KR100240984B1 - 0.5밀리 두께의 방향성 전기강판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기등 전기기기의 철심재로 사용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 방향성 전기강판의 제조시 강의 성분중 Si의 함량을 제어하고, 제조공정중 예비소둔 공정을 생략하고, 1차 냉간압연율 및 중간소둔시 특정 온도구간(400-950℃)의 승온속도를 적절히 제어 하므로서, 철손 및 자속밀도 특성이 우수하면서도 두께가 0.5mm인 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, Si:2.95-3.1%, Mn:0.06-0.08%, S:0.022-0.026%, C:0.04-0.05%와 불가피하게 첨가되는 불순 원소인 Cu, Sn, Cr 및 Ni을 포함하여 조성되는 강을 연주 및 열간압연하여 두께 2.0mm의 열연판으로 만들고 산세한 후, 35-45%의 압연율로 1차 냉간압연하고, 중간소둔의 승온시 400-950℃의 온도구간의 승온속도가 초당 5-16℃의 범위가 되도록 중간소둔한 다음, 최종두께인 0.5mm로 2차 냉간압연하고, 탈탄소둔, 고온소둔 및 절연코팅하여 이루어지는 0.5밀리 두께의 방향성 전기강판의 제조방법하는 방법에 관한 것을 그 요지로 한다 .

Description

0.5밀리 두께의 방향성 전기강판 제조방법

제1도는 1차냉연을 변화에 따른 자속밀도 및 철손의 변화를 나타낸 그래프.

제2도는 중간소둔시 승온속도 변화에 따른 자속밀도 및 철손의 변화를 나타낸 그래프.

본 발명은 변압기등 전기기기의 철심재로 사용되는 방향성 전기강판의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 높은 자속밀도 및 낮은 철손 특성을 나타내는 두께 0.5mm의 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 강판을 구성하는 결정립이 밀러지수로｛110｝<1>방향, 즉 압연면에｛110｝면이 평행하고 압연방향으로 <1>자화용이축을 갖는 강판으로서, 낮은 철손과 높은 자속밀도 특성이 요구된다. 이러한 방향성 전기강판은 철손이 낮을수록 전기기기의 에너지 손실이 작고, 자속밀도가 높을수록 전기기기의 효율이 좋다.

고스(N.P.Goss)에 의해 냉간압연법에 의한 방향성 전기강판의 제조법이 개발된 이래 개량을 거듭하여 많은 진보가 있었다. 방향성 전기강판의 제조방법이 개발된 이래, 방향성 전기강판의 연구의 역사는 철손저감 노력의 역사라 해도 과언이 아니다. 주요 개선 내용을 보면, 제품의 두께를 얇게하고, 성분에 첨가원소를 다양하게 한다든가, 또는 제품에 레이저를 조사하여 자구를 미세하게 하는 방법등이 있다. 이러한 모든 방법들은 제조원가를 높이고 작업자들의 노력을 많이 필요로 하는 것들이다.

그러나, 최근에는 수요가들의 욕구가 다양해지면서, 최종제품의 용도에 맞게 경제적으로 재료를 선택하려는 움직임이 있으나, 이러한 다양한 욕구를 충족시킬만큼 제품이 세분화 되어 있지 않다.

통상 방향성 전기강판은 그 두께가 0.35mm 이하로서, 제품에 적용시는 이들을 여러장 적층하여 코아형태로 사용하게 되는데, 이때 방향성 전기강판이 기존의 두께 0.35mm이하의 강판보다 두께가 두꺼우면서도 동일한 전자기적 특성을 가지게되면 제품의 가공비가 낮아져 생산원가를 낮출수 있는 장점이 있다.

이에, 방향성 전기강판의 두께가 기존의 0.35이하 보다 두꺼우며 동등한 전자기적 특성을 갖는 방향성 전기강판에 대한 연구가 활발하게 진행 되었다. 그러나 이와같이 방향성 전기강판의 두께를 증가시키게 되면 방향성 전기강판의 가장 큰 장점인 낮은 철손 및 높은 자속밀도 특성이 열화되게 되는 문제점이 있는데, 이는 방향성 전기강판의 고온소둔시, 방향성 전기강판 특성 결정의 주 요인인 2차 재결정이 불안정해 지기 때문이다.

