KR100561996B1 - 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법 - Google Patents

높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

50 ㎛ 이상의 평균 입자 크기를 갖는 주조강 스트립이 준비되고, 그런 후 주조강 스트립은 L 및 C 방향 모두에서 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판을 제조하기 위해서 압연되는 급냉 응고법이 제공된다. 그러나 냉연율이 70 ％를 초과할 때 자속 밀도는 감소한다. 이 문제를 회피하기 위해 무방향성 전자 강판은 결정 입자가 임의의 방향을 갖는 "램덤" 샘플에 대한 {100}면의 전체 강도에 대한 강의 주어진 샘플의 {100}면의 전체 강도의 비가 적어도 4로 제조되고, 냉간 압연의 냉연율은 70 ％ 내지 85 ％ 사이이고, 용강의 과열도는 70 ℃ 이상이 될 수 있다.
자속 밀도, 무방향성 전자 강판, 급냉 응고법, 주조강 스트립, 과열도

Description

높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET HAVING HIGH MAGNETIC FLUX DENSITY}
도1은 무방향성 전자 강판의 용도 및 용도를 위한 절단면(blank layout)을 도시하는 도면.
도2는 {100}면 강도와 자속 밀도(B50) 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도3a는 {100}면 강도가 1.3인 주조강 스트립의 응고 조직을 도시하는 사진.
도3b는 {100}면 강도가 6.4인 주조강 스트립의 응고 조직을 도시하는 사진.
도4는 냉연율과 자속 밀도(B50) 사이의 관계를 도시하는 그래프.
본 출원은 2003년 4월 10일자로 일본에 출원되고 본 명세서에 참고로 그 전체가 포함되어 있는 일본 특허 출원 제2003-106992호에 우선권을 주장한다.
본 발명은 L 및 C 방향으로 극히 높은 자속 밀도를 갖는 저철손(low iron loss) 무방향성 전자 강판을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
무방향성 전자 강판은 대형 발전기, 모터 및 안정기 또는 음향 기기용 장치와 같은 소형 정지 전기 장치용으로 사용된다.
도1에 도시된 것과 같이, 강판의 절결부는 압연 방향(이하 L 방향)으로 그리고 L 방향에 직각인 방향(이하, C 방향)으로 주로 형성된 자기 경로를 갖는다. 최근 도1에 도시된 분할 코어 또는 절결된 T형 강판을 환형으로 배열함에 의해 형성된 스테이터 코어가 전기 모터를 제조하기 위해 사용되고 있다. L 및 C 방향으로 높은 자속 밀도를 갖는 저철손 무방향성 전자 강판이 이들 제품용으로 요구되어 있다.
급냉 응고법은 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판을 제조하기 위한 제조 방법 중 하나이다. 급냉 응고 시에, 용강(molten steel)은 주조강 스트립(steel cast strip)을 형성하기 위해 이동 냉각벽(moving cooling wall) 상에서 응고되고, 주조강 스트립은 미리 정해진 두께으로 냉간 압연되어 최종 단계에서 무방향성 전자 강판이 되도록 어닐링된다. 미심사 일본 특허 출원 공개 제62-240714호(JP '714)에는, 50 ㎛이상의 평균 입자 크기를 갖는 주조강 스트립이 준비되고, 그런 후 주조강 스트립이 50 ％이상의 감소율(reduction rate)을 달성하도록 압연되는 방법이 개시되어 있다. 예 1(JP '714)에서, 출발 주조강 스트립이 0.5 ㎜의 평균 입자 크기와 1.4 ㎜의 스트립 두께를 갖는다고 개시되어 있기 때문에 출발 강재가 등축 결정을 함유하는 것으로 결론을 내는 것은 합리적이다. 또한 서술된 목적에 적당한 조직이 냉연율(cold reduction rate)을 제어함에 의해서 얻어진다고 개시되어 있다. 예를 들면, 소형 정지 전기 장치용으로 적합한 {100}<100>형 조직은 50 ％이상의 감소율로 얻어지고 회전 기계에 적합한 {100}<025>형 조직은 70 ％이상의 냉연율로 달성된다. JP '714의 도2는 L 및 C 방향 모두에서 냉연율과 자속 밀도 사이의 관계 즉, 자속 밀도가 감소율이 70 ％를 초과함에 따라 감소되는 관계가 있다는 것을 나타낸다.
