KR20190093614A - 방향성 전자 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20190093614A
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

지철의 표면에 포스테라이트 피막을 갖는 방향성 전자 강판에 있어서, 상기 지철과 상기 포스테라이트 피막의 경계에, 상기 지철에 있어서의 Cr 농도의 0.70∼0.90배의 Cr 농도의 Cr 결핍층을 갖는 것으로 하는 것에 의해서, 종래보다 더욱 양호한 변압기 철손 특성을 갖는 방향성 전자 강판을 제공한다.

Description

방향성 전자 강판 및 그 제조 방법
본 발명은 방향성 전자 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 권선 변압기의 철심 재료에 바람직한 방향성 전자 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
변압기에 조립한 상태에서의 방향성 전자 강판의 철손(변압기 철손)은 제품판인 채의 상태에서의 방향성 전자 강판의 철손(제품판 철손)에 대해 반드시 크게 된다. 이 철손의 증가 비율은 빌딩 팩터라고 불리고 있다. 이 철손의 증가는 변압기의 조립 공정에서 도입되는 가공 왜곡이나, 제품판 철손 평가시에는 발생하지 않는 회전 자속의 발생 등에 기인하고 있다.
가공 왜곡을 제거하기 위해, 권선 변압기의 제조 공정에는 왜곡 완화 소둔 공정이 있다. 이 왜곡 완화 소둔 공정에 있어서의 소둔 온도는 왜곡 제거의 관점에서, 더욱 고온인 것이 바람직하다. 소둔 분위기로서는 강판과 반응하여 산화물, 탄화물, 질화물 등을 형성하지 않는 바와 같은 Ar이나 H2 분위기가 바람직하다. 그러나, Ar이나 H2를 사용하면 고비용으로 되므로, 대부분의 경우에는 N2 가스나 CO나 CO2를 함유하는 DX 가스가 사용된다. N2나 DX 가스를 사용한 경우, 소둔 온도가 너무 높으면, 질화나 산화, 침탄이 발생하고, 자기 특성을 열화시키므로, 소둔 온도에 실질적인 상한이 발생하고, 경우에 따라서는 목적으로 하고 있는 가공 왜곡의 제거가 충분히 실행되지 않아, 제품판의 양호한 특성을 최대한 활용할 수 없다는 문제가 있었다.
방향성 전자 강판에는 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 콜로이드형상 실리카와 인산염, 크롬산을 주체로 하는 장력 코팅을 형성시키는 것이 일반적이다. 이러한 장력 코팅은 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 분위기 가스에 대한 보호성이 높고, 가스의 침투를 억제하므로, 왜곡 완화 소둔시의 질화·산화·침탄의 방지에 어느 정도 기여한다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 소화48-39338호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 제2003-301271호
그러나, 질화·산화·침탄을 억제하는 정도가 불충분하며, 가일층의 질화·산화·침탄의 억제가 요구되고 있는 것이 현상이다.
본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 권선 변압기의 제조 공정에서 실행되는 왜곡 완화 소둔에 있어서, 왜곡이 완전히 제거되는 온도역에 있어서도 질화·산화·침탄이 억제되며, 종래보다 더욱 양호한 변압기 철손 특성을 갖는 방향성 전자 강판 및 그 제조 방법에 대해 제공하는 것을 목적으로 한다.
일반적인 방향성 전자 강판에는 포스테라이트 피막이 형성되어 있으며, 이 피막도 왜곡 완화 소둔시의 질화·산화·침탄 억제에 효과가 있다고 생각되고 있었다. 그러나, 이 포스테라이트 피막의 표면을 SEM 관찰하면, 많은 크랙이 들어가 있으며, 이 크랙으로부터 질화성·산화성·침탄성 가스가 강판 표면에 도달하고, 질화·산화·침탄 반응이 일어나고 있는 것이 판명되었다. 이 포스테라이트 피막의 크랙은 평탄화 소둔시의 형상 교정을 위해 부여하는 장력이나, 2차 재결정 소둔 냉각시의 코일내 온도 불균일에 의해서 발생하는 코일내 응력에 의해서 발생한다고 생각된다. 이러한 원인에 의해 발생하는 크랙은 현재의 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는 전무로 하는 것이 곤란하다.
그래서, 포스테라이트 피막의 크랙을 이용하여, 산화원을 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 공급하고, 계면에 새로이 치밀한 Cr계 산화막을 형성시키고, 이 산화막에 의해서, 질화·산화·침탄을 억제하는 것이 가능한지를 검토하였다. 그 결과, 최종 마무리 소둔을 실시하고, 미반응 분리제를 제거한 후, 또한 장력 코팅이 강판에 성막될 때까지, 적절한 산화 처리를 실시하여 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 산화막을 형성시키는 것에 의해, 다른 특성을 열화시키는 일 없이, 왜곡 완화 소둔시의 산화·질화·침탄을 억제할 수 있는 것을 찾아내었다.
즉, 이하에 나타내는 실험 결과로부터 지견하기에 이른, 왜곡 완화 소둔시의 산화·질화·침탄이 발생하기 어려운 방향성 전자 강판 및 그 제조 방법의 요지는 다음과 같다.
1) 포스테라이트 피막과 지철의 경계에 Cr 결핍층이 존재하고, 그 결핍층의 Cr 농도와 지철의 Cr 농도의 관계가 이하의 식을 만족시키는 것.
0.70≤(Cr 결핍층의 Cr 농도)/(지철의 Cr 농도)≤0.90 　
2) 지철 중에 질량%로 Cr:0.02%이상 0.20%이하를 함유시키는 것.
3) 다른 특성을 열화시키는 일 없이 Cr 결핍층을 얻기 위해, 마무리 소둔 후, 미반응 분리제를 제거한 후, 또한 장력 코팅이 성막될 때까지의 동안에, 온도 및 분위기 산화성을 적정하게 조합하여 연속 판 통과 처리를 실행하는 것.
4) 특히, 상기 연속 판 통과 처리는 제조 조건에 의한 적정 분위기 산화성의 변동을 억제하기 위해, 마무리 소둔과 Cr 결핍층 형성 처리의 사이에, 코일형상으로 소둔했을 때에 발생하는 감기 흔적(이하, 코일 세트라고도 함)에 있어서의 감기의 안과 밖이 반대로 되는 방향의 구부림을 부여하는 개소가 적어도 1개소 이상 존재하는 패스 라인에서 실행하는 것.
다음에, 본 발명을 도달하기에 이른 경위에 대해 상세하게 설명한다. 우선, 왜곡 완화 소둔 중의 질화·산화·침탄을 억제하기 위해, 포스테라이트 피막과 지철 사이에 치밀한 산화막을 형성하는 것이 유효하다고 생각하였다. 금회, 이 치밀한 산화막을 포스테라이트 피막 형성 후에 형성하는 것을 검토하였다.
<실험 1>
질량%로, C:0.075%, Si:3.45%, Mn:0.020%, P:0.01%, S:0.004%, Al:0.026%, Se:0.022%, N:0.0070% 및 Cr:0.10%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물의 조성을 갖는 강 슬래브를 1400℃로 가열한 후에, 열간 압연에 의해 판 두께 2.3㎜의 열연판으로 마무리하고, 1100℃에서 80초의 열연판 소둔을 실시하였다. 다음에, 냉간 압연에 의해 판 두께 0.20㎜로 하고, 산화 분위기:PH2O/PH2=0.35에 있어서 850℃에서 2분간의 탈탄 소둔을 실시하였다. 그 후, 강판 표면에 소둔 분리제로서 MgO를 슬러리 도포하고, 2차 재결정과 순화를 목적으로 한 마무리 소둔을 1250℃×30시간, H2 분위기의 조건에서 실시하였다.
