KR100395100B1

KR100395100B1 - 수요가 열처리후 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100395100B1
Application number: KR10-1998-0022526A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 장삼규
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 2003-10-17
Also published as: KR20000001997A

Abstract

본 발명은 각종 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이며; 그 목적은 수요가 열처리후 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C:0.02%이하, Si:1.5%이하, Mn:1.5%이하, P:0.15%이하, S:0.02%이하, Sol.Al:0.005%이하, N:0.007%이하, Sn:0.03-0.3%, Ni:0.05-0.6%, Cu:0.05-0.5%, 또는 상기 Sol.Al이 0.05%이하이고, B:0.0005-0.0050%로 첨가되고 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1300℃로 재가열하여 열간압연하고 800℃이하의 온도로 권취한 다음, 산세하고, 이어 70%이상의 압하율로 냉간압연한 후, 5℃/sec이상의 속도로 가열하여 600-800℃의 온도범위에서 30초-5분동안 소둔한 다음, 수요가가공후 700-850℃의 온도범위에서 응력제거소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 수요가 열처리후 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

수요가 열처리 후 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 각종 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수요가 열처리후 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

모터와 변압기 등의 전기기기에서 철손으로 사용되는 무방향성 전기강판은 자기적특성중 특히 철손이 낮고 자속밀도가 높은 것이 요구된다. 철손은 무방향성 전기강판 무게(kg)당 전기적 손실(watt)로 나타내어 w/kg으로 표시하고 있으며, 이것은 에너지손실을 의미한다. 자속밀도는 어떠한 자기장에서의 자속이 발생되는 정도를 나타내며, 전기기기의 힘과 효율의 정도를 나타낸다. 일반적으로 자속밀도와 투자율이 높으면서도 철손이 낮은 소재가 바람직하다.

한편, 무방향성 전기강판은 세미프로세스재와 풀리프로세스재로 구분하여 제조하고 있다. 세미프로세스재는 냉간압연판을 소둔후 경압연하고 수요가로 출하하는 제품이며, 풀리프로세스재는 냉간압연판을 소둔후 수요가로 출하하는 제품이다. 이러한 세미프로세스제품은 제품제조시 경압연을 추가로 실시하여야 하는 단점이 있다.

대한민국 특허출원 제18626호(1991.10.22)는 열연판을 소둔하는 풀리프로세스 제조방법과 또한 2-15%의 경압연을 실시하는 세미프로세스 제조방법으로 제조하는 방법을 제공하고 있다. 이들 제조방법은 열연판을 소둔하여야 하는 단점이 있으며, 또한 경압연을 실시하여야 세미프로세스제품의 특성을 확보할 수 있는 단점이 있다.

본 발명은 열연판소둔과 경압연을 하지 않아도 수요가 열처리후 철손이 낮으면서도 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 중량%로, C:0.02%이하, Si:1.5%이하, Mn:1.5%이하, P:0.15%이하, S:0.02%이하, Sol.Al:0.005%이하, N:0.007%이하, Sn:0.03-0.3%, Ni:0.05-0.7%, Cu:0.03-0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1300℃로 재가열하여 열간압연하고 800℃이하의 온도로 권취한 다음, 산세하고, 이어 70%이상의 압하율로 냉간압연한 후, 5℃/sec이상의 속도로 가열하여 600-800℃의 온도범위에서 30초-5분동안 소둔한 다음, 수요가가공후 700-850℃의 온도범위에서 응력제거소둔하는 것을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 제조방법은, 중량%로, C:0.02%이하, Si:1.5%이하, Mn:1.5%이하, P:0.15%이하, S:0.02%이하, Sol.Al:0.05%이하, N:0.007%이하, Sn:0.03-0.3%, Ni:0.05-0.7%, Cu:0.03-0.5%, B:0.0005-0.0050%, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1300℃로 재가열하여 열간압연하고 800℃이하의 온도로 권취한 다음, 산세하고, 이어 70%이상의 압하율로 냉간압연한 후, 5℃/sec이상의 속도로 가열하여 600-800℃의 온도범위에서 30초-5분동안 소둔한 다음, 수요가가공후 700-850℃의 온도범위에서 응력제거소둔하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 열연판소둔 및 경압연을 하지 않으면서도 수요가 열처리후 자성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하기 위하여 연구한 결과, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 기존에 가공변형이 된 냉간압연판을 고온소둔하여 잔류응력을 제거하여 자성을 확보하는 것과는 달리, 비교적 낮은 온도에서 소둔하여 적정한 잔류응력을 잔류시킨 상태에서 수요가 열처리하는 것임을 밝혀내고 강슬라브와 그 제조조건을 적절히 선정한 것이다.

