KR100413104B1 - 자기특성과 내식성이 우수한 열연전자강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

Fe : 99. 95mass%이상, C+N+S : 10mass ppm이하, O : 50mass ppm이하로, 잔부는 불가피적 불순물의 초고순도 철을, γ영역에 가열하고, 합계 압하율을 50%이상, 또한 적어도 1패스는 로울과 압연재와의 마찰계수를 0. 3이하로 하는 열간압연을 γ영역에서 행하고, 그 후, Ar₃변태점∼300℃의 평균냉각속도 0. 5∼150℃/분으로 냉각함으로써, 판면수직방향으로<100>축이 집적한 방위입을 형성시켜서, 자기특성과 내식성이 우수한 열연전자강판을 얻는다.

Description

자기특성과 내식성이 우수한 열연전자강판 및 그 제조방법{HOT ROLLED ELECTRICAL STEEL SHEET EXCELLENT IN MAGNETIC CHARACTERISTICS AND CORROSION RESISTANCE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

변압기나 발전기의 철심에는, 종래부터, 전자특성이 우수한 규소강판이 사용되어 왔다. 이 규소강판에는, 2차 재결정을 이용하여 {110}〈001〉방위입(方位粒) 이른바 고스방위입을 발달시킨 일방향성 규소강판과, 판면에 평행하게 {100}면을 가지는 결정입자를 발달시킨 무방향성 규소강판의 2종류가 있다. 이 중, 무방향성 규소강판은 판면내의 여러가지의 방향으로 자계가 작용하는 경우에 특히 양호한 특성을 가지므로, 발전기나 전동기 등에 많이 사용되고 있다.

그런데, 이러한 용도에 사용되는 무방향성 규소강판을 제조할 때에, 판면에 평행하게 {100}면을 밀도높게 집적시키기위해서는, 종래, 분위기를 제어한 탈탄소둔(脫炭燒鈍), 냉간압연시에 압연방향을 변화시키는 교차압연 등이 필요하였다.

예를 들면, 일본국 특개평1-108345호 공보에는, Si : 0. 2∼6. 5wt%의 규소강을, 또 일본국 특개평4-224624호 공보에는, A1+Si : 0. 2∼6. 5wt%의 강을 냉간압연후, 약탈탄성 분위기, 예를 들면, 0. 1torr이하의 진공중 또는 노점 0℃이하의 H₂, He, Ne, Nr, Ar, Xe, Rn, N₂의 1종 또는 2종으로 이루어지는 분위기에 있어서, 850℃에서 1∼48시간의 소둔을 행하고, 판표면으로부터 5∼50㎛의 깊이의 영역에 α단상영역을 형성시키고, 이어서 강탈탄성의 분위기, 예컨대, 노점 -20℃이상의 H₂중, 또는 노점 -20℃이상의 H₂에 불활성가스 또는 CO, CO₂를 첨가한 가스중에 있어서, 650∼900℃에서 5∼20분 소둔을 하고, 표층부에 생성한 α단상영역을 판두께 내부를 향하여 성장시킴으로써, 자기특성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

이와 같이, 종래부터, 판면에 평행하게 {100}면을 고밀도로 집적시키기위해서는, 열간압연-냉간압연의 공정에 더하여 탈탄소둔을 포함하는 복잡한 공정이 필수로 되어왔다. 또, 3% Si강을 비롯한 종래의 전자강판은, 내식성이 매우 낮기 때문에, 최종제품에는 내식성이 우수한 절연피막이 입혀져 있어, 제품비용을 상승시키는 요인으로 되고있었다.

그러나, 근래, 전기제품의 보급에 수반하여, 보다 저렴하고 고성능인 특성이 요구되게 되어, 상술한 종래 기술에서는 대응할 수 없도록 되어 왔다. 이러한 요청에 부응하기위해서는, 제조공정을 보다 단순화하는 것이 고려되는데, 종래의 기술에서는, 열간압연의 상태에서, 판면에 평행하게 {100}방위의 집적을 높이는 것은 곤란하였다.