다음에, 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 산화막을 형성시키기 위해, 미반응 분리제를 제거하고, 대기중에서 200℃ 내지 700℃의 연속 소둔을 실시하였다.이 연속 소둔시에는 0.5∼3.0kgf/㎟(4.9∼29.4MPa)의 장력(라인 장력)을 부여하여 판을 통과시켰다. 0.5kgf/㎟(4.9MPa)미만에서의 판 통과도 시도했지만, 형상 교정 능력이 낮아 판을 통과시킬 수 없었다. 마지막으로, 50%의 콜로이달 실리카와 인산 마그네슘으로 이루어지는 절연 코트를 도포하고, 제품판으로 하였다. 그 후, 이 제품판을 이용하여 권철심을 제작하고, N2 분위기, 865℃×3시간에서 왜곡 완화 소둔을 실행하였다. 여기서, 권철심 철손 W17/50(1.7T, 50Hz)과 제품판 철손 W17/50의 비율, 질화량, 내코팅 박리성, 판 통과성, 및 제품판 특성을 평가하였다.
즉, 왜곡 완화 소둔 전후의 지철 중의 질소량을 JIS G 1228-1997의 「철 및 강-질소 정량 방법」에 규정되어 있는 흡광 광도법으로 측정하고, 왜곡 완화 소둔 전후의 차를 질화량으로 하였다.
제품판과 권철심의 철손 비율은 권철심의 철손을 제품판의 철손으로 나눈 값으로 하였다. 또한, 제품판의 철손은 제품판으로부터 엡스타인 시험편을 채취하고, JIS C2550에 준거하여 측정하고, 권철심의 철손은 제작된 코어에 1차 코일 및 2차 코일을 둘러 감아 무부하 변압기를 형성하고, 이 무부하 변압기의 교류 자기 특성을, JIS C2550에 준거한 엡스타인 시험과 동일한 방법으로 측정하였다.
내코팅 박리성은 봉에 강판을 둘러 감고, 코팅 박리의 유무를 확인하고, 서서히 봉의 직경을 작게 해 가고, 박리되기 직전의 직경을 내코팅 박리성의 평가 파라미터로 하였다. 값이 작은 쪽이 양호한 내코팅 박리성을 나타내며, 봉의 직경은 5㎜ 피치로 변경해 갔다.
판 통과성은 사행량으로 평가하고, 10㎜이하를 ○, 10㎜초과 30㎜미만을 △, 30㎜이상을 ×로 하였다.
제품판 특성은 철손 비율과 내코팅 박리성의 2개를 이용하여 평가하였다. 우선, 철손 비율과 내코팅 박리성의 각각에 대해, 후술하는 바와 같이 ○, △, ×의 판정을 실행하고, 양 파라미터의 판정 중 나쁜 쪽의 판정을 제품판 특성의 판정으로 하였다.
이상의 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 내코팅 박리성은 30㎜φ이하를 ○, 30㎜φ초과 50㎜φ미만을 △, 50㎜φ이상을 ×로 판정하고, 철손 비율은 1.05이하를 ○, 1.05초과 1.10미만을 △, 1.10이상을 ×로 평가하였다. 연속 소둔 조건(온도·장력)에 의해서, 제품판 특성의 변동이 보였다. 예를 들면, No 6, 8, 10, 11, 13은 철손 특성 및 내코팅 박리성 모두 매우 양호하다. 한편, No.1, 2, 3, 4, 5 및 7은 내코팅 박리성은 양호하지만, 철손 특성이 나빠지는 경향이 보인다. No. 9, 12, 14, 15, 16, 17, 18은 철손 특성은 양호하지만, 내코팅 박리성이 열화하는 경향이 보였다.
[표 1]
Figure pct00001
다음에, 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 산화막이 존재하는지 어떤지를 조사하기 위해, 글로 방전 분광 분석(GDS)장치에 의해, 상기 샘플의 표면 분석을 실시하였다. 질화량 및 철손 비율과 상관이 있는 GDS 파라미터를 탐색한 결과, 도 1∼3에 나타내는 바와 같이, 지철의 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율과, 각각 질화량, 철손 비율 및 내코팅 박리성 사이에 상관이 보였다. 즉, 도 1 및 2에 나타내는 바와 같이, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 0.9초과가 되면, 질화량이 증대하고, 그에 따라 철손 비율도 증가하고 있다. 한편, 내코팅 박리성에 대해서는 도 3에 나타내는 바와 같이, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 0.7미만의 경우, 박리 직경이 증대하는 경향이 보였다.
또한, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율은 이하와 같이 정의한다.
도 4에 GDS의 Cr 강도 프로파일의 일예를 나타낸다.이 도면에서는 프로파일 강도가 일정값 B를 나타내고 있는 영역(지철 내부)과 Cr 강도가 일정값 B에 대해 낮은 영역(Cr 결핍층)이 존재하는 것을 알 수 있다. 여기서는 지철 내부의 Cr 강도 B에 대한 Cr 결핍층에 있어서의 가장 낮은 Cr 강도 A의 비율을, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율로 하였다. 금회, 지철 표층의 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율과 질화량, 철손 비율, 내코팅 박리성에 상관이 보인 이유로서는 다음과 같이 고려되고 있다.
도 4에 나타나는 바와 같이, Cr은 2차 재결정 소둔시의 포스테라이트 형성시에 산화 반응을 나타내고, 포스테라이트 중에 산화물로서 존재하고 있다. 그 때문에, 지철에서 포스테라이트 피막으로 변화함에 따라 강도는 상승한다. 포스테라이트 피막을 형성하는 2차 재결정 소둔은 배치 소둔으로 실행되면, 소둔 시간은 수십 시간이기 때문에, Cr의 지철 내부로부터의 확산은 충분히 가능하며, Cr 결핍층은 생기지 않는다고 생각된다. 한편, 금회와 같이 연속으로 단시간 소둔을 실행한 경우, 확산 시간이 짧기 때문에 Cr 결핍층이 발생한다고 추정된다. 따라서, Cr 결핍층은 포스테라이트 피막과 지철의 계면의 치밀한 Cr계 산화층이 새로이 생성되었는지 어떤지를 판정할 수 있는 지표라고 생각하고 있다.
이상으로부터, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 0.9이하에서, 질화량이 억제되며, 철손 비율 증가가 억제된 것은 연속 소둔 처리에 의해서 새로이 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 치밀한 Cr계 산화막이 생성된 결과로 추정된다. 한편, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 0.7미만에 있어서 박리 직경이 증대한 이유로서, 산화 피막이 너무 두꺼워져 지철과 산화 피막의 계면의 밀착성이 저하하고, 박리에 이른 것은 아닌가라고 생각하고 있다.
또, 라인 장력에 의해서 철손 비율의 값이 변화한 것은 포스테라이트 피막의 크랙의 도입 비율이 다르기 때문에 지철과의 계면에 도달한 분위기 가스가 변화했기 때문으로 생각되고, 소둔 온도에 따라 철손 비율의 값이 변화한 것은 온도에 따라 산화 반응(속도나 생성물)이 변화하기 때문으로 생각하고 있다.
