KR20130117789A

KR20130117789A - 방향성 전자 강판 제품에 절연 코팅을 형성하기 위한 방법 및 절연 코팅으로 피복된 전자 강판 제품

Info

Publication number: KR20130117789A
Application number: KR1020137011762A
Authority: KR
Inventors: 카르스텐 체퍼스; 차오용 왕; 루드거 란; 하이너 슈라퍼스; 스테판 팔케
Original assignee: 티센크루프 일렉트리컬 스틸 게엠베하
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-10-28
Also published as: JP2013542323A; BR112013008376A2; RU2580778C2; RU2013120538A; EP2625298A1; KR101896046B1; DE102010038038A1; JP5980216B2; US20130251984A1; CN103221556B; CN103221556A; WO2012045593A1

Abstract

본 발명은 자기 손실 값이 최소화된 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 a) 전자 강판 제품을 제공하는 단계와, b) 전자 강판 제품의 적어도 한쪽 표면에 인산염의 절연 용액을 도포하고 도포한 피막을 소부 처리하는 단계를 포함한다. 이러한 방법에 의해서 방향성 전자 강판 표면에 작용하는 인장 응력을 더욱 증가시키기 위하여, 작업 단계 b)를 처음 실행한 후에, 다른 절연 코팅 위에 인산염의 절연 용액이 차례로 도포되고 소부 처리된 절연 코팅의 피막 층들이 얻어지도록, 작업 단계 b)를 적어도 한번 반복된다.

Description

방향성 전자 강판 제품에 절연 코팅을 형성하기 위한 방법 및 절연 코팅으로 피복된 전자 강판 제품{METHOD FOR PRODUCING AN INSULATION COATING ON A GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL FLAT PRODUCT AND ELECTRICAL STEEL FLAT PRODUCT COATED WITH SUCH AN INSULATION COATING}

본 발명은 자기 손실 값을 최소화한 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 절연 코팅을 구비한 방향성 전자 강판 제품에 관한 것이다.

본 명세서에서 방향성 전자 강판이라 함은 전기 공학 분야에 적용하기 위한 부품을 제조하는 데에 사용되는 강 스트립 또는 강 시트이다. 이러한 방향성 전자 강판 제품은, 특히 낮은 이력 손실이 무엇보다 중요하며 투자율 또는 분극 특성에 대한 요구가 높은 분야에 적용하기 매우 적합하다. 특히 발전용 변압기, 배전용 변압기 및 고품질의 소형 변압기를 위한 부품의 경우에 이러한 특성에 대한 요구가 상존한다.

예를 들어 유럽특허공보 EP 1025268 B1에 상세히 설명된 바와 같이, 일반적으로 전자 강판 제품의 제조 과정의 초기에 중량%로, 2.5 내지 4.0%의 Si, 0.010 내지 0.100%의 C, 최대 0.150%의 Mn, 최대 0.065%의 Al, 최대 0.0150%의 N, 그리고 각각의 경우에 선택적으로 0.010 내지 0.3%의 Cu, 최대 0.060%의 S, 최대 0.100%의 P, 각각 0.2%의 As, Sn, Sb, Te, Bi와 잔부가 철 및 불가피한 불순물을 포함하는 강이 슬래브, 박 슬래브 또는 주조 스트립과 같은 출발 재료를 제공하도록 주조된다. 그 다음에 출발 재료는 열연 스트립으로 열간 압연하기 위하여 만약 필요하다면 어닐링 처리된다.

코일로 권취한 후에 또는 선택적인 추가 어닐링 및 마찬가지로 선택적인 디스케일링이나 산세 처리 완료 후에, 열연 스트립은 하나 이상의 단계에서 냉연 스트립으로 압연되는데, 냉간 압연 단계들 사이에서 만약 필요하다면 중간 어닐링 처리가 실행될 수 있다. 후속해서 실행되는 탈탄 어닐링 동안, 자기 시효를 회피하기 위하여 냉연 스트립의 탄소 함량은 일반적으로 상당히 감소된다.

탈탄 어닐링 후에 어닐링 분리제, 일반적으로 MgO가 스트립 표면에 도포된다. 어릴링 분리제는 후속해서 실행되는 고온 어닐링 동안에 코일로 감겨진 냉연 스트립이 서로 용착되는 것을 방지한다. 일반적으로 보호 가스 분위기의 벨 타입 노에서 실행되는 고온 어닐링 동안, 선택적인 결정립 성장을 통해 냉연 스트립에 집합 조직이 나타난다. 또한 스트립의 표면에, 소위 "글라스 필름(glass film)"이라는 포스테라이트 피막(forsterite layer)이 형성된다. 부가적으로, 고온 어닐링 중에 일어나는 확산 과정을 거친 강재는 세척된다.

고온 어닐링 후에 이러한 방식으로 얻어진 전자 강판 제품은 절연 코팅으로 피복되고, 열적으로 교정되며 그 후에 "최종 어닐링"에서 응력 제거 어닐링 처리된다. 이러한 최종 어닐링은 추가적인 공정이 필요한 섹션에서 전술한 방식으로 생산된 평탄한 강을 준비하기 전에 또는 준비한 후에 실행될 수 있으며, 섹션으로 절단한 후에 최종 어닐링을 통하여 절단으로 야기된 추가적인 응력이 제거될 수 있다. 일반적으로 이러한 방식으로 생산된 전자 강판 제품의 두께는 0.15 mm 내지 0.5 mm이다.

