KR100240993B1 - 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터, 발진기와 같은 중대형 회전기와 소형변압기와 같은 정지기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 강의 열간압연 조건을 제어하여 Sn, Ni, Cu 및 Mn을 함유하고 Si함량이 많은 소재에서도 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 이를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.01% 이하, Si:2.0-3.5%, Mn:1.0-1.5%, P:0.01-0.15% S:0.008% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Ni:0.05-0.7%, Cu:0.03-0.5%, 잔부: Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 이와같이 조성되는 강의 슬라브를 1250℃ 이하의 온도로 가열한후, 열간압연시 사상압연의 마무리압연을 800-950℃의 온도범위의 페라이트 상에서 7-20%의 압하율로 압연하고, 650℃ 이하의 온도로 권취하여, 900℃ 이상의 온도로 연속소둔한 다음, 산세하고 1회냉간압연 또는 중간소둔을 포함한 2회냉간압연후 고온소둔하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

본 발명은 모터, 발전기와 같은 중대형회전기와 소형변압기와 같은 정지기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판의 자기적 특성중 철손은 에너지손실을 의미하며, 히스테리손실과 에디커런트손실로 구분할 수 있으며, 에디커런트손실은 소재의 성분과 두께에 의해 결정된다. 에디커런트손실이 결정되면 히스테리손실은 제조방법에 의해 결정되어지며 무방향성 전기강판의 증고급강은 히스테리손실이 60% 이상의 손실을 차지하고 있다.

히스테리손실을 줄이는 방법으로는 자성에 유리한 (100)과 (110)면과 같은 집합조직을 압연판면에 발달시키거나 또는 자성에 불리한 (222)면을 감소시키는 것이다. 또한 결정립을 크게 성장시키는 방법이 있으며 일반적으로 무방향성 전기강판은 결정립을 크게 성장시킬수록 철손이 감소된다.

자성을 향상시키기 위하여 Sn, Ni, Cu 및 Mn을 함유하고 철손이 낮은 무방향성 전기강판제조에 관한 것으로는 일본공개특허 공보(소)63-317627호 대한민국 특허 출원 92-18617호가 대표적이다.

일본특허 공개공보(소)63-317627호에 의한 무방향성 전기강판의 제조는 오스테나이트 상에서 열간압연을 행하기 때문에 열연판내에 잔류 응력이 소멸되므로 열연판을 상소둔하고, 또한, 결정립을 크게 성장시키기 위하여 냉연판 소둔후 경압연인 스킨패스 압연후 출하하는 세미프로 세스를 적용하고 있다.

그러나 상기 방법의 경우 강이 Si 함량이 2.0% 이상으로 높은 중고급강일 경우에는 소재의 경도가 높아 스킨패스 압연이 어려운 문제점이 있다.

대한민국 특허출원 제92-18617호는 열간압연의 마무리 압연시 페라이트상에서 7% 이상의 압하율로 열간압연하고 권취하여 열연판소둔을 생략하고 철손을 낮추고자한 방법이다. 그러나 이 방벙에서는 권취온도를 600℃ 이상으로 하므로서 판형상이 불량해지며 열연판의 스케일을 제거하기 어려운 단점이 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 바와같은 종래의 방법에 의해 Sn, Ni, Cu 및 Mn을 함유하고 Si가 2.0% 이상으로 다량첨가된 무방향성 전기강판 제조시의 문제점을 해결하여 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 용이하게 제조하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 강의 열간압연 조건을 제어하여 Sn, Ni, Cu 및 Mn을 함유하고 Si 함량이 많은 소재에서도 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 이를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 중량%로, C:0.01% 이하, Si:2.0-3.5%, Mn:1.0-1.5%, P:0.01-0.15% S:0.008% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Ni:0.05-0.7%, Cu:0.03-0.5%, 잔부: Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 철손이 낮은 무방향성 전기강판에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.01% 이하, Si:2.0-3.5%, Mn:1.0-1.5%, P:0.01-0.15% S:0.008% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Ni:0.05-0.7%, Cu:0.03-0.5%, 잔부: Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강의 슬라브를 1250℃ 이하의 온도로 가열한후, 열간압연시 사상압연의 마무리압연을 800-950℃의 온도범위의 페라이트 상에서 7-20%의 압하율로 압연하고, 650℃ 이하의 온도로 권취하여, 900℃ 이상의 온도로 연속소둔한 다음, 산세하고 1회냉간압연 또는 중간소둔을 포함한 2회냉간압연후 고온수둔하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 강을 상기와 같이 조성하고, 열간압연시 사상압연의 마무리 압연을 페라이트 상에서 종료하고 적정한 압하율을 주어서 잔류응력을 유기시키고 압연된 열연판은 낮은 온도로 권취하여 잔류응력을 최대한 보존 하므로서 열연판 소둔을 연속 소둔으로도 결정립을 용이하게 성장시킬 수 있어 기존의 방법에서 결정립 성장을 위한 공정인 스캔패스압연을 생략하고 철손을 낮출수 있는 방법을 제공하는데, 그 특징이 있다.

