KR100940721B1 - Method of magnetic flux-heating treatment FOR electrical steel sheet - Google Patents
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Abstract
본 발명은 변압기 등의 전기기기 철심으로 사용되는 자기변형이 적은(저소음) 전기강판의 자장열처리방법에 관한 것이다. 이 자장열처리방법은, 전기강판을 최종소둔 또는 최종소둔후의 절연코팅하는 제조방법에 있어서, 상기 최종소둔처리 또는 절연코팅처리한 전기강판을 큐리온도이상의 온도로 가열하고, 냉각과정에서 전기강판의 두께방향(압연방향과 폭방향에 대한 수직방향)으로 자장을 인가하는 것을 포함한다. The present invention relates to a magnetic field heat treatment method for a low-noise (low noise) electrical steel sheet used as an iron core of an electrical apparatus such as a transformer. The magnetic field heat treatment method is a manufacturing method for insulation coating after final annealing or final annealing of an electrical steel sheet, wherein the final annealing or insulation coating electrical steel sheet is heated to a temperature above the Curie temperature, and the thickness of the electrical steel sheet in the cooling process. And applying a magnetic field in the direction (vertical to the rolling direction and the width direction).
전기강판, 자기변형(magnetostriction), 자장열처리, 두께방향, 압연방향Electrical steel, magnetostriction, magnetic field heat treatment, thickness direction, rolling direction
Description
도 1은 종래의 자장열처리장치1 is a conventional magnetic field heat treatment apparatus
도 2는 본 발명의 자장열처리장치의 일례도 Figure 2 is an example of the magnetic field heat treatment apparatus of the present invention
도 3은 일반적 방향성 전기강판의 자속밀도에 따른 자기변형 특성을 나타내는 그래프3 is a graph showing the magnetostriction characteristics according to the magnetic flux density of a general oriented electrical steel sheet
도 4는 종래의 자장열처리방법(길이방향)과 본 발명의 자장열처리방법(두께 방향)에 따른 자기변형을 비교한 그래프4 is a graph comparing magnetic deformation according to the conventional magnetic field heat treatment method (length direction) and the magnetic field heat treatment method (thickness direction) of the present invention.
도 5는 자장의 세기에 따른 자기변형율을 나타내는 그래프
5 is a graph showing the magnetostriction according to the strength of the magnetic field
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on the main parts of the drawing
1.....전기강판 10, 20..... 자장발생수단1 .....
12, 22.....전원공급기 14, 24..... 파형제어기12, 22 ...
본 발명은 변압기 등의 전기기기 철심으로 사용되는 자기변형이 적은(저소음) 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기강판의 두께방향으로 자장을 인가하는 자장열처리를 통해 자기변형(magnetostriction)을 감소시키는 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a low-magnetization (low noise) electrical steel sheet used for iron cores of electrical equipment such as transformers, and more particularly, magnetostriction through magnetic field heat treatment to apply a magnetic field in the thickness direction of the electrical steel sheet. It relates to a method for manufacturing electrical steel sheet to reduce).
전기강판은 모터와 변압기 등의 철심으로 사용되며, 그 종류는 방향성 전기강판과 무방향성 전기강판이 있다. 전기강판에 있어서의 자기적인 특성으로는 철손, 자속밀도, 투자율, 자기변형 등이 있다.
Electrical steel sheets are used as iron cores of motors and transformers, and the kinds thereof are directional electrical steel sheets and non-oriented electrical steel sheets. Magnetic properties in electrical steel include iron loss, magnetic flux density, magnetic permeability, magnetostriction, and the like.
자기변형은 전기강판을 변압기의 철심 등으로 사용할 때 발생하는 소음의 원인이 된다. 즉, 전기강판은 일정형상으로 가공하여 수십에서 수백장 적층한 철심으로 변압기의 내부에 들어가며, 이 철심주위는 코일이 감싸게 된다. 코일에 전류를 흘려 철심을 동작시키면 철심내부에서 자속방향의 변화로 철심의 길이변화가 일어나게 된다. 이 현상을 자기변형(magnetostriction)이라 한다. 철심의 길이변화는 공급되는 전압 또는 전류의 주파수에 배수로 발생된다. 길이변화로 인해 철심의 끝단이 공기를 때리게 되어 이 소리는 사람의 귀로 들을 수 있을 정도로 크다.
Magnetostriction causes noise generated when the electrical steel sheet is used as an iron core of a transformer. In other words, the electrical steel sheet is processed into a certain shape and enters the inside of the transformer with iron cores stacked from tens to hundreds of sheets, and the coils are wrapped around the cores. When the iron core is operated by applying current to the coil, the length of the iron core is changed by the change of magnetic flux direction inside the iron core. This phenomenon is called magnetostriction. The change in length of the iron core occurs in multiples of the frequency of the supplied voltage or current. The change in length causes the ends of the iron core to hit the air, which is loud enough to be heard by human ears.
