KR20180035833A - FeCo 합금, FeSi 합금 또는 Fe 시트 또는 스트립, 및 이의 제조 방법, 시트 또는 스트립으로부터 제조된 자기 변압기 코어 및 이를 포함하는 변압기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 FeCo 합금, FeSi 합금 또는 Fe 시트 또는 스트립, 및 이의 제조 방법, 시트 또는 스트립으로부터 제조된 자기 변압기 코어, 및 이를 포함하는 변압기에 관한 것으로, 냉간 압연 및 어닐링된 철 합금(1)의 시트(sheet) 또는 스트립(strip)으로서, 이의 조성은 중량%을 기준으로, 극미량 ≤ Co ≤ 40%, Co ≥ 35%인 경우 극미량 ≤ Si ≤ 1.0%, 극미량 ≤ Co < 35%인 경우 극미량 ≤ Si ≤ 3.5%, 극미량 ≤ Co < 35%인 경우 Si + 0.6% Al ≤ 4.5 - 0.1% Co, 극미량 ≤ Cr ≤ 10%, 극미량 ≤ V + W + Mo + Ni ≤ 4%, 극미량 ≤ Mn ≤ 4%, 극미량 ≤ Al ≤ 3%, 극미량 ≤ S ≤ 0.005%, 극미량 ≤ P ≤ 0.007%, 극미량 ≤ Ni ≤ 3%, 극미량 ≤ Cu ≤ 0.5%, 극미량 ≤ Nb ≤ 0.1%, 극미량 ≤ Zr ≤ 0.1%, 극미량 ≤ Ti ≤ 0.2%, 극미량 ≤ N ≤ 0.01%, 극미량 ≤ Ca ≤ 0.01%, 극미량 ≤ Mg ≤ 0.01%, 극미량 ≤ Ta ≤ 0.01%, 극미량 ≤ B ≤ 0.005%, 극미량 ≤ O ≤ 0.01%으로 구성되고, 나머지는 제조로부터 생성된 철 및 불순물이며, 1.8T의 유도를 위해, 상기 시트 또는 스트립의 3 개의 직사각형 시료 (2, 3, 4)에서 인가된 자기장 (Ha)에 평행(λ//H) 및 인가된 자기장 (Ha)에 수직(λ⊥H)으로 측정된, 자기왜곡 변형 진폭 λ 사이의 최대 차이 (Max Δλ)는 최대 25 ppm이고, 긴 변은 각각 상기 시트 또는 스트립의 압연 방향(DL)에 평행하고, 상기 시트 또는 스트립의 횡 방향 (DT)에 평행하며, 상기 압연 방향(DL) 및 상기 횡 방향(DT)과 45°의 각도를 형성하는 방향과 평행하며, 재결정률은 80 내지 100%인, 시트 또는 스트립, 이러한 시트 또는 스트립을 제조하는 방법, 이로부터 제조된 변압기 자기 코어 및 이를 포함하는 변압기에 관한 것이다.
Description
본 발명은 철 및 코발트의 합금, 특히 약 10 내지 35%의 Co 함량 및 순수한 철을 갖는 합금에 관한 것이고, 또한 철 및 3%의 Si 함량의 실리콘을 갖는 합금에 관한 것이다. 이 재료는 특히 항공기용 변압기 코어와 같은 자성 부품을 형성하는데 사용된다.
항공기에 탑재된 저주파 변압기 (≤ 1kHz)는 주로 건설 제약 조건에 따라 합판된, 적층된 또는 권취된 연자성 마그네틱 코어, 및 1차 및 2차 권선 (구리)으로 구성된다. 1차 공급 전류는 시간이 지남에 따라 가변적이고, 주기적이지만 꼭 순수한 정현파를 의미하지는 않으며, 변압기의 필요성을 근본적으로 변화시키지 않는다.
이들 변압기의 제약 조건은 여러가지이다.
용적 및/또는 질량(일반적으로 두 개는 밀접하게 연결되어 있음)이 가능한 한 작아야만 하고, 이에 따라 부피 또는 질량 밀도가 가능한 한 높다. 작동 주파수가 낮을수록 자성 요크의 단면 및 요크의 부피(따라서 질량 또한)가 커야 하기 때문에 저주파수 응용 분야에서 소형화에 대한 관심을 가중시킨다. 기본 주파수는 매우 빈번하게 강제요건이기 때문에, 가능한 한 최고 높은 작동 자속을 수득하기 위한 것이거나 또는 공급되는 전력이 강제요건이라면 가능한 한 자속의 통과 섹션(및 이에 따른 재료의 질량)을 감소시키는 것으로, 탑재 질량을 감소시킴으로써 질량 출력을 추가로 증가시키기 위한 것이다.
이들이 수익성을 갖도록 하기 위해서는 충분한 수명(적용에 따라 최소 10년에서 20년)이 있어야 한다. 따라서, 변압기의 노화와 관련하여 열 작동 정격을 고려해야 한다. 일반적으로 200℃에서 최소 수명 100,000 시간이 필요하다.
변압기는 대체로 정현파 주파수 전원 공급 장치 네트워크에서 작동해야하며, 출력 rms 전압의 진폭은 한 순간에서 다음 순간까지, 특히 변압기에 전원이 공급되거나 전자기 액츄에이터가 갑자기 스위치 온(switch on) 되는 경우 최대 60%까지 일시적으로 변할 수 있다. 이것은 자기 코어의 비선형 자화 곡선을 통해 변압기의 1차 코일에 전류가 돌입하는 결과(건축에 의함)를 초래한다. 변압기 (절연체 및 전자 부품)의 요소는 손상없이 돌입 전류의 큰 변화, 소위 "돌입 효과 (inrush effect)"를 견딜 수 있어야 한다.
이 돌입 효과는 공식 In = 2.Bt + Br - Bsat로 계산되는 "돌입 지수"(In)로 정량화될 수 있으며, 여기서 Bt는 변압기의 자기 코어의 공칭 작동 유도이고, Bsat는 코어의 포화 유도이며, Br은 잔류 유도이다.
전자기력 및 자기왜곡으로 인해 변압기에서 방출되는 노이즈는 시행중인 표준을 준수하거나 변압기 근처에 게시된 사용자 및 직원의 요구 사항을 충족 할만큼 충분히 낮아야 한다. 점차적으로 조종사와 공동 조종사는 직접적인 의사 소통이 가능한 것을 원하지만, 헤드폰을 필요로 하지 않는다.
변압기의 열효율은 매우 중요한데, 그 이유는 내부 작동 온도 및 예를 들어 권선과 요크를 감싸는 오일 배스에 의해 제거되어야하는 열 흐름을 결정하기 때문이며, 이에 따라 치수가 정해진 오일 펌프와 관련이 있다. 열 동력원은 주로 1차 및 2차 권선에서 발생하는 줄 손실, 및 시간 경과에 따른 자속 및 자성 재료의 변화로 인한 자기 손실의 형태로 존재한다. 산업 현장에서, 추출되는 용적 열 동력은 오일 펌프의 크기와 동력 및 변압기의 내부 작동 한계 온도에 의해 부과된 특정 임계값으로 제한된다.
마지막으로, 변압기의 열 정격을 고려함으로써 재료, 설계, 제조 및 유지 보수 비용, 그리고 기기의 전력 밀도 (질량 또는 부피) 최적화 간의 최적의 기술 경제적 타협을 보장하기 위해 변압기의 비용을 가능한 한 낮게 유지해야 한다.
일반적으로, 가능한 가장 높은 질량/용적 밀도를 찾는 것이 유리하다. 고려해야 할 기준은 주로 포화 자화 Js 및 800 A/m B800에서의 자기 유도이다.
탑재 저주파 변압기를 제조하기 위한 두 가지 기술이 현재 사용되고 있다.
제1 기술("롤-업 코어*(rolled-up core)"라고 함)에 따르면, 전원 공급 장치가 단상일 때 변압기는 권선된 자기 회로를 포함한다. 전원 공급 장치가 3 상인 경우, 변압기의 코어의 구조는 선행하는 연속 유형의 두 개의 토로이드(toroid) 코어를 포함하고, 두 개의 앞선 토로이드 코어 둘레에 "8"을 형성하는 제3 권선된 토로이드에 의해 둘러싸여 있다. 실제적으로, 이러한 형태의 회로는 작은 두께의 자기 시트 (전형적으로 0.1 mm)를 필요로 한다. 실제로, 유도 전류를 고려하여, 공급 주파수가 즉 통상적으로 수백 Hz의 주파수에 대해 이 두께의 스트립의 사용을 요구하는 경우에만 사용된다.
이러한 기술들 중 제2("스탬프 및 스택 코어"라고 함) 기술에 따르면, 자성 시트의 두께에 관계없이 적층형 자기 회로가 사용된다. 따라서 이 기술은 수 kHz 이하의 임의의 주파수에서 유효하다. 그러나, 기생 에어 갭(parasitic air gap)을 줄이고[이에 따라 피상 전력(apparent power)을 최적화함] 시트 사이에 유도되는 전류를 제한하기 위해 시트의 디버링(deburring), 병치(juxtaposing), 심지어 전기적 단열을 수행하는 데 각별히 주의해야 한다.
이들 기술 중 하나에서, 고 투자율을 갖는 연자성 재료가, 예상되는 스트립 두께와 상관없이 탑재 전력 변압기에 사용된다. 두가지 계열의 이들 재료는 0.35 mm 내지 0.1 mm 또는 심지어 0.05 mm의 두께로 존재하며 화학적 조성에 따라 명확하게 구별된다:
- 취성 및 전기 저항성이 주로 Si 함량에 의해 제어되는 Fe-3% Si 합금(이 합금의 조성은 본 명세서 전반에 걸쳐 중량%로 주어짐); 이 합금의 자기 손실은 매우 낮음 (N.O. 무-배향성 입자 합금) 내지 낮음(O.G. 배향성 입자 합금)이고, 포화 자화 Js는 높고 (2T 정도), 비용은 매우 적당하며; 하나 또는 기타 온-보드 변압기 코어 기술에 사용되는 2 개의 Fe-3% Si 하위계열이 존재함:
o "롤-업(roll-up)"타입의 온-보드 변압기 구조에 사용된, 배향성 입자(O.G.)를 갖는 Fe-3% Si: 이 합금의 높은 투자율 (B800 = 1.8-1.9T)은 매우 확연한 {110}<001> 집합조직과 관련이 있고; 이들 합금은 저렴하고 성형하기 쉽고 높은 투자율을 가질 수 있다는 장점이 있지만 포화는 2T로 제한되며 자화 곡선의 매우 뚜렷한 비-선형성을 가져서 매우 큰 고조파를 유발할 수 있음;
o "스탬프 및 스택(Stamp and Stack)"형 온-보드 변압기 구조에 사용되는 무-배향성 입자(N.O.)를 갖는 Fe-3% Si; 포화 자화는 O.G의 것과 유사한 반면, 투자율은 감소함;
- 취성 및 전기 저항성이 주로 바나듐에 의해 제어되는 Fe-48% Co-2% V 합금; 물리적 특성 (약한 K1)뿐만 아니라 K1을 매우 낮은 값으로 설정하는 최종 어닐링 이후의 냉각에도 높은 자기 투과율을 의존함; 그러나 취성으로 인하여, 이들 합금은 경화 상태(절삭, 스탬핑, 폴딩 등)로 성형되어야하며 이후, 일단 제품이 최종 형상(회전 기계의 회전자 또는 고정자, 변압기의 E 또는 I 프로파일)을 가지면 재료는 마지막 단계에서 어닐링되고; 또한, V가 존재하기 때문에, 어닐링 분위기의 품질은 산화를 피하기 위해 완벽하게 제어되어야하며; 마지막으로 이 재료의 가격은 매우 높으며 (Fe-3% Si - O.G.의 20 내지 50 배), Co의 존재와 관련이 있으며, Co의 함량에 대략 비례하고; 그러나 낮은 수준의 Co(일반적으로 18 또는 27%)의 Fe-Co 합금도 존재하며, 이전 재료들보다 저렴하다는 장점이 있지만, Co 함량이 적기 때문에 포화 자화는 좋거나, 또는 일부 경우에는 이전의 FeCo48V2 합금보다 조금 높으며; 그러나, 자기 투자율과 자기 손실은 FeCo 균등 합금보다 훨씬 높다.
이들 두 계열의 고 투자율 재료만이 현재 온-보드 전원 변압기에 사용된다.
FeCo 등 균질 합금을 제외하고 높은 포화 물질(순수 Fe, Fe-Si 또는 40% Co 미만의 Fe-Co)은 수십 kJ/m3의 자기결정 이방성을 가지며, 이는 최종 결정 방배의 무작위 분포의 경우 높은 투자율을 가질 수 없도록 한다. 중간 주파수의 온-보드 변압기에 대해 48% 미만의 Co를 갖는 자성 플레이트의 경우 성공 가능성은 각 입자에서 <100> 축이 압연 방향에 매우 가깝다는 사실을 특징으로 하는 예민한 집합조직에 필연적으로 좌우한다는 것이 오래전부터 알려져왔다. 2차 재결정에 의해 Fe-Si에서 수득한 {110}<001> 이른바 "Goss" 집합조직이 적절한 경우이다. 그러나 이들 참조 작업에 따르면 시트에는 코발트가 함유되어서는 안된다.
최근에는, 미국 특허 제 3,881,967 호에서 높은 투과성이 4 내지 6% Co 및 1 내지 1.5% Si의 첨가로 수득될 수 있으며, 2 차 재결정화를 사용하여 또한 수득될 수 있음이 밝혀졌다: B800 ≒ 1.98 T, 즉 가장 우수한 전류 Fe 3% Si O.G. 시트와 비교하여 800 A/m에서 0.02 T/% Co의 이득을 갖는다 (B10 ≒ 1.90 T). 그러나, B800의 단 4%만 증가시키면 변압기를 현저히 가볍게 하는데 충분하지 않다는 것이 분명하다. 비교를 위해, 변형을 위해 최적화된 Fe-48% Co-2% V 합금은 약 2.15 T ± 0.05 T의 B800을 가지며, 이는 13% ± 3%의 동일한 요크 단면에 대해 800 A/m에서, 2500A/m에서 약 15%, 5000 A/m에서 약 16%의 자속의 증가를 허용한다.
0보다는 확실히 큰 자기왜곡 계수 λ100의 존재와 결합된, 1.9T의 B800을 허용하는 결정 사이의 매우 작은 방향감각상실 뿐만 아니라, 2 차 재결정으로 인해 Fe 3% Si -O.G.에 거친 입자가 존재함이 또한 주목해야할 점이다. 이 점은 이 재료를 장착 및 작동 제약조건에 매우 민감하게 만들어, Fe 3 % Si O.G.의 B800을 약 1.8T에서 온-보드 변압기에서 작동시킴으로써 산업적 관행으로 돌아가게 한다. 이것은 또한 US-A-3 881 967의 합금에 대한 경우이다. 또한, Fe-48% Co-2% V는 Fe-3% Si보다 4 내지 5 배 높은 진폭의 자기왜곡 계수, 결정 방위의 무작위 분포, 및 작은 평균 입자 크기 (수십 마이크론)를 가지며, 이는 약한 제약, 특히 자화 특성 J(H) 및 이에 따른 B(H)에도 매우 강한 변화를 유발하는 제약에 매우 민감하게 만든다. 이들 변화는 제약 조건이 단방향 및 트랙션(traction)인 경우 개선되는 경향이 있지만 제약 조건이 단방향이고 컴프레션(compression)인 경우 성능 저하 경향이 있다.
작동시, 자화 및 포화 유도의 증가로 인해, Fe 3% Si O.G.를 Fe-48 % Co-2% V로 치환하면 800 내지 5000 A/m의 작동 전계 진폭에 대해 20 내지 25% 정도의 온-보드 변압기의 일정 단면 자속의 증가, 즉 % Co 당 약 0.5% 자속 증가를 가져오는 것이 고려되어야 한다. 미국 특허 A-3,881,967호의 합금은 1% Co 당 자속의 1% 증가를 허용하지만, 명시된 바와 같이, 총 증가(4 %)는 이 재료의 개발을 정당화하기에는 너무 약한 것으로 간주된다.
