KR100256356B1 - 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터, 발전기, 그리고 소형 변압기등의 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로, Sn과 Cr을 첨가하여 강을 조성하고, 이의 열간압연 및 냉간압연후 최종 소둔조건을 적절히 제어하므로서, 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C: 0.015% 이하, Si: 1.0-3.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.005% 이하, Al: 1.0% 이하, Sn: 0.03-0.3%, Cr: 0.05-0.5%, N:0.007% 이하, 상기 (Si+Al): 1.5% 이상, 잔부 : Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 이와 같이 조성되는 강슬라브를 1300℃ 이하로 재가열한 후, 열간압연하여 800-Al의 온도범위에서 마무리하고 대기중에서 권취냉각한 후, 열연판을 950-1100℃의 온도범위에서 30초-10분 동안 연속소둔하고, 이어 1회 냉간압연 혹은 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연한 다음, 900-1050℃의 온도범위에서 최종 소둔하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

본 발명은 모터, 발전기 그리고 소형 변압기등의 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

각종 전기기기의 철심은 초기에는 냉연강판이 사용되었으나 Si 이 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 것을 이용하여 규소강판으로 대체되었다. 이때 철손을 철심 키로그램(Kg)당 전기 소모량(Watt)로 표시된다. 규소강판으로도 불리는 무방향성 전기강판은 Si의 함량이 증가될수록 철손은 낮아져서 에너지 절감이 가능하며, 같은 Si 함량에서는 소재의 압연판면과 나란한 {200}면을 발달시키거나 결정립을 크게 성장시킴으로서 철손을 낮출 수 있다.

제조방법으로는 냉연판을 1차 소둔후 10% 이하의 경압연하는 스킨패스 압연후 출하하는 세미프로세스 공정의 제조법과 냉연판을 1회 압연법 혹은 중간소둔을 포함한 2회 압연법으로 압연후 최종 소둔하는 폴리프로세스 공정의 제조법이 있다.

최근 무방향성 전기강판은 자성향상을 위해 기존의 통상의 무방향성 전기강판에 집합조직을 향상시키는 원소인 Sn, Ni 및 Cu 등과 같은 원소를 함유시켜 왔다. 그러나 이 경우 우수한 자기적 특성은 얻을 수 있으나 첨가되는 성분원소들이 고가인 관계로 제조원가 상승의 단점이 발생한다.

따라서, 자성을 향상시키기 위하여 첨가되는 집합조직 향상원소들의 첨가없이 상기한 집합조직 향상원소들이 첨가된 망과 동등한 수준의 자기적 특성을 갖는 무방향성 전기강판을 경제적으로 제조하고자 하는 연구가 많이 행해졌으며, 그중 일본특허공보 (소) 58-30926호 및 일본특허공보 (소) 64-4453호가 대표적이다.

일본특허 공보(소) 58-30926호는 통상의 무방향성 전기강판에 집합조직을 향상시키는 원소인 Sn을 첨가하여 세미프로세스 공정으로 제조하는 방법에 관한 것이나, Sn의 단독 첨가만으로는 자성향상에 한계가 있다.

일본특허 공보(소) 64-4453호는 통상의 무방향성 자기강판에 방청성을 향상시키기 위하여 Cr과 Cu를 첨가하고 있는 방법으로, 자기적 특성 향상에 대한 구체적인 기재는 없다.

이에, 본 발명자는 집합 조직 향상원소들의 첨가량을 줄이면서도 동시에 이들 원소들이 첨가된 고급강과 동등한 자기적 특성을 얻을 수 있는 무방향성 전기강판을 경제적으로 제조하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 Sn과 Cr을 첨가하여 강을 조성하고, 이의 열간압연 및 냉간압연후 최종 소둔조건을 적절히 제어하므로서, 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 중량%로, C: 0.015% 이하, Si: 1.0-3.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.005%이하, Al: 1.0% 이하, Sn: 0.03-0.3%, Cr: 0.05-0.5%, N:0.007% 이하, 상기 (Si+Al): 1.5% 이상, 잔부 : Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 철손이 낮은 무방향성 전기강판에 관한 것이다.

