KR100356171B1 - 저철손극박규소강판의유리질피막형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두께 150㎛이하의 극박규소강판의 제조방법에 관한 것이며; 그 목적은 극박 규소강판과 절연코팅층의 접착력을 확보할 수 있는 유리질 피막의 형성방법을 제공하는 것으로, 극박 규소강판의 철손 또한 개선하는 효과가 있다.

본 발명은, 중량%로, Si:2.5-7.0%, C:0.010%이하, Mn:0.002%이하, S:0.01%이하, N:0.01%이하, Al:0.01%이하와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 규소강 슬라브를 열간압연, 산세, 냉간압연하여 극박냉연판을 만든다음, 최종소둔하는 극박규소강의 제조방법에 있어서,

상기 최종소둔처리하고, 1×10^-4Torr∼5×10^-7Torr의 진공 또는 99.0-99.9%의 수소 분위기에서 700-1100℃의 온도로 5분-5시간동안 유리질피막형성 소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 저철손 극박 규소강판의 유리질피막형성방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

저철손 극박 규소강판의 유리질 피막형성방법

본 발명은 두께 150㎛이하의 극박규소강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극박 규소강판의 제조시 강판과 절연코팅층의 접착력을 확보할 수 있는 유리질 피막을 형성하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 방향성 규소강판은 특수한 가공과 열처리에 의하여 압연방향으로 철의 자화용이방향인 (110)면에 [001]방향이 배향된 집합조직('고스 조직'이라고도함)을 가지고 있는 재료로서, 우수한 자기특성을 이용하여 대형 터빈 발전기, 대형 변압기 등의 철심재료로 사용되고 있다.

이러한 극박규소강판의 자기적 성질은 자속밀도가 높고, 철손이 낮을수록 그 특성이 좋아진다.

상기한 자속밀도는 고스조직이 집적도 즉, 체심입방결정구조를 갖는 규소강판의 자화용이축이 [001]이기 때문에 결정립의 (110)[001]배향도가 높을수록 좋아진다. 또한, 철손은 여러 인자에 의하여 영향을 받는데 그 대표적인 인자로는 (110)[001]집적도, 자구크기 및 강판의 두께 등을 들 수 있다.

따라서, 방향성 규소강판의 (110)[001]배향도를 높혀서 철손을 낮추는 방법은 앞에서 언급한 자속밀도(B₁₀)도 높힐 수 있어서 방향성 규소강판의 자기적 특성을 보다 높힐 수 있는 효과적인 방법으로 볼 수 있으며, 이러한 관점에 근거하여 방향성 규소강판의 자기적 특성을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 제안되어 있다.

먼저, 미국특허 제3,159,511호에는 AlN과 같은 강한 1차 재결정립 성장억제제를 사용하여 최종소둔시 규소강판에 (110)[001]결정립의 집적도를 높힘으로써 압연방향으로의 자속밀도와 철손값을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.

또한, 일본 공고특허공보 (소)51-13469호에는 MnSe, Sb와 같은 1차재결정립 성장억제제를 사용하여 최종 소둔판에서 (110)[001]결정립의 집적도를 높힘으로써 압연방향으로의 자속밀도와 철손값을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.

상기한 종래기술들로 제조된 규소강판은 재결정립들의 방위가 이상적인 (110)[001]방위로 부터 평균 3도 이내로 분산되어 있어서 자기적 특성의 향상에는 거의 한계에 다다른 기술로 평가되고 있다.

더욱이 (110)[001]집적도가 높아짐에 따라 자구가 커져서 자구미세화를 위한 처리가 필요하다는 문제점이 있으며, 그 자구미세화처리에 대한 기술은 일본특허공보 소58-26405호 및 미국특허 제4,203,784호 등에 제안되어 있다.

한편, 방향성 규소강판의 두께를 줄여 와류손을 감소시킴으로써 철손을 감소시키는 기술이 일본특허 공개특허공보 (평)2-277748호에 제안되어 있다.

