KR0140318B1 - 표면 피막특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모타, 회전기, 변압기, 안정기등에 사용되는 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 초기 제강에서 탄소량관리가 용이하도록 소강탄소량을 0.012%까지 확장조정하고, 연속소둔 공정에서의 단일처리에 의한 공정단축 효과를 도모하고, 고온소둔시 전반부에서 적정한 양의 산소를 부화시켜 소재표면의 산화물의 질과 양을 관리함으로써 자성에는 별 영향이 없으면서도 최종제품의 무기질 절연코팅처리시의 내열 밀착성을 향상시킬수 있는 표면 피막특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, Si:0.2-2.6, C:0.012%이하, Mn:0.10-0.50%, S:0.015%이하, Al:0.50%이하, P:0.10%이하및 기타불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1100-1250℃의 온도로 가열하여 열간압연을 행하고 이어 열연판을 소둔한후 최종두께로 냉간압연한 다음, 900-1100℃의 온도 범위 및 소둔 전구간 또는 전반부의 PH₂O/PH₂분압비가 0.08-0.30인 수분함유 수소및 질소의 혼합가스 분위기 조건에서, 강판 표면의 산소부화량이 120-250ppm이 되도록 마무리 연속소둔 한후 최종 절연피막코팅 처리를 행하여 표면 피막특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 그 요지로 한다.

Description

표면 피막특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 모타, 회전기, 변압기, 안정기등에 사용되는 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 1회의 마무리소둔시 고온에서 저습윤 분위기처리를 행하므로써 최종제품의 표면 피막특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무방향성전기강판은 Si함량에 따라 제품의 등급이 구분되어 진다.

Si 함량이 1%이하인 경우는 저급재로, 1-2%의 Si인 경우를 중급재로, 그리고 2%이상 초과재를 고급재로 구분하고 있다. 이와같은 구분은 Si량이 많이 첨가될수록 철손이 낮아져 자기적특성이 우수해 지기 때문이다. 이러한 자기특성의 수준에 따라 무방향성 전기강판은 대형 및 중형 회전기, 범용모타, 가전용 모타, 소형 변압기, 안정기 등의 철심재료로서의 특성에 대응해서 사용하고 있다.

무방향성 전기강판은 수요가의 요구특성에 따라 제조공정을 달리하여 제조하는데 통상 일반재의 제조공정은 Si, Mn, Al 등을 함유하는 것을 특징으로 용해하여 스라브를 만든후(재가열 및 열간압연) - (열연판 소둔) - (냉간압연) - (연속소둔) - (코팅처리) 등의 복잡한 공정을 거쳐서 제품으로 완성된다.

무방향성 제품은 Si함량의 중량에 따라 철손을 낮추는 것이 가능하여 자기적 특성의 향상은 가능해지지만 Si함량이 높아지면 냉간압연성이 급격히 나빠져 제품실수율이 낮아지고, 특히 수요가에서 가공 사용시 타발성이 나빠서 제조원가 상승의 주요인이되고 있다. 이와같은 배경으로 인해 Si 함량을 2.6%이하로 낮추면서 제조공정을 적절히 변화시켜 Si함량을 낮춤으로써 야기되는 철손특성의 저하를 개선시키고자 하는 시도들이 행해지고 있다.

이러한 시도들로부터 얻어진 하나의 결과로서, 연속소둔공정 즉 소둔전반부 탈탄소둔의 소재표면에 생성되는 내부 산화물층이 철손악화의 주요인이 됨이 확인되었다. 이와같은 내부산화물제어에 의한 자성향상 노력은 일본 특공소 48-19048, 48-19766 및 57-45452호등에서 제안한 바와같이 소둔조건 및 특수 도포제처리등에 의해 내부 산화물층 형성 억제기술이 도입되고 있다. 그러나 이러한 기술은 생산공장에서는 최종제품에서의 잔류탄소량을 자기시효에 의한 자성열화현상을 방지하기 위하여 40ppm이하로 요구하기 때문에 내부산화물 생성억제 기술은 연속소둔시의 전반부에 행하는 탈탄소둔 자체를 생략하게 되어서 결국은 소강시의 탄소함량 60-80ppm수준으로 낮추어야 함이 전제 사항이 되는 것이다.