본 발명은 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, C: 0.015% 이하, Si: 1.0-3.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.015%이하, Al: 1.0% 이하, Sn: 0.03-0.3%, Cr: 0.05-0.5%, N:0.007% 이하, 상기 (Si+Al): 1.5% 이상, 잔부 : Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 강슬라브를 1300℃ 이하로 재가열한 후, 열간압연하여 800-Al 의 온도범위에서 마무리하고 대기중에서 권취냉각한 후, 열연판을 950-1100℃의 온도범위에서 30초-10분 동안 연속소둔하고, 이어 1회 냉간압연 혹은 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연한 다음, 900-1050℃의 온도범위에서 최종 소둔하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 우선 강을 상기와 같이 조성되도록 함이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

상기 C은 자기시효를 일으켜 자성을 저하시키므로 강슬라브에서는 0.015% 이하로 함유되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 Si은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추어 전체철손을 낮추므로 최소 1.0% 이상 첨가하며, 또한 강중에서 경화원소로도 작용하여 냉간압연성을 저하시키기 때문에 강슬라브에 3.5% 이하로 첨가하여 강슬라브에서는 1.0-3.5%로 함유되게 한다.

상기 Mn은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추거나 과다하게 첨가되면 자성에 유리한 집합조직이 열화되므로 강슬라브중에 0.5% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.

상기 P는 비저항을 증가시키며, 자성에 유리한 {100}면의 집합조직을 잘 형성토록 하는 반면, 결정립계에 편석되고 재질을 경하게 하여 냉간압연시 판파단의 원인이 되므로 최대 0.15% 까지 함유하는 것이 바람직하다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 철손을 저감시키고 강중에서 탈산작용을 하므로 최대 1.0%까지 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Sn은 결정립계 편석원소로서 결정립 형상을 제어하는 한편, 자성에 불리한 {222}면의 집합조직을 억제시킨다. 0.03% 이하로 첨가되면 그 효과가 적고, 0.3% 이상 첨가되면 냉간압연성이 나빠짐으로 0.03-0.3%로 첨가한다.

상기 Cr은 페라이트상 촉진 원소이며, 질화물 형성원소로서 미세한 석출물로 석출되는 고용 N을 저감하기 때문에 집합조직중 {200}면을 향상시키는 원소로 조사되었으며, 최소 0.05%이상 첨가되어야 효과가 있으며, 0.5%가 초과되면 그 첨가량에 비해 철손의 향상이 적으므로 0.05-0.5%로 첨가한다.

상기 S는 자성특성에 나쁜 영향을 미치는 원소로서 가능한한 적게 함유되는 것이 유리함으로 본 발명에서는 최대 0.015%까지 허용하며, 0.005% 이하로 유시키면 자성은 안정화된다.

상기 N은 불순물이며, 최대 0.007%까지는 허용한다

본 발명에서는 상기와 같이 조성되는 강을 다음과 같은 조건을 만족하도록 열간압연 및 냉간압연하여 본 발명의 무방향성 전기강판을 제조함이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

제강공정에서 제조된 용간은 슬라브로 제조후 열연재가열로에 장입되어지며, 1300℃ 이하의 온도로 가열후 열간압연한다.

열간압연의 마무리 압연시 압연온도는 800℃ 이상과 강의 성분에 따라 결정되는 상변태온도인 Al 온도 이하의 페라이트 상에서 압연후 500-800℃의 온도로 권취하여 대기중에서 냉각한다. 이때 Al 이상의 온도역에서 마무리 압연하면 압연중 동적재결정이 발생되어 결정립이 작기 때문이면, 800℃ 이하의 온도에서 마무리 압연하면 압연성이 나쁘다.

상기와 같이 제조된 열연판은 산세후 냉간압연을 행한다. 이때 상세전 열연판은 950-1100℃ 온도에서 30초 이상 10분 이하 동안 연속소둔한다. 열연판 소둔은 결정립을 크게 서장시키는 역활을 하며, 강을 균일하게 하기 위하여 실시하며 950℃ 이하 혹은 30초 이하로 소둔시에는 강의 균질화가 미흡하여, 1100℃ 이상 혹은 10분 이상 동안 소둔시에는 자성향상의 정도가 적고 판형상이 불량하다.

산세된 열연판은 1회 냉간압연법으로 최종 판두께로 압연될 수 있다.

또한 상기 산세된 열연판을 1차 냉간압연후 900-1000℃로 중간소둔후 2차 냉간압연하는 2회 냉간압연법으로도 제조될 수 있다.

