KR100398389B1

KR100398389B1 - 자기적특성이우수한무방향성전기강판의제조방법

Info

Publication number: KR100398389B1
Application number: KR10-1998-0057106A
Authority: KR
Inventors: 차상윤; 김병구
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2003-12-18
Also published as: KR20000041270A

Abstract

본 발명은 모타의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로, 그 목적은 열연판소둔을 생략하여 생산성을 개선하면서도 자기적 특성이 우수한 무방향성전기강판의 제조방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 갖는 본 발명은, 중량%로, C:0.01%이하, Si:1.0%이하, Al:0.10-1.0%, Mn:0.3%이하, P:0.03%이하, S:0.01%이하, N:0.0060%이하 및 REM:0.01%-0.1%, Sn:0.005-0.25%이고 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강슬라브를 열간압연한 후 열연판소둔을 생략하고 산세한 다음, 탈탄소둔하고 이어 최종두께까지 1회 냉간압연한 후 연속소둔하여 이루어지는 자기적특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

자기적특성이 우수한 무방향성전기강판의 제조방법{A METHOD OF MANUFACTURING NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET HAVING SUPERIOR MAGNETIC PROPERTIES}

본 발명은 모타의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열연판소둔을 생략하여 생산성을 개선하면서도 자기적 특성이 우수한 무방향성전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 전동기, 발전기, 소형변압기 등의 철심소재로 널리 사용되고 있으며, 대형터빈, 발전기 등의 대형회전기기에 쓰이는 철심재료는 전력손실 및 발열을 감소시키기 위하여 철손이 낮아야 함과 동시에, 기기의 소형화를 위하여 자속밀도가 높은 것이 요구된다.

무방향성 전기강판의 철손은 이력손실과 와류손실로 분류된다. 이중 이력손실이차지하는 비중이 60-80%정도이다. 이력손실은 결정립 크기에 반비례하여 결정립이 클수록 손실이 낮아지게 된다. 와류손실은 재료내의 비저항이 높을수록, 재료의 두께가 얇을수록 낮아진다. 또한, 무방향성 전기강판의 자기적특성은 집합조직에 의해서도 크게 영향을 받는다. 철손을 낮춤과 동시에 자속밀도를 높이기 위해서는 재료내부를 이루는 결정구조가 압연면에 대하여 (100),(110)면의 집적도를 높이는 것이 필요하다.

일반적으로 무방향성전기강판의 제조공정은 규소강슬라브를 열간압연과 열연판소둔을 실시하고, 산세 후 최종두께까지 1회 또는 2회 냉간압연한 다음 최종소둔하는 일련의 공정으로 이루어진다. 이러한 일련의 공정을 거치고, 최종소둔 직전의 강판내에는 C(탄소), N(질소) 및 그 화합물이 강중에 잔존하여 있다. 이들은 모두 최종소둔시 결정립이 성장하는데 장애물이 되어 결정립이 충분한 크기로 성장하지 못하도록 방해를 한다. 또한, 최종제품에서의 불순물들은 자기적인 성질에 치명적인 해를 준다. 이는 자구의 이동을 방해하여 철손을 증가시키는 요인이 된다. 이러한 불순물중 C는 탈탄공정에서 제거가 가능하나, 질소화합물과 황화합물의 경우는 잔류하게 되는 문제점이 있다.

일본 공개특허공보 평 9-316535(이하, '선행기술'이라 함)에는 C:0.01중량%이하, Si:1.0중량%이하, Al:0.2-1.5중량%, P:0.3중량%의 성분에 REM:0.0002-0.0080중량%을 첨가하여 강중의 불순물인 S(황) 또는 AlN(질화 알루미늄)을 제거하여 철손을개선하는 방법을 제안한 바 있다. 이 선행기술에서 불순물은 REM(rare earth metal,희토류금속:원자번호가 57-71)으로 제거하는데, 이때의 첨가량의 한정이유는 0.0002중량%이하에서는 불순물제거 효과가 미미하며, 0.0080중량%이상에서는 오히려 자성을 열화시키기 때문이라고 그 이유를 밝히고 있다. 또한, 그 제조공정은, 상기와 같이 조성되는 용강을 연속주조에 의해 슬라브로 만들고 열간압연후 900℃에서 2분간 열연판소둔을 행하고 산세와 냉간압연을 거쳐 0.5mm두께로 만든다. 이후 800℃에서 15초간 최종소둔을 하고 절연피막을 도포하여 제품으로 만든다. 그러나, 선행기술에서는 열연판소둔을 반드시 행하고 있어 생산성이 떨어진다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 열연판소둔을 생략하면서도 결정립성장과 집합조직생성을 적절히 유도하여 자기적특성의 우수한 무방향성전기강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 최종소둔온도에 따른 자기적특성의 변화를 나타내는 그래프.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C:0.01%이하, Si:1.0%이하, Al:0.10-1.0%, Mn:0.3%이하, P:0.03%이하, S:0.01%이하, N:0.0060%이하 및 REM:0.01%-0.1%, Sn:0.005-0.25%이고 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강슬라브를 열간압연한 후 열연판소둔을 생략하고 산세한 다음, 탈탄소둔하고 이어 최종두께까지 1회 냉간압연한 후 연속소둔하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 특징은,

