KR20200098691A

KR20200098691A - 방향성 전자 강판

Info

Publication number: KR20200098691A
Application number: KR1020207021628A
Authority: KR
Inventors: 타케시 이마무라; 마코토 와타나베
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-08-20
Also published as: RU2744789C1; US11525174B2; WO2019131974A1; KR102427606B1; JP6795092B2; EP3733902A4; EP3733902A1; US20200370153A1; JPWO2019131974A1; MX2020006823A; CN111542630B; CN111542630A; CA3086888A1; CA3086888C

Abstract

고주파 철손 특성 및 펀칭성이 우수한 방향성 전자 강판을 제공한다. 강 성분으로서, 질량％로, Si: 1.5∼8.0％, Mn: 0.02∼1.0％를 함유시키고, 또한 Sn: 0.010∼0.400％, Sb: 0.010∼0.400％, Mo: 0.010∼0.200％, P: 0.010∼0.200％ 중 적어도 1종을 함유시키고, 평균 입경이 5㎜ 이상의 조대한 2차 재결정립과 결정 입경이 0.1∼2.0㎜인 미세립을 포함하는 결정립을 갖고, 상기 조대한 2차 재결정립의 적어도 일부는 강판의 판두께 방향으로 관통하여 상기 강판의 표면측 및 이면측에서 각각 노출되고, 상기 표면측 및 이면측에서의 상기 조대한 2차 재결정립의 각 노출면의 투영면이 적어도 일부에서 서로 겹치고, 상기 각 노출면의 평균 면적에 대한, 상기 서로 겹치는 영역의 면적의 면적률이 80％ 이상이고, 또한, 상기 미세립을 단위 면적당의 수 밀도로 0.6∼40개/㎠ 포함한다.

Description

방향성 전자 강판

본 발명은, 변압기의 철심 재료(iron core material)에 제공하는데 적합한 방향성 전자 강판에 관한 것으로, 특히 고주파 철손(iron loss)의 저감과 펀칭성(blanking workability)의 향상을 도모하고자 하는 것이다.

방향성 전자 강판은, 변압기의 철심 재료로서 이용되는 연자성 재료로, 철의 자화 용이축인 <001> 방위가 강판의 압연 방향으로 고도로 정돈된 결정 조직을 갖는 것이다. 이러한 집합 조직은, 방향성 전자 강판의 제조 공정 중, 마무리 어닐링시에 소위 고스(Goss) 방위라고 칭해지는 {110}<001> 방위의 결정립을 우선적으로 거대 성장시킴으로써 형성된다. 고스 방위 결정립의 성장은 2차 재결정이라고 불린다.

고스 방위 결정립의 형성 방법에 대해서는, 인히비터(inhibitor)라고 불리는 석출물을 사용하여 마무리 어닐링 중에 고스 방위를 갖는 립(grains)을 2차 재결정시키는 것이 일반적인 기술로서 사용되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 AlN, MnS를 사용하는 방법, 특허문헌 2에 기재된 MnS, MnSe를 사용하는 방법이 개시되어, 공업적으로 실용화되어 있다.

이들 인히비터를 이용하는 방법은 안정되게 2차 재결정립을 발달시키는데 유용한 방법이기는 하지만, 당해 방법은 인히비터를 강 중에 미세 분산시킨다. 그 때문에, 1300℃ 이상의 고온에서의 슬래브 가열을 행하여, 인히비터 성분을 한 번 고용시킬 필요가 있었다.

한편, 인히비터 성분을 함유하지 않는 소재에 있어서, 고스 방위 결정립을 2차 재결정에 의해 발달시키는 기술이 특허문헌 3 등에 개시되어 있다. 이는, 인히비터 성분과 같은 불순물을 최대한 배제함으로써, 1차 재결정시의 결정 입계가 갖는 입계 에너지의 입계 방위차각 의존성을 현재화시켜, 인히비터를 이용하지 않고도 고스 방위를 갖는 립을 2차 재결정시키는 기술이다. 이 효과는 텍스처 인히비션(texture inhibition) 효과라고 불린다.

텍스처 인히비션 효과를 이용하는 방법은, 인히비터의 강 중 미세 분산이 필요하지 않기 때문에, 종래 필수로 여겨진 고온 슬래브 가열을 필요로 하지 않는 것 등, 비용면에서도 메인터넌스면에서도 큰 메리트를 제공하는 방법이다.

일본특허공고공보 소40-15644호 일본특허공고공보 소51-13469호 일본공개특허공보 2000-129356호 일본특허 제3956621호 공보 일본특허 제4106815호 공보

전술한 바와 같이, 방향성 전자 강판은 변압기의 철심 재료로서 이용되는 경우가 많다. 일반적으로는, 저주파 변압기라고 불리는 바와 같은, 50㎐ 나 60㎐의 상용 주파수로 운전되는 변압기에 이용되지만, 변압기 사이즈는 매우 커진다는 특징이 있다.

