KR100544531B1

KR100544531B1 - 자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100544531B1
Application number: KR1020000079247A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 이원걸
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2006-01-24
Also published as: KR20020049922A

Abstract

본 발명은 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 강 성분 중 산소의 농도를 제어하고 냉간압연후 소둔조건을 적절히 설정함으로써, 자속밀도를 향상시킬 수 있는 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, C:0.006%이하, Si:1.5%이하, Mn:0.6%이하, P:0.15%이하, S:0.015%이하, Sol.Al:0.005%이하, N:0.0040%이하, O:0.0040%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 열간압연판을 600~800℃의 온도로 권취하고, 산세 및 냉간압연한 다음, 소둔시 가열온도를 650~950℃로 하고 가열속도를 10~40℃/sec로 하여 30초 이하로 소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 기술적 요지로 한다.

무방향성 전기강판, O, Al, 자속밀도, 냉연판 소둔

Description

자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET WITH EXCELLENT MAGNETIC FLUX DENSITY}

본 발명은 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강중 산소농도를 제어하여 청정강으로 제조함으로써 우수한 자속밀도를 얻을 수 있는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기기기에서는 철심에 동선을 감아 전기를 부가하여 자속밀도를 유기하는데, 이와 같은 철심에 사용되는 무방향성 전기강판에서는 높은 자속밀도가 요구된다. 즉, 철심의 재료인 무방향성 전기강판의 자속밀도가 높으면, 동선을 적게 감을 수 있고 철심의 량을 적게 할 수 있어서, 철심량이나 동선량이 줄일 수 있고, 이로 인해, 에너지 손실을 크게 줄 일 수 있다. 특히, 소형 모터 또는 변압기에서는 자속밀도가 높으면 그 효과가 크다.

한편, 현재까지 무방향성 전기강판에서 자속밀도를 높이기 위한 여러 기술들이 제시되어 왔는데, 일례로 일본특개소63-137122호에서는 냉간압연판을 소둔한 후 10℃/sec의 속도로 냉각하는 방법을 제시하였다. 그러나, 이 기술에서는 냉각장치가 길어야하므로 한정된 공간에서는 어렵고 또한 생산성도 떨어지는 문제가 있다.

또 다른 일례로, 일본특개소61-136626호에서는 냉간압연판을 최종소둔시 소둔속도를 5℃/sec이상으로 실시하는 방법을 제공하고 있다. 그러나, 이 기술에서는 Al을 첨가하여야 하며, 열간압연후 권취온도를 600℃이하로 하기 때문에, 급냉에 의해 판형상이 나빠질 수 있다.

이에, 본 발명자들은 상기한 종래 방법들의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 강 성분 중 산소의 농도를 제어하고 냉간압연후 소둔조건을 적절히 설정함으로써, 자속밀도를 향상시킬 수 있는 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, C:0.006%이하, Si:1.5%이하, Mn:0.6%이하, P:0.15%이하, S:0.015%이하, Sol.Al:0.005%이하, N:0.0040%이하, O:0.0040%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 열간압연판을 600~800℃의 온도로 권취하고, 산세 및 냉간압 연한 다음, 소둔시 가열온도를 650~950℃로 하고 가열속도를 10~40℃/sec로 하여 30초 이하로 소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명자들은, 무방향성 전기강판에서 철손을 낮추고 자속밀도를 높게 하기 위한 방법에 대하여 연구하던 중, 강중 산소함량을 제어하여 개재물의 형성을 방지하면 자성에 유리한 집합조직인 (200)면과 (110)면을 잘 형성시킬 수 있다는 것을 알게 되었다. 또한, 자속밀도에 영향을 미치는 공정을 찾기 위한 여러 실험 결과, 최종 마무리 공정인 냉연판 소둔공정이 자성에 영향을 미치는 집합조직의 형성에 관여함을 알아내고, 본 발명을 완성시킨 것이다.

이하, 강성분 및 제조공정에 대하여 설명한다.

C는 최종제품에서 자기시효를 일으켜 사용중 자기적 특성을 저하시키므로, 슬라브에서는 0.006% 이하로 하고, 필요시 탈탄소둔을 실시하여 최종제품에서는 0.005% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

Si은 비저항을 증가시켜 철손중 와류손실을 낮추는 원소로, 그 함량은 1.5% 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 Si의 함량이 1.5%보다 많이 첨가되면 자성향상을 위해 Al을 첨가해야 하기 때문이다.

