KR20130043232A - 방향성 전자기 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이 방향성 전자기 강판의 제조 방법은, 냉간 압연 공정과 권취 공정 사이에, 규소 강판의 표면에, 상기 규소 강판의 판 폭 방향의 일단부 테두리로부터 타단부 테두리에 걸쳐서 레이저 빔을 통판 방향에서 소정의 간격을 두고 복수회 조사하여, 상기 레이저 빔의 궤적을 따르는 홈을 형성하는 홈 형성 공정을 갖고, 상기 레이저 빔의 평균 강도를 P(W), 상기 레이저 빔의 집광 스폿의 상기 통판 방향의 집광 직경을 Dl(㎜), 상기 판 폭 방향의 집광 직경을 Dc(㎜), 상기 레이저 빔의 상기 판 폭 방향의 주사 속도를 Vc(㎜/s), 상기 레이저 빔의 조사 에너지 밀도 Up을 수학식 1, 상기 레이저 빔의 순시 파워 밀도 Ip를 수학식 2로 했을 때, 하기의 수학식 3 및 수학식 4를 만족한다.
[수학식 1]
Figure pct00014

[수학식 2]
Figure pct00015

[수학식 3]
Figure pct00016

[수학식 4]
Figure pct00017

Description

방향성 전자기 강판 및 그 제조 방법{ORIENTED ELECTROMAGNETIC STEEL SHEET AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF}
본 발명은, 트랜스의 철심 등에 적합한 방향성 전자기 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본원은, 2010년 9월 9일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-202394호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
방향성 전자기 강판의 철손을 저감하기 위한 기술로서, 지철의 표면에 변형을 도입하여 자구를 세분화하는 기술이 있다(특허 문헌 3). 그러나, 권취 철심에서는, 그 제조 공정에서 변형 제거 어닐링을 행하기 때문에, 어닐링 시에, 도입된 변형이 완화되어, 자구의 세분화가 충분한 것으로 되지 않는다.
이 결점을 보충하는 방법으로서 지철의 표면에 홈을 형성하는 기술이 있다(특허 문헌 1, 2, 4, 5). 또한, 지철의 표면에 홈을 형성하는 동시에, 이 홈의 저부로부터 판 두께 방향으로 지철의 이면에 걸치는 결정립계를 형성하는 기술이 있다(특허 문헌 6).
홈과 입계를 형성하는 방법은 철손 개선 효과가 높다. 그러나, 특허 문헌 6에 기재된 기술에서는, 생산성이 현저하게 저하된다. 이것은, 원하는 효과를 얻기 위해서 홈의 폭을 30㎛ 내지 300㎛ 정도로 한 후에, 또한 결정립계의 형성을 위하여, 홈으로의 Sn 등의 부착 및 어닐링, 홈으로의 변형의 부가, 또는 홈으로의 열처리를 위한 레이저 광이나 플라즈마 등의 방사가 필요해지기 때문이다. 즉, 좁은 홈에 정확하게 맞추어, Sn의 부착, 변형의 부가, 레이저 광의 방사 등의 처리를 행하는 것은 곤란하며, 이것을 실현하기 위해서는, 적어도, 통판 속도를 지극히 늦출 필요가 있기 때문이다. 특허 문헌 6에는, 홈을 형성하는 방법으로서 전해 에칭을 행하는 방법이 거론되고 있다. 그러나, 전해 에칭을 행하기 위해서는, 레지스트의 도포, 에칭액을 사용한 부식 처리, 레지스트의 제거 및 세정을 행할 필요가 있다. 그로 인해, 공정수 및 처리 시간이 대폭으로 증가한다.
일본 특허 공고 소62-53579호 공보 일본 특허 공고 소62-54873호 공보 일본 특허 출원 공개 소56-51528호 공보 일본 특허 출원 공개 평6-57335호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-129135호 공보 일본 특허 출원 공개 평7-268474호 공보 일본 특허 출원 공개 제2000-109961호 공보 일본 특허 출원 공개 평9-49024호 공보 일본 특허 출원 공개 평9-268322호 공보
본 발명은, 철손이 낮은 방향성 전자기 강판을 공업적으로 양산할 수 있는 방향성 전자기 강판의 제조 방법 및 철손이 낮은 방향성 전자기 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하고 이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 채용했다.
