KR100501000B1 - 응력제거소둔후철손이낮은무방향성전기강판및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 모터의 철심재료로 이용되는 무방향성 전기강판에 관한 것이며; 그 목적은 응력제거소둔 후 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C:0.01%이하, Si:2.0%이하, Mn:1.0%이하, Al:1.0%이하, S:0.008%이하, N:0.006%이하, P:0.2%이하, Sn:0.02-0.4%, W:0.03-0.5% 및 B/N:0.5-2.0를 만족하도록 B를 함유하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 응력제거소둔후 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

응력제거소둔후 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

본 발명은 각종 모터의 철심재료로 이용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 응력제거소둔후 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 뛰어난 자기특성을 가지고 있으므로 각종모터 등의 철심재료로 널리 사용되고 있다. 최근 에너지 절약의 차원에서 이러한 전기기기의 효율을 높이고 소형화하려는 추세에 따라 철심재료인 전기강판에 있어서도 철손이 낮고 자속밀도가 높은 제품에 대한 욕구가 점차 증가되고 있는 실정이다. 에어콘이나 냉장고용 콤프레셔(compressor) 모터에 사용되는 전기강판은 수요가에서 복잡한 형상으로 타발된 후 응력제거소둔(stress relief annealing)되는 것이 보통이므로 이러한 가전용 모터에 사용되는 무방향성 전기강판에는 응력제거후의 자기특성이 특히 중요시된다. 이전에는 응력제거소둔전의 자기특성을 향상시키는데만 전력하여 왔을 뿐 응력제거소둔후의 자기특성은 거의 고려되지 않았다. 그러나, 산업이 고도화되고 전기기기의 효율이 중요시됨에 따라 각종 기술도 극한을 추구하게 되면서 응력제거소둔시의 철손감소율에도 주목하게 되었고, 수요가들도 응력제거소둔전의 자기특성이 동일한 수준이라면 응력제거소둔에 의하여 철손이 감소되는 정도가 큰 제품을 선호하는 것은 지극히 당연한 일이다.

무방향성 전기강판의 철손은 이력손실과 와전류손실로 구분된다. 이력손실은 철심재료의 결정방위, 순도, 내부응력 등의 영향을 받는 반면, 와전류손실은 철심재료의 두께, 비저항, 자구의 구조 등의 영향을 받는다. 이력손실은 전철손의 70-80%을 차지하며, 이력손실은 결정립크기에 역비례하므로 결정립 크기가 클수록 철손은 낮아지게 된다. 또한, 무방향성 전기강판의 철손은 집합조직에 의해서도 현저한 영향을 받으며, 자화용이축인〈100〉방향이 판면에 평행한 결정립이 많을수록 유리하다. 그러므로, <100>방향을 포함하고 있는 (100),(110)면이 많을수록, <100>방향을 포함하고 있지 않은 (111), (211)면이 적을수록 철손은 낮아지게 된다.

통상적으로 응력제거소둔은 균열온도 800℃전후에서 장시간 실시되는데, 이는 균열온도가 850℃이상으로 되면 절연코팅의 밀착성이 급격히 열화되고, 균열온도가 높을수록 산화층이 두껍게 형성되어 전기기기의 특성을 열화시키므로 균열온도는 800℃전후로 한정하고 있다. 응력제거소둔에 의하여 철손을 크게 감소시키기 위해서는 강중에 존재하는 미세한 개재물을 저감시켜 응력제거소둔시 결정립을 용이하게 성장시키는 것이 가장 효과적인 방법이다. 소둔시 결정립성장을 방해하는 개재물은 대체로 산화물, 유화물, 질화물등으로 분류할 수 있으며, Al이나 Si계통의 산화물은 제강기술의 진보로 인하여 최근에는 거의 형성되지 않는다. 유화물은 제강단계에서 탈류를 철저하게 실시하고 Mn 등을 적당량 함유시켜 스라브 가열온도를 비교적 저온으로 유지하기만 하면 MnS를 결정립성장에 방해가 되지 않도록 조대하게 석출시킬 수 있으므로 큰 문제는 없다. 질화물은 제강단계에서 질소를 낮추어 생성을 방지할 수도 있지만, 규소강중의 질소함량을 10ppm이하로 안정하게 관리하는 것은 사실상 곤란하고, 통상적인 질소함량은 30ppm정도이다. 이 질소와 탈산 및 철손감소를 위하여 첨가되는 Al이 결합하여 불가피하게 AlN이 형성되는데, 이러한 질화물은 그 크기가 작을수록 소둔시 결정립성장에는 불리하므로 가능한한 조대하게 석출시키는 편이 좋다.

