KR100345701B1

KR100345701B1 - 무방향성전기강판의제조방법

Info

Publication number: KR100345701B1
Application number: KR1019970059207A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 이원걸
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2002-09-18
Also published as: KR19990039201A

Abstract

본 발명은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 N의 영향을 가능한한 줄이고, 집합조직을 향상시키기 위하여 Al, Sn 및 Cr 합금원소를 투입하며, 기타 불순물 원소인 O와 S를 낮추고, 강판으로의 제조공정을 적절히 제어함으로서, 자기적 특성이 향상된 무방향성 전기강판을 얻을 수 있는 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로 C:0.02%이하, Si:2.50%이하, Mn:0.50%이하, P:0.15%이하, S:0.005%미만, Al:0.15-0.70%, N:0.005%미만, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-0.5%, O:0.005%미만, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃로 가열한 후 열간압연시 페라이트상에서 마무리압연하고, 750℃이하에서 권취후 공냉하거나 850℃이하에서 권취후 로에 넣어서 로냉하고, 산세한 다음, 압하율이 70%이상이 되도록 냉간압연한 후 700-1070℃로 소둔하는 것을 특징으로 하는 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

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

본 발명은 각종 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심등으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

모터와 변압기 등의 전기기기에서 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 자기적 특성중 철손이 낮고 자속밀도가 높은 것이 요구된다. 철손은 무방향성 전기강판 무게(kg)당 전기손실(watt)로 나타내어 W/kg으로 표시하며, 이것은 에너지손실을 의미한다. 자속밀도는 걸어준 자기장에서의 전달되는 힘과 효율의 정도를 나타낸다. 일반적으로 설계자속밀도가 높으면서도 철손이 낮은 소재가 바람직하다.

자속밀도가 높으면 그 만큼 자화가 용이하며 철심부위의 구리선을 저감할 수 있는데, 구리의 양이 적다는 것은 동손이 적다는 것을 의미한다. 모터에서 주요 손실은 동손, 철손 및 기계손으로 분류되고 있는데 그 중에서도 동손의 비율이 높다.

무방향성 전기강판은 일반적으로 규소의 량으로 등급을 결정하고 있는데 이것은 Si 이 비저항이 높아서 철손중 와류손실을 낮추기 때문이며, 와류손실을 높이는 기타원소로는 Al, Mn, P 등의 원소가 있으나, 그 사용량에는 제한이 따른다.

일본공개특허 평1-142050은 Mn을 1%이상 함유시키고 있어서 열간압연시 오스테나이트상에서 압연하게 되며, 페라이트상에서 압연할 경우에는 압연온도가 낮아서 열연판형상이 나빠지는 단점이 있다.

또한, U.S. 4,293,336에서는 이력손실을 감소시키기 위해서 Sn을 첨가하고 있으나 이력손실은 자구의 이동을 원활하게 해주어야 됨으로 불순물을 제어하여 청정강으로 제조될 필요가 있다.

이에 본 발명자들은 무방향성 전기강판을 제조함에 있어, 강을 가능한한 청정하게 하여 특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하기 위하여 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 N의 영향을 가능한한 줄이고 집합조직을 향상시키기 위하여 Al, Sn 및 Cr 합금원소를 투입하며, 기타 불순물 원소인 O와 S를 낮추고, 강판으로의 제조공정을 적절히 제어함으로서, 자기적 특성이 향상된 무방향성 전기강판을 얻을 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로 C:0.02%이하, Si:2.50%이하, Mn:0.50%이하, P:0.15%이하, S:0.005%미만, Al:0.15-0.70%, N:0.005%미만, Sn:0.03-0.3% , Cr:0.05-0.5%, O:0.005%미만, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃로 가열한 후 열간압연시 페라이트상에서 마무리압연하고, 750℃이하에서 권취후 공냉하거나 850℃이하에서 권취후 로에 넣어서 로냉하고, 산세한 다음, 압하율이 70%이상이 되도록 냉간압연한 후 700-1070℃로 소둔하는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판을 제조하기 위하여 강을 가능한한 청정하게 제조하고자 하였으며, 이를 위하여 강성분을 적절한 범위로 한정하였다.

