KR102394513B1

KR102394513B1 - 복층형 전기 강판

Info

Publication number: KR102394513B1
Application number: KR1020207019447A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 자이젠; 요시히코 오다; 다츠히코 히라타니
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2022-05-04
Anticipated expiration: 2038-12-10
Also published as: EP3725907A1; MX2020006108A; EP3725907A4; KR20200092392A; EP3725907B1; JPWO2019117096A1; JP6519725B1

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 표층부와 내층부의 Si 함유량의 차 : ΔSi 가 0.5 ∼ 4.0 질량％ 이고, 상기 표층부와 내층부의 Al 함유량의 차의 절대치 : ΔAl 이 0.05 질량％ 이하이고, 상기 복층형 전기 강판의 판 두께 : t 에 대한 상기 표층부의 두께 : t₁ 의 비율 (t₁/t) 이 0.10 ∼ 0.70 이고, 자계의 강도 : 1000 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁₀ 이 1.3 T 이상이고, 상기 B₁₀ 에 대한, 자계의 강도 : 100 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁ 의 비 (B₁/B₁₀) 가 0.45 이상이고, 또한 주파수 : 1 ㎑, 최대 자속 밀도 : 1.0 T 에 있어서의 철손 : W_10/1k (W/㎏) 와, 상기 판 두께 : t (㎜) 가, 하기 (1) 식을 만족시키는, 복층형 전기 강판.
W_10/1k ≤ 15 ＋ 140 × t … (1)

Description

복층형 전기 강판{MULTILAYER ELECTRICAL STEEL SHEET}

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

하이브리드 전기 자동차용이나 청소기용의 모터는, 소형화, 고효율화의 관점에서, 400 ㎐ ∼ 2 ㎑ 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 저감시키기 위해서는 고유 저항의 증대가 효과적이다. 그 때문에, Si 량을 증가시키는 것에 의해 고유 저항을 증가시킨 고 Si 강의 개발이 실시되어 왔다. 그러나, Si 는 비자성 원소이기 때문에, Si 량의 증가에 수반하여 포화 자화가 저하된다는 문제가 있었다.

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

일본 공개특허공보 평11-293422호

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

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

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 방법에 대해 예의 검토한 결과, 고주파 철손을 저감시키기 위해서는, 강판 표층부와 내층부에 있어서의 Si 농도차를 적절히 제어함과 함께, P, Sn, 및 Sb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 첨가하는 것이 중요한 것을 알아냈다. 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,

Si : 2.5 ∼ 6.0 ％, 그리고

P : 0.01 ∼ 0.1 ％, Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％, 및 Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 함유하고,

잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,

상기 내층부가, 질량％ 로,

Si : 1.5 ∼ 5.0 ％, 그리고

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 ∼ 4.0 질량％ 이고,

상기 표층부에 불가피적 불순물로서 함유되는 Al 의 함유량 : [Al]₁ 과 상기 내층부에 불가피적 불순물로서 함유되는 Al 의 함유량 : [Al]₀ 의 차의 절대치 (｜[Al]₁ ― [Al]₀｜) 로서 정의되는 ΔAl 이 0.05 질량％ 이하이고,

상기 복층형 전기 강판의 판 두께 : t 에 대한 상기 표층부의 합계 두께 : t₁ 의 비율 (t₁/t) 이 0.10 ∼ 0.70 이고,

자계의 강도 : 1000 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁₀ 이 1.3 T 이상이고,

상기 B₁₀ 에 대한, 자계의 강도 : 100 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁ 의 비 (B₁/B₁₀) 가 0.45 이상이고, 또한

주파수 : 1 ㎑, 최대 자속 밀도 : 1.0 T 에 있어서의 철손 : W_10/1k (W/㎏) 와, 상기 판 두께 : t (㎜) 가, 하기 (1) 식을 만족시키는, 복층형 전기 강판.

W_10/1k ≤ 15 ＋ 140 × t … (1)

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

Mo : 0.001 ∼ 0.1 ％ 를 함유하는, 상기 1 에 기재된 복층형 전기 강판.

