KR102380300B1

KR102380300B1 - 복층형 전기 강판

Info

Publication number: KR102380300B1
Application number: KR1020207018690A
Authority: KR
Inventors: 요시히코 오다; 요시아키 자이젠; 다츠히코 히라타니
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2022-03-29
Also published as: US20210134500A1; CN111448330A; TWI692534B; WO2019117095A1; JP6555448B1; EP3725906A1; US11335485B2; EP3725906A4; TW201928087A; KR20200089741A; JPWO2019117095A1; RU2741917C1

Abstract

저고주파 철손과 고자속 밀도를 양립시킨 복층형 전기 강판을 제공한다. 내층부와, 상기 내층부의 양측에 형성된 표층부로 이루어지는 복층형 전기 강판으로서, 상기 표층부 및 내층부가 소정의 성분 조성을 갖고, 상기 표층부에 있어서의 Si 함유량 : [Si]₁ 과 상기 내층부에 있어서의 Si 함유량 : [Si]₀ 의 차 ([Si]₁ - [Si]₀) 로서 정의되는 ΔSi 가 0.5 질량％ 이상이고, 상기 표층부의 자왜 : λ_1.0/400,1 과 상기 내층부의 자왜 : λ_1.0/400,0 의 차의 절대값 : Δλ_1.0/400 이 1.0 × 10^-6 이하이고, 상기 복층형 전기 강판의 판두께 : t 가 0.03 ∼ 0.3 ㎜ 이고, 또한, 상기 t 에 대한 상기 표층부의 합계 두께 : t₁ 의 비율이 0.10 ∼ 0.70 인, 복층형 전기 강판.

Description

복층형 전기 강판{MULTILAYER ELECTRICAL STEEL SHEET}

본 발명은, 복층형 전기 강판에 관한 것으로, 특히, 연신이 우수함과 함께, 저고주파 철손과 고자속 밀도를 양립시킨 복층형 전기 강판에 관한 것이다.

하이브리드 전기 자동차용이나 청소기용의 모터는, 소형화, 고효율화의 관점으로부터, 400 Hz ∼ 2 kHz 와 같은 고주파역에서의 구동이 실시되고 있다. 그 때문에, 이와 같은 모터의 코어재로서 사용되는 무방향성 전기 강판에는, 고주파 철손이 낮고, 자속 밀도가 높은 전기 강판이 요망되고 있다.

고주파 철손을 저감하기 위해서는 고유 저항의 증대가 효과적이다. 그 때문에, Si 량을 증가시킴으로써 고유 저항을 증가시킨 고 Si 강의 개발이 실시되어 왔다. 그러나, Si 는 비자성 원소이기 때문에, Si 량의 증가에 수반하여 포화 자화가 저하된다는 문제가 있었다.

따라서, 고주파 철손 저감과 고자속 밀도를 양립시키는 수법으로서, 전기 강판의 판두께 방향에 있어서의 Si 농도 구배를 제어한, Si 경사 자성 재료가 개발되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에서는, 판두께 방향으로 Si 의 농도 구배를 갖고, 강판 표면의 Si 농도가 강판의 판두께 중심부의 Si 농도보다 높은 전기 강판이 제안되어 있다. 구체적으로는, 상기 전기 강판에서는, 판두께 중심부의 Si 농도가 3.4 ％ 이상인 한편, Si 농도가 5 ∼ 8 질량％ 인 표층부가 강판의 양 표면에 형성되어 있다. 그리고, 상기 표층부의 두께가, 판두께의 10 ％ 이상으로 되어 있다.

일본 공개특허공보 평11-293422호

그러나, 특허문헌 1 에서 제안되어 있는 바와 같은 종래의 Si 경사 자성 재료에는, 최고 주파수가 수 kHz 인 전기 기기의 철심 재료로서 사용하면, 히스테리시스손이 높기 때문에, 철손이 충분히 저하되지 않는다는 문제가 있었다.

또한, 전기 강판을 가공하여 모터용의 코어 등을 제조할 때에는, 일반적으로, 복수의 전기 강판을 적층한 후, 코킹 가공을 실시함으로써 강판끼리가 고정된다. 그 때의 가공성을 확보한다는 관점에서는, 전기 강판의 「연신」이 우수한 것도 요구되고 있다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 연신이 우수함과 함께, 저고주파 철손과 고자속 밀도를 양립시킨 복층형 전기 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 방법에 대해 예의 검토한 결과, 고주파 철손을 저감하기 위해서는, 강판 표층부와 내층부의 자왜차를 저감하는 것이 중요한 것을 알아내었다. 본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지 구성은 이하와 같다.

