KR20190107079A - 방향성 전기 강판 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라, 강판의 표면에, 복수의 선상 홈을 개재하여 세분화된 자구를 갖는 방향성 전기 강판에 있어서, 상기 선상 홈의 바닥면에, 그 홈이 연장되는 방향으로 소정의 간격 p 를 두고 나열되는 복수의 오목부를 형성하고, 상기 오목부는, 소정의 깊이 d 를 갖는 것으로 함으로써, 자속 밀도의 저하를 억제하여 철손을 보다 한층 개선한 전기 강판을 제공할 수 있다.

Description

방향성 전기 강판

본 발명은, 변압기, 특히 권선 변압기의 철심 재료에 바람직한 방향성 전기 강판에 관한 것이다.

방향성 전기 강판은, 주로 트랜스의 철심으로서 이용되고, 자화 특성이 우수한 것, 특히 철손이 낮은 것이 요구되고 있다. 그러기 위해서는, 강판 중의 2 차 재결정립을 (110)[001] 방위 (고스 방위) 로 고도로 정렬시키는 것이나, 제품 중의 불순물을 저감시키는 것이 중요하다.

그러나, 결정 방위의 제어나 불순물의 저감에는 한계가 있는 점에서, 물리적인 수법에 의해 자구를 세분화하여 철손을 저감시키는 기술, 즉 자구 세분화 기술이 여러 가지 개발되고 있다. 자구 세분화의 기술은 크게 나누어 비내열형의 기술과 내열형의 기술로 나뉜다. 권선 변압기에 있어서는, 철심 가공 후에 응력 제거 어닐링을 실시하기 위해 내열형의 자구 세분화 기술이 요구되고 있다.

비내열형의 자구 세분화 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1 에는, 최종 제품판에 레이저를 조사하여, 강판 표층에 선상의 변형 영역을 도입하는 기술이 개시되어 있다. 또, 내열형의 자구 세분화 기술로는, 강판 표면에 홈을 형성하는 방법이 일반적이다. 구체적으로는, 특허문헌 2 에 치형 (齒型) 을 기계적으로 강판에 가압하여 홈을 형성하는 방법이, 특허문헌 3 에 에칭에 의해 홈을 형성하는 방법이, 또 특허문헌 4 에 레이저에 의해 홈을 형성하는 방법이, 각각 개시되어 있다.

상기의 홈 형성에 의한 자구 세분화 기술은, 상기의 높은 전위 밀도역을 도입하는 레이저 등을 사용한 자구 세분화 기술에 비해, 철손 저감 효과가 적은 것 및 자속 밀도가 낮은 것이 문제이다. 그래서, 이들 문제점의 개선을 목표로 하여, 홈의 형성 방법에 대한 연구가 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 5 에는 강판 표면의 형상을 연구한 것이 개시되고, 특허문헌 6 에는 홈 형상을 연구한 것이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 소55-18566호 일본 공개특허공보 소62-067114호 일본 공개특허공보 소63-042332호 일본 공개특허공보 평07-220913호 일본 특허공보 제4719319호 일본 특허공보 제5771620호

홈 형성에 의한 내열형의 자구 세분화 기술은, 형성하는 홈 용적에 비례하여 지철분이 감소한다. 그 때문에, 홈을 깊게 하여 자구 세분화 효과를 높이려고 하면, 자속 밀도가 낮아지는 것이 문제이다. 이것은, 특허문헌 5 나 특허문헌 6 에 개시된 기술에 있어서도 마찬가지로, 자속 밀도의 저하와 자구 세분화 효과의 밸런스하에서 얻어지는 효과를 뛰어 넘을 수 없는 점에 과제가 남아 있다.

본 발명은, 상기의 실정을 감안하여 개발된 것으로, 선상 홈의 깊이 방향의 형상을 연구함으로써, 자속 밀도의 저하를 억제하여 철손을 보다 한층 개선한 방향성 전기 강판을 제공하고자 하는 것이다.

그런데, 상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은, 자구 세분화 전에 동일한 특성을 가지는 방향성 전기 강판에 다양한 홈을 형성하는 실험을 반복하던 중, 홈 바닥면이 평활하지 않고 거칠어져 있는 것 중에, 자속 밀도의 열화량에 비해 철손의 개선량이 많은 것을 발견하였다. 그래서, 추가로 이들 강판을 상세하게 조사함으로써 홈 바닥면의 최적 형상을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 요지 구성은, 다음과 같다.

