KR20170068557A - 방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

변압기 철손과 빌딩 팩터가 우수하고, 장력 피막의 손상이 억제된 방향성 전자 강판을 제공한다. 장력 피막을 구비하는 방향성 전자 강판에 있어서, 층간 전류를 0.15A 이하로 하고, 상기 강판에, 압연 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 직선 형상의 변형이 형성되어 있고, 상기 복수의 직선 형상의 변형의 압연 방향에 있어서의 선 간격을 15㎜ 이하로 하고, 상기 변형 부분에, 판두께 방향의 길이 d가 65㎛ 이상, 압연 방향의 길이 w가 250㎛ 이하인 환류 자구를 형성한다.

Description

방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법{GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 방향성 전자 강판에 관한 것으로서, 특히, 현저하게 저감된 변압기 철손(iron loss)을 갖는 변압기 철심용 방향성 전자 강판에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 상기 방향성 전자 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

방향성 전자 강판은, 주로 변압기 등의 철심에 이용되고 있고, 그 자기 특성(magnetic property)이 우수한 것, 특히 철손이 낮은 것이 요구된다.

방향성 전자 강판의 자기 특성을 개선하는 방법으로서는, 강판을 구성하는 결정립의 Goss 방위로의 배향성의 향상(선예화(先銳化)), 장력 피막에 의해 강판에 부여되는 장력의 증가, 강판에 변형(strain)이나 홈을 형성하는 것에 의한 자구(magnetic domain) 세분화 등, 여러 가지 것이 제안되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 39.3㎫까지의 매우 높은 장력을 갖는 장력 피막을 형성함으로써, 최대 자속 밀도 1.7T, 주파수 50㎐로 여자(excited)했을 때의 방향성 전자 강판의 철손(W_17/50)을 0.80W/㎏ 미만으로 하는 것이 기재되어 있다.

또한, 변형을 형성하여 철손을 저감하는 방법으로서는, 플라즈마염(plasma flame), 레이저, 전자빔 등을 조사하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 2에는, 2차 재결정 후의 강판에 플라즈마 아크를 조사함으로써, 조사 전에는 0.80W/㎏ 이상이었던 철손 W_17/50을, 0.65W/㎏ 이하로 저감할 수 있는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 3에는, 포스테라이트 피막(forsterite film)의 두께와, 전자빔 조사에 의해 강판에 형성되는 자구 불연속부의 평균 폭을 적정화함으로써, 철손이 낮고, 소음이 작은 변압기용 방향성 전자 강판을 얻는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 4에는, 전자빔의 출력이나 조사 시간을 적정화함으로써, 방향성 전자 강판의 철손을 저감하는 것이 기재되어 있다.

이와 같이, 방향성 전자 강판의 철손의 개선이 진행되고 있지만, 철손이 낮은 방향성 전자 강판을 철심에 이용하여 변압기를 제작했다고 해도, 얻어지는 변압기의 철손(변압기 철손)은, 반드시 낮아진다고는 한정할 수 없다. 이는, 방향성 전자 강판 자체의 철손을 평가할 때의 여자 자속은 압연 방향 성분 뿐인 것에 대하여, 강판을 변압기의 철심으로서 실제로 사용할 때의 여자 자속이, 압연 방향 성분 뿐만 아니라 압연 직각 방향 성분도 갖고 있기 때문이다.

소재 강판 자체와, 그 강판을 이용하여 제조한 변압기의 사이에서의 철손의 차이를 나타내는 지표로서, 소재 강판의 철손에 대한 변압기 철손의 비로서 정의되는 빌딩 팩터(BF:Building Factor)가 일반적으로 이용된다. BF가 1 이상인 경우, 변압기의 철손이 소재 강판의 철손보다 큰 것을 의미한다. 방향성 전자 강판은, 압연 방향으로 자화했을 때에 소재의 철손이 가장 낮아지는 소재이기 때문에, 압연 방향 이외에도 자화되는 변압기에 조입(incorporate)되면 철손은 증대하여, BF는 1 보다 커진다. 변압기의 에너지 효율을 향상시키기 위해서는, 소재 강판의 철손이 낮을 뿐만 아니라, 이 BF를 가능한 한 낮게 하는, 즉, 1에 가까워질 필요가 있다.

예를 들면, 특허문헌 5에는, 레이저 조사나 전자빔 조사로 피막이 열화한 경우라도, 포스테라이트 피막과 장력 코팅에 의해 강판에 부여되는 합계 장력을 적정화함으로써 BF를 개선하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 6에는, 점열(dot-sequence) 형상으로 조사한 전자빔의 점열 간격을 적정화함으로써, 양호한 변압기 철손을 얻는 기술이 개시되어 있다.

비특허문헌 1에는, 레이저 조사 방향을 압연 방향으로부터 기울임으로써, 우수한 BF를 얻는 것이 기재되어 있다.

한편, 레이저 조사를 이용한 자구 세분화시에 형성되는 환류 자구(closure domain)에 착안하여, 그 형상이나 치수를 최적화함으로써, 철손을 저감시키는 기술도 제안되어 있다(특허문헌 7, 8).