재료의 금속학적 특성, 전자 강판 제품을 제조하기 위한 냉간 압연 공정에서 설정된 변형률 및 열처리 단계의 파라미터는 각각의 경우에 바람직한 재결정 과정이 일어나도록 서로 맞추어진다. 재결정 과정은 이러한 재료를 위한 "고스 집합 조직"을 만들며, 가장 용이한 자화 방향은 마무리 처리된 스트립의 압연 방향이다. 따라서 방향성 전자 강판 제품은 높은 이방성의 자기 특성을 나타낸다.

변압기에서 에너지 손실 이외에, 발생하는 소음이 또한 문제가 된다. 이것은 자기 변형(magnetostriction)으로 알려져 있는 물리적 효과에 기인하는 것이며 특히 사용되는 전자 강판 코어 재료의 특성에 의해 영향을 받는다.

전자 강판 제품에 도포되는 절연 코팅은 이력 손실을 최소화하는 데에 긍정적인 효과를 갖는다는 것이 알려져 있다. 따라서 절연 코팅은 인장 응력을 모재에 전달할 수 있는데, 이것은 전자 강판 제품의 자기 손실값을 개선할 뿐만 아니라 자기 변형을 감소시키며 결과적으로 완성된 변압기의 소음 특성에 대한 긍정적인 효과를 나타낸다.

이러한 효과를 나타내는 절연 코팅 및 코팅 방법이 예를 들어 독일특허공보 DE 2247269 C3에 설명되어 있다. 절연 코팅을 생성하기 위하여 종래 기술에 따라 사용되는 절연 용액의 주요 성분들은 알루미늄 인산염 및 이산화규소이며, 이산화규소는 콜로이드 형태로 첨가될 수 있다. 절연 코팅의 다른 성분은 무수 크롬산(3산화 크롬) 또는 크롬산이며, 환경에 대한 영향으로 인한 문제를 일으키는 이러한 성분의 함량은 절연 용액의 다른 함량을 적절하게 선택함으로써 최소화될 수 있다(독일 공개특허공보 DE 10 2008 008781 A1, 유럽 공개특허공보 EP 2 022874 A1).

전술한 공지의 절연 코팅에서 공통적인 것은 이미 글라스 필름이 피복된 코팅할 전자 강판 제품의 표면에 절연 코팅이 초기에 도포되고, 그 다음에 예를 들어 압착 롤러를 사용하여 절연 코팅의 두께가 조정되며 마지막으로 오븐에서 절연 코팅이 소부(baking) 처리된다는 것이다. 일반적으로 소부 온도는 대략 850℃이다.

이러한 방식으로 만들어진 절연 코팅은 소부 후에 모재에 대해 상당한 인장 응력을 가한다. 유럽 공개특허공보 EP 2022874 A1호에는 대략 8 MPa의 인장 강도에 해당하는 최대 0.8 kg/㎟의 값이 기재되어 있다. 독일 특허 공보 DE 2247269 C3에 포함되어 있는 다른 구성에 따르면, 이러한 효과는 절연 코팅과 모재의 열팽창 계수의 차이로 인한 것이다. 독일 특허 공보 DE 2247269 C3에 따르면, 여기에서 최대 4 g/㎡의 코팅 밀도가 달성된다.

변압기의 작동 중에 발생하는 소음의 최소화와 관련한 요구는 계속 증가하고 있다. 이것은 한편으로는 엄격한 법적 요건 및 기준 때문이며 다른 한편으로는 일반적으로 요즈음의 소비자가 가청 "변압기 소음"을 발생시키는 전기 설비를 더 이상 받아들이지 않는다는 사실에 기인한 것이다. 따라서, 주거 건물의 가까이에 대형 변압기의 설치를 수락하는 것은 이러한 변압기의 작동에 의해 발생하는 소음 방출에 결정적으로 의존한다.

종래 기술에 따라 제조된 종래의 전자 강판 제품에 대한 실제 실험은 지속적으로 증가하는 요구 사항들이 항상 쉽게 충족될 수 없다는 것을 보여준다. 이러한 요건들을 충족시키기 위해 필요한, 전달되는 상당히 높은 인장 응력이 단순히 코팅 방법을 변경함으로써 달성될 수 없기 때문이다. 그러므로, 절연 코팅의 두께를 증가시키는 것은, 소부 중에 가스 발생을 증가시켜 최종 코팅층의 형상에 부정적인 영향을 미치기 때문에 이러한 목표를 충족시키지 못한다. 따라서, 지나치게 두꺼운 절연 코팅의 경우에 기공이 유발되고, 극단적인 경우에 결합이 일어나지 않기 때문에 코팅이 벗겨진다. 또한, 두께가 두꺼운 절연 코팅과 관련하여 야기되는 문제들은 래스터 전자 현미경(REM)으로 금속조직학 단면을 고려하여 측정되고 "㎛"로 표시되는 코팅 두께가 증가하더라도, g/m로 표시되고 절연 코팅을 그 후에 선택적으로 제거하여 무게 차이에 의해서 결정되는 코팅 밀도는 비례하지 않고 낮게 증가한다는 사실에 의해 확인된다.