따라서, 상기한 방법들은 초기 제강에서 탄소량 관리가 용이하지 않은 단점이 있다.

그리고, 이러한 기술은 연속소둔공정이 초기 전반부는 820-830℃부근에서의 탈탄소둔 및 Si량에 따라 다르지만 900-1100℃근방에서의 재결정 및 가공에너지 회복을 목적으로 하는 고온소둔의 두 처리공정에서 전반부 탈탄 소둔공정을 생략하는 단일소둔처리를 행하는 공정 단축 효과가 있다. 그러나 이 방법은 자성 향상에는 도움이 있었지만 최종 절연피막처리를 위해 무기질 코팅제를 도포후 제품으로 수요가에 공급된 다음 수요가에서 가공처리후 응력제거소둔을 실시하고 조립시 절연피막층이 박리되어 사용상의 문제점이 있다.

상기한 절연피막층의 박리를 방지하기 위하여 유-무기 복합코팅제를 코팅하여 내열밀착성을 개선시키는 방법의 경우에는 응력제거 열처리시 유기물질이 분해되어 절연성이 거의 다 소실되므로 열처리 필수 적용업체는 응력제거처리용인 순 무기질 코팅제 적용이 불가피한다. 따라서 이와같은 제 문제점들을 고려한다면 결국은 자성을 보다 적게 해치면서 절연피막층 형성에 유리한 적정 산화물층으로의 관리 요구가 대두되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래방법들의 제반 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 초기 제강에서 탄소량 관리가 용이하도록 소강 탄소량을 0.012%까지 확장조정하고, 연속소둔 공정에서의 단일처리에 의한 공정단축효과를 도모하고 고온소둔시 전반부에서 적정한 양의 산소를 부화시켜 소재표면의 산화물의 질과 양을 관리함으로써 자성에는 별영향이 없으면서도 최종제품의 무기질 절연 코팅처리시의 내열 밀착성을 향상시킬수 있는 표면 피막특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, Si:0.2-2.6%, C:0.012%이하, Mn:0.10-0.50%, S:0.015%이하, Al:0.50%이하, P:0.10%이하 및 기타불가피한 불순물로 조성되는 강 스라브를 1100-1250℃의 온도로 가열하여 열간압연을 행하고 이어 열연판을 소둔한후 최종두께로 냉간압연한 다음, 900-1100℃의 온도 범위 및 소둔 전구간 또는 전반부의 PH₂O/PH₂분압비가 0.08-0.30인 수분함유 수소 및 질소의 혼합가스 분위기 존건에서, 강판 표면의 산소부화량이 120-250ppm이 되도록 마무리 연속소둔 한후 최종 절연피막 처리를 행하여 피막특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 현장 조업시의 극저탄소로의 관리가 어려운 점을 감안하고 또한 본 공정 진행중에 소재표면에서 부터 소실되는 량, 마무리 고온소둔시 습윤분위기에서 탈탄되어지는 량등을 종합적으로 고려하여 최종제품에서의 탄소 목표관리량 40ppm까지를 만족하는 범위까지 초기소강탄소량의 관리범위를 확장하였다. 또한, 본 발명의 조업관리의 특징은 연속소둔공정의 전반부인 탈탄소둔 자체를 생략하고 제반처리를 고온 소둔처리 하나로 행함으로서 생산현장의 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

한편, 무방향성 제품 생산에 있어서 생산현장에서의 초기 탄소농도 하한관리 목표가 조업기술의 발전에 따라 0.004-0.007%수준까지는 가능하여 짐에 따라 자성향상 특히 철손을 낮추기 위하여 무탈탄소둔의 욕구가 대두되었고, 무탈탄처리에 따른 최종 절연코팅피막과의 밀착성 불량 문제가 새로이 대두되었으며, 특히 응력제거소둔 처리후에는 절연피막이 완전 박리되는 상태가 되어 수요가 가공시의 작업환경 악화뿐만 아니라 절연성이 극도로 악화되어 소재의 층간단락 현상등 소재의 특성을 발휘하지 못하게 된다.

