KR100384630B1

KR100384630B1 - 응력제거소둔후자기적특성이우수한무방향성전기강판및그제조방법

Info

Publication number: KR100384630B1
Application number: KR10-1998-0044148A
Authority: KR
Inventors: 김영모; 이석주; 최동수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2003-08-19
Also published as: KR20000026557A

Abstract

본 발명은 전기기기의 핵심부품인 각종 모터나 변압기 등의 철심재료로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것이며; 그 목적은 가능한 개재물을 조대화시켜 응력제거소둔시에 결정립성장을 촉진하고, 나아가 조대한 개재물로 인한 집합조직을 개선시킴으로서 응력제거 소둔후 자기적특성이 개선되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은, 중량%로, C:0.01%이하, Si:0.1-2.5%, Mn:0.5%이하, Al:0.5%이하, P:0.15%이하, N:0.005%이하, S:0.008%이하, Sb:0.05-0.20%, W:0.05-0.40% 및 Ca/S:0.5-1.5를 만족하도록 Ca를 함유하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 무방향성 전기강판 및:

상기와 같이 조성되는 강슬라브를 재가열하여 열간압연한 다음, 최종두께까지 1회 또는 중간소둔을 포함한 2회의 냉간압연을 실시하고, 이어 700-1050??의 온도에서 최종소둔하여 이루어지는 응력제거 소둔후 자기적특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

응력제거소둔후 자기적특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법{NON ORIENTED ELECTRICAL STEEL WITH EXCELLENT MAGNETIC PROPE RTIES AFTER STRESS RELIEF ANNEALING AND THE METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 전기기기의 핵심부품인 각종 모터나 변압기 등의 철심재료로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 개재물을 가능한 조대하게 형성하여 응력제거 소둔후 자기적특성이 개선되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 방향성 전기강판과는 달리 모든 방향으로 동일한 자기적특성을 가지고 있기 때문에 회전기기, 예를 들어 에어콘이나 냉장고용 콤퓨레셔(Compressor), 모터 등의 철심재료로 주로 사용되고 있다. 이러한 무방향성 전기강판은 통상 고객사에서 복잡한 형상으로 타발한 후 응력제거소둔(Stress relief annealing)을 실시하고 제품으로 사용되고 있다.

지금까지 무방향성 전기강판의 기술분야에서는 자기적특성을 향상시키기 위해 응력제거소둔전의 자기적특성에만 관심을 가져 왔으며, 이는 Sb, Sn등과 같은 특수원소를 첨가하는 방법 등을 사용하여 왔다. 예를 들면 일본 공고특허공보 소56-54370호에서는 Sb를 함유한 열간압연판을 700-950℃에서 소둔하여 냉간압연한 후 연속소둔하여 자기적특성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다. 또 일본 공고특허공보 (소) 58-56732호에서는 Sn을 첨가하고, Sn의 첨가의 효과를 극대화시키기 위해 열연판 소둔시 냉각속도와 최종소둔시의 승온속도를 낮추어 자기적특성을 향상하는 기술이 제안되어 있다. 이러한 종래기술들은 모두 응력제거소둔후에 자기적특성에 대해서는 고려하고 있지 않다.

최근 에너지절약 차원에서 전기기기의 효율을 높이고 소형화하려는 추세에 따라 응력제거 소둔후의 철손 개선율이 더욱 주목받고 있다. 고객사들도 응력제거소둔전의 자기적특성이 동일하다면 응력제거소둔한 후의 자기적특성 개선율이 높은 제품을 선호하고 있는 추세이다.

통상적으로 응력제거소둔은 750-850℃의 온도에서 2-10시간 정도 실시하고 있다. 이는 균열온도가 850℃이상으로 되면 절연코팅의 밀착성이 급격히 열위되어 절연효과를 반감할 뿐만 아니라, 산화층이 두껍게 형성되어 자기적특성을 열화시키고, 750℃이하로 되면 응력제거 효과가 적어져 자기적특성이 많이 개선되지 않기 때문인데, 통상 응력제거소둔의 균열온도는 800℃ 전후로 하고 있다. 이러한 응력제거소둔에 의해 철손개선율을 높이기 위해서는 강중에 미세한 개재물을 저감시켜 응력제거 소둔시 결정립을 용이하게 성장시키는 것이 가장 효과적인 방법이다. 이는 최종소둔에서도 마찬가지이다.