특히 미국 특허 A-3,843,424호에 Cr 2% 미만 및 Si 3% 미만을 함유하고 1 차 재결정 및 정상적인 입자 성장에 의해 수득된 Goss 집합조직을 갖는 Fe-5-35% Co 합금을 사용하는 것이 제안되어있다. Fe-27% Co-0.6% Cr 또는 Fe-18% Co-0.6% Cr의 조성은 800 A/m에서 2.08T 및 8000 A/m에서 2.3T를 달성하는 것을 가능하게하는 것으로 인용된다. 작동시 800 A/m에서 1.8 T에서 작동하고, 5000 A/m에서 1.95 T에서 작동하는 Fe-3% Si-O.G.와 비교하여, 이들 값은 800 A/m에서 15%, 5000 A/m에서 18%의 주어진 요크 단면에서 자속의 증가를 허용하므로 이에 따라 변압기의 부피 또는 질량이 감소한다. 따라서, Fe-저 Co 합금(합금 원소의 첨가 가능성이 있음)의 제조를 위한 몇 가지 조성물 및 방법이 제안되었으며, Fe-48% Co-2% V 상업용 합금으로 접근 가능하지만 Co 수준 (이에 따른 비용)이 매우 낮은 (18 내지 25%) 10 Oe-부근에서 자기 유도를 수득하는 것이 일반적으로 가능하다.
그러나, 경험에 따르면, 이러한 모든 재료는 통상적인 공정에 의해 수득되고 가공될 때, 적어도 일부 방향(예를 들어, 압연 방향 DL을 기준으로 함)에 대해 높은 자기왜곡을 나타낸다. 자기 여기의 방향은 자기 회로의 한 장소에서 다른 장소로 동시에 크게 변할 수 있기 때문에, 상이한 방향에 따른 자기왜곡의 균질성의 결여는, 하나의 결정된 방향에서의 자기왜곡이 약하다고 하더라도 매우 큰 자기왜곡 노이즈를 발생시킬 수 있다.
스탬프 및 스택 코어 기술을 사용하는 항공기 변압기에 Fe-Ni 합금을 사용하는 것은 알려져 있지 않다. 실제로, 이들 재료는 상기 인용된 Fe-Si (2T) 또는 Fe-Co (> 2.3T)보다 훨씬 낮은 Fe-Ni50에 대한 포화 자화 Js (최대 1.6T)를 가지며, 또한 FeNi50에 대해 자기왜곡 계수 λ111 = 7 ppm 및 λ100 = 27 ppm를 갖는다. 이것은 "무배향성"유형의 Fe-Ni50 다결정 물질(즉, 현저한 집합조직을 가지지 않음)에 대한 겉보기 포화 자기변형 λsat = 27 ppm을 가져온다. 이러한 수준의 자기 변형은 높은 노이즈를 발생시키며, 매우 적당한 포화 자화 Js에 추가되어 이 물질이 사용되지 않는 이유를 설명한다.
요약하면 항공기 변압기 설계자에게 다양한 문제가 발생할 수 있다.
자기 변형으로 인한 노이즈에 대한 강한 요구가 없는 경우, 낮은 돌입 효과, 변압기의 높은 질량 밀도, 고효율 및 낮은 자기 손실에 관한 요건을 절충하여 Fe-Si O.G., Fe-Co를 사용하는 권선된 자기 코어 솔루션의 사용 또는 철-계 무정형 재료에서의 사용 또는 Fe-Si N.O. 또는 Fe-Co를 사용하는 스탬프 및 자성 코어를 포함하는 솔루션의 사용을 유도한다.
후자의 경우, FeSi N.O. 또는 O.G. 전기 강철 또는 Fe49Co49V2와 같은 FeCo 합금에서 E-형 또는 I-형 스탬핑 및 적층된 코어가 자주 사용된다. 그러나, 이러한 재료들은 상당한 자기왜곡을 가지며 자화 방향은 E 구조에서 항상 동일한 결정학적 방향으로 머물러 있지 않기 때문에, 이러한 변압기 구조는 많은 변형을 일으킬 수 있고 일반적인 동작 유도 수준으로 치수가 영향을 받은 경우 상당한 노이즈를 방출할 수 있다(Js의 약 70%). 노이즈 발생을 줄이려면 다음을 수행해야 한다:
- 작동 유도를 감소시킴, 이 경우 동일한 비로 코어 단면을 증가시키면서, 이에 따라 동일한 전력을 유지하기 위해 부피와 질량을 증가시키게됨; 또는
- 변압기를 음향 차폐함, 이 경우 추가 비용이 발생하고 변압기의 질량과 부피가 증가함.
이러한 조건에서 사양의 무게 및 노이즈 제약조건을 동시에 충족시키는 변압기를 설계하는 것은 항상 불가능하다.
저 노이즈 자기왜곡에 대한 요구가 점차 보편화됨에 따라 변압기의 부피와 질량을 증가시키는 것 이외의 다른 기술을 사용하여 만족시킬 수는 없으며, 이러한 이유는 평균 작업 유도 Bt를 감소시킴으로써 동일한 자속을 유지하기 위해 코어 섹션 및 전체 질량을 증가시키는 것 이외에 노이즈를 줄이는 방법에 대해 알지 못하기 때문이다. 노이즈 요건이 없는 경우 Fe-Si 또는 Fe-Co의 경우 B1을 1.4 내지 1.7 T 대신 약 1T로 낮추어야 한다. 변압기를 패딩(padding)하는 것이 종종 필요하며, 그 결과 무게와 부피가 증가한다.
자기왜곡이 전혀 없는 재료만이 현재 솔루션보다 작업 유도가 더 높다면 언뜻보기에는 문제를 해결할 수 있다. 포화 유도 Js가 약 0.75T이고 상기 Js의 나노 결정이 약 1.26 T인 Fe-80% Ni 합금만이 이러한 낮은 자기왜곡을 갖는다. 그러나 Fe-80% Ni 합금은 Bt 작업 유도가 너무 낮아 기존의 변압기보다 가벼운 변압기를 제공할 수 없다. 나노 결정만이 매우 낮은 노이즈가 요구되는 이 라이트닝(lightening)을 허용한다. 노이즈 감소에 대한 요구가 덜 중요한 경우, 나노 결정은 비교적 조용한 솔루션인 것처럼 보이지만 기존 솔루션의 작동 유도를 감소시키고/시키거나 변압기를 패딩하는 솔루션에 비해 과도하게 많은 가중치가 필요하다.
그러나 나노결정은 "온-보드 변압기" 솔루션의 경우 큰 문제를 일으킨다: 이의 두께는 약 20 μm이며, 이들은 경질 지지체 둘레의 무정형 연성 상태의 토로이드로 권회되어, 토로이드의 형상이 나노 결정화를 일으키는 열처리 동안 유지되는 것을 보장한다. 그리고 이러한 지지체는 토로이드의 형상을 영구적으로 보존하기 위하여 열처리 후에 제거할 수 없으며, 또한, 이후 토로이드는 반으로 절단되어 이전에 설명한 롤-업 회로의 기술을 사용하여 변압기의 향상된 소형화를 제공한다. 롤-업 코어에 수지를 단지 함침시킴으로써 수지의 중합 후에 제거되는 지지체가 없는 경우 동일한 형상으로 유지할 수 있다. 그러나 나노 결정이 함침되고 경화된 토로이드의 C-절단 후, 일단 권선이 삽입되면 폐쇄된 토로이드를 재구성하기 위해 두 부분이 정확히 대면하게 위치하는 것을 막는 C의 변형이 있을 수 있다. 변압기 내에 Cs를 고정시키는 제약조건은 또한 변형을 유도할 수 있다. 따라서, 지지대를 유지하는 것이 바람직하지만, 변압기의 중량을 증가시킨다. 또한, 나노결정은 다른 연성 물질(철, FeSi3%, Fe-Ni50%, FeCo, 무정형 철 기반 합금)보다 분명히 낮은 포화 자화 Js를 가지므로 변압기의 중량이 현저하게 증가하는데, 이는 자성 코어 섹션의 증가로 Js에 의해 부과된 작업 유도의 저하를 보상해야 하기 때문이다. 또한, "나노 결정" 솔루션은 필요한 최대 노이즈 수준이 낮고 또 다른 더 가볍고 덜 시끄러운 솔루션을 사용할 수 없는 경우 최후의 수단으로만 사용될 것이다.
본 발명의 목적은 강한 작동 유도를 받을 때조차도 매우 낮은 자기왜곡만을 나타내는 변압기 코어를 구성하는 재료를 제안하는 것이며, 따라서 자기 코어의 질량을 너무 많이 사용하지 않도록 할 수 있으며, 질량 (또는 용적) 밀도가 높은 변압기를 제공하는 것이 가능해진다. 이러한 방식으로 수득한 변압기는 낮은 자기왜곡 노이즈가 사용자의 편의를 위해 유리한 항공기 조종실과 같은 환경에서 유리하게 사용될 수 있다.
이 목적을 위해, 본 발명의 주제는 냉간 압연되고 어닐링된 철 합금의 시트 또는 스트립이며, 이의 조성은 중량%을 기준으로,
- 극미량 ≤ C ≤ 0.2%, 바람직하게는 극미량 ≤ C ≤ 0.05%, 보다 바람직하게는 극미량 ≤ C ≤ 0.015%;
- 극미량 ≤ Co ≤ 40%;
- Co ≥ 35%인 경우, 극미량 ≤ Si ≤ 1.0%;
- 극미량 ≤ Co < 35%인 경우, 극미량 ≤ Si ≤ 3.5%;
- 극미량 ≤ Co < 35%인 경우, Si + 0.6% Al ≤ 4.5 - 0.1% Co, 바람직하게는 Si + 0.6% Al ≤ 3.5 - 0.1% Co;
- 극미량 ≤ Cr ≤ 10%;
- 극미량 ≤ V + W + Mo + Ni ≤ 4%, 바람직하게는 ≤ 2%;
- 극미량 ≤ Mn ≤ 4%, 바람직하게는 ≤ 2%;
- 극미량 ≤ Al ≤ 3%, 바람직하게는 ≤ 1%;
- 극미량 ≤ S ≤ 0.005%;
- 극미량 ≤ P ≤ 0.007%;
- 극미량 ≤ Ni ≤ 3%, 바람직하게는 ≤ 0.3%;
- 극미량 ≤ Cu ≤ 0.5%, 바람직하게는 ≤ 0.05%;
- 극미량 ≤ Nb ≤ 0.1%, 바람직하게는 ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Zr ≤ 0.1%, 바람직하게는 ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ti ≤ 0.2%;
- 극미량 ≤ N ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ca ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Mg ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ta ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ B ≤ 0.005%;
- 극미량 ≤ O ≤ 0.01%로 구성되고;
나머지는 제조로부터 생성된 철 및 불순물이며, 1.8T의 유도를 위해, 상기 시트 또는 스트립의 3 개의 직사각형 시료 (2, 3, 4)에서 인가된 자기장 (Ha)에 평행(λ//H) 및 인가된 자기장 (Ha)에 수직(λ⊥H)으로 측정된, 자기왜곡 변형 진폭 λ 사이의 최대 차이 (Max Δλ)는 최대 25 ppm이고, 긴 변은 각각 상기 시트 또는 스트립의 압연 방향(DL)에 평행하고, 상기 시트 또는 스트립의 횡 방향 (DT)에 평행하며, 상기 압연 방향(DL) 및 상기 횡 방향(DT)과 45°의 각도를 형성하는 방향과 평행하며, 재결정률은 80 내지 100%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형예에 따르면, 10% ≤ Co ≤ 35%이다.
바람직하게는, 스트립 또는 시트는 정의된 결정학적 배향 {h0k0l0}<u0v0w0>으로부터 15° 미만의 방향감각상실(disorientation)로 정의되는 임의의 {hkl}<uvw> 집합조직 성분을 30% 이하로 포함한다.
본 발명은 또한 상기 유형의 철 합금 스트립 또는 시트를 제조하는 방법에 관한 것으로,
- 철 합금을 준비하고, 철 합금의 조성은
- 극미량 ≤ C ≤ 0.2%, 바람직하게는 극미량 ≤ C ≤ 0.05%, 보다 바람직하게는 극미량 ≤ C ≤ 0.015%;
- 극미량 ≤ Co ≤ 40%;
- Co ≥ 35%인 경우, 극미량 ≤ Si ≤ 1.0%;
- 극미량 ≤ Co <35%인 경우, 극미량 ≤ Si ≤ 3.5%;
- 극미량 ≤ Co <35%인 경우, Si + 0.6% Al ≤ 4.5 - 0.1% Co, 바람직하게는 Si + 0.6% Al ≤ 3.5 - 0.1% Co;
- 극미량 ≤ Cr ≤ 10%;
- 극미량 ≤ V + W + Mo + Ni ≤ 4%, 바람직하게는 ≤ 2%;
- 극미량 ≤ Mn ≤ 4%, 바람직하게는 ≤ 2%;
- 극미량 ≤ Al ≤ 3%, 바람직하게는 ≤ 1%;
- 극미량 ≤ S ≤ 0.005%;
- 극미량 ≤ P ≤ 0.007%;
- 극미량 ≤ Ni ≤ 3%, 바람직하게는 ≤ 0.3%;
- 극미량 ≤ Cu ≤ 0.5%, 바람직하게는 ≤ 0.05%;
- 극미량 ≤ Nb 또는 Zr ≤ 0.1%, 바람직하게는 < 0.01%;
- 극미량 ≤ Ni ≤ 3%, 바람직하게는 ≤ 0.3%;
- 극미량 ≤ Cu ≤ 0.5%, 바람직하게는 ≤ 0.05%;
- 극미량 ≤ Nb ≤ 0.1%, 바람직하게는 ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Zr ≤ 0.1%, 바람직하게는 ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ti ≤ 0.2%;
- 극미량 ≤ N ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ca ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Mg ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ta ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ B ≤ 0.005%;
- 극미량 ≤ O ≤ 0.01%으로 구성되고;
나머지는 제조로부터 생성된 철 및 불순물이며;
- 잉곳(ingot) 또는 반제품 연속 주조된 형태로 주조하며;
- 상기 잉곳 또는 반제품 연속 주조 제품은 2 내지 5 mm 두께, 바람직하게는 2 내지 3.5 mm 두께의 시트 또는 스트립의 형태로 고온 성형되며;
- 이후, 상기 스트립 또는 시트의 적어도 2회의 냉간 압연 작업이 수행되며, 각각은 다음의 온도에서 50 내지 80%, 바람직하게는, 60 내지 75%의 감소 비를 가지며;
- 합금이 3.5 - 0.1% Co ≤ Si + 0.6% Al ≤ 4.5 - 0.1% Co 및 Co < 35%와 같은 Si 함량을 가지는 경우 또는 합금이 Co ≥ 35%이고 Si ≤ 1%인 경우; 및 냉간 압연 전, 400℃ 이하의 온도에서 1 시간 내지 10 시간 동안 수행된 재가열, 바람직하게는 스토빙이 수행되는 경우, 주변 온도 내지 350℃이며;
- 기타 경우에는 실온 내지 100℃이며;
- 상기 냉간 압연은 각각 합금의 페라이트 범위에서 1분 내지 24 시간 동안, 바람직하게는 2분 내지 1시간 동안 적어도 650℃의 온도, 바람직하게는 적어도 750℃의 온도에서 정적 또는 연속 어닐링에 의해 분리되며,
- 합금의 Si 함량이 (% Si)α-lim = 1.92 + 0.07% Co + 58% C 이상인 경우 최대 1400℃이고;
- Si 함량이 (% Si)α-lim 미만인 경우, T α-lim = T0 + k% Si이고, 여기서 T0 = 900 + 2% Co - 2833% C, 및 k = 112 - 1250% C이고;
- 2 회의 냉간 압연 작업을 분리하는 상기 어닐링은 적어도 5%의 수소, 바람직하게는 100%의 수소, 및 합금에 대한 기체 산화 종의 총량 중 1% 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만을 함유하고, +20℃ 이하, 바람직하게는 0℃ 이하, 보다 바람직하게는 -40℃ 이하, 최적으로 -60℃ 이하의 이슬점을 갖는 분위기에서 발생하며;
- 최종 정적 또는 연속 재결정 어닐링이 650 내지 (900 ± 2% Co)℃의 온도에서 1 분 내지 48 시간 동안 합금의 페라이트 영역에서 수행되어 스트립 또는 시트의 재결정률이 80 내지 100%로 수득되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법이다.
