KR100276307B1 - 후물 방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기 등과 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적은 1회 냉간압연에 의해서도 우수한 자기특성을 갖는 두께 0.4∼0.6mm의 방향성 전기강판의 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, Si:2.9∼3.5%, Mn:0.1∼0.3%, S:0.005∼0.015%, C:0.03∼0.06%, Sol-Al:0.01∼0.022%, N:0.006∼0.012%, 잔부 Fe 및 불가피하게 함유되는 원소로 이루어진 슬라브를 1300℃이하의 온도에서 가열하고, 통상의 열간압연을 거쳐 열연판을 만든다음, 950∼1100℃에서 1∼20분간 예비소둔을 한 후 산세하고, 1회 압연에 의해 최종두께인 0.4∼0.6mm로 냉간압연하고, 수소와 질소가 혼합된 습윤분위기에서 750∼850℃로 1∼30분간 탈탄을 겸한 1차 재결정 소둔하고, 이어서 고온소둔 및 절연코팅하여 구성되는 후물 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

후물 방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 변압기 등과 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1회 냉간압연에 의해서도 우수한 자기특성을 갖는 두께 0.4∼0.6mm의 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 특수한 가공과 열처리에 의하여 압연방향으로 철의 자화용이 방향인 (110)면에 ＜001＞ 방향이 배향된 재결정집합조직(고스 조직이라고도 한다.)을 가지고 있는 연자성 재료로서, 우수한 자기특성을 이용하여 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전기기기 등의 철심으로 사용된다.

이러한 방향성 전기강판에 요구되는 특성은 낮은 철손과 높은 자속밀도인데, 그 이유는 철손이 낮을수록 전기기기의 에너지 손실이 작고, 자속밀도가 높올수록 전기기기의 효율이 좋아져서 소형화가 가능하기 때문이다.

한편, 고스(N.P.Goss)에 의해 냉간압연법에 의한 방향성 전기강판의 제조방법이 발명된 이래로 그 특성을 향상시키기 위한 개량을 거듭하여 많은 진보가 있었고, 그러한 연구의 역사는 철손저감 노력의 역사라해도 과언이 아니다. 주요 개선내용을 보면 제품의 두께를 얇게하고, 성분에 첨가원소를 다양하게 한다든가 또는, 제품에 레이저를 조사하여 자구를 미세하게 하는 방법 등이 있는데, 이러한 모든 방법들은 제조원가를 높이고, 작업자들의 노력을 많이 필요로 하는 것들이다.

또한, 최근에는 수요가들의 욕구가 다양해지면서, 최종제품의 용도에 맞게 경제적으로 재료를 선택하려는 움직임이 커지고 있는데, 이러한 다양한 욕구를 만족시킬만큼 제품이 세분화되어 있지 않다.

종래, 일반적으로 많이 사용되는 방향성 전기강판은 중량%로, Si:3.1∼3.3%, Mn:0.06∼0.08%, S:0.022∼0.026%, C:0.04∼O.05% 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 원소로 이루어진 슬라브를 1400℃이상의 고온에서 4시간 동안 가열한후, 2회의 냉간압연에 의해 최종두께인 0.35m 이하로 하는 등의 복잡한 공정을 거쳐서 최종제품으로 완성된다. 이러한 복잡한 제조공정중 제조상 가장 까다로운 것은 고온에서 열처리를 행하는 슬라브 재가열 공정이다. 이슬라브 재가열공정은 입성장억제제로 사용되는 MnS, AlN 둥의 석출물들을 완전히 고용 분산시키기 위하여 1400℃전후로 고온 가열하는데, 이는 슬라브의 표면에서 융점이 낮은 산화물이 흘러 내려 가열로 바닥에 쌓이기 때문에 가열로 수리를 해야하는 문제가 있다. 또한, 이러한 산화스케일이 강판의 표면을 선택적으로 침식하여 에지(edge)에 톱니 같은 크랙이 발생하여 실수율이 낮아지는 문제가 있다.

또한, 그 자기적 특성을 향상시킬 목적으로 그 두께를 대부분 0.35m이하로 관리하고 있고, 통상 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연하여 제조되는데, 이 경우 생산성이 낮아지고 원가상승의 문제점을 안고 있다.

