KR20170029632A

KR20170029632A - 방향성 전자 강판

Info

Publication number: KR20170029632A
Application number: KR1020177004922A
Authority: KR
Inventors: 히로요시 야시키; 겐이치 무라카미; 노부사토 모리시게; 히로토시 다다; 요시아키 나토리
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2017-03-15
Also published as: PL3196325T3; KR101975685B1; US20200181725A1; WO2016035530A1; EP3196325A4; CN106661696B; US20170233842A1; JPWO2016035530A1; JP6337967B2; US10604818B2; EP3196325B1; EP3196325A1; RU2662753C1; BR112017003450A2; BR112017003450B1; CN106661696A; US11377705B2

Abstract

이 방향성 전자 강판은, 강층과 이 강층 위에 직접에 접하여 배치된 절연 피막을 구비한다. 이 강층은, 화학 성분으로서, 질량％로, Si:2.9 내지 4.0％, Mn:2.0 내지 4.0％, Sn:0 내지 0.20％, Sb:0 내지 0.20％를 함유한다. 그리고, 상기한 강층에서는, 실리콘 함유량과 망간 함유량이, 질량％로, 1.2％≤Si-0.5×Mn≤2.0％를 만족시키고, 주석 함유량과 안티몬 함유량이, 질량％로, 0.005％≤Sn+Sb≤0.20％를 만족시킨다.

Description

방향성 전자 강판{GRAIN-ORIENTED ELECTROMAGNETIC STEEL SHEET}

본 발명은, 모터나 발전기와 같은 회전기의 분할형 철심과, 변압기ㆍ리액터 와 같은 정지기의 적 철심에 적합한 방향성 전자 강판에 관한 것이다. 특히, 종래와 동일한 정도의 L 방향의 고주파 자기 특성을 가지면서, 또한 C 방향의 고주파 자기 특성을 바람직하게 향상시킨 방향성 전자 강판에 관한 것이다.

본원은, 2014년 9월 1일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2014-177136호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

결정 방위가 고스 방위라고 불리는 {110} <001> 방위에 고도로 집적된 방향성 전자 강판은, 압연 방향에 우수한 자기 특성을 가지므로, 변압기, 발전기, 모터 등의 철심 재료로서 널리 사용되고 있다. 다만, 최근의 파워 일렉트로닉스 진전으로, 모터ㆍ발전기와 같은 회전기나, 변압기ㆍ리액터 등의 정지기에서는, 그 구동 주파수로서, 종래의 상용 주파 영역을 초과하는 고주파 영역까지 활용하는 일이 많아지고 있다. 이 때문에, 방향성 전자 강판에 대하여, 고주파 영역에서의 철손 특성을 더욱 개선하는 요구가 높아지고 있다.

또한, 하이브리드 자동차(HEV)와 전기 자동차(EV)로서 분할 철심을 채용하는 구동 모터를 사용하는 경우, 이 분할 철심에서는, 분할 철심의 티스 및 백 요크의 양방향에서, 고주파 영역에서의 철손 특성이 우수한 것이 요망된다. 이로 인해, 방향성 전자 강판에 대하여, 고주파 영역에서의 압연 방향(L 방향)의 철손 특성 이외에도, 고주파 영역에서의 압연 방향과 직각 방향인 판 폭 방향(C 방향)의 철손 특성을 더욱 개선하는 요구가 높아지고 있다. 즉, 방향성 전자 강판에서는, L 방향의 고주파 철손(L 방향 철손) 이외에도, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 철손(LC 평균 철손)에도 우수한 것이 요구되고 있다.

여기서, 분할 철심이란, 모터의 로터 외주에 배치되는 고정자(stator)를 구성하는 부재이다. 이 분할 철심은, 모터 회전축의 직경 방향이 전자 강판의 압연 방향(L 방향)과 대략 평행하고, 모터 회전축의 주위 방향이 전자 강판의 압연 직각 방향(C 방향)과 대략 평행해지도록, 전자 강판에서 펀칭된다. 즉, 분할 철심에서는, 일반적으로 자기 특성이 중요한 티스가 전자 강판의 압연 방향과 대략 평행하고, 백 요크가 압연 직각 방향과 대략 평행하게 된다. 또한, 백 요크의 자기 특성이 중요해지는 고정자의 경우에는, 백 요크가 전자 강판의 압연 방향과 대략 평행이 되도록 분할 철심을 펀칭하는 경우도 있다.

또한, 철손이란, 전기적 에너지와 자기적 에너지가 상호 변환될 때에 발생하는 에너지 손실을 의미한다. 이 철손의 값은 낮을수록 바람직하다. 방향성 전자 강판의 철손은, 히스테리시스 손실, 와전류 손실의 두 손실 성분으로 나눌 수 있다. 특히, 고주파 철손을 저감하기 위해서는, 강을 고합금화함으로써 강의 전기 저항을 증가시키고, 와전류 손실을 감소시키는 것이 유효하다. 또한, 전자 강판을 박육화하는 것도 와전류 손실을 감소시킬 수 있지만, 전자 강판의 박육화를 실시하는 경우, 냉간 압연 및 어닐링 등의 능률 저하로 인한 제조 비용의 상승이 불가피하다.

종래의 방향성 전자 강판은, 집합 조직 제어의 결과로 자기 이방성이 부여되기 때문에, L 방향의 자기 특성이 매우 우수하지만, C 방향의 자기 특성이 현저하게 떨어진다. 그로 인해, 종래의 방향성 전자 강판을, L 방향 철손과 LC 평균 철손과의 양립이 요구되는 분할 철심에 적용하는 것은 적합하지 않다.

또한, 상술한 바와 같이, 고주파 철손의 감소는 강의 고합금화가 효과적이다. 그러나, 전자 강판의 주요한 첨가 원소인 Si를 종래 이상으로 첨가하면, 강판을 취화시켜 냉간 압연을 어렵게 한다. 또한, Al은 Si에 비하여 강을 취화시키기 어려운 첨가 원소이지만, Al을 강에 많이 첨가하면, 2차 재결정에 의한 결정 방위 제어에서 중요한 역할을 하는 억제제 AlN의 분산 상태를 제어하는 것이 곤란해진다.

특허문헌 1에서는, Si:2.0 내지 4.0％, Mn:0.5％ 이하, sol. Al:0.003 내지 0.020％ 등을 함유한 강 슬래브에 대하여, 열간 압연, 열연판 어닐링, 중간 어닐링을 사이에 넣은 2회의 냉간 압연, 1차 재결정 어닐링 및 2차 재결정 어닐링을 실시하는 것으로, L 방향 및 C 방향의 자기 특성의 밸런스가 우수한 전자 강판을 제조하는 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 2에서는, Si:2.5 내지 4.0％, Mn:2.0 내지 4.0％, 산 가용성Al:0.003 내지 0.030％ 등을 함유한 강 슬래브에 대하여, 열간 압연, 열간 압연인 채 또는 열연판 어닐링, 냉간 압연, 1차 재결정 어닐링 및 2차 재결정 어닐링을 실시함으로써, L 방향 및 C 방향의 자기 특성의 밸런스가 우수한 전자 강판을 제조하는 방법이 제안되어 있다.

일본 특허 공개 (평)11-350032호 공보 일본 특허 공개 (평)7-18334호 공보

특허문헌 1에 개시된 제조 방법에 의해 제조된 전자 강판에서는, 합금 첨가량이 적고, 고주파 철손을 충분히 저감할 수 없다.

또한, 특허문헌 2에서는, 50 내지 60Hz의 상용 주파수 영역에서의 철손밖에 고려하고 있지 않고, 특허문헌 2에 따른 전자 강판에서는, 고주파 철손을 충분히 저감할 수 없다. 게다가, 특허문헌 2에 개시된 제조 방법에서는, 2차 재결정이 불안정하게 되기 쉽고, 그로 인해, 전자 강판의 안정적인 제조가 어렵다.

