KR100479991B1

KR100479991B1 - 철손이 낮은 무방향성 전기강판 제조방법

Info

Publication number: KR100479991B1
Application number: KR10-1999-0040623A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 이원걸
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2005-03-30
Also published as: KR20010028403A

Abstract

본 발명은 전기기기의 철심용으로 사용되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 첨가성분으로 Sn, Cr 및 단독 또는 복합으로 Ca, Ce을 함유시키고, 무방향성 전기강판의 제조공정 중 온도요소를 제어함으로써, 강을 청정하게 하고 철손을 낮출 수 있는 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중량%로, C: 0.01% 이하, Si: 3.5% 이하, Mn: 0.5% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.012% 이하, Al: 1.2% 이하, N: 0.006% 이하, Sn: 0.03~0.3%, Cr: 0.05~1.0%, Ca또는 Ce이 단독 또는 복합으로 0.001~0.010% 함유되고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100~1250℃ 온도로 재가열한 후 열간압연하고, 600~800℃ 온도로 권취하고, 산세 및 냉간압연하고, 700~1050℃ 온도에서 냉연판을 소둔하는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

철손이 낮은 무방향성 전기강판 제조방법{A METHOD FOR PRODUCING NON-ORIENTED SILICON STEEL WITH LOW CORE LOSS}

본 발명은 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심용으로 사용되는 무방향성 전기강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철손이 낮은 무방향성 전기강판 제조방법에 관한 것이다.

모터와 변압기 등의 전기기기에서 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 전기적 에너지가 기계적 에너지로 바뀔 때, 에너지손실이 가장 큰 부품이기 때문에, 에너지손실을 줄이기 위해서 철손이 낮은 전기강판을 사용해야 한다. 최근에는 에너지손실뿐 아니라 환경문제도 고려되어 저손실소재의 사용이 선호되는데, 그렇게 되면 그만큼 발전량이 줄어 발전소건설을 억제할 수 있다. 예를 들어, 전기손실을 10%줄일 수 있다면, 현재 국내 발전소 200개를 기준으로 20개를 줄여도 된다는 계산이 된다.

이와 같은 무방향성 전기강판에서 철손을 낮추는 방법으로는 이력손실을 낮추는 방법과 와류손실을 낮추는 방법이 있다. 와류손실은 무방향성 전기강판의 첨가성분과 강판의 두께를 조정함에 의해 낮출 수 있는데, 비저항을 증가시키는 성분인 Si와 Al함량을 증가시키고, 두께를 얇게 함으로써 가능하다. 그러나 모든 개발강이 이러한 방법을 사용하고 있기 때문에, 관건이 되는 것은 이력손실을 줄이는 것이다. 이력손실은 강판의 재질특성에 관계하는 것으로, 결정립크기와 집합조직 및 청정도 등을 자성에 유리하게 발달시킴으로써 낮출 수 있는데, 전기강판에서 철손을 저감하는 가장 우수한 방법은 결정립의 크기를 크게 성장시키는 것이다.

이를 위하여 일본공개특허 60-17014호는 1차 냉간압연한 소재를 저온에서 소둔한 후, 3~15% 경압연하는 방법을 제공한다. 그러나, 경압연으로 인해 Si함량이 0.5% 이하로 낮아서 철손을 충분히 낮출 수 없는 단점이 있다.

또한, U.S 4,293,336에서는 이력손실을 감소시키기 위해 Sn을 첨가하여, 자구의 이동을 원활하게 하고 불순물 제어로 청정강으로 제조하고 있으나, 효과가 적은 문제가 있다.

