KR20210111822A - 방향성 전자 강판의 제조 방법 - Google Patents

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    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
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    • C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
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Abstract

이 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 탈탄 어닐링 공정에서 산화도 PH2O/PH2를 제어하여 강온 후에 산세하고, 어닐링 분리제 도포 공정에서 어닐링 분리제의 MgO와 Al2O3의 질량 비율을 제어하고, 마무리 어닐링 공정에서 수소를 함유하는 경우에는 산화도를, 불활성 가스로 이루어지는 경우에는 노점을 제어하고, 어닐링 분리제 제거 공정에서 인히비터를 첨가한 용액을 사용하여 수세하고, 절연 피막 형성 공정에서 피막 형성 용액의 인산과 금속 화합물의 질량비를 제어한다.

Description

방향성 전자 강판의 제조 방법
본 발명은, 방향성 전자 강판의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2019년 1월 16일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2019-005203호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
방향성 전자 강판은 주로 변압기에 사용된다. 변압기는 설치되고 나서 폐기될 때까지의 장기간에 걸쳐 연속적으로 여자되어, 에너지 손실을 계속 발생시킨다는 점에서, 교류로 자화되었을 때의 에너지 손실, 즉 철손이, 변압기의 성능을 결정하는 주요한 지표가 된다.
방향성 전자 강판의 철손을 저감하기 위해, 지금까지 많은 방법이 제안되어 왔다. 예를 들어, 강판 조직에 관하여 고스 방위라고 불리는 {110} <001> 방위에 대한 집적을 높이는 방법, 강판에 관하여 전기 저항을 높이는 Si 등의 고용 원소의 함유량을 높이는 방법, 강판의 판 두께를 얇게 하는 방법 등이다.
또한, 강판에 장력을 부여하는 것이, 철손의 저감에 유효한 방법인 것이 알려져 있다. 그 때문에, 통상 철손을 저하시키는 것을 목적으로 하여, 방향성 전자 강판의 표면에는 피막이 형성되어 있다. 이 피막은, 방향성 전자 강판에 장력을 부여함으로써, 강판 단판으로서의 철손을 저하시킨다. 이 피막은 또한, 방향성 전자 강판을 적층하여 사용할 때, 강판 사이의 전기적 절연성을 확보함으로써 철심으로서의 철손을 저하시킨다.
피막이 형성된 방향성 전자 강판으로서는, 모강판의 표면에, Mg를 함유하는 산화 피막인 포르스테라이트 피막이 형성되고, 또한 그 포르스테라이트 피막의 표면 상에 절연 피막이 형성된 것이 있다. 즉, 이 경우, 모강판 상의 피막은, 포르스테라이트 피막과, 절연 피막을 포함한다. 포르스테라이트 피막 및 절연 피막의 각각은, 절연성 기능 및 모강판에의 장력 부여 기능의 양쪽의 기능을 담당하고 있다.
Mg를 함유하는 산화 피막인 포르스테라이트 피막은, 강판에 2차 재결정을 발생시키는 마무리 어닐링으로, 마그네시아(MgO)를 주성분으로 하는 어닐링 분리제와 탈탄 어닐링 시에 모강판 상에 형성된 산화 규소(SiO2)가, 900 내지 1200℃에서 30시간 이상 실시되는 열처리 중에 반응함으로써 형성된다.
절연 피막은, 마무리 어닐링 후의 모강판에, 예를 들어 인산 또는 인산염, 콜로이달 실리카, 및 무수 크롬산 또는 크롬산염을 포함하는 코팅 용액을 도포하고, 300 내지 950℃에서 10초 이상 베이킹 건조함으로써 형성된다.
피막이, 절연성 및 모강판에의 장력 부여의 기능을 발휘하기 위해, 이들 피막과 모강판 사이에 높은 밀착성이 요구된다.
종래, 상기 밀착성은, 주로 모강판과 포르스테라이트 피막의 계면의 요철에 의한 앵커 효과에 의해 확보되어 왔다. 그러나 근년, 이 계면의 요철이, 방향성 전자 강판이 자화될 때의 자벽 이동의 장애가 되기도 하므로, 저철손화를 방해하는 요인이 되기도 하는 것이 분명해졌다.
그래서, 더욱 저철손화하기 위해, Mg를 함유하는 산화 피막인 포르스테라이트 피막을 존재시키지 않고, 상술한 계면을 평활화한 상태에서 절연 피막의 밀착성을 확보하는 기술이, 예를 들어 일본 특허 공개 소49-096920호 공보(특허문헌 1) 및 국제 공개 제2002/088403호(특허문헌 2)에 제안되어 있다.
특허문헌 1에 개시된 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 포르스테라이트 피막을 산세 등에 의해 제거하고, 모강판 표면을 화학 연마 또는 전해 연마로 평활하게 한다. 특허문헌 2에 개시된 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 마무리 어닐링 시에 알루미나(Al2O3)를 포함하는 어닐링 분리제를 사용하여, 포르스테라이트 피막의 형성 자체를 억제하여, 모강판 표면을 평활화한다.
그러나 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 제조 방법에서는, 모강판 표면에 접촉하여(모강판 표면 상에 직접) 절연 피막을 형성하는 경우, 모강판 표면에 대해 절연 피막이 밀착되기 어렵다(충분한 밀착성이 얻어지지 않는다)고 하는 문제가 있었다.
일본 특허 공개 소49-096920호 공보 국제 공개 제2002/088403호
본 발명은, 상기한 과제에 비추어 이루어졌다. 본 발명은, 포르스테라이트 피막을 갖지 않으면서 자기 특성(특히 철손) 및 피막 밀착성이 우수한 방향성 전자 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 저철손화를 위해, 포르스테라이트 피막을 생성시키지 않고, 강판 표면을 평활화한 방향성 전자 강판용 강판의 표면에, 절연 피막을 형성하는 것을 전제로 하고, 강판과 절연 피막의 밀착성(피막 밀착성)을 향상시키는 방법에 대해 검토를 행하였다.
그 결과, 소정의 공정을 적절하게 조합함으로써, 포르스테라이트 피막을 갖지 않으면서, 자기 특성 및 피막 밀착성이 우수한 방향성 전자 강판을 제조할 수 있는 것을 알아냈다.
본 발명의 요지는, 다음과 같다.
