KR100237159B1 - 철손편차가 작은 고급 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철손이 낮을 뿐만 아니라 압연방향과 압연직각방향의 철손편차가 작은 고급 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 철손편차가 작은 고급무방향성 전기강판을 제조함에 있어서, 중량%로 0.040% 이하의 탄소, 2~3%의 규소, 0.05~1.0%의 알루미늄, 0.10~1.0%의 망간, 0.0070% 이하의 황, 0.007% 이하의 질소 및 0.005~0.25%의 안티몬을 함유하며 나머지는 철로 이루어지는 규소강 슬라브를 열간압연한 후, 중간소둔을 포함한 2회 냉간압연에 의하여 최종두께로 압연하고 2단계로 연속 최종소둔처리하되, 2차 냉간압연율을 25~65%로 하고 최종소둔 전단부에서 750~850℃의 온도로 1~4분간 소둔하는 것이다.

Description

철손편차가 작은 고급 무방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 철손이 낮을 뿐만 아니라 압연방향과 압연직각방향의 철손편차가 작은 고급 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 대형 터어빈, 발전기 등과 같은 대형 회전기용 철심재는 전력손실 및 발열을 감소시키기 위하여 철손(Iron Loss : 전기에서 히스테리시스 손실과 와전류 손실을 합한 것으로 철심발열의 원인이 되는 것)이 낮고, 철손편차(압연방향과 압연직각방향의 철소차이를 말함)가 작아야 하며, 또한 기기의 소형화를 위하여 자속밀도도 높아야 한다.

철손(W_15/50)이 2.90w/kg 이하인 고급 무방향성 전기강판이 개발되기 전에는 압연방향으로의 철손이 매우 낮고 자속밀도는 높은 방향성 전기강판이 대형 회전기기의 철심재로 사용되어 왔다.

그러나 방향성 전기강판의 경우, 압연직각방향의 철손이 현저히 높아지는 결점이 있고 제조원가가 비쌀 뿐만 아니라 압연방향(R방향으로 표시)과 압연직각방향(C방향으로 표시)의 철손편차가 매우 커지는 문제점도 있었다.

그러므로 고급 무방향성 전기강판이 개발되면서 점차적으로 방향성 전기강판을 대체하게 되었다.

무방향성 전기강판의 자성은 압연방향과 압연직각방향의 평균값으로 나타내지만, 제조공정상 일방향으로 냉간압연과 연속소둔을 거치게 되므로 압연직각방향의 자성이 압연방향의 자성보다 열화된다.

특히 압연방향과 압연직각방향의 철손편차는 규소함량이 높은 고급제품일수록 또한 철손이 낮을수록 커지는 경향이 있으므로 고급 무방향성 전기 강판에서는 방향에 따른 철손편차는 가능한 한 낮추는 것이 좋다.

대형 회전기기용 철심재로 사용되는 고급 무방향성 전기강판의 개발이 이제까지는 방향에 따른 철손편차는 도외시한 채 주로 철손만을 낮추는데 치중되어져 왔다.

그러나, 최근에 와서 대형 회전기기의 고효율화 및 정밀화를 도모하기 위하여 철손이 낮고 철손편차도 작은 고급 무방향성 전기강판의 개발에 대한 요구가 점점 강해지고 있다.

무방향성 전기강판의 철손은 이력손실과 와전류손실로 구분되는데 이력 손실이 전철손의 70~80%를 차지하며, 이력손실은 결정립 크기에 역비례하므로 결정립 크기가 클수록 철손은 낮아지게 된다.

결정립 크기를 크게 하기 위해서는 최종 소둔을 고온에서 장시간하는 것이 좋지만 경제적으로 불리하고 연속적으로 소둔되므로 장시간 소둔은 사실상 불가능하다.

또한 무방향성 전기강판의 자성은 집합조직에 의해서도 현저하게 영향을 받으며, 자화용이축인 (100)방향이 판면에 평행한 결정립이 많을수록 뛰어나다.