이에, 본 발명자들은 통상의 무방향성 전기강판에 Sn, Cr를 첨가하고, 단독 또는 복합으로 Ca,Ce를 첨가하므로써, 철손이 우수한 무방향성 전기강판을 제공하고, 또한 이러한 조성의 무방향성 전기강판으로의 제조공정 중 온도요소를 제어함으로써, 강을 청정하게 하고 철손을 낮출 수 있는 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중량%로, C: 0.01% 이하, Si: 3.5% 이하, Mn: 0.5% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.012% 이하, Al: 1.2% 이하, N: 0.006% 이하, Sn: 0.03~0.3%, Cr: 0.05~1.0%, Ca또는 Ce이 단독 또는 복합으로 0.001~0.010% 함유되고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100~1250℃ 온도로 재가열한 후 열간압연하고, 600~800℃ 온도로 권취하고, 산세 및 냉간압연하고, 700~1050℃ 온도에서 냉연판을 소둔하는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제조하기 위하여 강을 가능한한 청정하게 제조하고자 하였다. 이를 위하여, 무방향성 전기강판의 성분을 조정하는데 있어서, 결정립계에 편석하여 N의 침입을 막는 Sn과 Cr을 첨가하였다. 또한, 강을 청정하게 제조하기 위해서 불순물로 함유되는 S및 N의 량이 가능한한 적게 첨가하였다. S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 결정립성장을 억제하므로 가능한 낮게 관리되어야 하는데, 불가피하게 첨가되는 S는 Ca 및/혹은 Ce의 첨가로 S를 구상화 하고 조대화시켜서 강을 청정하게 하였다.

제조방법에 있어서는, 슬라브를 저온으로 재가열하여 S가 고용되는 것을 막고, 권취온도를 가능한 높여서 석출물이 크게 성장되도록 하여야 한다.

이와 같이 제조된 무방향성 전기강판에서는 결정립성장을 억제하는 미세한 석출물의 생성이 억제되기 때문에, 결정립의 성장에 의한 자성향상을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명 성분계의 수치한정 이유에 대하여 설명한다.

상기 C는 최종제품에서 자기시효를 일으켜 사용중 자기적 특성을 저하시키므로 슬라브에서는 0.01% 이하로 하고, 필요시 탈탄소둔을 실시하며, 최종제품에서는 0.003% 이하로 하는 것이 바람직하다. 탈탄소둔은 냉연판소둔시 추가할 수 있다.

상기 Si는 비저항을 증가시켜서 철손중 와류손실을 낮추는 원소이지만, 본 발명의 강에서는 냉간압연성을 고려하여 3.5% 이하로 첨가한다.

상기 Mn은 S와 결합하여 미세한 석출물인 MnS를 형성하므로 0.5% 이하로 억제한다.

상기 P는 비저항을 증가시키고, 자성에 유리한 집합조직을 형성하는 원소로, 냉간압연성을 고려하여 최대 0.15%까지 첨가할 수 있다.

상기 S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기특성에 나쁜 영향을 미치므로 가능한 낮게 함유되는 것이 유리한데, 본 발명에서는 최대 0.012%가 함유되도록 한다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는 역할을 하는 원소이나, 1.2% 이상 첨가되면 그 첨가량에 비해 자성의 향상정도가 작고 가격이 비싸기 때문에, 1.2% 이하로 제한한다.

상기 N은 미세하고 긴 AlN 석출물을 형성하므로 가능한한 억제하여야 하며, 본 발명에서는 0.006% 이하로 한다.

상기 Sn은 결정립계에 편석하여 N의 확산을 억제하는 원소로, 0.03% 이하이면 그 효과가 적고, 0.3% 이상으로 하면 냉간압연성이 나빠지므로 본 발명에서는 0.03~0.3%로 한다.

상기 Cr은 페라이트형성을 촉진하고 N과 결합하여 질화물을 형성하는 원소이다. 최소 0.05% 이상 첨가되어야 그 효과가 있으며, 1.0%를 초과하면 첨가량에 비해 자성의 향상정도가 작기 때문에 0.05~1.0%로 첨가한다.

상기 Ca와 Ce은 용강중에서 S와 결합하여 개재물로 부상하여 제거된다. 즉, 용강중에 잔존하는 S는 Ca와 결합하여 구상화됨으로써 최종제품에 있어서 결정립 성장을 용이하게 한다. Ca와 Ce는 단독으로 그리고 복합적으로 첨가할 수 있으며, 최소 0.001% 이상 첨가되어야 그 효과가 있으나, 0.010%를 초과하면 오히려 불순물로 작용할 수 있다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강슬라브는, 제강에서 용강으로 된 후 연속주조공정으로부터 제조된 슬라브로서, 열간압연전 가열로로 장입되어 1100℃~1250℃의 온도범위에서 가열되는데, 열간압연을 용이하게 하기 위해서는 가능한 최저온도는 1100℃이상으로 한다. 최고온도가 1250℃ 를 초과하면 AlN과 MnS 등 자성에 해로운 석출물이 재용해되어 열간압연 후 미세하게 석출될 수 있으므로, 1100~1250℃ 범위로 재가열한 후 열간압연하는 것이 바람직하다.