응력제거소둔시에 결정립성장을 방해하는 개재물로서는 대체로 산화물, 유화물, 질화물등으로 분류할 수 있으며, 이중 Al이나 Si계통의 산화물은 최근 제강기술의 진보로 인하여 거의 형성되지 않고 있다. 그러나, 통상적으로 규소강중에 N 및 S이 존재하기 때문에 질화물이나 유화물의 형성을 근본적으로 방지하기는 어려운 실정이다. 즉, 규소강중에 질소함량은 20ppm정도, S함량은 50ppm정도가 존재하기 때문에 자기적특성 개선을 위해 첨가되는 Al 및 Mn과 결합하여 AlN과 같은 질화물과 MnS와 같은 유화물을 형성하고 이러한 개재물이 미세석출됨으로서 결정립성장을 방해하여 자기적특성을 저하시킨다. 따라서, 질화물이나 유화물을 가능한 한 조대하게 석출시키는 것이 필요하다. 본 발명자들은 응력제거소둔시 결정립을 성장시켜 철손을 낮추기 위한 방법들을 연구한 결과, 질화물과 유화물의 미세석출 방지가 응력제거소둔후의 자기적특성개선에 중요하며, 그 중에서도 석출되는 양이 많은 유화물이 석출을 방지하는 것이 효과적이라는 것을 확인하고 본 발명을 제안하게 이르렀다.

이에 본 발명은 개재물을 가능한 조대화시켜 응력제거소둔시에 결정립성장을 촉진하고, 나아가 조대한 개재물로 인한 집합조직을 개선시킴으로서 응력제거 소둔후 자기적특성이 개선되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C:0.01%이하, Si:0.1-2.5%, Mn:0.5%이하, Al:0.5%이하, P:0.15%이하, N:0.005%이하, S:0.008%이하, Sb:0.05-0.20%, W:0.05-0.40% 및 Ca/S:0.5-1.5를 만족하도록 Ca를 함유하고, 나머지 Fe 및기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하여 구성된다.

또한, 상기와 같이 조성되는 강슬라브를 재가열하여 열간압연한 다음, 최종두께까지 1회 또는 중간소둔을 포함한 2회의 냉간압연을 실시하고, 이어 700-1050℃의 온도에서 최종소둔하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 응력제거소둔시 결정립을 성장시켜 철손을 낮추기 위한 방법들을 검토한 결과, 질화물과 유화물의 미세석출 방지가 중요하며, 그 중에서도 석출되는 양이 많은 유화물이 석출을 방지하는 것이 효과적임을 알았다. 이를 위해서는 합금원소중 Ca과 W첨가가 필요하다는 사실을 인지할 수 있었다. Ca은 용강단계에서 Mn 보다 높은 온도에서 안정하게 조대한 유화물을 형성하므로 열연공정중에 재고용되었다가 MnS처럼 미세석출되어 결정립성장을 방해하지 않고 계속 조대하게 존재하므로 결과적으로 응력제거소둔 동안에 입성장을 억제시키는 효과가 크게 감소하게 되는 것이다. 이를 위해서는 Ca의 첨가량이 S과의 적절한 비로서 첨가되는 것이 필요하다. 그리고, W은 탄질화물 형성원소로서 AlN보다 우선적으로 형성되어 미세한 AlN의 석출을 방지하고 고용되는 탄소의 양도 감소시켜 응력제거 소둔시 입성장을 촉진하는 역할을 한다. 그러나, 이러한 합금원소들은 MnS나 AlN의 미세석출을 방지하기는 하지만 자기적특성에 불리한 집합조직을 발달시켜 자속밀도를 저하하는 문제점을 가지고 있기 때문에 집합조직을 개선하는데 탁월한 효과가 있는 Sb를 첨가하여야 한다. 즉, Sb는 결정립계에 편석하는 원소로서 최종소둔시 우선적으로 핵생성되는 (111)면의 발달을 억제하고 입내에서 핵생성되는 (110)면의 발달을 촉진시키므로 자속밀도를 크게 향상시키는 작용을 한다.

이하, 본 발명의 규소강 성분의 수치한정이유와 그 제조조건에 대해 설명한다.

