KR20150116908A - 무방향성 전자기 강판, 그 제조 방법, 모터 철심용 적층체 및 그 제조 방법 - Google Patents

무방향성 전자기 강판, 그 제조 방법, 모터 철심용 적층체 및 그 제조 방법 Download PDF

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마사히로 후지쿠라
요시유키 우시가미
데츠슈우 무라카와
신이치 가나오
마코토 아타케
다케루 이치에
고지로 호리
신이치 마츠이
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

Ti, V, Zr, Nb, C의 함유량(질량％)을 각각 [Ti], [V], [Zr], [Nb], [C]로 나타내었을 때, 「Q＝([Ti]/48＋[V]/51＋[Zr]/91＋[Nb]/93)/([C]/12)」로 나타내는 파라미터 Q의 값이 0.9 이상 1.1 이하이다. 금속 조직의 모상이 페라이트상이며, 금속 조직은 미재결정 조직을 포함하지 않는다. 페라이트상을 구성하는 페라이트 립의 평균 입경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하이다. 페라이트 립 내에, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 석출물이 10개/㎛3 이상의 밀도로 존재한다. 석출물의 평균 입경이 0.002㎛ 이상 0.2㎛ 이하이다.

Description

무방향성 전자기 강판, 그 제조 방법, 모터 철심용 적층체 및 그 제조 방법 {NON-ORIENTED ELECTROMAGNETIC STEEL SHEET, METHOD FOR PRODUCING SAME, LAMINATE FOR MOTOR IRON CORE, AND METHOD FOR PRODUCING SAID LAMINATE}
본 발명은, 전기 기기의 철심 재료에 적합한 무방향성 전자기 강판 및 그 제조 방법 등에 관한 것이다.
최근, 전기 자동차 및 하이브리드 자동차 등의 구동 모터로서, 고속으로 회전하는 비교적 용량이 큰 모터가 증가되어 오고 있다. 이로 인해, 구동 모터에 사용되는 철심의 재료에는, 상용 주파수보다도 높은, 수100㎐∼수㎑의 범위에서의 저철손화가 요구되고 있다. 또한, 회전자에 사용되는 철심에는, 원심력 및 응력 변동을 견디기 위해, 소요의 기계 강도도 요구된다. 이와 같은 요구는, 자동차의 구동 모터 이외에 사용되는 철심의 재료에 요구되는 경우도 있다.
종래, 철손의 저감 및/또는 강도의 향상 등을 도모한 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1∼12).
그러나 이들 기술에서는, 철손의 저감 및 강도의 향상의 양립을 달성하는 것은 곤란하다. 또한, 실제로는 무방향성 전자기 강판을 제조하는 것이 곤란한 것도 있다.
일본 특허 출원 공개 평02-008346호 공보 일본 특허 출원 공개 평06-330255호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-009048호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-070269호 공보 일본 특허 출원 공개 평10-018005호 공보 일본 특허 출원 공개 제2004-084053호 공보 일본 특허 출원 공개 제2004-183066호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-039754호 공보 일본 특허 출원 공개 평10-88298호 공보 국제 공개 제2009/128428호 일본 특허 출원 공개 제2003-105508호 공보 일본 특허 출원 공개 평11-229094호 공보
본 발명은, 철손의 저감 및 강도의 향상의 양립을 달성할 수 있는 무방향성 전자기 강판 및 그 제조 방법 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상술한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 질량％로,
C:0.01％ 초과 0.05％ 이하,
Si:2.0％ 이상 4.0％ 이하,
Mn:0.05％ 이상 0.5％ 이하 및
Al:0.01％ 이상 3.0％ 이하,
를 함유하고,
또한, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고,
Ti, V, Zr, Nb, C의 함유량(질량％)을 각각 [Ti], [V], [Zr], [Nb], [C]로 나타내었을 때, 「Q＝([Ti]/48＋[V]/51＋[Zr]/91＋[Nb]/93)/([C]/12)」로 나타내는 파라미터 Q의 값이 0.9 이상 1.1 이하이고,
금속 조직의 모상이 페라이트상이고,
상기 금속 조직은 미재결정 조직을 포함하지 않고,
상기 페라이트상을 구성하는 페라이트 립의 평균 입경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하이고,
상기 페라이트 립 내에, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 석출물이 10개/㎛3 이상의 밀도로 존재하고,
상기 석출물의 평균 입경이 0.002㎛ 이상 0.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자기 강판.
(2) 또한, 질량％로,
N:0.001％ 이상 0.004％ 이하,
Cu:0.5％ 이상 1.5％ 이하 및
Sn:0.05％ 이상 0.5％ 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 무방향성 전자기 강판.
(3) 상기 석출물이, 탄화물, 질화물 및 탄질화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 무방향성 전자기 강판.