1. 강판의 표면에, 복수의 선상 홈을 개재하여 세분화된 자구를 갖는 방향성 전기 강판으로서,

상기 선상 홈의 바닥면에, 그 홈이 연장되는 방향으로 이하의 식 (1) 을 만족하는 간격 p (㎛) 를 두고 나열되는 복수의 오목부를 구비하고,

상기 오목부는, 이하의 식 (2) 를 만족하는 깊이 d (㎛) 를 갖는 방향성 전기 강판.

0.20W ≤ p ≤ 1.20W … (1)

여기서, W : 선상 홈의 개구 폭 (㎛)

0.10D ≤ d ≤ 1.00D … (2)

여기서, D : 선상 홈의 평균 깊이 (㎛)

2. 상기 선상 홈의 평균 깊이 D (㎛) 가 이하의 식 (3) 을 만족하는 상기 1 에 기재된 방향성 전기 강판.

0.05t ≤ D ≤ 0.20t … (3)

여기서, t : 강판의 두께 (㎛)

3. 상기 선상 홈이 연장되는 방향이, 상기 강판의 압연 방향과 직교하는 방향과 이루는 각도가 0°이상 40°이하인 상기 1 또는 2 에 기재된 방향성 전기 강판.

4. 상기 선상 홈의 상기 강판의 압연 방향에 있어서의 상호 간격 l (㎛) 이 이하의 식 (4) 를 만족하는 상기 1, 2 또는 3 에 기재된 방향성 전기 강판.

10W ≤ l ≤ 400W … (4)

여기서, W : 선상 홈의 개구 폭 (㎛)

5. 상기 선상 홈의 개구 폭 W 가 5 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하인 상기 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 방향성 전기 강판.

본 발명에 의하면, 강판 표면에 형성한 홈을 개재한 자구 세분화 효과에 의해 철손을 개선한 방향성 전기 강판에 있어서, 자속 밀도의 저하를 억제할 수 있다.

도 1 은, 표면에 선상 홈을 갖는 강판의 사시도이다.
도 2 는, 선상 홈의 형상을 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 선상 홈의 단면 형상을 나타내는 전자 현미경 (SEM) 사진 (D ＝ 20 ㎛, d ＝ 15 ㎛, p ＝ 30 ㎛) 이다.
도 4 는, d ＝ 1.00D 인 경우의 선상 홈의 형상의 일례를 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

홈 형성에 의한 내열형의 자구 세분화는, 홈의 측면에 생성된 자극 (磁極) 에 의해 정자 (靜磁) 에너지가 높아지는 것을 해소하기 위해, 새롭게 180°자벽이 생성되어 자구 폭이 좁아짐으로써 실현된다. 이와 같이, 자구 폭이 좁아지면, 강판이 자화되었을 때의 자벽의 이동 거리가 짧아져, 자벽 이동시의 에너지 손실이 저감, 즉 철손이 저감된다.

상기 철손 저감 메커니즘의 발현에는, 자극의 생성이 필요한 점에서, 투자율 (透磁率) 이 상이한 물질의 계면을 만들어 내는 것이 필수이다.

여기서, 홈 형성의 기술에서는, 투자율이 상이한 물질로서 철과 공기를 이용하고 있다. 그 때문에, 홈의 체적분은 단순한 공간이 되기 때문에 강판의 실효 투자율이 저하되고, 자기 특성의 지표인 800 A/m 로 자화하였을 때의 자속 밀도 B₈ 치가 저하되어 버린다.

따라서, 자극을 많이 생성하여 자구 세분화 효과를 높게 하면, 자속 밀도는 저하되어 버린다는 딜레마가 생긴다. 또, 자극은 홈의 측면에서만 생기기 때문에, 강판 표면 (일방 측면) 에 홈을 형성하는 경우, 강판의 두께 중심부 혹은 이면 (타방 측면) 에서는, 홈 형성에 의한 효과가 파급되기 어렵다.

그래서, 본 발명의 발명자들은, 상기한 홈 형성에 의한 효과를 최대한으로 살리는, 홈 바닥면의 형상에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 선상 홈의 바닥면에 소정의 조건을 만족하는 오목부를 형성하는 것이 유효하다는 지견을 얻었다. 즉, 선상 홈의 바닥면에, 소정의 간격을 두고 나열되는 복수의 오목부를 구비하는 것, 그 오목부는 소정의 깊이를 갖는 것이 홈 형성에 의한 자구 세분화의 효과를 발휘하는 데에 적절한 것을 알아냈다.

