KR20080081982A - 자기 특성 및 점적율이 우수한 비정질 합금 박대 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비정질 합금 박대 표면의 미끄러짐성을 특정의 범위로 규정함으로써 자기 특성과 점적율을 개선한 비정질 합금 박대를 제공하는 것으로, 단롤법으로 제조된 비정질 합금 박대이며, 박대 표면의 미끄러짐성이 아래의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자기 특성 및 점적율이 우수한 비정질 합금 박대이다.

0.1 ≤ F=P/M ≤ 1.0.

이 때, F는 미끄러짐 마찰 계수, P는 3장을 포갠 강판에 상부로부터 하중을 부여하였을 때에 중간부의 강판을 인출하는 힘, M은 강판 상부로부터 가한 힘(5 ㎏)이다.

Description

자기 특성 및 점적율이 우수한 비정질 합금 박대{AMORPHOUS ALLOY THIN BAND EXCELLENT IN MAGNETIC CHARACTERISTICS AND SPACE FACTOR}

본 발명은 전력용 트랜스, 고주파용 트랜스 등의 철심에 사용되는 자기 특성 및 점적율이 우수한 비정질 합금 박대에 관한 것이다.

비정질 합금 박대를 전력용 트랜스, 고주파용 트랜스 등의 철심 소재로서 사용하는 기술적 과제로서는 규소 강판을 사용하는 경우와 비교하여, 트랜스 제조시의 재료 사용량, 예를 들면 철심, 구리선의 사용량이 많아져서, 제조 비용이 올라가는 것을 들 수 있다. 이것은 비정질 합금 박대 대부분이 포화 자화력이 작아서, 트랜스에서의 설계 자속 밀도를 낮게 하지 않을 수 없고, 그 결과 철심 단면이 커지기 때문이다.

이 비정질 합금 박대는 회전하는 냉각 롤 표면에 용융 금속을 장방형 오리피스로부터 분출시켜 급냉 응고시키는 단롤법에 의하여 제조되는 것이 가장 일반적이다. 상기 단롤법에 따른 비정질 합금 박대에 의한 제조 방법에서 중요한 것은 판 두께의 균일성과 함께 표면 성상이다. 표면 성상의 우열은 단판에서의 비정질 합금 박대의 자기 특성뿐만 아니라, 특히 전력용 트랜스 등의 코어와 같이 비정질 박대를 적층하여 사용하는 경우, 코어의 특성도 좌우하고, 이 표면 성상이 열화된 경 우, 점적율의 저하에 의한 코어의 대형화나 자기 특성의 열화에 의한 철손, 소음의 증대 등으로 연결된다. 이때 상기 비정질 합금 박대의 표면 성상에 대하여 여러 가지 제안이 이루어져 왔다.

예를 들면, 일본 공개특허공보 평6-7902호에는 롤 비접촉면의 표면 조도를 Rz로 1.5㎛ 이하로 한 비정질 금속 리본이, 또한, 일본 공개특허공보 2000-328206호에는 롤면의 에어 포켓 폭을 35㎛ 이하, 길이 150㎛ 이하, 평균 조도를 Ra로 0.5㎛ 이하로 하여 연자성 특성을 개선한 연자성 합금 박대가 제안되어 있다. 또한, 일본 공개 특허 공보 2000-54089호에서는 Fe-Si-B계 비정질 합금 박대의 롤면측 표면의 에어 포켓이 차지하는 면적율을 20% 이하로 하여 철손 특성을 개선한 Fe기 비정질 합금이, 또한 일본 공개특허공보 평9-143640호 공보에서는 탄산 가스 40 vol% 이상을 포함하는 분위기 내에서 주조하고, 또한 롤과의 접촉면의 중심선 평균 조도 Ra를 0.7㎛ 이하로 한 전력 트랜스 철심용 Fe-Si-B-C계의 광폭 비정질 합금 박대가, 그리고 일본 공개특허공보 평9-268354호 공보에서는 저B 함유 Fe-Si-B계 비정질 합금으로, 판 두께 15㎛ 내지 25㎛, 표면 조도 Ra를 0.8㎛ 이하로 하여 자기 특성이 우수한 저B 비정질 합금이 제안되어 있다.

그러나, 이들 특허 문헌에서 제안된 기술은 모두 자기 특성 향상의 지침으로서 비정질 합금 박대의 표면 조도 또는 에어 포켓의 형상 등, 즉 비정질 합금 박대의 국부적인 물리적 특성의 관점에 주목하여 이루어진 것으로, 전력용 트랜스 등의 코어와 같이 적층하여 사용하는 경우에 있어서의 자기 특성, 점적율, 가공성 등을 좌우하는 박대 표면의 미끄러짐성과의 관점에서 정리한 것은 아니다.