첫째 제조공정중 열연판소둔을 생략하는 것이며,

둘째, 이로 인한 결정립의 미성장을 REM의 첨가량을 조절하여 막는 것이며,

셋째, REM의 첨가로 인해 열화되는 자성을 보상하기 위하여 Sn를 첨가하는데 있으며, 그 원리를 설명하면 다음과 같다.

무방향성 전기강판의 제조공정상에서 열연판소둔의 역할은, 최종적으로 강판이 가져야 하는 자기적성질의 요소들을 부여하는 중요한 부분이다. 특히, 결정립성장과 자기적특성에 유리한 집합조직의 형성에 관하여 더욱 중요하다. 따라서, 생산성향상을 위하여 열연판소둔을 생략할 경우, (1)결정립을 크게 할 수 있어야 하고, 또 (2)집합조직을 유리하게 형성할 수 있어야 한다.

(1)본 발명은 REM를 최대한 첨가하여 결정립성장에 장애물이 되는 불순물을 제거하여 열연판소둔을 생략할 수 있도록 한다. 최종소둔직전의 강판내에 잔존하는 C(탄소), N(질소) 및 그 화합물이 결정립의 성장에 장애물이 되어 결정립이 충분한 크기로 성장하지 못하도록 방해를 한다. 또한, 최종제품에서의 불순물들은 자기적인 성질에 치명적인 해를 주며, 이는 자구의 이동을 방해하여 철손을 증가시키는 요인이 된다

이러한 불순물중 C는 탈탄공정에서 제거가 가능하나, 질소화합물과 황화합물의 경우는 잔류하게 된다. 따라서, 이를 충분히 제거하여야 결정립성장을 유도할 수 있고 이에 따라 열연판소둔을 생략할 수 있다. 본 발명에서는 이를 위해 REM을 충분히 첨가한다. REM(rare earth metal, 희토류금속:원자번호가 57-71임)은 원자반경이 Fe에 비해 1.5배 정도 클 뿐 아니라 황, 산소 및 질소화합물 등과 반응을 잘하므로 불순물들을 제거하기에 좋은 수단이다. 선행기술에서는 REM을 최대 0.008중량%로 한정하고 있는데, 이는 REM이 불순물을 제거하는 역할을 하지만 지나치게 많을 경우 REM자체가 강판의 자성을 해치기 때문이다. 그러나 열연판소둔을 생략하기 위하여는 더 많은 양의 불순물을 제거해야 하는데, 그러기 위해서는 위에서 언급한 선행기술에서 밝히고 있는 거 보다 더 많은 양의 REM이 필요로 한다. 따라서, 많은 양의 REM을 넣어서 불순물을 제거하면서, 이에 따라 발생하는 집합조직의 문제를 해결하는 것이 필요하다.

(2) 본 발명은 많은 양의 REM의 첨가에 따른 집합조직의 문제를 Sn첨가로 개선한다. 즉, REM은 강판의 자성에 유리한(100),(110)면의 집적도를 낮추게 되며, 자성에 불리한(111)면의 집적도를 높이게 된다. 한편, Sn은 결정립계에 편석하는 성질을 가지고 있으므로 결정립계에서 우선적으로 핵생성되는 (111)면의 발달을 억제할 뿐 아니라 입내에서의 핵생성을 조장하여(110)면의 발달을 촉진시켜준다. 따라서, REM과 Sn을 동시에 첨가하면 REM첨가에 따른 집합조직의 열화를 막을 수 있다.

이러한 원리에 의해 설계된 본 발명의 규소강슬라브는 REM, Sn이외에 C, Si, Al, Mn, P, S, N를 포함하여 구성되는데, 이들의 성분 한정이유를 설명하면 다음과 같다.

상기 C는 열간압연과 소둔공정을 거치면서 0.005%정도 자연적으로 탈탄되고, 최종제품에 0.005%이상 함유되어 있으면 자성이 열화되므로 이를 고려하여 강슬라브에는 0.01%이하 함유되도록 한다.

