판의 면내에 방향적으로는 360도 전체에 걸쳐 <001>이 배향됨으로써, 전자 강판면을 따른 자속 밀도를 높게 한 무방향성 전자 강판의 개발이 요구되고 있다(예컨대, 비특허문헌 1을 참조).Therefore, from the viewpoint of energy saving of the motor, as shown in Fig. 6, the crystal plane {100} is parallel to the steel plate surface and the <001> axis of easy magnetization of the crystal is in the plane of the steel plate along the steel plate surface. Since <001> is oriented over 360 degrees, the development of the non-oriented electrical steel sheet which raised the magnetic flux density along the electronic steel plate surface is calculated | required (for example, refer nonpatent literature 1).
또한, 변압기의 효율을 높이기 위해서 자력선의 통과 방향으로 <001>이 배향된 방향성 전자 강판의 개발이 요구된다.In addition, in order to increase the efficiency of the transformer, development of a grain-oriented electrical steel sheet in which <001> is oriented in the direction of passage of magnetic force lines is required.
따라서, 모터나 변압기 등의 전자 기기의 에너지 효율을 높이기 위해서는 전자 재료의 결정축 <001>을 제어하는 것이 요구된다.Therefore, in order to increase the energy efficiency of electronic devices such as a motor and a transformer, it is required to control the crystal axis of the electronic material.
종래, Al과 같은 면심 입방(FCC) 구조의 금속에 있어서는, 압축 축의 둘레로 회전 대칭성이 있는 결정 배향을 실현하기에는 단축(單軸) 압축 가공이 유효한 것이, {011}(압축면) 섬유 집합 조직의 발달로 알려져 있다. 또한, Fe과 같은 체심 입방(BCC) 구조의 금속에 대해서는, 상온에서의 단축 압축 가공(냉간 압축)에 의해서 {111}+{100}의 이중 섬유 집합 조직, 즉 {111}과 {100}이 압축면에 평행하게 되는 회전 대칭 배향이 변형에 대하여 안정적인 결정 배향으로서 형성되는 것이 알려져 있다.Conventionally, in metals having a surface-centered cubic (FCC) structure such as Al, uniaxial compression processing is effective to realize crystallographic orientation with rotational symmetry around a compression axis. Known for its development. In addition, for metals of a body-centered cubic (BCC) structure such as Fe, {111} + {100} double fiber aggregate structures, that is, {111} and {100} are formed by uniaxial compression processing (cold compression) at normal temperature. It is known that a rotationally symmetrical orientation that becomes parallel to the compressive surface is formed as a crystal orientation that is stable against deformation.
그러나 Fe에 대한 종래의 단축 압축 가공에서는, 우수한 자기 특성을 갖는 <001>의 강판면에 평행한 배향을 야기하는 {100}뿐만 아니라 <001>을 판면 내에 배향시킬 수 없는 {111}이 공존한다고 하는 문제가 있다. 또한 종래의 단축 압축 가공에서는 판면 내에서 {111}쪽이 보다 발달한 상태가 생기기 때문에, 판면 내에 <001>을 배향시키는 전자 강판의 제조 기술로서 단축 압축 가공은 이용되지 않는 것이 현재의 상황이다.However, in the conventional uniaxial compression processing for Fe, not only {100} causing parallel orientation to the steel plate surface of <001> having excellent magnetic properties, but also {111} which cannot orient the <001> in the plate surface coexists. There is a problem. Moreover, in the conventional single-axis compression processing, since the {111} side develops more in the plate surface, the present situation is that single-axis compression processing is not used as a manufacturing technique of the electrical steel sheet which orients <001> in a plate surface.
종래에는 단축 압축 가공뿐만 아니라 다른 가공 방법에서도, 자화 용이축 <001>의 방위를 제어하는 것이 어려웠다. 이 때문에 자화 용이축 <001>이 강판의 표면에 평행하게 되도록 제어되어, 자속 밀도가 높고, 철손이 낮은 자기 특성이 우수한 무방향성 전자 강판을 얻는 제조 방법이 존재하지 않았다고 말할 수 있다. 즉 판면 내에 자화 용이축 <001>이 배향된 무방향성 전자 강판은 존재하지 않는다.Conventionally, it is difficult to control the orientation of the easy magnetization axis <001> not only in uniaxial compression but also in other processing methods. For this reason, it can be said that there was no manufacturing method for obtaining a non-oriented electrical steel sheet having excellent magnetic properties with high magnetic flux density and low iron loss, so that the easy axis of magnetization was parallel to the surface of the steel sheet. That is, there is no non-oriented electrical steel sheet in which the easy magnetization axis <001> is oriented in the plate surface.
따라서 본 발명은, 전술한 현재의 상황에 감안하여 금속의 결정축을 제어하는 것을 과제로 하고 있다. 예컨대, 철 재료의 자화 용이축 <001>을 가공면을 따라서 제어하는 것을 과제로 하고 있다. 그리고 자화 용이축 <001>을 가공면을 따라서 제어함으로써, 판면을 따른 자화가 용이하고 자속 밀도가 높게 취해지며 철손이 낮은 자기 특성이 우수한 금속 재료 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.Therefore, this invention makes it a subject to control the crystal axis of a metal in view of the present situation mentioned above. For example, it is a subject to control the easy magnetization axis <001> of an iron material along a process surface. The object of the present invention is to provide a metal material having an excellent magnetic property, which is easy to magnetize along a plate surface, has a high magnetic flux density, and has low iron loss by controlling the easy axis of magnetization along the machining surface.
종래에는, FCC 구조인 Al-Mg 고용체 합금을 고온에서 단축 압축 변형하면 {110}(압축면)을 포함하는 결정 배향이 형성되는 것이 알려져 있다. 그러나, 본 발명자들은 {100}을 얻기 위해 연구를 진행한 결과, 변형량을 크게 하면 변형의 증대와 함께 {100}이 발달하고, 결국은 {100}만이 존재하는 결정 배향이 되는 것을 발견했다.Conventionally, it is known that uniaxial compressive deformation of an Al-Mg solid solution alloy having an FCC structure at a high temperature forms a crystal orientation including {110} (compressed surface). However, the present inventors have conducted research to obtain {100}, and found that when the amount of deformation is increased, {100} develops with the increase of deformation, and eventually the crystal orientation in which only {100} is present.
그 메커니즘에 관해서 연구를 진행한 결과, 이 배향의 변화는, 변형에 의해 전위(轉位)의 양이 증가하면 {100} 방위의 결정립이, {110} 방위를 비롯하여 다른 결정 방위의 결정립을 입계 이동에 의해서 소비하여 우선적으로 성장하여, 생기는 것이라는 사실을 실험적으로 발견했다.As a result of research on the mechanism, the change of orientation is that when the amount of dislocation increases due to deformation, grains of {100} orientation grain boundary grains of other crystal orientations including {110} orientation. It was found experimentally that it was produced by consuming by movement and preferentially growing.
그리고, {100}은 변형에 수반되는 전위의 도입량이 적다고 고려되는, 결정 중에서의 전단 변형량의 총합 지표인 Taylor 인자가 작은 결정 방위이며, 또한 {100}이 변형에 대하여 안정적인 것에 착안했다.{100} is a crystal orientation in which the Taylor factor, which is the total index of the amount of shear deformation in the crystal, is considered to be small, and {100} is stable against deformation.
또한, 이 {110}으로부터 {100}으로의 변화가 순알루미늄(Al)에서는 볼 수 없기 때문에, Al-Mg 합금에서의 압축에 수반되는 변형이, 용질 원자인 마그네슘(Mg) 분위기를 끌고가는 전위의 운동이 지배적인 변형 메커니즘인 경우에 생기는 것으로 추측되고, 전위의 균일 분포가 {100} 방위의 입계 이동의 우선성을 야기하고 있다는 가설을 제창하기에 이르렀다.In addition, since this change from {110} to {100} is not seen in pure aluminum (Al), the deformation accompanying the compression in the Al-Mg alloy attracts the magnesium (Mg) atmosphere of the solute atom. It is speculated that this occurs when the motion of is the dominant deformation mechanism, leading to the hypothesis that the uniform distribution of dislocations causes the priority of grain boundary movement in the {100} orientation.
