KR100368722B1 - 자기적특성이우수한무방향성전기강판및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 모터, 소형변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판및 그 제조방법에 관한 것으로서, 무방향성 전기강판은 중량 %로 C:0.01% 이하, Si:3.5% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.15% 이하, S:0.01% 이하, Al:0.15-1.5%, N:0.005% 이하, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-1.0%, Ti:0.0005-0.01%, O:0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하고, 또한, 상기 조성의 슬라브를 1100-1250℃의 온도 범위로 재가열하는 단계와; 800-950℃의 온도 범위에서 열간압연하는 단계와; 권취하는 단계와; 산세하는 단계와; 2회 냉간압연하는 단계와; 700-1050℃의 온도범위로 냉연판소둔하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

본 발명은 각종 모터, 소형변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 모터나 변압기 등과 같은 각종 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 자기적 특성 중 철손이 낮고, 자속밀도가 높은 것이 요구된다. 철손은 무방향성 전기강판의 에너지 손실을 의미하고, 자속밀도는 주어진 자기장에서의 자화의 정도를 나타낸다. 따라서, 에너지 절감을 위해서는 철손이 낮고 자속밀도가 높은 소재가 요구된다.

무방향성 전기강판에서 철손을 낮추려는 노력이 경주되어 왔으며, 이를 위하여 자성에 유리한 집합조직을 형성하는 원소를 제어하거나, 불순물 원소를 낮게 제어하여 왔다.

예를 들어, 집합조직을 제어하는 원소는 주석(Sn)을 들 수 있다. 미국특허 4,204,890에서 Sn은 집합조직을 개선하는 원소로 알려져 있다. 그러나, Sn 단독 첨가는 자속밀도는 향상시키지 못하고 철손만 다소 개선될 뿐이다.

한편, 소재 내의 불순물은 미세한 석출물을 발생시키고 또한 결정조직 내에서 자성이 나쁜 집합조직의 핵생성자리로 작용된다. 그 결과, 불순물에 의해 형성된 집합조직을 갖는 결정립이 성장하게 되면 소재의 자성이 저하된다. 또한, 불순물에 의한 미세한 석출물은 결정립의 성장을 억제하여 철손 중 이력손실을 증가시키므로 가능한 억제되어야 한다.

한편, 소재 내에서 불순물로 작용하는 원소중에서 질소(N)는 특히 미세하고, 긴 선상의 불순물을 형성하고 이러한 불순물은 결정립 성장에 장애가 된다. 따라서, 주로 알루미늄(Al)을 첨가하여 이러한 불순물을 제거함으로써 그 영향을 감소 시켜 왔다.

일본 공개특허공보 소62-180014호에는 N의 영향을 줄이기 위하여 붕소(B)가 첨가되는 기술이 공지되어 있다. 또한, 상기 일본 공개공보에는 규소(Si)가 많이 첨가되는 경우에는 냉간압연이 곤란해지는 문제점이 개시되어 있다.

또한, 일본공개특허 평8-295936호에는 티타늄(Ti)이 미세한 석출물을 형성하여 자성에 해로운 것으로 설명하고 있으나, 그 적정량이 첨가됨으로서 오히려 석출물을 조대화시켜서 자성이 향상되는 것을 확인하였다.

기타 자기적 특성을 저해하는 원소로는 황(S)와 산소(O)가 있으며, S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하며, O는 망간(Mn), Al 및 Si과 결합하여 각종 산화물을 형성시켜서 결정립 성장을 억제하거나 자구의 이동을 방해함으로써 자성을 저해시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 에너지 절감을 위해서 철손이 낮고 자속밀도가 높은 소재를 얻기 위한 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판은 중량%로 C:0.01% 이하, Si:3.5% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.15% 이하, S:0.01% 이하, Al:0.15-1.5%, N:0.005% 이하, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-1.0%, Ti:0.0005-0.01%, O:0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법은 중량%로 C:0.01% 이하, Si:3.5% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.15% 이하, S:0.01% 이하, Al:0.15-1.5%, N:0.005% 이하, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.05-1.0%, Ti:0.0005-0.01%, O:0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃의 온도 범위로 재가열하는 단계와; 800-950℃의 온도 범위에서 열간압연하는 단계와; 권취하는 단계와; 산세하는 단계와; 2회 냉간압연하는 단계와; 700-1050℃의 온도 범위로 냉연판을 소둔하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 불순물 원소 O, N, S 원소의 영향을 감소시켜서 자성을 향상시킬 수 있는 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판을 제조하기 위하여 결정립계에 편석하여 N의 침입을 억제하고, 집합조직을 개선시키는 특성을 갖도록 Sn을 첨가하고, 또한 질화물을 형성하며 철심의 부식을 억제하는 특성을 갖고 있도록 크롬(Cr)을 첨가하였다.