한편 상기 강판을 제품에 적용시는 이들을 여러장 적층하여 코아형태로 사용하게 되는데, 이때, 방향성 전기강판이 기존의 두께 0.35m이하의 강판보다 두께가 두꺼우면서도 동일한 자기적 특성을 가지게 되면 제품의 가공비가 낮아져 제조비를 낮출 수 있는 장점이 있다.

이에, 본 발명자는 두께가 0.5mm로 자속밀도가 기존의 제품과 동일한 방향성 전기강판을 개발함으로서 전기강판을 철심으로 타발하는 시간과 경비를 절약할 수 있는 제조방법을 제안하였다.(특허 출원 95-31218)

상기한 방법은 통상의 0.35mm두께 보다 두꺼운 강판을 개발하여 수요가의 가공비는 낮추었으나, 저온재가열이 가능하며 2회 냉간압연을 1회냉간압연으로 할 수 있는 제조방법이 개발이 안되고 있어서 수요가들이 경제적인 재료를 선택할 수 있는 여지가 좁은 상황이다.

이에, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 제안한 것으로서 강성분과 제조조건올 적절히 제어함으로써 1회 압연으로 자성이 우수한 두께 0.4∼0.6mm인 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도1은 열간압연판의 예비소둔 온도가 자성에 미치는 영향을 나타낸 그래프.

도2는 탈탄소둔 온도가 잔류탄소 및 자성에 미치는 영향을 나타낸 그래프.

도3은 탈탄소둔 시간이 잔류탄소 및 자성에 미치는 영향을 나타낸 그래프.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, Si:2.9∼3.5%, Mn:0.1∼0.3%, S:0.005∼0.015%, C:0.0+0.06%, Sol-Al:0.01∼0.022%, N:0.006∼O.012%, 잔부 Fe 및 불가피하게 함유되는 원소로 이루어진 슬라브를 1300℃이하의 온도에서 가열하고, 통상의 열간압연을 거쳐 열연판을 만든 다음, 950∼1100℃에서 1∼20분간 예비소둔을 한 후 산세하고, 1회 압연에 의해 최종두께인 0.4∼0.6mm로 냉간압연하고, 수소와 질소가 혼합된 습윤분위기에서 750∼850℃로 1∼30분간 탈탄을 겸한 1차 재결정 소둔하고, 이어서 고온소둔 및 절연코팅하여 구성되는 후물 방향성 전기 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 저온재가열과 1회압연에 의해 후물방향성 전기강판을 제조하는데, 그 특징이 있다.

저온재가열은 고온재가열이 요구되는 MnS+AlN의 1차재결정립 성장억제제를 사용하는 대신에 AlN의 1차재결정립 성장억제제를 사용하여 달성하는데, 이를 위한 Al, N, Mn, S의 성분조절을 행한다. 또한, 1회압연에 의한 후물(0.4-0.6mm) 방향성 전기강판의 제조는, 강압연에 의한 2차재결정의 불안정을 예비소둔조건과 탈탄소둔겸 1차재결정소둔조건의 제어를 통해 달성한다.

즉, 1회냉간압연과 2회냉간압연의 가장 큰 차이점은, 냉간압연후 후속되는 탈탄 겸 1차재결정소둔에서의 집합조직의 형성이 달라진다는 것이다. 후물 방향성 전기강판은 체적 대비 표면적의 분율이 작아 2차재결정이 불안정해진다. 더욱이, 1회냉간압연은 2회냉간압연에 비해 강압연이기 때문(냉간압연율이 크기 때문)에 2차재결정의 핵이 되는 {110}＜001＞ 결정립들이 강압연을 하고 나면 회전이 많이 되어 1차 재결정시 2차재결정의 핵이 되는 {110}＜001＞결정립 들이 현저히 줄어들게 된다.

이를 극복하고자 본원발명에서는 냉간압연전 단계에서 {110}＜001＞ 결정립의 빈도를 증가시킬 수 있는 950∼1100℃의 예비소둔조건을 도출하는데 성공하였다. 이와 함께, 약한 1차재결정립 성장억제제를 사용한다는 특성을 감안하여 1차재결정온도를 750∼850℃로 낮게 설정한다.

