KR20200103096A

KR20200103096A - 방향성 전자 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20200103096A
Application number: KR1020207022294A
Authority: KR
Inventors: 후미아키 다카하시; 히데유키 하마무라; 사토시 아라이
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2020-09-01
Also published as: EP3751013A4; US11697856B2; RU2748773C1; EP3751013B1; JP6597940B1; CN111684086B; KR102471550B1; EP3751013A1; WO2019156127A1; BR112020014925A2; US20200362431A1; JPWO2019156127A1; CN111684086A; PL3751013T3

Abstract

본 발명에 관한 방향성 전자 강판은, 표면에 복수의 홈을 갖는 모재 강판과, 상기 모재 강판의 상기 표면에 형성된 글라스 피막을 구비한다. 상기 홈의 긴 변 방향에 직교하는 단면에서 상기 홈을 포함하는 영역을 본 경우에, 상기 글라스 피막의 윤곽선 상에 존재하는 피크점(35)을 통과하고 또한 상기 단면 내에서 상기 판 두께 방향에 직교하는 홈 폭 방향에 평행인 직선을 기준선(31)으로 정의하고, 상기 글라스 피막과 상기 모재 강판의 경계선 상에 존재하고 또한 상기 판 두께 방향의 가장 낮은 위치에 존재하는 점을 최심점(32)으로 정의하고, 상기 최심점(32)을 중심으로 하여 상기 홈 폭 방향으로 2㎛의 길이를 갖는 영역에 있어서 상기 경계선 상에 존재하고 또한 상기 판 두께 방향의 가장 높은 위치에 존재하는 점을 최천점(33)으로 정의하였을 때, 상기 기준선(31)과 상기 최심점(32) 사이의 최단 거리 A와, 상기 기준선(31)과 상기 최천점(33) 사이의 최단 거리 B의 관계가 하기 (1)식을 만족시킨다.

Description

방향성 전자 강판 및 그 제조 방법

본 발명은, 방향성 전자 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2018년 2월 9일에 일본에 출원된 특허 출원 제2018-022233호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

변압기의 철심(코어)용의 강판으로서, 특정 방향으로 우수한 자기 특성을 발휘하는 방향성 전자 강판이 알려져 있다. 방향성 전자 강판은, 냉간 압연 처리와 어닐링 처리의 조합에 의해, 결정립의 자화 용이축과 압연 방향이 일치하도록 결정 방위가 제어된 강판이다.

방향성 전자 강판의 철손의 1종인 와전류손을 저감하는 기술로서, 결정 방위가 제어된 모재 강판의 표면에 절연 피막이 형성된 방향성 전자 강판이 알려져 있다. 절연 피막은, 전기적 절연성뿐만 아니라, 장력 및 내청성 등을 모재 강판에 부여하는 역할도 담당하고 있다.

또한, 이상 와전류손을 저감하기 위한 다른 방법으로서, 압연 방향에 교차하는 방향으로 형성된 왜곡 영역이나 홈을, 압연 방향을 따라서 소정 간격으로 형성함으로써, 180° 자구의 폭을 좁게 하는(180° 자구의 세분화를 행하는) 자구 제어법이 알려져 있다. 따라서 자구 제어법은, 왜곡을 방향성 전자 강판의 모재 강판에 부여하는 방법과, 모재 강판에 장력을 가할 수 있는 피막이 존재하는 모재 강판의 표면에 홈을 형성하는 방법으로 분류된다.

홈에 의한 자구 제어를 실시한 방향성 전자 강판을 사용하여 권취 코어를 제조하는 경우, 왜곡 제거 어닐링 처리의 실시에 의해 홈이 소실되지 않으므로, 자구 세분화 효과를 유지할 수 있다. 따라서, 권취 코어에 대해서는, 이상 와전류손을 저감하기 위한 방법으로서 본 자구 제어법이 채용되는 경우가 있다.

도 1은 홈을 형성한 전자 강판의 개략을 도시하는 도면이다. 도 1에서는, 모재 강판(10)의 표면에, 복수의 홈(11)이 모재 강판(10)의 압연 방향으로 인접하도록 형성된 상태를 도시하고 있다. 도 1에 있어서, 부호 θ는, 모재 강판(10)의 압연 방향 및 판 두께 방향에 직교하는 방향(판 폭 방향)과 홈(11)의 긴 변 방향이 이루는 각을 나타낸다. 부호 W는 홈(11)의 폭을 나타내고, 부호 D는 홈(11)의 깊이를 나타내고, 부호 d는 압연 방향으로 인접하는 홈(11)의 간격을 나타낸다. 전자 강판에 홈을 형성하는 방법은 다양하게 제안되어 있다.