이제까지는 무방향성 전기강판의 자기특성향상을 위해 응력제거소둔전의 자기특성에만 관심을 가져 왔으며, 이는 Sb, Sn등과 같은 특수원소를 첨가하는 방법 등을 사용하여 왔다. 예를 들면, 일본공고 특허공보(소)56-54370호에서는 Sb을 함유한 열간압연판을 700-950℃에서 소둔하여 냉간압연한 후 연속소둔하여 자기특성을 향상시켰다. 또 일본공고 특허공보(소)58-56732호에서는 Sn을 첨가하였는데, Sn첨가의 효과를 극대화시키기 위하여 열연판소둔시의 냉각속도와 최종소둔시의 승온속도를 낮춘 것으로 기재되어 있을 뿐, 응력제거소둔에 의하여 철손이 감소되는 정도에 대해서는 전혀 언급이 없었다.

이에, 본 발명은 응력제거소둔 후 자기특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무방향성 전기강판은, 중량%로 C:0.01%이하, Si:2.0%이하, Mn:1.0%이하, Al:1.0%이하, S:0.008%이하, N:0.006%이하, P:0.2%이하, Sn:0.02-0.4%, W:0.03-0.5% 및 B/N:0.5-2.0를 만족하도록 B를 함유하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 것이다.

또한, 그 제조방법은, 중량%로 C:0.01%이하, Si:2.0%이하, Mn:1.0%이하, Al:1.0%이하, S:0.008%이하, N:0.006%이하, P:0.2%이하, Sn:0.02-0.4%, W:0.03-0.5% 및 B/N:0.5-2.0를 만족하도록 B를 함유하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 스라브를 열간압연한 다음, 최종 두께까지 1회 또는 중간소둔을 포함한 2회의 냉간압연하고, 이어 650-850℃의 온도에서 최종소둔하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 응력제거소둔시 결정립을 성장시켜 철손을 낮추기 위한 여러 방안들을 검토한 결과, 미세한 AlN의 석출을 방지하는 것이 가장 효과적이며, 이를 위해서는 합금원소중 B과 W의 첨가가 효과적임을 알았다. B은 Al보다 높은 온도에서 질화물을 형성하므로 열연공정에서 스라브 가열에 의하여 고용상태로 존재하던 Al, B, N가 냉각시 BN으로 먼저 조대하게 석출되고 결과적으로 AlN의 미세석출은 줄어들어 응력제거소둔 동안에 입성장억제력이 감소하게 되는 것이다. 이를 위해서는 B의 첨가량이 질소와의 비로서 적절하게 첨가되는 것이 필요하다. 그리고, W은 강한 탄질화물 형성원소로서 AlN보다 우선적으로 형성되어 미세한 AlN의 석출을 방지하고, 고용탄소의 양도 감소시켜 응력제거소둔시 입성장을 촉진하는 역할을 한다. 그런데, B과 W을 첨가하게 되면 BN, W(C,N)의 석출물주위에 자기특성에 불리한 (111)면이 발달되어 자속밀도를 떨어뜨리는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점은 집합조직을 개선하는 탁월한 효과가 있는 Sn을 첨가하여 해결될 수 있다. 즉, Sn은 결정립계에 편석하여 최종소둔시 결정립계에서 우선적으로 핵생성되는 (111)면의 발달을 억제하고 입내에서 핵생성되는 (110)면의 발달을 촉진시켜 자속밀도를 향상시키는 작용을 한다.

이하, 본 발명의 제조방법에서 사용되는 소지금속 및 처리조건에서의 수치한정 이유에 대하여 설명한다.

상기 C는 0.01%를 넘으면 자기시효를 일으켜 철손을 열화시키므로 0.01%이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 Si는 비저항을 증가시켜 철손의 향상에 기여하는 원소이지만, Si가 2.0%를 넘는 제품은 대부분 응력제거소둔을 하지 않을 뿐만 아니라 응력제거소둔효과가 작으므로 2.0%이하로 한다.

상기 Mn은 철손개선에 유효한 원소이지만 1.0%를 넘으면 오히려 철손을 열화시키고 자속밀도도 저하시키므로 1.0%이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Al은 Si와 마찬가지로 철손향상에 기여하지만, 1.0%를 넘으면 냉간압연성이 나빠지므로 1.0%이하로 한다.

상기 S과 N는 철손개선에 유해한 개재물을 형성하여 소둔시 결정립성장을 방해하므로 각각 0.008% 및 0.006%이하로 첨가하는 것이 바람직하다

상기 P은 기계적강도 확보를 위하여 필요한 원소이지만 0.2%를 넘으면 냉간압연성이 나빠지므로 0.2%이하로 한다.

상기 B은 Al보다 높은 온도에서 질화물을 형성하므로 열연공정에서 스라브 가열에 의하여 고용상태로 존재하던 Al, B, N가 냉각시 BN으로 먼저 조대하게 석출되고, 결과적으로 AlN의 미세석출은 줄어들어 응력제거소둔동안에 입성장억제력이 감소하게 되는 것이다. 그런데, B/N이 0.5미만에서는 AlN의 유해성을 해소하기 어려운 반면 B/N이 2.0보다 커지면 고용 B이 증가하여 자기특성을 저하시킬 뿐만 아니라 Fe와 (B, C)의 복합화합물을 형성하여 오히려 입성장을 저해하고, 집합조직을 열화시켜 자기특성을 저조하게 만든다. 그러므로 B/N이 0.5-2.0범위를 만족하도록 B을 함유하는 것이 바람직하다.

