KR0146796B1 - 고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형변압기나 회전기의 철심재료로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 규소강 슬라브의 성분 및 재가열온도를 적절히 제어하여 철심재료의 결정립 크기를 제어하므로서 고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.040% 이하, Si:2-7%, Al:0.2-1.5%, Mn:0.1-1.0%, Sb:0.005-0.25%, S:0.01% 이하, N:0.01% 이하, O:0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 규소강 슬라브를 1000-1200℃의 온도범위에서 재가열한 후, 열간압연, 영연판 소둔, 최종 두께까지 1회 또는 2회 냉간압연하고 최종소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공함을 그 요지로 한다.

Description

고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 소형변압기나 회전기의 철심재료로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고주파 영역에서의 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 뛰어난 자기특성을 가지고 있으므로 소형변압기나 회전기의 철심재료로 널리 사용되어 왔다. 최근 에너지 절약의 차원에서 변압기, 회전기 등 전기기기는 고효율화, 소형화되는 추세에 있고 이러한 목적으로 고주파 영역에서 사용되는 경향이 증가하고 있으며, 이에 따라 철심재료인 전기강판에 있어서도 고주파 영역에서의 뛰어난 자기특성이 요구되고 있는 실정이다.

무방향성 전기강판의 철손은 이력손실과 와전류손실로 이루어지며, 철손은 또한 철심재료의 결정립크기와 집합조직의 발달정도에 따라 변한다. 일반적으로 결정립 크기가 증가하면 이력손실은 감소하는 반면 와전류손실은 증가하게 되고, 집합조직의 경우, (100), (110)면은 자기특성에 유리한 반면(111), (211)면은 자기특성에 불리하고 이러한 집합조직은 주로 이력손실에 영향을 미친다.

철손 중에서 이력손실과 와전류손실이 차지하는 비중은 주파수에 따라 변한다.

50㎐, 60㎐의 통상 주파수에는 이력손실의 비중이 더 크므로 주로 이력손실을 제어하여 철손을 감소시켜 왔다. 그러나 주파수가 높아질수록 와전류 손실이 차지하는 비중이 점점 더 커지게 되어 400㎐ 이상의 주파수에서는 철손이 주로 와전류 손실에 의하여 결정되므로 와전류 손실을 감소시켜 철손을 제어하는 것이 바람직하다. 따라서 철손을 감소시키는 방법도 철심재료의 사용주파수에 따라 달라져야 한다는 사실을 알 수 있다.

즉, 50㎐, 60㎐의 통상주파수에서는 철심재료의 결정립 크기가 커짐에 따라 철손이 감소하지만 400㎐ 이상의 주파수에서는 결정립 크기가 커짐에 따라 철손도 증가하게 된다. 그러므로 고주파 자기특성을 가장 효과적으로 향상시키기 위해서는 결정립 크기를 작게 하여 와전류 손실을 감소시킴과 동시에 집합조직을 자기특성에 유리하게 발달시켜 이력손실을 감소시켜야 한다.

이에까지는 고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하기 위한 방법으로 Si 함량을 4wt% 이상 첨가시켜 주로 비저항을 증가시키는 방법으로 와전류 손실을 감소시켜 왔으며, 그중 대표적인 것으로 일본 공개특허 공보(소)63-60225, 및 일본공개특허공보 (소)63-93823이 있다.

상기 일본 공개특허 공보 (소)63-60225 및 63-93823은 규소강 슬라브의 압연조건과 소둔조건을 제어하여 고주파 자기특성이 뛰어난 Si 함량 4-7wt%인 고규소강판을 제조하는 것에 관한 것이다.

반면에, 동일한 슬라브 두께와 동일한 Si 함량, 동일한 제조공정에서 규소강 슬라브에 다른 합금원소를 첨가하고 슬라브 재가열온도를 제어하여 결정립 크기를 조절하므로서 무방향성 전기강판의 고주파 자기특성을 향상시킨 방법은 없었다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래 방법과는 다른 방법으로 고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하기 위하여 연구와 실험을 행한 결과, 슬라브 재가열온도가 결정립계 편석원소인 Sb이 최종소둔판의 결정립 성장을 억제하는데 가장 큰 영향을 미치는 변수라는 사실을 확인하고 이에 착안하여 본 발명을 제안하게 된 것이다.

본 발명은 규소강 슬라브의 성분 및 재가열온도를 적절히 제어하여 철심재료의 결정립 크기를 제어하므로서, 고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명은 설명한다.