특허문헌 1에는, 전해 에칭에 의해 방향성 전자 강판의 강판 표면에 홈을 형성하는 전해 에칭법이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 기계적으로 치차를 방향성 전자 강판의 강판 표면에 프레스함으로써, 강판 표면에 홈을 형성하는 치차 프레스법이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, 레이저 조사에 의해 강판(레이저 조사부)을 용융 및 증발시키는 레이저 조사법이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 안정된 철손 특성을 얻기 위한 홈의 구성으로서, 홈부에 레이저 조사에 의해 전자 강판에서 용융된 용융물이 강판에서 재응고된 층의 비산 합금층이 균일하게 분포된 방향성 전자 강판이 개시되어 있다.

일본 일본 특허 공고 소62-54873호 공보 일본 일본 특허 공고 소62-53579호 공보 일본 특허 공개 제2003-129135호 공보 일본 특허 공표 제2016-532776호 공보

냉연 강판에 레이저에 의해 홈을 형성하는 방법은, 생산성이 우수하다. 그러나, 전자 강판에 의해 자왜가 양호한 경우와 자왜가 열위한 경우가 있어, 안정된 저자왜의 방향성 전자 강판이 얻어지지 않는다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 저철손 또한 저자왜의 방향성 전자 강판, 및 그것을 안정적으로 제조하는 방향성 전자 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 표면에 복수의 홈을 갖는 모재 강판과, 모재 강판의 표면에 형성된 글라스 피막을 구비하는 방향성 전자 강판을 제조하였을 때, 자왜의 값에 변동이 발생하는 원인을 조사하였다. 그 결과, 홈의 내부(이하 「홈부」라 함)의 글라스 피막의 뿌리의 구조에 차가 있는 것에 기인하여 자왜의 값이 변동되는 것이 판명되었다. 본 발명자들은, 이 조사 결과에 기초하여 한층 더한 연구를 행한 결과, 특정한 조건을 만족시키도록 글라스 피막의 뿌리의 구조를 제어함으로써, 자왜의 값을 저레벨의 값으로 안정적으로 제어할 수 있음을 알아냈다. 본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 양태에 관한 방향성 전자 강판은, 표면에 복수의 홈을 갖는 모재 강판과, 상기 모재 강판의 상기 표면에 형성된 글라스 피막을 구비한다. 상기 모재 강판의 압연 방향 및 판 두께 방향에 직교하는 방향과, 상기 홈의 긴 변 방향이 이루는 각이 0 내지 40°이고, 상기 홈의 폭이 20 내지 300㎛이며, 상기 홈의 깊이가 10 내지 40㎛이고, 상기 압연 방향에 있어서의 상기 홈의 간격이 2 내지 30㎜이다. 상기 홈의 긴 변 방향에 직교하는 단면에서 상기 홈을 포함하는 영역을 본 경우에, 상기 글라스 피막의 윤곽선 상에 존재하고 또한 상기 판 두께 방향의 가장 높은 위치에 존재하는 점을 피크점으로 정의하고, 상기 피크점을 통과하고 또한 상기 단면 내에서 상기 판 두께 방향에 직교하는 홈 폭 방향에 평행인 직선을 기준선으로 정의하고, 상기 글라스 피막과 상기 모재 강판의 경계선 상에 존재하고 또한 상기 판 두께 방향의 가장 낮은 위치에 존재하는 점을 최심점으로 정의하고, 상기 최심점을 중심으로 하여 상기 홈 폭 방향으로 2㎛의 길이를 갖는 영역에 있어서 상기 경계선 상에 존재하고 또한 상기 판 두께 방향의 가장 높은 위치에 존재하는 점을 최천점으로 정의하였을 때, 상기 기준선과 상기 최심점 사이의 최단 거리 A와, 상기 기준선과 상기 최천점 사이의 최단 거리 B의 관계가 하기 (1)식을 만족시킨다.

(2) 본 발명의 일 양태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 상기 (1)에 기재된 방향성 전자 강판을 제조하는 방법이며, 냉연 강판의 표면에 레이저로 홈을 형성하는 공정을 포함한다. 상기 공정에 있어서, 레이저 조사 부위를 포함하는 분위기가 공기 또는 불활성 가스이며, 상기 공기의 노점이 -30℃ 내지 0℃이고, 상기 불활성 가스의 노점이 -20℃ 내지 20℃이다.

본 발명에 따르면, 저철손이며, 저자왜의 방향성 전자 강판이 얻어진다.

도 1은 홈이 형성된 전자 강판의 개략을 도시하는 도면이다.
도 2는 홈 주변의 개략도이다.
도 3은 계면 혼재 영역을 설명하는 개략도이다.