(1) 본 발명의 일 양태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법은,
화학 조성으로서, 질량％로,
C: 0.030 내지 0.100％,
Si: 0.80 내지 7.00％,
Mn: 0.01 내지 1.00％,
S 및 Se의 합계: 0 내지 0.060％,
산가용성 Al: 0.010 내지 0.065％,
N: 0.004 내지 0.012％,
Cr: 0 내지 0.30％,
Cu: 0 내지 0.40％,
P: 0 내지 0.50％,
Sn: 0 내지 0.30％,
Sb: 0 내지 0.30％,
Ni: 0 내지 1.00％,
B: 0 내지 0.008％,
V: 0 내지 0.15％,
Nb: 0 내지 0.20％,
Mo: 0 내지 0.10％,
Ti: 0 내지 0.015％,
Bi: 0 내지 0.010％를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강편을, 열간 압연하여 열연 강판을 얻는 열연 공정과,
상기 열연 강판에 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판을 얻는 냉연 공정과,
상기 냉연 강판에 탈탄 어닐링을 행하여 탈탄 어닐링판을 얻는 탈탄 어닐링 공정과,
상기 탈탄 어닐링판에, Al2O3과 MgO를 함유하는 어닐링 분리제를 도포하여 건조시키는 어닐링 분리제 도포 공정과,
상기 어닐링 분리제가 도포된 상기 탈탄 어닐링판에 마무리 어닐링을 행하여 마무리 어닐링판을 얻는 마무리 어닐링 공정과,
상기 마무리 어닐링판의 표면으로부터 잉여의 어닐링 분리제를 제거하는 어닐링 분리제 제거 공정과,
상기 마무리 어닐링판의 표면에 절연 피막을 형성하는 절연 피막 형성 공정
을 구비하고,
상기 탈탄 어닐링 공정에서는,
산화도인 PH2O/PH2가 0.18 내지 0.80인 분위기 하에서, 어닐링 온도 750 내지 900℃에서, 10 내지 600초 유지를 행하고, 강온 후에, 불산-황산 혼합 용액으로 산세하여 강판 표면의 산화막을 제거하고,
상기 어닐링 분리제 도포 공정에서는,
상기 어닐링 분리제에 있어서의, 상기 MgO와 상기 Al2O3의 질량 비율인 MgO/(MgO+Al2O3)을 5 내지 50％, 수화 수분을 1.5질량％ 이하로 하고,
상기 마무리 어닐링 공정에서는,
분위기가, 수소를 함유하는 경우에는 산화도를 0.00010 내지 0.2로 하고, 수소를 함유하지 않는 불활성 가스로 이루어지는 경우에는 노점을 0℃ 이하로 하고,
상기 어닐링 분리제 제거 공정에서는,
상기 마무리 어닐링판의 표면으로부터 잉여의 어닐링 분리제를, 트리에탄올아민, 로진아민, 또는 머캅탄 중 적어도 하나인 인히비터를 첨가한 용액을 사용하여 수세하여 제거하고, 강판 표면에 있어서의 철계 수산화물량 및 철계 산화물량을 편면당 0.9g/㎡ 이하로 하고,
상기 절연 피막 형성 공정에서는,
인산과 금속 화합물을 포함하고, 상기 인산과 상기 금속 화합물의 질량비가 2:1 내지 1:2인 피막 형성 용액을 도포하여 600 내지 1150℃에서 베이킹하고, 강온 후에, 인산염 및 콜로이달 실리카를 포함하지만 금속 화합물을 포함하지 않는 피막 형성 용액을 도포하여 600 내지 1150℃에서 베이킹하여 절연 피막을 형성한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 상기 열연 공정과 상기 냉연 공정 사이에, 상기 열연 강판을 어닐링하는 열연판 어닐링 공정, 또는 산세를 행하는 열연판 산세 공정 중 적어도 하나를 구비해도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 상기 탈탄 어닐링 공정에서, 상기 냉연 강판을, 암모니아를 함유하는 분위기 중에서 어닐링하는 질화 처리를 행해도 된다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 상기 냉연 공정과 상기 탈탄 어닐링 공정 사이, 상기 탈탄 어닐링 공정과 상기 어닐링 분리제 도포 공정 사이, 상기 어닐링 분리제 제거 공정과 상기 절연 피막 형성 공정 사이, 또는 상기 절연 피막 형성 공정 후 중 어느 것에, 자구(磁區) 제어 처리를 행하는 자구 제어 공정을 구비해도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 상기 어닐링 분리제 제거 공정에서, 상기 수세 후에, 체적비 농도가 20％ 미만인 산성 용액을 사용하여 산세를 행해도 된다.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 상기 강편이, 화학 조성으로서, 질량％로,
Cr: 0.02 내지 0.30％,
Cu: 0.05 내지 0.40％,
P: 0.005 내지 0.50％,
Sn: 0.02 내지 0.30％,
Sb: 0.01 내지 0.30％,
Ni: 0.01 내지 1.00％,
B: 0.0005 내지 0.008％,
V: 0.002 내지 0.15％,
Nb: 0.005 내지 0.20％,
Mo: 0.005 내지 0.10％,
Ti: 0.002 내지 0.015％, 및
Bi: 0.001 내지 0.010％
로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유해도 된다.
본 발명의 상기 양태에 따르면, 포르스테라이트 피막을 갖지 않으면서, 자기 특성 및 피막 밀착성이 우수한 방향성 전자 강판의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하에, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 개시된 구성에만 제한되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에서 나타내는 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다. 「초과」 또는 「미만」이라고 나타내는 수치는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다. 각 원소의 함유량에 관한 「％」는, 특별히 지정하지 않는 한 「질량％」를 의미한다.
본 발명의 일 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법(이하 「본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법」 이라고 하는 경우가 있음.)은, 포르스테라이트 피막을 갖지 않는 방향성 전자 강판의 제조 방법이며, 이하의 공정을 구비한다.
(i) 소정의 화학 조성을 갖는 강편을, 열간 압연하여 열연 강판을 얻는 열연 공정
(ii) 상기 열연 강판을, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판을 얻는 냉연 공정
(iii) 상기 냉연 강판에 탈탄 어닐링을 행하여 탈탄 어닐링판을 얻는 탈탄 어닐링 공정
(iv) 상기 탈탄 어닐링판에, Al2O3과 MgO를 함유하는 어닐링 분리제를 도포하여 건조시키는 어닐링 분리제 도포 공정
(v) 어닐링 분리제가 도포된 상기 탈탄 어닐링판에 마무리 어닐링을 행하여 마무리 어닐링판을 얻는 마무리 어닐링 공정
(vi) 상기 마무리 어닐링판의 표면으로부터 잉여의 어닐링 분리제를 제거하는 어닐링 분리제 제거 공정
(vii) 상기 마무리 어닐링판의 표면에 절연 피막을 형성하는 절연 피막 형성 공정
또한, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 이하의 공정을 더 구비해도 된다.
(I) 열연 강판을 어닐링하는 열연판 어닐링 공정
(II) 열연 강판을 산세하는 열연판 산세 공정
(III) 자구 제어 처리를 행하는 자구 제어 공정
본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 상기한 공정 중, 단순히 하나의 공정을 제어하면 되는 것이 아니라, 상기한 각 공정을 복합적이면서도 불가분하게 제어할 필요가 있다. 각 공정 전부를 소정의 조건에서 제어함으로써, 철손을 저하시키면서 피막 밀착성을 향상시킬 수 있다.
이하, 각 공정에 대해 상세하게 설명한다.
<열연 공정>
열연 공정에서는, 화학 조성으로서, 질량％로, C: 0.030 내지 0.100％, Si: 0.80 내지 7.00％, Mn: 0.01 내지 1.00％, S+Se의 합계: 0 내지 0.060％, 산가용성 Al: 0.010 내지 0.065％, N: 0.004 내지 0.012％, Cr: 0 내지 0.30％, Cu: 0 내지 0.40％, P: 0 내지 0.50％, Sn: 0 내지 0.30％, Sb: 0 내지 0.30％, Ni: 0 내지 1.00％, B: 0 내지 0.008％, V: 0 내지 0.15％, Nb: 0 내지 0.20％, Mo: 0 내지 0.10％, Ti: 0 내지 0.015％, Bi: 0 내지 0.010％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강편을, 열간 압연하여 열연 강판을 얻는다. 본 실시 형태에서는, 열연 공정 후의 강판을, 열연 강판이라고 칭한다.
열연 공정에 제공하는 강편(슬래브)의 제조 방법에 대해서는 한정되지 않는다. 예를 들어 소정의 화학 조성을 갖는 용강을 용제하고, 그 용강을 사용하여 슬래브를 제조하면 된다. 연속 주조법에 의해 슬래브를 제조해도 되고, 용강을 사용하여 잉곳을 제조하고, 잉곳을 분괴 압연하여 슬래브를 제조해도 된다. 또한, 다른 방법에 의해 슬래브를 제조해도 된다.
슬래브의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 150 내지 350㎜이다. 슬래브의 두께는 바람직하게는 220 내지 280㎜이다. 슬래브로서, 두께가 10 내지 70㎜인, 이른바 박슬래브를 사용해도 된다.
먼저, 강편의 화학 조성의 한정 이유에 대해 설명한다. 이하, 화학 조성에 관한 ％는 질량％를 의미한다.
[C: 0.030 내지 0.100％]
C(탄소)는, 1차 재결정 조직의 제어에 유효한 원소이지만, 자기 특성에 악영향을 미치므로, 마무리 어닐링 전에 탈탄 어닐링으로 제거하는 원소이다. 강편의 C 함유량이 0.100％를 초과하면, 탈탄 어닐링 시간이 길어져, 생산성이 저하된다. 그 때문에, C 함유량은 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.085％ 이하, 보다 바람직하게는 0.070％ 이하이다.
C 함유량은 낮은 편이 바람직하지만, 공업 생산에 있어서의 생산성이나 제품의 자기 특성을 고려한 경우, C 함유량의 실질적인 하한은 0.030％이다.
[Si: 0.80 내지 7.00％]
실리콘(Si)은, 방향성 전자 강판의 전기 저항을 높여 철손을 저하시킨다. Si 함유량이 0.80％ 미만이면, 마무리 어닐링 시에 γ 변태가 발생하여, 방향성 전자 강판의 결정 방위가 손상되어 버린다. 따라서, Si 함유량은 0.80％ 이상이다. Si 함유량은 바람직하게는 2.00％ 이상이고, 보다 바람직하게는 2.50％ 이상이다.