일본특허공보 제4192399호 일본공개특허공보 2011-246782호 일본공개특허공보 2012-52230호 일본공개특허공보 2012-172191호 일본공개특허공보 2012-31498호 일본공개특허공보 2012-36450호 일본특허공보 제3482340호 일본특허공보 제4091749호 일본공개특허공보 평10-298654호 국제공개공보 2013/046716호

IEEE Trans. magn. Vol. MAG-20, No.5, p.1557

그러나, 특허문헌 5에 기재된 기술에 있어서는, 피막이 손상된 경우에 있어서, BF를 어느 정도 개선할 수 있기는 하지만, 전자빔법에 의해 피막을 손상하지 않고 자구 세분화 처리를 실시하여, 그 때에 BF를 개선하는 방법에 대해서는 분명하게 되어 있지 않다.

또한, 특허문헌 6에 기재된 방법에서는, 전자빔에 의한 처리의 속도가 늦을 뿐만 아니라, 조사 시간이 지나치게 길기 때문에 피막을 손상해 버릴 우려가 있었다. 또한, 비특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 전자빔을 비스듬하게 조사하기 때문에, 강판 상의 주사 길이(scanning length)가 길어져 제어가 어려워지는 것 외에, 단판(single sheet)에서의 철손이 내려가기 어려운 문제가 있었다.

한편, 환류 자구가 압연 방향과 상이한 방향을 향하고 있는 것이기 때문에, 특허문헌 7, 8에 기재되어 있는 바와 같은 환류 자구의 제어 기술은, BF를 개선할 수 있는 가능성을 갖고 있다고 생각된다. 그러나, 특허문헌 7, 8에서는 단판의 철손만을 평가하고 있고, 변압기 철손의 관점에서 검토가 행해지고 있지 않았다.

또한, 특허문헌 7, 8에 개시되어 있는 방법에서는, 빔 출력이나 빔 조사 시간을 증가시킬 필요가 있고, 강판 표면에 형성되어 있는 피막이 빔 조사에 의해 손상되는 것이나, 처리 효율이 저하한다는 문제가 있었다.

예를 들면, 특허문헌 8에 기재되어 있는 방법에서는, 판두께 방향으로 관통한 환류 자구를 형성하기 위해, 레이저를 강판의 표리면으로부터 조사한다. 그 때문에, 강판의 편측으로부터 레이저를 조사하는 통상의 자구 세분화 처리와 비교하여 약 2배의 처리 시간을 요하여, 생산성이 낮다.

또한, 특허문헌 7에 기재되어 있는 방법에서는, 레이저의 스폿(spot) 형상을 타원형으로 하고 있기 때문에, 후술하는 바와 같이, 어느 정도는 피막 손상이 억제되고 있다고 생각된다. 그러나, 특허문헌 7에는 피막의 손상이 억제되는지 아닌지에 대해서는 기재되어 있지 않고, 본 발명자들이 실험한 결과, 매우 깊은 환류 자구를 형성시키기 때문에, 피막을 손상해 버리는 것이 확인되었다.

한편, 자구 세분화의 처리 능력을 해치지 않고 피막 손상을 억제하는 수단으로서, 레이저 빔을 타원 형상으로 하는 기술(특허문헌 9)이나, 전자빔의 가속 전압을 증대하는 기술(특허문헌 10)이 알려져 있다.

그러나, BF의 개선에 필요한 판두께 방향으로 깊은 환류 자구를 형성하기 위해서는 높은 조사 에너지가 필요하고, 종래의 방법에서는, 피막을 손상시키는 일 없이 처리할 수 있는 판두께 방향의 깊이에 한계가 있었다.

예를 들면, 레이저 빔을 이용하는 경우, 일반적으로 자구 세분화용으로서 사용되는 레이저의 파장 영역에 있어서의 피막의 레이저 흡수율이 높기 때문에, 빔을 타원 형상으로 해도, 조사부의 피막을 손상시키는 일 없이 처리할 수 있는 판두께 방향의 깊이에는 한계가 있었다.

또한, 전자빔을 이용하는 경우, 가속 전압을 증대하면 빔이 피막을 투과하기 쉬워지기는 하지만, 환류 자구 깊이를 증가시키기 위해 빔 출력이나 조사 시간을 증대시키면, 지철의 열 팽창량이 증가하여, 피막에 응력이 발생하여 손상해 버린다.

피막 손상의 억제는, 변압기 철심으로서 사용하는 강판에 중요하다. 피막에 손상이 확인되는 경우는, 절연성이나 내식성을 확보하기 위해, 손상한 피막의 위로부터 재코팅을 행할 필요가 있다. 그러면, 지철과 피막으로 이루어지는 강판 중, 지철 부분의 체적률(점적률)이 감소해 버리기 때문에, 재코팅하지 않는 경우와 비교하여, 변압기 철심으로서 사용할 때에 있어서의 자속 밀도가 감소해 버린다. 혹은, 자속 밀도 확보를 위해 추가로 여자 전류를 증대시키면, 철손이 증대해 버린다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여, 피막을 손상하는 일 없이 환류 자구를 형성하여, 변압기 철손과 BF가 매우 낮은 방향성 전자 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 BF가 매우 낮은 방향성 전자 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 행한 결과, 빔 형상의 타원화와, 전자빔의 가속 전압의 증대를 적절히 조합한 자구 세분화 처리를 행함으로써, 피막의 손상을 억제하면서, 환류 자구를 형성할 수 있는 것을 발견했다.

