KR100241005B1 - 1회 냉간압연에 의한 방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기 등과 같은 정지기기의 철심으로 사용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 방향성 전기강판의 제조시 열연판을 최종두께로 1회 냉간압연한 다음 1차재결정 소둔시 그 조건을 적절히 제어하므로서, 기존의 두께 0.35mm 이하의 방향성 전기강판대비 동등이상의 자기적 특성을 갖는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 무게비로, Si: 2.95 ~ 3.1%, Mn: 0.06 ~ 0.08%, S: 0.022 ~ 0.026%, C: 0.01 ~ 0.05%, 나머지: Fe 및 불가피하게 첨가되는 원소로 이루어지는 강을 연주, 열간압연을 거쳐 열연판으로 만든 다음, 산세하여 냉간압연하고 탈탄을 겸한 1차재결정소둔을 하고, 고온소둔을 한다음 절연코팅하여 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 1차 재결정소둔은 냉연판을 500~650℃의 온도범위에서 1-10분간 유지한 후 승온하여 800-850℃의 온도범위에서 1-10분간 습한 분위기에서 탈탄소둔하고, 이어 870-950℃의 온도범위에서 1-10분 유지한 후 냉각하는 것인 1회 냉간압연에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

1회 냉간압연에 의한 방향성 전기강판의 제조방법

제1도는 본 발명의 범위를 만족하는 발명재 및 이를 만족하지 못하는 비교재의 1차 재결정 소둔후 자속밀도 및 2차 재결정된 결정립의 조직 사진.

본 발명은 변압기 등과 같은 정지기기의 철심으로 사용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1차 재결정 소둔 조건을 적절히 제어하여 1회 냉간압연에 의해서도 우수한 자기적 성질을 갖는 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 강판을 구성하는 결정립이 밀러지수로 {110}〈011〉, 즉 압연면에 {110}면이 평행하고 그 압연방향으로 〈011〉자화용이축을 갖는 강판으로서, 이러한 방향성 전기강판에 요구되는 특성은 낮은 철손과 높은 자속밀도이다. 그 이유는 철손이 낮을수록 전기기기의 에너지손실이 작고, 자속밀도가 높을수록 전기기기의 효율이 좋아져서 소형화가 가능하기 때문이다.

고스(N.P.Goss)에 의해 냉간압연법에 의한 방향성 전기강판 제조법이 발명된 이래 개량을 거듭하여 많은 진보가 있었다. 방향성 전기강판의 제조방법이 발명된 이래, 방향성 전기강판의 연구의 역사는 철손저감 노력의 역사라해도 과언이 아니다. 주요한 개선내용을 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 만족시킬 만큼 제품이 세분화되어 있지 않다.

현재 개발되어 사용되어지고있는 방향성 전기강판은 그 자기적 특성을 향상시킬 목적으로 그 두께를 대부분 0.35mm 이하로 관리하고 있다. 이와같은 방향성 전기강판은 통상 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연하여 제조되는데 이 경우 생산성이 낮고 원가상승의 문제점을 안고 있다.

상기와 같은 종래 방향성 전기강판의 생산성이 낮고 원가가 상승되는 문제점은 전기강판의 두께를 기존의 0.35mm 이상으로 두껍게 하면 그 해결이 가능한데, 이때에는 두께 0.35mm 이하인 전기강판에 비해 2차 재결정이 불안정해져 자기적 특성이 열화되는 문제점이 있다.

따라서 방향성 전기강판의 두께를 두껍게 하면서 자기적 특성은 두께 0.3mm 이하인 전기강판과 비교하여 동등이상의 특성을 갖을 수 있는 방향성 전기강판에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

또한, 최근에는 수요가들의 욕구가 다양해지면서 최종 제품의 용도에 맞게 경제적으로 재료를 선택하려는 움직임이 있으나, 이러한 수요가들의 다양한 욕구를 만족시킬만큼 제품이 세분화되어 있지 않은 실정이다.

