KR20210036948A

KR20210036948A - 무방향성 전자기 강판

Info

Publication number: KR20210036948A
Application number: KR1020217005531A
Authority: KR
Inventors: 히로요시 야시키; 요시아키 나토리; 미호 도미타; 가즈토시 다케다; 다쿠야 마츠모토
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2021-04-05
Also published as: KR102570981B1; TW202024357A; US20210343458A1; JPWO2020091039A1; EP3875614A1; BR112020027056A2; CN112654723B; CN112654723A; TWI707959B; WO2020091039A1; EP3875614A4; JP7143900B2

Abstract

이 무방향성 전자기 강판은, 모재가, 식[Si+sol. Al+0.5×Mn≥4.3]을 만족시키는 소정의 화학 조성을 갖고, 상기 모재의 평균 결정 입경이, 40㎛ 초과 120㎛ 이하이다.

Description

무방향성 전자기 강판

본 발명은 무방향성 전자기 강판에 관한 것이다.

본원은, 2018년 11월 2일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2018-206970호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

근년, 지구 환경 문제가 주목받고 있고, 에너지 절약에의 대처에 대한 요구는 한층 더 높아지고 있다. 에너지 절약에의 대처에 대한 요구 중에서도, 전기 기기의 고효율화가 강하게 요구되고 있다. 이 때문에, 모터 또는 발전기 등의 철심 재료로서 널리 사용되고 있는 무방향성 전자기 강판에 있어서도, 자기 특성의 향상에 대한 요구가 더 강해지고 있다. 전기 자동차 및 하이브리드 자동차용 구동 모터 그리고 에어컨의 컴프레서용 모터에 있어서는, 그 경향이 현저하다.

상기와 같은 각종 모터의 모터 코어는, 고정자인 스테이터 및 회전자인 로터로 구성된다. 모터 코어를 구성하는 스테이터 및 로터에 요구되는 특성은, 서로 상이한 것이다. 스테이터에는, 우수한 자기 특성(저철손 및 고자속 밀도), 특히 저철손이 요구되는 것에 비해, 로터에는, 우수한 기계 특성(고강도)이 요구된다.

스테이터와 로터에서 요구되는 특성이 다르기 때문에, 스테이터용 무방향성 전자기 강판과 로터용 무방향성 전자기 강판을 구분 제작함으로써, 원하는 특성을 실현할 수 있다. 그러나, 2종류의 무방향성 전자기 강판을 준비하는 것은, 수율의 저하를 일으킨다. 그래서, 로터에 요구되는 고강도를 실현하면서, 응력 제거 어닐링을 행하지 않아도 스테이터에 요구되는 저철손을 실현하기 위해, 강도가 우수하면서 또한 자기 특성에도 우수한 무방향성 전자기 강판이 종래부터 검토되어 왔다.

예를 들어, 특허 문헌 1 내지 3에서는, 우수한 자기 특성과 높은 강도를 실현하기 위한 시도가 이루어져 있다. 또한, 특허 문헌 4에서는, 우수한 자기 특성과 높은 강도를 실현하면서 또한 특성 변동을 저감시키기 위한 시도가 이루어져 있다.

일본 특허 공개 2004-300535호 공보 일본 특허 공개 2007-186791호 공보 일본 특허 공개 2012-140676호 공보 일본 특허 공개 2010-90474호 공보

그러나, 근년, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 모터에 요구되는 에너지 절약 특성을 실현하기 위해서는, 특허 문헌 1 내지 3에 개시되어 있는 바와 같은 기술에서는, 스테이터 소재로서의 저철손화가 불충분하였다. 또한, 특허 문헌 4에서는, 저온 영역에서 마무리 어닐링을 실시하는 것으로 재결정립을 미세화하고 있기 때문에, 히스테리시스손이 커져, 특허 문헌 1 내지 3과 마찬가지로, 스테이터 소재로서 저철손화가 불충분하다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 높은 강도 및 우수한 자기 특성을 갖는 무방향성 전자기 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 하기의 무방향성 전자기 강판을 요지로 한다.

(1) 본 발명의 일 양태에 관한 무방향성 전자기 강판은, 모재의 화학 조성이, 질량％로,

C: 0.0050％ 이하,

Si: 3.7％ 초과 5.0％ 이하,

Mn: 0.2％ 초과 1.5％ 이하,

sol. Al: 0.05 내지 0.45％,

P: 0.030％ 이하,

S: 0.0030％ 이하,

N: 0.0030％ 이하,

Ti: 0.0050％ 미만,

Nb: 0.0050％ 미만,

Zr: 0.0050％ 미만,

V: 0.0050％ 미만,

Cu: 0.200％ 미만,

Ni: 0.500％ 미만,

Sn: 0 내지 0.100％,

Sb: 0 내지 0.100％ 및

잔부: Fe 및 불순물이며,

하기 (i)식을 만족시키고,

상기 모재의 평균 결정 입경이, 40㎛ 초과 120㎛ 이하이다.

단, 상기 식 중의 원소 기호는, 각 원소의 함유량(질량％)이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 무방향성 전자기 강판은, 인장 강도가 600MPa 이상이어도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 무방향성 전자기 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로,

Sn: 0.005 내지 0.100％ 및

Sb: 0.005 내지 0.100％

로부터 선택되는 1종 또는 2종을 함유해도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 무방향성 전자기 강판은, 상기 모재의 표면에 절연 피막을 갖고 있어도 된다.