이러한 (100)방향을 가장 많이 함유하는 결정면은 (200)면이므로 (200)면이 판면에 평행하도록 집합조직을 잘 발달시켜야 한다.

그러나 {200}면을 갖는 결정립은 재결정 도중에 {110} 면 또는 {222}면보다 핵형성되는 속도가 느리기 때문에 상업적으로 생산되는 전기강판은 주로 {100} 집합조직을 갖는 제품이다.

그런데, (110) 집합조직을 갖는 강판은 {110}면내에 자화용이축인 (100) 방향이 일방향, 대개 압연방향으로만 포함되어 있으므로 이 방향으로 자화되면 뛰어난 자성을 보이지만 동시에 이 면내에는 자화가 어려운 <111>방향도 포함되므로 자성은 강판내에서 큰 이방성(방향에 따른 특성의 차이)를 보이게 된다.

따라서 자성도 우수하고 강판내의 이방성도 감소시키기 위해서는 {200} 집합조직을 충분히 발달시켜야 한다.

이제까지는 철손만을 고려하여 고급 무방향성 전기강판의 제조시 아티몬, 주석 등과 같은 특수원소 첨가, 2회 냉연, 2회 소둔하는 방법을 사용하여왔다.

예를 들면, 일본 특허공보 소58-56732호에서도 주석을 첨가하였는데, 주석 첨가의 효과를 나타내기 위하여 열연판 소둔시 냉각속도를 늦추고 또한 최종 소둔시의 가열속도를 분당 50℃ 이하로 낮추어 철손을 저하시켰지만, 이 방법은 대량으로 연속소둔되는 공장에 적용시키에는 작업상의 제약이 있을 뿐만 아니라 비경제적이다.

일본 특허공보 소56-34370호에서는 안티몬을 함유한 열연판을 700~950℃에서 소둔하여 냉간압연하고 750~950℃에서 연속소둔하여 철손 W_15/50이 2.60w/kg 정도를 얻은 것으로 기재되어 있으나, 철손편차는 전혀 고려하지 않았다.

또한, 이러한 비교적 저온의 소둔 온도로는 결정립 성장을 충분히 일으키기가 어려우므로 결정립 성장에 의한 철손의 감소를 기대하기가 어려울뿐만 아니라 1회 냉간압연하거나 1단계로 연속소둔하면 철손편차가 커지게 된다.

일본 특허공보 소56-22931호에서는 소둔시 결정립 성장을 방해하는 유황과 산소의 함량을 제어하고 2차 냉간압연을 40~70%로 압연하여 자속밀도 B₅₀이 1.67Tesla 이상, 철손 W_15/50이 2.9w/kg 이하인 무방향성 전기강판을 제조한 것으로기재되어 있다.

일반적으로 고급 무방향성 전기강판의 경우, 2차 냉간압연을 50%전후에서 철손을 낮추는 것이 가능하지만 {110}면이 발달하여 철손편차는 커지는 문제점이 있다.

본 발명은 안티몬의 첨가, 냉연방법 및 최종 소둔조건의 적절한 제어를 통하여 철손이 낮고 철손편차도 작은 고급 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 의하여 중량%로 0.040% 이하의 탄소, 2~4%의 규소, 0.05~1.0%의 알루미늄, 0.10~1.0%의 망간, 0.0070% 이하의 황, 0.007% 이하의 질소 및 0.005~0.25%의 안티몬을 함유하며 나머지는 철로 이루어지는 규소강 슬래브를 열간압한 후 중간소둔을 포함한 2회 냉간압연에 의하여 최종두께로 압연하고, 2단계로 최종소둔을 행하되, 2차 냉간압연율을 25~65%로 하고 최종소둔 전단부에서 750~850℃의 온도로 1~4분간 소둔처리함을 특징으로 하는 철손이 낮고 철손편차도 작은 고급 무방향성 전기강판의 제조방법이 제공된다.

