KR100336851B1 - 저철손 고자속밀도 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저철손 고자속밀도 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 특히 규소강 슬라브를 열간압연, 열연판소둔, 산세, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔을 거쳐 장력코팅을 한 방향성전기강판을 자구미세화하는 방법에 있어서, 가속전압이 1.3 ~ 1.6MeV의 범위인 전자빔을 공기중에서 강판 표면에에 조사함으로써 강판 내부로의 빔투과 깊이가 120 ∼ 205㎛의 범위가 되도록 자속을 미세화시켜 철손을 감소시키는 것을 특징으로 하는 저철손 고자속밀도 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

Description

저철손 고자속밀도 전기강판의 제조방법

본 발명은 저철손 고자속밀도 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 특히 전자빔을 이용한 자구 미세화처리에 의해 전기기기의 철심재료로 사용되는 방향성 전기강판의 철손을 감소시킨 저철손 고자속밀도 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 방향성 전기강판은 변압기 등의 전기기기의 철심재료로 사용되며, 전기 기기의 전력 손실을 줄이고 효율을 높이기 위해서 철손이 적고 자속밀도가 높은 자기적 특성이 요구된다.

방향성 전기강판의 자기적 특성개선방법으로는 1차 재결정립의 입자성장억제력을 강화시켜 2차 재결정립의 {100} 〈001〉 고스(goss)방위로 부터의 편차(deviation)를 줄이는 방법이 일본특허공보 (소)33-4790호에 제시되어 있다.

이 방법에 의해 제조된 방향성 전기강판은 2차 재결정립의 {100} 〈001〉 집적도가 높아 자속밀도가 높지만 결정립이 크고 따라서 180°자구의 폭이 큰 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 개발된 자구 미세화 기술은 강판의 표면을 레이저(laser), 플라즈마 젯트(plasma jet) 또는 기계적 방법으로 압연방향과 수직방향으로 조사 하거나 흠집을 내어 자구를 미세화 하여 철손을 감소시키는 방법으로, 레이저를 이용하는 방법이 일본특허공보(소)58-26405호에 , 기계적 방법이 일본특허공보 (소)58-5968호에, 플라즈마 젯트를 이용하는 방법이 일본특개소64-68425호, 일본특개평2-277780 및 일본특개평3-260022에 나타나있다.

특히 일본특개소64-68425에는 최초로 전자빔장치를 이용하여 자구미세화에 적용시킨 것을 나타냈으며, 이 방법은 일련의 작업들을 약 10^-4이하의 진공용기 내에서 행하므로 막대한 비용이 문제가 되고 있을 뿐 아니라 현장적인 연속작업이 곤란하다.

이는 전자가 진공이 아닌 경우에 다른 입자와 충돌하여 산란되거나 에너지를 급속히 잃어버리기 때문이다.

그리고 일본특개소64-68425를 위시하여 이후로 전자빔을 이용한 자구미세화방법으로 출원되는 모든 특허는 진공중에서 이루어지는 것을 토대로 하고 있다.

본 발명은 전자빔 가속장치를 이용하여 공기중에서 고자속밀도 방향성 전기강판을 자구미세화시키고 그 효과를 얻었다.

더욱이 본 발명은 실제 현상에서 손쉽게 사용할수 있기 위하여 빔을 조사받은 강판(피조사체)을 공기중에 놓고서 자구미세화를 가능케하는 전자빔가속기를 이용한 것이다.

이 장치는 기존의 일본특개소 64-68425에 나타나 있는 장치와는 별개로 실제작업 현장에서 연속적으로 이동하는 강판표면에 손쉽게 조사할 수 있도록 고안된 것이다.

또한 일본특개소64-6824 등에 나타나 있는 기존장치의 구성은 튜브 내에 전자총과 전자빔 및 이를 가속시키기 위한 그리드(grid)로 이루어져 있고, 이 그리드에 가해지는 전압으로 전자를 가속시키게 된다.

이때 그리드의 전압을 높일수록 전자를 강하게 가속시킬 수 있으나 튜브내가 10^-4정도의 고진공이므로, 어느정도 이상의 전압을 가 할경우 그리드에 아-크가 발생하게 되어 일반적 으로 1MeV 이상을 얻기는 어렵다.

한편 기존에 사용되는 전자빔장치는 가속전압이 수십에서 수백KeV정도의 것을 사용하는데, 이는 가속전압이 높을 수록 튜브의 크기가 커지기 때문이다.

이 정도의 가속력을 가진 전자가 공기중으로 나올 경우 공기입자와의 충돌로에너지를 급속히 잃게 되므로 피조사체를 포함한 일련의 작업들이 진공내에서 행해진다.

