KR20210152009A

KR20210152009A - 방향성 전기 강판, 변압기의 철심 및 변압기 그리고 변압기의 소음의 저감 방법

Info

Publication number: KR20210152009A
Application number: KR1020217039703A
Authority: KR
Inventors: 다카시 데라시마; 마코토 와타나베; 도시토 다카미야; 도모유키 오쿠보
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2021-12-14
Also published as: WO2018123339A1; EP3533903B1; US20190333662A1; CN110114508A; RU2716364C1; JPWO2018123339A1; KR102459498B1; EP3533903A4; US11894167B2; JP6354076B1; KR20190086531A; EP3533903A1

Abstract

변압기의 철심으로서 가공되고, 실제로 가동되고 있는 조건하에서 저소음 특성을 발휘할 수 있는 방향성 전기 강판을 제공한다. 절연 피막을 갖는 방향성 전기 강판이고, 상기 절연 피막은, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Mn, Co 중에서 선택되는 적어도 1 종과, Si, P, O 를 함유하고, 결정화도가 20 ％ 이상이고, 또한, 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 상기 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력이 10 ㎫ 이상인 방향성 전기 강판이다. 바람직하게는, 절연 피막의 정마찰 계수가 0.21 이상 0.50 이하이다. 바람직하게는 절연 피막은 Cr 을 포함하지 않는다.

Description

방향성 전기 강판, 변압기의 철심 및 변압기 그리고 변압기의 소음의 저감 방법{GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET, TRANSFORMER CORE, TRANSFORMER, AND METHOD FOR REDUCING TRANSFORMER NOISE}

본 발명은, 방향성 전기 강판, 변압기의 철심 및 변압기 그리고 변압기의 소음의 저감 방법에 관한 것으로, 특히 저소음성이 우수한 방향성 전기 강판에 관한 것이다.

일반적으로, 방향성 전기 강판에 있어서는, 절연성, 가공성 및 방청성 등을 부여하기 위해서 강판 표면에 피막을 형성한다. 이러한 피막은, 통상적으로 최종 마무리 어닐링시에 형성되는 포르스테라이트를 주체로 하는 하지 피막과 그 위에 형성되는 인산염계의 상도 피막으로 이루어진다.

상기 피막은 고온에서 형성되고, 또한, 낮은 열팽창률을 가지는 점에서, 실온까지 내려갔을 때에 강판과 피막의 열팽창률의 차이에 의해 강판에 장력을 부여하게 된다. 그 결과, 철손 및 자왜 (磁歪) 를 저감시킨다. 특히 자왜가 저감되면 철심의 자왜 진폭이 작아져, 변압기의 소음을 낮게 억제할 수 있다. 최근, 저소음 변압기의 요구가 높아져 오고 있고, 그 때문에, 가능한 한 높은 장력을 강판에 부여할 것이 요망되고 있다.

이와 같은 고부여 장력의 요망을 만족시키기 위해서, 종래부터 여러 가지의 피막이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 인산마그네슘, 콜로이드상 실리카 및 무수 크롬산을 주체로 하는 피막이, 또 특허문헌 2 에는, 인산알루미늄, 콜로이드상 실리카 및 무수 크롬산을 주체로 하는 피막이 각각 제안되어 있다.

그러나, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2 에 기재된 인산계 유리 코팅에 의해 발생하는 인장 응력은 충분하다고는 말할 수 없어, 새로운 개선이 요망되고 있다.

이것에 대하여, 특허문헌 3 에는, P, Si, Cr 및 O 의 원소, 그리고, Mg, Al, Ni, Co, Mn, Zn, Fe, Ca 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하고, 5 질량％ 이상이 인산염의 결정상인 코팅으로 함으로써, 높은 인장 응력을 발생시켜, 철손을 저감시키는 방향성 전기 강판이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 4 에서는, 표면에, 인산 금속염과 콜로이드상 실리카를 주성분으로 하고, 그 인산 금속염의 결정화도를 60 ％ 이하로 함으로써 크롬을 함유하지 않는 고장력 절연 피막으로 하는 것이, 특허문헌 5 에서는, 인산염과 콜로이드상 실리카를 주성분으로서 함유하고, 또한, 결정성의 인산마그네슘을, 전체면에, 균일하게 분산하여 함유하는 크롬을 함유하지 않는 고장력 절연 피막으로 하는 것이, 각각 개시되어 있다.

