KR100340503B1

KR100340503B1 - 무방향성전기강판의제조방법

Info

Publication number: KR100340503B1
Application number: KR1019970054878A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 장삼규
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2002-07-18
Also published as: KR19990033508A

Abstract

본 발명은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.02%이하, Si:1.0%이하, Mn:0.5%이하, P:0.15%이하, S:0.02%이하, sol.Al:0.005%이하, N:0.006%이하, Sn:0.003-0.3%, B:0.0004-0.010%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃의 온도범위로 가열하여 열간압연하며, 이때 마무리압연온도는 페라이트상이 얻어지도록하고, 800℃이하의 온도에서 권취하고, 산세, 냉간압연한 다음, 650-850℃의 온도범위에서 냉연판을 소둔하고, 2-10%의 압하율로 경압연하는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

무방향성 전기강판의 제조방법{A Method for Manufacturing Non-Oriented Electrical Steel Sheets}

본 발명은 중소형 모터, 변압기 등과 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철손이 낮고, 자속밀도와 투자율이 높은 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

중소형 모터와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 있어 요구되는 자기적 특성은 철손이 낮고 자속밀도와 투자율이 높은 것이다. 철손은 에너지손실을 나타냄으로 중소형 모터 뿐만 아니라 대형 모터에서도 마찬가지로 요구되는 특성이다. 중소형 모터에서는 특히 자속밀도가 높은 영역에서 투자율이 높은 소재가 요구된다. 투자율이 높으면 그만큼 자화가 용이하기 때문에, 모터에 사용되는 구리선의 양을 저감할 수 있는데, 이 구리의 양이 적다는 것은 동손이 적다는 것을 의미한다. 일반적으로, 모터에서의 주요손실은 동손, 철손 및 기계손으로 분류되고 있는데, 그 중에서도 동손의 비율이 높은 편이며, 특히 모터가 작아질수록 동손이 더욱 문제시 된다.

중소형 전기기기에 사용되는 무방향성 전기강판은 일반적으로 규소의 양이 낮은 편이며, 이를 극복하기 위해서는 불순물중에서도 S, N, C의 양을 가능한 한 낮추어서 결정립을 크게 성장시키고, 자기적 특성에 유리한 집합조직을 발달시키는 것이다.

무방향성 전기강판의 자기적 특성을 향상시키기 위한 대표적인 예로서는 일본의 특허공개 소 63-33518호, 특허공개 소 62-180014호 및 특허공개 소 60-162751호에 제시된 제안을 들 수 있다. 하지만, 상기 소 63-33518은 Mn을 1.0-1.5% 함유시켜 자기적 특성을 향상시키고 있으나 압연성이 떨어지며, Al첨가 등으로 제조원가가 증가하는 문제점이 있다. 또한, 상기 소 62-180014에서는 Cu를 첨가하고 있어서 열간압연후 표면결함이 발생될 수 있다. 또한, 상기 소 60-162751은 자성에 영향이 큰 N에 대한 제한이 없으며, O의 양에 대해 제한을 하고 있지만, O는 SiO₂, Al₂O₃등과 같이 일반적으로 조대한 석출물을 만들기 때문에 AlN에 비해서 결정립성장에 대한 억제력이 적다는 문제점이 있다.

이에 본 발명자들은 무방향성 전기강판을 제조함에 있어, 상기와 같은 문제점을 야기시키지 않으면서 자성을 향상시키는 방법에 대해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 규소함량이 1.0%이하인 성분의 강에 대해서 결정립을 조대화시키고, 불순물로서 불가피하게 함유되는 N에 의해 발생되는 해약을 가능한 한 없애므로서, 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판을 얻고자 하는데, 그 목적이 있다.