(1) 즉, 본 발명의 일 형태에 관한 방향성 전자기 강판의 제조 방법은, Si를 포함하는 규소 강판을 통판 방향을 따라 이동시키면서 냉간 압연을 행하는 냉간 압연 공정과; 상기 규소 강판의 탈탄 및 1차 재결정을 발생시키는 제1 연속 어닐링 공정과; 상기 규소 강판을 권취하여 강판 코일을 얻는 권취 공정과; 상기 냉간 압연 공정으로부터 상기 권취 공정에 이르기까지의 사이에, 상기 규소 강판의 표면에 대하여, 상기 규소 강판의 판 폭 방향의 일단부 테두리로부터 타단부 테두리에 걸쳐서 레이저 빔을 상기 통판 방향에서 소정의 간격을 두고 복수회 조사하여, 상기 레이저 빔의 궤적을 따르는 홈을 형성하는 홈 형성 공정과; 상기 강판 코일에 2차 재결정을 발생시키는 뱃치 어닐링 공정과; 상기 강판 코일을 풀어내어 평탄화하는 제2 연속 어닐링 공정과; 상기 규소 강판의 표면에 장력과 전기적 절연성을 부여하는 연속 코팅 공정을 갖고, 상기 뱃치 어닐링 공정에서, 상기 홈을 따라 상기 규소 강판의 표리를 관통하는 결정립계를 발생시키고, 상기 레이저 빔의 평균 강도를 P(W), 상기 레이저 빔의 집광 스폿의 상기 통판 방향의 집광 직경을 Dl(㎜), 상기 판 폭 방향의 집광 직경을 Dc(㎜), 상기 레이저 빔의 상기 판 폭 방향의 주사 속도를 Vc(㎜/s), 상기 레이저 빔의 조사 에너지 밀도 Up을 하기 수학식 1, 상기 레이저 빔의 순시 파워 밀도 Ip를 하기 수학식 2로 했을 때, 하기 수학식 3 및 수학식 4를 만족한다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
(2) 상기 수학식 1에 기재된 형태에서는, 상기 홈 형성 공정에서, 상기 규소 강판의, 상기 레이저 빔이 조사되는 부분에 10L/분 이상 500L/분 이하의 유량으로 가스를 분사해도 된다.
(3) 본 발명의 일 형태에 관한 방향성 전자기 강판은, 판 폭 방향의 일단부 테두리로부터 타단부 테두리에 걸쳐서 주사된 레이저 빔의 궤적으로부터 형성된 홈과 상기 홈을 따라 연장하여, 표리를 관통하는 결정립계를 갖는다.
(4) 상기 (3)에 기재된 형태에서는, 상기 방향성 전자기 강판의 상기 판 폭 방향에 있어서의 입경이 10㎜ 이상 판폭 이하이고 또, 상기 방향성 전자기 강판의 길이 방향에 있어서의 입경이 0㎜ 초과 10㎜ 이하인 결정립을 갖고, 상기 결정립이 상기 홈으로부터 상기 방향성 전자기 강판의 이면에 걸쳐서 존재해도 된다.
(5) 상기 (3) 또는, (4)에 기재된 형태에서는, 상기 홈에 글래스 피막이 형성되고, 상기 글래스 피막의 상기 방향성 전자기 강판 표면의 상기 홈부 이외의 Mg의 특성 X선 강도의 평균값을 1이라고 했을 경우에 있어서의 상기 홈부의 Mg의 특성 X선 강도의 X선 강도비 Ir이, 0≤Ir≤0.9의 범위 내이어도 된다.
본 발명의 상기 형태에 따르면, 공업적으로 양산하는 것이 가능한 방법으로 철손이 낮은 방향성 전자기 강판을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 방향성 전자기 강판의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 레이저 빔을 주사하는 방법의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 레이저 빔을 주사하는 방법의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 레이저 빔 집광 스폿을 도시하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 레이저 빔 집광 스폿을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 있어서 형성되는 홈 및 결정립을 도시하는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 실시 형태에 있어서 형성되는 결정립계를 도시하는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시 형태에 있어서 형성되는 결정립계를 도시하는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 규소 강판의 표면의 사진을 도시하는 도면이다.
도 7b는 비교예의 실시 형태에 있어서의 규소 강판의 표면의 사진을 도시하는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 결정립계의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 8b는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 결정립계의 다른 예를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 방향성 전자기 강판의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 2질량％ 내지 4질량％의 Si를 포함하는 규소 강판(1)에 대하여 냉간 압연을 행한다. 이 규소 강판(1)은, 예를 들어, 용강의 연속 주조, 연속 주조에 의해 얻어진 슬래브의 열간 압연 및 열간 압연에 의해 얻어진 열간 압연 강판의 어닐링 등을 거쳐서 제작된다. 이 어닐링의 온도는, 예를 들어 약 1100℃이다. 냉간 압연 후의 규소 강판(1)의 두께는, 예를 들어 0.2㎜ 내지 0.3㎜ 정도로 하고, 예를 들어, 냉간 압연 후에 규소 강판(1)은 코일 형상으로 권취하여 냉연 코일로 해 둔다.
계속해서, 코일 형상의 규소 강판(1)을 풀면서, 탈탄 어닐링로(3)에 공급하고, 어닐링로(3) 내에서 제1 연속 어닐링, 소위 탈탄 어닐링을 행한다. 이 어닐링의 온도는, 예를 들어 700℃ 내지 900℃이다. 이 어닐링 시에, 탈탄 및, 1차 재결정이 발생한다. 그 결과, 압연 방향으로 자화 용이축이 정렬된 고스 방위의 결정립이, 어느 정도의 확률로 형성된다. 그 후, 냉각 장치(4)를 사용하여, 탈탄 어닐링로(3)로부터 배출된 규소 강판(1)을 냉각한다. 계속해서, MgO를 주성분으로 하는 어닐링 분리제의 규소 강판(1)의 표면으로의 도포(5)를 행한다. 그리고, 어닐링 분리제가 도포된 규소 강판(1)을 코일 형상으로 권취하여 강판 코일(31)로 한다.