확실히, 인산염의 유리질의 피막의 일부를 결정화하는 것은, 내밀착성의 향상, 강판에 대한 부여 장력의 향상에 기여하는 것이다. 그러나, 특허문헌 3, 4, 5 의 어느 기술도, 실제로 변압기로 했을 때에 변압기로부터 발생하는 소음이 크다는 문제가 발생하는 것을 알 수 있었다.

일본 공개특허공보 소50-79442호 일본 공개특허공보 소48-39338호 일본 재공표특허공보 2013/099455호 일본 공개특허공보2007-217758호 일본 재공표특허공보 2007/136115호

본 발명은, 상기 과제를 해결하여, 변압기의 철심으로서 가공되고, 실제로 가동하고 있는 조건하에서 저소음 특성을 발휘할 수 있는 방향성 전기 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 상기 방향성 전기 강판을 사용한 변압기의 철심 및 변압기 그리고 변압기의 소음의 저감 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들이 예의 검토한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

동일한 방향성 전기 강판에 각각 상이한 코팅을 실시하고, 변압기 소음이 낮았던 (즉 저소음) 강판과 변압기 소음이 높았던 강판의 차이에 대해 예의 조사 연구를 실시한 결과, 변압기 소음이 높았던 강판에서는, 실제의 변압기의 운전 중의 조건하인 100 ℃ 내지 200 ℃ 정도의 온도에 있어서 피막의 강판에 대한 부여 장력이 크게 저하되는 것을 알 수 있었다.

이 결과로부터, 소음 발생의 원인이, 100 ℃ 내지 200 ℃ 정도의 온도에 있어서 강판에 대한 부여 장력이 크게 저하되는 것에 의한다고 생각된다. 그리고, 지금까지 측정·평가하고 있던 실온에서의 강판에 대한 부여 장력이 아니라, 실제의 변압기의 운전 중의 조건하인 100 ℃ 내지 200 ℃ 정도의 온도에 있어서의 강판에 대한 부여 장력이 저소음의 점에서 중요하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 검토를 진행한 결과, 절연 피막 중에 결정상을 함유시켜, 결정화를 이용함으로써 강판에 대한 부여 장력이 높아지는 것도 지견하였다.

본 발명은 이와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 이하를 요지로 한다.

[1] 절연 피막을 갖는 방향성 전기 강판이고, 상기 절연 피막은, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Mn, Co 중에서 선택되는 적어도 1 종과, Si, P, O 를 함유하고, 결정화도가 20 ％ 이상이고, 또한, 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 상기 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력이 10 ㎫ 이상인 방향성 전기 강판.

[2] 상기 절연 피막의 정마찰 계수가 0.21 이상 0.50 이하인 상기 [1] 에 기재된 방향성 전기 강판.

[3] 상기 절연 피막이 Cr 을 포함하지 않는 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 방향성 전기 강판.

[4] 상기 절연 피막의 평균 막두께가 4.5 ㎛ 이하인 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 방향성 전기 강판.

[5] 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 방향성 전기 강판을 사용하여 이루어지는 변압기의 철심.

[6] 상기 [5] 에 기재된 변압기의 철심을 구비하는 변압기.

[7] 변압기의 소음을 저감시키는 방법으로서,

그 변압기의 철심을 구성하는 방향성 전기 강판으로서, 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 방향성 전기 강판을 사용하는, 변압기의 소음의 저감 방법.

본 발명에 의하면, 저소음성이 우수한 방향성 전기 강판이 얻어진다. 변압기 소음을 저감시키는 것이 가능해져, 저소음 변압기의 소재로서 유용하다. 본 발명의 방향성 전기 강판을 사용한 변압기의 철심 및 변압기는, 저소음성이 우수하다.

이하에, 상세하게 설명한다. 또한, 성분 조성의 함유량의 단위인「％」는 특별히 언급하지 않는 한「질량％」를 의미하는 것으로 한다.