Mn은 S과 결합하여 미세한 석출물인 MnS를 형성하므로, 0.6% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

P는 비저항을 증가시키고, 자성에 유리한 집합조직을 형성하는 원소로서, 타발가공성 향상을 위해 0.15% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

S은 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기특성에 나쁜 영향을 미치므로, 가능한 낮게 함유되는 것이 바람직하다. 따라서, 그 함량은 0.015% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는 역할을 하지만, 강중 N와 결합해 미세한 석출물인 AlN을 만들어 자성을 저해하는 원소이다. 즉, 상기 AlN석출물은 결정립의 성장을 억제할 뿐만 아니라 자성에 유리한 집합조직을 저해하기 때문에, 강중 Al의 함량을 낮추어 AlN석출물을 형성을 방지해야 한다. 상기 Al의 함량은, 실제 Al은 용융되어 있는 Al의 량, 즉 가용성 Al(또는 Sol.Al)의 량으로 설정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 Al₂O₃ 혹은 이미 형성된 AlN 보다는 금속 모재내에 잔존하는 Sol.Al의 량이 얼마나 있는가가 자성을 제어하는 중요 인자가 되기 때문이 다. 따라서, 상기 Sol.Al의 함량은 0.005% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

N도 미세하고 긴 AlN 석출물을 형성하기 때문에, 가능한 억제하여 0.004% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 강중 O의 함량을 산소량을 가능한 적게 제어하는데 그 특징이 있다. 즉, 강중 O농도를 제어하지 않으면 강중의 산화되기 쉬운 Al, Si, Mn, Fe등이 O와 결합해 Al₂O₃, SiO₂, MnO, FeO 등의 산화물을 형성하여 미세한 석출을 형성할 수 있기 때문이다. 이와 같은 미세한 개재물이 강중 다량 존재하면 결정립 성장을 억제하여 집합조직을 저해하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에서는 상기 O의 함량을 0.0040%이하로 제어하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 강 성분을 갖는 열연강판을 600~800℃의 온도로 권취하여 AlN과 MnS 등 자성에 해로운 석출물이 조대하게 성장하는 것을 막는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 권취온도가 600℃ 미만이면 열연판 내부의 석출물 크기가 작고, 800℃ 보다 높으면 권취작업이 어려워 열연판 형상이 나빠지기 때문이다.

상기에서 권취된 열연 코일을 공냉한 다음, 열연판소둔을 실시하지 않거나 또는 800~1100℃의 범위로 열연소둔한 후 산세하고 냉간압연하는데, 상기 냉간압연은 1회 냉간압연법으로 하여 최종 제품으로 한다. 상기 열연판 소둔을 실시하는 경 우, 그 온도가 800℃ 미만이면 결정립이 충분히 성장하지 않아 소둔효과가 적으며, 1100℃ 이상이면 판형상이 나빠져 압연작업성이 나빠지는 문제가 있다.

한편, 슬라브 성분 중 C성분이 높은 경우에는 탈탄소둔을 실시할 수 있다.

그 다음, 상기 냉간압연판을 소둔하는데, 가열온도는 650~950℃로 하고 가열속도는 10~40℃/sec로 설정하여 30초 이하 동안 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 소둔시 가열온도가 650℃ 미만이면 결정립 성장이 미흡하고, 950℃보다 높으면 표면온도가 과다하게 높아 판 표면에 표면 결함이 발행할 수 있고 자성도 나빠질 수 있기 때문이다. 또한, 상기 소둔시 가열속도가 10℃/sec 미만이면 집합조직이 잘 발달되지 않고, 40℃/sec 보다 빠르면 제품의 판 형상이 나빠지고 집합조직도 저조해진다. 따라서, 상기 소둔시 가열속도를 10~40℃/sec로 설정하고 30초 이하 동안 실시하면, 소둔판의 집합조직을 자성에 유리한 (200),(110)으로 할 수 있어서, 높은 자속밀도를 얻을 수 있다.

한편, 소둔 분위기는 수소, 질소 또는 그들의 혼합분위기로 할 수 있다.

상기 소둔판은 절연피막처리후 수요가로 출하되는데, 상기 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기 복합피막으로 할 수 있으며, 기타 절연이 가능할 피막제를 입힐 수도 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예 1)

하기 표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 1200℃에서 가열하고, 2.5mm로 열간압연한 후, 0.50mm의 두께로 냉간압연한 다음, 하기 표 2의 조건으로 소둔하였다. 이 때, 냉연판소둔 분위기는 수소30%와 질소 70%의 혼합분위기였다.

이후, 상기와 같이 냉연소둔된 소둔판을 절단하고, 자기적 특성 및 집합조직강도를 조사하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

이 때, B₅₀는 50Hz에서 5000A/m로 자기장을 부가했을 때의 유기되는 자속밀도를 나타내며, (200), (110)면 집합조직강도는 홀타수식에 의한 (200)면과 (110)면의 면강도를 나타낸다.