또한 방출되는 전자빔은 점(spot)상으로 강판의 표면에 일련의 선상을 조사하기 위하여 장치를 이동시켜야 하므로 생산성이 좋지 못하다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 공기중에서 전자를 더욱 강하게 가속시킬 수 있는 전자빔을 이용하여 자구의 미세화에 의한 방향성전기강판의 철손을 감소시키는 저철손 고자속밀도 전기강판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 규소강 슬라브를 열간압연, 열연판소둔, 산세, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔을 거쳐 장력코팅을 한 방향성전기강판을 자구미세화하는 방법에 있어서, 가속전압이 1.3∼1.6MeV의 범위인 전자빔을 공기중에서 강판 표면에 조사함으로써 강판 내부로의 빔투과 깊이가 120∼205㎛의 범위가 되도록 자구를 미세화시켜 철손을 감소시키는 것을 특징으로 하는 저철손 고자속밀도 전기강판의 제조방법을 제공한다.

이하 본발명을 상세히 설명한다.

먼저 본 발명에서 자구미세화에 사용한 전자빔 가속장치의 특징은 제1도에 도시한 바와같이 기존의 장치에 전자(10)를 더욱 강하게 가속시키기 위하여 튜브(3) 외부에 코일(5,6)을 설치하였다.

여기서 코일은 48개의 구간으로 나뉘어져 있고 각구간은 일차코일(5)이 30 회, 이차코일(6)이 3000 회로 감기어 있다.

또한 이차코일(6)에는 교류를 직류로 바꾸는 정류기가 부착되어 있으며, 일차코일(5)의 전압크기의 변화로 전자빔의 출력을 조절하게 하였다.

그리고 코일간의 아아크 방전을 방지하기 위하여 SF₆개스로 압력을 1MPa정도 유지하였다.

한편 장치의 하부에는 전자빔의 자기회절렌즈가 부착되어 전자빔이 가로 1미터 세로 100마이크로미터로 집속되게 하여 강판이 연속적으로 진행하는 경우에 장치가 움직이지 않아도 폭 1미터의 강판을 한번에 조사할 수 있게 하였으므로 생산성을 좋게 하였다.

이상의 전자빔 가속장치를 이용하여 기존에 공기중에서 할수 없었던 자구미세화를 가능케 하였다.

전자회절렌즈를 통과한 전자빔은 공기중으로 방출되어 강판의 압연방향과 수직하게 5mm간격으로 강판 표면에 조사되므로써 방향성전기강판의 180˚자구가 미세화됨을 발견하였다.

제2도는 강판에 전자빔을 조사하기 전의 자구상태(A)와 조사후의 자구상태(B)를 나타낸다.

이때 조사전에 비해 조사후의 자구의 폭이 미세하게 된 것을 볼수 있다.

강판표면의 전자빔 조사부는 수 Mega watt/cm²에 이르는 고출력에너지를 순간적으로 받으므로, 용융상태로 되었다가 급냉으로 인해 응고조직이 형성된다.

강판의 조사부위에 형성된 응고조직과 기지의 페라이트 조직사이에는 조직변화에 따른 미소응력을 유발하고, 또한 응고조직이 기지조직의 결정립내부에서 결정립과 같은 불연속면으로 작용하여 방향성 전기강판의 180˚자구의 폭이 감소하고 철손도 감소한다.

한편 본 발명의 소재로는 중량%로 2-4%의 Si, 0.001-0.07%의 C, 0.02-0.4%의 Al, 0.06-0.08%의 Mn, 0.02-0.03%의 S, 60-90ppm의 N 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 강슬라브를 1400℃에서 5시간 재가열후 2.3 mm두께로 열간압연하고, 1200℃에서 2분간 예비소둔처리한 후 산세하고 1 회 또는 중간소둔을 포함한 2 회의 냉간압연에 의해 0.30-0.23mm두께로 냉간압연한 후, 840℃에서 3분간 탈탄소둔한 다음 MgO 도포 및 고온소둔, 장력코팅을 하는 방향성 전기강판의 제조공정에 있어서 고온소둔 판이나 장력코팅이 끝난 강판이 사용된다.

상기의 고온소둔판 또는 장력 코팅판을 전자빔의 발생원과 가속장치로 구성된 제1도의 전자빔가속장치를 이용한 가속전압 1.2-1.8 MeV, 빔폭 100㎛ 인 전자빔을 강판의 압연방향과 수직하게 5mm 간격으로 조사하여 자구미세화한다.

이하 본발명의 적정조건에 대하여 설명한다.

전자빔의 가속전압은 그리드에 1MeV이며, 코일에서 0에서 1.2MeV까지 변동이 가능하다.

따라서 전자의 가속전압은 그리드와 코일의 가속전압을 합쳐 1 에서 2.2 MeV까지이다.

1.2MeV이하의 낮은 그리드와 코일의 가속전압에서는 빔의 출력이 약하여 공기중에서의 자구미세화에 필요한 충분한 깊이의 응고조직층을 얻을 수 없다.

또한 1.8MeV이상의 높은 가속전압에서는 강판상의 열영향부가 커지고 응고조직층의 깊이 즉 빔투과 깊이가 깊어져 자속밀도가 급격히 떨어지며, 오히려 철손이 증가하게 된다.

강판상의 적정열영향부의 폭은 200-300㎛이며 , 홈 폭은 가속전압과 응고조직층의 깊이에 관계되므로, 100 마이크로미터이하인 경우는 자구미세화효과가 미약하고, 300㎛이상인 경우는 자속밀도가 과도하게 떨어지고 철손이 증가한다.