(4) 1100℃ 이상 1330℃ 이하의 온도로 가열한 슬래브의 열간 압연을 행하여 열간 압연 강판을 얻는 공정과,
상기 열간 압연 강판의 냉간 압연을 행하여 냉간 압연 강판을 얻는 공정과,
상기 냉간 압연 강판의 마무리 어닐링을 850℃ 이상 1100℃ 이하의 온도에서 행하는 공정,
을 갖고,
상기 슬래브가,
질량％로,
C:0.01％ 초과 0.05％ 이하,
Si:2.0％ 이상 4.0％ 이하,
Mn:0.05％ 이상 0.5％ 이하 및
Al:0.01％ 이상 3.0％ 이하,
를 함유하고,
또한, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고,
Ti, V, Zr, Nb, C의 함유량(질량％)을 각각 [Ti], [V], [Zr], [Nb], [C]로 나타내었을 때, 「Q＝([Ti]/48＋[V]/51＋[Zr]/91＋[Nb]/93)/([C]/12)」로 나타내는 파라미터 Q의 값이 0.9 이상 1.1 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자기 강판의 제조 방법.
(5) 상기 슬래브가, 또한, 질량％로,
N:0.001％ 이상 0.004％ 이하,
Cu:0.5％ 이상 1.5％ 이하 및
Sn:0.05％ 이상 0.5％ 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 (4)에 기재된 무방향성 전자기 강판의 제조 방법.
(6) 상기 냉간 압연을 행하는 공정 이전에, 상기 열간 압연 강판의 열연판 어닐링을 행하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 (4) 또는 (5)에 기재된 무방향성 전자기 강판의 제조 방법.
(7) 서로 적층된 복수의 무방향성 전자기 강판을 갖고,
상기 무방향성 전자기 강판이,
질량％로,
C:0.01％ 초과 0.05％ 이하,
Si:2.0％ 이상 4.0％ 이하,
Mn:0.05％ 이상 0.5％ 이하 및
Al:0.01％ 이상 3.0％ 이하,
를 함유하고,
또한, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고,
Ti, V, Zr, Nb, C의 함유량(질량％)을 각각 [Ti], [V], [Zr], [Nb], [C]로 나타내었을 때, 「Q＝([Ti]/48＋[V]/51＋[Zr]/91＋[Nb]/93)/([C]/12)」로 나타내는 파라미터 Q의 값이 0.9 이상 1.1 이하이고,
금속 조직의 모상이 페라이트상이고,
상기 금속 조직은 미재결정 조직을 포함하지 않고,
상기 페라이트상을 구성하는 페라이트 립의 평균 입경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하이고,
상기 페라이트 립 내에, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 석출물이 10개/㎛3 이상의 밀도로 존재하고,
상기 석출물의 평균 입경이 0.002㎛ 이상 0.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 모터 철심용 적층체.
(8) 상기 무방향성 전자기 강판이, 또한, 질량％로,
N:0.001％ 이상 0.004％ 이하,
Cu:0.5％ 이상 1.5％ 이하 및
Sn:0.05％ 이상 0.5％ 이하,
로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 (7)에 기재된 모터 철심용 적층체.
(9) 상기 석출물이, 탄화물, 질화물 및 탄질화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 (7) 또는 (8)에 기재된 모터 철심용 적층체.
(10) 복수의 무방향성 전자기 강판을 서로 적층하여 적층체를 얻는 공정과,
상기 적층체에, 균열 온도가 400℃ 이상 800℃ 이하, 균열 시간이 2분간 이상 10시간 이하, 상기 균열 온도로부터 300℃까지의 평균 냉각 속도가 0.0001℃/sec 이상 0.1℃/sec 이하의 조건하에서 어닐링을 행하는 공정,
을 갖고,
상기 무방향성 전자기 강판이,
질량％로,
C:0.01％ 초과 0.05％ 이하,
Si:2.0％ 이상 4.0％ 이하,
Mn:0.05％ 이상 0.5％ 이하 및
Al:0.01％ 이상 3.0％ 이하,
를 함유하고,
또한, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고,
Ti, V, Zr, Nb, C의 함유량(질량％)을 각각 [Ti], [V], [Zr], [Nb], [C]로 나타내었을 때, 「Q＝([Ti]/48＋[V]/51＋[Zr]/91＋[Nb]/93)/([C]/12)」로 나타내는 파라미터 Q의 값이 0.9 이상 1.1 이하이고,
금속 조직의 모상이 페라이트상이고,
상기 금속 조직은 미재결정 조직을 포함하지 않고,
상기 페라이트상을 구성하는 페라이트 립의 평균 입경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하이고,
상기 페라이트 립 내에, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 석출물이 10개/㎛3 이상의 밀도로 존재하고,
상기 석출물의 평균 입경이 0.002㎛ 이상 0.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 모터 철심용 적층체의 제조 방법.
(11) 상기 무방향성 전자기 강판이, 또한, 질량％로,
N:0.001％ 이상 0.004％ 이하,
Cu:0.5％ 이상 1.5％ 이하 및
Sn:0.05％ 이상 0.5％ 이하,
로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 (10)에 기재된 모터 철심용 적층체의 제조 방법.
(12) 상기 석출물이, 탄화물, 질화물 및 탄질화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 (10) 또는 (11)에 기재된 모터 철심용 적층체의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 무방향성 전자기 강판의 조성 및 조직을 적절하게 규정하고 있으므로, 철손의 저감 및 강도의 향상의 양립을 달성할 수 있다.