본 발명에 의하면, 저고주파 철손과 고자속 밀도를 양립시킨 복층형 전기 강판을 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 복층형 전기 강판의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 복층형 전기 강판의 판 두께 방향에 있어서의, Si 함유량 프로파일의 예를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 표층부와 내층부에 있어서의 Si 함유량의 차 (ΔSi) 와 전체 철손 (W_10/1k) 의 상관을 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 표층부와 내층부에 있어서의 Si 함유량의 차 (ΔSi) 와 자속 밀도비 (B₁/B₁₀) 의 상관을 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 복층형 전기 강판의 판 두께 : t 에 대한 상기 표층부의 합계 두께 : t₁ 의 비로서 정의되는 복층비와 전체 철손 (W_10/1k) 의 상관을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 실시하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명은, 본 발명의 바람직한 실시형태의 예를 나타내는 것으로서, 본 발명은 이것에 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 판 두께 방향에 있어서의, Si 함유량 프로파일의 예를 나타내는 모식도이다. 도 2 에 있어서의 세로축은 판 두께 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 판 두께 방향에 있어서, 연속적으로 변화해도 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 만족시킨다.

여기서, 강판의 전체 판 두께에 있어서의 Si 함유량의 평균치보다 Si 함유량이 많은 부분을 「표층부」, 상기 평균치보다 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, 통상적으로, 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 동일한 것으로 하면 되지만, 양자가 상이해도 된다. 또, 여기서 표층부에 있어서의 원소의 함유량이란, 1 개의 표층부에 있어서의 당해 원소의 평균 함유량을 가리키는 것으로 한다.

Si : 2.5 ∼ 6.0 ％

Si 는, 강판의 전기 저항을 높여, 와전류손을 저감시키는 작용을 갖는 원소이다. 표층부의 Si 함유량 ([Si]₁) 이 2.5 ％ 미만이면, 효과적으로 와전류손을 저감시킬 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. 그 때문에, 표층부의 Si 함유량은 6.0 ％ 이하, 바람직하게는 5.5 ％ 미만, 보다 바람직하게는 5.0 ％ 이하로 한다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 표층부에 있어서의 Si 함유량이 2.5 ∼ 6.0 ％ 라는 것은, 제 1 표층부에 있어서의 평균 Si 함유량이 2.5 ∼ 6.0 ％ 이고, 또한 제 2 표층부에 있어서의 평균 Si 함유량이 2.5 ∼ 6.0 ％ 인 것을 의미한다. 제 1 표층부에 있어서의 평균 Si 함유량과 제 2 표층부에 있어서의 평균 Si 함유량은 동일해도 되고, 상이해도 된다. 다른 원소에 대해서도 동일한 정의가 적용된다.

상기 표층부의 성분 조성은, 추가로 P : 0.01 ∼ 0.1 ％, Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％, 및 Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 함유한다.

P : 0.01 ∼ 0.1 ％

P 를 첨가함으로써, 집합 조직이 크게 개선되어, 자속 밀도가 향상됨과 함께 히스테리시스손을 저하시킬 수 있다. P 를 첨가하는 경우, 상기 효과를 얻기 위해서 P 함유량을 0.01 ％ 이상으로 한다. 한편, P 함유량이 0.1 ％ 를 초과하면 효과가 포화되는 것에 더하여, 제조성의 저하 및 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, P 함유량은 0.1 ％ 이하로 한다.

Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％

P 와 동일하게, Sn 을 첨가함으로써, 집합 조직이 크게 개선되어, 자속 밀도가 향상됨과 함께 히스테리시스손을 저하시킬 수 있다. Sn 을 첨가하는 경우, 상기 효과를 얻기 위해서 Sn 함유량을 0.001 ％ 이상으로 한다. 한편, Sn 함유량이 0.1 ％ 를 초과하면 효과가 포화되는 것에 더하여, 제조성의 저하 및 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, Sn 함유량은 0.1 ％ 이하로 한다.

Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％

P 및 Sn 과 동일하게, Sb 를 첨가함으로써, 집합 조직이 크게 개선되어, 자속 밀도가 향상됨과 함께 히스테리시스손을 저하시킬 수 있다. Sb 를 첨가하는 경우, 상기 효과를 얻기 위해서 Sb 함유량을 0.001 ％ 이상으로 한다. 한편, Sb 함유량이 0.1 ％ 를 초과하면 효과가 포화되는 것에 더하여, 제조성의 저하 및 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, Sb 함유량은 0.1 ％ 이하로 한다.