1. 내층부와, 상기 내층부의 양측에 형성된 표층부로 이루어지는 복층형 전기 강판으로서,

상기 표층부가, 질량％ 로,

C : 0.001 ∼ 0.01 ％,

Si : 2.5 ∼ 6.0 ％, 및

Ti : 0 ∼ 0.005 ％ 이하를 포함하고,

잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,

상기 내층부가,

C : 0.001 ∼ 0.01 ％,

Si : 1.5 ∼ 5.0 ％, 및

Ti : 0 ∼ 0.005 ％ 이하를 포함하고,

상기 표층부에 있어서의 Si 함유량 : [Si]₁ 과 상기 내층부에 있어서의 Si 함유량 : [Si]₀ 의 차 ([Si]₁ - [Si]₀) 로서 정의되는 ΔSi 가 0.5 질량％ 이상이고,

상기 표층부의 자왜 : λ_1.0/400,1 과 상기 내층부의 자왜 : λ_1.0/400,0 의 차의 절대값 : Δλ_1.0/400 이 1.0 × 10^-6 이하이고,

상기 복층형 전기 강판의 판두께 : t 가 0.03 ∼ 0.3 ㎜ 이고, 또한,

상기 t 에 대한 상기 표층부의 합계 두께 : t₁ 의 비율이 0.10 ∼ 0.70 인, 복층형 전기 강판.

2. 상기 표층부의 성분 조성과 상기 내층부의 성분 조성의 어느 일방 또는 양방이, 추가로, 질량％ 로,

B : 0.0001 ∼ 0.0030 ％ 를 포함하는, 상기 1 에 기재된 복층형 전기 강판.

3. 상기 표층부의 성분 조성과 상기 내층부의 성분 조성의 어느 일방 또는 양방이, 추가로, 질량％ 로,

Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％ 및

Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％ 의 일방 또는 양방을 포함하는, 상기 1 또는 2 에 기재된 복층형 전기 강판.

본 발명에 의하면, 연신이 우수함과 함께, 저고주파 철손과 고자속 밀도를 양립시킨 복층형 전기 강판을 제공할 수 있다. 본 발명의 복층형 전기 강판은, 자기 특성이 우수할 뿐만 아니라, 연신도 우수하기 때문에, 코킹 가공 등의 가공성도 우수하다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 복층형 전기 강판의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 복층형 전기 강판의 판두께 방향에 있어서의, Si 함유량 프로파일의 예를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 표층부와 내층부에 있어서의 Si 함유량의 차 (ΔSi) 와 와전류손의 상관을 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 표층부와 내층부에 있어서의 자왜의 차 (Δλ_1.0/400) 와 히스테리시스손의 상관을 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 복층형 전기 강판의 판두께 : t 에 대한 상기 표층부의 합계 두께 : t₁ 의 비로서 정의되는 복층비와 전철손의 상관을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 실시하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명은, 본 발명의 바람직한 실시형태의 예를 나타내는 것으로서, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다.

[복층형 전기 강판]

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 복층형 전기 강판의 구조를 나타내는 모식도이다. 또, 도 2 는, 복층형 전기 강판의 판두께 방향에 있어서의, Si 함유량 프로파일의 예를 나타내는 모식도이다. 도 2 에 있어서의 세로축은 판두께 방향의 위치를 나타내고 있고, 0 이 복층형 전기 강판의 일방의 표면을, t 가 그 복층형 전기 강판의 타방의 표면을, 각각 나타내고 있다.

도 1 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 복층형 전기 강판 (1) (이하, 간단히 「강판」이라고 하는 경우가 있다) 은, 내층부 (10) 와, 내층부 (10) 의 양측에 형성된 표층부 (20) 로 이루어지고, 표층부 (20) 와 내층부 (10) 는, Si 함유량이 상이하다. Si 함유량은, 강판의 판두께 방향에 있어서, 연속적으로 변화하고 있어도 되고 (도 2(a)), 단계적으로 변화하고 있어도 된다 (도 2(b)). Si 함유량이 단계적으로 변화하고 있는 경우, 2 단계 이상의 임의의 단계에서 Si 함유량을 변화시킬 수 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서 「표층부」란, 복층형 전기 강판의 양측의 표면에 형성된 표층부를 가리키는 것으로 한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 복층형 전기 강판의 일방의 면에 형성된 제 1 표층부와 타방의 면에 형성된 제 2 표층부의 양자가, 이하에 서술하는 조건을 만족한다.

여기서, 강판의 전체 판두께에 있어서의 Si 함유량의 평균값보다 Si 함유량이 높은 부분을 「표층부」, 상기 평균값보다 Si 함유량이 낮은 부분을 「내층부」라고 정의한다. 또한, 후술하는 바와 같이, Si 량이 상이한 2 종의 강재 (고 Si 재와 저 Si 재) 를 클래드함으로써 복층형 전기 강판을 제조한 경우에는, 통상, 상기 고 Si 재로 이루어지는 부분이 표층부, 상기 저 Si 재로 이루어지는 부분이 내층부가 된다. 그리고 그 경우, 표층부 내의 Si 량은 실질적으로 일정하고, 내층부 내의 Si 량도 실질적으로 일정하다.

[성분 조성]

먼저, 상기 표층부와 내층부의 성분 조성에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 각 원소의 함유량을 나타내는 「％」는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 나타내는 것으로 한다.