일반적으로 강중에서 N는 AlN으로 석출하며, AlN는 0.1㎛이하로 미세하며 또한 동시에 형상이 길어서 결정립의 성장을 크게 억제시키고 있다. 따라서 강중에서 N와 쉽게 결합하여 큰 석출물을 형성하는 B을 첨가시키면 N의 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, Sn을 첨가시키면 결정립계에서 석출하여 재결정시 자기적 특성에 유리한 집합조직인 (110)면과 (200)면을 발달시킬 수 있다. 1.0%이하의 Si가 첨가된 강에 있어, Sn 및 B이 첨가된 경우 자속밀도와 투자율을 높이기 위해서는 특히 Al의 량이 낮아야 함을 본 발명자들은 확인하였다. 이는 Al과 B은 결합하려는, 힘이 강하지만 주로 열간압연의 단계에서 그러하며, 최정제품에서는 Al이 존재할 경우에 소재내의 N뿐만아니라 소둔시 분위기중의 N에 의하여 AlN의 형성이 용이하기 때문으로 조사되었다. 이때 적정 sol.Al의 량은 강의 탈산을 위해서 필요한 최소한의 Al량이면 족한데, 이는 통상 탈산용으로 첨가되는 Al만으로도 충분하다.

또한, 무방향성 전기강판 제조시 냉연판소둔후 경압연을 실시하면 잔류응력을 부가하고, 이것은 수요가가 타발가공후 응력제거소둔함으로서 응력유기 결정립성장을 실시하며, 또한 이때 자성에 유리한 (110) 및 (200)면의 집합조직이 발달하는 것을 확인하였다.

상술한 바와같은 관점으로 부터 출발한 본 발명은 중량%로, C:0.02%이하, Si:1.0%이하, Mn:0.5%이하, P:0.15%이하, S:0.02%이하, sol.Al:0.005%이하, N:0.006%이하, Sn:0.003-0.3%, B:0.0004-0.010%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃의 온도범위로 가열하여 열간압연하며, 이때 마무리압연은 페라이트상이 얻어지는 온도에서 행하고, 800℃이하의 온도에서 권취하고, 산세, 냉간압연한 다음, 650-850℃의 온도범위에서 냉연판을 소둔하고, 2-10%의 압하율로 경압연하는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 강 성분의 수치한정이유를 설명한다.

상기 C은 자기시효를 일으켜서 사용중의 자기적 특성을 저하시키기 때문에 최종제품에서는 0.003%이하로 제어하는 것이 바람직하며, 슬라브에서는 0.02%이하로 함유시킨다. 본 발명에서는 최종제품의 C함량을 낮추기 위해 냉연소둔시 탈탄소둔을 적용할 수도 있다.

상기 Si은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 원소이지만, Sn 및 B을 첨가하여 자성을 향상시키는 강에서는 그 함량을 1.0%이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Mn는 비저항을 증가시켜 자성을 향상시키나 과도하게 첨가되면 페라이트 상변태온도가 과다하게 낮아질 수 있으며 또한 미세한 MnS석출물을 형성할 수 있기 때문에 0.5%이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 P는 자성에 유리한 집합조직을 형성하는 원소이며, 그 함량은 냉간압연성을 고려하여 0.15%이하로 한정한다.

상기 S는 자기특성에 나쁜 영향을 미치므로 가능한한 낮게 함유되는 것이 유리하기 때문에, 본 발명에서는 그 함량을 0.02%이하로 한정한다.

상기 sol.Al는 미세하고 길어서 결정립의 성장을 억제하는 AlN 석출물의 형성을 가능한한 억제하기 위하여 별도의 첨가는 하지않고, 제강 단계에서 탈산용으로 sol.Al을 0.005%이하로 첨가할 수 있다.

상기 N는 미세하고 긴 AlN석출물을 형성함으로 가능한한 억제해야하기 때문에 본 발명에서는 0.006%이하로 한정한다.

상기 Sn은 결정립계에 편석하여 N의 확산을 억제하며 자성에 불리한 (222)면의 집합조직을 억제시키는 역할을 한다. 그 함량이 0.03% 미만이 되면 그 효과가 적고, 0.3%를 초과하면 냉간압연성이 나빠지고, 판이 취약해진다. 따라서, 본 발명에서는 Sn의 함량을 0.03-0.3%로 한정한다.

상기 B은 소재내부에서 N와 결합하여 미세한 AlN대신 조대한 보론석출물인 BN을 형성시켜 결정립성장에 보다 유리하게 작용한다. 그 함량이 0.0004% 미만이면 효과가 적고, 0.010%를 초과하면 오히려 자기적 특성이 나빠질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 B의 함량을 0.0004-0.010%로 한정한다.