한편, 구동 주파수가 수백∼수천 ㎐인 고주파 변압기라고 불리는 타입도 존재한다. 이쪽은, 고주파 여자시의 자기 특성을 중시하는 점에서, 무방향성 전자 강판이나 고규소 강판, 아모퍼스(amorphous) 등이 사용되는 경우가 많다. 고주파 변압기의 특징은 사이즈를 매우 작게 할 수 있는 것이다.

최근, 고주파 변압기 중에서도, 구동 주파수가 수백 ㎐의 비교적 저주파가 이용되는 변압기에, 방향성 전자 강판이 사용되는 경우가 증가해 왔다. 저주파 또한 변압기 사이즈가 어느 정도 큰 경우는, 한 방향의 자기 특성이 매우 우수한 방향성 전자 강판을 이용함으로써 변압기의 손실을 저감할 수 있어, 변압기 효율을 높일 수 있기 때문이다.

그러나, 방향성 전자 강판을 상기와 같은 용도로 사용하는 경우에, 2개의 큰 과제가 있었다.

상기 과제의 하나는, 방향성 전자 강판은 상용 주파수에서의 사용을 전제로 하여 자기 특성을 최적화하고 있기 때문에, 주파수가 오르면, 반드시 양호한 자기 특성이 얻어지지 않는 경우가 있는 것이다.

상기 과제의 또 다른 하나는, 경질의 포스테라이트 피막 등이 있는 것 등으로, 펀칭성이 매우 나쁜 것이다.

본 발명은, 상기의 문제를 유리하게 해결하는 것으로, 구동 주파수가 수백 ㎐ 정도의 고주파 철손이 우수하고, 또한 펀칭성에도 우수한 방향성 전자 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그런데, 본 발명자들은, 상기의 문제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 인히비터를 포함하지 않는 성분계에 있어서, 편석 원소를 추가로 함유시키고, 또한 2차 재결정 어닐링의 승온 속도를 규정하여 제품판에 미세립을 잔존시킴으로써, 비교적 주파수가 높아도 양호한 자기 특성이 얻어지는 것을 인식했다.

또한, 동시에, 제품판(방향성 전자 강판)에 존재하는 조대한(coarse) 2차 재결정립 중 강판의 판두께 방향으로 관통하고 있는 립에 대해서도 본 발명자들은 주목했다. 도 1의 개략 단면도를 참조하여 방향성 전자 강판(10)이 갖는 결정립(P)을 설명한다. 결정립(P)은 조대한 2차 재결정립(P1)과 미세립(P2)을 포함한다. 도 1에 있어서 2차 재결정립(P1)은 판두께(t)의 판두께 방향으로 관통하고 있고, 방향성 전자 강판(10)의 표면측 및 이면측에서 각각 노출되어 있다. 이러한 2차 재결정립(P1)의 강판 표면측 및 이면측에서 각각 노출 면적 중, 그들의 투영면이 서로 겹치는 영역의 면적(S₀)의, 상기 조대한 2차 재결정립이 노출된 면적(S₁, S₂)의 평균 면적((S₁＋S₂)/2)에 대한 면적률(So/평균 면적)에 본 발명자들은 주목했다. 이 면적률을 높게 함으로써, 포스테라이트 피막(20)의 존재하에서도, 펀칭성이 개선되는 것을 인식했다.

이하, 본 발명을 유래하는데에 이른 실험에 대해서 설명한다.

＜실험 1＞

질량％로, C: 0.012％, Si: 3.15％, Mn: 0.28％, Al: 0.0015％, N: 0.0012％, S: 0.0008％ 및 Sb: 0.12％를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 슬래브 A와 C: 0.013％, Si: 3.20％, Mn: 0.27％, Al: 0.0020％, N: 0.0012％ 및 S: 0.0010％를 포함하고, Sb는 함유하지 않고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 슬래브 B를 각각, 연속 주조로 제조하여, 1230℃에서 70분 균열(soaking)하는 슬래브 가열을 실시한 후, 열간 압연에 의해 2.4㎜의 두께로 마무리했다. 그 후, 1075℃에서 30초, 건조 질소 분위기 중에서 열연판 어닐링을 실시했다. 이어서, 냉간 압연에 의해 0.23㎜의 판두께로 마무리한 후, 870℃에서 100초, 50％H₂-50％N₂, 노점(dew point) 50℃의 습윤 분위기 중에서 탈탄을 겸한 1차 재결정 어닐링을 실시했다. 추가로, MgO를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포하고 나서, 1200℃에서 10시간, 수소 분위기하에서 보정(holding)하는 2차 재결정 어닐링을 행했다. 이 때, 실온에서 1000℃까지의 승온 속도를 종종 변경했다. 또한 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도는 10℃/h로 했다.

이와 같이 하여 얻어진 샘플의 고주파 철손 W_10/200(200㎐로 1.0T까지 여자했을 때의 철손)을 JIS C 2550에 기재된 방법으로 측정했다.

얻어진 철손의 2차 재결정 어닐링시에 있어서의 승온 속도 의존성에 대해서 조사한 결과를, 도 2에 나타낸다.