방향성전기강판의 자기변형은 “길이변화량÷원래시편길이”로 표시되고 통상의 일반 방향성 전기강판의 경우 1.7Tesla에서 1.5x10-6 정도 된다. 즉 자속의 방향이 바뀔 때 마다 원래길이에 대해 이 정도의 비율만큼 늘어났다 줄어 들었다를 반복하는 것이다.
The magnetostriction of a grain-oriented electrical steel sheet is expressed as "length variation ÷ original specimen length", and about 1.5x10 -6 at 1.7 Tesla for a general general grain-oriented electrical steel sheet. In other words, each time the direction of the magnetic flux changes, it increases and decreases by this much proportion to the original length.
자기변형은 강판에 가해지는 응력에 따라 그 값이 크게 달라진다. 특히 강판의 압연방향으로 인장응력 보다는 압축응력에 대하여 자기변형이 크게 달라진다. 실제로 강판을 적층하여 변압기의 철심을 만들 때에는 강판사이의 틈을 없애기 위하여 볼트를 죄거나 용접을 하므로 강판에 압축응력이 가해지게 된다. 이것을 고려하여 강판의 낱장에 의도적으로 압축응력을 부여하여 자기변형을 측정하면 응력이 가해지지 않은 경우 보다는 높은 자기변형 값이 나타난다. 측정되는 자기변형 크기는 측정기기와 시편의 형상에 따라 조금씩 차이가 난다. 이는 자기변형 값이 미소한 응력에도 민감하며, 그 양이 매우 적어(10-6~10-7) 시편과 자기변형측정장치 사이에 발생되는 마찰이 측정기기마다 서로 다르기 때문이다. 이러한 이유로 자기변형 크기는 보고되는 문헌마다 차이를 나타낸다. 예로서 방향성전기강판의 경우 일반적으로 자기변형크기가 1.7Tesla에서 1.5x10-6정도 되며, 이것에 실제 변압기 제작시 들어가는 응력을 고려하여 길이방향에 대한 압축응력을 가하게 되면 자기변형이 급격히 증가한다. 즉 2MPa의 압축응력하에서는 4.2x10-6 정도가 된다. 이 수준의 자기변형크기를 가진 방향성전기강판으로 만들어진 변압기의 경우에 소음문제가 심각하게 대두된다.
The value of magnetostriction varies greatly depending on the stress applied to the steel sheet. In particular, the magnetostriction is significantly different with respect to the compressive stress rather than the tensile stress in the rolling direction of the steel sheet. In fact, when the steel core is laminated to make the iron core of the transformer, compressive stress is applied to the steel sheet by tightening or welding bolts to eliminate the gap between the steel sheets. In consideration of this, if the magnetic strain is measured by intentionally applying compressive stress to the sheet of steel sheet, a higher magnetostriction value appears than when no stress is applied. The magnitude of the magnetostriction measured varies slightly depending on the geometry of the measuring instrument and the specimen. This is because the value of magnetostriction is sensitive to minute stresses, and the amount of the magnetostriction is very small (10 -6 ~ 10 -7 ), and the friction generated between the specimen and the magnetostriction measuring device is different for each measuring device. For this reason, the size of the magnetostriction varies between the literatures reported. For example, in the case of oriented electrical steel sheet, the magnetostriction is generally about 1.5x10 -6 at 1.7Tesla, and the magnetostriction increases rapidly when compressive stress is applied to the longitudinal direction in consideration of the stress of the transformer. In other words, the compressive stress of 2MPa is about 4.2x10 -6 . Noise problems are serious in the case of transformers made of directional electrical steel sheets of this magnitude.
따라서, 자기변형을 최대한 낮추어 소음을 줄이기 위하여 방향성 전기강판을 가 능한 낮은 자속밀도에서 사용하고 있으며, 이러한 점을 고려하여 통상의 변압기는 1.65∼1.75Tesla수준의 자속밀도로 설계되고 있다. 따라서, 변압기의 효율이 떨어질 수 밖에 없으므로 방향성 전기강판의 자기변형을 가능한 낮출 있다면 더 높은 자속밀도에서 변압기를 사용할 수 있게 되고 이에 따라 변압기의 효율을 높이거나 크기를 줄일 수 있으므로 자기변형이 작은 방향성 전기강판의 필요성이 그 만큼 커지고 있다.
Therefore, in order to reduce noise as much as possible and to reduce noise, directional electrical steel is used at the lowest magnetic flux density possible. In view of this, conventional transformers are designed with magnetic flux density of 1.65 to 1.75 Tesla level. Therefore, if the transformer's efficiency is inevitably reduced, if the magnetostriction of the oriented electrical steel sheet is lowered as much as possible, the transformer can be used at a higher magnetic flux density, thereby increasing the efficiency or reducing the size of the transformer. The necessity of the steel sheet is increasing as much.