본 발명은 비정질 합금 박대 표면의 미끄러짐성을 특정의 범위로 규정함으로써 자기 특성과 점적율을 개선한 비정질 합금 박대를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 단롤법으로 제조된 비정질 합금 박대로서, 박대 표면의 미끄러짐성이 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자기 특성 및 점적율이 우수한 비정질 합금 박대이다.

0.1 ≤ F=P/M ≤ 1.0

이 때, F는 미끄러짐 마찰 계수, P는 3장을 포갠 강판에 상부로부터 하중을 부여하였을 때에 중간부의 강판을 인출하는 힘, M은 강판 상부로부터의 가한 힘(5 ㎏)이다.

도 1은 본 발명에 있어서의 미끄러짐 마찰 계수의 측정 장치의 개략 구성도이다.

도 2는 철손과 미끄러짐 마찰 계수의 관계를 나타내는 도면이다.

도 3은 자속밀도와 미끄러짐 마찰 계수의 관계를 나타내는 도면이다.

도 4는 점적율과 미끄러짐 마찰 계수의 관계를 나타내는 도면이다.

비정질 합금 박대의 미끄러짐성을 제어하는 데에는 다음과 같은 방법이 있다.

1) 냉각 롤 마무리 조도를 조정한다. (이것은 미리 연마지의 조도와 연마 후 의 롤 표면 조도의 관계를 구하고, 주조 전의 냉각 롤을 연마에 의하여 소망하는 조도로 조정한다.)

2) 주조 중에 온라인으로 냉각 롤 연마를 실시하여 조도를 조정한다.

3) 주조 노즐과 냉각 롤간의 간극을 조정하여 비정질 합금 박대로 할 수 있는 에어 포켓(단롤법으로 비정질 합금 박대를 제조하는 경우에 용융 합금이 냉각 롤로 냉각되는 면에 발생하는 공기에 의한 미세한 오목부)의 수, 크기를 조정한다 (극대화하면 미끄러짐성은 악화된다).

4) 주조 노즐로부터의 용강의 분출 압력을 조정한다(분출 압력을 극소화하면 미끄러짐성은 악화된다).

5) 냉각 롤의 주속을 조정한다(냉각 롤의 주속을 극소화하면 미끄러짐성은 악화된다).

상기 미끄러짐성을 판정하려면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 정반 위에 표면 연마를 실시한 80mm×100mm의 끼움판(1, 2)(통상의 강판)의 사이에 60mm×60mm의 주조된 비정질 합금 박대 샘플(3)을 사이에 끼우고, 끼움판(1) 위에 5㎏의 추(4)에 의한 하중(M)을 부가하고, 상기 샘플을 끼움판(1, 2) 사이로부터 인출한다. 이 인출시에, 인출력(P)을 용수철 저울(5)로 측정하고, 미끄러짐 마찰 계수(F)를 구하는 방법이다.

본 발명자들은 비정질 박대가 연속하여 주조될 수 있는 비정질 박대를 조사하고, 표면 성상을 미끄러짐성의 관점에서 평가한 미끄러짐 마찰 계수(F)와 자기 특성 및 점적율과의 관계를 밝혀내었다.

도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 자기 특성이 양호한 경우, 이 미끄러짐 마찰 계수(F)는 1에 가깝고(도 2에는 50Hz, 1.3T 여자시의 철손(W13/50)과 미끄러짐 마찰 계수의 관계를 나타내고, 도 3에는 자장 800A/m 하에 있어서의 자속 밀도(B8)와 미끄러짐 마찰 계수의 관계를 나타낸다), 자기 특성이 열화함에 따라 미끄러짐 마찰 계수(F)도 작아지지만, 더 열화하면 반대로 F가 커진다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 점적율도 자기 특성과 마찬가지로 점적율이 양호한 경우 이 미끄러짐 마찰 계수(F)는 1에 가까워지고, 점적율이 저하함에 따라 미끄러짐 마찰 계수(F)도 작아지지만, 더 저하되면 반대로 F가 커지는 경향을 나타낸다.

본 발명자들이 변압기 용도 등에 적용할 때에 필요한 자기 특성을 검토한 결과, 철손은 W13/50 ≤ 0.2W/㎏, 바람직하게는 W13/50 ≤ 0.15W/㎏, 자속 밀도는 B8 ≥ 1.5 T, 바람직하게는 B8 ≥ 1.52T, 또한 점적율 ≥ 80%를 만족할 필요가 있고, 이 특성을 만족하는 비정질 박대를 양호한 비정질 박대를 기준으로 하였다.

이 박대 특성을 만족하는 미끄러짐 마찰 계수(F)의 범위로서, 본 발명자들은 상기 조사에 의하여 0.1 ≤ F ≤ 1.0이고, 더 바람직하게는, 0.1 ≤ F ≤ 0.8인 것을 밝혀내었다.