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

또한, 상기 불가피적 불순물로서 복층형 전기 강판에 함유될 수 있는 원소의 예로는, Al 을 들 수 있다. Al 함유량을 0.1 ％ 이하로 억제하면, 자속 밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 그 때문에, Al 함유량은 0.1 ％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 그 밖의 실시형태에 있어서는, 상기 표층부의 성분 조성이, 추가로 Mo 를, 이하의 양으로 함유할 수 있다.

Mo : 0.001 ∼ 0.1 ％

Mo 는, 강판 표층의 산화를 억제함으로써 철손을 더욱 저감시키는 효과를 갖는 원소이다. Mo 를 첨가하는 경우, 상기 효과를 얻기 위해서, Mo 함유량을 0.001 ％ 이상으로 한다. 한편, Mo 함유량이 0.1 ％ 를 초과하면, 탄화물을 형성하여, 철손이 증가한다. 그 때문에, Mo 함유량은 0.1 ％ 이하로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서의 상기 표층부는, 질량％ 로,

Si : 2.5 ∼ 6.0 ％ 와,

P : 0.01 ∼ 0.1 ％, Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％, 및 Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상과,

임의로, Mo : 0.001 ∼ 0.1 ％ 를 함유하고,

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

또, 본 발명의 그 밖의 실시형태에 있어서의 상기 표층부는, 질량％ 로,

Si : 2.5 ∼ 6.0 ％ 와,

임의로, Mo : 0.001 ∼ 0.1 ％ 와,

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.

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 타발시에 코어가 균열되는 것과 같은 문제가 발생한다. 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.

상기 내층부의 성분 조성은, 추가로 P : 0.01 ∼ 0.1 ％, Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％, 및 Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 함유한다.

P : 0.01 ∼ 0.1 ％

Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％

Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％

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

또, 본 발명의 그 밖의 실시형태에 있어서는, 상기 내층부의 성분 조성이, 추가로 Mo 를, 이하의 양으로 함유할 수 있다.

Mo : 0.001 ∼ 0.1 ％

Mo 는, 상기 서술한 바와 같이, 강판 표층의 산화를 억제함으로써 철손을 더욱 저감시키는 효과를 갖는 원소이다. 산화 방지를 위해서는 강판의 표층부에 Mo 가 존재하면 되지만, 내층부에 Mo 를 첨가해도 된다. 예를 들어, 후술하는 침규 처리에 의해 복층형 전기 강판을 제조하는 경우, 표층부에 Mo 를 첨가하기 위해서는, 강판 전체에 Mo 를 첨가하면 되고, 따라서, 그 경우, 내층부에도 Mo 가 존재한다. 또, 침규 처리 이외의 방법으로 제조하는 경우에도, 내층부에 Mo 를 첨가해도 된다. 제조상의 관점에서, 내층부에 Mo 를 첨가하는 경우, 내층부의 Mo 함유량을 표층부의 Mo 함유량과 동일하게, 0.001 ％ 이상으로 한다. 한편, Mo 함유량이 0.1 ％ 를 초과하면, 탄화물을 형성하여, 철손이 증가한다. 그 때문에, Mo 함유량은 0.1 ％ 이하로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서의 상기 내층부는, 질량％ 로,

Si : 1.5 ∼ 5.0 ％ 와,

임의로, Mo : 0.001 ∼ 0.1 ％ 를 함유하고,

또, 본 발명의 그 밖의 실시형태에 있어서의 상기 내층부는, 질량％ 로,

Si : 1.5 ∼ 5.0 ％ 와,

임의로, Mo : 0.001 ∼ 0.1 ％ 와,

[Si 함유량의 차]

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

먼저, 복층형 전기 강판의 판 두께 (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 용제하여 잉곳으로 하였다. 내층부의 Si 함유량 [Si]₀ 은 2.0 ％ 로 하고, 표층부의 Si 함유량 [Si]₁ 은 2.1 ％ ∼ 6.5 ％ 의 범위에서 변화시켰다. 또한, 표층부와 내층부 중 어느 것에 대해서도, Al 함유량을 0.001 ％, Sn 함유량을 0.04 ％ 로 하였다. 표층부 및 내층부 중 어느 성분 조성도, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 하였다. 또, 표층부의 성분 조성은, 양면 모두 동일하게 하였다.