이 기술은 규소강을 열간압연, 산세, 냉간압연하여 0.15-0.17㎜ 두께의 냉연판으로 만들고, 최종소둔하는 일련의 공정으로 제조하는 것으로서, 1차재결정립 성장억제제로 AlN을 사용하는 2차 재결정법으로 최종소둔시 (110)[001]결정립의 집적도를 높이는 것이다.

그러나, 상기 기술은 규소강판의 두께가 얇아짐에 따라 1차재결정립 성장억제제의 억제력이 약해지기 때문에 최종소둔판에서 (110)[001] 결정립의 집적도가 낮아지는 약점이 있으며, 이에 따라 0.15㎜ 이하의 규소강판에는 적용할 수 없는 기술이다.

이러한 문제를 개선하기 위해 일본 공개특허공보 평5-186829호에는 중량%로, Si:2.5-7.0%, C:0.010%이하, Mn:0.002%이하, S:0.01%이하, N:0.01%이하, Al:0.01%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 규소강을 열간압연, 산세, 1차냉간압연, 1차중간소둔, 2차냉간압연, 중간소둔, 3차냉간압연, 및 최종소둔하여두께 0.15㎜이하, 효과적으로는 100㎛이하의 극박규소강판을 제조하는 기술이 제안되어 있다.

상기 제안된 극박규소강판의 제조기술은 그 성분계에서 알 수 있듯이, 앞에서 언급한 1차재결정립 성장억제제를 포함하고 있지 않고 있어 1차재결정립 성장억제제를 이용한 2차재결정법이 아니라, 결정립의 표면에너지를 이용한 3차재결정법에 의하여 자기적특성을 확보하는 극박규소강판의 제조기술이다.

3차재결정을 일으키는 구동력은 최종소둔공정에서 입방체방위와 고스방위사이의 표면에너지 차에 기인하는 것이다. 즉, 체심입방구조를 갖고 있는 규소강의 경우 최조밀면은 (110)이며, 이에 따라 최종소둔공정에서 표면에너지를 낮추기 위하여 최조밀면인 (100)면으로 재결정이 일어난다.

이처럼 결정립의 표면에너지를 이용한 3차재결정법으로 (110)[001]배향을 얻기 위해서는 입방체방위와 고스방위사이의 표면에너지 차이를 극대화하여야 하는데, 이는 진공중이나 수소분위기하에서 규소강판의 표면이 분위기에 노출되도록 하면 얻어진다.

이와 같이 최종소둔공정에서 규소강판의 표면을 주변분위기에 노출되도록 하려면, 기존에 강판 간의 접합을 방지하기 위해 사용되는 소둔분리제를 사용할 수 없게 되고, 이에 따라 최종소둔공정에서 소둔분리제와 강판의 산화물층과의 반응에 의한 유리질피막이 형성되지 않는다.

규소강판에 형성되는 유리질피막은, 규소강판의 와전류손을 감소하기 위해 규소강판의 표면에 코팅되는 절연코팅층 및 장력코팅층과 규소강판의 접착력을 향상시키는 역할을 한다.

따라서, 유리질피막이 형성되지 않으면 당연히 절연코팅층 및 장력코팅과 규소강판의 접착력이 떨어질 수밖에 없어, 균질하고 연속적인 절연코팅 및 장력코팅층을 얻을 수 없게 된다.

본 발명은 극박규소강판의 표면과 절연코팅 및 장력코팅층과의 결합력을 확보할 수 있는 유리질피막을 형성하는 방법을 제공함에 있다.

