KR101423008B1

KR101423008B1 - 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101423008B1
Application number: KR1020137003141A
Authority: KR
Inventors: 유키히로 신가키; 노리코 마키이시; 마코토 와타나베
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2014-07-23
Also published as: MX353179B; US20130228251A1; EP2602341B1; CN103069034A; US20160180991A1; EP2602341A1; CN103069034B; MX2013001217A; JP2012052232A; US20160163436A1; BR112013002913A2; EP2602341A4; KR20130025971A; BR112013002913B1; JP6116796B2; WO2012017669A1

Abstract

철손 열화 요인을 배제한 자구 세분화 처리가 실시된, 저철손의 방향성 전기 강판을 제공한다. 강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Se 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 2 ％ 이상인 방향성 전기 강판에, 전자 빔 조사에 의한 자구 세분화 처리를 실시한다.

Description

방향성 전기 강판 및 그 제조 방법{GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 트랜스 등의 철심 재료에 사용하는, 철손 특성이 우수한 방향성 전기 강판에 관한 것이다.

방향성 전기 강판은, 주로 트랜스의 철심으로서 이용되고, 그 자화 특성이 우수한 것, 특히 철손이 낮은 것이 요구되고 있다. 그러기 위해서는, 강판 중의 2 차 재결정립을, (110) [001] 방위 (이른바 고스 방위) 로 고도로 일정하게 하는 것이나, 제품 강판 중의 불순물을 저감시키는 것이 중요하다. 그러나, 결정 방위의 제어나, 불순물을 저감시키는 것은, 제조 비용과의 균형 등에서 한계가 있다. 그래서, 강판의 표면에 대해 물리적인 수법으로 불균일성 (변형) 을 도입하고, 자구의 폭을 세분화하여 철손을 저감시키는 기술, 즉 자구 세분화 기술이 개발되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 최종 제품판에 레이저를 조사하고, 강판 표층에 고전위 밀도 영역을 도입하여, 자구폭을 좁게 함으로써, 강판의 철손을 저감시키는 기술이 제안되어 있다. 또, 특허문헌 2 에서는 강판에 플라스마염을 조사함으로써 자구폭을 제어하는 기술이 제안되어 실용화되고 있다.

그런데, 방향성 전기 강판은, MnS, MnSe 나 AlN 등의 인히비터로 불리는 석출물을 이용함으로써, 2 차 재결정을 일으키게 하여 제조를 실시하는 것이 통례이다. 이 제조를 거친 방향성 전기 강판에서는, 강판 표면에 폴스테라이트라고 불리는 하지 피막을 가지고 있고, 이 폴스테라이트 피막 (Mg₂SiO₄ 를 주체로 하는 피막) 상에, 추가로 절연성을 가진 장력 피막을 형성하는 경우가 많다. 폴스테라이트 피막 상에 형성되는 절연성의 장력 피막은 철손 저감에 유용하고, 상기한 자구 세분화를 실시한 재료에 대해서도 큰 효과를 가지고 있다.

이 피막 특성에 대해, 특허문헌 3 에서는, 활성도 분포의 기대치를 특정한 표준 편차 내로 제어한 마그네시아를 마무리 어닐링시의 어닐링 분리제로서 이용함으로써, 폴스테라이트 피막의 성상이 개선되어, 우수한 피막 특성을 갖는 방향성 전기 강판을 제조하는 것이 가능한 것이 나타나 있다.

일본 특허공보 소57-2252호 일본 공개특허공보 소62-96617호 일본 공개특허공보 2004-353054호

우리는, 이하의 과제를 발견하였다. 즉, 상기한 특정한 활성도 분포를 갖는 마그네시아를 어닐링 분리제로서 사용한 경우, 즉 특정한 활성도 분포를 갖는 마그네시아를 폴스테라이트 피막의 소재로 한 경우, 종래와는 폴스테라이트의 형성 속도가 상이하여, 강판의 성분이나 2 차 재결정을 위한 어닐링 조건에 따라서는, 인히비터 원소 (S, Se 나 Al 등) 가 강판 표면에 농화되는 시기와 폴스테라이트의 형성 시기가 일치해 버린다.

즉, 특허문헌 3 에는, 마그네시아의 저활성 성분, 중활성 성분 및 고활성 성분이 있고, 이들을 적정한 활성도 분포 μ (A) 및 표준 편차 σ (A) 로 제어함으로써, 자기 특성과 강고한 피막의 형성이 양립되는 것이 나타나 있다. 또, Ca, Sr, Ba 등의 알칼리 토금속 이온이 함유되어 있으면, 인히비터의 분해가 억제되는 것이 나타나 있다.