다음에서 주요 강성분의 이론적인 효과를 설명하고, 각 성분의 수치한정이유를 설명한다.

강성분중 Sn 은 결정립계에 편석하여 N 의 침입을 막으며, 집합조직을 향상하기 위해 첨가하고, 또한 Cr은 페라이트형성을 촉진하기 위해 첨가하였다. Cr은 그밖에도 질화물형성 원소로 작용하기도 하고, 미세한 석출물로 석출되는 고용 N를 저감하기 때문에 강을 청정하게 한다. 그리고 강을 청정하게 제조하기 위하여 불순물로 함유되는 S, O 및 N의 양은 가능한한 적게 함유되도록 하여야 한다. S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 결정립성장을 억제함으로 가능한 낮게 관리되어야 한다. 또한 N는 미세한 석출물인 AlN을 형성하여 결정립성장을 크게 억제할 수 있다. N의 영향을 줄이기 위하여 Al을 적어도 0.15%이상 첨가하여야 하는데 0.15%이상 첨가시 미세한 AlN을 우선 억제할 수 있기 때문이다. 그리고 O는 Al₂O₃, SiO₂, MnO와 같은 석출물을 형성함으로서 그 양이 많으면, 냉간압하율이 70%이상인 강에서는 열연판에 형성된 상기 산화물들이 분포할 경우 미세하게 부서져서 미세한 석출물이 되는 것으로 조사되었다. 따라서 특히 O의 량을 감소함으로서 냉가압연후 냉연판을 소둔시에 결정립이 크게 형성시키는 것은 중요하다. 즉, 불순물에 의한 석출물의 해악을 가능한한 없애는 것이 자성을 향상시키는 하나의 방법인 것이다.

상기 C은 자기시효를 일으켜서 전기기기의 철심으로 사용중 자기적 특성을 저하시키므로 슬라브에서는 0.02%이하로 하고, 최종제품에서는 0.003%이하로 한다. 따라서, 최종제품에서 C가 0.003%이상이 될 염려가 있는 경우에는 탈탄소둔을 실시할 수 있다. 이때, 탈탄소둔은 통상의 방법으로 행하고, 냉연판 소둔시 추가할 수 있다.

상기 Si은 비저항을 증가시켜서 철손중 와류손실을 낮추는 원소이지만 본 발명의 강에서는 2.50%이하로 첨가한다. 냉간압하율이 70%이상 실시하는 본 발명강에서는 압연성이 떨어지기 때문이다.

상기 P는 비저항을 증가시키며, 자성에 유리한 집합조직을 형성하는 원소이며, 냉간압연성을 고려하여 최대 0.15%까지 첨가할 수 있다.

상기 S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기특성에 나쁜 영향을 미치므로 가능한한 낮게 함유되는 것이 유리하기 때문에, 본 발명에서는 0.005%미만으로 함유되도록 한다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는 역할을 하며, 적정량을 첨가시 N의 영향을 억제한다. Al은 0.15%미만으로 첨가될 경우 미세한 석출물인 AlN이 대량으로 발생될 수 있어서 0.15%이상 첨가하도록 하며, 0.70%이상 첨가되면 그 첨가량에 비해 자성의 향상 정도가 작으며, 가격이 비싸기 때문에 0.70%이하로 제한한다.

상기 N는 미세하고 긴 AlN석출물을 형성함으로 가능한 한 억제하여야 하기 때문에,본 발명에서는 그 함량을 0.005%미만으로 한다.

상기 Sn은 결정립계에 편석하여 N의 확산을 억제하며, 자성에 불리한 (222)면의 집합조직을 억제시키는 역할을 한다. 0.03%이하로 하면 그 효과가 적고, 0.3%이상으로 하면 냉간압연성이 나빠짐으로, 본 발명에서는 그 함량을 0.03-0.3%로 한다.

상기 Cr은 페라이트형성을 촉진하는 원소이며, N와 결합하여 질화물을 형성하는 원소이다. 고용된 N를 저감하기 때문에 (200)면 등의 자성에 유리한 집합조직을 향상시킨다. 최소 0.05%이상 첨가되어야 그 효과가 있으며, 0.5%를 초과하면 첨가량에 비해 자성의 향상정도가 작기 때문에 0.05-0.5%로 첨가한다.