상기 Si는 비저항 증가에 의한 철손감소를 위하여 많이 넣을수록 좋으나, 본 발명이 Si함유량이 약 1.0%이하의 중저급재 무방향성 전기강판을 대상으로 하는 측면에서 1.0%이하로 한다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추고, 미세한 AlN석출에 의해 결정립성장이 억제되는 형상을 제거하기 위하여 0.01%에서 1.0%범위로 한다.

상기 Mn은 유화물 등의 비금속개재물을 형성하기 쉬우므로 종래는 무방향성전기강판의 자기적특성향상에 이용되지 않았지만 제강기술의 발전에 힘입어 고순도강 제조기술이 가능해지면서 그 이용이 가능하게 되었다. Mn은 비저항을 증가시켜 철손을 감소시킬 뿐만 아니라 자기적특성에 유리한(100),(110)면의 집적도를 높이는 반면에 자기적특성에 불리한(111)면의 집적도는 크게 감소시키고 결정립을 성장시키는 작용을 한다. 그러나 과도하게 함유될 경우 Sn의 작용을 소멸시키게 되므로 0.3%이하로 한다.

상기 P은 타발작업성을 개선하기 위한 것으로, Si, Al등 합금원소의 함유량이 많은 경우에 P의 양이 많아wu 취성이 커지므로 0.03%이하로 한정한다.

상기 S와 N은 자성에 유해한 비금속개재물을 생성시키므로 각각 0.01%이하와 0.006%이하로 한다.

상기 REM은 강종의 불순물로 존재하는 황화물, 질화물 및 산화물 등을 포함하여 결정립이 성장하는데 방해가 되는 요소들을 제거한다. 첨가량의 범위는 0.01-0.1%로 하는 것이 좋은데, 이는 0.01%이하는 그 효과가 미미하며, 0.1%이상은 Sn의 첨가에도 불구하고 강판의 자성이 열화된다. 이러한 REM은 미쉬메탈도 가능한데, 이는 세륨족 희토류 원소의 혼합물로 정련과정의 반성품이다. 그 성분은 통상 Ce:40-50%, La:20-40%를 포함하며, 이외에도 Nd:15-20%, Pr:3-6%가 함유될 수 있다. 이러한 미쉬메탈은 정련과정의 반성품이므로 희토류원소 보다 저렴하다. 특히, 희토류원소가산소와의 친화력이 높아 용탕산화 및 증발에 의해 많은 회수손실이 발생할 수 있으나, 미쉬메탈은 정련과정의 반제품이어서 화학적으로 안정하여 제강공정의 성분관리가 용이하다는 장점이 있다.

상기 Sn은 결정립계에 편석하는 성질을 가지고 있으므로 결정립계에서 우선적으로 핵생성되는 (111)면의 발달을 억제할 뿐 아니라 입내에서의 핵생성을 조장하여(110)면의 발달을 촉진시켜 준다. 이러한 효과가 발휘되기 위해서는 0.005%이상이 필요한 반면 0.25%이상이 되어도 이러한 효과는 포화될 뿐만 아니라 냉간압연시 판파단이 발생하게 되고 제조원가도 상승하게 되므로 Sn은 0.005-0.25%범위가 적당하다.

이하 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 슬라브를 통상의 방법으로 열간압연하는데, 이때의 마무리압연온도는 약 900℃이상에서 행할 수 있다. 이와 같이 열간압연하고 권취하는데, 이때의 권취온도는 통상과 같이 650℃이상도 좋으나 바람직하게는 고온권취하는 즉, 700-800℃의 온도에서 행하는 것이다. 고온권취한 다음, 압연판소둔을 생략하고 산세를 거쳐 1회의 냉간압연을 통하여 최종두께로 만든다. 최종 두께로 된 냉연판은 탈탄소둔하고, 연속소둔(최종소둔)하여 최종제품을 얻는다.

최종제품의 자기적성질은 최종소둔온도에 따라 변화한다. 일반적으로 최종소둔온도는 800-1000℃사이에서 이루어지며, 이때 소둔온도가 높을수록 자기적 특성이 좋게 나타난다. 이는 소둔온도가 높을수록 결정립을 가지며 집합조직 또한 유리하게 형성되기 때문이다. 보다 바람직하게는 비산화성 분위기로 950-1100℃의 온도에서 30초-10분간 연속소둔하는 것이다. 이는 소둔온도가 950℃미만이면 결정립성장이 다소 미흡하고 1100℃보다 높으면 결정립은 크게 성장하나 집합조직이 자기적특성에 불리하게 발달되므로 소둔온도는 950-1100℃범위가 적당하다. 또한 소둔온도를 적절히 유지하더라도 소둔시간이 30초 미만이면 결정립성장이 미흡하고, 10분보다 길어지면 결정립은 커지나 집합조직은 오히려 자기적 특성에 불리해지므로 소둔시간은 30초-10분이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

