KR20240005830A - 무방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법, 그리고 모터 코어 - Google Patents
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Abstract
로터 코어에 적합한 양호한 피로 특성을 갖는 고강도 무방향성 전자 강판과, 스테이터 코어에 적합한 우수한 자기 특성을 갖는 무방향성 전자 강판을 제공한다. 무방향성 전자 강판은, 질량％로, C: 0.01％ 이하, Si: 2.0％ 이상 5.0％ 이하, Mn: 0.05％ 이상 5.00％ 이하, P: 0.1％ 이하, S: 0.01％ 이하, Al: 3.0％ 이하 및 N: 0.005％ 이하를 포함하고, Si＋Al이 4.5％ 이상이고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물인 성분 조성을 갖고, 강판 중의 결정립에 대해서, 평균 결정 입경 X1이 50㎛ 이하이고, 결정 입경 분포의 표준 편차 S1이 S1/X1＜0.75를 충족하고, 또한, 결정 입경 분포의 변형도 γ1이 2.00 이하이다.
Description
본 발명은, 무방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법, 그리고 당해 무방향성 전자 강판을 이용하는 모터 코어에 관한 것이다.
최근, 전기 기기에 대한 에너지 절약화로의 요구가 세계적으로 높아지고 있다. 이에 수반하여, 회전기(rotating machines)의 철심에 사용되는 무방향성 전자 강판에 대해서도, 보다 우수한 자기 특성이 요구되고 있다. 또한, 최근에는, HEV(하이브리드 차)나 EV(전기 자동차)의 구동 모터 등에 있어서, 소형화·고출력화의 니즈가 강하여, 이러한 요구에 응하기 위해, 모터의 회전수를 상승시키는 것이 검토되고 있다.
모터 코어는, 스테이터 코어와 로터 코어로 나누어 지는데, HEV 구동 모터의 로터 코어에는, 그의 외경이 큰 점에서, 큰 원심력이 작용한다. 또한, 로터 코어는, 구조상, 로터 코어 브릿지부라고 칭해지는 매우 좁은 부분(폭: 1∼2㎜)이 존재하고, 당해 부분은, 모터 구동 중에는 특히 고응력 상태가 된다. 또한, 모터가 회전과 정지를 반복함으로써 로터 코어에는 원심력에 의한 큰 반복 응력이 작용하는 점에서, 로터 코어에 이용되는 전자 강판은, 우수한 피로 특성을 가질 필요가 있다.
한편, 스테이터 코어에 이용되는 전자 강판은, 모터의 소형화·고출력화를 달성하기 위해, 고자속 밀도 또한 저철손인 것이 바람직하다. 즉, 모터 코어에 사용되는 전자 강판에 요구되는 특성으로서, 로터 코어용의 전자 강판은 우수한 피로 특성을 갖는 것, 또한, 스테이터 코어용의 전자 강판은 고자속 밀도 또한 저철손인 것이 이상적이다.
이와 같이, 동일한 모터 코어에 사용되는 전자 강판이라도, 로터 코어와 스테이터 코어에서는, 요구되는 특성이 크게 상이하다. 그러나, 모터 코어의 제조에 있어서는, 재료 수율 및 생산성을 높이기 위해, 동일한 소재 강판으로부터 로터 코어재와 스테이터 코어재를 펀칭 가공에 의해 동시에 채취하고, 그 후, 각각의 강판을 적층하여 로터 코어 또는 스테이터 코어에 조립하는 것이 바람직하다.
모터 코어용의 고강도이고 저철손의 무방향성 전자 강판을 제조하는 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 고강도의 무방향성 전자 강판을 제조하고, 당해 강판으로부터 펀칭 가공으로 로터 코어재와 스테이터 코어재를 채취하여 적층하고, 로터 코어 및 스테이터 코어를 조립한 후, 스테이터 코어에만 변형 제거 어닐링을 실시한다는, 고강도의 로터 코어와 저철손의 스테이터 코어를 동일 소재로 제조하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 본 발명자들의 검토에 의하면, 고강도의 무방향성 전자 강판을 사용함으로써 항복 응력은 향상하지만, 가장 중요한 특성인 펀칭 피로 강도는 반드시 향상한다고는 한정할 수 없는 점이 우려된다. 여기에서, 펀칭 피로 강도란, 펀칭 가공을 실시한 후, 연마 등의 단면의 가공을 행하지 않는 경우의 피로 강도이다. 또한, 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 변형 제거 어닐링 후의 철손값은 반드시 산업상 요구되는 레벨을 안정적으로 달성할 수 없기도 하는 점에 문제가 있다.
본 발명은, 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 로터 코어에 적합한 양호한 피로 특성을 갖는 고강도 무방향성 전자 강판과, 스테이터 코어에 적합한 우수한 자기 특성(저철손)을 갖는 무방향성 전자 강판을 제공함과 함께, 당해 무방향성 전자 강판을 염가로 제조하는 방법에 대해서 제안하는 것에 있다.
본 발명자들이 상기 과제의 해결에 관하여 예의 검토한 결과, 결정 입경 분포를 제어함으로써, 펀칭 피로 강도가 높은 무방향성 전자 강판이 얻어지는 것 및, 이 무방향성 전자 강판을 변형 제거 어닐링(열 처리)에 의해 입 성장시킨 경우에, 우수한 저철손을 안정적으로 실현할 수 있는 것을 인식하기에 이르렀다. 또한, 냉간 압연의 최종 패스에 있어서의 조건의 적정화를 도모함으로써, 결정 입경 분포를 제어할 수 있는 것도 발견했다.
본 발명은 이러한 인식에 기초하여 이루어진 것으로서, 이하의 구성을 갖는다.
[1] 무방향성 전자 강판으로서,
질량％로,
C: 0.01％ 이하,
Si: 2.0％ 이상 5.0％ 이하,
Mn: 0.05％ 이상 5.00％ 이하,
P: 0.1％ 이하,
S: 0.01％ 이하,
Al: 3.0％ 이하 및
N: 0.0050％ 이하
를 포함하고, Si＋Al이 4.5％ 이상이고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물인 성분 조성을 갖고,
강판 중의 결정립에 대해서, 평균 결정 입경 X1이 50㎛ 이하이고, 결정 입경 분포의 표준 편차 S1이 다음식 (1):
S1/X1＜0.75 …(1)
을 충족하고, 또한, 결정 입경 분포의 변형도 γ1이 2.00 이하인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자 강판.
[2] 상기 성분 조성은, 추가로 질량％로,
Co: 0.0005％ 이상 0.0050％ 이하
를 포함하는, 상기 [1]에 기재된 무방향성 전자 강판.
[3] 상기 성분 조성은, 추가로 질량％로,
Cr: 0.05％ 이상 5.00％ 이하
를 포함하는, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 무방향성 전자 강판.
[4] 상기 성분 조성은, 추가로 질량％로,
Ca: 0.001％ 이상 0.100％ 이하,
Mg: 0.001％ 이상 0.100％ 이하 및
REM: 0.001％ 이상 0.100％ 이하
중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 무방향성 전자 강판.
[5] 상기 성분 조성은, 추가로 질량％로,
Sn: 0.001％ 이상 0.200％ 이하 및
Sb: 0.001％ 이상 0.200％ 이하
중 어느 1종 또는 2종을 포함하는, 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 것에 기재된 무방향성 전자 강판.
[6] 상기 성분 조성은, 추가로 질량％로,
Cu: 0％ 이상 0.5％ 이하,
Ni: 0％ 이상 0.5％ 이하,
Ti: 0％ 이상 0.005％ 이하,
Nb: 0％ 이상 0.005％ 이하,
V: 0％ 이상 0.010％ 이하,
Ta: 0％ 이상 0.002％ 이하,
B: 0％ 이상 0.002％ 이하,
Ga: 0％ 이상 0.005％ 이하,
Pb: 0％ 이상 0.002％ 이하,
Zn: 0％ 이상 0.005％ 이하,
Mo: 0％ 이상 0.05％ 이하,
W: 0％ 이상 0.05％ 이하,
Ge: 0％ 이상 0.05％ 이하 및
As: 0％ 이상 0.05％ 이하
중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 것에 기재된 무방향성 전자 강판.