본 발명의 방향성 전기 강판의 표면에 형성되는 절연 피막은, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Mn, Co 중에서 선택되는 적어도 1 종과, Si, P, O 를 함유하고, 결정화도는 20 ％ 이상이고, 또한, 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력이 10 ㎫ 이상이다.

또한, 본 발명에 있어서, 절연 피막이란, 인산염계의 장력 절연 피막 (상도 피막) 이다.

변압기의 소음의 원인은 주로 철심의 자왜에 의한 것으로 되어 있다. 자왜란, 철을 자화했을 때에 신축하는 현상이며, 압축 응력을 철에 가한 경우에 자왜가 커지는 것이 알려져 있다. 변압기의 철심은 강판을 적층함으로써 형성되고, 큰 것에서는 수십 톤의 강판이 사용된다. 그 때문에 강판에는 자중에 의해 압축 응력이 작용한다. 그래서, 미리 강판에 장력을 부여해 두면, 압축 응력의 영향을 없앨 수 있다. 그러므로, 가능한 한 높은 장력을 강판에 부여함으로써 자왜의 증가를 방지할 수 있고, 변압기의 소음을 낮게 할 수 있다.

이상의 점으로부터, 본 발명에서는, 강판에 대한 부여 장력으로서, 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력을 10 ㎫ 이상으로 한다. 실제로 변압기의 운전 중을 상정하여 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력을 평가함으로써, 저소음 특성을 향상시킬 수 있다. 100 ℃ 미만 혹은 200 ℃ 보다 높은 온도에서의 평가는 실제의 운전 중의 온도보다 지나치게 괴리가 있어 저소음 특성을 향상시키는 점에서 부적합하다. 또, 강판에 대한 최저 부여 장력은 10 ㎫ 이상으로 한다. 10 ㎫ 미만의 절연 피막 장력이면 자왜의 압축 응력 특성의 개선이 부족하여 소음이 커진다. 바람직하게는 12 ㎫ 이상이다. 상한은 특별히 한정하지 않지만, 필요 이상으로 장력을 높게 함으로써 비용 증가를 초래하는 것으로부터 경제성의 관점에서 30 ㎫ 이하가 바람직하다.

또한, 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력은, 이하와 같이 하여 측정한다.

강판에 대한 부여 장력은 압연 방향의 장력으로 하고, 강판 편면의 절연 피막을 알칼리, 산 등을 사용하여 박리한 후의 강판의 휨량으로부터, 하기 식 (1) 을 사용하여 산출한다.

강판에 대한 부여 장력 [㎫] = 강판 영률 [㎬] × 판두께 [㎜] × 휨량 [㎜] ÷ (휨 측정 길이 [㎜])² × 10³ … 식 (1)

단, 강판 영률은, 132 ㎬ 로 한다.

그리고, 측정 샘플을 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 걸쳐 20 ℃/hr 의 속도로 승온시키고, 가장 휨량이 작아졌을 때의 휨량의 값을 사용하여 산출한 강판에 대한 부여 장력을, 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력으로 한다.

본 발명에 있어서, 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력이 10 ㎫ 이상이라는 것은, 100 ℃ 내지 200 ℃ 의 온도 범위에 있어서의 절연 피막의 강판에 대한 부여 장력이 10 ㎫ 이상인 것을 의미한다.

본 발명에서 대상으로 하는 절연 피막은 Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Mn, Co 중에서 선택되는 적어도 1 종과, Si, P, O 를 함유한다. 또, 본 발명의 절연 피막은 Cr 을 함유해도 되는데, 환경 부하의 관점에서는 Cr 을 함유하지 않는 것이 바람직하다.

P 는 인산염으로서 P-O-P 의 네트워크 구조를 형성하고, 절연 피막 소지 (금속 소지나, 포르스테라이트 피막, 그 외 세라믹스 피막 등의 하지 피막) 와 절연 피막의 밀착성을 확보하는 데에 필수이다.

Si 는 규산염으로서 Si-O-Si 의 네트워크 구조를 형성하고, 절연 피막의 내흡습성, 내열성 및 그 열팽창 계수의 작음으로부터 장력 부여성의 향상에 기여한다.

P-O-P 나 Si-O-Si 의 네트워크 구조끼리를 안정적으로 유지하기 위해서는, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Mn, Co 중에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 원소를 함유시킬 필요가 있다.

