KR100435480B1

KR100435480B1 - 자성이 우수한 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100435480B1
Application number: KR10-1999-0063058A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 이원걸
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2004-06-10
Also published as: KR20010060652A

Abstract

본 발명은 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 결정립계에 Sn, Cr을 첨가하여 N의 침입을 막고, Ti을 첨가해 O,S 및 N와의 결합에 의한 조대한 석출물을 생성시켜 강을 청정하게 함으로써, 낮은 철손과 우수한 투자율을 갖는 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중량%로 C: 0.01%이하, Si: 1.5%이하, Mn: 0.7%이하, P: 0.15%이하, S: 0.012%이하, Al: 0.5%이하, N: 0.005%이하, Sn: 0.03~0.3%, Cr: 0.05~0.5%, Ti: 0.005~0.01%, O: 0.006%이하, Cu: 0.02%이하, V: 0.005%이하, Zr: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1120~1250℃의 온도로 재가열하고, 열간압연한 후 600℃이상의 온도로 권취한 후 필요에 따라 800~1050℃의 온도범위에서 열연판소둔을 실시하거나, 또는 750℃ 이상에서 권취한 후 자기소둔을 실시한 다음 산세하고, 냉간압연한 후 650~900℃의 온도에서 냉연판소둔을 실시하고 1.5~15%로 스킨패스압연하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법을, 그 기술적 요지로 한다.

Description

자성이 우수한 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING SEMIPROCESS NON GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET WITH SUPERIOR MAGNETIC PROPERTY}

본 발명은 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철손이 낮고 투자율이 높은 자성이 우수한 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

모터와 변압기 등의 전기기기에서 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 철손이 낮고 투자율이 높은 자기적 특성이 요구되는 소재이다.

철손이 낮은 무방향성 전기강판을 사용하면 전기 에너지손실을 줄일 수 있으며, 투자율이 높으면 철심의 량이나 또는 구리선의 량을 줄일 수 있어서 소형화 또는 전기제품의 손실을 줄일 수 있는 것이다.

무방향성 전기강판에서 철손을 낮추기 위한 방법으로는, Si과 Al 등의 비저항을 증가시키는 방법과 판두께를 얇게 하는 방법 등이 있으나, 이들은 모두 세미프로세서로 제조한다.

무방향성 전기강판을 제조하는 방법은 크게 폴리프로세스 방법과 세미프로세스 2가지로 구분할 수 있다. 폴리프로세스 방법은 슬라브를 열간압연하고 산세하고 냉간압연하고 최종소둔후 출하하는 방법이고, 세미프로세스 방법은 냉연판을 소둔하고 경압하로 스킨패스압연한 후 수요가로 출하하는 방법이다. 상기 세미프로세스 방법은 경압연이 추가되므로 잔류응력이 부가되어 있어서, 수요가가 원하는 철심의 형태로 가공한 후 응력제거소둔을 실시해야 한다. 이같은 세미프로세스방법으로 제조할 경우, 결정립이 커져서 자성이 향상될 수 있다.

한편, 전기강판에 있어서, 철손을 저감시키기 위해서는 결정립을 적절하게 성장시켜야 하는데, 이를 위한 종래기술로 일본공개특허 (평)1-142050호가 있다. 이 기술은 세미프로세스로 제조하는 방법을 제공하고 있으나, Mn함량을 높이는 방법을 사용하고 있어서 제조비용이 과다한 문제가 있다.

이에 본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 결정립계에 Sn, Cr을 첨가하여 N의 침입을 막고, Ti을 첨가해 O,S 및 N와의 결합에 의한 조대한 석출물을 생성시켜 강을 청정하게 함으로써, 낮은 철손과 우수한 투자율을 갖는 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중량%로 C: 0.01%이하, Si: 1.5%이하, Mn: 0.7%이하, P: 0.15%이하, S: 0.012%이하, Al: 0.5%이하, N: 0.005%이하, Sn: 0.03~0.3%, Cr: 0.05~0.5%, Ti: 0.005~0.01%, O: 0.006%이하, Cu: 0.02%이하, V: 0.005%이하, Zr: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1120~1250℃의 온도로 재가열하고, 열간압연한 후 600℃이상의 온도로 권취한 후 필요에 따라 800~1050℃의 온도범위에서 열연판소둔을 실시하거나, 또는 750℃ 이상에서 권취한 후 자기소둔을 실시한 다음 산세하고, 냉간압연한 후 650~900℃의 온도에서 냉연판소둔을 실시하고 1.5~15%로 스킨패스압연하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 성분계의 수치한정에 대하여 설명한다.