상기 O는 강에서 각종 성분과 결합하여 산화물을 형성하여 여러 가지의 석출물을 만들기 때문에 해로운 원소이다. 이들 산화물은 작은 석출물에서 큰 석출물에 이르기 까지 다양하며, 본 발명에서와 같이 냉간압하율이 70%이상인 강에서는 열연판에 형성된 이러한 산화물이 부서져서 미세한 석출물로 되기 때문에 O의 양을 감소시켜 냉간압연후 소둔시에 결정립을 크게 형성시키는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 그 함량을 0.005%미만으로 한다.

이하, 상기와 같이 조성되는 강슬라브를 이용하여 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강슬라브는 제강에서 용강으로 제조된 후 연속주조공정에서 슬라브로 응고시키고 열간압연전 가열로로 장입되어 1100-1250℃이하로 가열된다. 슬라브의 가열은 열간압연의 용이성면에서 그 온도는 1100℃이상으로 행한다. 그러나, 1250℃이상으로 재가열하면 AlN과 MnS 등의 자성에 해로운 석출물이 재용해되어 열간압연후 미세하게 석출될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 1100-1250℃ 범위로 재가열후 열간압연하는 것이 바람직하다.

열간압연시 사상압연의 마무리 압연온도는 페라이트상에서 종료하며, 가능한한 800℃이상의 페라이트상에서 실시함으로서 형상이 양호한 열연판을 얻을 수 있다.

열연판의 권취는 750℃이하로 실시하여 공기중에서 코일상태로 냉각할 수 있다. 또한, 자기적 특성을 보다 향상시키기 위해서는 850℃이하에서 권취하고 비산화분위기, 혹은 밀폐된 로에 넣어서 냉각시킬 수도 있다. 냉각로를 가열하여도 되나 열연판의 자체열로도 가능하다. 특히 냉각로를 가열할 경우에는 열연판의 권취는 어떠한 온도에 실시하여도 무관하다. 로에 넣어서 냉각시 공기중에서의 냉각보다 서냉이 됨으로서 자성이 향상되는데, 열연판내에서 발생된 미세한 석출물이 성장될 수 있기 때문이다.

열간압연시 페라이트상에서 실시하면 오스테나이트상에서 압연종료하는 것보다 잔류응력이 많이 존재하게 된다. 이어서 권취하여 소둔시 결정립성장이 용이하기 때문에 최종제품에서도 결정립이 크게 성장될 수 있다.

권취냉각된 열연판은 산세후 냉간압연한다. 냉간압연은 적어도 70%이상의 압하율로 압연함으로서 냉연판소둔시 자성에 유리한 집합조직이 많이 발생되기 때문이다. 본 발명자는 냉연압하율을 70%이상으로 하면 소둔시 본 발명의 강에서 자기적 특성에 유리한 (200)면과 (110)면이 많이 발생되는 것을 확인하였다.

상기 냉간압연된 냉간압연판은 소둔하며, 소둔온도 700-1070℃에서 30초 이상 5분 이하 동안 연속으로 한다. 소둔온도 700℃보다 낮으면 결정립성장이 미흡하기 때문이며, 1070℃보다 높으면 표면온도가 과다하게 높아서 판표면에 표면결함이 발생될 수 있으며, 자기적 특성도 나빠질 수 있기 때문이다. 이때 소둔분위기는 수소, 질소 또는 그 혼합분위기로 할 수 있다.

본 발명에서는 슬라브의 성분중에서 C이 높은 경우(최종제품의 C함량이 0.003%이상인 것이 얻어지는 슬라브의 경우)에는 냉연판소둔전에 이슬점을 10-60℃로 하여 탈탄소둔을 행하는 것이 바람직하다. 탈탄소둔은 750-850℃의 온도범위에서 할 수 있다. 소둔판은 절연피막처리후 수요가로 출하된다. 절연피막은 통상적인 유기질, 무기질 및 유무기복합피막으로 처리할 수도 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제를 입힐 수 있다.

