KR100192841B1 - 자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 중량%로, C:0.015% 이하, Si:1.5-3.5%, Mn:0.5% 이하, P:0.1% 이하, S:0.01% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-0.7%, Ni:0.05-0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 자성이 우수한 무방향성 전기 강판을 제공하며, 또한, 본 발명은, 중량%로, C:0.015% 이하, Si:1.5-3.5%, Mn:0.5% 이하, P:0.1% 이하, S:0.01% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-0.7%, Ni:0.05-0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1250℃ 이하로 가열하는 단계와; 가열된 슬라브를 열간 압연시 사상 압연의 마무리 압연 온도가 800℃ 이상의 페라이트 상에서 열간 압연하는 단계와; 800℃ 이하의 온도에서 권취하는 단계와; 900-1100℃의 온도에서 열연 강판을 연속 소둔하는 단계와; 산세, 냉간 압연하는 단계, 및 900-1050℃에서 고온 소둔하는 단계를 포함하는 자성이 우수한 무방향성 전기 강판의 제조 방법을 제공한다.

Description

자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법
본 발명은 각종 모터, 소형 변압기등 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 대한 것보다, 보다 상세하게는 철손이 낮고 자속 밀도가 높은 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 대한 것이다.
일반적으로 무방향성 전기 강판은 각종 전기기기의 철심 소재로 사용되며, 전기 에너지의 60% 이상이 각종 모터 등의 회전기에 의해 소모되며, 전기 강판은 모터 에너지 손실중 25% 이상을 차지하고 있다. 이러한 무방향성 전기 강판은 소재 내 첨가되는 Si 원소의 량에 따라 구분되기도 하는 데, Si량이 1.5% 이하로 함유되면 저급재, 1.5% 이상 함유되면 고급재로 크게 구분할 수 있다. Si 함유량이 증가되면 비저항이 증가되어 손실중 와류 손실이 감소되기 때문이다.
무방향성 전기 강판의 자기적 특성중 철손은 철심 Kg당 전기 손실 와트(Watt)로 나타내며, 그 값이 작을수록 우수하다. 자속 밀도는 전기를 걸어서 발생되는 자기장의 크기에 따라 유도된 자속의 양으로 테슬라(Tesla)로 나타내며, 그 값은 클수록 유리하다. 이러한 자기적 특성을 향상시키는 방법은 강의 성분을 변경하거나 압연 및 소둔 공정에서 적절하게 제어하는 방법등이 있으며, 소재내 자성에 유리한 (100)와 (110)면과 같은 집합 조직을 압연 판면에 발달시키거나 결정립을 크게 성장시킴으로써 가능하다. 이와 같은 제조 방법은 철손중 이력 손실을 저감하는 방법이며, Si 등 성분이 결정되면 와류 손실은 고정되고 이력 손실을 저감함으로써 철손을 낮출 수 있다.
무방향성 전기 강판은 그 제조 공정에 따라 크게 세미 프로세스와 폴리 프로세스로 구분할 수 있다. 폴리 프로세스는 열연판을 산세후 냉간 압연하고 최종 소둔한 후, 수요가가 가공하는 공정이며, 세미 프로세스는 열연판을 산세후 냉간 압연하고 중간 소둔후 통상 15% 이하의 압하율로 스킨패스 압연한후 수요자가 가공 및 열처리하는 공정이다. 스킨패스 압연은 공정이 하나 늘어날 뿐만 아니라 수요자가 가공후 반드시 열처리하여야 하는 단점이 있다.
일본 공개 특허 소 63-317627호에는 소량의 합금 원소와 다량의 Mn을 첨가하여 열간 압연시 오스테나이트 상에서 압연하여 자성을 향상시키고 있으나 열연판을 장시간 상소둔하게 되며, 또한 결저립을 크게 성장시키기 위해서 냉연판의 소둔후 경압연인 스킨패스 압연후 출하하는 세미 프로세스로 제조하고 있어서 Si 함유량이 높은 중고급강에서는 소재의 경도가 높아서 스킨패스압연이 어려운 단점이 있다. 일본 공개 특허 소 64-142050호도 다량의 Mn을 첨가하고 스킨패스 압연을 실시하는 세미 프로세스로 제조하고 있어서 Si 함유량이 낮은 소재에만 적용되고 있다.
본 발명은 상기 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, Si 함량이 1.5% 이상인 무방향성 전기 강판의 성분계를 적절히 선정하고 폴리 프로세스에 의해 철손이 낮고 자속 밀도가 높은 자성이 우수한 무방향성 전기강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 철손이 낮고 자속 밀도가 높은 자성이 우수한 무방향성 전기 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자성이 우수한 무방향성 전기 강판은, 중량%로, C:0.015% 이하, Si:1.5-3.5%, Mn:0.5% 이하, P:0.1% 이하, S:0.01% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-0.7%, Ni:0.05-0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 구성이다.