이러한 배경 기술과 달리, 본 발명의 목적은 간단한 수단으로 실제로 실현될 수 있으며 전자 강판 제품의 표면에 작용하는 인장 응력이 더욱 증가될 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 최적의 자기 특성을 나타내며 실제 사용시에 마찬가지로 최적화된 소음 특성을 나타내는 전자 강판 제품을 제공하는 것이다.

방법과 관련하여, 이러한 목적은 청구항 1에 명시된 작업 단계들이 전자 강판 제품을 제조하는 동안에 실행되어 달성된다.

전자 강판 제품과 관련하여, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 청구항 13에 명시된 특성을 갖는 평판 제품을 포함한다.

본 발명의 유리한 실시예들은 종속항들에 명시되어 있으며 본 발명의 근본적인 아이디어와 함께 이하에서 상세하게 설명될 것이다.

전술한 종래 기술에 따른 자기 손실값을 최소화한 방향성 전자 강판 제품을 제공하기 위한 본 발명에 의한 방법에서는, 이하의 작업 단계들 a) 및 b)가 실행된다.

작업 단계 a)

전자 강판 제품을 제공하는 단계.

제공되는 전자 강판 제품이 제조되는 방법에 대한 특별한 요건은 없다. 따라서, 본 발명에 따른 방법을 위해 제공되는 전자 강판 제품은 강 합금에 기초하여 앞에서 이미 설명한 문헌에서 통상의 기술자에게 부여된 가이드라인을 적용함으로써 생산될 수 있다. 출원 시점에서 아직 알려지지 않았지만 종래 기술과 마찬가지로 절연 코팅의 도포 및 소부를 위해 제공되는 제조 방법들이 포함된다는 것은 또한 명백하다.

작업 단계 b)

전자 강판 제품의 적어도 한쪽 표면에 인산염의 절연 용액을 도포하고 도포된 피막을 소부하는 단계.

도포 방식, 피막 두께의 설정, 절연 용액의 조성 및 절연 용액에 의해 형성된 절연 코팅의 소부 방법은 종래 기술을 반영할 수 있다.

본 발명에 따라, 이제 작업 단계 b)의 첫 번째 실행 후에 이 작업 단계 b)는 적어도 한번 반복되며, 따라서 결과적으로 인산염의 절연 용액이 차례로 다른 층의 위에 도포되어 소부된 절연 코팅이 얻어진다.

그러므로, 본 발명에 따라 적어도 2개의 개별적인 코팅 단계들이 실행되는 층 두께가 증가된 절연 코팅이 만들어지는데, 여기에서 먼저 제1 절연 코팅 피막이 도포되고 소부되고, 그 다음에 적어도 하나의 추가적인 절연 코팅 피막이 마찬가지로 도포되고 소부된다. 만약 필요하다면 절연 용액의 추가적인 피막을 도포하고 소부하는 것을 통해서 훨씬 두꺼운 코팅 두께를 생성하기 위하여 코팅 및 소부 공정은 다수 회 반복될 수 있다. 그러나, 실제 시험에서 작업 단계 b)를 구성하는 "코팅의 도포" 및 "도포된 절연 용액의 개별적인 피막의 소부"하는 단지 한번의 공정 절차의 반복으로, 본 발명에 따른 전자 강판 제품의 강 기재(substrate)에 전달되는 인장 응력이 상당한 증가한다는 알 수 있다.

본 발명에 따라 절연 코팅은 개별적으로 도포되고 소부되는, 인산염의 절연 코팅 용액의 적어도 2층으로 형성된다. 그 후에 절연 코팅들은 높은 코팅 밀도와 큰 두께에 의해 특징지어지는 절연 코팅을 형성한다.

본 발명에 따른 절연 코팅은 절연 용액의 각각의 코팅이 도포되고 소부되는 개별적인 작업 단계에서 만들어지기 때문에, 두꺼운 절연 코팅이 한 번의 작업으로 도포되는 경우에 발생하는 코팅 두께와 관련한 바람직하지 않은 코팅 밀도의 생성이 회피된다. 본 발명에 따라 이와 같이 두꺼운 코팅 두께가 매우 높은 코팅 밀도로 만들어질 수 있다. 이것은 인장 응력, 자기 손실 값 또는 피상 전력 및 자기 변형 값 및 방출되는 소음 수준(LvA 값 = A 가중 자기 변형 속도 수준; LaA 값 = A 가중 자기 변형 가속도 수준)에 반영된다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 전자 강판 제품으로부터 특히, 종래의 전자 강판으로 만들어진 변압기와 비교하여 작동 중에 소음 방출이 현저하게 감소되는 변압기용 플레이트가 만들어질 수 있다.

이러한 목적을 위해 종래 기술에서 이미 시도되고 시험한 절연 용액의 방식으로, 작업 단계 b)에서 절연 코팅을 제조하기 위해 사용된 인산염의 절연 용액은 콜로이드 성분, 특히 콜로이드 이산화규소(colloidal silicon dioxide)를 포함할 수 있다.