한편, Si 함유량이 7.00％를 초과하면, 냉간 가공성이 저하되어, 냉간 압연 시에 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Si 함유량은 7.00％ 이하이다. Si 함유량은 바람직하게는 4.50％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 4.00％ 이하이다.
[Mn: 0.01 내지 1.00％]
망간(Mn)은, 방향성 전자 강판의 전기 저항을 높여 철손을 저하시킨다. 또한 Mn은, S 또는 Se와 결합하여 MnS, 또는 MnSe를 생성하고, 인히비터로서 기능한다. Mn 함유량이 0.01 내지 1.00％의 범위 내에 있는 경우에, 2차 재결정이 안정된다. 따라서, Mn 함유량은 0.01 내지 1.00％이다. Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.08％이고, 더욱 바람직하게는 0.09％이다. Mn 함유량의 바람직한 상한은 0.50％이고, 더욱 바람직하게는 0.20％이다.
[S 및 Se 중 어느 것 또는 양쪽의 합계: 0 내지 0.060％]
S(황) 및 Se(셀레늄)는, Mn과 결합하여 인히비터로서 기능하는 MnS 및/또는 MnSe를 형성하는 원소이다.
S 및 Se 중 어느 것 또는 양쪽의 합계(S+Se)가 0.060％ 초과이면, 열간 압연 후에 MnS나 MnSe의 석출 분산이 불균일해진다. 이 경우, 원하는 2차 재결정 조직이 얻어지지 않아 자속 밀도가 저하되거나, 순화 후에 MnS가 강 중에 잔존하여, 히스테리시스 손실이 열화되거나 한다. 그 때문에, S와 Se의 합계 함유량은 0.060％ 이하로 한다.
S와 Se의 합계 함유량의 하한은 특별히 제한되지 않고, 0％이면 된다. 이 하한은 0.003％ 이상으로 해도 된다. 인히비터로서 사용하는 경우, 바람직하게는 0.015％ 이상이다.
[산가용성 Al(Sol.Al): 0.010 내지 0.065％]
산가용성 Al(알루미늄)(Sol.Al)은, N과 결합하여 인히비터로서 기능하는 AlN이나 (Al, Si)N을 생성하는 원소이다. 산가용성 Al이 0.010％ 미만이면, 효과가 충분히 발현되지 않아, 2차 재결정이 충분히 진행되지 않는다. 그 때문에, 산가용성 Al 함유량은 0.010％ 이상으로 한다. 산가용성 Al 함유량은 바람직하게는 0.015％ 이상, 보다 바람직하게는 0.020％ 이상이다.
한편, 산가용성 Al 함유량이 0.065％를 초과하면, AlN이나 (Al, Si)N의 석출 분산이 불균일해져, 필요한 2차 재결정 조직이 얻어지지 않아, 자속 밀도가 저하된다. 그 때문에, 산가용성 Al(Sol.Al)은 0.065％ 이하로 한다. 산가용성 Al은 바람직하게는 0.055％ 이하, 보다 바람직하게는 0.050％ 이하이다.
[N: 0.004 내지 0.012％]
N(질소)은, Al과 결합하여 인히비터로서 기능하는 AlN이나 (Al, Si)N을 형성하는 원소이다. N 함유량이 0.004％ 미만이면, AlN이나 (Al, Si)N의 형성이 불충분해지므로, N은 0.004％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.006％ 이상, 보다 바람직하게는 0.007％ 이상이다.
한편, N 함유량이 0.012％ 초과이면, 강판 중에 블리스터(공공)가 형성될 것이 우려된다. 그 때문에, N 함유량을 0.012％ 이하로 한다.
상기 강편의 화학 조성은, 상기 원소를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다. 그러나 화합물 형성에 의한 인히비터 기능의 강화나 자기 특성에 대한 영향을 고려하여, Fe의 일부 대신에, 선택 원소 중 1종 또는 2종 이상을 이하의 범위에서 함유해도 된다. Fe의 일부 대신에 함유되는 선택 원소로서, 예를 들어 Cr, Cu, P, Sn, Sb, Ni, B, V, Nb, Mo, Ti, Bi를 들 수 있다. 단, 선택 원소는 포함되지 않아도 되므로, 그 하한은 각각 0％이다. 또한, 이들 선택 원소가 불순물로서 함유되어도 상기 효과는 손상되지 않는다. 또한, 「불순물」이란, 강을 공업적으로 제조할 때, 원료로서의 광석이나 스크랩으로부터, 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 것을 가리킨다.
[Cr: 0 내지 0.30％]
Cr(크롬)은, Si와 마찬가지로, 전기 저항을 높여 철손을 저감시키는 데 유효한 원소이다. 따라서, Cr을 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻으려는 경우, Cr 함유량은 0.02％ 이상인 것이 바람직하고, 0.05％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Cr 함유량이 0.30％를 초과하면, 자속 밀도의 저하가 문제가 되므로, Cr 함유량의 상한은 0.30％인 것이 바람직하고, 0.20％인 것이 보다 바람직하고, 0.12％인 것이 더욱 바람직하다.
[Cu: 0 내지 0.40％]
Cu(구리)도 전기 저항을 높여 철손을 저감시키는 데 유효한 원소이다. 따라서, Cu를 함유시켜도 된다. 이 효과를 얻으려는 경우, Cu 함유량은 0.05％ 이상인 것이 바람직하고, 0.10％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Cu 함유량이 0.40％를 초과하면, 철손 저감 효과가 포화되어 버림과 함께, 열간 압연 시에 “카퍼 박리”인 표면 흠집의 원인이 되는 경우가 있다. 그 때문에, Cu 함유량의 상한은 0.40％인 것이 바람직하고, 0.30％인 것이 보다 바람직하고, 0.20％인 것이 더욱 바람직하다.
[P: 0 내지 0.50％]
P(인)도, 전기 저항을 높여 철손을 저감시키는 데 유효한 원소이다. 따라서, P를 함유시켜도 된다. 이 효과를 얻으려는 경우, P 함유량은 0.005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.010％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, P 함유량이 0.50％를 초과하면, 압연성에 문제가 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, P 함유량의 상한은 0.50％인 것이 바람직하고, 0.20％인 것이 보다 바람직하고, 0.15％인 것이 더욱 바람직하다.
[Sn: 0 내지 0.30％]
[Sb: 0 내지 0.30％]
Sn(주석) 및 Sb(안티몬)는 2차 재결정을 안정화시켜, {110} <001> 방위를 발달시키는 데 유효한 원소이다. 따라서, Sn 또는 Sb를 함유시켜도 된다. 이 효과를 얻으려는 경우, Sn 함유량은 0.02％ 이상인 것이 바람직하고, 0.05％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, Sb 함유량은 0.01％ 이상인 것이 바람직하고, 0.03％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Sn이 0.30％ 초과 또는 Sb가 0.30％ 초과가 되면, 자기 특성에 악영향을 미칠 우려가 있다. 그 때문에, Sn 함유량, Sb 함유량의 상한을 각각 0.30％로 하는 것이 바람직하다. Sn 함유량의 상한은, 0.15％인 것이 보다 바람직하고, 0.10％인 것이 더욱 바람직하다. Sb 함유량의 상한은, 0.15％인 것이 보다 바람직하고, 0.10％인 것이 더욱 바람직하다.
[Ni: 0 내지 1.00％]
Ni(니켈)도, 전기 저항을 높여 철손을 저감시키는 데 유효한 원소이다. 또한, Ni는 열연 강판의 금속 조직을 제어하여, 자기 특성을 높인다는 점에서 유효한 원소이다. 따라서, Ni를 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻으려는 경우, Ni 함유량은 0.01％ 이상인 것이 바람직하고, 0.02％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Ni 함유량이 1.00％를 초과하면, 2차 재결정이 불안정해지는 경우가 있다. 그 때문에, Ni 함유량을 1.00％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.20％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.10％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
[B: 0 내지 0.008％]
B(보론)는, N과 결합하여 인히비터 효과를 발휘하는 BN을 형성하는 데 유효한 원소이다. 따라서, B를 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻으려는 경우, B 함유량은 0.0005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0010％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, B 함유량이 0.008％를 초과하면, 자기 특성에 악영향을 미칠 우려가 있다. 그 때문에, B 함유량의 상한은 0.008％인 것이 바람직하고, 0.005％인 것이 보다 바람직하고, 0.003％인 것이 더욱 바람직하다.