이 도면으로부터, Sb를 함유하는 강 슬래브 A에서는, 2차 재결정 어닐링시의 승온 속도가 15∼100℃/h의 범위에서 고주파 철손이 양호한 것을 알 수 있다. 일반적으로, 2차 재결정 어닐링시의 승온 속도는 10℃/h 정도이기 때문에, 비교적 빠른 승온 속도가 필요하다고 할 수 있다.

또한, 포스테라이트 피막을 염산 산 세정으로 제거하고, 2차 재결정립의 외관을 관찰할 수 있도록 한 후, 각각의 승온 속도 조건으로 0.1㎜에서 2㎜까지의 미세립의 개수를 세었다. 외관을 확인한 면적은 100㎠로서, 평균하여 단위 면적당의 수(數) 밀도로 환산했다.

얻어진 미세립 개수와 고주파 철손의 관계에 대해서 조사한 결과를, 도 3에 나타낸다.

이 결과로부터, 고주파 철손이 양호했던 조건은, 미세립이 비교적 많이 존재하고, 그의 수 밀도는 0.6∼40개/㎠의 범위에 있는 것이 명백해졌다.

또한, 제품판의 지철 성분은, 슬래브 A를 소재로 한 경우가, 질량％로 Si: 3.15％, Mn: 0.28％, Sb: 0.12％, 잔부 Fe이고, 슬래브 B를 소재로 한 경우는, Si: 3.20％, Mn: 0.27％, 잔부 Fe였다. 즉, 탈탄이나 순화에 의해, C, Al, N, S는 제품판에는 거의 존재하지 않았지만, 그 외의 성분은 슬래브 성분과 동일했다.

이와 같이, 인히비터 성분을 갖지 않는 소재에 있어서, Sb를 함유시키고, 또한 2차 재결정 어닐링시의 승온 속도를 비교적 빠르게 한 경우에 고주파 철손이 저감하는 메카니즘은, 반드시 명백하지는 않지만, 발명자들은 다음과 같이 생각하고 있다.

고주파에서 저철손이 얻어진 주요인은, 미세립의 수에 있다고 생각된다. 예를 들면, 특허문헌 4에는, 포스테라이트 피막이 없는 방향성 전자 강판에 있어서, 미세립을 증가시켜 고주파 철손 특성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 이 중에서, 미세립의 개수와 고주파 철손에는 좋은 상관이 있는 것이 기재되어 있다.

그러나, 미세립을 증가시키는 기술은 매우 어려워, 특허문헌 4에 있어서는, 2차 재결정 어닐링 온도를 975℃ 이하로 억제함으로써 달성하고 있다. 단, 이 기술을 포스테라이트 피막 부착의 방향성 전자 강판에 적용하는 것은 곤란하다. 왜냐하면, 포스테라이트 피막 부착의 방향성 전자 강판의 제조에 있어서는, 2차 재결정 어닐링 중에, 포스테라이트 피막 형성을 위한 고온역에서의 어닐링(소성) 과정이 필요하고, 이 과정에서는 대략 1200℃ 정도의 온도가 필요해지기 때문이다. 여기까지 온도를 올리면, 미세립은 조대한 2차 재결정립에 잠식되어 미세립이 없어 진다고 생각된다.

본 실험 1에 있어서, 슬래브 B에서 미세립이 어느 승온 조건에서나 적었던 것은, 이 이유에 의한 것으로 생각된다.

이에 대하여, 슬래브 A에 있어서 미세립이 증가한 것은, Sb와 같은 편석 원소를 첨가했기 때문이라고 추측된다. 즉, 2차 재결정 초기의 단계에서 입계에 Sb가 편석하고 있으면, 입계 이동이 억제되기 때문에, 2차 재결정립까지 성장하는 것이 억제되고, 그 결과, 미세립으로 되었다고 추정된다. 승온 속도가 빠른 경우에 미세립이 증가한 것은, 2차 재결정 발현의 기구로부터 추정할 수 있다. 2차 재결정은, 900℃ 정도의 2차 재결정 온도 이상에서 발현한다. 이 2차 재결정 온도 부근에서는, 1차립 성장이 멈추어 있고, 2차 재결정립만이 성장하는 상태에 있다. 그러나, 2차 재결정 온도를 크게 초과하여 고온화하면, 아직 2차 재결정립에 잠식되지 않은 1차립도 성장하는 경우가 있다. 본 실험 1에서 승온 속도가 빠른 경우는, 이 고온화가 2차 재결정립이 성장하기 전에 빠르게 달성되어, 1차립이 제품판의 미세립에까지 성장할 기회가 증가한다고 생각된다. 즉, 본 발명은, 편석 원소의 활용과, 2차 재결정 어닐링시의 승온 속도의 고속화의 양자가 함께 달성된 것으로 생각된다.

또한, 승온 속도가 지나치게 빨라도 고주파 철손이 열화하는 이유는, 2차 재결정 자체가 불완전하게 되고, 반대로 미세립이 지나치게 증가했기 때문이라고 추측된다. 조대한 2차 재결정립이 평균 입경으로 5㎜ 이상은 성장하지 않으면, 철손 열화를 유도할 가능성이 있다고 생각된다.

