KR100605139B1 - 무방향성 자성 강판 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 낮은 비전손실 및 높은 극성 및 바람직한 기계적 특성을 가진 박 슬라브 및 슬라브 주조물로 만들어진 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 강 슬라브가 직접적으로 주조열로부터 또는 T ≥ 900℃로 재가열 후 열간 압연되고, 2회 이상의 금속 성형 패스들이 사상 압연 공정에서 오스테나이트/페라이트의 2상 영역에서 수행되는 것을 발명의 특징으로 한다.

Description

무방향성 자성 강판 제조방법{METHOD FOR PRODUCING NON-GRAIN ORIENTED ELECTRO SHEET STEEL}
본 발명은 낮은 비전손실(specific total loss), 높은 극성 및 바람직한 기계적 특성을 가진 무방향성 자성 강판을 박 슬라브(thin-slab) 및 슬라브로부터 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
여기에서 "무방향성 자성 강판"이란 DIN 10106(충분히 마무리됨) 또는 10165 (반(半)-마무리됨)에 따른 그러한 강판으로 알려져 있다. 또한, 아주 높은 이방성 형태들은, 그들이 방향성 자성 강판으로 간주되지 않는 한, 무방향성 자성 강판에 포함된다(대략 30%까지의 비전손실 이방성). 상기 재료는 자속의 회전 방향을 가진 기계(모터, 발전기 등)에서 코어 재료로 주로 사용된다.
경제적이고 생태학적인 이유로 자성 특성에 대하여 더욱 향상된 개선을 요구하고 있다(단위 T의 극성 J, 단위 W/kg의 비전손실 P). 비전손실은 감소되어야 하고 각각 사용된 유도 영역에서 극성은 증가되어야 한다. 동시에 가공과 처리의 관점에서 기계-기술적인 특성에 관한 특별한 요구 사항들이 있다. 이와 관련하여, 예를 들면 펀칭하는 동안 절단성은 특별한 관계를 가진다.
극성이 높고 손실이 적은 무(無)Si, 저Si 및 중Si 형태가 여기에서 고려되어질 것이다. 그러한 스트립은 특히 기차 엔진, 펌프 및 컴프레서용 산업 구동장치, 가구 기술용의 부스터 및 구동장치를 위한 안정기 및 고효율 모터용의 코어 재료로서 적당하다.
열간 스트립 어닐링 또는 중간 어닐링을 가진 2 단계 냉간 압연과 같은 부가적인 처리단계에 의해 자성 특성의 향상이 성취되는 것으로 공지되었다.
WO 96/00306에서 오스테나이트 영역에서 자성 강판용 열간 스트립을 사상 압연하고 완전한 페라이트 변태 온도보다 높은 온도에서 권취를 수행하기 위해, 실리콘, 망간 및 알루미늄의 주요 합금 성분들을 가진 강들이 제안되었다. 또한, 압연열(rolling heat)로부터 코일의 직접 어닐링이 제공되었다. 상기 방법에서 바람직한 자성 특성을 가진 최종 제품이 얻어졌다. 그러나, 열간 압연 전에 가열하는 동안 및 열간 압연 동안의 높은 에너지 소비 및 합금 첨가로 인하여, 비용이 증가한다는 점을 고려하여야만 한다.
EP 0 469 980 B1은 부가적인 열간 스트립 어닐링과 더불어 증가된 권취 온도를 요구한다. 유용한 자성 특성은 이미 낮은 합금 함량에서도 설정되었다. 증가된 권취 온도 및 부가적인 열간 스트립 어닐링은 증가된 에너지 소비를 필요로 하고 따라서 높은 비용을 발생시킨다.
EP 0 651 061 B2에서 보통 강판에 대하여 약 45°로 비틀어진 입방 집합조직 (cubic texture)의 설정이 제안되었다. 특히 극성에 관하여 주목할 만한 자성 특성이 얻어졌다. 그러나 이는 복잡한 방법을 필요로 한다. 증가된 최종 압연 및 권취 온도에 더하여, 냉간 압연 동안 예열 및 중간 어닐링 및 몇 번의 드레싱(dressing)과 같은 부가적인 단계를 수행하는 것을 필요로 한다.
높은 실리콘 및 알루미늄 함량(Si + 2 Al ≥ 2%)을 목표로 한 EP 0 511 601 B1는 특히 1000℃보다 높은 온도에서 열간 스트립 어닐링을 제공한다. 결과적으로 고가의 합금 성분들이 사용되어야 하고, 열간 스트립의 부가적인 어닐링으로 매우 높은 온도가 적용되어야 한다.