먼저, 본 발명자들에 의한 검토의 내용에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명자들은, 표면에 복수의 홈을 갖는 모재 강판과, 모재 강판의 표면에 형성된 글라스 피막을 구비하는 방향성 전자 강판을 제조하였을 때, 자왜의 값이 변동되는 원인에 대하여 조사하였다. 저자왜에 대하여, 홈 형성에 있어서의 영향 인자의 상세는 불분명하며, 2차 재결정 후의 방위 집적도, 홈 깊이와 피막 장력에 의존한다고 생각하고 조사를 행하였지만, 그 결과, 2차 재결정 후의 방위 집적도, 홈 깊이 및 피막 장력에 차이는 보이지 않았다. 그래서, 본 발명자들은, 자왜의 변동은 홈의 형상의 차에 기인한다고 생각하고, 홈 단면을 상세하게 조사하였다. 그 결과, 자왜가 다른 방향성 전자 강판은, 홈부의 글라스 피막의 뿌리의 상황이 다름을 알 수 있었다.

도 2에 홈 주변의 글라스 피막의 개략을 도시한다. 도 2는 모재 강판 및 글라스 피막을 구비하는 방향성 전자 강판의 단면도이며, 보다 상세하게는, 홈의 긴 변 방향에 직교하는 단면에서 홈을 포함하는 영역을 본 도면이다. 글라스 피막(21)은, 후술하는 바와 같이 통상 2차 재결정 어닐링 중에 형성되는 산화물층이며, 포르스테라이트를 주로 한 산화물로 이루어지고, 포르스테라이트의 함유율은 70체적％ 이상인 것이 일반적이며, 잔부는 알루미늄이나 칼슘 등을 포함하는 산화물로 이루어진다. 모재 강판(10)에는 홈(11)이 형성되고, 홈(11)의 표면을 포함하는 모재 강판(10)의 표면에는, 상기 산화물로 이루어지는 글라스 피막(21)이 형성되어 있다. 글라스 피막(21)의 표면에, 또한, 장력 피막(22)을 마련해도 된다. 글라스 피막(21)의 뿌리(23)는, 글라스 피막(21)이 모재 강판(10)의 내부를 향하여 신장되어 있는 부분이며, 통상 0.1 내지 2㎛ 정도의 간격으로 존재한다.

조사의 결과, 자왜가 큰 경우에는 홈부의 글라스 피막(21)의 뿌리(23)가 과도하게 발달해 있고, 자왜가 양호한 경우에는, 글라스 피막(21)의 뿌리(23)의 발달 정도는 홈부 이외의 부위와 동일 정도였다. 글라스 피막(21)의 뿌리(23)가 과도하게 발달하면 자왜가 커지는 이유는 명확하지는 않지만, 글라스 피막(21)의 뿌리(23)를 기점으로 하여 90° 자구가 생성되기 쉬워지기 때문이라고 추정된다.

또한, 글라스 피막(21)의 뿌리(23)가 너무 짧은 경우, 자왜에 악영향은 없다고 생각되지만, 글라스 피막(21)과 지철(모재 강판(10))의 밀착성이 저하되기 때문에, 홈부의 피막에 크랙이 발생하기 쉬워진다. 이 크랙으로부터 수분이 들어가면 녹이 발생하여, 절연성, 점적률, 외관이 손상된다.

본 발명자들은, 홈부의 글라스 피막(21)의 뿌리(23)가 과도하게 발달하지 않는 방법을 검토한 결과, 홈 형성 시의 어시스트 가스의 노점을 적정한 범위로 제어함으로써, 글라스 피막(21)의 뿌리(23)가 생성되는 깊이를 제어할 수 있음을 지견하였다.

이하, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판(이하, 본 전자 강판이라 약칭함)의 구성에 대하여 설명한다.

본 전자 강판은, 표면에 복수의 홈(11)을 갖는 모재 강판(10)과, 모재 강판(10)의 표면에 형성된 글라스 피막(21)을 구비한다(도 1 및 도 3 참조). 본 전자 강판에 있어서, 글라스 피막(21)의 표면에 장력 피막(절연 피막)(22)이 형성되어 있어도 된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 모재 강판(10)의 표면에 있어서, 복수의 홈(11)은, 모재 강판(10)의 압연 방향으로 인접하도록 형성되어 있다. 홈(11)의 방향(각도 θ), 홈(11)의 폭 W, 깊이 D, 및 간격 d는, 본 발명의 과제인 자왜나 홈부의 크랙에 영향을 미치는 것은 아니고, 통상의 방향성 전자 강판과 마찬가지로, 철손을 고려하여 결정한다.

