KR100237157B1 - 고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판을 제조함에 있어서, 중량 %로 탄소 : 0.040%이하, 규소 : 2.0∼0.7%, 알루미늄 : 0.1∼1.5%, 망간 : 0.1∼2.0%, 황 : 0.010%이하, 질소 : 0.010%이하, 산소 : 0.010%이하, 나머지 철 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 슬라브를 열간 압연, 열연판소둔, 최종 두께까지 중간소둔을 포함하여 2회 냉간 압연하고, 최종 소둔 하되 주석을 0.01∼0.40% 첨가하고, 슬라브 재 가열온도를 1000℃∼1200℃, 2차 냉간압연율을 30%∼75%로 하고, 최종 소둔 온도를 850℃∼950℃로 하는 것이다.

Description

고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면, 주석을 첨가하고, 슬라브 재가열 온도, 2차냉간압연율 및 최종 소둔조건을 적절히 제어함으로써, 결정립 감소에 의하여 와전류손실을 감소시키고, 집합조직을 자화에 유리하게 잘 발달시켜 이력손실을 감소시켜서 400Hz 정도의 주파수영역에서 자기특성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무방향성 전기강판은 방향에 관계없이 뛰어난 자기특성을 가지고 있으므로, 소형변압기나 회전기기의 철심재료로 널리 사용되어 왔으며, 최근 에너지절약의 차원에서 변압기, 회전기 등의 전기기기는 고효율화, 고출력화, 소형화되는 추세에 있고, 이러한 목적으로 고주파영역에서 사용되는 경향이 증가하고 있으며, 이에 따라 철심재료인 전기강판에 있어서도 고주파영역에서의 뛰어난 자기특성이 요구되고 있는 실정이다.

무방향성 전기강판의 철손은 이력손실과 와전류손실로 이루어지며, 철손은 철심재료의 결정립 크기와 집합조직의 발달정도에 따라 변한다.

일반적으로 결정립 크기가 증가하면 이력손실은 감소하는 반면, 와전류손실은 증가하게 되므로, 철손이 최소가 되는 적정 결정립 크기가 존재한다.

또한, 집합조직의 경우, (200), (110) 면은 자기특성에 유리한 반면, (222), (211) 면은 자기특성이 불리하고, 이러한 집합조직은 이력손실에 주로 영향을 미치게 된다.

철손 중에서 이력손실과 와전류손실이 차지하는 비중은 주파수에 따라 변하고, 50Hz, 60Hz의 상용주파수에서는 이력손실이 차지하는 비중이 더 크므로, 주로 이력손실을 제어하여 철손을 감소시켜 왔다. 그러나, 주파수가 높아질수록 와전류 손실이 차지하는 비중이 점점 더 커지게 되므로 주로 와전류 손실을 제어하여 달손을 감소시키는 것이 바람직하다.

이러한 이유로 고주파 영역에서 사용되는 철심재료에 대해서는 두께를 감소시키거나 비저항을 증가시켜 와전류손실을 감소시켜 왔다.

따라서, 철손을 감소시키는 방법은 철심재료의 사용주파수에 따라 잘라져야 한다.

즉, 철손 중에서 이력손실이 차지하는 비중이 더 큰 주파수 영역에서는 철심 재료의 결정립 크기가 커지면 철손감소에 유리하지만, 와전류손실이 차지하는 비중이 더 큰 주파수 영역에서는 결정립 크기가 작아야 철손감소에 유리하게 된다.

또한, 이력손실은 철심재료의 두께가 얇아질수록 증가하는 반면, 와전류손실은 감소하게 되므로, 철심재료의 두께에 따라서도 철손을 감소시키는 방법에 변화가 있어야 한다.

두께 0.20㎜ 이하인 박물 무방향성 전기강판의 경우, 상용 주파수에서는 이력손실이 철손의 70∼80%이상을 점유하지만, 400Hz 정도의 고주파수 영역에서는 이력손실과 와전류손실이 철손에서 차지하는 비중이 서로 비슷하다.

그러므로, 이러한 주파수 영역에서는 결정립 크기를 작게 하여 와전류손실을 감소시키고, 집합조직을 자기특성에 유리하게 형성하여 이력손실을 감소시키는 것이 철손감소의 효과적인 방법이 된다.