그래서, 본 발명은, 열간압연을 종료한 시점에서, 판면에 평행하게 {100}방위를 집적시키고, 자기특성이 우수하고, 더구나 내식성이 우수한 열연전자강판 및 그 제조방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 열연전자(熱延電磁)강판, 특히 열연인 상태에서 판면수직방향으로〈100〉축이 고밀도로 집적하여 자기특성이 우수함과 동시에, 내식성에도 우수한 순철계의 열연전자강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

발명의 개시

발명자들은, 열연전자강판에 있어서의 상기 과제의 해결을 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 강을 고순도화하여 순철계의 성분조성으로 함과 동시에, 열연조건(특히, 소정온도 영역에서의 압하율, 마찰계수) 및 열연후의 α영역에서의 냉각속도를 적절히 하면, 판면에 평행하게 {100}의 방위, 즉 강판의 <100>//ND(판면수직방향)의 방위의 형성이 촉진되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, Fe : 99. 95mass%이상, C+N+S : 10mass ppm이하, O : 50mass ppm 이하이고, 잔부는 불가피적 불순물인 초고순도 철로 이루어지고, X선 회절 강도비(I₁₀₀/I₀)가 21 이상인, 자기특성과 내식성이 우수한 열연전자강판이다.

또, 본 발명은, 상기 열연전자강판을 제조하기위한 방법으로서, Fe : 99. 95mass%이상, C+N+S : 10mass ppm이하, O : 50mass ppm이하이고, 잔부는 불가피적 불순물인 초고순도 철을, γ영역에 가열하고, 합계 압하율을 50%이상, 또한 적어도 1패스는 로울과 압연재와의 마찰계수를 0. 3이하로 하는 열간압연을 γ영역에서 행하고, 그 후, Ar₃변태점∼300℃의 평균냉각속도 0. 5∼150℃/분으로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 자기특성과 내식성이 우수한 열연전자강판의 제조방법을 제안한다.

또한, 본 발명은, 보다 바람직한 제조방법으로서, Fe : 99. 95mass%이상, C+N+S: 10mass ppm이하, O : 50mass ppm이하이고, 잔부는 불가피적 불순물인 초고순도 철을, γ영역에 가열하고, 합계 압하율을 50%이상, 또한 적어도 1패스는, 로울과 압연재와의 마찰계수를 0. 3이하, 또한 변형속도를 150 1/초이상으로 하는 열간압연을 γ영역에서 행하고, 그 후, Ar₃변태점∼300℃의 평균냉각속도 0. 5∼150℃/분으로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 자기특성과 내식성이 우수한 열연전자강판의 제조방법을 제안한다.

발명을 실시하기위한 최량의 형태

이하, 본 발명의 실시형태에 관하여 설명한다.

우선, 본 발명의 순철계 전자강판의 화학조성의 한정이유에 관해서 설명한다.

·Fe : 99. 95mass% 이상

<100>//ND의 방위입은, 고순도 Fe의 소재를 γ영역에서 열간압연하고, 그 후의 α영역에서의 냉각중에 발달한다. Fe의 순도는 본 발명에 있어서 특히 중요하고, 99. 95mass%에 미치지 않는 순도에서는 상기 <100>//ND의 방위입이 냉각중에 발달하기 어려워진다. 따라서, Fe는 99. 95mass%이상, 바람직하게는 99. 98mass% 이상으로 한다.

·C+N+S: 10mass ppm이하, O : 50mass ppm이하

순철중의 이들의 가스성분은, 동일 순철중에 수∼수십mass ppm의 단위로 극미량으로 포함되는 금속원소(Al, Ti, Nb, Mn 등)와 탄화물, 산화물 등을 형성하여, <100>//ND의 방위입의 핵발생 및 성장을 저해한다. 또, 순철계 재료의 부식은, 주로 입계에 편석한 C, N, S나 입계, 입자내에 존재하는 산화물을 기점으로 하여 녹이 발생한다.