이 가설로부터, 발명자들은 체심 입방(BCC) 구조의 고용체에서도 순금속과는 다른 결정 배향이 생기는 것은 아닌가라고 생각했다. 그리고 BCC 금속의 단축 압축 변형에서는, FCC과는 미끄럼계가 다르기 때문에, 실온에서도 FCC과는 다르게 {100}과 {111}이 공존하는 상태가 형성되는 것, 그리고 {100}의 Taylor 인자는 {111}의 Taylor 인자보다 낮은 것에 착안했다.From this hypothesis, the inventors thought that a solid crystal orientation different from the pure metal also occurred in a solid solution of a body-centered cubic (BCC) structure. In the uniaxial compressive deformation of BCC metals, the sliding system is different from that of the FCC, so that {100} and {111} coexist differently from the FCC even at room temperature, and the Taylor factor of {100} is {111}. The focus was on lower than the Taylor factor.
그래서, 용질 원자 분위기를 끌고가는 전위의 운동이 지배적인 변형 메커니즘이 되고, 또한 입계 이동이 가능한 가공 조건을 찾아낼 수 있다면 {111}이 소멸하는 한편 {100}이 빈도 높게 판면에 배향된 재료를 제조하는 기술을 개발할 수 있는 것은 아닌가 라는 착상을 얻기에 이르렀다.Thus, if the movement of dislocations leading to the solute atomic atmosphere becomes the dominant deformation mechanism, and if it is possible to find processing conditions capable of grain boundary movement, {111} disappears while {100} is frequently oriented to the plate surface. The idea was that the technology to manufacture can be developed.
이 착상은 체심 입방(BCC) 구조의 금속 재료 일반에 적용 가능하다고 추정된다. 그래서, 이 착상을 살리는 금속 재료로서 체심 입방(BCC) 구조를 갖는 철-실리콘 합금, 즉 규소강에 관해서 검토를 진행한 결과, 자속 밀도를 증대시키기 위해서 필요한 결정립경의 조대화와 판면 내의 <001> 배향을 가공 조건으로 제어할 수 있는 것을 발견했다.This idea is presumed to be applicable to metallic materials in general in a body centered cubic (BCC) structure. Therefore, as a result of the examination of an iron-silicon alloy having a body centered cubic (BCC) structure, that is, silicon steel as a metal material utilizing this idea, coarsening of crystal grains necessary for increasing the magnetic flux density and the <001> It discovered that orientation can be controlled by processing conditions.
이 발견에 기초하여, 종래의 무방향성 전자 강판의 제조 방법이 냉간 가공과 열처리, 또는 열간 가공과 열처리 등의 두 개의 처리를 조합하고 있는 데 비하여, 열간 단축 압축 가공 또는 열간 평면 변형 압축 가공 등의 하나의 처리만으로 자화 용이축 <001>이 가공면을 따르도록 제어된 전자 강판을 제조할 수 있는 것을 명확히 하여 본 발명을 완성하였다.Based on this finding, the conventional method for producing non-oriented electrical steel sheet combines two processes, such as cold working and heat treatment, or hot working and heat treatment. The present invention has been completed by clarifying that only one treatment can produce an electronic steel sheet in which the easy-to-magnetize axis <001> is controlled along the working surface.
본 발명은, 체심 입방(BCC) 구조의 고용체인 금속 재료의 제조 방법에 있어서 상기 금속 재료가 BCC 단상 고용체가 되는 온도 범위에서의 열간 압축 가공에 의해 상기 금속 재료의 가공면을 따라서 결정축 <001>을 분포시킨 것을 특징으로 하는 금속 재료의 제조 방법이다.The present invention relates to a crystal axis along a working surface of a metal material by hot compression processing in a temperature range in which the metal material becomes a BCC single-phase solid solution in a method for producing a metal material that is a solid solution having a body-centered cubic (BCC) structure. It is a manufacturing method of the metal material characterized by the above-mentioned.
본 발명은, 가공후의 열처리를 필요로 하지 않고 가공면을 따라서 금속의 결정축 <001>을 분포시킬 수 있으며, 그 원리는 체심 입방(BCC) 구조의 고용체인 금속 재료로 적용이 가능하기 때문에, 그 적용 범위가 넓다.The present invention can distribute the crystal axis <001> of the metal along the processed surface without requiring heat treatment after processing, and the principle is applicable to a metal material which is a solid solution of a body centered cubic (BCC) structure. Wide range of applications
또한, 본 발명은 상기 금속 재료가 Fe-Si 합금이며 이것을 BCC 단상 고용체가 되는 온도 범위로 가열하고, 이 BCC 단상 고용체에 나타나는 용질 원자 분위기가 전위의 운동을 지배하며, 또한 결정립에 축적되어 있는 변형 에너지를 구동력으로 하여 결정립계가 이동할 수 있는 가공 상태를 유지할 수 있는 변형 속도로 상기 BCC 고용체에 압축 가공을 행함으로써 가공면과 평행하게 {100}을 분포시키는 것을 특징으로 하는 금속 재료, 예컨대 전자 강판의 제조 방법이다.In the present invention, the metal material is a Fe-Si alloy, which is heated to a temperature range that becomes a BCC single-phase solid solution, so that the solute atomic atmosphere appearing in the BCC single-phase solid solution governs the movement of dislocations and is accumulated in crystal grains. A metal material, for example, an electronic steel sheet, characterized by distributing {100} in parallel with a processing surface by performing compression processing on the BCC solid solution at a deformation rate capable of maintaining a working state in which grain boundaries can move using energy as a driving force. It is a manufacturing method.
BCC 단상 고용체에 나타나는 용질 원자 분위기가 전위의 운동을 지배하고, 또한 결정립에 축적되어 있는 변형 에너지를 구동력으로 하여 결정립계가 이동할 수 있는 가공 상태를 유지할 수 있는 변형 속도로, BCC 단상 고용체를 압축 가공하면 가공면과 평행하게 {100}을 분포시킬 수 있다. 즉, 가공면을 따라서 <001>이 분포하게 된다.When the solute atomic atmosphere appearing in the BCC single-phase solid solution dominates the movement of dislocations, and the deformation energy stored in the crystal grains is used as the driving force, the BCC single-phase solid solution is compressed at a deformation rate capable of maintaining a state in which the grain boundary can move. {100} can be distributed parallel to the machined surface. That is, <001> is distributed along the machining surface.