방향성전기강판 내부의 결정립들은 각각 모두 이상적으로 완벽한 고스방위(110)<001>를 가지고 있지 못하고 어느 정도의 편차를 가지고 있다. 이로 인하여 재료내부에는 주자구와 보조자구가 형성되어 있다. 주자구는 자구가 <001>방향을 향하고 있는 것으로 이것이 압연방향과 얼마나 일치하느냐에 방향성이 우수한 전기강판을 얻을 수 있게 되는 것이다. 보조자구는 재료에 자장을 가할 때 재료의 길이변화를 야기하는 주원인을 제공한다. 보조자구의 발생은 재료내부의 결정립이 가진 (110)면과 재료의 압연면이 이루는 각의 차이가 클수록 많아지며, 또한 잔류응력이나, 표면흠 등에 의해 발생한다. 재료에 자장을 가하면 보조자구의 회전으로 인하여 원자간 거리가 달라지게 되고 총체적으로 재료의 길이가 변하게 된다.
The grains inside the grain-oriented electrical steel sheet each do not ideally have a perfect goth orientation 110 <001> and have some deviation. Due to this, the main and secondary spheres are formed in the material. The main magnetic domain is in the direction of the <001> magnetic domain is to obtain an electrical steel sheet having excellent directionality in how it coincides with the rolling direction. Auxiliary spheres provide the main reason for the change of length of the material when applying magnetic field to the material. The generation of the auxiliary magnetic domain increases as the difference between the angle between the (110) plane of the crystal grains in the material and the rolled surface of the material increases, and also occurs due to residual stress or surface defects. When the magnetic field is applied to the material, the rotation of the assisting magnet causes a change in the distance between atoms and the overall length of the material.
오랜 기간 동안 많은 연구자들이 재료내에 존재하는 자구를 조절하는데 있어서 자장열처리 방법을 이용하였다. 자장열처리는 1913년 Pender와 Jones에 의해 발견된 이후 여러 가지 재료에 응용되고 있다. 이는 큐리온도 이하에서 상온까지 냉각하는 동안에 자장을 부여하여 재료의 자구를 재배열함으로써 자화곡선을 변화시키는 것이다. 자장열처리는 자기이방성 에너지가 낮은 재료에서 자기적 특성을 향상시키기 위하여 주로 사용하고 있다. Physics of Ferromagnetism(S.Chikazumi. Oxford Press, NY, 1997)에서와 Introduction to Magnetic Materials(B.Cullity. A.Wesley Publ., London, 1972)에서는 열처리과정중 냉각을 포함하는 과정에서 자장을 자화용이축 방향 즉 압연방향으로 가하면서 열처리하는 것을 자장열처리로 그 의미를 설명하고 있다. 그런데, 이러한 자장열처리가술은 주로 방향성 전기강판에 적용되었다.
For a long time, many researchers have used magnetic field heat treatment to control the magnetic domains present in the material. Magnetic field heat treatment has been applied to a variety of materials since it was discovered by Pender and Jones in 1913. This is to change the magnetization curve by rearranging the magnetic domain of the material by imparting a magnetic field while cooling to room temperature below the Curie temperature. Magnetic field heat treatment is mainly used to improve magnetic properties in materials with low magnetic anisotropy energy. In the Physics of Ferromagnetism (S. Chikazumi. Oxford Press, NY, 1997) and Introduction to Magnetic Materials (B.Cullity. A. Wesley Publ., London, 1972) The heat treatment while applying in the axial direction, that is, the rolling direction, has been explained by the magnetic field heat treatment. However, this magnetic field heat treatment technique was mainly applied to oriented electrical steel sheet.
자장열처리현상을 방향성전기강판에 적용한 것은 1964년 V.A. ZAYKOVA등의 발표(Fiz. Metal. metalloved. 18, 349 (1964))를 효시로 하여 당시에 활발히 연구되었다. 그러나 방향성전기강판의 결정자기 이방성 에너지가 너무 큰 것으로 인하여 강판의 자성을 자장열처리를 통해 변화시키기가 쉽지 않음을 알고, 이후 연구가 거의 이루어지지 않았다.
The application of magnetic field heat treatment to directional electrical steel was actively studied at the time of 1964 by VA ZAYKOVA et al. (Fiz. Metal. Metalloved. 18, 349 (1964)). However, it was found that it is not easy to change the magnetic properties of the steel sheet by magnetic field heat treatment due to the too large crystal magnetic anisotropy energy of the grain-oriented electrical steel sheet, and little research has been made.
자장열처리를 방향성전기강판에 적용한 기술로(1) 일본 특개평8-134543호, (2) 평8-134551 및 (3) 평7-197132호 등이 있다.
Magnetic field heat treatment is applied to a grain-oriented electrical steel sheet (1) Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-134543, (2) Hei 8-134551, and (3) Hei 7-197132.