우선, 본 발명의 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판 및 그 제조 방법에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판은, 소정의 조성을 갖고 있고, 금속 조직의 모상이 페라이트상이며, 금속 조직은 미재결정 조직을 포함하지 않는다. 또한, 페라이트상을 구성하는 페라이트 립의 평균 입경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하이며, 페라이트 립 내에, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 석출물이 10개/㎛3 이상의 밀도로 존재하고, 석출물의 평균 입경이 0.002㎛ 이상 0.2㎛ 이하이다. 이와 같은 구성에 의해, 철손의 저감 및 강도의 향상의 양립을 달성할 수 있다. 이 결과, 모터의 고효율화 등에 크게 기여할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 제조 방법에서는, 1100℃ 이상 1330℃ 이하로 가열한 소정의 조성의 슬래브의 열간 압연을 행하여 열간 압연 강판을 얻는다. 다음에, 열간 압연 강판의 냉간 압연을 행하여 냉간 압연 강판을 얻는다. 다음에, 냉간 압연 강판의 마무리 어닐링을 행한다.
여기서, 무방향성 전자기 강판의 조성에 대해 설명한다. 이하, 함유량의 단위인 「％」는 「질량％」를 의미한다. 또한, 슬래브의 조성은 그대로 무방향성 전자기 강판에 이어지므로, 여기서 설명하는 무방향성 전자기 강판의 조성은, 그 제조에 사용하는 슬래브의 조성이기도 하다. 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판은, 예를 들어 C:0.01％ 초과 0.05％ 이하, Si:2.0％ 이상 4.0％ 이하, Mn:0.05％ 이상 0.5％ 이하 및 Al:0.01％ 이상 3.0％ 이하를 함유하고, 또한, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유한다. 또한, 무방향성 전자기 강판의 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, Ti, V, Zr, Nb, C의 함유량(질량％)을 각각 [Ti], [V], [Zr], [Nb], [C]로 나타내었을 때, 「Q＝([Ti]/48＋[V]/51＋[Zr]/91＋[Nb]/93)/([C]/12)」로 나타내는 파라미터 Q의 값이 0.9 이상 1.1 이하이다.
<C:0.01％ 초과 0.05％ 이하>
C는, Ti, V, Zr 및 Nb와 미세한 석출물을 형성한다. 이 미세한 석출물은 강의 강도의 향상에 기여한다. C 함유량이 0.01％ 이하이면, 강도의 향상에 충분한 양의 석출물이 얻어지지 않는다. C 함유량이 0.05％ 초과이면, 석출물이 조대하게 석출되기 쉽다. 조대한 석출물은 강도의 향상에 기여하기 어렵다. 또한, 석출물이 조대하게 석출되면, 철손이 열화되기 쉽다. 따라서 C 함유량은 0.01％ 초과 0.05％ 이하로 한다. 또한, C 함유량은 0.02％ 이상인 것이 바람직하고, 0.04％ 이하인 것도 바람직하다.
<Si:2.0％ 이상 4.0％ 이하>
Si는, 강의 고유 저항을 높여 철손을 저감시킨다. Si 함유량이 2.0％ 미만이면, 이 효과는 충분히 얻어지지 않는다. Si 함유량이 4.0％ 초과이면, 강이 취화되어, 압연이 곤란해진다. 따라서 Si 함유량은 2.0％ 이상 4.0％ 이하로 한다. 또한, Si 함유량은 3.5％ 이하인 것이 바람직하다.
<Mn:0.05％ 이상 0.5％ 이하>
Mn은, Si와 마찬가지로, 강의 고유 저항을 높여 철손을 저감시킨다. 또한, Mn은, 황화물을 조대화하여 무해화한다. Mn 함유량이 0.05％ 미만이면, 이들 효과가 충분히 얻어지지 않는다. Mn 함유량이 0.5％ 초과이면, 자속 밀도가 저하되거나, 냉간 압연시에 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, 비용의 상승도 현저해진다. 따라서 Mn 함유량은 0.05％ 이상 0.5％ 이하로 한다. 또한, Mn 함유량은 0.1％ 이상인 것이 바람직하고, 0.3％ 이하인 것도 바람직하다.
<Al:0.01％ 이상 3.0％ 이하>
Al은, Si와 마찬가지로, 강의 고유 저항을 높여 철손을 저감시킨다. 또한, Al은, 탈산재로서 작용한다. Al 함유량이 0.01％ 미만이면, 이들 효과가 충분히 얻어지지 않는다. Al 함유량이 3.0％ 초과이면, 강이 취화되어, 압연이 곤란해진다. 따라서 Al 함유량은 0.01％ 이상 3.0％ 이하로 한다. 또한, Al 함유량은 0.3％ 이상인 것이 바람직하고, 2.0％ 이하인 것도 바람직하다.
<Ti, V, Zr, Nb>
Ti, V, Zr 및 Nb는, C 및/또는 N와 미세한 석출물을 형성한다. 이 석출물은 강의 강도의 향상에 기여한다. 파라미터 Q의 값이 0.9 미만이면, Ti, V, Zr 및 Nb에 대해 C가 과잉이므로, 마무리 어닐링 후에 C가 강판 내에 고용 상태로 존재하는 경향이 강해진다. C가 고용 상태로 존재하면, 자기 시효가 발생하기 쉽다. 파라미터 Q의 값이 1.1 초과이면, Ti, V, Zr 및 Nb에 대해 C가 부족하므로, 미세한 석출물을 얻는 것이 곤란해져, 원하는 강도가 얻어지지 않는다. 따라서 파라미터 Q의 값은 0.9 이상 1.1 이하로 한다. 또한, 파라미터 Q의 값은 0.95 이상인 것이 바람직하고, 1.05 이하인 것도 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판이, 또한, N:0.001％ 이상 0.004％ 이하, Cu:0.5％ 이상 1.5％ 이하 및 Sn:0.05％ 이상 0.5％ 이하로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고 있어도 된다.
