KR20220152580A - 방향성 전기 강판 - Google Patents

방향성 전기 강판 Download PDF

Info

Publication number
KR20220152580A
KR20220152580A KR1020227036978A KR20227036978A KR20220152580A KR 20220152580 A KR20220152580 A KR 20220152580A KR 1020227036978 A KR1020227036978 A KR 1020227036978A KR 20227036978 A KR20227036978 A KR 20227036978A KR 20220152580 A KR20220152580 A KR 20220152580A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
steel sheet
groove
oriented electrical
grain
grooves
Prior art date
Application number
KR1020227036978A
Other languages
English (en)
Inventor
요시히사 이치하라
다케시 오무라
히로타카 이노우에
구니히로 센다
Original Assignee
제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 filed Critical 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Publication of KR20220152580A publication Critical patent/KR20220152580A/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/16Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1277Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties involving a particular surface treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/10Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/263Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer having non-uniform thickness
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1294Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties involving a localized treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/02Etching
    • C25F3/06Etching of iron or steel
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2201/00Treatment for obtaining particular effects
    • C21D2201/05Grain orientation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2202/00Physical properties
    • C22C2202/02Magnetic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12951Fe-base component
    • Y10T428/12972Containing 0.01-1.7% carbon [i.e., steel]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12993Surface feature [e.g., rough, mirror]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing Of Steel Electrode Plates (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

저빌딩 팩터화의 효과와 높은 자속 밀도를 양립하는, 선상 홈의 형성 패턴을 제공한다. 강판의 표면에, 그 강판의 압연 방향을 횡단하는 방향으로 연신하는 선상 홈을 복수 갖는 방향성 전기 강판에 있어서, 상기 선상 홈 상호간의 상기 강판의 표면에, 그 표면으로부터 패인 오목형 결함을 형성하고, 상기 오목형 결함에 의한 상기 강판의 체적 분율을, 그 오목형 결함이 존재하지 않는 상태의 강판에 대해서 0.0025 vol% 이상 0.01 vol% 이하로 하며, 상기 선상 홈의 상기 연신을 분단하는 중단부를 강판 1 ㎡ 당 30 개 이상 200 개 이하의 빈도로 형성한다.

Description

방향성 전기 강판
본 발명은, 예를 들어 변압기 등의 철심 재료로서 바람직한 방향성 전기 강판에 관한 것이다.
방향성 전기 강판은, 변압기 철심용 재료로서 이용되고 있고, 변압기의 에너지 손실에는 방향성 전기 강판의 철손이 크게 영향을 주고 있다. 최근에는, 에너지 절약·환경 규제의 관점에서, 변압기에 있어서의 에너지 손실의 저감이 크게 요구되고 있다. 변압기의 철손은, 소재가 되는 방향성 전기 강판의 철손에 의해서 영향을 받기 때문에, 철손이 낮은 방향성 전기 강판을 개발하는 것이 매우 중요하다.
방향성 전기 강판의 철손은, 히스테리시스손과 와전류손으로 분류된다. 히스테리시스손의 개선 수법으로는, GOSS 방위로 불리는 (110) [001] 방위를 압연 방향으로 고도로 배향시키는 수법, 또는 불순물을 저감하는 수법 등이 개발되고 있다. 한편, 와전류손의 개선 수법으로는, Si 첨가에 의해서 전기 저항을 증가시키는 수법, 압연 방향으로의 피막 장력의 부여 등의 수법이 개발되고 있다. 그러나, 이들 수법에서는 제조상의 한계로부터 추가적인 저철손화를 추구하기 어렵다.
그래서, 마무리 어닐링에 절연 피막을 베이킹한 후의 강판에, 홈의 형성이나 국소적인 변형의 도입 등의 물리적인 수법을 이용하여, 자속의 불균일성을 도입함으로써, 압연 방향을 따라서 형성되는 180°자구 (주자구) 의 폭을 세분화하여, 철손, 특히 와전류손을 저감시키는 수법, 이른바 자구 세분화 기술이 개발되고 있다.
이 자구 세분화 기술에 있어서, 변형 제거 어닐링을 실시한 경우에도, 그 효과가 없어지지 않는 수법을 내열형 자구 세분화법이라고 부르고 있다. 이 수법은 일반적으로, 제조 공정상, 변형 제거 어닐링이 필수인 권철심용 재료에 적용된다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는 폭 300 ㎛ 이하 또한 깊이 100 ㎛ 이하의 선상 홈을 강판 표면에 도입함으로써, 0.80 W/㎏ 이상이던 철손을, 상기 선상 홈의 형성 후에는 0.70 W/㎏ 이하까지 개선하는 기술이 제안되어 있다.
방향성 전기 강판에 홈을 형성하는 방법으로는, 예를 들어, 전해 에칭에 의해서 강판 표면에 홈을 형성하는 전해 에칭법 (특허문헌 2), 고출력의 레이저에 의해서 강판을 국소적으로 용해·증발시키는 레이저법 (특허문헌 3), 기어상의 롤을 강판에 눌러댐으로써 압흔을 부여하는 기어 프레스법 (특허문헌 4) 등이 제안되어 있다.
일본 특허공보 평6-22179호 일본 공개특허공보 2012-77380호 일본 공개특허공보 2003-129135호 일본 공개특허공보 소62-86121호 일본 공개특허공보 2008-57001호
이상과 같이, 최근의 방향성 전기 강판의 철손은, 상기한 수법의 조합, 특히 고배향화와 자구 세분화에 의해서 대폭적인 개선이 실현되고 있다. 그러나, 이와 같이 하여 제조된 방향성 전기 강판을 변압기로 가공한 후의 철손은, 고배향화의 영향에 의해서 빌딩 팩터가 열화되어, 소재의 저철손 특성을 완전히 살리지 못한다는 문제가 알려져 있다. 여기에서, 빌딩 팩터 (BF) 란, 소재 전기 강판의 철손에 대한 변압기의 철손의 비로서, 그 값이 1 에 가까울수록, 변압기에서의 철손이 우수한 것을 의미한다. 빌딩 팩터가 증대되는 요인의 하나로서, 변압기로서 완성했을 때에 발생되는, 전기 강판끼리의 접합부에 있어서의 회전 철손을 들 수 있다. 여기에서, 회전 철손이란, 압연 방향으로 장축을 갖는 타원상으로 자화 방향·크기가 변화하는 회전 자속이 인가되었을 때에, 소재 전기 강판에 발생되는 철손을 의미한다.
이 빌딩 팩터를 저감하는 수법으로서, 압연 방향을 횡단하는 방향으로 복수의 홈을 갖는 방향성 전기 강판에 있어서, 각 홈 사이에 판 두께 감소부를 점재하여 형성시키는 수법이 제안되어 있다 (특허문헌 5). 이 방법에서는, 빌딩 팩터가 높아지는 원인의 하나로 생각되는, 방향성 전기 강판의 회전 철손을 저감시킬 수 있지만, 강판에 판 두께 감소부를 도입하기 때문에 강판의 두께 방향 단면적이 저하되고, 그것에 기인하는 자속 밀도의 저하를 피할 수 없다.