소둔 온도에 대해서는 300℃미만 및 600℃초과에 있어서는 양호한 조건이 존재하지 않았다. 이것은 저온측에서는 산화되기 어렵고, 고온측에서는 산화되기 쉽기 때문에, 소둔 온도 이외의 조건을 조정해도, Cr 결핍층을 원하는 범위로 제어할 수 없었기 때문으로 생각된다. 이 때문에, 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 치밀한 산화막을 생성하는 처리 온도는 300∼600℃로 한다.
도 1∼4에 나타낸 결과로부터, 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 생성되는 새로운 산화막에는 적정 조건이 존재하는 것을 알 수 있다. 구체적으로는 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율을 0.7이상 0.9이하로 할 필요가 있다.
이상으로부터, (1) Cr 산화물의 이용이 매우 효과적인 것, (2) Cr 결핍층의 생성에 라인 장력이 영향을 주는 것, (3) 소둔 온도도 중요한 제어 인자인 것이 판명되었다. 이들 이외에, 산화 반응에 영향을 주는 인자로서 생각되는 Cr량, Si량 및 포스테라이트 피막의 형성 상태를 지배하는 탈탄 소둔시의 분위기 산화성이 가져오는 영향에 대해, 또한 조사하였다.
<실험 2>
질량%로, C:0.075%, Si:2.85∼3.45%, Mn:0.020%, P:0.01%, S:0.004%, Al:0.026%, Se:0.022%, N:0.0075% 및 Cr:0.01∼0.10%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물의 조성을 갖는 강 슬래브를 1450℃로 가열한 후에, 열간 압연에 의해 판 두께 2.6㎜의 열연판으로 마무리하고, 1100℃에서 80초의 열연판 소둔을 실시하였다. 다음에, 냉간 압연에 의해 판 두께 0.25㎜로 하고, 산화 분위기:PH2O/PH2=0.25∼0.45에 있어서 850℃에서 2분간의 탈탄 소둔을 실시하였다.
다음에, 강판 표면에 소둔 분리제로서 MgO를 슬러리 도포하고, 2차 재결정과 순화를 목적으로 한 마무리 소둔을 1200℃×15시간, H2 분위기의 조건에서 실시하였다. 미반응 분리제를 제거한 후에 평탄화 소둔도 겸한 장력 코팅 소부 처리를 실시하였다. 이 장력 코팅 소부 처리의 승온 과정, 즉, 코팅액을 도포한 이후의 건조, 소부 공정에 있어서의 승온 온도인 400∼550℃의 온도역에서는 H2-N2 분위기로 하고, 노점을 제어함으로써 산소 분압을 0.1atm으로 하였다. 이 400∼550℃의 온도역을 판이 통과할 때의 라인 장력은 0.7kgf/㎟(6.9MPa)이었다.
그 후, 상기와 같이 제작한 제품판을 이용하여 권철심을 제작하고, N2 분위기, 850℃×10시간에서 왜곡 완화 소둔을 실행하였다. 여기서는 권철심 철손 W17/50(1.7T, 50Hz)과 제품판 철손 W17/50의 비율, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율, 질화량, 내코팅 박리성, 그리고 판 통과성을 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 내코팅 박리성, 철손 비율, 제품판 특성, 및 판 통과성의 평가는 실험 1과 마찬가지로 실행하였다.
표 2의 No.1∼4를 보면, 산화 처리 조건이 동일한 경우에도 Si량이 다르면 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 변동하는 것을 알 수 있다. Si량의 증가에 의해 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 높아지는 것은 산소가 Si와의 반응에도 사용되기 때문에, Cr과의 반응이 억제되기 ?문으로 생각하고 있다. 다음에, 동일 표의 No.5∼8을 보면, Cr량에 따라서도 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율은 변화하고 있다. Cr 첨가량이 많을수록, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 낮게 되어 있고, Cr 농도가 낮은 Cr 결핍층이 생성되기 쉽게 되어 있다. 마지막으로, 동일 표의 No.9∼12에서는 탈탄 소둔시의 산화성 분위기가 다르면 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 변화한다는 결과가 얻어지고 있다.
여기서는 산화원을 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 공급하고, 계면에 새로이 치밀한 산화막을 형성시키는 것에 의한 질화·산화·침탄 억제를 달성하기 위해, 치밀한 부동태 피막을 형성하고, 대폭 내식성을 향상시킨다고 생각되는 Cr에 주목하였다.
탈탄 소둔시의 산화성 분위기는 포스테라이트 피막의 형성에 영향을 주는 인자이며, 산화성 분위기가 낮을수록 피막 두께가 얇고, 질이 낮은 것으로 되는 경향이 있다. 이 때문에, 분위기 산화성에 의해서, 포스테라이트 피막의 질이 변화하고, 라인 장력 등에 의해서 발생하는 포스테라이트 피막의 크랙 발생 빈도가 변화하며, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율에 차이가 발생했다고 생각하고 있다.
이상의 결과로부터, 포스테라이트 형성에 영향을 주는 인자나, 산화 반응에 영향을 주는 인자는 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율에 영향을 주는 것이 명백하게 되었다. 따라서, 다른 특성에 영향을 주는 일 없이, 포스테라이트 피막과 지철의 계면으로의 치밀한 산화막(Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 0.7이상 0.9이하)을 형성하는 소둔 조건은 특정의 바람직한 범위가 존재하는 것은 아니며, 그때마다 제조 조건(영향 인자의 조합)에 맞게 조정할 필요가 있는 것이 명백하게 되었다.
[표 2]
Figure pct00002
다음에, 치밀한 산화막을 형성할 때의 산화성 분위기의 영향을 조사하였다.
<실험 3> 　
질량%로, C:0.02%, Si:3.0%, Mn:0.050%, P:0.07%, S:0.002%, Al:0.007%, Se:0.001%, N:0.0050% 및 Cr:0.06%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물의 조성을 갖는 강 슬래브를 1200℃로 가열한 후에, 열간 압연에 의해 판 두께 2.6㎜의 열연판으로 마무리하고, 1050℃에서 80초의 열연판 소둔을 실시하였다. 다음에, 냉간 압연에 의해 판 두께 0.23㎜로 하고, 산화 분위기:PH2O/PH2=0.40에 있어서 850℃에서 2분간의 탈탄 소둔을 실시하였다. 그 후, 강판 표면에 소둔 분리제로서 MgO를 슬러리 도포하고, 2차 재결정과 순화를 목적으로 한 마무리 소둔을 1180℃×75시간, H2 분위기의 조건에서 실시하였다.
다음에, 미반응 분리제를 제거하고, 평탄화 소둔도 겸한 장력 코팅 소부 처리를 실시하였다. 이 장력 코팅 소부 처리의 승온 과정, 즉, 코팅액을 도포한 후의 건조, 소부 공정에 있어서의 승온 온도로서, (1) 350℃이하, (2) 350℃초과 450℃이하, (3) 450℃초과 600℃이하, (4) 600℃초과 800℃이하의 온도역에 있어서, DX 가스 분위기(CO2, CO, H2, H2O, 잔여 N2)의 각 성분 가스의 분압을 제어하는 것에 의해 산소 분압을 0.005∼0.4의 범위에서 변화시켰다. 상기의 각 온도역을 판이 통과할 때의 라인 장력은 0.7kgf/㎟(6.9MPa)이었다.