모재 강판(10)의 압연 방향 및 판 두께 방향에 직교하는 방향(판 폭 방향)과 홈(11)의 긴 변 방향이 이루는 각 θ는, 너무 크면 철손 개선 효과가 얻어지지 않게 되므로, 0 내지 40°로 한다. 홈(11)의 폭 W는, 너무 넓어도 너무 좁아도 양호한 철손이 얻어지지 않으므로, 20 내지 300㎛로 한다. 홈(11)의 깊이 D는, 너무 얕아도 너무 깊어도 양호한 철손이 얻어지지 않으므로, 10 내지 40㎛로 한다. 홈(11)은 압연 방향으로 2 내지 30㎜의 간격 d로 형성한다. 홈(11)의 간격 d는 등간격이 아니어도 된다.

본 전자 강판에 있어서의, 계면 혼재 영역과 홈부의 글라스 피막(21)의 뿌리의 구성에 대하여 도 3을 사용하여 설명한다. 도 3은 본 전자 강판의 단면도이며, 보다 상세하게는, 홈(11)의 긴 변 방향에 직교하는 단면에서 홈(11)을 포함하는 영역을 본 도면이다.

본 전자 강판에서는, 모재 강판(10) 상에 형성된 홈(11)의 내부의 글라스 피막(21)의 뿌리를 과도하게 발달시키지 않고, 적절한 범위로 제어한다. 구체적으로는, 도 3에 도시한 바와 같이, 홈(11)의 긴 변 방향에 직교하는 단면에서 홈(11)을 포함하는 영역을 본 경우에, 글라스 피막(21)의 윤곽선(21a) 상에 존재하고 또한 판 두께 방향의 가장 높은 위치에 존재하는 점을 피크점(35)으로 정의한다. 그 피크점(35)을 통과하고 또한 도 3에 도시한 단면 내에서 판 두께 방향에 직교하는 홈 폭 방향에 평행인 직선을 기준선(31)으로 정의한다. 도 3에 도시한 단면 내에서, 글라스 피막(21)과 모재 강판(10)의 경계선(12) 상에 존재하고 또한 판 두께 방향의 가장 낮은(깊은) 위치에 존재하는 점을 최심점(32)으로 정의한다. 또한, 도 3에 도시한 단면 내에서, 최심점(32)을 중심으로 하여 홈 폭 방향으로 2㎛(즉, ±1㎛)의 길이를 갖는 영역에 있어서 경계선(12) 상에 존재하고 또한 판 두께 방향의 가장 높은(얕은) 위치에 존재하는 점을 최천점(33)으로 정의한다.

상기와 같이, 도 3에 도시한 단면 내에서, 기준선(31), 최심점(32) 및 최천점(33)을 정의하였을 때, 본 전자 강판에서는, 기준선(31)과 최심점(32) 사이의 최단 거리 A와, 기준선(31)과 최천점(33) 사이의 최단 거리 B의 관계가 하기 (1)식을 만족시키도록, 글라스 피막(21)의 뿌리의 구조가 제어되어 있다.

여기서, 기준선(31)과 최심점(32) 사이의 최단 거리 A란, 기준선(31)에 대하여 수직인 직선으로 최심점(32)과 기준선(31)을 연결하였을 때의, 그 직선의 길이이다. 또한, 기준선(31)과 최천점(33) 사이의 최단 거리 B란, 기준선(31)에 대하여 수직인 직선으로 최천점(33)과 기준선(31)을 연결하였을 때의, 그 직선의 길이이다.

이하에서는, 판 두께 방향에 있어서의 최심점(32)과 최천점(33) 사이의 영역을 계면 혼재 영역(34)으로 정의하고, 최단 거리 A로부터 최단 거리 B를 감산하여 얻어지는 값(=A-B)을 계면 혼재 영역(34)의 두께로 정의한다. 계면 혼재 영역(34)에서는, 강과 글라스 피막이 혼재되어 있다.

홈(11)이 존재하는 모재 강판(10)의 임의의 장소 5개소(단, 각각 다른 홈(11)으로 함)에서 홈부의 단면을 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 단면의 사진으로부터 계면 혼재 영역(34)의 두께를 구하고, 5개소의 두께의 평균값을 계면 혼재 영역(34)의 두께로 한다.

계면 혼재 영역(34)의 두께(=A-B)가 0.1㎛ 미만인 경우, 글라스 피막(21)과 지철(모재 강판(10))의 밀착성이 저하되기 때문에, 홈부의 피막에 크랙이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 계면 혼재 영역(34)의 두께의 하한은 0.1㎛이다. 한편, 계면 혼재 영역(34)의 두께가 5.0㎛를 초과하는 경우, 글라스 피막(21)의 뿌리가 과도하게 발달하는 것에 기인하여 자왜의 값이 증대된다. 그 때문에, 계면 혼재 영역(34)의 두께 상한은 5.0㎛이다. 피막의 밀착성 향상 효과와 자왜의 저감 효과를 밸런스 좋게 얻기 위해, 계면 혼재 영역(34)의 두께는, 1㎛ 이상 3㎛ 이하인 것이 바람직하다.