또, 본 발명의 절연 피막은, 상기 이외의 금속 원소를 갖고 있어도 된다. 상기 금속 원소로는, Li, Zr, Na, K, Hf, Ti, W 를 들 수 있다.

또한, 절연 피막 중에 상기의 원소가 포함되어 있는지의 여부에 대해서는, 예를 들어 형광 X 선 분석이나 GD-OES (글로 방전 발광 분석) 에 의해 판별할 수 있다.

본 발명의 절연 피막은, 예를 들어, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Mn, Co 의 인산염 중에서 선택되는 적어도 1 종, 콜로이드상 실리카 및 임의로 사용되는 첨가물을 혼합한 처리액을, 예를 들어, 방향성 전기 강판의 표면에 도포하고, 이어서, 베이킹 처리를 실시함으로써, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 절연 피막을 얻을 수 있다. 처리액 중에서의 상용성이나 분산성의 향상을 위해서 콜로이드상 실리카의 실리카 표면에 Al 등의 표면 처리를 실시하거나, 콜로이드 용액 중에 알루민산염 등의 분산제를 적절히 첨가해도 된다. 또, 인산염의 종류로는 제 1 인산염 (중인산염) 이 입수 용이하여 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 임의로 사용되는 첨가물로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, Li₂O, NaOH, K₂SO₄, TiOSO₄·nH₂O, ZrO₂, HfO₂, Na₂WO₄ 등을 들 수 있고, Li₂O, ZrO₂ 가 바람직하다.

또, 처리액 중의 인산염과 콜로이드상 실리카의 함유 비율은, 고형물 환산에 있어서, 인산염 100 질량부에 대하여, 콜로이드상 실리카 50 ∼ 150 질량부가 바람직하고, 50 ∼ 120 질량부가 보다 바람직하다. 또, 임의의 첨가물을 사용하는 경우에는, 상기 첨가물의 함유량은, 고형물 환산으로, 인산염 100 질량부에 대하여, 상기 첨가물 1.0 ∼ 15 질량부가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2.0 ∼ 10 질량부이다.

절연 피막은 결정화도가 20 ％ 이상이다.

일반적으로, 방향성 전기 강판에는 인산염을 주체로 하는 유리질의 절연 피막이 형성되어 있다. 이 절연 피막은 800 ℃ 내지 1000 ℃ 와 같은 고온에서 형성된다. 절연 피막의 열팽창 계수를 강판보다 작게 함으로써 절연 피막 베이킹 후에 있어서 강판에 인장 응력을 부여할 수 있다. 절연 피막은 유리질인 것이 통상이지만, 저열팽창 계수의 결정상을 유리 중에 분산시킴으로써, 보다 저열팽창으로 할 수 있다.

상기의 점에서부터, 본 발명에서는, 절연 피막 중에는 강판에 부여하는 장력의 개선을 위해서 결정상을 그 결정화도로 20 ％ 이상 함유시킨다. 절연 피막의 열팽창 계수를 충분히 저하시키기 위해서는 결정화도는 20 ％ 이상 필요하다. 결정화도의 상한은 100 ％, 즉 모두 결정상이어도 된다. 그러나, 내식성 등의 점으로부터 80 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 60 ％ 이하이다.

또한, 결정화도란 절연 피막 중의 결정상의 비율로, 결정화도는 X　선　회절에 의한 방법, 혹은 절연 피막을 가볍게 산이나 알칼리 또는 온수 등으로 에칭하고, 유리상과 결정상의 에칭 레이트의 차이를 이용하여, 표면의 요철을 관찰하여 그 면적률을 구하는 방법 등에 의해 구할 수 있다. 간편하게 측정할 수 있는 점에서, 후자의 방법이 바람직하다.

베이킹 처리를 실시할 때의 베이킹 온도까지의 승온 속도, 베이킹 온도, 베이킹 시간 등을 제어함으로써 원하는 결정화도를 얻을 수 있다.