본 발명에서는 열연판 소둔 및 중간소둔은 재결정이 일어나는 온도 이상에서 행하면 되고, 또한 최종소둔시 전단부의 소둔 분위기는 소강탄소가 0.010%를 넘으면 습윤 분위기를, 소강탄소가 0.010% 이하이면 비산화성 건조 분위기를 사용하면 된다.

최종소둔시의 후단부는 결정립 성장을 촉진하기 위하여 비산화성 분위기에서 950℃ 이상의 고온에서 15초 이상 행하면 된다.

본 발명은 2차 냉간압연을 변화시켜 실험하여 2회 냉간압연에 의하여 철손을 낮추는 것은 가능하지만, 1회 냉간압연한 경우에 비하여 철손편차가 현저하게 커지는 경향이 있음을 발견하였다.

이러한 철손편차를 감소시키기 위하여 많은 실험을 한 결과, 안티몬 첨가와 최종소둔 조건제어로 철손편차를 감소시킬 수 있었다.

안티몬은 강판의 표면과 결정립계에 편석하여 재결정시 결정립계에서 핵형성되는 {222}면의 발달을 억제하고, 한편으로 {200}면을 발달시켜 철손편차를 감소시키는 효과가 있다.

본 발명에서는 2단계로 최종소둔을 실시하는데, 이와는 달리 최종소둔을 950℃ 이상의 온도에서 1단계로 실시하게 되면 철손은 낮추는 것이 가능하지만 재결정 속도가 상대적으로 빠른 {110}면이 급격하게 발달하여 철손편차가 매우 커지는 문제점이 생기게 된다.

이하, 본 발명의 제조방법에서 사용되는 소지금속 및 처리조건에서의 수치한정 이유에 대하여 설명한다.

탄소는 0.04% 이상이 함유되어 있으면 탈탄불량이 생겨 최종제품의 자성을 열화시키므로 0.04% 이하로 한다.

규소는 철손의 향상을 위하여 2% 이상이 요구되나 4% 이상이 되면 냉간압연이 어려우므로 2~4% 범위가 적당하다.

알루미늄은 규소와 같이 철손의 향상을 위하여 0.15% 이상 첨가하는 것이 필요하나, 1.0%를 넘으면 냉간압연성이 나빠지므로 0.15~1.0% 범위로 하는 것이 바람직하다.

망간은 0.10% 이하이면 열간가공성이 나쁘고 1.0%를 넘으면 자성이 열화되므로 0.10~1.0% 범위로 한다.

황과 질소는 함유량이 많으면 개재물을 형성하여 소둔시 결정립 성장을 방해하므로 최대 0.0070% 이하로 한다.

안티몬은 0.005% 이상이 되어야 철손편차 및 철손감소 효과가 나타나며, 0.25% 이상이 되면 이러한 효과가 포화될 뿐만 아니라 냉간압연성이 나빠지고 제조원가도 상승되므로 안티몬은 그 함량을 0.005~0.25% 범위로 제한함이 바람직하다.

2차 냉간압연율이 25% 이하이면 자성에 불리한 {220}면이 발달하는 반면 {110} 면은 발달이 억제되어 철손편차는 감소한 철손이 높아지는 문제점이 있다.

한편, 2차 냉간압연율이 65% 이상이면 단시간의 연속소둔으로는 결정립 성장이 미흡하여 철손이 높아지게 된다.

2단계로 최종소둔하는 경우 전단부의 온도가 750℃ 미만이거나 소둔시간이 1분보다 짧으면 탈탄불량이 생기거나 재결정이 불완전하게 되므로 철손이 높아진다.

반면에 전단부의 온도가 850℃ 이상이거나 소둔시간이 4분 이상이면 과도한 표면산회층이 생성되거나 {110}면이 발달되어 철손이 높아지거나 철손편차가 커지는 문제점이 생기므로 최종소둔 전단부의 소둔조건은 750~850℃에서 1~4분으로 한다.