본 발명자는 상기한 문제점을 해결하여 철손 및 자속밀도 특성이 기존의 0.35mm이하 두께의 방향성 전기강판과 동등할뿐만 아니라 두께는 0.5mm로 두꺼운 방향성 전기강판을 제조하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것이다.

본 발명은 방향성 전기강판의 제조시 강의 성분중 Si의 함량을 제어하고, 제조공정중 예비소둔 공정을 생략하고, 1차 냉간압연율 및 중간소둔시 특정 온도구간(400-950℃0의 승온속도를 적절히 제어 하므로서, 철손 및 자속밀도 특성이 우수하면서도 두께가 0.5mm인 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 중량%로, Si:2.95-3.1%, Mn:0.06-0.08%, S:0.022-0.026%, C:0.04-0.05%와 불가피하게 첨가되는 불순 원소인 Cu, Sn, Cr 및 Ni을 포함하여 조성되는 강을 연주 및 열간압연하여 두께 2.0mm의 열연판으로 만들고 산세한 후, 35-45%의 압연율로 1차 냉간압연하고, 중간소둔의 승온시 400-950℃의 온도구간의 승온속도가 초당 5-16℃의 범위가 되도록 중간소둔한 다음, 최종두께인 0.5mm로 2차 냉간압연하고, 탈탄소둔, 고온소둔 및 절연코팅하여 이루어지는 0.5밀리 두께의 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

통상 방향성 전기강판은 Si:3.1-3.3%, Mn:0.06-0.08%, S:0.022-0.026%, C:0.04-0.05%와 불순물로 기타원소인 Cu, Sn, Cr 및 Ni 등을 소량 함유하고 있는데, 본 발명에서는 수요가의 가공특성을 향상시키기 위해서 상기한 성분들 중 Si의 함량을 줄여 Si:2.95-3.1%의 범위로 제한 하였는데, 그 이유는 다음과 같다.

전기강판에서 Si의 역할은 강판의 비저항을 높여서 철손을 줄이는 것이나 Si가 다량 함유되면 강판의 경도가 취성이 강하여져 타발성이 나빠진다. 또한, Si가 다량 함유되면 탄소당량(Carbon equivalent)이 증가하여 용접성이 나빠진다. 따라서 본 발명에서는 철손을 해치지 않는 범위내에서 타발성이나 용접성등의 가공성을 향상 시킬수 있는 Si의 함량을 조사한 결과, Si:2.95-3.1%의 범위가 바람직한 범위임을 확인 하였기 때문이다.

상기와 같이 강을 조성한 후에는 통상 제강과 연주 공정을 거쳐 슬라브를 제조하고 열간압연하여 2.0mm의 두께로 열연판을 만든다음, 950℃에서 3분이상 예비소둔을 한다음, 0.75mm로 1차 냉간압연하고 약 950℃에서 3분이상 중간소둔을 한다. 이어 중간소둔판을 최종두께인 0.3mm로 2차 냉간압연한후 830℃에서 3분이상 습윤 분위기로 탈탄소둔을 한 다음에 고온소둔하고 절연코팅처리를 하여 방향성 전기강판을 제조한다.

본 발명에서는 상기한 통상의 방향성 전기강판 제조공정중 예비소둔 공정을 생략하고, 1차 냉간 압연율을 35-45%의 범위로 제한하여 1.1-1.3mm의 두께범위의 냉연판을 제조한 후 중간소둔을 하고, 0.5mm의 두께로 2차냉간압연을 실시한 다음, 2차 냉연판을 탈탄소둔 및 고온소둔을 하고 절연코팅을 함이 바람직하다. 이때 중간소둔은 400-950℃의 승온구간에서 초당 5-16℃의 승온속도 범위로 행함이 바람직하다.

상기와 같은 조건으로 방향성 전기강판을 제조하게 되면 본 발명에서 목적하는 방향성 전기강판의 특성을 얻을수 있는데, 이에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

두께가 두꺼운 방향성 전기강판의 제조상의 문제점은 고온소둔시 2차 재결정의 불안정이다. 즉, 방향성 전기강판의 두께가 0.3mm에서 0.5mm로 두꺼워지면 탈탄소둔 후 고온소둔시 2차 재결정이 불안정해겨서 자성이 악화된다.

