KR100544416B1 - 자속밀도가높고철손이낮은무방향성전기강판및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전기나 변압기의 철심재료로 널리 사용되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이며; 그 목적은 기존의 강중에 Sn첨가와 P함유량제어 및 열간압연공정중 권취온도의 적절한 제어에 의하여 집합조직을 자기특성에 유리하게 발달시켜 자속밀도가 높을 뿐만 아니라 철손도 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C:0.01%이하, Si:0.1-1.5%, Mn:0.1-1.0%, Al:0.1-1.0%, Sn:0.02-0.4%, P:0.015%이하, S:0.01%이하, N:0.01%이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 무방향성 전기강판 및 상기와 같이 조성되는 규소강 스라브를 열간압연하고 이어 권취한 후 1회 또는 2회의 냉간압연한 다음 최종소둔하여 이루어지는 자속밀도가 높고 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

자속밀도가 높고 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 회전기나 변압기의 철심재료로 널리 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 자속밀도가 높고 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 크게 분류하여 고급, 중급, 저급의 3가지가 있으며, 현재 수요가 증가되고 있는 중, 소형 전기기기에는 가격이 싸고, 자속밀도가 높은 중·저급 무방향성 전기강판이 주로 사용되고 있다. 이러한 기기에는 에너지 절감의 측면에서 저철손화가 요구되는 반면, 기기의 소형화측면에서 고자속밀도가 요구된다. 무방향성 전기강판의 철손은 이력손실과 와전류손실로 이루어지는데, 이력손실은 철심재료의 결정방위, 순도, 내부응력 등의 영향을 받는 반면에 와전류손실은 철심재료의 두께, 비저항, 자구의 구조등의 영향을 받는다. 상기의 이력손실은 총철손의 70-80%을 차지하므로 이력손실의 감소는 철손을 낮출 수 있는 중요한 요건의 하나이다. 이러한 이력손실은 결정립크기에 역비례하므로 결정립크기를 크게하면 철손이 낮아지게 된다. 또한, 무방향성 전기강판의 자기특성은 집합조직에 의해서도 영향을 받는데, 자화용이축인〈100〉방향이 판면에 평행한 결정립이 많을수록 자기특성이 향상된다. 그러므로 자화용이축을 포함하지 않는 (222),(211)면보다는 (200),(110)면이 많은 철심재료를 만드는 것이 자속밀도를 높이고, 철손을 낮추어 에너지효율을 높일 수 있는 방법이다.

무방향성 전기강판의 철손을 감소시키기 위한 종래방법으로는 전기저항증가에 의한 와전류손실의 감소차원에서 Si 또는 Al의 함유량을 높이는 방법을 사용하여 왔다. 그러나, 이 방법으로는 자속밀도의 저하를 피할 수 없는 문제점이 있다. 또다른 방법들로, 일본공개 특허공보 (소) 61-231120호에 기재된 바와 같이, C, S, O, N 등의 불순물 감소에 따른 고청정강화 및 최종소둔전 냉간압연율을 적정범위로 제어하는 방법 및 일본공개 특허공보(소) 호에 기재된 바와 같이, 최종소둔조건을 제어하는 방법등이 제안되었다. 그러나, 상기의 방법들은 철손을 감소시키는 데에는 효과가 있으나 자속밀도를 높이는데는 그다지 효과적이지 않다.

자속밀도를 높이기 위한 방법으로는 일본공고 특허공보(소) 56-22931호에 기재된 바와 같이, 압연과 소둔조건을 제어하여 집합조직을 자기특성에 유리하게 개선하는 방법이 있으나, 압연과 소둔조건의 최적화에 의한 집합조직의 개선여지는 작기 때문에 이 방법에 따른 자속밀도의 향상정도에는 한계가 있다. 그외에 일본공고 특허공보(소)56-54370호에 기재된 것처럼 Sb과 같은 합금원소를 첨가하여 자속밀도를 향상시킨 경우도 있었으나, Sb은 최종소둔시 결정립계에 편석하여 결정립의 성장을 방해하므로 철손을 오히려 높이는 단점이 있다.

최근 전기기기의 에너지 절감뿐만 아니라 소형화에 대한 요구가 매우 강하고 이러한 전기기기의 소형화에는 자속밀도의 향상이 필요하지만 종래의 기술로 제조된 무방향성 전기강판으로는 상기의 요구를 충족시키는 것이 불가능하다.

따라서, 본 발명자들은 집합조직을 개선시킬 뿐만 아니라 결정립을 크게 성장시킬 수 있는 여러 가지 방법에 대하여 연구와 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하는 것이다.