또한, 본 발명은, 상기 체심 입방(BCC) 구조의 고용체가 Fe-Si 합금이며, 상기 Fe-Si 합금을 BCC 단상 고용체가 되는 온도 범위로 가열하고, 변형 속도를 1×10-5s-1에서 1×10-1s-1의 범위내로 하여 압축 가공한 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 금속 재료, 예컨대 전자 강판의 제조 방법이다.In the present invention, the solid solution of the body-centered cubic (BCC) structure is a Fe-Si alloy, the Fe-Si alloy is heated to a temperature range that becomes a BCC single-phase solid solution, the strain rate is 1 × 10 -5 s -1 It is the manufacturing method of the metal material of
고용체가 Fe-Si 합금인 경우, BCC 단상 고용체에 나타나는 용질 원자 분위기가 전위의 운동을 지배하고, 또한 결정립에 축적되어 있는 변형 에너지를 구동력으로 하여 결정립계가 이동할 수 있는 가공 상태를 유지할 수 있는 변형 속도가 1×10-5s-1에서 1×10-1s-1의 범위내이며, 이 상태에서의 압축 가공을 행하면 가공면과 평행하게 {100}을 분포시킬 수 있다. 예컨대, 변형 속도를 1×10-5s-1에서 1×10-1s-1의 범위내로 하여 단축 압축 가공하면, 특성이 양호한 Fe-Si 합금에 의한 전자 강판을 얻을 수 있다. 여기서 Fe-Si 합금은, Si를 중량%로 1?7% 함유하고, 잔부가 Fe과 불가피적 불순물로 이루어지는 Fe-Si 합금인 것이 바람직하다.In the case where the solid solution is a Fe-Si alloy, the solute atomic atmosphere appearing in the BCC single-phase solid solution governs the movement of dislocations, and the deformation rate at which the grain boundary can be moved can be maintained by using the strain energy accumulated in the crystal grain as a driving force. Is in the range of 1 × 10 −5 s −1 to 1 × 10 −1 s −1 , and {100} may be distributed parallel to the processing surface by performing compression processing in this state. For example, if the strain rate is within the range of 1 × 10 −5 s −1 to 1 × 10 −1 s −1 and uniaxial compression processing, an electrical steel sheet made of a Fe-Si alloy having good characteristics can be obtained. Here, it is preferable that the Fe-Si alloy contains 1 to 7% by weight of Si, and the balance is a Fe-Si alloy composed of Fe and unavoidable impurities.
또한 청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 3에 기재된 금속 재료, 구체적으로는 전자 강판의 제조 방법에 있어서 상기 온도 범위가 800?1300℃의 범위내의 온도인 것을 특징으로 한다.The invention according to
온도 범위를 특정함으로써, 재현성 좋고 특성이 양호한 전자 강판을 제조할 수 있다.By specifying the temperature range, an electrical steel sheet having good reproducibility and good characteristics can be produced.
또한 청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 4에 기재된 금속 재료, 구체적으로는 전자 강판의 제조 방법에 있어서, 상기 압축 가공에 의해 상기 체심 입방(BCC) 구조의 단상 고용체에, 적어도 총변형량 -0.5의 변형을 주는 것을 특징으로 한다.In addition, the invention described in
단축 압축 가공에 의해, 적어도 총변형량 -0.5의 변형을 가함으로써, 확실하게 판면 내에 <001>을 제어한 고품질의 전자 강판을 얻을 수 있다. 변형 에너지가 낮은 결정 방위는 단축 압축 변형에서는 {100}(압축면)이며, 게다가 이 방위가 변형에 대하여 안정되기 위해서 이 결정립이 커지도록 변형 중에 입계 이동하므로, 변형량을 크게 하면 {100} 섬유 집합 조직이 발달한다. 변형은 클수록 좋은 결과를 얻을 수 있다. 총변형량을 크게 하는 것에 의해 가공면과 평행한 {100}의 성장이 현저해진다.By applying at least a total strain of -0.5 by uniaxial compression, it is possible to reliably obtain a high quality electrical steel sheet in which <001> is controlled in the plate surface. The crystal orientation with low strain energy is {100} (compressed surface) in uniaxial compressive strain, and in addition, since the grain boundary moves during deformation so that the grain becomes large in order to stabilize the orientation, the strain amount is increased to increase the {100} fiber assembly. The organization develops. The larger the deformation, the better the result. By increasing the total amount of deformation, the growth of {100} parallel to the processing surface becomes remarkable.
또한, 본 발명은, 체심 입방(BCC) 구조의 고용체인 금속 재료로서 열간 압축 가공에 의해 가공면을 따라서 결정축 <001>이 분포된 것을 특징으로 하는 금속 재료이다. 특히, 체심 입방(BCC) 구조의 고용체로 이루어지는 금속 재료에 있어서 가공면을 따르는 금속의 결정축 <001>의 분포를 나타내는 결정 방위 분포 함수(ODF)의 φ2= 0°단면의 Φ= 0°선상의 방위 밀도가 평균치 1에 대하여 14배 이상인 것을 특징으로 하는 금속 재료이다.In addition, the present invention is a metal material which is a metal material which is a solid solution of a body-centered cubic (BCC) structure, in which crystal axes are distributed along a working surface by hot compression processing. In particular, the body-centered cubic (BCC) crystal axis of the metal along the working surface in a metal material made of a solid solution of the structure <001> of the distribution for indicating the crystal orientation distribution function (ODF) of φ 2 = 0 ° section of Φ = 0 ° line The azimuth density is 14 times or more with respect to the
본 발명에 의해, 종래 얻을 수 없었던 특정 방향으로 향한 방위 밀도가 높은 집중을 실현했다.According to the present invention, a high concentration of azimuth density toward a specific direction that has not been achieved in the past has been realized.
체심 입방(BCC) 구조의 고용체인 금속 재료에 있어서 용질 원자 분위기를 끌고가는 운동이 지배적인 변형 메커니즘이 되는 상태에서의 열간 단축 압축 가공에서는, 고용체 내의 전위가 균일하게 분포되기 때문에, 전위에 수반되는 변형 에너지의 분포에 의거하여 입계 이동이 발생한다. 그렇게 하면, 변형 에너지가 작은 {100}이 판면에 평행하게 성장된 상태를 만들 수 있다. 또한 열간 압연 가공 또는 열간 평면 변형 압축 가공하는 경우는 신장 방향으로 <001>이 향하게 된다. 즉, 어느 경우에 있어서도 가공면을 따라서 <001>이 제어되고 있다.In hot uniaxial compression processing in a state in which the movement of attracting the solute atomic atmosphere becomes a dominant deformation mechanism in a metal material that is a solid solution of a body-centered cubic (BCC) structure, the dislocations in the solid solution are uniformly distributed. The grain boundary shift occurs based on the distribution of strain energy. By doing so, it is possible to create a state in which {100} having a small strain energy is grown parallel to the plate surface. In the case of hot rolling or hot plane strain compression processing, <001> is directed in the stretching direction. That is, in either case, <001> is controlled along the machining surface.
상기 체심 입방(BCC) 구조의 고용체가 Fe-Si 합금인 금속 재료, 구체적으로는 전자 강판의 열간 단축 압축 가공에서는, <001>의 분포를 조사하는 결정 방위 분포 함수(ODF)의 φ2=0°단면의 Φ=0°선상의 방위 밀도가 평균치 1에 대하여 14배 이상인 전자 강판도 용이하게 실현할 수 있다.In the hot-uniaxial compression processing of a metallic material, specifically an electronic steel sheet, in which the solid solution of the body-centered cubic (BCC) structure is a Fe-Si alloy, φ 2 = 0 of the crystal orientation distribution function (ODF) for examining the distribution of <001>. An electronic steel sheet having an azimuth-oriented azimuth density of 占 0 degrees of 14 degrees or more with respect to the
종래의 판재에서는, 결정 방위 분포 함수(ODF)의 φ2=0° 단면의 Φ=0°선상의 방위 밀도가 평균치 1에 대하여 2 이하였다.In the conventional board | plate material, the azimuth density on the phi = 0 degree line of phi 2 = 0 degrees cross section of the crystal orientation distribution function (ODF) was 2 or less with respect to the
가공면과 평행하도록 {001}의 분포가 제어된 Fe-Si 합금에 의한 전자 강판은, 종래의 무방향성 전자 강판에 비해서 그 특성이 우수하다.An electrical steel sheet made of an Fe-Si alloy whose distribution of {001} is controlled to be parallel to the processed surface has superior characteristics as compared with the conventional non-oriented electrical steel sheet.
본 발명의 금속 재료 및 그 제조 방법에 따르면, 그 결정축이 제어된 금속 재료를 얻을 수 있고, 특히 전자 강판에 대해서는 철의 자화 용이축 <001>이 가공면을 따르도록 제어되며, 자속 밀도가 높고 철손이 낮은 자기 특성이 우수한 전자 강판이 제공된다.According to the metal material of the present invention and a method for producing the same, a metal material whose crystal axis is controlled can be obtained. Particularly, for an electronic steel sheet, the easy magnetization axis of iron is controlled along the processing surface, and the magnetic flux density is high. An electronic steel sheet excellent in magnetic properties with low iron loss is provided.