이제까지는 고주파 특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하기 위한 방안으로, 규소함량을 4wt% 이상 첨가하여 비저항을 증가시키는 방법으로 와전류손실을 감소시켜 왔다. 예를 들면, 일본국 공개특허공보 소63-60225호, 일본국 공개특허공보 소63-93823호에서는 각각 압연조건과 소둔조건을 제어하여 압연법으로, 고주파 자기특성이 뛰어난 규소함량 4∼7wt%인 고규소강판을 제조한 것으로 기재되어 있을 뿐, 아직까지 동일한 두께와 동일한 화학조성에서 특수 원소첨가로 철심재료의 결정립 크기와 집합조직을 제어하여, 고주파 자기특성을 향상시키는 경우는 없었다.

본 발명은 주석의 첨가와, 슬라브 재가열온도, 2차냉간압연율 및 최종 소둔온도의 적절한 제어를 통하여, 고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판 제조방법은, 고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판을 제조함에 있어서, 중량 %로 탄소 : 0.040% 이하, 규소 : 2.0∼7.0%, 알루미늄 : 0.1∼1.5%, 망간 : 0.1∼2.0%, 황 : 0.010% 이하, 질소 : 0.010%, 산소 : 0.010%이하, 나머지 철 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 슬라브를 열간 압연, 열연판소둔, 최종두께까지 중간소둔을 포함하여 2회 냉간 압연하고, 최종 소둔하되, 주석을 0.01∼0.40% 첨가하고, 슬라브 재가열온도를 1000℃∼1200℃ 범위로 하고, 2차냉간압연율을 30%∼75%로 하고, 최종 소둔 온도를 850℃∼950℃로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 열연판소둔 및 중간소둔은 재결정 온도 이상에서 행하면 되고, 또한 최종 소둔시의 소둔 분위기는 소강탄소가 0.01%를 넘으면, 습윤분위기를 소강탄소가 0.01% 이하이면 비산화성 건조분위기를 사용하면 된다.

본 발명은 결정립계 편석 원소인 주석이 최종 소둔시 결정립 성장을 억제할 수 있는 여러 가지 공정조건에 대하여 많은 실험을 한 결과, 슬라브 재가열온도가 중요한 변수임을 발견하였다.

주석은 소둔시 결정립계에서 우선적으로 핵 형성되는 자기특성에 불리한 (222) 면의 발달을 억제하는 반면, 자기특성에 유리한 (110) 면의 발달을 조장함으로써, 집합조직을 자기특성에 유리하게 개선시켜 철손성분 중에서 이력손실을 감소시킨다.

또한, 주석은 소둔시 냉간 압연된 변형조직으로부터 결정립 성장속도를 늦추고, 결정립계에 편석하여 결정립 성장을 억제하는 효과도 있다.

그러나 주석은 0.01% 이상 되어야 이러한 효과를 발휘할 수 있으며, 0.40%이상이 되면 이러한 효과가 포화될 뿐만 아니라, 냉간압연시에 입계파괴를 일으켜서 냉간압연성이 나빠지므로, 주석은 0.01∼0.40% 범위로 첨가하는 것이 좋다.

한편, 주석 첨가재의 슬라브 재가열온도를 1200℃보다 높게 하면, 결정립계에 편석하는 주석의 양이 작아져 소둔시 결정립 성장을 효과적으로 억제하지 못하게 되고, 슬라브 재가열 온도가 1000℃보다 낮으면, 열간 압연할 때 과도한 부하가 걸려 압연이 곤란하게 되므로, 슬라브 재가열온도는 1000℃∼1200℃가 바람직하다.

왜냐하면, 주석 첨가재의 슬라브를 1200℃ 이상으로 가열하는 경우에는 슬라브 내의 결정립들이 크게 성장함에 따라 주석이 편석할 수 있는 결정립계가 크게 감소하게 되고, 이러한 경우 입계에 편석하지 못한 주석은 결국 슬라브 표면으로 확산되어 올라가서 다른 규소와 알루미늄 들과 같이 산화층을 형성하게 된다. 이러한 산화층은 결국 실수율을 떨어뜨리는 중요한 원인중의 하나가 된다. 또한, 슬라브를 1200℃ 이상으로 가열하면, 석출물을 미세하게 만들어서 자벽의 이동을 억제하고, 산화층 형성을 촉진하여 전체적인 실수율을 감소시키는 부정적이 면이 있다.