(1) 일본 특개평8-134543호에서는 자속밀도가 800A/m (B8)에서 1.93~1.94 테스라(Tesla)인 재료를 이용하여 자장열처리의 적정온도와 냉각속도에 따른 자기변형 감소효과를 보여주고 있다. 여기서는 방향성전기강판을 이차재결정소둔후 코팅과 평탄화 과정을 거쳐 냉각과정중에 자기변태점 바로 직상 온도에서 약350℃ 까지 25℃/초 이하의 속도로 냉각하며 이때 직류자장은 10 에르스텟(Oe) 정도 부여하는 것을 특징으로 한다. (1) Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-134543 uses magnetic materials having a magnetic flux density of 1.93 to 1.94 Tesla at 800 A / m (B 8 ) to reduce the magnetostriction effect according to the proper temperature and cooling rate of the magnetic field heat treatment. Is showing. In this case, the oriented electrical steel sheet is subjected to secondary recrystallization annealing, followed by coating and flattening. It is characterized by.
(2) 일본 특개평8-134551호에서는 자속밀도가 800A/m (B8)에서 1.94 테스라(Tesla)인 재료를 이용하여 700℃이하의 온도에서 400℃까지 강판의 폭방향으로 온도경사를 1.5℃/cm으로 하면서 동시에 강판에 인장응력을 신장률 0.30% 이상 또는 0.15% 이하로 하고, 직류자장을 50 에르스텟 이상으로 부여하여 철손과 자속밀도가 낮아지는 효과를 보여주고 있다.
(2) Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 8-134551 uses a material having a magnetic flux density of 800 A / m (B 8 ) to 1.94 Tesla to incline the temperature in the width direction of the steel sheet from 700 ° C to 400 ° C. At 1.5 ° C / cm, the tensile stress of the steel sheet was 0.30% or more or 0.15% or less, and the DC magnetic field was applied to 50 ersted or more, thereby reducing the iron loss and magnetic flux density.
(3) 일본 특개평7-197132호에는 Si:1~10중량%을 함유하는 규소강판에 큐리온도미만의 영역에서, 유효자계 40A/m이상의 교번자계(사인파형, 삼각파형 및 사각파형 자장)를 인가하고, 이 자계중에서 400℃이하까지 냉각하는 방향성 전기강판의 제조방법이 개시되어 있다.
(3) Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-197132 shows an alternating magnetic field of more than 40 A / m in an effective magnetic field (sine wave, triangular wave and square wave magnetic fields) in a silicon steel sheet containing Si: 1 to 10% by weight in the region below the Curie temperature. A method for producing a grain-oriented electrical steel sheet is disclosed, which is cooled to 400 ° C. or lower in this magnetic field.
상기 선행기술들에서는 모두 자기적특성들이 우수한 고자속밀도 방향성전기강판(800A/m에서 자속밀도가 1.90 Tesla 이상) 또는 실질적으로 고규소(실리콘 함량이 4% 이상)강판을 이용하고 있다. 즉, 자속밀도가 낮은 일반방향성 전기강판에 대해서 자장열처리를 통해 자기변형을 감소하는 기술과 관련된 선행기술은 찾아보기 어렵다. 이는 자장열처리가 모든 방향성전기강판에 대하여 자기변형 감소효과가 나타나는 것이 아니라 자속밀도가 낮은 일반방향성 전기강판에서는 오히려 자기변형이 더 커지는 경우가 있기 때문이다. 그런데, 세계적으로 방향성전기강판의 생산량과 소비량측면에서 고자속밀도 방향성전기강판 보다는 일반방향성전기강판의 양이 더 많다는 사실을 고려해 볼 때, 일반방향 방향성 전기강판에서 자기변형감소방안이 더 시급한 실정이다.
In the above prior arts, high magnetic flux density oriented electrical steel sheets (magnetic flux density of 1.90 Tesla or more at 800 A / m) or substantially high silicon (silicon content of 4% or more) steel sheets are used. That is, it is difficult to find a prior art related to a technique of reducing magnetic strain through magnetic field heat treatment for general oriented electrical steel sheets having low magnetic flux density. This is because the magnetic field heat treatment does not reduce the magnetostriction effect for all the oriented electrical steel sheets, but the magnetostriction may be larger in general oriented electrical steel sheets having a lower magnetic flux density. However, considering the fact that the amount of general oriented electrical steel sheet is higher than the high magnetic flux density oriented electrical steel sheet in terms of production and consumption of directional electrical steel sheets, the reduction of magnetostriction is more urgent in general oriented electrical steel sheets. .
또한, 상기 (1)(2)(3)의 선행기술에서는 도 1과 같이 자장을 자화용이축 방향(강판의 압연방향 즉, 강판의 길이방향을 향하여 자장부여)으로 가하는 자장열처리기술이다.
In addition, in the prior art of (1) (2) (3), as shown in Fig. 1, the magnetic field heat treatment technique is applied to the biaxial direction for magnetization (a magnetic field is applied toward the rolling direction of the steel sheet, that is, the longitudinal direction of the steel sheet).