기본적으로 절연 코팅을 생성하기 위해 본 발명에 따라 사용되는 절연 용액은 다양한 인산염을 함유할 수 있다. 그러나, 알루미늄 인산염 및/또는 마그네슘 인산염을 함유한 인산염의 절연 용액에서 특히 양호한 결과가 얻어진다. 바람직하게는, 인산염의 용액을 위한 기본 용매로서 물이 사용될 수 있다. 그러나, 물과 유사한 반응성 및 극성을 갖는다면 다른 용매들이 또한 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 절연 용액은 산세 억제제 및 습윤제를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 첨가제를 또한 포함할 수 있다. 산세 억제제 및/또는 습윤제의 사용을 통해, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 방향성 전자 강판 제품은 더욱 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 절연 코팅을 생성하기 위해 사용된 절연 용액이 첨가제와 같은 콜로이드 안정제를 포함하기 때문에, 공지되 방식에서 인산염 코팅이 건조될 때에만 졸 상태에서 겔 상태로 전이가 일어나는 것을 보장할 수 있다. 게다가, 콜로이드 안정제의 사용으로 인산염 용액의 균일한 도포가 가능하므로, 완성된 코팅의 일관된 품질이 달성될 수 있다.

본 발명에 따라 전자 강판 제품에 절연 코팅을 생성하기 위해 고려할 수 있는, 절연 용액의 가능한 조성에 대한 더욱 상세한 설명은 예를 들어 독일 공개특허공보 DE 10 2008 008781 A1에서 알 수 있다.

제조 조건 및 특성에 따라, 첫 번째로 실행하는 작업 단계 b)에서 사용된 절연 용액과 비교하여 변경된 절연 용액을 적어도 하나의 반복하여 실행하는 작업 단계 b)에서 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 첫 번째 및 각각 후속하여 실행하는 작업 단계 b)에서 동일한 조성을 갖는 절연 용액이 사용되면, 적어도 2개의 층으로 도포된 절연 코팅의 특히 양호한 부착성 및 특히 높은 코팅 밀도(r)가 얻어지는 것이 실제 시험에서 밝혀졌다.

각각의 선행하는 작업 단계 b)에서 도포되고 소부되는 절연 코팅의 피막은 반복되는 작업 단계 b)에서 다음 층의 절연 용액이 도포되기 전에 완전히 소부되는 것이 본 발명을 위해 중요하다. 이것은 소부 처리하는 동안 단순 건조를 위한 온도보다 높은 온도 수준이 달성되는 것을 필요로 한다. 따라서, 본 발명을 실제 실시하기 위해 작업 단계 b)에서 실행되는 소부의 소부 온도는 적어도 300℃이다.

경제적인 이유로, 적어도 마지막으로 반복하는 작업 단계 b)의 과정에서 이루어지는 소부하는 동안에 소부 온도가 적어도 700℃이면 특히 유리하다. 이러한 온도 수준에서 소부 처리는 일반적으로 이 제조 방법의 결과로서 형성된 불가피한 응력을 제거하기 위하여 응력 제거 어닐링과 조합될 수 있다. 어닐링은 단시간 어닐링으로서 공기 분위기의 연속로에서 또는 질소 분위기의 머플로(장시간 어닐링)에서 이루어질 수 있고, 여기에서 소부 처리와 조합하여 단시간 어닐링은 본 발명에 따라 제조된 절연 코팅의 최적의 부착성 및 높은 코팅 밀도의 생성과 관련하여 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 소부 온도가 적어도 800℃, 특히 대략 850℃이면, 소부 결과는 특히 여전히 존재할 수 있는 응력의 제거와 관련될 수 있다. 동시에 본 발명에 따라 제조되는 전자 강판의 강 기재의 구조에서 바람직하지 않은 변화를 회피하기 위하여, 작업 단계 b)의 과정에서 실행되는 소부에서 소부 온도는 900℃를 초과하지 않아야 하며 특히 900℃ 미만으로 유지되어야 한다.

물론, 원칙적으로 각각의 반복하는 작업 단계 b)를 위해 동일한 장치를 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 반복 횟수에 상응하는 개수로, 처리 라인에 절연 용액을 도포 및 소부하기 위한 장치가 차례로 배열되어 있고 코팅할 전자 강판 제품이 연속적인 방식으로 통과하는 처리 라인을 따라 반복 실행되는 작업 단계 b)가 진행된다면, 본 발명에 따른 방법은 특히 경제적으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 절연 코팅이 본 발명에 따른 방법에서 차례로 도포되고 소부되는 절연 용액의 2개의 층으로 형성된다면, 그 후에 연속 작업 동안 이러한 라인에서 절연 용액의 제1 피막을 도포하고 소부하기 위한 제1 장치 및 제2 피막을 도포하고 소부하기 위한 제2 장치를 연속으로 통과할 것이다.