상기 열간 압연 후, 950 ℃ × 30 s 의 열연판 어닐링을 실시하고, 이어서, 냉간 압연에 의해 판 두께를 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 평균치를 평가하였다.

도 3 에, 표층부와 내층부에 있어서의 Si 함유량의 차 ([Si]₁ ― [Si]₀) 로서 정의되는 ΔSi (질량％) 와, 1.0 T, 1 ㎑ 에 있어서의 전체 철손 : W_10/1k(W/㎏) 의 상관을 나타낸다. 또, 도 4 에, ΔSi 와, 자속 밀도비의 상관을 나타낸다. 여기서, 상기 「자속 밀도비」란, 자계의 강도 : 1000 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁₀ 에 대한, 자계의 강도 : 100 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁ 의 비 (B₁/B₁₀) 를 가리키는 것으로 한다.

도 3 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, ΔSi 가 0.5 질량％ 이상, 4.0 질량％ 이하이면, 철손을 낮게 억제할 수 있다. 또, 도 4 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, ΔSi 가 4.0 질량％ 를 초과하면, 자속 밀도비가 급격하게 저하된다. 이것은, 다음과 같은 이유에 의한 것으로 생각된다. 즉, 표층부의 Si 량이 내층부에 비해 높은 경우, 표층부의 투자율이 내층부보다 높아진다. 그 결과, 자속이 표층부에 집중되어, 와전류손이 저하된다. 그러나, ΔSi 가 과도하게 크면, 그것에 수반하여 표층부와 내층부의 격자 정수 (定數) 의 차 및 자왜의 차가 커진다. 그 결과, 강판을 자화했을 때에 가해지는 응력이 증대되기 때문에, 히스테리시스손이 증가하여, 저중 자장역에 있어서의 자속 밀도는 저하된다.

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 ∼ 4.0 질량％ 로 한다.

[Al 함유량의 차]

표층부와 내층부의 자왜는 Si 량의 영향을 강하게 받지만, 집합 조직의 영향도 받는다. 예를 들어, 표층부와 내층부의 불순물량이 상이하면, 마무리 어닐링시의 집합 조직 형성이 크게 상이해지기 때문에, 표층부와 내층부의 자왜차가 커진다. 특히 Al 은 집합 조직 형성에 크게 영향을 주는 원소이다. 그 때문에, 표층부에 불가피적 불순물로서 함유되는 Al 의 함유량 : [Al]₁ 과 내층부에 불가피적 불순물로서 함유되는 Al 의 함유량 : [Al]₀ 의 차의 절대치 (｜[Al]₁ ― [Al]₀｜) 로서 정의되는 ΔAl 을 0.05 질량％ 이하로 한다. 한편, ΔAl 의 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 0 이어도 된다.

[복층비]

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

먼저, 표층부용의 강과 내층부용의 강을, 복층비가 0.02 ∼ 0.80 이 되도록 첩합하고, 열간 압연하였다. 상기 표층용의 강과 내층부용의 강은, 모두 원하는 성분 조성이 되도록 용제하여 잉곳으로 하였다. 표층부의 Si 함유량 [Si]₀ 은 4.5 ％, 내층부의 Si 함유량 [Si]₁ 은 2.0 ％ 로 하였다. 또, 표층부 및 내층부 중 어느 것에 있어서도, P 함유량 : 0.05 ％, Sn 함유량 : 0.05 ％, Sb 함유량, 불가피적 불순물로서 함유되는 Al 의 함유량 : 0.001 ％ 로 하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 하였다. 또, 표층부의 성분 조성은, 양면 모두 동일하게 하였다.

상기 열간 압연 후, 950 ℃ × 30 s 의 열연판 어닐링을 실시하고, 이어서, 냉간 압연에 의해 판 두께를 0.10 ㎜ 로 하였다. 그 후, 1000 ℃ × 30 s 의 마무리 어닐링을 실시하여, 복층형 전기 강판을 얻었다.