상기 C은 최종제품에서 자기시효를 일으켜서 전기제품으로 가공후 사용시 자기시효에 의하여 철손이 높아질 수 있기 때문에, 슬라브에서는 0.01%이하로, 최종제품에서는 0.003% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

상기 Si은 비저항을 증가시켜서 철손중 와류손실을 낮추는 원소이지만, 본 발명에서는 스킨패스압연의 효과를 고려하여 1.5% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 S과 결합하여 미세한 석출물인 MnS를 형성하지만, 결정립을 성장시키므로, 그 상한을 0.7%로 제한하는 것이 바람직하다. 만일, 그 함량이 0.7%를 초과하면 첨가량에 비해 자성향상의 정도가 감소된다.

상기 P은 비저항을 증가시키며 자성에 유리한 집합조직을 형성하는 원소로, 냉간압연성을 고려하여 0.15% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 S은 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기특성에 나쁜 영향을 미치므로 가능한한 낮게 함유되는 것이 유리하며, 본 발명에서는 그 함량을 0.012%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추며 강중 산소의 량을 줄여주는 원소로, 그 함량이 0.5%를 초과하면 그 첨가량에 비해 자성의 향상정도가 작으며 가격이 비싸기 때문에, 0.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 N는 미세하고 긴 AlN 석출물을 형성하기 때문에 가능한한 억제하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 그 함량을 0.005% 이하로 설정하였다.

상기 Sn은 결정립계에 편석하여 N의 확산을 억제하는 원소로, 그 함량이 0.03%미만이면 그 효과가 적고, 0.3%를 초과하면 냉간압연성이 나빠지므로, 그 성분범위를 0.03∼0.3%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 Cr은 페라이트형성을 촉진하고, N와 결합하여 질화물을 형성하는 원소이다. 그 함량이 최소 0.05% 이상이어야 그 효과가 있지만, 0.5%를 초과하면 첨가량에 비해 자성의 향상정도가 작기 때문에, 그 성분범위는 0.05∼0.5%로 설정하는 것이 바람직하다.상기 Ti는 세미프로세스 무방향성 전기강판에서는 O, S 및 N과 결합하여 조대한 석출물을 생성시킴으로써, 강을 청정하게 하는 역할을 한다. 상기 Ti의 함량이 0.005% 미만이면 상기 효과를 얻을 수 없고, 0.01%를 초과하면 Ti가 불순물로 작용할 수 있으므로, 상기 Ti의 함량은 0.005~0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Cu는 강중 S과 결합하여 CuS 등의 미세한 불순물을 형성하므로 가능한 그 함량을 낮추어야 하며, 본 발명에서는 0.02% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 V은 C 등과 결합하여 미세한 석출물을 형성하므로, 그 함량은 0.005%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Zr은 산소 등과 결합하여 미세한 석출물을 형성하므로, 그 함량을 0.005% 이하 제한하여 가능한 억제토록 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강 슬라브는 제강에서 용강으로 제조된 후 연속주조공정에서 슬라브로 응고시키고 열간압연전에 가열로로 장입되어 1120℃~1250℃의 온도범위로 가열된다. 열간압연을 용이하게 하기 위하여, 상기 가열온도는 1120℃ 이상으로 하지만, 그 온도가 1250℃보다 높게되면 AlN과 MnS 등 자성에 해로운 석출물이 재용해되어 열간압연후 미세하게 석출될 수 있으므로, 그 온도범위는 1120~1250℃로 설정하는 것이 바람직하다.

그 후, 열간압연한 열연판은 자성향상을 위해서, 600℃ 이상의 온도에서 권취하고, 공기중에서 코일상태로 냉각된다.

상기 권취냉각된 열연판은 필요에 따라 열연판소둔을 실시할 수 있는데, 그 온도는 800~1050℃로 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 온도가 800℃ 미만인 경우에는 그 효과가 적으며, 1050℃보다 높은 경우에는 판형상이 나빠질 수 있기 때문이다.