최종 재결정 어닐링은 진공 하에서 또는 합금에 대한 비-산화 분위기에서, 또는 수소화된 분위기에서 수행될 수 있다.
최종 재결정 어닐링은 적어도 5%의 수소, 바람직하게는 100%의 수소, 및 합금에 대한 기체 산화 종의 총량 중 1% 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만을 함유하고, +20℃ 이하, 바람직하게는 0℃ 이하, 보다 바람직하게는 -40℃ 이하, 최적으로 -60℃ 이하의 이슬점을 갖는 분위기에서 수행될 수 있다.
제1 냉간 압연 전, 합금의 페라이트 범위에서, 1분 내지 24시간 동안, 바람직하게는 2분 내지 10시간 동안, 적어도 650℃, 바람직하게는 적어도 700℃의 온도에서 정적 또는 연속 어닐링이 수행될 수 있으며,
- 합금의 Si 함량이 (% Si)α-lim = 1.92 + 0.07% Co + 58% C 이상인 경우 최대 1400℃이고;
- Si 함량이 (% Si)α-lim 미만인 경우, T α-lim = T0 + k% Si이고, 여기서 T0 = 900 + 2% Co - 2833% C, 및 k = 112 - 1250% C이고;
- 상기 어닐링은 적어도 5%의 수소, 바람직하게는 100%의 수소, 및 합금에 대한 기체 산화 종의 총량 중 1% 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만을 함유하고, +20℃ 이하, 바람직하게는 0℃ 이하, 보다 바람직하게는 -40℃ 이하, 최적으로 -60℃ 이하의 이슬점을 갖는 분위기에서 발생한다.
최종 재결정 어닐링 후, 2000℃/h 이하, 바람직하게는 600℃/h 이하의 속도로 냉각이 수행될 수 있다.
최종 재결정 어닐링 전, 2000℃/h 이하, 바람직하게는 600℃/h 이하의 속도로 가열이 수행될 수 있다.
최종 재결정 어닐링 후, 400 내지 700℃의 온도, 바람직하게는 400 내지 550℃의 온도에서 시트 또는 스트립의 표면상에서 1 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 절연 산화층을 수득하기에 충분한 시간 동안 산화 어닐링을 수행하는 것이 가능하다.
본 발명은 또한 적층된 또는 롤-업된 시트로 구성되고, 적어도 일부가 선행기술된 유형의 시트 또는 스트립으로부터 제조되는 것을 특징으로 하는, 변압기 자성 코어에 관한 것이다.
본 발명의 주제는 자기 코어를 포함하는 변압기이며, 상기 코어는 선행기술된 유형인 것을 특징으로 한다.
이해되는 바와 같이, 본 발명은 철-코발트 또는 철-규소 또는 철-규소-알루미늄 합금의 형태인 변압기 코어의 요소와 같은 자성 부품을 구성하도록 의도된 재료의 사용에 기반하는 것으로, 열처리가 모두 합금의 페라이트 범위 내에 있는 명확한 열처리 및 기계적 처리가 수행된다. 순수하거나 아주 적은 양이 합금화된 철의 사용도 고려된다.
상당히 예기치 않게, 그리고 발명자가 현재로서는 근거가 충분한 방식으로 설명할 수 있지 않은 방식에서, 예를 들어 1.5 또는 1.8 T까지 도달할 수 있는 높은 강도의 자기장에서도 처음에는 자기왜곡이 매우 낮은 결과가 나타난다. 이 결과는 특히 본 발명의 영향을 받는 FeCo 유형의 재료의 경우에 그러하며, 그 이유는 FeCo 합금은 일반적으로 높은 겉보기 자기왜곡을 갖는 것으로 오랫동안 알려져 왔기 때문이다.
그러나 무엇보다도 특히 예상하지 못한 점은 자기왜곡이 이러한 높은 자기장에서도 놀라운 등방성을 나타낸다는 점이다. 실제로, 압연 방향과 횡 방향(압연 방향에 수직) 모두에서, 그리고 이들 두 방향과 45°의 각을 형성하는 방향에서 주변 자기장의 적어도 1T 이하까지 약 0을 유지한다. 1T 이상에서는 이 세 방향에서 관찰된 자기왜곡의 차이가 최소한 1.8T 또는 심지어 2T의 자기장까지 현저하게 감소하는 것으로 유지한다.
따라서, 자기 코어를 구성하는 시트의 모든 방향에서 낮은 자기왜곡 노이즈를 갖는 변압기를 얻을 수 있고, 특히 전반적으로 전체 자기왜곡 노이즈를 얻을 수 있어, 특히 거주자 간의 직접적인 대화를 방해하지 않고, 조종석에 배치될 수 있는 항공기를 위한 온-보드 변압기를 구성하기에 적합하다.
본 발명은 다음의 첨부된 도면을 참조하여 주어진 다음 설명으로 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 시험 및 참조 기준 시험에서 사용된 시트 시료가 샘플링되고 시험되는 방법을 도시한다;
도 2, 도 3, 도 10, 도 11 및 도 12는 본 발명에 따르지 않는 방법에 의해 얻어진 FeCo27 합금 시료의 다양한 방향에서의 자기장의 강도의 함수로서의 자기왜곡 곡선을 도시한다;
도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 FeCo27 합금 시료의 다양한 방향에서 자기장의 세기의 함수로서의 자기변형 곡선을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 시험 및 참조 기준 시험에서 사용된 시트 시료가 샘플링되고 시험되는 방법을 도시한다;
도 2, 도 3, 도 10, 도 11 및 도 12는 본 발명에 따르지 않는 방법에 의해 얻어진 FeCo27 합금 시료의 다양한 방향에서의 자기장의 강도의 함수로서의 자기왜곡 곡선을 도시한다;
도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 FeCo27 합금 시료의 다양한 방향에서 자기장의 세기의 함수로서의 자기변형 곡선을 도시한다.
본 발명이 적용되는 금속 및 합금은 철 및 불순물 및 이들의 제조로 생성된 잔류 원소 이외에 다음의 화학 원소를 함유하는 페라이트 구조를 갖는 철 및 철 합금이다. 모든 백분율은 중량 백분율을 의미한다.
주어진 원소의 함량 범위의 하한을 정의하는 "극미량"에 대해 말할 때, 금속학자들이 일반적으로 그러하듯이, 논의가 되고 있는 원소가, 물질의 성질에 영향을 미치지 않지만, 물질이 항상 제로가 될 것이라는 확실성은 확인되지 않을 수도 있는, 최대한 매우 낮은 수준으로 존재한다는 것을 이해해야한다. 일반적으로, 거의 필연적으로 존재하는 사용된 원료 중 일부, 또는 액체 금속의 제조 중에 도입된 오염으로 인하여 분석 장치에 의해 최종 합금에서 논의가 되고 있는 원소가 소량 검출된다. 이 오염은 예를 들어, 용기(용해로, 레이들 등)를 코팅하고 액체 금속이 발견되는 마그네시아(magnesia) 및/또는 알루미나 및/또는 실리카를 함유하는 내화물의 마모로 인한 것일 수 있다. 액체 금속과 대기의 접촉은 또한 가장 탈산성인 원소(the most deoxidizing element) (Al, Si, Mn, Ti, Zr 등)와 결합하여 비금속 개재물을 형성할 수 있는 질소 및 또한 산소의 흡수를 유도할 수 있고, 이 중 일부는 최종 금속에 남을 것이다. 논의가 되고 있는 원소의 함량의 검출 및 측정을 위한 분석 장치의 정확도 또한 고려될 필요가 있다. 일반적으로 원소가 "극미량"의 형태로 존재할 수 있다고 할 때, 이는 함량이 단지 제어되지 않는, 즉, 제조 중에 원소가 의도적으로 추가되지 않는 모든 경우를 포함하는 것이며, 이 함량을 특정 한도 이상으로 유지할 필요는 없다는 것으로 생각된다. 특히, 본 발명에서 사용되는 합금의 정의에서 원소가 명시적으로 언급되지 않은 경우, 정의된 바와 같이 존재 가능성이 "극미량"으로 제한되는 것으로 간주되어야한다.
"극미량" 수준 및 정의된 상한 사이의 함량 사이에 존재하는 요소의 경우 제한은:
- 초과하지 않는 불순물 수준의 상한(여기서, 이 한계를 초과하기 때문에 합금의 특정 특성이 불충분하며, 이후 원료를 조심스럽게 선택하고/하거나, 가능한 한 제조 과정 중에 액체 금속의 오염을 피하고/피하거나, 탈황, 탈 인산 등이 필요하고 가능한 경우 제조 동안 불순물의 함량을 낮추도록 구체적으로 의도된 작업을 수행함으로써 상기 불순물이 이러한 한계를 초과하지 않도록 보장함); 또는
- 최종 합금에 유리한 성질을 부여하기 위해 논의가 되고 있는 원소를 의도적으로 첨가하는 것에 상응하는 상한(여기서, 이 첨가는 선택적임)을 의미한다.
시험된 여러 가지 합금의 조성을 보여주는 표에서, 함량이 "~미만"으로 표시된 경우, 이는 논의가 되고 있는 원소가 위에 주어진 의미에서의 극미량의 형태로만 존재함을 의미하는 것으로 이해해야하며, 여기서 분석 장치로는 이 원소가 실제로 전혀 존재하지 않거나 또는 원소가 존재하지만 표에 주어진 하한보다 낮은 수준에 있는지를 매우 신뢰성 있게 결정할 수 없다.
본 발명에 따른 시트 또는 스트립을 구성하는 합금은 C를 원료에 첨가하지 않은 제조로부터 수득한 극미량과 0.2% 사이, 바람직하게는 극미량과 0.05% 사이, 보다 바람직하게는 극미량과 0.015% 사이의 함량으로 C를 함유한다.
본 발명에 속하는 특정 가능한 변형인 FeCo27 및 FeSi3 유형 합금은 전형적으로 0.005 내지 0.15 %의 C 함량을 가지며, 이는 합금의 기계적 또는 자기적 특성과 관련된 이유로 최종 제품에 이러한 C 함량을 보유하려는 고의적인 의도보다는, 액체 금속의 탈산소화 조건으로부터 훨씬 더 많이 생성(특히, 진공 하에서 수행된 단계 동안 액체 금속 내의 CO의 형성)된다.
실제로, 본 발명에 사용된 최종 합금에서 매우 중요한 C 함량을 발견하는 것은 바람직하지 않으며, 이는 0.05와 0.2% 사이일 수 있는 임계 값을 초과하기 때문에, 자기 특성을 분해하는 경향이 있는 탄화물의 석출을 관찰하는 것이 가능한 반면, 0.2%를 초과하는 함량은 이러한 이유로 모든 경우에서 용납될 수 없다. 또한, C의 0.01 % 이상에서는, 변압기가 주변 온도보다 수개월 또는 수 년 동안 작동한 후에 C의 질량 또는 클러스터의 시효 석출(aging precipitation)을 관찰하는 것이 가능함이 알려져 있다. 자기적 특성(자기 손실, 투자율 등)이 영향을 받을 수 있다. 이러한 이유들로 인해, 상기 언급된 최적의 한계치 내에서 C 함량을 유지하는 것이 바람직하다.
이들은 극미량과 40% 사이에서 Co를 함유하고 있다. 최대 40 %는 열처리 중에 지나치게 빠르고 급격한 전이 질서 장애를 갖지 않기 위한 욕구에 의해 결정된다. 이것은 열간 압연 후 다중 어닐링을 방지할 것이며, 본 발명의 실시를 위해서는 냉간 압연 전 또는 후에 2회, 바람직하게는 3회의 어닐링이 필요하다는 것을 알 수 있을 것이다. 상응하는 중간 어닐링으로 더 차가운 압연을 수행하는 것은 또한 롤-업(roll-up)된 코어 변압기에 사용되는 특히 미세한 스트립을 수득하고자 할 때도 가능하다.
Co는 단지 제조에서 생성된, 즉 의도적으로 첨가되는 경우가 아닌 극미량의 상태에서 제한된 양으로 존재할 수 있지만, Co < 35% 인 경우 Si + 0.6% Al ≤ 4.5 - 0.1% Co 이고 또한 Si ≤ 3.5%이 필요하다. 따라서, 예를 들어, 코발트가 없는 경우, 본 발명의 범위 내에서 유지되기 위해 3.5%의 Si 및 극미량 내지 1%의 Al의 함량이 요구된다. 본 발명이 또한 적용될 수 있는 철-규소 또는 철-규소-알루미늄 합금 또는 심지어 순수하거나 아주 약간 합금된 철의 부류에 있는 합금의 경우이다.
진성 철-코발트 합금(따라서 3.5% 미만의 Si를 함유함)의 경우, 10 내지 35%의 Co 함량이 바람직하다.
본 발명은 약 27% Co을 함유하는 통상적인 유형의 Fe-Co 합금, 및 약 3% Si를 갖는 Fe-Si 합금에 가장 일반적으로 적용된다.
본 발명이 적용되는 합금은 다음과 같은 Si 함량을 갖는다 :
- Co 함량이 적어도 35%인 경우 극미량 내지 1.0%의 Si;
- Co 함량이 35% 미만인 경우, Si + 0.6 % Al ≤ 3.5 - 0.1 % Co를 만족한다.
그러나 압연이 엄격하게 냉기는 아니지만 "훈훈한", 즉 350℃ 이하의 온도에서 수행되는 경우 Si + 0.6% Al ≤ 4.5 - 0.1% Co 함량을 허용할 수 있으며, 여기서 이 압연 온도는 바람직하게는 스토빙(stoving), 즉, 저온의 정적 챔버에서의 가열에 의해 수득된다. 이 온간 압연(warm rolling)(본 발명의 내용에서 냉간 압연과 완전히 동등하다고 인정되는 경우) 및 "냉간 압연 (cold rolling)"이라는 용어는, 작동 온도에 대한 더 이상의 상세한 내용이 없을 때, 350℃ 이하의 온간 압연도 포함하는 것으로 본 문맥 내에서 이해되어야 한다. 이는 주변 온도에서 또는 근처에서 수행되는 압연과 비교하여 수 백도 또는 심지어 1000℃ 이상의 상당히 높은 온도에서 수행되는 금속 학자들에게 알려진 열간 압연과는 반대되는 것으로 재료가 더 잘 굴러 가고, 재료가 보다 연성이며 압연 중에 균열이 덜 발생한다. 열간 압연된 스트립 및 열간 압연 시트의 오븐에서의 정적 가열은 권선 또는 시트가 원하는 온도에서 몇 시간 동안 유지되도록하여, 온간 압연이 수행되기 전에 재료 전체에 걸쳐 온도가 균일하게 된다. 어닐링 로(annealing furnace)는 일반적으로 이러한 저온에서 작동하도록 치수가 정해지지 않으므로 이러한 목적을 위해 오븐보다는 적합하지 않다. 이 스토빙은 공기 중에서 수행될 수 있는데, 최대 원하는 온도는 일반적으로 스트립 또는 시트의 표면을 강하게 산화시킬 정도로 높지 않으며, 이후 수소화 분위기 어닐링으로는 해결할 수 없다.
재가열 온도는 가열 플랜트와 압연 플랜트 사이의 이동 중에 스트립 또는 시트가 예상대로 겪게되는 냉각의 기능으로서 결정되어야 한다. 재가열 온도는 온간 압연 시의 스트립 또는 시트의 실제 온도가 목표 온도가 되도록 충분해야 하지만, 재가열 또는 플랜트로 이동 중에 재료의 심각한 산화를 피하려면 400℃를 초과해서는 안된다.