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명은, L 방향의 고주파 자기 특성과, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 자기 특성의 양쪽에 우수한 방향성 전자 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, Al과 마찬가지로 강을 취화하기 어려운 Mn을 Si 함유량에 따라 강 중에 다량으로 함유시켜, 강 중의 Sn 및 Sb의 합계 함유량을 제어하고, 또한 제조 조건을 치밀하게 제어함으로써, 종래와 동일한 정도의 L 방향의 고주파 자기 특성을 가지면서, 또한 C 방향의 고주파 자기 특성을 바람직하게 향상시킨 전자 강판을 얻을 수 있는 것을 발견했다.

또한, 본 발명의 일 형태에 관한 방향성 전자 강판에서는, 판 두께가 0.1 내지 0.40mm가 되고, 압연 방향의 자속 밀도 B8이 1.60 내지 1.77T가 된다. 압연 방향의 자속 밀도 B8이 1.60 내지 1.77T가 될 때, L 방향 철손과 LC 평균 철손이 밸런스 좋게 제어된다. 본 발명자들은, 압연 방향의 자속 밀도 B8이 1.60T 미만에서는, L 방향 철손이 충분하지 않고, 한편, 압연 방향의 자속 밀도 B8이 1.77T 이상에서는, L 방향 철손이 뛰어나지만 C 방향 철손이 악화되어 LC 평균 철손이 크게 악화되는 것을 발견했다.

본 발명의 요지는, 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 방향성 전자 강판은, 강층과 상기 강층 위에 배치된 절연 피막을 구비하고, 상기 강층이, 화학 성분으로서, 질량％로, C:0.0003 내지 0.005％, Si:2.9 내지 4.0％, Mn:2.0 내지 4.0％, sol. Al:0.003 내지 0.018％, S:0.005％ 이하, Sn:0 내지 0.20％, Sb:0 내지 0.20％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, 상기 강층의 상기 화학 성분 중의 실리콘 함유량과 망간 함유량이, 질량％로, 1.2％≤Si-0.5×Mn≤2.0％를 만족시키고, 상기 강층의 상기 화학 성분 중의 주석 함유량과 안티몬 함유량이, 질량％로, 0.005％≤Sn+Sb≤0.20％를 만족시키고, 상기 절연 피막이, 상기 강층과 직접 접하여 배치된다.

(2) 상기 (1)에 기재된 방향성 전자 강판에서는, 상기 강층이, 화학 성분으로서, 질량％로, Sn:0.004 내지 0.20％, Sb:0.001 내지 0.20％를 함유해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 주조 공정과, 열간 압연 공정과, 냉간 압연 공정과, 1차 재결정 어닐링 공정과, 어닐링 분리제 도포 공정과, 2차 재결정 어닐링 공정과, 절연 피막 형성 공정을 갖고 : 상기 주조 공정에서는, 화학 성분으로서, 질량％로, C:0.0003 내지 0.005％, Si:2.9 내지 4.0％, Mn:2.0 내지 4.0％, sol. Al:0.003 내지 0.018％, N:0.001 내지 0.01％, S:0.005％ 이하, Sn:0 내지 0.20％, Sb:0 내지 0.20％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, 상기 화학 성분 중의 실리콘 함유량과 망간 함유량이, 질량％로, 1.2％≤Si-0.5×Mn≤2.0％를 만족시키고, 상기 화학 성분 중의 주석 함유량과 안티몬 함유량이, 질량％로, 0.005％≤Sn+Sb≤0.20％를 만족시키는 강을 주조하고; 상기 1차 재결정 어닐링 공정에서는, 상기 강에 대하여, 승온 과정에서의 승온 속도를 평균으로 100℃/초 내지 5000℃/초로 하고, 상기 승온 과정에서의 분위기를 H₂:10 내지 100vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％로 하고, 균열 온도를 800 내지 1000℃로 하고, 균열 시간을 5초 내지 10분으로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 H₂:10 내지 100vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％이며 또한 노점 -10℃ 이하로 하는 조건으로 1차 재결정 어닐링을 행하고; 상기 어닐링 분리제 도포 공정에서는, 상기 강에 대하여, 알루미나를 주성분으로 함유하는 어닐링 분리제만을 도포하고; 상기 2차 재결정 어닐링 공정에서는, 상기 강에 대하여, 승온 과정에서의 분위기를 N₂:0 내지 80vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％로 하고, 상기 승온 과정에서의 500℃ 이상의 온도 영역을 노점 0℃ 이하로 하고, 균열 온도를 850 내지 1000℃로 하고, 균열 시간을 4 내지 100 시간으로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 N₂:0 내지 80vol％이고 H₂+N₂=100vol％이고 노점 0℃ 이하로 하는 조건으로 2차 재결정 어닐링을 실시한다.

(4) 상기 (3)에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 상기 주조 공정에서, 상기 강이, 화학 성분으로서, 질량％로, Sn:0.004 내지 0.20％, Sb:0.001 내지 0.20％를 함유해도 된다.

(5) 상기 (3) 또는 (4)에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 상기 2차 재결정 어닐링 공정에서, 상기 승온 과정에서 상기 승온 속도를 일정한 채로, 상기 균열 온도까지 상기 강을 승온해도 된다.

본 발명의 상기 형태에 의하면, L 방향의 고주파 자기 특성과, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 자기 특성의 양쪽에 우수한 방향성 전자 강판을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 단면 모식도.
도 2는 종래의 방향성 전자 강판을 나타내는 단면 모식도.

이하에, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 개시의 구성에만 제한되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 또한, 하기의 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다. 「초」 또는 「미만」이라고 나타내는 수치는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다.

본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판에 대하여 이하에 상세하게 설명한다.

본 발명자들은, 강의 화학 조성 및 제조 조건을 근본적으로 재검토하여, L 방향 및 C 방향의 고주파 철손의 밸런스가 우수한 방향성 전자 강판을 얻는 데 성공했다.

본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판은, 강층(지철)과 이 강층 위에 배치된 절연 피막을 구비하고, 상기 강층이, 화학 성분으로서, 질량％로, C:0.0003 내지 0.005％, Si:2.9 내지 4.0％, Mn:2.0 내지 4.0％, sol. Al:0.003 내지 0.018％, S:0.005％ 이하, Sn:0 내지 0.20％, Sb:0 내지 0.20％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, 상기 강층의 상기 화학 성분 중의 실리콘 함유량과 망간 함유량이, 질량％로, 1.2％≤Si-0.5×Mn≤2.0％를 만족시키고, 상기 강층의 상기 화학 성분 중의 주석 함유량과 안티몬 함유량이, 질량％로, 0.005％≤Sn+Sb≤0.20％를 만족시키고, 상기 절연 피막이 상기 강층과 직접 접하여 배치된다. 또한, 상기 방향성 전자 강판의 판 두께가 0.1 내지 0.40mm이며, 상기 방향성 전자 강판의 압연 방향의 자속 밀도 B8이 1.60 내지 1.77T인 것이 바람직하다.

도 1에, 판 두께 방향과 절단 방향이 평행이 되는 단면에서 보았을 때의 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판을 나타낸다. 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판은, 절연 피막(2)이 상기 강층(지철)(1)과 직접 접하여 배치된다. 도 2에, 판 두께 방향과 절단 방향이 평행이 되는 단면에서 보았을 때의 종래 방향성 전자 강판을 나타낸다. 종래의 방향성 전자 강판에서는, 강층(지철)(1) 위에 유리 피막(포르스테라이트 피막)(3)이 배치되고, 유리 피막(포르스테라이트 피막)(3) 위에 절연 피막(2)이 배치된다.

(1) 강층(지철)의 화학 조성에 대하여

본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 강층의 화학 조성에 대하여, 상세하게 설명한다. 또한, 이하에서는 특별히 단서가 없는 한, 각 원소의 함유량의 「％」는 「질량％」를 나타낸다.

본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 강층의 화학 성분 중, C, Si, Mn, Al이 기본 원소이다.