인히비터 성분은 강 중에서 분해된 후, 강판 표면에 농화되는 현상이 알려져 있다. 활성도가 상이한 마그네시아는 피막 형성이 개시하는 타이밍도 상이하다. 그 결과, 특허문헌 3 에 나타나는 조건에 따라 활성도 분포를 조정한, 마그네시아를 이용하고, 또한 알칼리 토금속 이온이 동시에 존재한 경우, 인히비터의 분해 온도의 상승이 일어남과 함께, 저활성도 마그네시아를 중심으로 폴스테라이트 피막의 형성이 진행된 장소가 발생하기 때문에, 폴스테라이트 피막의 미형성 부분에 인히비터 성분이 농화된다. 그러자, 도 1 에 폴스테라이트 피막 상에 절연 코팅을 갖는 제품판의 압연 직각 방향 단면으로부터 관찰한 강판 피막 계면 근방의 2 차 전자 이미지를 나타내는 바와 같이, 폴스테라이트와 강판의 계면 및/또는 폴스테라이트 피막 중에, 상기와 같은 특정 원소가 농화되는 경우가 있었다.

추가로, 특허문헌 3 에서는, 마그네시아의 저활성 성분, 중활성 성분 및 고활성 성분이 각각 알칼리 토금속의 표면에 대한 농화, Mg 의 농화, Ti 의 농화에 기여하고 있는 것이 나타나 있다. 여기에, 인히비터 성분과의 관계에 대해서는 명확하지 않지만, 이들의 활성도 분포 μ (A) 를 갖는 마그네시아를 이용한 경우, 성분의 농화를 조장할 가능성도 있을 수 있다.

이러한 강판에 대해, 플라스마염이나 레이저와 같은 열 변형을 이용한 자구 세분화를 실시하면, 특정한 원소가 응집되어 농화된 부분과 주위의 폴스테라이트 피막에서는 열팽창률이 상이하기 때문에, 폴스테라이트 피막에 결손이 발생하거나, 밀착성이 없어지거나 하는 경우가 있었다. 나아가서는, 폴스테라이트 피막 상에 형성된 절연 피막에 의해 강판에 부여되는 장력이 불균일해져, 충분한 철손 저감 효과를 얻을 수 없는 경우가 있었다.

그래서, 본 발명의 목적은, 상기한 철손 열화 요인을 배제한 자구 세분화 처리가 실시된, 저철손의 방향성 전기 강판을 제공하는 것에 있다.

발명자들은, 먼저, 상기 서술한 특허문헌 3 에 기재되는, 특정한 활성도 분포를 갖는 마그네시아를 이용한 경우에 발생하는 원소 농화부의 정량 방법을 검토하였다. 그 결과, EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) 를 이용하여, 강판 표면을 가속 전압：10 ∼ 20 kV 의 조건으로 스캐닝함으로써, 농화부의 정량화에 성공하였다. 즉, 도 2 에 EPMA 에 의한 관찰 시야를 사방 100 ㎛, 측정 피치를 0.5 ㎛ 마다로 한 원소 Se 의 2 차원 맵핑 이미지를 나타낸다. 도 2 에서 점상으로 관찰되는 부분이 Se 농화부이다. 이 농화부는, 그 성분에 따라서는 폴스테라이트 전체에 고용되어 있는 경우도 있지만, 백그라운드 강도의 불균일 (σ) 에 대해, 5 σ 이상의 차이를 갖고 강도가 높은 부분에서의 단면 관찰을 실시하자, 도 1 에 나타낸 바와 같은 농화부가 확인되었다. 따라서, 강판 표면에서의 측정에서, 백그라운드 강도의 불균일 (σ) 에 대해, 5 σ 이상의 차이를 갖고, 또한 강도가 높은 부분을 농화부라고 정의하여, 그 존재 비율을 관찰 시야 10000 μ㎡ 의 점유 면적률로 평가하였다.

다음으로, 실험 1 로서 Se 혹은 S 의 농화부를 갖는, 0.23 ㎜ 두께의 방향성 전기 강판에 대해, 플라스마염 (노즐 직경 0.15 ㎜, 플라스마 발생에 사용하는 가스는 Ar, 전압 30 V, 전류 7 A, 노즐의 주사 속도 200 ㎜ /s) 을 강판의 압연 방향과 직교하는 방향의 선상으로 간격 5 ㎜ 로 조사하고, 열 변형을 주어 자구 세분화했을 때에, 자구 세분화에 의한 철손 저감 효과가 저감되는 농화부 존재 비율의 임계값에 관해서 조사를 실시하였다. 이 결과를, 철손과 Se 및 S 의 농화부의 상기 점유 면적률의 관계로서, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 농화부의 점유 면적률이 2 ％ 이상이 되면, 얻어지는 철손값이 약간 상승되는 것을 지견하였다. 또, Al 의 농화부에 대해서도, 동일한 조사를 실시한 결과, 농화부의 점유 면적률이 5 ％ 이상이 되면, 얻어지는 철손값이 약간 상승되는 것이 판명되었다.