[V: 0 내지 0.15％]
[Nb: 0 내지 0.20％]
[Ti: 0 내지 0.015％]
V(바나듐), Nb(니오븀), 및 Ti(티타늄)는, N이나 C와 결합하여 인히비터로서 기능하는 원소이다. 따라서, V, Nb 또는 Ti를 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻으려는 경우, V 함유량은 0.002％ 이상인 것이 바람직하고, 0.010％ 이상인 것이 보다 바람직하다. Nb 함유량은 0.005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.020％ 이상인 것이 보다 바람직하다. Ti 함유량은 0.002％ 이상인 것이 바람직하고, 0.004％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 강편이 V를 0.15％ 초과, Nb를 0.20％ 초과, Ti를 0.015％ 초과의 범위에서 함유하면, 이들 원소가 최종 제품에 잔류하여, 최종 제품으로서 V 함유량이 0.15％를 초과하고, Nb 함유량이 0.20％를 초과하거나, 또는 Ti 함유량이 0.015％를 초과하는 경우가 있다. 이 경우, 최종 제품(전자 강판)의 자기 특성이 열화될 우려가 있다.
그 때문에, V 함유량의 상한은, 0.15％인 것이 바람직하고, 0.10％인 것이 보다 바람직하고, 0.05％인 것이 더욱 바람직하다. Ti 함유량의 상한은, 0.015％인 것이 바람직하고, 0.010％인 것이 보다 바람직하고, 0.008％인 것이 더욱 바람직하다. Nb 함유량의 상한은, 0.20％인 것이 바람직하고, 0.10％인 것이 보다 바람직하고, 0.08％인 것이 더욱 바람직하다.
[Mo: 0 내지 0.10％]
Mo(몰리브덴)도 전기 저항을 높여 철손을 저감시키는 데 유효한 원소이다. 따라서, Mo를 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻으려는 경우, Mo 함유량은, 0.005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.01％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Mo 함유량이 0.10％를 초과하면, 강판의 압연성에 문제가 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, Mo 함유량의 상한은, 0.10％인 것이 바람직하고, 0.08％인 것이 보다 바람직하고, 0.05％인 것이 더욱 바람직하다.
[Bi: 0 내지 0.010％]
Bi(비스무트)는, 황화물 등의 석출물을 안정화하여 인히비터로서의 기능을 강화하는 데 유효한 원소이다. 따라서, Bi를 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻으려는 경우, Bi 함유량은 0.001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.002％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Bi 함유량이 0.010％를 초과하면, 자기 특성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 그 때문에, Bi 함유량의 상한은, 0.010％인 것이 바람직하고, 0.008％인 것이 보다 바람직하고, 0.006％인 것이 더욱 바람직하다.
상기한 화학 조성은, 강의 일반적인 분석 방법에 의해 측정하면 된다. 예를 들어, 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-열전도법을 사용하고, O는 불활성 가스 융해-비분산형 적외선 흡수법을 사용하여 측정하면 된다.
계속해서, 상기 강편을 열간 압연할 때의 조건에 대해 설명한다.
열간 압연 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 이하의 조건이다.
열간 압연에 앞서 슬래브를 가열한다. 슬래브를 주지의 가열로 또는 주지의 균열로에 장입하여, 가열한다. 하나의 방법으로서, 슬래브를 1280℃ 이하로 가열한다. 슬래브의 가열 온도를 1280℃ 이하로 함으로써, 예를 들어 1280℃보다 높은 온도에서 가열한 경우의 여러 문제(전용의 가열로가 필요한 것, 및 용융 스케일양이 많은 것 등)를 회피할 수 있다. 슬래브의 가열 온도의 하한값은 특별히 한정되지 않는다. 가열 온도가 지나치게 낮은 경우, 열간 압연이 곤란해져, 생산성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 가열 온도는 1280℃ 이하의 범위에서 생산성을 고려하여 설정하면 된다. 슬래브의 가열 온도의 바람직한 하한은 1100℃이다. 슬래브의 가열 온도의 바람직한 상한은 1250℃이다.
또한, 다른 방법으로서, 슬래브를 1320℃ 이상의 높은 온도로 가열한다. 1320℃ 이상의 고온까지 가열함으로써, AlN, Mn(S, Se)를 용해시키고, 그 후의 공정에서 미세 석출시킴으로써, 2차 재결정을 안정적으로 발현시킬 수 있다.
슬래브 가열 공정 자체를 생략하고, 주조 후, 슬래브의 온도가 낮아질 때까지 열간 압연을 개시하는 것도 가능하다.
다음으로, 가열된 슬래브에 대해, 열간 압연기를 사용한 열간 압연을 실시하여 열연 강판을 제조한다. 열간 압연기는, 예를 들어 조압연기와, 조압연기의 하류에 배치된 마무리 압연기를 구비한다. 조압연기는, 1열로 배열된 조압연 스탠드를 구비한다. 각 조압연 스탠드는, 상하로 배치된 복수의 롤을 포함한다. 마무리 압연기도 마찬가지로, 1열로 배열된 마무리 압연 스탠드를 구비한다. 각 마무리 압연 스탠드는 상하로 배치되는 복수의 롤을 포함한다. 가열된 강재를 조압연기에 의해 압연한 후, 마무리 압연기에 의해 더 압연하여 열연 강판을 제조한다.
열연 공정에 있어서의 마무리 온도(마무리 압연기에서 마지막으로 강판을 압하하는 마무리 압연 스탠드의 출측에서의 강판 온도)는, 예를 들어 700 내지 1150℃이다. 이상의 열연 공정에 의해 열연 강판을 제조한다.
<열연판 어닐링 공정>
열연판 어닐링 공정에서는, 필요에 따라서 열연 공정에 의해 얻어진 열연 강판에 대해 어닐링(열연판 어닐링)을 행하여 열연 어닐링판을 얻는다. 본 실시 형태에서는, 열연판 어닐링 공정 후의 강판을, 열연 어닐링판이라고 칭한다.
열연판 어닐링은, 열간 압연 시에 발생한 불균일 조직을 가능한 한 균일화하고, 인히비터인 AlN의 석출을 제어하고(미세 석출), 제2상/고용 탄소를 제어하는 것 등을 목적으로 하여 행한다. 어닐링 조건은, 목적에 따라서 공지의 조건을 선택하면 된다. 예를 들어 열간 압연 시에 발생한 불균일 조직을 균일화하는 경우, 열연 강판을, 어닐링 온도(열연판 어닐링로에서의 노 온도) 750 내지 1200℃에서, 30 내지 600초 유지한다.
열연판 어닐링은 반드시 행할 필요는 없으며, 열연판 어닐링 공정의 실시의 유무는, 최종적으로 제조되는 방향성 전자 강판에 요구되는 특성 및 제조 비용에 따라서 결정하면 된다.
<열연판 산세 공정>
열연판 산세 공정에서는 열연 공정 후의 열연 강판, 또는 열연판 어닐링을 행한 경우에는, 열연판 어닐링 공정 후의 열연 어닐링판에 대해, 필요에 따라서 표면에 생성된 스케일을 제거하기 위해, 산세를 행한다. 산세 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 공지의 조건에서 행하면 된다.
<냉연 공정>
냉연 공정에서는, 열연 공정 후, 열연판 어닐링 공정 후, 또는 열연판 산세 공정 후의 열연 강판 또는 열연 어닐링판에 대해, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판으로 한다. 본 실시 형태에서는, 냉연 공정 후의 강판을, 냉연 강판이라고 칭한다.
최종의 냉간 압연에 있어서의 바람직한 냉간 압연율(중간 어닐링을 행하지 않는 누적 냉간 압연율 또는 중간 어닐링을 행한 후의 누적 냉간 압연율)은, 바람직하게는 80％ 이상이고, 보다 바람직하게는 90％ 이상이다. 최종의 냉간 압연율의 바람직한 상한은 95％이다.
여기서, 최종의 냉간 압연율(％)은 다음과 같이 정의된다.
최종의 냉간 압연율(％)＝(1－최종의 냉간 압연 후의 강판의 판 두께/최종의 냉간 압연 전의 강판의 판 두께)×100
<탈탄 어닐링 공정>
탈탄 어닐링 공정에서는, 냉연 공정에 의해 제조된 냉연 강판에 대해, 필요에 따라서 자구 제어 처리를 행한 후, 탈탄 어닐링을 실시하여 1차 재결정시킨다. 또한, 탈탄 어닐링에서는 자기 특성에 악영향을 미치는 C를 강판으로부터 제거한다. 본 실시 형태에서는, 탈탄 어닐링 공정 후의 강판을, 탈탄 어닐링판이라고 칭한다.