C, N, S 및 O에 의한 이러한 악영향은, C+N+S가 10mass ppm을 넘거나, O가 50mass ppm을 넘어도 나타나므로, C+N+S : 10mass ppm이하 및 O : 50mass ppm이하를 모두 충족시키는 것이 필요하다. 또한, 바람직한 함유범위는, C+N+S : 5mass ppm이하, O : 20mass ppm 이하이다.

다음에, 본 발명의 순철계 전자강판의 제조조건에 관하여 설명한다.

·열간압연

상기 성분조성의 순철계의 강소재를 α영역에서 열연하면 결정입자가 미세화하여, <100>//ND방위입이 전혀 발달하지않는다. 이 때문에 열연은 γ영역의 온도에서 행할 필요가 있다. 이 γ영역 압연에 있어서, 로울과 소재와의 마찰계수가 0. 3을 초과하면, 판두께의 1/10근방의 위치에 <110>//ND방위입이 발생하기 쉬워, <100>//ND방위입의 발생과 성장이 억제된다. 이 때문에 마찰계수를 0. 3이하, 바람직하게는 0. 2이하로 하여 열연한다. 이 조건에서의 압연(소위, 윤활압연)은, 열연의 적어도 1패스에서 하면 효과가 나타나는데, 특히 최종 패스에서 행하면, 변태전에 강판표층에 전단 변형이 집중하지않으므로, 보다 큰 효과가 초래된다. 또한, 윤활압연시에, 압연의 변형속도를 150 1/초이상으로 하면, <100>//ND방위입의 형성이 촉진된다. 이러한 경향이 초래되는 것은, 강판표층부에 형성되기 쉬운 <110>//ND등, <100>//ND 이외의 방위입의 형성이 억제되기 때문이라고 생각된다. 또, 변형속도를 200 1/초이상으로 하면 더욱 큰 효과가 얻어진다.

상술한 γ영역에 있어서의 열간압연은, 합계 압하율을 50%이상으로 할 필요가 있다. 왜냐하면, γ영역 열연시의 합계 압하율을 50%이상으로 함으로써, 열연중의 재결정이 촉진되고, γ입경이 미세화하여, γ→α의 변태후의 냉각과정에 있어서, <100>//ND방위입이 우선적으로 판두께방향으로 성장하기 때문이다. 합계 압하율이 50%미만에서는, 등축에서 랜덤인 방위를 가지는 결정입자가 판두께 중심부에 잔류하여, 자기특성이 저하하여 버린다.

·열연후의 냉각

초고순도 철중의 <100>//ND방위입은, γ→α 변태후의 α영역에서 강판표면으로부터 중심을 향하여, 새롭게 변태하여 발생한 α입자를 침식하면서 성장한다. 이 때, Ar₃∼300℃의 냉각속도가 150℃/분을 초과하면 입자성장속도가 냉각속도에 미치지않아, 판두께 중심부에 등축입자가 잔존한다. 한편, 냉각속도가 0. 5℃/분보다도 느려지면, <100>//ND방위입이 조대화하고, 오히려 자기특성의 저하를 초래하여 버린다. 따라서, 압연후의 Ar₃∼300℃의 온도범위에서의 냉각속도는 0. 5∼150℃/분으로 할 필요가 있다. 또한, 바람직한 냉각속도는 1. 0∼100℃/분이다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명은, 순철계의 강을 소재로 하여, 소정의 조건으로 제조함으로써 비로소 그 효과가 나타나고, 그 중 어느 한 조건이 충족되지않으면, <100>//ND방위입의 집적도를 높일 수는 없다. 또한, 내식성은 제조조건에는 거의 영향을 받지 않고, 성분조성에 의존한다.

본 발명을 실시예에 의해, 구체적으로 설명한다.