따라서, 추가적인 고특성인 변압기용의 내열형 자구 세분화재를 개발하기 위해서는, 저빌딩 팩터화의 효과와 높은 자속 밀도를 양립하는, 홈 형성 패턴의 개발이 필요하다. 그래서, 본 발명의 목적은, 저빌딩 팩터화의 효과와 높은 자속 밀도를 양립하는, 선상 홈의 형성 패턴을 제공하는 것에 있다.
발명자들은 상기 문제를 해결할 수 있도록 예의 검토를 거듭하였다.
먼저, 선상 홈간 (이하, 비홈 형성부라고도 한다) 에 상기한 특허문헌 5 에 따라서 판 두께 감소부를 점재시키는 수법에 대해서 검토를 행하였다.
그런데, 방향성 전기 강판은, 압연 방향으로 자화 용이 방향이 고도로 집적되어 있기 때문에, 앞서 서술한 바와 같이, 압연 방향을 장축으로 하는 타원상으로 자화 방향·크기가 회전하는 회전 자속으로 되었을 때에, 매우 큰 손실 (회전 철손) 이 발생된다. 특히 변압기 철심에서는, 접합부에 있어서 이와 같은 회전 자속이 발생된다. 한편, 소재 철손은 압연 방향으로만 자화 성분을 갖는 교류 자장을 인가했을 때의 철손이기 때문에, 변압기로서 완성했을 때에, 소재 전기 강판의 회전 철손이 크면, 소재 철손에 대해서 변압기 철손이 증가하는, 요컨대 빌딩 팩터가 증가되는 것이다. 따라서, 변압기의 빌딩 팩터 개선을 위해서는, 회전 철손의 저감, 즉 자화의 회전을 용이하게 할 필요가 있다.
덧붙여, 홈을 형성시킨 방향성 전기 강판에 있어서는, 홈 형성에 의해서 철손이 개선되는 한편으로, 홈의 존재에서 기인하는 국소적 단면적의 저하가 발생된다. 이로써 홈 바닥부에서의 자속의 집중이 일어나, 투자율이나 철손 등의 자기 특성의 열화로 이어진다. 따라서, 홈 형성에서 기인하는 단면적의 저하의 영향도 최소한으로 할 필요가 있다.
이상의 과제를 해결하기 위해서, 먼저, 회전 철손의 저감 방법에 대해서 검토를 행하였다. 그 결과, 비홈 형성부에 있어서, 압연 방향과는 상이한 자화 방향을 갖는 자구 (이하, 보조 자구라고 호칭한다) 를 형성시킴으로써, 자화의 회전을 용이하게 할 수 있는 것이 판명되었다. 또, 이와 같은 보조 자구는, 비홈 형성부에 있어서 자속의 연속성이 저해되는, 결함을 기점으로 하여 형성되기 쉬운 것이 판명되었다.
이와 같은 결함의 가장 바람직한 분포에 대해서 더욱 검토를 행하였다. 결함의 양태로는, 볼록부, 오목부 및 국소 변형을 들 수 있다. 이 중, 변압기용 철심으로서의 용도를 고려했을 때에, 볼록부는 점적률의 열화를 초래하기 때문에 부적당하고, 또 국소 변형은 권철심 형성 후의 변형 제거 어닐링에 의해서 그 효과를 잃기 때문에 부적당하다. 또한, 볼록부나 국소 변형을 형성하려면, 공정적으로도 설비의 추가가 필요해지기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 오목부는, 상기한 문제는 발생되지 않는 데다가, 현행의 홈 가공 프로세스의 응용으로 제조 가능해지기 때문에 바람직하다고 생각된다. 그러나, 오목부의 형성은 즉, 국소적 단면적의 저하를 의미하여, 앞서 서술한 바와 같이 투자율이나 철손의 열화가 우려된다.
그래서, 오목부를 형성시키면서, 강판의 자기 특성을 열화시키지 않는 형성 패턴에 대해서 예의 검토를 행한 바, 비홈 형성부에 있어서의 오목부 (결함) 에 더하여, 연속하는 선상 홈에 중단부를 도입하는 것이 유효한 것을 새롭게 알아내었다. 즉, 일반적인 선상 홈을 형성시킨 방향성 전기 강판의 모식도를 도 1(a) 에, 신규로 지견한 홈 형성 패턴을 도 1(b) 에 대비해서 나타내는 바와 같이, 신규의 홈 형성 패턴은, 비홈 형성부에 오목부에 의한 결함인 오목형 결함을 점재시킴과 함께, 압연 직교 방향으로 연장되는 선상 홈이 중단되는 부분, 요컨대 홈이 형성되어 있지 않은 부분인 중단부를 형성하는 것이, 종전의 홈 형성 패턴과의 차이이다. 또한, 도 1(b) 에서는, 선상 홈 상호간의 비홈 형성부에 오목부 결함을 형성하고, 그 비홈 형성부의 외측의 비홈 형성부, 도면에 있어서 선상 홈과 판단 (板端) 가장자리 사이의 비홈 형성부에는 오목부 결함이 도시되어 있지 않지만, 당해 비홈 형성부에 오목부 결함을 형성할 수 있는 것은 물론이다. 어쨌든, 후술하는 오목부 결함에 관한 요건을 만족하면 된다.
이상과 같이, 본 발명에서는, 강판에 선상으로 형성되는 홈을「선상 홈」, 선상 홈이 중단된 부분을「중단부」, 이웃하는 선상 홈간의 영역을「비홈 형성부」, 비홈 형성부에 존재하는 오목부에 의한 결함을「오목형 결함」으로 각각 호칭한다.
본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 동일하다.
[1] 강판의 표면에, 그 강판의 압연 방향을 횡단하는 방향으로 연신하는 선상 홈을 복수 갖는 방향성 전기 강판으로서,
상기 선상 홈 상호간의 상기 강판의 표면에, 그 표면으로부터 패인 오목형 결함을 갖고,
상기 오목형 결함의 상기 강판 중에 있어서의 체적 분율이, 그 오목형 결함이 존재하지 않는 상태의 강판에 대해서 0.0025 vol% 이상 0.01 vol% 이하이고,
상기 선상 홈의 상기 연신을 분단하는 중단부를, 강판 1 ㎡ 당 30 개 이상 200 개 이하의 빈도로 갖는, 방향성 전기 강판.
[2] 상기 오목형 결함의 존재 빈도가 1 ㎟ 당 1 개 이상 50 개 이하인, 상기 [1] 에 기재된 방향성 전기 강판.
[3] 상기 선상 홈의 중단부의 상기 연신 방향을 따르는 길이가, 상기 선상 홈의 평균 폭의 50 % 이하인, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 방향성 전기 강판.
[4] 상기 선상 홈 1 개당 존재하는 중단부의 수가 그 선상 홈의 길이 1 m 당 5 개 이하인, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 방향성 전기 강판.