상기한 목적을 위해, 탈탄 어닐링에서는, 산화도인 PH2O/PH2가 0.18 내지 0.80인 분위기 하에서, 어닐링 온도 750 내지 900℃에서, 10 내지 600초 유지를 행한다. 또한, 산화도인 PH2O/PH2는, 분위기 중의 수증기 분압 PH2O(atm)와 수소 분압 PH2(atm)의 비에 의해 정의할 수 있다.
산화도(PH2O/PH2)가 0.18 미만이면, 외부 산화형의 치밀한 산화 규소(SiO2)가 급속하게 형성되어, 탄소의 계외로의 방산이 저해되므로, 탈탄 불량이 발생한다. 한편, 0.80 초과이면, 강판 표면의 산화 피막이 두꺼워져 제거가 곤란해진다.
또한, 어닐링 온도가 750℃ 미만이면, 탈탄 속도가 느려져 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 탈탄 불량이 발생하여, 마무리 어닐링 후의 자성이 열화된다. 한편, 900℃ 초과이면 1차 재결정 입경이 원하는 사이즈를 초과해 버리므로, 마무리 어닐링 후의 자성이 열화된다.
또한, 유지 시간이 10초 미만이면, 탈탄을 충분히 행할 수 없다. 한편, 600초 초과이면 생산성이 저하된다는 점에서, 1차 재결정 입경이 원하는 사이즈를 초과해 버리므로, 마무리 어닐링 후의 자성이 열화된다.
또한, 상기한 산화도(PH2O/PH2)에 따라서, 어닐링 온도까지의 승온 과정에 있어서의 가열 속도를 제어해도 된다. 예를 들어, 유도 가열을 포함하는 가열을 행하는 경우에는, 평균 가열 속도를, 5 내지 1000℃/초로 하면 된다. 또한, 통전 가열을 포함하는 가열을 행하는 경우에는, 평균 가열 속도를, 5 내지 3000℃/초로 하면 된다.
탈탄 어닐링의 강온 후에, 강판 표면에 형성된 산화층을 제거한다.
강판 표면에 생기는 산화층을 제거하는 방법으로서는, 기계 연마, 예를 들어 브러시 연마, 샌드페이퍼 연마, 연삭 등이 있지만, 산세액(산세 용액)을 이용하는 것이 공업적으로도 바람직하다. 이 경우, 강판 표면에 생기는 산화층은 주로 SiO2를 주체로 한 산화물이므로 염산, 황산, 질산 등의 무기산만으로는 산세하기 어렵다는 점에서, 이들 산에 불산을 혼합하면 매우 효율적으로, 즉 고속으로 산화층을 제거할 수 있다. 즉, 불산-황산 혼합 용액으로 산세하는 것이 바람직하다.
또한, 탈탄 어닐링 공정에서는, 상기한 유지 후에, 암모니아를 함유하는 분위기 중에서 어닐링하여 냉연 강판을 질화하는 질화 처리를 더 행해도 된다. 슬래브 가열 온도가 낮은 경우에는 탈탄 어닐링 공정이 질화 처리를 포함하는 것이 바람직하다. 탈탄 어닐링 공정에서 질화 처리를 더 행함으로써, 마무리 어닐링 공정의 2차 재결정 전까지 AlN이나 (Al, Si)N 등의 인히비터가 생성되므로, 2차 재결정을 안정적으로 발현시킬 수 있다.
질화 처리의 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 질소 함유량이 0.003％ 이상, 바람직하게는 0.005％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.007％ 이상 증가하도록 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 질소(N) 함유량이 0.030％ 이상이 되면 효과가 포화되므로, 0.030％ 이하가 되도록 질화 처리를 행해도 된다.
질화 처리의 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 공지의 조건에서 행하면 된다.
예를 들어, 질화 처리를, 산화도(PH2O/PH2)를 0.01 내지 0.15, 750 내지 900℃에서 10 내지 600초 유지한 후에 행하는 경우에는, 냉연 강판을 실온까지 냉각하는 일 없이, 강온의 과정에서 암모니아를 함유하는 분위기 중에서 유지하여 질화 처리를 행한다. 강온의 과정에서 산화도(PH2O/PH2)를 0.0001 내지 0.01의 범위로 하는 것이 바람직하다. 질화 처리를, 산화도(PH2O/PH2)를 0.01 내지 0.15, 750 내지 900℃에서 10 내지 600초의 유지 중에 행하는 경우에는, 이 산화도의 분위기 가스에 암모니아를 도입하면 된다.
<어닐링 분리제 도포 공정>
어닐링 분리제 도포 공정에서는, 탈탄 어닐링 공정 후의 탈탄 어닐링판(질화 처리를 행한 탈탄 어닐링판도 포함함)에 대해, 필요에 따라서 자구 제어 처리를 행한 후, Al2O3과 MgO를 함유하는 어닐링 분리제를 도포하고, 도포한 어닐링 분리제를 건조시킨다.
어닐링 분리제가, MgO를 포함하고 Al2O3을 포함하지 않는 경우, 마무리 어닐링 공정에서, 강판 상에 포르스테라이트 피막이 형성된다. 한편, 어닐링 분리제가 Al2O3을 포함하고 MgO를 포함하지 않는 경우에는, 강판에 멀라이트(3Al2O3·2SiO2)가 형성된다. 이 멀라이트는, 자벽 이동의 장애가 되므로 방향성 전자 강판의 자기 특성의 열화의 원인이 된다.
그 때문에, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 어닐링 분리제로서 Al2O3과 MgO를 함유하는 어닐링 분리제를 사용한다. Al2O3과 MgO를 함유하는 어닐링 분리제를 사용함으로써, 마무리 어닐링 후에, 표면에 포르스테라이트 피막이 형성되지 않으면서, 평활한 표면의 강판을 얻을 수 있다.
어닐링 분리제는, MgO와 Al2O3의 질량 비율인 MgO/(MgO+Al2O3)을 5 내지 50％로 하고, 수화 수분을 1.5질량％ 이하로 한다.
MgO/(MgO+Al2O3)이 5％ 미만이면, 다량의 멀라이트가 형성되므로, 철손이 열화된다. 한편, 50％ 초과이면, 포르스테라이트가 형성되므로, 철손이 열화된다.
또한, 어닐링 분리제에 있어서의 수화 수분이 1.5질량％ 초과이면, 2차 재결정이 불안정해지거나, 마무리 어닐링 중에 강판 표면이 산화되어(SiO2가 형성되어), 강판 표면의 평활화가 곤란해지는 경우가 있다. 수화 수분의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 0.1질량％로 하면 된다.
어닐링 분리제는, 물 슬러리 도포 또는 정전 도포 등으로 강판 표면에 도포한다. 어닐링 분리제 도포 공정에서는 또한, 질화망간, 질화철이나 질화크롬 등 마무리 어닐링 공정에서 2차 재결정 전에 분해되어 탈탄 강판 또는 탈탄 질화판을 질화하는 질화물을 어닐링 분리제에 첨가해도 된다.
<마무리 어닐링 공정>
상기 어닐링 분리제가 도포된 탈탄 어닐링판에 마무리 어닐링을 행하여, 마무리 어닐링판으로 한다. 어닐링 분리제를 도포한 탈탄 어닐링판에 마무리 어닐링을 실시함으로써 2차 재결정이 진행되어, 결정 방위가 {110} <001> 방위에 집적된다. 본 실시 형태에서는, 마무리 어닐링 공정 후의 강판을, 마무리 어닐링판이라고 칭한다.
마무리 어닐링 시에는, 분위기(노내 분위기)가, 수소를 함유하는 경우에는 산화도(PH2O/PH2)를 0.00010 내지 0.2로 하고, 수소를 함유하지 않는 불활성 가스(질소나 아르곤 등)로 이루어지는 경우에는 노점을 0℃ 이하로 한다.
분위기에 따라서 노점, 또는 산화도를 상기한 범위로 함으로써, 2차 재결정을 안정적으로 발현시켜 방위 집적도를 높일 수 있다.