도 5 에, 복층비 (t₁/t) 와 전체 철손 (W_10/1k) 의 상관을 나타낸다. 이 결과로부터, 복층비가 0.10 ∼ 0.70 인 경우에 철손이 크게 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 이 철손의 저하는, 이하의 이유에 의한 것으로 생각된다. 먼저, 복층비가 0.10 미만인 경우, 고저항인 표층부의 비율이 낮기 때문에, 표층부에 집중되는 와전류를 효과적으로 저감시킬 수 없다. 한편, 복층비가 0.70 을 초과하는 경우에는 표층부와 내층부의 투자율차가 작아지기 때문에, 내층부까지 자속이 침투하여, 내층부로부터도 와전류손이 발생한다. 따라서, 복층비를 0.10 ∼ 0.70 으로 함으로써 철손을 저감시킬 수 있다. 이상의 이유로부터, 본원 발명에서는 복층비 (t₁/t) 를 0.10 ∼ 0.70 으로 한다.

[판 두께]

또한, 상기 복층형 전기 강판의 판 두께 : t 는 특별히 한정되지 않고, 임의의 값으로 할 수 있다. 그러나, 복층형 전기 강판이 지나치게 얇으면, 그 복층형 전기 강판의 제조에 있어서의 냉간 압연, 어닐링이 곤란해져, 비용 상승이 문제가 되는 경우가 있다. 그 때문에, 제조 비용 삭감의 관점에서는, t 를 0.03 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, t 를 0.3 ㎜ 이하로 하면, 와전류손을 더욱 저감시키고, 그 결과, 전체 철손을 더욱 저하시킬 수 있다. 그 때문에, t 는 0.3 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[자속 밀도]

B₁₀ : 1.3 T 이상

본 발명의 복층형 전기 강판은, 높은 자속 밀도를 구비하고 있고, 구체적으로는, 자계의 강도 : 1000 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁₀ 이 1.3 T 이상이다. 전기 강판의 고자속 밀도화는, 그 전기 강판을 사용하여 제조되는 모터의 토크 향상에 유효하다. 또, 자속 밀도가 높으면, 적은 전류로 동일한 토크를 얻을 수 있기 때문에, 그 결과, 동손 (銅損) 을 저감시킬 수 있다.

B₁/B₁₀ : 0.45 이상

상기 B₁₀ 에 대한, 자계의 강도 : 100 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁ 의 비 (B₁/B₁₀) 를 0.45 이상으로 한다. B₁/B₁₀ 을 높게 함으로써, 소형 모터에서 사용되는 설계 자속 밀도 영역에 있어서의 자화 곡선의 상승을 양호하게 할 수 있다. 이것으로부터, 소정의 토크를 얻기 위해서 필요한 모터 전류가 적어지기 때문에, 동손을 저감시켜, 모터 효율을 개선할 수 있다.

[철손]

본 발명에 있어서는, 주파수 : 1 ㎑, 최대 자속 밀도 : 1.0 T 에 있어서의 철손 (전체 철손) : W_10/1k (W/㎏) 과, 상기 판 두께 : t (㎜) 가, 하기 (1) 식을 만족시킬 필요가 있다.

W_10/1k ≤ 15 ＋ 140 × t … (1)

상기 (1) 식의 관계를 만족시키지 않는 경우, 스테이터 코어의 발열이 매우 커져, 모터 효율이 현저하게 저하되어 버리기 때문이다. 또한, 철손은 판 두께에 의존하기 때문에, 상기 (1) 식에서는 판 두께의 영향을 고려하여 철손의 상한치를 규정하였다.

전기 강판에서는, 통상적으로, 자속 밀도를 높게 하면 철손이 증대해 버리기 때문에, 일반적인 모터 코어는 자속 밀도가 1.0 T 정도가 되도록 설계된다. 이에 반해, 본 발명의 복층형 전기 강판은, 상기 서술한 바와 같이 강판의 표층부와 내층부의 성분 조성 및 복층비를 제어함으로써, 상반되는 성질인 고자속 밀도와 저철손을 양립시키고 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, 상기 서술한 성분 조성을 갖는 표층부용의 강 슬래브와 내층부용의 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 대해 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 내부로 확산시키는 방법을 이용할 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 위해서, 이하에 서술하는 순서로 복층형 전기 강판을 제조하고, 그 자기 특성을 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 실시하는 것에 의해 조정하였다. 또한, 상기 성분 조성은, 최종적으로 얻어지는 복층형 전기 강판에 있어서도 유지되어 있다.