구체적으로는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 강판 (1) 의 압연 방향을 횡단하는 방향으로 연장되며, 또한 압연 방향으로 간격을 두고 형성한 선상 홈 (2) 에 있어서, 홈의 바닥면에 복수의 오목부 (3) 를 선상 홈 (2) 이 연장되는 방향으로 형성한다. 이 오목부 (3) 는, 예를 들어 a-a 선을 따른 단면을 도 2 (a) 나 도 3 에 나타내는 바와 같이 원뿔상으로 하거나, b-b 선을 따른 단면을 도 2 (b) 에 나타내는 바와 같이 원통상으로 하거나 할 수 있다. 또, 후술하는 식 (1) 에 따른 간격 p (㎛) 및 후술하는 식 (2) 에 따른 깊이 d (㎛) 를 만족하면, 형상은 특별히 불문하고, 상이한 형상이 나열되어 있어도 상관없다. 또한, 도 1 에서는, 설명의 편의상, 선상 홈마다 상이한 형상의 오목부를 형성하고 있지만, 모든 선상 홈에 동일한 형상의 오목부를 형성하는 것이 제조성의 관점에서 바람직하다.

이와 같이 선상 홈 (2) 의 바닥부에 오목부 (3) 를 형성하면, 강판 표면에서 생성되는 자극의 수보다는 적기는 하지만, 강판 안쪽에도 자극이 새롭게 생성된다. 여기서, 자벽은 그 내부 에너지를 최소화하는 방향, 즉 강판 표면에 대해 수직으로 이면측을 향해 생성되는 경향이 있다. 따라서, 강판 안쪽에서 생성되는 자극의 수가 적어도, 그 자벽은 강판의 안쪽으로 곧게 생성되기 때문에, 강판 표면에서의 자극수에 대한 자극수의 감소에 비해 자구 세분화 효과의 감소량은 온화한 것이 된다. 그 결과, 동일 단면적이 되는 종전의 균일한 깊이의 홈에 비해, 자구 세분화 효과는 커진다.

덧붙여서, 본 발명과는 별도의 수단으로서, 단면적이 일정한 조건하, 강판을 전체 두께에 걸쳐 관통하는 도트상의 구멍을 선상으로 나열하여 자극을 생성하는 방법이 고려된다. 그러나, 이 형태는, 구멍과 구멍 사이에 홈이 없기 때문에 자구 세분화의 효과는 발휘되지 않는다. 오히려, 동일 단면적이면, 강판 표면에 균일한 깊이의 홈을 형성한 편이 세분화 효과가 높아진다. 따라서, 본 발명에서는, 강판 표면에 균일한 깊이의 홈을 형성하고, 그 바닥면에 깊은 홈의 일부로 간주할 수 있는 오목부를 형성함으로써, 한층 우수한 자구 세분화 효과를 발생시키는 것이다.

다음으로, 본 발명의 각 구성 요건의 한정 이유에 대해 서술한다.

본 발명에서는, 선상 홈의 바닥면에, 그 홈이 연장되는 방향으로 이하의 식 (1) 을 만족하는 간격 p 를 두고 나열되는 복수의 오목부를 구비하는 것, 그리고 그 오목부는, 이하의 식 (2) 를 만족하는 깊이 d 를 갖는 것이 중요하다.

0.20W ≤ p ≤ 1.20W … (1)

여기서, W : 선상 홈의 개구 폭으로 하고,

0.10D ≤ d ≤ 1.00D … (2)

여기서, D : 선상 홈의 깊이로 한다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 p, d, W 및 D 의 단위는 (㎛) 로 한다.

오목부의 간격 p 는, 선상 홈이 연장되는 방향을 따른 단면 (도 1 에 있어서의 a-a 선 단면) 을, 길이 1 mm 에 걸쳐 광학 현미경 혹은 전자 현미경으로 관찰하여, 후술하는 평균 깊이 D 의 위치 (도 2 의 점선 위치) 를 횡단하는 오목부의 개수를 측정하고, 이 개수로 1 mm 를 나눈 값으로 한다. 그리고, 임의의 3 개 지점에 대해 측정하고, 그 평균을 간격 p 로 한다. 또, W 는 강판 표면에서의 선상 홈의 개구 폭으로 한다.

오목부의 깊이 d 는, 선상 홈이 연장되는 방향을 따른 단면 (도 1 에 있어서의 a-a 선 단면) 을, 길이 1 mm 에 걸쳐 광학 현미경 혹은 전자 현미경으로 관찰하여, 각 오목부의 가장 깊은 부분의 평균으로부터 선상 홈의 평균 깊이 D 를 뺀 것으로 한다.

홈의 평균 깊이 D 는, 선상 홈이 연장되는 방향을 따른 단면 (도 1 에 있어서의 a-a 선 단면) 을, 길이 1 mm 에 걸쳐 광학 현미경 혹은 전자 현미경으로 관찰하여, 오목부를 포함한 홈의 단면적 (도 2 에서 해칭한 부분) 을 측정하고, 이 단면적을 1 mm 로 나눈 값으로 한다. 또한, 측정하는 단면은, 홈의 강판 압연 방향에서의 중앙을 지나는 단면으로 한다.