인산염을 주체로 하는 유리질의 절연 피막으로 가장 간이하게 저열팽창의 결정상을 석출시키는 방법은, 열처리 등으로 결정화를 실시하는 특허문헌 3 이나 4 에 개시되어 있는 방법이다. 이 방법에서는 주로 피로인산염 (Mg₂P₂O₇ 이나 Ni₂P₂O₇ 등) 의 결정이 석출된다. 이들 피로인산염은 예를 들어 Mg₂P₂O₇ 에서는 25 ℃ 내지 1000 ℃ 의 평균의 열팽창 계수는 43 × 10^-7 (℃^-1) 로 매우 작은 값을 나타내기 때문에 절연 피막의 열팽창 계수를 작게 하는 것에 크게 기여한다. 그러나, Mg₂P₂O₇ 은 실온으로부터 70 ℃ 전후의 온도에서 구조 상전위를 일으켜 수축하기 때문에, 100 ℃ 내지 1000 ℃ 의 평균의 열팽창 계수는 70 × 10^-7 (℃^-1) 로 커진다. 이 수축의 영향으로 100 ℃ 부근에서의 강판에 대한 부여 장력은 크게 감소한다.

변압기의 철심은 절연유에 침지되어 있고, 운전 중에 철손, 동손 등의 에너지 로스에서 기인하여 그 절연유는 150 ℃ 전후의 온도까지 승온한다. 그 때문에 실제로 사용되고 있는 상태에서의 소음에 기여하는 것은 100 ℃ 내지 200 ℃ 의 온도에서의 자왜의 압축 응력 특성이다. 종래의 유리상만의 절연 피막이라도 온도 상승에 의해 실온에서의 장력과 비교해서 약간의 장력 저하가 일어나지만 그 정도는 대개 (베이킹 온도 - 철심 온도) ÷ (베이킹 온도 - 실온) 정도이며, 베이킹 온도 800 ℃ 로 가정해도 (800 - 150)/(800 - 25) = 0.84 로 대체로 16 ％ 정도의 감소이다.

이 현상은 피로인산염에서는 일반적인 현상이다. 단, 피로인산염의 종류에 따라 구조 상전위를 일으키는 온도는 상이하기 때문에, 구조 상전위 온도가 200 ℃ 이상인 피로인산염 (예를 들어, Zr₂P₂O₇, (MgCo)₂P₂O₇, Co₂P₂O₇) 을 석출시키는 것이 바람직하다.

또, 구조 상전위 자체를 피할 목적으로, 생성되는 결정상으로서 피로인산염이 아닌 다른 저열팽창 결정상을 석출시키는 것이 더욱 바람직하고, 예를 들어, 코디어라이트, β-스포듀민, 석영, 지르콘, 인산지르코늄계, 인산텅스텐계의 결정상을 들 수 있다.

절연 피막의 정마찰 계수는 0.21 이상 0.50 이하인 것이 바람직하고, 0.25 이상 0.50 이하인 것이 더욱 바람직하다. 변압기의 철심은 방향성 전기 강판을 적층하여 제작되는데, 강판 사이의 정마찰 계수가 높을수록 적층체가 일체로 변형하고자 하기 때문에 철심의 강성이 높아져 보다 소음을 낮게 억제할 수 있다. 따라서 0.21 이상이 바람직하고 0.25 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 철심 조립 작업에 있어서는 강판을 슬라이딩시켜 형태를 정돈할 필요가 있고, 그다지 슬라이딩하지 않는 강판에서는 작업성이 떨어진다. 따라서 0.50 이하가 바람직하다.

정마찰 계수의 조정 방법으로는, 예를 들어, 베이킹 온도를 올리거나 시간을 연장함으로써, 유리질의 피막의 표면 평활화를 촉진시키고, 조도를 저하시켜, 강판끼리의 접촉 면적을 늘려 정마찰 계수를 올리는 방법을 들 수 있다.

정마찰 계수는, 후술하는 실시예의 방법으로 측정할 수 있다.

절연 피막에는 Cr 을 포함하지 않는 것이 환경 부하의 관점에서 바람직하다. 본 발명에서는, Cr 을 함유하지 않아도, 본 발명의 효과는 나타낸다. 장력 부여 부족, 내흡습성의 열화, 변형 제거 어닐링시의 융착 등의 문제는 생기지 않는다.