[C:0.0003 내지 0.005％]

C(탄소)는, 강에 포함되는 기본 원소이지만, 철손 열화를 일으키는 원소이다. 그로 인해, C의 함유량은, 적을수록 좋다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판에서는, C의 함유량의 상한을 0.005％로 한다. C의 함유량이 0.005％ 초과가 되면, 방향성 전자 강판의 철손이 열화되어, 양호한 자기 특성을 얻을 수 없다. C의 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.004％이며, 더욱 바람직하게는 0.003％이다. 한편, C의 함유량의 하한은, 특별히 제한되지 않지만, 0.0003％로 한다. C의 함유량을 0.0003％ 미만으로 저감시키기 위해서는 제강 프로세스의 비용이 들어 조업상 현실적이지 않다.

[Si:2.9 내지 4.0％]

Si(규소)는, 강의 전기 저항을 상승시켜 와전류 손실을 감소시키고, 고주파 철손을 개선하는 효과가 있다. 이 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Si의 함유량의 하한을 2.9％로 한다. Si의 함유량의 하한은, 바람직하게는 3.0％이다. 한편, Si의 함유량의 상한을 4.0％로 한다. Si의 함유량이 4.0％ 초과가 되면, 현저하게 가공성이 열화되어 냉간 압연이 곤란하게 된다. Si의 함유량의 상한은, 바람직하게는 3.8％이다.

[Mn:2.0 내지 4.0％]

Mn(망간)은, 강의 가공성을 열화시키지 않고 강의 전기 저항을 상승시켜 와전류 손실을 저감시키고, 고주파 철손을 개선하는 효과가 있다. 이 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Mn의 함유량의 하한을 2.0％로 한다. Mn의 함유량이 2.0％ 미만에서는, 고주파 철손의 저감 효과가 충분하지 않다. Mn의 함유량의 하한은, 바람직하게는 2.2％이며, 더욱 바람직하게는 2.6％이다. 한편, Mn의 함유량의 상한을 4.0％로 한다. Mn의 함유량이 4.0％ 초과가 되는 경우에는, 자속 밀도가 크게 저하된다. Mn의 함유량의 상한은, 바람직하게는 3.8％이며, 더욱 바람직하게는 3.4％이다.

[Si-0.5×Mn:1.2 내지 2.0％]

또한, 본 실시 형태에서는, Si 및 Mn의 함유량을, 서로 관련시켜 규정한다. 안정된 2차 재결정을 발생시키기 위해서는, 열연 강판의 결정 조직을 균일하게 미세화할 필요가 있다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, α(페라이트)-γ(오스테나이트) 변태를 활용한다. 종래의 방향성 전자 강판에서는, 열연 강판의 단계에서, 오스테나이트 형성 원소인 C를 함유하고 있지만, 본 실시 형태에 관한 전자 강판에서는, 열연 강판의 단계에서, C가 낮은 함유량이다. 그로 인해, 본 실시 형태에 관한 전자 강판에서는, α-γ 변태가, 페라이트 형성 원소인 Si의 함유량과, 오스테나이트 형성 원소인 Mn의 함유량과의 밸런스에 주로 영향을 받는다. 그로 인해, Si 및 Mn의 함유량을 서로 관련시켜 규정할 필요가 있다.

구체적으로는, (Si의 함유량)-0.5×(Mn의 함유량)으로 표현되는 값의 상한을 2.0％로 한다. 이 값이 2.0％ 초과가 되는 경우, 충분한 α-γ 변태가 생기지 않고, 열연 강판의 결정 조직이 균일하게 미세화하지 않고, 2차 재결정이 불안정해진다. 「Si-0.5×Mn」의 상한은, 바람직하게는 1.8％이며, 더욱 바람직하게는 1.75％이다. 한편, 「Si-0.5×Mn」의 하한은, 특별히 제한되지 않지만, 1.2％로 한다. 안정된 2차 재결정을 발생시키기 위하여, 「Si-0.5×Mn」의 하한은, 바람직하게는 1.6％이다. Si 및 Mn의 함유량이 상기 조건을 만족시킬 때, L 방향 및 C 방향의 고주파 철손의 밸런스가 우수한 방향성 전자 강판을 바람직하게 얻을 수 있다.

[sol. Al:0.003 내지 0.018％]

sol. Al(산 가용성 알루미늄)은, 2차 재결정에 의한 결정 방위 제어에서 중요한 역할을 하는 억제제를 형성한다. 이 억제제는, 석출물인 질화물, 예를 들어(Al, Si, Mn) 복합 질화물이다. 본 실시 형태에서는, sol. Al의 함유량의 하한을 0.003％로 한다. sol. Al의 함유량이 0.003％ 미만인 경우, 충분한 억제제 효과를 얻을 수 없다. 한편, sol. Al의 함유량의 상한을 0.018％로 한다. sol. Al의 함유량이 0.018％ 초과되는 경우, 질화물의 분산 상태가 부적절하게 되어, 안정된 2차 재결정이 발생되지 않는다. sol. Al의 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.016％이다.

본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 강층은, 화학 성분으로서, 불순물을 함유한다. 또한, 「불순물」이란, 강을 공업적으로 제조할 때에, 원료로서의 광석, 스크랩 또는 제조 환경 등으로부터 혼입하는 것을 가리킨다. 이들 불순물 중 S는, 본 실시 형태의 효과를 충분히 발휘시키기 위해, 이하와 같이 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 불순물의 함유량은 적은 것이 바람직하므로, 하한값을 제한할 필요가 없고, 불순물의 하한값이 0％이어도 된다.

[S:0.005％ 이하]

S(황)는, 불순물이다. S는, 강 중의 Mn과 결합하여 MnS를 형성하고, 자기 특성을 악화시킨다. 그로 인해, S의 함유량은 0.005％ 이하로 제한한다. S의 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.004％이며, 더욱 바람직하게는 0.003％이다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 강층은, 기본 원소와, 잔부로서 Fe 및 불순물을 함유한다. 단지, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 강층은, 상기 잔부인 Fe의 일부 대신에, Sn 또는 Sb 중 적어도 1종을 함유한다.

[Sn:0 내지 0.20％],

[Sb:0 내지 0.20％], 또한

[Sn+Sb:0.005 내지 0.20％]

Sn(주석) 및 Sb(안티몬)는, 2차 재결정을 안정적으로 발생시킴과 함께, 2차 재결정 입경을 미세화하여 고주파 철손을 저감시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Sn의 함유량을 0 내지 0.20％로 하고, Sb의 함유량을 0 내지 0.20％로 하고, 또한 Sn+Sb의 합계 함유량을 0.005 내지 0.20％로 한다. Sn 또는 Sb 중 1종이 강층에 포함되는 경우, 나머지 1종은 반드시 강층에 포함될 필요는 없으므로, Sn 및 Sb의 각 함유량의 하한값은 0％이어도 된다. 단지, Sn+Sb의 합계 함유량의 하한을 0.005％로 한다. Sn+Sb의 합계 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01％이다. 한편, Sn+Sb의 합계 함유량의 상한을 0.20％로 한다. Sn+Sb의 합계 함유량이 0.20％ 초과가 되는 경우에는, 상기 효과가 포화한다. Sn+Sb의 합계 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.15％이며, 더욱 바람직하게는 0.13％이다.

상술한 바와 같이, 강층에는, Sn 또는 Sb 중 1종이 포함되면 된다. 단, 강층에 Sn 및 Sb 중 양쪽이 동시에 포함되는 것이 바람직하다. 예를 들어, Sn의 함유량의 하한이 0.004％이며, 또한 Sb의 함유량의 하한이 0.001％인 것이 바람직하다. 즉, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 강층은, Mn과 Sn과 Sb를 동시에 함유하는 것이 바람직하다. 이 조건을 만족시킬 때, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 철손이 바람직하게 향상된다.

또한, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판은, 상술한 바와 같이 강층의 화학 성분으로서, Mn 함유량과 Sn+Sb의 합계 함유량을 동시에 높이는 것을 특징으로 한다. Mn 함유량을 높임으로써, 강의 전기 저항이 상승하여 와전류 손실이 감소하고, 그 결과, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 자기 특성(철손)을 향상시킬 수 있게 된다. 게다가, Sn+Sb의 합계 함유량을 높임으로써, 2차 재결정립이 미세화하여 이상 와전류 손실이 감소하고, 그 결과, L 방향 및 C 방향의 평균으로의 고주파 자기 특성(철손)을 향상시킬 수 있게 된다.