본 발명은 고급 방향성 전기강판은 물론 자속밀도가 낮은 일반방향성전기강판 (800A/m에서 자속밀도가 1.89 Tesla 이하)에서도 자기변형을 낮출 수 있는 전기강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다. The present invention provides a method of manufacturing an electrical steel sheet capable of lowering the magnetostriction even in a high directional electrical steel sheet as well as a general directional electrical steel sheet having a low magnetic flux density (a magnetic flux density of 1.89 Tesla or less at 800 A / m).
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기강판의 자장열처리방법은, 전기강판을 최종소둔 또는 최종소둔후의 절연코팅하는 제조방법에 있어서, 상기 최종소둔처리 또는 절연코팅처리한 전기강판을 큐리온도이상의 온도로 가열하고, 냉각과정에서 전기강판의 두께방향(압연방향에 대한 수직방향)으로 자장을 인가하는 것을 포함한다.
Magnetic field heat treatment method of the electrical steel sheet of the present invention for achieving the above object, in the manufacturing method of the insulation coating after the final annealing or final annealing electrical steel sheet, the final annealing or insulation coating the temperature of the electrical steel sheet or more than the Curie temperature Heating, and applying a magnetic field in the thickness direction (vertical direction to the rolling direction) of the electrical steel sheet during the cooling process.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 4에는 장력피막이 도포된 전기강판에 대한 자기변형이 제시되어 있다. 도 4에서 통상의 압연방향 자장부여는 도 1과 같이 강판의 자화용이축(압연) 방향으로 자장을 가하여 자장열처리한 경우이며, 두께방향 자장부여 열처리는 도 2과 같이 강판의 두께방향으로 자장을 인가한 것이다.
Figure 4 shows the magnetostriction for the electrical steel sheet coated with a tension coating. In FIG. 4, the normal rolling direction magnetic field imparting is a magnetic field heat treatment by applying a magnetic field in the biaxial (rolling) direction of the steel sheet as shown in FIG. 1, and the thickness magnetic field imparting heat treatment applies a magnetic field in the thickness direction of the steel plate as shown in FIG. 2. It is authorized.
도 4에서 강판의 자화용이축 방향으로의 자장인가 보다 두께방향의 자장인가가 더 효과적이다. 이러한 차이는 강판에 장력피막에 의해 장력이 작용하는데서 비롯된 것이다. 따라서, 본 발명은 지금까지 정설로 받아들여지던 자화용이축 방향(압연방향)의 자장 부여 이론(LDMA:Longitudinal Direction Magnetic annealing)과는 반대로 강판의 두께 방향으로 자장을 부여하는 자장열처리(TDMA:Transverse Diretion Magnetic annealing)를 적용하는데, 특징이 있다.
In FIG. 4, the magnetic field in the thickness direction is more effective than the magnetic field in the biaxial direction for magnetization of the steel sheet. This difference comes from the tension acting by the tension coating on the steel sheet. Therefore, the present invention is magnetic field heat treatment (TDMA: Transverse) to impart a magnetic field in the thickness direction of the steel sheet, as opposed to the magnetic field theory (LDMA: Longitudinal Direction Magnetic annealing) in the magnetization biaxial direction (rolling direction) that has been accepted as the orthodox Diretion Magnetic annealing is applied.
[1] 대상강판 [1] sheet steels
본 발명은 전기강판을 대상강판으로 하는데, 방향성 전기강판이나 무방향성 전기강판 모두 가능하다.
In the present invention, the electrical steel sheet is a target steel sheet. Both oriented electrical steel sheets and non-oriented electrical steel sheets are possible.
(1) 방향성 전기강판(1) oriented electrical steel sheet
방향성전기강판의 성분은 크게 고온슬라브 가열재(예:일본 공개특허공보 소 40-15644), 저온 슬라브 가열재(예:일본 공개특허공보 소59-56522, 소62-40315) , 질화처리재(예:한국 공개특허공보 2000-67565), B 첨가 재(한국 특허출원번호 2000-72745), Zr, Ce 첨가재(예:한국 특허출원번호 2000-68328호) 등으로 구분되며, 이외에도 다양한 성분계가 제시되어 있으며, 이들 또한 본 발명의 대상재가 된다.
The components of the grain-oriented electrical steel sheet are mainly composed of a high temperature slab heating material (e.g., Japanese Patent Application Laid-Open No. 40-15644), a low temperature slab heating material (e.g., Japanese Patent Laid-Open No. 59-56522, Small 62-40315), and a nitride treatment material ( Examples: Korean Patent Application Publication No. 2000-67565), B additive (Korean Patent Application No. 2000-72745), Zr, Ce additive (ex. Korean Patent Application No. 2000-68328), etc. These are also objects of the present invention.
이러한 방향성 전기강판은, 최종두께로 냉간압연된 다음에, 최종소둔, 장력코팅하여 제품으로 응용된다. 자장열처리는 통상적으로 최종소둔재 또는 장력코팅재에 대해 행해지고 있다. 본 발명의 자장열처리는 방향성 전기강판의 최종소둔재, 장력코팅재의 어떠한 상태이던 상관없이 적용된다.