본 발명은 중량%로, C:0.040% 이하, Si:2-7%, Al:0.2-1.5%, Mn:0.1-1.0%, Sb:0.005-0.25%, S:0.01% 이하, N:0.01% 이하, O:0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 규소강 슬라브를 1000-1200℃의 온도범위에서 재가열한 후, 열간압연, 열연판 소둔, 최종 두께까지 1회 또는 2회 냉간압연하고, 800-1100℃ 온도범위에서 30초-10분간 최종소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 규소강 슬라브를 중량%로, C:0.040% 이하, Si:2-7%, Al:0.2-1.5%, Mn:0.1-1.0%, Sb:0.005-0.25%, S:0.01% 이하, N:0.01% 이하, O:0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되도록 함이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

C는 0.04% 이상 함유되어 있으면 탈탄불량이 생겨 최종제품의 자기특성을 열화시키므로 0.04% 이하로 한다.

Si는 비저항 증가로 인한 철손감소를 위하여 2% 이상이 요구되나 7% 이상이 되면 냉간압연성이 나빠지고 자기특성이 오히려 열화되므로 2-7% 범위가 바람직하다.

Al은 Si과 같이 철손감소를 위하여 0.2% 이상 첨가하는 것이 필요하나 1.5% 이상이 되면 냉간압연성이 나빠질 뿐만 아니라 자기특성의 향상정도가 작으므로 0.2-1.5% 범위로 하는 것이 바람직하다.

Mn은 0.1% 이하이면 열간가공성이 나쁘고 1.0%를 넘으면 최종 소둔시 표면산화층을 형성하여 자기특성을 열화시키므로 0.1-1.0% 범위로 한다.

S, N, O는 함유량이 많으면 개재물을 형성하여 자구의 이동을 방해하므로 최대 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Sb는 소둔시 결정립계에서 우선적으로 핵형성되는 자기특성에 불리한 면인 (111),(211)면의 발달을 억제하는 반면 자기특성에 유리한 (110),(100) 면의 발달을 조장하므로 집합조직을 자기특성에 유리하게 개선시켜 철손중 이력손실을 감소시킨다. 또한 Sb는 소둔시 냉간압연된 변형조직으로부터의 결정립 성장속도를 늦추고, 결정립계에 편석하여 결정립 성장을 억제하는 효과도 있다. 그러나 Sb는 0.005% 이상 되어야 이러한 효과를 발휘할 수 있으며 0.25% 이상이 되면 이러한 효과가 포화될 뿐만 아니라 냉간압연성이 나빠지고 제조원가도 상승되므로 Sb는 그 함량을 0.005-0.25% 범위로 제한함이 바람직하다.

본 발명에서는 상기와 같이 규소강 슬라브를 조성한 다음, 열간압연전 1000-1200℃의 온도범위로 재가열함이 바람직한데, 그 이유는 재가열온도가 1000℃보다 낮으면 열간압연할 때 과도한 부하가 걸려 압연이 어렵고, 1200℃보다 높으면 결정립계에 편석하는 Sb의 양이 적어져 최종 소둔시 결정립 성장을 억제하는 작용이 발휘되지 못하기 때문이다.

이어 통상의 방법으로 열간압연, 열연판 소둔, 최종두께까지 1회 또는 중간수둔을 포함한 2회 냉간압연하고 최종 소둔하여 본 발명의 고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조한다.

이때, 열연판 소둔과 중간소둔은 800℃ 이상의 온도에서 행하면 된다. 그리고 최종 소둔시 소둔 분위기는 소강탄소가 0.01%를 넘으면 습윤분위기를, 소강탄소가 0.01% 이하이면 비산화성 건조분위기를 사용하면 되고, 소둔온도 및 시간은 800-1100℃ 온도범위에서 30초-10분간 행하면 되는데 그 이유는 소둔온도가 800℃ 미만이거나 소둔시간이 30초 보다 짧으면 집합조직이 자기적 특성에 불리하게 되고, 소둔온도가 1100℃보다 높거나 소둔시간이 10분보다 길면 결정립 성장을 억제하는 Sb의 효과가 감소될 뿐만 아니라 집합조직도 자기적 특성에 불리하게 발달되기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

중량%로 C:0.0033%, Si:3.08%, Al:0.21%, Mn:0.28%, S:0.0047%, N:0.0018%, O:0.0042%, 그리고 Sb을 0%, 0.009%, 0.022%, 0.11%, 0.31% 함유하며, 나머지 Fe로 이루어지는 5종류의 규소강 슬라브를 1100℃에서 재가열하여 두께 2.0mm로 열간압연하고 980℃에서 2분간 소둔후 산세하여 스케일을 제거하였다. 이 열연판을 1.0mm로 냉간압연하고 950℃에서 3분 중간소둔한 후 0.50mm로 냉간압연하였다. 냉간압연판을 925℃에서 5분간 최종소둔한 후 내경 33mm, 외경 45mm인 링상으로 제작하여 자기특성을 측정한 결과를 하기표 1에 나타내었다.