아래 표 1과 같은 성분을 갖는 규소강슬라브를 1200℃에서 가열하여 두께 2.0mm로 열간압연하고 800℃의 온도에서 권취하였다. 이어 열연판소둔을 하지 않고 바로 산세를 거쳐 두께 0.5mm로 1회 냉간압연을 실시하였다. 이후 최종열처리를 950℃에서 5분간 실시하여 최종제품으로 제조하였다. 이때 REM을 희토류금속으로 미쉬메탈(misch matal)을 사용하였는데, 이 미쉬메탈은 주성분이 Ca:49중량%, La:25중량%, Nb:18중량%, Pr:5.4중량%로 이루어진 것이다.

상기와 같이 제조된 시편에 대하여 자기적특성을 측정하여 W_15/50과 B₅₀에 대하여 나타내었다. 나타낸 값은 강판의 압연방향과 압연직각 방향의 평균치이다.

강번호	강중 화학성분(중량%)	자기적성질	결정립크기(㎛)	비고
강번호	C	Si	Al	Mn	P	S	REM	Sn	W_15/50	B₅₀
1	0.005	0.82	0.23	0.26	0.026	0.008	-	-	4.474	1.682	46.5	비교재
2	0.003	0.81	0.24	0.25	0.027	0.006	0.03	-	4.281	1.675	48.1	비교재
3	0.004	0.82	0.25	0.25	0.026	0.008	0.06	-	4.139	1.671	67.6	비교재
4	0.003	0.80	0.24	0.25	0.027	0.009	0.09	-	4.102	1.689	75.5	비교재
5	0.003	0.80	0.24	0.24	0.026	0.005	0.12	-	4.504	1.671	49.8	비교재
6	0.003	0.80	0.25	0.25	0.025	0.005	0.06	0.1	4.020	1.760	46.8	발명재
W_15/50:자속밀도 1.5Tesia, 주파수 50Hz에서의 철손값B₅₀:자장의 세기가5000A일 때의 자속밀도값

표 1에서 보는 바와 같이, REM을 첨가하지 않은 강 보다 REM을 첨가한 강의 결정립이 모두 큰 것을 볼 수 있으며 철손 또한, 낮아지는 것을 볼 수 있다. REM을 0.09%첨가한 4번강의 경우 결정립이 가장 크며, 철손이 가장 낮게 나타났다. 그러나, 자속밀도는 비교재에 비하여 낮았다. 이는 열연판 소둔의 생략으로 인하여 자성에 유리한(100)과(110)면의 형성이 미흡하기 때문이다.

상기 표 1에서 6번 강인 발명재는 REM을 0.06중량%를 첨가한 것에 Sn를 0.1중량%를 첨가 한 것이다. 자속밀도가 다른 것에 비하여 월등히 좋아졌으며, 또한 철손도 낮아진 것을 볼 수 있다.

[실시예2]

중량%로 C:0.003%, Si:0.80%, Al:0.25%, Mn:0.25%, P:0.025%, S:0.005%, N:0.0050 % 및 REM:0.0061%, Sn: 0.1%이고 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어지는 규소강슬라브를 1200℃의 온도에서 재가열하고 열간압연한 다음, 730℃의 온도에서 권취하고 열연판소둔을 생략하고 산세후 최종두께까지 1회 냉간압연하여 최종소둔 700-1000℃까지 5분간 행하였다. 상기와 같이 제조된 시편에 대한 자기적특성을 도 1에 나타내었다. 나타낸 값은 강판의 압연방향과 압연직각 방향의 평균치이다.

도 1에서 보는 바와 같이 최종소둔온도가 높을수록 자기적특성이 좋아지는 것으로 나타난다. 그러나, 1100℃이상에서는 오히려 자성이 나빠질 것으로 예상된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 열연판소둔을 생략하고도 자기적특성이 열연판소둔을 행하는 선행기술의 동등이상의 수준을 유지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로, C:0.01%이하, Si:1.0%이하, Al:0.10-1.0%, Mn:0.3%이하, P:0.03%이하, S:0.01%이하, N:0.0060%이하 및 REM:0.03%-0.1%, Sn:0.005-0.25%이고 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강슬라브를 열간압연한 후 열연판소둔을 생략하고 산세한 다음, 탈탄소둔하고 이어 최종두께까지 1회 냉간압연한 후 연속소둔하여 이루어지는 자기적특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 REM은 Ce:40-50%, La:20-40%를 포함하는 미쉬메탈임을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 연속소둔은 950-1100℃의 온도에서 30초-10분간 행함을 특징으로 하는 제조방법.