본 발명에 의하면, 선상 홈을 실시한 내열형 자구 세분화 방향성 전기 강판에 있어서, 종래보다 자기 특성의 열화를 억제하면서, 변압기 철심으로서 완성했을 때에, 종래 이상으로 빌딩 팩터를 저감하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1(a) 는, 선상 홈의 도입 형태를 나타내는 모식도 및, 도 1(b) 는, 선상 홈 및 오목부 결함의 도입 형태를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 오목형 결함의 체적 분율과 자속 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 오목형 결함의 체적 분율과 철손의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 오목형 결함의 체적 분율과 빌딩 팩터의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 홈의 중단부수와 자속 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 홈의 중단부수와 철손의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 홈의 중단부수와 빌딩 팩터의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 홈의 중단부의 길이와 빌딩 팩터의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 홈 1 m 에 있어서의 중단부수와 빌딩 팩터의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 오목형 결함의 존재 비율과 빌딩 팩터의 관계를 나타내는 그래프이다.
먼저, 본 발명을 완성시키기에 이른 실험 결과에 대해서 설명한다.
[실험 1]
판 두께 0.23 ㎜ 및 판 폭 1 m 의 방향성 전기 강판의 냉연 강대를 공시재로 하고, 그 공시재의 전체 면에 레지스트 피막을 도포한 후, 이 피막에 대해서, 레이저를 사용하여 패터닝 (레지스트 피막의 부분적인 박리에 의한 비도포부의 형성, 이하 레이저 패터닝이라고도 칭한다) 을 행하였다. 즉, 폭 100 ㎛ 이고 압연 직교 방향 (판 폭 방향) 에 대해서 10°의 경사로 연장되는 비도포부가, 압연 방향으로 3 ㎜ 의 간격 (홈 피치) 으로 나열되는, 레이저 패터닝을 행하였다. 이 패터닝 후의 공시재를, 상기 비도포부에 깊이가 20 ㎛ 인 홈이 형성되는 전해 조건을 설정하여, 전해 에칭을 실시하고, 비도포부에 도 1(a) 에 나타낸 선상 홈을 형성하였다. 얻어진 선상 홈의 평균 폭은 100 ㎛ 였다. 그 후 레지스트 피막을 제거하고 나서, 공시재의 중량을 측정하였다. 이것을 중량 A 로 하였다.
또한, 상기한 공시재의 표면에 레지스트 피막을 도포하고, 상기한 선상 홈 상호간의 비홈 형성부에 직경 20 ㎛ 의 점상의 오목형 결함을 형성하기 위해서, 점상의 비도포부를 다수 형성하는 레이저 패터닝을 행하여, 레지스트 피막을 국소적 (직경 20 ㎛ 의 점상) 으로 박리하고, 이어서 전해 에칭을 실시하여, 점상의 비도포부에 도 1(b) 에 나타낸 바와 같이 오목형 결함을 형성하였다. 그 후, 레지스트 피막을 제거하고 나서, 공시재의 중량을 측정하고, 이것을 중량 B 로 하였다.
이 공시재에 대해서, 상기 중량 A 와 B 로부터 오목형 결함에 의한 중량 감소량을 산출하고, 이것을 강판의 밀도 7.65 g/㎤ 를 사용하여 체적 분율로 환산하였다. 여기에서, 레이저 패터닝의 조건을 조정함으로써 1 ㎟ 당 오목형 결함의 수를 다양하게 조정하고, 전해 에칭 시간을 조정함으로써 오목형 결함의 깊이를 다양하게 조정하였다.
상기에 따라서 다양한 홈 패턴을 실시한 방향성 전기 강판 냉연 강대에 대해서, 탈탄 어닐링, 마무리 어닐링, 평탄화 어닐링, 절연 장력 피막의 부여 공정을 실시하여, 최종 제품판으로 하였다. 비교로서, 상기 오목형 결함을 형성시키지 않고, 선상 홈만을 형성시킨 방향성 전기 강판의 최종 제품판도 제작하였다.
이렇게 하여 얻어진 최종 제품판으로부터 일부를 잘라내고, JIS C2550 에 기재된 엡스타인법에 의해서, 자기 특성으로서 B8 및 W17/50 을 측정하였다. 덧붙여, 상기 최종 제품판으로부터, 3 상 적층 변압기 (철심 중량 500 ㎏) 를 제작하고, 주파수 50 ㎐ 에서, 철심 레그 부분의 자속 밀도가 1.7 T 로 될 때의 철손 특성을 측정하였다. 이, 1.7 T, 50 ㎐ 에서의 철손 특성은 와트미터를 사용하여 무부하손을 측정하였다. 이것과 앞서 엡스타인 시험에서 측정한 W17/50 의 값으로부터 빌딩 팩터를 산출하였다.
상기한 측정 결과를, 도 2 ∼ 도 4 에 나타낸다. 먼저, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 오목형 결함의 체적 분율이 0.0025 vol% 이상이 되면 B8 은 미미하게 열화되고, 또한 0.0100 vol% 를 초과하면 대폭 열화되는 것이 확인되었다. 이것은, 오목형 결함의 체적 분율의 증가에 의해서, 투자율이 열화되었기 때문으로 생각된다. 또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 오목형 결함의 체적 분율이 0.0100 vol% 를 초과하면, 철손 W17/50 이 급격하게 증가되는 것도 확인되었다. 이것은, 오목형 결함에 의해서 자벽 이동이 방해된 것에 의한 것으로 생각된다. 한편, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 빌딩 팩터는, 오목형 결함의 체적 분율의 증가에 수반하여 개선되는 경향이 있고, 0.0025 vol% 이상에서 특히 개선 효과가 커진다. 이것은, 빌딩 팩터 증대의 일 요인인 회전 철손이, 결함의 도입에 의해서 억제되었기 때문으로 생각된다.
이상의 결과를 종합하면, 강판에 있어서의 자기 특성과 빌딩 팩터가 함께 향상되는 범위로서 유효한, 오목형 결함의 체적 분율은 0.0025 vol% 이상 0.01 vol% 이하가 된다. 보다 바람직하게는, 0.003 vol% 이상 0.008 vol% 이하이다.
[실험 2]
다음으로, 상기와 동일한 수법으로 공시재를 제작할 때에, 선상 홈 형성을 위한 패터닝시에, 각 선상 홈에 상기한 중단부 (도 1(b) 참조) 가 형성되도록 패터닝의 조건 조정을 행하였다. 그 때, 1 ㎡ 당 중단부의 개수가 변화하도록, 홈용의 비도포부를 형성하는 패터닝을 행하였다. 또한, 오목형 결함의 체적 분율은, 각각의 공시재에 있어서 0.005 vol% 가 일정해지도록 패터닝 조건, 그리고, 전해 조건을 고정시켜 시료를 제작하고, 실험 1 과 동일하게 자기 특성 (B8 및 W17/50) 을 측정하였다. 덧붙여, 상기와 동일한 공정을 거친 최종 제품판으로부터, 3 상 적층 변압기 (철심 중량 500 ㎏) 를 제작하고, 주파수 50 ㎐ 에서, 철심 레그 부분의 자속 밀도가 1.7 T 로 될 때의 철손 특성을 측정하였다. 이 1.7 T 및 50 ㎐ 에서의 철손 특성은 와트미터를 사용하여 무부하손을 측정하였다. 이것과 앞서 엡스타인 시험에서 측정한 W17/50 의 값으로부터 빌딩 팩터를 산출하였다.
