KR100946143B1

KR100946143B1 - 적정 분위기가스 제어에 의한 Ｇｌａｓｓｌｅｓｓ전기강판 제조방법

Info

Publication number: KR100946143B1
Application number: KR1020020056552A
Authority: KR
Inventors: 박성연
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2010-03-10
Also published as: KR20040026042A

Abstract

적정 분위기가스 제어에 의한 Glassless 전기강판 제조방법이 제공된다.

본 발명의 제조방법은, 중량%로, C: 0.04~0.07%, Si: 2.5~4.0%, Mn: 0.5~0.25%, P: 0.03%이하(0은 제외), S: 0.02% 이하(0은 제외), Al: 0.1% 이하(0은 제외), N: 0.01% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강슬라브를 재가열한 후 열간압연하고, 열연판소둔한후 냉간압연하며, 이어, 상기 냉간압연된 냉연강판을 탈탄소둔한후 소둔분리제 도포후 고온소둔하는 방향성 전기강판 제조방법에 있어서, 상기 냉연강판을 그 이슬점이 40~44℃인 소둔로내에서, 하기 관계식으로 정의되는 분위기가스투입비가 1.05~1.25%가 되도록 제어된 수소와 질소의 혼합가스분위기하에서 800~950℃에서 탈탄소둔시키는 것을 특징으로 한다.

[관계식 1]

분위기가스 투입비(%) = 시간당 투입되는 분위기가스량(㎥)/로전체 부피(㎥)*100

Glassless, 이슬점온도, 분위기가스량, 탈탄소둔, Glass피막

Description

적정 분위기가스 제어에 의한 Ｇｌａｓｓｌｅｓｓ 전기강판 제조방법{Method for manufacturing Glassless electrical steel sheet by controlling atomosphere gas}

본 발명은 소형 EI CORE나 안정기와 같은 전기기기에 사용되는 Glassless(고타발성) 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 그 표면에 Base Coating층이 없는, 즉 절연성이 크게 요구되지 않는 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판의 중요한 특성 중의 하나는 철손이며, 이러한 철손을 낮추기 위해서 와류손실과 이력손실을 낮추고 있다.

일반적으로 와류손실을 감소시키기 위해서는 그 성분에서 비저항을 증가시키는 Si 및 Al 함유량을 증가시키거나 그 두께를 얇게 하는 방법이 있다. 그리고 이력손실을 낮추기 위해서는 강판의 재질특성인 결정립크기를 크게 성장시키거나 청정도를 향상시키는 방법등이 사용되고 있다.

한편 모든 방향성 전기강판 제품에서는 층간 절연성을 확보하기 위해 Base Coating을 하고 그위에 절연코팅을 하고 있으며, 이러한 이중 Base Coating은 강판 표면위에 얇은 유리 피막을 형성시켜 절연성 확보에 크게 기여한다. 그런데 소형 EO CORE나 안정기와 같은 전기기기에서 철심으로 사용되는 방향성 전기강판은 수요가 타발성 향상을 위해 유리(Glass) 피막을 제거한후 절연코팅을 실시하였다. 상세하게 설명하면, 소형 EI CORE나 안정기등의 전기기기에 사용되는 강으로써 Glasseless(고타발성)라 불리는 제품이 있는데, 이 강종에서는 base coating층을 형성하여 고온소둔을 한후 후공정에서 base coating을 모두 제거하였다.

그런데 이러한 base coating층을 제거하기 위하여 종래에는, MgO분말에 첨가제(MgCl₂등)를 사용하여 후공정에서 작업시 강판 표면으로부터 유리 피막이 잘 벗겨지도록 하는 방법을 사용하고 있으나, 별도의 첨가제를 사용해야 한다는 점에서 비경제적일뿐만 아니라 그 혼합에 따른 부가적인 공정이 필요하다는 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방향성 전기강판 제조시 탈탄소둔시 소둔로내 이슬점온도(Dew Point) 및 분위기가스유량을 최적으로 제어함으로써 후속하는 고온소둔공정후 후속공정에서 유리 피막(Glass film)을 효과적으로 제거할 수 있는 방향성 전기강판 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C: 0.04~0.07% , Si: 2.5~4.0%, Mn: 0.5~0.25%, P: 0.03%이하(0은 제외), S: 0.02% 이하(0은 제외), Al: 0.1% 이하(0은 제외), N: 0.01% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강슬라브를 재가열한 후 열간압연하고, 열연판소둔한후 냉간압연하며, 이어, 상기 냉간압연된 냉연강판을 탈탄소둔한후 소둔분리제 도포후 고온소둔하는 방향성 전기강판 제조방법에 있어서, 상기 냉연강판을 그 이슬점이 40~44℃인 소둔로내에서, 하기 관계식으로 정의되는 분위기가스투입비가 1.05~1.25%가 되도록 제어된 수소와 질소의 혼합가스분위기하에서 800~950℃에서 탈탄소둔시키는 것을 특징으로 하는 Glassless 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

[관계식 1]

이하, 본 발명을 설명한다.

