KR100273094B1 - 열연판의 에지크랙을 감소시키는 방향성 전기강판의 슬라브 가열방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기, 정지기기, 회전기기 등의 철심으로 사용되는 방향성 전기강판의 제조방법 중 열연판의 에지크랙을 감소시키는 방향성 전기 강판의 슬라브 가열방법에 관한 것으로, 무게비율 C : 0.04∼0.08, Si : 2.9∼3.3%, Mn : 0.06 -0.08%, S : 0.02∼0.03%와 필요에 따라 S-Al : 0.02 ∼0.03%, N : 60∼120ppm 그리고 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어지는 방향성전기강판을 제강과 연속주조를 거쳐 만들어진 방향성 전기강판 슬라브를 1350∼1430℃의 온도로 가열한 후 열간압연하고 예비소둔, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔을 거쳐 최종 절연코팅하여 방향성 전기강판을 제조하되, 슬라브 가열로에서 승온도중 300∼900℃의 온도구간에서 슬라브의 승온속도를 6∼20℃/ 분으로 하여서 된 것이다.

Description

열연판의 에지크랙을 감소시키는 방향성 전기강판의 슬라브 가열방법

제1도는 종래의 일방향성 전기강판 소재의 사진.

제2도는 본 발명의 일방향성 전기강판 소재의 사진.

본 발명은 변압기, 정지기기, 회전기기 등의 철심으로 사용되는 방향성 전기강판의 제조방법 중 열연판의 에지크랙을 감소시키는 방향성 전기 강판의 슬라브 가열방법에 관한 것으로, 특히 방향성 전기강판 소재 제조에 있어 소재의 에지부에 과다하게 발생하는 에지 크랙으로 인하여 제품화시 크랙발생부의 과다 절단으로 인한 손실량의 증가와 목표 두께로의 냉간압연시 판파단 과다 발생 초래로 작업성이 열위함에 따라 크랙 발생의 주공정으로 되는 열연가열로에서 승온속도를 제어하여 에지품질이 우수한 방향성 전기강판소재를 확보하기 위한 열연가열로 슬라브 가열방법에 관한 것이다.

일반적으로 방향성 전기강판은 규소가 3%정도 첨가되고 제강-연주-열간압연-냉간압연을 거쳐 탈탄소둔하고 고온소둔을 하여 0.2∼0.35mm 정도의 두께를 갖도록 제조되는 전기기기의 철심으로 사용되는 재료이다.

방향성 전기강판은 밀러지수로 압연면이 {110} 면, 압연방향이 ＜001＞ 측인 결정립(고스조직이라 불림)으로 구성되고, 주로 변압기, 발전기기의 철심용 연자성 재료로 사용된다.

방향성 전기강판에 기본적으로 요구되는 특성은 높은 자속밀도와 낮은 철손이다.

자속밀도가 높으면 철심재료를 적게 사용하더라도 같은 성능을 발휘할 수가 있으므로 높은 자속밀도의 방향성 전기강판을 쓰면 전기기기를 소형화할 수가 있다. 철손이란 철심재료에 의한 전기기기의 에너지 손실이다.

따라서 자속밀도가 높고, 철손이 낮은 방향성 전기강판을 제조하는 방법의 개발이 절실이 요구된다.

그러나, 방향성 전기강판은 통상 실수율이라고 부르는 값, 즉 투입된 원재료의 양에 대한 제품화 비율이 다른 철강제품에 비해 상대적으로 작다.

이는 방향성 전기강판에는 규소가 3%정도 함유되므로 취성이 증가하여 크랙의 발생이 많아져서 제품화되는 양이 작고, 또 열간압연과정에서 규소와 철이 산화되어 생기는 스케일 로스(scale loss)가 많기 때문이다.

특히 코일의 양 끝 부분, 즉 에지(egde)부위에 생기는 크랙은 전기강판의 냉간압연시 파단의 원인이 되기 때문에 코일폭의 에지 부분을 일정량 절단해야하므로 이로 인한 손실이 크다.

방향성 전기강판의 제조공정 순서는 제강-열간압연-예비소둔-1차 냉간압연-중간소둔-2차 냉간압연-탈탄소둔-2차재결정소둔-절연코팅이다.

이중에서 열간압연은 제강 및 연주공정에서 나오는 슬라브를 1350∼1430℃의 온도에서 고온가열하는 과정, 조압연, 사상압연등에 의해 2∼3mm의 두께로 만든 다음 코일로 감는 권취공정으로 이루어진다.