본 발명에 관한 상기 양태에 의하면, 높은 강도 및 우수한 자기 특성을 갖는 무방향성 전자기 강판을 얻을 수 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

Si, Mn 및 Al은, 강의 전기 저항을 상승시켜 와전류손을 저감시키는 효과를 갖는 원소이다. 또한, 이들 원소는, 강의 고강도화에도 기여하는 원소이다.

Si, Mn 및 Al 중에서도, Si는 전기 저항의 상승에 가장 효율적으로 기여하는 원소이다. Al도 Si와 마찬가지로, 전기 저항을 효율적으로 상승시키는 효과를 갖는다. 한편, Mn은, Si 및 Al에 비하여 전기 저항을 상승시키는 효과는 약간 낮다.

이러한 점에서, 본 실시 형태에 있어서는, Si, Al 및 Mn의 함유량을 적절한 범위 내로 조정함으로써, 고강도화 및 자기 특성의 향상을 달성한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 고강도화 및 자기 특성의 향상을 위해서는, 결정 입경의 제어도 중요하다. 고강도화의 관점에서는, 강 중의 결정립은 세립인 것이 바람직하다.

또한, 무방향성 전자기 강판의 자기 특성을 향상시키기 위해서는, 고주파 철손을 개선할 필요가 있다. 철손은 주로 히스테리시스손과 와전류손을 포함한다. 여기서, 히스테리시스손을 저감시키기 위해서는 결정립은 조대화시키는 것이 바람직하고, 와전류손을 저감시키기 위해서는 결정립은 미세화시키는 것이 바람직하다. 즉, 양자 간에는 트레이드오프의 관계가 존재한다.

그래서 본 발명자들이 검토를 더욱 거듭한 결과, 고강도화 및 자기 특성의 향상을 달성하기 위한 적합한 입경의 범위가 있는 것을 알아내었다.

본 발명은 상기한 지견에 기초하여 이루어진 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 개시된 구성에만 제한되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

1. 전체 구성

본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판은, 높은 강도를 가지며, 또한 우수한 자기 특성을 갖기 때문에, 스테이터 및 로터의 양쪽에 적합하다. 또한, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판은, 이하에 설명하는 모재의 표면에 절연 피막을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

2. 모재의 화학 조성

본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 모재의 화학 조성에 있어서, 각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에서 함유량에 관한 「％」는, 「질량％」를 의미한다. 「내지」를 사이에 두고 기재하는 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다.

C: 0.0050％ 이하

C(탄소)는, 무방향성 전자기 강판의 철손 열화를 야기하는 원소이다. C 함유량이 0.0050％를 초과하면, 무방향성 전자기 강판의 철손이 열화되어, 양호한 자기 특성을 얻을 수 없다. 따라서, C 함유량은 0.0050％ 이하로 한다. C 함유량은 0.0040％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0035％ 이하인 것이 더 바람직하고, 0.0030％ 이하인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, C는 무방향성 전자기 강판의 고강도화에 기여하는 점에서, 그 효과를 얻고 싶은 경우에는, C 함유량은 0.0005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0010％ 이상인 것이 더 바람직하다.

Si: 3.7％ 초과 5.0％ 이하

Si(규소)는, 강의 전기 저항을 상승시켜 와전류손을 저감시켜, 무방향성 전자기 강판의 고주파 철손을 개선하는 원소이다. 또한, Si는, 고용 강화능이 크기 때문에, 무방향성 전자기 강판의 고강도화에도 유효한 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해, Si 함유량은 3.7％ 초과로 한다. Si 함유량은 3.8％ 이상인 것이 바람직하고, 3.9％ 이상인 것이 더 바람직하고, 4.0％ 초과인 것이 한층 더 바람직하다. 한편, Si 함유량이 과잉이면, 가공성이 현저하게 열화되어, 냉간 압연을 실시하기가 곤란해진다. 따라서, Si 함유량은 5.0％ 이하로 한다. Si 함유량은 4.8％ 이하인 것이 바람직하고, 4.5％ 이하인 것이 더 바람직하다.

Mn: 0.2％ 초과 1.5％ 이하

Mn(망간)은, 강의 전기 저항을 상승시켜 와전류손을 저감하여, 무방향성 전자기 강판의 고주파 철손을 개선하기 위해 유효한 원소이다. 또한, Mn 함유량이 너무 낮은 경우에는, 전기 저항의 상승 효과가 작음에 더하여, 강 중에 미세한 황화물(MnS)이 석출됨으로써, 마무리 어닐링 시에 충분히 입성장하지 않는 경우가 있다. 그 때문에, Mn 함유량은 0.2％ 초과로 한다. Mn 함유량은 0.3％ 이상인 것이 바람직하고, 0.4％ 이상인 것이 더 바람직하다. 한편, Mn 함유량이 과잉이면, 무방향성 전자기 강판의 자속 밀도 저하가 현저해진다. 따라서, Mn 함유량은 1.5％ 이하로 한다. Mn 함유량은 1.4％ 이하인 것이 바람직하고, 1.2％ 이하인 것이 더 바람직하다.