2차냉간압연율은 결정립 크기에는 거의 영향을 미치지 않는 반면, 집합조직에는 큰 영향을 미쳐 2차 냉간압연율이 30%∼75% 범위내에서는 자기특성에 유리한 (200), (110) 면이 증가하고, 자기특성에 불리한 (222), (211) 면은 감소하게 된다.

2차냉간압연율이 30% 미만이거나 75% 보다 크면 (222), (211) 면이 증가하여 철손 성분 중 이력손실을 증가시키게 되므로, 2차냉간압연율은 30%∼75%범위로 하는 것이 바람직하다.

한편, 주석 첨가재는 두께가 얇은 경우에는 최종 소둔온도 850℃ 미만에서는 자기특성에 불리한 (222), (211) 면이 증가되고, 자기특성에 유리한 (110) 면이 감소되어 집합조직이 자기 특성에 현저히 불리해진다.

최종 소둔 온도가 950℃ 보다 높으면 결정립계에 편석된 주석이 소둔시 결정립 성장을 효과적으로 억제하지 못하여, 철손 성분 중 와전류손실을 증가시키게 되므로 최종 소둔 온도는 850℃∼950℃ 범위로 한다.

이하에서는 본 발명의 제조방법에서 사용되는 그 밖의 소지금속에서의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다.

탄소는 0.040% 이상 함유되어 있으면, 탈탄불량이 생겨 최종제품의 자기 특성을 열화시키므로 0.040% 이하로 한다.

구소는 비저항 증가로 인한 철손감소를 위하여 2.0% 이상이 요구되나, 7.0% 이상이 되면 냉간압연성이 나빠지고 자기 특성의 향상정도가 작아지므로 2.0∼7.0% 범위가 바람직하다.

알루미늄은 규소와 같이 철손 감소를 위하여 0.1% 이상 첨가하는 것이 필요하나, 1.5% 이상이 되면 냉간압연성이 나빠질 뿐만 아니라, 자기특성의 향상정도가 작아지므로 0.1∼1.5% 범위로 하는 것이 바람직하다.

망간은 0.1% 이하이면 열간 가공성이 나쁘고, 2.0%를 넘으면 최종 소둔시표면 산화층을 형성하여 자기특성을 열화시키므로 0.1∼2.0% 범위로 한다.

황, 산소, 질소는 함유량이 많으면 개재물을 형성하여 자구의 이동을 방해하므로 최대 0.010% 이하로 하고, 0.070% 이하가 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

중량 %로 탄소 : 0.0018%, 규소 : 3.23%, 알루미늄 : 0.35%, 망간 : 0.32%, 황 : 0.0028%, 질소 : 0.0022%, 산소 : 0.0023% 그리고 주석을 0%, 0.049%, 0.10%, 0.22%, 0.52% 함유하며, 나머지 철로 이루어지는 5종류의 규소강 슬라브를 1100℃에서 재가열하여 두께 2.0㎜로 열간 압연하고, 950℃에서 3분간 소둔 후 산세하여 스케일을 제거하였다.

이 강판을 0.5㎜로 냉간 압연하고, 900℃에서 3분간 중간 소둔한 후 최종두께 0.20㎜로 냉간 압연하였다.

냉간압연판을 880℃에서 5분간 최종 소둔하여 내경 33㎜, 외경 45㎜인 링 상으로 제작하여 자기특성을 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에서, W_10/400(w/kg)는 자속밀도 1.0Tesla, 주파수 400Hz에서의 철손값, B₅₀(Tesla)는 자장의 세기가 5000A/m일 때의 자속밀도 값을 나타낸다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 발명재 1, 발명재 2, 발명재 3은 주석이 첨가되지 않은 비교재 1에 비하여 자기특성이 우수하다는 사실을 알 수 있다. 또한, 주석함량이 0.52%인 비교재 2의 경우는 냉간 압연할 때 판파단이 발생하여 냉간압연판의 제조가 불가능하였다.

[실시예 2]

중량 %로 탄소 : 0.0026%, 규소 : 3.15%, 알루미늄 : 0.25%, 망간 : 0.28%, 황 : 0.0028%, 질소 : 0.0020%, 산소 : 0.0022% 그리고 주석을 0%, 0.12% 함유하며, 나머지 철로 이루어지는 규소강 슬라브의 재가열온도를 1050℃, 1150℃, 1250℃의 3종류로 하여, 재가열시킨 후 두께 2.0㎜로 열간 압연하고 980℃에서 2분간 소둔후 산세하여 스케일을 제거하였다.