분위기가 수소를 함유하는 경우에, 산화도가 0.00010 미만이면, 탈탄 어닐링으로 형성한 조밀한 표면 실리카막이 마무리 어닐링의 2차 재결정 전에 환원되어 2차 재결정이 불안정해진다. 한편, 산화도가 0.2 초과이면, AlN이나 (Al, Si)N 등의 인히비터의 분해가 촉진되어 2차 재결정이 불안정해진다. 또한, 분위기가 수소를 함유하지 않는 불활성 가스인 경우에는, 노점이 0℃ 초과이면, AlN이나 (Al, Si)N 등의 인히비터의 분해가 촉진되어 2차 재결정이 불안정해진다. 노점의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 -30℃로 하면 된다.
<어닐링 분리제 제거 공정>
어닐링 분리제 제거 공정에서는, 마무리 어닐링 후의 강판(마무리 어닐링판)의 표면으로부터, 마무리 어닐링에서 강판과 반응하지 않은 미반응 어닐링 분리제 등의 잉여의 어닐링 분리제를 수세 제거한다.
이때, 수세 제거 후의 철의 부식을 방지하는 관점에서, 인히비터(방식제)로서 트리에탄올아민, 로진아민, 또는 머캅탄 중 적어도 하나를 첨가한 수용액을 사용하여 세정 제거한다. 이 세정 처리에 의해, 강판 표면에 있어서의 철계 수산화물량 및 철계 산화물량을 합계로 편면당 0.9g/㎡ 이하로 제어하는 것이 중요하다.
강판 표면의 잉여의 어닐링 분리제의 제거가 불충분하여, 강판 표면에 있어서의 철계 수산화물량 및 철계 산화물량의 합계가 편면당 0.9g/㎡ 초과인 경우, 지철면의 노출이 불충분해지므로, 강판 표면의 경면화를 충분히 행할 수 없는 경우가 있다. 또한, 철계 수산화물량 및 철계 산화물량의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 0.01g/㎡로 하면 된다.
잉여의 어닐링 분리제를 제거하기 위해, 상술한 인히비터를 포함하는 용액에 의한 세정에 더하여, 또한 스크러버를 사용하여 제거를 행해도 된다. 스크러버를 사용함으로써 절연 피막 형성 공정에서의 습윤성을 악화시키는 잉여의 어닐링 분리제의 제거를 확실하게 행할 수 있다.
또한, 상기 처리를 행해도 충분히 잉여의 어닐링 분리제를 제거할 수 없는 경우는, 체적비 농도가 20％ 미만인 산성 용액을 사용하여 산세를 행하면 된다. 예를 들어, 수세 제거 후에 산세를 행해도 된다. 산세를 행하는 경우는 산으로서, 황산, 질산, 염산, 인산, 염소산, 산화크롬 수용액, 크롬황산, 과망간산, 퍼옥소황산 및 퍼옥소인산 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 20체적％ 미만 함유시킨 용액을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10체적％ 미만이다. 체적비 농도의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 0.1체적％로 하면 된다. 이러한 용액을 사용함으로써 강판 표면의 잉여의 어닐링 분리제를 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 체적％는 실온에서의 체적을 기준으로 한 비율로 하면 된다.
또한, 산세를 행하는 경우, 용액의 액온을 20 내지 80℃로 하는 것이 바람직하다. 액온을 상기 범위로 함으로써, 강판 표면의 잉여의 어닐링 분리제를 효율적으로 제거할 수 있다.
<절연 피막 형성 공정>
절연 피막 형성 공정에서는, 어닐링 분리제 제거 공정 후의 마무리 어닐링판의 표면에, 필요에 따라서 자구 제어 처리를 행한 후, 절연 피막을 형성한다. 본 실시 형태에서는, 절연 피막 형성 공정 후의 강판을, 방향성 전자 강판이라고 칭한다.
이 절연 피막은, 방향성 전자 강판에 장력을 부여함으로써, 강판 단판으로서의 철손을 저하시킴과 함께, 방향성 전자 강판을 적층하여 사용할 때, 강판 사이의 전기적 절연성을 확보함으로써 철심으로서의 철손을 저하시킨다.
절연 피막은, 마무리 어닐링판의 표면에, 인산과 금속 화합물을 포함하여, 인산과 금속 화합물의 질량비가 2:1 내지 1:2인 피막 형성 용액(피막 형성 용액 1)을 도포하여 600 내지 1150℃에서 베이킹하고, 강온 후에, 인산염 및 콜로이달 실리카를 포함하지만 금속 화합물을 포함하지 않는 피막 형성 용액(피막 형성 용액 2)을 도포하여 600 내지 1150℃에서 베이킹함으로써 형성된다.
금속 화합물은, 인산과 반응하여 금속 인화물을 형성하는 화합물이며, 예를 들어 염화물, 황산염, 탄산염, 질산염, 인산염, 금속 단체 등인데, 금속 인화물로서는 강판과의 양호한 밀착성을 확보하는 점에서, Fe3P, Fe2P, 및 FeP 중 1종 또는 2종 이상이 바람직하다. 그러므로, 인산과 반응하여 금속 인화물을 생성하는 금속 원소를 포함하는 화합물은, Fe를 포함하는 화합물이 바람직하다. 인산과의 반응성을 고려하면 FeCl3이 바람직하다. 또한, 금속 인화물 중의 인의 공급원으로서, 유기 인산이나 인산염을 사용한 경우, 금속 인화물량이 부족할 우려가 있다. 따라서, 피막 형성 용액 1은 인산을 포함하는 것으로 할 필요가 있다.
도포하는 피막 형성 용액 1에 있어서의 인산과 금속 화합물의 비율은, 질량비로 2:1 내지 1:2, 바람직하게는 1:1 내지 1:1.5가 되도록 조정한다. 인산과 금속 화합물의 비율을 상기 범위 내로 함으로써, 절연 피막의 밀착성을 충분히 향상시킬 수 있다.
이 피막 형성 용액 1은, 상기한 인산과 금속 화합물을 제어하는 것 이외에는, 피막 형성 용액 2와 동등한 용액으로 하면 된다. 예를 들어, 피막 형성 용액 1은, 인산염 또는 콜로이달 실리카를 주성분으로 하면 된다.
피막 형성 용액 1의 베이킹의 온도 및 유지 시간은 특별히 한정되지 않지만, 인산과 금속 화합물의 반응을 촉진하는 관점에서, 베이킹 온도는 600 내지 1150℃가 바람직하다. 금속 화합물이 FeCl3인 경우, 베이킹 온도는 700 내지 1150℃가 바람직하다. 또한, 베이킹 시간은 10 내지 600초로 하는 것이 바람직하다.
피막 형성 용액 1의 베이킹을 행하고, 예를 들어 실온(약 25℃)까지 강온 후, 인산염 및 콜로이달 실리카를 포함하지만 금속 화합물을 포함하지 않는 피막 형성 용액(피막 형성 용액 2)을 도포하여 600 내지 1150℃에서 베이킹한다.
피막 형성 용액 2에 포함되는 인산염으로서는, Ca, Al, Sr 등의 인산염이 바람직하고, 그 중에서도 인산 알루미늄염이 보다 바람직하다. 콜로이달 실리카는, 특히 특정 성상의 콜로이달 실리카에 한정되지 않는다. 입자 사이즈도, 특히 특정 입자 사이즈에 한정되지 않지만, 200㎚(수 평균 입경) 이하가 바람직하다. 예를 들어 5 내지 30㎚이다. 입자 사이즈가 200㎚를 초과하면, 피막 형성 용액 2 중에서 침강하는 경우가 있다. 또한, 피막 형성 용액 2는, 무수 크롬산 또는 크롬산염을 더 포함해도 된다.
피막 형성 용액 2의 베이킹의 온도 및 유지 시간은 특별히 한정되지 않지만, 인산염과 콜로이달 실리카의 반응을 촉진하는 관점에서, 베이킹 온도는 600 내지 1150℃가 바람직하다. 또한, 베이킹 시간은 10 내지 600초로 하는 것이 바람직하다. 또한, 분위기도 특별히 한정되지 않지만, 질소 분위기로 하는 것이 바람직하다.
피막 형성 용액 1 및 피막 형성 용액 2는, 예를 들어 롤 코터 등의 습식 도포 방법으로 강판 표면에 도포하면 된다.
<자구 제어 공정>
본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법에서는, 냉연 공정과 탈탄 어닐링 공정 사이(제1), 탈탄 어닐링 공정과 어닐링 분리제 도포 공정 사이(제2), 어닐링 분리제 제거 공정과 절연 피막 형성 공정 사이(제3), 또는 절연 피막 형성 공정 후(제4) 중 어느 것에, 자구 제어 처리를 행하는 자구 제어 공정을 구비해도 된다.
