KR100373871B1 - 응력제거소둔후의철손이낮은무방향성전자강판및모터또는트랜스용코어 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본발명은 자기특성이 우수한 1.0%이하의 Si을 함유하는 무방향성전자강판에 관한 것이다.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적과제
본발명은 펀칭, 적층후의 응력제거소둔을 저온단시간으로 행하는 경우에도 철손등의 자기특성을 현저하게 향상할 수 있는 무방향성 전자강판을 제공하는데 있다.
3. 발명의 해결방법의 요지
REM을 첨가하고, Zr, Ti을 줄여서 저온, 단시간의 응력제거소둔과정에 있어서의 결정입자성장을 저해하는 극히 미세한 석출물을 거칠고 크게 해서 무해화하고, 저온, 단시간의 응력제거소둔후의 철손이 우수한 무방향성 전자강판을 얻을 수 있는 것이다.
4. 발명의 중요한 용도
본발명은 철손이 낮은 모터 또는 트랜스용 코어로 사용되는 것이다.

Description

응력제거소둔 후의 철손이 낮은 무방향성 전자강판 및 모터 또는 트랜스용 코어
본 발명은 자기특성이 우수한 1.0%이하의 Si를 함유하는 무방향성 전자강판에 관한 것이다.
특히, 펀칭가공 후에 실시되는 응력제거소둔(stress relief annealing)을 저온에서 단시간동안 실시하여도 철손(iron loss)을 현저하게 개선할 수 있는 것을 목표로 한다.
1.0%이하의 Si를 함유하는 무방향성 전자강판은, 저렴하기 때문에 소형의 모터 또는 트랜스코어에 많이 사용되고 있다.
최근에는 에너지절약을 목적으로 전기기기의 에너지 고효율성이 중요하게 인식되고 있다.
모터 또는 트랜스의 에너지 효율을 높이기 위해서는 이들 에너지 손실의 원인으로서 큰 비중을 차지하는 철손을 줄일 필요가 있다.
그 때문에 모터 또는 트랜스의 철심으로 사용되는 무방향성 전자강판에 대해서도 낮은 철손화 대한 요구가 증대되고 있다.
모터 또는 트랜스의 코어는 생산자가 무방향성 전자강판 코일을 ① 펀칭, ② 적층, ③ 응력제거소둔 등을 실행함으로써 제작된다.
③ 응력제거소둔은 펀칭할 때 가해진 응력(stress)을 제거하여 철손을 회복하는 것이 주된 목적이지만, 이와 동시에 결정입자의 성장을 통하여 철손을 줄이는 것도 목적으로 한다.
최근에는 생산비용을 줄이기 위해 생산자가 펀칭 및 적층 후에 실시하는 응력제거소둔 처리의 저온화 및 시간단축 (예를들면 종래의 750℃×2시간에서 725℃×1시간으로 변경함)를 도모하고 있다.
따라서 본 발명은 이러한 펀칭 및 적층 후의 응력제거소둔을 저온 및 단시간 동안 행할 경우에도 철손 등의 자기특성을 현저하게 향상할 수 있는 무방향성 전자강판을 제안하는 것이다.
종래에는 1.0%이하의 Si를 함유하는 저렴한 무방향성 전자강판의 저철손화 기술로서 일본국 특개평 3-215627호 및 특개소 52-2824호에 개시된 REM(희토류원소) 첨가방법을 이용하였다.
이는 주로 황화물이 되는 미세 석출물의 양을 줄이고, 마무리소둔시 및 응력제거 소둔시의 입자성장을 촉진하여 저철손화를 도모하는 것이다.
그러나 응력제거소둔을 저온 및 단시간에 행하는 조건에서는 입자성장이 저해되었고 저철손화(예, W15/50≤4.0W/Kg)를 달성할 수가 없었다. 또 이들 방법에서 Zr은 100ppm, Ti는 30ppm 정도가 잔류하였다.
따라서, 본 발명자는 종래기술에 있어서 응력제거소둔을 저온 및 단시간에 행할 경우 저철손화를 달성할 수 없는 원인을 연구한 끝에, 초미세 석출물이 응력제거소둔 과정에서 결정입자의 성장을 저해한다는 사실을 발견하였다.
이와 같은 초미세 석출물의 양을 줄이기 위해서는 적절한 양의 REM을 첨가하고 또한 Zr 및 Ti 양을 감소시키는 것이 중요함을 발견하기에 이르렀다.
즉 본 발명은 REM: 2ppm이상 및 80ppm 이하; 불순물로서 Ti:150ppm이하; Zr:80ppm 이하의 함량으로 된 전자강판으로서, 저온 및 단시간, 구체적으로는 725℃ 이하 및 1시간 이하의 시간동안 시행되는 응력제거소둔 후의 철손이 우수한 무방향성 전자강판에 관계한다.