종래에는 에지 크랙(Egde Crack)을 해결하기 위하여 열간압연공정에서 조압연 및 사상압연에 주안점을 두고 해결하고자 하였다. 즉 에지 크랙이 발생하기 시작하는 가열로의 적정조건을 찾지 못한 채 슬라브 가열의 후공정인 조압연 및 사상압연에 주안점을 두었던 것이다.

열간압연에서 조압연이란 두께가 150∼300mm정도의 가열로에서 나온 슬라브를 40mm정도의 두께로 압연하는 것을 말하고, 사상압연이란 40mm정도의 두께를 가진 바아(bar)를 최종두께인 2~3mm로 열간압연하는 것을 말한다.

일본 공개특허공보 소62-19628에 의하면 사상압연시 폭방향으로 압하를 주는 것에 의해 에지 크랙을 방지한다고 하나, 이는 이미 발생된 에지 크랙을 기계적인 힘으로 압착하는 것에 불과하여 후속되는 사상압연시 다시 크랙이 발생한다.

미국특허 4,204,891호의 조압연시 온도대역별로 입하율을 조정하여 에지크랙의 발생을 줄인다고 주장하고 있다. 이 또한 에지 크랙이 슬라브 가열시 발생하므로 뒷공정에서 에지 크랙 발생을 완전히 방지할 수는 없는 단점이 있다.

또한 대한민국 특허출원번호 94-32270호의 조압연압하율의 변경으로 인한 에지 크랙의 방지방법도 조압연부터의 에지 크랙의 발생방지에는 도움을 주나, 원천적으로 에지 크랙의 발생을 막을수는 없다.

따라서 에지 크랙 발생원인을 면밀히 검토한 바 열간압연공정중에서도 슬라브 가열공정 에지 크랙이 많이 발생하는 것을 발견하였다. 이러한 사실을 발견하게된 계기는 실제 생산라인에서 전기강판의 표면홈을 줄이기 위해 슬라브 가열방식을 푸셔(Pusher) 에서 워킹빔(Walking Beam)형으로 교체를 하였는데 표면홈은 거의 없어졌으나 에지 크랙이 전보다 심하게 발생하였다.

또 한편으로는 에지 크랙(Edge Crack)의 발생원인을 면밀히 추적한 바 가열로에서 주로 발생한다는 것을 발견하였다.

워킹빔형의 가열로는 푸셔 형에 비해 슬라브의 에지 부분이 분위기에 노출되는 정도가 크다. 따라서 통상 1350∼1430℃의 온도에서 4시간 이상 산화성 분위기하에서 슬라브의 가열이 이루어지므로 에지부분의 노출정도가 에지 크랙의 발생에 큰 영향을 미치는 것이다.

푸셔형의 가열로에서는 슬라브의 측면 즉 에지부분이 분위기에 노출되는 정도가 워킹빔형의 가열로에 비해 훨씬 작기 때문에 가열로에서 일어나는 재료의 손실은 대부분 스케일로 인한 재료의 손실이다.

그러나 현재 쓰고 있고 세계적으로 많이 채택되고 있는 워킹빔형의 가열로에서는 에지부분에서도 스케일이 액체화되어 재료의 손실이 있게 된다.

그러나 에지부분에서는 스케일로 인한 재료의 손실보다 훨씬 심각한 현상은 에지 크랙의 발생이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로 슬라브 가열로의 전반부에 해당하는 예열대 및 가열대에서의 슬라브 승온속도를 제어하여 슬라브의 표면산화층이 덜 형성되도록 하고, 형성된다 하더라도, 얇고 치밀한 산화층이 형성되도록 한 열연판의 에지크렉을 감소시키는 방향성 전기강판의 슬라브 가열방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

이하 본 발명의 구성 및 효과에 대해서 설명한다.

방향성 전기 강판 소재를 용해하고 연주를 거쳐 슬라브를 만든 다음 가열로에 장입한다.

슬라브를 가열로에 장입하는 것은 열간압연을 하고 슬라브 가열시 MnS등의 석출물을 완전히 고용시켜 후속공정에서 미세하게 석출시키기 위함이다.

예열대와 가열대에서 슬라브의 온도를 높이고 1350∼1450℃의 최종온도로 유지되는 균열대로 이동시켜 열처리한다.

본 발명은 예열대와 균열대에서 슬라브를 승온시킬 때 300~900℃까지의 승온속도를 6∼20℃/분으로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

방향성 전기 강판은 규소가 2.8∼3.5% 함유되어 있기 때문에 슬라브 표면에 SiO₂, FeO 또는 복합산화물인 Fayallte라고 불리우는 Fe₂SiO₄가 생성된다.