이 강판을 0.40㎜로 냉간 압연하고, 900℃에서 3분간 중간 소둔한 후 최종두께 0.20㎜로 냉간 압연하여 900℃에서 5분간 최종 소둔하였다.

최종 소둔판을 내경 33㎜, 외경 45㎜인 링 상으로 제작하여 자기특성을 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 주석이 0.12% 함유되어 있어도, 슬라브 재가열온도가 1250℃인 비교재 2는 비교재 1에 비하여 철손의 차이가 거의 없다.

그러나, 슬라브 재가열온도가 1150℃, 1050℃인 경우, 주석이 0.12% 함유된 발명재 1과 발명재 2는 각각 비교재 3과 비교재 4에 비하여 자기특성이 우수하다는 사실을 알 수 있다.

또한, 발명재 1과 발명재 2는 비교재 2에 비해서도 자기특성이 뛰어나다.

[실시예 3]

중량 %로 탄소 : 0.0035%, 규소 : 3.12%, 알루미늄 : 0.28%, 망간 : 0.37%, 황 : 0.0018%, 질소 : 0.0015%, 산소 : 0.0031%, 주석 : 0.09% 함유하며, 나머지 철로 이루어지는 규소강 슬라브의 재가열온도를 1100℃로 재가열시킨후 두께 2.0㎜로 열간 압연하고, 925℃에서 3분간 소둔후 산세하여 스케일을 제거하였다.

중간소둔은 900℃에서 3분간 실시하였고, 최종두께가 0.20㎜가 되도록 하기 표 3과 같이 냉간 압연하였으며, 900℃에서 3분간 최종 소둔하였다.

최종 소둔판을 내경 33㎜, 외경 45㎜인 링 상으로 제작하여 자기특성을 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 발명재 1, 발명재 2, 발명재 3은 비교재 1, 비교재 2에 비하여 자기특성이 우수하다는 사실을 알 수 있다.

[실시예 4]

중량 %로 탄소 : 0.0012%, 규소 : 4.53%, 알루미늄 : 0.23%, 망간 : 0.34%, 황 : 0.0018%, 질소 : 0.0017%, 산소 : 0.0021%, 주석 : 015%, 나머지 철로 이루어지는 규소강 슬라브를 1100℃로 재가열하여 두께 2.0㎜로 열간 압연하고, 950℃에서 3분간 소둔 후 산세하여 스케일을 제거하였다.

이 강판을 판 온도 250℃상태에서 0.60㎜로 냉간 압연하고, 900℃에서 3분간 중간소둔 한 후 다시 판 온도 250℃상태에서 최종두께 0.20㎜까지 압연하고, 상기 표 3의 조건으로 최종 소둔 온도를 달리하여 3분 동안 최종 소둔하였다.

최종 소둔판을 내경 33㎜, 외경 45㎜인 링 상으로 제작하여 자기특성을 측정 한 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

상기 표 1에서, W_10/1000(w/kg)는 자속밀도 1.0Tesla, 주파수 1000Hz에서의 철손 값, B₈(Tesla)는 자장의 세기가 800A/m일 때의 자속밀도 값을 나타낸다.

상기 표 4에서 알 수 있듯이, 최종 소둔 온도가 각각 870℃, 925℃인 발명재 1과 발명재 2는 최종 소둔 온도가 각각 750℃, 1020℃인 비교재 1과 비교재 2에 비하여 자기특성이 우수함을 알 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 주석첨가와 슬라브 재가열온도, 2차냉간압연율 및 최종 소둔 온도를 적절히 제어하여, 고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공함으로써, 고주팡영역에서 사용되는 전기기기의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판을 제조함에 있어서, 중량 %로 탄소 : 0.040% 이하, 규소 : 2.0∼7.0, 알루미늄 : 0.1∼1.5%, 망간 : 0.1∼2.0%, 황 : 0.010% 이하, 질소 : 0.010%이하, 산소 : 0.010%이하, 나머지 철 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 슬라브를 열간 압연, 열연판소둔, 최종두께까지 중간소둔을 포함하여 2회 냉간 압연하고, 최종 소둔하되, 주석을 0.01∼0.40% 첨가하고, 슬라브 재가열온도를 1000℃∼1200℃ 범위로 하고, 2차냉간압연율을 30%∼75%로 하고, 최종 소둔 온도를 850℃∼950℃로 하는 것을 특징으로 하는 고주파 특성이 우수한 박물 무방향성 전기강판의 제조방법.