KR100721820B1 - 자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 및 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로, 중량%로 C:0.005%이하, Si: 1.6~3.5%, Mn: 0.75%이하, Al: 0.1~1.5%이하, P: 0.15%이하, 나머지는 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 열간 사상압연의 최종스탠드의 압하율이 통판성을 고려한 15% 이하로 유지되며, F1~F5까지의 각 스탠드가 30~50% 압하율로 특정되어 후단강압과 열연 마침온도가 최적화되는 것을 특징으로 하는 자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판 제조방법을 제공한다.

본 발명은 통판성을 고려한 열연 사상압연 스케줄과 열연마침 온도의 최적화함으로써 동일 소강성분에 대하여 자속밀도를 향상시킨 무방향성 전기강판을 제공하는 효과가 있다.

무방향성, 전기강판, 자속밀도, 집합조직, 열간압연

Description

자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEETS WITH HIGH MAGNETIC INDUCTION}

본 발명은 모터 및 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온 변형의 조건, 권취온도, 예비소둔 조건, 냉간 압하율 과 마무리 소둔 조건을 최적화함으로써 자속밀도을 향상시킨 무방향성 전기강판 제조방법에 관한 것이다.

각종 모터, 소형 변압기 및 자기실드(Magnetic shield)와 같은 전기기기의 철심 재료로 사용되는 무방향성 전기강판은 전기기기의 효율개선이나 소형화를 도모하기 위해서는 낮은 철손과 높은 자속밀도을 갖는 전기강판이 요구된다.

즉, 에너지 절감을 위해서는 그 자기적 특성 즉 철손을 낮추고 자속밀도를 높이는 것이 요구된다.

이때, 철손은 에너지 변환의 과정에서 열로 변하여 사라지는 에너지를 의미하며, 자속밀도는 동력을 일으키는 힘으로 나타난다.

따라서, 상기 철손이 낮으면 에너지 손실을 줄일 수 있고, 자속밀도가 높으면 전기기기의 동손을 줄일 수 있어서 소형화가 가능하다.

무방향성 전기강판은 Si 함량의 증가에 수반하여 철손이 저감되는 동시에 자속밀도도 저하된다.

따라서, 저급 무방향성 전기강판에서는 Si 가 제한적으로 첨가되기 때문에 비교적 높은 자속밀도가 얻어지지만, 철손이 높다는 문제가 있다.

이와 같이, 무방향성 전기강판의 자속밀도을 높이는 것에 관한 종래의 기술로는 일본 공개특허공보 소9-334137호가 있다.

상기 종래기술은 열간압연 최종 패스의 압하율을 30% 이상으로 하거나, 열간압연 최종 3패스의 누적 압하율을 50% 이상으로 하고, 최종 패스의 압하율을 10% 이상으로 하여 자기특성을 향상시키는 방법이다.

상기 종래기술에서 열간압연 최종 패스의 압하율이 15% 이상일 때 통판성의 문제로 생산성 저하의 원인이 되고, 특히 무방향성 전기강판의 경우 판형상이 나빠져 현장 적용에 문제점이 있다.

또한, 사상압연 후단 부에서의 높은 누적 압하율은 작업성에 문제점을 나타낸다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 열간압연 공정조건 등을 적절하게 제어함으로써 최종 소둔판의 자속밀도를 향상시킨 무방향성 전기강판 제조방법을 제공하는데 그 주된 목적이 있다

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 중량%로 C:0.005%이하, Si: 1.6~3.5%, Mn: 0.75%이하, Al: 0.1~1.5%이하, P: 0.15%이하, 나머지는 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 열간 사상압연의 최종스탠드의 압하율이 통판성을 고려한 15% 이하로 유지되며, F1~F5까지의 각 스탠드가 30~50% 압하율로 특정되어 후단강압과 열연 마침온도가 최적화되는 자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판 제조방법을 제공함에 그 기술적 특징이 있다.

이때, 상기 F2~F5 까지의 각 스탠드 압하율의 합이 150~190%인 것에도 특징이 있으며, 또한 상기 압연종료온도가 880 ~ 960 ℃인 것에도 그 기술적 특징이 있다.