본 발명에 따라 제조되어 제공되는 전자 강판 제품에서, 각각의 경우에 코팅 밀도에 대한 코팅 두께의 비율과 인장 강도에 대한 코팅 두께의 비율은 최적의 범위에 있다. 실제 시험에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 범위들은 대응하는 두께의 절연 코팅이 단일 단계에서 도포되고 소부되는 경우에서의 관련된 특성에 대한 범위보다 실제 적용에 더욱 적합하다.

적어도 표면 중의 한쪽 표면에 소부된 인산염의 절연 코팅을 구비한 본 발명에 따라 제공되는 방향성 전자 강판은, 인산염의 절연 코팅 두께(D)가 3 ㎛ 이하인 경우에 인산염의 절연 코팅의 코팅 밀도(r)는 5 g/㎡ 이상이며, 두께(D)가 3 ㎛를 초과하는 경우에 인산염의 절연 코팅의 코팅 밀도(r)는 아래의 관계식이 적용되는 것을 특징으로 한다.

r [g/㎡] > 3/5 g/㎛/㎡＊ D [㎛]

여기에서, 인산염의 절연 코팅의 코팅 밀도(r)가 5 g/㎡ 이상인 경우에, 절연 코팅에 의해 전달되는 인장 응력(Z)은 아래의 조건을 만족한다.

Z [MPa] > 7/6 MPa＊㎡/g ＊ r [g/㎡]

전술한 방식으로 제공되는 전자 강판 제품은 본 발명에 따른 방법의 적용에 의해 경제적이고, 신뢰할 수 있으며 작동시에 안전하게 제조될 수 있다.

본 발명은 예시적인 실시예 및 비교예를 참조하여 이하에서 상세하게 설명된다.

도 1은 종래 기술의 방법에 따라 한번 코팅된 시편들과 본 발명에 따라 두번 코팅된 시편들에 대하여, 개별적인 절연 코팅의 ㎛로 표시되는 두께(D)에 대한 g/㎡로 표시되는 코팅 밀도(r)를 나타낸 도표이다.
도 2는 종래 기술의 방법에 따라 한번 코팅된 시편들과 본 발명에 따라 두번 코팅된 시편들에 대하여, 개별적인 절연 코팅의 g/㎡로 표시되는 코팅 밀도(r)에 대한 MPa로 표시되는 전자 강판 제품의 강 기재에 개별적인 절연 코팅에 의해 가해지는 인장 응력을 나타낸 도표이다.

도 1에 도시된 도표에서, 본 발명에 따라 두번 코팅된 시편들에 대하여 측정된 밀도 값(r)이 절연 코팅의 개별적인 두께(D)에 대해 검은색의 삼각형으로 표시되어 있는 반면에, 종래 기술의 시편들에 대하여 측정된 밀도 값(r)은 절연 코팅의 할당된 두께(D)에 대해 검은색의 원형으로 표시되어 있다.

적어도 3 ㎛의 코팅 두께로 본 발명에 따라 코팅된 시편들은 조건, r [g/㎡] > 3/5 g/㎛/㎡＊ D [㎛]을 만족하는 코팅 밀도(r)를 갖는다는 것을 알 수 있다. 3 ㎛보다 작은 두께의 절연 코팅에서 각각의 경우에 얻어지는 밀도(r)는 4 g/㎡ 보다 크며, 여기에서 본 발명에 따라 의도하는 특성과 관련하여 3 ㎛보다 작은 두께의 절연 코팅에 대한 밀도의 한계는 5 g/㎡로 설정된 본 발명에 따른 요건을 여전히 충족한다. 도 1에 도시된 결과에서 이러한 요건은 절연 코팅 두께(D)가 적어도 2 ㎛인 시편들에 의해서 충족된다.

도 1에 도시된 도표와 마찬가지로, 도 2에 도시된 도표에서 본 발명에 따라 두번 코팅된 시편들에 대하여 측정된 인장력(Z)이 개별적인 코팅 밀도(r)에 대해 검은색의 삼각형으로 표시되어 있는 반면에, 종래 기술의 시편들에 대하여 측정된 인장 응력(Z)은 절연 코팅의 할당된 밀도(r)에 대해 검은색의 원형으로 표시되어 있다.

본 발명에 따라 두번 코팅된 시편들에서 절연 코팅은, 종래 기술에 따라 한번의 작업으로 동일한 코팅 밀도(r)의 단일의 절연 코팅으로 코팅된 것보다 각각의 전자 강판 제품의 강 기재에 대해 언제나 높은 인장 응력(Z)을 가한다는 것을 알 수 있다. 이러한 사실은 코팅 밀도(r)가 적어도 5.1 g/㎡인 시편들에서 특히 분명하다. 따라서, 실제로 일어나는 요건은 특히 Z [MPa] > 7/6 MPa＊㎡/g ＊ r [g/㎡]이 적용되는 본 발명에 따른 전자 강판 제품에 의해서 충족된다.

본 발명에 의해 달성되는 효과를 확인하기 위하여, 10회의 시험 V1 - V10이 실행되었으며, 시험 V1, V2, V4, V7, V9는 종래 기술에 따른 것이고 시험 V3, V5, V6, V8, V10은 본 발명에 따른 것이다.