상기 C는 0.01%를 넘으면 자기시효를 일으켜 철손을 열화시키므로 0.01%이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 Si는 비저항을 증가시켜 철손을 향상시키는 원소로 이를 위해 0.1%이상 첨가하나 Si함량이 2.5%를 넘으면 제품은 응력제거 소둔시 산화층의 형성으로 오히려 철손이 열화되는 경우가 많기 때문에 2.5%이하로 한다.

상기 Mn은 철손개선에 유리한 원소이지만 0.5%를 넘으면 개선효과가 포화상태에 이르고 또한 자속밀도도 저하하므로 0.5%이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Al은 Si와 마찬가지로 철손향상에 기여하는 원소지만 0.5%이상 첨가시 냉간압연성을 저하시키므로 0.5%이하로 한다.

상기 P는 기계적강도를 확보하기 위해 첨가되는 원소이지만 0.15%이상 첨가되면 자기적특성이 나빠지므로 0.15%이하로 한다.

상기 S와 N은 철손에 유해한 개재물을 형성하여 소둔시 결정립 성장을 방해하므로 각각 0.008% 및 0.005%이하로 관리하는 것이 바람직하다.

상기 Ca은 용강단계의 고온에서 조대하고 안정한 유화물을 형성하므로 MnS처럼 열연공정에서 미세하게 석출되지 않기 때문에 응력제거 소둔동안에 입성장 억제력을 감소시킨다. 그런데, Ca/S가 0.5미만의 경우는 MnS의 유해성을 해소하기 어려운 반면, 1.5이상으로 되면 CaS로 석출되지 못한 과잉의 Ca이 고용상태로 존재하여 집합조직을 열화시키므로서 결과적으로 자기적특성을 저하한다. 따라서, Ca/S는 0.5-1.5범위를 만족하도록 Ca를 함유시키는 것이 바람직하다.

상기 W는 강력한 탄질화물 형성원소로서 AlN보다 우선적으로 형성되어 미세한 AlN의 석출을 방지하고 고용되는 탄소의 양도 감소시켜 응력제거 소둔시 입성장을 촉진하는 역할을 한다. 그러나, W은 0.05%이상 첨가되어야 이러한 효과를 나타내고 0.4이상 첨가시에는 개선효과가 포화상태에 이르러 오히려 자속밀도를 저하시키고 합금철 비용만 증가되므로 W은 0.05-0.4%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Sb는 결정립계에 편석하는 원소로서 최종소둔시 우선적으로 핵생성되는 (111)면의 발달을 억제하고 입내에서 핵생성되는 (110)면의 발달을 촉진시키므로서 자속밀도를 향상시키는 작용을 한다. Sb의 이러한 효과가 발휘되기 위해서는 0.05%이상 필요한 반면, 0.2%를 초과하게 되면 이러한 효과가 포화될 뿐만 아니라 생산성도 저하되고 합금철비용도 증가하므로 Sb는 0.05-0.2%의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 조성으로 이루어지는 강슬라브를 통상의 방법대로 재가열하여 열간압연하고, 이어 열연판소둔하는데, 이때 열연판소둔은 원가절감을 위해 생략하여도 무방하다. 상기와 같이 열간압연한 다음, 최종두께까지 1회 또는 중간소둔을 포함한 2회의 냉간압연을 실시하는데 2회의 냉간압연의 경우 중간소둔온도는 재결정온도 이상에서 실시하면 된다.

상기와 같이 냉간압연을 한 후 행하는 최종소둔은 700-1050℃의 온도에서 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 최종소둔온도가 700℃미만이면 재결정이 완전하게 일어

나지 않아 냉간압연시 발생한 내부응력을 완전히 제거하지 못하므로 철손향상이 되지 않을뿐 아니라 고객사에서 타발작업시 가공성을 저하시킨다. 또한, 최종소둔온도가 1050℃보다 높으면 응력제거 소둔전에 결정립성장이 대부분 일어나 응력제거 소둔시 결정립의 변화가 거의 없으므로 응력제거 소둔에 따른 철손 감소는 미미하기 때문이다. 이와 같이 최종소둔을 저온에서 하는 하는 것은 응력제거소둔에서 결정립을 성장시켜 철손을 충분히 낮출수 있으므로 에너지를 소비하면서 고온에서 최종소둔을 할 필요가 없기 때문이다. 또한, 고온에서 최종소둔하면 표면품질도 좋지 않다는 것도 하나의 이유이다.