그런데, 상기한 바와 같이, 오목부의 간격 p 는, 선상 홈의 개구 폭을 W 로 하였을 때, 0.20W 이상 1.20W 이하일 필요가 있다. 즉, 오목부의 간격 p 가 0.20W 보다 작으면, 상기 서술한 오목부를 형성하는 효과가 없어진다. 바꾸어 말하면, 균일한 홈 깊이의 종전의 홈과 동일하게 되어, 자구 세분화 효과를 크게 개선하는 것이 어려워진다. 한편, 간격 p 가 1.20W 보다 커지면, 간격이 지나치게 넓어져, 역시 자구 세분화 효과를 크게 개선하는 것이 어려워진다.

또, 오목부의 깊이 d 는 0.10D 이상 1.00D 이하일 필요가 있다. 오목부의 깊이가 0.10D 보다 작은 경우에는 상기 서술한 판 두께 중심부역에서의 자구 세분화 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 1.00D 보다 큰 경우에는 자구 세분화 효과는 커진다. 그러나, 강판의 투자율은 저하되고, 높은 자속 밀도로 여자한 경우의 철손의 증대를 초래한다. 그 때문에, 오목부의 깊이는, 1.00D 이하일 필요가 있다. 예를 들어, 오목부가 도 4 에 나타내는 바와 같은 단면 형상으로 되는 경우, d ＝ 1.00D 가 된다.

또한, 도 1 및 2 에는, 오목부 (3) 로서 원뿔상 및 원통상의 사례를 나타냈지만, 이것들의 형상에 한정되지 않고, 예를 들어 타원뿔상이나 타원통상 외에, 각기둥이나 각뿔 형상 등이어도 된다. 요점은, 간격 p 및 깊이 d 가 상기 서술한 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하면 된다.

또, 선상 홈의 (평균) 깊이 D 는, 이하의 식 (3) 을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 강판의 두께 t 는, 홈이 없는 부분의 판 두께로 한다.

0.05t ≤ D ≤ 0.20t … (3)

여기서, t : 강판의 두께 (본 발명에 있어서 t 의 단위는 mm 로 하지만, 상기 식에 적용하는 경우에는 ㎛ 로 환산한다)

즉, 선상 홈의 (평균) 깊이 D 가 0.05t 에 못 미치는 경우에는, 강판의 두께에 대해 홈의 깊이가 지나치게 얕기 때문에, 자구 세분화 효과가 발휘되지 않을 우려가 있다. 한편, (평균) 깊이 D 가 0.20t 보다 큰 경우에는, 자구 세분화 효과는 커지지만 강판의 투자율이 저하되고, 높은 자속 밀도로 여자한 경우의 철손의 증대를 초래할 우려가 있다. 그 때문에, D 는 0.20t 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 선상 홈이 연장되는 방향이 강판의 압연 방향과 직교하는 방향과 이루는 각도가 0°이상 40°이하인 것이 바람직하다. 즉, 자극의 크기는 자속이 흐르는 방향과 홈 측면이 이루는 각도에 의존하고 있고, 방향성 전기 강판에서는 0°일 때가 가장 커진다. 자극의 크기는 각도가 커질수록 작아지므로 대개 40°이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 30°이하이다.

선상 홈의 강판의 압연 방향에 있어서의 상호 간격 l (도 1 참조, 또한, 본 발명에 있어서 l 의 단위는 ㎛ 로 한다) 은, 이하의 식 (4) 를 만족하는 것이 바람직하다.

10W ≤ l ≤ 400W … (4)

여기서, W : 선상 홈의 개구 폭

즉, 선상 홈의 간격 l 이 10W 보다 작으면, 단위 길이당 형성되는 홈의 개수가 많아지기 때문에 자구 세분화 효과는 커진다. 그러나, 이러한 홈의 가공에 시간이 걸려 비용의 증대를 초래한다. 한편, 간격 l 이 400W 보다 커지면, 홈의 개수는 적어져 생산성은 향상되지만 자구 세분화 효과가 작아져 버린다.

선상 홈의 개구 폭 W 는, 5 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 즉, 선상 홈의 개구 폭 W 는 좁을수록 자구 세분화에 유효하지만, 5 ㎛ 보다 좁은 폭으로 강판 표면을 가공하기 위해서는 매우 고가의 가공법이 필요해지기 때문에, 생산성과 가공 비용의 면에서 불리하다. 또, 홈 폭이 넓어질수록 가공이 용이해지지만 150 ㎛ 보다 커져도 생산성이나, 가공 비용의 개선 효과가 잘 얻어지지 않게 된다.