한편, 상기 열간압연판은 750℃ 이상으로 권취한 후 권취된 열연판자체의 열을 이용하여 소둔할 수 있는데, 이것을 자기소둔이라고 하며, 필요시 밀폐된 로에 넣어서 서냉할 수도 있다.

그 후, 산세 및 냉간압연한 다음 냉연판소둔을 실시하는데, 650~900℃의 온도범위에서 30초~5분 동안 연속소둔하는 것이 바람직하다. 상기 소둔온도 650℃보다 낮으면 결정립성장이 미흡하고, 900℃보다 높으면 결정립성장이 과다하여 자기적 특성도 나빠질 수 있다. 또한, 상기 소둔시간도 재결정을 위하여 중요한데, 지나치게 길면 스킨패스압연이 높아야 하는 단점이 있으며, 짧으면 결정립 성장이 부족하므로, 상기와 같이 30초~5분으로 제한하는 것이 바람직하다.

그 다음, 상기 소둔판에 대하여 1.5~15%의 스킨패스압연을 실시한다. 만일, 1.5%미만으로 스킨패스압연할 경우에는, 재결정된 결정립에 부과되는 잔류응력이 적어서 수요가 열처리시 결정립성장이 부족하여 지는 반면에, 스킨패스압하율이 15% 보다 높으면 오히려 재결정립이 핵생성되어 미세한 결정립이 형성될 수 있기 때문에 바람직하지 않게 된다.

이와 같이 스킨패스압연된 소재는 압연유를 도포한 상태로 혹은 절연피막처리후 수요가로 출하된다. 절연피막은 유기질, 무기질, 및 유무기 복합피막으로 처리할 수도 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제를 입힐 수 있다.

이후, 수요가 열처리는 비산화성 분위기에서 700~850℃의 온도범위로 실시한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표1의 화학성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 1150℃의 온도에서 2.5시간 가열하고, 2.2m로 열간압연후 하기 표2와 같이 권취후 냉각하고, 10분간 열연판소둔 혹은 열연판소둔을 실시하지 않고 산세후 냉간압연하고 냉연판을 소둔하였다. 이 때, 냉연판소둔은 수소25%와 질소 75%의 분위기에서 2분간 실시되었다.

그 후, 최종 스킨패스압연후 두께는 0.47mm였다. 스킨패스압연된 소재는 760℃로 1.5시간 비산화성분위기에서 유지후 노냉하여 응력제거소둔하였다.

그 다음, 자기적 특성을 측정하고, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

강종	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Sn	Cr	Ti	O	Cu	V	Zr
발명강a	0.003	0.92	0.25	0.010	0.002	0.26	0.0016	0.11	0.25	0.0051	0.0010	0.005	0.0021	0.0020
발명강b	0.003	0.95	0.50	0.015	0.002	0.25	0.0017	0.15	0.30	0.0070	0.0009	0.009	0.0009	0.0015
비교강a	0.003	0.94	1.15	0.015	0.002	0.24	0.0014	0.01	0.03	0.0007	0.0010	0.008	0.0042	0.0009
비교강b	0.003	0.95	0.25	0.015	0.002	0.24	0.0015	0.15	0.30	0.0003	0.0075	0.008	0.0025	0.0015
비교강c	0.003	0.96	0.24	0.015	0.002	0.24	0.0019	0.15	0.25	0.0023	0.0040	0.035	0.0003	0.0003
비교강d	0.002	0.95	0.25	0.015	0.002	0.25	0.0018	0.15	0.30	0.0075	0.0045	0.052	0.0065	0.0003

시료번호	열연판권취방법	열연판권취온도(℃)	열연판소둔온도(℃)	냉연판소둔온도(℃)	스킨패스압하율(%)	철손(W/kg,W_15/50)	투자율(μ_1.5)	강종
발명재1	자기소둔	800	없음	750	6	2.90	3850	발명강a
발명재2	공기냉각	700	950	750		2.92	3800
발명재3	공기냉각	650	950	750		2.90	3605
발명재4	자기소둔	850	없음	800	8	2.65	3800	발명강b
비교재1	공기냉각	600	950	1000	2	3.62	2920
비교재2	자기소둔	700	없음	600	8	3.33	2600
비교재3		800		750	6	3.62	2700	비교강a
비교재4		800		750		3.88	2800	비교강b
비교재5		800		750		3.98	2670	비교강c
비교재6		800		750		4.25	2860	비교강d
1) W_15/50: 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때의 발생되는 손실2) μ_1.5: 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때 유도되는 투자율

상기 표2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조건으로 열연권취후 자기소둔을 실시한 발명재(1),(4)와 열연권취후 열연판소둔을 실시한 발명재(2),(3)는, 모두 우수한 자성을 가짐을 알 수 있다.