추가로, 미세립의 결정 방위를 상세하게 조사한 결과, 조대한 2차 재결정립의 주방위인 고스 방위와는 상당히 상이한 방위인 것이 EBSD를 이용한 측정으로부터 명백해졌다.

본 실험 1에서는, 미세립의 방위와 고스 방위와의 방위차각은 평균으로 34° 정도였다. 고주파 철손이 낮은 것은, 이 방위차각이 큰 것에도 기인할 가능성이 있다. 즉, 방위차가 작다고 판단되는 저경각(방위차각 15° 이내)의 범위로부터 벗어난 쪽이, 철손 저감 효과가 큰 것이 기대된다.

＜실험 2＞

실험 1에서 사용한 강 슬래브 A를, 1250℃에서 60분간 균열한 후, 열간 압연에 의해 2.1㎜의 두께로 마무리했다. 그 후, 1015℃에서 30초, 건조 질소 분위기 중에서 열연판 어닐링을 실시했다. 이어서, 냉간 압연에 의해 0.23㎜의 판두께로 마무리한 후, 830℃에서 100초, 55％H₂-45％N₂, 노점 55℃의 습윤 분위기 중에서 탈탄을 겸한 1차 재결정 어닐링을 실시했다. 추가로, MgO를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포하고 나서, 1180℃, 수소 분위기하에서 보정하는 2차 재결정 어닐링을 행했다. 이 때, 2차 재결정 어닐링의 승온 속도는 20℃/h로 하고, 1180℃에서의 보정 시간(holding time)을 종종 변경했다.

얻어진 제품판의 펀칭성을 평가하기 위해, 다이스 지름이 15㎜φ인 스틸 다이스에 의한 연속 펀칭 시험을 행하여, 펀칭된 샘플의 버(burr) 높이가 50㎛에 도달하기까지의 펀칭 횟수를 측정했다.

그의 결과를 도 4에 나타낸다.

이 도면으로부터, 2차 재결정 어닐링의 1180℃에서의 보정 시간이 8시간 이상에서 펀칭성이 양호해지는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 펀칭성이 2차 재결정 어닐링의 고온역에서의 보정 시간을 장시간화함으로써 양호해지는 메카니즘은 반드시 명백하지는 않지만, 발명자들은 다음과 같이 생각하고 있다.

특허문헌 5에 의하면, 제품의 펀칭성은 입계를 전단할 때에 악화되기 때문에, 입계를 판면에 대하여 수직 방향으로 근접시킴으로써, 입계를 전단할 기회가 줄어, 펀칭성을 개선할 수 있다고 지적되고 있다. 본 실험 2에서도, 마찬가지로, 제품판을 산 세정 매크로하여 2차 재결정립의 외관이 보이도록 하여, 표리면에서 입계를 투영하여 서로 겹침으로써, 동일 결정립에서 표리면 모두 서로 겹치는 면적을 산출했다. 단, 본 실험 2에서는, 미세립이 잔존하고 있기 때문에, 미세립은 제외하고, 조대한 2차 재결정립만을 대상으로 하여 당해 면적을 산출했다.

그 결과, 동일 결정립에서 표리면이 서로 겹치는 면적의 면적률은, 보정 시간 8시간 이상에서는 80％ 이상이 되지만, 보정 시간 5시간 이하에서는 80％를 충족하지 않는 것이 명백해졌다. 즉, 본 실험 2에 있어서도, 표리면에서 서로 겹치는 면적의 면적률이 80％ 이상, 즉 판면에 대하여 수직인 결정 입계가 많을수록 펀칭성이 우수하다고 할 수 있다.

그러나, 판면에 대하여 수직인 결정 입계를 증가시키는 수단은, 특허문헌 5와는 상이한 방법으로 할 필요가 있다. 본 실험 2에 있어서는, 미세립을 잔존시키기 위해 2차 재결정 어닐링의 승온 속도를 빠르게 하고 있다. 즉, 일반적으로 승온 속도는 10℃/h 정도이지만, 본 발명에서는 15∼100℃/h가 필요하다. 특허문헌 5에는 승온 속도의 기재가 없지만, 해당 문헌의 도 1에는 2차립(secondary grains)의 입계가 기록되어 있고, 미세립은 거의 존재하지 않는 것을 엿볼 수 있다. 즉, 본 발명과는 상이한 조건이라고 할 수 있다. 아마도, 2차 재결정 어닐링의 승온 속도가 일반적인 10℃/h 정도가 아닐까 추측된다.

즉, 본 발명과 같이, 2차 재결정 어닐링의 승온 속도가 빠른 경우는, 2차 재결정 어닐링의 고온역에서의 보정 시간이 짧으면 입계가 수직으로 될 수 없고, 보정 시간을 연장시킬 필요가 있다고 할 수 있다. 또한 실험 2에서는 고온역에서의 보정 온도가 1180℃였지만, 적어도 1150℃ 이상으로 할 필요가 있다고 생각된다.