sol. Al: 0.05 내지 0.45％

Al(알루미늄)은, 강의 전기 저항을 상승시킴으로써 와전류손을 저감하여, 무방향성 전자기 강판의 고주파 철손을 개선하는 효과를 갖는 원소이다. 또한, Al은, Si만큼은 아니지만, 고용 강화에 의해 무방향성 전자기 강판의 고강도화에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, sol. Al 함유량은 0.05％ 이상으로 한다. sol. Al 함유량은 0.10％ 이상인 것이 바람직하고, 0.15％ 이상인 것이 더 바람직하다. 한편, sol. Al 함유량이 과잉이면, 무방향성 전자기 강판의 자속 밀도 저하가 현저해진다. 따라서, sol. Al 함유량은 0.45％ 이하로 한다. sol. Al 함유량은 0.40％ 이하인 것이 바람직하고, 0.35％ 이하인 것이 더 바람직하고, 0.30％ 이하인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, sol. Al 함유량이란, sol. Al(산가용 Al)의 함유량을 의미한다.

본 실시 형태에 있어서는, Si, Al 및 Mn의 함유량을 적절하게 제어함으로써, 강의 전기 저항을 확보한다. 또한, 강도 확보의 관점에서도, Si, Al 및 Mn의 함유량을 적절하게 제어하는 것이 필요하다. 그 때문에, Si, Al 및 Mn의 함유량이 각각 상기 범위 내인 것 이외에도, 하기 (i)식을 만족시킬 필요가 있다. 하기 (i)식의 좌변의 값은, 4.4 이상인 것이 바람직하고, 4.5 이상인 것이 더 바람직하다.

P: 0.030％ 이하

P(인)는, 불순물로서 강 중에 포함되고, 그 함유량이 과잉이면, 무방향성 전자기 강판의 연성이 현저하게 저하된다. 따라서, P 함유량은 0.030％ 이하로 한다. P 함유량은 0.025％ 이하인 것이 바람직하고, 0.020％ 이하인 것이 더 바람직하다. P 함유량은 0％인 것이 바람직하지만, P 함유량의 극도의 저감은 제조 비용의 증가를 야기하는 경우가 있기 때문에, P 함유량은 0.003％ 이상으로 해도 된다.

S: 0.0030％ 이하

S(황)는, MnS의 미세 석출물을 형성함으로써 철손을 증가시켜, 무방향성 전자기 강판의 자기 특성을 열화시키는 원소이다. 따라서, S 함유량은 0.0030％ 이하로 한다. S 함유량은 0.0020％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0015％ 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, S 함유량의 극도의 저감은 제조 비용의 증가를 야기하는 경우가 있기 때문에, S 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0003％ 이상인 것이 더 바람직하고, 0.0005％ 이상인 것이 한층 더 바람직하다.

N: 0.0030％ 이하

N(질소)은, 강 중에 불가피하게 혼입되는 원소이며, 질화물을 형성하여 철손을 증가시켜, 무방향성 전자기 강판의 자기 특성을 열화시키는 원소이다. 따라서, N 함유량은 0.0030％ 이하로 한다. N 함유량은 0.0025％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0020％ 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, N 함유량의 극도의 저감은 제조 비용의 증가를 야기하는 경우가 있기 때문에, N 함유량은 0.0005％ 이상인 것이 바람직하다.

Ti: 0.0050％ 미만

Ti(티타늄)는, 강 중에 불가피하게 혼입되는 원소이며, 탄소 또는 질소와 결합하여 석출물(탄화물, 질화물)을 형성할 수 있다. 탄화물 또는 질화물이 형성된 경우에는, 이들의 석출물 그 자체가 무방향성 전자기 강판의 자기 특성을 열화시킨다. 나아가, 마무리 어닐링 중의 결정립의 성장을 저해하여, 무방향성 전자기 강판의 자기 특성을 열화시킨다. 따라서, Ti 함유량은 0.0050％ 미만으로 한다. Ti 함유량은 0.0040％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0030％ 이하인 것이 더 바람직하고, 0.0020％ 이하인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, Ti 함유량의 극도의 저감은 제조 비용의 증가를 야기하는 경우가 있기 때문에, Ti 함유량은 0.0005％ 이상인 것이 바람직하다.

Nb: 0.0050％ 미만

Nb(니오븀)는, 탄소 또는 질소와 결합하여 석출물(탄화물)을 형성함으로써 고강도화에 기여하는 원소이지만, 이들의 석출물 그 자체가 무방향성 전자기 강판의 자기 특성을 열화시킨다. 따라서, Nb 함유량은 0.0050％ 미만으로 한다. Nb 함유량은 0.0040％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0030％ 이하인 것이 더 바람직하고, 0.0020％ 이하인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, Nb 함유량은, 측정 한계 이하인 것이 더욱 바람직하고, 구체적으로는 0.0001％ 미만인 것이 더욱 바람직하다. Nb 함유량은 낮으면 낮을수록 바람직하기 때문에, Nb 함유량은 0％로 해도 된다.

Zr: 0.0050％ 미만

Zr(지르코늄)은, 탄소 또는 질소와 결합하여 석출물(탄화물, 질화물)을 형성함으로써 고강도화에 기여하는 원소이지만, 이들의 석출물 그 자체가 무방향성 전자기 강판의 자기 특성을 열화시킨다. 따라서, Zr 함유량은 0.0050％ 미만으로 한다. Zr 함유량은 0.0040％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0030％ 이하인 것이 더 바람직하고, 0.0020％ 이하인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, Zr 함유량은 측정 한계 이하인 것이 더욱 바람직하고, 구체적으로는 0.0001％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. Zr 함유량은 낮으면 낮을수록 바람직하기 때문에, Zr 함유량은 0％로 해도 된다.