즉, 본 발명은 통상의 무방향성 전기강판에 Sn, Ni, Cu 또는 B을 첨가한 강 슬라브를 열간압연하고, 강압하율로 냉간압연한 후 비교적 저온에서 소둔하여 잔류응력을 잔류시킨 상태에서 수요가 가공후 응력제거소둔시 자성에 유리한 집합조직이 발달하여 자성이 향상되도록 하는 것이다.

이를 위해 우선, 강슬라브중 C는 전기기기의 철심으로 사용중 자기시효를 일으켜서 자기적 특성을 저하시키므로 슬라브에서는 0.02%이하로 하며, 최종제품에서는 0.003%이하로 한다.

상기 Si는 비저항을 증가시켜 철손중 와전류손실을 낮추는 원소이지만, 냉간압하율을 70%이상 실시하는 본 발명에서는 압연성을 고려하여 1.5%이하로 제한한다.

상기 Mn은 철손개선에 유효한 원소이나 과도하게 첨가되면 냉간압연이 곤란할 수 있어 1.5%이하로 제한한다.

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

상기 S은 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 결정립성장을 억제함으로 가능한한 낮게 관리하는 것이 유리하며, 본 발명에서는 최대 0.02%이하로 함유되는 것이 바람직하다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 와전류손실을 낮추는 역할을 하는 반면, AlN의 미세한 석출물을 형성하여 결정립의 성장을 억제시키는 역할을 하므로 가능하면 첨가하지 않는 것이 바람직하지만, 제강작업시 탈산용으로 불가피하게 첨가해야하는 측면을 고려하여 0.005%이하로 한다. 본 발명에 있어 B을 첨가하는 경우는 B이 질소와 쉽게 결합하여 조대한 석출물인 BN을 형성시켜서 N의 영향을 줄이기 때문에 AlN석출물형성의 우려가 줄어드므로 Al의 함량을 최대 0.05%까지 첨가한다.

상기 N은 미세하고 긴 AlN 석출물을 형성함으로 가능한한 억제하며, 본 발명에서는 0.007%이하로 첨가한다.

상기 Sn은 결정립계에 편석하여 N의 확산을 억제하고, 자성에 불리한 (222)면의 집합조직을 억제시키는 역할을 한다. 이러한 역할을 위해 0.03%이상 첨가하는 것이 필요하나, 0.30%를 넘으면 냉간압연성이 나빠지므로 본 발명에서는 Sn의 함량을 0.03-0.30%로 첨가한다.

상기 Ni은 집합조직을 향상시키는 원소로서, 최소 0.05%이상 첨가되어야 그 효과가 있으나 냉간압연성에 영향을 미치는 Mn이 최대 1.5%첨가하는 것을 고려하여 냉간압연성 확보측면에서 Ni의 함량을 0.7%이하로 첨가한다.

상기 Cu는 내식성을 향상시키며 집합조직을 발달시키는 원소로서, 이를 위해 0.03%이상 첨가하나, 그 함량이 0.5%를 넘으면 열연판의 판형상이 나빠지므로 Cu의 함량은 0.03-0.5%로 하는 것이 바람직하다.

상기 B은 미세한 석출물인 AlN의 형성을 억제하고 조대한 석출물인 BN을 형성함으로서 결정립성장을 용이하게 함으로서 첨가한다. 첨가량이 과도하면 오히려 석출물들이 많아지며, 또한, 첨가량이 너무 적어도 그 효과가 적으므로 B의 함량은 0.0005-0.0050%의 범위로 한다.

