KR100940716B1 - 방향성 전기강판용 슬라브의 가열방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기, 전기기기, 회전기기등의 철심재료로 사용되는 방향성전기강판의 제조시 에지크랙을 저감시키기 위한 방향성 전기강판용 슬라브의 가열방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 규소강 슬라브를 예열대, 가열대 및 균열대로 이루어지는 가열로 장입하여 재가열한 후, 열간압연, 예비소둔, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔을 거쳐 최종 절연코팅하여 방향성전기강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 규소강 슬라브의 재가열 시 재가열조건이 슬라브의 장입온도(장입 슬라브 온도)를 500℃이상으로 하고, 상기 가열로의 예열대 온도를 1150∼1200℃로 하고, 그리고 예열대와 가열대의 온도차이가 250℃이하가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 슬라브의 가열방법이 제공된다.

본 발명은 방향성 전기강판의 자성을 떨어뜨리지 않고 최종 제품의 에지크랙의 발생을 방지할 수 있어 생산성을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.

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Description

방향성 전기강판용 슬라브의 가열방법{Method for Heating Slab for Grain Oriented Electrical Steel Sheet}

도 1은 규소강 슬라브 재가열시 가열온도에 따른 불꽃길이변화를 나타내는 그래프

도 2는 슬라브 장입온도별 슬라브 장입온도와 예열대 온도와의 차이에 따른 에지 크랙발생여부를 나타내는 그래프

도 3은 가열대와 예열대의 온도차이에 따른 결함발생여부 및 자성(철손)변화를 나타내는 그래프

본 발명은 변압기, 전기기기, 회전기기등의 철심재료로 사용되는 방향성전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방향성전기강판의 제조시 에지크랙을 저감시키기 위한 방향성 전기강판용 슬라브의 가열방법에 관한 것이다.

통상, 방향성 전기강판은 밀러지수로 압연면이 {110}면, 압연방향이 <001>측인 결정립[고스(Goss)조직]으로 구성되는 전기강판으로서, 주로 변압기, 발전기기등의 철심용 연자성 재료로 사용된다.

이러한 방향성 전기강판은 일반적으로 제강-슬라브 재가열-예비소둔-1차 냉간압연- 중간소둔-2차 냉간압연-탈탄소둔-2차 재결정소둔-절연코팅이라는 일련의 제조공정에 의해서 제조된다.

상기 방향성 전기강판의 제조공정중에서 강 슬라브의 재가열 공정은 강판의 산화스케일 발생정도 또는 최종강판의 에지크랙(Edge Crack) 발생에 큰 영향을 미치기 때문에 매우 중요한 공정이다.

상기한 슬라브 재가열 공정은 그 상부 뿐만 아니라 측면에 버너가 설치되어 있고 슬라브를 이동시키는 이동빔이 그 내부에 구비되어 있는 가열로에서 행해진다.

종래에는 방향성 전기강판의 표면결함을 줄이기 위하여 슬라브 재가열시 가열분위기를 (H₂ +CH₄ + C_nH_n)/O₂의 부피비가 0.95 ∼1.2가 되도록 하여 전기강판의 슬라브 를 가열하였나, 이 방법에 의해서는 에지크랙 발생을 완전히 방지할 수 없다.

따라서, 방향성 전기장판은 투입된 원재료의 양에 대한 제품화 비율, 즉 실수율이 다른 철강제품에 비해 상당히 작은데, 방향성 전기강판의 에지크랙은 이러한 제품의 실수율을 더욱 저하시키게 된다.