수요가는 원하는 제품으로 타발후 사용하지만, 필요시 응력제거소둔을 실시후 사용할 수도 있다. 응력제거소둔은 통상적인 방법으로 700-850℃의 온도에서 비산화성 분위기로 실시될 수 있다.

본 발명에서는 강을 청정하게 제조하고, 열간압연을 페라이트상에서 실시함으로서 열연판을 소둔하지 않고서도 자기적 특성을 향상 시킬 수 있다. 특히 이와같이 열연판을 소둔하지 않음으로서 높은 압하율로 냉간압연한 후 냉연판을 소둔할 시 자기적 특성에 유리한 (200)면과 (110)면의 집합조직이 잘 발달되어 집합조직계수가 높은 특성을 나타낸다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

하기 표1과 같은 성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 1180℃에서 2시간 가열하고,열간압연시 사상압연의 마무리압연온도가 870℃가 되도록 압연하고, 하기 표2에서와 같은 온도로 공기중에서 권취하여 냉각하였다. 또한, 냉각된 열연판은 하기 표2와 같은 조건으로 산세후 냉간압연하고 소둔하였다. 소둔분위기는 수소 30%와 질소 70%의 분위기였으며, 소둔판은 절단후 자기적 특성을 조사하였으며 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

이때, 철손(W_15/50)은 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때 발생되는 손실을 나타낸 것이고, 자속밀도(B₅₀)은 5000A/m로 자화했을 때 유도되는 자속밀도를 나타낸 것이다.

또한, 집합조직의 변화는 호르타(Horta)식에 의한 집합조직을 조사한 결과에서 자성에 불리한 집합조직강도에 대한 자성에 유리한 집합조직의 강도의 비로 나타낸다.

강종	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Sn	Cr	O
발명강a	0.005	1.45	0.23	0.053	0.0045	0.26	0.0021	0.11	0.25	0.0041
발명강b	0.004	1.39	0.24	0.049	0.0031	0.25	0.0045	0.07	0.45	0.0026
발명강c	0.003	1.42	0.25	0.051	0.0011	0.17	0.0015	0.15	0.31	0.0012
비교강a	0.004	1.41	1.02	0.051	0.0056	0.25	0.0027	0.11	0.03	0.0040
비교강b	0.003	1.40	0.25	0.048	0.0082	0.12	0.0026	0.11	0.30	0.0055
비교강c	0.005	1.45	0.23	0.049	0.0041	0.12	0.0060	0.11	0.45	0.0071

	열연판 권취온도(℃)	냉연압연압하율(%)	냉연판소둔온도(℃)	철손(W_15/50)W/kg	자속밀도(B₅₀)Tesla	집합조직계수	강종
발명재1	400	75	1000	3.52	1.76	1.22	발명강a
발명재2	600	75	1000	3.42	1.77	1.10	발명강a
발명재3	750	75	950	3.55	1.75	1.05	발명강a
비교재1	600	65	1000	3.85	1.72	0.75	발명강a
비교재2	600	65	1100	4.25	1.70	0.65	발명강a
발명재4	700	78	1050	3.21	1.75	1.40	발명강b
비교재3	700	68	650	4.71	1.73	0.81	발명강b
발명재5	700	70	1000	3.31	1.76	1.45	발명강c
발명재6	700	78	750	3.68	1.77	1.25	발명강c
비교재4	700	75	1000	3.91	1.72	0.80	비교강a
비교재5	700	75	1000	4.30	1.71	0.65	비교강b
비교재6	700	75	1000	4.45	1.72	0.70	비교강c

상기 표2에서 나타난 바와같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명재(1-6)은 철손이 낮고, 자속밀도 및 집합조직계수가 높아 우수한 자기특성을 보임을 알 수 있다.

이에 반하여, 본 발명의 조건을 벗어난 비교재(1-6)은 발명재(1-6)에 비하여 자기특성이 떨어졌다.