즉, 본 발명은 기존의 강중에 Sn첨가와 P함유량제어에 의해 집합조직을 자기특성에 유리하게 하여 자속밀도가 높을 뿐만 아니라 철손도 낮은 무방향성 전기강판을 제공하는데, 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명의 다른 목적은 적절한 제조조건으로 집합조직을 자기특성에 유리하게 발달시켜 자속밀도가 높을 뿐만 아니라 철손도 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무방향성 전기강판은 중량%로 C:0.01%이하, Si:0.1-1.5%, Mn:0.1-1.0%, Al:0.1-1.0%, Sn:0.02-0.4%, P:0.015%이하, S:0.01%이하, N:0.01%이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성된다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무방향성 전기강판의 제조방법은 중량%로 C:0.01%이하, Si:0.1-1.5%, Mn:0.1-1.0%, Al:0.1-1.0%, Sn:0.02-0.4%, P:0.015%이하, S:0.01%이하, N:0.01%이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 스라브를 열간압연하고 이어 660℃이상의 온도에서 권취한후 1회 또는 2회의 냉간압연한 다음 최종소둔하여 이루어진다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 자기특성에 유리하게 집합조직을 개선시킬 수 있는 여러 가지 조건을 검토한 결과, Sn을 첨가하면 (222)면의 발달은 억제되는 반면, (110)면의 발달은 촉진되므로 자속밀도의 향상은 꾀할 수 있으나, Sn이 결정립계에 편석하여 최종소둔시 결정립성장을 억제시키므로 철손은 오히려 증가된다는 사실을 발견하였다. 이에, 본 발명자들은 Sn첨가에 따른 단점을 상쇄할 수 있는 성분계를 집중적으로 검토하여 P가 자기특성에 미치는 영향을 규명함으로써 P함량의 제어를 통하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있었다. 이제까지는 무방향성 전기강판에서 P는 타발가공성만을 향상시킬 목적으로 0.02-0.2%범위에서 첨가되었고, 자기특성측면에서는 전혀 고려된 바가 없었으나, 본 발명자들은 P가 열간압연공정에서 부터 결정립계에 편석하여 재결정을 지체시켜 재결정을 어렵게 할 뿐만 아니라 집합조직측면에서도 (222)면은 발달시키고, (110)면은 발달을 억제시켜 매우 나쁜 영향을 미치는 원소임을 발견하였다. 따라서, 본 발명은 Sn첨가와 P함량의 제어를 통하여 자속밀도가 높고 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제공하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명에서 성분범위를 한정한 이유에 대하여 설명한다.

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

상기 Si는 전기저항을 증가시켜 철손의 감소시키는데, 이를 위해서는 0.1%이상이 요구되나, 1.5%를 넘으면 자속밀도가 저하되고 냉간압연성이 나빠질 뿐만 아니라 제조원가가 상승하므로 0.1-1.50%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 전기저항을 증가시켜 철손을 감소시키고, 열간가공성을 향상시키기 위해 0.1%이상 첨가하는 것이 필요하나, 1.0%를 넘으면 자속밀도가 저하될 뿐만 아니라 제조원가를 상승시키므로 0.1-1.0%로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Al은 Si와 같이 철손의 향상과 미세한 AlN의 석출을 방지하가 위하여 0.1%이상 첨가하는 것이 필요하나, 1.0%를 넘으면 자속밀도가 저하되고 냉간압연성이 나빠지므로 0.1-1.0%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 Sn은 결정립계에 편석하여 최종소둔시 결정립계에서 우선적으로 핵생성되는 (222)면의 발달을 억제하고 입내에서 핵생성되는 (110)면의 발달을 촉진시키는 작용을 한다. Sn의 이러한 효과가 발휘되기 위해서는 0.02% 이상 필요한 반면, 0.4%이상이 되면 이러한 효과는 포화될 뿐만 아니라 결정립성장을 억제시키는 효과가 점점 커지고 제조원가도 상승되므로 0.02-0.4%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 P은 무방향성 전기강판의 타발가공성을 향상시키기 위한 목적으로 0.02%에서 최대 0.2%까지 첨가되어 왔다. 그러나, 자기특성측면에서는 열간압연 공정부터 결정립계에 편석하여 재결정을 지체시켜 결정온도를 높일 뿐만 아니라 최종 소둔시에도 결정립성장을 방해한다. 또한, (222)면의 발달은 조장하고 (110)면의 발달은 억제하여 집합조직에도 매우 나쁜 영향을 미치는 원소임이 밝혀졌다. 따라서, P의 이러한 나쁜 영향을 최소화시키고 Sn첨가에 의한 결정립성장억제 효과를 상쇄하기 위해서는 최대 0.015%로 한정한다.