V: 0.0050％ 미만

V(바나듐)는, 탄소 또는 질소와 결합하여 석출물(탄화물, 질화물)을 형성함으로써 고강도화에 기여하는 원소이지만, 이들의 석출물 그 자체가 무방향성 전자기 강판의 자기 특성을 열화시킨다. 따라서, V 함유량은 0.0050％ 미만으로 한다. V 함유량은 0.0040％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0030％ 이하인 것이 더 바람직하고, 0.0020％ 이하인 것이 한층 더 바람직하다. V 함유량은 측정 한계 이하인 것이 더욱 바람직하고, 구체적으로는 0.0001％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. V 함유량은 낮으면 낮을수록 바람직하기 때문에, V 함유량은 0％로 해도 된다.

Cu: 0.200％ 미만

Cu(구리)는, 강 중에 불가피하게 혼입되는 원소이다. 의도적으로 Cu를 함유시키면, 무방향성 전자기 강판의 제조 비용이 증가된다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, Cu는 적극적으로 함유시킬 필요는 없고, 불순물 레벨이면 된다. Cu 함유량은, 제조 공정에 있어서 불가피하게 혼입될 수 있는 최댓값인 0.200％ 미만으로 한다. Cu 함유량은 0.150％ 이하인 것이 바람직하고, 0.100％ 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, Cu 함유량의 하한값은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, Cu 함유량의 극도의 저감은 제조 비용의 증가를 야기하는 경우가 있다. 그 때문에, Cu 함유량은 0.001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.003％ 이상인 것이 더 바람직하고, 0.005％ 이상인 것이 한층 더 바람직하다.

Ni: 0.500％ 미만

Ni(니켈)는, 강 중에 불가피하게 혼입되는 원소이다. 그러나, Ni는, 무방향성 전자기 강판의 강도를 향상시키는 원소이기 때문에, 의도적으로 함유시켜도 된다. 단, Ni는 고가이기 때문에, Ni 함유량은 0.500％ 미만으로 한다. Ni 함유량은 0.400％ 이하인 것이 바람직하고, 0.300％ 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, Ni 함유량의 하한값은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, Ni 함유량의 극도의 저감은 제조 비용의 증가를 야기하는 경우가 있다. 그 때문에, Ni 함유량은 0.001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.003％ 이상인 것이 더 바람직하고, 0.005％ 이상인 것이 한층 더 바람직하다.

Sn: 0 내지 0.100％

Sb: 0 내지 0.100％

Sn(주석) 및 Sb(안티몬)는, 모재 표면에 편석하여 어닐링 중의 산화 및 질화를 억제함으로써, 무방향성 전자기 강판에 있어서 낮은 철손을 확보하는 데 유용한 원소이다. 또한, Sn 및 Sb는, 결정 입계에 편석하여 집합 조직을 개선하고, 무방향성 전자기 강판의 자속 밀도를 높이는 효과도 갖는다. 그 때문에, 필요에 따라 Sn 및 Sb의 적어도 한쪽을 함유시켜도 된다. 그러나, 이들 원소의 함유량이 과잉이면, 강의 인성이 저하되어 냉간 압연이 곤란하게 되는 경우가 있다. 따라서, Sn 및 Sb의 함유량은, 각각 0.100％ 이하로 한다. Sn 및 Sb의 함유량은, 각각 0.060％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 효과를 확실하게 얻고 싶은 경우에는, Sn 및 Sb의 적어도 한쪽 함유량을, 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.010％ 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 모재의 화학 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 여기서 「불순물」이란, 강을 공업적으로 제조할 때, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 특성에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.

또한, 불순물 원소로서, Cr 및 Mo의 함유량에 관해서는, 특별히 규정되는 것은 아니다. 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판으로는, 이들 원소를 각각 0.5％ 이하의 범위에서 함유해도, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 특성에 특별히 영향은 없다. 또한, Ca 및 Mg을 각각 0.002％ 이하의 범위에서 함유해도, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 특성에 특별히 영향은 없다. 희토류 원소(REM)을 0.004％ 이하의 범위에서 함유해도, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 특성에 특별히 영향은 없다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 REM이란, Sc, Y 및 란타노이드를 포함하는 합계 17 원소를 가리키며, 상기 REM의 함유량이란, 이들 원소의 합계의 함유량을 가리킨다.

O도 불순물 원소이지만, 0.05％ 이하의 범위에서 함유해도, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 특성에 영향은 없다. O는, 어닐링 공정에 있어서 강 중에 혼입되는 경우도 있기 때문에, 슬래브 단계(즉, 레들값)의 함유량에 있어서는, 0.01％ 이하의 범위에서 함유해도, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 특성에 특별히 영향은 없다.

또한, 상기 원소 외에, 불순물 원소로서, Pb, Bi, As, B, Se 등의 원소가 포함될 수 있지만, 각각의 함유량이 0.0050％ 이하의 범위이면, 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 특성을 손상시키는 것은 아니다.

본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 모재의 화학 조성은, ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)를 사용하여 측정하면 된다. 또한, sol. Al은, 시료를 산으로 가열 분해한 후의 여액을 사용하여 ICP-AES에 의해 측정하면 된다. 또한, C 및 S는 연소-적외선 흡수법을 사용하고, N은 불활성 가스 융해-열 전도도법을 사용하여 측정하면 된다.