그러나, 종래의 방향성 전자 강판에서는, Mn 함유량과 Sn+Sb의 합계 함유량을 동시에 높이는 것이 반드시 용이하지는 않았다. 특히, Mn 함유량을 높인 후에, Sn과 Sb를 동시에 함유시키는 것이 반드시 용이하지는 않았다. 종래의 방향성 전자 강판에서는, Mn과 Sn과 Sb를 동시에 함유시켰을 경우, 절연 피막의 밀착성이 현저하게 저하되는 문제가 발생했다. 본 발명자들은, 상기 문제가, 1차 재결정 어닐링 중 및 2차 재결정 어닐링 중에 발생하는 강층의 표면 근방의 과잉인 산화에 기인한다고 생각했다.

종래의 방향성 전자 강판에서는, 일반적으로 강 슬래브가 어닐링 온도 및 열연 온도에서 오스테나이트를 안정화시키는 양의 C를 함유하고, 1차 재결정 어닐링에서의 승온을 100℃/초 미만의 승온 속도에서 실시하고, 1차 재결정 어닐링을 습윤 분위기(탈탄 분위기)에서 실시하고, 어닐링 분리제로서 마그네시아계 분리제를 이용하고, 그리고 2차 재결정 어닐링을 실시한다. 1차 재결정 어닐링에서는, 분위기가 습윤(탈탄 분위기)이기 때문에, 강판(강층)에서는 탈탄 이외에도 산화가 촉진된다. 또한, 마그네시아 어닐링 분리제는, 강판(강층)에 도포하기 위하여 슬러리화하면 어닐링 분리제 중의 MgO가 Mg(OH)₂로 변화하기 때문에, 강판(강층)을 산화시키기 쉽다. 그리고, 2차 재결정 어닐링에서는, 마그네시아 어닐링 분리제와 강판(강층) 표면의 산화층(실리카)이 화학 반응하여 유리 피막(포르스테라이트 피막)이 형성된다.

이러한 종래의 제조 방법으로, Mn 함유량과 Sn+Sb의 합계 함유량을 동시에 높인 강판(강층)을 적용한 경우, 강의 특이한 화학 성분에 기인하여 강층의 표면 근방이 과잉으로 산화된다고 여겨진다. 그 결과, 절연 피막의 밀착성이 현저하게 저하되는 문제가 생긴다고 여겨진다. 본 실시 형태에서는, 강층의 화학 성분과 제조 조건을 치밀하게 제어함으로써, Mn 함유량과 Sn+Sb의 합계 함유량을 동시에 높이는 것이 가능해진다. 특히, Mn 함유량을 높인 후에, Sn과 Sb를 동시에 함유시키는 것이 가능해진다. 제조 조건의 상세는 후술하겠지만, 본 실시 형태에서는, 강 슬래브 중의 C를 낮은 함유량으로 하고, 1차 재결정 어닐링의 승온 과정에서 종래 이상의 급속 가열을 실시하고, 1차 재결정 어닐링을 드라이 분위기(비 탈탄 분위기)로 실시하고, 어닐링 분리제로서 알루미나계 분리제를 사용하면서, 또한 2차 재결정 어닐링을 드라이 분위기에서 실시한다.

본 실시 형태에 특유의 제조 조건으로 제조된 방향성 전자 강판은, 1차 재결정 어닐링이 드라이 분위기(비 탈탄 분위기)에서 실시되어, 어닐링 분리제로서 알루미나계 분리제가 사용되고, 또한 2차 재결정 어닐링이 드라이 분위기에서 실시되므로, 강층 위에 유리 피막(포르스테라이트 피막)을 갖지 않는다. 즉, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판에서는, 절연 피막이 강층과 직접 접하여 배치된다.

본 실시 형태에 특유의 제조 조건을 적용함으로써, 강층의 Mn 함유량과 Sn+Sb의 합계 함유량을 동시에 높였을 경우에도, 특히, Mn 함유량을 높인 후에 Sn과 Sb를 동시에 함유시켰을 경우에도, 강층의 표면 근방의 과잉의 산화가 억제되므로, 절연 피막의 밀착성의 저하를 억제할 수 있게 된다. 그 결과, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 자기 특성(철손)을 종래보다도 바람직하게 향상시킬 수 있게 된다.

게다가, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판은, Mn 함유량을 높인 후에 Sn+Sb의 합계 함유량을 높였을 경우에도, 펀칭 가공성의 저하를 바람직하게 억제할 수 있다.

Sn, Sb는, 강을 취화시키기 쉬운 원소이다. 가공성이 본질적으로 부족한 Si 강(강층)에 대하여, 강을 취화하기 어렵다고 해도 다량으로 Mn을 함유시킨 다음 Sn+Sb의 합계 함유량을 높였을 경우, 강의 가공성이 현저하게 저하될 우려가 있다.

자세한 것은 불분명하지만, Si 강(강층)이 고함유량의 Mn을 포함하는 경우, 강층의 표면 근방에는, Si 산화물 외에도 Mn 산화물도 형성되기 쉽고, 이러한 Si 산화물이나 Mn 산화물의 근방에는, Sn과 Sb가 편석하기 쉽고, 그 결과, 펀칭 가공성이 저하되기 쉬워진다고 생각할 수 있다. 그 때문에 종래의 방향성 전자 강판에서는, Mn 함유량과 Sn+Sb의 합계 함유량을 동시에 높이는 것이 반드시 용이하지는 않았다. 특히, Mn 함유량을 높인 후에 Sn과 Sb를 동시에 함유시키는 것이 반드시 용이하지는 않았다.

본 실시 형태에 특유의 제조 조건에서는, 1차 재결정 어닐링 중에 강층의 표면 근방에서의 Mn 산화가 억제되면서, 또한 2차 재결정 어닐링 중에 유리 피막이 형성되지 않는다. Mn 산화가 억제되어 유리 피막이 형성되지 않기 때문에, 강층의 표면 근방의 산화물이 적다. 특히, 본 실시 형태에 특유의 제조 조건 이외에도, 강이 Sn 및 Sb를 동시에 함유하고, 한편 어닐링 분리제로서 알루미나계 분리제를 사용한 경우에, 산화층은 더욱 얇아진다. 그리고, Sn과 Sb의 편석도 억제된다. 그 결과, 펀칭 가공성의 저하가 바람직하게 억제된다. 아마도, 강층의 표면 근방의 산화층이 얇아지는 것에 의해, 표면 근방을 기점으로 하는(강층과 절연 피막의 계면을 기점으로 함) 취성 파괴가 억제되기 때문이라고 생각된다.

구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 강층(절연 피막을 제거한 강층 전체)에서는, O(산소)의 함유량이, 질량％로, 0.03％(300ppm) 이하인 것이 바람직하다. 또한, 절연 피막의 계면으로부터 강층 측을 향하여 깊이가 10㎛까지의 영역을 강층의 표면 영역으로 할 때, 이 표면 영역을 제외한 강층의 본체 영역에서는, O 함유량이, 질량％로, 0.01％(100ppm) 미만인 것이 바람직하다. 강층 전체에서의 O 함유량이 0.03％(300ppm) 이하이면 펀칭 가공성의 저하가 바람직하게 억제된다. 강층 전체에서의 O 함유량은, 0.02％(200ppm) 이하인 것이 바람직하고, 0.01％(100ppm) 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 강층 전체에서의 O 함유량의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 이 하한을 0.001％(10ppm)로 해도 된다. 강층의 O 함유량은, 예를 들어 불활성 가스 융해-비분산형 적외선 흡수법을 사용하여 측정하면 된다.

본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 강층은, 상기에서 설명한 원소 이외에도, 선택 원소를 함유해도 된다. 예를 들어, 상기한 잔부인 Fe의 일부를 대신해 선택 원소로서, N, P, Ni, Cr, Cu, Mo 중 적어도 1종을 함유해도 된다. 이들 선택 원소는, 그 목적에 따라 함유시키면 된다. 따라서, 이 선택 원소의 하한값을 제한할 필요가 없고, 하한값이 0％이어도 된다. 또한, 이들 선택 원소가 불순물로서 함유되어도, 상기 효과는 손상되지 않는다.