다음에, 상기와 같은 구성으로 하기 위한 본 전자 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 상법에 의해, 본 전자 강판용의 냉연 강판을 제조한다. 냉연 강판의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 일반적으로 알려진 방법을 사용하면 된다.

다음에, 냉연 강판에 레이저를 조사함으로써, 압연 방향에 교차하는 방향으로 복수의 홈을 소정 간격으로 형성한다.

레이저 광원으로서는, 예를 들어 파이버 레이저, YAG 레이저, 반도체 레이저, 또는 CO₂ 레이저 등의 일반적으로 공업용으로 사용되는 고출력 레이저를 사용할 수 있다. 홈을 안정적으로 형성할 수 있으면, 펄스 레이저여도 연속파 레이저여도 된다. 레이저광의 조사 조건으로서, 예를 들어 레이저 출력을 200 내지 3000W로, 레이저광의 압연 방향에 있어서의 집광 스폿 직경(레이저 출력의 86％를 포함하는 직경, 이하 「86％ 직경」이라 함)을 10 내지 1000㎛로, 레이저광의 판 폭 방향에 있어서의 집광 스폿 직경(86％ 직경)을 10 내지 1000㎛로, 레이저 주사 속도를 5m/s 내지 100m/s로 할 수 있다.

레이저광의 조사와 동시에, 어시스트 가스를, 레이저광이 조사되는 강판의 부위에 분사한다. 어시스트 가스는, 레이저 조사에 의해 강판으로부터 용융 또는 증발한 성분을 제거하는 역할을 담당한다. 어시스트 가스의 분사에 의해, 레이저광이 안정적으로 강판에 도달하기 때문에, 홈이 안정적으로 형성된다. 어시스트 가스의 유량은, 예를 들어 매분 10 내지 1000리터로 할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 어시스트 가스를 공기 또는 불활성 가스로 하고, 공기의 경우에는 그 노점을 -30 내지 0℃로 하고, 불활성 가스의 경우에는 그 노점을 -20 내지 20℃로 한다. 이에 의해, 상술한 바와 같은 (1)식을 만족시키는 글라스 피막의 뿌리를 형성할 수 있다.

강판에 홈을 형성한 후에는, 공지의 방법으로, 냉연 강판을 탈탄, 질화한 후, MgO를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포하고, 가열, 유지 후 냉각하여, 글라스 피막을 형성한다. 글라스 피막만으로도 강판에 장력을 부여할 수 있지만, 자구 제어 효과를 높이기 위해, 글라스 피막 상에는 통상 장력 피막(절연 피막)을 형성한다.

탈탄 조건은, 공지 일반의 조건으로 할 수 있고, 예를 들어 850℃까지 승온한 후, 60초 유지한 후 냉각으로 하고, 탈탄 분위기는 수소-불활성 가스 분위기에서 PH₂O/PH₂로 0.15 내지 0.65의 범위로 하면 되고, 특히 0.33 부근에서 양호한 특성이 얻어진다. 질화도 공지 일반의 방법으로 할 수 있고, 질화량은, 예를 들어 50 내지 400ppm의 범위로 할 수 있지만, 특히 200ppm 부근에서 양호한 특성이 얻어진다. 어닐링 분리제의 조성은 공지 일반의 것을 사용할 수 있고, 예를 들어 MgO: 100질량부, TiO₂: 5질량부로 하고, 첨가물로서는, 예를 들어 FeCl₂를 염소로 200ppm이 되도록 첨가한 것으로 할 수 있다. 글라스 피막의 형성은, 후술하는 바와 같이, 강판을 코일상으로 권취하여, 최고 온도 1200℃에서 20시간 정도 유지한 후 냉각하는 공정으로 형성된다. 장력 피막은, 예를 들어 인산알루미늄을 주성분으로 하는 것으로 할 수 있고, 두께를 1㎛로 할 수 있다.

어시스트 가스의 조성 및 노점이, 홈부의 글라스 피막의 뿌리의 발달에 영향을 주는 기구는, 이하와 같이 생각된다.