도 1은 본 발명의 열간 단축 압축 가공을 이용하는 제조 방법에 의해 제조된 무방향성 전자 강판의 결정 방위 분포 함수(ODF)의 φ2=0°단면도이다.
도 2는 종래의 무방향성 전자 강판의 결정 방위 분포 함수(ODF)의 φ2=0° 단면도이다.
도 3은 변압기의 전자 강판에서의 자력선의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 4는 전자 강판을 사용한 모터의 구성도이다.
도 5는 종래의 소위 무방향성 전자 강판의 결정 분포를 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제조 방법에 의해서 제조되는 무방향성 전자 강판의 결정분포를 도시하는 개략도이다.
도 7은 단축 압축 가공의 모습을 설명하는 도면으로서, (a)는 압축전을 (b)는 압축후를 각각 보여준다.
도 8은 평면 변형 압축 가공하는 모습을 설명하는 도면으로서, (a), (b)는 가공 지그를, (c)는 가공전의 시료를, 그리고 (d)는 가공후의 시료를 각각 보여준다.
도 9는 압연 가공을 설명하는 도면이다.
도 10은 다방향 압연 가공을 설명하는 도면이다.
도 11은 다이스 가공을 설명하는 단면도이다.
도 12는 체심 입방(BCC) 구조의 모델도이다.
도 13은 모터의 스테이터에 있어서 용이 자화 축 <001> 방위의 모습을 도시하는 도면으로서, (A)는 종래의 무방향성 전자 강판을, (B)는 이상적인 전자 강판을 각각 보여준다.
도 14는 모터의 스테이터에 있어서 {100} 극점도를 도시하는 도면으로서, (A)는 종래의 무방향성 전자 강판을, (B) 본 발명에 따른 전자 강판을 각각 보여준다.
도 15는 종래의 무방향성 전자 강판(점선)과 본 발명에 따른 전자 강판(실선)의 자기 특성을 도시하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing of (phi) 2 = 0 degrees of the crystal orientation distribution function (ODF) of the non-oriented electrical steel plate manufactured by the manufacturing method which uses the hot uniaxial compression process of this invention.
2 is a φ 2 = 0 ° cross-sectional view of the crystal orientation distribution function (ODF) of a conventional non-oriented electrical steel sheet.
It is a figure explaining the flow of the magnetic force line in the electrical steel plate of a transformer.
4 is a configuration diagram of a motor using an electronic steel sheet.
5 is a schematic diagram showing a crystal distribution of a conventional so-called non-oriented electrical steel sheet.
6 is a schematic diagram showing the crystal distribution of the non-oriented electrical steel sheet produced by the manufacturing method of the present invention.
7 is a view for explaining the state of uniaxial compression, in which (a) shows before compression and (b) shows after compression, respectively.
Fig. 8 is a view for explaining a state of planar deformation compression processing, in which (a) and (b) show a working jig, (c) shows a sample before processing, and (d) shows a sample after processing.
It is a figure explaining a rolling process.
It is a figure explaining a multidirectional rolling process.
It is sectional drawing explaining dice processing.
12 is a model diagram of a body-centered cubic (BCC) structure.
Fig. 13 is a diagram showing the state of easy magnetization axis <001> orientation in the stator of the motor, where (A) shows a conventional non-oriented electrical steel sheet and (B) shows an ideal electrical steel sheet, respectively.
Fig. 14 is a diagram showing the {100} pole figure in the stator of the motor, (A) shows a conventional non-oriented electrical steel sheet, and (B) an electronic steel sheet according to the present invention, respectively.
It is a figure which shows the magnetic characteristic of the conventional non-oriented electrical steel plate (dotted line), and the electronic steel plate (solid line) which concerns on this invention.
이하, 본 발명의 전자 강판 및 그 제조 방법의 실시형태에 관해서 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of the electronic steel plate of this invention and its manufacturing method is demonstrated.
고온에서 금속 재료를 변형하면, 여러 가지 구조가 변형에 기여한다. 일반적으로, 금속 재료에서는 전위의 운동에 의해 변형되는 것이 기본적인 구조이다.When the metal material is deformed at high temperatures, various structures contribute to the deformation. In general, in metal materials, the basic structure is to be deformed by the movement of dislocations.
전위의 운동을 지배하는 현상 중의 하나가, 어떤 범위의 온도와 변형 속도의 조합으로 고용체 합금에 나타나는 용질 원자 분위기를 끌고가는 운동이다. 이것은, 전위가 용질 원자에 둘러싸여서 운동하는 상태를 말한다. 예컨대, Fe-Si 합금에 있어서는, 용질 원자인 Si가 결정 전체의 평균 농도보다도 높은 농도로 전위의 주위에 존재하는 용질 원자 분위기를 형성하고, 어떤 범위의 변형 조건에서는, 전위는 용질 원자 분위기로부터 탈출할 수 없으며, 전위를 끌고가면서 운동한다. 그렇게 하면 전위는 용질 원자 분위기를 끌고가기 위해서 그 운동 속도가 저하된다. 그 결과 전위는 상온 부근에서의 변형과는 달리, 결정 내에서 균일하게 분포되게 된다. 즉, 용질 원자 분위기를 끌고가는 운동을 하고 있는 전위는 결정 내에서 균일하게 분포되도록 되기 쉽다.One of the dominant phenomena that governs the motion of dislocations is the movement of a solute atomic atmosphere present in a solid solution alloy with a combination of temperature and strain rates over a range. This refers to a state in which dislocations are surrounded by solute atoms and move. For example, in the Fe-Si alloy, Si, which is a solute atom, forms a solute atomic atmosphere existing around the dislocation at a concentration higher than the average concentration of the entire crystal, and under a certain range of deformation conditions, the dislocation escapes from the solute atomic atmosphere. You can't do it; Doing so lowers the rate of motion to attract the solute atomic atmosphere. As a result, the dislocations are uniformly distributed in the crystal, unlike the deformation near room temperature. In other words, the dislocations in the solute atomic atmosphere tend to be uniformly distributed in the crystal.
여기서, 전위는 격자 결함이며, 변형 에너지를 갖는다. 결정의 방위에 따라서 변형에 기여하는 전위의 양이 다르기 때문에, 동일한 변형량을 부여하더라도, 결정립마다 전위의 양은 다르고, 그 결과 결정립마다 축적되는 변형 에너지량이 다르다. 그러나, 통상의 가공 조건에서는 전위가 서로 변형장을 상쇄하도록 분포되기 때문에, 결정립마다의 전위 밀도의 차이가 그대로 축적되는 변형 에너지의 차로서는 반영되지 않는다.Here, the potential is a lattice defect and has strain energy. Since the amount of dislocations that contribute to strain varies depending on the orientation of the crystals, even if the same amount of deformation is given, the amount of dislocations is different for each grain, and as a result, the amount of strain energy accumulated for each grain is different. However, under normal processing conditions, since the dislocations are distributed so as to cancel the strain fields from each other, the difference in dislocation density for each grain is not reflected as the difference in the strain energy accumulated as it is.
이에 비하여, 본 발명에서의 변형 조건인, 용질 원자 분위기를 끌고가는 전위의 운동이 생기는 고온에서의 압축 가공에서는, 전위가 균일하게 분포되도록 되기 때문에 전위가 상호 변형을 상쇄하는 효과가 작고, 전위 양의 차이가 그대로 축적되는 변형 에너지의 차이에 반영된다.On the other hand, in the compression processing at high temperature where the motion of dislocations leading to the solute atomic atmosphere, which is the deformation condition in the present invention, dislocations are uniformly distributed, so that the dislocations cancel the mutual deformation and the dislocation amount is small. This difference is reflected in the difference in strain energy that accumulates as it is.