물론, 스토빙, 또는 재가열 중에 중성 또는 환원 분위기의 사용은 일반적으로 배제되지 않는다.
Co 함량을 고려한 Al 함량과 관련된 Si 함량의 제한은 재료의 양호한 냉간 압연 성능 또는 주변 온도보다 현저히 높은 온도에서의 유지에 대한 우려 때문이며 그럼에도 불구하고 매우 높다 (350℃ 이하의 온간 압연의 경우, 위에 기재 내용 참조).
Si 함량은 또한 재료의 제조 중에 페라이트 구조를 영구히 유지하려는 욕구에 의해 지배되며, 이는 본 발명의 기초가 되는 낮고 등방성인 자기왜곡을 수득하는데 중요하다.
본 발명자들은 본 발명에 따른 시트의 자기왜곡의 현저한 등방성에 대한 설명은 열처리 및 냉간 압연 동안, 집합조직의 "계통(filiation)"또는 "유전"이 전체이고, 따라서 페라이트 도메인에 지속적으로 머물러 있어야만 한다는 사실에 놓여 있음이 가능한 것으로 여기고 있다.
집합조직의 "계통" 또는 "유전"이라는 용어를 사용함에 있어서, 금속 작업중에 재료의 집합조직의 점진적 변형으로 자연스럽게 이어지는 현상을 지칭한다. 본 발명의 경우에, 이 변형이 가공 중에 발생할 수 있는 상 변화에 의해 방해받지 않고, 따라서 열간 압연 전에 재료의 초기 집합조직의 "메모리(memory)"를 유지하는 것이 중요할 수 있음이 밝혀졌다. 이것은 발명자들이 모든 처리가 합금의 페라이트 범위에서 완전히 수행되도록 보장하는 동기이다. 그럼에도 불구하고 이론적인 관점에서, 본 발명에 따른 방법이 실시예에서 볼 수 있듯이 기껏해야 단지 재료의 약한 조직을 유도하기는 하지만, 본 발명을 특징 짓는 낮은 자기왜곡 및 자기왜곡 등방성을 수득하기 위해서는 이 집합조직 계통이 중요하다고 생각된다.
Cr 함량은 극미량에서 10%까지 다양할 수 있다. Cr의 첨가는 Fe의 적층 결함 에너지를 거의 변화시키지 않으며, 따라서 본 발명에 따라 수행된 처리 동안 집합조직 계통을 크게 변형시키지 않는다. 이는 포화 자화 Jsat를 낮추지만, 이러한 이유로 인하여 10%를 초과하는 양을 첨가하는 것은 바람직하지 않다. 반면에, Si와 마찬가지로, 전기 저항을 실질적으로 증가시키고, 이에 따라 자기 손실을 유리하게 감소시킨다. 그러나 변압기를 냉각하면 더 많은 자기 손실의 허용이 가능한 반면, 낮은 Cr 또는 심지어 극미량의 Cr도 이 경우에 허용될 수 있다.
V, W, Mo 및 Ni의 총 함량은 극미량과 4% 사이에 있으며, 극미량과 2% 사이에 있다. 이들 원소는 전기 저항성을 증가시키지만 일반적으로 원하지 않는 포화 자화를 낮춘다.
Mn 함량은 극미량과 4% 사이로 존재하며, 바람직하게는 극미량과 2% 사이로 존재한다. 이러한 상대적으로 낮은 최대 함량의 이유는 Mn이 FeCo의 주요 기여 중 하나인 포화 자화를 감소시키기 때문이다. Mn은 단지 전기 저항을 약간 증가시킨다. 특히, Mn은 페라이트 어닐링을 허용하는 온도 범위를 줄이는 감마인자요소이다. 본 발명자들은 페라이트계 미세 구조의 유전과 관련된 물음에 대해, 처리 과정에서 페라이트 범위를 벗어나는 것은 바람직하지 않으며, Mn이 과도하게 존재하면 범위가 벗어나는 위험이 증가되는 것을 밝혀냈다. Al 함량은 극미량과 3% 사이로 존재하며, 바람직하게는 극미량과 1% 사이로 존재한다. Al은 포화 자화를 감소시키며, 전기 저항을 높이는 데에 있어서는 Si 또는 Cr보다 훨씬 효율적이지 않다. 그러나 앞서 언급했듯이 Al은 실리콘 첨가제의 한계에 도달할 때 고-합금 FeCo 등급의 냉간 압연 능력 범위를 확장하는 데 사용될 수 있다.
S 함량은 극미량과 0.005% 사이로 존재한다. 실제로, S는 망간 및 산황화물과 함께 Ca 및 Mg와 함께 황화물을 형성하는 경향이 있는데, 이는 자기 성능 및 특히 자기 손실을 크게 저하시킨다.
P 함량은 극미량과 0.007% 사이로 존재한다. 실제로, P는 자기 특성에 유해한 금속 원소의 인화물 및 미세 구조의 제조를 형성할 수 있다.
Ni 함량은 극미량과 3% 사이에 있으며, 바람직하게는 극미량과 0.5% 사이로 존재한다. 실제로 Ni는 전기 저항을 증가시키지 않지만 포화 자화를 감소 시키므로 변압기의 전력 밀도와 전기 효율을 저하시킨다. 따라서 Ni의 추가는 필요하지 않다.
Cu 함량은 극미량과 0.5 % 사이에 있으며, 바람직하게는 0.05% 미만이다. Cu는 Fe, Fe-Si 또는 Fe-Co에서 매우 불충분하게 혼화됨에 따라 구리가 풍부한 비자성(non-magnetic) 상을 형성하여 재료의 자기 성능을 크게 저하시키며 미세 구조의 진화를 크게 저해한다.
Nb와 Zr의 함량은 각각 극미량과 0.1% 사이이며, 바람직하게는 0.01% 미만이며, 그 이유는 Nb와 Zr은 입자 성장 억제제로서 잘 알려져 있고, 이에 따라 본 발명의 결과로 얻어진 좋은 결과의 기원에 있는 것으로 여겨지는 집합조직 계통의 금속학적 메커니즘을 강력하고 불리하게 방해하기 때문이다.
Ti 함량은 자기 특성을 현저하게 저하시키는 (손실 증가) 질화물의 유해한 형성을 제한하기 위해 극미량 및 0.2% 사이이며, 압연-어닐링 동안 집합조직 변형 메커니즘을 방해할 수 있다.
N 함량은 모든 종류의 질화물이 과도하게 형성되는 것을 피하기 위해 극미량 내지 0.01% 사이로 존재한다.
Ca 함량은 산화물과 산화 황화물의 형성을 피하기 위해 극미량과 0.01% 사이로 존재하며 이는 Ti 질화물에서와 동일한 이유로 유해할 수 있다.
Mg 함량은 Ca와 동일한 이유로 극미량 내지 0.01% 사이로 존재한다.
Ta의 함량은 입자의 성장을 크게 방해할 수 있기 때문에 극미량과 0.01% 사이로 존재한다.
B의 함량은 Ti의 질화물과 동일한 효과를 갖는 붕소 질화물의 형성을 피하기 위해 극미량과 0.005% 사이로 존재한다.
O 함량은 질화물과 동일한 역효과를 갖는 과도한 양의 산화된 개재물의 형성을 방지하기 위해 극미량과 0.01% 사이로 존재한다.
S, P, Ni, Cu, Nb, Zr Ti, N, Ca, Mg, Ta, B, O에 대한 이들 최대 수준은 종종 합금의 제조로 생성된 단순한 불순물에 상응하며 본 발명과 관련된 Fe-Co 및 Fe-Si 유형 합금에서 일반적이다. 필요한 경우 원자재를 철저히 선택하고 조심스럽게 제조하면 이를 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 제품으로 유도하는 제조 공정에 관해서는 다음과 같다.
상기한 조성을 갖는 잉곳 또는 반제품 연속 주조 제품을 제조한다. 이 목적을 위해, 이 조성물을 수득하기 위한 모든 제조 및 주조 방법이 사용될 수 있다. 잉곳을 수득하고자 하는 경우, 슬래그 하에서의 아크 용해, 슬래그 또는 진공에서의 유도 용융(진공 유도 용해용 VIM)과 같은 방법이 권장된다. 이들은 바람직하게는 2차 잉곳을 수득하기 위해 재용융시키는 과정을 후행한다. 특히, 일렉트로 슬래그 재용융(Electro Slag Remelting: ESR) 또는 진공 아크 재용융(Vacuum Arc Remelting: VAR) 유형의 공정은 본 발명의 바람직한 적용을 위한 최적의 순도 및 작은 분율의 침전물을 갖는 합금을 수득하는데 특히 적합하다.
비-평행 육면체 형태의 잉곳을 얻는 가장 일반적인 경우, 단조 또는 압연(블루밍)에 의한 제1 열간 성형이 이 평행 육면체 형상을 갖도록 통상적으로 실시된다. 따라서, 10 cm 정도의 두께를 갖는 잉곳이 종종 수득된다.
이전에 성형된 잉곳 또는 연속 주조 제품은 두께가 2 내지 5 mm, 바람직하게는 2 내지 3.5 mm 두께인 시트 또는 스트립이 예를 들어 약 2.5 mm의 두께로 수득될 때까지 통상의 방식으로 열간 압연 될 수 있다. 따라서, 이러한 열간 압연은 본 발명에 따른 방법의 열간 성형의 마지막 단계(또는 유일한 단계)이다.
이후, 바람직하게는 상기 시트 또는 스트립의 정적 또는 연속적 어닐링은, 페라이트 범위에서, 650℃, 바람직하게는 700℃, 및 순수한 페라이트 범위가 빠져 나가지 않음을 보장하며 이에 따라 1분 내지 10시간 동안 합금의 조성에 좌우되는 온도에서 수행된다.
Si 함량이 Co 및 C의 함량에 좌우되는 언급된 한계 (% Si)α-lim 이상인 경우, 이 어닐링 열처리의 온도 Ttth 는 1400℃까지 올라갈 수 있다.
이러한 한계는 (% Si)α-lim = 1.92 + 0.07% Co + 58% C이다.
Si 함량이 (% Si)α-lim 미만인 경우, 이 어닐링의 열처리 온도 Ttth는 Ttth < Tα-lim이 페라이트 존재의 상한 온도가 되도록 하는 온도이고, 여기서
Tα-lim = T0 + k% Si이고, 여기서 T0 = 900 + 2%, Co - 2833% C, 및 k = 112 - 1250 %C이다.
이러한 조건은 다양한 다른 합금 원소를 포함하는 Fe-Co 합금의 상 다이어그램(phase diagram)에 대해 발명가가 수행한 연구에서 비롯된다
이 어닐링은 건조한 수소화 분위기에서 수행해야 한다. 대기는 5% 내지 이상적으로 100% 수소를 함유해야하며, 나머지는 아르곤 또는 질소와 같은 하나 이상의 중성 가스이다. 이러한 분위기는 암모니아가 분해되어 발생할 수 있다. 합금(산소, CO2, 수증기 등)에 대한 기체 산화 종의 총 1%의 최대 함량이 존재할 수 있으며, 바람직하게는 100 ppm 미만이다. 대기의 이슬점은 최대 + 20℃이며, 바람직하게는 최대 0℃이며, 보다 바람직하게는 최대 -40℃이며, 가장 바람직하게는 최대 -60℃이다.
이러한 수소화된 환원 분위기는 단순히 중립적인 분위기와 비교하여, 더 한층 강력한 이유로 산화 작용을 효율적으로 작동함에 따라:
- 시트 또는 스트립의 표면과 결정 입계의 산화를 방지하고, 여기서 이러한 결정립계의 산화는 집합조직의 계통에 매우 바람직하지 않으며, 본 발명의 성공을 위한 이유 중 하나가 열처리 및 냉간 압연 중에 매우 양호한 집합조직 계통으로 확인되면, 본 발명의 실행을 위한 중요한 조건으로 작용할 것이며;
- 특히 연속적으로 수행되는 경우, 어닐링 중에 양호한 열 전달을 보장하고, H2는 가장 열을 운반하는 가스이며, 이는 집합 영역(ordering zone) (500 내지 700℃)에서 어닐링된 스트립으로부터 열을 효율적으로 추출한 덕분에 약화된 집합을 피함으로써, 어닐링 아웃렛에서 파손의 위험이 없이 냉간 압연 스트립을 수득하는 것을 가능하게 한다.
이러한 선택적이지만 바람직한 어닐링 이후, 시트 또는 스트립의 자연 냉각 또는 필수 냉각은 스트립의 과도한 취화를 피하는 조건 하에서 수행된다. Co 함량이 20%를 초과하는 경우 이 냉각 속도는 적어도 1000℃/h이어야 한다. 본 발명과 관련된 FeSi 합금의 경우를 포함하여 Co 함량이 20% 이하인 경우, 최소 냉각 속도를 설정할 필요는 없다.
상기 공정은 (상기 임의의 어닐링 이후 또는 열간 압연 후) 이후 50 내지 80%, 바람직하게는 60% 내지 75%의 감소율에서, 실온(예: 20℃) 내지 350℃ 사이의 온도에서 제1 냉간 압연으로 수행한다. 350℃의 상한은, 알 수 있는 바와 같이, "훈훈한" 압연이 수행되는 경우에 해당하며 여기서 가열은 Si가 비교적 풍부한 합금에 대해 스토빙(stoving)에 의해 수행된다. 가장 일반적으로 냉간 압연의 온도는 주위 온도 내지 100℃ 사이이다.
냉간 또는 "온간" 압연 중 적어도 하나에서 너무 낮은 감소율(50% 미만)은, 우리가 알 수 있는 바와 같이 추구하는 낮고 등방성인 자기왜곡을 수득하도록 허용하지 않는다. 감소율이 너무 높으면(80% 초과) 자기왜곡이 저하될 만큼 과도하게 많이 재료의 집합조직을 변형하기 쉽다.
이 후, 선택적인 어닐링 후 열간 압연과 관련하여 알 수 있는 이유로, 위에 정의된 바와 같은 (부분적으로 또는 전체적으로) 건식 수소화된 분위기 상태에서 650 내지 930℃ 사이, 바람직하게는 800 내지 900℃ 사이의 높은 온도에서 1분 내지 24 시간 동안, 바람직하게는 2분 내지 1시간 동안 정적 또는 연속 어닐링을 수행하고, 이후 임의의 어닐링에 대해 기재된 바와 유사한 조건 하에서 동일한 이유로 냉각을 수행한다.
이어서, 제1 냉간 압연에 대해 이미 기술된 것과 동일한 범위에서 제2 냉간 압연이 수행된다.
최종적으로, 정적 또는 연속 최종 재결정 어닐링이 선행 어닐링 분위기와 같은 우선적으로 수소화된 분위기(부분적으로 또는 전체적으로) 하에서 수행된다. 그러나, 이 최종 어닐링은 또한 진공 상태, 중성 가스 (예를 들어 아르곤) 또는 심지어 공기 중에서, 페라이트 범위에서, 650 내지 [900 + (2 x% Co)]℃의 온도에서 1 분 내지 48 시간 동안 수행될 수 있다. 수소화된 분위기는 최종 어닐링에 필수적이지는 않으며, 그 이유는 이 단계에서 금속은 이미 특히 두께에서 또는 심지어 둘레의 관점에서도 특히 미래의 조각에 최종 형상과 치수를 제공하기 위해 절단이 이미 수행된 경우에도 최종 치수에 도달할 수 있기 때문이다. 이 경우, 수소의 부재가 이 재결정 어닐링 중에 금속의 취화를 유도하더라도 완성하고자 남아있는 모든 조각이 코어를 형성하도록 쌓아 두는 결과는 존재하지 않을 것이다.