절연 피막의 평균 막두께는 4.5 ㎛ 이하가 바람직하고, 3.0 ㎛ 이하가 더욱 바람직하다. 절연 피막의 평균 막두께가 지나치게 두꺼워지면, 강판의 점적률이 저하되고, 실효 여자 자속 밀도가 높아져 자왜 진동이 커진다. 따라서, 절연 피막의 평균 막두께는 4.5 ㎛ 이하가 바람직하고, 3.0 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 절연 피막을 갖는 방향성 전기 강판은, 절연 피막 형성 전에는 미리 표면에 포르스테라이트를 주체로 하는 세라믹스 피막이 형성되어 있는 것이 통상이지만, 그 표면에 금속 질화물 등의 다른 세라믹스 피막 (예를 들어 TiN 이나 Si₃N₄ 등) 이 형성되어 있어도 상관없고, 금속 소지 상에 직접 본 발명의 피막을 형성할 수도 있다.

본 발명에 있어서의 절연 피막 형성 방법의 일례에 대해 설명한다. 마무리 어닐링 후의 방향성 전기 강판에 대하여, 잉여의 어닐링 분리제를 수세 제거한 후, 필요에 따라 변형 제거 어닐링을 실시하고, 산세 처리, 수세 처리 등을 실시한다. 이어서, 절연 피막 처리액을 강판 표면에 도포하고, 베이킹, 건조를 실시하여, 강판 표면에 절연 피막을 형성한다. 마무리 어닐링 후의 방향성 전기 강판으로서, 포르스테라이트 피막을 갖는 강판, 포르스테라이트 피막을 갖지 않는 강판 중 어느 것이나 사용할 수 있다. 절연 피막 처리액은, 절연 피막 중에, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Mn, Co 중에서 선택되는 적어도 1 종과, Si, P, O 를 함유하는 것이면 된다. 베이킹 조건, 건조 조건은, 결정화도를 20 ％ 이상으로 하기 위해, 베이킹 온도는 결정화 온도 ＋10 ℃ 이상 ∼ 1100 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1000 ℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 베이킹 시간은, 10 초 내지 90 초로 하는 것이 바람직하다. 결정화를 위해서는 TG-DTA (Thermo Gravimetry-Differential Thermal Analysis) 에 의해 구한 결정화 온도 이상으로 할 필요가 있는 것은 당연하지만, 결정화도를 20 ％ 이상으로 하기 위해서는 결정화 온도 ＋10 ℃ 이상에서 베이킹하는 것이 바람직하다. 또, 박강판의 통판성을 고려하면 1100 ℃ 이하가 바람직하고, 1000 ℃ 이하가 더욱 바람직하다. 결정화를 위해서 베이킹 시간은 10 초 이상의 유지가 바람직하고, 경제성의 관점에서 90 초 이하로 하는 것이 바람직하다.

실시예 1

공지된 방법으로 제조된 판두께 : 0.23 ㎜ 의 마무리 어닐링 후의 방향성 전기 강판을 압연 방향 300 ㎜ × 압연 직각 방향 100 ㎜ 의 크기로 전단하고, 미반응의 어닐링 분리제 (MgO 를 주성분으로 하는 어닐링 분리제) 를 수세 제거한 후, 변형 제거 어닐링 (800 ℃, 2 시간, N₂ 분위기) 을 실시하였다. 변형 제거 어닐링 후의 상기 강판 표면에는 포르스테라이트 피막이 형성되어 있었다. 이어서, 5 질량％ 인산으로 경산세하였다. 이상으로부터 얻어진 방향성 전기 강판에 대하여, 표 1 에 나타내는 처리액 (인산염, 콜로이드상 실리카, 임의의 첨가물) 을 강판의 양면에 베이킹 처리 후의 단위 면적당 중량이 각각 8 g/㎡ 가 되도록 도포한 후, 표 1 에 나타내는 여러 가지의 조건으로 베이킹 처리를 실시하였다. 베이킹 처리시의 분위기는 질소를 사용하였다.

인산염은 각각 제 1 인산염 수용액을 사용하고, 그 양은 고형분 환산한 것을 나타냈다.

콜로이드상 실리카는 주식회사 ADEKA 제조 AT-30 을 사용하고, 그 양에 대해서는 SiO₂ 로서 고형분 환산으로 나타냈다.