그 밖의 본 발명의 구성은 특허청구의 범위 및 발명의 상세한 설명에 의하여 더 구체화 될 것이다. 이에, 아래와 같이 본 발명의 실험예를 구체적으로 설명한다.
(1) 저온 및 단시간 응력제거소둔시의 철손에 미치는 Zr 및 REM의 영향
Si 0.5%, Al 0.3%, Mn 0.55%, Ti 5ppm을 함유하고, Zr를 함량을 달리하여 함유한고 또한 REM 20ppm를 첨가하거나 첨가하지 않고 제조한 강을 열연 및 냉연한 후 780℃ ×30s로 마무리소둔을 실시하여 강판제품을 제조했다.
엡스타인 사이즈(epstein size)(280×30mm)로 전단하고, 전단시에 가해진 응력을 없애기 위해 725℃ ×1시간의 응력제거소둔을 실행한 뒤 자기특성을 측정하였다. 그 결과를 제1도에 나타냈다.
제1도에서 보는 바와 같이, REM을 첨가하지 않아도 Zr의 함량을 줄이면 철손이 감소한다. 그러나 그 효과가 충분하지 않다.
REM을 첨가하고 Zr80ppm 로 할 경우, W15/504.0W/Kg의 양호한 철손을 얻을 수 있다.
특히 Zr60ppm로 하면, W15/503.5W/Kg의 더 양호한 철손을 얻을 수 있다. 따라서, Zr는 80ppm 이하, 바람직하게는 60ppm 이하로 한정한다.
2) 저온 및 단시간 응력제거소둔시의 철손에 미치는 Ti와 REM의 영향
Si 0.5%, Al 0.3%, Mn 0.55%, Zr 5ppm을 함유하고, Ti 를 함량을 달리하여 함유하고 또한 REM 20ppm를 첨가하거나 첨가하지 않고 제조한 강을 열연 및 냉연한 후 780℃ ×30s로 마무리소둔을 실시하여 강판제품을 제조했다.
엡스타인 사이즈(epstein size)(280 ×30mm)로 전단하고, 전단시에 가해진 응력을 없애기 위해 725℃ ×1시간의 응력제거소둔을 실행한 뒤 자기특성을 측정하였다. 그 결과를 제2도에 나타냈다.
제2도에서 보는 바와 같이, REM을 첨가하지 않아도 Ti의 함량을 줄이던 철손이 감소한다. 그러나 그 효과가 충분하지 않다.
REM을 첨가하고 Ti15ppm 로 할 경우, W15/504.0W/Kg의 양호한 철손을 얻을 수 있다.
특히, Ti10ppm로 하면, W15/503.5W/Kg의 더 양호한 철손을 얻을 수 있다. 따라서, Zr는 15ppm 이하, 바람직하게는 10ppm 이하로 한정한다.
3) 저온 및 단시간 응력제거소둔시의 철손에 미치는 REM의 영향
Si 0.5%, Al 0.3%, Mn 0.55%, Ti 7ppm 및 Zr 40ppm을 함유하고 또한 REM을 함량을 달리하여 함유한 강을 열연 및 냉연한 후 780℃ ×30s로 마무리소둔을 실시하여 강판제품을 제조했다. 제품의 결정의 입경크기는 23-26㎛이었다.
엡스타인 사이즈(epstein size)(280×30mm)로 전단하고, 전단시에 가해진 응력을 없애기 위해 725℃ ×1시간의 응력제거소둔을 실행한 뒤 자기특성을 측정하였다. 그 결과를 제3도에 나타냈다.
Ti및 Zr의 함량을 감소시키더라도 REM의 함량이 적정범위를 벗어나면 철손을 저하시킬 수 없다. REM 함량을 2REM80ppm으로 조절하면, W15/504.0W/Kg의 양호한 철손을 얻을 수 있다. 또한 5REM5ppm으로 조절하면, W15/503.5W/Kg의 더 양호한 철손을 얻을 수 있다.
따라서, REM 함량의 범위는 2REM80ppm, 바람직하게는 5REM50ppm로 한정된다.
4) 실험결과의 고찰
이상의 결과는 다음과 같은 메카니즘에 의한 것으로 추정된다.
REM를 첨가하지 않는 경우는 Zr80ppm 혹은 Ti15ppm으로 감소시켜도 잔류Zr 혹은 Ti가 질화물 같은 초미세한 형태로서 다량 석출된다.
이같은 초미세 석출물은 종래의 응력제거소둔 조건에서는 쉽게 고용화 (solid-solved)하므로 결정입자의 성장을 저해하지 않는다.