2차 재결정이란 1차 재결정된 방향성 전기강판의 결정립이 탈탄소둔후 방향성 전기강판의 고온소둔시 1차 재결정된 탈탄소둔의 입계에너지를 구동력으로 하여 다시 재결정되는 현상으로, 이때, 방향성 전긱강판의 주된 집합조직인｛110｝<1>결정립들이 형성된다. 방향성 전기강판의 자성이 우수하려면 <1>축이 압연방향으로 평행해야 한다. 2차 재결정이 불안정 해지면<1>축이 압연방향으로부터 벗어나는 각도가 커지거나 또는｛110｝<1> 집합조직의 형성이 불안정하여 진다. 두께가 0.5mm인 방향성 전기강판의 2차 재결정이 불안정하여지는 이유는 다음과 같다.

2차재결정의 핵이 발생하여 성장해 나가는 과정에서 2차 재결정의 핵으로 되는｛110｝<1> 결정립이 방위가 다른 결정립을 잠식하여 가는데 있어서 성장도중에 방위의 뒤틀림이 있다. 2차재결정의 핵이 성장하여 가는 결정립의 수가 많아질수록 <1>축이 압연방향으로부터 벗어날 수 있는 가능성이 커진다. 또한 2차재결정의 핵으로 되는｛110｝<1>결정립은 두께방향으로 표면에서 주로 발생하므로 두께가 두꺼워 질수록 2차 재결정의 핵이 성장해 나가면서 잠식하는 결정립의 수가 많아지고 그만큼 <1>축이 압연방향으로 부터 벗어나는 가능성이 커진다. 또한 0.3mm에 비해 상대적으로 ｛110｝<1> 2차 재결정의 핵수가 적어져서 이상적인 방위의 ｛110｝<1> 결정립 이외에 다른 방위의 결정립이 성장하여, 고온소둔에 의한 2차 재결정이 끝난후에 전체 면적에서｛110｝<1> 결정립이 차지하는 면적이 작아져서 자기적 성질을 해칠수 있기 때문이다.

본 발명에서 상기한 이유외에 2차재결정이 불안정하여지는 또 다른 이유로는, 2차 재결정을 안정화 하는데 효과가 있는 예비소둔 공정을 생략 하기 때문으로, 이 경우 방향성 전기강판의 자성을 해치게 된다.

상기와 같은 0.5mm 두께의 방향성 전기강판의 2차 재결정이 불안정 해지는 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 다음과 같은 두가지 방법을 제시한다.

첫째, 1차 냉연율을 35-45%로 엄격히 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 1차 냉연율이 2차 재결정의 집합조직에 필요한 1차 재결정의 집합조직을 좌우하는 요인이기 때문이다. 이때, 1차 냉연율이 35% 이하이면 2차 냉연율이 높아지므로 MnS 석출물에 의한 입성장 억제력에 비해서 아연에 의한 가공에너지가 상대적으로 커지므로 집합조직의 발달이 불리해져 2차 재결정이 약해진다. 또한 1차 냉연율이 45% 이상이면 2차냉연에 의한 압연량이 적어져 탈탄소둔에 의한 1차 재결정립의 크기가 커져서 2차 재결정의 구동력이 약해지므로 2차 재결정이 불안정하게 된다.

둘째, 예비소둔을 생략하는 대신 1차냉연후에 강판을 중간소둔할 때 강판의 승온시 400-950℃의 온도구간에서 승온속도를 초당 5-16℃의 범위로 제한함이 바람직 하다. 그 이유는 상기 온도구간은 중간소둔에 의해 강판에 재결정이 시작되는 구간인데, 이러한 재결정 시작구간에서의 강판의 유지시간을 길게 함으로서, 강판두께의 1/8-1/4 두께 지점에서｛110｝<1> 집합조직을 강화하여 2차 재결정을 안정화 시킬수 있기 때문이다. 이때, 승온속도가 초당 5℃이하면 중간소둔의 시간이 길어지고 방향성이 나쁜 ｛110｝<1> 집합조직이 성장 하므로 자성에 불리하고, 승온속도가 초당 16℃이상이면 2차 재결정의 안정화 효과가 없다.

이상과 같이 1차 냉연율 및 중간소둔의 승온속도를 조절한 후에는 최종두께인 0.5mm로 2차 냉간압연 하고 통상의 방법으로 탈탄소둔, 고온수둔 및 절연코팅하여 0.5mm 두께의 방향성 전기강판을 제조한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

중량%로, Si:3.0%, Mn:0.067%, S:0.024%, C:0.048%를 포함하여 조성되는 강을 제강, 연주 및 열간압연을 거쳐 두게 2.0mm의 열연판을 제조한 후, 이 열연판을 예비소둔 없이 산세하여 열간압연 스케일을 제거한 다음 1차 냉간 압연을 실시하였다. 이때, 1차 냉간 압연율은 20-60%의 범위로 변화 시켰다.