본 발명에서는 우선 강을 상기와 같이 조성함이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

상기 C는 자기시효를 일으켜 사용중의 자성을 저하시키므로 슬라브에서는 0.01% 이하, 최종제품에서는 0.003% 이하로 한다.

상기 Si은 비저항을 증가시키는 주요원소로서 최저 2.0% 이상 첨가하며, 냉간압연성을 고려하여 최대 3.5% 까지 첨가한다.

상기 Mn은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추므로 1.0% 이상 첨가하나 냉간압연성을 고려하여 최대 1.5% 까지 첨가한다. Mn은 강력한 오스테아니트형성 원소이어서 Si 함량이 2.0% 이하에서는 페라이트상이 적어짐으로 열간압연시 페라이트상압연이 곤란해진다.

상기 P는 자성에 유리한 집합조직을 형성하는 본 발명의 주요성분계이며 0.01%이상 첨가하며, 냉간압연성을 고려하여 최대 0.15%까지 첨가한다. 이때 P의 량을 적절히 조정하여 결정립을 적정 크기로 성장시킴으로서 철손을 저하시킬 수 있다.

상기 S는 자기특성에 나쁜 영향을 미치므로 가능한 낮게 함유되는 것이 유리하며, 본 발명에서는 0.008% 이하로 한다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 철손을 저감하여, N의 영향을 감소시키므로 최대1.0% 까지 첨가한다.

상기 N은 침입형 원소로서 집합조직의 발달을 저해함으로 가능한 함유량이 적은 것이 바람직하며, 본 발명에서는 0.005% 이하로 한다.

상기 Sn은 결정립계에 편석되어 결정립형상을 제어한다. 그리고 자성에 불리한 (222)면의 집합조직을 형성을 억제시켜 자성을 향상시킨다. 0.03% 이하로 하면 그 효과가 적고, 0.3% 이상이 되면 냉간압연성이 저하됨으로 0.03-0.3%로 첨가한다.

상기 Ni은 자성에 유리한 집합조직을 향상시키므로 최소 0.03% 이상 첨가하며, 냉간압연성을 고려하여 치대 0.07% 까지 첨가한다.

상기 Cu는 내식성을 증가시키며, 비저항을 증가시켜 철손을 낮추므로 최소 0.03% 이상 첨가하나 Sn과 함께 첨가하면 열연판 형상이 나빠질 수 있으므로 최대 0.5%까지 첨가한다.

상기와 같이 조성되는 강슬라브는 전로, 전기로등에서 용강으로 제조하고 슬라브로 응고시키고 열간압연전 가열로로 장입되어 1250℃ 이하로 가열된다. 그 이상의 온도로 가열되면 석출물이 재용해되어 열간압연후 미세한 석출물이 많이 발생되어 자성이 저하될 수 있다. 가열된 슬라브는 사상압연되며, 이때 마무리압연시 800-950℃의 온도범위의 페라이트상에서 열간압연하고 권취한다. 적어도 800℃ 이상에서 압연시 압연이 가능하며, 950℃ 이하에서 압연함으로서 표면의 산화층을 줄일수 있다. 또한 페라이트상에서 열간압연함으로서 열연판내에 재결정율이 적어 잔류응력이 많이 잔류하게 되며 따라서 후공정의 열연판소둔온도를 높게 작업시 결정립이 크게 성장된다. 그리고 열간압연의 마무리작업시 압하율을 이러한 잔류응력과 밀접한 관계가 있으며 7% 이상 20%이하로 한다. 7% 이하로 하면 잔류응력이 적으며, 20% 이상으로 하면 열연판의 형상이 나쁘기 때문이다. 권취는 650℃ 이하에서 실시함으로 열연판내의 잔류응력을 유지할 수 있다.

권취냉각된 소둔판은 900℃ 이상의 온도에서 열연판을 연속소둔한다. 그 이하의 온도에서는 연속소둔시 결정립성장이 어렵기 때문이다. 소둔시간은 10분 이하로 하여 생산성을 향상시킨다. 최대온도는 특별히 한정하지 않으나 소둔시 결함이 발생되지 않는 한 높은 온도로 한다. 열연판은 산세후 냉간압연한다.