상기한 측정 결과를, 도 5 ∼ 도 7 에 나타낸다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 홈이 중단부의 개수가 30 개/㎡ 이상인 영역에 있어서, B8 의 향상이 보인다. 이것은 중단부에서 국소적으로 강판의 단면적이 증가됨으로써, 오목형 결함의 도입에 의해서 저하된 투자율이 회복되었기 때문으로 생각된다. 덧붙여, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 빌딩 팩터의 개선도 확인할 수 있다. 이것은, 중단부를 기점으로 하여 보조 자구가 형성되고, 회전 철손이 저하되었기 때문으로 생각된다. 한편, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 중단부의 개수가 200 개/㎡ 를 초과하면, 철손의 열화를 확인할 수 있다. 이것은 홈에 의한 자구 세분화 효과가, 중단부의 증가에 의해서 저하되었기 때문으로 생각된다.
이상의 결과를 종합하면, 강판에 있어서의 자기 특성과 빌딩 팩터 모두가 향상되는 범위로서 유효한, 홈이 중단부수의 범위는 30 개/㎡ 이상 200 개/㎡ 이하가 된다. 보다 바람직하게는, 40 개/㎡ 이상 180 개/㎡ 이하이다.
[실험 3]
다음으로, 상기한 중단부와 오목형 결함의 바람직한 분포에 대해서 검토를 행하였다.
상기와 동일한 공정에서 공시재를 제작할 때에, 중단부의 홈의 연신 방향 길이, 1 개의 선상 홈 1 m 당 중단부수 및, 비홈 형성부 1 ㎟ 에 있어서의 오목형 결함의 존재 빈도를 다양하게 변경하며, 또한 전체가 중단부수를 50 개/㎡, 오목형 결함의 체적 분율을 0.005 vol% 가 되도록 패터닝 조건, 그리고, 전해 조건을 조정하여, 실험 1 과 동일한 프로세스로 시료를 제작하였다. 얻어진 시료에 대해서 실험 1 과 동일하게 자기 특성 (B8 및 W17/50) 을 측정하였다. 덧붙여, 상기와 동일한 공정을 거친 최종 제품판으로부터, 3 상 적층 변압기 (철심 중량 500 ㎏) 를 제작하고, 주파수 50 ㎐ 에서, 철심 레그 부분의 자속 밀도가 1.7 T 로 될 때의 철손 특성을 측정하였다. 이, 1.7 T, 50 ㎐ 에서의 철손 특성은 와트미터를 사용하여 무부하손을 측정하였다. 이것과 앞서 엡스타인 시험에서 측정한 W17/50 의 값으로부터 빌딩 팩터를 산출하였다.
이상의 측정 결과를, 도 8 ∼ 도 10 에 나타낸다. 이 도면들에 나타내는 결과로부터, 중단부의 홈 연신 방향 길이가 홈의 평균 폭의 50 % 이하, 1 개의 선상 홈 1 m 당 최대의 중단부수가 5 개 이하, 오목형 결함의 존재 빈도가 비홈 형성부 1 ㎟ 당 1 개 이상 50 개 이하에 있어서, 동일한 중단부수 및 오목형 결함의 체적 분율에 있어서, 보다 높은 빌딩 팩터의 개선 효과를 확인할 수 있었다. 보다 바람직하게는, 중단부의 홈 연신 방향 길이가 홈의 평균 폭의 10 % 이상 40 % 이하, 1 개의 선상 홈 1 m 당 최대의 중단부수가 4 개 이하, 오목형 결함의 존재 빈도가 비홈 형성부 1 ㎟ 당 5 개 이상 40 개 이하이다.
상기 서술한 효과에 대한 상세한 원인에 대해서는 불명확하지만, 발명자들은 아래와 같이 추정하고 있다. 즉, 오목형 결함이나 홈 중단부의 분포를 상기 범위로 제어함으로써, 보조 자구의 기점의 분포가 적정화되어, 빌딩 팩터의 개선, 요컨대 회전 철손의 개선이 보다 효율적으로 행해졌다고 생각하고 있다.
이하에, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시형태에 개시의 구성에만 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
[방향성 전기 강판]
본 발명에 있어서, 방향성 전기 강판의 소재가 되는 슬래브의 성분 조성은, 2 차 재결정이 일어나는 성분 조성이면 된다. 또, 인히비터를 이용하는 경우, 예를 들어 AlN 계 인히비터를 이용하는 경우이면 Al 및 N 을, 또 MnS·MnSe 계 인히비터를 이용하는 경우이면 Mn 과 Se 및/또는 S 를 적당량 함유시키면 된다. 물론 양 인히비터를 병용해도 된다. 이 경우에 있어서의, Al, N, S 및 Se 의 바람직한 함유량은 각각,
Al : 0.010 ∼ 0.065 질량%
N : 0.0050 ∼ 0.0120 질량%
S : 0.005 ∼ 0.030 질량%
Se : 0.005 ∼ 0.030 질량%
이다.
또한, 본 발명은, Al, N, S, Se 의 함유량을 제한한, 인히비터를 사용하지 않는 방향성 전기 강판에도 적용할 수 있다. 이 경우에는, Al, N, S, Se 의 함유량은 각각,
Al : 0.010 질량% 이하
N : 0.0050 질량% 이하
S : 0.0050 질량% 이하
Se : 0.0050 질량% 이하
로 억제하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 방향성 전기 강판용의 강 소재 (슬래브) 의 기본 성분 및 임의 첨가 성분에 대해서 구체적으로 서술한다.
C : 0.08 질량% 이하
C 는, 열연판 조직의 개선을 위해서 첨가하지만, C 의 함유량이 0.08 질량% 를 초과하면 자기 시효가 일어나지 않는 50 질량ppm 이하까지 제조 공정 중에 탈탄하기가 어려워지기 때문에, C 함유량은 0.08 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, C 를 함유하지 않는 강 소재여도 2 차 재결정하지 않는 점에서, C 함유량의 하한에 대해서는 특별히 형성할 필요는 없다. 따라서, C 는 0 질량% 여도 된다.
Si : 2.0 ∼ 8.0 질량%
Si 는, 강의 전기 저항을 증대시켜, 철손을 개선하는 데 유효한 원소이다. 그러기 위해서는 함유량을 2.0 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 함유량이 8.0 질량% 를 초과하면, 가공성 및 통판성이 열화되는 것에 더하여, 자속 밀도도 저하되기 때문에, Si 함유량은 8.0 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 2.5 ∼ 7.0 질량% 이다.