이에, 본 발명자는 두께가 기존의 방향성 전기강판보다 두꺼우면서도 자기적 특성은 동등이상인 방향성 전기강판을 제조하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게된 것으로, 본 발명은 방향성 전기강판의 제조시 열연판을 최종두께로 1회 냉간압연한 다음 1차 재결정 소둔시 그 조건을 적절히 제어하므로서, 기존의 두께 0.35mm 이하의 방향성 전기강판 대비 동등이상의 자기적 특성을 갖는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

무게비로, Si: 2.95 ~ 3.1%, Mn: 0.06 ~ 0.08%, S: 0.022 ~ 0.026%, C: 0.01 ~ 0.05%, 나머지: Fe 및 불가피하게 첨가되는 원소로 이루어지는 강을 연주, 열간압연을 거쳐 열연판으로 만든 다음, 산세하여 냉간압연하고 탈탄을 겸한 1차재결정소둔을 하고, 고온소둔을 한다음 절연코팅하여 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 1차 재결정소둔은 냉연판을 500~650℃의 온도범위에서 1-10분간 유지한 후 승온하여 800-850℃의 온도범위에서 1-10분간 습한 분위기에서 탈탄소둔하고, 이어 870-950℃의 온도범위에서 유지하여 1차 재결정 소둔하는, 1회 냉간압연에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

통상의 방향성 전기강판의 성분은 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, Ni 등이 소량 첨가되어 있다. 본 발명재에서는 수요가의 가공특성을 향상시키기 위해서 종래재에 비해서 Si의 첨가량을 줄여 Si: 2.95-3.1%로 하였다. 전기강판에서 Si의 역할은 강판의 비저항을 높혀서 철손을 줄이는 것이나, Si가 다량 첨가되면 강판의 경도가 증가하여 취성이 강하여져 타발성이 나빠진다. 또한, Si가 다량 첨가되면 탄소당량(carbon equallvant)이 증가하여 용접서이 나빠진다. 따라서 본 발명자는 철손을 해치지 않는 범위내에서 타발성이나 용접성등의 가공성을 향상시키는 Si 함량을 조사한 바 Si: 2.95-3.1% 정도가 효과적인 것을 알아냈다.

통상의 방향성 전기강판은 제강과 연주를 거쳐 슬라브를 제조하고 열연판(두께 2.0-2.3mm) 만든 다음, 예비소둔(900-1000℃, 3분이상)을 하고, 1차 냉간압연(두께 0.7-0.09mm) 한 후, 중간소둔(900-1000℃ 3분이상)을 행한다. 이어 중간소둔된 판을 최종두께로(0.23-0.35mm)로 2차 냉간압연한 후, 습윤분위기로 탈탄소둔(800-850℃, 3분이상)을 한 다음에 고온소둔하고 절연코팅 처리를 한다.

본 발명은 열연판을 제조하는 공정은 상기한 통상의 방향성 전기강판 제조시와 같으나, 그 이후는 다르다. 즉, 종래와는 달리 예비소둔을 생략하고 1회의 냉간압연만으로 최종두께까지 압연한 후 3단계의 1차 재결정소둔을 실시한다. 즉, 냉간압연판을 500-600℃의 온도범위에서 1-10분간 소둔한 다음 승온하여 800-850℃의 온도범위에서 1-10분간 습한 분위기에서 탈탄소둔한다. 탈탄소둔이 끝난후에는 870-950℃의 온도범위에서 1-10분간 유지한 후 냉각한 다음 고온소둔하고 절연코팅한다.

일반적으로 두께가 두꺼운 방향성 전기강판 제조시의 문제점을 고온소둔시 2차 재결정의 불안정이다. 두께가 0.35mm 이하인 방향성 전기강판에 비해 두께가 두꺼워지면 고온소둔이 2차 재결정이 불안정해져서 자성이 악화된다.

2차재결정이란 탈탄소둔이 끝난 방향성 전기강판의 고온소둔시 1차 재결정된 탈탄소둔의 입계에너지를 구동력으로 하여 다시 재결정되는 현상으로 방향성 전기강판의 주된 집합조직인 {110}〈001〉결정립들이 형성되는 단계이다.

자성이 우수하려면〈001〉축이 압연방향으로 평행해야 한다. 2차 재결정이 불안정해지면〈001〉축이 압연방향으로부터 벗어나는 각도가 커지거나 {110}〈001〉집합조직의 형성이 불안정하여진다. 두께가 0.35mm 이상인 방향성 전기강판의 2차재결정이 불안정하여지는 이유는 다음과 같다.