본 발명은 또한 불순물 원소로 함유되는 S, O, N 및 C의 함유량은 가능한 한 적게 유지되도록 제강단계에서 탈황, 탈산, 탈질 및 탈탄 작업을 충분히 실시한 후 에 Ti을 소량 첨가한다.

본 발명에 따르면, Ti은 S, O, N, C 등의 불순물과 결합하고, 발생된 석출물은 제강중에서 슬래그로 부상되어 제거되거나, Al을 0.15% 이상 첨가시 발생되는 조대한 Al 석출물 등과 결합하여 미세한 석출물의 발생을 억제할 수 있는 것으로 본다.

또한, 불순물로서 불가피하게 석출되는 석출물의 해악을 가능한 한 억제함으로써 무방향성 전기강판의 자성을 향상시키는 방법을 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판의 성분계의 수치한정 이유에 대하여 설명한다.

C는 무방향성 전기강판이 전기기기의 철심으로 사용되는 도중에 자기 시효를 일으켜서 전기강판의 자기적 특성을 저하시키므로, C의 함유량은 슬라브에서는 0.01% 이하로 하고, 최종 제품에서는 0.003% 이하로 유지한다. 한편, 필요시 탈탄소둔을 냉연판 소둔전에 실시할 수 있다.

Si는 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추는 원소이지만 3.5% 이상으로 첨가되면 냉간압연성이 불량하게 만드므로, Si의 함유량은 3.5% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

Mn은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추나 과도하게 첨가되는 경우에 자기특성의 향상에 비해 원가가 높아지는 문제점이 야기되는 반면에, 너무 적게 첨가되면 집합조직이 나빠진다. 따라서, Mn은 1% 이하, 보다 양호하게는 0.1%-1.0%로 첨가한다.

P는 비저항을 증가시키지만 냉간압연성을 고려하여 최대 0.15% 까지 첨가할 수 있다.

S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기특성에 나쁜 영향을 미치므로 가능한 한 낮게 함유되는 것이 유리하며, 본 발명에서는 최대 0.01% 이하로 함유되도록 한다.

Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는 역할을 하며, 적정량 첨가시 N의 영향을 억제한다. 0.15% 이하로 첨가될 경우 미세한 석출물인 AlN이 발생될 수 있으며, 1.5% 이상 첨가되면 제조비용이 과다하게 증가된다. 따라서, Al은 0.15- 1.5% 로 함유되도록 한다.

N는 미세하고 긴 AlN의 석출물을 형성함으로 가능한 한 억제하며, 본 발명에서는 0.005% 이하로 함유되도록 한다.

Sn은 결정립계에 편석하여 N의 확산을 억제하고, 자성에 불리한 (222)면의 집합조직을 억제시키는 역할을 한다. 그러나, Sn이 0.03% 이하로 첨가되면 그 효과가 적고, 0.3% 이상으로 첨가되면 냉간압연성이 나빠진다. 따라서, Sn의 함유량은 0.03-0.3%로 유지한다.

Cr은 N와 결합하여 질화물을 형성하고, (200)면 등의 자성에 유리한 집합조직을 향상시켜 철심의 부식을 방지하는 특성을 나타낸다. 이러한 Cr은 최소 0.05% 이상 첨가되어야 그 효과가 있지만, 1.0%를 초과하면 첨가량에 비해 자성의 향상 정도가 작게된다. 따라서, Cr의 함유량은 0.05-1.0%로 한정한다.

Ti은 강에서 S, O 및 N 등의 불순물과 결합하며, 0.0005% 이상 0.01% 이하로 첨가한다. Ti이 첨가량이 과도하면 오히려 불순물로 작용될 수 있기 때문에 최대 0.01%로 하며, 너무 적으면 그 효과가 적게된다. 따라서, Ti의 함유량은 0.0005-0.01%로 한정한다.

O는 강에서 각종 성분과 결합하여 산화물을 형성하여 강중에서 석출물과 산화물을 만드므로 그 첨가량을 낮추는 것이 바람직하다. 또한 O와 Ti의 결합을 감소시키기 위해서도 O의 함유량은 가능한 한 낮추는 것이 유리하다. 따라서, O의 함유량은 0.005% 이하로 유지한다.