실시예 2

중량%로 C:0.015%, Si:0.61%, Mn:0.26%, P:0.075%, S:0.003%, Al:0.35%, N:0.0024%, Sn:0.10%, Cr:0.35% , O:0.0035%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불순몰로 조성되는 슬라브를 1200℃로 가열한후 사상압연시 850℃에서 마무리 열간압연하여 2.3mm의 두께로 열간압연하고, 800℃온도에서 권취한 후, 공기중에서 냉각하여 로냉한 소재와 비교하였다.

공기중에서 냉각된 소재는 과다하게 산화되어 산세가 곤란하였고, 산세후에도 판의 형상이 불량하였다. 로냉된 열연판은 산세후 0.5mm의 두께, 압연율 78%로 냉간압연하였다. 냉연판은 830℃에서 수소 20%와 질소 80%의 분위기에서 이슬점 30℃로 3분간 소둔하여 탈탄소둔하고, 연속하여 건조한 수소 30%와 질소 70%의 분위기, 소둔온도 900℃에서 2분간 소둔하엿다. 소둔후 연속하여 유무기혼합의 절연피막을 입힌후 절단하였다. 750℃에서 1.5시간동안 수소 20%와 질소 80%의 분위기에서 응력제거소둔하였다.

자기적특성을 측정한 결과, 철손(W_15/50)은 3.25W/kg이고, 자속밀도(B₅₀)는 1.79Tesla이었다. 호르타(Horta)식에 의한 집합조직계수는 1.5이었다.

실시예 3

중량%로 C:0.004%, Si:2.25%, Mn:0.23%, P:0.015%, S:0.004%, Al:0.56%, N:0.0025%, Sn:0.08%, Cr:0.15% 및 O:0.0033%이고 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃로 가열한후 열간압연하였다. 열간압연시 사상압연온도는 880℃에서 마무리 열간압연하여 2.1mm의 두께로 열간압연하고, 700℃온도로 권취후 질소분위기의 700℃로 가열된 상소둔로에 넣어서 2시간 유지후 로냉하였다. 로냉된 열연판은 산세후 0.5mm 의 두께로 냉간압연하여 76%의 압하율을 주었다. 냉연판은 질소 100%의 건조한 분위기, 소둔온도 1050℃에서 1분간 소둔하였다. 소둔후 연속하여 유무기혼합의 절연피막을 입힌후 절단하고 자기적 특성을 측정하였다. 또한 780℃에서 1.5시간동안 수소 20%와 질소 80%의 분위기에서 응력제거소둔후의 자기적 특성도 조사되었다.

열처리전 자기적 특성은, 철손(W_15/50)은 2.71W/kg이고, 자속밀도(B₅₀)는 1.73Tesla이었다. 열처리후 자기적 특성은, 철손(W_15/50)이 2.4W/kg이고, 자속밀도(B₅₀)는 1.72Tesla 이었다. 열처리후 호르타(Horta)식에 의한 집합조직계수는 1.25이었다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 강을 청정하게 제조하고, 열간압연을 페라이트상에서 실시하고, 높은 압하율로 냉간압연하고, 열처리조건을 제어함으로써, 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판이 얻어지는 효과가 제공된다.

Claims

중량%로, C:0.02%이하, Si:2.50%이하, Mn:0.50%이하, P:0.15%이하, S:0.005%미만, Al:0.15-0.70%, N:0.005%미만, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-0.5%, O:0.005%미만, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃로 가열한 후 열간압연시 페라이트상에서 마무리압연하고, 750℃이하로 권취후 공기중에서 냉각하고, 산세한 다음, 압하율이 70%이상이 되도록 냉간압연한 후 700-1070℃로 소둔하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 소둔 직전에 이슬점을 10-60℃로 하여 탈탄소둔을 행하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
중량%로, C:0.02%이하, Si:2.50%이하, Mn:0.50%이하, P:0.15%이하, S:0.005%미만, Al:0.15-0.70%, N:0.005%미만, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-0.5%, O:0.005%미만, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃로 가열한 후 열간압연시 페라이트상에서 마무리압연하고, 850℃이하로 권취한후 로에 넣어서 로냉하고, 산세한 다음, 압하율이 70%이상이 되도록 냉간압연한 후 700-1070℃로 소둔하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.