The oriented electrical steel sheet is cold rolled to the final thickness, and then applied to the product by final annealing and tension coating. The magnetic field heat treatment is usually performed on the final annealing material or the tension coating material. The magnetic field heat treatment of the present invention is applied regardless of the state of the final annealing material and the tension coating material of the grain-oriented electrical steel sheet.
(2) 무방향성 전기강판(2) non-oriented electrical steel sheet
무방향성 전기강판은 강슬라브를 재가열하여 열간압연하고, 권취한 다음, 산세 및 냉간압연하고, 냉연판을 최종소둔하여 제조한다. 최종소둔 냉연판에는 절연코팅하는 경우도 있다.
Non-oriented electrical steel sheet is produced by reheating a steel slab, hot rolling, winding, pickling and cold rolling, and final annealing of the cold rolled steel sheet. The final annealed cold rolled sheet may be insulated coated.
따라서, 본 발명에서는 최종소둔 냉연강판 또는 절연코팅 냉연강판을 대상으로 자장열처리한다. 무방향성 전기강판의 성분은 제조사별로 다양한 종류가 제시되어 있으며, 보통 4.5중량% 이하의 Si을 함유한 강종이 대부분이다. 이외에 자성과 가 공성향상을 위하여 기타 Al, Mn, P, B, Sb, Cu, Ni, Cr 등의 합금원소를 포함한다.
Therefore, in the present invention, magnetic field heat treatment is performed on the final annealed cold rolled steel sheet or insulation coated cold rolled steel sheet. Various kinds of components of non-oriented electrical steel sheet are suggested by manufacturers, and most steel grades contain Si of 4.5 wt% or less. In addition, other alloy elements such as Al, Mn, P, B, Sb, Cu, Ni and Cr are included for improving magnetic properties and processability.
[2] 자장열처리방법[2] magnetic field heat treatment
본 발명에서는 최종소둔재 또는 최종소둔한 다음에 절연코팅한 절연코팅재에 대하여 자장열처리한다. 따라서, 이들 강판을 가열하여 자장열처리할 수도 있고, 또는 최종소둔후의 냉각과정이나 절연코팅의 경화처리후의 냉각과정에서 자장을 인가하여 자장열처리할 수 있다. 자장열처리는 크게 자장인가방향, 인가자장, 자장열처리 온도를 최적화하여 자기이방성에너지를 낮추어 철손, 자속밀도, 자기변형의 개선을 도모한다.
In the present invention, the magnetic field heat treatment is performed on the final annealing material or the insulating coating material after the final annealing and the insulating coating. Therefore, these steel sheets may be heated and subjected to magnetic field heat treatment, or the magnetic field may be subjected to magnetic field heat treatment in the cooling process after the final annealing or in the cooling process after the curing of the insulating coating. The magnetic field heat treatment greatly optimizes the magnetic field application direction, the applied magnetic field, and the magnetic field heat treatment temperature to lower the magnetic anisotropy energy to improve the iron loss, the magnetic flux density, and the magnetic strain.
(1) 자장인가방향(1) Magnetic field application direction
본 발명에서는 강판의 두께방향(압연방향과 폭방향에 수직)으로 자장을 인가하며, 이를 위한 자장열처리장치가 도 2에 제시되어 있다.
In the present invention, the magnetic field is applied in the thickness direction (perpendicular to the rolling direction and the width direction) of the steel sheet, and a magnetic field heat treatment apparatus for this is shown in FIG. 2.
(2) 인가자장의 조건 (2) Conditions of Licensed Head
본 발명에서는 인가하는 자장은 직류, 교류, 펄스중의 어느 하나가 이용될 수 있다. 자장의 세기는 10~80 Oe가 바람직하다. 자장의 세기가 이 범위를 벗어나면 자기변형 변화율이 좋지 않다. 자장은 순간적으로 높은 자장을 가할 수 있는 펄스자장이 좋다. 펄스자장은 직류자장 또는 교류자장에 비하여 자장을 부여하는 시 간을 매우 짧게 하는 것을 의미한다.
In the present invention, any one of a direct current, an alternating current, and a pulse may be used. The strength of the magnetic field is preferably 10 to 80 Oe. If the field strength is outside this range, the rate of change of magnetostriction is not good. The magnetic field is a pulsed magnetic field that can apply a high magnetic field instantaneously. Pulsed magnetic field means that the time to give the magnetic field is very short compared to the direct or alternating magnetic field.
