KR100345709B1 - 크랙발생이적고자기특성변동이없는고자속밀도방향성전기강판의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고자속 밀도 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이며; 그 목적은 슬라브 워싱 및 열연판의 엣지크랙을 방지하여 실수율 향상 및 작업성을 향상시키며, MgO의 소둔분리제에 첨가물을 부가함으로써 자기특성의 안정하면서도 우수한 전기강판을 얻을 수 있는 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.030-0.080%, Si:2.5-3.5%, Mn:0.05-0.15%, Al:0.025-0.040%, S:0.010-0.020%, N:0.004-0.008% 및 Fe와 나머지 불가피한 불순물로 조성되는 슬래브를 1250℃이상의 온도로 가열하여 열간압연하고, 이어 1회 또는 중간소둔을 포함한 2회의 압연으로 냉연판을 얻은 다음 탈탄소둔한 후 소둔분리제를 도포하고 이어 최종소둔하는 크랙발생이 적고 자기특성 변동이 없는 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

크랙발생이 적고 자기특성 변동이 없는 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법{A method of manufacturing grain oriented electrical steel sheet with high permeability}
본 발명은 고자속 밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강 성분에 있어서 특히 S 및 Al의 함유량을 새로운 범위로 설계하는 한편, 이렇게 설계된 성분계로 구성되는 강 슬래브의 가열온도를 적절히 설정하고, 소둔분리제에 유황 또는 유황화합물을 첨가함으로써 크랙발생이 적고 자기특성 변동이 없는 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 높은 자속밀도와 낮은 철손을 갖는 우수한 자기특성으로 인하여 변압기 등의 철심재료로서 널리 이용되고 있다. 철심에서의 손실을 줄이기 위해서는 소재로 사용되는 방향성 전기강판의 철손이 낮아야 된다. 방향성 전기강판의 철손은 강판에 함유된 규소의 함량, 강판의 결정립의 크기, 결정립의 방향성, 불순물의 량, 내부 스트레인, 강판의 두께 등 여러 인자에 의하여 영향을 받는다.
전기강판에서 철손을 낮추는 일은 전기강판 제조에 관계하는 연구자 및 기술자들의 최대의 목표로 되어 왔으며, 상기한 인자들을 최적으로 하기 위한 노력이 지속되고 있다.
한편, 자성의 향상과 함께 제조원가를 낮추는 것이 방향성 전기강판 제조에 관한 또 하나의 중요과제이다. 방향성 전기강판의 일반적인 제조공정은 제강에서 강의성분을 조절한 다음, 연주 또는 분괴를 거쳐 슬라브를 제조하고, 그 후 슬라브를 1350℃ 이상의 고온으로 가열하여 열간압연을 하여 열연판을 제조한다. 이와 같이 제조된 열연판은 예비소둔한 후에 1회 또는 2회의 냉간압연을 통하여 최종 두께까지 압연되며, 그 후 탈탄소둔, 소둔분리제의 도포를 거쳐 최종소둔을 통하여 우수한 자성이 확보된다.
방향성 전기강판을 제조함에 있어서 핵심이 되는 것은 인히비터(inhibitor)라고 하는 1차 재결정립 성장 억제제의 존재이다. 인히비터는 최종 고온소둔 공정에서 1차 재결정의 입성장을 억제함으로써 2차 재결정을 일으키는 역할을 하는 것으로서 AlN, MnS 등의 석출물이 이용되고 있다. 이들 석출물들은 최종 소둔공정의 가열중에 적절한 입도 분포와 양을 유지하여야 의도하는 역할수행이 가능하므로 최종 고온소둔공정에 앞서서 입도분포 및 양을 적절히 조절해 두어야 한다.
제강, 슬라브 제조, 슬라브 가열, 열간압연, 예비소둔, 냉간압연, 탈탄, 소둔분리제 도포, 최종 고온소둔하여 제조되는 통상의 방향성 전기강판 제조에 있어서 슬라브를 1350℃ 이상으로 가열하는 가열공정은 인히비터의 제어와 밀접한 관계를 갖는 공정이다.