강 종	C	Si	Mn	P	S	Sol.Al	N	O
발명강1	0.002	0.45	0.30	0.075	0.002	0.0007	0.0014	0.0015
발명강2	0.002	0.44	0.31	0.076	0.002	0.0006	0.0015	0.0025
발명강3	0.002	0.45	0.29	0.075	0.002	0.0005	0.0013	0.0015
비교강1	0.002	0.46	0.30	0.075	0.002	0.0080	0.0015	0.0014
비교강2	0.002	0.45	0.32	0.020	0.002	0.0007	0.0015	0.0053
비교강3	0.002	0.44	0.31	0.075	0.002	0.004	0.0015	0.0048

구분	냉연판 소둔조건			자기특성			강종
구분	소둔온도 (℃)	소둔속도 (℃/s)	소둔시간 (초)	자속밀도 (B₅₀) Tesla	(200)면 집합조직강도	(110)면 집하조직강도	강종
발명재1	800	15	10	1.84	1.12	1.54	발명강1
발명재2	900	20	10	1.83	1.25	1.65
발명재3	900	20	20	1.84	1.32	1.21
발명재4	900	20	5	1.85	1.45	1.15
발명재5	650	15	10	1.83	1.25	1.30	발명강2
발명재6	800	20	10	1.82	1.23	1.25	발명강2
발명재7	800	20	10	1.83	1.31	1.20	발명강3
비교재1	800	20	40	1.80	0.95	1.10
비교재2	800	20	60	1.78	0.62	0.92
비교재3	800	20	10	1.75	0.45	0.78	비교강1
비교재4	800	20	10	1.76	0.33	0.65	비교강2
비교재5	800	20	10	1.77	0.39	0.69	비교강3

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 발명강(1)~(3)을 이용하여 제조된 발명재(1)~(7)의 경우에는, 모두 자속밀도가 1.82Tesla 이상이고, (200),(110)면의 집합조직 강도도 높은 값을 나타내는 것을 알 수 있다.

반면, 발명강(3)을 이용하였으나, 냉연판 소둔시간이 30초 이상인 비교재(1),(2)의 경우에는 집합조직이 저조하였다.

또한, Sol.Al의 함량이 높은 비교강(1)로 제조된 비교재(3), O의 함량이 많은 비교강(2),(3)으로 제조된 비교재(4),(5)의 경우에는 자속밀도 뿐 아니라 집합조직 강도도 낮은 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

중량%로, C:0.0019%, Si:0.93%, Mn:0.25%, P:0.009%, S:0.0042%, Sol.Al:0.0005%, N:0.0011%, O:0.0020% 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1160℃로 가열한 후 2.1mm의 두께로 열간압연하고, 750℃온도에서 권취하고 냉 각후, 열연판을950℃에서 3분간 소둔하고 0.5mm의 두께로 냉간압연하였다. 그 후, 상기 냉연판을 15℃/sec의 속도로 950℃의 온도에서 10초간 수소40%와 질소60%의 분위기에서 소둔하였다. 소둔후 연속하여 유무기복합의 절연피막을 입힌 후 절단하였다.

이와 같이 하여 제조된 냉연판에 대하여 자기적 특성을 평가하기 위하여, 철손(W_15/50) 및 자속밀도(B₅₀)를 측정한 결과, 철손은3.95W/kg, 자속밀도는 1.81Tesla이었다. 또한, (200)면의 집합조직강도는 1.35였다.

(실시예 3)

중량%로 C:0.0029%, Si:0.17%, Mn:0.27%, P:0.079%, S:0.0035%, Sol.Al:0.0007%, N:0.0015%, O:0.0025% 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1260℃로 가열한 후 열간압연하여 2.5mm의 두께로 열간압연하고, 750℃온도에서 권취하고 냉각였다. 냉연판은 소둔속도 30℃/sec의 소둔속도로 소둔온도 800℃에서 20초간 수소40%와 질소60%의 분위기에서 소둔하였다. 소둔후 연속하여 유무기복합의 절연피막을 입힌후 절단하였다.

이와 같이 하여 제조된 냉연판에 대하여 자기적 특성을 평가하기 위하여, 철손(W_15/50) 및 자속밀도(B₅₀)를 측정한 결과, 철손은5.55W/kg, 자속밀도는 1.84Tesla이었다. 또한, (200)면의 집합조직강도는 1.29이었다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 무방향성 전기강판 성분계에서 O성분의 제어를 통해 개재물을 제거하여 자성에 유리한 집합조직을 성장시킴으로써, 높은 자속밀도가 요구되는 소형 모터 또는 변압기 등에 적용할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로, C:0.006%이하, Si:1.5%이하, Mn:0.6%이하, P:0.15%이하, S:0.015%이하, Sol.Al:0.003%이하, N:0.0040%이하, O:0.0040%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 열간압연판을 600~800℃의 온도로 권취하고, 산세 및 냉간압연한 다음, 소둔시 가열온도를 650~950℃로 하고 가열속도를 10~40℃/sec로 하여 30초 이하로 소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.