그러나, 종래의 전자빔의 조사 방법에서는, 수차(aberration) 등의 영향에 의해, 빔 형상이 조사 위치에서 크게 상이하다는 문제가 있었다. 다이내믹 포커싱 기술 등에 의해 빔의 지름을 맞추는 것은 가능하지만, 강판의 폭 방향으로 주사하면서 전자빔을 조사할 때에, 그 빔 형상이 소망하는 타원형으로 되도록 정확하게 제어하는 것은 매우 곤란했다.

빔 형상을 보정하는 기술로서는, 전자 현미경 등에 널리 이용되고 있는 스티그메이터(stigmator)(비점(非点) 보정 장치)가 있다. 그러나, 종래의 스티그메이터는, 강판의 폭 방향의 좁은 범위 내에 있어서만 보정이 유효하게 되는 제어이고, 강판의 폭 전역에 걸쳐 편향시키면서 빔을 조사하게 되는 경우에는 충분한 효과가 얻어지지 않는다.

그래서, 추가로 검토를 행한 결과, 스티그메이터를, 빔의 편향에 따라서 동적으로 제어함으로써, 폭 방향에 대하여 일정한 타원 형상 빔을 형성할 수 있는 것을 발견했다.

또한, 빔 조사에 의해 형성하는 직선 형상의 변형의 간격이 BF에 주는 영향에 대해서도 검토를 행하여, 변압기 철손을 저감한다는 관점에서, 최적인 간격을 발견했다.

그래서, 발명자들은, 상기의 인식을 기초로 변형의 도입 간격이나 환류 자구의 형상, 치수, 전자빔의 조사 방법 등을 최적화하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

(1) 강판과,

상기 강판의 표면 상에 형성된 장력 피막을 갖는 방향성 전자 강판으로서,

층간 저항 시험으로 측정되는 층간 전류가 0.15A 이하이고,

상기 강판에, 압연 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 직선 형상의 변형이 형성되어 있고,

상기 복수의 직선 형상의 변형의 압연 방향에 있어서의 선(line) 간격이 15㎜ 이하이고,

상기 변형 부분에, 판두께 방향의 길이 d가 65㎛ 이상, 압연 방향의 길이 w가 250㎛ 이하인 환류 자구가 형성되어 있는 방향성 전자 강판.

(2) 강판과,

상기 강판의 표면 상에 형성된 장력 피막을 갖는 방향성 전자 강판으로서,

층간 저항 시험으로 측정되는 층간 전류가 0.15A 이하이고,

상기 강판에, 압연 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 직선 형상의 변형이, 전자빔을 조사함으로써 형성되어 있고,

상기 복수의 직선 형상의 변형의, 압연 방향에 있어서의 선 간격이 15㎜ 이하이고,

상기 변형 부분에, 판두께 방향의 길이 d가 50㎛ 이상, 압연 방향의 길이 w가 250㎛ 이하인 환류 자구가 형성되어 있는 방향성 전자 강판.

(3) 상기 복수의 직선 형상의 변형의, 압연 방향에 있어서의 선 간격이 4㎜ 이상인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 방향성 전자 강판.

(4) 강판의 표면에 장력 피막을 형성하는 공정과,

상기 장력 피막을 구비한 강판의 한쪽의 면으로, 압연 방향과 교차하는 방향으로 주사하면서, 수속된 전자빔을 조사하는 공정을 구비하는 방향성 전자 강판의 제조 방법으로서,

상기 전자빔의 조사에 의해, 강판의 적어도 표면 부분에, 압연 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 복수의 직선 형상의 변형이 형성되고,

상기 전자빔의 가속 전압이 60㎸ 이상, 300㎸ 이하이고,

상기 전자빔의, 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름이 300㎛ 이하이고,

상기 전자빔의, 주사 방향에 있어서의 빔 지름이, 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름의 1.2배 이상인 방향성 전자 강판의 제조 방법.

(5) 상기 전자빔의 가속 전압이 120㎸ 이상인, 상기 (4)에 기재된 전자 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 장력 피막을 손상하는 일 없이, 방향성 전자 강판의 변압기 철손과 BF를 현저하게 개선할 수 있다. 장력 피막의 손상이 발생하지 않기 때문에, 빔 조사 후에 재코팅를 행할 필요가 없다. 또한, 본 발명에서는, 자구 세분화 처리의 선 간격을 과도하게 축소할 필요도 없다. 그 때문에, 본 발명의 전자 강판은, 매우 높은 효율로 제조하는 것이 가능하다.

도 1은 조사선 간격의 영향을 평가하기 위한 실험에 있어서의, 직선 형상의 변형의 형성 방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 조사선 간격이 빌딩 팩터에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 3은 조사선 간격이 변압기 철손과 단판 철손에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 4는 변압기 철손의 측정에 이용한 철심의 개략도이다.
도 5는 판두께 방향에 있어서의 환류 자구의 길이 d가 변압기 철손에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 6은 주사 직교 방향의 빔 지름에 대한 주사 방향의 빔 지름의 비가, 단판 철손에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

다음으로, 본 발명에 대해서 구체적으로 설명한다.