조업조건에 따른 철손악화 요인중의 하나인 표면 산화물은 통산의 820-850℃에서 행하는 탈탄소둔시 소재의 탄소제거를 위해 보다 강력한 산화능을 갖는 습윤분위기에서 처리를 하게되고 이때 생성되는 산화물은 량적으로 많고 또한 소재표면으로부터 4-5㎛의 깊이까지 생성되어 자구이동을 방해하기 때문에 철손을 열화시키는 요인이 되고 있다. 그러나 본 발명에서와같이 탈탄소둔공정을 생략하고 후반부 고온소둔시에 보다 낮은 산화능하에서 소둔처리를 행하면 열역학적으로 표면에 파이얼라이트(Fe₂SiO₄)와 내부에 실리카(SiO₂)계통의 산화물층을 표면층 가까이에 얇게 형성시켜 줌으로서 철손열화현상을 보다 축소시킬 뿐만 아니라 이후 무기질 절연코팅처리시에는 표면 SiO₂계통의 내부산화물들은 절연피막제중의 인산염과의 화학적 결합력을 유지하여 응력제거열처리시의 내열 밀착성을 상대적으로 향상시키는 것이다. 이때 산화물 형성반응은 고온반응이므로 보다 빨리 진행되고, 또 현장조업에서는 불가피하게 나타나는 부분적인 로점 불안정에 야기되는 PH₂O/PH₂의 부적정으로 인해 FeO계통의 밀착성유지에 악영향을 주는 산화물이 생성되기도 하므로 이 경우 소둔의 후반부에 건조(dry, 국저 PH₂O/PH₂의 분압비)분위기중에서 환원시킴으로서 표면으로부터 제거 할 수 있다.

이하, 상기 성분 및 성분범위와 제조조건 등의 한정이유에 대하여 설명한다.

상기 Si는 무방향성 전기강판에서는 가장 중요하고 기본적인 성분으로, 소재의 비저항치를 증가시켜 자기적특성중 철심손실 즉 철손을 낮추는 역할을 하므로 높을수록 유리하지만 상대적으로 강이 취약하게 되어 냉간압연성이 나빠지므로, 상기 Si의 함량은 0.2-2.6%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 열간압연시 적열취성을 방지하기 위하여 0.1%이상이 필요하지만, 0.5%이상 첨가되면 자성을 열화시키기 때문에 0.1-0.5%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 C는 본 발명에 있어서 중심사상이 되는 부분이며, 이 성분은 자기특성상 유해한 성분이므로 적을수록 유리하다. 그러나 조업관리에서의 어려움을 고려하고 본 발명의 고온소둔시 전반부에서의 탈탄까지의 공정중 제거를 고려하여 0.012%까지로 한정하며 그 이상 함유시 자기시효현상에 의한 철손열화가 예상되어 제외한다.

상기 Al은 Si과 마찬가지로 비저항을 증가시켜 철손을 낮추며, N와 같은 불순물의 영향을 감소시켜 주므로 최대 0.5%까지 첨가될수 있지만, 그 이상 함유시 첨가량에 비해 자성향상은 적어지므로 0.5%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 P는 집합조직을 향상시켜 주는 원소이지만 취성이 강한 원소이어서 냉간압연성이 저하되므로 그 함량은 0.1%이하로 한정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기와같이 조성되는 강슬라브를 재가열하여 열간압연한 후, 열연판소둔을 행하고, 최종두께로 냉간압연한 다음, 마무리 연속소둔을 행하고 최종 절연 피막저치를 행하므로써, 표면피막특성이 우수한 무방향성 전기강판이 제조된다.

상기 열간압연, 열연판 소둔 및 냉간압연공정은 통상적인 방법에 따라 행하며, 본 발명에 바람직하게 적용될수 있는 스라브 가열온도는 1100-1250℃이다.

상기 마무리 연속소둔시 전반부에 해당되는 탈탄소둔과정을 생략하고 후반부 고온 소둔만을 행하게되는 것이 본 발명의 특징으로, 이를 위하여 소둔 온도는 900-1100℃로 제한된다.

마무리 연속 소둔온도를 900-1100℃로 제한하는 이유는 900℃이하에서는 재결정 형성이 불안정해지고 1100℃이상인 경우에는 자성에 불리한 집합조직이 형성되기 때문이다.

또한, 마무리 연속소둔시 분위기 가스는 수소와 질소의 혼합분위기이면 가능하고 특별히 조성비는 한정되지 않는다.