열간압연시 사상압연의 마무리 압연온도는 페라이트상에서 종료하는데, 형상이 양호한 열연판을 얻기 위해서, 가능한한 800℃ 이상의 페라이트상에서 실시하는 것이 바람직하다.

열연판의 권취는 600℃~800℃의 온도범위에서 실시하고, 공기중에서 코일상태로 냉각할 수 있다.

권취냉각된 열연판은 열연판소둔 혹은 열연판소둔없이 산세후 냉간압연한다. 열연판소둔을 행하는 경우 소둔온도는 800℃~1150℃로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 800℃ 미만에서 소둔할 경우 그 효과가 적으며, 1150℃이상에서 실시하면 판형상이 나빠질 수 있기 때문이다. 냉간압연은 통상의 방법으로 행할 수 있는데, 예를 들면, 70% 이상의 압하율로 1회압연한다. 다음, 냉간압연판의 소둔은, 700~1050℃ 범위의 온도에서 행하는데, 30초~5분 동안 연속으로 행하는 것이 바람직하다. 소둔온도가 700℃ 미만이면 결정립성장이 미흡하고, 1050℃보다 높으면 표면온도가 과다하게 높아서 판표면에 표면결함이 발생될 수 있으며 자기적 특성도 나빠질 수 있다. 이 때 소둔분위기는 수소, 질소 또는 그 혼합분위기로 할 수 있다. 슬라브 성분중에 C가 높은 경우에는 냉연판소둔시, 이슬점을 10~50℃로 하여 탈탄소둔을 할 수 있다. 탈탄소둔은 750~850℃의 온도범위에서 할 수 있다. 소둔판은 절연피막처리후 수요가로 출하되는데, 절연피막은 유기질 또는 무기질 및 유무기복합피막으로 처리할 수도 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제를 입힐 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예1)

하기 표1과 같은 성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 제조한 슬라브들을 1150℃에서 2시간 가열하고, 2.0mm로 열간압연한 후 공기중에서 권취하여 냉각하였다. 냉각된 열연판은 하기 표2에 나타낸 온도로 5분간 열연판소둔하거나 열연판 소둔을 행하지 않고, 산세후 냉간압연을 행하고 하기 표2에 보인 온도로 냉연판소둔하였는데, 소둔분위기는 수소 20%와 질소 80%였고 2분간 행해졌다. 다음, 소둔판을 절단하고 자기적 특성 및 결정립크기를 조사하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

강종	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Sn	Cr	Ca
발명강a	0.002	1.05	0.27	0.013	0.0024	0.34	0.0020	0.10	0.25	0.0051
발명강b	0.003	1.02	0.26	0.012	0.0021	0.35	0.0025	0.09	0.45	0.0021
비교강a	0.003	1.01	1.02	0.015	0.0025	0.35	0.0017	0.10	0.06	0.0020
비교강b	0.002	1.04	0.27	0.014	0.0022	0.36	0.0016	0.01	0.30	0.0025
비교강c	0.003	1.05	0.16	0.013	0.0020	0.35	0.0023	0.10	0.25	0.0003

상기 표1에서, 비교강(a)는 Mn이 본 발명의 성분범위보다 높고, 비교강(b)는 Sn함량이 낮으며, 비교강(c)는 Ca함량이 낮았다.