[N:0 내지 0.01％]

N(질소)는, 억제제가 되는 질화물을 형성한다. 따라서, 강 슬래브 중에서는 0.0010％ 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, N이, 최종 제품인 방향성 전자 강판의 강층에 다량으로 잔류하면 자기 특성에 악영향을 줄 우려가 있다. 따라서, N의 함유량의 상한은, 0.0100％인 것이 바람직하고, 0.0050％인 것이 더욱 바람직하다.

[P:0 내지 0.15％]

P(인)은, 강의 전기 저항을 높여서 와전류 손실을 저감시키는 효과를 갖는다. 그로 인해, P의 함유량을 0 내지 0.15％로 해도 된다. P의 함유량의 하한은, 0.0001％인 것이 바람직하다.

[Ni:0 내지 0.3％]

Ni(니켈)은, 강의 전기 저항을 높여서 와전류 손실을 저감시키고, 또한 자속 밀도를 향상시키는 효과를 갖는다. 그로 인해, Ni의 함유량을 0 내지 0.3％로 해도 된다. Ni의 함유량의 하한은, 0.0001％인 것이 바람직하다.

[Cr:0 내지 0.3％]

Cr(크롬)은, 강의 전기 저항을 높여서 와전류 손실을 저감시키는 효과를 갖는다. 그로 인해, Cr의 함유량을 0 내지 0.3％로 해도 된다. Cr의 함유량의 하한은, 0.0001％인 것이 바람직하다.

[Cu:0 내지 0.3％]

Cu(구리)는, 강의 전기 저항을 높여서 와전류 손실을 저감시키는 효과를 갖는다. 그로 인해, Cu의 함유량을 0 내지 0.3％로 해도 된다. Cu의 함유량의 하한은, 0.0001％인 것이 바람직하다.

[Mo:0 내지 0.3％]

Mo(몰리브덴)는, 강의 전기 저항을 높여서 와전류 손실을 저감시키는 효과를 갖는다. 그로 인해, Mo의 함유량을 0 내지 0.3％로 해도 된다. Mo의 함유량의 하한은, 0.0001％인 것이 바람직하다.

상기한 강층의 화학 성분은, 강의 일반적인 분석 방법에 의해 측정하면 된다. 예를 들어, 강층의 화학 성분은, ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)를 사용하여 측정하면 된다. 구체적으로는, 피막 제거 후의 강층의 중앙의 위치로부터 입상의 시험편을 채취하고, 미리 제작한 검량선에 따른 조건으로 화학 분석함으로써 특정할 수 있다. 또한, C 및 S는 연소-적외선 흡수법을 사용하고, N은 불활성 가스 융해-열 전도도법을 사용하고, O는 불활성 가스 융해-비분산형 적외선 흡수법을 사용하여 측정하면 된다.

(2) 방향성 전자 강판의 판 두께에 대하여

다음으로, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판이 바람직한 판 두께에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판에서는, 판 두께의 상한을 0.40mm로 하면 된다. 판 두께가 0.40mm 초과가 되는 경우, 와전류 손실이 증대하고, 고주파 철손이 열화될 우려가 있다. 한편, 판 두께의 하한은, 특별히 제한되지 않지만, 0.1mm로 하면 된다. 판 두께가 0.1mm 미만인 경우, 생산성이 저하되므로 바람직하지 않다.

(3) 방향성 전자 강판의 자기 특성에 대하여

계속해서, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 바람직한 자기 특성에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판에서는, 압연 방향(L 방향)의 자속 밀도 B8의 하한이 1.60T인 것이 바람직하다. 압연 방향의 자속 밀도 B8이 1.60T 미만이 되는 경우에는, L 방향 철손 및 LC 평균 철손이 모두 악화될 우려가 있다. 압연 방향의 자속 밀도 B8의 하한은, 바람직하게는 1.62T이다. 한편, 압연 방향의 자속 밀도 B8의 상한이 1.77T인 것이 바람직하다. 압연 방향의 자속 밀도 B8이 1.77T 초과가 되는 경우, L 방향 철손이 우수하지만 C 방향 철손이 악화되어 LC 평균의 철손이 대폭 악화될 우려가 있다. 압연 방향의 자속 밀도 B8의 상한은, 바람직하게는 1.76T이다.

또한, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판에서는, L 방향의 철손 W10/400이 13.0W/kg 이하인 것이 바람직하다. 그리고, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 철손 W10/400이 14.5W/kg 이하인 것이 바람직하다. 또한, 철손 특성은, 그 값이 낮을수록 바람직하므로, 하한은 특별히 제한되지 않는다. 또한, C 방향의 철손 W10/400은, L 방향의 철손 W10/400과 비교하여, 1.0 내지 2.0배인 것이 바람직하다. 상기 조건을 만족시킬 때, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 철손이 바람직하게 향상된다.

여기서, 자속 밀도나 철손 등의 자기 특성은, 예를 들어 JIS C 2550에 규정되어 있는 엡스타인 시험에 기초하는 방법이나, JIS C 2556에 규정되어 있는 단판 자기 특성 시험법(Single Sheet Tester:SST) 등, 공지의 방법에 의해 측정하면 된다. 또한, 자속 밀도 B8은, 800A/m의 자장에 있어서의 자속 밀도를 의미하며, 철손 W10/400은, 최대 자속 밀도가 1.0T이고 주파수 400Hz라는 조건 하에서 발생하는 철손을 의미한다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 주조 공정과, 열간 압연 공정과, 냉간 압연 공정과, 1차 재결정 어닐링 공정과, 어닐링 분리제 도포 공정과, 2차 재결정 어닐링 공정과, 절연 피막 형성 공정을 갖는다. 또한, 필요에 따라, 열간 압연 공정 후에서 냉간 압연 공정 전에, 열연판 어닐링 공정을 가져도 된다. 또한, 냉간 압연 공정에서는, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 넣은 2회 이상의 냉간 압연을 실시하면 된다.

[주조 공정]

주조 공정에서는, 화학 성분으로서, 질량％로, C:0.0003 내지 0.005％, Si:2.9 내지 4.0％, Mn:2.0 내지 4.0％, sol. Al:0.003 내지 0.018％, N:0.001 내지 0.01％, S:0.005％ 이하, Sn:0 내지 0.20％, Sb:0 내지 0.20％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, 상기 화학 성분 중의 실리콘 함유량과 망간 함유량이, 질량％로, 1.2％≤Si-0.5×Mn≤2.0％를 만족시키고, 상기 화학 성분 중의 주석 함유량과 안티몬 함유량이, 질량％로, 0.005％≤Sn+Sb≤0.20％를 만족시키는 주조편(슬래브)을 주조한다. 예를 들어, 통상의 연속 주조법, 잉곳법, 박 슬래브 주조법 등의 주조 방법으로 슬래브를 주조하면 된다. 또한, 연속 주조인 경우에는, 강을 한번 저온(예를 들어, 실온)까지 냉각하고, 재가열한 후, 이 강을 열간 압연해도 되고, 주조된 직후의 강(주조 슬래브)을 연속적으로 열간 압연해도 된다.

상기한 주조편(슬래브)에는, Sn 또는 Sb 중 1종이 포함되면 된다. 단, 이 슬래브에 Sn 및 Sb의 양쪽이 동시에 포함되는 것이 바람직하다. 예를 들어, Sn의 함유량의 하한이 0.004％이며, 또한 Sb의 함유량의 하한이 0.001％인 것이 바람직하다. 즉, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 주조 공정에서 슬래브가, Mn과 Sn과 Sb를 동시에 함유하는 것이 바람직하다.

[열간 압연 공정]

열간 압연 공정에서는, 주조 공정 후의 슬래브를 1050 내지 1400℃로 가열한 후, 그 슬래브에 대하여 열간 압연을 실시하고, 700 내지 950℃의 범위에서 열간 압연을 종료한다. 열간 압연 공정에서는, 1.8 내지 3.5mm의 두께를 갖는 열연 강판을 얻도록 열간 압연을 실시하면 된다.