본 실시 형태에서는, 코일 형상의 규소 강판(1)을 풀어낸 뒤 탈탄 어닐링로(3)에 공급하기까지의 사이에, 레이저 빔 조사 장치(2)를 사용하여 규소 강판(1)의 표면에 홈을 형성한다. 그 때, 규소 강판(1)의 판 폭 방향의 일단부 테두리로부터 타단부 테두리를 향해서 레이저 빔을, 소정의 집광 파워 밀도 Ip, 또한 소정의 집광 에너지 밀도 Up으로 통판 방향에 관하여 소정의 간격으로 복수회 조사한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 레이저 빔 조사 장치(2)를 냉각 장치(4)보다도 통판 방향의 하류측에 배치하고, 냉각 장치(4)에 의한 냉각으로부터 어닐링 분리제의 도포(5)까지의 사이에, 규소 강판(1)의 표면에 레이저 빔을 조사해도 된다. 레이저 빔 조사 장치(2)를, 어닐링로(3)보다도 통판 방향의 상류측, 냉각 장치(4)보다도 통판 방향의 하류측의 양쪽에 배치하여, 양쪽에서 레이저 빔을 조사해도 된다. 어닐링로(3)와 냉각 장치(4) 사이에서 레이저 빔을 조사해도 되고, 어닐링로(3) 내 또는 냉각 장치(4) 내에서 조사해도 된다. 레이저 빔에 의한 홈의 형성에서는, 기계 가공에 있어서의 홈 형성과 달리, 후술하는 용융층이 발생한다. 이 용융층은, 탈탄 어닐링 등에서는 소실되지 않기 때문에, 2차 재결정 전의 어느 공정에서 레이저를 조사해도 그 효과는 얻어진다.
레이저 빔의 조사는, 예를 들어, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 광원인 레이저 장치로부터 출사된 레이저 빔(9)을, 주사 장치(10)가, 규소 강판(1)의 압연 방향인 L 방향에 대략 수직인 판 폭 방향인 C 방향으로, 소정의 간격 PL로 주사함으로써 행해진다. 이때, 공기 또는 불활성 가스 등의 어시스트 가스(25)가 규소 강판(1)의 레이저 빔(9)이 조사되는 부위에 분사된다. 이 결과, 규소 강판(1)의 표면의 레이저 빔(9)이 조사된 부분에 홈(23)이 형성된다. 압연 방향은 통판 방향과 일치하고 있다.
레이저 빔의 규소 강판(1)의 전체 폭에 걸치는 주사는, 1대의 주사 장치(10)에 의해 행해져도 되고, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 복수대의 주사 장치(20)에 의해 행해져도 된다. 복수대의 주사 장치(20)가 사용되는 경우, 각 주사 장치(20)에 입사해 오는 레이저 빔(19)의 광원인 레이저 장치는 1대만 설치되어 있어도 되고, 주사 장치(20)마다 1대씩 설치되어 있어도 된다. 광원이 1대인 경우, 이 광원으로부터 출사된 레이저 빔을 분할해서 레이저 빔(19)으로 하면 된다. 복수대의 주사 장치(20)를 사용함으로써, 판 폭 방향으로 조사 영역을 복수로 분할하는 것이 가능해지기 때문에, 레이저 빔 1개당에 필요로 하는 주사 및 조사의 시간이 단축된다. 따라서, 특히 고속의 통판 설비에 적합하다.
레이저 빔(9 또는 19)은 주사 장치(10 또는 20) 내의 렌즈에서 집광된다. 도 4a 및 도 4b에 나타내는 바와 같이, 규소 강판(1)의 표면에 있어서의 레이저 빔(9 또는 19)의 레이저 빔 집광 스폿(24)의 형상은, 예를 들어, 판 폭 방향인 C 방향의 직경이 Dc, 압연 방향인 L 방향의 직경이 Dl인 원형 또는 타원형이다. 레이저 빔(9 또는 19)의 주사는, 예를 들어, 주사 장치(10 또는 20) 내의 폴리건 미러 등을 사용하여 속도 Vc로 행해진다. 예를 들어, 판 폭 방향의 직경인 C 방향 직경 Dc는 0.4㎜, 압연 방향의 직경인 L 방향 직경 Dl은 0.05㎜로 할 수 있다.
광원인 레이저 장치로서는, 예를 들어 CO2 레이저를 사용할 수 있다. YAG 레이저, 반도체 레이저, 파이버 레이저 등 일반적으로 공업용으로 사용되는 고출력 레이저를 사용해도 된다. 사용하는 레이저는, 홈(23)과 결정립(26)이 안정되게 형성되면 펄스 레이저 및 연속파 레이저의 어느 것이어도 된다.
레이저 빔의 조사를 행할 때의 규소 강판(1)의 온도는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 실온 정도의 규소 강판(1)에 대하여 레이저 빔의 조사를 행할 수 있다. 레이저 빔을 주사하는 방향은 판 폭 방향인 C 방향과 일치할 필요는 없다. 그러나, 작업 효율 등의 관점 및 압연 방향으로 긴 스트립 형상으로 자구를 세분하는 점으로부터, 주사 방향과 판 폭 방향인 C 방향이 이루는 각은 45° 이내인 것이 바람직하다. 20° 이내인 것이 보다 바람직하고, 10° 이내인 것이 더욱 바람직하다.