글라스 피막의 뿌리는 주로 포르스테라이트로 구성되어 있고, 홈이 형성된 후의 2차 재결정 어닐링 중에 형성된다. 포르스테라이트를 형성하는 원료는, 2차 재결정 전의 강판 표면에 존재하는 SiO₂와, 어닐링 분리제의 MgO로 이루어진다. 강판 표면에 존재하는 SiO₂는, 통상 탈탄 산화층 유래이다. 이것에다가, 어닐링 분리제 중의 수분이 2차 재결정 어닐링 승온 중에 방출되어, 강판을 산화하여 SiO₂를 더 증가시키는 경우도 있다. 어닐링 분리제 중의 수분이 강판을 산화하는 것을 추가 산화라 칭하지만, 추가 산화가 일어나면 글라스 피막이 과도하게 형성되어 글라스 피막의 뿌리가 발달한다고 생각된다.

추가 산화가 일어나지 않게 하는 대책은, 어닐링 분리제 도포량의 적정화 및, 어닐링 분리제의 수분량의 제어이다. 어닐링 분리제의 도포량이 너무 적으면, 포르스테라이트의 원료인 Mg양이 적어지기 때문에, 양호한 글라스 피막이 되지 않게 된다. 또한, 수분량이 너무 적으면 2차 재결정 어닐링의 승온 중에 SiO₂가 분해되어 포르스테라이트의 원료가 적어져, 양호한 글라스 피막이 되지 않게 된다. 어닐링 분리제가 너무 많아도 특별히 해는 없지만, 미반응의 어닐링 분리제가 증가되어 불필요하게 도포되게 되어, 경제적이지 않다. 수분량이 너무 많으면 전술한 바와 같이 과도한 내부 산화가 발생하여, 글라스 피막의 뿌리가 과도하게 형성되는 문제가 발생한다.

홈이 없으면, 어닐링 분리제를 도포할 때의 제어는 도포량, 수분량만으로 충분하지만, 홈부에서는 어닐링 분리제가 고이기 때문에, 강판의 다른 부위보다도 추가 산화가 일어나기 쉬워진다.

홈의 부분의 글라스 피막을 적정한 양으로 하기 위해, 어닐링 분리제의 도포량이나, 수분량을 적게 하면, 홈 이외의 부분에서 건전한 글라스 피막이 형성되지 않게 되기 때문에, 어닐링 분리제의 도포량이나 수분량으로 문제를 해결할 수는 없다.

그 때문에, 홈 형성 시의 어시스트 가스의 노점 제어로, 홈의 부분의 추가 산화를 억제함으로써, 홈의 부분의 글라스 피막의 뿌리의 과도한 발달이 억제된다. 이 기구는, 이하와 같이 생각된다.

레이저로 가열하여 홈을 형성할 때 적당한 산소 포텐셜의 분위기로 하면, 분위기 시일성이 좋은 산화막이 형성된다. 산소 포텐셜을 제어하기 위해, 어시스트 가스는, 공기 조성으로 노점을 -30 내지 0℃로 한다. 이와 같은 조건에서 형성된 산화막이 있으면, 2차 재결정의 승온 시에 홈의 부분에서 어닐링 분리제로부터 대량의 수분이 방출되어도, 강 중에 산소가 침입하지 않는 배리어층으로서 기능한다고 생각된다.

노점이 너무 높으면 SiO₂가 대량으로 생성되어 과도한 추가 산화와 마찬가지의 현상이 발생한다. 한편, 노점이 너무 낮으면 생성되는 산화막의 시일성이 과도하게 양호해져, 탈탄 중에 형성되는 SiO₂ 산화층이 충분히 발달하지 않아, 건전한 글라스 피막의 뿌리가 형성되지 않게 된다.

이상의 이유로부터, 본 전자 강판의 제조 방법에서는, 냉연 강판의 표면에 레이저로 홈을 형성하는 공정에 있어서, 레이저 조사 부위를 포함하는 분위기가 공기인 경우, 즉 어시스트 가스로서 공기를 사용하는 경우, 그 공기의 노점을 -30℃ 내지 0℃로 제어한다.

어시스트 가스로서 불활성 가스를 사용하는 경우에는, 그 불활성 가스의 노점을 -20 내지 20℃로 제어한다. 불활성 가스로서는, 질소, 헬륨 또는 아르곤 등을 들 수 있다.

이상의 제조 방법에 의해, 글라스 피막의 뿌리가 적절하게 발달되어, 양호한 자왜를 갖는 방향성 전자 강판을 얻을 수 있다.