연주 또는 분괴공정을 통하여 제조된 슬라브 상태에서는 AlN, MnS 등의 석출물들이 조대한 상태로 존재하므로 최종 고온 소둔공정에서 원하는 상태로 만들어 주기 위해서는 이들을 충분히 고용시킨 다음에 열간압연하고, 이후의 공정에서 적절히 처리하여야 한다. 이것이 통상의 방향성 전기강판 제조시 슬라브 가열온도를 1350℃ 이상으로 관리하여야 하는 최대의 이유이다.
그러나, 이와 같이 높은 온도에서 슬라브를 가열하게 되면, 산화된 슬라브의 표면이 녹아내리는 스라브워싱(slab washing) 현상이 발생되어 실수율이 저하될 뿐만 아니라, 고온가열-고온압연에 의한 열연판의 엣지크랙이 발생됨으로써 실수율 저하 및 작업성의 저하에 의하여 제조비가 극히 높아지게 된다.
최근에 해결방안으로서 유황함유량을 극단적으로 줄이고, AlN 만을 인히비터로서 사용하는 방법이 제안되어 있는데, 그 대표적인 것으로 일본특허공개공보 (소) 62-40315호를 예로 들수 있다. 이 제안된 방법에 의하면, AlN의 고용온도는 낮고 크랙의 주원인인 유황의 함유량이 적기 때문에 재가열온도가 1200℃ 이하로 낮아도 무방하고 크랙은 전혀 발생하지 않는다.
그러나, 2차 재결정을 유발하는 인히비터가 유황이 없는 만큼 약하게 되어 이를 보강하기 위하여 탈탄소둔후에 강판표면으로 부터 질소를 확산시켜 석출분산층을 강화할 필요가 있다. 이 방법은 크랙 등의 문제를 해결하는 것은 사실이지만, 새로운 문제를 갖고 있다. 이것은 강판의 표면으로 부터 짧은 시간에 질소를 흡수시키는 것은 분산층의 크기 및 양이 극히 변동되기 쉽다는 것을 의미한다.
그 결과, 제품의 자성은 변동되기 쉽고 고자속 밀도 방향성 전기강판의 자성이 일반 방향성 전기강판 수준의 자성밖에는 확보되지 못하는 결과를 초래하는 경우가 있다. 따라서 이와같은 결함 때문에 고자속밀도 방향성 전기강판 제조방법의 주류로는 되지 못하고 있다.
본 발명은 강 성분에 있어서 특히 S 및 Al의 함유량을 적절한 범위로 설정하는 한편, 이렇게 설정된 성분계로 구성되는 강 슬래브의 가열온도를 적절히 설정하고, 소둔분리제에 유황 또는 유황화합물을 적정량 첨가함으로써 크랙발생이 적고 자기특성 변동이 없는 고자속밀도 방향성 전기강판을 보다 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.
도 1은 S함유량과 크랙발생율과의 관계를 나타내는 그래프
도 2는 S함유량과 자속밀도와의 관계를 나타내는 그래프
도 3은 Al함유량과 자속밀도와의 관계를 나타내는 그래프
도 4는 소둔분리제중에 S첨가량에 따른 자속밀도 변동율을 나타내는 그래프
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로 Si:2.5-3.5%, Mn:0.05-0.15%, Al:0.025-0.040%, S:0.010-0.020%, N:0.004-0.008% , 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되는 강슬래브를 1250℃이상의 온도로 가열하여 열간압연하고, 이어 1회 또는 중간소둔을 포함한 2회의 압연으로 냉연판을 얻은 다음, 탈탄소둔한 후 소둔분리제를 도포하고 이어 최종소둔하는 크랙발생이 적고 자기특성 변동이 없는 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 열연판의 크랙을 방지하면서도 자성을 확보할 수 있는 최적의 유황함유량 및 알루미늄의 함유량을 새로운 범위로 설정하는 한편, 가열온도를 슬래브의 워싱현상이 발생되지 않는 온도이하로 슬래브를 가열하여 열간압연하고, 바람직하게는, 탈탄판에 도포하는 MgO에 유황 또는 유황화합물을 적당량 첨가하는데, 그 특징이 있다.