[7] 무방향성 전자 강판으로서,
상기 [1] 내지 [6] 중 어느 것에 기재된 성분 조성을 갖고,
강판 중의 결정립에 대해서, 평균 결정 입경 X2가 80㎛ 이상이고, 결정 입경 분포의 표준 편차 S2가 다음식 (2):
S2/X2＜0.75 …(2)
를 충족하고, 또한, 결정 입경 분포의 변형도 γ2가 1.50 이하인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자 강판.
[8] 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 것에 기재된 무방향성 전자 강판을 제조하는 방법으로서,
상기 [1] 내지 [6] 중 어느 것에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재에, 열간 압연을 실시하여 열연판을 얻는 열간 압연 공정과,
상기 열연판에 산 세정을 실시하는 산 세정 공정과,
상기 산 세정이 실시된 상기 열연판에, 최종 패스 입측 온도 T1이 50℃ 이상, 최종 패스의 압하율 r이 15％ 이상 및, 최종 패스의 변형 속도 εm이 100s－1 이상 1000s－1 이하의 조건으로 냉간 압연을 실시하여 냉연판을 얻는 냉간 압연 공정과,
상기 냉연판을, 500℃ 내지 700℃의 평균 승온 속도 V1이 10℃/s 이상인 조건으로, 700℃ 이상 850℃ 이하의 어닐링 온도 T2까지 가열한 후, 냉각하여, 무방향성 전자 강판인 냉연 어닐링판을 얻는 어닐링 공정
을 구비하는, 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
[9] 상기 [7]에 기재된 무방향성 전자 강판을 제조하는 방법으로서, 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 것에 기재된 무방향성 전자 강판을, 750℃ 이상 900℃ 이하의 열 처리 온도 T3에서 가열하는 열 처리 공정을 구비하는, 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
[10] 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 것에 기재된 무방향성 전자 강판의 적층체인 로터 코어와, 상기 [7]에 기재된 무방향성 전자 강판의 적층체인 스테이터 코어로 이루어지는, 모터 코어.
본 발명에 의하면, 로터 코어에 적합한 양호한 피로 특성을 갖는 무방향성 전자 강판과, 스테이터 코어에 적합한 우수한 자기 특성(저철손)을 갖는 무방향성 전자 강판을 제공할 수 있다. 게다가, 이들 무방향성 전자 강판은, 동일한 강판으로부터 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 무방향성 전자 강판을 이용함으로써, 고성능인 모터 코어를 재료 수율 좋게 염가로 제공할 수 있다. 본 발명의 무방향성 전자 강판은, 소형 또한 고출력인 모터에도 적합하게 사용할 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 상세를, 그의 한정 이유와 함께 설명한다.
<무방향성 전자 강판의 성분 조성>
본 발명의 무방향성 전자 강판 및 모터 코어가 갖는 적합한 성분 조성에 대해서 설명한다. 성분 조성에 있어서의 원소의 함유량의 단위는 모두 「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한 간단히 「％」로 나타낸다.
또한, 본 발명의 무방향성 전자 강판으로서는, 주로 로터 코어에 적합한 제1 무방향성 전자 강판과, 주로 스테이터 코어에 적합한 제2 무방향성 전자 강판을 들 수 있다. 단, 이들 무방향성 전자 강판은, 동일한 강판으로부터 얻어지는 것이기 때문에, 적합한 성분 조성은, 제1 무방향성 전자 강판과 제2 무방향성 전자 강판에서, 공통된다.
C: 0.01％ 이하
C는, 모터의 사용 중에 탄화물을 형성하여 자기 시효(magnetic aging)를 일으켜, 철손 특성을 열화시키는 유해 원소이다. 자기 시효를 회피하기 위해서는, 강판에 있어서의 C 함유량은 0.01％ 이하로 한다. 바람직하게는, C 함유량은 0.004％ 이하이다. 또한, C 함유량의 하한은, 특별히 규정하지 않지만, 과도하게 C를 저감한 강판은 매우 고가인 점에서, C 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하다.
Si: 2.0％ 이상 5.0％ 이하
Si는, 강의 고유 저항을 높여, 철손을 저감하는 효과가 있고, 또한, 고용 강화에 의해 강의 강도를 높이는 효과가 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Si 함유량을 2.0％ 이상으로 한다. 한편, Si 함유량이 5.0％를 초과하면, 포화 자속 밀도의 저하에 수반하여 자속 밀도가 현저하게 저하하기 때문에, Si 함유량의 상한은 5.0％로 했다. 따라서, Si 함유량은, 2.0％ 이상 5.0％ 이하의 범위로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 2.5％ 이상 5.0％ 이하이고, 보다 바람직하게는 3.0％ 이상 5.0％ 이하이다.
Mn: 0.05％ 이상 5.00％ 이하
Mn은, Si와 마찬가지로, 강의 고유 저항 및 강도를 높이는 데에 유용한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Mn 함유량을 0.05％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Mn 함유량이 5.00％를 초과하면, MnC의 석출을 촉진하여 자기 특성을 열화시키는 경우가 있기 때문에, Mn 함유량의 상한은 5.00％로 했다. 따라서, Mn 함유량은, 0.05％ 이상 5.00％ 이하로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.1％ 이상이고, 또한, 바람직하게는 3.0％ 이하이다.
P: 0.1％ 이하
P는, 강의 강도(경도)의 조정에 이용되는 유용한 원소이다. 그러나, P 함유량이 0.1％를 초과하면, 인성이 저하하여, 가공 시에 균열을 발생시키기 쉽기 때문에, P 함유량은 0.1％ 이하로 한다. 또한, P 함유량의 하한은, 특별히 규정하지 않지만, 과도하게 P를 저감한 강판은 매우 고가인 점에서, P 함유량은 0.001％ 이상인 것이 바람직하다. P 함유량은, 바람직하게는 0.003％ 이상이고, 또한, 바람직하게는 0.08％ 이하이다.
S: 0.01％ 이하
S는, 미세 석출물을 형성하여 철손 특성에 악영향을 미치는 원소이다. 특히, S 함유량이 0.01％를 초과하면, 그 악영향이 현저해지기 때문에, S 함유량은 0.01％ 이하로 한다. 또한, S 함유량의 하한은, 특별히 규정하지 않지만, 과도하게 S를 저감한 강판은 매우 고가인 점에서, S 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하다. S 함유량은, 바람직하게는 0.0003％ 이상이고, 또한, 바람직하게는 0.0080％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.005％ 이하이다.
Al: 3.0％ 이하
Al은, Si와 마찬가지로, 강의 고유 저항을 높여, 철손을 저감하는 효과가 있는 유용한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Al 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Al 함유량은, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.015％ 이상이다. 한편, Al 함유량이 3.0％를 초과하면, 강판 표면의 질화를 조장하여, 자기 특성을 열화시키는 경우가 있기 때문에, Al 함유량의 상한은 3.0％로 했다. Al 함유량은, 바람직하게는 2.0％ 이하이다.
N: 0.0050％ 이하
N은, 미세 석출물을 형성하여 철손 특성에 악영향을 미치는 원소이다. 특히, N 함유량이 0.0050％를 초과하면, 그 악영향이 현저해지기 때문에, N 함유량은 0.0050％ 이하로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0030％ 이하이다. 또한, N 함유량의 하한은, 특별히 규정하지 않지만, 과도하게 N을 저감한 강판은 매우 고가인 점에서, N 함유량은 0.0005％ 이상인 것이 바람직하다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0008％ 이상이고, 또한, 바람직하게는 0.0030％ 이하이다.