이와 같이, 고주파 철손의 저감과 펀칭성 향상의 양립을 도모하기 위해서는, 특허문헌 4 및 5의 기술의 끌어모음이 아니라, 새로운 기술의 조합이 필요하다. 즉, 새로운 기술이란, 편석 원소의 이용과, 2차 재결정 어닐링의 승온 속도의 고속화 및 고온역에서의 보정 시간의 장시간화이다.

본 발명은, 이 2개의 과제를 효과적으로 해결하고, 또한 양자가 양립할 수 있도록 개발된 신규 기술이다.

즉, 본 발명은, 인히비터를 포함하지 않는 성분계에 있어서, 편석 원소를 추가로 함유시키고, 또한 2차 재결정 어닐링의 승온 속도와, 그 고온역에서의 보정 시간을 적정화함으로써, 고주파 철손의 저감과 펀칭성 향상을 양립하는 것에 성공한 것이다.

본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 질량％로, Si: 1.5∼8.0％, Mn: 0.02∼1.0％를 함유하고, 또한, Sn: 0.010∼0.400％, Sb: 0.010∼0.400％, Mo: 0.010∼0.200％, P: 0.010∼0.200％ 중 적어도 1종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분이고, 평균 입경이 5㎜ 이상의 조대한 2차 재결정립과 결정 입경이 0.1∼2.0㎜의 미세립을 포함하는 결정립을 갖고, 상기 조대한 2차 재결정립의 적어도 일부는 강판의 판두께 방향으로 관통하여 상기 강판의 표면측 및 이면측에서 각각 노출되고, 상기 표면측 및 이면측에서의 상기 조대한 2차 재결정립의 각 노출면의 투영면이 적어도 일부에서 서로 겹치고, 상기 각 노출면의 평균 면적에 대한, 상기 서로 겹치는 영역의 면적의 면적률이 80％ 이상이고, 또한, 상기 미세립을 단위 면적당의 수 밀도로 0.6∼40개/㎠ 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판.

또한, 본 명세서에 있어서의 평균 입경 및 결정 입경은 JIS G0551: 2013 기재의 평균 결정 입경(d)에 따르는 것으로 한다. 또한, 방향성 전자 강판에 포스테라이트 피막이 형성되어 있는 경우는, 당해 포스테라이트 피막을 산 세정 제거하여 2차 재결정립을 노출시킨 상태에서 상기의 각 면적 및 면적률, 그리고 미세립의 수 밀도를 구하는 것으로 한다.

2. 상기 미세립의 결정 방위와 고스 방위와의 방위차각의 평균이 15° 이상인, 상기 1에 기재된 방향성 전자 강판.

3. 추가로 질량％로, Cr: 0.01∼0.50％, Cu: 0.01∼0.50％％, Ni: 0.01∼0.50％, Bi: 0.005∼0.50％, B: 2∼25ppm 및 Nb: 10∼100ppm 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 상기 1 또는 2에 기재된 방향성 전자 강판.

본 발명에 의하면, 결정 입계에 편석 원소를 존재시키고, 또한 2차 재결정 어닐링시에 있어서의 승온 속도와 보정 시간을 적정화함으로써, 구동 주파수가 수백 ㎐ 정도의 고주파에서의 철손의 저감과 펀칭성의 향상을 동시에 달성할 수 있다.

도 1은 방향성 전자 강판에 있어서의 결정립을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 2는 2차 재결정 어닐링시의 승온 속도와 고주파 철손의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 제품판의 미세립의 개수와 고주파 철손의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 2차 재결정 어닐링의 고온역에서의 보정 시간과 펀칭성의 관계를 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

우선, 본 발명에 있어서, 강판의 성분 조성을 상기의 범위로 한정한 이유에 대해서 설명한다.

Si: 1.5∼8.0mass％

Si는, 강의 비(比)저항을 높이고, 철손을 개선시키기 위해 필요한 원소이지만, 1.5mass％ 미만에서는 효과가 없고, 한편 8.0mass％를 초과하면 강의 가공성이 열화하여, 압연이 곤란해지는 점에서, 1.5∼8.0mass％로 한정된다. 바람직하게는 2.5∼4.5mass％의 범위이고, 이것과는 별도로, 상하한을 독립적으로 하한을 2.99mass％, 상한을 3.81mass％ 이하로 할 수 도 있다.

Mn: 0.02∼1.0mass％

Mn은, 열간 가공성을 양호하게 하기 위해서 필요한 원소이지만, 0.02mass％ 미만이면 효과가 없고, 한편 1.0mass％를 초과하면 제품판의 자속 밀도가 저하하기 때문에, 0.02∼1.0mass％로 한다. 바람직하게는 0.04∼0.20mass％의 범위이고, 이것과는 별도로, 상하한을 독립적으로 하한을 0.06mass％, 상한을 0.52mass％ 이하로 할 수 도 있다.

또한, C나 Al, N, S, Se는 모두 자기 특성을 해치기 때문에, 불가피적 불순물 레벨로 저감되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 각각 50massppm 이하의 레벨인 것이 바람직하다.