도 1은 절연 및 장력코팅전의 극박규소강판 표면의 주사전자현미경 조직사진으로,

(a)는 유리질피막형성을 위한 소둔을 하지 않은 경우의 사진

(b)는 본 발명에 따라 유리질피막형성을 위한 소둔을 행한 경우의 사진

도 2는 절연 및 장력코팅후의 극박규소강판 표면의 주사전자현경 조직사진으로

(a)는 유리질피막형성을 위한 소둔을 행하지 않은 경우의 사진

(b)는 본 발명에 따라 유리질파막형성을 위한 소둔을 행한 경우의 사진

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, Si:2.5-7.0%, C:0.010%이하, Mn:0.002%이하, S:0.01%이하, N:0.01%이하, Al:0.01%이하와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 규소강 슬라브를 열간압연, 산세, 냉간압연하여 극박냉연판을 만든 다음, 최종소둔하는 극박 규소강판의 제조방법에 있어서,

상기 최종소둔처리하고, 1×10^-4Torr∼5×10^-7Torr의 진공 또는 99.0-99.9%의 수소 분위기에서 700-1100℃의 온도로 5분-5시간동안 유리질피막형성을 위한 소둔을 행하는 것을 포함하는 저철손 극박 규소강판의 유리질 피막형성방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 고온의 최종소둔중 규소가 강판의 표면으로 편석되는 현상을 이용하여 이 편석된 규소가 분위기중의 산소와 반응하여 유리질피막이 형성될 수 있도록 하는 데, 그 특징이 있다.

먼저, 본 발명에 적합한 강종은 이미 공지된 것으로서, 중량%로, Si:2.5-7.0%, C:0.010%이하, Mn:0.002%이하, S:0.01%이하, N:0.01%이하, Al:0.01%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 규소강이다.

또한, 상기 규소강을 본 발명에 따라 유리질피막열처리하기전 까지는 통상의 0.15㎜이하의 극박 규소강판을 만드는 방법이 적용된다. 즉, 상기 규소강을 통상의 열간압연, 산세, 냉간압연하여 0.15㎜이하의 극박 냉연판을 만들고 최종소둔하는 일련의 공정을 거친다.

이때, 냉간압연은 구체적으로 열연판을 1차 냉간압연하고 중간소둔한 후 2차냉간압연하는 2차냉간압연방법과 열연판을 1차 냉간압연하고, 중간소둔한 후 2차 냉간압연한 다음 중간소둔하고, 이어 3차냉간압연하는 3차냉간압연방법이 있다.

또한, 최종소둔은 통상의 조건으로 하는데, 일례로 분위기는 진공, 환원성 분위기(예 수소분위기)가 바람직하고, 온도는 약 1200℃이상으로 하는 것이 바람직하다. 통상의 최종소둔조건으로 극박 규소강판을 소둔처리하면 극박 규소강판의 표면으로 규소가 편석된다.

본 발명은 상기와 같이 규소가 편석된 극박 규소강판에 유리질 피막을 형성하도록 하는데, 이는 편석된 규소와 소둔분위기중 산소와 결합하여 자기적 특성을 낮추지 않으면서도 매우 치밀한 유리질 피막을 생성시키도록 하는 것이다.

본 발명의 유리질피막 열처리조건은, 1×10^-4Torr∼5×10^-7Torr의 진공 또는99.0-99.9%의 수소분위기에서 700-1100℃의 온도범위에서 5분-5시간동안 소둔하는 것이다.

상기 소둔온도가 700℃보다 낮은 경우 규소의 석출속도가 느려 소둔시간이 너무 길어지고 1100℃보다 높은 경우 가열에너지가 너무 많이 소모되어 경제적이지 못하기 때문이다.

소둔분위기가 진공소둔의 경우 1×10^-4Torr 보다 낮으면 강판자체도 산화되어 자기적 특성이 낮아지고 5×10^-7Torr 보다 높은 경우 특수한 진공시스템을 사용하여야 하므로 경제적이지 못하다.

또한, 수소분위기의 경우 순도가 99.0% 이하의 경우 강판자체도 산화되어 자기적특성이 낮아지며 수소의 순도가 99.9%이상인 경우 고 순도가스를 사용하여야 함에 따라 경제적이지 못하다.

상기 소둔분위기중에는 미량의 산소등이 함유되어 있음은 물론이다.