자구 제어 처리를 행함으로써, 방향성 전자 강판의 철손을 보다 저감시킬 수 있다. 자구 제어 처리를, 냉연 공정과 탈탄 어닐링 공정 사이, 탈탄 어닐링 공정과 어닐링 분리제 도포 공정 사이, 어닐링 분리제 제거 공정과 절연 피막 형성 공정 사이에 행하는 경우에는, 압연 방향에 교차하는 방향으로 연장되는 선상 또는 점상의 홈부를, 압연 방향을 따라 소정 간격으로 형성함으로써, 180°자구의 폭을 좁게(180°자구를 세분화) 하면 된다.
또한, 자구 제어 처리를 절연 피막 형성 공정 후에 행하는 경우에는, 압연 방향에 교차하는 방향으로 연장되는 선상 또는 점상의 응력 변형부나 홈부를, 압연 방향을 따라 소정 간격으로 형성함으로써 180°자구의 폭을 좁게(180°자구를 세분화) 하면 된다.
응력 변형부를 형성하는 경우에는, 레이저 빔 조사, 전자선 조사 등을 적용할 수 있다. 또한, 홈부를 형성하는 경우에는, 기어 등에 의한 기계적 홈 형성법, 전해 에칭에 의해 홈을 형성하는 화학적 홈 형성법, 및 레이저 조사에 의한 열적 홈 형성법 등을 적용할 수 있다. 응력 변형부나 홈부의 형성에 의해 절연 피막에 손상이 발생하여 절연성 등의 특성이 열화되는 경우에는, 다시 절연 피막을 형성하여 손상을 보수해도 된다.
본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법의 일례를 도 1에 나타낸다. 실선으로 둘러싸인 공정은 필수 공정, 파선으로 둘러싸인 공정은 임의의 공정인 것을 나타낸다.
본 실시 형태에 관한 제조 방법으로 제조한 방향성 전자 강판은, 포르스테라이트 피막을 갖지 않는다. 구체적으로는, 이 방향성 전자 강판은 모강판과, 모강판 상에 접하여 배치된 중간층과, 중간층 상에 접하여 배치되어 최표면이 되는 절연 피막을 갖는다.
방향성 전자 강판이 포르스테라이트 피막을 갖지 않는 것은, X선 회절에 의해 확인하면 된다. 예를 들어, 방향성 전자 강판으로부터 절연 피막을 제거한 표면에 대해 X선 회절을 행하고, 얻어진 X선 회절 스펙트럼을 PDF(Powder Diffraction File)와 대조하면 된다. 예를 들어, 포르스테라이트(Mg2SiO4)의 동정에는, JCPDS 번호: 34-189를 사용하면 된다. 본 실시 형태에서는, 상기 X선 회절 스펙트럼의 주된 구성이 포르스테라이트가 아닌 경우에, 방향성 전자 강판이 포르스테라이트 피막을 갖지 않는다고 판단한다.
또한, 방향성 전자 강판으로부터 절연 피막만을 제거하려면, 피막을 갖는 방향성 전자 강판을, 고온의 알칼리 용액에 침지하면 된다. 구체적으로는, NaOH: 30질량％＋H2O: 70질량％의 수산화나트륨 수용액에, 80℃에서 20분간 침지한 후에, 수세하여 건조시킴으로써, 방향성 전자 강판으로부터 절연 피막을 제거할 수 있다. 통상, 알칼리 용액에 의해 절연 피막만이 용해되고, 염산 등의 산성 용액에 의해 포르스테라이트 피막이 용해된다.
본 실시 형태에 관한 제조 방법으로 제조한 방향성 전자 강판은, 포르스테라이트 피막을 갖지 않으므로 자기 특성(철손 특성)이 우수하며, 제조 공정 각각을 최적으로 제어하고 있으므로 피막 밀착성도 우수하다.
실시예 1
다음으로, 본 발명의 실시예에 대해 설명하는데, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은 이 일 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 화학 조성의 강 슬래브 중, No.A13 및 No.a11을, 1350℃로 가열하여 열간 압연에 제공하여, 판 두께 2.6㎜의 열연 강판으로 하였다. 이 열연 강판에, 1회의 냉간 압연 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 복수회의 냉간 압연을 실시하여, 최종 판 두께 0.22㎜의 냉연 강판으로 하였다. 판 두께 0.22㎜의 냉연 강판에 대해, 탈탄 어닐링 공정으로서, 표 2 내지 표 4에 나타내는 조건에서 탈탄 어닐링을 실시하였다. 탈탄 어닐링 후에 실온까지 강온하고 나서, 불산-황산의 혼합 용액으로 산세하여 강판 표면의 산화막을 제거하였다.
또한, 표 1에 나타내는 화학 조성의 강 슬래브 중, No.A13 및 No.a11 이외를, 1150℃로 가열하여 열간 압연에 제공하여, 판 두께 2.6㎜의 열연 강판으로 하였다. 이 열연 강판에, 1회의 냉간 압연 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 복수회의 냉간 압연을 실시하여, 최종 판 두께 0.22㎜의 냉연 강판으로 하였다. 판 두께 0.22㎜의 냉연 강판에 대해, 탈탄 어닐링 공정으로서, 표 2 내지 표 4에 나타내는 조건에서 탈탄 어닐링을 실시하였다. 탈탄 어닐링 후에 실온까지 강온하고 나서, 불산-황산의 혼합 용액으로 산세하여 강판 표면의 산화막을 제거하였다. 그 후, 암모니아를 함유하는 분위기 중에서 질화 처리를 실시하였다.
또한, No.B5에 대해서는, 열연 후의 열연 강판에 대해 1100℃에서 어닐링하고, 계속해서 900℃에서 어닐링하는 열연판 어닐링을 실시한 후, 산세를 행하여 표면에 생성된 스케일을 제거하고 나서 냉간 압연을 행하였다.
또한, 탈탄 어닐링 시, 어닐링 온도까지의 승온 과정에 있어서의 평균 가열 속도는, 15℃/초 미만이었다.
상기한 탈탄 어닐링 후의 탈탄 어닐링판에 대해, Al2O3과 MgO의 비율(MgO/(Al2O3+MgO)) 및 수화 수분이 표 2 내지 표 4에 나타내는 조건인 어닐링 분리제를 도포하여 건조시켰다.
어닐링 분리제를 도포한 탈탄 어닐링판에 대해, 1100℃ 혹은 1200℃에서 20시간의 마무리 어닐링을 행하였다. 그때, 표 5 내지 표 7에 나타내는 바와 같이, 분위기가 수소(H2)를 포함하는 경우에는 산화도를 제어하고, 수소를 포함하지 않는 경우에는 노점을 제어하였다.
마무리 어닐링 후, 표 5 내지 표 7에 나타내는 바와 같이, 마무리 어닐링판의 표면으로부터 잉여의 어닐링 분리제를, 트리에탄올아민, 로진아민, 또는 머캅탄 중 적어도 하나인 인히비터를 첨가한 용액을 사용하여 수세 제거하였다.
또한, 상기한 수세 후에 필요에 따라서 산세를 행하였다. 예를 들어, 표 중에서 산세 「있음」의 실시예에 대해서는, 잉여의 어닐링 분리제를 황산 수용액 중(황산의 체적비 농도: 1체적％)에 침지함으로써 산세를 행하였다.
그 후, 표 8 내지 표 10에 나타내는 비율로 인산과 금속 화합물(FeCl3)을 포함하는 피막 형성 용액(피막 형성 용액 1)을 도포하고, 표 8 내지 표 10에 나타내는 온도에서 베이킹하였다. 강온 후 또한, 금속 화합물을 포함하지 않고, 콜로이달 실리카와 인산염을 주체로 하고, 필요에 따라서 무수 크롬산을 첨가한 피막 형성 용액(피막 형성 용액 2)을 도포하고, 표 8 내지 표 10에 나타내는 베이킹 온도에서 베이킹하였다. 이들 베이킹을 행하여 절연 피막을 형성시켰다.
또한, 각 실시예에서는, 표 11 내지 표 13에 나타내는 바와 같이, 냉연 공정과 탈탄 어닐링 공정 사이(제1), 탈탄 어닐링 공정과 어닐링 분리제 도포 공정 사이(제2), 어닐링 분리제 제거 공정과 절연 피막 형성 공정 사이(제3), 또는 절연 피막 형성 공정 후(제4) 중 어느 시점에서 자구 제어를 행하였다. 자구 제어에서는, 기계적 또는 화학적으로 홈을 형성하거나, 레이저를 사용하여 응력 변형부 또는 홈부를 형성하였다.