또한, 도 1 에서는, 선상 홈 (2) 이 연장되는 방향과 직교하는 단면의 형상을 사각형상으로 하고 있지만, 사각형에 한정되지 않고, 바닥면이 원호의 연속이 되는 홈통상이어도 된다.

본 발명의 방향성 전기 강판에 홈을 형성하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 홈 형성 방법의 구체적인 예를 몇 가지 서술한다.

(에칭법 1)

최종 냉간 압연 후의 방향성 전기 강판의 표면에, 레지스트 마스크를 형성하고, 그 후 전해 에칭에 의해 강판 표면에 본 발명에 따른 홈 형상을 형성하는 방법이다.

본 발명에 따른 홈 형상을 달성하기 위해서는, 마스크 형성 및 에칭을 각각 2 회 반복할 필요가 있다. 즉, 먼저 1 회째에서 오목부에 해당하는 부분을 원하는 간격으로 도트상으로 강판이 노출되도록 레지스트 마스크 형성하고 에칭 가공한다. 그 후, 레지스트 마스크를 일단 제거하고, 2 회째로 선 상에 강판이 노출되도록 마스크를 형성하여 에칭한다. 이와 같이, 2 단 가공을 함으로써 본 발명의 홈 형상을 얻을 수 있다.

여기서, 본 발명의 D 는 오목부의 일부도 포함되는 점에서, 이러한 영향을 고려하여 본 발명을 만족시키도록 2 회째의 에칭 (D 를 결정하는 것) 을 실시할 필요가 있다. 또, 1 회째의 에칭으로 형성한 오목부에 해당하는 부분은 2 회째의 에칭으로 그 상부가 제거되어 버린다. 따라서, 이러한 2 회째의 에칭 후에 본 발명에 따른 오목부 형상이 되도록, 이러한 제거를 고려하여 1 회째의 에칭에 있어서의 오목부에 해당하는 부분을 형성할 필요가 있다. 또한, 레지스트 마스크의 형성은 그라비아 인쇄, 잉크젯 인쇄 등으로 실시할 수 있다. 에칭은, 산을 이용한 화학 에칭 또는 NaCl 수용액을 이용한 전해 에칭에 의해 실시할 수 있다.

(에칭법 2)

최종 마무리 어닐링 후의 포스테라이트 피막이 형성된 방향성 전기 강판을 사용하는 방법이다. 레지스트 마스크로서 포스테라이트 피막을 사용함으로써 고가의 에칭 레지스트를 사용하지 않고, 또 레지스트 박리 공정을 생략할 수 있는 장점이 있다. 이 방법에서도 상기의 수법과 마찬가지로 2 단 가공이 필요하다. 먼저, 1 회째로서 포스테라이트 피막에 파이버 레이저 등을 사용하여 피막을 도트열상으로 박리한다. 그 후, 에칭 가공을 실시하고, 계속해서, 파이버 레이저 등을 사용하여 피막을 선상으로 박리하고 2 회째의 에칭 가공을 실시한다. 에칭 등은 전술한 법과 마찬가지로 실시할 수 있다. 또한, 2 회째의 에칭 가공 후의 오목부 형상이 중요한 것은 전술한 단락에서 서술한 바와 같다.

(레이저 직조법 (直彫法))

에칭법에서는 2 단 가공이 되기 때문에 프로세스 비용이 높아진다. 그래서, 단펄스 레이저 (피코초 레이저나 펨토초 레이저) 를 사용하여 직접 홈으로 가공한다.

최종 마무리 어닐링 후의 방향성 전기 강판에 대해 가공을 실시하는 것이 간단하여 바람직하다. 통상, 포스테라이트 (세라믹스) 와 강 (지철) 에서는 가공에 최적인 레이저 출력이 상이한데 (세라믹스의 가공 쪽이 고출력이 필요), 굳이 세라믹스에 최적화된 고출력으로 지철 부분을 가공하는 것이 바람직하다. 펄스 간격과 레이저 스캔 속도에 비례한 피치로 원하는 홈 형상 및 오목부 형상을 가공할 수 있으므로 간이하기 때문이다.

마지막으로, 본 발명의 방향성 전기 강판을 제조함에 있어서, 상기의 조건 이외에는 특별히 한정되지 않지만, 추장되는 바람직한 성분 조성 및 상기의 조건 이외의 제조 조건에 대해, 이하에 서술한다.