평균 막두께

절연 피막의 평균 막두께는 SEM 에 의한 할단면 관찰로부터 편면에서의 평균의 막두께를 산출하였다.

결정상의 동정

결정상의 동정에는 X　선　회절법을 사용하였다.

결정화도

결정화도의 측정은, 시료의 절연 피막 표면을 다이아몬드 슬러리 연마로 경면으로 마무리하고, 100 ℃ 의 이온 교환수에 30 분 침지시킨 후, 표면을 SEM 관찰하고, 용출된 부분을 유리상 (AG), 용출되지 않았던 부분을 결정상 (AC) 으로 하여 그 면적을 측정하고, 결정화도 R = AC/(AC ＋ AG) × 100 으로 산출하였다.

100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력

강판에 대한 부여 장력은 압연 방향의 장력으로 하고, 편면의 절연 피막을 알칼리, 산 등을 사용하여 박리한 후의 강판의 휨량으로부터, 하기 식 (1) 을 사용하여 산출하였다.

단, 강판 영률은, 132 ㎬ 로 하였다.

100 ℃ 내지 200 ℃ 사이의 휨량의 측정은 샘플을 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 걸쳐 20 ℃/hr 의 속도로 승온시키고, 가장 휨량이 작아졌을 때의 값을 사용하였다 (즉, 100 ℃ 내지 200 ℃ 사이의 최저 부여 장력).

정마찰 계수

정마찰 계수는 신토 과학 주식회사 제조 정마찰 측정기 TYPE10 을 사용하여, 측정하였다.

변압기 소음 (저소음 특성)

변압기의 소음은 100 ㎸A 의 용량을 가지는 변압기를 제작하고, 변압기 본체로부터 1 m 떨어진 장소에서 소음을 측정하여 평가하였다.

이상의 결과로부터, 본 발명예에서는, 변압기 소음을 40 dBA 이하로 할 수 있다.

실시예 2

공지된 방법으로 제조된 판두께 : 0.27 ㎜ 의 마무리 어닐링 후의 방향성 전기 강판을 압연 방향 300 ㎜ × 압연 직각 방향 100 ㎜ 의 크기로 전단하고, 미반응의 어닐링 분리제 (MgO 를 주성분으로 하는 어닐링 분리제) 를 수세 제거한 후, 변형 제거 어닐링 (800 ℃, 2 시간, N₂ 분위기) 을 실시하였다. 변형 제거 어닐링 후의 상기 강판 표면에는 포르스테라이트 피막이 형성되어 있었다. 이어서, 5 질량％ 인산으로 경산세하였다. 이상에 의해 얻어진 방향성 전기 강판에 대하여, 표 2 에 나타내는 처리액 (인산염, 콜로이드상 실리카, 임의의 CrO₃ 및 첨가물) 을 양면에 베이킹 처리 후의 단위 면적당 중량이 각각 12 g/㎡ 가 되도록 도포한 후, 표 2 에 나타내는 여러 가지의 조건으로 베이킹 처리를 실시하였다. 베이킹 처리시의 분위기는 질소를 사용하였다.

인산염은 각각의 제 1 인산염 수용액을 사용하고, 그 양은 고형분 환산한 것을 나타냈다.

콜로이드상 실리카는 닛산 화학 공업 주식회사 제조 ST-C 를 사용하고, 그 양에 대해서는 SiO₂ 로서 고형분 환산으로 나타냈다.

평균 막두께

결정상의 동정

결정상의 동정에는 X 선 회절법을 사용하였다.

결정화도

결정화도의 측정은, 시료의 절연 피막 표면을 다이아몬드 슬러리 연마로 경면으로 마무리하고, 100 ℃ 의 이온 교환수에 30 분 침지시킨 후, 표면을 SEM 관찰하여 용출된 부분을 유리상 (AG), 용출되지 않은 부분을 결정상 (AC) 으로 하여 그 면적을 측정하고, 결정화도 R = AC/(AC ＋ AG) × 100 으로 산출하였다.

100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 상기 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력

강판에 대한 부여 장력 [㎫] = 강판 영률 [㎬] × 판두께 [㎜] × 휨량 [㎜] ÷ (휨 측정 길이 [㎜])² × 10³ 식 … (1)

단, 강판 영률은, 132 ㎬ 로 하였다.