이와 같이, 용질 원자 분위기가 전위의 운동을 지배하도록 되면, 개개의 결정립이 갖는 변형 에너지의 양이, 결정 방위에 강하게 의존하게 된다. 그렇게 하면, 변형 에너지가 작은 결정립이 커지려고 하여, 변형 에너지가 작은 결정립의 결정립계가 우선적으로 이동한다.As described above, when the solute atomic atmosphere governs the movement of dislocations, the amount of strain energy of each crystal grain strongly depends on the crystal orientation. By doing so, the grains with small strain energy tend to grow, and the grain boundaries of the grains with small strain energy move preferentially.
변형 에너지가 낮은 결정 방위는 체심 입방(BCC) 구조의 고용체의 단축 압축 변형에서는 {100}(판면)이며, 압연 등의 평면 변형 압축 변형에서는 {100}(판면), <001>(신장 방향)이다. 그렇기 때문에 이들 결정 방위의 결정립이 다른 결정 방위의 결정립을 소비하여 성장하는 것이 된다.The crystal orientation with low strain energy is {100} (plate surface) in uniaxial compressive deformation of solid solution of body-centered cubic (BCC) structure, and {100} (plate surface) and <001> (extension direction) in plane strain compressive strain such as rolling. to be. Therefore, the grains of these crystal orientations grow by consuming grains of other crystal orientations.
또한 {100}의 방위가 압축 변형에서는 변형에 대하여 안정적이므로, 이 결정립이 커지도록 변형 중에 입계 이동하기 때문에, 변형량을 크게 하면 단축 압축 변형에서는 {100} 섬유 집합 조직이, 평면 변형 압축 변형에서는 {100}<001> 집합 조직이 발달한다.In addition, since the orientation of {100} is stable against deformation in compressive deformation, the grain boundary moves during deformation so that this grain becomes large. 100} <001> The assembly organization develops.
여기서, {100}은 가공면, <001>은 연신 방향을 나타낸다.Here, {100} represents a working surface and <001> represents a stretching direction.
본 발명은 전술한 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 본 발명의 방법에서는, 단축 압축 변형, 평면 변형 압축 변형 중 어느 것에 있어서도 {100}이 판면에 평행하게 배향된다. 압축 변형에서는, 판면에 평행하게 결정면 {100}이 배향되고, 특히 단축 압축 가공에서는 결정면 {100}의 법선인 <100>을 회전축으로 하여 판면 내의 압축 방향에 대하여 직각인 방향으로 360도 균일하고 조밀하게 결정 방향 <001>이 분포된다. 또한, 압연 등의 평면 스트레인 변형에 있어서는, 판재의 두께가 압축 가공에 의해서 감소하면, 판재는 한 방향으로 신장된다. 이 경우는 신장 방향으로 조밀하게 <001>이 분포하게 된다.This invention was made based on the above-mentioned knowledge, In the method of this invention, {100} is oriented parallel to a plate surface in either uniaxial compressive deformation or planar deformation compression deformation. In the compression deformation, the crystal plane {100} is oriented parallel to the plate plane, and in uniaxial compression, in particular, <100> which is the normal of the crystal plane {100} as the rotation axis, it is 360 degrees uniform and dense in the direction perpendicular to the compression direction in the plane. The crystal direction <001> is distributed. In addition, in planar strain deformation such as rolling, when the thickness of the plate decreases by compression, the plate extends in one direction. In this case, <001> is densely distributed in the stretching direction.
자화 용이축 <001>이 강판의 표면에 평행하게 분포되는 전자 강판의 제조에 있어서, Fe-Si 합금에 있어서는 적어도 Si를 함유하고, 잔부가 Fe과 불가피적 불순물로 이루어지는 합금을, 체심 입방(BCC) 구조의 고용체가 되는 온도 범위로 가열하고, 이 상태로, 상기 BCC 고용체에 생기는 용질 원자 분위기를 끌고가는 전위의 운동이 지배적인 변형 메커니즘이 되고, 또한 결정립에 축적되어 있는 변형 에너지를 구동력으로 하여 결정립계가 이동할 수 있는 가공 상태를 유지할 수 있는 변형 속도로 상기 체심 입방(BCC) 구조의 고용체에 단축 압축 가공 또는 압연 등의 평면 스트레인 압축 가공을 행하며 이 가공에 의해 가공면과 평행하게 {100}을 밀도 높게 분포시킨다.In the production of an electronic steel sheet in which the easy magnetization axis <001> is distributed in parallel to the surface of the steel sheet, the Fe-Si alloy contains at least Si, and an alloy in which the balance is made of Fe and unavoidable impurities is a body-centered cubic (BCC). Heating in a temperature range that becomes a solid solution of the structure, and in this state, the movement of dislocations leading to the solute atomic atmosphere generated in the BCC solid solution becomes the dominant deformation mechanism, and the deformation energy accumulated in the crystal grains is used as the driving force. Plane strain compression, such as uniaxial compression or rolling, is performed on the solid solution of the body centered cubic (BCC) structure at a strain rate capable of maintaining a state where the grain boundary can move. High density distribution.
그리고, 가공 조건을 정하는 온도와 변형 속도는, 온도 범위가 800?1300℃ 범위내인 온도와, 변형 속도가 1×10-5s-1에서 1×10-1s-1 범위내인 변형 속도이다.In addition, the temperature and strain rate which define processing conditions are the temperature in the range of 800-1300 degreeC, and the strain rate whose strain rate is in the range of 1x10 <-5> s -1 to 1x10 <-1> s <-1>. to be.
압축 가공에 의해 체심 입방(BCC) 구조의 고용체에 가하는 변형량의 합계는 진변형으로 -0.5 이상이다. 목적으로 하는 상태는, 변형량의 증대와 함께 단조롭게 발달하고, 변형량이 적으면 불충분한 발달 상태가 되지만, 변형량이 크면 그만큼 보다 우수한 상태가 생겨나기 때문에, 가하는 변형량에는 상한이 없고, 게다가 복수 회로 나누어서 변형을 가하더라도 좋다.The sum total of the deformation amount added to the solid solution of a body center cubic (BCC) structure by compression processing is -0.5 or more as a true deformation. The target state develops monotonically with the increase of the deformation amount, and if the deformation amount is small, it becomes an insufficient development state, but if the deformation amount is large, a better state is generated.Therefore, there is no upper limit to the deformation amount to be added, and the deformation is divided into multiple circuits. May be added.
또한, 성분에 관해서 설명하면, 체심 입방(BCC) 구조의 고용체 중의 Si는, 강판의 고유 저항을 증대시켜 와전류를 저감시키고, 와전류에 의한 철손치를 개선하기 위해서 첨가되어 있다. 체심 입방(BCC) 구조의 고용체는 BCC 단상의 것이라면 2원계의 합금이 아니더라도 좋고, Si 이외의 성분도 함유하는 3원 이상의 계이더라도 좋다. 체심 입방(BCC) 구조의 고용체가 Fe-Si 합금인 경우, Si의 함유량은 1?7 중량% 정도의 조성 범위이다. Si의 함유량이, 1 중량% 미만이면, 저철손에 필요한 고유 저항을 충분히 얻을 수 없고, 그 함유량이 7 중량%를 넘으면, 압축시에 균열이 현저히 증가하여, 압축 가공이 곤란해지기 때문에, Si의 함유량은, 하한을 1 중량%, 상한을 7 중량%로 하는 것이 바람직하다.In addition, when a component is demonstrated, Si in the solid solution of a body center cubic (BCC) structure is added in order to increase the specific resistance of a steel plate, to reduce eddy current, and to improve iron loss by eddy current. The solid solution of a body-centered cubic (BCC) structure may not be a binary alloy as long as it is a BCC single phase, or may be a ternary or higher system containing components other than Si. When the solid solution of a body centered cubic (BCC) structure is Fe-Si alloy, content of Si is a composition range of about 1-7 weight%. If the content of Si is less than 1% by weight, the specific resistance required for low iron loss cannot be sufficiently obtained. If the content is more than 7% by weight, the cracks increase significantly during compression, and compression processing becomes difficult. As for content of, it is preferable to make a minimum into 1 weight% and an upper limit to 7 weight%.