다시말하면, 방향성 전기강판의 경우 규소가 3%정도 첨가되므로 취성이 증가하여 크랙의 발생이 많아져서 제품화되는 양이 적고, 또한 슬라브 재가열 과정에 규소와 철이 산화되어 생기는 스케일에 의해 실수율이 크게 저하되는데, 특히 코일의 양 끝부분, 즉 에지부위에 생기는 에지크랙은 방샹성전기강판의 실수율 저하 뿐만아니라 냉간압연시 파단의 원인이 되기 때문에 코일 폭의 에지부분을 측면절단(Side Trimming)하여 제거하여야 하는 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 방향성전기강판의 슬라브를 재가열할 때 가열로의 가열온도를 적절히 제어함으로써, 양호한 자성을 유지하면서 에지크랙을 감소시킬 수 있는 방향성 전기강판용 슬라브의 가열방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 중량%로 C:0.04∼0.08%, Si:2.9∼3.3%, Mn:0.06∼0.08%, S:0.02∼0.03%를 함유하고, Sol-Al:0.02∼0.037% 또는 N:60∼120ppm의 1종 또는 2종, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 규소강 슬라브를 예열대, 가열대 및 균열대로 이루어지는 가열로 장입하여 재가열한 후, 열간압연, 예비소둔, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔을 거쳐 최종 절연코팅하여 방향성전기강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 규소강 슬라브의 재가열 시 재가열조건이 슬라브의 장입온도(장입 슬라브 온도)를 500℃이상으로 하고, 상기 가열로의 예열대 온도를 1150∼1200℃로 하고, 그리고 예열대와 가열대의 온도차이가 250℃이하가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 슬라브의 가열방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 방향성 전기강판의 제조시 재료의 손실 및 파단에 결정적인 영향을

주는 에지크랙의 발생원인을 각 제조공정별로 심도있게 연구하고 검토한 결과 에지 크랙의 주원인이 열간압연 중에서도 재가열로 공정인 것을 발견하고, 이에 근거하여 재가열공정을 적절히 제어하여 에지크랙의 발생을 방지하고자 하는 것이다.

방향성 전기강판에 기본적으로 요구되는 특성은 높은 자속밀도와 낮은 철손이다.

자속밀도가 높으면 철심재료를 적게 사용하더라도 같은 성능을 발휘할 수 있고 또한 철손이 낮을수록 철심재료에 의한 전기기기의 에너지 손실이 적기 때문에 고자속밀도와 저철손을 갖는 방향성전기강판을 쓰게 되면 전기기기를 소형화할 수 있는 잇점이 있다.

본 발명이 적용되는 방향성 전기강판의 슬라브는 중량%로 C:0.04∼0.08%, Si:2.9∼3.3%, Mn:0.06∼0.08%, S:0.02∼0.03%를 함유하고, Sol-Al:0.02∼0.037% 또는 N:60∼120ppm의 1종 또는 2종, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것이 바람직하다.

상기 조성을 갖는 슬라브는 통상 석출물을 완전 고용시키기 위하여 1320~1400℃의 온도에서 약 4~6시간 정도 산화성 분위기[통상적으로 (H₂ + CH₄ + CO₂ + C_nH_n)/O₂의 부피비가 0.95∼1.2임]하에서 가열이 이루어지는데, 본 발명의 연구결과에 의하여 슬라브의 측면, 즉, 에지부분이 분위기에 과다하게 노출되기 때문에 에지크랙의 발생에 큰 영향을 미치게 됨을 인식하게 되었다.

이와 같은 슬라브 재가열 과정에서 에지크랙이 발생하는 기구를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 설명한 바와 같이, 방향성전기강판의 제조시 석출물의 완전고용을 위해 슬라 브를 재가열하는 경우 통상의 방향성 전기강판 중에는 규소함량이 약 3%전후로 함유하기 때문에 가열시 Fayalite(2FeO·SiO₂)를 주성분으로 하는 스케일층이 형성된다.

상기 Fayalite의 융점은 1205℃이고, Fe-2FeO·SiO₂의 공정온도는 1170℃로 가열온도에 비해 현저히 낮다.

따라서, 슬라브를 가열하게 되면 페이얼라이트의 주성분인 스케일이 액체화되어 흘러내리는 현상이 나타나는데, 이러한 현상은 가열온도가 약 1300℃이상이면 관찰된다.

그런데, 슬라브의 연속주조 조직의 결정립계가 결정립계내 보다도 에너지기 높기 때문에 상기 액체화된 스케일이 에지부를 침식할 때는 상기 주조조직의 결정립계에서부터 우선 침식하게 된다.

이렇게 형성된 에지부의 침식부위는 점점 깊게 형성되게 되고, 상기 슬라브의 열간압연시 이 침식부위를 핵으로 하여 방향성 전기강판의 최종제품에 에지크랙이 발생되게 되는 것이다.

