KR100544610B1 - 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터, 트랜스포머와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.
본 발명은 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, C:0.006%이하, Si:2.0~3.5%, Mn:0.4%이하, P:0.01%이하, S:0.005%이하, Al:0.25~2.5%, N:0.003%이하,Sn:0.01~0.20, Ni:0.05~1.5%, Cu:0.01~0.5%, Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 가열하여 열간압연한 후, 750℃이하로 권취하고, 열연판소둔을 700~1050℃의 온도에서 실시한 다음, 산세 및 냉간압연하고, 또는 중간소둔을 포함한 2회냉간압연을 실시한 후, 최종 냉연판의 소둔시 5~25℃/sec의 승온(가열)속도로 가열하고, 900~1100℃의 온도에서 냉연판을 소둔하여 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 그 요지로 한다.
무방향성, 전기강판, 철손, 인, 알루미늄, 파단

Description

철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법{Method for Manufacturing Non-Oriented Electrical Steel Sheet with Low Iron Loss}
본 발명은 모터, 트랜스포머와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 전기기기에서 철심으로 가공되어 전기에너지가 운동에너지 등으로 변환되는데 사용되며, 이때 전량 운동에너지 등으로 원하는 용도로 사용되지 못하고 손실이 발생된다.
이러한 손실은 모터 전체의 손실중 철심에 의해 발생될 경우 철손으로 평가되어 진다.
무방향성 전기강판의 철손을 낮추는 방법으로는 특히, 일본공개특허 평7-145456호등에 제시되어 있는 바와 같이 강을 청정하게 하여 결정립을 성장시키는 방법을 들수 있다.
상기 방법들은 개재물의 크기를 제한하여 자성을 향상시키고 있으나, Mn량이 높아서 산화물 형성이 용이하하게 되어 산소를 낮게 관리하여야 하고, 또한 열간압연시 페라이트상과 오스테나이트상의 2상역에서 열간압연시 판형상이 나빠지는 문제점이 있다.
무방향성 전기강판의 철손을 낮추는 다른 방법으로는 기타 성분중 P를 높게 관리하는 방법, 그밖에 특수원소를 첨가하여 자성을 향상시키는 방법등이 있다.
대한민국특허 제92-18617호에는 성분중 특히 Sn, Ni, 및 Cu를 첨가하는 방법이 제시되어 있으며, 열간압연시 상변태가 일어나 페라이트상과 오스테나이트상의 2상역에서 열간압연시 판형상이 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 강 성분 및 제조조건을 적절히 제어하므로써 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서,
중량%로 C:0.006%이하, Si:2.0~3.5%, Mn:0.4%이하, P:0.01%이하, S:0.005%이하, Al:0.25~2.5%, N:0.003%이하, Sn:0.01~0.20, Ni:0.05~1.5%, Cu:0.01~0.5%, Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 가열하여 열간압연한 후, 750℃이하로 권취하고, 열연판소둔을 700~1050℃의 온도에서 실시한 다음, 산세 및 냉간압연하고, 또는 중간소둔을 포함한 2회냉간압연을 실시한 후, 최종 냉연판의 소둔시 5~25℃/sec의 승온(가열)속도로 가열하고, 900~1100℃의 온도에서 냉연판을 소둔하여 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 철손을 낮추기 위하여 성분중에서 자성에 영향을 미치는 인자중 Al의 양을 증가시키는 것이다.
상기 Al은 비저항을 증가시키는 원소이지만, Al을 증가시키면 압연시 판파단 등의 문제가 생기기 때문에 이를 해결해야 하는 것이 필요하다.
이에, 본 발명자들은 Si함량을 3.5%이하로 하고, 자성을 크게 향상시키는 Al을 첨가하되, 냉간압연중 판파단을 억제할 수 있는 방안을 찾고져 한 것이다.
그 결과, 냉간압연중 판파단의 억제가 성분중 P의 함량을 0.010%이하로 제한하므로써 가능하게 되었으며, 특히, 보다 낮은 철손을 얻기 위해서는 P의 함량을 0.005%이하로 제한하는 것이 바람직함을 인식하게 이른 것이다.