슬라브 가열로 분위기의 노점이 같을때는 FeO가 가장 낮은 온도에서 그 다음에 Fe₂SiO₄, SiO₂의 순으로 생성된다.

이들 산화물이 형성되는 온도가 낮은 산화물은 융점이 낮다. 이러한 용융온도가 낮은 산화물이 많이 생성되어 있는 슬라브는 균열대에서 장시간 가열하게 되면 산화물이 액체화되어 흘러 내리는 현상이 일어나게 된다.

슬라브의 연주 조직의 결정립계는 결정립내의 조직보다 에너지가 높다. 따라서 산화 스케일이 액체가 되어 슬라브의 에지부를 침식할 때 이러한 주조조직의 결정립계가 깊이 형성되고, 슬라브가 가열로를 나와서 열간압연 될때 침식부위를 핵으로하여 에지 크랙이 발생하게 된다.

슬라브 에지부의 침식을 억제하기 위하여 우선 분위기에 의한 스케일의 발생을 억제해야 할 필요가 있다.

따라서 슬라브를 재가열할 때 예열대와 균열대의 승온속도를 조절하여 FeO나 Fe₂SO₄가 생성되는 온도구간인 300∼900℃에서 슬라브가 유지되는 시간을 최소화 하면 된다.

300∼900℃온도구간에서 승온속도가 6℃/분 이하이면 승온속도가 느려 용점이 낮은 산화 스케일인 FeO와 Fe₂SiO₄가 많이 생성되고 승온속도가 20℃/분이상으로 너무 빠르게 되면 슬라브의 표면이 먼저 승온되고 중심부가 느리게 승온되어 온도차에 의한 에지 크랙이 발생하기 쉽다.

이하 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

[실시예 1]

전로 및 연주를 거치고 무게비로 C : 0.05%, Si : 3.1%, Mn : 0.065%, S : 0.24%와 기타 불순물로 이루어진 재래식 방향성전기강판의 슬라브를 1400℃로 유지된 가열로에서 3시간동안 슬라브를 가열하여 열간압연하는 과정에서 가열로에서 슬라브를 승온할때의 슬라브 승온속도에 따른 에지 크랙에 의한 재료의 손실율을 하기 표 1에 나타내었다. 표 1에서의 열간압연후 에지 크랙에 의한 재료의 손실율이란 열간압연코일에서 에지 크랙부분을 잘라낸 부분의 비율이다.

[표 1]

[실시예 2]

전로 및 연주를 거치고 무게비로 C : 0.07, Si : 3.1%, Mn : 0.065%, S : 0.024%, S-Al : 0.027%, N : 98ppm과 기타 분순물로 이루어진 고자속밀도 방향성전기강판의 슬라브를 1400℃로 유지된 가열로에서 3시간동안 슬라브를 가열하여 열간압연하는 과정에서 가열로에서 슬라브를 승온할 때의 슬라브의 승온속도에 따른 에지 크랙에 의한 재료의 손실율을 하기 표 2에 나타내었다. 표 2에서의 열간압연후 에지 크랙에 의한 재료의 손실율이란 열간 압연코일에서 에지크랙(Edge Crack)부분을 잘라낸 부분의 비율이다.

[표 2]

이상과 같은 본 발명은 열연 가열로에서 승온속도를 제어함으로써 에지크랙이 없는 우수한 방향성 전기 강판 소재를 얻을 수 있게 되었다.

Claims (1)

1. 무게비율 C : 0.04∼0.05, Si : 2.9∼3.3%, Mn : 0.06∼0.08%, S : 0.02∼0.03%와 필요에 따라 S-Al : 0.02∼0.03%, N : 60∼120ppm 그리고 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어지는 방향성전기강판을 제강과 연속주조를 거쳐 만들어진 방향성 전기강판 슬라브를 1350∼1430℃의 온도로 가열한 후 열간압연하고 예비소둔, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔을 거쳐 최종적으로 절연코팅하여 방향성전기강판을 제조하게 된 것에 있어서, 상기 전기강판 슬라브를 가열로에서 승온시킬 때 300∼900℃의 온도구간에서 슬라브의 승온속도를 6∼20℃/분으로 하는 것을 특징으로 하는 열연판의 에지크랙을 감소시키는 방향성 전기강판의 슬라브 가열방법.