Mn : 0.005 ∼ 1.0 질량%
Mn 은, 열간 가공성을 향상시키는 데 필요한 원소이다. 그러기 위해서는 함유량을 0.005 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 함유량이 1.0 질량% 를 초과하면 자속 밀도가 열화되기 때문에, Mn 함유량은 1.0 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.01 ∼ 0.9 질량% 이다.
상기한 기본 성분 이외에, 자기 특성 개선에 유효한 것이 알려져 있는, 이하의 임의 첨가 성분을 단독 또는 복수로 적절히 함유시킬 수 있다.
Ni : 0.03 ∼ 1.50 질량%,
Sn : 0.01 ∼ 1.50 질량%,
Sb : 0.005 ∼ 1.50 질량%,
Cu : 0.03 ∼ 3.0 질량%,
P : 0.03 ∼ 0.50 질량%,
Mo : 0.005 ∼ 0.10 질량%,
Cr : 0.03 ∼ 1.50 질량% 중에서 선택되는 1 종 이상
Ni 는, 열연판 조직을 개선하여 자기 특성을 향상시키기 위해서 유효한 원소이다. Ni 함유량이 0.03 질량% 미만에서는 자기 특성에 대한 공헌은 작고, 한편 1.50 질량% 를 초과하면 2 차 재결정이 불안정해져 자기 특성이 열화된다. 그 때문에 Ni 의 함유량은 0.03 ∼ 1.50 질량% 의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, Sn, Sb, Cu, P, Mo 및 Cr 도, 자기 특성을 향상시키는 원소이다. 어느 것이나 함유량이 상기한 하한 미만에서는 그 효과는 충분하지 않고, 또 상한을 초과하면 2 차 재결정립의 성장이 억제되기 때문에 자기 특성이 열화된다. 그 때문에 각각 상기한 함유량의 범위로 하는 것이 바람직하다.
상기 성분 이외에는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
또한, C 는 1 차 재결정 어닐링에 있어서 탈탄되고, Al, N, S 및 Se 는 2 차 재결정 어닐링에 있어서 순화되기 때문에, 2 차 재결정 어닐링 후의 강판 (방향성 전기 강판의 최종 제품판) 에서는, 이들 성분은 불가피적 불순물 정도의 함유량으로 저감된다.
상기한 성분계로 이루어지는 방향성 전기 강판의 강 소재 (슬래브) 에, 열간 압연을 실시한 후, 필요에 따라서 열연판 어닐링을 행한다. 이어서 1 회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연을 실시하여, 최종 판 두께의 강대로 마무리한다. 그 후, 상기 강대에, 탈탄 어닐링을 실시하여, MgO 를 주성분으로 하는 어닐링 분리제를 도포한 후, 코일상으로 권취하여, 2 차 재결정 및 포스테라이트 피막의 형성을 목적으로 한 마무리 어닐링을 실시한다. 마무리 어닐링 후의 강대에 대해서, 평탄화 어닐링을 실시한 후, 인산마그네슘계의 장력 피막을 형성시켜 제품판으로 한다.
본 발명에 있어서는, 방향성 전기 강판 (강대) 의 표면에, 상기 서술한 바와 같이 선상 홈을 형성한다. 선상 홈은, 냉간 압연 후 또한 어닐링 분리제를 도포하기 전의 임의의 공정에 있어서, 선상 홈을 형성하는 것이 바람직하다.
[선상 홈의 형성 방법]
본 발명에 있어서 선상 홈의 형성은, 그라비어 인쇄법이나 잉크젯 인쇄법에 의해서, 강판의 압연 방향을 횡단하는 방향으로 연신하는 선상의 비인쇄부를 형성할 때에, 그 비인쇄부 내에 불연속부가 형성되도록, 레지스트 패턴을 인쇄하고, 이어서 비인쇄부를 전해 에칭법에 의해서 선상 홈을 형성하는 방법을 이용할 수 있다. 혹은, 강판의 전체 면에 레지스트 잉크를 도포하여 강판 표면에 레지스트를 형성한 후, 레이저 조사에 의해서, 강판의 압연 방향을 횡단하는 방향으로 연신하는 선상의 레지스트 박리 부분을 형성할 때에, 그 레지스트 박리 부분 내에 불연속부가 형성되도록 패터닝 (레지스트 제거) 을 행한 후, 레지스트가 제거된 노출부를 전해 에칭법에 의해서 선상 홈을 형성하는 방법을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 선상 홈의 형성은, 이들 수법에 한정하는 것은 아니다.
다음으로, 선상 홈 및 오목형 결함에 대해서, 상기한 중단부에 관한 수 및 홈 연신 방향 길이, 그리고, 오목형 결함의 존재 빈도 및 오목형 결함의 체적 분율 이외의 바람직한 요건에 대해서 상세하게 서술한다.
[선상 홈 치수]
다음으로, 본 발명에 있어서 바람직한 선상 홈의 치수를 나타낸다. 여기에서, 선상 홈의 치수란, 홈 폭, 홈 깊이에 더하여, 방향성 전기 강판 (강대) 의 압연 방향으로 주기적으로 형성하는 선상 홈끼리의 간격 및, 선상 홈의 연신 방향과 판 폭 방향 (압연 직교 방향) 이 이루는 각을 의미한다. 본 발명에서 강판 표면에 형성하는 선상 홈은, 홈 체적 증가에 의한 투자율의 열화나, 통판성 등을 가미하여, 적정 범위를 결정하였다.
홈 폭 : 10 ∼ 300 ㎛
강판 압연 방향의 홈 폭이 넓을수록, 동일한 정도의 홈 깊이로 했을 때의 투자율의 열화가 크기 때문에, 좁을수록 바람직하다. 따라서, 홈 폭은 300 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 홈 폭이 과잉되게 좁아지면, 홈 양단에 있어서의 자극 커플링에 의해서, 철손 개선 효과가 저하되어 버리기 때문에, 홈 폭의 하한은 10 ㎛ 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 20 ∼ 200 ㎛ 이다.
홈 깊이 : 판 두께의 4 ∼ 25 %
홈 형성에 의한 철손 개선 효과는, 홈 단부의 표면적이 클수록, 바꾸어 말하면, 홈의 형성 깊이가 깊을수록 높은 효과가 얻어진다. 따라서, 판 두께의 4 % 이상의 깊이의 홈을 형성시키는 것이 바람직하다. 한편, 홈의 깊이를 증가시켜 가면, 당연히 홈의 체적도 증가되어, 투자율의 열화를 초래하는 경향이 된다. 또한, 제조 라인의 통판시에 홈부를 기점으로 한 파단 리스크가 있다. 이상을 기초로 하여, 홈 깊이의 상한을 판 두께의 25 % 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 판 두께의 5 ∼ 20 % 이다.