·방향성 전자 강판

본 발명에서는, 장력 피막을 구비한 방향성 전자 강판의 표면에, 에너지 빔을 조사함으로써 복수의 직선 형상의 변형을 형성한다. 모재(base material)로서 사용되는 방향성 전자 강판의 종류는 특별히 한정되지 않고, 각종 공지의 방향성 전자 강판을 사용할 수 있다.

·장력 피막

본 발명에서 사용되는 방향성 전자 강판은, 표면에 장력 피막을 구비하고 있다. 장력 피막의 종류는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 마무리 어닐링에 있어서 형성된 Mg₂SiO₄를 주성분으로 하는 포스테라이트 피막과, 추가로 그 위에 형성된 인산염계 장력 피막으로 이루어지는 2층 피막을, 장력 피막으로서 사용할 수 있다. 또한, 포스테라이트 피막을 갖고 있지 않은 강판의 표면에, 인산염계의 장력 부여형 절연 피막을 직접 형성할 수도 있다. 상기 인산염계의 장력 부여형 절연 피막은, 예를 들면, 금속 인산염과 실리카를 주성분으로 하는 수용액을, 강판의 표면에 도포하여, 소성함으로써 형성할 수 있다.

본 발명에서는, 빔 조사에 의해 장력 피막이 손상을 받지 않기 때문에, 빔 조사 후에 보수를 위한 재코팅를 행할 필요가 없다. 그 때문에, 피막의 두께를 과도하게 두껍게 하는 일이 없어, 강판을 변압기용 철심으로서 짰을(assembled) 때의 점적률을 높게 할 수 있다. 예를 들면, 두께 0.23㎜ 이하의 강판을 이용한 경우에서 96.5％ 이상, 두께 0.24㎜ 이상의 강판을 이용한 경우에서 97.5％ 이상이라고 하는, 높은 점적률을 달성할 수 있다.

·층간 전류: 0.15A 이하

본 발명에서는, JIS-C2550에서 정해진 층간 저항 시험의 측정 방법(표면 절연 저항의 측정 방법) 중 하나인 A법에 기초하여 측정을 행했을 때에, 접촉자에 흐르는 전체 전류값을 「층간 전류」로 정의한다. 이 층간 전류가 낮을수록, 강판이 양호한 절연 특성을 갖는 것을 나타내고 있다. 본 발명에서는, 빔 조사에 의해 장력 피막이 손상을 받지 않기 때문에, 빔 조사 후에 보수를 위한 재코팅을 행하지 않아도, 0.15A 이하라는 낮은 층간 전류를 얻을 수 있다. 또한, 층간 전류는 0.05A 이하인 것이 바람직하다.

·복수의 직선 형상의 변형

본 발명의 방향성 전자 강판에는, 압연 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 직선 형상의 변형이 형성된다. 이 변형은, 자구를 세분화하여, 철손을 저감하는 작용을 갖고 있다. 상기 복수의 직선 형상의 변형은 서로 평행이며, 후술하는 소정의 간격으로 형성되어 있다.

·고에너지 빔의 조사

상기 복수의 직선 형상의 변형은, 장력 피막을 구비하는 강판의 표면으로, 수속된 고에너지 빔을 조사함으로써 형성할 수 있다. 고에너지 빔의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 전자빔은, 고가속 전압화에 의한 피막 손상의 억제 효과나, 고속으로 빔 제어를 할 수 있는 등의 특징이 있기 때문에, 전자빔을 이용하는 것이 바람직하다.

고에너지 빔의 조사는, 1대 혹은 2대 이상의 조사 장치(예를 들면 전자총)를 이용하여, 강판의 폭단부로부터, 다른 한쪽의 폭단부로 빔을 주사하면서 행해진다. 빔의 주사 방향은, 압연 방향에 대하여 60 내지 120°의 각도로 하는 것이 바람직하고, 90°, 즉, 압연 방향에 대하여 직각으로 하는 것이 보다 바람직하다. 90°로부터의 어긋남이 커지면, 변형 도입부의 체적이 과도하게 증대해 버리기 때문에, 히스테리시스손(hysteresis loss)이 증가한다.

·조사선 간격: 4∼15㎜

상기 복수의 직선 형상의 변형은, 압연 방향으로 일정한 간격을 두어 형성되고, 이 간격을 조사선 간격 또는 선 간격이라고 칭한다. 발명자들은, BF와 변압기 철손을 저감하기 위해 최적인 선 간격을 결정하기 위해, 이하의 실험을 행했다.

시험편으로서의 방향성 전자 강판을 준비하고, 그 표면에 전자빔을 조사하여, 복수의 직선 형상의 변형을 형성했다. 전자빔의 조사는, 강판의 폭 방향으로 일정한 속도로 주사하면서 행했다. 그때, 직선 형상의 변형의 형성을, 도 1에 나타내는 바와 같이 복수회로 나누어 행했다. 1회째에서 형성된 변형의 조사선 간격을 s로 하면, 2회째 처리 후의 조사선 간격이 s/2, 3회째 처리 후의 조사선 간격이 s/4로 되도록, 직선 형상의 변형을 추가했다. 각 단계에 있어서, 모든 직선 형상의 변형의 간격은 동일하다. 또한, 그 외의 조건은, 후술하는 실시예에 있어서의 조건과 동일하게 했다.