[표층부의 성분 조성]

먼저, 상기 표층부의 성분 조성에 대해 설명한다. 본 발명에 있어서는, 복층형 전기 강판의 일방의 면에 형성된 제 1 표층부와 타방의 면에 형성된 제 2 표층부의 양자가, 이하에 서술하는 성분 조성을 갖는다. 일반적으로는, 제 1 표층부의 성분 조성과 제 2 표층부의 성분 조성은 동일하게 하면 되지만, 양자가 상이해도 된다. 또, 여기서 표층부에 있어서의 원소의 함유량이란, 1 개의 표층부에 있어서의 당해 원소의 평균 함유량을 가리키는 것으로 한다.

C : 0.001 ∼ 0.01 ％

C 는, 결정립계에 편석되어 입계 강도를 높이고, 재료의 가공성을 개선하는 원소이다. C 를 0.001 ％ 이상 첨가함으로써 연신이 10 ％ 이상이 되고, 모터 코어 체결시의 코킹성이 개선된다. 그 때문에, C 함유량을 0.001 ％ 이상으로 한다. 한편, C 함유량이 0.01 ％ 를 초과하면, 자기 시효에 의해 철손이 증가한다. 그 때문에, C 함유량을 0.01 ％ 이하로 한다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 표층부에 있어서의 C 함유량이 0.001 ∼ 0.01 ％ 라는 것은, 제 1 표층부에 있어서의 평균 C 함유량이 0.001 ∼ 0.01 ％ 이고, 또한 제 2 표층부에 있어서의 평균 C 함유량이 0.001 ∼ 0.01 ％ 인 것을 의미한다. 제 1 표층부에 있어서의 평균 C 함유량과 제 2 표층부에 있어서의 평균 C 함유량은 동일해도 되고, 상이해도 된다. 다른 원소에 대해서도 동일한 정의가 적용된다.

Si : 2.5 ∼ 6.0 ％

Si 는, 강판의 전기 저항을 높이고, 와전류손을 저감하는 작용을 갖는 원소이다. 표층부의 Si 함유량 ([Si]₁) 이 2.5 ％ 미만이면, 효과적으로 와전류손을 저감할 수 없다. 그 때문에, 표층부의 Si 함유량은 2.5 ％ 이상, 바람직하게는 3.0 ％ 이상, 보다 바람직하게는 3.5 ％ 초과로 한다. 한편, 표층부의 Si 함유량이 6.0 ％ 를 초과하면, 포화 자화의 저하에 의해 자속 밀도가 저하된다. 이에 더하여, 표층부의 Si 함유량이 6.0 ％ 를 초과하면, 강이 물러지기 때문에, C 함유량이 상기 범위 내여도 연신이 저하된다. 그 때문에, 표층부의 Si 함유량은 6.0 ％ 이하, 바람직하게는 5.5 ％ 미만, 보다 바람직하게는 5.0 ％ 이하로 한다.

Ti : 0.005 ％ 이하

Ti 는, 불순물 원소의 하나이며, TiC 로서 석출됨으로써 결정립계에 편석되는 C 량을 감소시켜, 가공성 (연신) 을 저하시킨다. 그 때문에, Ti 함유량을 0.005 ％ 이하, 바람직하게는 0.002 ％ 이하로 한다. 한편, Ti 함유량은 낮으면 낮을수록 좋기 때문에, Ti 함유량의 하한은 0 ％ 로 한다. 그러나, 과도한 저감은 비용을 증가시키기 때문에, 제조 비용의 관점에서는, Ti 함유량을 0.0001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 표층부가, 상기 원소를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는다.

또, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서는, 상기 표층부의 성분 조성이, 추가로 B 를, 이하의 양으로 함유할 수 있다.

B : 0.0001 ∼ 0.0030 ％

B 는, C 와 동일하게, 결정립계에 편석되어 입계 강도를 높이고, 재료의 가공성 (연신) 을 더욱 개선하는 효과를 갖는 원소이다. B 를 첨가하는 경우, 상기 효과를 얻기 위해서, B 함유량을 0.0001 ％ 이상, 바람직하게는 0.0005 ％ 이상으로 한다. 한편, B 함유량이 0.0030 ％ 를 초과하면 BN 의 석출량이 많아지고, 철손이 증가한다. 그 때문에, B 함유량은 0.0030 ％ 이하, 바람직하게는 0.0020 ％ 이하로 한다.

또, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서는, 상기 표층부의 성분 조성이, 추가로 Sn 및 Sb 의 일방 또는 양방을, 이하의 양으로 함유할 수 있다.

Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％

Sn 은, 집합 조직 개선에 의해 자속 밀도를 더욱 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. Sn 을 첨가하는 경우, 상기 효과를 얻기 위해서, Sn 함유량을 0.001 ％ 이상으로 한다. 한편, Sn 함유량이 0.1 ％ 를 초과하면, 효과가 포화되고, 쓸데없이 비용 상승을 초래한다. 그 때문에, Sn 함유량은 0.1 ％ 이하로 한다.

Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％

Sb 도, Sn 과 동일하게, 자속 밀도를 더욱 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. Sb 를 첨가하는 경우, 상기 효과를 얻기 위해서, Sb 함유량을 0.001 ％ 이상으로 한다. 한편, Sb 함유량이 0.1 ％ 를 초과하면, 효과가 포화되고, 쓸데없이 비용 상승을 초래한다. 그 때문에, Sb 함유량은 0.1 ％ 이하로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서의 상기 표층부는, 질량％ 로,

C : 0.001 ∼ 0.01 ％,

Si : 2.5 ∼ 6.0 ％,

Ti : 0.005 ％ 이하,

임의로, B : 0.0001 ∼ 0.0030 ％, 그리고,

임의로, Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％ 및 Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％ 의 일방 또는 양방을 포함하고,

잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가질 수 있다.

또, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 상기 표층부는, 질량％ 로,

C : 0.001 ∼ 0.01 ％,

Si : 2.5 ∼ 6.0 ％,

Ti : 0.005 ％ 이하,

임의로, B : 0.0001 ∼ 0.0030 ％,

임의로, Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％ 및 Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％ 의 일방 또는 양방, 그리고

잔부의 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가질 수 있다.

[내층부의 성분 조성]

다음으로, 내층부의 성분 조성에 대해 설명한다. 여기서 내층부에 있어서의 원소의 함유량이란, 내층부에 있어서의 당해 원소의 평균 함유량을 가리키는 것으로 한다.

C : 0.001 ∼ 0.01 ％

C 는, 결정립계에 편석되어 입계 강도를 높이고, 재료의 가공성을 개선하는 원소이다. C 를 0.001 ％ 이상 첨가함으로써 연신이 10 ％ 이상이 되고, 모터 코어 체결시의 코킹성이 개선된다. 이 때문에, C 함유량을 0.001 ％ 이상으로 한다. 한편, C 함유량이 0.01 ％ 를 초과하면, 자기 시효에 의해 철손이 증가한다. 그 때문에, C 함유량을 0.01 ％ 이하로 한다.

Si : 1.5 ∼ 5.0 ％

내층부의 Si 함유량 ([Si]₀) 이 1.5 ％ 미만이면 고주파 철손이 증가한다. 그 때문에, 내층부의 Si 함유량은 1.5 ％ 이상으로 한다. 한편, 내층부의 Si 함유량이 5.0 ％ 를 초과하면, 모터 코어의 타발 (打拔) 시에 코어가 균열되는 등의 문제가 발생한다. 이에 더하여, 내층부의 Si 함유량이 5.0 ％ 를 초과하면, 강이 물러지기 때문에, C 함유량이 상기 범위 내여도 연신이 저하된다. 그 때문에, 내층부의 Si 함유량은 5.0 ％ 이하로 한다. 내층부의 Si 함유량은, 4.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 2.8 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

Ti : 0.005 ％ 이하

Ti 는, 불순물 원소의 하나이며, TiC 로서 석출됨으로써 결정립계에 편석되는 C 량을 감소시켜, 가공성을 저하시킨다. 그 때문에, Ti 함유량을 0.005 ％ 이하, 바람직하게는 0.002 ％ 이하로 한다. 한편, Ti 함유량은 낮으면 낮을수록 좋기 때문에, Ti 함유량의 하한은 0 ％ 로 한다. 그러나, 과도한 저감은 비용을 증가시키기 때문에, 제조 비용의 관점에서는, Ti 함유량을 0.0001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 내층부가, 상기 원소를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는다.

또, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서는, 상기 내층부의 성분 조성이, 추가로 B 를, 이하의 양으로 함유할 수 있다.

B : 0.0001 ∼ 0.0030 ％

B 는, C 와 동일하게, 결정립계에 편석되어 입계 강도를 높이고, 재료의 가공성을 더욱 개선하는 효과를 갖는 원소이다. B 를 첨가하는 경우, 상기 효과를 얻기 위해서, B 함유량을 0.0001 ％ 이상, 바람직하게는 0.0005 ％ 이상으로 한다. 한편, B 함유량이 0.0030 ％ 를 초과하면 BN 의 석출량이 많아지고, 철손이 증가한다. 그 때문에, B 함유량은 0.0030 ％ 이하, 바람직하게는 0.0020 ％ 이하로 한다.

또, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서는, 상기 내층부의 성분 조성이, 추가로 Sn 및 Sb 의 일방 또는 양방을, 이하의 양으로 함유할 수 있다.

Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％

Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％

본 발명의 일 실시형태에 있어서의 상기 내층부는, 질량％ 로,

C : 0.001 ∼ 0.01 ％,

Si : 1.5 ∼ 5.0 ％,

Ti : 0.005 ％ 이하,

임의로, B : 0.0001 ∼ 0.0030 ％, 그리고,

또, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 상기 내층부는, 질량％ 로,

C : 0.001 ∼ 0.01 ％,

Si : 1.5 ∼ 5.0 ％,

Ti : 0.005 ％ 이하,

임의로, B : 0.0001 ∼ 0.0030 ％,

[Si 함유량의 차]

표층부와 내층부의 Si 함유량의 차 (ΔSi) 가 자기 특성에 주는 영향에 대해 검토하기 위해, ΔSi 가 상이한 복층형 전기 강판을 이하의 순서로 제작하고, 그 자기 특성을 평가하였다.

먼저, 복층형 전기 강판의 판두께 (전체 두께) 에 대한 표층부의 두께의 비율이 0.30 이 되도록, 내층부용의 강의 양면에 표층부용의 강을 첩합 (貼合) 하고, 열간 압연하였다. 상기 표층부용의 강과 내층부용의 강은, 모두 원하는 성분 조성이 되도록 용제 (溶製) 하여 잉곳으로 하였다. 내층부의 Si 함유량 [Si]₀ 은 2.5 ％ 로 하고, 표층부의 Si 함유량 [Si]₁ 은 2.5 ％ ∼ 6.5 ％ 의 범위에서 변화시켰다. C 함유량은, 표층부와 내층부의 어느 것에 있어서도 0.0040 ％ 로 하였다. Ti 함유량은, 표층부와 내층부의 어느 것에 있어서도 0.001 ％ 로 하였다. 표층부 및 내층부의 어느 성분 조성도, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 하였다. 또, 표층부의 성분 조성은, 양면 모두 동일하게 하였다.

상기 열간 압연 후, 900 ℃ × 30 s 의 열연판 어닐링을 실시하고, 이어서, 냉간 압연에 의해 판두께를 0.10 ㎜ 로 하였다. 그 후, 1000 ℃ × 30 s 의 마무리 어닐링을 실시하여, 복층형 전기 강판을 얻었다.

얻어진 복층형 전기 강판의 각각으로부터, 폭 30 ㎜, 길이 180 ㎜ 의 시험편을 채취하고, 엡스타인 시험을 실시하여 자기 특성을 평가하였다. 상기 엡스타인 시험에서는, 시험편의 길이 방향이 압연 방향 (L 방향) 이 되도록 채취한 L 방향 시험편과, 시험편의 길이 방향이 압연 직각 방향 (C 방향) 이 되도록 채취한 C 방향 시험편을 등량 사용하고, L 방향과 C 방향에 있어서의 자기 특성의 평균값을 평가하였다.

도 3 에, 표층부와 내층부에 있어서의 Si 함유량의 차 ([Si]₁ - [Si]₀) 로서 정의되는 ΔSi (질량％) 와, 1.0 T, 1 kHz 에 있어서의 와전류손의 상관을 나타낸다. 이 결과로부터, ΔSi 가 0.5 질량％ 이상인 경우, 와전류손이 크게 저하되는 것을 알 수 있다. 이것은, 표층부의 Si 량이 내층부에 비해 높은 결과, 표층부의 투자율이 내층부보다 높아지고, 자속이 표층에 집중되기 때문이다. 자속이 집중되는 부분의 고유 저항이 높아져 있기 때문에, 효과적으로 와전류손을 저감할 수 있다.

이상의 이유에 의해, 본 발명에서는 표층부에 있어서의 Si 함유량과 상기 내층부에 있어서의 Si 함유량의 차 ([Si]₁ - [Si]₀) 로서 정의되는 ΔSi 를 0.5 질량％ 이상, 바람직하게는 1.0 질량％ 이상으로 한다. 한편, ΔSi 의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 통상은 ΔSi 가 4.5 ％ 이하여도 된다. 자왜를 더욱 저감한다는 관점에서는, ΔSi 를 2.9 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[자왜차]

표층부와 내층부의 자왜의 차 (Δλ_1.0/400) 가 자기 특성에 주는 영향에 대해 검토하기 위해, Δλ_1.0/400 이 상이한 복층형 전기 강판을 이하의 순서로 제작하고, 그 자기 특성을 평가하였다.

먼저, 복층형 전기 강판의 판두께 (전체 두께) 에 대한 표층부의 두께의 비율이 0.30 이 되도록, 내층부용의 강의 양면에 표층부용의 강을 첩합하고, 열간 압연하였다. 상기 표층부용의 강과 내층부용의 강은, 모두 원하는 성분 조성이 되도록 용제하여 잉곳으로 하였다. 내층부의 Si 함유량 [Si]₀ 은 2.5 ％ 로 하고, 표층부의 Si 함유량 [Si]₁ 은 2.5 ％ ∼ 7.0 ％ 의 범위에서 변화시켰다. 표층부의 C 함유량은, 0.0035 ％, 내층부의 C 함유량은 0.0030 ％ 로 하였다. 한편, Ti 함유량은, 표층부와 내층부의 어느 것에 있어서도 0.001 ％ 로 하였다. 표층부 및 내층부의 어느 성분 조성도, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 하였다. 또, 표층부의 성분 조성은, 양면 모두 동일하게 하였다.