대형 발전기, 소형 정지 장치 및 분할 코어를 갖는 모터는 에너지와 자원을 절감하기 위해서 L 및 C 방향 모두에서 높은 자속 밀도를 갖는 강판을 필요로 한다. 그러나, 아주 높은 자속 밀도(특히 L 및 C 방향 모두에서)를 갖는 무방향성 전자 강판은 (a) 용강이 이동 냉각벽 상에서 70 ％를 초과하는 냉연율에서 응고되고 (b) 주조강 스트립이 50 ㎛ 이상의 평균 입자 크기를 갖는 결정을 갖기 때문에, JP '714에 도시된 방법에 의해서 얻어질 수 없다. 아래에 설명되는 바와 같이, 조건 (a) 및 (b) 하에서는, 감소율은 자속 밀도가 감소되기 시작하는 약 70 ％에 도달하기까지 자속 밀도는 냉각 감소율이 증가함에 따라 증가된다.
일반적으로, 급냉 응고법으로 얻어진 주조강 스트립은 아주 부서지기 쉽기 때문에 급냉 응고법으로 주조강 스트립이 얻어지는 실온에서 주조강 스트립을 압연함에 의해서 크랙이 발생하기 쉽다는 것이 공지되어 있다.
본 발명은 목적은 JP '714에 개시된 방법에 의해 달성될 수 없는 L 및 C 방향으로 극히 높은 자속 밀도를 갖는 저철손 무방향성 전자 강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 다음의 방법에 의해 달성된다.
높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판을 제조하는 방법은, 질량％로, 0.008 ％ 이하의 C, 1.8 ％ 내지 7 ％의 (Si + 2Al), 0.02 내지 1.0 ％의 Mn, 0.005 ％ 이하의 S, 0.01 ％ 이하의 N 및 잔여부 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 용강을 준비하는 단계와, 주조강 스트립을 형성하기 위하여 적어도 하나의 이동 냉각벽 상에서 용강을 응고시키는 단계와, 미리 정해진 두께로 상기 주조강 스트립을 냉간 압연하는 단계와, 최종적으로 냉간 압연된 강을 어닐링하는 단계를 포함하고, 결정 입자가 임의의 방향을 갖는 "랜덤(random)" 샘플에 대한 {100}평면의 전체 역 강도(integrated inverse pole intensity)에 대한, [주어진 냉간 압연된 강의 샘플에 대한] 주조강 스트립의 중간면에서의 {100}평면의 전체 역 강도의 비율인, {100}면 강도는 적어도 4이고 냉간 압연의 냉연율(cold reduction rate)은 70 ％ 내지 85 ％이다.
본 발명의 실시예에서, 응고 전의 용강의 과열도는 70 ℃이상이다. 용강의 과열도는 주조 시의 용강(molten steel) 온도와 액상선 온도(liquidus temperature) 사이의 차이로 정의된다.
높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판을 제조하기 위해서 급냉 응고법에서 응고 조직, 주조강 스트립의 조직 및 냉연율(좁은 범위 내에 스트립에 적용됨)을 제어하는 것이 아주 효율적이라는 것이 알려져 있었다. 도2는 발명자들에 의해 수행된 시험 결과의 예를 도시한다. 질량％로 0.0011 내지 0.0013％의 C, 3.1 ％의 Si, 1.1 ％의 Al, 0.26 ％의 Mn, 0.0022 내지 0.0026 ％의 S 및 0.0013 내지 0.0016 ％의 N을 함유하는 용강이 1.6 ㎜의 두께를 갖는 주조강 스트립을 형성하기 위해 다양한 조건 하에서 쌍롤식 방법(twin roll method)에 의해 급냉 응고되었다. 주조강 스트립은 0.35 ㎜ 두께의 강판를 형성하도록 78 ％의 감소율로 실온에서 냉간 압연되고, 강판는 최종적으로 1075 ℃에서 30초동안 어닐링되었다. 도2는 a) 결정 입자가 임의의 방향을 갖는 "램덤" 샘플에 대한 {100}면의 전체 역 강도에 대한 주조강 스트립의 중간면에서의 {100}의 전체 역 강도의 비(본 명세서에서는 단순히 "{100}면 강도[{100} pole intensity]"라 함)와, (b) L, C 및 LC 방향으로의 강판의 자속 밀도(B50) 사이에 관계가 있다는 것을 나타낸다. 도2는 {100}면 강도가 4를 초과함에 따라 자속 밀도가 증가함을 나타낸다. 도2의 샘플에서, 용강의 과열도를 변경함으로써 다양한 {100}면 강도가 준비되었다.