또한, 발명자들은, 철손값이 상승되는 요인에 대해 예의 검토한 결과, 이와 같은 플라스마염의 조사는 강판에 국소적인 변형을 주어 자구 세분화를 발생시키는 한편, 특정한 폴스테라이트 피막의 구성, 즉 점유 면적률이 2 ％ 이상의 농화부를 갖는 경우에는, 피막 손상의 영향이 큰 것이 분명해졌다. 그래서, 이들 소재에 대해, 지철에 대해서는 충분한 열 변형을 주면서, 폴스테라이트 피막에 대해 열을 주지 않는 방법을 검토한 결과, 전자 빔 조사에 의한 자구 세분화가 매우 적합한 것, 특히, 조사 빔 직경을 좁히고, 또한 주사 속도나 가속 전압을 높인, 전자 빔 조사가 적합한 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

(1) 강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Se 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 2 ％ 이상인 방향성 전기 강판에, 전자 빔 조사에 의한 자구 세분화 처리를 실시하여 이루어지는 방향성 전기 강판.

(2) 강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, S 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 2 ％ 이상인 방향성 전기 강판에, 전자 빔 조사에 의한 자구 세분화 처리를 실시하여 이루어지는 방향성 전기 강판.

(3) 강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Al 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 5 ％ 이상인 방향성 전기 강판에, 전자 빔 조사에 의한 자구 세분화 처리를 실시하여 이루어지는 방향성 전기 강판.

(4) 강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Se 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 2 ％ 이상인 방향성 전기 강판에 대해, 전자 빔을 조사하여 그 방향성 전기 강판의 자구를 세분화하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.

(5) 강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Se 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 2 ％ 이상인 방향성 전기 강판에 대해, 전자 빔을, 직경：0.05 ㎜ 이상 0.5 ㎜ 이하, 주사 속도：1.0 m/s 이상 및 가속 전압：30 kV 이상의 조건으로 조사하여 그 방향성 전기 강판의 자구를 세분화하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.

본 발명은 또, 강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Se 의 농화부, S 의 농화부, Al 의 농화부의 적어도 어느 것을 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당, Se 의 농화부의 경우에는 2 ％ 이상, S 의 농화부의 경우에는 2 ％ 이상 및, Al 의 농화부의 경우에는 5 ％ 이상인 방향성 전기 강판에, 전자 빔 조사에 의한 자구 세분화 처리를 실시하여 이루어지는 방향성 전기 강판이다.

본 발명은 그리고 또한, 강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Se 의 농화부, S 의 농화부, Al 의 농화부의 적어도 어느 것을 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당, Se 의 농화부의 경우에는 2 ％ 이상, S 의 농화부의 경우에는 2 ％ 이상 및, Al 의 농화부의 경우에는 5 ％ 이상인 방향성 전기 강판에 대해, 전자 빔을 조사하여, 자구 세분화하는 방향성 전기 강판의 제조 방법이다.

여기서, 전자 빔 직경 0.05 ㎜ 이상 0.5 ㎜ 이하, 전자선의 주사 속도 1.0 m/초 이상, 가속 전압 30 kV 이상의 조건으로 전자 빔을 조사하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라, 강판 표면의 폴스테라이트 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에 농화부를 갖는 방향성 전기 강판에 대해, 전자 빔 조사에 의한 자구 세분화 처리를 실시하는 것에 의해, 이 자구 세분화 효과를 폴스테라이트 피막의 손상에 의해 상쇄되지 않고 발휘되게 되어, 매우 낮은 철손 특성을 얻는 것이 가능해진다.

도 1 은 폴스테라이트 피막 중의 Se 농화부를 나타내는 압연 직각 방향 단면의 2 차 전자 이미지이다.
도 2 는 EPMA 에 의한 Se 농화부를 나타내는 2 차원 맵핑 이미지이다.
도 3 은 플라스마염 조사 처리에 있어서의 철손과 Se 및 S 의 농화부의 점유 면적률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 전자 빔 조사 처리에 있어서의 철손과 Se 및 S 의 농화부의 점유 면적률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는 철손과 Al 의 농화부의 점유 면적률과의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명에 있어서는, 폴스테라이트 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에 농화부를 갖는 방향성 전기 강판에, 전자 빔의 조사에 의한 자구 세분화를 실시하는 것이 매우 중요하다.

즉, 레이저는 조사된 부분을 고온으로 하기 때문에, 가장 외측에 있는 절연 피막, 폴스테라이트 피막이 가장 열 영향을 받는다. 또, 플라스마염의 조사도 마찬가지로 플라스마에서 발생시킨 10000 ℃ 이상의 염으로 직접 열을 주기 때문에, 가장 외측에 있는 절연 피막이나 폴스테라이트 피막이 영향을 받는다. 이들 방법에서는, 자구 세분화를 위해서 강판 표면으로부터 강판 내부로의 전열에 의해 열 변형을 줄 필요가 있다. 따라서, 충분한 철손 저감 효과를 얻기 위해서 필요한 열 변형을 강판의 내부에 형성하기 위해서는, 강판 최외측에 있는 피막에서는 더욱 큰 입열이 필요하기 때문에, 피막에 대한 영향은 큰 것이 된다.