홈(23)의 형성에 적합한 레이저 빔의 순시 파워 밀도 Ip 및 조사 에너지 밀도 Up에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 이하에 나타내는 이유에 의해, 수학식 2로 정의되는 레이저 빔의 피크 파워 밀도 즉 순시 파워 밀도 Ip가 수학식 4를 만족하고 있는 것이 바람직하고, 수학식 1로 정의되는 레이저 빔의 조사 에너지 밀도 Up이 수학식 3을 만족하고 있는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Figure pct00005
[수학식 2]
Figure pct00006
[수학식 3]
Figure pct00007
[수학식 4]
Figure pct00008
여기서, P는 레이저 빔의 평균 강도, 즉 파워(W)를 나타내고, Dl은 레이저 빔의 집광 스폿의 압연 방향의 직경(㎜)을 나타내고, Dc은 레이저 빔의 집광 스폿의 판 폭 방향의 직경(㎜)을 나타내고, Vc는 레이저 빔의 판 폭 방향의 주사 속도㎜/s를 나타낸다.
규소 강판(1)에 레이저 빔(9)이 조사되면, 조사된 부분이 용융하고, 그 일부가 비산 또는 증발한다. 그 결과, 홈(23)이 형성된다. 용융한 부분 중, 비산 또는 증발하지 않았던 부분은 그대로 잔류하여, 레이저 빔(9)의 조사 종료 후에 응고한다. 이 응고 시에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 홈의 저부로부터 규소 강판의 내부를 향해서 길게 신장되는 주상정 및/또는 레이저 비조사부에 비해 입경이 큰 결정립, 즉, 1차 재결정에 의해 얻어진 결정립(27)과는 형상이 다른 결정립(26)이 형성된다. 이 결정립(26)이 2차 재결정 시의 결정립계 성장의 기점이 된다.
상술한 순시 파워 밀도 Ip가 100kW/㎟ 미만이면, 규소 강판(1)의 용융 및 비산 또는 증발을 충분히 발생시키는 것이, 곤란해진다. 즉, 홈(23)을 형성하기 어려워진다. 한편, 순시 파워 밀도 Ip가 2000kW/㎟를 초과하면, 용융한 강의 대분분이 비산 또는 증발하여, 결정립(26)이 형성되기 어려워진다. 조사 에너지 밀도 Up이 10J/㎟를 초과하면, 규소 강판(1)의 용융하는 부분이 많아져, 규소 강판(1)이 변형되기 쉬워진다. 한편, 조사 에너지 밀도가 1J/㎟ 미만이면, 자기 특성에 개선이 보여지지 않는다. 이들의 이유에 의해, 상기의 수학식 3 및 수학식 4가 만족되어 있는 것이 바람직하다.
레이저 빔이 조사될 때, 어시스트 가스(25)가, 규소 강판(1)으로부터 비산 또는 증발한 성분을 레이저 빔(9)의 조사 경로로부터 제거하기 위해서 분사된다. 이 분사에 의해, 레이저 빔(9)이 안정되게 규소 강판(1)에 도달하기 때문에, 홈(23)이 안정되게 형성된다. 또한, 어시스트 가스(25)가 분사됨으로써, 당해 성분의 규소 강판(1)에의 재부착을 억제할 수 있다. 이들의 효과를 충분히 얻기 위해서는, 어시스트 가스(25)의 유량은, 10L(리터)/분 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 500L/분을 초과하면 효과가 포화되고, 비용도 높아진다. 그로 인해, 상한은, 500L/분으로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바람직한 조건은, 탈탄 어닐링과 마무리 어닐링 사이에 레이저 빔의 조사를 행할 경우, 및, 탈탄 어닐링 전 및 후에 레이저 빔의 조사를 행하는 경우도, 마찬가지이다.
도 1을 이용한 설명으로 돌아간다. 어닐링 분리제의 도포(5) 및 권취 후, 도 1에 나타내는 바와 같이, 강판 코일(31)을 어닐링로(6) 내로 반송하여, 강판 코일(31)의 중심축을 대락 연직 방향으로 하여 적재한다. 그 후, 뱃치 처리로 강판 코일(31)의 뱃치 어닐링, 소위 마무리 어닐링을 행한다. 이 뱃치 어닐링의 최고 도달 온도는, 예를 들어 1200℃ 정도로 하고, 보유 지지 시간은, 예를 들어 20시간 정도로 한다. 이 뱃치 어닐링 시에, 2차 재결정이 발생하는 동시에, 규소 강판(1)의 표면에 글래스 피막이 형성된다. 그 후, 어닐링로(6)로부터 강판 코일(31)을 취출한다.
상술한 형태에 의해 얻어진 글래스 피막은, 방향성 전자기 강판 표면의 홈부 이외의 Mg의 특성 X선 강도의 평균값을 1이라고 했을 경우에 있어서의 홈부의 Mg의 특성 X선 강도의 X선 강도비 Ir이 0≤Ir≤0.9의 범위 내인 것이 바람직하다. 이 범위이면, 양호한 철손 특성이 얻어진다.
상기 X선 강도비는, EPMA(Electron Probe Micro Analyser) 등을 사용하여, 측정함으로써 얻어진다.