[열연판 어닐링 공정]

열간 압연 공정 후, 필요에 따라 열연판 어닐링을 실시한다. 열연판 어닐링 공정에서는, 열간 압연 공정 후의 열연 강판에 대하여, 연속 어닐링의 경우 750 내지 1200℃에서 10초에서 10분의 균열, 상자형 어닐링의 경우 650 내지 950℃에서 30분 내지 24시간의 균열을 실시하면 된다.

[냉간 압연 공정]

냉간 압연 공정에서는, 열간 압연 공정 후의 열연 강판 또는 열연판 어닐링 공정 후의 열연 어닐링판에 대하여, 냉간 압연을 실시한다. 냉간 압연 공정에서는, 0.1 내지 0.4mm의 두께를 갖는 냉연 강판을 얻도록 냉간 압연을 실시하면 된다. 중간 어닐링을 사이에 넣은 2회 이상의 냉간 압연을 행하는 경우, 중간 어닐링 전의 냉간 압연에서는 압하율을 40 내지 70％로 하고, 중간 어닐링 후에 최종의 냉간 압연에서는 압하율을 40 내지 90％로 하면 된다. 중간 어닐링은, 상술한 열연판 어닐링과 마찬가지의 균열 조건으로 어닐링하면 된다.

[1차 재결정 어닐링 공정]

1차 재결정 어닐링 공정에서는, 냉간 압연 공정의 냉연 강판에 대하여, 1차 재결정 어닐링을 실시한다. 이 1차 재결정 어닐링 공정에서는, 승온 과정에서 급속 가열한다. 1차 재결정 어닐링의 승온 과정을 급속하게 수행하여 가열 시간을 단축할 수 있고, 그 결과, 승온 과정에서 표면 산화를 억제할 수 있다. 균열을 드라이 분위기(비 탈탄 분위기)에서 더욱 실시한다. 구체적으로는, 승온 과정에 관해서는, 승온 과정에서의 승온 속도를 평균으로 100℃/초 내지 5000℃/초로 하고, 승온 과정에서의 분위기를 H₂:10 내지 100vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％로 하고, 더욱 바람직하게는 승온 과정의 분위기 노점을 0℃ 이하로 한다. 균열 과정에 관해서는, 균열 온도를 800 내지 1000℃로 하고, 균열 시간을 5초 내지 10분으로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 H₂:10 내지 100vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％이며 또한 노점 -10℃ 이하로 하면 된다. 또한, 승온 과정에서의 승온 속도는, 100℃/초 내지 2000℃/초인 것이 바람직하다.

승온 과정에서의 분위기는, H₂가 50vol％ 미만인 것이 바람직하고, H₂가 25vol％ 미만인 것이 더욱 바람직하다. 균열 과정에서의 분위기도, H₂가 50vol％ 미만인 것이 바람직하고, H₂가 25vol％ 미만인 것이 더욱 바람직하다. 상기 조건을 만족시킬 때, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 철손이 바람직하게 향상된다.

[어닐링 분리제 도포 공정]

어닐링 분리제 도포 공정에서는, 1차 재결정 어닐링 공정 후의 1차 재결정 어닐링판에 대하여, 알루미나(Al₂O₃)를 주성분으로 함유하는 어닐링 분리제만을 도포한다. 도포 시에 수산화하여 반입 산소가 많아지는 마그네시아(MgO)를 주성분으로 함유하는 어닐링 분리제를 사용하지 않는다. 알루미나계 분리제를 사용함으로써, 2차 재결정 어닐링에 있어서의 강층의 표면 근방의 과도한 산화를 억제할 수 있다.

[2차 재결정 어닐링 공정]

2차 재결정 어닐링 공정에서는, 어닐링 분리제 도포 공정 후의 분리제 도포 강판에 대하여, 2차 재결정 어닐링을 실시한다. 이 2차 재결정 어닐링 공정에서는, 승온 과정에서 분위기 제어를 하고, 균열을 드라이 분위기에서 실시한다. 구체적으로는, 승온 과정에서의 분위기를 N₂:0 내지 80vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％로 하고, 승온 과정에서의 500℃ 이상의 온도 영역을 노점 0℃ 이하로 하고, 균열 온도를 850 내지 1000℃로 하고, 균열 시간을 4 내지 100 시간으로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 N₂:0 내지 80vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％이며 또한 노점 0℃ 이하로 하면 된다. 또한, 균열 과정에서의 분위기는, N₂:0 내지 50vol％인 것이 바람직하다.

승온 과정에서는, 승온 속도를 대략 일정하게 한 채로(2단계 균열없이), 850 내지 1000℃인 상기한 균열 온도 범위 내까지 강판을 승온하면 된다. 이 승온 속도는 800℃ 이상에 있어서 평균 10 내지 50℃/시간인 것이 바람직하다. 승온 과정에서의 분위기는, N₂가 30vol％ 미만인 것이 바람직하고, N₂가 20vol％ 미만인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 균열 과정에서의 분위기는 100％ H₂인 것이 바람직하다. 상기 조건을 만족시킬 때, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 철손이 바람직하게 향상된다.

[절연 피막 형성 공정]

절연 피막 형성 공정에서는, 2차 재결정 어닐링 공정 후의 2차 재결정 어닐링판에 대해, 절연 피막을 형성한다. 예를 들어, 아크릴 등의 수지와 인산염 등의 무기물을 혼합한 것이나, 콜로이달 실리카 및 인산염을 함유하는 절연 코팅액을 강판의 표면에 도포하고, 유기 성분을 함유하는 경우에는 250 내지 400℃, 무기 성분만으로는 840 내지 920℃의 온도 범위에서 열 처리를 실시하면 된다.

상기한 바와 같이 제조된 방향성 전자 강판은, 강층(지철)과 이 강층 위에 배치된 절연 피막을 구비하고, 상기 강층이, 화학 성분으로서, 질량％로, C:0.0003 내지 0.005％, Si:2.9 내지 4.0％, Mn:2.0 내지 4.0％, sol. Al:0.003 내지 0.018％, S:0.005％ 이하, Sn:0 내지 0.20％, Sb:0 내지 0.20％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, 상기 강층의 상기 화학 성분 중의 실리콘 함유량과 망간 함유량이, 질량％로, 1.2％≤Si-0.5×Mn≤2.0％를 만족시키고, 상기 강층의 상기 화학 성분 중의 주석 함유량과 안티몬 함유량이, 질량％로, 0.005％≤Sn+Sb≤0.20％를 만족시키고, 상기 절연 피막이 상기 강층과 직접 접하여 배치된다.

상기한 각 제조 조건을 치밀하게 복합적으로 제어함으로써 제조된 방향성 전자 강판에서는, 강층의 Mn 함유량과 Sn+Sb의 합계 함유량을 동시에 높인 경우에도, 특히, Mn 함유량을 높인 후에 Sn과 Sb를 동시에 함유시킨 경우에도, 강층의 표면 근방의 과잉인 산화가 억제되므로, 절연 피막의 밀착성의 저하를 억제하는 것이 가능하게 되고, 또한 L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 자기 특성(철손)을 향상시키는 것이 가능해진다.

실시예 1

계속해서, 실시예에 의해 본 발명의 일 형태의 효과를 더욱 구체적으로 상세하게 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건예에 제한되지 않는다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있다.

(실시예 1)

이하의 표 1에 나타내는 조성으로 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 강 슬래브를, 1250℃로 가열한 후, 열간 압연에서 2.6mm 두께로 마무리했다. 이어서, 냉간 압연에서 1.2mm 두께로, 중간 어닐링을 900℃에서 30초 행하고 나서, 최종 판 두께 0.30mm로 마무리하고, 920℃에서 15초 동안 1차 재결정 어닐링, 어닐링 분리제를 더욱 도포하고, 최고 온도 940℃의 2차 재결정 어닐링 후에, 절연 피막 도포를 행했다.