한편, 전자 빔의 조사는, 전자를 강판 내부에 주입함으로써 열을 발생시킨다. 주입된 전자는 피막에도 열 영향을 주지만, 피막이나 강판에 대한 투과력이 강하기 때문에, 강판에 대해서도 직접적으로 열 영향을 주는 것이 가능하다. 이 때문에, 레이저나 플라스마염의 조사에 비해, 전자 빔의 조사는, 피막에 대한 열 영향을 억제하면서, 강판에 열 영향을 주는 것이 가능해진다는 큰 차이가 있다.

이와 같은 전자 빔에 특유한 성질을 이용함으로써, 강판에 대해서는 큰 열 영향을 주면서, 폴스테라이트 피막에 대한 열 영향을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명과 같이 피막의 열 감수성이 큰 경우, 즉, 강판과 폴스테라이트 피막의 계면이나 폴스테라이트 피막 중에, 폴스테라이트 피막과는 열팽창률이 상이한 특정 원소의 농화부가 생기는 경우에 있어서, 그 열 영향을 억제하는 것이 가능해지는 것이다.

여기에, Se 혹은 S 의 농화부를 갖는, 0.23 ㎜ 두께의 방향성 전기 강판에 대해, 전자 빔 (빔 직경 0.2 ㎜, 주사 속도는 3 m/s 정도, 가속 전압 30 kV) 을 강판의 압연 방향과 직교하는 방향의 선상으로 간격 5 ㎜ 로 조사하는, 열 변형을 주어 자구 세분화했을 때에, 그 자구 세분화 후의 철손을 조사하였다. 그 결과를, 철손과 Se 및 S 의 농화부의 상기 점유 면적률의 관계로서, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 농화부의 점유 면적률이 2 ％ 이상이어도, 낮은 철손이 얻어지는 것을 알 수 있다. 즉, 상기한 도 3 에 결과를 나타낸 실험과 동일한 처리 조건 하에서, 자구 세분화 처리를 플라스마염 조사로부터 전자 빔 조사로 바꾸는 것에 의해, 농화부의 점유 면적률이 2 ％ 이상이어도 낮은 철손이 유지되는 것을 알 수 있다.

또한, Se 혹은 S 의 농화부의 점유 면적률은, 50 ％ 를 초과하면, 폴스테라이트 피막으로서 강판에 장력을 주는 효과가 불균일해지기 때문에, 50 ％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그리고, 농화부의 점유 면적률을 50 ％ 이하로 제한하기 위해서는, 예를 들어, Se 혹은 S 를 인히비터로서 이용하는 경우에, 그 강 슬래브 중의 함유량을 0.03 질량％ 이하로 할 필요가 있다.

또한, 여러 가지의 방향성 전기 강판에 대해, EPMA 에 의한 농화부 검출을 실시한 결과, 농화부를 형성하는 원소로서 Al 을 확인하였다. Se 나 S 는 폴스테라이트 피막과 매우 뒤얽힌 형상으로 존재하고 있고, 이들 농화층이 열에 의해 팽창함으로써 주위의 폴스테라이트는 큰 영향을 받고 있었지만, Al 은 주로 강판과 폴스테라이트 피막의 계면에 폴스테라이트 피막과 간섭이 작은 형태로 존재하는 경우가 많아, 영향은 Se 나 S 에 비해 매우 작다.

이 Al 농화부를 갖는 0.23 ㎜ 두께의 방향성 전기 강판에 대해, 앞에 게재하는 Se 및 S 의 농화부에 대해 실시한 조사와 동일한 조사를 실시하였다. 그 결과를 도 5 에 나타내는 바와 같이, 플라스마염에 의한 열 변형을 주어 자구 세분화한 경우, 얻어지는 철손값은 점유 면적 2 ％ 정도에서는 열화가 확인되지 않고, 5 ％ 이상 존재하는 경우에 철손 열화가 확인되었다. 이에 반해, 전자 빔에 의해 자구 세분화를 실시함으로써 Al 농화부가 5 ％ 이상 농화되어도 열화를 억제할 수 있는 것을 밝혀내었다 (도 5 참조).

또한, Al 농화부의 점유 면적률은, 50 ％ 를 초과하면 폴스테라이트 피막으로서 강판에 장력을 주는 효과가 불균해지기 때문에, 50 ％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그리고, 농화부의 점유 면적률을 50 ％ 이하로 제한하기 위해서는, Al 을 인히비터로서 이용하는 경우에, 그 강 중의 함유량을 0.065 질량％ 이하로 할 필요가 있다.