상기 열간 압연 후, 900 ℃ × 30 s 의 열연판 어닐링을 실시하고, 이어서, 냉간 압연에 의해 판두께를 0.20 ㎜ 로 하였다. 그 후, 1000 ℃ × 30 s 의 마무리 어닐링을 실시하여, 복층형 전기 강판을 얻었다.

얻어진 복층형 전기 강판의 각각으로부터, 폭 30 ㎜, 길이 180 ㎜ 의 시험편을 채취하고, 엡스타인 시험을 실시하여 자기 특성을 평가하였다. 상기 엡스타인 시험에서는, 시험편의 길이 방향이 압연 방향 (L 방향) 이 되도록 채취한 L 방향 시험편과, 시험편의 길이 방향이 압연 직각 방향 (C 방향) 이 되도록 채취한 C 방향 시험편을 등량 사용하고, L 방향과 C 방향에 있어서의 자기 특성의 평균값을 평가하였다. 자왜의 측정에는 레이저 도플러 변위계를 사용하고, 자속 밀도 1.0 T, 주파수 400 Hz 에 있어서의 자왜의 피크 대 피크 (peak to peak) 값을 측정하였다.

도 4 에, 표층부와 내층부에 있어서의 자왜의 차 (Δλ_1.0/400) 와, 히스테리시스손 (1.0 T 까지 여자) 의 상관을 나타낸다. 이 결과로부터, Δλ_1.0/400 이 1.0 × 10^-6 이하인 경우, 히스테리시스손이 크게 저하되는 것을 알 수 있다. 이것은 표층부와 내층부의 자왜차가 큰 경우, 강판을 자화한 경우에 표층부와 내층부의 자왜차에서 기인한 내부 응력이 발생하기 때문이다.

이상의 이유로부터, 표층부의 자왜 : λ_1.0/400,1 과 상기 내층부의 자왜 : λ_1.0/400,0 의 차의 절대값 : Δλ_1.0/400 을 1.0 × 10^-6 이하, 바람직하게는 0.5 × 10^-6 이하로 한다. 또한, 내층부의 자왜가 표층부보다 커진 경우에도, 자화시의 내부 응력은 커지고, 히스테리시스손이 증가하기 때문에, 상기 Δλ_1.0/400 으로는 자왜의 차의 절대값을 사용한다.

[판두께]

복층형 전기 강판의 판두께 : t 가 0.03 ㎜ 미만이면, 그 복층형 전기 강판의 제조에 있어서의 냉간 압연, 어닐링이 곤란해지고, 현저하게 비용이 상승한다. 그 때문에, t 는 0.03 ㎜ 이상으로 한다. 한편, t 가 0.3 ㎜ 를 초과하면 와전류손이 커지고, 전체 철손이 증가한다. 그 때문에, t 는 0.3 ㎜ 이하로 한다.

[복층비]

복층형 전기 강판의 판두께 : t 에 대한 상기 표층부의 합계 두께 : t₁ 의 비율 (t₁/t) (이하, 「복층비」라고 하는 경우가 있다) 이 자기 특성에 주는 영향에 대해 검토하기 위해, 복층비가 상이한 복층형 전기 강판을 이하의 순서로 제작하고, 그 자기 특성을 평가하였다. 여기서, 「표층부의 합계 두께」란, 양측에 형성되어 있는 표층부의 두께의 합을 가리킨다.

먼저, 소정의 복층비가 되도록, 내층부용의 강의 양면에 표층부용의 강을 첩합하고, 열간 압연하였다. 상기 표층부용의 강과 내층부용의 강은, 모두 원하는 성분 조성이 되도록 용제하여 잉곳으로 하였다. 내층부의 Si 함유량 [Si]₀ 은 1.9 ％, 표층부의 Si 함유량 [Si]₁ 은 2.5 ％ 로 하였다. C 함유량은, 표층부와 내층부의 어느 것에 있어서도 0.0035 ％ 로 하였다. Ti 함유량은, 표층부와 내층부의 어느 것에 있어서도 0.001 ％ 로 하였다. 표층부 및 내층부의 어느 성분 조성도, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 하였다. 또, 표층부의 성분 조성은, 양면 모두 동일하게 하였다.

도 5 에, 복층비와 전체 철손 (W_10/1k) 의 상관을 나타낸다. 이 결과로부터, 복층비가 0.10 ∼ 0.70 인 경우에 철손이 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 이 철손의 저하는, 이하의 이유에 의한 것으로 생각된다. 먼저, 고저항인 표층부의 비율이 0.10 미만에서는, 표층부에 집중되는 와전류를 효과적으로 저감할 수 없다. 한편, 표층부의 비율이 0.70 을 초과하는 경우에는 표층부와 내층부의 투자율차가 작아지기 때문에, 내층부에까지 자속이 침투하여, 내층부로부터도 와전류손이 발생한다. 따라서, 복층비를 0.10 ∼ 0.70 으로 함으로써 철손을 저감할 수 있다.