즉, 2차재결정의 핵이 발생하여 성장해나가는 과정에서 2차재결정의 핵으로 되는 {110}〈001〉결정립이 방위가 다른 결정립을 잠식하여 가는데 있어서 성장도중에 방위의 뒤틀림이 있다. 2차재결정의 핵이 성장하여 가는 결정립의 수가 많아질수록〈001〉축이 압연방향으로부터 벗어날 수 있는 가능성이 커진다. 또한 2차재결정의 핵으로 되는 {110}〈001〉결정립은 두께방향으로 표면에서 주로 발생하므로 두께가 두꺼워질수록 2차재결정의 핵이 성장해나가면서 잠식하는 결정립의 수가 많아지고 그만큼〈001〉축이 압연방향으로부터 벗어나는 가능성이 커진다. 또한 0.35mm 이하인 강판에 비해 상대적으로 {110}〈001〉2차재결정의 핵수가 적어져서 이상적인 방위의 {110}〈001〉이외에 방위가 다른 결정립이 성장하여 고온소둔에 의한 2차재결정이 끝난 후에 {110}〈001〉결정립이 차지하는 면적이 작아져서 자기적 성질을 해칠 수가 있다.

2차재결정이 불안정하여지는 다른 이유로는 2차재결정을 안정화하는데 효과가 있는 예비소둔공정을 생략하기 때문이고 2차재결정이 비교적 쉬운 2회냉간압연법보다 공정단순화를 위해 1회 냉간압연만으로 최종제품까지 만드는 공정을 선택한 것이기 때문이다.

본 발명에서는 두께 0.35mm 이상의 방향성 전기강판에서 상기와 같은 이유로 2차재결정이 불안정해지는 문제점을 해결하기 위하여 1차재결정소둔을 3단계로 처리하는 방법을 제시한다.

즉, 3단소둔의 1단계의 열처리는 1차재결정소둔이 끝난 후의 안정적인 집합조직의 형성을 위해 500-650℃에서 1-10분간 {110}〈001〉집합조직을 강화시키는 역할을 한다. 이때의 분위기는 건조하거나 습하여도 상관은 없으나 후속되는 탈탄공정을 위하여 이슬점(dew point)이 30℃ 이상인 습한 분위기가 바람직하다.

냉간압연조직에서 재결정립이 형성되는 과정에 있어서 집합조직의 종류에 따라 재결정될 수 있는 온도 및 재결정하기 쉬운 순서가 정해져 있다. 3% 규소가 포함된 전기강판에 있어서는 {110}, {111}, {211}, {100}의 순서로 알려져 있다. 내부에너지가 가장낮은 {110}조직이 먼저 재결정하므로 {110}〈001〉집합조직으로 이루어지는 소위 고스집합조직으로 되는 2차재결정을 잘 발달시키기 위해서는 다른 집합조직들이 재결정되기 전에 2차재결정의 핵이 되는 {110}〈001〉집합조직을 우선적으로 생성시키기 위하여 비교적 낮은 온도잉 500-650℃에서 1-10분간 1단계로 유지시켜야 할 필요가 있다.

1단계 소둔의 온도가 500℃ 이하이면 {110}〈001〉결정립을 우선방위로 하는 재결정이 일어나지 않으며, 650℃ 이상이면 집합조직의 안정화 효과가 없다. 소둔시간이 1분이하이면 재결정이 충분히 일어나지 않으며, 10분 이상이면 {110}〈001〉집합조직의 안정화 효과가 없다.

2단계로는 탈탄을 위해 800-850℃로 1-10분간 이슬점(dew point)이 30℃ 이상인 분위기에서 1-10분간 탈탄소둔한다.

2단계의 탈탄소둔온도가 800℃ 이하이면 소재내의 C의 확산속도가 느려 탈탄이 불안전하게 일어나서 잔류탄소가 많게 되며, 850℃ 이상이면 Si를 주성분으로 하는 산화층이 표면에 형성되어 탈탄을 방해하게 되므로 좋지 않다.