이어서, 적층된 상기 강 슬래브를 1130 ℃ 에서 1 hr 가열한 후, 열간 압연을 실시하여 판 두께 2.0 ㎜ 까지의 열연 강판으로 하였다. 상기 열간 압연에 있어서의 열연 마무리 온도는 800 ℃ 로 하였다. 상기 열연 강판을 권취 온도 : 610 ℃ 에서 권취하고, 이어서, 940 ℃ × 30 s 의 열연판 어닐링을 실시하였다. 그 후, 산세 및 냉간 압연을 실시하고, 표 1 에 나타낸 마무리 어닐링 온도에서 어닐링을 실시하여 복층형 전기 강판을 얻었다. 최종적으로 얻어진 복층형 전기 강판의 판 두께 : t 와, 상기 t 에 대한 상기 표층부의 두께 : t₁ 의 비율 (복층비) 은 표 2 에 나타내는 바와 같이 하였다.

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

또, No.33 의 복층형 전기 강판은 침규법에 의해 제조하였다. 구체적으로는, Si 함유량 : 2.0 ％, 판 두께 0.2 ㎜ 의 냉연 강판에 대해, 1200 ℃ 에서 침규 처리를 실시하였다. 강판의 전체 판 두께에 있어서의 Si 함유량의 평균치를 산출하고, 상기 평균치보다 Si 농도가 높은 부분을 표층부, 낮은 부분을 내층부로 하였다. 표층부의 Si 함유량은, 상기 표층부에 있어서의 Si 량의 평균치이다. 또, 표층부와 내층부의 자왜로는, Si 함유량이 상기 Si 함유량의 평균치와 동일하고, 또한 다른 성분 조성이 동일한 강판의 자왜를 기재하고 있다.

(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 ㎑ 에 있어서의 철손 : W_10/1k (W/㎏), 자계의 강도 : 1000 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁₀, 및 자계의 강도 : 100 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁ 을 측정하였다. 측정 결과는, 표 2 에 나타낸 바와 같았다.

표 1 및 표 2 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족시키는 발명예의 복층형 전기 강판은, 고주파 철손이 낮고, 또한 자속 밀도가 높다는, 우수한 특성을 가지고 있다. 그 때문에, 본 발명의 복층형 전기 강판은, 고주파로 구동되는 하이브리드 전기 자동차, 전기 자동차, 청소기, 고속 발전기, 에어컨 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 복층형 전기 강판은, Si 함유량이 상이한 강재가 클래드된 강판이고,
상기 표층부가, 질량％ 로,
Si : 2.5 ∼ 6.0 ％, 그리고
P : 0.01 ∼ 0.1 ％, Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％, 및 Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
상기 내층부가, 질량％ 로,
Si : 1.5 ∼ 5.0 ％, 그리고
P : 0.01 ∼ 0.1 ％, Sn : 0.001 ∼ 0.1 ％, 및 Sb : 0.001 ∼ 0.1 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 함유하고,
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 ∼ 4.0 질량％ 이고,
상기 표층부에 불가피적 불순물로서 함유되는 Al 의 함유량 : [Al]₁ 과 상기 내층부에 불가피적 불순물로서 함유되는 Al 의 함유량 : [Al]₀ 의 차의 절대치 (｜[Al]₁ ― [Al]₀｜) 로서 정의되는 ΔAl 이 0.05 질량％ 이하이고,
상기 복층형 전기 강판의 판 두께 : t 에 대한 상기 표층부의 합계 두께 : t₁ 의 비율 (t₁/t) 이 0.10 ∼ 0.70 이고,
자계의 강도 : 1000 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁₀ 이 1.3 T 이상이고,
상기 B₁₀ 에 대한, 자계의 강도 : 100 A/m 에 있어서의 자속 밀도 : B₁ 의 비 (B₁/B₁₀) 가 0.45 이상이고, 또한
주파수 : 1 ㎑, 최대 자속 밀도 : 1.0 T 에 있어서의 철손 : W_10/1k (W/㎏) 와, 상기 판 두께 : t (㎜) 가, 하기 (1) 식을 만족시키는, 복층형 전기 강판.
W_10/1k ≤ 15 ＋ 140 × t … (1)
제 1 항에 있어서,
상기 표층부의 성분 조성과 상기 내층부의 성분 조성 중 어느 일방 또는 양방이, 추가로, 질량％ 로,
Mo : 0.001 ∼ 0.1 ％ 를 함유하는, 복층형 전기 강판.