냉간압연은 1회냉간압연법 혹은 중간소둔을 포함한 2회냉간압연법이 있으며, 중간소둔시에는 900-1000℃의 온도범위로 실시한다. 2회냉간압연법으로 제조시 2차냉간압하율은 재결정성이 발생될 수 있는 압하율 이상으로 한다. 최종 냉간압연이 끝난 소재는 최종소둔을 하며, 이때 재결정에 의한 중분한 결정립성장과 자성에 유리한 집합조직이 발달되어야 한다.

이상과 같은 조건을 만족하도록 열연판소둔을 연속소둔하고 스킨패스압연을 생략하게되면 자성에 유리한 (200)면의 집합조직이 잘 발달되고 결정립이 크게 성장하여 철손이 감소된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같은 성분을 갖는 강슬라브를 용해하고 하기 표 2와 같은 제조조건으로 열간압연, 열연판소둔, 산세, 냉간압연을 하였다. 열간압연시 본 실시예의 조건은 Si 함량이 높아서 모두 페라이트상에서 열간압연되었다. 냉간압연판은 결정립성장을 위하여 20%의 수소와 80%의 질소를 포함하는 건조한 혼합가스 분위기에서 1000℃의 온도로 2분간 고온소둔하고 절단한 후 자기적 특성과 재질을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

이때, (200)면의 집합조직을 홀타식의 집합조직 강도를 조사하였다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 2에서 알수 있는 바와같이, 본 발명의 강성분범위나 제조조건을 만족하는 발명재(1-4)는 본 발명의 범위를 만족하지 못하는 비교재(1-3)의 경우에 비하여 결정립 크기 및 (200)면의 집합조직 강도가 크고 철손을 낮게 나타남을 알 수 있다.

[실시예 2]

중량%로, C:0.003%, Si:3.15%, Mn:1.25%, P:0.025% S:0.005%, Al:0.45%, N:0.002%, Sn:0.12%, Ni:0.25%, Cu:0.19%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1180℃로 가열하고, 열간압연시 사상압연의 마무리작업시 페라이트상인 850℃의 온도에서 16%와 25%의 압하율로 열간압연하여 2.2mm의 두께로 하고 580℃로 권취하였다. 이때 압하율 25%로 마무리 압연된 열연판은 판형상이 나빠서 다음 공정은 중지하였다. 마무리압하율이 16%로 작업된 열연판은 1070℃의 온도로 열연판을 3분간 연속소둔 및 산세하였다. 산세한 판은 두께 0.7mm로 1차냉간압연하고 비산화성분위기에서 950℃의 온도로 2분간 소둔후 0.35mm의 두게로 2차냉간압연하여 최종두께로 하였다. 냉간압연판은 결정립성장을 위하여 20%의 수소와 80%의 질소를 포함하는 건조한 분위기에서 1000℃의 온도로 1분간 고온소둔하고 절단한 후 자기적 특성을 조사하였다. 자기적 특성은 50Hz에서 1.5Tesla의 자속밀도를 유기했을 때의 철손값으로 하였고 1.98W/Kg로 조사되었으며, 이때 소재분석결과 (200)면의 집합조직강도는 0.72이었고 결정립은 108㎛ 이었다.

상술한 바와같이, 본 발명은 열간압연 공정중 사상압연의 마무리압연시 페라이트상에서 종료하고 일정한 압하율을 주어서 잔류응력을 유기시키고, 압연된 열연판은 낮은 온도로 권취하여 잔류응력을 최대한 보전함으로서 열연판소둔의 연속소둔 및 스킨패스압연의 생략이 가능한 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 중량%로, C:0.01% 이하, Si:2.0-3.5%, Mn:1.0-1.5%, P:0.01-0.15% S:0.008% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Ni:0.05-0.7%, Cu:0.03-0.5%, 잔부: Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성됨을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판.
2. 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.01% 이하, Si:2.0-3.5%, Mn:1.0-1.5%, P:0.01-0.15% S:0.008% 이하, Al:1.0% 이하, N:0.007% 이하, Sn:0.03-0.3%, Ni:0.05-0.7%, Cu:0.03-0.5%, 잔부: Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강의 슬라브를 1250℃ 이하의 온도로 가열한후, 열간압연시 사상압연의 마무리압연을 800-950℃의 온도범위의 페라이트 상에서 7-20%의 압하율로 압연하고, 650℃ 이하의 온도로 권취하여, 900℃ 이상의 온도로 연소소둔한 다음, 산세하고 1회냉간압연 또는 중간소둔을 포함한 2회냉간압연후 고온소둔하는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.