이하, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

상술된 바와 같은 성분으로 조성되는 용융물은 제강공정에서 용강으로 제조 된 후, 연속주조공정에서 슬라브로 응고된다. 그리고, 슬라브는 열간압연전에 가열로에 장입되어 1100℃ 이상 내지 1250℃ 이하로 가열된다. 이때, 슬라브는 미세한 석출물을 조대화시키기 위해서 가능한 한 낮은 온도에서 재가열되어야 한다. 그러나, 열간압연작업을 용이하게 하기 위해서는 상기 슬라브는 1100℃ 이상으로 재가열된다. 한편, 상기 슬라브를 1250℃ 이상으로 재가열하면 Ti와 결합한 불순물들이 재용해되어 열간압연시 미세한 석출물로 생성될 수 있다. 따라서, 상기 슬라브는 1100-1250℃ 범위에서 재가열된 후 열간압연되는 것이 바람직하다. 열간압연은 통상 800-950℃의 온도범위로 실시한다.

열간압연판은 권취 후 공기중에서 코일상태로 냉각될 수 있다. 권취냉각된 열연판은 열연판 소둔공정을 거치거나 또은 열연판 소둔공정이 생략된 상태에서 산세처리된 후 냉간압연공정을 거치게 된다. 한편, 열연판을 소둔처리하면 결정립이 보다 성장되어 최종제품에서 결정립이 크게 성장될 수 있다.

냉간압연은 필요시 결정립 성장을 위하여 2회 수행될 수 있다. 이때, 2번째 냉간압연은 첫번째 냉간압연 후 900-1050℃에서의 중간소둔공정을 거쳐서 추가로 실시된다.

2회 냉간압연이 실시된 냉간압연판은 소둔처리되며, 이때 냉간압연판은 700-1100℃의 소둔온도에서 재결정입 성장을 위하여 30초 이상 연속으로 소둔처리된다. 소둔온도를 위와 같이 한정한 것은 700℃보다 낮으면 결정립 성장이 미흡하고, 1100℃보다 높으면 판표면에 표면결함이 발생될 수 있기 때문이다.

한편, 소둔 분위기는 수소, 질소 또는 그 혼합 분위기로 형성될 수 있다. 소둔판은 절연피막처리 후 수요가로 출하된다. 이때, 절연피막은 유기질, 무기질 및 유,무기질의 복합피막으로 처리될 수 있으며, 기타 녹발생 억제 및 절연이 가능한 피막제를 입힐 수 있다.

특히, 본 발명강은 합금원소인 Si, Mn, Al, Sn 및 Cr을 첨가하고, 또한 용강에서 불순물 원소를 가능한 한 제거하여 그 함량을 낮춘 후, Ti을 첨가함으로써 자기적 특성을 향상할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

[실시예 1]

먼저, 하기 표 1과 같은 성분을 갖는 슬라브들을 제조한다. 상기 슬라브들은 열간압연전 가열로에서 2.5시간 동안 가열되고, 마무리 압연온도 900℃에서 1.8 mm의 두께로 열간압연하고, 700℃에서 권취된 후 공기중에서 냉각되었다. 냉각된 열연판은 1000℃에서 5분간 소둔처리된 후 산세하였다.

[표 1]

한편, 하기 표 2는 상기 표 1에서 제작된 슬라브들의 재가열온도, 냉연판 소둔온도에 따른 철손과 자속밀도를 나타낸다. 이때, 냉연판의 소둔분위기는 수소 20%와 질소 80% 이며, 소둔판들을 절단된 후에 그들 각각의 자기적 특성을 조사하였다.

[표 2]

1) W_15/50: 50Hz에서 1.5 Tesla로 자화했을 때의 발생되는 손실

2) B₅₀: 5,000 A/m로 자화했을 때 유도되는 자속밀도

표 2에서 발명재는 표 1에 나타난 발명강을 본 발명애 따라서 재가열 및 소둔처리한 소재를 의미하며, 이러한 발명재는 자기적 특성이 우수한 것으로 나타났다.

한편, 표 1에 나타난 발명강 b의 슬라브를 상대적으로 높은 온도에서 재가열 한 비교재 1과, 과도하게 높은 온도에서 소둔처리한 비교재 2의 자기적 특성은 불량한 것으로 나타났다. 그리고, 비교재 4는 Ti가 과도한 비교강 a를 본 발명에 따라서 재가열 및 소둔처리한 소재로서 자기적 특성이 불량함을 알 수 있다. 비교재 5는 Ti가 적고 불순물량의 척도인 O가 높은 비교강 b를 본 발명에 따라서 재가열 및 소둔처리한 소재로서 자성이 저조하게 나타났고, 비교재 6은 Sn과 Ti의 함유량이 적은 비교강 c를 본 발명에 따라서 재가열 및 소둔처리한 소재로서 자기적 특성이 저조한 것으로 나타났다.