이하, 상기한 바와같은 성분의 슬라브를 이용한 전기강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강 슬라브는 제강에서 용강으로 제조된 후 연속주조공정에서 슬라브로 응고시킨 것이고, 본 발명에서는 상기 슬라브를 열간압연전 가열로로 장입하여 1100-1250℃로 가열한다. 이때, 상기 가열온도가 1100℃이하로 재가열할 경우는 열간압연이 곤란하여 지며, 1250℃이상으로 재가열하면 AlN과 MnS 등의 자성에 해로운 석출물이 재용해되어 열간압연후 미세하게 석출될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 1100-1250℃범위로 재가열후 열간압연한다.

열간압연시 마무리 압연은 페라이트상에서 종료되도록 마무리 압연온도를 설정하며, 권취는 800℃이하로 실시함으로서 AlN의 석출물을 가능한한 조대화할 수 있다. 즉, 권취온도가 800℃ 보다 높을 경우에는 용해도가 낮은 AlN은 재용해되므로 권취후 냉각중에 석출물로 형성되더라도 미세하게 된다. 열간압연을 페라이트상에서 실시하면 오스테나이트상에서 압연종료하는 것보다 잔류응력이 많이 존재하게 된다. 이어서 권취하여 소둔시 결정립성장이 용이하기 때문에 최종제품에서도 결정립이 크게 성장될 수 있는 것이다.

권취냉각된 소둔판은 산세후 냉간압연한다. 이때 산세 및 냉간압연은 통상의 방법으로 행할 수 있다.

냉간압연된 냉연판은 0.5mmt이상의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 압연후 650-850℃의 온도에서 연속공정으로 냉연판 소둔을 실시한다. 이때 냉연판 소둔은 30초-5분정도 행하는 것이 바람직하다.

중간소둔은 온도가 너무 낮아도 냉간압연조직에 잔류응력이 과다하게 잔존할 수 있으며, 또한 온도가 너무 높아도 잔류응력이 없어지기 때문에 본 발명에서는 적정의 잔류응력을 부가하기 위하여 650-850℃로 소둔한다. 냉연판 소둔시 시간이 너무 짧은 경우 잔류응력이 과다하며, 시간이 너무 길어도 잔류응력이 잔존하지 않아서 경압연을 과다하게 부과하여야 될 경우가 있기 때문에 30초이상 5분이하 동안 연속으로 소둔하는 것이 바람직하다.

슬라브의 성분중에서 C함량이 높은 경우(최종제품의 C함량이 0.003%이상인 것이 얻어지는 슬라브의 경우)에는 냉연판소둔시 이슬점을 10-60℃로 하여 탈탄소둔을 행하는 것이 바람직하다. 탈탄소둔은 냉연판소둔의 시간과 동일하게 할 수 있다.

냉연판 소둔후 2-10%로 경압연한 다음, 통상의 방법으로 절연피막처리를 행할 수 있다. 상기 경압연은 수요가가 타발가공후 응력제거소둔시 결정립성장을 위하여 실시하며, 적어도 2%이상 실시하여야 결정립이 성장하며, 10%이하로 하여 새로운 결정립이 발생하지 않도록 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

하기 표1과 같은 성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 1200℃로 가열하고, 열간압연의 마무리압연시 Ar₁직하에서 실시하고, 730℃에서 권취후 냉각하였다. 다만 하기 표2의 비교예(3)은 열간압연의 마무리 압연시 Ar₃온도 대비 높은 오스테나이트상에서 압연되었다.

열냉각된 열연판은 산세후 냉간압연하고 하기 표2와 같은 조건으로 소둔하고 경압연하였다. 경압연된 소재는 절단후 800℃에서 응력제거소둔하고 자기적 특성을 조사하여 그 결과를 하기표 2에 나타내었다. 이때, 철손(W_1.5/50)은 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때 발생되는 손실이고, 자속밀도(B₅₀)는 5000A/m로 자화했을 때 유도되는 자속밀도이고, 투자율(μ_1.5)은 1.5Tesla의 자속밀도로 자장을 유기하였을 때의 투자율이다.