100 ℃ 내지 200 ℃ 사이의 휨량의 측정은 샘플을 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 걸쳐 20 ℃/hr 의 속도로 승온시키고, 가장 휨량이 작아졌을 때의 값을 사용하였다 (요컨대 100 ℃ 내지 200 ℃ 사이의 최저 부여 장력).

정마찰 계수

변압기 소음

표 2 에 나타내는 바와 같이, 절연 피막 처리액에 Cr 을 포함하거나 포함하지 않아도 절연 피막의 결정화도가 20 ％ 이상 또한 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 강판에 대한 최저 부여 장력이 10 ㎫ 이상이면 변압기의 소음을 40 dBA 이하로 할 수 있는 것을 알 수 있다.

실시예 3

절연 피막의 평균 막두께가 변압기의 소음에 미치는 영향을 조사하였다. 실시예 2, 표 2 에 나타내는 No. 1, No. 2, No. 3 의 처리액을 사용하여 도포량을 표 3 에 나타내는 바와 같이 함으로써 절연 피막의 평균 막두께를 변경하였다. 절연 피막을 형성하는 공시 강판으로는, 공지된 방법으로 제조된 판두께 : 0.20 ㎜ 의 마무리 어닐링 후의 방향성 전기 강판을 압연 방향 300 ㎜ × 압연 직각 방향 100 ㎜ 의 크기로 전단하고, 미반응의 어닐링 분리제 (MgO 를 주성분으로 하는 어닐링 분리제) 를 제거한 후, 변형 제거 어닐링 (800 ℃, 2 시간, N₂ 분위기) 을 실시하고, 표면에 포르스테라이트 피막이 형성된 강판을, 5 질량％ 인산으로 경산세한 강판을 사용하였다.

평균 막두께, 결정상의 동정, 결정화도, 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 상기 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력, 정마찰 계수, 변압기 소음은, 실시예 2 와 동일한 방법으로 측정하였다.

표 3 에 나타내는 바와 같이, 절연 피막 처리액에 Cr 을 포함하거나 포함하지 않아도 절연 피막의 결정화도가 20 ％ 이상 또한 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 강판에 대한 최저 부여 장력이 10 ㎫ 이상이면 변압기의 소음을 40 dBA 이하로 할 수 있는 것을 알 수 있다.

Claims

절연 피막을 갖는 방향성 전기 강판이고,
상기 절연 피막은, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Mn, Co 중에서 선택되는 적어도 1 종과, Si, P, O 를 함유하고, 결정화도가 20 ％ 이상 80 ％ 이하이고, 결정상은 Zr₂P₂O₇, (MgCo)₂P₂O₇, 코디어라이트, β-스포듀민, 지르콘, 인산지르코늄계, 인산텅스텐계 중 어느 하나로 구성되고, 또한, 100 ℃ 내지 200 ℃ 에 있어서의 상기 절연 피막의 강판에 대한 최저 부여 장력이 10 ㎫ 이상인 방향성 전기 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 절연 피막의 정마찰 계수가 0.21 이상 0.50 이하인 방향성 전기 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 절연 피막이 Cr 을 포함하지 않는 방향성 전기 강판.
제 2 항에 있어서,
상기 절연 피막이 Cr 을 포함하지 않는 방향성 전기 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 절연 피막의 평균 막두께가 4.5 ㎛ 이하인 방향성 전기 강판.
제 2 항에 있어서,
상기 절연 피막의 평균 막두께가 4.5 ㎛ 이하인 방향성 전기 강판.
제 3 항에 있어서,
상기 절연 피막의 평균 막두께가 4.5 ㎛ 이하인 방향성 전기 강판.
제 4 항에 있어서,
상기 절연 피막의 평균 막두께가 4.5 ㎛ 이하인 방향성 전기 강판.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방향성 전기 강판을 사용하여 이루어지는 변압기의 철심.
제 9 항에 기재된 변압기의 철심을 구비하는 변압기.
변압기의 소음을 저감시키는 방법으로서,
그 변압기의 철심을 구성하는 방향성 전기 강판으로서, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방향성 전기 강판을 사용하는, 변압기의 소음의 저감 방법.