Si＋Al: 4.5％ 이상
Si＋Al(Si 및 Al의 합계 함유량)을 4.5％ 이상으로 하고, 추가로 적절한 조건으로 냉간 압연을 실시함으로써, 냉연 어닐링판의 결정 입경 분포의 변형도를 내리는 효과가 있다. 이에 따라, 펀칭 피로 강도가 상승함과 함께, 변형 제거 어닐링(열 처리)에 의해 입 성장시키는 경우에 우수한 저철손 특성을 기대할 수 있다. 따라서, Si＋Al은 4.5％ 이상으로 한다. 또한, Si＋Al을 4.5％ 이상으로 하고, 추가로 적절한 냉간 압연을 조합함으로써 결정 입경 분포의 변형도가 저하하는 이유는, 불명하다. 단 이 점에 관하여, 본 발명자들은, 냉간 압연 시에 활동하는, 슬라이딩계의 밸런스가 변화하여, 재결정의 핵 생성 사이트가 냉연판 중에 균일하게 분산됨으로써 발생한 효과라고 추측하고 있다.
일 실시 형태의 전자 강판의 성분 조성에 있어서, 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 다른 실시 형태의 전자 강판의 성분 조성은, 추가로 요구 특성에 따라서, 상기 성분(원소)에 더하여, 후술하는 원소 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 소정량 함유할 수 있다.
Co: 0.0005％ 이상 0.0050％ 이하
Co에는, Si＋Al 및 냉간 압연 조건의 적절한 제어에 의해 어닐링판의 결정 입경 분포의 변형도가 저하하는 작용을 보강하는 효과가 있다. 즉, Co의 미량 첨가에 의해, 결정 입경 분포의 변형도를 안정적으로 저하시킬 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Co 함유량을 0.0005％ 이상으로 하면 좋다. 한편, Co는, 함유량이 0.0050％를 초과하면 효과가 포화하여, 공연히 비용의 상승을 초래하기 때문에, Co를 첨가하는 경우에는, Co 함유량의 상한을 0.0050％로 했다. 따라서, 상기 성분 조성은, 추가로, Co: 0.0005％ 이상 0.0050％ 이하를 포함하는 것이 바람직하다.
Cr: 0.05％ 이상 5.00％ 이하
Cr은, 강의 고유 저항을 높여, 철손을 저감하는 효과가 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Cr 함유량을 0.05％ 이상으로 하면 좋다. 한편, Cr은, 함유량이 5.00％를 초과하면, 포화 자속 밀도의 저하에 수반하여 자속 밀도가 현저하게 저하하기 때문에, Cr을 첨가하는 경우에는, Cr 함유량의 상한을 5.00％로 했다. 따라서, 상기 성분 조성은, 추가로, Cr: 0.05％ 이상 5.00％ 이하를 포함하는 것이 바람직하다.
Ca: 0.001％ 이상 0.100％ 이하
Ca는, 황화물로서 S를 고정하여, 철손 저감에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ca 함유량을 0.001％ 이상으로 하면 좋다. 한편, Ca는, 함유량이 0.100％를 초과하면 효과가 포화하여, 공연히 비용의 상승을 초래하기 때문에, Ca를 첨가하는 경우에는, Ca 함유량의 상한을 0.100％로 했다.
Mg: 0.001％ 이상 0.100％ 이하
Mg는, 황화물로서 S를 고정하여, 철손 저감에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Mg 함유량을 0.001％ 이상으로 하면 좋다. 한편, Mg는, 함유량이 0.100％를 초과하면 효과가 포화하여, 공연히 비용의 상승을 초래하기 때문에, Mg를 첨가하는 경우에는, Mg 함유량의 상한을 0.100％로 했다.
REM: 0.001％ 이상 0.100％ 이하
REM은, 황화물로서 S를 고정하여, 철손 저감에 기여하는 원소군이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, REM 함유량을 0.001％ 이상으로 하면 좋다. 한편, REM은, 함유량이 0.100％를 초과하면 효과가 포화하여, 공연히 비용의 상승을 초래하기 때문에, REM을 첨가하는 경우에는, REM 함유량의 상한을 0.100％로 했다.
마찬가지의 관점에서, 상기 성분 조성은, 추가로, Ca: 0.001％ 이상 0.100％ 이하, Mg: 0.001％ 이상 0.100％ 이하 및 REM: 0.001％ 이상 0.100％ 이하 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
Sn: 0.001％ 이상 0.200％ 이하
Sn은, 집합 조직 개선에 의해 자속 밀도 향상 및 철손 저감에 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Sn 함유량을 0.001％ 이상으로 하면 좋다. 한편, Sn은, 함유량이 0.200％를 초과하면 효과가 포화하여, 공연히 비용의 상승을 초래하기 때문에, Sn을 첨가하는 경우에는, Sn 함유량의 상한을 0.200％로 했다.
Sb: 0.001％ 이상 0.200％ 이하
Sb는, 집합 조직 개선에 의해 자속 밀도 향상 및 철손 저감에 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Sb 함유량을 0.001％ 이상으로 하면 좋다. 한편, Sb는, 함유량이 0.200％를 초과하면 효과가 포화하여, 공연히 비용의 상승을 초래하기 때문에, Sb를 첨가하는 경우에는, Sb 함유량의 상한을 0.200％로 했다.
마찬가지의 관점에서, 상기 성분 조성은, 추가로, Sn: 0.001％ 이상 0.200％ 이하 및 Sb: 0.001％ 이상 0.200％ 이하 중 어느 1종 또는 2종을 포함하는 것이 바람직하다.
Cu: 0％ 이상 0.5％ 이하
Cu는, 강의 인성을 향상시키는 원소로서, 적절히, 첨가할 수 있다. 그러나, Cu는, 함유량이 0.5％를 초과하면 효과가 포화하기 때문에, Cu를 첨가하는 경우에는, Cu 함유량의 상한을 0.5％로 했다. Cu를 첨가하는 경우에는, Cu 함유량은, 보다 바람직하게는 0.01％ 이상이고, 또한, 보다 바람직하게는 0.1％ 이하이다. 또한, Cu 함유량은, 0％라도 좋다.
Ni: 0％ 이상 0.5％ 이하
Ni는, 강의 인성을 향상시키는 원소로서, 적절히, 첨가할 수 있다. 그러나, Ni는, 함유량이 0.5％를 초과하면 효과가 포화하기 때문에, Ni를 첨가하는 경우에는, Ni 함유량의 상한을 0.5％로 했다. Ni를 첨가하는 경우에는, Ni 함유량은, 보다 바람직하게는 0.01％ 이상이고, 또한, 보다 바람직하게는 0.1％ 이하이다. 또한, Ni 함유량은, 0％라도 좋다.
Ti: 0％ 이상 0.005％ 이하
Ti는, 미세한 탄질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 강판 강도를 높이는 것을 통하여 온간에서의 펀칭 피로 강도를 향상시키기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, Ti는, 함유량이 0.005％를 초과하면, 열 처리 공정에 있어서의 입 성장성을 열화시켜, 철손의 증가를 초래한다. 따라서, Ti를 첨가하는 경우에는, Ti 함유량의 상한을 0.005％로 했다. Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.002％ 이하이다. 또한, Ti 함유량은, 0％라도 좋다.
Nb: 0％ 이상 0.005％ 이하
Nb는, 미세한 탄질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 강판 강도를 높이는 것을 통하여 펀칭 피로 강도를 향상시키기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, Nb는, 함유량이 0.005％를 초과하면, 열 처리 공정에 있어서의 입 성장성을 열화시켜, 철손의 증가를 초래한다. 따라서, Nb를 첨가하는 경우에는, Nb 함유량의 상한을 0.005％로 했다. Nb 함유량은, 보다 바람직하게는 0.002％ 이하이다. 또한, Nb 함유량은, 0％라도 좋다.
V: 0％ 이상 0.010％ 이하
V는, 미세한 탄질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 강판 강도를 높이는 것을 통하여 펀칭 피로 강도를 향상시키기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, V는, 함유량이 0.010％를 초과하면, 열 처리 공정에 있어서의 입 성장성을 열화시켜, 철손의 증가를 초래한다. 따라서, V를 첨가하는 경우에는, V 함유량의 상한을 0.010％로 했다. V 함유량은, 보다 바람직하게는 0.005％ 이하이다. 또한, V 함유량은, 0％라도 좋다.