그 후, 상기와 같이 제작한 제품판을 이용하여 권철심을 제작하고, DX 가스 분위기(CO2:15%, CO:3%, H2:0.5%, 잔여 N2, 노점 30℃)에서 860℃×5시간의 왜곡 완화 소둔을 실행하였다. 여기서는 권철심 철손 W17/50(1.7T, 50Hz)과 제품판 철손 W17/50의 비율, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율, 질화량, 침탄량, 내코팅 박리성, 판 통과성 및 제품판 특성을 평가하였다. 왜곡 완화 소둔 전후의 지철 중의 탄소량을 JIS G 1211-2011의 「철 및 강-탄소 정량 방법」에 규정되어 있는 적외선 흡수법으로 측정하고, 왜곡 완화 소둔 전후의 차를 침탄량으로 하였다. 또한, 내코팅 박리성, 철손 비율, 제품판 특성 및 판 통과성의 평가는 실험 1과 마찬가지로 실행하였다.
그 결과를 표 3에 나타낸다. 동일 표에 나타내는 바와 같이, 치밀한 산화막 처리 조건인 온도 및 분위기 산화성에 의해서, 적정한 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 변동하는 것, 개개의 제조 조건에 맞추어 분위기 산화성을 조정하면 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율을 적정 조건으로 제어 가능한 것을 알 수 있다. 또, 600℃초과의 조건에서는 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율을 제어할 수 없었다. 이것은 600℃초과에서는 절연 코팅의 성막이 거의 완료되어 버리기 때문에, 산소가 지철과 포스테라이트 피막의 계면에 도달할 수 없었기 때문으로 생각된다.
[표 3]
Figure pct00003
마무리 소둔을 실시하고, 미반응 분리제를 제거한 후, 장력 코팅을 도포할 때까지, 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 새로운 치밀한 산화층을 형성하는 처리를 실행하는 것에 의해, 대부분의 권철심 제조 공정에서 실행되는 왜곡 완화 소둔시에, 그 소둔 분위기로부터의 질화·침탄·산화를 억제할 수 있다. 여기서 형성되는 산화막의 상태를 제어하는 것에 의해, 다른 특성을 열화시키는 일 없이, 권철심의 철손 특성의 열화 억제가 가능하게 된다.
이상의 결과로부터, 개개의 제조 조건에 맞게 분위기 산화성을 조정하면, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율을 적정 범위로 제어 가능한 것을 알 수 있었다. 그런데, 제조 조건에는 불가피한 편차도 존재하기 때문에, 분위기 산화성을 조정함에 있어서, 분위기 산화성의 제조 조건 의존성을 저감하는 것은 방향성 전자 강판을 안정하게 제조함에 있어서 매우 의의가 있다. 지금까지의 조사로부터, 지철과 포스테라이트 피막의 계면에 치밀한 산화층을 형성시키기 위해서는 강판 표면으로부터 충분한 산소를 계면에 도달시키는 것이 중요하다고 생각된다. 즉, 산소의 공급량이 적은 경우, 저온에서는 Cr과의 반응이 충분히 진행되지 않아, 기대한 만큼의 막이 형성되지 않는다. 한편, 산소의 공급량이 많은 경우에는 저온에서도 반응이 진행하며, 기대한 만큼의 막이 형성된다.
그래서, 다음의 스텝으로서, 표면으로부터의 산소의 공급량을 안정적으로 확보하는 방법의 검토를 실행하였다. 산소는 포스테라이트 피막 중을 통과하여 계면에 도달하기 때문에, 포스테라이트 피막의 치밀도는 매우 중요한 파라미터이다. 이 치밀도는 탈탄 소둔시의 분위기 산화성이나 MgO를 슬러리 도포량 등 제조 조건에 크게 의존하기 때문에, 마무리 소둔 완료 후의 상태에는 큰 편차가 있다. 그래서,이 편차를 저감하는 수단에 대해 예의 검토하였다. 구체적으로 마무리 소둔은 코일형상에서 실행하기 때문에, 소둔 후에는 감기 흔적(코일 세트)이 발생한다. 이 감기 흔적과 반대 방향으로 강판을 구부리면, 강판의 편면에는 인장 응력이, 다른 한쪽의 면에는 압축 응력이 부여된다. 이 인장 및 압축의 응력에 의해 포스테라이트 피막에 적당한 크랙을 도입하는 것을 시도하였다.
<실험 4>
질량%로, C:0.075%, Si:2.85∼3.45%, Mn:0.020%, P:0.01%, S:0.004%, Al:0.026%, Se:0.022%, N:0.0075%, Cr:0.01∼0.10%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물의 조성을 갖는 강 슬래브를 1450℃로 가열한 후에, 열간 압연에 의해 판 두께 2.6㎜의 열연판으로 마무리하고, 1100℃에서 80초의 열연판 소둔을 실시하였다. 다음에, 냉간 압연에 의해 판 두께 0.25㎜로 하고, 산화 분위기:PH2O/PH2=0.25∼0.45에 있어서 850℃에서 2분간의 탈탄 소둔을 실시하였다.
다음에, 강판 표면에 소둔 분리제로서 MgO를 슬러리 도포하고, 2차 재결정과 순화를 목적으로 한 마무리 소둔을 1200℃×15시간, H2 분위기의 조건에서 실시하였다. 또한, 마무리 소둔은 강판을 감기 코일로서 실행하였다. 그 후, 미반응 분리제를 제거한 후에 평탄화 소둔도 겸한 장력 코팅 소부 처리를 실시하였다. 이 장력 코팅 소부 처리의 승온 과정, 즉, 코팅액을 도포한 후의 건조, 소부 공정에 있어서의 승온 온도인 400∼550℃의 온도역에서는 산소 분압이 0.1atm으로 되는 DX 가스 분위기(CO2, CO, H2, H2O, 잔여 N2)에서 판 통과를 실행하였다. 이 400∼550℃의 온도역을 판이 통과할 때의 라인 장력은 0.7kgf/㎟(6.9MPa)이었다.
여기서, 판 통과는 판 통과 패턴을 도 5에 나타내는 바와 같이, 마무리 소둔 후의 감기 흔적(코일 세트)과 반대 방향으로 구부림을 부여하는 개소가 존재하는 패턴 I과, 구부림 개소가 존재하지 않는 패턴 Ⅱ에서 판 통과를 장력:0.7kgf/㎟(6.9MPa)에서 실행하였다. 구체적으로는 패턴 I에서는 도 5에 나타내는 바와 같이 700㎜φ의 롤러를 2개 설치하고, 2개째의 롤러로 감기 흔적과 반대 방향의 구부림을 부여하고 있다.
그 후, 상기와 같이 제작한 제품판을 이용하여 권철심을 제작하고, N2 분위기, 850℃×10시간에서 왜곡 완화 소둔을 실행하였다. 여기서는 권철심 철손 W17/50(1.7T, 50Hz)과 제품판 철손 W17/50의 비율, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율, 질화량, 내코팅 박리성, 그리고 판 통과성을 평가하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다. 내코팅 박리성, 철손 비율, 제품판 특성 및 판 통과성의 평가는 실험 1과 마찬가지로 실행하였다.
패턴 I에서 판이 통과한 경우, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율에 있어서의 제조 조건 의존성이 없어지는 것이 확인되었다. 한편, 패턴 Ⅱ에서 판을 통과시킨 경우에는 제조 조건 의존성이 확인되었다. 패턴 I에서 제조 조건 의존성이 없어진 이유는 산화 피막 형성 전에 강판 표면에 큰 인장 및 압축 응력을 부여한 것에 의해, 제조 조건에 따라 변화하는 포스테라이트 피막 치밀도의 차가 완화되어, 충분한 산소가 공급되었기 때문으로 생각된다.