고주파 철손을 저감시키기 위해서는, 편석 원소인 Sn: 0.010∼0.400mass％, Sb: 0.010∼0.400mass％, Mo: 0.010∼0.200mass％ 및 P: 0.010∼0.200mass％ 중으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것이 불가결하다. 각각의 원소가, 하한량을 충족시키지 않으면 자성 향상 효과가 없고, 한편 상한값을 초과하면 강이 취화하여 제조 도중에 파단 등이 발생할 리스크가 높아진다. 바람직하게는, Sn: 0.020∼0.100mass％, Sb: 0.020∼0.100mass％, Mo: 0.020∼0.070mass％, P: 0.012∼0.100mass％의 범위이다.

추가로, Sn에 대해서는, 상하한을 독립적으로 하한을 0.030mass％, 상한을 0.250mass％ 이하로 할 수도 있다. Sb에 대해서는, 상하한을 독립적으로 하한을 0.070mass％, 상한을 0.360mass％ 이하로 할 수도 있다. Mo에 대해서는, 상하한을 독립적으로 하한을 0.020mass％, 상한을 0.440mass％ 이하로 할 수도 있다. P에 대해서는, 상하한을 독립적으로 하한을 0.020mass％, 상한을 0.160mass％ 이하로 할 수도 있다.

이상, 본 발명의 기본 성분에 대해서 설명해 왔지만, 본 발명에서는 그 외에도 이하에 서술하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.

Cr: 0.01∼0.50mass％, Cu: 0.01∼0.50mass％, Ni: 0.01∼0.50mass％, Bi: 0.005∼0.50mass％, B: 2∼25ppm 및 Nb: 10∼100ppm 중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상

이들 원소는 모두, 자기 특성을 향상시키는 목적으로 첨가할 수 있다. 그러나, 각각 첨가량이 하한량보다 적은 경우에는 자기 특성 향상 효과가 없고, 한편 상한량을 초과하면 2차 재결정립의 발달이 억제되어 자기 특성이 열화한다.

또한, 제품판의 결정립에 관하여 도 1을 재차 참조하면, 결정립(P)은, 평균 입경이 5㎜ 이상의 조대한 2차 재결정립(P1)과 결정 입경이 0.1∼2.0㎜의 범위인 미세립(P2)을 갖는 것은, 전술한 이유에 의해 필수이다. 또한, 조대한 2차 재결정립(P1)의 적어도 일부는 방향성 전자 강판(10)(이하, 강판(10))의 판두께(t)의 방향으로 관통하여 강판(10)의 표면측 및 이면측에서 각각 노출되고, 강판(10)의 표면측 및 이면측에서의 조대한 2차 재결정립(P1)의 각 노출면의 투영면이 적어도 일부에서 서로 겹쳐, 각 노출면의 면적(S₁, S₂)의 평균 면적에 대한, 서로 겹치는 영역의 면적(S₀)의 면적률(S₀/평균 면적)이 80％ 이상이고, 또한, 미세립(P2)을 단위 면적당의 수 밀도로 0.6∼40개/㎠ 포함하는 것이, 전술한 이유에 의해 필수이다. 또한, 상기 면적률의 상한은 이론상 100％이다.

다음으로, 본 발명 강판의 제조 방법에 대해서 서술한다.

제조 방법으로서는, 일반적인 전자 강판의 제조 방법을 이용할 수 있다.

즉, 소정의 성분 조정이 이루어진 용강을, 통상의 조괴법(ingot casting) 혹은 연속 주조법에 의해, 슬래브를 제조해도 좋고, 100㎜ 이하의 두께의 박주조편(thinner cast steel)을 직접 주조법으로 제조해도 좋다.

전술한 첨가가 바람직한 성분은, 도중 공정에서 더해지는 것은 곤란한 점에서, 용강 단계에서 첨가하는 것이 바람직하다.

슬래브는, 통상의 방법으로 가열하여 열간 압연하지만, 인히비터리스의 성분계에서는 인히비터를 고용시키기 위한 고온 어닐링을 필요로 하지 않기 때문에, 1300℃ 이하의 저온으로 하는 것이 비용 저감 목적을 위해 필수이다. 바람직하게는 1250℃ 이하이다.

이어서, 필요에 따라서 열연판 어닐링을 실시한다. 열연판 어닐링 온도는 950∼1150℃ 정도로 하는 것이 바람직하다. 그 미만에서는, 미재결정부가 잔존하고, 한편 그것의 초과에서는 어닐링 후의 입경이 지나치게 조대화하기 때문에, 그 후의 1차 재결정 집합 조직이 부적절해진다. 바람직하게는 1000℃ 이상 1100℃ 이하이다.