또한, 본 발명에 있어서 열간압연시 열간압연은 통상의 작업조건으로 실시하며, Mn량이 낮고 Si과 Al의 량을 증가시켜 상변태가 없이 안정적인 조건에서 작업가능하였다.
또한, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 냉연판 소둔시의 적정 소둔조건을 설정하였다.
이하, 본 발명의 강 성분 및 성분범위에 대한 한정이유에 대하여 설명한다.
상기 C은 최종제품에서 자기시효를 일으켜서 사용중 자기적 특성을 저하시키므로 슬라브에서는 0.006%이하로 하되, 제품에서는 0.003%이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 Si은 비저항을 증가시켜 철손중 와류손실을 낮추는 원소로서, 페라이트 단일상 열간압연을 위하여 2.0%이상 첨가하는 것이 바람직하고, 압연성을 고려하여 최대 3.5%까지 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 Mn은 너무 많이 첨가하면 O와 결합하여 미세한 석출물을 형성할 수 있으므로, 상기 상기 Mn의 함량은 0.4%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 P는 타발가공성을 향상시키기 위하여 일반적으로 첨가하기도 하지만 본 발명에 있어서는 Si량이 높아서 P에 의한 타발가공성 향상은 불필요하며, 냉간압연성 향상을 위하여 오히려 P를 0.01%이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 냉간압연성 및 자성향상을 위해서는 P를 0.001~0.005%범위로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기적 성질에 나쁜 영향을 미치므로 0.005%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 0.001%이하로 함유토록 한다.
상기 Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는 역할을 하는 원소로서, AlN의 미세한 석출물 형성을 억제하기 위하여 0.25%이상 첨가되며, 냉간압연성을 고려하여 최대 2.5%까지 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 N는 미세하고 긴 AlN석출물을 형성함으로 가능한 한 억제하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 0.003%이하로 제한 하는 것이 바람직하다.
상기 Sn은 결정립계에 편석하여 자성에 해로운(111)면의 생성을 억제하기 위하여 첨가되는 원소로서, 그 첨가량이 너무 적은 경우에는 첨가효과가 미비하고, 너무 많은 경우에는 냉간압연시 판파단 발생의 원인이 되므로, 상기 Sn의 함량은 0.01-0.20%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Ni은 비저항을 증가시키고 산화를 억제하기 위하여 첨가되는 원소로서, 그 첨가량이 너무 적은 경우에는 첨가효과가 미비하고, 너무 많은 경우에는 첨가효과의 증가가 적으므로, 상기 Ni의 함량은 0.05-1.5%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Cu는 내식성을 향상시키고 미세한 MnS 석출물 대신 조대한 Mn(Cu)S 석출물의 생성을 촉진시켜 결정립을 성장시키고 자성에 유리한 집합조직을 발달시키기 위하여 첨가되는 원소로서, 그 첨가량이 너무 적은 경우에는 그 첨가효과가 미비하고, 그 첨가량이 너무 많은 경우에는 열연판 표면에 균열을 발생시킬 수 있으므로, 상기 Cu의 첨가량은 0.01-0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.
상기와 같이 조성되는 강 슬라브는 제강공정에서 용융된 강으로 제조된 후 연속주조공정에서 강 슬라브로 응고시킨다.
응고된 슬라브는 가열로에 넣어서 가열후 열간압연하고, 750℃이하로 권취한다. 열간압연은 본 발명강의 성분범위에서는 모두 페라이트상이기 때문에 상변태에 의한 판형상불량은 발생하지 않는다.
상기 권취온도가 750℃이상이 되는 경우에는 표면이 산화되어 자기적 특성이 열화될 수 있으므로, 상기 권취온도는 750℃이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 권취냉각된 열연판은 700℃ 이상 1050℃이하의 온도에서 소둔한다.
이때 소둔분위기는 수소, 질소 또는 그 혼합분위기로 할 수 있다.
열연판 소둔시간은 10초이상 10시간 이내로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 10초 이하에서는 충분한 균질소둔이 되지 않으며, 10시간이상은 소둔의 효과가 그 이상 향상되지 않기 때문이다.