이하 실시예를 통하여 본발명을 설명한다.

[실시예 1]

Si :3wt%, C: 0.075wt%, Sol.Al:0.027wt%, Mn:0.07wt%, S:0.025wt%, N: 0.0080wt% 및 잔부 Fe로 조성되는 규소강 슬라브를 1200℃로 가열하여 2mm두께의 열연판으로 열간압연한 후 산세하고 0.3mm 두께의 냉연판으로 냉간압연한 다음, 840℃에서 3분간 탈탄소둔을 행하고, MgO slurry를 도포하였다.

상기 탈탄소둔판을 1210℃에서 20시간동안 고온수둔을 행한다음 장력코팅을 하였다.

상기와 같이 준비된 방향성 전기강판의 자속밀도 및 철손을 측정한 결과, 그 자속킬도(B₁₀)은 0.95Tes1a, 철손(W_17/50)은 1.01 watt/kg이었다.

상기 강판표면에 공기중에서 가속전압 1.2∼1.8MeV, 빔 폭100㎛의 전자빔을 전자의 인출장치에서 10cm정도 떨어져 있는 강판의 표면에 강판의 압연방향과 수직하게 5㎜의 간격으로 조사한 후의 가속전압과 열영향부의 폭에 따른 자성변화를 표1 에 나타내었다.

이후 850℃에서 3 시간동안 응력제거소둔(SRA)를 실시한 후 자성변화를 나타내었다.

표 1

상기의 결과에서 강판표면에 빔이 조시된 부위는 빔에너지에 따라 강판표면에 형성된 열연향부 폭이 다르게 나타났으며, 빔에너지가 1.3 - 1.6MeV에서 자구미세화가 일어나 철손이 낮아지는 조건을 알수 있다. 또한 850℃에서 3 시간 동안의 응력제거소둔 후에도 자구미세화 효과가 잔존해 있음을 알수 있다.

[실시예 2]

Si :3wt%, C: 0.075wt%, Sol.Al:0.027wt%, Mn:0.07wt%, S:0.025wt%, N: 0.0080wt% 및 잔부 Fe로 조성되는 규소강 슬라브를 1200℃로 가열하여 2㎜두께의 열연판으로 열간압연한 후 산세하고 1.5㎜ 두께의 냉연판으로 1차 냉간압연하였다.

상기 1차 냉간압연강판을 1120℃에서 2 분간 소둔한후, 0.23㎜두께의 냉연강판으로 2 차 냉간압연한다음 840℃에서 Mgo slurry를 도포하였다.

상기 탈탄소둔판을 1210℃ 에서 20 시간동안 고온수둔을 행한다음 장력코팅을 하였다.

상기와 같이 준비된 방향성 전기강판의 자속밀도 및 철손을 측정한 결과, 그 자속밀도도(B₁₀)은 1.95Tesla, 철손(W_17/50)은 0.98 watt/kg이었다.

상기 강판표면에 공기중에서 가속전압 1.2 ∼ 1.8MeV, 빔 폭100㎛의 전자빔을 전자의 인출장치에서 10㎝정도 떨어져 있는 강판의 표면에 강판의 압연방향과 수직하게 5㎜의 간격으로 조사한 후의 자성변화를 아래 표2에 나타내었다.

이후 850℃에서 3 시간동안 응력제거소둔(SRA)를 실시한 후 자성변화를 나타내었다.

표 2

상기의 결과에서 강판표면에 빔이 조사된 부위는 빔에너지에 따라 강판표면에 형성된 열영향부의 폭과 빔투과 깊이 즉 응고조직층의 깊이가 다르게 나타났으며, 빔에너지가 1.3-1.6MeV에서 자구미세화가 일어나 철손이 낮아지는 조건을 알수 있다.

또한 850℃에서 3 시간동안의 응력제거소둔 후에도 자구미세화가 잔존해 있음을 알수 있다.

본 발명은 공기중에서 전자를 더욱 강하게 가속시킬 수 있는 전자빔을 이용하여 자구의 미세화에 의한 방향성전기강판의 철손을 감소시키는 효과를 제공한다.

제1도는 공기 중에서 사용 가능한 전자빔 가속장치의 개략도,

제2도는 강판에 전자빔을 조사하기 전의 자구상태(A), 조사 후의 자구상태(B)이다.

* 주요 부분에 사용된 부호의 설명 *

1: 케이스 2: 전자총 3: 튜브

4: 그리드 5: 일차코일 6: 이차코일

7: 정류기 8: 빔회절 및 집속코일

9 : 빔 인출창 10: 전자

Claims (1)

1. 규소강 슬라브를 열간압연, 열연판소둔, 산세, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔을 거쳐 장력코팅을 한 방향성전기강판을 자구미세화하는 방법에 있어서,

   가속전압이 1.3∼l.6MeV의 범위인 전자빔을 공기중에서 강판 표면에 조사함으로써 강판 내부로의 빔투과 깊이가 120∼205㎛의 범위가 되도록 자구를 미세화시켜 철손을 감소시키는 것을 특징으로 하는 저철손 고자속밀도 전기강판의 제조방법.