Ta: 0％ 이상 0.002％ 이하
Ta는, 미세한 탄질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 강판 강도를 높이는 것을 통하여 펀칭 피로 강도를 향상시키기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, Ta는, 함유량이 0.002％를 초과하면, 열 처리 공정에 있어서의 입 성장성을 열화시켜, 철손의 증가를 초래한다. 따라서, Ta를 첨가하는 경우에는, Ta 함유량의 상한을 0.0020％로 했다. Ta 함유량은, 보다 바람직하게는 0.001％ 이하이다. 또한, Ta 함유량은, 0％라도 좋다.
B: 0％ 이상 0.002％ 이하
B는, 미세한 질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 강판 강도를 높이는 것을 통하여 펀칭 피로 강도를 향상시키기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, B는, 함유량이 0.002％를 초과하면, 열 처리 공정에 있어서의 입 성장성을 열화시켜, 철손의 증가를 초래한다. 따라서, B를 첨가하는 경우에는, B 함유량의 상한을 0.002％로 했다. B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.001％ 이하이다. 또한, B 함유량은, 0％라도 좋다.
Ga: 0％ 이상 0.005％ 이하
Ga는, 미세한 질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 강판 강도를 높이는 것을 통하여 펀칭 피로 강도를 향상시키기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, Ga는, 함유량이 0.005％를 초과하면, 열 처리 공정에 있어서의 입 성장성을 열화시켜, 철손의 증가를 초래한다. 따라서, Ga를 첨가하는 경우에는, Ga 함유량의 상한을 0.005％로 했다. Ga 함유량은, 보다 바람직하게는 0.002％ 이하이다. 또한, Ga 함유량은, 0％라도 좋다.
Pb: 0％ 이상 0.002％ 이하
Pb는, 미세한 Pb 입자를 형성하여, 석출 강화에 의해 강판 강도를 높이는 것을 통하여 펀칭 피로 강도를 향상시키기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, Pb는, 함유량이 0.002％를 초과하면, 열 처리 공정에 있어서의 입 성장성을 열화시켜, 철손의 증가를 초래한다. 따라서, Pb를 첨가하는 경우에는, Pb 함유량의 상한을 0.002％로 했다. Pb 함유량은, 보다 바람직하게는 0.001％ 이하이다. 또한, Pb 함유량은, 0％라도 좋다.
Zn: 0％ 이상 0.005％ 이하
Zn은, 미세 개재물을 증가시켜 철손을 증가시키는 원소로서, 특히, 함유량이 0.005％를 초과하면, 악영향이 현저해진다. 따라서, Zn을 첨가하는 경우라도, Zn 함유량은 0％ 이상 0.005％ 이하의 범위로 했다. Zn 함유량은, 보다 바람직하게는 0.003％ 이하이다. 또한, Zn 함유량은, 0％라도 좋다.
Mo: 0％ 이상 0.05％ 이하
Mo는, 미세 탄화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 강판 강도를 높이는 것을 통하여 펀칭 피로 강도를 향상시키기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, Mo는, 함유량이 0.05％를 초과하면, 열 처리 공정에 있어서의 입 성장성을 열화시켜, 철손의 증가를 초래한다. 따라서, Mo를 첨가하는 경우에는, Mo 함유량의 상한을 0.05％로 했다. Mo 함유량은, 보다 바람직하게는 0.02％ 이하이다. 또한, Mo 함유량은, 0％라도 좋다.
W: 0％ 이상 0.05％ 이하
W는, 미세 탄화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 강판 강도를 높이는 것을 통하여 펀칭 피로 강도를 향상시키기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, W는, 함유량이 0.05％를 초과하면, 열 처리 공정에 있어서의 입 성장성을 열화시켜, 철손의 증가를 초래한다. 따라서, W를 첨가하는 경우에는, W 함유량의 상한을 0.05％로 했다. W 함유량은, 보다 바람직하게는 0.02％ 이하이다. 또한, W 함유량은, 0％라도 좋다.
Ge: 0％ 이상 0.05％ 이하
Ge는, 집합 조직의 개선에 의해 자속 밀도의 향상 및 철손 저감에 효과적인 원소이기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, Ge는, 함유량이 0.05％를 초과하면 효과가 포화하기 때문에, Ge를 첨가하는 경우에는, Ge 함유량의 상한을 0.05％ 이하로 했다. Ge 함유량은, 보다 바람직하게는 0.002％ 이상이고, 또한, 보다 바람직하게는 0.01％ 이하이다. 또한, Ge 함유량은, 0％라도 좋다.
As: 0％ 이상 0.05％ 이하
As는, 집합 조직의 개선에 의해 자속 밀도의 향상 및 철손 저감에 효과적인 원소이기 때문에, 적절히, 첨가할 수 있다. 한편, As는, 함유량이 0.05％를 초과하면 효과가 포화하기 때문에, As를 첨가하는 경우에는, As 함유량의 상한을 0.05％ 이하로 했다. As 함유량은, 보다 바람직하게는 0.002％ 이상이고, 또한, 보다 바람직하게는 0.01％ 이하이다. 또한, As 함유량은, 0％라도 좋다.
이상의 성분 조성에 있어서, 상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다.
<제1 무방향성 전자 강판의 마이크로 조직>
다음으로, 본 발명의 제1 무방향성 전자 강판에 있어서의 마이크로 조직(결정립의 태양)에 대해서 설명한다. 이러한 제1 무방향성 전자 강판은, 특히 로터 코어에 적합한 재료이다.
(평균 결정 입경 X1: 50㎛ 이하)
본 발명자들의 검토에 의하면, 강판 중의 결정립이 미세함으로써, 펀칭 피로 강도가 향상하는 것이 판명되었다. 즉, 평균 결정 입경 X1이 50㎛ 이하이면, 펀칭 피로 강도가 HEV 또는 EV에 적용하는 모터(이하, HEV/EV 모터라고 함)의 로터용 재료에서 필요시되는 값을 만족할 수 있기 때문에, 제1 무방향성 전자 강판에 있어서는, 평균 결정 입경 X1을 50㎛ 이하로 했다. 여기에서, 펀칭 피로 강도에 대해서, 로터용 재료에서 필요시되는 값이란, 430㎫ 이상이다. 한편, 평균 결정 입경 X1의 하한은, 특별히 규정하지 않지만, 과도하게 결정 입경이 미세하면 강판의 연성이 저하하여 가공이 어려워지는 점에서, 평균 결정 입경 X1은, 1㎛ 이상인 것이 바람직하다.
(결정 입경 분포의 표준 편차 S1: 식 (1)을 만족)
결정 입경 분포의 표준 편차의 값이 평균 결정 입경에 대하여 큰 경우에는, 강판의 펀칭 시 및, 응력 부하 시의 응력 집중이 조장되기 때문에, 펀칭 피로 강도가 저하한다. 그래서, 제1 무방향성 전자 강판에 있어서는, 펀칭 피로 한도가 HEV/EV 모터의 로터용 재료에서 필요시되는 상기값 이상을 만족하기 위해, 결정 입경 분포의 표준 편차 S1이 다음식 (1):
S1/X1＜0.75 …(1)
을 충족하도록 하는 것으로 했다. 또한, 제1 무방향성 전자 강판은, 결정 입경 분포의 표준 편차 S1이 다음식 (1＇):
S1/X1＜0.70 …(1＇)
을 충족하는 것이 바람직하다.