Fe-Si 합금의 불가피적 불순물로서는, C, Mn, P, S, Al, N 등을 들 수 있지만, 특히 S과 상호 반응하여 미세한 황화물 MnS가 석출되고 자기 특성을 현저히 열화시키는 Mn과, 가공성을 저해하는 P에 대해서는, 0.01 중량% 미만으로, 결정립의 성장을 저해하는 S에 대해서는 0.0001 중량% 미만으로 각각 하는 것이 바람직하다.Examples of unavoidable impurities of the Fe-Si alloy include C, Mn, P, S, Al, and N. In particular, Mn, which reacts with S to precipitate fine sulfide MnS and significantly deteriorates its magnetic properties, It is preferable to set it as less than 0.01 weight% with respect to P to inhibit, and less than 0.0001 weight% with respect to S which inhibits growth of crystal grains, respectively.
체심 입방(BCC) 구조의 고용체가 Fe-Si 합금인 경우, 이것을 가열하는 온도는 BCC 단상이 되는 온도 범위의 온도로서 800?1300℃ 범위내의 온도이다. 이것은, Si의 함유량이 2?5 중량%의 범위에서는 저온으로부터 융점까지 항상 BCC인 Fe-Si 합금도, Si의 함유량이 2 중량% 미만에서는, 그 함유량에 의존하여 고온에서 일단 FCC으로 되어 버려, {100} 섬유 집합 조직의 형성이 저해될 우려가 있기 때문이다. 그래서 Si의 함유량이 2 중량% 미만을 포함하는 온도 범위로서 BCC 단상이 되는 온도 범위의 온도로서, 800?1300℃의 온도 범위내의 낮은 온도측에서 가열된다.When the solid solution of a body centered cubic (BCC) structure is Fe-Si alloy, the temperature which heats this is the temperature of the temperature range which becomes a BCC single phase, and is a temperature in the range of 800-1300 degreeC. This is Fe-Si alloy which is always BCC from low temperature to melting | fusing point in the range of Si content of 2-5 weight%, and when content of Si is less than 2 weight%, it becomes FCC once at high temperature depending on the content, This is because the formation of the {100} fiber aggregate structure may be inhibited. Therefore, it is heated at the low temperature side within the temperature range of 800-1300 degreeC as temperature of the temperature range which becomes Si-BCC single phase as a temperature range containing less than 2 weight%.
BCC 단상 고용체의 압축 가공시의 변형 속도는 단위 시간당 어느 만큼의 변형을 주는가를 나타내는, 소위 가공 속도이다. 가공 속도가 빠른지 느린지로, 변형에 기여하는 전위의 운동을 지배하는 구조가 변한다. 따라서 가공 속도는, 체심 입방(BCC) 구조의 고용체를 BCC 단상이 되는 온도 범위의 온도로 가열한 상태로, BCC 고용체에 나타나는 용질 원자 분위기가 전위의 운동을 지배하는 가공 조건을 유지할 수 있는 속도로 제한된다. 체심 입방(BCC) 구조의 고용체가 Fe-Si 합금인 경우의 변형 속도는, 800?1300℃의 온도 범위내의 온도와의 조합으로, 1×10-5s-1에서 1×10-1s-1 범위내에서 설정된다.The deformation rate in compression processing of a BCC single phase solid solution is a so-called processing speed, which indicates how much deformation per unit time is given. Whether the processing speed is fast or slow, the structure that governs the movement of dislocations that contributes to deformation changes. Therefore, the processing speed is a state in which the solid solution of a body-centered cubic (BCC) structure is heated to a temperature in the temperature range of the BCC single phase, and at such a rate that the solute atomic atmosphere appearing in the BCC solid solution can maintain the processing conditions that govern the movement of the potential. Limited. When the solid solution of a body-centered cubic (BCC) structure is a Fe-Si alloy, the deformation rate is 1 × 10 −5 s −1 to 1 × 10 −1 s − in combination with a temperature within a temperature range of 800 to 1300 ° C. It is set within 1 range.
이 변형 속도의 범위는, Si의 함유량이 3 중량%인 Fe-Si 합금에 대해서, 온도 900℃에서 변형 속도가 1×10-5s-1에서 1×10-2s-1 범위, 온도 1250℃에서 1×10-4s-1에서 1×10-2s-1 범위에서 확인한 결과, 함유량의 증대와 함께 동일한 배향을 얻기 위한 조건이 변형 속도가 동일하면 저온측으로 변화되고, 함유량을 증대시켜서 온도를 일정하게 한 경우, 동일한 배향을 얻기 위한 가공 속도가 증가된다는 상정에 기초하여, 상기 범위내의 Si의 함유량 및 온도와의 조합으로 사용되는 단축 압축 가공에 의해 Fe-Si 합금에 가하는 변형 속도로서 정해진 것이다.This strain rate ranges from 1 × 10 −5 s −1 to 1 × 10 −2 s −1 and temperature 1250 at a temperature of 900 ° C. for a Fe-Si alloy having a Si content of 3% by weight. identified in the 1 × 10 -4 s -1 in the
<실시예> <Examples>
재료가 되는 체심 입방(BCC) 구조의 고용체는, 진공 용해하여 제작한 40 kg의 잉곳에 마무리 두께 40 mm의 열간 압연(가열 온도 1100℃×60분, 마무리 온도 850℃ 이상)을 행하고, 이것을 길이 320 mm로 절단한 뒤, 다시 마무리 두께 20 mm의 열간 압연(가열 온도 1100℃×60분, 마무리 온도 850℃ 이상)을 행한 것을 절단하여 제작한 두께 20 mm, 폭 140 mm, 길이 290 mm의 판으로부터 방전 가공기에 의해 제작한 직경 12 mm, 높이 18 mm 크기의 단면 원형의 기둥형 강편이다.The solid solution of a body-centered cubic (BCC) structure, which is a material, is subjected to hot rolling (heating temperature of 1100 ° C. × 60 minutes, finishing temperature of 850 ° C. or more) having a finishing thickness of 40 mm to a 40 kg ingot produced by vacuum melting. 20 mm thick, 140 mm wide, 290 mm long, cut to 320 mm, then cut to 20 mm thick hot rolling (heating temperature 1100 ℃ 60 minutes, finishing temperature 850 ℃ or more) It is a columnar steel piece of circular cross section of diameter 12mm and height 18mm produced by the electric discharge machine from the.
또한, 잉곳은 Si를 1.5, 3, 4, 5 중량%, 불가피적 불순물의 Mn 및 P을 0.01 중량% 미만, S을 0.001 중량% 미만으로 지정하여 제작했지만, 4 종류의 재료 A, B, C 및 D에는, 하기 표 1에 나타내는 제작후의 분석치로부터 알 수 있는 바와 같이, Mn, P, S 이외에 불가피적 불순물로서, 표에 나타낸 중량%의 C, Al, N 등이 함유되어 있었다.Ingots were produced by designating Si as 1.5, 3, 4, 5% by weight, Mn and P of unavoidable impurities by less than 0.01% by weight, and S by less than 0.001% by weight, but four kinds of materials A, B, and C And D, as can be seen from the analyzed values after production shown in Table 1 below, contained in wt% C, Al, N and the like shown in the table as inevitable impurities other than Mn, P, and S.