본 발명은, 높은 극성, 낮은 비전손실 및 바람직한 기계적 특성이 조합되어 여러 적용 분야에 적합한 자성 강판을 비용 효과적으로 제공하는 목적에 기초한다.
상기 목적을 성취하기 위해서, 본 발명에 따른 일반적인 방법에 의하여, 주조열(casting heat)로부터 또는 T ≥ 900℃의 온도로 다시 가열한 후 직접 주조물을 열간 압연하고 사상 압연 공정에서 오스테나이트/페라이트의 2상(二相) 영역에서 2회 이상의 금속 성형 패스(pass)를 실시하여, 자성 강판의 특성에 관하여 바람직한 열간 스트립의 상태를 설정하는 방법이 제공된다. 상기 필요 조건들을 만족하기 위해서, 10% 이상의 오스테나이트가 열간 압연 온도동안 얻어지도록 강을 합금화하여야 한다. 이는 (Si + 2 Al) ≤ 3%의 기본 성분에서 오스테나이트 및 페라이트 형성 성분의 합금 첨가량의 각 조절을 통해 실현될 수 있다. 따라서 사용되는 용강은 0.001 내지 0.1% C, 0.05 내지 3.0% Si, Si + 2 Al ≤ 3%로 0.85% 이하의 Al, 0.05 내지 2.0%의 Mn, 철 및 불가피한 불순물들의 잔부를 함유라고, 추가로 P, Sn, N, Ni, Co, Ti, Nb, Zr, V, B, Sb의 합금 성분을 합계 1.5% 이하로 함유한다.
슬라브 주조 동안 오스테나이트가 형성되도록 900℃ 이상에서 보통 재가열되고, 사상 압연은 γ/α 2상 영역에서 본 발명에 따라 수행될 수 있다. 박 슬라브 또는 스트립의 제조에 있어서, 재료는 보통 상기 기술된 이유로 주조열을 사용함으로써 사상 압연에 앞서 900℃로 가열된다.
박 슬라브 또는 스트립 주조는 종래 슬라브 주조와 비교하여 다음과 같은 부가적인 장점을 제공한다. 완전한 응고까지 짧은 냉각 시간으로 인하여, 수지상정 암(arm) 거리들은 작아지고 따라서 편석이 감소하고 재료는 보다 균질화된다. 작은 두께의 슬라브 및 주조열을 사용하는 가능성으로 인하여, 열간 스트립 압연은 단축되고 비용 절감이 이루어진다. 박 슬라브 주조 및 압연 설비의 각 설계의 경우에서, 넓은 범위의 사상 압연 및 권취 온도 및 작은 열간 스트립 두께가 설정될 수 있다. 1.5mm 이하의 작은 열간 스트립 두께에서 높은 생산성을 얻기 위해서 초 당 10m 이상의 사상 압연 속도로 열간 압연이 가능하다.
사상 압연의 마지막 3회의 열간 압연 패스 중 하나 이상에 롤러 윤활을 제공함으로써, 낮은 전단 변형으로 인하여 단면에 걸쳐서 더욱 균질한 구조가 얻어질 수 있다. 또한 압연 분리력이 감소되기 때문에, 두께 압하율을 높여 최종 두께를 감소시킬 수 있다.
추가 청구항에서 사상 압연은 페라이트 영역에서 두께 변화 εh = (hi - hi+1)/hi > 10%로 한 번 이상의 금속 성형 패스에 의해 완성된다. 만약 열간 압연이 페라이트 영역에서 1회 또는 수회의 금속 성형 패스에 의해 종료되고 열간 스트립이 650℃ 아래 온도에서 권취된다면, 이로 인하여 열간 스트립은 경화 상태가 되고, 석출이 억제되거나 석출물들이 미세하게 분산된다. 이는 다음 공정의 필요한 냉간 압연도를 감소시킨다. 대체로 상기 열간 스트립은 한 단계 또는 중간 어닐링과 함께 몇 개의 단계에서 최종 두께로 냉간 압연될 수 있다. 이러한 공정들에 의해 조직이 미세화되고, 따라서 냉간 스트립의 절단성 및 펀칭성이 개선된다.