비교재(1)은 냉연판의 소둔온도가 너무 높아서 자성이 저하되었고, 비교재 (2)는 냉연판의 소둔온도가 너무 낮아서 자성이 저하되었다.

비교재(3)~(6)은 성분조건이 본 발명범위를 벗어나서 자성이 저조하였다.

(실시예2)

중량%로 C: 0.003%, Si: 1.15%, Mn: 0.25%, P: 0.009%, S: 0.002%, Al: 0.35%, N: 0.0011%, Sn: 0.15%, Cr: 0.35%, Ti: 0.004%, O: 0.002%, Cu: 0.005%, V: 0.001%, Zr: 0.001%로 조성되는 슬라브를 1130℃로 가열한 후 열간압연하여2.0mm의 두께로 열간압연하고, 850℃온도에서 권취한 후 밀폐된 로에 넣어서 냉각하였다. 냉각된 열연판은 산세후 0.515mm의 두께로 냉간압연하고 750℃에서 15분간 소둔후 0.47mm로 스킨패스압연하였다.

상기와 같이 스킨패스압연된 소재는 절단하고, 750℃로 응력제거소둔한 후 자성을 측정하였다.

그 결과, 자기적 특성중 철손(W_15/50)은 2.66W/kg이었으며, 투자율은 3500이었다.

(실시예3)

중량%로 C: 0.001%, Si: 0.45%, Mn: 0.45%, P: 0.075%, S: 0.001%, Al: 0.001%, N: 0.0012%, Sn: 0.11%, Cr: 0.33%, Ti: 0.005%, O: 0.001%, Cu: 0.006%, V: 0.0009%, Zr: 0.0008%이고 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃로 가열한 후 2.0mm의 두께로 열간압연하고 700℃ 온도로 권취후 1000℃로 5분간 소둔후 산세하고 냉간압연하고 800℃에서 2분간 소둔후 0.475mm의 두께로 스킨패스압연하였다. 그리고 790℃에서 2시간동안 질소 100%의 분위기에서 응력제거소둔후의 자기적 특성이 조사되었다. 자기적 특성은 철손(W_15/50)이 3.52W/kg이었고 투자율은 5500이었다. 열처리후 결정립크기는 105μm이었다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 Sn, Cr, Ti을 첨가하여 강성분을 조정하고, 권취온도 및 소둔조건을 적절히 제어함으로써, 철손이 낮고 투자율이 높은 무방향성 전기강판을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로 C: 0.01%이하, Si: 1.5%이하, Mn: 0.7%이하, P: 0.15%이하, S: 0.012%이하, Al: 0.5%이하, N: 0.005%이하, Sn: 0.03~0.3%, Cr: 0.05~0.5%, Ti: 0.005~0.01%, O: 0.006%이하, Cu: 0.02%이하, V: 0.005%이하, Zr: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1120~1250℃의 온도로 재가열하고, 열간압연한 후 600℃이상의 온도로 권취한 후 산세하고, 냉간압연한 다음 650~900℃의 온도에서 냉연판소둔을 실시하고 1.5~15%로 스킨패스압연하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법
제1항에 있어서, 상기 열연판권취후 800~1050℃의 온도범위에서 열연판소둔하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법
중량%로 C: 0.01%이하, Si: 1.5%이하, Mn: 0.7%이하, P: 0.15%이하, S: 0.012%이하, Al: 0.5%이하, N: 0.005%이하, Sn: 0.03~0.3%, Cr: 0.05~0.5%, Ti: 0.005~0.01%, O: 0.006%이하, Cu: 0.02%이하, V: 0.005%이하, Zr: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1120~1250℃의 온도로 재가열하여 열간압연한 후, 750℃이상의 온도로 권취한 다음 자기소둔하고, 산세하고, 냉간압연하고, 650~900℃의 온도범위에서 냉연판을 소둔하고, 1.5~15%로 스킨패스압연하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 세미프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법