<N:0.001％ 이상 0.004％ 이하>
N는, C와 마찬가지로, Ti, V, Zr 및 Nb와 미세한 석출물을 형성한다. 이 미세한 석출물은 강의 강도의 향상에 기여한다. N 함유량이 0.001％ 미만이면, 강도의 가일층의 향상에 충분한 양의 석출물이 얻어지지 않는다. 따라서 N 함유량은 0.001％ 이상인 것이 바람직하다. N 함유량이 0.004％ 초과이면, 석출물이 조대하게 석출되기 쉽다. 따라서 N 함유량은 0.004％ 이하로 한다.
<Cu:0.5％ 이상 1.5％ 이하>
본 발명자들은, Cu가 강에 함유되어 있으면, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 석출물이 미세하게 석출되기 쉬운 것을 발견하였다. 이 미세한 석출물은 강의 강도의 향상에 기여한다. Cu 함유량이 0.5％ 미만이면, 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서 Cu 함유량은 0.5％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, Cu 함유량은 0.8％ 이상인 것이 보다 바람직하다. Cu 함유량이 1.5％ 초과이면, 강이 취화되기 쉽다. 따라서 Cu 함유량은 1.5％ 이하로 한다. 또한, Cu 함유량은 1.2％ 이하인 것도 바람직하다.
Cu가 강에 함유되어 있는 경우에, 상기한 석출물이 미세하게 석출되는 이유는 명확하지 않지만, 본 발명자들은, 매트릭스 내에 Cu의 국소적인 농도 분포가 발생하여, 탄화물의 석출 사이트로 되기 때문인 것으로 추정하고 있다. 따라서 상기한 석출물을 석출시킬 때에 Cu가 석출되어 있지 않아도 된다. 그 한편, Cu의 석출물은 무방향성 전자기 강판의 강도의 향상에 기여한다. 따라서 Cu가 석출되어 있어도 된다.
<Sn:0.05％ 이상 0.5％ 이하>
본 발명자들은, Sn이 강에 함유되어 있으면, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 석출물이 미세하게 석출하기 쉬운 것도 발견하였다. 이 미세한 석출물은 강의 강도의 향상에 기여한다. Sn 함유량이 0.05％ 미만이면, 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서 Sn 함유량은 0.05％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, Sn 함유량은 0.08％ 이상인 것이 보다 바람직하다. Sn 함유량이 0.5％ 초과이면, 강이 취화되기 쉽다. 따라서 Sn 함유량은 0.5％ 이하로 한다. 또한, Sn 함유량은 0.2％ 이하인 것도 바람직하다.
<그 외의 성분>
0.5％ 이상 5％ 이하의 Ni, 0.005% 이상 0.1％ 이하의 P이 함유되어 있어도 된다. Ni 및 P은, 강판의 고용 경화 등에 기여한다.
다음에, 무방향성 전자기 강판의 금속 조직에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 금속 조직의 모상(매트릭스)은 페라이트상이며, 금속 조직에 미재결정 조직은 포함되어 있지 않다. 미재결정 조직은 강도를 향상시키는 한편, 철손을 현저하게 열화시키기 때문이다. 또한, 페라이트상을 구성하는 페라이트 립의 평균 입경이 10㎛ 미만이면, 히스테리시스 손실이 높아진다. 페라이트 립의 평균 입경이 200㎛ 초과이면, 미립 경화의 효과가 현저하게 저하된다. 따라서 페라이트 립의 평균 입경은 10㎛ 이상 200㎛ 이하로 한다. 페라이트 립의 평균 입경은 30㎛ 이상인 것이 바람직하고, 100㎛ 이하인 것도 바람직하다. 또한, 페라이트 립의 평균 입경은 60㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에서는, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 석출물이 페라이트 립 내에 존재하고 있다. 이 석출물이 작을수록, 또한 이 석출물의 개수 밀도가 높을수록, 높은 강도를 얻을 수 있다. 또한, 석출물의 사이즈는, 자기 특성의 관점으로부터도 중요하다. 예를 들어, 석출물의 직경이 자벽의 두께보다 작은 경우, 자벽 이동의 피닝에 의한 히스테리시스 손실의 열화(증가)를 방지할 수 있다. 석출물의 평균 입경이 0.2㎛ 초과이면, 이들의 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서 석출물의 평균 입경은 0.2㎛ 이하로 한다. 이 평균 입경은 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.05㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.01㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 순철의 자벽의 이론상의 두께는, 교환 에너지 및 이방성 에너지로부터 어림잡으면 0.1㎛ 정도이지만, 실제의 자벽의 두께는, 자벽이 형성되는 방위에 따라 변화된다. 또한, 무방향성 전자기 강판과 같이, Fe 이외의 원소가 포함되어 있는 경우에는, 자벽의 두께는, 그 종류 및 양 등의 영향도 받는다. 이 관점으로부터도 0.2㎛ 이하라고 하는 석출물의 평균 입경은 타당하다고 생각된다.