[표 4]
Figure pct00004
다음에, 제조 조건에 의한 치밀도의 편차가 완화된 상태에서, Cr 결핍층 비율이 본 발명의 범위가 되는 산소 분압을 조사하였다.
<실험 5>
질량%로, C:0.02%, Si:3.0%, Mn:0.050%, P:0.07%, S:0.002%, Al:0.007%, Se:0.001%, N:0.0050% 및 Cr:0.06%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물의 조성을 갖는 강 슬래브를 1200℃로 가열한 후에, 열간 압연에 의해 판 두께 2.6㎜의 열연판으로 마무리하고, 1050℃에서 80초의 열연판 소둔을 실시하였다. 다음에, 냉간 압연에 의해 판 두께 0.23㎜로 하고, 산화 분위기:PH2O/PH2=0.40에 있어서 850℃에서 2분간의 탈탄 소둔을 실시하였다. 그 후, 강판 표면에 소둔 분리제로서 MgO를 슬러리 도포하고, 2차 재결정과 순화를 목적으로 한 마무리 소둔을 1180℃×75시간, H2 분위기의 조건에서 실시하였다.
그 후, 미반응 분리제를 제거하고, 평탄화 소둔도 겸한 장력 코팅 소부 처리를 실시하였다. 이 장력 코팅 소부 처리의 승온 과정, 즉, 코팅액을 도포한 이후의 건조, 소부 공정에 있어서의 승온 온도로서, (1) 350℃이하, (2) 450℃이하, (3) 600℃이하의 전체 온도역,(4) 600∼800℃의 온도역에 있어서, DX 가스 분위기(CO2, CO, H2, H2O, 잔여 N2)의 각 분압을 제어하는 것에 의해, 산소 분압을 0.005∼0.45의 범위에서 변화시켜 판 통과를 실행하였다. 판 통과 패턴은 도 5에 나타내는 바와 같이, 마무리 소둔 후의 감기 흔적(코일 세트)과 반대 방향으로 구부림을 부여하는 개소가 존재하는 패턴 I에서 실행하였다. 그 때의 장력은 1.2kgf/㎟(11.8MPa)이었다.
그 후, 상기와 같이 제작한 제품판을 이용하여 권철심을 제작하고, DX 가스 분위기(CO2:15%, CO:3%, H2:0.5%, 잔여 N2, 노점 30℃)에서 860℃×5시간의 왜곡 완화 소둔을 실행하였다. 여기서는 권철심 철손 W17/50(1.7T, 50Hz)과 제품판 철손 W17/50의 비율, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율, 침탄량, 질화량, 내코팅 박리성, 그리고 판 통과성을 평가하였다. 그 결과를 표 5 나타낸다. 내코팅 박리성, 철손 비율, 제품판 특성 및 판 통과성의 평가는 실험 1과 마찬가지로 실행하였다.
상기한 실험 1에서 확인할 수 있던 300∼600℃의 온도역에서는 산소 분압이 0.01∼0.25atm의 조건에서는 모두 양호한 특성을 나타내었다. 이에 대해, 산소 분압이 0.01atm 미만에서는 산소의 이동 경로는 확보되어 있지만, 산소량 부족으로 Cr계 산화막이 충분히 형성되지 않았다. 한편, 산소 분압이 0.25atm 초과에서는 산소의 이동 경로가 충분히 확보된 데다가 산소량이 많은 것에 의해, 필요 이상으로 Cr계 산화막이 형성된 것이 제품 특성 열화로 이어졌다고 생각된다.
[표 5]
Figure pct00005
다음에, 제품판의 코팅막의 치밀도의 편차를 완화하기 위한 판 통과 중의 구부림 조건에 대해 조사하였다.
<실험 6>
상기한 실험 4에 있어서, 도 5에 나타낸 패턴 Ⅱ에서 판을 통과시켰을 때에, Cr 결핍층 비율이 대략 1이며, 가장 산소 공급이 되기 어렵다고 생각되는 조건 17을 베이스로 하였다. 즉, 질량%로, C:0.075%, Si:3.55%, Mn:0.020%, P:0.01%, S:0.004%, Al:0.026%, Se:0.022%, N:0.0075% 및 Cr:0.01%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물의 조성을 갖는 강 슬래브를, 1450℃로 가열한 후, 열간 압연에 의해 판 두께 2.6㎜의 열연판으로 마무리하고, 1100℃에서 80초의 열연판 소둔을 실시하였다. 다음에, 냉간 압연에 의해 판 두께 0.25㎜로 하고, 산화 분위기:PH2O/PH2=0.30에 있어서 850℃에서 2분간의 탈탄 소둔을 실시하였다. 그 후, 코일형상의 탈탄 소둔판으로부터, 폭 100㎜×길이 300㎜의 샘플을 잘라내었다. 해당 샘플을 이용하여, 이 이후의 공정은 오프라인에서 처리하였다. 해당 샘플에 MgO를 슬러리 도포하고, 그 샘플을 평평한 상태에서 적층하여, 2차 재결정 및 순화를 목적으로 한 마무리 소둔을 1200℃×15시간, H2 분위기의 조건에서 실시하였다.
그 후, 미반응 분리제를 제거한 후, 표 6에 나타내는 사이즈가 다른 롤러에 1회 둘러 감은 후, 평탄화 소둔도 겸한 장력 코팅 소부 처리를 실시하였다. 이 장력 코팅 소부 처리의 승온 과정, 즉, 코팅액을 도포한 후의 건조, 소부 공정에 있어서의 승온 온도인 400∼550℃의 온도역에서는 산소 분압이 0.1atm으로 되는 DX 가스 분위기(CO2, CO, H2, H2O, 잔여 N2)에서 판 통과를 실행하였다. 이 감기 및 장력 코팅 소부 처리는 무장력의 상태에서 실시하였다. 그 후, 샘플로부터 엡스타인 시험편을 제작하였다. 이 시험편에, N2 분위기, 850℃×10시간에서 왜곡 완화 소둔을 실행하였다. 여기서는 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율, 질화량 및 왜곡 완화 소둔 전후의 철손 비율을 평가하였다.
그 평가 결과를, 표 6에 나타내는 바와 같이, 감기 흔적과 반대의 구부림에 상당하는 각종 구부림을 부여하는 것에 의해, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 본 발명의 범위내가 되고, 왜곡 완화 소둔에 의한 철손 열화도 작아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 권선 코일내의 곡률 반경은 연속적으로 변화하므로, 동일한 롤러로 코일 세트와 반대 방향으로 둘러 감아도, 주어지는 응력은 코일내에서 균일하지 않다(코일 직경이 큰 쪽이 부여 응력은 작아짐). 부여되는 응력이 가장 적어지는 궁극의 조건은 평평한 상태로부터의 구부림 부여이다. 따라서, 본 실험과 같이 평평한 상태에서 피막을 형성시켜도, 구부림에 의해서 치밀도의 편차가 완화되는 것이면, 모든 조건에서 치밀도의 편차 완화가 가능하게 되는 것을 의미하고 있다. 특히, 직경이 Φ1500㎜이하의 롤러로 구부림을 부여하는 것이 매우 유익하다. 물론, 편차를 고려하여, 제조 조건을 조정해도 본 발명은 실현할 수 있지만, 그 수고를 생각하면 구부림을 부여하는 조정이 간편하며, 그 중에서도 Φ1500㎜이하의 롤러를 판 통과시에 적용하는 것이 더욱 바람직하다.