탈탄시간이 1분이하이면 탈탄이 불안전하게 일어나 제품으로 사용시 자기시효현상이 일어나게 되고 10분이하이면 자기적 성질의 문제는 없으나 표면의 산화층이 지나치게 두꺼워지고 FeO계통의 산화층이 형성되어 절연피막의 박리가 쉽게 일어나게 되어 표면품질이 나빠진다.

3단계는 1차재결정립의 크기를 적절히 조절하는 것이다. 본 발명의 성분계는 통상의 재래식 방향성 전기강판과는 달리 저온재가열형으로서 1차재결정립의 성장억제제로서 AlN를 이용하는 것이다. 따라서 AlN + MnS의 복합성분계에 비해 저온재가 열의 잇점이 있지만 1차재결정립의 성장억제력이 상대적으로 약하므로 2차재결정이 일어나기전에 1차재결정립의 결정립크기를 비교적 크게 성장시켜야 할 필요가 있다. 이러한 처리를 3단계의 소둔에서 해줌으로서 1회압연에 의한 2차재결정의 불안정성을 해소시킬 수가 있는 것이다.

3단계의 소둔은 870-950℃에서 1-10분간 이슬점(dew point)이 10℃ 이하의 건조한 분위기에서 실시한다. 3단계의 소둔온도가 870℃ 이하이면 1차재결정립의 성장효과가 없고, 950℃ 이상이면 과도한 1차재결정립의 성장이 일어나버려 2차재결정의 구동력인 결정립계에너지가 소진되므로 자성이 급격히 나빠진다. 소둔시간이 1분이하이면 1차재결정립의 성장효과가 없고 10분이상이며 결정립의 크기가 필요이상으로 조대해지므로 바람직하지 않다. 3단계의 소둔은 건조한 분위기가 바람직하다. 이슬점이 10℃ 이상이면 2단계의 탈탄소둔에서 형성된 산화물위에 이중으로 산화물이 형성되어 절연코팅의 품질이 악화된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

무게비로, Si: 3.0%, Mn: 0.067%, S: 0.024%, C: 0.048%를 포함하는 방향성 전기강판을 제강, 연주, 열간압연을 거쳐 두께가 2.0mm의 열연판을 제조한다. 열연판을 예비소둔없이 산세하여 열간압연스케일을 제거한 다음 1회의 냉간압연으로 0.5mm까지 냉간압연한 다음 3단계의 탈탄 및 1차재결정소둔을 한 다음, 고온소둔에 의한 2차재결정 및 절연코팅을 하였다. 3단계의 1차재결정소둔시 1단계의 시간 및 온도를 하기 표 1과 같이 여러 가지로 변화시키고 2단계의 소둔에서 830℃ 5분간 탈탄하였고, 3단계는 930℃에서 3분간 유지하였다.

1단계의 소둔온도 및 시간을 변화시킨 재료의 최종제품의 자속밀도값을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

이때 자속밀도는 자계의 세기가 1000Amp/m일 때의 값으로 단위는 테슬라(Tesla)로 나타냈으며, 자속밀도가 높을수록 전기강판을 철심으로 쓰는 전기기기의 효율이 좋다.

[표 1]

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 1단계 소둔시 온도 및 시간이 본 발명의 범위를 만족하는 경우, 즉 온도: 500-650℃ 및 시간: 1-10분의 경우, 본 발명의 1단계 소둔조건범위를 만족하지 못하는 경우에 비하여 자속밀도값이 동등이상으로 우수하게 나타남을 알 수 있다.

[실시예 2]

무게비로, Si: 3.0%, Mn: 0.066%, S: 0.023%, C: 0.049%를 포함하는 방향성 전기강판을 제강, 연주, 열간압연을 거쳐 두께 2.0mm의 열연판을 제조한다. 열연판을 예비소둔없이 산세하여 열간압연스케일을 제거한 다음, 1회의 냉간압연으로 0.5mm까지 냉간압연한 다음 3단계의 탈탄 및 1차재결정 소둔을 한 다음 고온소둔에 의한 2차재결정 및 절연코팅을 하였다. 3단계의 1차재결정소둔시 1단계의 소둔에서는 600℃에서 3분 유지후 2단계의 시간 및 온도를 하기 표 2와 같이 여러 가지로 변화시키고 3단계의 소둔에서 910℃ 5분간 유지하였다.