즉, 본 발명은 통상 보다도 S함유량이 적고, 그러면서도 MnS로 인히비터의 작용을 할 수 있는 범위인 0.010-0.020%로 S 함유량을 설정한 것이다.
도 1에는 S 함유량과 크랙과의 관계가 나타나 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 열연크랙은 S의 함량이 0.020% 이상에서 급격히 커지게 되며, 가열온도를 1250℃로 하향한 경우는 열연에서의 크랙발생율이 전체적으로 1380℃ 에 비하여 낮아지지만 0.020% 이상이 되면 역시 증가하는 경향을 보이고 있음을 알 수 있다.
도 2에는 통상의 고자속밀도 방향성 전기강판 성분계에서 S 함유량과 자기특성(B10)의 관계가 나타나 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, S 함유량이 0.010% 이하로 되면 급격히 자성이 나빠지며, 슬래브 가열온도가 1250℃ 의 경우에는 전범위에 걸쳐 불량함을 알 수 있다.
한편, Al은 자성 즉, 자속밀도(B10)와 철손에 직접적으로 영향을 미치는 성분이다.
도 3에는 Al 함유량과 자속밀도와의 관계가 나타나 있다.
통상의 제조조건의 경우는 0.020-0.030% 정도의 Al 함량이 적절하지만, 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우는 최적 Al 함유량이 통상의 Al 함유량보다 많음을 알 수 있다.
본 발명은 이상의 연구결과에 근거하여 S 및 Al의 성분을 설정하고, 슬래브 가열온도를 1250℃ 정도까지 낮춰서 작업함으로써 충분히 목적을 달성할 수 있지만, 이 성분의 한도에 가까운 경우, 또는 그외의 소둔, 분리제의 변동에 의해서는 자성의 변동이 일어나는 경우가 있다.
그렇지 않더라도 더욱 좋은 자성을 바라는 경우에 소둔분리제속에 S 또는 S 화합물을 첨가하면 한층 좋은 자성이 얻어진다.
MgO 를 주로 하고 TiO2등을 첨가한 소둔분리제에 S 또는 S화합물을 0.02-2.0% 첨가하면 자기적특성이 향상되는 효과가 있는데, 그 일례가 도 4에 나타나 있다.
도 4에는 S 첨가량과 자성과의 관계가 나타나 있다.
도 4에서 자속밀도(B10) 변동율은 아래 식(1)로 부터 구한 것이다.
[식 1]
Figure pat00001
도 4에 나타난 바와 같이, 소둔분리제중 S의 함유량이 0.02-2.0%로 첨가될 때 자속밀도 변동율이 우수함을 알 수 있다.
이하, 본 발명의 강 성분의 한정이유에 대하여 설명한다.
본 발명에서 상기 C은 0.030%미만에서는 열연조직이 너무 커지게 되고, 0.080%를넘으면 탈탄소둔이 곤란하게 되므로, 상기 C의 함량은 0.030-0.080%의 범위로 설정한다.
상기 Si는 철손을 작게하기 위해서는 될 수 있는 한 많은 편이 유리하지만, 3.5%를 넘으면 압연이 어렵게 되며, 2.5%미만에서는 고온소둔에서 변태가 일어나 2차 재결정 조직을 파괴하게 되므로, 그 함량은 2.5-3.5%로 제한한다.
상기 Mn은 적은 편이 열연에서의 S 고용체화가 쉽다. 그러나, 0.05% 미만에서는 열간압연에서의 크랙이 발생하고, 0.15%를 넘으면 S의 용체화가 곤란하고 MnS 에 의한 결정조직의 억제가 불가능하고, 2차 재결정의 발달이 곤란하게 된다.
따라서, 상기 Mn의 함량은 0.05-0.15%로 제한한다.
상기 Al의 함량이 0.025% 미만인 경우에는 2차 재결정이 발달하지 않고, 0.040%를 넘으면 AlN의 용체화가 되지 않아 2차 재결정이 충분히 발달하지 않으므로, 0.025-0.040%로 설정한다.