한편 이와 같은 초미세 석출물은 저온 및 단시간의 소둔처리로는 고용화 하거나 혹은 유동화 하지 않으며, 다량의 초미세 입자들이 분산되어 전자강판의 결정입자의 성장을 저해한다.
그러나 REM을 첨가할 경우 REM에 고정된 황화물을 핵으로한 질화물이 석출되며 이 복합 석출물의 입자들은 조도가 크기 때문에 다량으로 분산하는 일이 없어 결국 결정입자의 성장을 저해하지 않는다. REM의 함량이 너무 적으면 입자 조도의 증가 효과가 감소하며 함량이 너무 크면 REM 자체가 철손을 열화시킨다. 따라서 REM의 함량은 상술한 바와 같은 범위가 적절하다.
(5) 기타성분
Si는 고유저항을 높이므로 철손을 줄이는데 유용한 원소이다. 단 1.0%을 넘을 경우 원가상승을 유발하고 자속밀도도 떨어진다.
Mn은 자기특성상 유해한 S을 고정해서 무해화하는 작용이 있어 유용한 원소이다. 이것은 0.1% 이상, 바람직하게는 0.5% 이상 함유한다.
Mn 첨가량이 클 경우 자속밀도를 열화시키므로 1.5% 이하, 바람직하게는 1.0% 이하인 것이 바람직하다.
Al은 자기특성상 유해한 산소를 고정시켜 무해화하는 작용이 있어 유용한 원소이다. 0.2% 미만의 함량이면 미세한 AlN이 생성하여 입자성장력을 열화시킨다.1.5% 이상의 함량이면 Al 첨가에 따른 원가상승이 유발되고 자속밀도도 떨어진다.
또한, Si, Mn, Al 첨가량을 조절하여 펀칭가공시에 중요한 변수인 표면강도를 제어할 수 있다.
C는 탄화물로 석출되어 자기특성을 열화시키므로 0.01%, 이하의 함량이 바람직하다.
(6) 본 발명의 제조방법
본 발명의 무방향성 전자강판의 제조방법은 특별히 한정되지 않는다.바람직하게는 다음과 같이 제조한다.
전로(converter)처리 및 탈가스(degassing) 처리와 같은 통상의 제조방법에 따라 제조한다. REM는 탈가스 처리시에 첨가한다.
또 전로 또는 탈가스 처리에 관련한 처리시간, 온도, 염기도 등을 제어하여 Ti 및 Zr의 함량을 감소시킨다.
수득된 용강(ingot steel)은 연속주조 혹은 주조-조괴법(casting- ingotting)을 통하여 슬래브(Slab)로 제작한다. 수득된 슬래브는 열간압연하여 열연강판으로 제작한다.
슬래브를 재가열한 후에 열연하는 방법, 슬래브 가열하지 않고 직접열연하는 방법 등 어느 방법이나 적용할 수 있다.
수득한 열연강판은 필요에 따라 상자소둔(box annealing)이나 연속소둔하고 혹은 열연 직후에 고온으로 권취해서 자기소둔을 실시하여도 좋다. 이러한 소둔처리는 원하는 자속밀도에 맞게 적절히 행한다.
수득한 열연강판은 냉간압연하여 최종 제품의 두께를 갖는 냉연강판으로 제작한다.
1회의 냉간압연으로 이 두께를 달성하는 방법, 1차 냉간압연하여 중간두께로 만들고 다시 소둔을 행한 후 2차 냉간압연으로 최종제품의 두께를 얻는 방법 등 어느 방법이나 적용할 수 있다.
수득된 냉연강판에 대해 마무리소둔을 실시하여 최종 제품을 얻는다. 마무리소둔은 통상의 방법을 적용할 수 있다. 단, 제품의 결정입자 크기가 너무 크면 표면강도가 부족하여 펀칭정밀도가 현저히 감소하므로 결정입자의 크기를 40㎛ 미만, 바람직하게는 10-30㎛의 범위가 되도록 마무리소둔 온도 및 소둔시간을 조정한다. 또한,강판 표면에 절연피막을 형성할 수도 있다.
[실시예]
실시예 1
전로처리 및 탈가스처리후, 연속주조를 행하여 표1의 조성의 슬래브를 얻었다.
수득된 슬래브는 냉각없이 열간압연을 실시하여 열연강판으로 했다.
수득된 열연강판에 950℃×2분의 열연판 소둔을 실시한다.
소둔 후 강판을 산으로 씻고 냉간압연하여 판두께 0.5mm로 만들었다.