또한, 종래에는, 레이저 조사 시에 수분이 발생하는 것을 방지하기 위해, 제습된 어시스트 가스가 사용되지만, 그와 같은 어시스트 가스로서 특별히 노점이 제어된 가스는 사용되고 있지 않다. 일반적으로 공업적으로 사용되는, 소위 드라이 가스의 노점은, -35℃ 정도인 것이 기술 상식이다. 한편, 본 전자 강판의 제조 방법에서는, 어시스트 가스의 노점을 적극적으로 특정 범위로 제어함으로써, 홈부에 있어서의 글라스 피막의 뿌리를 특정 상태(식 (1)을 만족시키는 상태)로 제어하고, 그 결과, 자기 특성(자왜)의 개선과 글라스 피막의 밀착성의 양립을 실현할 수 있었던 것이다. 어시스트 가스의 노점을 상기 특정 범위로 제어함으로써 레이저 조사 시에 수분이 발생하는 문제에 대해서는, 레이저 조사 시의 분위기 온도를 90℃ 정도로 유지해 둠으로써 해결할 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 사용하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 양태에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

Si: 3.4질량％, Mn: 0.15질량％, S: 0.006질량％, C: 0.045질량％, 산 가용해 Al: 0.022질량％, N: 0.007질량％를 포함한 슬래브를 소재로 하여 공지의 방법으로 열간 압연 후, 열연판 어닐링을 행하고, 냉간 압연으로 0.22㎜를 최종 판 두께로 하는 강판을 얻었다.

계속해서, 강판의 표면에 레이저를 조사하여, 압연 방향에 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 홈을, 압연 방향을 따라서 5㎜ 간격으로 형성하였다. 홈 형성 방향은, 강판의 C 방향에 대하여 L 방향으로 20°경사진 방향으로 하고, 홈 폭은 50㎛, 홈 깊이는 25㎛로 하였다.

레이저광의 조사 조건은, 레이저 출력이 200 내지 3000W, 레이저광의 압연 방향에 있어서의 집광 스폿 직경(86％ 직경)이 10 내지 1000㎛, 레이저광의 판 폭 방향에 있어서의 집광 스폿 직경(86％ 직경)이 10 내지 1000㎛, 레이저 주사 속도가 5 내지 100m/s의 범위에서 조정되었다.

레이저 조사 시의, 레이저에 의해 용융, 증발된 강판의 금속을 효율적으로 제거하기 위해 어시스트 가스를 100리터/분으로 분사하였다. 어시스트 가스의 조성과 노점은, 표 1에 나타내는 바와 같이 하였다.

홈을 형성한 냉연 강판을 탈탄하고, 또한 질화 처리를 실시하였다. 탈탄 조건은, 850℃까지 승온한 후, 60초 유지하고 냉각으로 하였다. 탈탄 분위기는 수소-질소 분위기에서, PH₂O/PH₂를 0.33으로 하였다. 또한, 질화량은 200ppm으로 하였다.

그 후, MgO를 주체로 하는 어닐링 분리제를, 도포량이 편면 4g/㎡가 되도록 도포하였다. 어닐링 분리제의 조성은, MgO: 100질량부, TiO₂: 5질량부에 대해, FeCl₂를 염소로 200ppm이 되도록 첨가하였다.

계속해서, 강판을 코일상으로 권취하여, 최고 온도 1200℃에서 20시간 유지한 후 냉각하여, 표면에 글라스 피막을 형성하였다. 또한, 인산알루미늄을 주성분으로 하는 장력 피막을 두께 1㎛가 되도록 형성하여 방향성 전자 강판을 얻었다. 이때의 장력은, 글라스 피막을 포함하여 압연 방향에 대하여 12㎫였다.

얻어진 방향성 전자 강판의 홈부의 지철과 글라스 피막이 혼재되는 영역(계면 혼재 영역)의 두께(=A-B)와, 자기 특성(자왜, 자속 밀도, 철손) 및 홈부의 크랙의 유무를 이하에 나타낸다.

자왜는, 50Hz의 사인파로 강판의 최대 자속 밀도가 1.7T로 되도록 여자하였을 때, 강판이 가장 신장한 길이와 가장 수축된 길이의 차의 절대값으로 하고, 0.6×10^-6 이하를 양호로 하였다.

철손은, 주파수 50Hz의 사인파로 강판의 최대 자속 밀도가 1.7T로 되도록 여자한 경우의 철손(W17/50)이며, 0.8W/kg 이하를 양호로 하였다.

홈부의 크랙은, 얻어진 시료의 홈부의 피막의 홈 긴 변 방향으로 10㎜의 범위를 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 길이 0.5㎛를 초과하는 크랙이 존재하지 않는 경우에 크랙 없음으로 판단하였다.

본 실시예의 결과로부터, 어시스트 가스의 조성 및 노점이 본 발명의 범위에 있으면, 계면 혼재 영역의 두께가 0.1㎛ 이상 5.0㎛ 이하의 범위 내로 제어되고, 홈부의 크랙이 없으며, 자왜 및 철손이 양호한 것을 알 수 있었다.