0.05 내지 1.6% Si으로 강의 Si 함량의 제한은, 상기 성분 중 다른 성분들의 각 역할의 경우에서 2상 영역이 더 이상 존재하지 않은 경우 적당하다. 강 슬라브의 예열 온도가 오스테나이트 영역에 놓여 있기 때문에 요구된 금속의 성형 패스가 2상 영역에서 수행되는 것을 확보한다.
만약 강 슬라브가 주조열로부터 900℃ 이하의 온도로 직접 냉각되고 오스테나이트 영역까지 재가열 후 열간 압연된다면, 조대한 석출물들이 형성된다. 미세한 석출물과 대조적으로, 그러한 조대한 석출물들은 자성 강판의 자기적 특성을 개선시킬 수 있다. 특히 후자는 재가열 온도가 1150℃ 이하일 때 적용된다. 그러한 낮은 선택 온도에서, 이전에 형성된 조대한 석출물들이 다시 용해되는 것이 방지된다.
따라서 6mm까지의 두께를 가진 제조된 열간 스트립은, 의도된 목적에 따라, 650℃ 미만 또는 650℃부터 Ar1까지의 영역의 권취 온도에서 권취되었다.
만약 스트립들이 고온에서 권취된다면, 상기 코일들은 정적 공기 분위기에서 실온으로 냉각되거나 또는 코일 열로부터 직접 열처리될 수 있다. 상기 열처리는 600℃까지 최대 시간당 100℃의 지연 냉각에 의해 또는 노내에 열간 삽입하므로서 이루어질 수 있다. 또한 노 온도는 권취 온도보다 높을 수 있다.
650℃와 합금 원소량에 따라 변하는 Ar1 온도 사이의 권취 온도는 부분적으로 또는 충분히 열간 스트립 어닐링을 대체할 수 있다. 40m 이하의 권취기까지의 짧은 거리와 높은 최종 압연 속도가 조합된 상태에서는, 특히 연속 주조 및 압연 플랜트에서, 종래 압연기에서 특히 작은 스트립 두께에서는 설정될 수 없었던 높은 높은 권취 속도를 허용한다. 이와 같은 열간 스트립은 이미 코일에서 연화를 나타내고, 따라서 확실하게 결정립 크기, 집합조직 및 석출물과 같은 특성과 관계된 조직 특징들에 영향을 미친다. 종래 방법과 비교하면, 본 발명에 따른 방법으로 성취되는 자성 특성의 개선은 자성 강판의 제조에서 요구된 시간 및 사용된 에너지의 감소에 관련된다.
다양한 방법은 자성 강판을 생산하기 위해 가능하다. 본 발명에 따른 열간 스트립은 자성 강판으로서 직접 사용될 수 있다. 처리 후 최종 어닐링 후에 재 압연 없이 또는 재 압연되어 사용될 수 있다(반 마무리됨). 열간 스트립은 상기 단계전에 어닐링될 수 있다. 추가적인 다른 방법에서 열간 스트립은 한 단계 또는 중간 어닐링을 포함하는 여러 단계에서 최종 두께로 냉간 압연되고, 전술한 제조 단계는 그 후 수행된다. 상기의 다른 방법에서 열간 스트립은 열간 스트립 어닐링 후 또는 압연 상태에서 사용될 수 있다. 만약 후-성형 및 처리 후 최종 어닐링이 생략된다면, 최종 두께로 압연한 후에 이미 요구된 특성 프로파일이 설정되도록 어닐링이 설계되어야 한다(충분히 마무리됨). 모든 어닐링은 650℃ 위의 온도에서 상부 개폐식 노(top hat furnace) 또는 연속 어닐링 노에서 수행될 수 있다.
일례
표 1은 종래 방법 및 본 발명에 따른 방법에 의해 성취된 자성 특성치, 비전손실(P) 및 극성(J)을 나타내었다.