석출물의 평균 입경이 0.002㎛(2㎚) 미만이면, 기계적 강도의 상승의 효과가 포화된다. 또한, 0.002㎛ 미만의 범위에서 석출물의 평균 입경을 제어하는 것은 곤란하다. 따라서 석출물의 평균 입경은 0.002㎛ 이상으로 한다.
또한, 석출물의 개수 밀도가 높을수록, 높은 강도를 얻을 수 있고, 페라이트 립 내의 석출물의 개수 밀도가 10개/㎛3 미만이면, 원하는 강도를 얻기 어렵다. 이로 인해, 석출물의 개수 밀도는, 10개/㎛3 이상으로 한다. 이 개수 밀도는 1000개/㎛3 이상인 것이 바람직하고, 10000개/㎛3 이상인 것이 보다 바람직하고, 100000개/㎛3 이상인 것이 더욱 바람직하고, 1000000개/㎛3 이상인 것이 가일층 바람직하다.
다음에, 무방향성 전자기 강판의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 1100℃ 이상 1330℃ 이하의 온도로 가열한 슬래브의 열간 압연을 행하여 열간 압연 강판을 얻는다. 다음에, 열간 압연 강판의 냉간 압연을 행하여 냉간 압연 강판을 얻는다. 다음에, 냉간 압연 강판의 마무리 어닐링을 행한다.
열간 압연에서는, 가열에 의해, 슬래브에 포함되는, Ti, V, Zr 및/또는 Nb를 포함하는 석출물을 일단 고용시키고, 그 후의 강온 과정에 있어서, Ti, V, Zr 및/또는 Nb를 포함하는 석출물을 미세하게 석출시킨다. 가열 온도가 1100℃ 미만이면, Ti, V, Zr 및/또는 Nb를 포함하는 석출물을 충분히 고용시키는 것이 곤란하다. 가열 온도가 1330℃ 초과이면, 가열 중에 슬래브가 변형되거나, 슬래그가 발생할 우려가 있다. 따라서 가열 온도는 1100℃ 이상 1330℃ 이하로 한다. 가열 온도는 1150℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1300℃ 이하로 하는 것도 바람직하다.
열간 압연에서는, 예를 들어 조압연 및 마무리 압연을 행한다. 마무리 압연의 종료 온도(처리 온도)는 750℃ 이상 850℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 마무리 압연 후의 권취시의 온도(권취 온도)는 600℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 모두, Ti, V, Zr 및/또는 Nb를 포함하는 석출물을 가능한 한 미세하게 석출시키기 위해서이다.
열간 압연 강판의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 단, 열간 압연 강판의 두께를 1.6㎜ 미만으로 하는 것은 용이하지는 않고, 또한 생산성의 저하로도 이어진다. 한편, 열간 압연 강판의 두께가 2.7㎜이면, 그 후의 냉간 압연에 있어서의 압하율을 과잉으로 높게 할 필요가 발생하는 경우가 있다. 냉간 압연에 있어서의 압하율이 과잉으로 높은 경우, 무방향성 전자기 강판의 집합 조직이 열화되어 자기 특성(자속 밀도, 철손)이 열화되는 경우가 있다. 따라서 열간 압연 강판의 두께는 1.6㎜ 이상 2.7㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
냉간 압연은, 1회만 행해도 되고, 중간 어닐링을 사이에 두면서 2회 이상 행해도 된다. 냉간 압연에 있어서의 마지막 압하율은 60％ 이상 90％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 마무리 어닐링 후의 무방향성 전자기 강판의 금속 조직(집합 조직)을 보다 양호한 것으로 하여, 높은 자속 밀도 및 낮은 철손을 얻기 위해서이다. 또한, 중간 어닐링을 행하는 경우, 그 온도는 900℃ 이상 1100℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 금속 조직을 보다 양호한 것으로 하기 위해서이다. 마지막 압하율은 65％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 82％ 이하로 하는 것도 보다 바람직하다.
마무리 어닐링의 균열 온도는 850℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 균열 시간은 20초간 이상으로 하는 것이 바람직하다. 무방향성 전자기 강판의 페라이트 립의 평균 입경을 10㎛ 이상으로, 보다 양호한 것으로 하기 위해서이다.