[실시예 2]

계속해서, 강판의 표면에 레이저를 조사하여, 압연 방향에 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 홈을, 압연 방향을 따라서 5㎜ 간격으로 형성하였다. 홈 형성 방향은, 강판의 C 방향에 대하여 L 방향으로 20°경사진 방향으로 하고, 홈 폭, 및 홈 깊이는 표 2에 나타내는 크기로 하였다.

레이저광의 조사 조건은, 실시예 1과 마찬가지로 하고, 어시스트 가스로서, 노점 -15℃의 공기를 100리터/분으로 분사하였다.

얻어진 방향성 전자 강판의 계면 혼재 영역의 두께와, 자기 특성(자왜, 자속 밀도, 철손) 및 홈부의 크랙의 유무를 이하에 나타낸다.

자왜, 철손, 홈부의 크랙의 평가 방법은, 실시예 1과 마찬가지이다. 본 실시예의 결과로부터, 홈 깊이 및 홈 폭이 본 발명의 범위에 있으면, 홈부의 크랙이 없고, 자왜 및 철손이 양호한 것을 알 수 있었다.

[실시예 3]

계속해서, 강판의 표면에 레이저를 조사하여, 압연 방향에 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 홈을, 압연 방향을 따라서 표 3에 나타내는 간격으로, 강판의 C 방향에 대하여 L 방향으로 표 3에 나타내는 각도로 경사진 방향으로 홈을 형성하였다. 홈 폭은 50㎛, 홈 깊이는 25㎛로 하였다.

레이저광의 조사 조건은, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 어시스트 가스로서, 노점 -15℃의 공기를 100리터/분으로 분사하였다.

자왜, 철손, 홈부의 크랙의 평가 방법은, 실시예 1과 마찬가지이다. 본 실시예의 결과로부터, 홈 피치 및, 홈 형성 방향에 대해 강판의 C 방향에 대하여 L 방향으로 경사지는 각도가, 본 발명의 범위에 있으면, 홈부의 크랙이 없고, 자왜 및 철손이 양호한 것을 알 수 있었다.

10 : 강판
11 : 홈
21 : 글라스 피막
22 : 장력 피막
23 : 글라스 피막의 뿌리
31 : 기준선
32 : 최심점
33 : 최천점
34 : 계면 혼재 영역
35 : 피크점
θ : 홈이 압연 방향에 대하여 수직인 방향과 이루는 각도
W : 홈의 폭
D : 홈의 깊이
d : 홈의 간격

Claims

표면에 복수의 홈을 갖는 모재 강판과, 상기 모재 강판의 상기 표면에 형성된 글라스 피막을 구비하는 방향성 전자 강판이며,
상기 모재 강판의 압연 방향 및 판 두께 방향에 직교하는 방향과, 상기 홈의 긴 변 방향이 이루는 각이 0 내지 40°이고,
상기 홈의 폭이 20 내지 300㎛이며,
상기 홈의 깊이가 10 내지 40㎛이고,
상기 압연 방향에 있어서의 상기 홈의 간격이 2 내지 30㎜이며,
상기 홈의 긴 변 방향에 직교하는 단면에서 상기 홈을 포함하는 영역을 본 경우에,
상기 글라스 피막의 윤곽선 상에 존재하고 또한 상기 판 두께 방향의 가장 높은 위치에 존재하는 점을 피크점으로 정의하고,
상기 피크점을 통과하고 또한 상기 단면 내에서 상기 판 두께 방향에 직교하는 홈 폭 방향에 평행인 직선을 기준선으로 정의하고,
상기 글라스 피막과 상기 모재 강판의 경계선 상에 존재하고 또한 상기 판 두께 방향의 가장 낮은 위치에 존재하는 점을 최심점으로 정의하고,
상기 최심점을 중심으로 하여 상기 홈 폭 방향으로 2㎛의 길이를 갖는 영역에 있어서 상기 경계선 상에 존재하고 또한 상기 판 두께 방향의 가장 높은 위치에 존재하는 점을 최천점으로 정의하였을 때,
상기 기준선과 상기 최심점 사이의 최단 거리 A와, 상기 기준선과 상기 최천점 사이의 최단 거리 B의 관계가 하기 (1)식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판.
제1항에 기재된 방향성 전자 강판을 제조하는 방법이며,
냉연 강판의 표면에 레이저로 홈을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 공정에 있어서, 레이저 조사 부위를 포함하는 분위기가 공기 또는 불활성 가스이며, 상기 공기의 노점이 -30℃ 내지 0℃이고, 상기 불활성 가스의 노점이 -20℃ 내지 20℃인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.