상기 W은 강한 탄질화물 형성원소로서 AlN보다 우선적으로 형성되어 미세한 AlN의 석출을 방지하고, 고용탄소의 양도 감소시켜 응력제거소둔시 입성장을 촉진하는 역할을 한다. 그런데, W은 0.03%이상 첨가되어야 이러한 효과를 나타내고 0.5%이상 첨가되어도 이러한 효과는 포화될 뿐만 아니라 제조원가를 상승시키고, 자속밀도를 저화시키므로 W은 0.3-0.5%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Sn은 결정립계에 편석하여 최종소둔시 결정립계에서 우선적으로 핵생성되는 (111)면의 발달을 억제하고 입내에서 핵생성되는 (110)면의 발달을 촉진시켜 자속밀도를 향상시키는 작용을 한다. Sn의 이러한 효과가 발휘되기 위해서는 0.02%이상 필요한 반면, 0.4%이상이 되면 이러한 효과가 포화될 뿐만 아니라 냉간압연성이 나빠지고 제조원가도 상승되므로 Sn은 그 함량을 0.02-0.4%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

상기의 조성으로 이루어지는 스라브는 통상의 방법대로 열간압연하고, 이어 재결정온도이상으로 열연판소둔하는데, 이때 열연판소둔은 원가절감을 위해 생략하여도 무방하다. 상기와 같이 열간압연한 후 냉간압연하는데, 이때의 냉간압연은 1회 또는 2회 냉간압연 어떤 것이든 가능하며, 2회의 냉간압연의 경우 그 중간에 행하는 소둔 역시 재결정온도 이상에서 실시하면 된다.

상기와 같이 냉간압연한후 행하는 최종소둔은 650-850℃로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 최종소둔온도가 650℃미만이면 재결정이 완전하게 일어나지 않아 철손이 매우 높아지고, 특히 수요가에서의 타발가공성도 불량해지기 때문이다. 또한, 최종소둔온도가 850℃보다 높으면 통상적인 응력제거소둔온도에서 결정립성장이 거의 일어나지 않아 응력제거소둔후에 큰 철손감소를 기대할 수 없을 뿐만 아니라 비경제적이다. 상기와 같이 최종소둔된 전기강판은 수요가에서 타발가공된 후 통상의 방법으로 응력제거소둔하면 철손이 감소된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같은 성분을 갖는 규소강 스라브를 1150℃에서 가열하여 두께 1.8mm로 열간압연한 후 산세하여 스케일을 제거한 다음, 최종두께 0.50mm가 되도록 냉간압연하였다. 이 냉간압연판을 각각 700℃와 750℃의 온도에서 90초간 최종소둔한 후 이를 다시 750℃에서 2시간동안 질소분위기에서 응력제거소둔한후의 자기특성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, B와 W이 각각 단독으로 첨가된 비교재(2)와 비교재(4)은 비교재(1)에 비하여 철손은 조금 낮아졌으나, 자속밀도는 오히려 저하되었다. 한편, Sn이 첨가된 비교재(3)은 비교재(1)에 비하여 자속밀도는 향상되었으나 철손은 차이가 없었다. 그러나, Sn, B, W이 복합첨가된 발명재(1)은 비교재(1) 보다 철손과 자속밀도가 현저히 개선되었을 뿐 아니라, Sn과 W 두성분만 첨가된 비교재(5)에 비해서도 뛰어난 자기특성을 나타낸다는 사실을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 규소강 스라브의 성분 및 그 함량을 조정하여 응력제거소둔후 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제공함으로써 전기기기의 효율을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 중량%로 C:0.01%이하, Si:2.0%이하, Mn:1.0%이하, Al:1.0%이하, S:0.008%이하, N:0.006%이하, P:0.2%이하, Sn:0.02-0.4%, W:0.03-0.5% 및 B/N:0.5-2.0를 만족하도록 B를 함유하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 응력제거소둔후 철손이 낮은 무방향성 전기강판.
2. 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,

   중량%로 C:0.01%이하, Si:2.0%이하, Mn:1.0%이하, Al:1.0%이하, S:0.008%이하, N:0.006%이하, P:0.2%이하, Sn:0.02-0.4%, W:0.03-0.5% 및 B/N:0.5-2.0를 만족하도록 B를 함유하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 스라브를 열간압연한 다음, 최종 두께까지 1회 또는 중간소둔을 포함한 2회의 냉간압연하고, 이어 650-850℃의 온도에서 최종소둔하는 것을 특징으로 하는 응력제거소둔후 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.