열연 후 혹은 열연판 어닐링 후의 강판은, 1회의 냉간 압연 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연에 의해 최종 판두께의 냉연판으로 한다. 중간 어닐링의 어닐링 온도는, 900∼1200℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 900℃ 미만에서는, 중간 어닐링 후의 재결정립이 미세하게 되고, 추가로, 1차 재결정 조직에 있어서의 고스핵이 감소하여 제품판의 자기 특성이 저하한다. 한편, 1200℃를 초과하면, 열연판 어닐링과 마찬가지로, 결정립이 지나치게 조대화하여, 정립의(uniformly-sized) 1차 재결정 조직을 얻는 것이 어려워진다.

또한, 최종 판두께로 하는 냉간 압연(최종 냉간 압연)은, 냉간 압연시의 강판 온도를 100∼300℃의 온도로 상승시켜 행하는 온간 압연으로 하거나, 냉간 압연의 도중에 100∼300℃의 온도에서 시효 처리를 1회 또는 복수회 실시하거나 하는 것이, 1차 재결정 집합 조직을 개선하여, 자기 특성을 향상시키는데에 유효하다.

최종 판두께로 한 냉연판은, 그 후, 탈탄 어닐링을 겸한 1차 재결정 어닐링을 실시한다. 이 1차 재결정 어닐링에 있어서의 어닐링 온도는, 탈탄 어닐링을 수반하는 경우는, 탈탄 반응을 신속하게 진행시키는 관점에서, 800∼900℃의 범위로 하는 것이 바람직하고, 또한, 분위기는 습윤 분위기로 하는 것이 바람직하다. 단, 탈탄이 불필요한 C: 0.005mass％ 이하의 강 소재를 이용하는 경우는, 이에 한정되지 않는다. 또한, 1차 재결정 어닐링과 탈탄 어닐링을 따로 따로 행해도 좋다.

1차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서는, 400∼700℃간을 50℃/s 이상으로 급속 가열하는 것이 자기 특성이 향상하기 때문에 바람직하다.

그 후, MgO를 주체로 하는 어닐링 분리제를 적용한 후에 2차 재결정 조직을 발달시킴과 함께 포스테라이트 피막을 형성시키는 2차 재결정 어닐링을 행한다. 2차 재결정 어닐링은, 2차 재결정 발현을 위해 800℃ 이상의 온도가 바람직하다. 또한, 전술한 이유에 의해, 실온에서 1000℃까지의 승온 속도는 15∼100℃/h로 하는 것이 바람직하고, 추가로 고온역에서의 보정 온도는 1150℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 고온역에서의 보정 시의 보정 시간은 8시간 이상으로 하는 것이 바람직하다.

2차 재결정 어닐링 후에는, 부착한 어닐링 분리제를 제거하기 위해, 물 세정이나 브러싱, 산 세정을 행하는 것이 유용하다. 그 후, 평탄화 어닐링을 행하여 형상을 교정하는 것이 철손 저감을 위해 유효하다.

강판을 적층하여 사용하는 경우에는, 철손을 개선하기 위해, 평탄화 어닐링의 전 또는 후에, 강판 표면에 절연 코팅을 실시하는 것이 유효하다. 철손 저감을 위해 강판에 장력을 부여할 수 있는 코팅이 바람직하다. 바인더를 개재한 장력 코팅 도포 방법이나 물리 증착법이나 화학 증착법에 의해 무기물을 강판 표층에 증착시켜 코팅으로 하는 방법을 채용하면, 코팅 밀착성이 우수하고, 또한 현저한 철손 저감 효과가 얻어지기 때문에 바람직하다.

실시예

(실시예 1)

질량％로, C: 0.051％, Si: 3.45％, Mn: 0.16％, Al: 22ppm, N: 13ppm, S: 16ppm, Se: 20ppm 및 P: 0.09％를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 슬래브를, 연속 주조로 제조하여, 1200℃에서 80분 균열하는 슬래브 가열을 실시한 후, 열간 압연에 의해 2.2㎜의 두께로 마무리했다. 그 후, 1000℃에서 20초, 건조 질소 분위기 중에서 열연판 어닐링을 실시했다. 이어서, 냉간 압연에 의해 0.23㎜의 판두께로 마무리한 후, 840℃에서 70초, 52％H₂-48％N₂, 노점 60℃의 습윤 분위기 중에서 탈탄을 겸한 1차 재결정 어닐링을 실시했다. 추가로, MgO를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포하고 나서, 1225℃의 수소 분위기하에서 보정하는 2차 재결정 어닐링을 행했다. 이 때, 2차 재결정 어닐링의 승온 속도와 1225℃에서의 보정 시간을 표 1에 나타내는 여러 가지의 범위에서 변화시켰다.

이와같이 하여 얻어진 제품판의 고주파 철손 W_10/200(200㎐로 1.0T까지 여자했을 때의 철손)을 JIS C 2550에 기재된 방법으로 측정했다. 또한, 펀칭성을 평가하기 위해, 다이스 지름이 15mmφ인 스틸 다이스에 의한 연속 펀칭 시험을 행하여, 펀칭된 샘플의 버(burr) 높이가 50㎛에 도달하기까지의 펀칭 횟수를 측정했다. 또한, 제품판을 산 세정 매크로하여 2차 재결정립을 노출시키고, 그의 평균 입경과 동일 결정립의 표리면의 각 면적 및 표리면 모두 서로 겹치는 면적을 구하고, 추가로 서로 겹치는 면적의 면적률을 구했다. 또한, 결정 입경이 0.1∼2.0㎜의 범위인 미세립의 개수를 측정하여, 단위 면적당의 수 밀도를 구했다. 고주파 철손 W_10/200이 4.50W/㎏ 이하이고 또한 펀칭 횟수가 6.0×10³회 이상인 경우에, 양호한 결과가 얻어졌다고 판단했다. 이 평가 기준은 실시예 2에 있어서도 마찬가지이다.