이상의 결과로부터, 감기 흔적과는 반대 방향으로 구부림을 부여하는 것이 중요한 것을 알 수 있다. 바람직하게는 곡률 반경 750㎜이하의 구부림을 부여한다. 또한, 구부림의 부여는 상기한 도 5의 패턴 I의 형태에 한정되지 않으며, 예를 들면, 다수의 롤러간을 통해 소정의 구부림을 복수회 실행하는 등, 각종 양태가 가능하다.
[표 6]
Figure pct00006
본 발명은 상기의 신규한 지견에 입각하는 것이며, 그 요지 구성은 이하와 같다.
１．지철의 표면에 포스테라이트 피막을 갖는 방향성 전자 강판으로서, 상기 지철과 상기 포스테라이트 피막의 경계에, 상기 지철에 있어서의 Cr 농도의 0.70∼0.90배의 Cr 농도의 Cr 결핍층을 갖는 방향성 전자 강판.
２．상기 지철은 Cr:0.02질량%이상 0.20질량%이하를 함유하는 상기 1에 기재된 방향성 전자 강판.
3．방향성 전자 강 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 상기 열연 강판에 1회의 냉간 압연 또는 중간 소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연을 실시하여 최종 판 두께를 갖는 냉연 강판으로 하고, 상기 냉연 강판에 탈탄 소둔을 실시하고, 해당 탈탄 소둔 후의 냉연 강판에 MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포하고 나서, 해당 냉연 강판을 코일형상으로 하여 마무리 소둔을 실시하고, 그 후, 장력 코팅을 실시하는 방향성 전자 강판의 제조 방법으로서, 상기 마무리 소둔 후이고 상기 장력 코팅을 소부할 때까지의 동안에, 300∼600℃의 온도역에서 강판을 통과시키는 과정의 적어도 일부에서 분위기 산화성을 제어하여, 지철과 포스테라이트 피막의 경계에, 상기 지철에 있어서의 Cr 농도의 0.70∼0.90배의 Cr 농도의 Cr 결핍층을 형성하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
4．상기 마무리 소둔과 상기 Cr 결핍층의 형성 처리의 사이에 있어서, 상기 마무리 소둔 후의 강판에 남는 감기 흔적과 반대 방향의 구부림을 부여하는 개소가 적어도 1개소 이상 존재하는 패스 라인에, 상기 마무리 소둔 후의 강판을 통과시키고, 상기 Cr 결핍층을 형성시킬 때의 분위기 산화성을, 산소 분압 PO2:0.01atm∼0.25atm으로 제어하는 상기 3에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법.
5．상기 구부림은 곡률 반경이 750㎜이하인 상기 4에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법.
６．상기 방향성 전자 강 슬래브는 Cr:0.02질량%이상 0.20질량%이하를 함유하는 상기 3, 4 또는 5에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 종래보다 더욱 양호한 변압기 철손 특성을 갖는 방향성 전자 강판을 얻을 수 있다. 즉, 빌딩 팩터의 가일층의 저감이 가능하게 된다.
도 1은 지철 표층의 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율과 철손 비율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 지철 표층의 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율과 질화량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 지철 표층의 Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율과 내코팅 박리성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 Cr 강도 프로파일의 일예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 마무리 소둔 후의 판 통과 패턴을 나타내는 모식도이다.
방향성 전자 강판의 제조 방법에 대해 이하에 구체적으로 설명한다.
[성분 조성]
본 발명에 있어서, 방향성 전자 강판용 슬래브의 성분 조성은 2차 재결정이 발생하는 성분 조성이면 좋다. 또, 인히비터를 이용하는 경우, 예를 들면 AlN계 인히비터를 이용하는 경우이면 Al 및 N을, 또 MnS·MnSe계 인히비터를 이용하는 경우이면 Mn과 Se 및/또는 S를 적정량 함유시키면 좋다. 물론, 양 인히비터를 병용해도 좋다. 이 경우에 있어서의 Al, N, S 및 Se의 바람직한 함유량은 각각, Al:0.010∼0.065질량%, N:0.0050∼0.0120질량%, S:0.005∼0.030질량%, Se:0.005∼0.030질량%이다.
또한, 본 발명은 Al, N, S, Se의 함유량을 제한한, 인히비터를 사용하지 않는 방향성 전자 강판에도 적용할 수 있다. 이 경우에는 Al, N, S 및 Se량은 각각, Al:100질량ppm이하, N:50질량ppm이하, S:50질량ppm이하, Se:50질량ppm이하로 억제하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방향성 전자 강판용 슬래브의 기본 성분 및 임의 첨가 성분에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
C:0.08질량%이하
C는 열연판 조직의 개선을 위해 첨가를 하지만, 0.08질량%를 넘으면 제조 공정 중에 자기 시효가 일어나지 않는 50질량ppm이하까지 C를 저감하는 것이 곤란하게 되기 때문에, 0.08질량%이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 하한에 관해서는 C를 포함하지 않는 소재라도 2차 재결정이 가능하므로 특히 마련할 필요는 없다. 즉, 0%이어도 좋다.
Si:2.0∼8.0질량%
Si는 강의 전기 저항을 높이고, 철손을 개선하는데 유효한 원소이지만, 함유량이 2.0질량%에 미치지 못하면 충분한 철손 저감 효과를 달성할 수 없다. 한편, 8.0질량%를 넘으면 가공성이 현저히 저하하고, 또 자속밀도도 저하하기 때문에, Si량은 2.0∼8.0질량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
Mn:0.005∼1.000질량%
Mn은 열간 가공성을 양호하게 함에 있어서 필요한 원소이지만, 함유량이 0.005질량%미만에서는 그 첨가 효과가 부족하고, 한편, 1.000질량%를 넘으면 제품판의 자속밀도가 저하하기 때문에, Mn량은 0.005∼1.000질량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
Cr:0.02∼0.20질량%이하
Cr은 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 치밀한 산화막 형성을 촉진하는 원소이다. 첨가하지 않아도 산화 피막 형성은 가능하지만, 첨가하는 것에 의해서 바람직한 범위의 확대 등을 기대할 수 있다. 그러나, 0.20%를 넘으면 산화 피막이 너무 두꺼워져, 내코팅 박리성의 열화를 초래하므로, 상기 범위에서 함유시키는 것이 바람직하다.
상기의 기본 성분 이외에, 다음에 설명하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.
Ni:0.03∼1.50질량%, Sn:0.010∼1.500질량%, Sb:0.005∼1.500질량%, Cu:0.02∼0.20질량%, P:0.03∼0.50질량%, 및 Mo:0.005∼0.100질량% 중에서 선택한 적어도 1종
Ni는 열연판 조직을 개선하여 자기 특성을 향상시키기 위해 유용한 원소이다. 그러나, 함유량이 0.03질량%미만에서는 자기 특성의 향상 효과가 작고, 한편, 1.50질량%를 넘으면 2차 재결정이 불안정하게 되어 자기 특성이 열화된다. 그 때문에, Ni량은 0.03∼1.50질량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, Sn, Sb, Cu, P 및 Mo는 각각 자기 특성의 향상에 유용한 원소이지만, 모두 상기한 각 성분의 하한에 미치지 못하면, 자기 특성의 향상 효과가 작다. 한편, 상기한 각 성분의 상한량을 넘으면, 2차 재결정립의 발달이 저해되기 때문에, 각각 상기의 범위에서 함유시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 성분 이외의 잔부는 제조 공정에 있어서 혼입하는 불가피한 불순물 및 Fe이다.
다음에, 본 발명의 방향성 전자 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.
[가열]
상기 성분 조성을 갖는 슬래브를 상법에 따라 가열한다. 가열 온도는 1150∼1450℃가 바람직하다.