(2) 자장열처리 온도(2) magnetic field heat treatment temperature
자장열처리는 강판내부의 자구를 자기변형이 적은 방향으로 재배열하기 위하여 실시하는 것으로, 자구의 재배열을 위해서는 결정내의 자기이방성에너지를 낮게 하는 것이 유리하다. 전기강판의 자기이방성에너지는 온도가 높을수록 급격히 낮아지기 때문에 높은 온도에서 자장을 가하는 것이 좋다. 그러나, 자장열처리 온도가 강판의 자기변태점(약 720℃)에 가까이 갈수록 전기강판의 투자율이 낮아져 자속이 약해지므로 너무 온도가 높아도 좋지 않으므로 자장열처리 온도는 720℃이하에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 자장열처리온도가 200℃미만의 경우에는 전기강판의 결정자기 이방성에너지가 높은 관계로 자장열처리효과가 미미하다. 따라서, 자장열처리는 200~720℃온도 구간에서 행하는 것이 바람직하다. 장력코팅직후에 자장열처리를 하는 경우에는 약 800℃에서 경화(curing)을 끝내고 냉각과정중 온도를 조절하여 자장을 부여하면 경제적이다.
The magnetic field heat treatment is performed to rearrange the magnetic domains inside the steel sheet in a direction in which the magnetostriction is small. In order to rearrange the magnetic domains, it is advantageous to lower the magnetic anisotropy energy in the crystal. The magnetic anisotropy energy of the electrical steel sheet is rapidly lowered at higher temperatures, so it is better to apply a magnetic field at a higher temperature. However, as the magnetic field heat treatment temperature approaches the magnetic transformation point (about 720 ° C.) of the steel sheet, the magnetic permeability of the steel sheet is lowered and the magnetic flux is weakened. Therefore, the magnetic field heat treatment temperature is preferably performed at 720 ° C. or lower. In addition, when the magnetic field heat treatment temperature is less than 200 ° C, the magnetic field heat treatment effect is insignificant because the magnetic anisotropy energy of the electrical steel sheet is high. Therefore, the magnetic field heat treatment is preferably carried out at a temperature range of 200 ~ 720 ℃. In the case of magnetic field heat treatment immediately after tension coating, it is economical to finish the curing at about 800 ℃ and to give the magnetic field by adjusting the temperature during the cooling process.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
본 발명의 실시예에서 대상강재는 다음과 같은 공정을 통해 제조한 것이다. 중량%로, C:0.050~0.055%, Si:3.10~3.15%, Mn:0.09~0.10%, S:0.005~0.006%, Al:0.025~0.030%, N:0.004~0.005%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성된 방향성전기강 슬라브를 1350℃로 가열한 후, 열간압연하여 판두께가 2.0mm인 열연판 을 얻었다. 이 열연판을 950℃에서 5분간 소둔한 후 공기중에서 냉각하고, 표면을 산세한 후 0.30mm의 두께로 냉간압연을 하였다. 냉간압연된 판은 850℃로 유지된 로에 노점 51℃인 25%H2+75%N2의 혼합가스 내에서 2분동안 탈탄을 행하였다. 다음에 강판의 표면에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 최종 고온소둔을 행하였다. 고온소둔은 25%H2+75%N2 분위기에서 1200℃까지 가열하고, 온도가 1200℃에 도달 후 100%H
2분위기에서 10시간 유지하였다. 이와 같이 하여 안정된 2차 재결정이 끝난 방향성전기강판을 얻었다. 이후에 강판의 표면에 장력코팅재를 도포하고 800℃에서 경화(curing)시켰다.
In the embodiment of the present invention, the target steel is manufactured through the following process. By weight%, C: 0.050 ~ 0.055%, Si: 3.10 ~ 3.15%, Mn: 0.09 ~ 0.10%, S: 0.005 ~ 0.006%, Al: 0.025 ~ 0.030%, N: 0.004 ~ 0.005%, balance Fe and others The oriented electrical steel slab composed of unavoidable impurities was heated to 1350 ° C. and then hot rolled to obtain a hot rolled sheet having a plate thickness of 2.0 mm. The hot rolled sheet was annealed at 950 ° C. for 5 minutes, cooled in air, pickled, and cold rolled to a thickness of 0.30 mm. The cold rolled plate was decarburized for 2 minutes in a mixed gas of 25% H 2 + 75% N 2 with a dew point of 51 ° C. in a furnace maintained at 850 ° C. Next, MgO, an annealing separator, was applied to the surface of the steel sheet to perform final high temperature annealing. The high temperature annealing was heated to 1200 ° C. in 25% H 2 + 75% N 2 atmosphere, and maintained at 100% H 2 atmosphere for 10 hours after the temperature reached 1200 ° C. In this manner, a stable grain-oriented electrical steel sheet was obtained. Thereafter, a tension coating material was applied to the surface of the steel sheet and cured at 800 ° C.
[실시예 1] Example 1
상기와 같이 경화처리한 2종의 시편을 선택하여 자장열처리 실험을 하였다. 이들 강판을 재차 800℃까지 승온하여 냉각시키면서 720~200℃ 범위에서 자장을 걸어주었다. 자장의 방향은 각각 2종류로 하여 비교 하였다. 한가지는 기존의 방법대로 강판의 압연방향에 나란하게 부여하고, 다른 한가지는 강판의 두께방향(강판의 압연방향과도 수직되며, 강판의 폭방향과도 수직되는 방향)으로 자장을 부여하였다.