이하, 상기 강슬라브의 제조조건에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강 슬라브는 제강에서 용강으로 제조된 후 연속주조공정에서 슬라브로 제조된 것으로, 이 강 슬라브는 열간압연전 가열로에 장입되어 1100-1300℃의 온도범위로 가열하는 것이 바람직하다. 그 이유는 슬라브 재가열온도가 1100℃이상이 되어야 열간압연이 용이하나 1300℃를 넘으면 AlN, MnS 등의 자성에 해로운 석출물이 재용해되어 열간압연후 미세한 석출물이 과도하게 발생되기 때문이다.

상기와 같이 재가열하여 통상의 방법으로 열간압연하는데, 이때의 마무리압연 온도는 열연판의 산화층이 과다하게 발생하지 않도록 적절히 선정하고 있으며, 열간압연조건의 일례를 들면 마무리압연 온도는 800-950℃로 하는 것이다.

상기와 같이 열간압연하여 얻어진 열연판의 권취는 800℃이하의 온도에서 행하여 페라이트상의 안정된 상을 얻는다. 이때의 권취온도는 열연판에 산화층이 과도하게 발생되지 않도록 800℃이하의 온도에서 행한다. 권취후 냉각은 공기중에서 코일상태로 냉각할 수 있으며, 보다 바람직하게는 로냉하는 것이다.

상기와 같이 권취냉각된 열연판은 열연판소둔을 행하지 않고 산세후 냉간압연한다. 냉간압연은 적어도 70%이상의 압하율로 압연하여 냉연판을 얻은 다음 최종소둔한다.

이때의 최종소둔은 5℃/sec이상의 속도로 600-800℃의 온도범위로 가열하여 30초-5분동안 연속소둔하는 것이 바람직하다. 그 이유는 가열속도가 5℃/sec이상 되면 재료내에 자성에 유리한 집합조직인 (200)면이 많이 발생되며, 이러한 소재를 수요가가 응력제거소둔하면 (200)면이 발생된 재료로 입성장되어 자성이 향상될 수 있다. 또한, 최종소둔온도가 600℃ 보다 낮으면 재료내에 압연조직이 과도하게 잔류하여 수요가가 가공시 가공이 어려운 단점이 있으며, 최종소둔온도가 800℃ 보다 높으면 재료내의 잔류응력이 없어져서 수요가가 응력제거소둔시 재료의 자기적특성의 향상정도가 작은 단점이 있다.

상기와 같이 연속소둔한 소둔판은 절연피막처리후 수요가로 출하된다. 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기복합피막으로 처리할 수도 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제를 입힐 수도 있다.

수요가는 원하는 제품으로 타발후 700-850℃의 온도에서 30분이상 비산화성 분위기로 응력제거소둔을 실시하는데, 그 이유는 700℃미만의 온도에서 응력제거소둔하면 재료내 잔류응력이 발생될 수도 있으며, 850℃보다 높은 온도에서 응력제거소둔하면 절연피막이 손상될 수 있기 때문이다.

본 발명에서는 열연판을 냉간압연하고 최종소둔시 냉연판의 가열속도를 조절하고 소둔온도를 낮춤으로서 열연판소둔을 하지 않아도 수요가가 가공후의 응력제거 소둔시 자성에 유리한 집합조직의 발달로 자성이 향상될 수 있는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

아래 표 1과 같은 성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 이 강슬라브를 1200℃의 온도에서 가열하고 860℃의 마무리압연 온도조건으로 열간압연하고, 720℃의 온도에서 권취후 공기중에서 냉각하였다.

냉각권취된 열연판은 산세후 아래 표2와 같이 냉간압연하고 최종소둔하였다. 최종소둔분위기는 수소 20%와 질소 80%의 분위기였다. 소둔판은 유무기복합의 절연피막을 입힌후 절단후 750℃의 온도에서 2시간 비산화성분위기로 수요가 응력제거소둔을 실시한 다음, 자기적특성 및 (200)면강도를 조사하고 그 결과를 표 2에 나타내었다. 이때, 면강도는 호르타(Horta)식에 의한 집합조직강도로 그 정도를 나타내었다.