[열간 압연]
상기 가열 후에, 열간 압연을 실행한다. 주조 후, 가열하지 않고 즉시 열간 압연을 실행해도 좋다. 얇은 주편의 경우에는 열간 압연을 실행하는 것으로 해도 좋고, 혹은 열간 압연을 생략해도 좋다.
열간 압연을 실시하는 경우에는 거친 압연 최종 패스의 압연 온도를 900℃이상, 마무리 압연 최종 패스의 압연 온도를 700℃이상에서 실시하는 것이 바람직하다.
[열연판 소둔]
그 후, 필요에 따라 열연판 소둔을 실시한다. 이 때, 고스 조직을 제품판에 있어서 고도로 발달시키기 위해서는 열연판 소둔 온도로서 800∼1100℃의 범위가 바람직하다. 열연판 소둔 온도가 800℃미만이면, 열간 압연에서의 밴드 조직이 잔류하고, 정립한 1차 재결정 조직을 실현하는 것이 곤란하게 되며, 2차 재결정의 발달이 저해된다. 한편, 열연판 소둔 온도가 1100℃를 넘으면, 열연판 소둔 후의 입경이 너무 조대화되기 때문에, 정립한 일차 재결정 조직의 실현이 극히 곤란하게 된다.
[냉간 압연]
그 후, 1회 또는 중간 소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연을 실시한다. 중간 소둔 온도는 800℃이상 1150℃이하가 바람직하다. 또, 중간 소둔 시간은 10∼100초 정도로 하는 것이 바람직하다.
[탈탄 소둔]
그 후, 탈탄 소둔을 실행한다. 탈탄 소둔에서는 소둔 온도를 750∼900℃로 하고, 산화성 분위기 PH2O/PH2를 0.25∼0.60으로 하고, 소둔 시간을 50∼300초 정도로 하는 것이 바람직하다.
[소둔 분리제의 도포]
그 후, 소둔 분리제를 도포한다. 소둔 분리제는 주성분을 MgO로 하고, 도포량을 8∼15g/㎡ 정도로 하는 것이 바람직하다.
[마무리 소둔]
그 후, 2차 재결정 및 포스테라이트 피막의 형성을 목적으로 하여 마무리 소둔을 실시한다. 소둔 온도는 1100℃이상으로 하고, 소둔 시간은 30분이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 마무리 소둔 후에, 강판에 남는 감기 흔적(코일 세트)과 반대 방향의 구부림을 부여하는 개소가 적어도 1개소 이상 존재하는 패스 라인에 강판을 통과시키는 것이 더욱 바람직하다.
[추가 산화 처리]
그 후, 미반응 분리제를 제거한 후, 절연 코팅을 도포할 때까지, 추가 산화 처리를 실행하는 연속 소둔을 실행한다. 혹은 절연 코팅을 도포한 후에, 추가 산화 처리를 겸한 소부 처리를 실행한다. 이들 어느 하나의 처리에 의해, 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 추가 산화막을 형성시킨다.
구체적으로는 추가 산화 처리에서는 300∼600℃의 온도역에서 연속 소둔 또는 절연 코팅의 소부 처리를 실행하는 과정의 적어도 일부에서 분위기 산화성을 제어하여, 지철과 포스테라이트 피막의 경계에, 상기 지철에 있어서의 Cr 농도의 0.70∼0.90배의 Cr 농도의 Cr 결핍층을 형성한다. 여기서, Cr 결핍층을 형성시킬 때의 분위기 산화성은 산소 분압 PO2:0.01atm∼0.25atm으로 제어하는 것이 더욱 바람직하다.
[평탄화 처리 및 절연 코팅]
상기 절연 코팅 도포·소부 처리에서 평탄화 처리도 동시에 실행하고, 형상을 교정하는 것도 가능하다. 평탄화 소둔은 소둔 온도를 750∼950℃로 하고, 소둔 시간 10∼200초 정도에서 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 평탄화 소둔 전 또는 후에, 강판 표면에 절연 코팅을 실시한다. 여기서의 절연 코팅은 철손 저감을 위해, 강판에 장력을 부여하는 코팅(장력 코팅)을 의미한다. 장력 코팅으로서는 실리카를 함유하는 무기계 코팅이나 물리 증착법, 화학 증착법 등에 의한 세라믹 코팅 등을 들 수 있다.
이와 같이 해서 얻어진 강판에, 가일층의 철손 저감을 목적으로 해서 레이저, 플라즈마, 전자빔 등을 조사하여, 자구를 세분화하는 것도 가능하다. 또, 최종 냉간 압연 후의 강판에 인쇄 등에 의해 에칭 레지스터를 부착시킨 후, 비부착역에 전해 에칭 등의 처리에 의해 선형상 홈을 형성하는 것도 가능하다.
그 밖의 제조 조건은 방향성 전자 강판의 일반적인 제조 방법에 따르면 좋다.
실시예
(실시예 1)
표 7에 나타내는 성분을 함유하고, 잔부는 실질적으로 Fe의 조성이 되는 강 슬래브를, 연속 주조로 제조하고, 1420℃로 가열 후, 열간 압연에 의해 판 두께:1.8㎜의 열연판으로 한 후, 1000℃에서 100초의 열연판 소둔을 실시하였다. 다음에, 냉간 압연에 의해 중간 판 두께:0.45㎜로 하고, 산화도 PH2O/PH2=0.40, 온도:1000℃, 시간:70초의 조건에서 중간 소둔을 실시하였다. 그 후, 염산 산세에 의해 표면의 서브 스케일을 제거한 후, 재차, 냉간 압연을 실시하여, 판 두께:0.23㎜의 냉연판으로 하였다.
다음에, 균열 온도 830℃에서 300초 유지하는 탈탄 소둔을 실시하고, 그 후, MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포하고, 2차 재결정·포스테라이트 피막 형성 및 순화를 목적으로 한 최종 마무리 소둔을 1200℃, 30시간의 조건에서 실시하였다. 그리고, 반응 분리제를 제거한 후에 포스테라이트 피막과 지철의 계면에 치밀한 산화막을 형성하는 연속 소둔을 실시하였다. 연속 소둔시의 도달 온도나 분위기, 라인 장력은 표 7에 나타낸다. 마지막으로, 60%의 콜로이달 실리카와 인산 알루미늄으로 이루어지는 절연 코트를 도포, 800℃에서 소부하였다. 이 코팅 도포 처리는 평탄화 소둔도 겸하고 있다. 그 후, 그 제품을 이용하여 권철심을 제작하고, N2 분위기, 860℃×10시간에서 왜곡 완화 소둔을 실행하였다.
[표 7]
Figure pct00007
상기한 실험 1과 마찬가지의 각종 측정을 실행한 결과에 대해 표 8에 나타낸다. 표 8의 No.1∼12를 보면, 동일한 제품판, 동일한 제조 조건으로 제품을 만들어도 포스테라이트 피막과 지철의 계면에서의 치밀한 산화막 형성 처리의 조건이 바뀌면, Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율(산화막의 형성 상태)이 변화하고, 산화막 형성량이 너무 적은(Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 너무 높은) 경우에는 왜곡 완화 소둔시의 질화가 억제되어 있지 않고, 또 산화막 형성량이 너무 많은(Cr 결핍층의 지철에 대한 Cr 농도 비율이 너무 낮은) 경우에는 산화막의 막두께 증가에 수반하여 지철 밀착성이 저하하고, 내코팅 박리성의 열화를 초래하고 있는 것을 알 수 있다. 본 결과로부터 산화막 형성 온도 및 처리 분위기(산소 분압)라는 2종류의 파라미터를 조합하여 제어하는 것이 중요한 것을 알 수 있다.