최종 어닐링이 너무 길면 Fe-Co 합금의 경우 이미 900 내지 930℃에서 물질의 표면에서 결정립계의 공극을 형성하여 자기 손실 및 결정립계 산화를 저하시킬 수 있으며, 심지어 환원되고 건조한 분위기의 경우에도 결정립계에서 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 이러한 조건 하에서, 자기 손실의 저하가 있을 것이며, 본 발명에 의해 목표된 낮고 등방성인 자기왜곡이 또한 저하될 것이다. 90%의 재결정화율이 이미 자기왜곡의 낮은 수준 및 등방성의 측면에서 만족스러운 결과를 수득하기에 충분할 수 있는 예에서 알 수 있듯이, 100%의 최종 재결정률이 바람직하지만 강제적인 것은 아니다. 80%가 필요한 최소 재결정률로 추정된다.
소정의 조성 및 두께의 재료에 대해 이러한 재결정을 달성할 수 있도록 하는 최종 마무리 어닐링을 수행하기 위한 정확한 조건은 통상적인 시험을 통해 당업자에 의해 실험적으로 결정될 수 있다. 연속 어닐링에 비해 온도 상승률이 낮고 지속 시간이 긴 정적 어닐링은 연속 어닐링보다 페라이트 입자를 더 많이 늘리는 장점이 있고, 이는 낮은 자기손실을 수득하는 데 유리하다.
바람직하게는, 최종 어닐링은 공기 중 자연 냉각과 같은 비교적 느린 냉각 또는 방사선에 의한 열 손실을 제한하기 위한 후드 또는 다른 장치 아래에서의 냉각에 의해 결론지어진다. 2000℃/h 이하의 속도, 바람직하게는 600℃/h 이하의 속도가 일반적으로 권장된다. 보다 빠른 냉각은 재료에 열 구배를 설정하여 내부 응력을 도입할 수 있으며 이는 자기 손실을 저하시킨다.
충분히 느린 냉각을 보장하는 이들 조건은 특히 최종 어닐링이 정적 어닐링, 즉 진공 하에서 수행(여기서 재료는 냉각 중에 처리 챔버 내에 단순히 남겨짐)되는 경우, 가장 쉽게 달성된다.
최종 어닐링 이외의 어닐링 후의 냉각은 저속으로 수행되는데 특별한 이점이 없다. 냉각 속도가 너무 느리면 다음 단계에서 재료의 압연성(rollability)를 감소시킬 수 있다.
상대적으로 느린 냉각은 바람직하게는 어닐링을 위한 온도 상승 속도와 결합되며, 이는 또한 2000℃/h 이하이거나 또는 600℃/h 이하의 온도이다.
또한, 일반적으로 본 발명자들은 지나치게 뚜렷한 Goss 또는 다른 집합조직을 얻지 않고 집합조직의 양호한 계통을 수득하기 위해, 최종 어닐링을 위한 온도 상승 속도 및 최종 어닐링 후 냉각 비율은, 합금의 조성 및 냉간 또는 온간 압연 및 어닐링 동안 열적 및 열역학적 처리 조건에 더하여 본 발명에 사용되는 합금의 낮고 등방성의 자기왜곡의 관점에서 원하는 목적을 달성하는데 사용될 수 있는 매개변수 중 하나인 것으로 생각한다.
본 발명자들은 최종 제품에서 30% 이하의 Goss 집합조직 성분 또는 {111}<110> 집합조직 성분 (이들은 본 발명에 따른 시트 및 스트립에 가장 많이 존재하는 배향임)를 수득하는 것이 바람직하다고 생각하며, 일반적으로 임의의 주목할만한 {hkl}<uvw> 집합조직 성분, 즉 재료의 입자의 용적 분획의 최대 30%가 {hkl}<uvw> 배향을 가져서 특정 {h0k0l0}<u0v0w0> 배향로부터 15 ° 미만의 방향감각상실(disorientation)인 사실로 특징지어지는 성분의 30% 이하를 포함한다.
재료의 최종 자기 특성을 수득할 수 있는 최종 재결정 어닐링 후, 400 내지 700℃의 온도, 바람직하게는 400 내지 550℃의 온도에서 재료의 보조적 산화 어닐링을 추가할 수 있으며, 이는 보다 높은 온도에서 일어나는 것으로 알려져 있기 때문에 입자 간 산화의 위험없이 적어도 하나의 면에서 재료의 강하지만 표면상의 산화가 발생한다. 이 산화층은 0.5 내지 10 μm의 두께를 가지며 변압기 자성 코어의 적층된 부분 사이의 전기적 절연을 보장하여 유도 전류 및 변압기의 자기 손실을 실질적으로 감소시킨다. 이 산화층을 수득하기 위한 정확한 조건은 재료의 정확한 조성 및 이 재료에 관한 선택된 처리 분위기(공기, 순수 산소, 산소-중성 가스 혼합 등)의 산화력의 함수로서 통상적인 실험을 사용하여 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 산화층의 조성 및 두께에 대한 종래의 분석은 주어진 물질의 처리 조건(온도, 지속 시간, 대기)이 바람직한 산화층을 수득할 수 있는지를 결정할 수 있도록 한다.
2개의 냉간 압연 단계 및 2 또는 3개의 어닐링 단계를 포함하는 제조 방법이 기재되어 있다. 그러나, 기재된 제1 필수 어닐링과 유사한 중간 어닐링에 의해 분리될 수 있는, 기재된 바와 유사한 보다 냉간 압연 단계를 수행하는 것은 본 발명의 범위를 따르는 것으로 유지된다.
참조로 제조되는 50 내지 80%, 바람직하게는 60 내지 75%의 감소율을 갖는 냉간 압연은 각각 중간 어닐링에 의해 분리되지 않는 몇 번의 연속적인 패스에서 점진적으로 수행될 수 있음을 이해해야 한다.
최종 결과는, 자기 손실을 제한하기 위하여 두께가 전형적으로 0.05 내지 0.3 mm, 최대 0.25 mm, 보다 바람직하게는 최대 0.22 mm인 냉간 압연되고 어닐링된 시트 또는 스트립으로, 특히 적용된 자기장의 방향에 대해 평행 및 수직으로 측정된 3 방향 DL (압연 방향), DT (가로 방향) 및 45° (DL과 DT 사이의 중간 방향)에서 매우 낮은 자기왜곡 λ를 나타내며, 특히 측정된 최고 및 최저 자기왜곡 사이에서, 1.2T에서 1.8T까지의 상이한 유도에 대해 매우 작은 차이를 갖는다. 이러한 유도는, 낮은 자기왜곡 및 낮은 돌입 효과에 추가하여 가능한 낮은 변압기 질량을 줄이기 위해 Fe-Co 또는 Fe-Si 코어를 사용하는 온-보드 항공기 변압기를 작동하는 것이 종종 바람직한 경우이다. 특히 1.8 T는 변압기를 가능한 한 가볍고 조용한 것으로 유도하는 흥미로운 유도이다.
변압기의 낮은 자기 왜곡 노이즈를 수득하기 위해서는, 압연 방향 및 자기장의 방향에 대해 정의되는 하나 또는 특정 방향으로만 낮은 자기왜곡을 수득하는 반면 다른 방향으로는 비교적 강한 자기왜곡을 유지하는 것은 거의 사용되지 않는다. 따라서 사용자 만족의 기준은 도 1에서와 같이 동일한 재료의 세 가지 유형의 시료에 대해 이루어진 측정 동안 관찰된 자기왜곡 진폭 사이의 최대 편차 "최대 Δλ"이다. 다음 예는 이 평가 방법을 기반으로 한다.
이들 시료는 본 발명에 따라 또는 실시예를 기반으로 하는 기준 방법에 따라 제조된 스트립 (1)으로부터 수득한다. 이의 압연 방향(DL), 횡 방향(DT) 및 이의 중앙 방향 45°는 화살표로 표시된다. 자기왜곡 시험을 수행하기 위해 시트 1에서 세 가지 유형의 시료를 수득한다.
유형 1: 시료 2의 장(LONG) 방향이 DL에 평행하도록 절단된, 연장된 직사각형 시료 2 (예: 120 x 15 mm). 자기장 Ha은 시료 2의 장(LONG) 방향과 동일한 축을 갖는 여자 코일(excitation coil)에 의해, 이에 따라 시료 2의 장(LONG) 방향에서 변형 측정 동안 적용된다. λH//DL이라 불리는 변형 측정값 ε은 자기장의 방향(λH//DL e//H)과 이에 수직인 방향(λH//DL e⊥H) 둘 다에서 수행되어 유형 1의 시료 2에 대해 2개의 자기 변형 값을 생성한다.
유형 2: 시료 3의 장(LONG) 방향이 DL 및 DT의 45° 축에 평행하도록 절단된, 연장된 직사각형 시료 3 (예: 120 x 15 mm). 자기장 Ha은 시료 3의 장(LONG) 방향과 동일한 축을 갖는 여자 코일(excitation coil)에 의해, 이에 따라 시료 3의 장(LONG) 방향에서 변형 측정 동안 적용된다. λH//45° 이라 불리는 변형 측정값은 자기장의 방향(λH//45° e//H)과 이에 수직인 방향(λH//45° e⊥H) 둘 다에서 수행되어 유형 2의 시료 3에 대해 2개의 자기 변형 값을 생성한다.
유형 3: 시료 4의 장(LONG) 방향이 DT에 평행하도록 절단된, 연장된 직사각형 시료 4 (예: 120 x 15 mm). 자기장 Ha은 시료 4의 장(LONG) 방향과 동일한 축을 갖는 여자 코일(excitation coil)에 의해, 이에 따라 시료4의 장(LONG) 방향에서 변형 측정 동안 적용된다. λH//DT 이라 불리는 변형 측정값은 자기장의 방향(λH//DT e//H)과 이에 수직인 방향(λH//DT e⊥H) 둘 다에서 수행되어 유형 3의 시료 4에 대해 2개의 자기 변형 값을 생성한다.
따라서 총 6 가지 변형 측정이 세 가지 시료 유형 각각의 각 유도 수준 B(측정됨)에서 측정된다. 재료의 자기왜곡성 거동을 알아내기 위해, 시료 수집의 세 가지 방향(유형)(DL, DT 및 DL과 DT와 45°의 각도를 만드는 방향) 및 여러 수준의 유도, 예를 들어 1T, 1.5T, 1.8T을 사용한다.
재료의 유도 진폭 B에 대해 측정되고 최대 Δλ(B)라고도 불리는 최대 Δλ 값은 자기왜곡의 등방성을 나타낸다. 따라서 도 1에서와 같이 재료의 동일한 스트립 1에서 나오는 시료 2, 3, 4에서 측정된 6 가지 λ의 값 중에서 가장 높은 값과 가장 낮은 값을 고려하여 계산된다. 이것은 위에서 기재한 자기왜곡 측정의 각각의 가능한 쌍 사이의 대수차의 6 가지 절대 값 중에서 찾을 수 있는 가장 높은 값이다. 다시 말하면
본 발명에 따르는 시트 또는 스트립이 되기 위해서는 1.8T의 유도에 대해 측정된 최대 값 최대 Δλ이 최대 25 ppm이어야 한다는 것에 동의한다.
기술될 10 개의 시험은 특히 FeCo27 유형 합금의 시료에 대해 수행되었으며 그 상세한 구성이 표시될 것이다. 그러나 본 발명은 변압기 코어에서 공지되고 일반적으로 사용되는 이 카테고리의 모든 합금에 매우 유사하게 적용될 수 있는 것으로 확인될 수 있는 반면, 이들을 수득하기 위한 수단으로 함께 기재될, 매우 낮지만 0이 아닌 집합조직은 지금까지 확인되지 않았다. 표 1은 본 발명에 따른 다양한 합금 및 시험에 사용된 기준 합금의 조성을 나타낸다.
특히, 서로 다른 주조(casting)이지만 매우 유사한 조성을 갖는 FeCo27 합금 두 개를 시험하여 시험 결과를 직접 비교할 수 있다. 합금 A를 기준 시험 1 및 2에서 사용하고, 합금 B를 본 발명 3 내지 9에 의한 시험 및 기준 시험 10 내지 12에서 사용하였다.
[표 1]
시험 합금의 조성
합금 A 및 B의 시료를 다음과 같이 제조하였다:
이 합금은 진공 유도 로(vacuum induction furnace)에서 제조된 후, 직경 12 cm 내지 15 cm 및 높이 20 내지 30 cm를 갖는 30 내지 50 kg의 절두 원추형 잉곳의 형태로 주조된다. 이후 조 압연기를 이용하여 80 mm의 두께로 압연한 후 약 1000℃의 온도에서 2.5 mm의 두께로 열간 압연하였다.
이 열간-압연된 제품은 다음 조건 하에서 냉간 어닐링 및 냉간 압연(LAF)을 100℃ 미만에서 수행 하였다:
- 시료 1: 84% 감소율의 LAF 1; 1100℃에서 3 분 동안 연속 어닐링 1; 50% 감소율의 LAF 2; 900℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 2;
- 시료 2: 84% 감소율의 LAF 1; 1100℃에서 3 분 동안 연속 어닐링 1; 50% 감소율의 LAF 2; 700℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 2;
- 시료 3: 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 1; 70% 감소율의 LAF 1; 900℃에서 8 분간 연속 어닐링 2; 70% 감소율의 LAF 2; 660℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 3;
- 시료 4: 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 1; 70% 감소율의 LAF 1; 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 2; 70% 감소율의 LAF 2; 680℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 3;
- 시료 5: 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 1; 70% 감소율의 LAF 1; 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 2; 70% 감소율의 LAF 2; 700℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 3;
- 시료 6: 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 1; 70% 감소율의 LAF 1; 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 2; 70% 감소율의 LAF 2; 720℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 3;
- 시료 7: 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 1; 70% 감소율의 LAF 1; 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 2; 70% 감소율의 LAF 2; 750℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 3;
- 시료 8: 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 1; 70% 감소율의 LAF 1; 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 2; 70% 감소율의 LAF 2; 810℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 3;
- 시료 9: 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 1; 70% 감소율의 LAF 1; 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 2; 70% 감소율의 LAF 2; 900℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 3;
- 시료 10: 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 1; 70% 감소율의 LAF 1; 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 2; 70% 감소율의 LAF 2; 1100℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 3;
- 시료 11: 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 1; 80% 감소율의 LAF 1; 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 2; 40% 감소율의 LAF 2; 700℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 3;
- 시료 12: 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 1; 70% 감소율의 LAF 1; 1100℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 2; 70% 감소율의 LAF 2; 700℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 3.
제조를 마무리하는 정적 어닐링은 모든 시료에 대해 300℃/s의 속도로 온도를 상승시키는 것이 선행되고 200℃/h 정도의 속도로 냉각이 후행되는데 냉각은 어닐링 로에서 시료를 단순히 남겨두는 것으로 수행된다. 따라서 최종 어닐링 전의 온도 상승률과 최종 어닐링 후의 냉각 속도는 비교적 완만하며, 표 2에서 볼 수 있듯이 모든 경우에 상대적으로 집합조직이 상대적으로 없는 최종 제품을 수득하는데 기여하였다. 따라서, 본 발명에 따른 시료 및 기준 시료에 대해 관찰된 자기왜곡 및 등방성의 차이는 다른 요인에 기인할 수 있으며, 특히 기준 시료의 경우, 어닐링 동안 오스테나이트 범위에서 통로가 존재한다는 사실에 기인할 수 있다.
최종 어닐링 시험은 본 명세서에 기술된 시험과 유사한 매개변수를 갖는 수소 대기 하에서 다른 정적 오븐에서 3 시간 동안 850℃에서 수행 되었으나 최종 어닐링 후 냉각 속도는 여전히 낮았고(60℃/h), 자기왜곡의 수준과 이의 등방성에 관한 매우 유사한 결과를 나타냈다. 따라서, 최종 어닐링 후의 냉각은 특히 단점없이 느려질 수 있다.
모든 시료의 모든 어닐링은 이슬점이 -40℃ 미만인 순수하고 건조한 수소 분위기에서 수행되었다. 다른 기체 종은 3 ppm을 초과하여 존재하지 않는다.
따라서, 기준 시료 1과 2를 열처리 직후 냉간 압연한 후, 오스테나이트 범위의 고온 어닐링 (1100℃), 제2 냉간 압연, 및 최종적으로 페라이트 범위에서 900℃ (시험 1) 또는 700℃ (시험 2)에서 최종 어닐링을 수행한다.