얻어진 결과를 표 1에 병기한다.

동 표로부터 명백한 바와 같이, 2차 재결정립의 평균 입경, 미세립의 개수 및 동일 결정립에서 표리면 모두 서로 겹치는 면적의 면적률이 본 발명의 범위를 만족하는 경우에는, 양호한 고주파 철손 특성과 펀칭성이 얻어지는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

표 2에 나타내는 성분을 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 슬래브를, 연속 주조로 제조하여, 1150℃에서 35분 균열하는 슬래브 가열을 실시한 후, 열간 압연에 의해 1.8㎜의 두께로 마무리했다. 그 후, 1100℃에서 20초, 건조 질소 분위기 중에서 열연판 어닐링을 실시했다. 이어서, 냉간 압연에 의해 0.23㎜의 판두께로 마무리한 후, 825℃에서 170초, 38％H₂-62％N₂, 노점 48℃의 습윤 분위기 중에서 탈탄을 겸한 1차 재결정 어닐링을 실시했다. 추가로, MgO를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포하고 나서, 1200℃에서 10시간, 수소 분위기하에서 보정하는 2차 재결정 어닐링을 행했다. 2차 재결정 어닐링의 승온 속도는 20℃/h로 했다.

얻어진 제품판의 고주파 철손 W_10/200(200㎐로 1.0T까지 여자했을 때의 철손)을 JIS C 2550에 기재한 방법으로 측정했다. 또한, 펀칭성을 평가하기 위해, 다이스 지름이 15㎜φ인 스틸 다이스에 의한 연속 펀칭 시험을 행하여, 펀칭된 샘플의 버 높이가 50㎛에 도달하기까지의 펀칭 횟수를 측정했다. 추가로, 제품판의 지철 성분을 측정한 결과를, 철손과 펀칭 횟수와 함께 표 3에 나타낸다. 또한, 표 3에는, 제품판을 산 세정 매크로하여 2차 재결정립을 노출시키고, 그의 평균 입경과 동일 결정립에서 표리면 모두 서로 겹치는 면적의 면적률을 구한 결과 및 결정 입경이 0.1∼2.0㎜의 범위인 미세립의 개수를 측정한 결과도 함께 나타낸다.

표 3으로부터 명백한 바와 같이, 성분 조성이 본 발명 범위를 만족하고, 또한 2차 재결정립의 평균 입경, 미세립의 개수 및 동일 결정립에서 표리면 모두 서로 겹치는 면적의 면적률이 적정 범위를 만족하는 경우에는, 양호한 고주파 철손 특성과 펀칭성이 얻어지는 것을 알 수 있다.

10 : 방향성 전자 강판
20 : 포스테라이트 피막
P : 결정립
P1 : 조대한 2차 재결정립
P2 : 미세립
S₀ : 서로 겹치는 영역의 면적
S₁ : 표측의 노출면의 면적
S₂ : 이측의 노출면의 면적
t : 판두께

Claims

질량％로,
Si: 1.5∼8.0％,
Mn: 0.02∼1.0％
를 함유하고, 또한,
Sn: 0.010∼0.400％,
Sb: 0.010∼0.400％,
Mo: 0.010∼0.200％,
P: 0.010∼0.200％
중 적어도 1종을 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분이고,
평균 입경이 5㎜ 이상의 조대한 2차 재결정립과 결정 입경이 0.1∼2.0㎜의 미세립을 포함하는 결정립을 갖고,
상기 조대한 2차 재결정립의 적어도 일부는 강판의 판두께 방향으로 관통하여 상기 강판의 표면측 및 이면측에서 각각 노출되고,
상기 표면측 및 이면측에서의 상기 조대한 2차 재결정립의 각 노출면의 투영면이 적어도 일부에서 서로 겹치고, 상기 각 노출면의 평균 면적에 대한, 상기 서로 겹치는 영역의 면적의 면적률이 80％ 이상이고, 또한,
상기 미세립을 단위 면적당의 수(數) 밀도로 0.6∼40개/㎠ 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판.
제1항에 있어서,
상기 미세립의 결정 방위와 고스 방위와의 방위차각의 평균이 15° 이상인, 방향성 전자 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
추가로 질량％로,
Cr: 0.01∼0.50％,
Cu: 0.01∼0.50％％,
Ni: 0.01∼0.50％,
Bi: 0.005∼0.50％,
B: 2∼25ppm 및,
Nb: 10∼100ppm
중으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 방향성 전자 강판.