상기와 같이 냉간압연된 냉간압연판은 최종 고온소둔하고 절연피막을 입힌 후 수요가로 출하된다. 냉연판의 최종 소둔시 소둔온도는 900℃이상 1050℃ 이하로 10초 이상 5분 이하동안 비산화성 분위기에서 실시된다. 900℃ 이하에서 소둔시 결정립 성장이 미흡하며, 1050℃ 이상에서 실시시 표층부 산화층이 깊게 형성되어 자성이 저하된다.

이와같이 제조된 무방향성 전기강판은 강판의 판표면과 나란한 {200}면이 잘 발달되어 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

[실시예 1]

하기표 1과 같은 성분을 갖는 강 슬라브를 1230℃에서 가열하고 하기표 2와 같은 조건으로 2.0mm의 두께로 열간압연하고 600℃에서 권취후 대기중에서 공냉하였다. 권취된 열연판은 질소분위기에서 소둔하고 염산용액에서 산세하였다. 산세된 열연판은 0.5mm의 두께로 냉간압연하고 냉연판 소둔을 하였다.

냉연판 소둔시 분이기는 20%의 수소와 80%의 질소로 하였고 각각의 소둔온도에서 90초간 소둔하였다.

상기와 같이 제조된 무방향성 전기강판의 철손을 측정하여 그 결과를 하기표 2에 나타내었다. 이때, 철손은 최종 제품을 절단하여 측정한 결과이며, 낮을수록 바람직하다.

1) * : 발명강 a와 비교강 a는 발명의 조건에서는 100% 페라이트상이며 상변태가 없음.

2) W_15/50: 50Hz에서 1.5Tesla의 자속밀도가 되게 자회했을 때의 철손(W/kg)

상기 표 2에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재(1-6)의 경우, 본 발명의 범위를 만족하지 못하는 비교재(1-5)의 경우에 비하여 철손이 낮게 나타나 자기적 특성이 우수함을 알 수 있다.

[실시예 2]

중량%로 C: 0.004, Si: 3.1%, Mn: 0.3%, P: 0.01%, S: 0.002%, Al: 0.62%, N: 0.0022%, Sn: 0.12%, Cr: 0.27%, Si+Al: 3.72% 및 잔부 Fe로 조성되는 강슬라브를 1180℃에서 재가열하고 마무리 압연온도가 880℃, 압연두께가 2.1mm가 되게 열간압연하고 열연판 권취는 650℃로 작업하였다. 냉각된 열연판은 850℃에서 7분간 질소분위기로 소둔하고 염산용액에 산세하였다.

산세된 판은 1.0mm의 두께로 1차 냉간압연후 0.47mm의 두께로 2차 냉간압연하고 냉연판 소둔을 하였다. 냉연판소둔시 분위기는 20%의 수소와 80%의 질소이고 1030℃의 온도에서 1분간 소둔하였으며, 그 결과, 철손(W_15/50)이 2.35W/kg로 조사되었다. 이때 {200}면 강도는 2.4로 조사되었다.

상술한 바와같이, 본 발명은 강의 성분계와 열연 및 냉연조건을 적절히 제어하므로서, 전기기기의 에너지 손실을 낮출 수 있는 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 중량%로, C: 0.015% 이하, Si: 1.0-3.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.005%이하, Al: 1.0% 이하, Sn: 0.03-0.3%, Cr: 0.05-0.5%, N:0.007% 이하, 상기 (Si+Al): 1.5% 이상, 잔부 : Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성됨을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판.
2. 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, C: 0.015% 이하, Si: 1.0-3.5%, Mn: 0.5% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.015%이하, Al: 1.0% 이하, Sn: 0.03-0.3%, Cr: 0.05-0.5%, N:0.007% 이하, 상기 (Si+Al): 1.5% 이상, 잔부 : Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 강슬라브를 1300℃ 이하로 재가열한 후, 열간압연하여 800-Al의 온도범위에서 마무리하고 대기중에서 권취냉각한 후, 열연판을 950-1100℃의 온도범위에서 30초-10분 동안 연속소둔하고, 이어 1회 냉간압연 혹은 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연한 다음, 900-1050℃의 온도범위에서 최종 소둔하는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 권취온도는 500-800℃인 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.