BF에 미치는 자구 세분화 처리 조건의 영향에 대해서는, 지금까지도 몇 가지 보고가 있다. 그들 보고에 있어서는, 복수의 시험편에 대하여, 상이한 조건으로 빔을 조사함으로써 BF의 비교가 행해지고 있다. 그러나, BF는 소재 강판의 결정 방위나 입경 등, 여러 가지의 요소의 영향을 받는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 전술한 바와 같이 복수의 시험편을 이용하는 실험 방법에서는, 시험편의 특성의 편차의 영향을 완전하게 배제할 수 없어, BF에 미치는 자구 세분화 처리 조건의 영향을 정확하게 평가할 수 없을 우려가 있다.

그래서, 본 발명자들은, 자구 세분화 처리 조건이 BF에 미치는 영향을, 보다 정확하게 평가하기 위해, 상기 실험을 행했다. 이 실험에서는, 동일한 시험편에 대하여, 단계적으로 조사선 간격을 줄여 가도록 자구 세분화 처리가 실시된다. 어느 단계에 있어서도 동일한 시험편이 사용되고 있기 때문에, 시험편으로서의 강판에 있어서의 Si량, 입경, 결정 방위 등의 편차의 영향을 받는 일 없이, 선 간격의 영향만을 정확하게 평가할 수 있다.

전자빔의 조사를 7단계로 나누어 행하고, 각 단계에 있어서의 BF, 변압기 철손 및, 단판 철손을 측정했다. 여기에서는, 우선 제1회째의 조사선 간격 s를 12㎜로 하여, 전술한 바와 같이 선 간격이 1/2이 되도록 변형을 추가 형성하는 처리를 4회째까지 행하여, 각 회마다 측정을 행했다. 이어서, 변형 제거 어닐링을 행하여, 상기 전자빔 조사에 의해 형성된 변형을 제거하고, 추가로, 제1회째의 조사선 간격 s를 8㎜로 하여, 변형의 형성 처리를 3회째까지 행하여, 각 회마다 측정을 행했다. 얻어진 결과를 도 2, 3에 나타낸다. 도 2는, 조사선 간격과 측정된 BF의 관계를 나타낸 것이다. 어느 선 간격에 있어서도, 전자빔 조사를 행하고 있지 않은(비처리) 시험편에 비해 BF가 개선되어 있었다. 또한, 선 간격이 작을수록, BF가 1에 가까워지는 것을 알 수 있다.

도 3은, 측정된 변압기 철손과 단판 철손의 값을, 각각, 조사선 간격에 대하여 플롯한 것이다. 단판 철손은, 선 간격이 6∼8㎜일 때에 최소가 되는 것에 대하여, 변압기 철손은 선 간격이 3㎜ 정도일 때에 최소로 되었다. 이 결과로부터, 선 간격을 3㎜ 정도까지 작게 하면, 변압기 철손이나 BF를 충분히 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.

그러나, 선 간격을 작게 하기 위해서는, 형성하는 직선 형상의 변형의 수를 늘릴 필요가 있고, 그 결과, 자구 세분화 처리에 필요로 하는 시간이 증가한다. 예를 들면, 선 간격을 반으로 하려면 대체로 2배의 처리 시간이 필요하다. 이러한 처리 시간의 증가에 의한 생산 효율의 저하는, 공업적 관점에서 바람직한 것은 아니다.

그 때문에, 본 발명에 있어서는, BF 및 변압기 철손의 저감과, 생산성의 향상의 양자를 감안하여, 조사선 간격을 15㎜ 이하로 한다. 선 간격이 15㎜를 초과하면, 빔이 조사되지 않는 결정립의 수가 증가하여, 충분한 자구 세분화 효과를 얻을 수 없다. 또한, 선 간격은 12㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는, 선 간격을 4㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 선 간격이 4㎜ 이상으로 함으로써, 처리 시간을 단축하여 생산 효율을 높일 수 있고, 또한, 강 중에 형성되는 변형 영역이 과도하게 커져, 히스테리시스손과 자기 변형이 증가해 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 선 간격을 5㎜ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

·환류 자구의, 판두께 방향에 있어서의 길이 d: 65㎛ 이상

전자빔이 조사된 부분에는, 주 자구(main magnetic domains)와는 상이한 환류 자구가 형성된다. 이 판두께 방향에 있어서의 환류 자구의 길이 d(환류 자구 깊이라고도 칭함)가, 철손에 영향을 미친다고 생각되고 있다. 그래서, 발명자들은, 이하의 실험을 행하여, d와 변압기 철손의 관계를 조사했다.

강판에 대하여, 상이한 조건으로 전자빔 조사를 행하여, d가 상이한 방향성 전자 강판을 준비했다. d의 값은, Kerr 효과 현미경을 사용하여 판두께 단면을 관찰함으로써 측정했다. 또한, 모든 시료에 있어서, 압연 방향에 있어서의 환류 자구의 길이 w는, 240∼250㎛로, 거의 동일한 값으로 했다.