도3a 및 도3b는 응고 조직의 스트립의 2장의 사진이다. 도3b에 도시된 조직은 6.4의 {100}면 강도를 갖고, 도3a에 도시된 조직은 1.3의 {100}면 강도를 갖는다. 사진에서, 세로 방향은 주조강 스트립의 두께 방향이고, 가로 방향은 주조(casting) 방향이다. 도3b에서, 6.4의 {100}면 강도를 갖는 샘플은 표면으로부터 중심층을 향해 연장하는 잘 성장된 주상 결정(columnar crystals)을 갖는다. 반면에, 도3a에서, 1.3의 {100}면 강도를 갖는 샘플은 다량의 구형의 등축 결정을 갖고 주상 결정은 거의 갖지 않는다. 이에 비추어, 가능한 한 많은 주상 결정을 성장시킴에 의해서 {100}<0vw>에서 풍부한 조직을 형성하는 것이 중요하다는 것이 발견되었다.
도4는 다양한 냉연율로 도2의 실험에서 얻어진 5.0의 {100}면 강도를 갖는 주조강 스트립을 실온에서 냉간 압연하고 최종 단계에서 1075 ℃에서 30 초간 스트립을 어닐링함에 의해서 얻어진 스트립의 샘플에 대하여 냉연율과 자속 밀도(B50) 사이의 관계를 도시한다. 도4는 최고 자속 밀도가 70 내지 85 ％ 냉연율로 5.0의 {100}면 강도의 주조강 스트립을 냉간 압연함에 의해서 얻어진다는 것을 지시한다.
도3a 및 도3b와 도4의 샘플에 대해 채택된 냉간 압연의 온도 조건 하에서 일부 샘플에서 가장자리 균열이 형성됨이 본 발명자들에 의해 발견되었다. 아래의 표 1은 다양한 압연 온도에서, 도2의 실험에서 얻어진 5.0의 {100}면 강도를 갖는 주조강 스트립을 78 ％의 감소율로 냉간 압연하고 최종 단계에서 1075 ℃에서 30초 동안 스트립을 어닐링함에 의해서 얻어진 스트립의 샘플에 대하여, 냉간 압연 온도, 균열이 발견된 경우의 가장자리 균열의 깊이와 자속 밀도(B50) 사이의 관계를 나타낸다.
표 1에 도시된 바와 같이, 주조강 스트립을 180 ℃이상의 온도에서 냉간 압연함에 의해서 가장자리 균열은 방지되고 자속 밀도(B50)의 0.01 T의 증가가 달성될 수 있음이 새로이 발견되었다.
Figure 112004013299204-pat00001
본 발명의 일 실시예에서, 어닐링 단계는 750 내지 1250 ℃의 범위에서 20 내지 180초 동안 수행되었다. 바람직하게는, 어닐링 단계는 850 내지 1200 ℃의 범위에서 20 내지 180 초동안 수행된다. 보다 바람직하게는, 어닐링 단계는 1000 내지 1200 ℃의 범위에서 25 내지 60 초동안 수행된다.
전술된 바와 같이, 미심사 일본 특허 출원 공개 제62-240714호에는, 50 ㎛ 이상의 평균 입자 크기를 갖는 주조강 스트립이 준비되고, 그런 후 주조강 스트립이 50 ％ 이상의 냉연율이 되도록 압연되는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 참고 문헌에서 등축 결정이 출발 재료로 사용되었다고 결론을 내리는 것이 합리적이다. 이 결론은 JP '714의 예 1의 도2에서 주어진 데이터가 0.5 ㎜의 결정의 평균 입자 크기와 1.4 ㎜의 두께를 갖는 강판의 것이라는 관찰에 기초한다. 이 강 샘플은 냉연율이 70 ％를 초과함에 따라 자속 밀도에서의 감소를 갖는다.
본 발명에서, 높은 자속 밀도가 주상 결정을 갖는 주조강 스트립을 사용하고 70 내지 85 ％의 냉연율을 가함에 의해서 얻어질 수 있다는 것이 새롭게 발견되었 다. 비록 1.3의 {100}면 강도를 갖는 샘플이 도3a에서 도시된 바와 같이 스트립의 중심층에 등축 입자를 갖는 것으로 인식되었지만, LC 방향의 B50 은 78 ％의 냉연율에서 1.69 T이다. 도2에 도시된 바와 같이, 강 스트립의 조직이 70 내지 85 ％의 냉연율을 이용하여 성장된 주상 결정을 갖는 {100}<Ovw>에서 풍부한 본 발명의 영역에서, LC 방향의 B50은 0.72 T 이상이고, 이는 0.03 T 이상 자속 밀도를 증가시키게 된다.