표1에 나타낸 화학조성의 순철계의 강을 수냉식 동(銅)도가니를 구비한 초고진공(10^-8Torr) 용해로에서 용해하여, 10Kg의 잉곳으로 하였다. 이들 잉곳을 γ영역에서 열간단조하여, 두께 25mm의 봉형상의 소재로 하였다. 이 봉형상 소재를 1100℃에 가열후, 열간압연에 의해 판두께 1mm(일부, 판두께5mm 및 13mm)까지 열연하였다. 이 때, 최종패스에 있어서, 로울과 소재와의 마찰계수, 변형속도 등을 바꾸어 열연하였다. 또한, 압연후의 냉각속도도 넓은 범위로 변경하였다. 이들 제조조건을 표2에 나타낸다.

얻어진 열연판의 판두께 1/4위치에 있어서, X선에 의한 집합조직측정을 행하였다. 또, 각 열연판의 판두께 중심부보다 판두께 1. 0mm의 시험편을 잘라내어, 이것으로부터 다시 내경 50mm, 외경 60mm의 링형상 시험편을 펀칭하고, 각 시험편에1차 코일, 2차 코일을 100턴씩 감아서 자기특성을 측정하였다. 채용한 자기특성으로서는, 50000A/m의 외부자계를 가한 경우의 자속밀도(B50)와, 50Hz의 교류자계중에서 1. 5T까지 자화한 경우의 철손실(W15/50)이다.

내식성은, 20℃의 왕수(농질산과 농염산을 체적비로 1 : 3으로 혼합한 용액)중에 100초간 침지하고, 부식속도를 측정함으로써 행하였다. 부식속도가 1. 0g/㎡이하이면 통상의 사용환경에서 충분한 내식성을 가지고 있다고 할 수 있다.

시험결과를 표2에 아울러 나타낸다. 표2에서, 발명예는 자기특성과 내식성의 양자 모두 우수한 것을 알 수 있다. 이것에 대하여, 비교예는 자기특성 또는 내식성 중 적어도 한쪽의 특성이 발명예보다도 대폭으로 뒤떨어져 있는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 냉간압연후의 탈탄소둔 등의 복잡한 공정을 거치지 않아도, 열간압연종료시에 이미 판면에 평행하게 {100}방위를 집적시키는 것이 가능해지므로, 저렴하고 자기특성이 우수한 열연전자강판을 제공하는 것이 가능하게 된다.

Claims (3)

1. Fe : 99. 95mass%이상,

   C+N+S : 10mass ppm이하,

   O : 50mass ppm 이하이고,

   잔부는 불가피적 불순물인 초고순도 철로 이루어지고,

   X선 회절 강도비(I₁₀₀/I₀)가 21 이상인, 자기특성과 내식성이 우수한 열연전자강판.
2. Fe : 99. 95mass%이상,

   C+N+S: 10mass ppm이하,

   O : 50mass ppm이하

   이고, 잔부는 불가피적 불순물인 초고순도 철을, γ영역에 가열하고, 합계 압하율을 50%이상, 또한 적어도 1패스는 로울과 압연재와의 마찰계수를 0. 3이하로 하는 열간압연을 γ영역에서 행하고, 그 후, Ar₃변태점∼300℃의 평균냉각속도 0. 5∼150℃/분으로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 자기특성과 내식성이 우수한 열연전자강판의 제조방법.
3. Fe : 99. 95mass%이상,

   C+N+S: 10mass ppm이하,

   O : 50mass ppm이하

   이고, 잔부는 불가피적 불순물인 초고순도 철을, γ영역에 가열하고, 합계 압하율을 50%이상, 또한 적어도 1패스는, 로울과 압연재와의 마찰계수를 0. 3이하, 또한 변형속도를 150 1/초 이상으로 하는 열간압연을 γ영역에서 행하고, 그 후, Ar₃변태점∼300℃의 평균냉각속도 0. 5∼150℃/분으로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 자기특성과 내식성이 우수한 열연전자강판의 제조방법.