선상 홈의 강판 압연 방향의 형성 간격 : 1.5 ∼ 10 ㎜
앞서 서술한 바와 같이, 철손 개선 효과는 홈 단부의 표면적이 클수록 향상되기 때문에, 압연 방향에 있어서의 홈 상호의 형성 간격은 좁을수록 양호한 결과가 얻어진다. 그러나, 홈의 형성 간격이 좁아짐에 따라서, 강판에 대한 홈의 체적 분율도 증가되어, 투자율의 열화에 더하여, 조업시의 파단 리스크도 높아진다. 따라서, 압연 방향 (선상 홈의 연신 방향과 직교하는 방향) 에 있어서의 홈의 형성 간격을 1.5 ∼ 10 ㎜ 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 2 ∼ 8 ㎜ 이다.
선상 홈과 판 폭 방향 (압연 직교 방향) 이 이루는 각 : ±30°이내
선상 홈의 연신 방향이 판 폭 방향으로부터 경사질수록, 홈의 체적이 증가되기 때문에, 투자율이 열화되는 경향이 된다. 따라서, 선상 홈과 판 폭 방향이 이루는 각은 ±30°이내로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, ±20°이내이다.
오목형 결함의 직경 : 5 ∼ 300 ㎛
오목형 결함의 직경이 클수록, 동일한 정도의 오목형 결함 깊이로 했을 때의 투자율의 열화가 크고, 또 자벽 이동의 저해 효과가 크기 때문에, 직경은 작을수록 바람직하다. 따라서, 오목형 결함의 직경은 300 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 오목형 결함의 직경이 과잉되게 좁아지면, 선상 홈의 양단에 있어서의 자극 커플링에 의해서, 보조 자구가 형성되기 어려워지고, 철손 개선 효과가 저하되어 버리기 때문에, 직경의 하한을 5 ㎛ 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 10 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하이다.
여기에서, 오목형 결함의 직경이란, 결함의 강판 표면에 있어서의 원 상당 직경을 의미한다.
오목형 결함의 깊이 : 판 두께에 대해서 4 ∼ 25 %
오목형 결함 형성에 의한 철손 개선 효과는, 결함의 측벽면의 표면적, 즉 결함의 형성 깊이가 클 (깊을) 수록 높은 효과가 얻어진다. 따라서, 판 두께에 대해서 4 % 이상의 깊이의 결함을 형성시키는 것이 바람직하다. 한편, 결함의 깊이를 증대시켜 가면, 당연히 오목형 결함의 체적도 증가되어, 투자율의 열화를 초래하는 경향이 된다. 또한, 통판시에 오목형 결함부를 기점으로 균열이 발생될 리스크가 있다. 이상을 기초로 하여 오목형 결함 깊이의 상한을 판 두께에 대해서 25 % 로 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 오목형 결함의 깊이란, 레이저 현미경을 사용하여 상기 강판의 표면을 관찰하여 취득한 오목형 결함부의 심도 프로파일에 있어서, 얻어진 각 점의 최심부의 평균치를 오목형 결함의 깊이로 한다.
또, 오목부의 형상은 관계없이, 강판 표면으로부터 오목부로 함입되는 부분 (벽면) 의 경사는, 반자계 형성의 관점에서, 가능한 한 급한 것이 좋고, 판 두께 방향에 대해서 바람직하게는 60°이하, 보다 바람직하게는 45°이하이다.
[선상 홈 및 오목형 결함의 각종 측정 방법]
본 발명에 있어서의, 홈의 폭 및 깊이, 중단부의 홈의 연신 방향 길이, 그리고, 오목형 결함의 존재 빈도는, 장력 피막 형성 후의 방향성 전기 강판의 표면을, 광학 현미경으로 관찰하여, 해당 지점의 길이, 개수를 계측하여 구한다.
먼저, 홈의 폭은, 강판 표면을 광학 현미경으로 관찰하고, 얻어진 이미지의 압연 방향 홈 단부를 통과하여, 홈 연신 방향과 평행한 2 직선간의 거리를 홈 폭으로 한다.
또, 홈 깊이의 측정은, 레이저 현미경을 사용하여 상기 강판의 표면을 관찰하고, 연신 방향을 따라서 홈부의 심도 프로파일을 취득한다. 얻어진 각 점의 심도 프로파일에 있어서의, 최심부의 평균치를 홈 깊이로 한다.
다음으로, 중단부의 홈 연신 방향 길이에 대해서는, 중단된 홈 부분의 양 단에 있어서, 단부를 통과하여 연신 방향과 수직인 접선간의 거리를 계측한다.
오목형 결함의 체적 분율은, 이상적으로는 선상 홈 및 홈 중단부를 형성시킨 후의 방향성 전기 강판의 중량 A 와 오목형 결함 형성 후의 방향성 전기 강판의 중량 B 로부터 강판의 밀도를 7.65 g/㎤ 로서 산출하지만, 간편함을 위해서, 오목형 결함 형성 후의 방향성 전기 강판에 대해서, 선상 홈 및 홈 중단부의 형상 및 존재 빈도의 계측 결과로부터 산출한 중량 A' 를 사용해도 된다.
중단부의 존재 빈도 및, 선상 홈 1 개 당 중단부의 수에 대해서는, 장력 피막 형성 후의 방향성 전기 강판 상의 선상 홈부에 대해서, 홈의 연신 방향을 따라서 레이저 거리계를 조작하여 계측한다.
[자기 측정 방법]
절연 장력 피막 형성 후의 방향성 전기 강판의 자기 특성 (B8 및 W17/50) 은, JIS C2550 에 기재된 엡스타인법에 의해서 측정한다. 또한, B8 이란 시료를 압연 방향으로 800 A/m 의 자화력으로 여자했을 때의 시료의 자속 밀도, W17/50 이란 시료를 압연 방향으로 1.7 T, 50 ㎐ 의 교류 자화를 인가했을 때의 손실을 의미한다.
덧붙여, 상기 최종 제품판으로부터, 3 상 적층 변압기 (철심 중량 500 ㎏) 를 제작하고, 주파수 50 ㎐ 에서, 철심 레그 부분의 자속 밀도가 1.7 T 로 될 때의 철손 특성을 측정하였다. 이 1.7 T, 50 ㎐ 에서의 철손 특성은 와트미터를 사용하여 무부하손을 측정하였다. 이것과 앞서 엡스타인 시험에서 측정한 W17/50 의 값으로부터 빌딩 팩터를 산출하였다.
그 밖에, 본 발명에 있어서, 상기 서술한 공정이나 제조 조건 이외에 대해서는, 선상 홈을 형성하여 자구 세분화 처리를 실시하는, 공지된 방향성 전기 강판의 제조 방법을 적절히 사용할 수 있다.
실시예
다음으로 실시예에 기초하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는, 본 발명의 바람직한 일례를 나타내는 것으로서, 본 실시예에 의해서 한정되는 전혀 아니다. 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그와 같은 양태여도 본 발명의 기술 범위에 포함된다.
본 실시예에 있어서는, 표 1 에 나타내는 성분을 갖고 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 방향성 전기 강판 소재 (슬래브) 를 사용하였다.