위의 표 1에 도시된 바와 같이, 주조강 스트립을 180 ℃ 이상의 온도에서 냉간 압연함에 의해서 가장자리 균열이 방지되고 자속 밀도의 0.01T의 증가가 달성될 수 있다는 것이 또한 새로이 발견되었다.
본 발명의 강판에서, 질량％로, C 함량은 오스테나이트 및 페라이트의 이중 상(dual-phase)가 형성되지 않고 가능한 많은 주상 결정을 성장시키는 페라이트의 단일 상이 형성되도록 0.008 ％이하이다. 바람직하게는 C 함량은 0.0002 ％ 내지 0.008 ％이다.
만일, (Si + 2Al) ％가 1.8 ％이상이고, C ％가 0.008 ％이하이면, 오스테나이트 및 페라이트의 이중 상은 형성되지 않지만 페라이트의 단일 상이 형성되어, 주상 결정이 성장하도록 한다. (Si + 2Al) ％가 7 ％를 초과할 때, 냉간 압연성은 열화된다. 따라서, (Si + 2Al) ％ 의 상한치는 7 ％이고, 하한치는 1.8 ％이다.
Mn ％는 취성을 개선하기 위해서 0.02 ％ 내지 1 ％이다. 만일 Mn 함량이 1 ％를 초과하면, 자속 밀도는 열화된다.
S ％는 철손에 악영향을 미치는 미세한 황화물의 형성을 회피하기 위해서 0.005 ％이하이다. 바람직하게는, S 함량은 0.0002 ％ 내지 0.005 ％ 이다.
N ％는 철손에 악영향을 미치는 AlN과 같은 미세한 질화물의 형성을 회피하기 위해서 0.01 ％ 이하이다.
용강은 주조강 스트립을 형성하도록 적어도 하나의 이동 냉각벽 상에서 응고된다. 단일롤식 방법 및 쌍롤식 방법이 이용될 수 있다.
{100}면 강도는 4 이상이어야 한다. 높은 자속 밀도는 주상 결정이 주조강 스트립 내에서 성장하고 {100}면 강도가 도2와 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같이 4 이상인 경우에 얻어진다.
{100}면 강도를 제어하기 위해서 용강의 과열도를 조정하는 것이 효과적이다. 용강의 과열도는 주조 시의 용강 온도와 액상선 온도 사이의 차이로서 정의된다. 아래의 예에 도시된 바와 같이, 70 ℃ 이상의 과열도는 4 이상의 {100}면 강도를 가능하게 한다.
냉간 압연의 감소율은 70 내지 85 ％에서 인가된다. 도4에 도시된 바와 같이, 감소율이 70 ％ 미만이거나 85 ％를 넘는 경우, 높은 자속 밀도는 얻어질 수 없다.
바람직하게는, 어닐링 전의 냉간 압연은 180 내지 350 ℃ 사이의 온도에서 수행된다. 앞의 표 1에 도시된 바와 같이, 냉간 압연이 180 ℃ 아래에서 수행되는 경우, 가장자리 균열이 형성될 가능성이 있다. 냉간 압연이 350 ℃ 위에서 수행되 는 경우, 자속 밀도(B50)의 증가는 포화된다. 스트립은 스트립의 온도가 180 ℃ 아래로 떨어지기 전에 급냉 응고된 스트립을 압연함으로써 180 ℃가 넘는 온도에서 냉간 압연될 수 있다. 또한 스트립은 전기로 및 가스 오븐과 같은 외부 가열 장치를 사용하여 180 ℃ 위로 가열될 수 있다.
예 1
질량％로, 0.0009 ％의 C, 3.0 ％의 Si, 0.20 ％의 Mn, 1.2 ％의 Sol. Al, 0.0007 내지 0.0018 ％의 S 및 0.0018 내지 0.0024 ％의 N을 함유하는 용강이 다양한 두께를 갖는 주조강 스트립을 형성하도록 다양한 과열도 하에서 쌍롤식 방법에 의해 급냉 응고되었다. 강의 액상선 온도는 1490 ℃였다. 그런후, 주조강 스트립은 피클링되고, 실온에서 0.35 ㎜의 강판으로 냉간 압연되고, 1075 ℃에서 30 초간 어닐링되고, 최종적으로 절연 코팅으로 코팅되었다. 아래 표 2는 냉연율, 자기 특성 및 {100}면 강도 사이의 관계를 도시한다. 4 이상의 {100}면 강도와 70 내지 85 ％의 냉연율의 조합이 높은 자속 밀도를 제공할 수 있다는 것이 발견되었다.