또한, 1차 재결정 어닐링에서는, 승온 과정에서의 승온 속도를 400℃/초로 하고, 승온 과정에서의 분위기를 20％ H₂+80％ N₂로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 20％ H₂+80％ N₂이며 또한 노점 -20℃로 했다. 어닐링 분리제는, 알루미나계 분리제를 사용했다. 2차 재결정 어닐링 공정에서는, 800℃ 이상의 승온 과정에서의 승온 속도를 20℃/시간으로 하고, 승온 속도를 대략 일정하게 유지하면서 940℃까지 승온하고, 승온 과정에서의 분위기를 85％ H₂+15％ N₂로 하고, 승온 과정에서의 500℃ 이상의 온도 영역에서 노점 -10℃로 하고, 균열 시간을 10 시간으로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 100％ H₂이며 또한 노점 -30℃로 했다. 또한, 어느 쪽의 강판도, 절연 피막이 강층과 직접 접해서 배치되어, 충분한 밀착성을 갖고 있었다.

그 후, 한변이 55mm인 정방형으로 펀칭하고, 750℃에서 2시간의 응력 제거 어닐링을 실시하고, 단판 자기 측정(SST)에 의해 L 방향 및 C 방향의 자기 특성(자속 밀도 B8 및 철손 W10/400)을 평가했다. 그리고, L 방향의 자속 밀도 B8이 1.60 내지 1.77T인 강판을 합격이라고 판단하고, L 방향의 철손 W10/400이 13.0W/kg 이하인 강판을 합격이라고 판단하고, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 철손 W10/400이 14.5W/kg 이하인 강판을 합격이라고 판단했다. 또한, 종래의 방향성 전자 강판의 비교를 위하여, JIS규격 30P105급의 시판재의 자기 특성도, 아울러 평가했다. 얻어진 결과를, 이하의 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타낸 바와 같이, sol. Al 함유재인 본 발명예의 강종 B, D, E, F(No. 2, 4, 5, 6)에서는, 시료 전체면에서 2차 재결정이 발생하고, L 방향 철손 및 LC 평균 철손의 W10/400이 우수했다. 한편, sol. Al이 하한을 하회하는 강종 A(No.1) 및 상한을 초과한 강종 C와 G(No. 3, 7)에서는, 충분한 2차 재결정이 발생되지 않고 자속 밀도 B8가 뒤떨어지고, L 방향 및 LC 평균의 고주파 철손 W10/400이 뒤떨어지고 있다.

이어서, 본 발명예인 강종 B, D, E, F(No. 2, 4, 5, 6)의 철손 W10/400을, JIS 규격의 30P105급 시판재(No.8)의 철손 W10/400과 비교하면, L 방향은 거의 동등한 고주파 철손이지만, LC 평균의 고주파 철손은 큰 폭으로 우수하다.

(실시예 2)

이하의 표 3에 나타내는 조성에서 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 강 슬래브를, 1200℃로 가열한 후, 열간 압연에서 2.1mm 두께로 마무리했다. 이어서, 900℃에서 30초의 열연판 어닐링을 행한 후, 냉간 압연에서 0.35mm 두께로 마무리하고, 920℃에서 15초의 1차 재결정 어닐링, 어닐링 분리제를 더욱 도포하고, 최고 온도 940℃의 2차 재결정 어닐링 후에, 절연 피막 도포를 행했다. 또한, 제품 판 두께의 효과를 평가하기 위하여 냉간 압연에서 0.50mm 두께로 마무리한 것도 제조했지만, 마무리 판 두께 이외의 제조 조건은 동일하다.

또한, 1차 재결정 어닐링에서는, 승온 과정에서의 승온 속도를 200℃/초로 하고, 승온 과정에서의 분위기를 25％ H₂+75％ N₂로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 25％ H₂+75％ N₂이며 또한 노점 -20℃로 했다. 어닐링 분리제는, 알루미나계 분리제를 사용했다. 2차 재결정 어닐링 공정에서는, 800℃ 이상의 승온 과정에서의 승온 속도를 15℃/시간으로 하고, 승온 속도를 대략 일정한 채로 940℃까지 승온하고, 승온 과정에서의 분위기를 90％ H₂+10％ N₂로 하고, 승온 과정에서의 500℃ 이상의 온도 영역으로 노점 -30℃로 하고, 균열 시간을 10 시간으로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 100％ H₂이며 또한 노점 -40℃로 했다. 또한, 어느 쪽의 강판도, 절연 피막이 강층과 직접 접해서 배치되어, 충분한 밀착성을 갖고 있었다.

그 후, 한변이 55mm인 정방형으로 펀칭하고, 750℃에서 2시간의 응력 제거 어닐링을 실시하고, 단판 자기 측정(SST)에 의해 L 방향 및 C 방향의 자기 특성(자속 밀도 B8 및 철손 W10/400)을 평가했다. 그리고, L 방향의 자속 밀도 B8이 1.60 내지 1.77T인 강판을 합격이라고 판단하고, L 방향의 철손 W10/400이 13.0W/kg 이하인 강판을 합격이라고 판단하고, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 철손 W10/400이 14.5W/kg 이하인 강판을 합격이라고 판단했다. 얻어진 결과를, 이하의 표 4에 나타낸다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명예인 강종 H, I, J, K의 0.35mm 두께재(No. 9, 10, 12, 13)에서는, 시료 전체면에서 2차 재결정이 발생하고, L 방향 철손 및 LC 평균 철손의 W10/400이 우수했다. 한편, 강종 I에서도, 판 두께가 상한을 벗어난 0.5mm 두께의 경우(No.11)에는, L 방향 철손 및 LC 평균 철손의 W10/400이 현저하게 큰 값을 나타냈다. 또한, Si-0.5×Mn의 값이 상한을 초과한 강종 L, M(No. 14, 15)에서는, 선상의 2차 재결정 불량이 많은 부분에서 발생했기 때문에 자속 밀도 B8이 떨어지고, L 방향 철손 및 LC 평균 철손의 W10/400이 떨어지고 있다.

(실시예 3)

이하의 표 5에 나타내는 조성에서 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 강 슬래브를, 1250℃로 가열한 후, 열간 압연에서 2.8mm 두께로 했다. 계속해서, 1회째의 냉간 압연에서 1.4mm 두께로서, 중간 어닐링을 950℃에서 30초 실시하고 나서, 2회째의 냉간 압연에서 최종 판 두께 0.23mm로 마무리하고, 920℃에서 15초의 1차 재결정 어닐링, 어닐링 분리제를 더 도포하고, 최고 온도 940℃의 2차 재결정 어닐링 후에, 절연 피막 도포를 실시했다.

또한, 1차 재결정 어닐링에서는, 승온 과정에서의 승온 속도를 1000℃/초로 하고, 승온 과정에서의 분위기를 15％ H₂+85％ N₂로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 15％ H₂+85％ N₂이며 또한 노점 -30℃로 했다. 어닐링 분리제는, 알루미나계 분리제를 사용했다. 2차 재결정 어닐링 공정에서는, 800℃ 이상의 승온 과정에서의 승온 속도를 20℃/초로 하고, 승온 속도를 대략 일정한 채로 940℃까지 승온하고, 승온 과정에서의 분위기를 95％ H₂+5％ N₂로 하고, 승온 과정에서의 500℃ 이상의 온도 영역으로 노점 -20℃로 하고, 균열 시간을 15 시간으로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 100％ H₂이며 또한 노점 -40℃로 했다. 또한, 어느 쪽의 강판도, 절연 피막이 강층과 직접 접해서 배치되어, 충분한 밀착성을 갖고 있었다.

그 후, 한변이 55mm인 정방형으로 펀칭하고, 750℃에서 2시간의 응력 제거 어닐링을 실시하고, 단판 자기 측정(SST)에 의해 L 방향 및 C 방향의 자기 특성(자속 밀도 B8 및 철손 W10/400)을 평가했다. 그리고, L 방향의 자속 밀도 B8이 1.60 내지 1.77T인 강판을 합격이라고 판단하고, L 방향의 철손 W10/400이 13.0W/kg 이하인 강판을 합격이라고 판단하고, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 철손 W10/400이 14.5W/kg 이하인 강판을 합격이라고 판단했다. 또한, 종래의 방향성 전자 강판의 비교를 위하여, JIS규격 23P95급의 시판재의 자기 특성도, 아울러 평가했다. 얻어진 결과를, 이하의 표 6에 나타낸다.