전술한 조성의 각 강편을 가열로에서 900℃ 또는 1250℃로 가열한 상태로, 1×10-5s-1에서 1×10-2s-1 범위내의 변형 속도로 진변형 -1.0까지 단축 압축에 의해 직경 20 mm, 높이 6.6 mm로 각각 가공하고, 상온 대기 중에서 서냉하여 강판을 각각 얻었다.Each steel piece of the above-mentioned composition was heated to 900 ° C or 1250 ° C in a heating furnace, and shortened and compressed to true strain -1.0 at a strain rate in the range of 1 × 10 -5 s -1 to 1 × 10 -2 s -1. Was processed into a diameter of 20 mm and a height of 6.6 mm, respectively, and slowly cooled in an ambient temperature atmosphere to obtain steel sheets, respectively.
단축 압축 가공에는, 도 7에 도시하는 하중 용량 2톤의 인장 시험기(시마즈 오토그래프)의 크로스 헤드 스피드 일정의 기능을 이용했다. 인장 시험기로 압축 가공할 때에는, 상하로 원기둥형의 압축 지그를 부착하고, 그 사이에 시료인 강편을 넣어, 상하로부터 힘을 가하지만, 압축 가공 중에 온도를 일정하게 유지하기 위해서, 상하의 압축봉와 강편 전체가 가열로 내에 넣어져 있다. 도 7에서는 모델화하여 열원으로서 기재하고 있다.For uniaxial compression, the crosshead speed constant function of the tension tester (Shimazu Autograph) of 2 tons of load capacity shown in FIG. 7 was used. When compressing with a tensile tester, a cylindrical compression jig is attached up and down, and a sample steel piece is inserted therebetween, and a force is applied from above and below. The whole is put in the heating furnace. In FIG. 7, it is modeled and described as a heat source.
얻어진 강판 중, 온도 900℃, 변형 속도 5.0×10-5s-1로 가공한 Si 함유량 3 중량%의 재료 B로부터 제조한 전자 강판을 높이가 절반이 되도록 2분하고, 직경 20 mm×3.3 mm의 원판 형상의 측정 샘플을 제작하며, 절단한 면을 대상으로, 면을 연마한 뒤에 Schulz의 반사법이라고 불리는 X-선 회절법으로 결정 방위 분포를 측정하여 결정 방위 분포 함수(ODF)를 얻었다. 구체적으로는, Schulz의 반사법에 의해, {100} 극점도, {110} 극점도, {211} 극점도를 각각 별도의 계측으로 얻은 데이터로 그리고, 3장의 극점도를 모순없이 설명할 수 있다, 3차원의 결정 방위 분포를 나타내는 결정 방위 분포 함수(ODF)를 컴퓨터로 계산했다.Of the obtained steel sheets, an electrical steel sheet manufactured from a material B having a Si content of 3% by weight, processed at a temperature of 900 ° C. and a strain rate of 5.0 × 10 −5 s −1 , for two minutes so as to have a height of half, and a diameter of 20 mm × 3.3 mm A disk-shaped measurement sample was prepared, and after the surface was polished, the crystal orientation distribution function was measured by X-ray diffraction method called Schulz's reflection method to obtain a crystal orientation distribution function (ODF). Specifically, by the Schulz reflection method, the {100} pole figure, the {110} pole figure, and the {211} pole figure can be described with the data obtained by separate measurement, respectively, and the three pole figures can be explained without contradiction. The crystal orientation distribution function (ODF) representing the three-dimensional crystal orientation distribution was calculated by computer.
도 1은 3장의 극점도를 모순없이 설명할 수 있도록 컴퓨터 계산하여 얻은 ODF의 φ2=0°단면도이다. 도 1에 있어서, φ1, Φ, φ2는 오일러각이며, 사각형의 윗변과 아랫변을 따른 등고선은, 강판면 내에서의 결정 방위 밀도의 분포를 나타내고 있다. 등고선의 수치는 평균치 1에 대한 배수로 나타낸 방위 밀도를 나타내고, 도 1에는, 수치 20과 1의 등고선 사이에, 수치 18, 16, 14, 12, 10, 8, 6, 4의 등고선이 이 순서대로 그려져 있다. 도 1의 상부 프레임인 Φ=0°의 선상에서는 가장 낮은 영역에서도 14배를 넘는 높은 집적이 인정되고, 첨예한 {100} 섬유 집합 조직이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이 값은, 도 2에 도시하는 기존의 무방향성 전자 강판의 값을 훨씬 넘는 우수한 값이다.1 is a sectional view of φ 2 = 0 ° of ODF obtained by computer calculation so that the three pole figures can be explained without contradiction. In FIG. 1, phi 1 , phi, and phi 2 are Euler angles, and the contour lines along the upper and lower sides of the rectangle show the distribution of crystal orientation densities in the steel plate surface. The numerical value of the contour line represents the azimuth density expressed in multiples of the
도 2는 종래의 방법으로 얻어진 기존의 무방향성 전자 강판으로서 다용되고 있는 것의 φ2=0°단면도이지만, 윗변에 따른 방위 밀도는 0.5에서부터 2.0으로 거의 집합 조직이 없는 상태인 것을 알 수 있다.Fig. 2 is a sectional view of φ 2 = 0 ° of a conventional non-oriented electrical steel sheet obtained by a conventional method, but it can be seen that the azimuth density along the upper side is almost from 0.5 to 2.0.
또한, 실시예에서는, 가공전 재료의 결정 방위 분포에 대해서 언급하고 있지 않지만, 이것은 가공전의 상태가 어떠한 상태이든, 변형량을 크게 하면, 열간 압축 가공에 의해 가공면과 평행하게 {100}이 배향되는 {100} 섬유 집합 조직이 형성되기 때문이다. 물론, 기존의 무방향성 전자 강판과 같은 결정 방위 분포를 갖는 것을 준비하더라도 좋다. 또한, 전술한 실시예에서는, 재료의 단면이 원형으로 되어 있지만, 원 이외의 사각형상이나 다각형상의 단면의 판이나 기둥체이더라도 좋다. 또한, 단축 압축 가공이 가해지는 면도, 같은 이유에 의해 평면 이외의 임의의 형상이어도 좋다.In addition, although the Example does not mention the crystal orientation distribution of the material before processing, this means that {100} is oriented in parallel with the processing surface by hot compression when the deformation amount is increased regardless of the state before processing. This is because the {100} fiber aggregates are formed. Of course, you may prepare what has a crystal orientation distribution like the existing non-oriented electrical steel plate. In addition, in the above-mentioned embodiment, although the cross section of a material is circular, it may be a plate or columnar body of square or polygonal cross section other than a circle. Moreover, arbitrary shapes other than a plane may be sufficient as the shave to which single-axis compression process is applied, for the same reason.
여기서, 전자 강판의 주된 사용처인 모터에서의 용이 자화 방향의 모습을 구체적으로 설명한다. 원판형의 스테이터 재료는 중심 부분과 슬릿이 펀칭되어서 사용된다. 따라서, 스테이터 재료로서는 도 4의 폴(16)부의 특성이 중요해진다.Here, the state of the easy magnetization direction in the motor which is the main use place of an electronic steel plate is demonstrated concretely. Disc shaped stator material is used with the center portion and slits punched out. Therefore, as a stator material, the characteristic of the
도 12에 BCC 구조의 모델을 도시한다. BCC 구조는 상하 좌우의 대칭성이 있기 때문에, 이 도면에 표시된 [100], [010], [001]은 등가이며, 이 3개의 결정축을 총칭하여 <001>로 나타낸다. 또한, 입방체의 면은 전부 등가이기 때문에 면을 총칭하는 {001}, {100}, {010}은 동일한 내용을 나타내고 있다.12 shows a model of the BCC structure. Since the BCC structure has symmetry of up, down, left, and right, [100], [010], and [001] shown in this figure are equivalent, and these three crystal axes are collectively represented by <001>. In addition, since the surfaces of a cube are all equivalent, {001}, {100}, and {010} which generically refer to the surface have shown the same content.