강종	화학성분(중량%)
강종	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Sn	Ni	Cu	B
발명강	a	0.004	0.51	1.23	0.013	0.004	0.001	0.0021	0.12	0.24	0.15	-
	b	0.003	0.52	1.24	0.019	0.003	0.003	0.0025	0.08	0.22	0.30	-
	c	0.003	0.55	1.24	0.011	0.004	0.031	0.0032	0.13	0.15	0.31	0.0025
비교강	a	0.004	0.56	1.22	0.011	0.005	0.091	0.0027	0.12	0.25	0.17	-
비교강	b	0.004	0.53	1.23	0.018	0.003	0.151	0.0030	0.12	0.16	0.30	0.0024

시료번호	최종소둔조건	철손(W_15/50) W/kg	자속밀도 (B₅₀)	투자율 (μ_1.5)	(200)면강도	강종
시료번호	소둔온도(℃)	철손(W_15/50) W/kg	자속밀도 (B₅₀)	투자율 (μ_1.5)	(200)면강도	강종	가열속도(℃/sec)	소둔시간(분)
비교재1	700	3	2	3.82	1.72	3100	0.22	발명강a
발명재1	700	6	2	3.57	1.77	4850	0.45	발명강a
발명재2	650	10	2	3.50	1.78	5200	0.51	발명강a
비교재2	550	10	2	3.90	1.73	2830	0.25	발명강a
비교재3	850	10	2	3.79	1.72	2760	0.31	발명강a
발명재3	650	15	1	3.62	1.76	4560	0.45	발명강b
발명재4	750	15	1	3.40	1.78	5120	0.57	발명강c
비교재4	700	10	2	3.91	1.72	2500	0.31	비교강a
비교재5	800	10	2	3.80	1.71	2430	0.27	비교강a
비교재6	700	10	2	4.15	1.70	2250	0.24	비교강b
철손(W_15/50): 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때 발생되는 손실자속밀도 (B₅₀):5000A/m로 자화했을 때 유도되는 자속밀도투자율(μ_1.5):1.5Tesla의 자속밀도로 자장을 유기하였을 때의 투자율

상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 발명재(1-4)가 비교재(1-6)에 비해 자기적특성이 우수함을 알 수 있었다. 구체적으로 설명하면, 비교재(1)은 최종소둔시 가열속도가 너무 느려서 (200)면의 집합조직 발달이 미흡하여 자성이 저조하였다. 비교재(2)는 최종소둔온도가 낮고, 비교재(3)은 최종소둔온도가 너무 높았기 때문에 자성이 저조하였다. 비교재(4)와 (5)의 경우는 제조조건에 있어 본 발명의 조건을 만족하고 있으나, 강성분중 Al의 함량이 본 발명의 범위 보다 높아서 자성이 저조하였다. 비교재(6)의 경우도 Al의 함량이 본 발명의 조건보다 높아서 자성저하의 원인으로 나타났다.

[실시예 2]

중량%로 C:0.0025%, Si:0.75%, Mn:0.96%, P:0.065%, S:0.003%, Al:0.0007%, N:0.0007%, Sn:0.12%, Ni:0.25%, Cu:0.25%이고, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃로 가열한 후 2.3mm의 두께로 열간압연하고, 800℃의 온도에서 권취한 후 밀페된 소둔로에서 로냉하였다. 로냉된 열연판은 산세후 0.5㎜의 두께로 냉간압연하였다. 냉연판은 15℃/sec의 속도로 승온하여 수소 20%와 질소 80%의 분위기에서 소둔온도 700℃로 2분간 최종소둔하였다. 최종소둔후 연속하여 유무기혼합의 절연피막을 입힌후 절단하고, 1차 자기적특성을 조사하고 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다. 그리고, 상기와 같이 절단한 시편을 750℃의 온도에서 1.5시간동안 질소 100%의 분위기로 응력제거소둔한 후 2차 자기적특성을 조사하고 그 결과 또한 표 3에 나타내었다.

구분	철손(W_15/50) W/kg	자속밀도 (B₅₀)	투자율 (μ_1.5)	(200)면강도	결정립크기(㎛)
1차 자기적특성(응력제거소둔전)	5.10	1.76	1990	-	-
2차 자기적특성(응력제거소둔후)	3.35	1.77	4200	0.58	120

상기 표3에 나타난 바와 같이, 응력제거소둔후의 철손은 응력제거소둔전의 철손대비 34% 개선되었다.