표 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명예인 강종 N, O, P(No. 16, 17, 18)에서는, 2차 재결정이 발생하고, L 방향 철손 및 LC 평균 철손의 W10/400이 우수했다. 이어서, 본 발명예인 강종 N, O, P(No. 16, 17, 18)의 철손 W10/400을, JIS규격의 23P95급 시판재(No.19)의 철손 W10/400과 비교하면, L 방향은 거의 동등한 고주파 철손이지만, LC 평균의 고주파 철손은 대폭 우수하다.

(실시예 4)

이하의 표 7에 나타내는 조성에서 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 강 슬래브를, 1230℃로 가열한 후, 열간 압연에서 2.0mm 두께로 마무리했다. 이어서, 920℃에서 30초의 열연판 어닐링을 행한 후, 냉간 압연에서 0.30mm 두께로 마무리하고, 930℃에서 15초의 1차 재결정 어닐링, 어닐링 분리제를 더 도포하고, 최고 온도 940℃의 2차 재결정 어닐링 후에, 절연 피막 도포를 행했다.

또한, 1차 재결정 어닐링에서는, 승온 과정에서의 승온 속도를 120℃/초로 하고, 승온 과정에서의 분위기를 20％ H₂+80％ N₂로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 20％ H₂+80％ N₂이며 또한 노점 -25℃, -10℃, 0℃, 30℃의 4 조건으로 했다. 어닐링 분리제는, 알루미나계 분리제를 사용했다. 2차 재결정 어닐링 공정에서는, 800℃ 이상의 승온 과정에서의 승온 속도를 20℃/초로 하고, 승온 속도를 대략 일정한 채로 940℃까지 승온하고, 승온 과정에서의 분위기를 85％ H₂+15％ N₂로 하고, 승온 과정에서의 500℃ 이상의 온도 영역으로 노점 0℃로 하고, 균열 시간을 5 시간으로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 100％ H₂이며 또한 노점 -30℃로 했다. 시험 No. 20, 21의 강판은, 절연 피막이 강층과 직접 접해서 배치되어, 충분한 밀착성을 갖고 있었다. 한편, 시험 No. 22, 23의 강판은, 절연 피막과 강층과 사이에 산화물이 형성되고, 밀착성이 충분하지 않았다.

그 후, 한변이 55mm인 정방형으로 펀칭하고, 750℃에서 2시간의 응력 제거 어닐링을 실시하고, 단판 자기 측정(SST)에 의해 L 방향 및 C 방향의 자기 특성(자속 밀도 B8 및 철손 W10/400)을 평가했다. 그리고, L 방향의 자속 밀도 B8이 1.60 내지 1.77T인 강판을 합격이라고 판단하여, L 방향의 철손 W10/400이 13.0W/kg 이하인 강판을 합격이라고 판단하여, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 철손 W10/400이 14.5W/kg 이하인 강판을 합격이라고 판단했다. 얻어진 결과를, 이하의 표 8에 나타낸다.

표 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명예인 시험 No. 20, 21에서는, 시료 전체면에서 2차 재결정이 발생하고, L 방향 철손 및 LC 평균 철손의 W10/400이 우수했다. 또한, 본 발명예인 시험 No. 20, 21에서는, 강층의 O 함유량을 불활성 가스 융해-비분산형 적외선 흡수법으로 측정하면, 0.03％(300ppm) 이하로 되어 있었다.

한편, 비교예인 시험 No. 22, 23에서는, 강층의 O 함유량이 0.03％(300ppm)를 초과하고 있고, 강층의 표면에 두꺼운 산화층이 존재해 절연 피막의 밀착성이 현저하게 저하되어, 자기 특성 등의 평가를 행할 수 없었다. 또한, 비교예인 R, S, T(No. 24 내지 26)에서는, 자속 밀도 B8이나 철손 W10/400이 불충분했다.

<산업상 이용가능성>

본 발명의 상기 형태에 의하면, L 방향의 고주파 자기 특성과, L 방향 및 C 방향의 평균으로서의 고주파 자기 특성의 쌍방이 우수한 방향성 전자 강판을 제공하는 것이 가능해진다. 따라서, 산업상 이용가능성이 높다.

1 강층(지철)
2 절연 피막
3 유리 피막(포르스테라이트 피막)

Claims

강층과 상기 강층 위에 배치된 절연 피막을 구비하는 방향성 전자 강판에 있어서,
상기 강층이, 화학 성분으로서, 질량％로,
C:0.0003 내지 0.005％,
Si:2.9 내지 4.0％,
Mn:2.0 내지 4.0％,
sol. Al:0.003 내지 0.018％,
S:0.005％ 이하,
Sn:0 내지 0.20％,
Sb:0 내지 0.20％,
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고,
상기 강층의 상기 화학 성분 중의 실리콘 함유량과 망간 함유량이, 질량％로, 1.2％≤Si-0.5×Mn≤2.0％를 만족시키고,
상기 강층의 상기 화학 성분 중의 주석 함유량과 안티몬 함유량이, 질량％로, 0.005％≤Sn+Sb≤0.20％를 만족시키고,
상기 절연 피막이, 상기 강층과 직접 접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판.
제1항에 있어서,
상기 강층이, 화학 성분으로서, 질량％로,
Sn:0.004 내지 0.20％,
Sb:0.001 내지 0.20％,
를 함유하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판.
제1항 또는 제2항에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법이며,
상기 제조 방법은, 주조 공정과, 열간 압연 공정과, 냉간 압연 공정과, 1차 재결정 어닐링 공정과, 어닐링 분리제 도포 공정과, 2차 재결정 어닐링 공정과, 절연 피막 형성 공정을 갖고,
상기 주조 공정에서는, 화학 성분으로서, 질량％로, C:0.0003 내지 0.005％, Si:2.9 내지 4.0％, Mn:2.0 내지 4.0％, sol. Al:0.003 내지 0.018％, N:0.001 내지 0.01％, S:0.005％ 이하, Sn:0 내지 0.20％, Sb:0 내지 0.20％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, 상기 화학 성분 중의 실리콘 함유량과 망간 함유량이, 질량％로, 1.2％≤Si-0.5×Mn≤2.0％를 만족시키고, 상기 화학 성분 중의 주석 함유량과 안티몬 함유량이 질량％로, 0.005％≤Sn+Sb≤0.20％를 만족시키는 강을 주조하고,
상기 1차 재결정 어닐링 공정에서는, 상기 강에 대하여, 승온 과정에서의 승온 속도를 평균으로 100℃/초 내지 5000℃/초로 하고, 상기 승온 과정에서의 분위기를 H₂:10 내지 100vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％로 하고, 균열 온도를 800 내지 1000℃로 하고, 균열 시간을 5초 내지 10분으로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 H₂:10 내지 100vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％이며 또한 노점 -10℃ 이하로 하는 조건으로 1차 재결정 어닐링을 행하고,
상기 어닐링 분리제 도포 공정에서는, 상기 강에 대하여, 알루미나를 주성분으로서 함유하는 어닐링 분리제만을 도포하고,
상기 2차 재결정 어닐링 공정에서는, 상기 강에 대하여, 승온 과정에서의 분위기를 N₂:0 내지 80vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％로 하고, 상기 승온 과정에서의 500℃ 이상의 온도 영역을 노점 0℃ 이하로 하고, 균열 온도를 850 내지 1000℃로 하고, 균열 시간을 4 내지 100 시간으로 하고, 균열 과정에서의 분위기를 N₂:0 내지 80vol％이며 또한 H₂+N₂=100vol％ 이며 또한 노점 0℃ 이하로 하는 조건으로 2차 재결정 어닐링을 행하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 주조 공정에서, 상기 강이, 화학 성분으로서, 질량％로,
Sn:0.004 내지 0.20％,
Sb:0.001 내지 0.20％,
를 함유하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 2차 재결정 어닐링 공정에서는, 상기 승온 과정에서 상기 승온 속도를 일정한 채로, 상기 균열 온도까지 상기 강을 승온하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.