또한, 마무리 어닐링의 균열 온도가 1100℃ 초과이면, 냉간 압연 강판에 미세하게 석출되어 있는 Ti, V, Zr 및/또는 Nb를 포함하는 석출물이 고용되어 버려, 그 후에 결정립 내가 아니라 결정립계에 석출되는 경향이 강해진다. 따라서 마무리 어닐링의 균열 온도는 1100℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 균열 시간이 2분간 초과이면, 생산성의 저하가 현저해진다. 따라서 균열 시간은 2분간 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 냉간 압연을 행하기 전에, 열간 압연 강판의 어닐링, 즉 열연판 어닐링을 행해도 된다. 적절한 열연판 어닐링을 행함으로써, 무방향성 전자기 강판의 집합 조직을 보다 바람직한 것으로 하고, 보다 우수한 자속 밀도를 얻는 것이 가능해진다. 열연판 어닐링의 균열 온도가 850℃ 미만인 경우 및 균열 시간이 30초간 미만인 경우, 집합 조직을 보다 바람직한 것으로 하는 것이 곤란하다. 균열 온도가 1100℃ 초과이면, 열간 압연 강판에 미세하게 석출되어 있는 Ti, V, Zr 및/또는 Nb를 포함하는 석출물이 고용되어 버려, 그 후에 결정립 내가 아니라 결정립계에 석출되는 경향이 강해진다. 균열 시간이 5분간 초과이면, 생산성의 저하가 현저해진다. 따라서 열연판 어닐링에 있어서의 균열 온도는 850℃ 이상 1100℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 균열 시간은 30초간 이상 5분간 이하로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판을 제조할 수 있다. 그리고 이와 같이 하여 제조된 무방향성 전자기 강판은, 상기한 바와 같은 금속 조직을 구비하고 있고, 높은 강도 및 낮은 철손을 얻을 수 있다. 즉, 열간 압연시에 상기한 석출물이 생성되고, 마무리 어닐링시에 재결정이 발생하여 상기한 페라이트상이 생성된다. 또한, 마무리 어닐링 후에, 필요에 따라 절연 피막을 형성해도 된다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판을 사용하여 구성된 모터 철심용의 적층체에 대해 설명한다.
이 모터 철심용 적층체에는, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판이 복수 포함되어 있다. 이 모터 철심용 적층체는, 예를 들어 복수의 무방향성 전자기 강판을 펀칭 등의 방법으로 원하는 형상으로 하고, 적층하고, 코킹 등의 방법으로 고정함으로써 얻을 수 있다. 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판이 포함되어 있으므로, 이 모터 철심용 적층체의 철손이 낮고, 기계적 강도가 높다.
모터 철심용 적층체는, 상기한 바와 같은 고정이 완료된 시점에서 완성으로 해도 된다. 또한, 상기한 고정 이후에, 균열 온도가 400℃ 이상 800℃ 이하, 균열 시간이 2분간 이상 10시간 이하, 상기 균열 온도로부터 300℃까지의 평균 냉각 속도가 0.0001℃/sec 이상 0.1℃/sec 이하의 조건하에서 어닐링을 행하고, 이와 같은 어닐링이 완료된 후에 완성으로 해도 된다. 이와 같은 어닐링을 행함으로써, 석출물의 석출에 의해 강도를 보다 향상시킬 수 있다.
이 어닐링의 균열 온도가 400℃ 미만인 경우 및 균열 시간이 2분간 미만인 경우, 석출물을 충분히 석출시키는 것이 곤란하다. 균열 온도가 800℃ 초과인 경우 및 균열 시간이 10시간 초과인 경우, 에너지의 소비량이 커지거나, 부대 설비가 파손되기 쉬워져, 비용의 상승이 현저해진다. 또한, 석출물이 조대하게 석출되어, 충분히 강도를 상승시키는 것이 곤란한 경우도 있다. 따라서 균열 온도는 400℃ 이상 800℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 균열 시간은 2분간 이상 10시간 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 균열 온도는 500℃ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 균열 시간은 10분간 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 균열 온도로부터 300℃까지의 평균 냉각 속도가 0.0001℃/sec 미만이면, 탄화물이 조대하게 석출되기 쉽다. 이 평균 냉각 속도가 0.1℃/sec 초과이면, 석출물을 충분히 석출시키는 것이 곤란하다. 따라서 균열 온도로부터 300℃까지의 평균 냉각 속도는 0.0001℃/sec 이상 0.1℃/sec 이하로 하는 것이 바람직하다.
실시예
다음에, 본 발명자들이 행한 실험에 대해 설명한다. 이들 실험에 있어서의 조건 등은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 예이며, 본 발명은, 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
(실험예 1)
우선, 표 1에 나타내는 다양한 조성의 강을 진공 용해에 의해 용제하였다. 계속해서, 얻어진 슬래브를 1250℃에서 1시간 가열하였다. 그 후, 1250℃의 온도로 가열한 슬래브의 열간 압연을 행하여 열간 압연 강판을 얻었다. 열간 압연 강판(열연판)의 두께는 2.0㎜로 하였다. 계속해서, 열간 압연 강판의 산세를 행하고, 열간 압연 강판의 냉간 압연을 행하여 냉간 압연 강판을 얻었다. 냉간 압연 강판(냉연판)의 두께는 0.35㎜로 하였다. 계속해서, 냉간 압연 강판의 마무리 어닐링을 행하였다. 마무리 어닐링에서는, 균열 온도를 1000℃로 하고, 균열 시간을 30초간으로 하였다. 이와 같이 하여, 다양한 무방향성 전자기 강판을 제작하였다. 그 후, 각 무방향성 전자기 강판에 대해, 금속 조직의 관찰을 행하였다. 금속 조직의 관찰에서는, 예를 들어 입경의 측정(JIS G 0552) 및 석출물의 관찰을 행하였다. 또한, 각 무방향성 전자기 강판으로부터 JIS5호 시험편을 잘라내고, 그 기계적 특성을 측정하였다. 또한, 각 무방향성 전자기 강판으로부터 55㎜×55㎜의 시험편을 잘라내고, 그 자기 특성을 단판 자기 특성 시험법(JIS C 2556)으로 측정하였다. 자기 특성으로서는, 주파수가 400㎐, 최대 자속 밀도가 1.0T의 조건하에서의 철손(W10/400)을 측정하였다. 또한, 자기 시효의 영향을 보기 위해, 철손(W10/400)은, 200℃에서 1일간의 시효 처리 후에도 측정하였다. 즉, 각 무방향성 전자기 강판에 대해, 시효 처리의 전후에서 철손(W10/400)을 측정하였다. 이들 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pat00001
Figure pat00002
표 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에 있는 조건 No.C1∼No.C19에 있어서, 550㎫ 이상의 인장 강도 및 35W/㎏ 이하의 철손(W10/400)을 얻을 수 있었다. 한편, 본 발명이 범위로부터 벗어나는 조건 No.D1∼No.D8에서는, 인장 강도 및 철손의 양립이 곤란하였다.