(결정 입경 분포의 변형도 γ1: 2.00 이하)
본 발명자들은, 결정 입경 분포의 변형도를 제어함으로써, 펀칭 피로 강도가 우수한 무방향성 전자 강판이 되고, 또한 변형 제거 어닐링(열 처리)에 의해 입 성장시킨 경우에 우수한 저철손을 실현할 수 있는 것을 발견했다. 결정 입경 분포의 변형도를, 전술한 결정 입경 분포의 표준 편차 S1과 동시에 제어함으로써, 이러한 효과가 얻어진다. 즉, 결정 입경 분포의 변형도가 크다는 것은, 결정 입경 분포가 조대립측의 아래쪽이 긴 분포를 나타내고 있고, 평균 입경에 대하여 상당히 조대한 입자가 고확률로 존재하는 것을 의미하고 있다. 이러한 조대한 결정립은, 펀칭 시에 균열의 발생점이 되기 쉽기 때문에, 펀칭 피로 특성을 열화시킨다. 구체적으로는, 결정 입경 분포의 변형도 γ1이 2.00 이하이면, 펀칭 피로 한도가 HEV/EV 모터의 로터용 재료에서 필요시되는 상기값을 만족함과 함께, 변형 제거 어닐링 후의 저철손을 실현할 수 있다. 이 때문에, 제1 무방향성 전자 강판에 있어서는, 결정 입경 분포의 변형도 γ1을 2.00 이하로 했다. 제1 무방향성 전자 강판에 있어서의 결정 입경 분포의 변형도 γ1은, 바람직하게는 1.50 이하이다. 또한, 상기 변형도 γ1의 하한은, 특별히 규정할 필요는 없지만, 본 발명의 수법을 구사하여 제조한 경우에 있어서도 통상 0 이상이다.
또한, 변형도 γ1은, 후술의 실시예에 기재하는 순서에 따라 구할 수 있다.
<제2 무방향성 전자 강판의 마이크로 조직>
전술의 마이크로 조직(결정립의 태양)을 갖는 제1 무방향성 전자 강판은, 후술과 같이, 열 처리를 실시하여 입 성장시킨 경우에, 제2 무방향성 전자 강판이 될 수 있다. 그래서, 다음으로, 본 발명의 제2 무방향성 전자 강판에 있어서의 마이크로 조직(결정립의 태양)에 대해서 설명한다. 이러한 제2 무방향성 전자 강판은, 특히 스테이터 코어에 적합한 재료이다.
(평균 결정 입경 X2: 80㎛ 이상)
무방향성 전자 강판의 철손은 평균 결정 입경에 의존하여 변화한다. 스테이터 코어에 적합한 제2 무방향성 전자 강판에 있어서는, 평균 결정 입경 X2를 80㎛ 이상으로 했다. 이에 따라, 목표의 철손 특성(W10/400≤11.0(W/㎏))을 달성할 수 있다.
(결정 입경 분포의 표준 편차 S2: 식 (2)를 만족)
결정 입경 분포의 표준 편차의 값이 평균 결정 입경에 대하여 큰 경우에는, 철손의 저감에 불리한 과도하게 미세립인 입자나 과도하게 조대한 입자가 다수 존재하기 때문에, 철손이 상승한다. 그래서, 제2 무방향성 전자 강판에 있어서는, 철손이 HEV/EV 모터의 스테이터용 재료에서 필요시되는 상기의 목표값을 나타내기 위해, 결정 입경 분포의 표준 편차 S2가 다음식 (2):
S2/X2＜0.75 …(2)
를 충족하도록 하는 것으로 했다. 또한, 제2 무방향성 전자 강판은, 결정 입경 분포의 표준 편차 S2가 다음식 (2＇):
S2/X2＜0.70 …(2＇)
를 충족하는 것이 바람직하다.
(결정 입경 분포의 변형도 γ2: 1.50 이하)
본 발명자들은, 결정 입경 분포의 변형도를 제어함으로써, 우수한 저철손을 실현할 수 있는 것을 발견했다. 결정 입경 분포의 변형도를, 전술한 결정 입경 분포의 표준 편차 S2와 동시에 제어함으로써, 이러한 효과가 얻어진다. 전술과 같이, 결정 입경 분포의 변형도가 크다는 것은, 결정 입경 분포가 조대립측에 아래쪽이 긴 분포를 나타내고 있고, 평균 입경에 대하여 상당히 조대한 입자가 고확률로 존재하는 것을 의미한다. 이러한 결정립은, 와전류손의 증가를 유발하여, 강판 전체적으로의 철손 특성을 열화시킨다. 구체적으로는, 결정 입경 분포의 변형도 γ2가 1.50 이하이면, 철손이 HEV/EV 모터의 스테이터용 재료에서 필요시되는 양호값을 나타낸다. 이 때문에, 제2 무방향성 전자 강판에 있어서는, 결정 입경 분포의 변형도 γ2를 1.50 이하로 했다. 제2 무방향성 전자 강판에 있어서의 결정 입경 분포의 변형도 γ2는, 바람직하게는 1.20 이하이고, 보다 바람직하게는 1.00 이하이다. 한편, 상기 변형도 γ2의 하한은, 특별히 규정할 필요는 없지만, 본 발명의 수법을 구사하여 제조한 경우에 있어서도 통상 0 이상이다.
또한, 변형도 γ2는, 후술의 실시예에 기재하는 순서에 따라 구할 수 있다.
<모터 코어>
본 발명의 모터 코어는, 상기의 제1 무방향성 전자 강판, 즉, 평균 결정 입경 X1이 50㎛ 이하이고, 표준 편차 S1이 [S1/X1＜0.75]를 충족하고, 변형도 γ1이 2.00 이하인 무방향성 전자 강판의 적층체인, 로터 코어와, 상기의 제2 무방향성 전자 강판, 즉, 평균 결정 입경 X2가 80㎛ 이상이고, 표준 편차 S2가 [S2/X2＜0.75]를 충족하고, 변형도 γ2가 1.50 이하인 무방향성 전자 강판의 적층체인, 스테이터 코어로 이루어진다. 당해 모터 코어는, 로터 코어는 펀칭 피로 강도가 높고, 또한 스테이터 코어는 자기 특성이 우수한 점에서, 소형화 또한 고출력화를 용이하게 실현할 수 있다.
<무방향성 전자 강판의 제조 방법>
다음으로, 본 발명의 무방향성 전자 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.
개략적으로는, 상기 성분 조성을 갖는 강 소재를 출발 소재로 하여, 열간 압연 공정, 임의의 열연판 어닐링 공정, 산 세정 공정, 냉간 압연 공정, 어닐링 공정을 순차 행하는 방법이고, 이에 따라, 전술한 발명의 제1 무방향성 전자 강판을 얻을 수 있다. 또한, 상기 제1 무방향성 전자 강판에 열 처리를 실시함으로써, 전술한 본 발명의 제2 무방향성 전자 강판을 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서는, 강 소재의 성분 조성, 냉간 압연 공정 및, 어닐링 공정의 조건, 그리고 열 처리 공정의 조건이 소정의 범위 내이면, 그 이외의 조건은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 모터 코어의 제조 방법에 관해서는, 특별히 한정되지 않고, 통상 공지의 수법을 이용할 수 있다.
(강 소재)
강 소재는, 무방향성 전자 강판에 대해서 이미 서술한 성분 조성을 갖는 강 소재이면, 특별히 한정되지 않는다.
강 소재의 용제 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 전로 또는 전기로 등을 이용한 공지의 용제 방법을 채용할 수 있다. 생산성 등의 문제로부터, 용제 후에, 연속 주조법에 의해 슬래브(강 소재)로 하는 것이 바람직하지만, 조괴-분괴 압연법 또는 박슬래브 연속 주조법 등의 공지의 주조 방법에 의해 슬래브로 해도 좋다.
(열간 압연 공정)
열간 압연 공정은, 상기 성분 조성을 갖는 강 소재에, 열간 압연을 실시함으로써, 열연판을 얻는 공정이다. 열간 압연 공정은, 상기 성분 조성을 갖는 강 소재를 가열하고, 열간 압연을 실시하여, 소정 치수의 열연판이 얻어지는 공정이면, 특별히 한정되지 않고, 상용의 열간 압연 공정을 적용할 수 있다.
상용의 열간 압연 공정으로서는, 예를 들면, 강 소재를 1000℃ 이상 1200℃ 이하의 온도로 가열하고, 가열한 강 소재에, 800℃ 이상 950℃ 이하의 마무리 압연출측 온도에서 열간 압연을 실시하고, 열간 압연이 종료된 후, 적정한 압연 후 냉각(예를 들면, 450℃ 이상 950℃ 이하의 온도역을, 20℃/s 이상 100℃/s 이하의 평균 냉각 속도로 냉각함)을 실시하여, 400℃ 이상 700℃ 이하의 권취 온도에서 권취하여, 소정 치수 형상의 열연판으로 하는, 열간 압연 공정을 들 수 있다.