상기 표1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 Sb 함량범위를 만족하는 발명재(a-c)는 Sb이 첨가되지 않은 비교재(1)에 비하여 결정립 크기가 작고 자속밀도가 높으며, 철손도 작아진다는 사실을 알 수 있다. 또한, Sb 함량이 0.31%로 본 발명의 범위를 벗어난 비교재(2)의 경우는 냉간압연할 때 판파단이 발생하여 냉간압연판의 제조가 불가능함을 알 수 있다.

[실시예 2]

중량%로 C:0.0021%, Si:3.45%, Al:0.28%, Mn:0.19%, S:0.0035%, N:0.0022%, O:0.0028%, 그리고 Sb을 각각 0%, 0.009% 함유하며, 나머지 Fe로 이루어지는 규소강 슬라브의 재가열온도를 1050℃, 1150℃, 1250℃ 3종류로 하여 재가열시킨 후 두께 2.0mm로 열간압연하고 980℃에서 2분간 소둔후 산세하여 스케일을 제거하였다. 이 열연판을 최종두께 0.35mm로 냉간압연하여 900℃에서 5분간 최종소둔하였다. 최종소둔판을 내경 33mm, 외경 45mm인 링상으로 제작하여 자기특성을 측정한 결과를 하기표 2에 나타내었다.

상기 표2에 나타난 바와 같이, Sb는 0.009% 함유되어 있어도 슬라브 재가열온도가 본 발명의 범위를 벗어난 1250℃인 비교재(4)는 재가열온도 및 Sb 함량 모두 본 발명의 범위를 벗어나는 비교재(3)에 비하여 결정립 크기나 철손의 차이가 거의 없다. 그러나 슬라브 재가열온도가 1150℃, 1050℃인 경우, Sb이 0.009% 함유된 발명재(d)와 발명재(e)는 각각 Sb가 함유되지 않은 비교재(5)와 비교재(6)에 비해 결정립 크기가 작고 자속밀도가 높으며, 철손도 낮음을 알 수 있다. 또한, 발명재(d)와 발명재(e)는 비교재(4)에 비해서도 철손이 낮다는 사실을 알 수 있다.

[실시예 3]

중량%로 C:0.0025%, Si:4.72%, Al:0.27%, Mn:0.28%, S:0.0022%, N:0.0016%, O:0.0041%, 그리고 Sb을 각각 0%, 0.13% 함유하며, 나머지 Fe로 이루어지는 규소강 슬라브를 1100℃로 재가열하여 두께 2.0mm로 열간압연하여 950℃에서 2분간 소둔후 산세하여 스케일을 제거하였다. 판온 200℃ 상태에서 0.20mm 두께까지 압연하고 900℃에서 3분간 최종 소둔하였다. 이 소둔판을 내경 33mm, 외경 45mm인 링상으로 제작하여 자기특성을 측정하고, 그 결과를 하기표 3에 나타내었다.

상기 표3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 Sb 함량 범위를 만족하는 발명재(f)는 본 발명의 Sb 함량 범위를 만족하지 못하는 비교재(7)에 비하여 자기특성이 우수하다는 사실을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 규소강 슬라브의 성분 및 슬라브 재가열온도를 적절히 제어하여 고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공함으로서 전기기기의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 기기의 크기도 소형화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량%로, C:0.0040% 이하, Si:2-7%, Al:0.2-1.5%, Mn:0.1-1.0%, Sb:0.005-0.25%, S:0.01% 이하, N:0.01% 이하, O:0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 규소강 슬라브를 1000-1200℃의 온도범위에서 재가열한 후, 열간압연, 열연판 소둔, 최종 두께까지 1회 또는 2회 냉간압연하고, 800-1100℃ 온도범위에서 30초-10분간 최종소둔하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고주파 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.