상기 열연판 소둔온도가 700℃미만에서는 열연판의 조직이 균질하지 못하며, 1000℃를 초과하는 경우에는 결정립이 과도하게 성장되어 냉간압연시 판파단이 일어나기 쉬우므로, 상기 열연판 소둔온도는 700℃ - 1050℃로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 열연판은 산세후 열연판소둔을 실시할 수 있다.
즉, 상기와 같이, 권취된 열연판의 소둔은 산세전에 또는 산세후에 행해질 수 있다.
상기와 같이 소둔후 산세된 열연판 또는 산세후 소둔된 열연소둔판을 통상적인 방법에 따라 냉간압연을 행한 후, 냉간압연판을 소둔한다.
상기 냉간압연판의 소둔은 초당 5~25℃의 승온속도로 가열한 후 소둔온도 900~1100℃에서 10초 내지 5분간 실시한다.
상기 소둔온도가 900℃ 보다 낮으면 결정립성장이 미흡하고, 1100℃ 보다 높으면 판형상이 나빠지므로, 상기 소둔온도는 900~1100℃로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 승온속도가 초당 5℃미만인 경우에는 결정립의 성장이 적어서 철손이 나빠지고, 승온(가열)속도가 초당 25℃를 초과하는 경우에는 제품의 판형상이 나빠지므로, 상기 승온속도는 초당 5~25℃로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 소둔분위기는 수소, 질소 또는 그 혼합분위기로 할 수 있으며, 산소가 함유되 지 않는 비산화성분위기에서 실시한다.
한편, 2회냉간압연재는 1차냉간압연후 중간소둔을 실시후 2차냉간압연을 실시하고 최종소둔을 실시한다.
최종소둔판은 절연피막을 도포하여 수요가로 출하된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
하기 표 1과 같은 성분을 갖는 강 슬라브를 연속주조하여 제조하고, 1150℃에서 재가열하고, 2.0mm로 열간압연하고 하기 표 2에서와 같이 대기중에서 권취후 열연판을 소둔하고 산세하였다.
다만 발명재 1은 열연판을 산세후 수소분위기에서 권취하고 열연판을 소둔하였다. 하기 표 1에서 비교강(a)는 발명강 대비 P가 높으며, 비교강(b)는 발명강 대비 Al이 낮았으며, 비교강(c)는 발명강 대비 Mn이 높은 것이다.
상기와 같이 소둔된 열연판은 0.50mm의 두께로 냉간압연하고 최종소둔하였다.
냉연판을 최종소둔시 소둔분위기는 수소30%와 질소 70%의 분위기에서 30초간 실시되었다.
상기와 같이 소둔된 소둔판을 절단한 후 자기적 특성 및 결정립 크기를 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
강 종 C Si Mn P S Al N Sn Ni Cu
발명강a 0.003 3.13 0.20 0.003 0.0015 1.21 0.0013 0.12 0.18 0.09
발명강b 0.003 3.12 0.21 0.004 0.0015 0.75 0.0013 0.05 0.45 0.18
발명강c 0.003 3.12 0.21 0.004 0.0008 1.60 0.0012 0.10 0.20 0.10
비교강a 0.003 3.12 0.21 0.015 0.0014 1.20 0.0013 0.10 0.20 0.18
비교강b 0.003 3.13 0.20 0.004 0.0015 0.20 0.0013 0.10 0.45 0.10
비교강c 0.003 3.12 1.1 0.004 0.0016 1.21 0.0012 0.10 0.20 0.20
시료번호 열연판 권취온도(℃) 열연판 소둔온 도(℃) 열연판 소둔시 간(분) 냉연판파단 냉연판 가열속도 (℃/sec) 냉연판 소둔온도 (℃) 냉연판 소둔시간(초) 철손 (W15/50) W/kg 강 종
비교재1 800 1000 2 8 1050 60 2.52 발명강a
비교재2 650 1100 2 파단 8 1050 60 2.43 발명강a
비교재3 650 1000 2 35 1050 60 2.51 발명강a
비교재4 650 1000 2 8 850 60 2.65 발명강a
발명재1 700 720 360 8 1050 60 2.12 발명강a
발명재2 700 1000 2 22 1050 60 2.35 발명강a
발명재3 650 1000 2 8 1050 120 2.28 발명강a
발명재4 550 950 5 9 1000 180 2.25 발명강a
발명재5 650 950 20 9 1070 60 2.17 발명강a
발명재6 650 1000 2 8 1050 60 2.22 발명강b
발명재7 650 1000 2 8 1050 60 2.18 발명강c
비교재5 650 1000 2 8 1050 60 2.61 비교강a
비교재6 650 1000 2 8 1050 60 2.55 비교강b
비교재7 650 1000 2 8 1050 60 2.52 비교강c
상기 표 2에서 W15/50 는 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때의 발생되는 손실로서 철손이다.