본 발명에 있어서, 인히비터를 이용하는 경우, 예를 들어 AlN 계 인히비터를 이용하는 경우이면 Al 및 N 을, 또 MnS·MnSe 계 인히비터를 이용하는 경우이면 Mn 과 Se 및/또는 S 를, 각각 적당량 함유시키면 된다. 물론, 양 인히비터를 병용해도 된다. 이 경우에 있어서의 Al, N, S 및 Se 의 바람직한 함유량은 각각, Al : 0.01 ∼ 0.065 질량％, N : 0.005 ∼ 0.012 질량％, S : 0.005 ∼ 0.03 질량％, Se : 0.005 ∼ 0.03 질량％ 이다. 또한, 이들 인히비터 성분은 최종 마무리 어닐링 후에 강판 (지철) 으로부터 제거되어, 불순물 정도의 함유량이 된다.

또, 본 발명은, Al, N, S 및 Se 의 함유량을 제한한, 기본적으로 인히비터를 사용하지 않는 방향성 전기 강판에도 적용할 수 있다. 이 경우에는, Al, N, S 및 Se 의 양은 각각, Al : 100 질량ppm 이하, N : 50 질량ppm 이하, S : 50 질량ppm 이하 및 Se : 50 질량ppm 이하로 각각 억제하는 것이 바람직하다.

그 밖의 기본적 성분 및 임의 첨가 성분에 대해 서술하면, 다음과 같다.

C : 0.08 질량％ 이하

C 의 함유량이 0.08 질량％ 를 초과하면, 제품에 있어서 자기 시효가 일어나지 않는 50 질량ppm 이하까지 제조 공정 중에 C 를 저감시키는 것이 곤란해지기 때문에, 0.08 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 하한에 관해서는, C 를 함유하지 않는 소재에서도 2 차 재결정이 가능하므로 특별히 설정할 필요는 없다.

Si : 2.0 ∼ 8.0 질량％

Si 는, 강의 전기 저항을 높이고, 철손을 개선하는 데에 유효한 원소이지만, 함유량이 2.0 질량％ 에 못 미치면 충분한 철손 저감 효과를 달성할 수 없다. 한편, Si 량이 8.0 질량％ 를 초과하면 가공성이 현저하게 저하되고, 또 자속 밀도도 저하된다. 그 때문에, Si 량은 2.0 ∼ 8.0 질량％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

Mn : 0.005 ∼ 1.0 질량％

Mn 은, 열간 가공성을 양호하게 하는 데에 있어서 필요한 원소이지만, 함유량이 0.005 질량％ 미만에서는 그 첨가 효과가 부족하다. 한편, Mn 량은 1.0 질량％ 를 초과하면 제품판의 자속 밀도가 저하된다. 그 때문에, Mn 량은 0.005 ∼ 1.0 질량％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

상기의 기본적 성분 이외에, 자기 특성 개선 성분으로서, 다음에 서술하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.

Ni : 0.03 ∼ 1.50 질량％, Sn : 0.01 ∼ 1.50 질량％, Sb : 0.005 ∼ 1.50 질량％, Cu : 0.03 ∼ 3.0 질량％, P : 0.03 ∼ 0.50 질량％, Mo : 0.005 ∼ 0.10 질량％ 및 Cr : 0.03 ∼ 1.50 질량％ 중에서 선택한 적어도 1 종

Ni 는, 열연판 조직을 개선하여 자기 특성을 향상시키기 위해 유용한 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.03 질량％ 미만에서는 자기 특성의 향상 효과가 작고, 한편 1.50 질량％ 를 초과하면 2 차 재결정이 불안정해져 자기 특성이 열화된다. 그 때문에, Ni 량은 0.03 ∼ 1.50 질량％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또, Sn, Sb, Cu, P, Mo 및 Cr 은 각각 자기 특성의 향상에 유용한 원소이지만, 모두 상기한 각 성분의 하한에 못 미치면, 자기 특성의 향상 효과가 작다. 한편, 상기한 각 성분의 상한량을 초과하면, 2 차 재결정립의 발달이 저해된다. 그 때문에, 각각 상기의 범위에서 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 제조 공정에 있어서 혼입되는 불가피적 불순물이다.

상기의 바람직한 성분 조성으로 조정한 강 소재를, 통상의 조괴법, 연속 주조법으로 슬래브로 해도 되고, 100 mm 이하의 두께의 박주편 (薄鑄片) 을 직접 연속 주조법으로 제조해도 된다. 슬래브는, 통상의 방법으로 가열하여 열간 압연에 제공하지만, 주조 후 가열하지 않고 즉시 열간 압연에 제공해도 된다. 박 주편의 경우에는 열간 압연해도 되고, 열간 압연을 생략하고 그대로 이후의 공정으로 진행해도 된다. 이어서, 필요에 따라 열연판 어닐링을 실시한 후, 1 회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연에 의해 최종 판 두께로 하고, 그 후 탈탄 어닐링 그리고 최종 마무리 어닐링을 각각 실시한 후, 통상은 절연 장력 코팅을 도포하여 제품으로 한다.