3. 결정 입경

무방향성 전자기 강판의 고강도화의 관점에서는, 강 중의 결정립은 세립인 것이 바람직하다. 게다가, 히스테리시스손을 저감시키기 위해서는 결정립은 조대화시키는 것이 바람직하고, 와전류손을 저감시키기 위해서는 결정립은 미세화시키는 것이 바람직하다.

모재의 평균 결정 입경이 40㎛ 이하이면 히스테리시스손이 현저하게 악화되어, 무방향성 전자기 강판의 자기 특성을 개선하기가 곤란해진다. 한편, 모재의 평균 결정 입경이 120㎛를 초과하면, 강의 강도가 저하될 뿐만 아니라, 와전류손의 악화가 현저해져, 무방향성 전자기 강판의 자기 특성을 개선하기가 곤란해진다. 따라서, 모재의 평균 결정 입경은 40㎛ 초과, 120㎛ 이하로 한다. 모재의 평균 결정 입경은 45㎛ 이상인 것이 바람직하고, 50㎛ 이상인 것이 더 바람직하고, 55㎛ 이상인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 모재의 평균 결정 입경은 110㎛ 이하인 것이 바람직하고, 100㎛ 이하인 것이 더 바람직하다.

본 실시 형태에서 모재의 평균 결정 입경은, JIS G 0551(2013)「강-결정 입도의 현미경 시험 방법」에 따라 구한다. 구체적으로는, 우선, 무방향성 전자기 강판의 단부로부터 10㎜ 이상 이격된 위치로부터, 압연 방향에 평행한 판 두께 단면이 관찰면이 되도록 시험편을 채취한다. 촬영 기능을 갖는 광학 현미경을 사용하여, 배율 100배로, 부식액에 의한 에칭으로 결정 입계가 명료하게 관찰할 수 있는 관찰면을 촬영한다. 얻어진 관찰 사진을 사용하여, JIS G 0551(2013)에 기재된 절단법에 의해, 관찰되는 결정립의 평균 결정 입경을 측정한다. 절단법에서는, 압연 방향으로 길이 2㎜의 직선을 판 두께 방향으로 등간격으로 5개 이상 그어, 합계 10㎜ 이상의 직선으로 포착한 포착 결정립 수와, 압연 방향의 직선과 직교하는 판 두께 방향에 평행한 직선을, 압연 방향으로 등간격으로 5개 이상 그어, 합계로(판 두께×5)㎜ 이상의 직선으로 보충한 보충 결정립 수의 2종류의 보충 결정립 수를 사용하여 평가한다.

4. 자기 특성

본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판에 있어서, 자기 특성이 우수하다는 것은, 철손 W_10/400이 낮고, 자속 밀도 B₅₀이 높은 것을 의미한다. 구체적으로는, 자기 특성이 우수하다는 것은, 무방향성 전자기 강판의 판 두께가 0.30㎜ 초과, 0.35㎜ 이하이면 철손 W_10/400이 16.0W/kg 이하 또한 자속 밀도 B₅₀이 1.60T 이상, 0.25㎜ 초과, 0.30㎜ 이하이면 15.0W/kg 이하 또한 자속 밀도 B₅₀이 1.60T 이상, 0.20㎜ 초과, 0.25㎜ 이하이면 13.0W/kg 이하 또한 자속 밀도 B₅₀이 1.60T 이상, 0.20㎜ 이하이면 12.0W/kg 이하 또한 자속 밀도 B₅₀이 1.59T 이상인 경우를 말한다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 상기 자기 특성(철손 W_10/400 및 자속 밀도 B₅₀)은, JIS C 2550-1(2011)에 규정된 엡스타인 시험에 의해, 측정한다. 또한, 철손 W_10/400은, 최대 자속 밀도가 1.0T로 주파수 400Hz라는 조건 하에서 발생되는 철손을 의미하며, 자속 밀도 B₅₀은, 5000A/m의 자장에 있어서의 자속 밀도를 의미한다.

5. 기계적 특성

본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판에 있어서, 높은 강도를 갖는다는 것은, 인장(최대) 강도가 600MPa 이상인 것을 의미한다. 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판은, 인장 강도가 600MPa 이상이다. 인장 강도는 610MPa 이상인 것이 바람직하다. 또한, 인장 강도의 상한은, 특별히 제한되지 않지만, 720MPa 이하이면 된다. 여기서, 인장 강도는, JIS Z 2241(2011)에 준거한 인장 시험을 행함으로써, 측정한다.