또한, 본 발명의 자성이 우수한 무방향성 전기 강판의 제조 방법은, 중량%로, C:0.015% 이하, Si:1.5-3.5%, Mn:0.5% 이하, P:0.1% 이하, S:0.01% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-0.7%, Ni:0.05-0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1250℃이하로 가열하는 단계와; 가열된 슬라브를 열간 압연시 사상, 압연의 마무리 압연 온도가 800℃ 이상의 페라이트 상에서 열간 압연하는 단계와; 800℃ 이하의 온도에서 권취하는 단계와; 900-1100℃의 온도에서 열연 강판을 연속 소둔하는 단계와; 산세, 냉간 압연하는 단계, 및 900-1050℃에서 고온 소둔하는 단계를 포함하는 구성이다.
Cr은 탄화물을 형성하여 자성을 저하시키는 것으로 알려져 있으나, 본 발명에서 C를 0.015% 이하로 하고, 결정립계 편석 원소인 Sn을 첨가하고 집합 조직 개선 원소인 Ni을 첨가하여 슬라브 가열 온도를 1250℃ 이하로 한 후 열간 압연시 페라이트 상[Phase]에서 압연한 결과 결정립 성장이 가능하여 자성이 향상되었다.
이하에서는 본 발명의 자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 양호한 실시예와 관련하여 구체적으로 설명한다.
우선, 본 발명의 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 성분 원소들의 수치한정의 이유에 대해 설명한다.
C는 자기 시효를 일으켜 사용중에 자성을 저하시키므로 슬라브[Slab]에서는 0.015% 이하로 하며, 최종 제품에서는 0.003% 이하가 함유되도록 필요시 냉연강판에서 탈탄 소둔할 수 있다.
Si는 비저항을 증가시키는 주요 원소로서 최저 1.5% 이상 첨가하는데, 냉간 압연성을 고려하여 최대 3.5%까지 첨가한다.
Mn은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추지만 S와 결합하여 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 결정립을 미세화하기 때문에 억제할 필요가 있으며 본 발명에서는 0.5% 이하로 한정한다.
P는 자성에 유리한 집합 조직을 형성하나 냉간 압연성을 저하시키므로 최대 0.1%까지 첨가한다.
S는 미세한 유화물을 석출시켜 결정립을 미세화시켜서 자기 특성에 악영향을 미치므로 가능한 낮게 함유되는 것이 유리하며, 본 발명에서는 0.01% 이하로 한다.
Al은 비저항을 증가시켜 철손을 저감하며 N의 영향을 감소시키므로 최대 1.0%까지 첨가한다.
N은 침입형 원소로서 집합 조직의 발달을 저해하므로 가능한 함유량이 적은 것이 바람직하며 본 발명에서는 0.007% 이하로 한다.
Sn은 결정립계에서 편석하여 결정립의 형상을 제어한다. 그리고, 자성에 불리한 (222)면의 집합 조직 형성을 억제시켜 자성을 향상시킨다. 0.03% 이하로 하면 그 효과가 적고 0.3% 이상이 되면 냉간 압연성이 저하되므로 0.03-0.3% 범위에서 첨가한다.
Cr은 내식성을 증가시키며 질화물을 형성하며 Sn과 함께 첨가시 자성을 향상시키는 것으로 조사되었다. 최소 0.05% 이상 첨가하여야 그 효과가 있으며 첨가량에 비하여 자성 향상 정도를 고려하여 최대 0.7%까지 첨가하여 0.05-0.7%로 한다.
Ni는 집합 조작을 향상시키므로 첨가하며 특히 Sn, Cr을 복합 첨가함으로써 각각의 원소의 특성보다 오히려 우수한 특성을 얻을 수 있다. 그 첨가량은 최소 0.05%이상 첨가하여야 그 효과가 있으며, 효과의 상한선인 0.5% 이하로 첨가하여 0.05-0.5%로 한다.
이하 본 발명의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
상기와 같은 조성의 강슬라브는 전로, 전기로 등에서 용강으로 제조하여 슬라브로 응고시키며 열간 압연 전에 가열로에 장입하여 1250℃ 이하로 가열한다. 이 이상의 온도로 가열되면 석출물이 재용해되어 열간 압연후에 미세한 석출물이 다량 발생되어 자성이 저하될 수 있다.
가열된 슬라브는 사상 압연되며, 이때 마무리 압연시 800℃ 이상의 페라이트 상[Phase]에서 열간 압연한다. 적어도 800℃ 이상의 온도에서 압연이 가능하며, 또한, 페라이트 상에서 열간 압연함으로써 열연판 내에 재결정율이 적어 잔류응력이 많이 잔류되며 따라서 후공정의 열연판 소둔시 결정립이 크게 성장된다.
열간 압연후에 권취하는데, 800℃ 이하에서 실시하여 열연판 내의 잔류 응력을 유지하며, 석출물을 적정 크기로 유지할 수 있다.