실시예 1

질량％ 로, Si : 3.3 ％, C : 0.06 ％, Mn : 0.08 ％, S : 0.001 ％, Al : 0.015 ％, N : 0.006 ％, Cu : 0.05 ％ 및 Sb : 0.01 ％ 를 함유하는 강 슬래브를 1100 ℃ 에서 30 분 가열 후, 열간 압연하여 2.2 mm 의 판 두께의 열연판으로 하고, 1000 ℃ × 1 분간의 조건에서 열연판 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연에 의해 0.23 mm 의 최종 판 두께의 강판으로 하였다. 이어서, 이 강판을, 실온에서부터 820 ℃ 까지, 가열 속도 20 ℃/s 로 승온시키고, 습윤 분위기하에서 1 차 재결정 어닐링 (탈탄 어닐링을 겸한다) 을 실시한 후, MgO 를 주체로 하는 어닐링 분리제를 물 슬러리상으로 하고 나서 도포하고, 건조시켰다. 또한, 이 강판을 300 ℃ 부터 800 ℃ 사이를 100 시간에 걸쳐 승온시킨 후, 1200 ℃ 까지 50 ℃/h 로 승온시키고, 1200 ℃ 에서 5 시간 어닐링하는 최종 마무리 어닐링을 실시하였다. 계속해서 인산마그네슘 (Mg(PO₃)₂ 로서) : 30 mol％, 콜로이달 실리카 (SiO₂ 로서) : 60 mol％, CrO₃ : 10 mol％ 의 조성을 가지는 규인산염계의 절연 장력 코팅을 도포하고, 850 ℃ × 1 분의 조건에서 베이킹하였다. 이렇게 하여 얻어진 강판을 압연 방향 300 mm × 압연 직각 방향 100 mm 의 크기로 전단한 후, 응력 제거 어닐링 (800 ℃, 2 시간, N₂ 분위기) 에 제공하였다. 그 후, 자기 특성 (W_17/50 치, B₈ 치) 을 측정하였다. 측정 결과는, W_17/50 : 0.83 W/kg, B₈ : 1.92T 였다.

다음으로, 주식회사 엘피에스·워크스 제조의 피코초 레이저 가공기 (PiCooLs) 를 사용하여, 강판에, 표 1 에 기재된 다양한 형상을 가지는 선상 홈을 가공하였다. 그 때, 선상 홈이 연장되는 방향과 강판의 압연 방향에 직교하는 방향이 이루는 각도를 10°로 하고, 선상 홈의 상호 간격을 3000 ㎛ 로 하였다. 이 홈 가공 후, 응력 제거 어닐링 (800 ℃, 2 시간, N₂ 분위기) 을 실시한 후의, 강판의 자기 특성 (W_17/50 치, W_15/60 치, B₈ 치) 을 각각 측정하였다. 그 결과들을 표 1 에 나타낸다.

표 1 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 형상을 갖는 홈이면, 선상 홈의 바닥면이 균일한 깊이의 종래예와 동등 이상으로 자속 밀도 B₈ 을 유지한 채로, 고자장에서의 철손 W_17/50 을 0.74 W/kg 이하로, 또, 철손 W_15/60 을 0.71 W/kg 이하로 매우 양호하게 할 수 있다.

여기서, B₈ 이란 800 A/m 로 여자하였을 때의 자속 밀도를, W_17/50 은 자속 밀도 1.7T, 50 Hz 의 교류로 여자하였을 때의 철손을, W_15/60 은 자속 밀도 1.5T, 60 Hz 의 교류로 여자하였을 때의 철손을 각각 나타낸다.