강종	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Sn	B
발명강a	0.004	0.42	0.24	0.065	0.006	0.0012	0.0025	0.12	0.0012
발명강b	0.003	0.39	0.25	0.072	0.010	0.0045	0.0028	0.07	0.0059
발명강c	0.006	0.12	0.31	0.075	0.005	0.0015	0.0022	0.06	0.0015
비교강	0.003	0.25	0.25	0.068	0.006	0.0120	0.0026	0.11	0.0025

	냉연판소둔온도(℃)	냉연판소둔시간	경압연율(%)	철손(W_15/50)W/kg	자속밀도(B₅₀)Tesla	투자율(μ_1.5)	강종	마무리압연시의 조직
발명예1	650	5분	8	3.42	1.79	4800	발명강a	페라이트상
발명예2	800	2분	2	3.27	1.80	5000	발명강a	페라이트상
발명예3	850	30초	6	3.35	1.79	4900	발명강a	페라이트상
비교예1	900	5분	12	3.55	1.75	3100	발명강a	페라이트상
비교예2	800	2분	1	3.60	1.76	3400	발명강a	페라이트상
발명예4	750	2분	4	3.28	1.79	4900	발명강b	페라이트상
비교예3	750	2분	4	3.65	1.76	2900	발명강b	오스테나이트상
발명예5	750	2분	4	3.31	1.81	5500	발명강c	페라이트상
비교예4	750	2분	4	3.80	1.75	2800	비교강	페라이트상

상기 표2에 나타난 바와같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명예(1-5)는 자기적특성이 우수한 반면, 본 발명의 조건에서 벗어난 비교예(1-4)는 자기적특성이 떨어짐을 알 수 있었다.

특히, 발명강(a)를 이용한 발명예는 결정립이 120-150㎛수준임에 비해 비교예는 80㎛와 60㎛로 작게 조사되어, 결정입이 큰 발명예의 경우가 우수한 자성을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 호르타(Horta)식에 의한 집합조직을 조사한 결과에서도 집합조직계수가 발명예의 경우 0.8-1.2이었으나, 비교예의 경우 0.4와 0.5인 바, 발명예가 보다 우수한 자성을 갖는 다는 것을 알 수 있었다.

실시예 2

중량%로 C:0.012%, Si:0.55%, Mn:0.3%, P:0.07%, S:0.006%, Sol.Al:0.003%, N:0.0025%, Sn:0.08%, B:0.0012%이고 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃로 가열한후 Ar₁대비 10℃낮은 온도로 마무리 열간압연하고, 750℃온도에서 권취하고, 산세후 냉간압연하였다. 냉연판은 780℃에서 수소 20%와 질소 70%의 분위기에서 이슬점 30℃로 3분간 소둔하고 6%의 압하율로 경압연하고 750℃에서 응력제거소둔하였다. 자기적 특성중 철손(W_15/50)은 3.21W/kg이고, 자속밀도(B₅₀)는 1.79Tesla, 그리고 투자율(μ_1.5)은 3900으로 우수한 자기적특성을 보였다. 이때 결정립크기는 160㎛이었고, 호르타(Horta)식에 의한 집합조직계수는 1.1이었다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 전기강판을 제조함에 있어, 1.0%이하의 규소를 함유하는 강의 성분을 제어하고, 그 제조방법을 적절히 제어함으로써, 철손이 낮고 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판이 제공되어 보다 우수한 특성을 갖는 중소형 모터 및 변압기 등의 전기기기를 얻을 수 있는 효과가 제공된다.

Claims

중량%로, C:0.02%이하, Si:1.0%이하, Mn:0.5%이하, P:0.15%이하, S:0.02%이하, sol.Al:0.005%이하, N:0.006%이하, Sn:0.03-0.3%, B:0.0004-0.010%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃의 온도범위로 가열하여 페라이트상에서 마무리압연하는 조건으로 열간압연하고, 800℃이하의 온도에서 권취하고, 산세, 냉간압연한 다음, 650-850℃의 온도범위에서 30초이상 5분이하 동안 냉연판을 소둔하고, 2-10%의 압하율로 경압연하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.