합금 제품 (mm) 종래 방법 본발명에 따른 방법
P1.0/W/Kg P1.5/W/Kg J2500/T P1.0/W/Kg P1.5/W/Kg J2500/T Ar3/℃ Ar1/℃
0.15%Si 0.1%Al 0.35%Mn sf:0.65 2.41 6.03 1.633 2.38 5.99 1.662 915 845
2.32 5.93 1.656
0.60%Si 0.25%Al 0.25%Mn HSA에 대한 ff:0.5 2.37 5.2 1.68 2.32 5.01 1.692 1050 945
2.28 4.95 1.690
1.3%Si 0.12%Al 0.2%Mn ff:0.5 2.62 5.74 1.623 2.13 4.55 1.688 1050 965
2.52 5.41 1.651
2.53 5.44 1.647
HSA에 대한 ff:0.5 2.2 4.75 1.67 2.03 4.35 1.683
1.8%Si 0.35%Al 0.20%Mn ff:0.5 1.91 4.22 1.587 1.84 4.02 1.617 1120 1050
상기 일례들은 열간 스트립 어닐링 없는 경우 및 종래 열간 스트립 어닐링(HSA)을 한 경우에 반-마무리된(sf) 및 충분히 마무리된(ff) 표준 품질에 대하여, 본 발명에 따른 방법의 적용에 의해 성취될 수 있는 개선을 나타낸다. 높은 극성치(J)및 대부분 낮은 비전손실(P)은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 이루어진다. 표 1의 두 개의 마지막 칼럼은 오스테나이트/페라이트의 2상 영역의 한계를 특징짓는 각 합금의 변태 온도 Ar3 및 Ar1을 나타낸다.

Claims (19)

  1. 중량 %로,
    0.001 내지 0.1%의 C,
    0.05 내지 3.0% Si,
    Si + 2 Al ≤ 3%에 대하여 0.85% 이하의 Al,
    0.05 내지 2.0%의 Mn, 철 및 불가피한 불순물들의 잔부를 함유하고,
    추가로 P, Sn, N, Ni, Co, Ti, Nb, Zr, V, B, Sb의 합금 성분을 합계 1.5% 이하로 함유하는 강으로 만들어진 슬라브, 박 슬라브 또는 스트립인 주조물로부터 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법에 있어서,
    강 슬라브를 주조열로부터 직접 열간 압연하거나 T ≥ 900℃로 재가열 후 열간 압연하고, 사상 압연 공정에서 오스테나이트/페라이트의 2상 영역에서 2회 이상의 성형 패스를 수행하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    열간 압연 공정의 종료 시에, 사상 압연의 적어도 마지막 금속 성형 패스를 페라이트 영역에서 10% 초과의 성형 변화로 실시하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강이 0.05 내지 1.6% Si을 함유한 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강 슬라브의 재가열 온도는 오스테나이트 영역인 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강 슬라브를 900℃ 아래 온도로 주조열로부터 직접 냉각하고, 오스테나이트 영역까지 재가열 후 열간 압연하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 재가열 온도는 최대 1150℃ 인 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    사상 압연의 마지막 3회의 열간 압연 패스 중 1회 이상을 롤러 윤활로 수행하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    페라이트 영역에서 사상 압연의 마지막 패스를 롤러 윤활로 수행하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열간 스트립을 650℃ 내지 Ar1 범위의 온도에서 권취하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열간 스트립을 650℃ 내지 Ar3 범위의 온도에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열간 스트립을 코일로 권취한 직후에 어닐링하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 열간 스트립을 우선 냉각하고 어닐링을 위해 재가열하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 열간 스트립을 공정 라인에서 압연열로부터 어닐링하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 열간 스트립을 코일 상태로 권취한 후에 600℃까지 시간당 100℃ 이하의 속도로 보호 덮개하에 냉각하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열간 스트립을 650℃ 미만의 온도에서 권취하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열간 스트립에 대하여 하나 또는 여러 단계의 냉간 압연 처리를 추가로 행하고, 선택적으로 중간 어닐링을 실시하는 것을 특징으로 하는 무방향성 자성 강판을 제조하기 위한 열간 스트립 제조 방법.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 따라 충분히 마무리된 자성 강판을 제조하는 방법에 있어서,
    최종 두께로 열간 압연된 스트립 또는 열간 및 냉간 압연된 스트립을 650℃ 초과의 보호 노 가스 하에서 충분히 마무리하는 것을 특징으로 하는 자성 강판 제조방법.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 따라 반 마무리된 자성 강판을 제조하는 방법에 있어서,
    열간 압연된 스트립 또는 열간 및 냉간 압연된 스트립을 보호 노 가스하에 상부 개폐형 배치로 또는 연속 어닐링로에서 어닐링하여 재결정시키고, 그 후 교정 또는 재압연하는 것을 특징으로 하는 자성 강판 제조 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 스트립을 최종 어닐링에 앞서 탈탄 어닐링하는 것을 특징으로 하는 자성 강판 제조 방법.
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