모든 시험에서 각각의 경우에 출원인의 전형적인 제품으로부터 방향성 전자 강판에서 0.30 mm의 두께를 갖는 350 mm x 60 mm 시트의 섹션이 고온 어닐링 다음의 상태에서 사용되었다. 탈탄 상태에서 강 스트립은 잔부 철 및 불가피한 불순물 이외에, 중량%로 C : < 0.0025%, Si : 3.15%, Mn : 0.008%, S : 0.02%, Cu : 0.07%, Sn : 0.08% 및 Al : 0.03%을 포함하였다. 탈탄 처리하지 않은 원래의 상태에서 고온의 스트립으로서 강 스트립은 0.06 중량%의 C를 포함하였다.

시편들은 세정되고 코팅 시스템의 절연 용액으로 양쪽에 코팅되었다. 코팅 시스템은 원하는 코팅 두께를 설정하기 위한 트윈 압착 롤러 쌍을 구비하고 있다. 할당된 시편의 표면으로부터 압착 롤러의 클리어런스를 조정함으로써, 각각의 원하는 두께가 설정될 수 있다.

시험에 사용되는 액상의 절연 용액은 이하에 설명하는 성분들을 리터당 함유하였으며, 그램의 양이 절대값으로 표시되고 개별적인 농도는 "( )" 괄호 안에 표시되어 있다.

시험 V1 - V6

150g 모노 알루미늄 인산염 (50%)

183g 콜로이드 이산화규소 (30%)

12g 3산화 크롬(chromium trioxide)

시험 V7, V8

150g 모노 알루미늄 인산염 (50%)

183g 콜로이드 이산화규소 (30%)

2g 활성 물질로서 디에틸티오우레아(diethylthiourea)를 포함한 산세 억제제

10g 활성 물질로서 트리에틸 인산염(triethylphosphate)을 포함한 콜로이드 안정제

시험 V9, V10

150g 모노 알루미늄 인산염 (50%)

183g 콜로이드 이산화규소 (30%)

36g 크롬 (Ⅲ) 나이트레이트(nitrate), 노나하이드레이트(nonahydrate)

표 1에는 시험 V1 - V10에 대한, 각각의 경우에 생성된 절연 코팅의 두께(D), 절연 코팅의 코팅 밀도(r), 50 Hz의 주파수 및 1.7 테슬라(Tesla)의 분극에서의 이력 손실(P₁ _.7/50), 50 Hz의 주파수 및 1.7 테슬라(Tesla)의 분극에서의 피상 전력(S₁ _.7/50), LvA 값, LaA 값, 각각의 시편의 강 기재에 개별적인 절연 코팅에 의해 가해지는 인장 응력이 제시되어 있다.

절연 코팅의 각각의 두께(D)는 래스터 전자 현미경 아래의 개별적인 시편의 마이크로섹션을 조사하여 측정되었다.

절연 코팅의 코팅 밀도(r)는 60℃에서 수산화나트륨(25%)로 인산염 코팅을 제거하여 측정되었다.

각각의 경우에 절연 코팅에 의해 가해지는 인장 응력은 절연 코팅의 한쪽 면을 제거하기 전후에 각각의 시편의 곡률 변화를 측정함으로써 결정되었다.

시험 V1 (본 발명에 따른 것이 아님)

시편은 양쪽 면에 절연 용액으로 코팅되었다. 그렇게 해서, 압착 롤러들의 상응하는 조정에 의해 표 1에 제시된 작은 피막 두께가 설정되었다.

절연 코팅을 도포한 후에 즉시, 코팅은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

절연 코팅의 인장 응력은 다음과 같은 방법으로 측정되었다.

시편의 한쪽 면을 산세-저항 필름으로 차폐하였다. 시편은 60℃의 수산화나트륨(25%)에 10분 동안 담가 두었다. 보호되지 않은 면에 이전에 도포되어 소부된 인산염의 절연 코팅은 이러한 방식으로 그 아래의 글라스 필름/포스테라이트 피막을 손상되지 않고서 제거되었다.

시편의 곡률은 이러한 처리의 전후에 측정되었으며 그 차이로부터 절연 코팅에 의해 전달되는 인장 응력이 결정되었다.

절연 코팅의 제거 전후에 시편의 무게의 차이로부터, 코팅 밀도(r)를 측정하는 것도 가능하였다.

시험 V2 (본 발명에 따른 것이 아님)

압착 롤러는 시험 V1의 경우보다 넓게 개방되었으며, 따라서 절연 용액의 도포시에 공업적인 생산에서 일반적인 것처럼 다소 두꺼운 코팅 두께가 설정되었다.

도포한 후에 즉시, 코팅은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

이 시편에 대해 측정된 코팅 밀도는 일반적인 생산 제품의 밀도와 대략 일치하였다.

시험 V3 (본 발명에 따른 것)

각각의 경우에 도포된 절연 용액의 더욱 두꺼운 피막을 얻기 위하여, 코팅 시스템의 압착 롤러들은 시험 V1의 경우보다 낮은 접촉 압력으로 설정되었다.