본 발명 3 내지 9의 시료는 열처리 후 900℃에서 어닐링을 시작한 후 제1 냉간 압연, 900℃에서 2 차 어닐링, 제2 냉간 압연, 및 냉간 압연을 수행하고, 시험에 따라 660 내지 900℃의 가변 온도에서 최종 어닐링을 수행하였다. 따라서, 모든 어닐링은 본 발명에 따라 페라이트 범위에서 발생하였고, 처음 2 개의 기준 시료 1 및 2에서 수행된 어닐링 수가 2 회에 비해 본 발명은 3 회였다. 모든 냉간 압연은 70%의 감소율로 수행되었다.
기준 시료 10은 본 발명에 따른 시료와 같이 900℃에서 페라이트 범위에서 먼저 어닐링되고 다른 2 개의 기준 시료와는 달리 제1 냉간 압연, 및 900℃, 즉 페라이트 범위에서 중간 어닐링, 제2 냉간 압연, 1100℃의 온도, 즉 오스테나이트 범위에서 최종 어닐링을 수행한다. 따라서, 최종 어닐링이 오스테나이트 범위에서 발생했다는 사실을 제외하고는, 본 발명에 따른 시료 3 내지 9의 처리와 유사하게 처리된다. 모든 냉간 압연은 본 발명에 따른 시료와 같이 70% 감소율로 수행되었다.
열 처리 후, 기준 시료 11을 900℃에서 어닐링한 후, 모든 시료 3 내지 10 (본 발명에 따라 잔류함)에서의 70% 대신에 80%에서 제1 냉간 압연, 900℃에서 제2 어닐링, 모든 시료 3 내지 10에서의 70% 대신에 본 발명에 따르지 않은 40%에서 제2 냉간 압연, 및 700℃의 온도, 즉 페라이트 범위에서 최종 어닐링을 수행한다.
기준 시료(12)는 오스테나이트 범위를 통과하기 때문에 시료(10)과 상당히 유사하지만, 다른 단계의 처리를 수행한다. 처음 2 개의 기준 시료와는 다르고 본 발명에 따른 시료와 마찬가지로, 900℃에서 처음으로 페라이트 어닐링을 수행하고, 제1 냉간 압연 후, 본 발명에 따르지 않은 1100℃에서 오스테나이트 범위에서 중간 어닐링, 제2 냉간 압연, 700℃의 온도, 즉 페라이트 범위에서 최종 어닐링을 수행한다. 따라서, 중간 어닐링이 오스테나이트 범위에서 발생했다는 사실을 제외하고는, 본 발명에 따른 시료 3 내지 9의 처리와 유사하게 처리된다. 모든 냉간 압연은 본 발명에 따른 시료와 같이 70% 감소율로 수행되었다.
이와 같이 수득된 상이한 시료의 특성으로, X선에 의해 측정된 Goss 또는 {111}<110> 집합조직의 존재의 관점에서, 전자 후방 산란 회절(EBSD)을 특징으로하는 시료의 이미지 분석에 의해 측정된 입자의 평균 직경 및 동일한 EBSD 기술로 표면에서 측정된 재결정화된 분율에 대한 결과가 표면 분율을 부피 분율인 것으로 가정하여 표 2에 요약되어있다.
| 시험 | 냉간 압연의 감소율 | 최종 어닐링 온도 (℃) | 합금 | Goss 집합조직 % | {111}<110> 집합조직 % | 입자 직경 (μm) | 재결정화된 분획 |
| 기준 1 | 84/50% | 900 (다만, 어닐링 1 에서는 1100℃) |
A | 10 | 10 | 150 | 100% |
| 기준 2 | 84/50% | 700 (다만, 어닐링 1에서는 1100℃) |
A | 7 | 10 | 15 | 100% |
| 발명 3 | 70/70% | 660 | B | 10 | 10 | 16 | 90% |
| 발명 4 | 70/70% | 680 | B | 9 | 11 | 18 | 95% |
| 발명 5 | 70/70% | 700 | B | 10 | 12 | 20 | 100% |
| 발명 6 | 70/70% | 720 | B | 10 | 11 | 23 | 100% |
| 발명 7 | 70/70% | 750 | B | 12 | 10 | 26 | 100% |
| 발명 8 | 70/70% | 810 | B | 13 | 11 | 44 | 100% |
| 발명 9 | 70/70% | 900 | B | 12 | 15 | 95 | 100% |
| 기준 10 | 70/70% | 1100 (다만, 어닐링 1 및 2에서는 900℃) |
B | 4 | 7 | 285 | 100% |
| 기준 11 | 80/40% | 700 | B | 17 | 8 | 22 | 100% |
| 기준 12 | 70/70% | 700 (다만, 어닐링 2에서는 1100℃) |
B | 6 | 11 | 21 | 100% |
적용된 다양한 금속처리 범위는 본 발명에 따른 기준과 시험 사이의 실질적으로 동일한 최종 입자 크기, 즉 약 300 내지 15 μm의 입자 크기 범위, 보다 정확하게는 본 발명에 따른 시험, 즉 모든 어닐링이 페라이트 범위에서 수행된 경우에 대해 16 내지 95 μm의 입자 크기 범위; 기준, 즉 공정의 적어도 하나의 단계가 페라이트 범위를 초과하는 경우에 대해 15 내지 285 μm의 입자 크기 범위로 유도하였다. 따라서 입자 크기 범위는 유사하고 수득된 낮은 자기왜곡과는 관련이 없다는 것을 알 수 있다. 그러나 최종 어닐링이 700℃에서 수행된 시험 2는 본 발명에 따른 기준 시험 1 및 10 및 시험 9 대비 현저히 작은 입자 크기를 유도하였으며, 이는 700℃의 영역의 온도에서 또한 수행되었던 본 발명에 따른 시험 3 내지 8과 동일한 정도의 크기이다. 일반적으로, 본 발명에 따른 시험의 금속학적 범위는 기준 시험과 비교적 근접한 입자 크기 (시험에 따라 16 내지 95 μm)를 제공하며, 임의의 경우에 특히 최종 어닐링 조건을 고려할 때 선험적(priori)으로 기대할 수있는 것과 상당히 일치한다. 본 발명에 따른 시험 및 기준 시험 10에서 제1 냉간 압연 전에 900℃에서 어닐링을 수행하는 것은 그 자체가, 냉간 압연이 열간 압연된 시료에서 직접 수행되는 기준 시험 1 및 2와 비교하여 전체 과정의 결과로서 얻어진 입자의 크기에 실질적으로 영향을 주지 않는다는 것에 주목해야 한다.
더 놀라운 것은, 다른 시험의 처리 범위 사이의 중요한 차이는 Goss 집합조직의 비율과 {111}<110> 집합조직의 비율의 관점에서 재료의 최종 조직에서 매우 중요한 차이를 가져 오지 않았다는 점이다.
그런 다음, 도 1에 표시된 상이한 방향 DL, DT, 및 DL과 DT의 45 °에 따른(언급된 방향은 직사각형 시료의 큰 변이 위치하는 시트의 방향임) 다양한 절단 시료 1 내지 3, 5, 및 7 내지 12에 대한 자기왜곡(ppm으로 측정)을 관찰하고, 시료의 큰 변에 평행(이에 따라 인가된 자기장의 방향 및 생성된 유도의 자속 B에 또한 평행함)으로 측정하여 "//H"로 표기되거나 또는 시료의 큰 변에 수직(이에 따라 인가된 자기장의 방향 및 생성된 유도의 자속 B에 또한 수직함)으로 측정하여 "⊥H"로 표기된다. 상기 측정은 B의 넓은 범위에 걸쳐 연속적으로 수행되었으며 B 자기 유도의 3 가지 진폭: 1.2T, 1.5T 및 1.8T에 대해 정확하게 측정되었다. 결과는 표 3에 요약되어 있으며, 상이한 시료는 조성 A 또는 B 및 최종 어닐링의 온도에 의해 지정된다. 시료 4 및 6에 대한 측정은 수행되지 않았지만, 이들과 근접한 최종 어닐링 온도에서 처리된 본 발명에 따른 시료의 결과와 매우 유사했을 것이다.
[표 3]
자기왜곡 시험의 결과
제1 어닐링이 오스테나이트 범위에서 수행된 기준 시험 1 및 2, 및, 모든 어닐링이 페라이트 범위에서 수행되고, 제1 냉간 압연에 선행하여 기준 시험 1 및 2에서는 수행되지 않은 임의적인 어닐링을 포함하는 발명 3 내지 9에 따른 시험 사이의 절대 값 및 등방성의 관점에서의 자기왜곡 측정에서는 매우 큰 차이가 존재한다.
시험 10에 따르면, 제1 냉간 압연 전에 페라이트 어닐링을 수행하더라도, 오스테나이트 범위에서 수행된 최종 어닐링을 통해 페라이트 상으로 진행되는 공정만을 끝으로 하면, 낮고 등방성인 자기왜곡 표적도 수득되지 않는다는 것을 알 수 있다.
기준 시험 11은 모든 어닐링이 페라이트 범위에서 발생하더라도 냉간 압연 중 하나가 낮은 감소율로 수행될 때 낮고 등방성인 자기왜곡 목표가 수득되지 않음을 보여준다.
기준 시험 12는 낮고 등방성인 자기왜곡 목표가 3회 어닐링 중 제2 어닐링이 오스테나이트 범위에서 수행된 경우 수득되지 않음을 보여준다. 기준 실시예 1 및 2는 제1 냉간 압연 후 처리 개시시에 오스테나이트 어닐링을 수행한 반면, 기준 실시예 10은 처리 막바지에 오스테나이트 어닐링을 수행했다. 따라서 실시예 12는, 처리에서의 위치에 상관없이 오스테나이트 어닐링의 유해성을 입증하는 것으로 마무리된다.
도 2 내지 12는 이러한 차이점이 강조된다.
도 2는 기준 시험 1에서 관찰된 자기왜곡 결과를 도시한다. 절대 값이 0.5T인 낮은 차수의 유도이더라도 DT에 따른 자기왜곡은 유의미하게 나타나기 시작하고 유도와 함께 매우 빠르게 증가하는 것을 알 수 있다. DL 및 DT 및 DL 대비 45° 방향에 대해, 자기왜곡이 실질적으로 그리고 빠르게 증가하기 시작하는 것은 약 1T이다. 이것은 2T의 차수의 유도에서 특정 방향에서 수십 ppm의 현저한 자기왜곡 변형 및 이러한 변형의 강한 이방성으로 유도하며, 모두 본 발명의 바람직한 용도에 대해 지나치게 강렬한 자기왜곡 노이즈의 생성 방향에 있다.
도 3은 기준 시험 2에서 관찰된 자기왜곡 결과를 도시한다. 시험 1과 비교하여, 자기왜곡의 등방성은 약간 향상되고, 자기왜곡의 특정 극한값은 약간 더 작은 것으로 관찰된다. 그러나 1T의 유도로부터, 자기왜곡은 고려된 세 방향에서 중요해지기 시작한다. 따라서, 이와 같이 수득된 재료는 본 발명의 바람직한 적용을 위해서도 적합하지 않다. 따라서, 시험 1 시료와 비교하여 시험 2 시료에서 상당히 작은 입자 크기는 자기왜곡 결과를 실질적으로 개선시키지 못하였다.
도 4는 본 발명에 따른 시험 3에서 관찰된 자기왜곡 결과를 도시한다. 이 경우, 곡선의 모양이 급격히 변한다. 한편으로, 1T를 초과하는 유도 값까지 고려된 모든 방향에서 거의 0으로 남는 자기왜곡을 관찰하였다. 그리고 이 자기왜곡이 더 높은 자기장에 대해 증가하기 시작하면, 이 값은 참고 시험 1 및 2에서 매우 현저하게 낮게 유지된다. 또한, 다른 방향들 사이의 자기왜곡 차이는 높은 자기장에 대해서조차도 비교적 작다. 2T 또는 -2T에서, 15 ppm 또는 -10 ppm에 도달하지 않는 자기왜곡을 가지고 있으며, 이는 모든 고려된 방향의 경우에 해당된다. 따라서 이러한 결과는 기준 시험보다 매우 현저하게 우수하며, 따라서 이들 재료가 특히 저 노이즈 항공기 변압기의 코어를 구성할 수 있도록 제조되는데 충분하다.
도 5는 본 발명에 따른 시험 7에서 관찰된 자기왜곡 결과를 도시한다. 본 시험은 시험 3(도 4)과 질적으로 매우 유사하며 자기왜곡으로 적어도 ±1.5T의 유도에 대해서만 자기왜곡이 현저하게 시작되는 점을 발견하였다. ±2T에서 자기왜곡은 5 ppm 미만이고 10 ppm을 초과할 수 없다. 따라서 시험 3과는 최종 마무리 어닐링 온도가 660℃ 대신에 750℃로 차이가 나는 본 시험에서 우수한 시험 결과를 수득하였으며, 즉 시험 3에서는 90%에 불과한 반면 본 시험에서는 총 재결정을 유도하였다.
도 6은 810℃의 최종 어닐링 온도를 갖는 본 발명에 따른 시험 8에서 관찰된 자기왜곡 결과를 도시한다. 본 시험은 시험 3(도 4) 및 시험 7 (도 5)의 결과와 질적으로 매우 유사한 자기왜곡 곡선을 보여준다. 정량적으로, 결과는 ±2T의 유도에서도 ±10 ppm, 및 1.8T에 대해 최대 Δλ이 15 ppm을 유지하는 자기왜곡의 최대 값을 갖는 양호한 결과를 나타낸다.
도 7 내지 9에서는 본 발명에 따른 시험 5 및 9에 대해 기록된 자기왜곡 측정값을 비교한다. 도 7은 방향 DT에 따라 수행된 시험을 도시하고, 도 8은 방향 45도에서 수행된 시험을 도시하고, 도 9는 방향 DT에 따라 수행된 시험을 도시한다. 두 시험에서 DL 및 DT 방향에 따라 ±1.8T의 유도까지 매우 유사하고 우수한 결과가 나타난다. 45° 방향의 경우, 자기왜곡은 시험 5의 경우 약 1.8 T에서 무시할 수 없도록 시작하지만, 시험 9에서는 2T를 초과하여도 매우 낮게 유지된다. 일반적으로 900℃의 최종 어닐링 온도는 700℃의 최종 어닐링보다 자기왜곡의 결과를 더 잘 나타낸다. 그러나 이미 700℃에서 1.8T에서의 자기왜곡은 3개 방향에서의 측정에서 ±5 ppm을 초과하지 않으며 이는 자기왜곡의 절대 값과 등방성 모두에 대해 기준 시험보다 매우 우수하다.
시험 9의 결과는 자기왜곡의 낮은 값과 등방성에 대해 1.8T 또는 조금 넘은 높은 유도에서 특히 현저하다.
도 10은 최종 어닐링을 1100℃, 즉 오스테나이트 범위에서 수행한 반면, 본 발명에 따른 모든 어닐링 1 및 2에서와 같은 900℃에서 수행된 2회의 선행한 어닐링 1과 2가 페라이트 범위에서 수행된 기준 시험 10의 결과를 도시한다. 자기왜곡 곡선은 도 3과 4에서 볼 수 있듯이 다양한 방향에서 다른 기준 시험 1 및 2의 결과와 정성적 및 정량적으로 유사하게 나타난다. 어닐링 중 하나가 진행되는 동안 오스테나이트 범위에서 합금이 통과하는 것은 비록 처리의 막바지에서만 발생한다고 하더라도 낮고 등방성인 자기왜곡을 수득하는데 실패하는 매우 중요한 요소가 된다고 결론지을 수 있다.