(열연판 어닐링 공정)
열연판 어닐링 공정은, 상기 열연판을 가열하여 고온 보존유지함으로써, 열연판을 어닐링하는 공정이다. 열연판 어닐링 공정은, 특별히 한정되지 않고, 상용의 열연판 어닐링 공정을 적용할 수 있다. 또한, 이 열연판 어닐링 공정은 필수가 아니고, 생략할 수도 있다.
(산 세정 공정)
산 세정 공정은, 상기 열간 압연 공정 또는 임의의 상기 열연판 어닐링 공정의 후의 열연판에, 산 세정을 실시하는 공정이다. 산 세정 공정은, 산 세정 후의 강판에 냉간 압연을 실시할 수 있을 정도로 산 세정할 수 있는 공정이면, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 염산 또는 황산 등을 사용하는 상용의 산 세정 공정을 적용할 수 있다. 이 산 세정 공정은, 상기 열연판 어닐링 공정을 행하는 경우에는, 당해 열연판 어닐링 공정과 동일 라인 내에서 연속하여 실시해도 좋고, 별개 라인에서 실시해도 좋다.
(냉간 압연 공정)
냉간 압연 공정은, 상기 산 세정이 실시된 열연판(산 세정판)에, 냉간 압연을 실시하는 공정이다. 보다 상세하게, 냉간 압연 공정에서는, 상기 산 세정이 실시된 열연판에, 최종 패스 입측 온도 T1이 50℃ 이상, 최종 패스의 압하율 r이 15％ 이상 및, 최종 패스의 변형 속도 εm이 100s－1 이상 1000s－1 이하의 조건으로 냉간 압연을 실시하여, 냉연판을 얻는다. 또한, 냉간 압연 공정에서는, 상기의 냉간 압연 조건을 충족하고 있는 한, 필요에 따라서 중간 어닐링을 사이에 둔 2회 이상의 냉간 압연에 의해 소정 치수의 냉연판으로 해도 좋다. 이 경우의 중간 어닐링의 조건으로서는, 특별히 한정되지 않고, 상용의 중간 어닐링을 적용할 수 있다.
[최종 패스 입측 온도 T1: 50℃ 이상]
냉간 압연 공정에 있어서, 최종 패스 입측 온도 T1은 50℃ 이상으로 한다. 최종 패스 입측 온도 T1을 50℃ 이상으로 한 이유는, 얻어지는 제1 무방향성 전자 강판에 있어서의 결정 입경 분포의 변형도 γ1을 2.00 이하로 하여, 소망하는 강판 조직을 형성하기 위해서이다.
최종 패스 입측 온도 T1이 50℃ 미만인 경우에는, 냉연판의 변형 분포에 편향이 생겨, 계속되는 어닐링 공정에서 입 성장의 선택성이 강조되기 때문에, 어닐링판의 결정 입경 분포의 변형도가 커진다. 이 이유는 명확하지 않지만, 발명자들은, 최종 패스 입측 온도 T1을 50℃ 미만으로 함으로써, 활동하는 슬라이딩계의 종류가 제한되어, 불균일한 변형이 일어나기 쉬워지기 때문이라고 추측하고 있다.
한편, 최종 패스 입측 온도 T1이 50℃ 이상인 경우에는, 후술하는 어닐링 공정 후에 있어서 결정 입경 분포의 변형도 γ1은 2.00 이하가 된다. 그 결과, 소망하는 강판 조직이 얻어진다.
최종 패스 입측 온도 T1은, 바람직하게는 55℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 60℃ 이상이다. 또한, 최종 패스 입측 온도 T1의 상한은, 특별히 한정되지 않지만, 강판의 롤로의 소부(燒付)의 관점에서, 최종 패스 입측 온도 T1은 300℃ 이하인 것이 바람직하다.
[최종 패스의 압하율 r: 15％ 이상]
냉간 압연 공정에 있어서, 최종 패스의 압하율 r은 15％ 이상으로 한다. 최종 패스의 압하율 r을 15％ 이상으로 한 이유는, 일련의 냉간 압연 제어의 효과를 얻어, 소망하는 강판 조직을 형성하기 위해서이다.
최종 패스의 압하율 r이 15％ 미만인 경우에는, 압하율이 지나치게 낮기 때문에, 어닐링 후의 조직을 제어하는 것이 어려워진다. 한편, 최종 패스의 압하율 r이 15％ 이상인 경우에는, 일련의 냉간 압연 제어의 효과가 발휘된다. 그 결과, 소망하는 강판 조직이 얻어진다.
최종 패스의 압하율 r은, 바람직하게는 20％ 이상이다. 또한, 최종 패스의 압하율 r의 상한은, 특별히 한정되지 않지만, 지나치게 높은 압하율은 다대한 장치 능력을 요구하고, 또한 냉연판의 형상 제어도 어려워지는 점에서, 최종 패스의 압하율 r은 통상 50％ 이하이다.
[최종 패스의 변형 속도 εm: 100s－1 이상 1000s－1 이하]
냉간 압연 공정에 있어서, 최종 패스의 변형 속도 εm은 100s－1 이상 1000s－1 이하로 한다. 최종 패스의 변형 속도 εm을 100s－1 이상 1000s－1 이하로 한 이유는, 압연 중의 파단을 억제하면서, 얻어지는 제1 무방향성 전자 강판에 있어서의 결정 입경 분포의 변형도 γ1을 2.00 이하로 하여, 소망하는 강판 조직을 형성하기 위해서이다.
최종 패스의 변형 속도 εm이 100s－1 미만인 경우에는, 냉연판의 변형 분포에 편향이 생겨, 계속되는 어닐링 공정에서 입 성장의 선택성이 강조되기 때문에, 어닐링판의 결정 입경 분포의 변형도가 커진다. 이 이유는 명확하지 않지만, 발명자들은, 변형 속도가 낮음으로써 유동 응력이 저하하여, 변형하기 쉬운 결정 방위의 결정립에 변형이 집중되기 쉬워져, 불균일한 변형이 발생하기 쉽기 때문이라고 추측하고 있다. 한편, 최종 패스의 변형 속도 εm이 1000s－1 초과인 경우에는, 유동 응력이 과도하게 증대하여, 압연 중의 취성 파단을 발생시키기 쉬워진다.
최종 패스의 변형 속도 εm이 100s－1 이상 1000s－1 이하인 경우에는, 압연 중의 파단을 억제하면서, 후술하는 어닐링 공정 후에 있어서 결정 입경 분포의 변형도 γ1이 2.00 이하가 된다. 그 결과, 소망하는 강판 조직이 얻어진다.
최종 패스의 변형 속도 εm은, 바람직하게는 150s－1 이상이고, 또한, 바람직하게는 800s－1 이하이다.
또한, 냉간 압연 시의 각 패스에 있어서의 변형 속도 εm은, 하기의 Ekelund의 근사식을 이용하여 도출했다.
여기에서, ｖR은 롤 주속도(㎜/s), R＇은 롤 반경(㎜), h1은 롤 입측 판두께(㎜), r은 압하율(％)이다.
(어닐링 공정)
어닐링 공정은, 냉간 압연 공정을 거친 냉연판에, 어닐링을 실시하는 공정이다. 보다 상세하게, 어닐링 공정에서는, 냉간 압연 공정을 거친 냉연판을, 500℃ 내지 700℃의 평균 승온 속도 V1이 10℃/s 이상의 조건으로, 700℃ 이상 850℃ 이하의 어닐링 온도 T2까지 가열한 후, 냉각하여, 냉연 어닐링판(제1 무방향성 전자 강판)을 얻는다. 또한, 어닐링 공정의 후에는, 표면에 절연 코팅을 실시할 수 있다. 코팅의 방법 및 코팅의 종류로서는, 특별히 한정되지 않고, 상용의 절연 코팅 공정을 적용할 수 있다.