이러한 특성을 갖는 본 발명에서 강성분의 조성범위를 먼저 설명한다. 우선, 본 발명이 강 슬라브중에 함유되는 Si는 전기강판의 기본성분으로 첨가함량이 2.9%이하이면 강판의 비저항이 작아져서 철손특성이 나빠지고, 첨가함량이 3.5%이상이면 강판의 취성이 증가하여 기계적인 성질이 나빠지므로 그 첨가함량은 2.9-3.3%로 하는 것이 바람직하다.

상기 C는 첨가량이 0.03%이하이면 고온소둔판의 2차 재결정핵이 잘 발달하지 않아 자성이 나빠지고, 첨가량이 0.06%이상이면 탈탄이 어려워서 잔류탄소에 의한 자기시효현상이 발생하므로 그 첨가함량은 0.03-0.06%로 하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 첨가량이 0.1%이하이면 불필요한 MnS화합물이 미세하게 석출되어 2차 재결정을 방해하여 자성이 나빠지는데, 이는 본 발명에서는 1차재결정립 성장억제제로서 AlN만을 이용하기 때문에 Mn함량이 통상의 방향성 전기강판 성분계보다 높게 첨가하는 것이다. 또한, 그 첨가함량이 0.3% 이상이면 취성이 생겨 가공성이 나빠지므로 그 첨가량은 0.1-0.3%로 하는 것이 바람직하다.

상기 S은 첨가량이 0.005%이하이면 제강공정에서 탈황을 위해서 추가적인 비용이 들어가며, 첨가량이 0.015%이상이면 불필요한 MnS화합물이 생겨 2차 재결정을 방해하며 자성이 나빠진다.

상기 질소는 AlN의 석출물을 형성하여 입성장을 억제하는 중심 원소로서, 그 첨가함량이 0.006% 이하이면 AlN의 양이 적어져서 충분한 1차재결정립의 성장 억제효과를 가지지 못하고, 첨가 함량이 0.012%이상이면 강중에 기포가 생겨 압연도중 깨어지기 쉽고, AlN이 조대하게 석출되어 1차재결정립의 성장억제효과가 적기 때문에 첨가 함량범위는 0.006-0.012%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 가용성(Sol)Al은 총 Al 함량에서 산화알루미늄으로 존재하는 Al의 양을 땐 것으로서 Sol-Al의 양이 0.010%이하이면 AIN의 양이 적어 1차 재결정립의 성장억제력이 약해져 고온소둔에서 2차재결정이 충분히 일어나지 않고, 첨가량이 0.022%이상이면 AIN가 조대하게 석출하여 역시 1차재결정립의 성장억제력이 약해진다. 한편, 열간압연에서 슬라브를 1400℃정도의 고온가열을 하면 Sol-Al양을 0.03%까지 상향이 가능하나, 본 발명에서는 저온가열을 하므로 Sol-Al의 상한이 낮다.

상기와 같은 조성의 강 슬라브는 열연공정에서 가열온도를 1300℃이하로 낮출수 있는 기본 조성이다. 상기 온도 조건으로 저온 재가열한 다음 열간압연한 후 실시되는 열연판의 예비소둔공정은 열간압연과정에서 조대하게 석출되어 있던 AIN를 재고용하는 의미가 있는데, 예비소둔 온도가 950℃이하이면 AIN의 고용효과가 충분하지 않고, 1100℃이상이면 온도를 더 이상 올려도 AIN의 재고용에 큰 효과가 없고 열연판의 중심부의 연신립에서 과도한 결정립 성장이 일어 2차 재결정에 불리한 집합조직이 형성므로 950-1100℃의 온도범위에서 1분-20분 동안 소둔하는 것이 좋다.

상기 예비소둔시간이 1분이하이면 예비소둔 효과가 충분하지 않고, 20분이상이면 과도한 결정립 성장이 일어난다.

상기 예비소둔하고 1회압연하여 최종두께로 냉간압연하는데, 최종 두께는 통상의 방향성 전기강판 두께인 0.35mm 보다 두꺼운 0.4-0.6mm의 범위로 한다.