한편, No.13∼24에 대해서는 코일형상으로 소둔했을 때에 발생하는 감기 흔적(코일 세트)과 반대 방향의 구부림을 Φ1000㎜의 롤러로 부여하는 개소가 1개 이상 존재하는 패스 라인(도 5의 패턴 I)을 판이 통과했을 때의 결과를 나타내고 있다. No.1∼12에 있어서는 본 발명의 범위 산화막 형성 온도 및 처리 산소 분압이라는 2종류의 파라미터를 조합해서 제어할 필요가 있었지만, No.13∼24에서는 도달 온도가 달라도, 적정 산소 분압은 동일(No.16,17,18,19,20,21의 비교)이며, 산소 분압만의 제어로 좋은 결과가 얻어지고 있다.
No.25∼30에 대해서는 제조 조건을 변경한 제품의 평가 결과를 나타내고 있다. 산화막 형성 조건이 동일해도, 그 밖의 제조 조건이 다르면, Cr 결핍 비율이 변동하고 있다. 여기서는 탈탄 소둔시의 산화성 분위기나 MgO 도포량과 같은 정상 조건과 산화막 형성시의 산소 분압이라는 복수의 파라미터를 조합하여 제어할 필요가 있는 것을 나타내고 있다. 한편, No.31∼36에 대해서는 코일형상으로 소둔했을 때에 발생하는 감기 흔적(코일 세트)과 반대 방향의 구부림을 Φ500㎜의 롤러로 부여하는 개소가 1개 이상 존재하는 패스 라인을 판이 통과했을 때의 결과를 나타내고 있다. 여기서는 그 밖의 제조 조건 의존성은 보이지 않으며, 산화막 형성 조건이 본 발명을 만족시키면 양호한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.
[표 8]
Figure pct00008
(실시예 2)
표 9에 나타내는 성분을 함유하고, 잔부는 실질적으로 Fe의 조성이 되는 강 슬래브를, 연속 주조로 제조하고, 1400℃로 가열 후, 열간 압연에 의해 판 두께:2.6㎜의 열연판으로 한 후, 950℃에서 10초의 열연판 소둔을 실시하였다. 다음에, 냉간 압연에 의해 중간 판 두께:0.80㎜로 하고, 산화도 PH2O/PH2=0.35, 온도:1070℃, 시간:200초의 조건에서 중간 소둔을 실시하였다. 그 후, 염산에 의한 산세에 의해 표면의 서브 스케일을 제거한 후, 재차, 냉간 압연을 실시하여, 판 두께:0.20㎜의 냉연판으로 하였다.
다음에, 균열 온도 860℃에서 30초 유지하는 탈탄 소둔을 실시하고, 그 후, MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포하고, 2차 재결정·포스테라이트 피막 형성 및 순화를 목적으로 한 최종 마무리 소둔을 1150℃, 10시간의 조건에서 실시하였다. 그리고, 미반응 분리제를 제거한 후에, 50%의 콜로이달 실리카와 인산 알루미늄으로 이루어지는 코팅액을 도포하고 평탄화 소둔도 겸한 장력 코팅 소부 처리(소부 온도 850℃)를 실시하였다. 이 장력 코팅 소부 처리의 승온 과정의 임의의 온도역을 DX 가스 분위기(CO2:15%, CO:3%, H2:0.5%, 잔여 N2, 노점 30℃)로 제어함으로써 산화막 형성 처리를 실행하였다. 산화막 형성 처리 조건이나 그 밖의 제조 조건에 대해서는 표 9에 나타낸다. 마지막으로, 50%의 콜로이달 실리카와 인산 알루미늄으로 이루어지는 코팅액을 도포, 800℃에서 소부하였다. 이 코팅 도포 처리는 평탄화 소둔도 겸하고 있다. 그 후, 그 제품판을 이용하여 권철심을 제작하고, DX 가스 분위기(CO2:15%, CO:3%, H2:0.5%, 잔여 N2, 노점 30℃), 860℃×10시간에서 왜곡 완화 소둔을 실행하였다.
[표 9]
Figure pct00009
상기한 실험 1과 마찬가지의 각종 측정을 실행한 결과에 대해 표 10에 나타낸다. 표 10의 No.1∼16을 보면, 동일한 제조 조건이라도 강 조성이 다른 경우, Cr 결핍층의 비율이 변동하고 있으며, 본 발명의 범위내로 Cr 결핍층 비율을 제어하는 특정의 바람직한 범위가 존재하는 게 아니라, 그때마다 제조 조건(영향 인자의 조합)에 맞게 조정할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 조건은 달라도, 본 발명의 범위로 Cr 결핍층의 비율을 제어할 수 있는 것은 양호한 제품 특성을 갖고 있다.
한편, No.16∼32에 대해서는 코일형상으로 소둔했을 때에 발생하는 감기 흔적(코일 세트)과 반대 방향의 구부림을 부여하는 개소가 1개 이상 존재하는 패스 라인을 판이 통과했을 때의 결과를 나타내고 있다. 산소 분압이 0.01∼0.25atm의 범위내의 경우에는 강 조성에 관계없이, 바람직한 Cr 결핍층의 비율로 되어 있으며(No.21∼28), 양호한 제품 특성이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
[표 10]
Figure pct00010

Claims (6)

  1. 지철의 표면에 포스테라이트 피막을 갖는 방향성 전자 강판으로서,
    상기 지철과 상기 포스테라이트 피막의 경계에, 상기 지철에 있어서의 Cr 농도의 0.70∼0.90배의 Cr 농도의 Cr 결핍층을 갖는 방향성 전자 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지철은 Cr:0.02질량%이상 0.20질량%이하를 함유하는 방향성 전자 강판.
  3. 방향성 전자 강 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고,
    상기 열연 강판에 1회의 냉간 압연 또는 중간 소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연을 실시하여 최종 판 두께를 갖는 냉연 강판으로 하고,
    상기 냉연 강판에 탈탄 소둔을 실시하고,
    상기 탈탄 소둔 후의 냉연 강판에 MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포하고 나서, 해당 냉연 강판을 코일형상으로 하여 마무리 소둔을 실시하고, 그 후, 장력 코팅을 실시하는 방향성 전자 강판의 제조 방법으로서,
    상기 마무리 소둔 후이고 상기 장력 코팅을 소부할 때까지의 동안에, 300∼600℃의 온도역에서 강판을 통과시키는 과정의 적어도 일부에서 분위기 산화성을 제어하여, 지철과 포스테라이트 피막의 경계에, 상기 지철에 있어서의 Cr 농도의 0.70∼0.90배의 Cr 농도의 Cr 결핍층을 형성하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마무리 소둔과 상기 Cr 결핍층의 형성 처리의 사이에 있어서, 상기 마무리 소둔 후의 강판에 남는 감기 흔적과 반대 방향의 구부림을 부여하는 개소가 적어도 1개소 이상 존재하는 패스 라인에, 상기 마무리 소둔 후의 강판을 통과시키고, 상기 Cr 결핍층을 형성시킬 때의 분위기 산화성을, 산소 분압 PO2:0.01atm∼0.25atm으로 제어하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구부림은 곡률 반경이 750㎜이하인 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  6. 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 방향성 전자 강 슬래브는 Cr:0.02질량%이상 0.20질량%이하를 함유하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
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