계속해서, 강판 코일(31)을 풀면서, 어닐링로(7)에 공급하고, 어닐링로(7) 내에서 제2 연속 어닐링, 소위 평탄화 어닐링을 행한다. 이 제2 연속 어닐링 시에, 마무리 어닐링 시에 발생한 감기려는 성질(curling) 및 왜곡 변형이 제거되어, 규소 강판(1)이 평탄해진다. 어닐링 조건으로서는, 예를 들어, 700℃ 이상 900℃ 이하의 온도에서 10초 이상 120초 이하의 보유 지지로 할 수 있다. 계속해서, 규소 강판(1)의 표면으로의 코팅(8)을 행한다. 코팅(8)에서는, 전기적 절연성의 확보, 및 철손을 저감하는 장력의 작용이 가능한 것이 도포된다. 이들의 일련의 처리를 거쳐서 방향성 전자기 강판(32)이 제조된다. 코팅(8)으로 피막이 형성된 후, 예를 들어, 보관 및 반송 등의 편의를 위하여, 방향성 전자기 강판(32)을 코일 형상으로 권취한다.
상술한 방법으로 방향성 전자기 강판(32)을 제조하면, 2차 재결정 시에, 도6a 및 도 6b에 나타내는 바와 같이, 홈(23)을 따라 규소 강판(1)의 표리를 관통하는 결정립계(41)가 발생한다. 이것은, 결정립(26)이 고스 방위의 결정립에 침식되기 어렵기 때문에 2차 재결정의 종기까지 잔존하는 것과, 최종적으로는 고스 방위의 결정립에 흡수되지만, 그 때는, 홈(23)의 양측으로부터 크게 성장해 온 결정립이 서로 침식할 수 없는 것이 원인이다.
상기의 실시 형태를 따라 제조된 방향성 전자기 강판에 있어서, 도 7a에 나타내는 결정립계가 관찰되었다. 이들 결정립계에는, 홈을 따라 형성된 결정립계(41)가 포함되어 있었다. 또한, 레이저 빔의 조사를 생략한 것을 제외하고 상기의 실시 형태를 따라서 제조된 방향성 전자기 강판에 있어서, 도 7b에 나타내는 결정립계가 관찰되었다.
도 7a 및 도 7b는, 방향성 전자기 강판의 표면으로부터 글래스 피막 등을 제거하여, 지철을 노출시킨 후에, 그 표면의 산세를 행하여 촬영된 사진이다. 이들 사진에는, 2차 재결정에 의해 얻어진 결정립 및 결정립계가 드러나 있다.
상술한 방법에 의해 제조된 방향성 전자기 강판에서는, 지철의 표면에 형성되어 있는 홈(23)에 의해, 자구 세분화의 효과가 얻어진다. 또한, 홈(23)을 따라 규소 강판(1)의 표리를 관통하는 결정립계(41)에 의해서도 자구 세분화의 효과가 얻어진다. 이들의 상승 효과에 의해 철손을 보다 낮게 할 수 있다.
홈(23)은, 소정의 레이저 빔의 조사에 의해 형성되어 있기 때문에, 결정립계(41)의 형성은, 지극히 용이하다. 즉, 홈(23)의 형성 후에, 결정립계(41)의 형성을 위한 홈(23)의 위치를 기준으로 한 위치 정렬 등을 행할 필요가 없다. 따라서, 통판 속도의 현저한 저하 등이 필요없으며, 방향성 전자기 강판을 공업적으로 양산하는 것이 가능하다.
레이저 빔의 조사는 고속으로 행하는 것이 가능하고, 미소 공간에 집광하여 고에너지 밀도가 얻어진다. 따라서, 레이저 빔의 조사를 행하지 않는 경우와 비교해도 처리에 필요로 하는 시간의 증가는 적다. 즉, 레이저 빔의 조사의 유무에 관계없이, 냉연 코일을 풀면서 탈탄 어닐링 등을 행하는 처리에 있어서의 통판 속도를, 대부분 변화시킬 필요가 없다. 또한, 레이저 빔의 조사를 행하는 온도가 제한되지 않기 때문에 , 레이저 조사 장치의 단열 기구 등이 불필요하다. 따라서, 고온로 내에서의 처리가 필요해지는 경우와 비교하여, 장치의 구성을 간소한 것으로 할 수 있다.
홈(23)의 깊이는 특별히 한정되지 않지만, 1㎛ 이상 30㎛ 이하인 것이 바람직하다. 홈(23)의 깊이가 1㎛ 미만이면, 자구의 세분화가 충분하지 않는 경우가 있다. 홈(23)의 깊이가 30㎛를 초과하면, 자성 재료인 규소 강판 즉 지철의 양이 저하하여, 자속 밀도가 저하한다. 보다 바람직하게는, 10㎛ 이상, 20㎛ 이하이다. 홈(23)은, 규소 강판의 편면에만 형성되어 있어도 되고, 양면에 형성되어 있어도 된다.
홈(23)의 간격 PL은 특별히 한정되지 않지만, 2㎜ 이상 10㎜ 이하인 것이 바람직하다. 간격 PL이 2㎜ 미만이면, 홈에 의한 자속 형성의 저해가 현저해져, 트랜스로서 필요한 충분한 고자속 밀도가 형성되기 어려워진다. 한편, 간격 PL이 10㎜를 초과하면, 홈 및 입계에 의한 자기 특성 개선 효과가 크게 감소한다.