다음에, 모터의 스테이터용인 종래의 무방향성 전자 강판의 용이 자화 방향의 모습을 도 13의 (A)에 도시한다. 종래의 전자 강판에서는, 용이 자화 방향은 입체적으로 360도 여러 방향을 향하고 있다. 또한, 도 13의 (B)에는 거의 이상적인 전자 강판에서의 용이 자화 방향을 도시한다.Next, the state of the easy magnetization direction of the conventional non-oriented electrical steel sheet for the stator of a motor is shown to FIG. 13 (A). In the conventional electrical steel sheet, the easy magnetization direction is directed three-dimensionally 360 degrees in three dimensions. 13B shows the direction of easy magnetization in the almost ideal electronic steel sheet.
또한, {100} 극점도에 의한 용이 자화 방향의 <001> 분포의 모습을 도 14에 도시한다. 도 14의 (A)는 종래의 무방향성 전자 강판, 도 14의 (B)는 본 발명에 따른 전자 강판의 <001>의 분포 모습이다. 도면 중의 숫자는, 평균치 1에 대하여 <001> 밀도의 집중 정도를 도시한다.In addition, the state of the <001> distribution of the easy magnetization direction by a {100} pole figure is shown in FIG. FIG. 14A is a conventional non-oriented electrical steel sheet, and FIG. 14B is a distribution of <001> of the electrical steel sheet according to the present invention. The numbers in the figure show the degree of concentration of the <001> density with respect to the
종래의 무방향성 전자 강판에서는, 특성에 큰 영향을 주는 외주부의 최소치는 평균치의 0.8배 이하이다. 한편, 도 14의 (B)에 도시하는 이번 개발한 전자 강판의 극점도를 보면 외주부의 최소치는 평균치의 1.6배 이상이며, 중심부는 평균치의 19배를 넘고 있기 때문에, 중요한 외주부의 <001> 밀도는 종래 기술에 의한 기존의 재료에 비교하여 크게 높아져 있는 것을 알 수 있다.In the conventional non-oriented electrical steel sheet, the minimum value of the outer peripheral part which has a big influence on a characteristic is 0.8 times or less of an average value. On the other hand, the pole figure of the developed steel sheet shown in FIG. 14B shows that the minimum value of the outer peripheral part is 1.6 times or more of the average value, and the central part exceeds 19 times of the average value. It can be seen that is significantly higher compared to the conventional materials according to the prior art.
도 15에 본 발명에 의한 전자 강판의 자기 특성을 도시한다. 도면 중의 점선이 종래의 무방향성 전자 강판의 자기 특성이고, 실선이 본 발명에 의한 전자 강판의 자기 특성이다. 분명히, 인가하는 자계에 대하여 큰 자속 밀도를 얻을 수 있어 모터 등의 전자 기기의 특성 개선으로 이어지는 것을 기대할 수 있다.15 shows magnetic properties of the electronic steel sheet according to the present invention. The dotted line in the figure is the magnetic characteristic of the conventional non-oriented electrical steel sheet, and the solid line is the magnetic characteristic of the electrical steel sheet according to the present invention. Clearly, a large magnetic flux density can be obtained for the magnetic field to be applied, which can be expected to lead to improvement of the characteristics of electronic devices such as motors.
또한, 실시예에서는, 단일의 재료를 단축 압축 가공하는 예를 보여주지만, 양산을 고려하여, 하중 용량이 큰 전용의 압축기에 의해서 다수의 재료를 적층하여 동시에 압축 가공하거나, 재료의 사이즈를 크게 하도록 하더라도 좋다.In addition, although the embodiment shows an example of uniaxially compressing a single material, in consideration of mass production, a plurality of materials are laminated and compressed simultaneously by a dedicated compressor having a large load capacity, or the size of the material is increased. You may.
또한, 압축 가공의 방법으로서는, 도 8에 도시하는 평면 변형 압축 가공이라도 전술의 가공 조건을 만족함으로써 {100}이 판면에 평행하게 배향된 결과를 얻을 수 있다.In addition, as a method of compression processing, even if the plane deformation compression processing shown in FIG. 8 satisfies the processing conditions described above, a result in which {100} is oriented parallel to the plate surface can be obtained.
또한, 양산을 하기 위해서는 도 9에 도시하는 압연 가공도 가능하고, 도 9에 도시하는 한 방향의 압연 가공에서는 압연면에 평행하게 {100}이 발달되며, 압연 방향으로 <001>이 많이 분포하는 판재를 얻을 수 있다. 또한, 도 10에 도시하는 다방향에서의 압연 가공을 하면 <001>을 면내에서 다방향으로 분포시킬 수 있어, 단축 압축 가공과 동일한 효과를 얻을 수 있다.In addition, in order to mass-produce, the rolling process shown in FIG. 9 is also possible, In the rolling process of one direction shown in FIG. 9, {100} develops parallel to a rolling surface, and a lot of <001> are distributed in a rolling direction. Plate can be obtained. In addition, rolling processing in multiple directions shown in Fig. 10 can distribute < 001 > in multiple directions in the plane, and the same effect as uniaxial compression processing can be obtained.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이 가열 상태로 부재를 다이스에 통과시키면 선형의 금속 재료를 얻을 수 있다. 재료의 <001>이 연신 방향으로 나란하기 때문에 자력선을 연신 방향으로 통과시키면 양호한 특성을 얻을 수 있다.As shown in Fig. 11, the linear metal material can be obtained by passing the member through the die in a heated state. Since the <001> of the material is parallel in the stretching direction, good characteristics can be obtained by passing the magnetic force lines in the stretching direction.
또한, 변형량을 크게 하여, 더욱 얇은 전자 강판으로 할 수도 있고, 이와 같이 하여 얻은 전자 강판의 자기 특성이 보다 우수한 것이 되는 것은, 전술한 것으로부터 분명하다. 본 가공은 고온에서 실시하기 때문에, 가공후에 잔류하는 격자 결함량은 적지만, 가공후 단시간의 소둔을 실시함으로써, 격자 결함량을 더 저감시킨 무방향성 전자 강판으로 할 수 있다.In addition, it is clear from the above-mentioned thing that a deformation | transformation amount can be enlarged and it can also be set as a thinner electrical steel sheet, and the magnetic characteristic of the electrical steel sheet obtained in this way becomes more excellent. Since the present processing is performed at a high temperature, the amount of lattice defects remaining after processing is small. However, by performing annealing for a short time after processing, the non-oriented electrical steel sheet can further be reduced.
본 발명의 실시예로서는, 전자 재료인 Fe-Si를 예로 들었지만, 본 발명은 체심 입방(BCC) 구조의 상태로 열간 압축 가공이 가능한 금속 재료에 적용이 가능하다. 본 발명을 적용함으로써 열간 압축 가공에 의해 가공면과 평행하게 {100}이 성장된 금속 재료를 얻을 수 있다.As an example of this invention, although Fe-Si which is an electronic material was mentioned as an example, this invention is applicable to the metal material which can be hot-compressed-processed in the state of a body centered cubic (BCC) structure. By applying the present invention, it is possible to obtain a metal material in which {100} is grown in parallel with the working surface by hot compression processing.
본 발명에 의해, 결정축의 방위가 제어된 금속 재료, 예컨대 전자 재료의 제조법이 밝혀지고, 좋은 특성의 전자 재료가 제공됨으로써 전자기 에너지의 손실이 적어지며, 사회 전체의 비용 절감으로 이어지고 환경 문제에도 이바지하는 것이 크다.According to the present invention, a method of manufacturing a metal material, for example, an electronic material, in which the orientation of a crystal axis is controlled, is revealed, and by providing an electronic material with good properties, the loss of electromagnetic energy is reduced, leading to cost reduction of the whole society and contributing to environmental problems. It is big to do.
10 : 모터의 스테이터
12 : 요크
14 : 슬롯
16 : 폴
18 : 코일
20 : 모터의 로터
31 : 코어
32 : 코일
33 : 자력선10: stator of motor
12: York
14: slot
16: Paul
18: coil
20: rotor of the motor
31: core
32: coil
33: magnetic lines
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