[500℃ 내지 700℃의 평균 승온 속도 V1: 10℃/s 이상]
어닐링 공정에 있어서, 500℃ 내지 700℃의 평균 승온 속도 V1은 10℃/s 이상으로 한다. 평균 승온 속도 V1을 10℃/s 이상으로 한 이유는, 얻어지는 무방향성 전자 강판에 있어서의 결정 입경 분포의 표준 편차 S1이 상기의 식 (1)을 충족하도록 하여, 소망하는 강판 조직을 형성하기 위해서이다.
평균 승온 속도 V1이 10℃/s 미만인 경우에는, 과도한 회복에 의해 재결정핵의 생성 빈도가 저하하여, 재결정핵수의 장소 의존성이 커진다. 그 결과, 미세한 결정립과 조대한 결정립이 혼재하게 되어, 결정 입경 분포의 표준 편차 S1이 커져, 상기식 (1)을 충족하지 않게 된다.
한편, 평균 승온 속도 V1이 10℃/s 이상인 경우에는, 재결정핵의 생성 빈도가 높아, 재결정핵수의 장소 의존성이 작아진다. 그 결과, 결정 입경 분포의 표준 편차 S1이 작아져, 상기식 (1)을 충족하게 된다.
500℃ 내지 700℃의 평균 승온 속도 V1은, 바람직하게는 20℃/s 이상이고, 보다 바람직하게는 50℃/s 이상이다. 또한, 평균 승온 속도 V1의 상한은, 특별히 한정되지 않지만, 과도하게 승온 속도가 높으면 온도 불균일을 발생시키기 쉬운 점에서, 평균 승온 속도 V1은 500℃/s 이하인 것이 바람직하다.
[어닐링 온도 T2: 700℃ 이상 850℃ 이하]
어닐링 공정에 있어서, 어닐링 온도 T2는 700℃ 이상 850℃ 이하로 한다. 어닐링 온도 T2를 700℃ 이상 850℃ 이하로 한 이유는, 다음과 같다.
어닐링 온도 T2가 700℃ 미만인 경우에는, 입 성장이 억제되는 점에서 재결정핵수의 장소 의존성이 강조되어, 초기의 불균일성을 끌어오는 조직이 된다. 이 때문에, 결정 입경 분포의 표준 편차 S1이 커진다. 한편, 어닐링 온도 T2가 700℃ 이상인 경우에는, 충분한 입 성장이 발생하여, 결정 입경 분포의 표준 편차 S1이 상기의 식 (1)을 충족하도록 할 수 있어, 소망하는 강판 조직이 얻어진다. 어닐링 온도 T2는, 바람직하게는 750℃ 이상이다.
한편, 어닐링 온도 T2가 850℃ 초과인 경우에는, 재결정립이 과도하게 성장하여, 평균 결정 입경 X1을 50㎛ 이하로 할 수 없다. 따라서, 어닐링 온도 T2는 850℃ 이하로 한다. 어닐링 온도 T2는, 바람직하게는 825℃ 이하이다.
어닐링 공정에서는, 상기의 어닐링 온도 T2까지 가열한 후, 냉각한다. 이 냉각은, 냉각 불균일 방지의 관점에서, 50℃/s 이하의 냉각 속도로 행하는 것이 바람직하다.
(열 처리 공정)
열 처리 공정은, 상기 어닐링 공정을 거친 냉연 어닐링판(제1 무방향성 전자 강판)에, 열 처리를 실시하는 공정이다. 보다 상세하게, 열 처리 공정에서는, 상기 어닐링 공정을 거친 냉연 어닐링판(제1 무방향성 전자 강판)을, 750℃ 이상 900℃ 이하의 열 처리 온도 T3까지 가열한다. 가열 후, 냉각함으로써, 열 처리판(제2 무방향성 전자 강판)을 얻을 수 있다. 또한, 열 처리 공정은, 통상은 상기 무방향성 전자 강판을 적층하여 이루어지는 스테이터 코어에 대하여 실시하지만, 적층 전의 상기 무방향성 전자 강판에 실시한 경우에 있어서도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.
[열 처리 온도 T3: 750℃ 이상 900℃ 이하]
열 처리 공정에 있어서, 열 처리 온도 T3은 750℃ 이상 900℃ 이하로 한다. 열 처리 온도 T3을 750℃ 이상 900℃ 이하로 한 이유는, 다음과 같다.
열 처리 온도 T3이 750℃ 미만인 경우에는, 결정립 성장이 불충분해져, 얻어지는 제2 무방향성 전자 강판에 있어서의 평균 결정 입경 X2를 80㎛ 이상으로 할 수 없다. 따라서, 열 처리 온도 T3은 750℃ 이상으로 한다. 열 처리 온도 T3은, 바람직하게는 775℃ 이상이다.
한편, 열 처리 온도가 900℃ 초과인 경우에는, 입 성장의 선택성이 강조되어, 결정 입경 분포의 변형도가 과도하게 커진다. 그의 결과로서, 얻어지는 제2 무방향성 전자 강판에 있어서의 결정 입경 분포의 변형도 γ2가 1.50 이하가 되지 않는다. 이 때문에, 열 처리 온도 T3은 900℃ 이하로 한다. 열 처리 온도 T3은, 바람직하게는 875℃ 이하이다.
이상의 열 처리 공정을 실시함으로써, 상기의 제2 무방향성 전자 강판의 마이크로 조직, 즉, 평균 결정 입경 X2가 80㎛ 이상이고, 표준 편차 S2가 [S2/X2＜0.75]를 충족하고, 변형도 γ2가 1.50 이하인 강판의 마이크로 조직이 된다. 이 조직 변화는, 당해 열 처리 공정 전의 강판의 마이크로 조직에 영향을 받는다. 즉, 열 처리 공정을 실시하여, 표준 편차 S2가 [S2/X2＜0.75]를 충족하고, 변형도 γ2가 1.50 이하인 마이크로 조직을 얻으려면, 당해 열 처리 공정 전의 강판은, 표준 편차 S1이 [S1/X1＜0.75]를 충족하고, 변형도 γ1이 2.00 이하일 필요가 있다.
(실시예)
이하에 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
<냉연 어닐링판(제1 무방향성 전자 강판)의 제조>
표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 용강을, 통상 공지의 수법에 의해 용제하고, 연속 주조하여 두께 230㎜의 슬래브(강 소재)로 했다.
얻어진 슬래브에, 열간 압연을 실시함으로써, 판두께 2.0㎜의 열연판을 얻었다. 얻어진 열연판에, 공지의 수법에 의해 열연판 어닐링 및 산 세정을 실시하고, 이어서, 표 2에 나타내는 판두께까지 냉간 압연을 실시하여, 냉연판을 얻었다.
얻어진 냉연판에, 표 2에 나타내는 조건으로 어닐링을 실시하고, 이어서 공지의 수법에 의해 코팅을 실시하여, 냉연 어닐링판(제1 무방향성 전자 강판)을 얻었다.
<열 처리판(제2 무방향성 전자 강판)의 제조>
얻어진 냉연 어닐링판에, 표 2에 나타내는 조건으로 열 처리를 실시하여, 열 처리판(제2 무방향성 전자 강판)을 얻었다.
<모터 코어의 제조>
냉연 어닐링판(제1 무방향성 전자 강판)을 적층하여 이루어지는 로터 코어와, 열 처리판(제2 무방향성 전자 강판)을 적층하여 이루어지는 스테이터 코어를, 공지의 수법을 이용하여 조합함으로써, 모터 코어를 얻었다.
<평가>
(마이크로 조직의 관찰)
얻어진 냉연 어닐링판 및 열 처리판으로부터, 조직 관찰용의 시험편을 채취했다. 이어서, 채취한 시험편을, 압연면(ND면)에서, 판두께가 1/4에 상당하는 위치가 관찰면이 되도록, 화학 연마에 의해 두께 감소하여 경면화했다. 경면화한 관찰면에 대하여, 전자선 후방 산란 회절(EBSD) 측정을 실시하여, 국소 방위 데이터를 얻었다. 이 때, 냉연 어닐링판에 대해서는, 스텝 사이즈: 2㎛, 측정 영역: 4㎟ 이상으로 하고, 열 처리판에 대해서는, 스텝 사이즈: 10㎛, 측정 영역: 100㎟ 이상으로 했다. 측정 영역의 넓이는, 계속되는 해석에 있어서 결정립의 수가 5000개 이상이 되도록 적절히 조정했다. 또한, 측정은 전역을 1회의 스캔으로 행해도 좋고, Combo Scan 기능을 이용하여 복수회의 스캔 결과를 결합해도 좋다. 해석 소프트: OIM Analysis 8을 이용하여, 얻어진 국소 방위 데이터의 해석을 행했다.