상기 N는 AlN석출물을 형성하는 원소로서 그 함량이 너무 적은 경우에는 AlN석출물이 너무 적게 형성되고, 그리고 너무 많이 첨가하더라고 고용되지 않으므로, 그 함량은 0.004-0.008%로 설정한다.
상기 성분 이외에도 P, Cr, B, Cu, Mo 등을 첨가해도 좋다.
상기와 같은 성분으로 조상되는 슬라브를 1250℃이상으로 보다 바람직하게는 1250-1380℃로 가열하여 통상의 방법으로 열간압연하여 열연판을 얻고, 필요에 따라서 열연판 소둔후 1회 또는 중간 소둔을 사이에 끼운 2회 이상의 냉연에 의하여 최종 두께로 하고, 탈탄소둔후, 소둔분리제를 도포하여 고온의 최종 소둔한다.
이때, 보다 안정적인 고스조직 및 철손을 갖는 강판을 제조하기 위해서 소둔분리제중에 S 혹은 S 화합물의 S로서 0.2-2.0% 의 범위로 첨가한다. S 원으로서는 S(Elemental Sulphur), MgSO4, CaSO4 등 여러 가지가 있고, 어느 것이라도 유효하다.
이 소둔분리제중의 S 는 최종 고온소둔에서 강중에 확산하여 소위 인히비터로서 작용한다. 따라서, 낮은 S 함유량에 의하여 일어날 수 있는 가능성이 있는 인히비터 부족에 의한 자기특성의 변동은 없어지고, 또한 자기특성 자체도 더욱 우수하게 된다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
제강의 성분으로서 하기 표 1과 같이 용해하였다. 이 성분에서 슬래브를 주조하여 열연가열로에서 1250℃로 가열하여 압연하여 2.3mm 의 열연코일로 권취하였다.
이 열연에서의 코일의 양단의 크랙발생율을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 화학성분(중량%) 비고
C Si Mn P S Al N Cu
A 0.070 3.20 0.08 0.010 0.026 0.025 0.0075 0.08 종래강
B 0.065 3.25 0.10 0.010 0.016 0.030 0.0070 0.09 본발명강
성 분 크랙발생율(크랙발생 코일/전 코일)
A 55.0%
B 0.0%
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 종래강인 강종 A의 경우에는 55.0%의 크랙발생율을 나타내고 있는 반면에, 본 발명강인 강종 B의 경우에는 0.0%의 크랙발생율을 나타내고 있음을 알 수 있다.
한편, 상기 열연코일을 1120℃ 에서 열처리를 행한 후 7패스로 최종 두께 0.3mm 까지 냉간압연하였다. 이 코일을 840℃ 에서 탈탄소둔을 하고, 그후 MgO 를 주성분으로 하는 소둔분리제를 도포하여 1200℃ 의 최종고온소둔을 행하였다. 일부의 코일에는 S 를 하기 표 3에서와 같이 각각 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5% 를 첨가한 후 최종소둔을 하였다. 이들 코일의 최종 소둔후의 자성을 조사하고, 그 결과를 하기표 3에 나타내었다.
소둔분리제중의 S함량(%) 0.0 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 2.5
자성 B10, W15/50 B10, W15/50 B10, W15/50 B10, W15/50 B10, W15/50 B10, W15/50 B10, W15/50
A 1.93,1.00 1.93,0.99 1.94,0.97 1.93,1.02 1.90,1.05 1.89,1.07 1.88,1.10
B 1.90,1.01 1.92,1.00 1.92,0.98 1.94,0.96 1.94,0.95 1.93,1.00 1.90,1.06
상기 표 3에 나타난 바와 같이, S를 첨가하지 않아도 좋은 특성을 나타내고 있지만, S 첨가에 의하여 더욱 자성이 개선된 것을 알 수 있다. 이것은 첨가된 S 가 인히비터의 보강을 한 때문으로 S의 확산은 입계와 결함을 통하여 급속히 진행되어 1차 재결정립계의 억제에 효과적으로 작용한 때문으로 생각된다.