또한, 분위기를 저습윤 분위기로 관리하는 경우, 분위기중의 PH₂O/PH₂의 분압비는 0.08-0.30이 바람직한데, 그 이유는 0.08이하인 경우에는 산화물 형성량이 부족하게 되고, 0.30이상인 경우에는 FeO계통의 산화물이 형성되어 최종 밀착성을 해치기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 상기한 마무리 연속 소둔조건하에서 강판표면의 산소부화량이 120-250ppm으로 유지되도록 소둔처리를 행하여하는데, 그 이유는 120ppm이하에서는 밀착성이 다소 불량하고, 250ppm이상에서는 밀착성이 양호하나 자성 특성중에서 철손이 급격히 열화되기 시작하기 때문이다.

한편, 마무리 연속소둔시 분위기관리는 소둔전, 후반부 전체를 저습윤 분위기로 관리하거나 또는 전반부 저습윤 분위기, 후반부 건조분위기로 관리할 수 있다.

최종 절연 코팅조성물은 무기질 조성물을 대상으로 하며, 특별히 한정되는 것은 아니다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

중량%로, C:0.006-0.012%, Si:2.12%, Mn:0.236%, S:0.006%, Al:0.228%, P:0.013%, 잔부Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 연속주조강 스라브를 1230℃에서 가열후 열간압연을 행하여 2㎜t의 열연판을 만들고 이어 1030℃에서 열연판소둔후 냉간압연으로 0.50㎜의 최종두께로 조정하였다. 마무리연속소둔은 1000℃의 온도, 1회의 소둔, 20% 수소함유 질소분위기, 로점(Dew Point)를 변화시켜 P_H2O/P_H2의 비를 0.25로, 2.5분간 소둔후 소재의 잔류탄소량을 측정하여 하기표 1에 나타내었다.

상기 표1에 나타난 바와같이, 초기 C의 농도가 0.006-0.012%인 발명재(1-3)의 경우에는 최종 잔류c의 함량이 0.0038% 이하임을 알수 있는데, 이는 최종제품에서 자기시효현상때문에 자체관리하고 있는 0.0040%이하(40ppm수준)를 만족하는 것이다.

반면에, 초기 C의 농도가 0.015%인 비교재(a)의 경우에는 최종 잔류C의 함량이 0.0049%로서 잔류 허용농도(400ppm 이하)를 만족하지 못하고 있음을 알수 있다.

[실시예 2]

중량%로, Si:1.27%, C:0.005%, Mn:0.236%, S:0.006%, Al:0.228%, P:0.013%, 잔부 Fe및 기타 불가피하게 혼입되는 성분을 포함하는 무방향성 전기강판의 연주스라브를 1180℃에서 가열후 열간압연을 행하여 2㎜t의 열연판을 만들고 이어 910℃에서 열연판 소둔후 냉간압연으로 0.50㎜의 최종두께로 조정하고 950℃의 온도에서 1회의 마무리소둔을 거쳐 최종 절연피막 처리를 행하여 무방향성 전기강판을 제조하였다. 상기 마무리 연속소둔시 20% 수소함유 질소분위기에서 로내 전, 후반부의 로점(Dew Point)를 변화시켜 P/P의 분압비를 0.005-0.030까지 변화시켜 소둔처리를 하였으며, 또한, 최종절연피막 처리시에는 인산알미늄을 주성분으로 콜로이달실리카 가포함된 순무기질 코팅제를 도포하고 750℃에서 건조하였다.

상기와같이 마무리 연속소둔후의 소재표면의 총산소부화량, 자기적 특성 및 표면피막특성을 조사하고, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

상기 자기적특성 및 표면 피막특성은 750℃에서 1.5시간 응력제거소둔을 행한후 평가하였는데, 자기적 특성은 B50에서의 자속밀도를 Tesla로, 50㎐, 1.5Tesla에서의 철심의 손실인 철손값을 W/㎏으로 나타냈으며, 제품의 표면품질중 가장 문제가 되고 있는 밀착성을 시편을 40㎜ø의 원통형 치구에서 굴곡시 굴곡부위는 피막박리여부를 조사하여 나타내었다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, P/P의 비가 0.08의 경우 전반부만에 습윤분위기 처리시나 전후반부의 전체가 습윤분위기 처리시 공히 자성은 양호하였지만 밀착성이 불량하여 피막의 박리현상이 나타나고, 표면산소량도 102ppm이하로 낮게 나타남을 알수 있다.(비교재b)