상술한 실시 형태에서는, 1개의 홈(23)을 따라 1개의 결정립계(41)가 형성되어 있다. 그러나, 예를 들어, 홈(23)의 폭이 넓고, 결정립(26)이 압연 방향의 광범위에 걸쳐서 형성되어 있는 경우에는, 2차 재결정 시에, 일부의 결정립(26)이 다른 결정립(26)보다도 비교적 조기에 성장하는 경우가 있다. 이 경우, 도 8a 및 도 8b에 나타내는 바와 같이, 홈(23)의 판 두께 방향 하방으로, 어느 정도의 폭을 갖고 홈(23)을 따른 복수의 결정립(53)이 형성된다. 결정립(53)의 압연 방향의 입경 Wcl은, 0㎜ 초과이면 되고, 예를 들어 1㎜ 이상이 되지만, 10㎜ 이하로 되기 쉽다. 입경 Wcl이 10㎜ 이하로 되기 쉬운 것은, 2차 재결정시에 최우선으로 성장하는 결정립이 고스 방위의 결정립(54)이며, 결정립(54)에 의해 성장이 방해되기 때문이다. 결정립(53)과 결정립(54) 사이에는, 홈(23)과 대략 평행한 결정립계(51)가 존재한다. 인접하는 결정립(53)의 사이에는, 결정립계(52)가 존재한다. 결정립(53)의 판 폭 방향의 입경 Wcc는, 예를 들어 10㎜ 이상이 되기 쉽다. 결정립(53)은, 판 폭 전체에 걸쳐서 폭 방향으로 하나의 결정립으로서 존재해도 되고, 그 경우에는, 결정립계(52)는 존재하지 않아도 된다. 입경에 대해서는, 예를 들어, 이하의 방법으로 측정할 수 있다. 글래스 피막을 제거하여, 산세를 행하고, 지철을 노출시킨 후에, 압연 방향으로 300㎜ 판 폭 방향으로 100㎜의 시야를 관찰하고, 육안 또는 화상 처리로 결정립의 압연 방향 및 판 두께 방향의 치수를 측정하여, 그 평균값을 얻는다.
홈(23)을 따라 연장하는 결정립(53)은 반드시 고스 방위의 결정립인 것은 아니다. 그러나, 그 크기는 한정되어 있기 때문에, 자기 특성으로의 영향은 지극히 작다.
특허 문헌 1 내지 9에는, 상기의 실시 형태와 같이, 레이저 빔의 조사에 의해 홈을 형성하고, 또한, 2차 재결정 시에 이 홈을 따라 연장하는 결정립계를 발생시키는 것은 기재되어 있지 않다. 즉, 레이저 빔을 조사하는 것이 기재되어 있어도, 그 조사의 타이밍 등이 적당한 것은 아니기 때문에, 상기의 실시 형태에서 얻어지는 효과를 얻을 수는 없다.
[실시예]
(제1 실험)
제1 실험에서는, 방향성 전자기 강용의 강재의 열간 압연, 어닐링 및 냉간 압연을 행하여, 규소 강판의 두께를 0.23㎜로 하고, 이것을 권취하여 냉연 코일로 했다. 냉연 코일은 5개 제작했다. 계속해서, 실시예 No.1, No.2, No.3에 해당하는 3개의 냉연 코일에 대해서는, 레이저 빔의 조사에 의한 홈의 형성을 행하고, 그 후에, 탈탄 어닐링을 행하여 1차 재결정을 발생시켰다. 레이저 빔의 조사는, 파이버 레이저를 사용하여 행했다. 어느 것도 파워 P는 2000W, 집광 형상은, 실시예 No.1, No.2에 대해서는, L 방향 직경 Dl이 0.05㎜, C 방향 직경 Dc가 0.4㎜이다. 실시예 No.3에 대해서는, L 방향 직경 Dl이 0.04㎜, C 방향 직경 Dc가 0.04㎜이다. 주사 속도 Vc는, 실시예 No.1과 No.3이 10m/s, 실시예 No.2가, 50m/s로 했다. 따라서, 순시 파워 밀도 Ip는 실시예 No.1, No.2가 127kW/㎟이며, 실시예 No.3이 1600kW/㎟이다. 조사 에너지 밀도 Up은, 실시예 No.1이 5.1J/㎟, 실시예 No.2가 1.0J/㎟, 실시예 No.3이 6.4J/㎟이다. 조사 피치 PL은 4㎜로 하고, 어시스트 가스로서 공기를 15L/분의 유량으로 분사했다. 이 결과, 형성된 홈의 폭은, 실시예 No.1, No.3이 약 0.06㎜ 즉 60㎛이고, 실시예 No.2가 0.05㎜ 즉 50㎛이었다. 홈의 깊이는 실시예 No.1이 약 0.02㎜ 즉 20㎛이고, 실시예 No.2가 3㎛, 실시예 No.3이 30㎛이었다. 폭의 편차는 ±5㎛ 이내, 깊이의 편차는 ±2㎛ 이내이었다.
비교예 No.1에 해당하는 다른 1개의 냉연 코일에 대해서는, 에칭에 의한 홈의 형성을 행하고, 그 후에, 탈탄 어닐링을 행하여 1차 재결정을 발생시켰다. 이 홈의 형상은, 상기의 레이저 빔의 조사에 의해 형성된 실시예 No.1의 홈의 형상과 동일한 것으로 했다. 비교예 No.2에 해당하는 나머지의 1개의 냉연 코일에 대해서는, 홈의 형성을 행하지 않고, 그 후에, 탈탄 어닐링을 행해서 1차 재결정을 발생시켰다.