수득된 냉연강판에 800℃ ×15초의 마무리소둔을 실시하고 절연피막을 피복형성하여 최종 제품을 제조했다. 제품의 결정입경은 35㎛이었다.
엡스타인 사이즈로 전단한 후, 질소 분위기하에서 725℃×1시간의 응력제거소둔을 행하여 응력을 제거했다. 그 뒤 자기특성을 측정하고 그 결과를 표1에 나타내었다.
본 발명의 범위에 속하는 시료번호 1, 2, 3 혹은 4는 모두 양호한 특성을 나타냈으며 특히 시료번호 1은 현저히 우수한 특성을 나타내었다.
표 1
* : 청구범위 이외의 값
실시예 2
전로처리 및 탈가스처리후, 연속주조를 행하여 표2의 조성의 슬래브를 얻었다.
수득된 슬래브는 재가열한 후 열간압연을 실시하여 열연강판으로 했다.
수득된 열연강판에 950℃×2분의 열연판 소둔을 실시한다.
수득된 열연강판을 산으로 씻고 냉간압연하여 판두께 0.5mm로 만들었다.
수득된 냉연강판에 800℃ ×15초의 마무리소둔을 실시하고 절연피막을 피복형성하여 최종 제품을 제조했다. 제품의 결정입경은 35㎛이었다.
엡스타인 사이즈로 전단한 후, 질소 분위기하에서 725℃×1시간의 응력제거소둔을 행하여 응력을 제거했다. 그 뒤 자기특성을 측정하고 그 결과를 표2에 나타내었다.
표 2
* : 청구범위 이외의 값
본 발명 범위에 속하는 시료번호 1,2,3 혹은 4는 모두 양호한 특성을 나타내며 특히 시료번호 1에 있어서 현저하게 양호한 특성을 얻을 수 있었다. 또한 본 발명은 여기에 나타내는 실시예의 범위에 한정되는 것은 아니다.
제1도는 본 발명의 강과 유사한 성분의 강을 사용하여 725℃ ×1시간의 응력제거소둔 후의 철손(W15/50)에 미치는 Zr 및 REM의 영향을 나타내는 그래프
제2도는 본 발명의 강과 유사한 성분의 강을 사용하여 725℃ ×1시간의 응력제거소둔 후의 철손(W15/50)에 미치는 Ti 및 REM의 영향을 나타내는 그래프
제3도는 본 발명의 강과 유사한 성분의 강을 사용하여 725℃ ×1시간의 응력제거소둔 후의 철손(W15/50)에 미치는 REM의 영향을 나타내는 그래프.

Claims (9)

  1. C : 0.01wt% 이하,
    Si : 1.0wt% 이하,
    Mn : 0.1wt% 이상 및 1.5wt% 이하,
    Al : 0.2wt% 이상 및 1.5wt% 이하,
    REM(희토류 금속) : 2ppm 이상 및 80ppm 이하이고,
    불순물로서의 Ti, Zr의 함량이
    Ti : 15ppm 이하,
    Zr : 80ppm 이하이고
    725℃ 이하의 온도 및 1시간 이하의 시간동안 응력제거소둔 처리한 후의 철손이 우수한 무방향성 전자강판.
  2. 제1항에 있어서,
    725℃ ×1시간의 응력제거소둔 후의 철손(W15/50)이 4.0W/Kg 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판.
  3. 제 1항에 있어서,
    Ti : 10ppm 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판.
  4. 제 1항에 있어서 ,
    Zr : 60ppm 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판
  5. 제 1항에 있어서,
    REM : 5ppm 이상 및 50ppm 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판
  6. C : 0.01wt% 이하,
    Si : 1.0wt% 이하,
    Mn : 0.1wt%, 이상 및 1.5wt%, 이하,
    Al : 0.2wt%, 이상 및 1.5wt% 이하,
    REM : 5ppm 이상 및 50ppm 이하이고,
    불순물로서의 Ti, Zr의 함량이
    Ti : 10ppm 이하,
    Zr : 60ppm 이하이고
    725℃ ×1시간의 응력제거소둔 처리후의 철손(W15/50)이 3.5W/Kg이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전자강판.
  7. 제1항에 따른 무방향성 전자강판을 펀칭가공하고, 적층하고, 응력제거소둔을 실시해서 얻어지는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 모터 또는 트랜스용 코어.
  8. 제2항에 따른 무방향성 전자강판을 펀칭가공하고, 적층하고, 응력제거소둔을 실시해서 얻어지는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 모터 또는 트랜스용 코어.
  9. 제6항에 따른 무방향성 전자강판을 펀칭가공하고, 적층하고, 응력제거소둔을 실시해서 얻어지는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 모터 또는 트랜스용코어.
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