시료번호	강종	열연판권취온도(℃)	열연판소둔온도(℃)	냉연판소둔온도(℃)	철손(W_15/50)W/kg	결정립크기(㎛)
발명재1	발명강a	650	없음	1000	3.82	89
발명재2	발명강a	700	900	1000	3.52	95
발명재3	발명강a	700	1000	1030	3.45	102
비교재1	발명강a	550	1000	1000	4.12	65
비교재2	발명강a	700	950	650	5.12	45
발명재4	발명강b	700	950	1000	3.33	104
비교재3	발명강b	700	950	1200	3.99	95
비교재4	비교강a	700	950	1000	3.98	92
비교재5	비교강b	700	950	1000	4.12	83
비교재6	비교강c	700	950	1000	4.25	75
W_15/50: 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때 발생되는 손실

상기 표2에 나타난 바와 같이, 비교재(1)은 열연판 권취온도가 너무 낮아서 결정립성장이 저조하였다. 비교재(2)는 냉연판소둔온도가 너무 낮은 반면, 비교재(3)은 냉연판소둔온도가 너무 높아서 표면이 불량하였는데, 이것은 자성에도 영향을 미쳤다. 비교재(4)~(6)은 발명의 성분범위를 벗어나서 자성이 저조하였다. 한편, 발명재는 발명의 범위로 작업되어, 철손 및 결정립크기가 우수하여 자성이 양호하였다.

따라서, 발명의 성분범위와 제조조건에서 제조되면, 우수한 자기적 특성을 얻을 수 있는 것으로 조사되었다.

(실시예2)

중량%로, C: 0.004%, Si: 2.85%, Mn: 0.16%, P: 0.01%, S: 0.002%, Al: 0.82%, N: 0.0014%, Sn: 0.11%, Cr: 0.25%, 및 Ce : 0.0025%이고 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃ 로 가열한 후 열간압연하여 1.8mm의 두께로 열간압연하고, 700℃온도에서 권취한 후 열연판을 1100℃에서 10분간 소둔하였다. 냉각된 열연판은 산세후 0.5mm의 두께로 냉간압연하였다. 냉연판은 1000℃에서 3분간 수소20%와 질소 80%의 분위기에서 소둔하였다. 소둔후 연속하여 유무기혼합의 절연피막을 입힌 후 절단하였다. 그 후, 자기적 특성 및 결정립크기를 조사한 결과, 자기적 특성중 철손(W_15/50)은 2.45W/kg였으며, 결정립크기는 150㎛였다.

(실시예 3)

중량%로, C: 0.003%, Si: 2.15%, Mn: 0.25%, P: 0.011%, S: 0.0015%, Al: 0.45%, N: 0.002%, Sn: 0.09%, Cr: 0.35%, 및 Ce : 0.0013%이고 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃ 로 가열한 후 2.0mm의 두께로 열간압연하고, 700℃ 온도로 권취한 후 1050℃로 가열된 질소분위기의 상소둔로에 넣어서 1시간 유지한 후 로냉하였다. 로냉된 열연판은 산세후 0.5mm 의 두께로 냉간압연하였다. 냉연판은 질소 80%, 수소20%의 건조한 분위기에서, 1000℃에서 2분간 소둔하였다. 소둔후 연속하여 유무기혼합의 절연피막을 입힌 후 절단하고 자기적 특성을 측정하였다. 또한, 790℃에서 1.1시간 동안 질소 100% 분위기에서 응력제거소둔한 후에는 결정립 크기를 조사하였다. 그 결과 열처리전 자기적 특성 중 철손(W_15/50)은 2.7W/kg이었고, 열처리후 결정립크기는 135㎛였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 무방향성 전기강판의 첨가성분을 제어하고, 제조조건을 제어함으로써, 철손이 낮아서 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims

삭제
중량%로, C: 0.01% 이하, Si: 3.5% 이하, Mn: 0.5% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.012% 이하, Al: 1.2% 이하, N: 0.006% 이하, Sn: 0.03~0.3%, Cr: 0.05~1.0%, Ca또는 Ce이 단독 또는 복합으로 0.001~0.010% 함유되고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100~1250℃ 온도로 재가열한 후 열간압연하고, 600~800℃ 온도로 권취하고, 산세 및 냉간압연하고, 700~1050℃ 온도에서 냉연판을 소둔하는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 권취후 냉각된 열연판을 산세하기 전에 800~1150℃의 온도범위에서 열연판소둔을 행하는 과정이 부가되는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.