상기와 같이 1차 냉간 압연한 후에는 950℃에서 3분간 중간소둔하고 최종 두께인 0.5mm까지 2차 냉간 압연한 후, 탈탄소둔, 고온소둔 및 절연코팅을 하여 방향성 전기강판을 제조하였다.

이와 같이 제조된 방향성 전기강판의 1차 냉간 압연율 변화에 따른 자기적 특성, 즉 철손 및 자속밀도 값을 측정하고 그 결과를 제1도에 나타내었다.

이때, 자속밀도 B₁₀(Tesla)은 자기장의 세기가 1000Amp/m 일때의 값을 측정한 것이며, 철손 W_17/50(W/Kg)은 주파수가 50KHz 일때의 값을 측정한 것이다.

제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 1차 냉간 압연을 범위인 35-45% 범위에서는 방향성 전기강판의 철손 및 자속밀도 특성이 모두 우수하게 나타남을 알 수 있는 반면에, 본 발명의 1차 냉간압연율 범위를 벗어나는 경우에는 철손 및 자속밀도 특성이 모두 본 발명의 경우에 비하여 열화됨을 알 수 있다.

[실시예 2]

중량%로, Si:2.97%, Mn:0.068%, S:0.023%, C:0.047%를 포함하여 조성되는 강을 제강, 연주 및 열간압연을 거쳐 두께 2.0mm의 열연판을 제조하였다. 이와같이 제조된 열연판을 예비소둔 없이 산세하여 열간압연 스케일을 제거한 다음, 40%의 압연율로 1차 냉간 압연을 실시하였다.

이어 400-950℃의 온도구간에서의 승온속도를 초당 2-25℃의 범위로 변화시키고 950℃의 온도에서 3분간 유지하여 중간소둔을 실시하였다.

상기와 같은 조건으로 중간소둔을 실시한 후 0.5mm의 두께로 2차 냉간압연 하고 탈탄소둔, 고온소둔 및 절연코팅을 행하여 두게 0.5mm의 방향성 전기강판을 제조하였다.

이와같이 제조된 방향성 전기강판의 자기적 특성인 철손 및 자속밀도를 중간소둔시 승온속도 변화에 따라 측정하고, 그 결과를 제2도에 나타내었다. 이때, 철손 및 자속밀도값의 측정은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하였다.

제2도에서 알 수 있는 바와 같이, 중간소둔시 승온속도가 초당 5-16℃의 범위로 본 발명의 만족하는 경우에는 방향성 전기강판의 철손 및 자속밀도 특성이 우수하게 나타나는 반면에, 승온속도가 상기 범위을 벗어나는 경우에는 철손 및 자속 밀도특성이 모두 본 발명의 경우에 비하여 열화됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강의 성분을 조정하고, 예비소둔 공정을 생략하고, 1타 냉간압연율 및 중간소둔시 승온속도를 절절히 제어하므로서, 철손 및 자속밀도 특성이 기존의 두께 0.35mm이하의 방향성 전기강판과 동등하면서 두께가 두꺼운 방향성 전기강판을 제공할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라 본 발명은 강판의 두께가 두꺼워 지고 제조 공정의 단축으로 설비의 생산성 향상이 가능하고, 가공비 및 시간의 절감으로 인하여 제조원가를 낮출수 있어 보다 저렴하게 방향성 전기강판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량%로, Si:2.95-3.1%, Mn:0.06-0.08%, S:0.022-0.026%, C:0.04-0.05%와 불가피하게 첨가되는 불순 원소인 Cu, Sn, Cr 및 Ni을 포함하여 조성되는 강을 연주 및 열간압연하여 두께 2.0mm의 열연판으로 만들고 산세한 후, 35-45%의 압연율로 1차 냉간압연하고, 중간소둔의 승온시 400-950℃의 온도구간의 승온속도가 초당 5-16℃의 범위가 되도록 중간소둔한 다음, 최종두께인 0.5mm로 2차 냉간압연하고, 탈탄소둔, 고온소둔 및 절연코팅하는 것을 특징으로 하는 0.5밀리 두께의 방향성 전기강판 제조방법.