상기 표 2에서의 비교재(1)은 열간압연후 권취온도가 본 발명 대비 높은 것이고, 비교재 (2)는 열연판소둔온도가 과도하게 높은 것으로서 판파단이 발생되고, 비교재(3)은 냉연판을 소둔시 시 승온속도가 너무 크고, 비교재(4)는 냉연판소둔온도가 너무 낮아서 철손이 높게 나타남을 알 수 있다.
반면에, 본 발명의 강조성 및 제조조건으로 제조된 발명재(1-7)의 경우에는 철손이 낮게 나타남을 알 수 있다.
(실시예 2)
중량%로 C:0.0025%, Si:2.8%, Mn:0.21%, P:0.004%, S:0.0012%, Al:1.21%, N:0.0013%, Sn:0.10%, Ni:0.21%, Cu:0.20%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 재가열한후 열간압연시 압연온도가 900℃로 하고 1.8mm의 두께로 열간압연하고, 620℃온도에서 권취한 후, 980℃에서 열연판을 소둔 및 산세하고, 0.70mm의 두께로 1차냉간압연하였다.
상기와 같이 1차 냉간압연된 냉연판은 소둔온도 920℃에서 1분간 수소 25%와 질소75%의 분위기에서 중간소둔하였다.
상기와 같이 중간소둔된 판은 0.35mm의 두께와 0.20mm의 두께로 2차냉간압연하였다.
상기와 같이 2차 냉간압연된 냉연판은 가열속도 9℃/sec의 가열(승온)속도로 소둔온도 920℃까지 가열하고, 이 온도에서 2분간 수소25%와 질소75%의 분위기에서 최종소둔하고 철손을 조사한 결과, 판의 두께가 0.35mm인 경우에는 철손(W15/50)이 2.02W/kg이었고, 판의 두께가 0.20mm인 경우에는 철손(W15/50)이 1.95W/kg이었다.
(실시예 3)
중량%로 C:0.0035%, Si:3.3%, Mn:0.19%, P:0.006%, S:0.0015%, Al:1.35%, N:0.0009%, Sn:0.09%, Ni:0.15%, Cu:0.10%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃로 재가열하고 1.8mm의 두께로 열간압연하고, 산세한 후, 750℃온도에서 5시간 수소분위기에서 소둔후 0.35mm의 두께로 냉간압연하였다. 최종소둔은 가열속도 15℃/sec의 가열속도로 소둔온도 920℃까지 가열하고, 그 온도에서 3분간 수소 30%와 질소70%의 분위기에서 실시되었다.
상기 소둔판에 대하여 철손을 측정한 결과, 철손(W15/50)은 1.96W/kg이었다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서,
    중량%로 C:0.006%이하, Si:2.0~3.5%, Mn:0.4%이하, P:0.01%이하, S:0.005%이하, Al:0.75~2.5%, N:0.003%이하,Sn:0.01~0.20, Ni:0.05~1.5%, Cu:0.01~0.5%, Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 가열하여 열간압연한 후, 750℃이하로 권취하고, 열연판소둔을 700~1050℃의 온도에서 실시한 다음, 산세 및 냉간압연하고, 또는 중간소둔을 포함한 2회냉간압연을 실시한 후, 최종 냉연판의 소둔시 5~25℃/sec의 승온(가열)속도로 가열하고, 900~1100℃의 온도에서 냉연판을 10초 - 5분동안 소둔하는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법
  2. 제1항에 있어서, P의 함량이 0.001-0.005%인 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열연판 소둔이 700~1050℃의 온도에서 10초 - 10시간동안 행해지는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열연판 소둔이 산세후에 행해지는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법
  5. 제3항에 있어서, 열연판 소둔이 산세후에 행해지는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법
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