(실험예 2)
우선, 표 1에 나타내는 강 No.A11 및 No.A17의 슬래브를 표 3에 나타내는 온도에서 1시간 가열하였다. 계속해서, 표 3에 나타내는 온도로 가열한 슬래브의 열간 압연을 행하여 열간 압연 강판을 얻었다. 열간 압연 강판의 두께는 2.0㎜로 하였다. 그 후, 일부(조건 No.E4) 열간 압연 강판의 어닐링(열연판 어닐링)을 표 3에 나타내는 조건하에서 행하였다. 계속해서, 열간 압연 강판의 산세를 행하고, 열간 압연 강판의 냉간 압연을 행하여 냉간 압연 강판을 얻었다. 냉간 압연 강판의 두께는 0.35㎜로 하였다. 계속해서, 냉간 압연 강판의 마무리 어닐링을 행하였다. 마무리 어닐링에서는, 균열 온도를 1000℃로 하고, 균열 시간을 30초간으로 하였다. 이와 같이 하여, 다양한 무방향성 전자기 강판을 제작하였다. 그 후, 각 무방향성 전자기 강판에 대해, 실험예 1과 동일한 평가를 행하였다. 이 결과도 표 3에 나타낸다.
Figure pat00003
표 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에 있는 조건 No.E1∼No.E6에 있어서, 550㎫ 이상의 인장 강도 및 35W/㎏ 이하의 철손(W10/400)을 얻을 수 있었다. 한편, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 조건 No.F1∼No.F2에서는, 인장 강도 및 철손의 양립이 곤란하였다.
(실험예 3)
우선, 표 1에 나타내는 강 No.A11 및 No.A17의 슬래브를 1시간 가열하였다. 이때, 강 No.A11의 슬래브 가열 온도는 1250℃로 하고, 강 No.A17의 슬래브 가열 온도는 1150℃로 하였다. 계속해서, 1250℃ 또는 1150℃로 가열한 슬래브의 열간 압연을 행하여 열간 압연 강판을 얻었다. 열간 압연 강판의 두께는 2.0㎜로 하였다. 그 후, 열간 압연 강판의 산세를 행하고, 열간 압연 강판의 냉간 압연을 행하여 냉간 압연 강판을 얻었다. 냉간 압연 강판의 두께는 0.35㎜로 하였다. 계속해서, 냉간 압연 강판의 마무리 어닐링을 행하였다. 마무리 어닐링에서는, 균열 온도를 1000℃로 하고, 균열 시간을 30초간으로 하였다. 계속해서, 마무리 어닐링 후의 냉간 압연 강판의 표면에 절연 피막을 형성하였다. 이와 같이 하여, 다양한 무방향성 전자기 강판을 제작하였다.
그 후, 각 무방향성 전자기 강판으로부터, 압연 방향의 사이즈가 300㎜, 압연 방향에 직교하는 방향의 사이즈가 60㎜인 강판을 30매 펀칭하였다. 이와 같은 형상 및 사이즈의 강판은, 실제의 모터 코어에 사용되는 경우가 있다. 그리고 30매의 강판을 서로 적층하여 적층체를 얻었다. 계속해서, 각 적층체의 어닐링을 표 4에 나타내는 조건하에서 행하였다. 계속해서, 각 적층체로부터 시험용의 강판을 뽑아내고, 이 강판에 대해, 실험예 1과 동일한 평가를 행하였다. 즉, 모터 코어에 사용되는 적층체를 상정한 평가를 행하였다. 이 결과도 표 4에 나타낸다. 여기서는, 어닐링의 조건이 상기한 바람직한 조건으로부터 벗어나는 것을 비교예로 하였다.
Figure pat00004
표 4에 나타내는 바와 같이, 바람직한 어닐링을 행한 조건 No.G1∼No.G7에 있어서, 인장 강도를 충분히 향상시킬 수 있었다. 한편, 어닐링의 조건이 바람직한 범위로부터 벗어나는 조건 No.H1∼No.H6에서는, 인장 강도를 충분히 향상시킬 수 없거나, 생산성이 낮거나, 철손이 컸다.
또한, 상기 실시 형태는, 모두 본 발명을 실시하는 데 있어서의 구체화의 예를 나타낸 것에 지나지 않고, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되면 안되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하는 일 없이, 다양한 형태로 실시할 수 있다.