상기 냉간압연판의 탈탄을 겸한 1차재결정 소둔은 소둔온도가 750℃이하이면 소재의 탈탄이 충분히 일어나지 않아 최종제품으로 만들었을 때 자기시효가 일어나고, 소둔온도가 850℃이상이면 집합조직이 불리하게 발달하여 자성에 좋지 않다. 또한, 상기 소둔시간이 1분 이하이면 탈탄이 충분히 일어나지 않고, 30분이상이면 소둔시간이 길어져 경제적으로 불리하고 결정립이 조대하여 진다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설밍한다.

[실시예 1]

무게비로 Si:3.05%, C:0.05%, Mn 0.2%, Sol-Al:0.015%, S:0.009%를 포함하는 방향성 전기강판을 제강 연주를 거쳐 슬라브를 만든다음 1250℃에서 4시간 가열한 다음 간압연을 거쳐 두께 2mm의 열연판을 제조하였다. 상기 열연판을 도1과 같이 850℃∼1150℃의 범위로 연화시키면서 예비소둔한후, 냉간압연하여 0.5mm두께로 하고, 800℃에서 수소와 질소가 혼합된 습윤분위기에서 3분간 탈탄소둔을 하였다. 탈탄소둔 후 통상의 고온소둔과 절연코팅을 하였다. 이때, 예비소둔 온도를 변화시켰을때 자기적 성질의 연화를 측정하고, 그 결과를 도1에 나타내었다. 이때, 자속밀도Bio(Tesla)은 자기장의 세기강 100AmP/m일때의 값을 측정한 것이며, 철손 W17/50(W/kg)은 주파수가 50(W/kg)은 주파수가 50KHZ일때의 값을 측정한 것이다.

도1에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 예비소둔온도를 950∼1100℃로 할 때 자속밀도가 높아 전기기기의 효율이 좋고, 철손이 작아 철심에 의한 에너지 손실이 작음을 알 수 있었다.

[실시예 2]

무게비로 Si:3.05%, C:0.045%, Mω0.18%, Sol-Al:0.016%, S:0.009%를 포함하는 방향성 전기강판을 제강, 연주를 거쳐 슬라브를 만든다음 1250℃에서 4시간 가열한 다음 열간압연을 거쳐 두게 2mm의 열연판을 제조하였다. 상기 열연판을 1050℃에서 예비소둔하고, 1회 냉간압연하여 최종두께인 0.5mm두께로 하고 수소와 질소가 혼합된 습윤분위기에서 탈탄소둔을 하였다. 탈탄소둔후 통상의 고은소둔과 절연코팅을 하였다. 이때 탈탄소둔온도와 시간에 따른 자기적 성질의 연화를 측정하고 그 결과를 도2와 도3에 나타내었다.

도2에 나타난 바와같이, 탈탄소둔온도가 750-850℃일 때, 자속밀도가 높고, 철손이 낮다는 것을 알 수 있었다.

또한, 도3에 나타난 바와같이 탈탄소둔시간은 1∼30분간 하는 것이 자속밀도가 높고, 철손이 낮다는 것을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강조성과 제조조건을 적절히 조절함으로써 저온 재가열이 가능하여 열연판의 실수율이 높고, 특히 공정이 단축된 1회 냉간압연으로 두께 0.4∼0.6mm의 후물 방향성 전기강판을 제공할 수 있으며, 또한 1차 재결정을 겸한 탈탄소둔시 두께가 후물이기 때문에 같은 속도로 강판을 연속소둔할 때 생산성이 증대되는 효과가 있다. 상기 제공된 강판은 자성이 우수하고 가격이 저렴하여 변압기기 등의 전기기기 제조분야에 적용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. (정정) 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, Si:2.9∼3.5%, Mn:0.1∼0.3%, S:0.005∼O.015%, C:0.03∼0.06%, Sol-Al:0.01∼0.022%, N:0.006∼0.012% 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 원소로 이루어진 슬라브를 1300℃이하의 온도에서 가열하고, 통상의 열간압연을 거쳐열연판을 만든다음, 950∼1100℃에서 1∼20분간 예비소둔을 한 후 산세하고, 1회 압연에 의해 최종두께인 0.4∼0.6mm로 냉간압연하고, 수소와 질소가 혼합된 습윤분위기에서 750∼850℃로 100분간 탈탄을 겸한 1차 재결정 소둔하고, 이어서 고온소둔 및 절연코팅하는 것을 특징으로 하는 후물 방향성 전기강판의 제조방법.