실시예 No.1, 실시예 No.2, 실시예 No.3, 비교예 No.1, 비교예 No.2의 어느것에 있어서도, 탈탄 어닐링 후에, 이들 규소 강판에, 어닐링 분리제의 도포, 마무리 어닐링, 평탄화 어닐링 및 코팅을 행했다. 이와 같이 하여, 5종류의 방향성 전자기 강판을 제조했다.
이들의 방향성 전자기 강판의 조직을 관찰한 바, 실시예 No.1, 실시예 No.2, 실시예 No.3, 비교예 No.1, 비교예 No.2의 어느 것에 있어서도, 2차 재결정에 의해 형성된 2차 재결정립이 존재했다. 실시예 No.1, 실시예 No.2, 실시예 No.3에서는, 도 6a 또는 도 6b에 나타내는 결정립계(41)와 마찬가지로, 홈에 따른 결정립계가 존재했지만, 비교예 No.1 및 비교예 No.2에서는, 이러한 결정립계는 존재하지 않았다.
상기의 각 방향성 전자기 강판으로부터, 압연 방향의 길이가 300㎜, 판 폭 방향의 길이가 60㎜인 단판을 각각 30매 샘플링 하고, 단판 자기 측정법(SST:Single Sheet Test)으로 자기 특성의 평균값을 측정했다. 측정 방법은, IEC60404-3:1982에 준거해서 실시했다. 자기 특성으로서는, 자속 밀도 B8(T) 및 철손 W17 /50(W/kg)을 측정했다. 자속 밀도 B8은 자화력 800A/m에 있어서 방향성 전자기 강판에 발생하는 자속 밀도이다. 자속 밀도 B8의 값이 큰 방향성 전자기 강판일수록, 일정한 자화력으로 발생하는 자속 밀도가 크기 때문에, 소형이고 효율이 우수한 트랜스에 적합하다. 철손W17 /50은, 최대 자속 밀도가 1.7T, 주파수가 50Hz의 조건 하에서 방향성 전자기 강판을 교류 여자했을 때의 철손이다. 철손 W17 /50의 값이 작은 방향성 전자기 강판일수록, 에너지 손실이 낮아 트랜스에 적합하다. 자속 밀도 B8(T) 및 철손 W17 /50(W/kg)의 각 평균값을 하기 표 1에 나타낸다. 또한, 상기의 단판 샘플에 대해서 EMPA를 사용해서 X선 강도비 Ir의 측정을 행했다. 각 평균값을 합쳐서 하기 표 1에 나타낸다.
Figure pct00009
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 No.1, No.2, No.3에서는, 비교예 No.2와 비교하여, 홈이 형성된 분만큼 자속 밀도 B8이 낮았지만, 홈 및 이 홈을 따른 결정립계가 존재하기 때문에, 현저하게 철손이 낮았다. 실시예 No.1, No.2, No.3에서는, 비교예 No.1과 비교해도, 홈을 따른 결정립계가 존재하기 때문에, 철손이 낮았다.
(제2 실험)
제2 실험에서는, 레이저 빔의 조사 조건에 관한 검증을 행했다. 여기에서는, 하기의 4종의 조건으로 레이저 빔의 조사를 행했다.
제1 조건에서는, 연속파 파이버 레이저를 사용했다. 파워 P는 2000W, L 방향 직경 Dl은 0.05㎜, C 방향 직경 Dc는 0.4㎜, 주사 속도 Vc는 5m/s로 했다. 따라서, 순시 파워 밀도 Ip는 127kW/㎟이며, 조사 에너지 밀도 Up은 10.2J/㎟이다. 즉, 제1 실험의 조건보다도, 주사 속도를 반감시키고, 조사 에너지 밀도 Up을 2배로 했다. 따라서, 제1 조건은 수학식 3을 만족하지 않는다. 이 결과, 조사부를 기점으로 하여 강판의 휨 변형이 발생했다. 휨 각도가 3°～10°에 도달했기 때문에, 코일 형상으로 권취하는 것이 곤란했다.
제2 조건에서도, 연속파 파이버 레이저를 사용했다. 또한, 파워 P은 2000W, L 방향 직경 Dl은 0.10㎜, C 방향 직경 Dc는 0.3㎜, 주사 속도 Vc는 10m/s로 했다. 따라서, 순시 파워 밀도 Ip는 85kW/㎟이며, 조사 에너지 밀도 Up은 2.5J/㎟이다. 즉, 제1 실험의 조건보다도, L 방향 직경 Dl, C 방향계 Dc을 변화시키고, 순시 파워 밀도 Ip를 작게 했다. 제2 조건은 수학식 4를 만족하지 않는다. 이 결과, 관통하는 입계를 형성하는 것이 곤란했다.
제3 조건에서도, 연속파 파이버 레이저를 사용했다. 파워 P는 2000W, L 방향 직경 Dl은 0.03㎜, C 방향 직경 Dc는 0.03㎜, 주사 속도 Vc는 10m/s로 했다. 따라서, 순시 파워 밀도 Ip는 2800kW/㎟, 조사 에너지 밀도 Up은 8.5J/㎟이다. 즉, 제1 실험의 조건보다도, L 방향 직경 Dl을 작게 하고, 순시 파워 밀도 Ip를 크게 했다. 따라서, 제3 조건도 수학식 4를 만족하지 않는다. 이 결과, 홈을 따른 결정립계를 충분히 형성하는 것이 곤란했다.