얻어진 강판의 각각을 사용하여 변압기용 철심을 제작했다. 철심은, 삼상 삼각(tree-phase tripod type)의 적층 철심으로 하고, 그 형상은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 폭 100㎜의 강판으로 이루어지는, 한 변이 500㎜의 사각형으로 했다. 상기 철심은, 강판을, 길이 방향이 압연 방향이 되도록 도 4에 나타낸 형상으로 사각(beveled edges) 절단하고, 이것을 적층 두께 약 15㎜, 철심 중량 약 20㎏이 되도록 적층하여 제조했다. 적층 방법은 2매 겹침의 5단 스텝 랩 적층(stacked in five step laps)으로 했다. 철심은 평면 상에 평평하게 쌓고, 추가로 베이클라이트(Bakelite) 제조의 누름판으로 약 0.1㎫의 가중으로 사이에 끼워 고정했다.

다음으로, 각 철심의 변압기 철손을 측정했다. 측정에 있어서의 여자의 조건은, 위상차: 120°, 최대 자속 밀도 1.7T, 주파수 50㎐로 했다. 측정 결과를 도 5에 나타낸다. 도면 중의 흰 점은, 선 간격을 3㎜로 한 경우의 결과를, 그 외의 점은 선 간격을 5㎜로 한 경우의 결과를, 각각 나타내고 있다. 이 결과로부터, d를 크게 하면, 변압기 철손을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 특히, d를 65㎛ 이상으로 함으로써, 선 간격이 5㎜라도, 선 간격이 3㎜인 경우와 동등의 변압기 철손을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 판두께 방향에 있어서의 환류 자구의 길이 d를 65㎛ 이상으로 하는 것이 중요하다. 또한, d를 70㎛ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, d의 상한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 과도하게 d를 크게 하면, 빔의 조사에 의해 피막이 손상할 우려가 있기 때문에, d는 110㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 90㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

·환류 자구의, 압연 방향에 있어서의 길이 w: 250㎛ 이하

BF를 개선하기 위해서는, 환류 자구의 체적을 크게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 압연 방향에 있어서의 환류 자구의 길이 w(환류 자구 폭이라고도 칭함)를 크게 하면, 환류 자구의 체적이 커져 BF가 저하하는 한편으로, 히스테리시스손이 증가해 버린다. 그 때문에, 본 발명에서는, d를 크게 하여 환류 자구의 체적을 증가시키는 한편으로, w를 250㎛ 이하로 하는 것이 중요하다. 또한, w의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 160㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 180㎛ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 여기에서, w는 강판 상의 빔 조사 표면으로부터, 비터법(Bitter method) 등에 의한 자구 관찰에 의해 측정한다.

다음으로, 본 발명의 자구 세분화 처리를 전자빔 조사에 의해 행할 때의 조건에 대해서, 더욱 상세하게 설명한다.

·가속 전압 Va: 60㎸ 이상, 300㎸ 이하

전자빔의 가속 전압은 높은 편이 바람직하다. 이는, 가속 전압이 높을수록, 전자빔의 물질 투과성이 높아지기 때문이다. 가속 전압을 충분히 크게 함으로써, 전자빔이 장력 피막을 투과하기 쉬워져, 피막의 손상이 억제된다. 또한, 가속 전압이 높으면, 지철 중에서의 발열 중심이 판두께 표면으로부터 보다 떨어진(깊은) 위치로 되기 때문에, 판두께 방향에 있어서의 환류 자구 길이 d를 크게 할 수 있다. 또한, 가속 전압이 높으면 빔 지름을 작게 하기 쉽다. 이상의 효과를 얻기 위해, 본 발명에서는 가속 전압을 60㎸ 이상으로 한다. 또한, 가속 전압은 90㎸ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 120㎸ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

한편, 가속 전압이 지나치게 높으면, 전자빔이 조사된 강판으로부터 발생하는 X선의 차폐가 곤란해진다. 그 때문에, 실용상의 관점에서, 가속 전압은 300㎸ 이하로 한다. 또한, 가속 전압은 250㎸ 이하로 하는 것이 바람직하고, 200㎸ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

·빔 지름

빔의 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름은, 작을수록 단판 철손의 향상에 유리하다. 따라서, 본 발명에서는, 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름을 300㎛ 이하로 한다. 여기에서, 빔 지름이란, 슬릿법(폭 0.03㎜의 슬릿을 사용)에 의해 측정한 빔 프로파일의 반치폭(half width)으로 정의한다. 또한, 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름은, 280㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 260㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

한편, 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 10㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름을 10㎛ 미만으로 하면, 워킹 디스턴스(working distance)를 극도로 작게 할 필요가 있어, 1개의 전자빔원에 의해 편향 조사 가능한 영역이 대폭 감소해 버린다. 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름이 10㎛ 이상이면, 1개의 전자빔원에 의해 넓은 범위에 대하여 조사를 행하는 것이 가능하다. 또한, 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름은, 80㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 120㎛ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 주사 방향에 있어서의 빔 지름을, 주사 방향과 직교하는 방향의 빔 지름의 1.2배 이상으로 한다. 전자빔의 타원화는, 스티그메이터에 의해 행하면 좋지만, 스티그메이터의 특성상, 빔의 일 방향의 지름을 확대하면, 그 직교 방향의 지름은 축소하기 쉬운 경향이 있다. 따라서, 주사 방향에 있어서의 빔 지름을 크게 함으로써, 주사 방향과 직교하는 방향, 즉, 압연 방향에 있어서의 환류 자구의 길이를 작게 할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 주사 방향에 있어서의 빔 지름을 크게 함으로써, 빔이 통과하는 강판 상의 어느 1점에 빔이 조사되는 시간이 1.2배 이상으로 증대하게 된다. 그 결과, 열전도의 효과에 의해, 변형이 보다 판두께 내부에까지 형성되게 된다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 본 발명자들의 실험에서는 빔 지름이 1.2배 이상인 경우에 단판에서의 철손이 개선되었기 때문에, 하한을 1.2배로 했다. 여기에서, 상기의 실험에서는 가속 전압 90㎸, 선 간격 5㎜로 했다. 또한, BF는 모두 1.15 정도로 동등했다. 주사 방향에 있어서의 빔 지름의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 지름을 과도하게 크게 하면 빔 조사 조건의 조정이 곤란해지는 점에서, 1200㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 500㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