[실시예 2]

중량%로 C:0.004%, Si:3.01%, Mn:0.15%, P:0.008%, S:0.0010%, Al:1.2%, N:0.0014%, Sn:0.11%, Cr:0.45%, O:0.0016% 및 Ti:0.0016%이고 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃로 재가열되고, 열간압연시 950℃에서 마무리 열간압연하여 2.0mm의 두께로 열간압연하였다.

열연판은 620℃ 온도로 권취하여 공기중에서 냉각하고 1100℃에서 5분간 소둔하였다. 소둔처리된 열연판을 산세 후 0.7mm의 두께로 1차 냉간압연하고 950℃에서 3분간 소둔한 후 다시 0.35mm의 두께로 냉간압연하였다.

냉간압연판은 건조한 수소 30%와, 질소 70%의 분위기, 소둔온도 1030℃에서 2분간 소둔하였다. 소둔 후 연속하여 유,무기 혼합물의 절연피막을 입힌 후 절단하고 자성을 측정하였다.

이러한 제품의 탄소함량은 0.0012%로 낮게 나타났다. 자기적 특성 중 철손(W_15/50)은 2.21 W/Kg이고, 자속밀도(B₅₀)는 1.68 Tesla 이었다.

[실시예 3]

중량%로 C:0.005%, Si:0.95%, Mn:0.24%, P:0.016%, S:0.006%, Al:0.21%, N:0.0021%, Sn:0.09%, Cr:0.35%, O:0.0025% 및 Ti:0.0052%이고 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1200℃로 가열한 후 열간압연하였다. 열간압연시 사상압연 온도는 860℃ 이었고, 2.5mm의 두께로 열간압연 후, 740℃ 온도로 권취하였다.

권취냉각된 열연판 중 일부는 산세하였다. 또한, 나머지 열연판은 질소분위기의 1000℃에서 5분간 소둔한 후 산세하였다. 2가지로 준비된 열연판은 산세 후 0.5mm의 두께로 냉간압연하였다.

냉연판을 질소 80%, 수소 20%의 건조한 혼합분위기의 900℃ 온도에서 1.5분간 소둔한 후 절단하고 자기적 특성을 특정하였다.

자기적 특성에서, 열연판 소둔을 하지 않은 소재는 3.6W/Kg의 철손(W_15/50)과, 1.77 Tesla의 자속밀도(B₅₀)를 나타내었다. 열연판 소둔을 행한 소재는 3.0W/Kg의 철손(W_15/50)과, 1.80 Tesla의 자속밀도(B₅₀)를 나타내었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 불순물 원소 O, N, S원소의 영향을 감소시켜서 자성을 향상시킬 수 있으며, Ti은 S, O, N, C등의 불순물과 결합하고, 발생된 석출물은 제강중에서 슬래그로 부상되어 제거되거나, Al을 0.15% 이상 첨가시 발생되는 조대한 Al 석출물등과 결합하여 미세한 석출물의 발생을 억제할 수 있는 효과를 가지며, 불순물로서 불가피하게 첨가되는 석출물의 해악을 가능한 한 억제함으로써 자성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 무방향성 전기강판에 있어서,

   중량%로 C : 0.01% 이하,

   Si : 3.5% 이하,

   Mn : 1.0% 이하,

   P : 0.15% 이하,

   S : 0.01% 이하,

   Al : 0.15-1.5%,

   N : 0.005% 이하,

   Sn : 0.03-0.3%,

   Cr : 0.05-1.0%,

   Ti : 0.0006-0.01%,

   O : 0.005% 이하,

   잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판.
2. 중량%로 C: 0.01% 이하, Si: 3.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.01% 이하, Al: 0.15-1.5%, N: 0.005% 이하, Sn: 0.03-0.3%, Cr: 0.05-1.0%, Ti: 0.0005-0.01%, O: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃의 온도 범위로 재가열하는 단계와;

   재가열된 슬라브를 800-950℃의 온도 범위에서 열간압연하여 열연판을 제작하는 단계와;

   상기 열연판을 권취하는 단계와;

   권취된 열연판을 산세처리하는 단계와;

   산세처리된 열연판을 2회 냉간압연하여 냉연판을 제작하는 단계와;

   상기 냉연판을 700-1050℃의 온도범위로 소둔처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 산세처리된 열연판을 1회 냉간압연한 후 900-1050℃의 온도 범위에서 중간 소둔처리하는 것을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 냉연판은 재결정립 성장을 위하여 700-1050℃의 온도 범위에서 30초 이상 연속하여 소둔처리되는 것을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.