[실시예 2]
제강공정에서 하기 표 4에 나타내는 성분의 강의 슬래브를 제조하고 열연가열로에서 1260℃로 가열한 후 압연하여 2.3mm 두께의 코일을 제조하였다.
상기 열간압연에서의 크랙발생을 관찰한 결과, 발명강 및 종래강 모두 크랙은 관찰되지 않았다.
구분 화학성분(중량%) 비고
C Si Mn P S Al N Cu Cr
A 0.065 3.25 0.12 0.015 0.018 0.035 0.0070 0.10 0.10 발명강
B 0.060 3.26 0.15 0.012 0.006 0.030 0.0065 0.09 0.08 종래강
상기와 같이 열간압연된 열연판을 1130℃ 에서 3분간의 소둔을 한 후에 냉연에서 0.3mm 두께로 하였다. 그 후 835℃ 에서 탈탄소둔을 하고 계속하여 암모니아 200ppm 의 분위기에서 질화처리를 하여 질소를 160ppm 으로 증가시켰다. 이 탈탄판에 MgO 를 주성분으로 하는 소둔분리제를 도포하였다. 이때 소둔분리제중에 S 를 0.2% 첨가하였다. 그후 최종 고온소둔을 한 다음, 자기특성을 측정을 하고, 그 결과를 평균의 자기특성과 자성의 변동율을과 함께 하기 표 5에 나타내었다.
성분 B10 W17/50 B10변동율(B10가 1.88 이하의 비율)
A 1.94 0.93 3%
B 1.91 1.05 35%
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 저 S 의 종래강에서는 자기특성도 나쁘지만, 특히 B10의 변동이 심함을 알 수 있다.
이에 반해 본 발명강에서는 자기특성도 우수하고 B10의 변동도 적음을 알 수 있는데, 이는 S 및 Al의 함량의 최적화와 S의 소둔 분리제의 첨가효과가 유효하다는 것을 나타내고 있다.
결국, MnS 의 이용을 어느 정도 감소시키지만 AlN의 억제효과는 증대시키고, 또 소둔분리제에의 S 첨가가 더욱 1차 재결정립의 성장을 확실히 억제하는 작용을 하기 때문에 본 발명의 기술로 제조되는 고자속밀도 방향성전기강판은 크랙은 적고 또 자기특성은 변동이 없어 종래방법과 저 S 에서 질화하는 방법에 의하여 제조되는 방향성 전기강판에 비하여 우수하다는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 슬래브의 가열온도를 낮춤으로써 열원단위를 낮추게 되어 경제적이고, 열연판에서 발생되기 쉬운 엣지크랙을 방지할 수 있어 실수율이 향상되고, 슬래브의 워싱현상이 발생하지 않으므로써 실수율이 향상될 뿐만 아니라 워싱현상에서 오는 가열로의 수리비가 절감되게 됨으로써 경제적으로 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서,
    중량%로, C:0.030-0.080%, Si:2.5-3.5%, Mn:0.05-0.15%, Al:0.025-0.040%, S:0.010-0.020%, N:0.004-0.008% 및 Fe와 나머지 불가피한 불순물로 조성되는 슬래브를 1250℃이상의 온도로 가열하여 열간압연하고, 이어 1회 또는 중간소둔을 포함한 2회의 압연으로 냉연판을 얻은 다음 탈탄소둔한 후, 유황 또는 유황화합물을 0.2-2.0% 함유하는 소둔분리제를 도포하고 이어 최종소둔함을 특징으로 하는 크랙발생이 적고 자기특성 변동이 없는 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법.
KR1019970073574A 1997-12-24 1997-12-24 크랙발생이적고자기특성변동이없는고자속밀도방향성전기강판의제조방법 KR100345709B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR890000882B1 (ko) * 1982-09-24 1989-04-12 신닛뽄 세이데쓰 가부시끼가이샤 높은 자속밀도를 가진 방향성 전기강판의 제조방법
JPH01119622A (ja) * 1987-10-30 1989-05-11 Nippon Steel Corp 磁気特性およびグラス皮膜特性に優れた一方向性電磁鋼板の製造方法

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