Two kinds of specimens cured as above were selected and subjected to magnetic field heat treatment experiments. These steel sheets were again heated to 800 ° C and cooled while hanging in a 720 to 200 ° C range. The directions of the magnetic fields were compared with each of two types. One is given in parallel to the rolling direction of the steel sheet according to the conventional method, and the other is given a magnetic field in the thickness direction of the steel sheet (the direction perpendicular to the rolling direction of the steel sheet, also perpendicular to the width direction of the steel sheet).
부여한 자장은 10 에르스텟 (Oe)의 직류자장(시간에 따라 자장의 크기가 변하지 않는 것)을 사용하였다. 이때 열처리의 조건은 두 가지 모두 자장열처리 구간인 720~200℃까지 분당 33℃의 속도로 냉각하였다.
The assigned magnetic field used a DC magnetic field of 10 Oersted (Oe) (the magnitude of the magnetic field does not change with time). At this time, both conditions of the heat treatment were cooled at a rate of 33 ° C. per minute to 720˜200 ° C., which is a magnetic field heat treatment section.
도 2에서 자기변형측정은 자장열처리 전후로 하여 비교하였으며, 자기병형중 "-"부호표시는 자장을 부여할 때 원래길이에 비해 자장부여방향으로 강판의 길이가 줄어든다는 것을 의미하며, 자기변형이 "+"방향은 원래길이에 비해 늘어나는 것을 의미한다.
In FIG. 2, the magnetostriction measurement was compared before and after the magnetic field heat treatment. In the magnetic bottle type, "-" sign indicates that the length of the steel sheet is reduced in the direction of the magnetic field applying direction compared to the original length when the magnetic field is applied. The direction "+" means to increase the original length.
도 2에서 보면, 길이방향의 자장열처리방법(통상의 방법)은 원래의 자기변형값을 "음"의 방향으로 가져가게 하며, 두께방향의 자장열처리는 "양"의 방향으로 자기변형값을 가져간다. 이는 길이방향의 자장열처리는 90도 자구를 제거하는 방향으로 나아가 더욱 방향성 최종제품의 특성을 살려 자왜값이 음의 값을 가지게 되는 것이고, 반면에 두께방향의 자장열처리는 90도 자구를 어느 정도 만들어 주므로 원래 자왜가 음이던 것이 양의 방향으로 편기하게 되는 것이다.
As shown in Fig. 2, the magnetic field heat treatment method in the longitudinal direction (ordinary method) takes the original magnetic strain value in the direction of "negative", and the magnetic field heat treatment in the thickness direction has the magnetostriction value in the direction of "positive". Goes. This means that the magnetic field heat treatment in the longitudinal direction goes to remove the 90 degree magnetic domain and the magnetostrictive value has a negative value by taking advantage of the characteristic of the directional end product, while the magnetic field heat treatment in the thickness direction makes the 90 degree magnetic domain to some extent. As a result, what was originally negative is biased in the positive direction.
[실시예 2]Example 2
상기 실시예1에서 언급된 시료를 이용하여 자장의 세기에 따른 효과를 조사한 결과를 도 3 나타내었다. 자장세기는 5 Oe ~ 100 Oe 범위에서 실험을 하였다.
Figure 3 shows the results of investigating the effect of the magnetic field strength using the sample mentioned in Example 1. The magnetic field strength was tested in the range of 5 Oe ~ 100 Oe.
도 3에서 알 수 있듯이, 약 8 Oe까지 급격한 효과를 보인후 변화가 더디어지다가 20 Oe에서는 일정한 상태, 그리고 80 Oe 정도 넘어서면 오히려 자왜가 나빠지는 것으로 나타났다. 이는 90도 자구가 과도히 생기면서 오히려 자왜가 지나치게 양의 방향으로 편기되기 때문으로 생각된다. 자장의 세기는 10 ~20 Oe 정도범위가 바람직하다.
As can be seen in Figure 3, after showing a sharp effect up to about 8 Oe, the change is slowed down, but at 20 Oe, the magnetostriction worsens after a certain state and about 80 Oe. This is thought to be due to excessive 90-degree magnetic domains and rather excessive magnetism in the positive direction. The strength of the magnetic field is preferably in the range of about 10 to 20 Oe.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전기강판의 두께방향(압연방향과 폭방향에 대하여 수직방향)으로 자장을 부여하여 자기변형을 개선하는 것으로, 변압기 철심에 적용하여 변압기의 소음을 줄이므로 환경개선에 유용한 효과가 있다. As described above, the present invention is to improve the magnetic deformation by applying a magnetic field in the thickness direction (vertical direction with respect to the rolling direction and the width direction) of the electrical steel sheet, it is applied to the transformer core to reduce the noise of the transformer to improve the environment It has a useful effect.
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