상기 S과 N는 개재물을 형성하고 소둔시 결정립성장을 방해하여 철손을 열화시킬 뿐만 아니라 집합조직에 나쁜 영향을 미쳐 자속밀도도 저하시키므로 각각 0.01%이하로 제한한다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기의 조성으로 이루어지는 규소강 스라브를 재가열하고 열간압연압연한 후 통상적인 조건인 700℃ 전후에서 권취해도 무방하지만, 보다 바람직하게는 750℃이상의 온도에서 권취하는 것이다. 권취온도를 750℃이상에서 하면 집합조직의 개선에 의하여 자속밀도를 크게 향상시킬 수 있고, 이력손실의 감소에 따라 철손도 크게 개선시킬 수 있다. 무방향성 전기강판의 경우 재결정온도가 700℃미만이므로 750℃에서 권취하면 열간압연판의 미세조직이 완전히 재결정될 뿐만 아니라 결정립이 조대하게 성장되므로 최종제품의 집합조직이 자기특성에 유리하게 발달되고 결정립도 그 만큼 커지게 된다. 상기와 같이 권취된 열연판은 열연판소둔을 재결정온도이상에서 실시하면 되고, 원가절감을 위해 이를 생략하여도 무방하다.

상기와 같이 처리된 열연판은 냉간압연하는데, 이때의 냉간압연이 1회 또는 2회 냉간압연 어떤 것이든 가능하며, 2회의 냉간압연경우 그 중간에 행하는 소둔 역시 재결정온도 이상에서 실시하면 된다.

상기와 같이 냉간압연한 다음 최종소둔하는데, 이때 결정립성장을 촉진시키고 집합조직을 자기특성에 유리하게 발달시키기 위하여 700-1000℃에서 10초-10분간 연속소둔을 행하는 것이 보다 바람직하다. 그 이유는 소둔온도가 700℃미만이거나 소둔시간이 10초 미만이면 결정립성장이 미흡하여 철손이 나빠진다. 또한, 소둔온도가 1000℃이상이면 상변태가 일어나 자기특성이 열화되고, 소둔시간이 10분 이상이면 자속밀도가 저하될 뿐만 아니라 결정립성장에 따른 더 이상의 철손감소도 기대할 수 없기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예 1

하기 표 1과 같은 조성을 갖는 규소강 스라브를 1210℃에서 가열한 후 두께 2.2mm로 열간압연하여 660℃에서 권취하였다. 이를 산세하여 최종두께가 0.5mm가 되도록 냉간압연하여 850℃에서 2분간 최종소둔한 후 자기특성을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 1 및 2에서 알 수 있듯이, P함량만 본 발명의 범위내에 있는 비교강(2)와 비교강(3)은 비교강(1)에 비하여 자속밀도의 상승효과가 뚜렷하지 않고, Sn만 본 발명의 범위내에 있는 비교강(4)는 비교강(1)에 비해 자속밀도는 향상되었으나 철손은 오히려 높아졌다. 이에 반해, Sn과 P과 본 발명의 범위에 속하는 발명강(1)은 비교강(1)에 비해 자속밀도가 현저히 높을 뿐만 아니라 철손도 낮다는 사실을 알 수 있다.

실시예 2

상기 표 1의 발명강(5)의 조성을 갖는 규소강 스라브를 1210℃에서 가열하여 두께 2.2mm로 열간압연하고, 이어 권취온도를 660℃와 800℃의 두 조건으로 하여 권취한 다음 염산용액으로 산세하여 스케일을 제거한 후 최종두께가 0.5mm가 되도록 냉간압연하고, 850℃에서 2분간 최종소둔한 후 자기특성을 측정하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 권취온도를 800℃로 한 발명재(3)이 발명재(2)에 비하여 자속밀도와 철손특성이 더욱 개선되었음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 규소강 스라브의 성분 및 그 함량을 조정함과 동시에 열간압연조건을 제어하여 자속밀도가 높고 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공함으로써 전기기기의 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 기기를 소형화 시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,

   중량%로 C:0.01%이하, Si:0.1-1.5%, Mn:0.1-1.0%, Al:0.1-1.0%, Sn:0.02-0.4%, P:0.015%이하, S:0.01%이하, N:0.01%이하 및 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 스라브를 열간압연하고, 이어 750℃이상의 온도에서 권취한 후 1회 또는 2회의 냉간압연한 다음, 825-1000℃에서 10초-10분간 최종소둔하는 것을 특징으로 하는 자속밀도가 높고 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 권취한 후 열연판 소둔함을 특징으로 하는 자속밀도가 높고 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.