데이터 해석에 앞서, 해석 소프트의 Partition Properties로 Formula: GCI[&;5.000,2,0.000,0,0,8.0,1,1,1.0,0;]＞0.1의 조건으로 입 평균 데이터점의 선별을 행하고, 해석에 부적합한 데이터점을 제외했다. 이 때, 유효한 데이터점은 97％ 이상이었다.
이상과 같이 조정한 데이터에 대하여, 결정립계의 정의로서, Grain Tolerance Angle을 5°, Minimum Grain Size를 2, Minimum Anti Grain Size를 2, Multiple Rows Requirement 및 Anti-Grain Multiple Rows Requirement는 모두 OFF로 하여, 이하의 해석을 행했다.
전처리를 실시한 데이터에 대하여, Export Grain File 기능을 이용하여 결정립의 정보를 출력했다. Grain File Type 2의 Grain Size(Diameter in microns)를 결정 입경(Xi)으로서 이용했다. 얻어진 모든 결정립의 정보에 대하여, 평균 결정 입경 X1 및 X2, 표준 편차 S1 및 S2 그리고, 변형도 γ1 및 γ2를 각각 계산했다. 계산에는 하기의 각 식을 이용했다. 또한, 하기식은 냉연 어닐링판에 대응시켜 첨자 1을 붙여, X1, S1 및 γ1로서 나타내고 있지만, 열 처리판의 경우는, 각 식에 있어서의 첨자 1을 2로 하여, X2, S2 및 γ2로서 동일하게 하기식을 이용하면 좋다.
상기식 중, n은 결정립의 수, Xi는 각 결정 입경 데이터(i: 1, 2, …, n)이다.
(펀칭 피로 강도의 평가)
얻어진 냉연 어닐링판으로부터, 압연 방향을 길이 방향으로 한 인장 피로 시험편(JIS Z2275: 1978에 준거한 1호 시험편, b: 15㎜, R: 100㎜와 동일한 형상)을 펀칭에 의해 채취하여, 피로 시험에 제공했다. 상기 피로 시험은, 시험 온도: 실온(25℃), 인장-인장(편맥동), 응력비(＝최소 응력/최대 응력): 0.1 및 주파수: 20㎐의 조건으로 행하고, 반복수 107회에 있어서 피로 파단을 일으키지 않는 최대 응력을 펀칭 피로 한도로서 측정했다. 펀칭 피로 한도가 430㎫ 이상인 경우에, 펀칭 피로 강도가 우수하다고 평가했다.
(자기 특성의 평가)
얻어진 열 처리판으로부터, 길이 방향을 압연 방향 및 압연 직각 방향으로 하는, 폭 30㎜, 길이 280㎜의 자기 측정용 시험편을 채취하고, JIS C2550-1: 2011에 준거하여, 엡스타인법으로 열 처리판의 철손 W10/400을 측정했다. W10/400≤11.0(W/㎏)의 경우에, 철손 특성이 좋다고 평가했다.
상기의 결과를, 표 3에 나타낸다.
표 3의 결과로부터, 본 발명에 따르는 무방향성 전자 강판은, 모두, 우수한 펀칭 피로 강도와 우수한 철손 특성을 발휘할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따르는 냉연 어닐링판을 적층하여 이루어지는 로터 코어와, 동 열처리판을 적층하여 이루어지는 스테이터 코어를 조합하여 얻은 모터 코어는, 우수한 피로 특성을 갖고 있었다.
Claims (10)
- 무방향성 전자 강판으로서,
질량％로,
C: 0.01％ 이하,
Si: 2.0％ 이상 5.0％ 이하,
Mn: 0.05％ 이상 5.00％ 이하,
P: 0.1％ 이하,
S: 0.01％ 이하,
Al: 3.0％ 이하 및
N: 0.0050％ 이하
를 포함하고, Si＋Al이 4.5％ 이상이고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물인 성분 조성을 갖고,
강판 중의 결정립에 대해서, 평균 결정 입경 X1이 50㎛ 이하이고, 결정 입경 분포의 표준 편차 S1이 다음식 (1):
S1/X1＜0.75 …(1)
을 충족하고, 또한, 결정 입경 분포의 변형도 γ1이 2.00 이하인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자 강판. - 제1항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로 질량％로,
Co: 0.0005％ 이상 0.0050％ 이하
를 포함하는, 무방향성 전자 강판. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로 질량％로,
Cr: 0.05％ 이상 5.00％ 이하
를 포함하는, 무방향성 전자 강판. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로 질량％로,
Ca: 0.001％ 이상 0.100％ 이하,
Mg: 0.001％ 이상 0.100％ 이하 및
REM: 0.001％ 이상 0.100％ 이하
중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 무방향성 전자 강판. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로 질량％로,
Sn: 0.001％ 이상 0.200％ 이하 및
Sb: 0.001％ 이상 0.200％ 이하
중 어느 1종 또는 2종을 포함하는, 무방향성 전자 강판. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로 질량％로,
Cu: 0％ 이상 0.5％ 이하,
Ni: 0％ 이상 0.5％ 이하,
Ti: 0％ 이상 0.005％ 이하,
Nb: 0％ 이상 0.005％ 이하,
V: 0％ 이상 0.010％ 이하,
Ta: 0％ 이상 0.002％ 이하,
B: 0％ 이상 0.002％ 이하,
Ga: 0％ 이상 0.005％ 이하,
Pb: 0％ 이상 0.002％ 이하,
Zn: 0％ 이상 0.005％ 이하,
Mo: 0％ 이상 0.05％ 이하,
W: 0％ 이상 0.05％ 이하,
Ge: 0％ 이상 0.05％ 이하 및
As: 0％ 이상 0.05％ 이하
중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 무방향성 전자 강판. - 무방향성 전자 강판으로서,
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖고,
강판 중의 결정립에 대해서, 평균 결정 입경 X2가 80㎛ 이상이고, 결정 입경 분포의 표준 편차 S2가 다음식 (2):
S2/X2＜0.75 …(2)
를 충족하고, 또한, 결정 입경 분포의 변형도 γ2가 1.50 이하인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전자 강판. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 무방향성 전자 강판을 제조하는 방법으로서,
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재에, 열간 압연을 실시하여 열연판을 얻는 열간 압연 공정과,
상기 열연판에 산 세정을 실시하는 산 세정 공정과,
상기 산 세정이 실시된 상기 열연판에, 최종 패스 입측 온도 T1이 50℃ 이상, 최종 패스의 압하율 r이 15％ 이상 및, 최종 패스의 변형 속도 εm이 100s－1 이상 1000s－1 이하인 조건으로 냉간 압연을 실시하여 냉연판을 얻는 냉간 압연 공정과,
상기 냉연판을, 500℃ 내지 700℃의 평균 승온 속도 V1이 10℃/s 이상인 조건으로, 700℃ 이상 850℃ 이하의 어닐링 온도 T2까지 가열한 후, 냉각하여, 무방향성 전자 강판인 냉연 어닐링판을 얻는 어닐링 공정
을 구비하는, 무방향성 전자 강판의 제조 방법. - 제7항에 기재된 무방향성 전자 강판을 제조하는 방법으로서, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 무방향성 전자 강판을, 750℃ 이상 900℃ 이하의 열 처리 온도 T3에서 가열하는 열 처리 공정을 구비하는, 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 무방향성 전자 강판의 적층체인 로터 코어와, 제7항에 기재된 무방향성 전자 강판의 적층체인 스테이터 코어로 이루어지는, 모터 코어.
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