·빔 전류: 0.5㎃∼30㎃

빔 전류는, 빔 지름 축소의 관점에서는 작은 편이 바람직하다. 빔 전류가 지나치게 크면, 전자끼리의 쿨롬(Coulomb) 반발력에 의해, 빔을 수속시키는 것이 곤란해진다. 그 때문에, 본 발명에서는, 빔 전류를 30㎃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 빔 전류는 20㎃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 빔 전류가 지나치게 작으면, 충분한 자구 세분화 효과를 얻기 위해 필요한 변형을 형성할 수 없다. 그 때문에, 본 발명에서는, 빔 전류를 0.5㎃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 빔 전류는 1㎃ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 2㎃ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

·빔 조사 영역 내 압력

전자빔은, 기체 분자에 의해 산란되어(scattered), 그 지름이 커져 버린다. 이 산란을 억제하기 위해, 빔 조사 영역 내의 압력을, 3Pa 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 압력의 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 과도하게 낮게 하면, 진공 펌프 등의 진공계에 드는 비용이 증대한다. 그 때문에, 실용상, 압력은 10^-5Pa 이상으로 하는 것이 바람직하다.

·WD(워킹 디스턴스): 1000㎜ 이하

전자선을 수속시키기 위해 이용하는 코일과 강판 표면의 사이의 거리를 워킹 디스턴스(WD)라고 칭한다. WD는, 빔 지름에 현저한 영향을 미치는 것이 알려져 있다. WD를 작게 하면, 빔의 행로 길이가 짧아져, 빔이 수속하기 쉬워진다. 그 때문에, 본 발명에서는, WD를 1000㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 100㎛ 이하의 소경(小徑) 빔을 이용하는 경우에는, WD를 500㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, WD의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 300㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 400㎜ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

·주사 속도

빔의 주사 속도는 30m/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 주사 속도란, 강판의 폭단부로부터, 다른 한쪽의 폭단부로 빔을 주사하면서 조사하는 동안의, 평균 주사 속도로 한다. 주사 속도가 30m/s보다 작으면, 처리 시간이 길어져, 생산성이 저하한다. 주사 속도는, 60m/s 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

스티그메이터는 4극자(quadropole)나 8극자(octupole)의 것이 주류이지만, 본 발명에 있어서도 이들을 사용할 수 있다. 빔의 타원 형상의 보정은 스티그메이터에 흐르는 전류량에 따라서 상이하기 때문에, 강판 상을 빔이 주사하고 있는 동안, 스티그메이터에 흐르는 전류량을 변화시켜, 강판의 폭 방향에서 빔 형상이 항상 균일하도록 제어하는 것이 중요하다.

실시예

다음으로, 실시예에 기초하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는, 본 발명의 적합한 일 예를 나타내는 것이고, 본 발명은, 당해 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 변경을 더하여 실시하는 것도 가능하고, 그러한 실시 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

1차 재결정 어닐링된 냉연 강판의 표면에, MgO를 주성분으로 하는 어닐링 분리제를 도포한 후, 마무리 어닐링을 행하여, 포스테라이트 피막을 구비한 방향성 전자 강판을 제작했다. 이어서, 콜로이달 실리카와 인산 마그네슘을 함유하는 장력 피막 형성용 조성물을, 상기 포스테라이트 피막의 표면에 도포하고, 소성하여 인산염계의 장력 피막을 형성했다. 얻어진 방향성 전자 강판의 두께는 0.23㎜였다.

상기 방향성 전자 강판의 표면에 전자빔을 조사하고, 압연 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 직선 형상의 변형을 형성했다. 전자빔의 평균 주사 속도는 90m/s, 전자빔의 조사에 이용한 가공실 내의 압력은 0.1Pa로 했다. 또한, 직선 형상의 변형의, 압연 방향에 대한 각도(선 각도)는 90°로 했다. 그 외의 처리 조건은, 표 1에 나타낸 바와 같다.

다음으로, 상기 전자빔의 조사에 의해 형성된 방향성 전자 강판의, 환류 자구의 치수, 층간 전류, BF, 단판 철손 및, 변압기 철손을 측정했다. 측정 방법은 다음과 같다.

·환류 자구의 치수

판두께 방향에 있어서의 환류 자구의 길이 d는, Kerr 효과 현미경을 사용하여 판두께 단면을 관찰함으로써 측정했다. 압연 방향에 있어서의 환류 자구의 길이 w는, 자성 콜로이드 용액을 포함한 마그넷 뷰어(magnet viewer)를, 전자빔을 조사한 측의 강판 표면에 두고, 마그넷 뷰어에 전사된 자구 패턴을 관찰함으로써 측정했다.