도포한 후에 즉시, 도포된 피막은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

그 다음에 코팅 과정이 반복되었다. 이를 위해, 이전에 소부된 피막에 제2 층의 절연 용액을 도포하기 위하여 시편은 첫번째와 동일한 방식으로 다시 코팅 시스템을 통과하였다. 또한 제2 도포 후에 즉시, 코팅은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

두께가 더욱 작지만 시험 V3에서 처리한 시편에 대해 측정된 자기 특성 값과 자기 변형의 LvA 값및 LaA 값은 시험 V2에서 처리한 시편보다 훨씬 높았다.

절연 코팅에 의해 작용하는 인장 응력(Z)에 대해서도 동일하다. 절연 코팅의 두께(D)가 상당히 작음에도 불구하고, 시험 V2에 대해 측정한 값보다 상당히 높았다.

시험 V4 (본 발명에 따른 것이 아님)

일반적으로 제조되는 것보다 두꺼운 코팅이 얻어지도록 코팅 시스템의 압착 롤러가 조정되었다. 도포한 후에 즉시, 피막은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

상당히 두꺼운 코팅에도 불구하고, 단일의 코팅으로 형성된 절연 코팅에 의해 시편의 강 기재에 가해지는 인장 응력은 7.5 MPa로, 본 발명에 따른 시험 V3에서 제조된 절연 코팅에 의해 가해지는 인장 응력보다 현저히 낮았다.

시험 V5 (본 발명에 따른 것)

코팅 시스템의 압착 롤러는 시험 V4의 경우보다 좁게 조정되었다. 도포한 후에 즉시, 얻어진 절연 용액의 피막은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

그 다음에 코팅 과정이 반복되었다. 이를 위해, 이전에 소부된 피막에 제2 층의 절연 용액을 도포하기 위하여 시편은 첫번째와 동일한 방식으로 코팅 시스템을 통과하였다. 또한 제2 도포 후에 즉시, 코팅은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

LvA 값 및 LaA 값을 갖는 자기 변형을 포함하는 자기 특성 값은 두께가 동일함에도 불구하고 시험 V4에서 제조된 시편보다 상당히 우수하였다.

강 기재에 대해 절연 코팅에 의해서 가해지는 인장 응력은 14.0 MPa의 매우 양호한 값을 나타내었다. 이것은 시험 V4에서 제조된 시편에 의해 가해지는 인장 응력보다 상당히 우수하였다.

본 발명에 따라 두번 코팅된 시편의 코팅 밀도(r)는, 코팅 두께(D)가 같음에도 불구하고 시험 V4에서 제조된 시편보다 상당히 높았다.

시험 V6 (본 발명에 따른 것)

압착 롤러는 시험 V5에 대한 것과 동일한 방식으로 설정되었다. 도포한 후에 즉시, 코팅은 질소 분위기의 300℃에서 10초 동안 소부되었다.

압착 롤러가 동일하게 설정된 상태에서 시편을 코팅 시스템을 추가적으로 통과하였다. 그 다음에 즉시, 질소 분위기 하에서 추가적인 소부 처리가 실행되었으며, 이 경우에 소부 시간은 1 분이고 소부 온도는 840℃였다.

이러한 방식으로 처리된 시편의 특성들은 시험 V5에 따라 처리된 시편과 대략 동일하다.

강 기재에 대해 절연 코팅에 의해 전달되는 인장 응력은 12.5 MPa을 나타내었다. 따라서, 이것은 시험 V5에 따라 제조된 시편에 대한 것과 유사하게 높았다.

따라서, 절연 용액에 의해 형성된 제1 층의 소부는 낮은 온도에서도 가능하다. 그러나, 인장 응력을 발생시키는 열팽창 계수의 차이를 이용하기 위하여, 반복하여 도포 및 소부되는 절연 용액의 소부는 고온에서 이루어져야 한다.

절연 용액이 저온에서 소부 처리되는 이러한 접근 방안의 장점은 낮은 소부 온도 및 짧은 소부 시간을 갖는 오븐이 기존에 작동하는 연속 어닐링 시스템에 더욱 용이하게 통합될 수 있고 이러한 방식에서 전체 코팅 공정은 원칙적으로 단일의 라인에서 실행될 수 있다는 것이다.

시험 V7 (본 발명에 따른 것이 아님)

콜로이드 안정제를 함유하며 크롬이 포함되지 않은 절연 용액을 사용하여 종래 방식으로 코팅된 시편의 특성을 측정하기 위하여, 압착 롤러는 시험 V2의 경우와 유사한 방식으로 설정되었다. 도포한 후에 즉시, 코팅은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었으며, 표 1에 나타낸 단일의 코팅 후에 얻어진 시편의 특성이 측정되었다.

시험 V8 (본 발명에 따른 것)

압착 롤러는 시험 V5의 경우와 유사한 방식으로 설정되었다. 도포한 후에 즉시, 코팅은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

다음에 코팅 공정이 반복되었다. 이를 위해, 이전에 소부 처리된 피막에 제2 층의 절연 용액을 도포하기 위하여 첫번째와 동일한 방식으로 시편은 다시 코팅 시스템을 통과하였다. 또한, 두번째로 도포한 후에 즉시 코팅은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

그 다음에 표 1에 나타낸, 이러한 방식으로 두번째 코팅 및 소부 처리가 실행된 후에 얻어진 시편의 특성들이 측정되었다. 여기에서도, 본 발명에 따라 2회 작업의 절연 코팅으로 피복된 시편의 명백한 우수성이 확인된다.