6. 절연 피막

본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판에 있어서는, 모재의 표면에 절연 피막을 갖는 것이 바람직하다. 무방향성 전자기 강판은, 코어 블랭크를 펀칭한 후에 적층되고 나서 사용되기 때문에, 모재의 표면에 절연 피막을 마련함으로써, 판간의 와전류를 저감할 수 있어, 코어로서 와전류손을 저감할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 절연 피막의 종류에 대해서는 특별히 한정되지 않고 무방향성 전자기 강판의 절연 피막으로서 사용되는 공지된 절연 피막을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 절연 피막으로서, 예를 들어 무기물을 주체로 하며, 또한 유기물을 포함한 복합 절연 피막을 들 수 있다. 여기서, 복합 절연 피막이란, 예를 들어 크롬산 금속염, 인산 금속염 등의 금속염 또는 콜로이달 실리카, Zr 화합물, Ti 화합물 등의 무기물의 적어도 어느 하나를 주체로 하며, 미세한 유기 수지의 입자가 분산되어 있는 절연 피막이다. 특히, 근년 요구가 높아지고 있는 제조 시의 환경 부하 저감의 관점에서는, 인산 금속염, Zr 혹은 Ti의 커플링제를 출발 물질로서 사용한 절연 피막 또는 인산 금속염, Zr 혹은 Ti의 커플링제의 탄산염 혹은 암모늄염을 출발 물질로서 사용한 절연 피막이 바람직하게 사용된다.

절연 피막의 부착량은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 편면당 200 내지 1500㎎/㎡ 정도로 하는 것이 바람직하고, 편면당 300 내지 1200㎎/㎡로 하는 것이 더 바람직하다. 상기 범위 내의 부착량이 되도록 절연 피막을 형성함으로써, 우수한 균일성을 유지할 수 있게 된다. 또한, 절연 피막의 부착량을, 사후적으로 측정하는 경우에는, 공지된 각종 측정법을 이용하는 것이 가능하며, 예를 들어 수산화나트륨 수용액 침지 전후의 질량차를 측정하는 방법 또는 검량선법을 사용한 형광 X선법 등을 적절하게 이용하면 된다.

7. 제조 방법

본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 제조 방법에 대해서는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 상술한 화학 조성을 갖는 강괴에 대해, 열간 압연 공정, 열연판 어닐링 공정, 산세 공정, 냉간 압연 공정 및 마무리 어닐링 공정을 차례로 실시함으로써 제조하는 것이 가능하다. 또한, 절연 피막을 모재의 표면에 형성하는 경우에는, 상기 마무리 어닐링 공정 후에 절연 피막 형성 공정이 행해진다. 이하, 각 공정에 대해, 상세하게 설명한다.

<열간 압연 공정>

상기 화학 조성을 갖는 강괴(슬래브)를 가열하여, 가열된 강괴에 대해 열간 압연을 행하여, 열연 강판을 얻는다. 여기서, 열간 압연에 제공할 때의 강괴 가열 온도에 대해서는, 특별히 규정되는 것은 아니지만, 예를 들어 1050 내지 1250℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 열간 압연 후의 열연 강판의 판 두께에 대해서도, 특별히 규정되는 것은 아니지만, 모재의 최종 판 두께를 고려하여, 예를 들어 1.5 내지 3.0㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다.

<열연판 어닐링 공정>

열간 압연 후, 무방향성 전자기 강판의 자속 밀도를 상승시키는 것을 목적으로 하여, 필요에 따라 열연판 어닐링을 실시한다. 열연판 어닐링에 있어서의 열처리 조건에 대해서는, 예를 들어 연속 어닐링의 경우에는, 열연 강판에 대해, 700 내지 1000℃에서 10 내지 150s간 유지하는 어닐링을 행하는 것이 바람직하다. 열처리 조건은, 800 내지 980℃에서 10 내지 150s로 하는 것이 더 바람직하고, 850 내지 950℃에서 10 내지 150s로 하는 것이 한층 더 바람직하다.

뱃치 어닐링의 경우에는, 열연 강판에 대해 600 내지 900℃에서 30min 내지 24h 유지하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 650 내지 850℃에서 1h 내지 20h의 균열이다. 또한, 열연판 어닐링 공정을 실시한 경우와 비교하여 자기 특성은 저하되게 되지만, 비용 삭감을 위해, 상기 열연판 어닐링 공정을 생략해도 된다.

<산세 공정>

상기 열연판 어닐링 후에는, 산세가 실시되어, 모재의 표면에 생성된 스케일층이 제거된다. 여기서, 산세에 사용되는 산의 농도, 산세에 사용하는 촉진제의 농도, 산세액의 온도 등의 산세 조건은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지된 산세 조건으로 할 수 있다. 또한, 열연판 어닐링이 뱃치 어닐링인 경우, 탈 스케일성의 관점에서, 산세 공정은, 열연판 어닐링 전에 실시하는 것이 바람직하다. 이 경우, 열연판 어닐링 후에 산세를 실시할 필요는 없다.

<냉간 압연 공정>

상기 산세 후(열연판 어닐링이 뱃치 어닐링에서 실시되는 경우는, 열연판 어닐링 공정 후가 되는 경우도 있음)에는, 냉간 압연이 실시된다. 냉간 압연에서는, 모재의 최종 판 두께가 0.10 내지 0.35㎜가 되는 압하율로, 스케일층이 제거된 산세판이 압연된다.

<마무리 어닐링 공정>

상기 냉간 압연 후에는, 마무리 어닐링이 실시된다. 본 실시 형태에 관한 무방향성 전자기 강판의 제조 방법에서는, 마무리 어닐링에는, 연속 어닐링로를 사용한다. 마무리 어닐링 공정은, 모재의 평균 결정 입경을 제어하기 위해, 중요한 공정이다.