Figure pct00001
<실시예 1>
판 두께 0.23 ㎜ 의 방향성 전기 강판의 냉연 강판을 공시재로 하여, 그 강판 전체 면에 레지스트 피막을 도포한 후, 홈 폭 100 ㎛, 홈의 압연 방향 간격 (홈 상호 피치) 이 3 ㎜, 강판의 판 폭 방향에 대한 홈의 경사각이 10°이 되는 선상 홈을 형성할 수 있도록, 레이저를 사용하여 패터닝을 행하였다. 이 때, 강판 표면 1 ㎟ 에 있어서의 홈이 중단부수가 0 ∼ 300 개의 범위가 되도록 조사 패턴을 제어하여 행하였다. 패터닝 후의 냉연 강판을, 홈 깊이가 20 ㎛ 가 되도록 전해 조건을 설정하여, 전해 에칭을 실시하여 선상 홈을 형성시킨 후, 레지스트 피막을 제거하고 나서 당해 시료판의 중량을 측정하였다. 이것을 중량 A 로 하였다. 이 때, 중단부의 홈 연신 방향 길이는 홈 폭의 40 % 로 하고, 선상 홈 1 개당 중단부수는 3 개가 되도록 패터닝 조건을 조정하였다.
상기한 시료판에 대해서, 상기와 동일하게 하여 표면에 다시 레지스트 피막을 도포하고, 비홈 형성부에 1 점당 직경 50 ㎛, 깊이 10 ㎛ 의 오목부가 다수 형성되도록 조건을 조정하여 레지스트 피막을 국소적으로 박리하고, 전해 에칭을 실시한 후, 레지스트 피막을 제거하였다. 이후에 판 중량을 측정하고, 이것을 중량 B 로 하였다. 각각의 시료에 대해서, 상기한 A 와 B 로부터 중량 감소율을 산출하고, 이것을 강판의 밀도 7.65 g/㎤ 을 사용하여 체적 분율로 환산하였다. 이 때, 오목형 결함은 1 ㎟ 당 30 개 형성되도록, 레지스트 패턴을 조정하였다.
이상에 따라서 다양한 홈 패턴을 실시한 방향성 전기 강판의 냉연 강판에 대해서, 탈탄 어닐링, 마무리 어닐링, 평탄화 어닐링, 절연 장력 피막의 부여 공정을 실시하여, 최종 제품판으로 하였다.
또, 비교로서, 상기 중단부나 오목형 결함을 형성하지 않고, 선상 홈만을 형성한 방향성 전기 강판의 최종 제품판도 제작하였다.
이렇게 하여 얻어진 시료판으로부터 일부를 잘라내고, JIS C2550 에 기재된 엡스타인법에 의해서, 자기 특성 (B8 및 W17/50) 을 측정하였다. 덧붙여, 상기 최종 제품판으로부터, 3 상 적층 변압기 (철심 중량 500 ㎏) 를 제작하고, 주파수 50 ㎐ 에서, 철심 레그 부분의 자속 밀도가 1.7 T 로 될 때의 철손 특성을 측정하였다. 이 1.7 T, 50 ㎐ 에서의 철손 특성은 와트미터를 사용하여 무부하손을 측정하였다. 이것과 앞서 엡스타인 시험에서 측정한 W17/50 의 값으로부터 빌딩 팩터 (BF) 를 산출하였다.
이상의 측정 결과를 표 2 에 나타낸다. 본 발명의 범위를 만족하는 경우에 있어서, B8 및 W17/50 그리고 BF 는 어느 특성이나 우수하여, 변압기 철심에 바람직한 방향성 전기 강판으로 되어 있는 것을 알 수 있다.
Figure pct00002
Figure pct00003
<실시예 2>
판 두께 0.23 ㎜ 의 방향성 전기 강판의 냉연 강판을 공시재로 하여, 강판 전체 면에 레지스트 피막을 도포한 후, 홈 폭 100 ㎛, 홈의 압연 방향 간격 (홈 상호 피치) 이 3 ㎜, 강판의 판 폭 방향에 대한 홈의 경사각이 10°이고, 1 ㎡ 당 홈의 중단부수를 100 개로 하고, 선상 홈 1 개당 중단부의 최대수가 1 ∼ 6 개, 또한 중단부의 홈 연신 방향 길이가 5 ∼ 60 ㎛ 가 되는 선상 홈을 형성할 수 있도록 패터닝된 그라비어 롤을 사용하여, 레지스트 패턴을 도포하였다. 이 냉연 강판을, 홈 깊이가 20 ㎛ 가 되도록 전해 조건을 설정하여, 전해 에칭을 실시하고, 선상 홈을 형성한 후, 레지스트 피막을 제거하고 나서 당해 시료판의 중량을 측정하였다. 이것을 중량 A 로 하였다.
상기한 시료판에 대해서, 상기와 동일하게 하여 표면에 다시 레지스트 피막을 도포하고, 비홈 형성부에 1 점당 직경이 50 ㎛ 가 되는 오목부가, 1 ㎟ 당 1 ∼ 60 개 형성되도록 패터닝된 그라비어 롤을 사용하여, 레지스트 패턴을 도포하였다. 이것에 전해 에칭을 실시하여, 레지스트 피막을 제거하였다. 이 후에 판 중량을 측정하고, 이것을 중량 B 로 하였다. 각각의 시료에 대해서, 상기한 A 와 B 로부터 중량 감소율을 산출하고, 이것을 강판의 밀도 7.65 g/㎤ 를 사용하여 체적 분율로 환산하였다. 이 체적 분율이 어느 시료에 있어서도 0.008 vol% 가 되도록 결함 빈도에 따라서 깊이, 즉 전해 조건을 조정하였다.
이상에 따라서 다양한 홈 패턴을 실시한 방향성 전기 강판의 냉연 강판에 대해서, 탈탄 어닐링, 마무리 어닐링, 평탄화 어닐링, 절연 장력 피막의 부여 공정을 행하여, 최종 제품판으로 하였다.
또, 비교로서, 상기 중단부나 오목형 결함을 형성하지 않고, 선상 홈만을 형성한 방향성 전기 강판의 최종 제품판도 제작하였다.
이렇게 하여 얻어진 시료판으로부터 일부를 잘라내고, JIS C2550 에 기재된 엡스타인법에 의해서, 자기 특성 (B8 및 W17/50) 을 측정하였다. 덧붙여, 상기 최종 제품판으로부터 3 상 적층 변압기 (철심 중량 500 ㎏) 를 제작하고, 주파수 50 ㎐ 에서, 철심 레그 부분의 자속 밀도가 1.7 T 로 될 때의 철손 특성을 측정하였다. 이 1.7 T, 50 ㎐ 에서의 철손 특성은 와트미터를 사용하여 무부하손을 측정하였다. 이것과 앞서 엡스타인 시험에서 측정한 W17/50 의 값으로부터 빌딩 팩터 (BF) 를 산출하였다.
이상의 측정 결과를 표 3 에 나타낸다. 본 발명에 나타내는 범위를 만족하는 경우에 있어서, 보다 빌딩 팩터 (BF) 가 우수한, 변압기 철심에 바람직한 방향성 전기 강판이 되는 것을 알 수 있다.