뿐만 아니라, 예비소둔판의 {110}//RD Vol.%가 0.35%이하이고, {100}<001> Vol.%는 0.18%이상인 것에도 그 기술적 특징이 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명을 구상하기 위해, 무방향성 전기강판의 생산공정조건 등에 의한 미세조직 발달과 집합조직 발달이 최종 소둔판의 자속밀도 향상에 미치는 영향에 대한 조사결과, 열간압연 공정은 최종소둔 판의 집합조직 발달을 결정짓는 초기공정으로 Si=2.0%의 무방향성 전기강판의 경우 페라이트 단상에서 열간압연이 행하여지며, 이때의 열간 사상압연 마침온도, 압하율등이 고스(Goss)방위 {100}<011> 또는 큐브(Cube) {100}<001> 방위를 갖는 결정립 생성에 영향을 미치는 것으로 조사되었다.

또한, 이러한 자성에 유리한 집합조직이 발달된 열연판은 이어지는 열연판 소둔 공정을 통하여 열간변형에 의하여 형성된 열연 집합조직이 더욱 안정화되며, 재결정을 통하여 변형조직은 소멸되고 열연판 표면의 미세한 결정립들은 조대하게 성장된 것을 관찰할 수 있었고, 이러한 집합조직과 미세조직은 최종 소둔판의 자성을 결정 짖는 결과를 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명은 열간 사상압연시 통판성을 고려한 최종 스탠드의 압하율을 15%이하로 유지하면서 각 스탠드의 압하율이 30~50% 후단강압을 통하여 전단변형 집합조직으로 알려진 고스(Goss) 방위를 갖는 셀 조직이 열연판의 표면층을 중심으로 형성되며, 이때 열연판의 열에너지에 의한 전위들의 셀 벽으로의 이동으로 인해 재결정핵 역할을 담당할 수 있는 임계 셀 사이즈 된다.

이와 같이 형성된 셀 구조는 열연판 소둔시 재결정 집합조직을 결정하는 주요 인자로 작용한다는 사실에 주목하여 본 발명을 구상하였다.

본 발명은 중량%로 C:0.005%이하, Si: 2.0~3.5%, Mn: 1.0%이하, Al: 0.1~0.7%이하, P: 0.15%이하, 나머지는 Fe 및 기타 불순물로 이루어지고, 슬라브를 1050~1200℃로 재가열한 다음 페라이트상 영역에서 통판성을 고려한 열간 사상압연의 최종 스탠드의 압하율을 15%이하로 하는 후단강압으로 열간압연을 마치고, 상기의 열간압연된 강판을 600~750℃에서 권취하고, 상기 권취된 열연강판을 1000~1200℃의 온도에서 예비소둔을 마치고, 상기 예비 소둔판을 75~85%의 압하율로 소정의 두께로 냉간압연을 실시한 후, 상기 냉연강판을 1000~1200℃의 온도에서 최종소둔하는 것을 포함하여 이루어진다.

특히, 무방향성 전기강판의 자속밀도는 모터의 토오크치를 결정하며, 전자기 기의 동손을 줄일 수 있어서 소형화가 가능하다.

이러한 자속밀도 결정에 절대적 영향을 미치는 인자는 결정방위, 즉 전기강판이 가지고 있는 집합조직에 의한다.

최종 소둔판의 집합조직을 결정하는 인자들을 살펴보면, 소강 성분을 기본으로 하는 각각의 공정조건 등을 들 수 있다.

본 발명의 목적인 동일 소강 성분일 때 철손의 저하없는 자속밀도의 향상을 위해서는 집합조직의 발달에 영향을 미치는 압연 및 재결정 등의 공정조건 제어를 통하여 달성할 수 있다.

압연시 압하율의 증가에 따라서 각 결정립들이 안정한 {110}//RD(Rolling Direction)방위로 회전하여 압연 주 방위를 구성하며, 재결정시 변형 밴드영역에서 형성되는 {111}//ND(Normal Direction)방위가 재결정 집합조직을 지배하고, 2차 재결정시 주방위인 {111}//ND방위가 성장할 가능성이 높아 {111}면의 강도가 증가한다.

그러나, {111}면은 자속밀도에 가장 나쁜 영향을 미치므로 최종소둔판에서의 발달을 가능한 한 억제해야 하는데, 이는 결정입자의 사이즈에 영향을 받는 철손을 고려할 때 최적점을 찾는게 중요하다.