본 발명에서는 편석된 강판중의 규소와 소둔분위기중의 미량의 산소가 결합하여 치밀한 유리질 피막을 생성하게 되는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

중량%로, Si:2.93%, C:0.007%, Mn:0.001%, S:0.001%, N:0.001%, Al:0.001%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 규소강을 1200℃에서 1시간유지 후 열간압연하여 2.5mm 두께의 열연판을 만든 후 표면산화물을 제거하기 위하여 산세처리하였다.

산세처리한 열연판을 압연율 75%로 1차 냉간압연하고, 중간소둔한 후 60%로 2차 냉간압연하고 또 중간소둔한 후 압연율 60%로 3차 냉간압연하여 두께 100㎛인 3차 냉연판을 준비하였는데, 이때 중간소둔은 모두 5×10^-5Torr의 진공분위기에서 800℃의 온도로 30분간 행하였다.

상기와 같이 하여 얻은 극박냉연판을 아래 표 1과 같이 최종소둔하고 유리질피막형성 소둔조건을 변화시키면서 소둔하여 유리질피막을 형성한 다음, 단편자기 측정기를 사용하여 자속밀도(B₁₀)와 철손(W_17/50)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

또한, 유리질 피막의 접착성을 알아보기 위해 강판을 180°로 구부렸을 때 박리가 생기지 않는 최소직경을 측정하고 표 1에 함께 나타내었다.

또한, 비교예(1) 및 발명예(2)에 대한 극박규소강판 표면의 주사전자현미경 조직사진을 관찰하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1의 (a)는 비교예(1)의 사진을 나타내고, 그리고 도 1의 (b)는 발명예(2)의 사진을 나타낸다.

[표 1]

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 발명예(1-4)의 경우 자기적 특성을 낮추지 않으면서도 도 1의 (b)에 나타난 바와 같이 매우 치밀한 유리질 피막이 생성됨을 알 수 있다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 같이 제조된 최종 소둔강판에 절연 및 장력코팅을 하였는데, 이때 코팅은 인산:12중량%, 산화크롬:1중량%, 규산콜로이드:30중량%, 알루미나 콜로이드:8중량%, 물:49중량%로 조성되는 코팅액(일본 공고특허공보 (소) 47-7602호에 개시된 코팅액)을 도포하여 500℃의 온도에서 30초간 가열하였다.

이와 같이 코팅된 강판의 자기적 특성을 조사한 다음 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.

또한, 비교예(2) 및 발명재(6)에 대한 극박규소강판 표면의 주사전자현미경 조직사진을 관찰하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2의 (a)는 비교예(2)의 사진을 나타내고, 그리고 도 2의 (b)는 발명재(6)의 사진을 나타낸다.

[표 2]

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 유리질 피막이 생성된 규소강판(발명예 1-4)에 장력코팅을 할 경우(발명예 5-8)에는 철손도 낯출 수 있으며, 또한 도 2의 (b)에도 나타난 바와 같이, 균일한 장력코팅막을 형성할 수 있음을 알 수 있다.

이에 반해, 유리질 피막이 생성되지 않은 비교예(1)에 장력코팅을 할 경우(비교예 2)에는 철손을 낮출 수 없고, 또한 도 2의 (a)에 나타난 바와 같이, 균질하고 연속된 피막이 생성되지 않음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 유리질 피막 형성방법을 제공할 수 있으며, 이는 극박규소강판의 제조한계를 획기적으로 극복한 것이다. 또한, 본 발명의 유리질 피막 형성소둔을 통해 철손도 크게 개선되는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 중량%로, Si:2.5-7.0%, C:0.010%이하, Mn:0.002%이하, S:0.01%이하, N:0.01%이하, Al:0.01%이하와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 규소강 슬라브를 열간압연, 산세, 냉간압연하여 극박냉연판을 만든 다음, 최종소둔하는 극박규소강판의 제조방법에 있어서,

   상기 최종소둔처리하고, 1×10^-4Torr∼5×10^-7Torr의 진공 또는 99.0-99.9%의 수소 분위기에서 700-1100℃의 온도로 5분-5시간동안 유리질 피막형성을 위한 소둔을 행하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 저철손 극박 규소강판의 유리질 피막형성방법.