제4 조건에서도, 연속파 파이버 레이저를 사용했다. 파워 P는 2000W, L 방향 직경 Dl은 0.05㎜, C 방향 직경 Dc는 0.4㎜, 주사 속도 Vc는 60m/s로 했다. 따라서, 순시 파워 밀도 Ip는 127kW/㎟, 조사 에너지 밀도 Up은 0.8J/㎟이다. 즉, 제1 실험의 조건보다도, 주사 속도를 크게 하고, 조사 에너지 밀도 Up을 작게 했다. 제4 조건은 수학식 3을 만족하지 않는다. 이 결과, 제4 조건은, 깊이가 1㎛이상의 홈을 형성하는 것이 곤란했다.
(제3 실험)
제3 실험에서는, 어시스트 가스의 유량을 10L/분 미만으로 한 조건 및 어시스트 가스를 공급하지 않는다고 하는 조건의 2종류의 조건으로 레이저 빔의 조사를 행했다. 이 결과, 홈의 깊이를 안정시키는 것이 곤란하고, 홈의 폭의 편차가 ±10㎛ 이상, 깊이의 편차가 ±5㎛ 이상이었다. 이로 인해, 실시예와 비교하여 자기 특성의 편차가 컸다.
본 발명의 형태에 따르면, 공업적으로 양산하는 것이 가능한 방법으로 철손이 낮은 방향성 전자기 강판을 얻을 수 있다.
1 : 규소 강판
2 : 레이저 빔 조사 장치
3, 6, 7 : 어닐링로
31 : 강판 코일
32 : 방향성 전자기 강판
9, 19 : 레이저 빔
10, 20 : 주사 장치
23 : 홈
24 : 레이저 빔 집광 스폿
25 : 어시스트 가스
26, 27, 53, 54 : 결정립
41, 51, 52 : 결정립계

Claims (5)

  1. Si를 포함하는 규소 강판을 통판 방향을 따라서 이동시키면서 냉간 압연을 행하는 냉간 압연 공정과;
    상기 규소 강판의 탈탄 및 1차 재결정을 발생시키는 제1 연속 어닐링 공정과;
    상기 규소 강판을 권취하여 강판 코일을 얻는 권취 공정과;
    상기 냉간 압연 공정으로부터 상기 권취 공정에 이르기까지의 사이에, 상기 규소 강판의 표면에 대하여, 상기 규소 강판의 판 폭 방향의 일단부 테두리로부터 타단부 테두리에 걸쳐서 레이저 빔을 상기 통판 방향에서 소정의 간격을 두고 복수회 조사하여, 상기 레이저 빔의 궤적을 따르는 홈을 형성하는 홈 형성 공정과;
    상기 강판 코일에 2차 재결정을 발생시키는 뱃치 어닐링 공정과;
    상기 강판 코일을 풀어내어 평탄화하는 제2 연속 어닐링 공정과;
    상기 규소 강판의 표면에 장력과 전기적 절연성을 부여하는 연속 코팅 공정을 갖고,
    상기 뱃치 어닐링 공정에서, 상기 홈을 따라 상기 규소 강판의 표리를 관통하는 결정립계를 발생시키고,
    상기 레이저 빔의 평균 강도를 P(W), 상기 레이저 빔의 집광 스폿의 상기 통판 방향의 집광 직경을 Dl(㎜), 상기 판 폭 방향의 집광 직경을 Dc(㎜), 상기 레이저 빔의 상기 판 폭 방향의 주사 속도를 Vc(㎜/s), 상기 레이저 빔의 조사 에너지 밀도 Up을 하기 수학식 1, 상기 레이저 빔의 순시 파워 밀도 Ip를 하기 수학식 2로 했을 때, 하기 수학식 3 및 수학식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는, 방향성 전자기 강판의 제조 방법.
    [수학식 1]
    Figure pct00010

    [수학식 2]
    Figure pct00011

    [수학식 3]
    Figure pct00012

    [수학식 4]
    Figure pct00013
  2. 제1항에 있어서, 상기 홈 형성 공정에서, 상기 규소 강판의, 상기 레이저 빔이 조사되는 부분에 10L/분 이상 500L/분 이하의 유량으로 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는, 방향성 전자기 강판의 제조 방법.
  3. 판 폭 방향의 일단부 테두리로부터 타단부 테두리에 걸쳐서 주사된 레이저 빔의 궤적으로부터 형성된 홈과,
    상기 홈을 따라 연장하여, 표리를 관통하는 결정립계를 갖는 것을 특징으로 하는, 방향성 전자기 강판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 방향성 전자기 강판의 상기 판 폭 방향에 있어서의 입경이 10㎜ 이상 판 폭 이하이고, 또한 상기 방향성 전자기 강판의 길이 방향에 있어서의 입경이 0㎜ 초과 10㎜ 이하인 결정립을 갖고, 상기 결정립이, 상기 홈으로부터 상기 방향성 전자기 강판의 이면에 걸쳐서 존재하는 것을 특징으로 하는, 방향성 전자기 강판.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 홈에 글래스 피막이 형성되고, 상기 글래스 피막의 상기 방향성 전자기 강판 표면의 상기 홈부 이외의 Mg의 특성 X선 강도의 평균값을 1로 한 경우에 있어서의 상기 홈부의 Mg의 특성 X선 강도의 X선 강도비 Ir이, 0≤Ir≤0.9의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 방향성 전자기 강판.
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