전술한 자기 특성 및 점적율을 만족하는 미끄러짐성(미끄러짐 마찰 계수)을 실현하기 위한 조건은 과거의 주조 데이터 등을 정리하여 결정하여 두고, 주조 전에 설정하여 두는 것이 좋다. 즉, 주조된 후에 박대의 미끄러짐 마찰 계수를 본 발명에서 규정하는 조건으로 측정하고, 목적으로 하는 값을 얻을 수 없는 경우에는 주조 노즐과 냉각 롤과의 간극, 주조 온도, 주조 속도, 분위기, 분출 압력 등의 조 건의 어느 하나, 또는 조합하여 설정 조건을 변경하면 좋다.

예를 들면, 제조 전에 800번 이상의 연마지로 냉각 롤의 표면 조도를 Ra값으로 0.2㎛로 마무리한 후, 주조 노즐과 냉각 롤간과의 간극을 200㎛로 설정하고, 1320℃의 용강을 대기 분위기 중에서 0.024MPa의 분출 압력으로 노즐로부터 주조 속도 25m/s로 회전하고 있는 냉각 롤에 분출시킴으로써 미끄러짐 마찰 계수를 상기 값으로 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 본 실시예의 조건은 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 하나의 조건예이며, 본 발명은 이 하나의 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 여러 가지 조건을 채용할 수 있다.

원자%로, Fe: 80.5%, B: 15.2%, Si: 3.1%, C: 1.1%, 잔부가 불가피한 불순물로 이루어지는 철계 합금을 용융하여 롤 직경 φ1198mm, 폭 250mm, 두께 19mm의 내부 수냉 방식 구리 합금으로 만든 냉각 롤에 170mm×0.85mm의 장방형 슬릿을 부여한 세라믹 노즐을 통해 용강을 분출하여 폭 170mm의 비정질 박대를 주조하였다. 주조는 대기 분위기 중에서 실시하고, 용강 온도를 1320℃, 주조 속도를 25m/s, 용강의 분출 압력을 0.024MPa로 하고, 비정질 박대 주조 전의 냉각 롤 마무리 조도 Ra값 및 노즐과 냉각 롤의 간극을 변화시켜, 얻은 비정질 박대의 미끄러짐 마찰 계수를 본 발명에서 규정한 조건으로 측정하였다. 또한, 상기 비정질 박대의 자기 특성 및 점적율은 미끄러짐 마찰 계수를 측정한 부분의 인근 부분을 측정하였다. 자기 특성은 단판 자기 측정 장치를 사용하여 박대를 360℃로 1 시간, 질소 분위기 중에 서 자장 소둔 후, 50Hz, 1.3T 여자시의 철손(W13/50), 자장 800A/m 하에 있어서 자속 밀도(B8)를 측정하였다. 또한, 점적율은 판 폭 0.17m의 박대를 0.12m 길이에 20장 절단하고, 중량 W(㎏)를 측정한 후, 상하 좌우를 동일한 방향으로 하여 단부를 가지런히 하여 포개고, 폭 방향으로 10mm 간격으로 마이크로 미터로 두께를 측정하여, 측정한 두께의 최대값 T(m) 및 박대의 밀도 D(㎏/㎤)로부터 다음 식으로 구하였다.

점적율(%) = W/(0.17×0.12×T×D).

그 결과를 표 1에 나타낸다.

본 발명예의 No. 1 내지 No. 8에서는 미끄러짐 마찰 계수가 본 발명에서 규정한 범위 내에 있고, 철손, 자속 밀도, 점적율은 모두 기준값을 만족하고 있으며, 양호한 특성을 나타내고 있는 것으로 인정된다.

한편, 비교예의 No. 9 내지 No. 12에서는 본 발명에서 규정한 미끄러짐 마찰 계수의 범위를 만족하지 않은 예이지만, 철손, 자속 밀도, 점적율 모두에 있어서 기준값을 만족하고 있지 않았다.

본 발명에 의하면, 단판에서의 비정질 합금 박대의 자기 특성, 점적율뿐만 아니라, 전력용 트랜스 등의 코어와 같이 비정질 박대를 적층하여 사용하는 경우의 자기 특성의 열화나 점적율의 저하를 방지할 수 있고, 코어의 대형화나 철손, 소음 등을 방지할 수 있으며, 비정질 합금 박대의 제조 수율 향상뿐만 아니라, 코어 등의 적층하여 사용하는 용도에 있어서도 품질의 편차를 감소시킨다. 또한, 비정질 합금 박대의 표면 성상을 미끄러짐 마찰 계수(F)를 구하는 간단한 수단으로 평가하는 것이 가능하게 된다.

Claims (1)

1. 단롤법으로 제조된 비정질 합금 박대로서, 박대 표면의 미끄러짐성이 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자기 특성 및 점적율이 우수한 비정질 합금 박대.

   0.1 ≤ F=P/M ≤ 1.0

   이 때, F는 미끄러짐 마찰 계수, P는 3장 포갠 강판에 상부로부터 하중을 부여하였을 때에 중간부의 강판을 인출하는 힘, M은 강판 상부로부터의 가한 힘(5 ㎏)이다.

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