[제조 방법]

본 발명의 복층형 전기 강판은, 특별히 한정되지 않고, 임의의 방법으로 제조할 수 있다. 제조 방법의 일례로는, Si 함유량이 상이한 강 소재를 클래드하는 방법을 들 수 있다. 상기 강 소재의 성분 조성은, 예를 들어, 성분이 상이한 재료를 전로에서 취련하고, 용강을 탈가스 처리함으로써 조정할 수 있다.

클래드하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, Si 함유량이 상이한 강 슬래브를 준비하고, 최종적인 복층비가 원하는 값이 되는 두께로 내층부용의 강 슬래브의 양면에 표층부용의 강 슬래브를 첩합하고, 압연하면 된다. 상기 압연은, 예를 들어, 열간 압연, 온간 압연, 및 냉간 압연으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상으로 할 수 있다. 일반적으로는, 열간 압연과, 그 후의 온간 압연의 조합, 또는 열간 압연과, 그 후의 냉간 압연의 조합으로 하는 것이 바람직하다. 상기 열간 압연 후에는, 열연판 어닐링을 실시하는 것이 바람직하다. 또, 상기 온간 압연 및 냉간 압연은, 중간 어닐링을 사이에 두고 2 회 이상 실시할 수도 있다. 열간 압연에 있어서의 마무리 온도, 권취 온도는 특별히 한정되지 않고, 통상적인 방법에 따라 결정하면 된다. 상기 압연 후, 마무리 어닐링을 실시한다. Si 함유량이 상이한 강 소재를 클래드함으로써 얻어지는 복층형 전기 강판은, 예를 들어, 도 2(b) 에 나타낸 바와 같은 Si 함유량 프로파일을 갖는다.

또, 다른 제조 방법으로는, 침규 처리를 사용할 수도 있다. 침규 처리를 사용하는 경우에는, Si 함유량이 두께 방향으로 일정한 강판에 대하여 침규 처리를 실시함으로써, 강판 양면의 표층부의 Si 함유량을 높일 수 있다. 침규 처리의 방법은 특별히 한정되지 않고, 임의의 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들어, 화학 기상 증착법 (CVD 법) 에 의해 강판 표면에 Si 를 퇴적시키고, 그 후, 열처리를 실시하여 Si 를 강판의 내부에 확산시키는 방법을 사용할 수 있다. 표층부와 내층부의 Si 함유량은, CVD 법에 의한 Si 의 퇴적량이나, 열처리 조건을 조정함으로써 제어할 수 있다. 침규 처리에 의해 얻어지는 복층형 전기 강판은, 예를 들어, 도 2(a) 에 나타낸 바와 같은 Si 함유량 프로파일을 갖는다.

실시예

본 발명의 효과를 확인하기 위해, 이하에 서술하는 순서로 복층형 전기 강판을 제조하고, 그 자기 특성 및 연신을 평가하였다.

먼저, 표 1 에 나타내는 성분 조성을 갖는 표층부용과 내층부용의 2 종류의 강 슬래브를 준비하였다. 다음으로, 상기 내층부용의 강 슬래브의 양면에 상기 표층부용의 강 슬래브를 적층하고, 적층된 강 슬래브의 외주를 용접하였다. 따라서, 표층부의 성분 조성은 양측 모두 동일하다. 상기 강 슬래브의 성분 조성은, 전로에서 취련한 후에 탈가스 처리를 실시함으로써 조정하였다. 또한, 상기 성분 조성은, 최종적으로 얻어지는 복층형 전기 강판에 있어서도 유지되어 있다.

이어서, 적층된 상기 강 슬래브를 1140 ℃ 에서 1 hr 가열한 후, 열간 압연을 실시하여 판두께 2.0 ㎜ 의 열연 강판으로 하였다. 상기 열간 압연에 있어서의 열연 마무리 온도는 800 ℃ 로 하였다. 상기 열연 강판을 권취 온도 : 610 ℃ 에서 권취하고, 이어서, 900 ℃ × 30 s 의 열연판 어닐링을 실시하였다. 그 후, 산세 및 냉간 압연을 실시하고, 표 2 에 나타낸 마무리 어닐링 온도에서 어닐링을 실시하여 복층형 전기 강판을 얻었다. 최종적으로 얻어진 복층형 전기 강판의 판두께 : t 와, 상기 t 에 대한 상기 표층부의 합계 두께 : t₁ 의 비율 (복층비) 은 표 2 에 나타낸 바와 같이 하였다.

또한, 비교를 위해, 클래드하지 않은 통상적인 전기 강판을 사용하여 동일한 시험을 실시하였다 (No. 1, 2). 이들 비교예의 전기 강판에서는, 표층부와 내층부의 성분 조성이 동등하다.