시험 V9 (본 발명에 따른 것이 아님)

크롬 및 콜로이드 안정제를 함유한 절연 용액에서 종래 방식으로 피복된 시편의 특성을 측정하기 위하여, 압착 롤러는 시험 V2의 경우와 동일한 방식으로 설정되었다. 도포한 후에 즉시, 마찬가지로 절연 코팅은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다. 이렇게 제조된 시편의 특성들이 표 1에 기재되어 있다.

시험 V10 (본 발명에 따른 것)

압착 롤러는 시험 V5의 경우와 동일한 방식으로 설정되었다. 도포한 후에 즉시, 코팅은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

그 다음에 코팅 공정이 반복되었다. 이를 위해, 이전에 소부 처리된 피막에 제2 층의 절연 용액을 도포하기 위하여 첫번째와 동일한 방식으로 시편은 다시 코팅 시스템을 통과하였다. 또한, 두번째로 도포한 후에 즉시 코팅은 질소 분위기의 840℃에서 1분 동안 소부되었다.

그 다음에 표 1에 나타낸, 이러한 방식으로 얻어진 시편의 특성들이 측정되었다. 여기에서도, 본 발명에 따라 2회 작업의 절연 코팅으로 피복된 시편의 명백한 우수성이 확인된다.

Claims

자기 손실 값이 최소화된 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법으로서,
a) 전자 강판 제품을 제공하는 단계,
b) 전자 강판 제품의 적어도 한쪽 표면에 인산염의 절연 용액을 도포하고 도포한 피막을 소부 처리하는 단계를 포함하고,
작업 단계 b)를 처음 실행한 후에, 다른 절연 코팅 위에 인산염의 절연 용액이 차례로 도포되고 소부 처리된 피막 층들을 얻기 위하여, 작업 단계 b)를 적어도 한번 반복하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
개별적인 작업 단계 b)에서 도포되는 인산염의 절연 용액은 콜로이드 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
제2항에 있어서,
콜로이드 성분은 콜로이드 이산화규소인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
절연 용액은 알루미늄 인산염 및/또는 마그네슘 인산염을 함유하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
절연 용액은 적어도 하나의 산세 억제제 및 적어도 하나의 습윤제를 함유하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
절연 용액은 첨가제로서 적어도 하나의 콜로이드 안정제(A)를 함유하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
작업 단계 b)의 과정에서 실행되는 소부 처리 동안의 소부 온도는 적어도 300℃인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
작업 단계 b)의 마지막 반복 과정에서 실행되는 소부 처리 동안의 소부 온도는 적어도 700℃인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
작업 단계 b)의 과정에서 실행되는 소부 처리 동안의 소부 온도는 각각의 경우에 최대 900℃인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
작업 단계 b)의 반복 실행은 처리 라인을 따라 이루어지고, 처리 라인에는 반복 횟수에 상응하는 절연 용액의 도포 및 소부를 위한 다수의 장치들이 차례로 배열되어 있고, 코팅할 전자 강판 제품이 연속 공정으로 장치들을 통과하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
완성된 전자 강판 제품의 인산염 절연 코팅 두께(D)가 최대 3 ㎛인 경우에 인산염 절연 코팅의 코팅 밀도(r)는 5 g/㎡ 이상이며,
코팅 두께(D)가 3 ㎛를 초과하는 경우의 인산염 절연 코팅의 코팅 밀도(r)에 대해서는, r [g/㎡] > 3/5 g/㎛/㎡＊ D [㎛]가 적용되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
완성된 전자 강판 제품에서의 인산염 절연 코팅의 코팅 밀도(r)가 5 g/㎡ 이상인 경우에, 절연 코팅에 의해 전달되는 인장 응력(Z)에 대해서는,
Z [MPa] > 7/6 MPa＊㎡/g ＊ r [g/㎡]가 적용되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품을 제조하기 위한 방법.
표면 중의 적어도 한쪽 표면에 소부 처리된 인산염의 절연 코팅을 구비한 방향성 전자 강판 제품에 있어서,
인산염 절연 코팅 두께(D)가 3 ㎛ 이하인 경우에 인산염 절연 코팅의 코팅 밀도(r)는 5 g/㎡ 이상이며,
코팅 두께(D)가 3 ㎛를 초과하는 경우의 인산염 절연 코팅의 코팅 밀도(r)에 대해서는, r [g/㎡] > 3/5 g/㎛/㎡＊ D [㎛]가 적용되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품.
제13항에 있어서,
인산염 절연 코팅의 코팅 밀도(r)가 5 g/㎡ 이상인 경우에, 절연 코팅에 의해 전달되는 인장 응력(Z)에 대해서는,
Z [MPa] > 7/6 MPa＊㎡/g ＊ r [g/㎡]가 적용되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품.
제13항 또는 제14항에 있어서,
강 기재(substrate)와 인산염 절연 코팅 사이에 포스테라이트 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제품.