여기서, 마무리 어닐링 조건은, 균열 온도를 850 내지 1050℃으로 하고, 균열 시간을 1 내지 300s로 하며, H₂의 비율이 10 내지 100체적％인, H₂ 및 N₂의 혼합 분위기(즉, H₂+N₂=100체적％)로 하여, 분위기의 노점을 30℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

균열 온도가 850℃ 미만인 경우에는, 결정 입경이 미세해지고, 무방향성 전자기 강판의 철손이 열화되기 때문에 바람직하지 않다. 균열 온도가 1050℃를 초과하는 경우에는, 무방향성 전자기 강판에 있어서 강도 부족으로 되고, 철손도 열화되기 때문에, 바람직하지 않다. 균열 온도는 보다 바람직하게는 875 내지 1025℃이고, 보다 한층 바람직하게는 900 내지 1000℃이다. 균열 시간이 1s 미만이면, 충분히 결정립을 조대화하지 못한다. 균열 시간이 300s 초과이면, 제조 비용의 증가를 일으킨다. 분위기 중의 H₂의 비율은, 보다 바람직하게는 15 내지 90체적％이다. 분위기의 노점은, 보다 바람직하게는 10℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0℃ 이하이다.

<절연 피막 형성 공정>

상기 마무리 어닐링 후에는, 필요에 따라, 절연 피막 형성 공정이 실시된다. 여기서, 절연 피막의 형성 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 하기에 나타내는 공지된 절연 피막을 형성하는 처리액을 사용하여, 공지된 방법에 의해 처리액의 도포 및 건조를 행하면 된다. 공지된 절연 피막으로서, 예를 들어 무기물을 주체로 하며, 또한 유기물을 포함한 복합 절연 피막을 들 수 있다. 복합 절연 피막이란, 예를 들어 크롬산 금속염, 인산 금속염 등의 금속염 또는 콜로이달 실리카, Zr 화합물, Ti 화합물 등의 무기물의 적어도 어느 하나를 주체로 하며, 미세한 유기 수지의 입자가 분산되어 있는 절연 피막이다. 특히, 근년 요구가 높아지고 있는 제조 시의 환경 부하 저감의 관점에서는, 인산 금속염, Zr 혹은 Ti의 커플링제를 출발 물질로서 사용한 절연 피막 또는 인산 금속염, Zr 혹은 Ti의 커플링제의 탄산염 혹은 암모늄염을 출발 물질로서 사용한 절연 피막이 바람직하게 사용된다.

절연 피막이 형성되는 모재의 표면은, 처리액을 도포하기 전에, 알칼리 등에 의한 탈지 처리 또는 염산, 황산, 인산 등에 의한 산세 처리 등, 임의의 전 처리를 실시해도 된다. 이러한 전 처리를 실시하지 않고 마무리 어닐링 후인 채로, 모재의 표면에 처리액을 도포해도 된다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 실시예에서의 조건은 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 예에 지나지 않으며, 본 발명은 이 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

표 1에 나타내는 성분 조성의 슬래브를 1150℃에서 가열한 후, 마무리 온도 850℃, 마무리 판 두께 2.0㎜에서 열간 압연을 실시하고, 650℃에서 권취하여 열연 강판으로 하였다. 얻어진 열연 강판에 대해, 표 2에 나타내는 시험 No. 1 내지 16, 22, 23, 25 및 26에서는, 연속 어닐링로에 의한 900℃×50s의 열연판 어닐링을 실시하고, 산세에 의해 표면의 스케일을 제거하였다. 또한, 얻어진 열연 강판에 대해, 표 2에 나타내는 시험 No. 17 내지 21에서는, 산세에 의해 표면의 스케일을 제거한 후, 뱃치 어닐링로에 의한 750℃×10h의 열연판 어닐링을 실시하였다. 또한, 표 2에 나타내는 시험 No. 24에서는, 연속 어닐링로에 의한 1000℃×50s의 열연판 어닐링을 실시하고, 산세에 의해 표면의 스케일을 제거하였다. 이와 같이 하여 얻어진 강판을, 냉간 압연에 의해 판 두께 0.25㎜의 냉연 강판으로 하였다.

또한, H₂: 30％, N₂: 70％, 노점 0℃의 혼합 분위기에서, 이하의 표 2에 나타내는 평균 결정 입경이 되도록, 어닐링 온도: 850 내지 1050℃ 및 균열 시간: 1 내지 300s의 범위 내에서, 마무리 어닐링 조건을 바꾸어 어닐링하였다. 구체적으로는, 평균 결정 입경이 커지도록 제어할 경우에는, 마무리 어닐링 온도를 보다 높게 및/또는 균열 시간을 보다 길게 하였다. 또한, 평균 결정 입경이 작아지도록 제어하는 경우에는, 그 반대로 하였다. 그 후, 절연 피막을 도포하여, 무방향성 전자기 강판을 제조하여 시험재로 하였다.

또한, 상기 절연 피막은, 인산 알루미늄 및 입경 0.2㎛의 아크릴-스티렌 공중합체 수지 에멀젼을 포함하는 절연 피막을 소정 부착량이 되도록 도포하고, 대기 중 350℃에서 베이킹함으로써 형성하였다.