즉, 최종 소둔 단계에서 전 공정의 냉간압연으로 인하여 형성된 압연집합조직으로 대표되는 {100}- 또는 {110}면들이 재결정 열처리를 통하여 {111}//ND 방위를 갖는 재결정 핵들이 압연에 의해 에너지를 소모하면서 결정입계의 이동을 통하여 재결정 입자의 주방위로 자리를 잡는다.

이러한 특성을 이용하여 마무리 소둔중 공정조건의 적절한 제어를 통하여 {111}면 발달을 억제하므로 자속밀도를 높일 수 있으나, 결정립 사이즈 효과로 인하여 철손이 열위 해지는 원인을 제공한다.

상기의 문제점을 극복하기 위하여 본 발명은 최종소둔 전기강판의 집합조직 형성의 모태 역할을 수행하는 열연판과 예비소둔판의 집합조직에 대하여 관심을 갖게 되었다.

즉, Si 함유량이 낮은 저급 무방향성 전기강판의 경우 고온 안정상인 오스테나이트상에서 상온의 페리이트상으로의 변태에 의하여 변태집합조직이 형성된다.

이때, 자기적 특성에 유리한 집합조직의 형성을 위하여, 오스테나이트역에서의 완전 재결정을 통하여 오스나이트재의 재결정 방위로 알려진 Cube방위가 주방위가 되도록 하고, 이 재결정방위의 상변태를 통하여 자성에 유리한 {100}면이 주 방위가 되는 집합조직이 형성되도록 하여 자속밀도를 향상시킬 수 있다.

이에 반하여, Si=2%를 포함하는 무방향성 전기강판은 전 온도영역에 걸쳐서 페라이트 단상으로 구성되며, 이때의 열연판 집합조직 형성 메커니즘은 저급재의 경우와 다르다.

즉, 열연판에서 자성에 유리한 {100}- 또는 {110}면의 부피분율을 높이기 위해서는 열연 공정중 압연에 의한 전단변형에 의해서 형성되는 고스 방위로 대표되는 전단 집합조직과 재결정이 복합적으로 일어나는 동적 재결정의 특성을 최대한 이용하는 게 필수적이다.

이하, 본 발명에 따른 성분조성의 수치한정 사유에 대하여 설명하기로 한다.

[C: 0.005중량%이하]

상기 C의 함량이 낮을수록 자성이 향상되나, 0.005중량%를 초과하여 첨가되면 자기시효를 일으켜서 사용중 자기적 특성을 저하시키므로, 그 함량을 0.005중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

[Si: 2.0~3.5중량%]

상기 Si는 비저항을 증가시켜서 철손을 낮추는 성분이지만 3.5중량%를 초과하여 첨가되면 제조비용의 상승과 압연성 저하를 초래하므로, 그 함량을 3.5중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

[Mn: 1.0중량%이하]

상기 Mn은 비저항을 증가시킬 뿐만 아니라 집합조직을 향상시키는데 유효한 성분으로, 1.0중량%를 초과하여 첨가되면 자성향상의 효과가 포화되므로, 그 함량을 1.0중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

[P: 0.15중량%이하]

상기 P는 자성에 유리한 집합조직을 형성하며 철손을 낮추는 성분으로, 0.15중량%를 초과하여 첨가되면 냉간압연성을 저하시키므로, 그 함량을 0.15중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

[Al: 0.1~1.5중량%이하]

상기 Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추며, B첨가강에서 B가 N과 쉽게 결합하도록 도와주는 역할을 하는 성분으로, 0.1중량%미만 첨가되면 AlN의 미세한 석출물이 과도할 수 있고, 0.7중량%를 초과하여 첨가되면 B를 첨가하지 않아도 AlN 의 영향이 적어지므로, 그 함량을 0.1~1.5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 1050~1200℃로 재가열한 다음 열연판의 통판성을 고려한 사상 열간압연의 마지막 스탠드의 압하율을 15%이하로 유지하며, 각각의 스탠드 압하율이 30~50%로 하는 후단강압 스케줄로 열간압연을 마무리 한다.

이때, 890~930℃ 열연 마무리 온도(열간압연 종료온도)는 사상압연 후단부의 강압 스케줄로 인하여 열연판 표층부에 강한 전단변형이 주어지며, 이로 인하여 고스 방위의 집적도가 증대한다.

이는 상기의 최적화된 열연 마무리 온도에 의하여 셀 구조로 안정화되어 후 공정인 예비소둔 과정을 통하여 안정한 {100}<011>방위를 갖는 재결정립으로 성장한다.