다음으로, 자구 세분화에 제공하는 전자 빔은, 조사 면적이 넓고, 또 조사 시간이 길면, 피막에 대한 열 영향은 커질 것이 예상된다. 또, 가속 전압이 낮은 경우에는, 주입된 전자선의 투과가 표층 근방에 머물기 때문에 피막에 대한 열 영향은 커지는 경향이 있다. 여기에, 폴스테라이트 피막을 투과하여, 강판 그 자체에 열 변형을 주기 위한 보다 좋은 조건에 대해, 조사를 시도하였다.

즉, 실험은, Se 의 농화부의 점유 면적이 3 ± 0.5 ％ 인, 0.23 ㎜ 의 방향성 전기 강판에 대해, 전자 빔에 의해 열 변형을 주어 자구 세분화하고, 그 후 철손을 측정함으로써 실시하였다. 먼저, 조사 면적을 변경하기 위해서, 전자 빔 직경을 0.1 ㎜, 0.3 ㎜, 0.5 ㎜, 0.7 ㎜, 0.9 ㎜, 1.0 ㎜ 로 하였다. 또한, 본 발명에 있어서, 특별히 언급하지 않는 경우, 경 (俓) 은 직경을 의미한다.

그 때, 전자 빔의 주사 속도는 2 m/초 및 가속 전압은 50 kV 로 고정시켰다. 한편, 조사 시간에 관해서는, 0.3 ㎜ 의 전자 빔 직경과 가속 전압 50 kV 를 기준으로 하여, 주사 속도를 0.1 m/초, 0.5 m/초, 1.0 m/초, 2.0 m/초, 3.0 m/초로 하였다. 가속 전압에 대해서는, 10 kV, 20 kV, 30 kV, 50 kV, 100 kV 로 하고, 이 때, 전자 빔 직경은 0.3 ㎜, 주사 속도는 2 m/초를 기준 조건으로 하였다. 이 결과, 전자 빔 직경은 0.5 ㎜ 이하, 주사 속도는 1.0 m/초 이상, 가속 전압은 30 kV 이상이, 철손의 향상에 바람직한 것을 알아내었다.

또한, 전자 빔을 조사하는 데에 있어서, 일반적으로 열 변형형의 자구 세분화 처리에 적절한 조사 방향이나 조사 간격 등을 적용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 조사 방향은 압연 방향을 횡단하는 방향, 바람직하게는 압연 방향에 대해 60°∼ 90°의 방향으로, 3 ∼ 15 ㎜ 정도의 간격을 압연 방향에 있어서 조사를 실시하고, 0.005 ∼ 10 mA 의 전류를 이용하여 점상 혹은 선상으로 실시하는 것이 효과적이다.

또, 본 발명에 관련된 방향성 전기 강판은, 종래 공지된 방향성 전기 강판이면 된다. 예를 들어, Si：2.0 ∼ 8.0 질량％ 를 포함하는 전자 강 소재를 이용하면 된다.

Si：2.0 ∼ 8.0 질량％

Si 는, 강의 전기 저항을 높여 철손을 개선하는 데에 유효한 원소이고, 함유량이 2.0 질량％ 이상에서 특히 철손 저감 효과가 양호하다. 한편, 8.0 질량％ 이하의 경우, 특히 우수한 가공성이나 자속 밀도를 얻을 수 있다. 따라서, Si 량은 2.0 ∼ 8.0 질량％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 결정립의 <100> 방향에 대한 집적도가 높을수록, 자구 세분화에 의한 철손 저감 효과는 커지기 때문에, 집적도의 지표가 되는 자속 밀도 B₈ 이 1.90 T 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 방향성 전기 강판의 제조에 있어서는, 출발 성분으로서, 하기의 성분을 함유할 수 있다.

C：0.08 질량％ 이하

C 는, 열연판 조직의 개선을 위해서 첨가를 하지만, 0.08 질량％ 를 초과하면 제조 공정 중에 자기 시효가 일어나지 않는 50 질량 ppm 이하까지 C 를 저감시키는 부담이 증대되기 때문에, 0.08 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 하한에 관해서는, C 를 함유하지 않은 소재에서도 2 차 재결정이 가능하므로 특별히 설정할 필요는 없다.

Mn：0.005 ∼ 1.0 질량％

Mn 은, 열간 가공성을 양호하게 하는 데에 있어서 유리한 원소이지만, 함유량이 0.005 질량％ 미만에서는 그 첨가 효과가 부족하다. 한편 1.0 질량％ 이하로 하면 제품판의 자속 밀도가 특히 양호해진다. 이 때문에, Mn 량은 0.005 ∼ 1.0 질량％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 2 차 재결정을 일으키게 하기 위해서, 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 적합 함유량은 각각, Al：0.01 ∼ 0.065 질량％, N：0.005 ∼ 0.012 질량％, S：0.005 ∼ 0.03 질량％, Se：0.005 ∼ 0.03 질량％ 이다.