따라서, 슬라브의 에지부 침식을 억제하기 위해서는 우선 가열로내 슬라브 에지부 과열을 방지할 필요가 있다.

가열로내에서 슬라브의 에지부 과열에 의한 산화 스케일을 억제하기 위해서는 가열로내의 온도 분위기 조절이 매우 중요하다.

가열로의 구조를 살펴보면, 그 길이는 장입측에서 시작하여 추출측까지 대략 30M 정도이고, 슬라브를 상기 목적의 온도까지 올리기전 슬라브를 예열시키는 예열대, 충분히 예열된 슬라브를 목적의 온도까지 올리는 가열대와 숙열을 위한 균열대로 구성되어 있다.

통상적으로, 상기 예열대가 가열로 전체 길이의 반정도를 차지한다.

방향성 전기강판의 제조시 자성확보를 위하여 가열로 온도분위기를 1375℃의 고온으로하여 가열하는데, 가열로 온도 분위기중 가열대 및 균열대의 온도는 자성에 큰 영향을 미치지만 예열대의 온도에 따른 자성영향은 아직 연구결과가 없는 실정이다.

본 발명자들은 예열대의 온도가 상기와 같이 자성에는 크게 영향을 미치지 않지만, 에지부 산화스케일의 생성제어에는 매우 중요하다는 사실에 착안하여 슬라브의 장입온도 조건에 따라 예열대의 온도를 적절히 제어하므로써 에지 크랙의 발생을 방지할 수 있다는 것을 인식하게 되었다.

즉, 가열로 장입 슬라브 온도와 예열대 온도와의 차이가 크면 에지크랙 발생이 크다는 사실을 알게 되었다.

도 1에 나타난 바와 같이, 가열로내 버너의 불꽃길이는 온도가 상승함에 따라 길어짐을 알 수 있다.

버너의 불꽃길이가 길어지면 불꽃이 슬라브에 닿아서 슬라브가 과열되는 현상이 나타난다.

통상, 가열온도가 1200℃이상이 되면 불꽃길이가 4M이상이 되어 슬라브 에지에 영향을 주게 된다.

도 2에 나타난 바와 같이, 슬라브 장입온도(장입 슬라브 온도)와 예열대 온도와의 차이가 크면, 에지크랙이 발생됨을 알 수 있다.

에지크랙의 발생을 방지할 수 있는 바람직한 슬라브 장입온도와 예열대 온도와의 차이는 슬라브 장입온도에 따라 변화되며, 약 500~700℃정도임을 알 수 있다.

이와 같이, 슬라브 장입온도와 예열대 온도와의 차이가 크면, 에지크랙이 발생되는 것은 슬라브 장입온도가 통상 500~800℃정도인데 슬라브 장입 온도와 예열대 온도의 차이가 크게 되어 슬라브가 급가열되므로 에지에 영향을 주기 때문으로 확인되었다.

도 3에 나타난 바와 같이, 예열대와 가열대와의 온도차이가 클수록 에지크랙 발생은 개선되나, 제품의 필수요건이 되는 자성(철손)은 불량하게 나타남을 알 수 있다.

이와 같이 예열대와 가열대와의 온도차이가 클수록 자성이 불량하게 나타나는 이유는 예열대 온도가 어느정도 이하로 낮게 되면 가열대의 열량이 예열대로 빠져나가서 실질적인 가열대 분위기가 되지 않고 온도가 낮은 상태로 슬라브가 가열되기 때문이다.

상기 결과로 부터, 방향성 전기강판의 자성을 유지하면서 에지크랙발생을 방지하기 위해서는 장입되는 슬라브의 온도를 일정온도 이상이 되도록 하고, 또한, 장입 슬라브 온도와의 차이 및 가열대 온도와의 차이를 줄일수 있는 적당한 예열대 온도를 설정하는 것이 필요하다는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 방향성 전기강판를 제조하기 위하여 규소강 슬라브를 가열 로에서 재가열할 시 슬라브 장입온도를 500℃이상으로 하고, 예열대 온도를 1150 ~ 1200℃ 범위로 하고, 또한 예열대와 가열대의 온도차이를 250℃이하, 바람직하게는 200℃이하가 되도록 재가열조건을 제어함으로써 방향성 전기강판의 자성을 유지하면서 최종 제품의 에지크랙의 발생을 방지할 수 있게 된다.