따라서, 최종소둔온도는 상기 범위로 제한하고 이렇게 소둔된 전기강판은 고객사에서 타발가공된후 통상의 방법으로 응력제거 소둔을 실시하면 철손이 감소된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

아래 표 1과 같은 성분을 갖는 규소강슬라브를 1180℃에서 가열하여 두께 2.2mm로 열간압연을 실시한 후 최종두께 0.50mm로 냉간압연을 하였다. 이 냉간압연판을 850℃의 온도에서 150초간 최종소둔한 후 이를 다시 800℃에서 1.5시간동안 질소분위기하에서 응력제거소둔을 한 후 자기적특성을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	화학성분(중량%)
구분	C	Si	Mn	Al	P	N	S	Ca	W	Sb	Ca/S
비교재	1	0.0038	0.87	0.23	0.16	0.015	0.0020	0.0043	-	-^*	-^*	-^*
	2	0.0051	0.81	0.27	0.16	0.035	0.0024	0.0063	-	0.09	-^*	-^*
	3	0.0032	0.84	0.25	0.14	0.025	0.0017	0.0054	-	-^*	0.07	-^*
	4	0.0043	0.79	0.29	0.15	0.019	0.0032	0.0061	0.011626	-^*	-^*	1.906^*
	5	0.0029	0.89	0.28	0.18	0.023	0.0021	0.0047	0.00179	0.34	0.03^*	0.381
발명재	1	0.0048	0.85	0.27	0.15	0.018	0.0026	0.0050	0.00327	0.12	0.16	0.654
발명재	2	0.0035	0.76	0.24	0.18	0.032	0.0018	0.0041	0.00569	0.29	0.09	1.388
*표시는 본 발명의 조건을 벗어난 것임

구분	자기적특성
구분	철손W_15/50(W/kg)	자속밀도B₅₀(T)
비교재	1	4.63	1.721
	2	4.41	1.710
	3	4.53	1.732
	4	4.15	1.714
	5	3.92	1.702
발명재	1	3.48	1.726
발명재	2	3.52	1.722
철손은 50Hz, 1.5Tesla에서 측정한 철손값(W_15/50)자속밀도는 5000A/M에서의 자속밀도값(B₅₀)

상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, W과 Ca이 각각 단독으로 첨가된 비교재(2)(4)의 경우 전혀 첨가되지 않은 비교재(1) 대비 철손은 낮아졌으나, 자속밀도도 저하되었다. 또한, W을 첨가한 비교재(2)대비 Ca만 첨가한 비교재(4)가 철손측면에서 는 유리함을 알 수 있는 것으로 보아 질화물 보다는 유화물이 철손에 더욱 악영향을 끼치고 있는 것을 알 수 있다. 한편, Sb가 단독으로 첨가된 비교재(3)는 비교재(1)에 비하여 자속밀도는 향상되었으나 철손은 차이가 미미하였다.

이에 반하여, Ca, W, Sb가 복합적으로 적절하게 첨가된 발명재(1)(2)의 경우 어느 성분도 첨가되지 않은 비교재(1)대비 자속밀도의 저하없이 철손이 현저하게 개선되었으며, Ca, W, Sb가 부적절하게 첨가된 비교재(5) 대비 철손과 자속밀도 모두 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 규소강 슬라브의 성분 및 함량을 조정하여 응력제거 소둔후 자기적특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로, C:0.01%이하, Si:0.1-2.5%, Mn:0.5%이하, Al:0.5%이하, P:0.15%이하, N:0.005%이하, S:0.008%이하, Sb:0.05-0.20%, W:0.05-0.40% 및 Ca/S:0.5-1.5를 만족하도록 Ca를 함유하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 응력제거소둔후 자기적특성이 우수한 무방향성 전기강판.
중량%로, C:0.01%이하, Si:0.1-2.5%, Mn:0.5%이하, Al:0.5%이하, P:0.15%이하, N:0.005%이하, S:0.008%이하, Sb:0.05-0.20%, W:0.05-0.40% 및 Ca/S:0.5-1.5를 만족하도록 Ca를 함유하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 강슬라브를 재가열하여 열간압연한 다음, 최종두께까지 1회 또는 중간소둔을 포함한 2회의 냉간압연을 실시하고, 이어 700-1050℃의 온도에서 최종소둔하여 이루어지는 응력제거 소둔후 자기적특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.