얻어진 방향성 전자 강판 No.B1 내지 B46, b1 내지 b33에 대해, 철손 및 피막 밀착성을 평가하였다.
<철손>
제작한 방향성 전자 강판으로부터 채취한 시료에 대해 JIS C 2550-1:2000에 기초하여, 엡스타인 시험에 의해 여자 자속 밀도 1.7T, 주파수 50㎐에 있어서의 철손 W17/50(W/kg)을 측정하였다. 자구 제어를 행한 방향성 전자 강판에 대해서는, 철손 W17/50이 0.7W/kg 미만인 경우를 합격이라고 판단하였다. 또한, 자구 제어를 행하지 않는 방향성 전자 강판에 대해서는, 철손 W17/50이 1.0W/kg 미만인 경우를 합격이라고 판단하였다.
<피막 밀착성>
제조한 방향성 전자 강판으로부터 채취한 시험편을, 직경 20㎜의 원통에 감고(180° 굽힘), 폈을 때의 피막 잔존 면적률로, 절연 피막의 피막 밀착성을 평가하였다. 절연 피막의 피막 밀착성의 평가는, 눈으로 보아 절연 피막의 박리의 유무를 판단하였다. 강판으로부터 박리되지 않고, 피막 잔존 면적률이 90％ 이상을 ◎(VERY GOOD), 85％ 이상 90％ 미만을 ○(GOOD), 80％ 이상 85％ 미만을 △(POOR), 80％ 미만을 ×(NG)로 하였다. 피막 잔존 면적률이 85％ 이상인 경우(상기한 ◎ 또는 ○)를 합격이라고 판단하였다.
결과를 표 11 내지 표 13에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
표 1 내지 표 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 발명예인 No.B1 내지 B46은 모든 공정 조건이 본 발명 범위를 충족하고 있어, 철손이 낮았다. 또한, 피막 밀착성도 우수하였다.
이에 비해, 비교예인 No.b1 내지 b33에 대해서는, 하나 이상의 공정 조건이 본 발명 범위를 벗어나 있어, 철손 및/또는 피막 밀착성이 떨어졌다. 또한, 비교예 No.b25에 대해서는 압연을 할 수 없었으므로, 그 이후의 평가를 행하지 않았다. 또한, 비교예 No.b26에 대해서는, 마무리 어닐링 시에 변태되어 2차 재결정시킬 수 없었으므로, 그 후의 평가를 행하지 않았다.
본 발명의 상기 양태에 따르면, 포르스테라이트 피막을 갖지 않으면서, 자기 특성 및 피막 밀착성이 우수한 방향성 전자 강판의 제조 방법을 제공할 수 있다. 얻어진 방향성 전자 강판은, 자기 특성 및 피막 밀착성이 우수하므로, 본 발명은 산업상 이용 가능성이 높다.

Claims (6)

  1. 화학 조성으로서, 질량％로,
    C: 0.030 내지 0.100％,
    Si: 0.80 내지 7.00％,
    Mn: 0.01 내지 1.00％,
    S 및 Se의 합계: 0 내지 0.060％,
    산가용성 Al: 0.010 내지 0.065％,
    N: 0.004 내지 0.012％,
    Cr: 0 내지 0.30％,
    Cu: 0 내지 0.40％,
    P: 0 내지 0.50％,
    Sn: 0 내지 0.30％,
    Sb: 0 내지 0.30％,
    Ni: 0 내지 1.00％,
    B: 0 내지 0.008％,
    V: 0 내지 0.15％,
    Nb: 0 내지 0.20％,
    Mo: 0 내지 0.10％,
    Ti: 0 내지 0.015％,
    Bi: 0 내지 0.010％를 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강편을, 열간 압연하여 열연 강판을 얻는 열연 공정과,
    상기 열연 강판에 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판을 얻는 냉연 공정과,
    상기 냉연 강판에 탈탄 어닐링을 행하여 탈탄 어닐링판을 얻는 탈탄 어닐링 공정과,
    상기 탈탄 어닐링판에, Al2O3과 MgO를 함유하는 어닐링 분리제를 도포하여 건조시키는 어닐링 분리제 도포 공정과,
    상기 어닐링 분리제가 도포된 상기 탈탄 어닐링판에 마무리 어닐링을 행하여 마무리 어닐링판을 얻는 마무리 어닐링 공정과,
    상기 마무리 어닐링판의 표면으로부터 잉여의 어닐링 분리제를 제거하는 어닐링 분리제 제거 공정과,
    상기 마무리 어닐링판의 표면에 절연 피막을 형성하는 절연 피막 형성 공정
    을 구비하고,
    상기 탈탄 어닐링 공정에서는,
    산화도인 PH2O/PH2가 0.18 내지 0.80인 분위기 하에서, 어닐링 온도 750 내지 900℃에서, 10 내지 600초 유지를 행하고, 강온 후에, 불산-황산 혼합 용액으로 산세하여 강판 표면의 산화막을 제거하고,
    상기 어닐링 분리제 도포 공정에서는,
    상기 어닐링 분리제에 있어서의, 상기 MgO와 상기 Al2O3의 질량 비율인 MgO/(MgO+Al2O3)을 5 내지 50％, 수화 수분을 1.5질량％ 이하로 하고,
    상기 마무리 어닐링 공정에서는,
    분위기가, 수소를 함유하는 경우에는 산화도를 0.00010 내지 0.2로 하고, 수소를 함유하지 않는 불활성 가스로 이루어지는 경우에는 노점을 0℃ 이하로 하고,
    상기 어닐링 분리제 제거 공정에서는,
    상기 마무리 어닐링판의 표면으로부터 잉여의 어닐링 분리제를, 트리에탄올아민, 로진아민, 또는 머캅탄 중 적어도 하나인 인히비터를 첨가한 용액을 사용하여 수세하여 제거하고, 강판 표면에 있어서의 철계 수산화물량 및 철계 산화물량을 편면당 0.9g/㎡ 이하로 하고,
    상기 절연 피막 형성 공정에서는,
    인산과 금속 화합물을 포함하고, 상기 인산과 상기 금속 화합물의 질량비가 2:1 내지 1:2인 피막 형성 용액을 도포하여 600 내지 1150℃에서 베이킹하고, 강온 후에, 인산염 및 콜로이달 실리카를 포함하지만 금속 화합물을 포함하지 않는 피막 형성 용액을 도포하여 600 내지 1150℃에서 베이킹하여 절연 피막을 형성하는
    것을 특징으로 하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열연 공정과 상기 냉연 공정 사이에,
    상기 열연 강판을 어닐링하는 열연판 어닐링 공정, 또는 산세를 행하는 열연판 산세 공정 중 적어도 하나를 구비하는
    것을 특징으로 하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탈탄 어닐링 공정에서는, 상기 냉연 강판을, 암모니아를 함유하는 분위기 중에서 어닐링하는 질화 처리를 행하는
    것을 특징으로 하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉연 공정과 상기 탈탄 어닐링 공정 사이, 상기 탈탄 어닐링 공정과 상기 어닐링 분리제 도포 공정 사이, 상기 어닐링 분리제 제거 공정과 상기 절연 피막 형성 공정 사이, 또는 상기 절연 피막 형성 공정 후 중 어느 것에, 자구 제어 처리를 행하는 자구 제어 공정을 구비하는
    것을 특징으로 하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어닐링 분리제 제거 공정에서는, 상기 수세 후에, 체적비 농도가 20％ 미만인 산성 용액을 사용하여 산세를 행하는
    것을 특징으로 하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강편이, 화학 조성으로서, 질량％로,
    Cr: 0.02 내지 0.30％,
    Cu: 0.05 내지 0.40％,
    P: 0.005 내지 0.50％,
    Sn: 0.02 내지 0.30％,
    Sb: 0.01 내지 0.30％,
    Ni: 0.01 내지 1.00％,
    B: 0.0005 내지 0.008％,
    V: 0.002 내지 0.15％,
    Nb: 0.005 내지 0.20％,
    Mo: 0.005 내지 0.10％,
    Ti: 0.002 내지 0.015％ 및
    Bi: 0.001 내지 0.010％
    로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는
    것을 특징으로 하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법.
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