도 11에 따르면, 제2 냉간 압연이 단지 40%의 감소율로 수행된 시험 11은 유도의 함수로서 통상적으로는 포물선형이고 작은 등방성인 자기왜곡 거동을 도시하므로, 이에 따라 본 발명을 벗어나는 거동은 예를 들어 1.5T에서 35 ppm을 초과하고, 1.8T에서 거의 60 ppm인 DL에 따른 자기왜곡을 보인다. 냉간 압연 감소율에 의해 조절된 집합조직 계통 (textural filiation)은 실제로 냉간 압연 중 집합조직 변형에 의해 제어되어 본 발명을 특정 감소율 범위로 제한한다는 결론을 내릴 수 있다.
도 12는 중간 어닐링을 1100℃, 즉 오스테나이트 범위에서 수행하고, 어닐링 1과 3은 본 발명에 따른 시험의 모든 어닐링 1 및 3에서와 같은 900℃, 즉 페라이트 범위에서 수행된 기준 시험의 결과를 도시한다. 그러나 다양한 방향에서의 자기왜곡 곡선은 도 3, 4 및 10에서 알 수 있듯이 다른 기준 시험 1, 2 및 10의 자기왜곡 곡선과 유사하지만, 자기왜곡의 상당히 현저한 등방성이 발견된다. 그러나 상대적으로 낮은 유도의 경우에도 자기왜곡의 수준은 너무 높게 유지된다. 시험 10과 관련하여, 임의의 어닐링 동안 오스테나이트 범위에서 합금이 통과하는 것은 낮고 등방성 모두인 자기왜곡을 수득하는데 실패하는 매우 중요한 요소라는 결론을 내릴 수 있다
놀랍게도, 상이한 유도(1, 1.2 및 1.5T)에 대한 400Hz에서의 자기 손실은 비-배향성 입자를 가진 기준 재료보다 본 발명에 따라 수득된 재료보다 상당히 낮은 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 따른 실시예가 완전히 재결정되지 않은 구조 (시험 3 및 4) 또는 미세 입자 미세 구조로 인하여 허용할 수 없는 유도 자속 손실을 나타낼 수 있다고 생각할 수 있을 것이다. 그러나 표 4에 제시된 결과는 그 반대를 입증한다. 0.2 mm 두께, 100 mm 길이 및 20 mm 폭의 시료를 DL을 따라 절단하고 400 Hz 기본 주파수 자기장에 담그고, 자기 유도를 시간적으로 정현파 형태로 형성하였다. 상기 시료를 1, 1.2, 1.5 또는 1.8 T와 같은 세기의 유도 B의 최대 진폭에 대해 측정하였다. 자기 손실은 W/kg 단위로 표시한다.
| 조성/최종 어닐링 | B = 1 T | B = 1.2 T | B = 1.5 T | B = 1.8 T | |
| 시험 1 (기준) | A/900℃ | 40 | 50 | 78 | 113 |
| 시험 2 (기준) | A/700℃ | 47 | 61 | 120 | 156 |
| 시험 3 (발명) | B/660℃ | 48 | 62 | 90 | 130 |
| 시험 5 (발명) | B/700℃ | 48 | 62 | 90 | 113 |
| 시험 7 (발명) | B/750℃ | 32 | 44 | 65 | 96 |
| 시험 8 (발명) | B/810℃ | 27 | 38 | 56 | 80 |
| 시험 9 (발명) | B/900℃ | 22 | 30 | 45 | 63 |
| 시험 10 (기준) | B/1100℃ | 35 | 48 | 75 | 101 |
알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조되고 감소된 크기의 입자 및 완전히 재결정되지 않은 구조 (시험 3 및 4) 또는 700℃ 이상의 최종 어닐링 덕분에 완전히 재결정된 구조를 갖는 시료의 자기 손실은 특히 높지 않으며, 기준 시료에서 수득한 결과와 경쟁적이다. 무엇보다도, 100% 재결정화되고 720℃ 이상에서 최종 어닐링(810℃ 이하, 시험 8 또는 900℃ 이상, 시험 9)으로 제조된 본 발명에 따른 시료는 여전히, 큰 입자 크기 및 100 % 재결정 구조를 갖는 시험 1을 포함하는 기준 시료와 비교하여 상당히 나은 자기 손실을 갖는다. 자기 손실과 관련한 이 장점은, 현재로서는 발명자들에 의해 명확하게 설명되지 않는다. 자기 손실은 유도의 제곱에 따라 변하기 때문에 1.8T와 같이 1.5T보다 높은 유도에서 작동할 때 보다 현저하다(표 4 참조). 이것은 다시 말하면, 항공기 온-보드 변압기에 사용하기 위한 장점으로, 치수는 다양한 손실 [줄(Joule) 및 자기 효과에 의함]의 제거와 밀접하게 관련된다.
놀랍게도, 기준 시험(10)의 큰 입자 크기가 가장 낮은 자기 손실을 수득하는 방향으로 선험적 이었지만, 가장 낮은 자기 손실을 갖는 것은 본 발명에 따른 시험(9)인 것에 주목해야 한다.
일반적으로, 최종 페라이트 어닐링 온도가 높을수록 자성 손실 측면에서 보다 유리한 유리한 결과가 나타났으며, 900℃에서 어닐링한 시험 9의 시료에 대해 최상의 결과가 수득되었다.
자기왜곡의 경우, 800 내지 900℃의 페라이트 어닐링 온도는 약하거나 매우 약하게 표시된 변형 이방성 및 임의의 경우에 1.5T에서 6 ppm, 1.8T에서 15 ppm을 초과하지 않는 자기왜곡 최대 Δλ 진폭을 나타내며, 이에 따라 기준 시험 시료 대비 현저하게 향상하였다.
일반적으로, 본 발명은 특히, 모든 어닐링이 650℃의 최저 온도 및 최고 온도에서 페라이트 범위, 즉 합금의 효과적인 조성을 고려하여 페라이트의 적어도 일부분이 오스테나이트로 변형되지 않고 순전히 페라이트 영역에 존재하는 페라이트 범위에서 발생해야만 한다고 정의한다. 본 발명자는 최고 온도가 합금의 Si, Co 및 C 함량의 함수임을 상기한 내용에서 알아냈다.
본 발명에 따라 수득된 스트립은 상기한 바와 같이 "스탬프 및 스택" 유형 및 "롤-업(roll-up)" 유형 변압기 모두인 변압기 코어를 형성하는데 사용될 수 있다. 후자의 경우, 권취를 달성하기 위해, 예를 들어 0.1 내지 0.05 mm 두께의 매우 얇은 스트립을 사용할 필요가 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 제1 냉간 압연 전에 수행되는 어닐링을 본 발명의 범위 내에 바람직하게 수행한다. 그러나, 특히 열간 압연 스트립이 자연 냉각 동안 장시간 권취된 상태에 있는 경우에, 이러한 어닐링은 필수적이지는 않다. 이 경우, 권선 온도는 종종 850 내지 900℃ 정도이며, 이 체류 기간은 이 단계에서 스트립의 미세 구조를 수득하는데 상당히 충분할 수 있으며, 이는 제1 냉간 압연 전에 선택적인 어닐링을 위해 주어진 조건 하에서 수행된 페라이트 범위에서의 실제 어닐링에 의해 수득되는 효과와 매우 유사하다.
표 5는 앞서 설명한 시험 1과 9에서 수득한 결과를 자기왜곡의 등방성과 1.5T, 400Hz에서의 자기 손실에 대해 상기시키며, 본 발명의 방법에 따라 처리하기 전에 시료의 냉간 또는 온간 압연에 대한 적합성 및 최종 생성물의 포화 자화 Js에 대한 정보를 추가하고 있다. 이 결과는 또한 본 발명에 부합하는 조성의 합금 (13 내지 19 및 23, 24) 또는 부합하지 않은 조성의 합금 (20 내지 22)을 또한 시험한 시험 13 내지 24에서 수득한 결과와 비교된다. 이 새로운 합금의 조성은 시험 1과 9의 결과를 다시 상기시키면서 명시되어 있다. 시험 21 및 22의 시료 K 및 L (취성으로 인한, 스트립의 중앙부에서 시작하여 가장자리를 향하는 파단)은 냉간 압연이나 온간 압연에 적합하지 않은 것으로 입증되었으며, 이들 시험은 압연 시도를 지나 지속되지 않았으므로 표 5에서 이들에 대한 결과가 부족하다.
이 모든 시료의 최종 두께는 0.2 mm이다.
[표 5]
시험 조건 및 결과 1, 9, 13 내지 24
알 수 있는 바와 같이, 시료 A(시험 1)는 사전 어닐링없이, 84% 감소율의 LAF 1, 1100℃에서 3분 동안 연속 어닐링 R1, 및 50% 감소율의 LAF 2, 및 900℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 R2을 수행하였다.
시료 B 내지 H (시험 2 내지 18)는, 900℃에서 8 분 동안 연속 어닐링 R1, 70% 감소율의 LAF 1, 900℃에서 8 분 동안 900℃에서 어닐링 R2, 70% 감소율의 LAF 2를 처리한 다음, 표 5에 나타낸 바와 같이 서로 다른 온도 및 시간에서 정적 어닐링 R3을 수행하였다.
시료 I (시험 19)은 900℃에서 8 분 동안 어닐링 R1, 70% 감소율로 150℃에서 온간 압연 1, 900℃에서 8 분 동안 어닐링 R2, 70%의 감소율로 150 ℃에서 온간 압연 2, 및 850℃에서 30 분 동안 정적 어닐링 R3을 수행하였다.
시료 J (시험 20)는 935℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 R1, 70% 감소율에서 LAF 1, 900℃에서 8 분 동안 어닐링 R2, 70% 감소율에서 LAF 2, 및 880℃에서 1 시간 동안 정적 어닐링 R3을 수행하였다.
알 수 있는 바와 같이, FeCo27 합금 A에서 수행된 기준 시험 1은 자기왜곡의 등방성의 관점에서 만족스러운 결과를 제공하지 못하였다: 최대 Δλ의 높은 값이 관찰되었음을 참조한다. 이는 어닐링 (R1) 중 하나가 오스테나이트 범위에 있는 고온(1100℃)에서 수행되었다는 사실과 명백하게 관련이 있다.
FeCo27이기도 한 합금 B에서 수행되고, 모든 어닐링이 페라이트 범위에서 발생하는 본 발명에 따른 시험 9는 다른 한편으로 자기왜곡의 우수한 등방성을 유도하였다.
이러한 자기왜곡의 양호한 등방성은 Co 함량이 27% 미만인 FeCo 합금에 관련된 시험 13 및 14에서 발견되며 각각 18 및 10% 정도로, 이의 조성 및 처리는 또한 본 발명의 기타 요건을 따른다. 실시예 13은 또한 비교적 현저한 수준의 Si, Cr, Al, Ca, Ta를 보여준다. 실시예 14는 또한 상당한 Si, V 및 Ti 함량을 나타낸다. 그러나 이 모든 내용은 발명에 정의된 한도 내에 존재한다.
유사하게, Co 함량이 약 39%, 이에 따라 실질적으로 27% 보다 크지만, 본 발명에 대한 최대 세트로서 40%의 한도 내에 남아있고, 중요한 Si 함량은 냉간 압연이나 온간 압연에 대한 적합성을 손상시킬 정도로 높지 않은 FeCo 합금에 관한 시험 23에서 자기왜곡의 양호한 등방성은 존재한다. 자기 손실 및 포화 자화는 본 발명에 따라 처리된 다른 시료의 경우와 동일한 정도의 크기이다.
시험 24와 관련하여, 15% Co 합금과 관련이 있으며 Cr을 비롯하여 현저한 수준의 다른 합금 원소가 존재하지 않는다. 이는 또한 특히 낮고 등방성인 자기왜곡을 갖는다. 자기 손실 및 포화 자화는 본 발명에 따라 처리된 다른 시료의 경우와 동일한 정도의 크기이다. 특히, 시험 13과 비교하여, 시험 24에서 Cr의 부재(여기서, 이러한 부재는 포화 자화를 증가시키는 경향이 있음)는 포화 자화를 감소하게 하는 경향이 있는 약간 낮은 Co 함량에 의해 보상된다. 마찬가지로, 시험 24에서 Cr이 부재한 것은 시험 13에 비해 자기 손실이 증가하는 경향이 있는 반면 시험 24에서 Co의 낮은 함량은 이러한 동일한 자기 손실이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 시험 13과 시험 24사이의 합금 조성의 차이는 자기 손실 및 Js의 관점에서 서로 상쇄되는 경향이 있다.
기준 시험 20에 관해서는 49% Co를 함유하는 FeCo 합금에서 수행되었고, 이에 따라 본 발명에 의해 허용된 상한치인 40%를 초과하였다. 모든 어닐링은 페라이트 범위에서 수행되었다. 자기 손실은 매우 용인되지만, 자기왜곡은 바람직한 등방성을 나타내지 않는다. 기재된 바와 같이, 너무 높은 수준의 Co에서, 열처리 동안의 순서 - 무질서 전이는 아마도 가장 빠르고 매우 급진적이고, 본 발명에 의해 요구되는 어닐링의 수는 이러한 합금의 조성과 양립할 수 없다. 0.04% Nb의 존재는 본 발명에 의해 허용되는 최대 한도를 여전히 밑도는 경우에도, 집합조직 계통 메카니즘을 방해하는데 기여할 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 방법을 적용하는 경우 관찰된 자기왜곡의 등방성에 대한 설명이 된다.
기준 시험 21에 관해서는, Si 함량 함량은 Co 함량에 비해 너무 높으며, 본 발명에서 요구되는 “Co <35 %인 경우 Si + 0.6% Al ≤ 4.5 - 0.1% Co"의 조건을 만족하지 않는다. 결과는 위에서 설명한 바와 같이 합금이 냉간 또는 온간 압연에 적합하지 않음을 실험으로 확인된다.
기준 시험 22에 관해서는, 양호한 냉간 압연 또는 온간 압연 성능을 보장하기 위해, Co ≥ 35%이고, Si가 본 발명에 따라 1%를 초과해서는 안되는 경우이다. 그러나, 이 시험에서 Si 함량은 1.53%이고: 합금의 양호한 냉간 압연성 또는 온간 압연성은 본 발명의 정의에 통합되어야하는 특정 조성 조건 하에서만 수득되는 것이 다시 확인된다.
본 발명에 따른 시험 15는, Si 및 Al의 함량이 충분히 낮은 경우 상대적으로 낮은 Co 함량(4.21 %)이 바람직한 양호한 자기왜곡 등방성을 수득하는 것에 모순되지 않는다는 것을 보여준다. 0.005%의 Nb 존재는 바람직한 결과의 달성을 방해하지 않는다.
본 발명에 따른 시험 16은 매우 낮은 함량의 C를 갖는 Fe-Si-Al 합금에 관한 것이다. 이 경우에, 낮은 자기 손실과 함께 바람직한 등방성 자기왜곡이 또한 수득된다.
본 발명에 따른 시험 17은 Mn, Ca, Mg 함량이 상대적으로 낮은 실질적으로 99%의 순수한 Fe인 합금에 관한 것이다. 자기왜곡의 등방성은 본 발명에 따른 다른 시험에서보다 작지만 그럼에도 불구하고 1.8 T에서의 최대 Δλ는 본 발명에 따른 시트 또는 스트립에 요구되는 ≤ 25 ppm을 유지하기 때문에 절대적인 관점에서 매우 우수하다. 자기 손실은 또한 본 발명에 따른 다른 시험보다 약간 더 높지만 양호한 수준으로 유지되고 기준 시험 1에서 발견된 것보다 낮다.
본 발명에 따른 시험 18은 높은 Cr 함량(6%)을 가지며 또한 Mn(0.81%) 및 일부 Mo 및 B를 함유하는 FeCo27 합금에 관한 것이다. 자기왜곡의 양호한 등방성이 확인되었고, 자기 손실은 7 ppm의 B가 존재함에도 불구하고 시험 16만큼 낮다. 포화 자화는 Cr, Mn 및 Mo의 함량이 그것을 바람직하지 않게 저하시킬만큼 충분히 높지 않기 때문에 다른 시험동안 관찰된 것과 동일한 정도를 유지한다.