상기 성분 이외에, 자기 특성 개선 성분으로서, 다음에 서술하는 원소를 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％, Nb：0.0005 ∼ 0.0100 질량％ 및 Cr：0.03 ∼ 1.50 질량％ 중에서 선택한 적어도 1 종

Ni 는, 열연판 조직을 더욱 개선하여 자기 특성을 한층 향상시키기 위해서 유용한 원소이다. 그러나, 함유량이 0.03 질량％ 미만에서는 자기 특성의 향상 효과가 작고, 한편 1.5 질량％ 이하에서는 특히 2 차 재결정의 안정성이 증가하여, 자기 특성이 더욱 개선된다. 그 때문에, Ni 량은 0.03 ∼ 1.5 질량％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또, Sn, Sb, Cu, P, Mo, Nb 및 Cr 은 각각 자기 특성의 새로운 향상에 유용한 원소이지만, 모두 상기한 각 성분의 하한에 못 미치면, 자기 특성의 향상 효과가 작고, 한편, 상기한 각 성분의 상한량 이하의 경우, 2 차 재결정립의 발달이 가장 양호해진다. 이 때문에, 각각 상기 범위에서 함유시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성분 이외의 잔부는, 제조 공정에 있어서 혼입하는 불가피적 불순물 및 Fe 이다.

상기한 성분 조성이 되는 강 슬래브는, 역시 방향성 전기 강판의 일반적으로 따르는 공정을 거쳐, 2 차 재결정 어닐링 후에 장력 절연 피막을 형성한 방향성 전기 강판으로 한다. 즉, 슬래브 가열 후에 열간 압연을 실시하여, 1 회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회의 냉간 압연에서 최종 판 두께로 하고, 그 후, 탈탄, 1 차 재결정 어닐링한 후, 마그네시아를 주성분으로 한 어닐링 분리제를 도포하여, 2 차 재결정 과정과 순화 과정을 포함하는 최종 마무리 어닐링을 실시한다.

여기서, 마그네시아가 주성분이라는 것은, 본 발명의 목적으로 하는 폴스테라이트 피막의 형성을 저해하지 않는 범위에서, 마그네시아 이외의 공지된 어닐링 분리제 성분이나 특성 개선 성분을 함유해도 되는 것을 의미한다.

여기서, 어닐링 분리제로서 사용하는 마그네시아는, 기대치 μ (A) 가 3.4 ∼ 3.7 및 표준 편차 σ (A) 가 2.0 ∼ 2.6 인 활성도 분포를 갖는 마그네시아를 적극적으로 사용할 수 있다.

또한, 기대치 μ (A) 및 표준 편차 σ (A) 는, 다음에 나타내는 바와 같이 구할 수 있다. 먼저, 확률 변수 A 는,

A=Lnt

(여기서, Lnt 는 반응 시간 t (s) 의 자연 대수)

이고

P(A)=dR/d(Lnt)=dR/dA

(여기서, R 은 마그네시아의 반응률)

로 했을 때,

μ(A)=∫A·P(A)dA

σ(A)=[∫{(A-μ)²·P(A)}dA]^1/2

에 의해 계산할 수 있다.

또한, 마그네시아의 활성도 분포를 구하는 상세한 방법에 대해서는, 상기 서술한 특허문헌 3 의 단락 [0017] ∼ [0023] 에 기재된 방법을 적용할 수 있다. 또, 활성도 분포나 어닐링 분리제의 적합 조건이나 조정 방법에 대해서는, 동일하게 특허문헌 3 의 단락 [0041] ∼ [0045] 의 기재 내용에 따르는 것이 바람직하다. 즉, 어닐링 분리제 중에는, 마그네시아 100 질량부에 대해, Ti 화합물을 Ti 환산으로 0.5 ∼ 6 질량부, Ca, Sr, Ba 및 Mg 의 각 화합물 중 적어도 하나를 당해 금속 환산으로 0.2 ∼ 3.0 질량부 함유시키는 것이 바람직하고, 또 그 외에도 각종 특성을 개선하기 위한 첨가제를 사용할 수 있다.

그런데, 이와 같은 마그네시아를 어닐링 분리제로서 사용한 경우, Se 나 S, Al 과 같은 특정 원소가 폴스테라이트 중에 농화되는 경우가 있었다. 이 원인으로는, 인히비터가 분해되어 강판 표면에 농화되는 온도에 있어서, 폴스테라이트 피막 형성이 부분적으로 진행된 상태가 발생하고 있기 때문에, 미형성부에 선택적으로 농화가 진행되는 것이 원인인 것으로 생각된다.

재래 (在來) 의 어닐링 분리제를 사용한 경우에는, Se, S, Al 의 농화의 문제는 통상 발생하지 않는다. 즉, 본 발명은, 전술한 특허문헌 3 에서 제안된, 활성도 분포의 기대치를 제어한 마그네시아를 어닐링 분리제로서 이용하는 기술에 있어서, 새롭게 알아낸 과제, 즉 Se, S, Al 농화에 의해 자구 세분화 효과가 저하되는 문제를 해결하는 것에, 특히 유효하다. 따라서, 어닐링 분리제에 관해서는, 특허문헌 3 에 개시된 기술을 적용하는 것이 바람직하다.