상기 슬라브 장입온도가 500℃미만인 경우에는 예열대와의 온도차이가 커 에지크랙의 발생우려가 크기 때문에, 상기 슬라브 장입온도는 500℃이상으로 하며, 바림직하게는 500∼800℃로 설정하는 것이다.

상기 슬라브 장입온도를 800℃이상으로 하기 위해서는 연소주조후에 슬라브 갖고 있는 열이외에 별도의 설비를 이용하여 열을 추가로 공급해주어야 하므로, 비경제적이기 때문이다.

상기 예열대 온도를 1150 ~ 1200℃ 범위로 설정한 것은 예열온도가 1150℃미만인 경우에는 가열대와의 온도차이가 커 가열대 열량이 예열대측으로 이동하게 되어 가열대의 온도확보가 어려워 자성이 떨어지고, 예열온도가 1200℃를 초과하는 경우에는 슬라브 장입온도와의 온도차이가 커 에지크랙의 발생우려가 크기 때문이다.

상기 예열대와 가열대의 온도차이를 250℃이하로 설정한 것은 예열대와 가열대의 온도차이가 250℃를 초과하는 경우에는 에지크랙은 방지되지만, 방향성 전기강판의 자성이 떨어지기 때문이다.

바람직하게는 예열대와 가열대의 온도차이를 200℃이하로 설정하는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

전로정련된 용강을 연속주조하여 중량%으로 C: 0.05%, Si: 3.1%, Mn: 0.065%, S: 0.024%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 방향성 전기강판의 슬라브의 장입온도 및 예열대 온도를 하기 표 1과 같이 변화시키면서 가열대 및 균열대온도를 1375℃로 하여 4시간 동안 가열하였다.

상기와 같이 슬라브를 가열한 다음, 통상의 방법으로 방향성 전기강판을 제조한 후 에지크랙 발생여부를 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

장입 슬라브온도(℃)	예열대 온도(℃)	에지크랙 발생여부	자성
800	1250	발생	양호
	1210	발생	양호
	1160	미발생	양호
600	1250	발생	양호
	1210	발생	양호
	1160	미발생	양호
500	1250	발생	양호
	1210	발생	양호
	1160	미발생	양호
300	1250	빌생	양호
	1210	발생	불량
	1160	약발생	불량

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 조건으로 슬라브를 가열하는 경우에는 에지 크랙이 발생하지 않을 뿐만 아니라 자성도 양호함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 방향성 전기강판를 제조하기 위하여 규소강 슬라브를 가열로에서 재가열하는 경우 슬라브 장입온도, 예열대온도 및 예열대온도와 가열대온도와의 온도차이를 적절히 제어함으로써 자성을 떨어뜨리지 않고 최종 제품의 에지크랙의 발생을 방지할 수 있어 생산성을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 중량%로 C:0.04∼0.08%, Si:2.9∼3.3%, Mn:0.06∼0.08%, S:0.02∼0.03%를 함유하고, Sol-Al:0.02∼0.037% 또는 N:60∼120ppm의 1종 또는 2종, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 규소강 슬라브를 예열대, 가열대 및 균열대로 이루어지는 가열로 장입하여 재가열한 후, 열간압연, 예비소둔, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔을 거쳐 최종 절연코팅하여 방향성전기강판을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 규소강 슬라브의 재가열 시 재가열조건이 슬라브의 장입온도를 500℃이상으로 하고, 상기 가열로의 예열대 온도를 1150∼1200℃로 하고, 그리고 예열대와 가열대의 온도차이가 250℃이하가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 슬라브의 가열방법
2. 제1항에 있어서, 슬라브의 장입온도와 예열대 온도의 차이가 500∼700℃이고, 그리고 예열대와 가열대의 온도차이가 200℃이하인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 슬라브의 가열방법

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