본 발명은, 예를 들어 전자기 강판 제조 산업 및 모터 등의 전자기 강판 이용 산업에 있어서 이용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 질량％로,
    C:0.01％ 초과 0.05％ 이하,
    Si:2.0％ 이상 4.0％ 이하,
    Mn:0.05％ 이상 0.5％ 이하 및
    Al:0.01％ 이상 3.0％ 이하,
    를 함유하고,
    또한, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고,
    잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고,
    Ti, V, Zr, Nb, C의 함유량(질량％)을 각각 [Ti], [V], [Zr], [Nb], [C]로 나타내었을 때, 「Q＝([Ti]/48＋[V]/51＋[Zr]/91＋[Nb]/93)/([C]/12)」로 나타내는 파라미터 Q의 값이 0.9 이상 1.1 이하이고,
    금속 조직의 모상이 페라이트상이고,
    상기 금속 조직은 미재결정 조직을 포함하지 않고,
    상기 페라이트상을 구성하는 페라이트 립의 평균 입경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하이고,
    상기 페라이트 립 내에, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 석출물이 10개/㎛3 이상의 밀도로 존재하고,
    상기 석출물의 평균 입경이 0.002㎛ 이상 0.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자기 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    또한, 질량％로,
    N:0.001％ 이상 0.004％ 이하,
    Cu:0.5％ 이상 1.5％ 이하 및
    Sn:0.05％ 이상 0.5％ 이하,
    로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자기 강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 석출물이, 탄화물, 질화물 및 탄질화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자기 강판.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 석출물이, 탄화물, 질화물 및 탄질화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자기 강판.
  5. 1100℃ 이상 1330℃ 이하의 온도로 가열한 슬래브의 열간 압연을 행하여 열간 압연 강판을 얻는 공정과,
    상기 열간 압연 강판의 냉간 압연을 행하여 냉간 압연 강판을 얻는 공정과,
    상기 냉간 압연 강판의 마무리 어닐링을 850℃ 이상 1100℃ 이하의 온도에서 행하는 공정,
    을 갖고,
    상기 슬래브가,
    질량％로,
    C:0.01％ 초과 0.05％ 이하,
    Si:2.0％ 이상 4.0％ 이하,
    Mn:0.05％ 이상 0.5％ 이하 및
    Al:0.01％ 이상 3.0％ 이하,
    를 함유하고,
    또한, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고,
    잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고,
    Ti, V, Zr, Nb, C의 함유량(질량％)을 각각 [Ti], [V], [Zr], [Nb], [C]로 나타내었을 때, 「Q＝([Ti]/48＋[V]/51＋[Zr]/91＋[Nb]/93)/([C]/12)」로 나타내는 파라미터 Q의 값이 0.9 이상 1.1 이하이고,
    금속 조직의 모상이 페라이트상이고,
    상기 금속 조직은 미재결정 조직을 포함하지 않고,
    상기 페라이트상을 구성하는 페라이트 립의 평균 입경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하이고,
    상기 페라이트 립 내에, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 석출물이 10개/㎛3 이상의 밀도로 존재하고,
    상기 석출물의 평균 입경이 0.002㎛ 이상 0.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자기 강판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬래브가, 또한, 질량％로,
    N:0.001％ 이상 0.004％ 이하,
    Cu:0.5％ 이상 1.5％ 이하 및
    Sn:0.05％ 이상 0.5％ 이하,
    로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자기 강판의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 냉간 압연을 행하는 공정 이전에, 상기 열간 압연 강판의 열연판 어닐링을 행하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자기 강판의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 냉간 압연을 행하는 공정 이전에, 상기 열간 압연 강판의 열연판 어닐링을 행하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자기 강판의 제조 방법.
  9. 서로 적층된 복수의 무방향성 전자기 강판을 갖고,
    상기 무방향성 전자기 강판이,
    질량％로,
    C:0.01％ 초과 0.05％ 이하,
    Si:2.0％ 이상 4.0％ 이하,
    Mn:0.05％ 이상 0.5％ 이하 및
    Al:0.01％ 이상 3.0％ 이하,
    를 함유하고,
    또한, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고,
    잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고,
    Ti, V, Zr, Nb, C의 함유량(질량％)을 각각 [Ti], [V], [Zr], [Nb], [C]로 나타내었을 때, 「Q＝([Ti]/48＋[V]/51＋[Zr]/91＋[Nb]/93)/([C]/12)」로 나타내는 파라미터 Q의 값이 0.9 이상 1.1 이하이고,
    금속 조직의 모상이 페라이트상이고,
    상기 금속 조직은 미재결정 조직을 포함하지 않고,
    상기 페라이트상을 구성하는 페라이트 립의 평균 입경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하이고,
    상기 페라이트 립 내에, Ti, V, Zr 및 Nb로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 석출물이 10개/㎛3 이상의 밀도로 존재하고,
    상기 석출물의 평균 입경이 0.002㎛ 이상 0.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 모터 철심용 적층체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 무방향성 전자기 강판이, 또한, 질량％로,
    N:0.001％ 이상 0.004％ 이하,
    Cu:0.5％ 이상 1.5％ 이하 및
    Sn:0.05％ 이상 0.5％ 이하,
    로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 모터 철심용 적층체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 석출물이, 탄화물, 질화물 및 탄질화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는, 모터 철심용 적층체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 석출물이, 탄화물, 질화물 및 탄질화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는, 모터 철심용 적층체.
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