2단계의 소둔온도 및 시간을 변화시킨 재료의 1단계소둔후의 잔류탄소값을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 2단계소둔 즉 탈탄소둔시 온도 및 시간이 본 발명의 범위를 만족하는 경우, 주 온도: 800-850℃ 및 시간: 1-10분의 경우 본 발명의 2단계 소둔 조건 범위를 만족하지 못하는 경우에 비하여 탄소함량이 월등히 낮아 탈탄이 충분히 이루어졌음을 알 수 있다.

[실시예 3]

무게비로, Si: 3.0%, Mn: 0.066%, S: 0.023%, C: 0.047%를 포함하는 방향성 전기강판을 제강, 연주, 열간압연을 거쳐 두께 2.0mm의 열연판을 제조한다. 열연판을 예비소둔없이 산세하여 열간압연스케일을 제거한 다음, 1회의 냉간압연으로 0.5mm까지 냉간압연한 다음 3단계의 탈탄 및 1차재결정소둔을 한 다음 고온소둔에 의한 2차재결정 및 절연코팅을 하였다. 3단계의 1차재결정소둔시 1단계의 소둔에서는 550℃에서 5분 유지후 2단계의 소둔에서는 820℃에서 5분간 탈탄 후 3단계의 소둔의 온도 및 시간을 하기 표 3과 같이 여러 가지로 변화시킨후 최종제품의 자속밀도를 측정하였다. 3단계의 소둔온도 및 시간을 변화시킨 재료의 최종제품의 자속밀도값을 측정하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 3단계 소둔시 온도 및 시간이 본 발명의 범위를 만족하는 경우, 즉 온도: 870-950℃ 및 시간: 1-10분의 경우, 본 발명의 3단계 소둔조건 범위를 만족하지 못하는 경우에 비하여 자속밀도값이 동등 이상으로 우수하게 나타남을 알 수 있다.

[실시예 4]

무게비로, Si: 3.1%, Mn: 0.067%, S: 0.023%, C: 0.049%를 포함하는 방향성 전기강판을 제강, 연주, 열간압연을 거쳐 두께가 2.0mm의 열연판을 제조한다. 열연판을 예비소둔없이 산세하여 열간압연스케일을 제거한 다음 1회의 냉간압연으로 0.5mm까지 냉간압연한 다음 1-3 단계의 소둔을 제1도에서와 같이 여러 가지로 변화시킨 다음, 고온소둔후의 2차재결정이 일어난 모습을 관찰하여 그 결과를 제1도에 나타내었다.

제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 1-3단계 소둔조건을 만족하는 발명재(1)의 조건에서는 2차재결정이 완전하게 일어나 자성이 우수하였으나, 본 발명의 범위를 벗어난 비교재(a,b,c)에서는 2차재결정이 불완전하게 일어나서 자성이 나쁜 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 냉간압연된 예비소둔을 생략하고 중간소둔이 없는 1회의 냉간압연을 행하여 두께 0.35mm 이상의 방향성 전기강판을 제조하므로서 기존의 0.35mm 이하 두께의 방향성 전기강판과 동등한 수준의 자유적 특성을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 생산성 및 원가측면에서 큰 잇점이 있다. 또한 탈탄소둔시 두께가 두껍기 때문에 같은 속도로 강판을 연속소둔할 때 생산성이 증대되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 무게비로, Si: 2.95 ~ 3.1%, Mn: 0.06 ~ 0.08%, S: 0.022 ~ 0.026%, C: 0.01 ~ 0.05%, 나머지: Fe 및 불가피하게 첨가되는 원소로 이루어지는 강을 연주, 열간압연을 거쳐 열연판으로 만든 다음, 산세하여 냉간압연하고 탈탄을 겸한 1차재결정소둔을 하고, 고온소둔을 한다음 절연코팅하여 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 1차 재결정소둔은 냉연판을 500~650℃의 온도범위에서 1-10분간 유지한 후 승온하여 800-850℃의 온도범위에서 1-10분간 습한 분위기에서 탈탄소둔하고, 이어 870-950℃의 온도범위에서 1-10분 유지한 후 냉각하는 것임을 특징으로 하는 1회 냉간압연에 의한 방향성 전기강판의 제조방법.