Figure 112004013299204-pat00002
예 2
아래의 표 3은 표 2의 예 1의 샘플 No. 9을 준비하기 위해서 얻어진, 0.35 ㎜의 두께의 강판으로 주조강 스트립을 다양한 압연 온도에서 냉간 압연하고, 1075 ℃에서 30 초간 스트립을 어닐링하고 스트립에 절연막을 인가함에 의해서 얻어진 스트립의 샘플에 대하여 냉간 압연의 온도, 냉연율, 가장자리 균열의 깊이, {100}면 강도 및 자기 특성 사이의 관계를 나타낸다. 본 발명의 방법에 따르면, 가장자리 균열없는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강이 70 ％ 내지 85 ％사이의 냉간 압연 냉연율, 적어도 4의 {100}면 강도 및 180 내지 350 ℃ 사이의 냉간 압연 온도의 조건을 채택함에 의해서 제조될 수 있다
Figure 112004013299204-pat00003
본 발명의 방법에 따라, 대형 발전기, 소형 정지 전자 기기, 모터(분할 코어 포함) 등을 위한 철심으로 사용되기에 적합한, L 및 C 방향으로 극히 높은 자속 밀도를 갖는 저철손 무방향성 전자 강판이 제조될 수 있다.

Claims (18)

  1. 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판을 제조하기 위한 방법이며,
    질량％로, 0.008 ％이하의 C, 1.8 ％ 내지 7 ％의 (Si + 2Al), 0.02 내지 1.0 ％의 Mn, 0.005 ％이하의 S, 0.01 ％이하의 N 및 잔여부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 준비하는 단계와,
    주조강 스트립을 형성하기 위해서 적어도 하나의 이동 냉각벽 상에서 용강을 응고시키는 단계와,
    미리 정해진 두께로 주조강 스트립을 냉간 압연하는 단계와,
    냉간 압연된 강을 어닐링하는 단계를 포함하며,
    {100}면 강도는 적어도 4이고, 냉간 압연의 냉연율은 70 ％ 내지 85 ％ 사이인 것을 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  2. 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판을 제조하기 위한 방법이며,
    질량％로, 0.008 ％이하의 C, 1.8 ％ 내지 7 ％의 (Si + 2Al), 0.02 내지 1.0 ％의 Mn, 0.005 ％이하의 S, 0.01 ％이하의 N 및 잔여부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 준비하는 단계와,
    주조강 스트립을 형성하기 위해서 적어도 하나의 이동 냉각벽 상에서 용강을 응고시키는 단계와,
    미리 정해진 두께로 주조강 스트립을 냉간 압연하는 단계와,
    냉간 압연된 강을 어닐링하는 단계를 포함하며,
    냉간 압연의 냉연율은 70 ％ 내지 85 ％ 사이이고, 응고되기 직전의 용강의 과열도는 적어도 70 ℃인 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 응고되기 직전의 용강의 과열도는 70 ℃ 내지 100 ℃인 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 용강은 질량％로, 0.0011 내지 0.0013％의 C를 포함하는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 냉간 압연은 적어도 180 ℃의 온도에서 수행되는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서, 냉간 압연은 적어도 180 ℃의 온도에서 수행되는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 냉간 압연은 180 내지 350 ℃의 온도에서 수행되는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 냉간 압연은 180 내지 350 ℃의 온도에서 수행되는 높은 자 속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, {100}면 강도는 4 내지 6.4 인 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 냉간 압연된 강은 주상 결정을 갖는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 냉간 압연된 강은 구형의 등축 결정보다 많은 수의 주상 결정을 갖는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 용강은 단일롤식 방법을 이용하여 응고되는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 용강은 쌍롤식 방법을 이용하여 응고되는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  14. 제2항에 있어서, 용강은 질량％로, 0.0011 내지 0.0013％의 C를 포함하는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  15. 제2항에 있어서, {100}면 강도는 4 내지 6.4 인 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  16. 제2항에 있어서, 냉간 압연된 강은 주상 결정을 갖는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  17. 제2항에 있어서, 냉간 압연된 강은 구형의 등축 결정보다 많은 수의 주상 결정을 갖는 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
  18. 제2항에 있어서, {100}면 강도는 적어도 4인 높은 자속 밀도를 갖는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
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