그러나, P/P의 비가 0.12-0.29인 경우는 전반부만이 습윤분위기처리나 전후반부 전체의 습윤분위기 처리시 공히 철심손실은 3.1-3.4W/㎏수준으로 열화정도가 비교적 적었고, 이때의 밀착성은 40㎜ø에서 양호한 상태를 내고 있음을 알수 있다(발명재(4-6)). 이것은 소재표면에 적정량의 산화물이 형성되어 응력제거 처리후에도 양호한 밀착성을 유지하고 있음을 알수 있다. 그러나 P/P의 비가 0.38 및 0.47로서 본발명의 범위를 넘은 경우(비교재 c, d)는 철심손실이 급격히 열화되고, 산소부화량이 많아도 주로 FeO계통의 산화물로 구성되어 코팅층과의 밀착성향상에 도움이 되지 않았다.

[실시예 3]

상기 실시예2 조성의 무방향성전기강판의 연주스라브를 1230℃에서 가열후 열간압연을 행하여 2.0㎜t의 열연판을 만들었다. 이어 910℃에서 열연판소둔후 냉간압연으로 0.50㎜두께의 최종두께로 조정하고 950℃의 온도에서 1회의 마무리소둔을 거쳐 최종 절연피막처리를 행하여 무방향성 전기강판을 제조하였다.

상기 마무리연속소둔시에는 20% 수소함유 질소분위기에서 로내 전반부는 로점(Dew Point)를 변화시켜 P/P의 분압비를 0.25-0.26로 조정하고 후반부는 건조(dry)분위기에서 처리함을 기준으로 하여 전, 후반부의 습윤과 건조구간과의 길이조정 및 라인속도를 조정하여 소재표면의 산소부화량을 변화시키면서 소둔처리를 행하였다.

또한, 상기 최종 절연피막처리에서는 소재표면에 인산알미늄을 주성분으로 콜로이달실리카가 포함된 무기질 절연코팅제를 도포하여 750℃에서 건조하였다. 이때 마무리소둔후의 소재표면의 산소부화량에 따른 최종제품의 자기적특성 중 50㎐, 1.5Tesla에서의 철심의 손실인 철손값을 W/㎏으로 하기표3에 나타냈고, 또한, 제품의 표면품질중 가장 문제가 되고 있는 밀착성을 40㎜ø에서 측정하여 박리상태를 하기표 3에 나타내었다.

상기 표 3에 나타난 바와같이, 소재표면의 산소부화량이 120ppm보다 적은 경우(비교재 e, f)는 응력제거 소둔시 소재와의 부착성이 나빠서 피막이 박리됨을 알수 있는데, 이것은 수요가에서의 가공사용상 문제가 된다. 그리고 산소부화량이 과잉인 310ppm의 경우(비교재g)는 밀착성은 양호하지만 철손이 급격히 증가하여 자기적 특성이 열화됨을 알수 있다.

반면에, 본 발명에 부합되는 표면 산소량을 갖는 발명재(7-9)의 경우에는 철손 및 밀착성 모두 우수함을 알수 있다.

Claims (2)

1. 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, Si:0.2-2.6%, C:0.012%이하, Mn:0.10-0.50%, S:0.015%이하, Al:0.50%이하, P:0.10%이하 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 스라브를 1100-1250℃의 온도로 가열하여 열간압연을 행하고 이어 열연판을 소둔한후 최종두께로 냉간압연한 다음, 900-1100℃의 온도 범위 및 PH₂O/PH₂분압비가 0.08-0.30인 수분함유 수소 및 질소의 혼합가스 분위기 조건에서, 강판 표면의 산소부화량이 120-250ppm이 되도록 마무리 연속소둔 한후 최종 절연피막 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 표면 피막특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 마무리 연속소둔시 소둔 전반부의 분위기는 PH2O/PH2분압비가 0.08-0.30인 수분함유 수소 및 질소의 혼합가스 분위기이고, 소둔후반부의 분위기는 수분을 함유하지 않은 건조한 수소 및 질소의 혼합가스 분위기인 것을 특징으로 하는 표면 피막특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.