얻어진 각 시험재에 대해, JIS G 0551(2013)「강-결정 입도의 현미경 시험 방법」에 따라, 모재의 평균 결정 입경을 계측하였다. 또한, 각 시험재의 압연 방향 및 폭 방향으로부터 엡스타인 시험편을 채취하고, JIS C 2550-1(2011)에 의거한 엡스타인 시험에 의해, 자기 특성(철손 W_10/400 및 자속 밀도 B₅₀)을 평가하였다. 철손 W_10/400이 13.0W/kg 이하 또한 자속 밀도 B₅₀이 1.60T 이상인 경우를, 자기 특성이 우수한 것으로 보고 합격으로 판정하였다. 이 조건을 만족시키지 않는 경우, 자기 특성이 저하된 것으로 보고 불합격으로 판정하였다. 또한, 이 합격 조건으로 한 것은, 각 시험재의 판 두께가 0.20㎜ 초과, 0.25㎜ 이하였기 때문이다.

또한, 각 시험재로부터, JIS Z 2241(2011)에 따라, 길이 방향이 강판의 압연 방향과 일치하도록 JIS5호 인장 시험편을 채취하였다. 그리고, 상기 시험편을 사용하여 JIS Z 2241(2011)에 따라 인장 시험을 행하여, 인장 강도를 측정하였다. 인장 강도가 600MPa 이상인 경우를, 높은 강도를 갖는 것으로 보고 합격으로 판정하였다. 인장 강도가 600MPa 미만인 경우를, 강도가 저하된 것으로 보고 불합격으로 판정하였다.

상기 엡스타인 시험 및 인장 시험의 결과를 표 2에 함께 나타낸다.

강판의 화학 조성 및 마무리 어닐링 후의 평균 결정 입경이 본 발명의 규정을 만족시키는 시험 No. 2, 4, 5, 7, 10, 12, 15, 16, 18 내지 20, 25 및 26에서는, 철손이 낮고, 자속 밀도가 높으면서, 600MPa 이상의 높은 인장 강도를 갖고 있는 것을 알 수 있었다.

그것들에 비해, 비교예인 시험 No. 1, 3, 6, 8, 9, 11, 13, 14, 17, 21 내지 24에서는, 자기 특성 및 인장 강도 중 적어도 어느 하나가 저하되거나, 인성이 현저하게 열화되어 제조가 곤란해졌다.

구체적으로는, 시험 No. 1에서는, Si 함유량이 규정 범위보다 낮기 때문에, 인장 강도가 저하되는 결과로 되었다. 또한, 화학 조성이 규정을 만족시키는 시험 No. 3 내지 6을 비교하면, 시험 No. 3에서는, 평균 결정 입경이 규정 범위보다 작기 때문에 철손이 저하되어 있고, 시험 No. 6에서는, 평균 결정 입경이 규정 범위보다 크기 때문에 인장 강도가 저하되는 결과가 되었다.

또한, 시험 No. 8에서는, Si 함유량이 규정 범위를 초과하고, 시험 No. 13에서는, sol. Al 함유량이 규정 범위를 초과하며, 시험 No. 22에서는, P 함유량이 규정 범위를 초과하였기 때문에, 인성이 열화되어 냉간 압연 시 파단되어, 평균 결정 입경, 인장 강도 및 자기 특성의 측정을 실시할 수 없었다.

시험 No. 11에서는, (i)식을 만족시키지 않기 때문에, 철손 및 인장 강도가 저하되는 결과로 되었다.

시험 No. 9에서는, sol. Al 함유량이 규정 범위를 하회하고, 시험 No. 14에서는, S 함유량이 규정 범위를 초과하였기 때문에, 철손이 저하되는 결과가 되었다. 그리고, 화학 조성이 규정을 만족시키는 시험 No. 17 내지 21을 비교하면, 시험 No. 17에서는, 평균 결정 입경이 규정 범위보다 작기 때문에 철손이 저하되어 있고, 시험 No. 21에서는, 평균 결정 입경이 규정 범위보다 크기 때문에 인장 강도가 저하되는 결과가 되었다.

시험 No. 23 및 24에서는, Si 함유량이 규정 범위보다 낮기 때문에, 규정 범위보다 낮은 평균 결정 입경으로 함으로써 600MPa 이상의 인장 강도를 얻을 수 있지만, 철손이 저하되는 결과가 되었다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 높은 강도 및 우수한 자기 특성을 갖는 무방향성 전자기 강판을 얻을 수 있다.

Claims

모재의 화학 조성이, 질량％로,
C: 0.0050％ 이하,
Si: 3.7％ 초과 5.0％ 이하,
Mn: 0.2％ 초과 1.5％ 이하,
sol. Al: 0.05 내지 0.45％,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.0030％ 이하,
N: 0.0030％ 이하,
Ti: 0.0050％ 미만,
Nb: 0.0050％ 미만,
Zr: 0.0050％ 미만,
V: 0.0050％ 미만,
Cu: 0.200％ 미만,
Ni: 0.500％ 미만,
Sn: 0 내지 0.100％,
Sb: 0 내지 0.100％ 및
잔부: Fe 및 불순물이며,
하기 (i)식을 만족시키고,
상기 모재의 평균 결정 입경이, 40㎛ 초과 120㎛ 이하인,
무방향성 전자기 강판.

단, 상기 식 중의 원소 기호는, 각 원소의 질량％로 나타낸 함유량이다.
제1항에 있어서, 인장 강도가 600MPa 이상인,
무방향성 전자기 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Sn: 0.005 내지 0.100％ 및
Sb: 0.005 내지 0.100％
로부터 선택되는 1종 또는 2종을 함유하는,
무방향성 전자기 강판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모재의 표면에 절연 피막을 갖는
무방향성 전자기 강판.