권취 냉각된 열연판은 900℃ 이상 1100℃ 이하의 온도에서 연속 소둔한다. 900℃ 이하의 온도에서는 소둔 효과가 적기 때문이며, 110℃ 이상의 온도에서는 열연판에 표면흠이 발생되기 때문이다. 소둔 시간은 10분 이하로 하여 생산성을 향상시킨다.
이어서 소둔한 열연판을 산세후 냉간 압연한다. 이러한 산세 및 냉간 압연은 종래와 동일한 조건으로 실시한다.
냉간 압연판은 재결정에 의한 결정립 성장이 충분하고 자성에 유리한 집합 조직이 발달되도록 900℃ 이상 1050℃ 이하에서 고온 소둔을 실시하는데, 900℃ 이하에서는 결정립 성장이 미흡하며, 1050℃ 이상에서는 표면 산화층이 심하게 발생되고 표면흠도 심하기 때문이다. 소둔 시간은 미려한 표면 품질을 확보할 수 있도록 5분 이하로 한다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 강의 일반적인 성분계에 Sn, Cr 및 Ni을 첨가하고 그 제조 조건을 성분에 맞게 설정함으로써 결정립이 크며, 자성에 유리한 집합 조직인 (100)면과 (110)면의 집합 조직이 잘 발달됨으로써 최종 제품에서 자성이 우수한 무방향성 전기 강판을 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 더욱 상세히 설명하기로 한다.
[실시예 1]
아래 표 1에 나타낸 바와 같은 성분을 갖는 강슬라브를 용해하고 표 2에 나타낸 바와같은 제조 조건으로 열간 압연, 열연판 소둔, 산세 냉간 압연을 실시하였다. 페라이트 형성 원소인 Si함량이 높아서 열간 압연시 본 실시예의 조건은 모두 페라이트 상에서 압연 작업되었다.
냉간 압연판은 결정립 성장을 위하여 20%의 수소와 80%의 질소를 포함하는 건조한 혼합 가스 분위기에서 1000℃의 온도로 120초간 고온 소둔하고 절단한후 자기적 특성과 재질을 조사하였다.
비교강 A는 본 발명강과 달리 Ni을 갖지 않으며, 비교강 B는 Ni과 Cr을 포함하지 않는다. 비교강 C는 Mn이 본 발명 범위외이다.
비교재 1 내지 3은 표 2에 나타낸 바와같이 비교강 A, 비교강 B, 비교강 C를 강종으로 선정하였으며 비교재 4 내지 6은 발명강 B를 강종으로 선정하였으나 제조 조건이 본 발명 방법의 제조 조건과 상이하다.
조사 결과 본 발명강의 성분 범위와 제조 조건을 만족하는 발명재에서는 결정립이 비교재에 비해 컸다.
[실시예 2]
중량%로, C:0.006%, Si:3.05%, Mn:0.25%, P:0.015%, S:0.005%, Al:0.41%, N:0.002%, Sn:0.11%, Cr:0.35%, Ni;0.17%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1180℃로 가열하고, 열간 압연시 사상 압연의 마무리 작업시 페라이트 상인 880℃의 온도에서 21mm의 두께로 압연하고 650℃에서 권취하였다. 냉각된 열연판은 1050℃의 온도에서 3분간 연속소둔하고 산세하였다. 산세한 판은 5회 냉간 압연하여 0.35mm의 두께로 제조하였다. 냉간 압연판은 결정립 성장을 위하여 20%의 수소와 80%의 질소를 포함하는 건조한 분위기에서 1000℃의 온도로 1분간 소둔하였고, 소둔판은 절단후 자기적 특성을 조사하였다. 자기적 특성은 50Hz에서 1.5Tesla의 자속 밀도를 유지했을 때의 철손값으로 하였고, 2.01W/kg으로 조사되었으며, 이때 결정립 크기는 112㎛이었다.
상기 설명한 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 무방향성 전기 강판은 실시예 및 표 2에 나타난 바와같이, 철손이 저하되고 자속 밀도가 향상되어 자성이 우수한 무방향성 전기 강판이 얻어지는 효과가 달성된다.

Claims (2)

  1. 중량%로, C:0.015% 이하, Si:1.5-3.5%, Mn:0.5% 이하, P:0.1% 이하, S:0.01% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-0.7%, Ni:0.05-0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기 강판.
  2. 중량%로, C:0.015% 이하, Si:1.5-3.5%, Mn:0.5% 이하, P:0.1% 이하, S:0.01% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-0.7%, Ni:0.05-0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1250℃ 이하로 가열하는 단계와; 가열된 슬라브를 열간 압연시 사상 압연의 마무리 압연 온도가 800℃ 이상의 페라이트 상에서 열간 압연하는 단계와; 800℃ 이하의 온도에서 권취하는 단계와; 900-1100℃의 온도에서 열연 강판을 연속 소둔하는 단계와; 산세, 냉간 압연하는 단계, 및 900-1050℃에서 고온 소둔하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
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