[실시예 3]

중량%로 C:0.003%, Si:0.82%, Mn:0.25%, P:0.015%, S:0.004%, Al:0.015%, N:0.0024%, Sn:0.13%, Ni:0.25%, Cu:0.21% 및 B:0.0015%이고, 나머지 Fe와 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 아래 표4에 제시된 조건으로 가열하고 2.1mm의 두께로 열간압연하고, 권취하고, 산세하고, 0.5mm의 두께로 냉간압연하였다. 냉연판은 17℃/sec의 속도로 승온하여 수소30%, 질소70%의 건조한 분위기에서 680℃의 온도에서 1분간 소둔하였다. 상기와 같이 소둔후 연속하여 유뮤기혼합의 절연피막을 입힌후 절단하고 표 3과 같이 환원분위기에서 응력제거소둔후 자기적특성을 조사하고 그 결과를 표3에 나타내었다.

시료번호	슬라브 재가열온도(℃)	열연판 권취온도(℃/sec)	응력제거소둔온도(℃)	철손(W_15/50) W/kg	자속밀도 (B₅₀)	투자율 (μ_1.5)	(200)면강도	강종
발명재5	1150	720	800	3.42	1.76	4240	0.43	발명강a
발명재6	1250	720	800	3.39	1.76	4510	0.49	발명강a
비교재7	1350	720	800	3.7	1.73	2650	0.27	발명강a
발명재7	1200	600	700	3.52	1.77	4530	0.49	발명강b
발명재8	1200	600	750	3.41	1.78	5050	0.61	발명강c
철손(W_15/50): 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때 발생되는 손실자속밀도 (B₅₀):5000A/m로 자화했을 때 유도되는 자속밀도투자율(μ_1.5):1.5Tesla의 자속밀도로 자장을 유기하였을 때의 투자율

상기 표4에 나타난 바와 같이, 비교재(7)는 강 성분이 본 발명의 조건을 만족하고 있으나, 슬라브 재가열온도가 과다하게 높아 미세하게 석출되는 MnS가 슬라브에 재용해되고, 열간압연시 다시 미세하게 재석출되므로서 집합조직이 나빠지며 자성이 저조하게 되었다. 이에 반해, 본 발명의 제조조건을 만족하는 발명재(5-8)의 경우 자기적특성이 우수하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 출하시 대비 수요가 열처리후 철손이 30%이상 감소하고, 자속밀도 및 투자율이 우수한 무방향성 전기강판을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 자기적특성을 확보하기 위해 행하는 열연판소둔 및 경압연을 거치지 않고도 우수한 자기적특성을 확보할 수 있어 제조공정이 단축되는 효과가 있는 것이다.

Claims

무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,

중량%로, C:0.02%이하, Si:1.5%이하, Mn:1.5%이하, P:0.15%이하, S:0.02%이하, Sol.Al:0.005%이하, N:0.007%이하, Sn:0.03-0.3%, Ni:0.05-0.7%, Cu:0.03-0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1300℃로 재가열하여 열간압연하고 800℃이하의 온도로 권취한 다음, 산세하고, 이어 70%이상의 압하율로 냉간압연한 후, 5℃/sec이상의 속도로 가열하여 600-800℃의 온도범위에서 30초-5분동안 소둔한 다음, 수요가가공후 700-850℃의 온도범위에서 응력제거소둔하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수요가 열처리후 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.
무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,

중량%로, C:0.02%이하, Si:1.5%이하, Mn:1.5%이하, P:0.15%이하, S:0.02%이하, Sol.Al:0.05%이하, N:0.007%이하, Sn:0.03-0.3%, Ni:0.05-0.7%, Cu:0.03-0.5%, B:0.0005-0.0050%, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1300℃로 재가열하여 열간압연하고 800℃이하의 온도로 권취한 다음, 산세하고, 이어 70%이상의 압하율로 냉간압연한 후, 5℃/sec이상의 속도로 가열하여 600-800℃의 온도범위에서 30초-5분동안 소둔한 다음, 수요가가공후 700-850℃의 온도범위에서 응력제거소둔하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수요가 열처리후 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.