그 밖에, 특허문헌 3 의 기술에 한정하지 않고, 방향성 전기 강판이나 그 제조 방법의 개선이 폴스테라이트 피막 중 및/또는 그 피막과 강판의 계면에 대한 Se, S 및/또는 Al 의 농화를 수반하는 경우 모두에, 본 발명은 유효하다. 예를 들어, 어닐링 분리제의 효과에 의하지 않고서도, 마무리 어닐링시의 분위기 제어의 변경에 의해, 폴스테라이트 피막 형성의 타이밍과 인히비터 성분의 강판 표층에 대한 농화 타이밍이 일치하고, 또한 폴스테라이트 피막의 형성이 동일하게 발생하지 않는 경우, 상기한 농화를 포함하는 피막이 형성될 가능성이 있다. 따라서, 이와 같은 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다.

상기 서술한 방법으로 얻어진 최종 마무리 어닐링의 강판에, 예를 들어 콜로이달 실리카와 인산염 (인산마그네슘이나 인산알루미늄) 으로 이루어지는 장력 절연 코팅을 도포하여 베이킹하면 된다.

그리고, 본 발명에서의 전자 빔 조사에서는, 예를 들어, 조사 위치에서의 빔 직경을 0.05 ∼ 1 ㎜ 에 수속시킨 전자 빔을, 강판의 압연 방향에 대해 60 ∼ 90°, 바람직하게는 폭 방향 (압연 방향과 직교하는 방향) 에 대해, 선상 혹은 점상으로 열 변형을 도입시킨다.

이 때의 전자 빔 직경의 상하한은 0.05 ㎜ ∼ 1.0 ㎜ 이고, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎜ 이하로 하는 것에 의해 양호한 특성을 얻을 수 있다. 즉, 빔 직경이 작으면 자구를 분단하여 자구를 세분화하는 효과가 줄어들기 때문에, 빔 직경은 0.05 ㎜ 이상으로 한다. 한편, 빔 직경이 큰 경우에는 변형 도입 범위가 커져, 특히 이력 손실을 열화시키기 때문에 1.0 ㎜ 이하로 한다. 바람직하게는 0.5 ㎜ 이하로 하면, 이력 손실의 열화분을 억제하여 철손 개선 효과를 최대한 얻는 것이 가능해진다.

또, 주사 속도에 대해서는, 1.0 m/s 이상이면, 피막에 대한 영향을 억제할 수 있다. 특히 상한에 대해서는 정하지 않는다. 한편, 주사 속도가 과도하게 빠른 경우에는, 단위 길이당의 출력을 충분히 유지하기 위해서 높은 에너지 (전류, 전압) 가 필요하기 때문에, 설비적으로는 1000 m/s 이하가 바람직하다.

또한, 가속 전압은, 30 kV 이상의 가속 전압이면, 피막을 투과하여 강판에 직접적으로 열 변형을 주는 것이 가능해진다. 상한에 대해서는 특별히 정하지 않지만, 과도하게 높은 전압으로 조사한 경우, 깊이 방향에 대한 변형의 확대가 커져, 변형 깊이를 적합 범위로 제어하기 어렵기 때문에, 가속 전압은 300 kV 이하로 하는 것이 바람직하다.

전자 빔의 출력은 10 ∼ 2000 W 정도로 하여, 단위 길이당의 출력이 1 ∼ 50 J/m 정도가 되도록 조정하고, 선상으로 1 ∼ 20 ㎜ 정도의 간격으로 조사하는, 조건이 바람직하다.

또한, 강판에 전자 빔 조사에 의해 부여되는 변형의 깊이는, 5 ∼ 30 ㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.

물론, 상기 기재는, 상기 이외의 전자 빔의 조사 조건의 적용을 방해하는 것은 아니다.

실시예 1

강 슬래브로서 Si：3 질량％ 를 함유하고, 인히비터 원소로서 MnSe, MnS, AlN 의 어느 것을 이용하여 제조한, 최종 판 두께가 0.23 ㎜ 인 방향성 전기 강판을 준비하였다. 그 제조에 있어서는, 최종 판 두께까지 압연된 냉연판을 탈탄, 1 차 재결정 어닐링한 후, 기대치 μ (A) 가 3.4 ∼ 3.7 및 표준 편차 σ (A) 가 2.0 ∼ 2.6 이 되는 활성도 분포를 갖는 MgO 를 주성분으로 한, 어닐링 분리제를 도포하여, 2 차 재결정 과정과 순화 과정을 포함하는 최종 어닐링을, 최고 온도 1200 ℃ 및 균열 시간 10 시간으로 실시하였다. 얻어진 폴스테라이트 피막을 갖는 전기 강판에, 60 ％ 의 콜로이달 실리카와 인산알루미늄으로 이루어지는 절연 코트를 도포 (편면：5 g/㎟), 800 ℃ 에서 베이킹하였다.