·층간 전류

JIS-C2550에서 정해진 층간 저항 시험의 측정 방법 중 하나인 A법에 기초하여, 층간 전류를 측정했다. 층간 저항의 측정에 있어서, 접촉자에 흐르는 전체 전류값을 층간 전류로 했다.

·단판 철손, 변압기 철손, BF

단판 철손, 변압기 철손 및, BF는, 앞에 서술한 방법에 의해 측정했다. 변압기 철손의 측정에 이용한 철심은, 도 4에 나타낸 바와 같다.

측정 결과는, 표 1에 나타낸 바와 같다. 본 발명의 조건을 충족시키는 발명예는, 모두, 철손, BF 및, 층간 전류가, 충분히 저감되어 있어, 변압기 철심용으로서 적합한 특성을 구비하고 있었다. 이에 대하여, 본 발명의 조건을 충족시키지 않는 비교예에 있어서는, 변압기 철손과 층간 전류 중 어느 하나가 발명예보다 높아, 특성이 뒤떨어져 있었다.

예를 들면, No.2의 비교예에서는, 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름에 대한 주사 방향에 있어서의 빔 지름의 비가 1.2 미만이기 때문에, 단판에서의 철손을 충분히 저감하기 위해 필요한 빔 전류량이 과도하게 증대하여, 장력 피막의 손상이 충분히 억제되어 있지 않고, 그 결과, 층간 전류가 높아졌다. 한편, 빔 전류, 빔 지름의 비 이외에는 거의 동일한 조건으로 처리를 행한 No.3의 실시예에서는, 동등의 철손이면서, 층간 전류가 충분히 낮아, 양호한 절연 특성을 얻을 수 있었다.

또한, 판두께 방향에 있어서의 환류 자구의 길이 d가 본 발명의 조건보다 작은 No.4에서는, No.1과 동일한 단판 철손을 나타내고 있기는 하지만, 변압기 철손을 충분히 저하시킬 수 없었고, 따라서 BF도 높았다.

No.7에서는, WD를 낮게 함으로써, 빔 지름을 매우 작게 했다. 이 실시예에 있어서는, 판두께 방향에 있어서의 환류 자구의 길이 d도 크고, 또한 압연 방향에 있어서의 환류 자구의 길이 w도 비교적 작게 억제되어 있다. No.8에 있어서는, 가속 전압이 150㎸로 높기는 하지만, 수속 조건을 바꾸어 빔 지름을 약간 크게 했다. 이 비교예에서는, w가 과도하게 커져, 단판 철손 및 변압기 철손이 뒤떨어져 있었다. No.9는, 선 간격을 16㎜로 크게 한 비교예로서, 실시예인 No.1과 비교하여 BF가 크고, 또한 단판 철손도 조금 높았다.

Claims (5)

1. 강판과,
   상기 강판의 표면 상에 형성된 장력 피막을 갖는 방향성 전자 강판으로서,
   층간 저항 시험으로 측정되는 층간 전류가 0.15A 이하이고,
   상기 강판에, 압연 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 직선 형상의 변형이 형성되어 있고,
   상기 복수의 직선 형상의 변형의, 압연 방향에 있어서의 선 간격이 15㎜ 이하이고,
   상기 변형 부분에, 판두께 방향의 길이 d가 65㎛ 이상, 압연 방향의 길이 w가 250㎛ 이하인 환류 자구가 형성되어 있는 방향성 전자 강판.
2. 강판과,
   상기 강판의 표면 상에 형성된 장력 피막을 갖는 방향성 전자 강판으로서,
   층간 저항 시험으로 측정되는 층간 전류가 0.15A 이하이고,
   상기 강판에, 압연 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 직선 형상의 변형이, 전자빔을 조사함으로써 형성되어 있고,
   상기 복수의 직선 형상의 변형의, 압연 방향에 있어서의 선 간격이 15㎜ 이하이고,
   상기 변형 부분에, 판두께 방향의 길이 d가 65㎛ 이상, 압연 방향의 길이 w가 250㎛ 이하인 환류 자구가 형성되어 있는 방향성 전자 강판.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 복수의 직선 형상의 변형의, 압연 방향에 있어서의 선 간격이 4㎜ 이상인, 방향성 전자 강판.
4. 강판의 표면에 장력 피막을 형성하는 공정과,
   상기 장력 피막을 구비한 강판의 한쪽의 면으로, 압연 방향과 교차하는 방향으로 주사하면서, 수속된 전자빔을 상기 강판의 폭 방향으로 연속적으로 조사하는 공정을 구비하는 방향성 전자 강판의 제조 방법으로서,
   상기 전자빔의 조사에 의해, 강판의 적어도 표면 부분에, 압연 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 복수의 직선 형상의 변형이 형성되고,
   상기 전자빔의 가속 전압이 60㎸ 이상, 300㎸ 이하이고,
   상기 전자빔의, 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름이 300㎛ 이하이고,
   상기 전자빔의, 주사 방향에 있어서의 빔 지름이, 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름의 1.2배 이상인 방향성 전자 강판의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 전자빔의 가속 전압이 120㎸ 이상인 전자 강판의 제조 방법.

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