또, No. 47 의 복층형 전기 강판은 침규법에 의해 제조하였다. 구체적으로는, Si 함유량 : 2.5 ％, 판두께 0.2 ㎜ 의 냉연 강판에 대하여, 1200 ℃ 에서 침규 처리를 실시하였다. 강판의 전체 판두께에 있어서의 Si 함유량의 평균값을 산출하고, 상기 평균값보다 Si 농도가 높은 부분을 표층부, 낮은 부분을 내층부로 하였다. 표층부의 Si 함유량은, 상기 표층부에 있어서의 Si 량의 평균값이다. 또, 표층부와 내층부의 자왜로는, Si 함유량이 상기 Si 함유량의 평균값과 동일하고, 또한 다른 성분 조성이 동일한 강판의 자왜를 기재하고 있다.

(자왜)

또, 표층부와 내층부의 자왜를 측정하기 위해, 표층부 및 내층부에 상당하는 강 슬래브를 첩합하지 않고, 상기 서술한 순서와 동일하게 열간 압연, 열연판 어닐링, 냉간 압연, 및 마무리 어닐링을 실시하여, 판두께 0.1 ㎜ 의 강판을 얻었다. 이어서, 얻어진 강판의 압연 방향에 있어서의 자왜를 측정하였다. 측정 결과는 표 2 에 나타낸 바와 같았다. 자왜의 측정에는 레이저 도플러 변위계를 사용하고, 자속 밀도 1.0 T, 주파수 400 Hz 에 있어서의 자왜의 피크 대 피크 값을 측정하였다.

(자기 특성)

이어서, 얻어진 복층형 전기 강판의 각각에 대해, 자기 특성을 측정하였다. 상기 자기 측정은, JIS C 2550-1 에 준하여, 25 ㎝ 엡스타인 프레임을 사용하여 실시하였다. 상기 자기 특성으로는, 1.0 T, 1 kHz 에 있어서의 철손 : W_10/1k (W/㎏), 및 자화력 5000 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₅₀ 을 측정하였다. 측정 결과는, 표 1 에 나타낸 바와 같았다.

(연신)

이에 더하여, 얻어진 복층형 전기 강판의 각각에 대해, 연신을 측정하였다. 연신의 측정에 있어서는, 상기 복층형 전기 강판으로부터 잘라낸, JIS 5 호 인장 시험편을 사용하고, JIS Z 2241 에 기초하여 파단시의 전체 연신 : El (％) 을 구하였다.

표 1 및 표 2 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 조건을 만족하는 발명예의 복층형 전기 강판은, 고주파 철손이 낮고, 또한 자속 밀도가 높다는, 우수한 자기 특성을 갖고 있다. 이에 더하여, 발명예의 복층형 전기 강판은, 우수한 연신을 구비하고 있고, 따라서, 코킹 가공 등의 가공성도 우수하다. 그 때문에, 본 발명의 복층형 전기 강판은, 고주파로 구동되는 하이브리드 전기 자동차, 전기 자동차, 청소기, 고속 발전기, 에어콘 컴프레서, 공작 기계 등의 모터 코어 나아가서는 변압기, 리액터 등의 코어 재료로서, 매우 바람직하게 사용할 수 있다.

1 : 복층형 전기 강판
10 : 내층부
20 : 표층부

Claims

내층부와, 상기 내층부의 양측에 형성된 표층부로 이루어지는 복층형 전기 강판으로서,
상기 표층부가, 질량％ 로,
C : 0.001 ∼ 0.01 ％,
Si : 2.5 ∼ 6.0 ％, 및
Ti : 0 ∼ 0.005 ％ 이하를 포함하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
상기 내층부가,
C : 0.001 ∼ 0.01 ％,
Si : 1.5 ∼ 5.0 ％, 및
Ti : 0 ∼ 0.005 ％ 이하를 포함하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
상기 표층부에 있어서의 Si 함유량 : [Si]₁ 과 상기 내층부에 있어서의 Si 함유량 : [Si]₀ 의 차 ([Si]₁ - [Si]₀) 로서 정의되는 ΔSi 가 0.5 질량％ 이상이고,
상기 표층부의 자왜 : λ_1.0/400,1 과 상기 내층부의 자왜 : λ_1.0/400,0 의 차의 절대값 : Δλ_1.0/400 이 1.0 × 10^-6 이하이고,
상기 복층형 전기 강판의 판두께 : t 가 0.03 ∼ 0.3 ㎜ 이고, 또한,
상기 t 에 대한 상기 표층부의 합계 두께 : t₁ 의 비율이 0.10 ∼ 0.70 인, 복층형 전기 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 표층부의 성분 조성과 상기 내층부의 성분 조성의 어느 일방 또는 양방이, 추가로, 질량％ 로,
B : 0.0001 ∼ 0.0030 ％ 를 포함하는, 복층형 전기 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 표층부의 성분 조성과 상기 내층부의 성분 조성의 어느 일방 또는 양방이, 추가로, 질량％ 로,
Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％ 및
Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％ 의 일방 또는 양방을 포함하는, 복층형 전기 강판.