상술한 바와 같이 안티몬의 첨가, 냉간압연 및 최종소둔 조건의 제어를 통하여 철손이 낮고 철손편차도 작은 고급 무방향성 전기강판을 제조하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

중량%로 0.0028%의 탄소, 3.02%의 규소, 0.28%의 알루미늄, 0.20%의 망간, 0.0022%의 황, 0.0017%의 질소를 함유하고, 하기 표 1과 같이 안티몬을 함유하며 나머지는 철로 이루어지는 규소강 슬라브를 1210℃에서 가열하여 두께 2.0mm로 열간압연하고, 950℃에서 5분 소둔하여 산세후 스케일을 제거하였다.

이를 1.0mm로 냉간압연하고, 950℃에서 3분 중간소둔한 후에 최종두께인 0.50mm로 냉간압연하였다.

하기 표 1의 조건으로 최종소둔하여 자성 및 철손편차를 측정한 결과를 하기 표 1에 같이 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 안티몬을 첨가한 발명재에서는 철손편차가 크게 감소하며, 안티몬 첨가량이 증가함에 따라서 철손도 낮아진다는 사실을 알 수 있다.

[실시예 2]

중량%로 0.032%의 탄소, 3.25%의 규소, 0.21%의 알루미늄, 0.28%의 망간, 0.0047%의 황, 0.0029%의 질소, 0.041%의 안티몬을 함유하고 나머지는 철로 이루어지는 규소강 슬라브를 1220℃에서 가열하여 두께 2.0mm로 열간압연하고, 950℃에서 5분 소둔후 산세하여 스케일을 제거하였다.

중간소둔은 950℃에서 3분간 실시하였고, 최종두께가 0.50mm가 되도록 하기 표 2와 같은 방법으로 냉간압연 및 최종소둔을 행하였다.

자성과 철손편차를 측정한 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2에 나타낸 바와 같이 발명재는 비교재에 비하여 철손이 낮고 철손편차도 작다는 것을 알 수 있다.

[실시예 3]

중량%로 0.0035%의 탄소, 2.98%의 규소, 0.22%의 알루미늄, 0.20%의 망간, 0.0027%의 황, 0.0018%의 질소, 0.085%의 안티몬을 함유하고 나머지는 철로 이루어지는 규소강 슬라브를 1220℃에서 가열하여 두께 2.0mm로 열간압연하고, 950℃에서 5분 소둔후 산세하여 스케일을 제거하였다.

이 열연판을 1.0mm로 냉간압연하고 950℃에서 3분 중간소둔한 후 0.50mm로 냉간압연하였다.

최종소둔시 전단부의 소둔조건을 하기 표 3과 같이 변화시키고, 후단부는 980℃에서 2분간 소둔하여 자성 및 철손편차를 측정하여 하기 표 3에 결과를 함께 나타내었다.

[표 3]

상기 표 3에서 알 수 있듯이 비교재에서는 철손이 낮으면 철손편차가 커지고 철손편차가 적으면 철손이 높아지는 결점이 있으나, 본 발명재에서는 철손이 낮고 철손편차도 작은 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다.

이상과 같은, 본 발명은 규소강 슬라브의 성분과 냉간압연 방법 및 최종 소둔 조건을 제조하여 철손이 낮고 철손편차도 작은 고급 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공함으로써 회전기기의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 정밀화시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 철손편차가 작은 고급무방향성 전기강판을 제조함에 있어서, 중량%로 0.040% 이하의 탄소, 2~4%의 규소, 0.05~1.0%의 알루미늄, 0.10~1.0%의 망간, 0.0070% 이하의 황, 0.007% 이하의 질소 및 0.005~0.25%의 안티몬을 함유하며 나머지는 철로 이루어지는 규소강 슬라브를 열간압연한 후, 중간소둔을 포함한 2회 냉간압연에 의하여 최종두께로 압연하고 2단계로 연속 최종소둔처리하되, 2차 냉간압연율을 25~65%로 하고 최종소둔 전단부에서 750~850℃의 온도로 1~4분간 소둔함을 특징으로 하는 철손편차가 작은 고급 무방향성 전기강판의 제조방법.