본 발명에 따른 시험 19는 3.5% Si를 함유하고 Al을 함유하지 않는 Fe-Si 합금에 관한 것이고, 본 발명에 따른 방법의 작동 조건이 바람직한 자기왜곡 등방성을 수득하기 위해서 이 유형의 FeSi3 합금에 유리하게 적용 가능하다는 것을 나타낸다. 또한, 이 예는 특히 낮은 자기 손실을 갖는다.
표 6은 처리 조건, 처리된 합금의 조성 및 시료의 최종 두께를 변화시켜 수득한 실험 결과를 나타낸다. 이전의 시험 1 및 9의 결과가 반복되었고, 표 5에서 설명된 바와 같이 조성 B (FeCo27), I (FeSi3) 및 C (FeCo18)를 갖는 합금들에 대해 새로운 시험 25 내지 31이 수행되었다.
| 시험 번호 | 합금 | 최종 두께 (mm) |
어닐링 지속시간 R1 (분) | 감소율 LAF 1 (%) |
어닐링 지속시간 R2 (분) | 감소율 LAF 2 (%) |
어닐링 온도 R3 (℃) | 지속시간 R3 (분) | 1.8 T에서 최대 Δλ (ppm) | |
| 1 | A | 0.2 | 0 | 84 | 3 | 50 | 900 | 60 | 66.5 | 기준 |
| 9 | B | 0.2 | 8 | 70 | 8 | 70 | 900 | 60 | 6 | 발명 |
| 25 | B | 0.2 | 8 | 70 | 8 | 70 | 900 | 240 | 7 | 발명 |
| 26 | B | 0.2 | 8 | 70 | 8 | 70 | 900 | 1440 | 5 | 발명 |
| 27 | B | 0.2 | 8 | 70 | 8 | 70 | 920 | 60 | 2.7 | 발명 |
| 28 | B | 0.2 | 8 | 70 | 8 | 70 | 920 | 240 | 5.4 | 발명 |
| 29 | B | 0.2 | 8 | 70 | 8 | 70 | 920 | 1440 | 6 | 발명 |
| 30 | I | 0.2 | 60 | 70 | 60 | 70 | 850 | 180 | 16 | 발명 |
| 31 | C | 0.5 | 5 | 60 | 5 | 50 | 900 | 60 | 18.5 | 발명 |
동일한 조성의 시료에 대해 수행된 바와 같이 본 발명에 따른 상이한 시험의 결과를 비교하면, 본 발명에 정의된 한도 내에서 LAF 매개변수 및 어닐링을 변화시키는 것이 여전히, 자기왜곡의 등방성을 모든 경우에서 일반적으로 양호하게 수득되도록 한다.
합금 I (FeSi3 유형)에 대하여, 시험 19 및 30을 비교하면, 시험 30에서 최종 어닐링 R3의 온도 및 지속 시간을 증가시키는 것이 모든 경우에도 불구하고 고정된 목표의 한계 내에서 남아있는 이러한 등방성에서 약간의 저하를 야기하였다는 것을 추론하는 것이 가능하다. 이러한 저하는 시험에서 Goss 집합조직 성분이 아마도 더 강하고, 바람직한 상한치인 30%에 근접하다는 사실과 관련되며, 이는 열간 압연 공정의 차이에 기인하는 것으로 생각된다.
또한, 합금 C(FeCo18 유형)에 관해서는, 마지막 R3 어닐링 전에 수득된 0.5 mm의 최종 두께는 동일한 최종 어닐링 R3 조건 하에서 자기왜곡의 등방성의 특정 저하 (시험 31 참조)를 유도함을 주목할 수 있다. 이는 본 발명의 정의에 의해 고정된 한계 내에서 유지하면서 이 두께, 최종 어닐링의 지속 시간 및/또는 온도를 증가시킴으로써 개선될 수 있다.
일반적으로, 수행된 다양한 시험으로부터 알 수 있듯이, 시료의 자기적 특성(특히 자기 손실 및 자기왜곡)은 최종 어닐링의 정확한 조건에 비교적 의존하지 않으며, 이는 선행기술에서 종종 보인 것과 대조적이다. 각각의 압연 사이에 중간 어닐링, 및 마지막 냉간 압연(최종 어닐링 전에 단 한 번의 냉간 압연이 아님) 후 최종 어닐링을 포함하고, 최종 제품이 완전히 강하지는 않더라도 매우 강하게 재결정화되는 다중 압연을 사용하는 것은 제조 조건에서 이러한 넓은 허용 오차에 도움이되는 요소 중 하나일 수 있으며 이는 분명히 매우 이롭다. 제조 과정에서 적어도 작은 비율의 Goss 집합조직과 {111}<110> 집합조직(또는, 일반적으로는, 정의된 결정학적 배향 {h0k0l0}<u0v0w0>으로부터 15° 미만의 방향감각상실(disorientation)로 정의되는 임의의 집합조직 성분 {hkl}<uvw>을 30% 미만으로 포함함)의 지속성이 본 발명에 따른 방법으로 수득가능하며, 또한 이러한 결과에 기여할 수 있다. 그러나, 본 발명자는 현재로서는 자기왜곡의 등방성 및 본 발명의 공정의 적용으로 생성된 자기 특성 둘 다에 대해 수득한 현저한 특성을 설명하는 가설 단계에 있다.
본 발명에 따른 스트립 및 시트는 일반적으로 사용되는 이들 종류의 코어의 일반적인 설계를 수정하지 않고, 적층된 또는 권취된 시트로 구성되는 변압기 코어를 특히 절단 후에 제조하는 것이 가능하다. 따라서 이들 시트의 특성을 활용하여 유사한 설계 및 치수의 기존 변압기에 비해 낮은 자기왜곡 노이즈만을 생성하는 변압기를 제조할 수 있다. 조종석에 설치되도록 의도된 항공기용 변압기는 본 발명의 전형적인 적용이다. 이 시트는 또한 더 높은 질량의 변압기의 코어를 형성하는데 사용될 수 있으며, 허용 가능한 한도 내에 머물러 있는 자기왜곡 노이즈를 유지하면서, 특히 높은 전력의 변압기를 위한 것이다. 본 발명에 따른 변압기 코어는 본 발명에 따른 스트립 또는 시트로 제조된 시트로 전체적으로 구성될 수 있거나 또는 다른 재료와의 조합이 기술적으로 또는 재정적으로 유리한 것으로 간주되는 경우에 단지 부분적으로 구성될 수 있다.
Claims (12)
- 냉간 압연 및 어닐링된 철 합금(1)의 시트(sheet) 또는 스트립(strip)으로서, 이의 조성은 중량%을 기준으로,
- 극미량 ≤ C ≤ 0.2%, 바람직하게는 극미량 ≤ C ≤ 0.05%, 보다 바람직하게는 극미량 ≤ C ≤ 0.015%;
- 극미량 ≤ Co ≤ 40%;
- Co ≥ 35%인 경우, 극미량 ≤ Si ≤ 1.0%;
- 극미량 ≤ Co < 35%인 경우, 극미량 ≤ Si ≤ 3.5%;
- 극미량 ≤ Co < 35%인 경우, Si + 0.6% Al ≤ 4.5 - 0.1% Co, 바람직하게는 Si + 0.6% Al ≤ 3.5 - 0.1% Co;
- 극미량 ≤ Cr ≤ 10%;
- 극미량 ≤ V + W + Mo + Ni ≤ 4%, 바람직하게는 ≤ 2%;
- 극미량 ≤ Mn ≤ 4%, 바람직하게는 ≤ 2%;
- 극미량 ≤ Al ≤ 3%, 바람직하게는 ≤ 1%;
- 극미량 ≤ S ≤ 0.005%;
- 극미량 ≤ P ≤ 0.007%;
- 극미량 ≤ Ni ≤ 3%, 바람직하게는 ≤ 0.3%;
- 극미량 ≤ Cu≤ 0.5%, 바람직하게는 ≤ 0.05%;
- 극미량 ≤ Nb ≤ 0.1%, 바람직하게는 ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Zr ≤ 0.1%, 바람직하게는 ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ti ≤ 0.2%; - 극미량 ≤ N ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ca ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Mg ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ta ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ B ≤ 0.005%;
- 극미량 ≤ O ≤ 0.01%으로 구성되고;
나머지는 제조로부터 생성된 철 및 불순물이며, 1.8T의 유도를 위해, 상기 시트 또는 스트립의 3 개의 직사각형 시료 (2, 3, 4)에서 인가된 자기장 (Ha)에 평행(λ//H) 및 인가된 자기장 (Ha)에 수직(λ⊥H)으로 측정된, 자기왜곡 변형 진폭 λ 사이의 최대 차이 (Max Δλ)는 최대 25 ppm이고, 긴 변은 각각 상기 시트 또는 스트립의 압연 방향(DL)에 평행하고, 상기 시트 또는 스트립의 횡 방향 (DT)에 평행하며, 상기 압연 방향(DL) 및 상기 횡 방향(DT)과 45°의 각도를 형성하는 방향과 평행하며, 재결정률은 80 내지 100%인, 시트 또는 스트립. - 제1항에 있어서, 10% ≤ Co ≤ 35%인, 시트 또는 스트립.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
정의된 결정학적 배향 {h0k0l0}<u0v0w0>으로부터 15° 미만의 방향감각상실(disorientation)로 정의되는 임의의 {hkl}<uvw> 집합조직 성분을 30% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 스트립. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 철 합금 스트립 또는 시트(1)의 제조 방법으로서,
- 철 합금을 준비하고, 철 합금의 조성은
- 극미량 ≤ C ≤ 0.2%, 바람직하게는 극미량 ≤ C ≤ 0.05%, 보다 바람직하게는 극미량 ≤ C ≤ 0.015%;
- 극미량 ≤ Co ≤ 40%;
- Co ≥ 35%인 경우, 극미량 ≤ Si ≤ 1.0%;
- 극미량 ≤ Co <35%인 경우, 극미량 ≤ Si ≤ 3.5%;
- 극미량 ≤ Co <35%인 경우, Si + 0.6% Al ≤ 4.5 - 0.1% Co, 바람직하게는 Si + 0.6% Al ≤ 3.5 - 0.1% Co;
- 극미량 ≤ Cr ≤ 10%;
- 극미량 ≤ V + W + Mo + Ni ≤ 4%, 바람직하게는 ≤ 2%;
- 극미량 ≤ Mn ≤ 4%, 바람직하게는 ≤ 2%;
- 극미량 ≤ Al ≤ 3%, 바람직하게는 ≤ 1%;
- 극미량 ≤ S ≤ 0.005%;
- 극미량 ≤ P ≤ 0.007%;
- 극미량 ≤ Ni ≤ 3%, 바람직하게는 ≤ 0.3%;
- 극미량 ≤ Cu≤ 0.5%, 바람직하게는 ≤ 0.05%;
- 극미량 ≤ Nb ≤ 0.1%, 바람직하게는 ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Zr ≤ 0.1%, 바람직하게는 ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ti ≤ 0.2%;
- 극미량 ≤ N ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ca ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Mg ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ Ta ≤ 0.01%;
- 극미량 ≤ B ≤ 0.005%;
- 극미량 ≤ O ≤ 0.01%으로 구성되고;
나머지는 제조로부터 생성된 철 및 불순물이며;
- 잉곳(ingot) 또는 반제품 연속 주조된 형태로 주조하며;
- 상기 잉곳 또는 반제품 연속 주조 제품은 2 내지 5 mm 두께, 바람직하게는 2 내지 3.5 mm 두께의 시트 또는 스트립의 형태로 고온 성형되며;
- 상기 스트립 또는 시트의 적어도 2회의 냉간 압연 작업이 수행되며, 각각은 다음의 온도에서 50 내지 80%, 바람직하게는, 60 내지 75%의 감소 비를 가지며;
- 합금이 3.5 - 0.1% Co ≤ Si + 0.6% Al ≤ 4.5 - 0.1% Co 및 Co < 35%와 같은 Si 함량을 가지는 경우 또는 합금이 Co ≥ 35%이고 Si ≤ 1%인 경우; 및 냉간 압연 전, 400℃ 이하의 온도에서 1 시간 내지 10 시간 동안 수행된 재가열, 바람직하게는 스토빙이 수행되는 경우, 주변 온도 내지 350℃이며;
- 기타 경우에는 실온 내지 100℃이며;
- 상기 냉간 압연은 각각 합금의 페라이트 범위에서 1분 내지 24 시간 동안, 바람직하게는 2분 내지 1시간 동안 적어도 650℃의 온도, 바람직하게는 적어도 750℃의 온도에서 정적 또는 연속 어닐링에 의해 분리되며,
- 합금의 Si 함량이 (% Si)α- lim = 1.92 + 0.07% Co + 58% C 이상인 경우 최대 1400℃이고;
- Si 함량이 (% Si)α- lim 미만인 경우, T α- lim = T0 + k% Si이고, 여기서 T0 = 900 + 2% Co - 2833% C, 및 k = 112 - 1250% C이고;
- 2 회의 냉간 압연 작업을 분리하는 상기 어닐링은 적어도 5%의 수소, 바람직하게는 100%의 수소, 및 합금에 대한 기체 산화 종의 총량 중 1% 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만을 함유하고, +20℃ 이하, 바람직하게는 0℃ 이하, 보다 바람직하게는 -40℃ 이하, 최적으로 -60℃ 이하의 이슬점을 갖는 분위기에서 발생하며;
- 최종 정적 또는 연속 재결정 어닐링이 650 내지 (900 ± 2% Co)℃의 온도에서 1 분 내지 48 시간 동안 합금의 페라이트 영역에서 수행되어 스트립 또는 시트의 재결정률이 80 내지 100%로 수득되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제4항에 있어서,
최종 재결정 어닐링은 진공 하에서 또는 합금에 대한 비-산화 분위기에서, 또는 수소화된 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제5항에 있어서,
최종 재결정 어닐링은 적어도 5%의 수소, 바람직하게는 100%의 수소, 및 합금에 대한 기체 산화 종의 총량 중 1% 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만을 함유하고, +20℃ 이하, 바람직하게는 0℃ 이하, 보다 바람직하게는 -40℃ 이하, 최적으로 -60℃ 이하의 이슬점을 갖는 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법 - 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 냉간 압연 전, 합금의 페라이트 범위에서, 1분 내지 24시간 동안, 바람직하게는 2분 내지 10시간 동안, 적어도 650℃, 바람직하게는 적어도 700℃의 온도에서 정적 또는 연속 어닐링이 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법으로서,
- 합금의 Si 함량이 (% Si)α- lim = 1.92 + 0.07% Co + 58% C 이상인 경우 최대 1400℃이고,
- Si 함량이 (% Si)α- lim 미만인 경우, Tα - lim = T0 + k% Si이고, 여기서 T0 = 900 + 2% Co - 2833% C, 및 k = 112 - 1250% C이고;
- 상기 어닐링은 적어도 5%의 수소, 바람직하게는 100%의 수소, 및 합금에 대한 기체 산화 종의 총량 중 1% 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만을 함유하고, +20℃ 이하, 바람직하게는 0℃ 이하, 보다 바람직하게는 -40℃ 이하, 최적으로 -60℃ 이하의 이슬점을 갖는 분위기에서 발생하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
최종 재결정 어닐링 후 2000 ℃/h 이하, 바람직하게는 600 ℃/h 이하의 속도로 수행되는 냉각이 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제8항에 있어서,
최종 재결정 어닐링 전, 2000 ℃/h 이하의 속도, 바람직하게는 600 ℃/h 이하의 속도로 가열이 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
최종 재결정 어닐링 후, 400 내지 700 ℃의 온도, 바람직하게는 400 내지 550 ℃의 온도에서 시트 또는 스트립의 표면상에서 0.5 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 절연 산화층을 수득하기에 충분한 시간 동안 산화 어닐링을 수행하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 적층된 또는 롤-업된 시트로 구성되고, 적어도 일부가 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 시트 또는 스트립으로부터 제조되는 것을 특징으로 하는, 변압기 자성 코어.
- 자기 코어를 포함하는 변압기에 있어서, 상기 코어는 제11항에 따른 타입인 것을 특징으로 하는, 변압기.
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