상기 재가열 온도가 1050℃ 미만이면 슬라브 내의 원소들이 충분히 균질화 되지 않아 열간압연시 과부하의 원인이 되며, 1200℃ 이상이면 과다한 재고용으로 인한 석출물의 증대로 최종 소둔판내의 철손의 불균질성이 증대되는 등 자성에 나쁜 영향을 미치므로 상기 재가열 온도는 1050~1200℃로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 열간압연된 열연판을 600~750℃에서 권취하고, 이후 공기중에서 코일 상태로 또는 비산화성 분위기 중에 냉각한다.

상기 권취온도가 750℃를 초과하면 냉각시 산화가 많아질 수 있어서 산세성이 나빠질 수 있으므로 상기 권취온도는 750℃ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 또한 권취온도가 600℃ 이하로 되면 결정립성장이 미흡하기 때문에 600~750℃의 범위에서 권취한다.

상기 권취된 열연판을 통상적으로 800℃이상에서 열연판 소둔한 다음 산세하고 냉간압연 한다.

상기 열연판 소둔온도가 800℃미만이면 소둔효과가 적으며, 판형상을 고려하여 최대 1100℃로 제한한다.

상기 냉간압연은 75~85%의 압하율로 냉간압연한다.

이는 최적의 열간압연 공정조건을 통하여 형성된 집합조직에 대하여 예비소둔을 통하여 안정화 시킨 후 적정 압하율을 통한 전단변형밴드 등의 형성을 제어하여 마무리 소둔시 {111}//RD방위 형성사이트를 억제하는데 있다.

최종 목표로 하는 두께로 냉간압연된 강판은 700~1100℃ 에서 최종소둔한다.

상기 소둔온도가 700℃ 미만이면 결정립 성장이 미흡하고, 1100℃를 초과하면 표면온도가 과다하게 높아져 판형상이 나빠지며, 표면결함이 발생할 수 있다.

또한, 상기 소둔시 소둔분위기는 비 산화성분위기에서 습도가 없는 건조한 분위기에서 실시한다.

수분이 있으면 수분중의 O가 강의 C와 결합하여 탈탄은 될 수 있으나 강판의 Si 및 Al등과 결합하여 강판내부에 산화층을 형성하여 자기적 특성을 저하시키므로 건조한 환원성 분위기로 소둔한다.

상기 소둔판은 절연피막코팅 처리가 가능하다.

상기 절연피막은 유기질, 무기질 또는 유무기 복합피막으로 처리될 수 있으 며, 기타 절연이 가능한 피막제로 처리하는 것도 가능하다.

절연피막의 두께에 따른 박막코팅과 후박코팅도 가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같이 조성되는 강슬라브를 1180℃로 재가열하고, 하기 표 2와 같이 열간압연, 권취, 열연판 소둔 및 냉간압연하여 0.5mm 두께로 강판을 제조하였다.

상기 냉간 압연판의 소둔은 수소 30%와 질소 70%의 혼합분위기에서 하기 표 2의 소둔조건으로 실시하였다.

상기와 같이 제조된 강판의 철손, 자속밀도를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.

상기 표 2에서와 같이, 통판성을 고려한 후단강압과 최적의 FDT온도로 특징되는 열연공정 조건들에 의하여 예비소둔판의 {110}//RD와 {100}<001>방위의 Vol%가 각각의 비교예에 비하여 높은 값을 가지며, 이는 최종 소둔제품의 자속밀도를 높이는 역할을 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 통판성을 고려한 열연 사상압연 스케줄과 열연마침 온도의 최적화함으로써 동일 소강성분에 대하여 자속밀도를 향상시킨 무방향성 전기강판을 제공하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 중량%로 C:0.005%이하, Si: 1.6~3.5%, Mn: 0.75%이하, Al: 0.1~1.5%이하, P: 0.15%이하, 나머지는 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 열간 사상압연의 최종스탠드의 압하율이 통판성을 고려한 15% 이하로 유지되며,

   F1~F5까지의 각 스탠드가 30~50% 압하율로 특정되어 후단강압과 열간압연 종료온도가 880~960℃인 것을 특징으로 하는 자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 F2~F5 까지의 각 스탠드 압하율의 합이 150~190%인 것을 특징으로 하는 자속밀도가 우수한 무방향성 전기강판 제조방법.
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