Figure pct00004

Claims (4)

  1. 강판의 표면에, 그 강판의 압연 방향을 횡단하는 방향으로 연신하는 선상 홈을 복수 갖는 방향성 전기 강판으로서,
    상기 선상 홈 상호간의 상기 강판의 표면에, 그 표면으로부터 패인 오목형 결함을 갖고,
    상기 오목형 결함의 상기 강판 중에 있어서의 체적 분율이, 그 오목형 결함이 존재하지 않는 상태의 강판에 대해서 0.0025 vol% 이상 0.01 vol% 이하이고,
    상기 선상 홈의 상기 연신을 분단하는 중단부를, 강판 1 ㎡ 당 30 개 이상 200 개 이하의 빈도로 갖는, 방향성 전기 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목형 결함의 존재 빈도가 1 ㎟ 당 1 개 이상 50 개 이하인, 방향성 전기 강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 선상 홈의 중단부의 상기 연신 방향을 따르는 길이가, 상기 선상 홈의 평균 폭의 50 % 이하인, 방향성 전기 강판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선상 홈 1 개당 존재하는 중단부의 수가 그 선상 홈의 길이 1 m 당 5 개 이하인, 방향성 전기 강판.
KR1020227036978A 2020-06-09 2021-03-04 방향성 전기 강판 KR20220152580A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020100436A JP6947248B1 (ja) 2020-06-09 2020-06-09 方向性電磁鋼板
JPJP-P-2020-100436 2020-06-09
PCT/JP2021/008542 WO2021250953A1 (ja) 2020-06-09 2021-03-04 方向性電磁鋼板

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220152580A true KR20220152580A (ko) 2022-11-16

Family

ID=78001273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227036978A KR20220152580A (ko) 2020-06-09 2021-03-04 방향성 전기 강판

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11990261B2 (ko)
EP (1) EP4163403A4 (ko)
JP (1) JP6947248B1 (ko)
KR (1) KR20220152580A (ko)
CN (1) CN115605624B (ko)
CA (1) CA3181052A1 (ko)
MX (1) MX2022015720A (ko)
WO (1) WO2021250953A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3726543A4 (en) * 2018-01-31 2021-03-03 JFE Steel Corporation ALIGNED ELECTRIC STEEL SHEET, WRAPPED TRANSFORMER CORE WITH IT AND PROCESS FOR MANUFACTURING A WRAPPED CORE

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6286121A (ja) 1985-10-14 1987-04-20 Nippon Steel Corp 鋼板への与歪装置
JPH0622179A (ja) 1992-06-30 1994-01-28 Fuji Photo Optical Co Ltd 小型雲台装置
JP2003129135A (ja) 2001-10-22 2003-05-08 Nippon Steel Corp 低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法
JP2008057001A (ja) 2006-08-31 2008-03-13 Jfe Steel Kk 方向性電磁鋼板
JP2012077380A (ja) 2010-09-10 2012-04-19 Jfe Steel Corp 方向性電磁鋼板およびその製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2062972B (en) * 1979-10-19 1983-08-10 Nippon Steel Corp Iron core for electrical machinery and apparatus and well as method for producing the iron core
DE3675325D1 (de) 1985-10-14 1990-12-06 Nippon Steel Corp Kaltverfestigungsvorrichtung.
JPH0622179B2 (ja) 1986-10-09 1994-03-23 川崎製鉄株式会社 鉄損の低い変圧器用巻き鉄心
US6083326A (en) * 1996-10-21 2000-07-04 Kawasaki Steel Corporation Grain-oriented electromagnetic steel sheet
WO2010147009A1 (ja) 2009-06-19 2010-12-23 新日本製鐵株式会社 一方向性電磁鋼板及びその製造方法
EP3330388B1 (en) * 2015-07-28 2021-09-01 JFE Steel Corporation Linear groove formation method and linear groove formation device
JP6465048B2 (ja) * 2016-02-19 2019-02-06 Jfeスチール株式会社 方向性電磁鋼板の製造方法
RU2699344C1 (ru) 2016-03-31 2019-09-04 Ниппон Стил Корпорейшн Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой
JP7166748B2 (ja) 2017-07-24 2022-11-08 日本製鉄株式会社 巻鉄心
EP3726543A4 (en) * 2018-01-31 2021-03-03 JFE Steel Corporation ALIGNED ELECTRIC STEEL SHEET, WRAPPED TRANSFORMER CORE WITH IT AND PROCESS FOR MANUFACTURING A WRAPPED CORE
CN111566232B (zh) 2018-01-31 2022-03-08 日本制铁株式会社 方向性电磁钢板
JP7052391B2 (ja) * 2018-02-08 2022-04-12 日本製鉄株式会社 方向性電磁鋼板、および方向性電磁鋼板の製造方法
EP3770290B1 (en) * 2018-03-22 2024-04-24 Nippon Steel Corporation Grain-oriented electrical steel sheet and method for producing grain-oriented electrical steel sheet
KR102177531B1 (ko) * 2018-12-12 2020-11-11 주식회사 포스코 방향성 전기강판의 자구 미세화 장치 및 방향성 전기강판

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6286121A (ja) 1985-10-14 1987-04-20 Nippon Steel Corp 鋼板への与歪装置
JPH0622179A (ja) 1992-06-30 1994-01-28 Fuji Photo Optical Co Ltd 小型雲台装置
JP2003129135A (ja) 2001-10-22 2003-05-08 Nippon Steel Corp 低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法
JP2008057001A (ja) 2006-08-31 2008-03-13 Jfe Steel Kk 方向性電磁鋼板
JP2012077380A (ja) 2010-09-10 2012-04-19 Jfe Steel Corp 方向性電磁鋼板およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4163403A4 (en) 2024-01-03
CA3181052A1 (en) 2021-12-16
US11990261B2 (en) 2024-05-21
WO2021250953A1 (ja) 2021-12-16
US20230178276A1 (en) 2023-06-08
CN115605624B (zh) 2024-01-30
MX2022015720A (es) 2023-01-11
EP4163403A1 (en) 2023-04-12
JP2021195571A (ja) 2021-12-27
CN115605624A (zh) 2023-01-13
JP6947248B1 (ja) 2021-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101303472B1 (ko) 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법
KR101421393B1 (ko) 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법
KR101421392B1 (ko) 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법
KR102290567B1 (ko) 방향성 전기 강판
KR20160138253A (ko) 방향성 전기 강판의 제조 방법
KR102407899B1 (ko) 방향성 전기 강판
KR20220152580A (ko) 방향성 전기 강판
EP2243865B1 (en) Grain-oriented electromagnetic steel sheet excellent in magnetic characteristics
KR102676984B1 (ko) 선 형상 홈 형성 방법 및 방향성 전자 강판의 제조 방법
JP7435486B2 (ja) 方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP6879439B1 (ja) 方向性電磁鋼板
JP2021025128A (ja) 方向性電磁鋼板
JP4876799B2 (ja) 方向性電磁鋼板
JP2024094075A (ja) 方向性電磁鋼板およびその製造方法