실시예 2

질량％ 로, Si : 3.3 ％, C : 0.06 ％, Mn : 0.08 ％, S : 0.001 ％, Al : 0.020 ％, N : 0.006 ％, Cu : 0.05 ％ 및 Sb : 0.01 ％ 를 함유하는 강 슬래브를, 1200 ℃ × 30 분의 조건에서 가열 후, 열간 압연하여 2.2 mm 의 판 두께의 열연판으로 하였다. 또한, 이 열연판에 1000 ℃ × 1 분간의 조건에서 열연판 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연에 의해 0.27 mm 의 최종 판 두께의 강판으로 하였다. 이어서, 이 강판을 실온에서부터 820 ℃ 까지 가열 속도 200 ℃/s 로 승온시키고, 습윤 H₂-N₂ 분위기하에서 1 차 재결정 어닐링 (탈탄 어닐링을 겸한다) 을 실시한 후, MgO 를 주체로 하는 어닐링 분리제를 물 슬러리상으로 하고 나서 도포하고, 건조시켰다. 또한, 이 강판을 300 ℃ 부터 800 ℃ 사이를 100 시간에 걸쳐 승온시킨 후, 1200 ℃ 까지 50 ℃/h 로 승온시키고, 1200 ℃ 에서 5 시간 어닐링하여 최종 마무리 어닐링으로 하였다. 계속해서 인산알루미늄 (Al(PO₃)₃ 으로서) 25 mol％, 콜로이달 실리카 (SiO₂ 로서) 60 mol％, CrO₃ : 7 mol％ 의 조성을 가지는 규인산염계의 절연 장력 코팅을 도포하고, 800 ℃ × 1 분의 조건에서 베이킹하였다. 이렇게 하여 얻어진 강판을, 압연 방향 300 mm × 압연 직각 방향 100 mm의 크기로 전단하고, 응력 제거 어닐링 (800 ℃, 2 시간, N₂ 분위기) 하였다. 그 후, 자기 특성 (W_17/50 치, B₈ 치) 을 측정하였다. 측정 결과는, W_17/50 : 0.90 W/kg, B₈ : 1.93T 였다.

다음으로, 주식회사 엘피에스·워크스 제조의 피코초 레이저 가공기 (PiCooLs) 를 사용하여 1 단째의 가공을 실시하고, 포스테라이트 피막 및 절연 장력 코트를 표 2 에 기재된 형상이 되도록 점상으로 박리하였다. 그 후, NaCl 을 전해액으로 하여 전해 에칭을 실시하였다. 이어서, 상기 레이저 가공기를 사용하여 2 단째의 가공으로서, 표 2 에 기재된 형상이 되도록 1 회째에 가공한 도트와 도트 사이에 존재하는 포스테라이트 피막과 절연 코트를 박리하고, NaCl 을 전해액으로 하여 전해 에칭을 실시하였다.

또한, 홈 가공 후의 강판에 응력 제거 어닐링 (800 ℃, 2 시간, N₂ 분위기) 을 실시하였다. 이어서, 이러한 강판의 자기 특성 (W_17/50 치, W_15/60 치, B₈ 치) 을 측정하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다.

표 2 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 형상을 갖는 홈이면, 선상 홈의 바닥면이 균일한 깊이의 종래예와 동등 이상으로 자속 밀도 B₈ 을 유지한 채로, 고자장에서의 철손 W_17/50 을 0.80 W/kg 이하로, 또, 철손 W_15/60 을 0.75 W/kg 이하로 매우 양호하게 할 수 있다.

1 : 강판
2 : 선상 홈
3 : 오목부
l : 선상 홈의 상호 간격
W : 선상 홈의 개구 폭
t : 강판의 두께
D : 선상 홈의 깊이
d : 오목부의 깊이
p : 오목부의 간격

Claims (5)

1. 강판의 표면에, 복수의 선상 홈을 개재하여 세분화된 자구를 갖는 방향성 전기 강판으로서,
   상기 선상 홈의 바닥면에, 그 홈이 연장되는 방향으로 이하의 식 (1) 을 만족하는 간격 p (㎛) 를 두고 나열되는 복수의 오목부를 구비하고,
   상기 오목부는, 이하의 식 (2) 를 만족하는 깊이 d (㎛) 를 갖는 방향성 전기 강판.
   0.20W ≤ p ≤ 1.20W … (1)
   여기서, W : 선상 홈의 개구 폭 (㎛)
   0.10D ≤ d ≤ 1.00D … (2)
   여기서, D : 선상 홈의 평균 깊이 (㎛)
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 선상 홈의 평균 깊이 D (㎛) 가 이하의 식 (3) 을 만족하는 방향성 전기 강판.
   0.05t ≤ D ≤ 0.20t … (3)
   여기서, t : 강판의 두께 (㎛)
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 선상 홈이 연장되는 방향이, 상기 강판의 압연 방향과 직교하는 방향과 이루는 각도가 0°이상 40°이하인 방향성 전기 강판.
4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 선상 홈의 상기 강판의 압연 방향에 있어서의 상호 간격 l (㎛) 이 이하의 식 (4) 를 만족하는 방향성 전기 강판.
   10W ≤ l ≤ 400W … (4)
   여기서, W : 선상 홈의 개구 폭 (㎛)
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선상 홈의 개구 폭 W 가 5 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하인 방향성 전기 강판.

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