각종 재료에 대해서는 코일 폭 중앙부로부터 시험편을 잘라내고, 시험편의 B₈ 을 측정하여, 어느 시험편도 1.92 T ± 0.001 T 인 것을 선별하였다. 또, EPMA 를 이용하여, 각 원소의 농화부의 점유 면적률을 구하였다.

이어서, 압연 방향과 직각으로 플라스마염과 전자 빔의 2 개의 자구 세분화 수법을 이용하여, 자구 세분화를 실시하여, 자구 세분화 후의 철손을 측정하였다. 전자 빔에 대해서는, 조사 빔 직경을 0.3 ㎜ 와 1 ㎜ 의 2 수준, 주사 속도는 2 m/초와 0.5 m/초의 2 수준, 가속 전압은 20 kV 와 100 kV 의 2 수준으로 하였다.

이상의 측정 결과 및 여러 파라미터를 합하여 표 1 에 나타낸다. 동 표로부터, 전자 빔을 조사한 조건 (발명예 A, B) 으로 특성의 열화 없이 저철손을 얻는 것이 가능한 것을 알 수 있다. 또, 발명예 A 의 조건 범위에서 전자 빔을 조사함으로써, 더욱 양호한 특성을 얻을 수 있는 것도 알 수 있다.

실시예 2

강 슬래브로서 Si：3 질량％ 를 함유하고, 인히비터 원소로서 MnSe 와 AlN 의 양방을 이용하여 제조한, 최종 판 두께가 0.27 ㎜ 인 방향성 전기 강판을 준비하였다. 그 제조에 있어서는, 최종 판 두께까지 압연된 냉연판을, 탈탄, 1 차 재결정 어닐링한 후, 상기 서술한 특허문헌 3 에 규정되는 활성도 분포를 갖는 MgO 를 주성분으로 하고, 보조제로서 Sr 화합물과 Ti 화합물을 함유하는 어닐링 분리제를, 강판 표면에 도포한 후, 코일이 감긴 강판에 있어서의 층간 간격을 15 ㎛ 로 한 코일에 대해, 최종 마무리 어닐링 (최고 온도 1200 ℃, 균열 시간 10 시간) 을 실시하였다. 얻어진 폴스테라이트 피막을 갖는 전기 강판에, 60 ％ 의 콜로이달 실리카와 인산알루미늄으로 이루어지는 절연 코트를 도포하여, 800 ℃ 에서 베이킹하였다.

각종 재료에 대해서는 코일 폭 중앙부로부터 시험편을 잘라내고, 그 시험편의 B₈ 을 측정하여, 어느 시험편도 1.91 T ± 0.001 T 인 것을 선발하였다. 또, EPMA 를 이용하여, Se 의 점유 면적률을 구한 결과, 모두 2 ％ 이상의 점유율을 나타내고 있었다.

비교로서, 얻어진 시험편에 대해, 압연 방향과 직각으로 플라스마염의 조사를 실시하여 자구 세분화를 실시하였다. 이어서, 다른 시험편에 대해, 전자 빔에 의한 자구 세분화를 실시하였다. 모두 조사는 5 ㎜ 간격으로 실시하였다. 각각 자구 세분화 후의 철손을 측정하였다. 전자 빔의 조사 조건에 대해서는, 각각에서 측정된 특성 및 여러 파라미터와 함께 표 2 에 정리하였다. 전자 빔을 조사함으로써 양호한 특성이 얻어지는 것 (발명예 C, D), 또한 적정한 전자 빔 조사 조건 (발명예 D) 으로 더욱 양호한 철손을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다 (발명예 C).

Claims

강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Se 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 2 ％ 이상인 방향성 전기 강판에, 전자 빔 조사에 의한 자구 세분화 처리를 실시하여 이루어지는 방향성 전기 강판.
강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, S 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 2 ％ 이상인 방향성 전기 강판에, 전자 빔 조사에 의한 자구 세분화 처리를 실시하여 이루어지는 방향성 전기 강판.
강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Al 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 5 ％ 이상인 방향성 전기 강판에, 전자 빔 조사에 의한 자구 세분화 처리를 실시하여 이루어지는 방향성 전기 강판.
강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Se 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 2 ％ 이상인 방향성 전기 강판에 대해, 전자 빔을 조사하여 그 방향성 전기 강판의 자구를 세분화하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
강판 표면에 폴스테라이트 피막을 갖고, 그 피막 중 및 그 피막과 강판의 계면의 어느 적어도 일방에, Se 의 농화부를 갖고, 그 농화부의 존재 비율이 면적률로 강판 표면 10000 μ㎡ 당 2 ％ 이상인 방향성 전기 강판에 대해, 전자 빔을, 직경：0.05 ㎜ 이상 0.5 ㎜ 이하, 주사 속도：1.0 m/s 이상 및 가속 전압：30 kV 이상의 조건으로 조사하여 그 방향성 전기 강판의 자구를 세분화하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.