상술한 바와 같이, 종래에는 소둔분리제 MgO 분말에 첨가제인 MgCl₂를 혼합사용하여 후속하는 공정에서 base coating층을 제거하였으나, 첨가제를 별도사용에 따른 한계가 있었다.

이에, 본 발명자는 이러한 종래기술의 한계를 극복할 수 있는 방안을 모색하기 위하여 연구와 실험을 거듭하였으며 그 결과에 근거하여 본 발명을 마련한 것으 로, 본 발명은 방향성 전기강판 제조시, MgO분말에 별도의 첨가제를 혼합함이 없이 탈탄소둔로내 이슬점온도 및 분위기가스유량을 제어함으로써 고온소둔후의 후속공정에서 유리 피막을 효과적으로 제거됨을 발견하고 본 발명을 제안하는 것이다.

통상의 방향성 전기강판 제조공정에 있어서, 수요가가 요구하는 두께로 냉간압연된 냉연판을 재결정시키기 위해 소둔을 하며, 이때 소둔 분위기를 적절하게 제어하면 강중 탄소가 대기의 산소와 반응하여 강판 표면에 산화층을 형성하는 탈탄소둔처리된다. 잘 알려진 바와 같이, 탄소는 냉간압연과정까지는 필수적으로 들어가야 하는 원소이나, 냉간압연이 끝난후에는 전기적 특성을 저하시키는 자왜현상을 유발시키는 인자이므로 그 함량이 적을수록 자기적 특성이 좋아진다.

그리고 이러한 탈탄소둔처리된 강판은 후속하는 공정에서 소둔분리제 MgO로 도포된후 고온소둔되는데, 이렇게 MgO를 도포함으로써 고온 소둔로에서의 Sticking현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 Glass피막을 형성할 수 있었다.

그런데 일반적으로는 Glass 피막은 Mg₂OSiO₄의 결합형태로 강판 표면에 강하게 부착되어 있다. 따라서 후속하는 공정에서 이를 효과적으로 제거하기 위해서는, 이러한 Glass피막의 형성을 가능한 억제시킬 필요가 있는 것이다. 따라서 본 발명은 이점에 착안하여 마련된 것으로서, 탈탄소둔공정중 소둔로 이슬점온도 및 분위기가스량를 제어함으로써 산화층을 가능한 얇게 형성하여, 후속하는 고온소둔공정 에서 Mg₂OSiO₄의 형성을 억제시킴에 그 특징이 있는 것이다. 보다 구체적으로, 고온소둔공정이후, Glass피막을 효과적으로 제거될 수 있도록 탈탄소둔공정에서 분위기가스량을 하기 관계식 1로 정의되는 분위기가스 투입비가 1.05~1.25% 되도록 관리하고, 소둔로내 이슬점(Dew point)을 40~44℃로 관리함을 특징으로 한다.

[관계식 1]

이하, 본 발명의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명에서는, 중량%로, C: 0.04~0.07%, Si: 2.5~4.0%, Mn: 0.5~0.25%, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.02% 이하(0은 제외), Al: 0.1% 이하(0은 제외), N: 0.01% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강슬라브를 마련하고, 이어, 통상의 조건으로 재가열한후 열간압연한다.

바람직하게는, 상기 재가열온도를 1170~1200℃로 제한하는 것인데, 만일 재가열온도가 1200℃ 를 초과하면 AlN과 MnS 등 자성에 해로운 석출물이 재용해되어 열간압연후 미세하게 석출될 수 있다.

한편, 여기에서 제시된 강슬라브 조성은 방향성 전기강판에서 일반적으로 이용되고 있는 통상적인 성분이다.

상기와 같이 압연된 강판은 이후, 560℃~640℃의 통상적인 온도범위에서 권 취되고, 이어 공기중에서 코일상태로 냉각된다.

그리고 이러한 권취냉각된 열연판에 대하여 900℃~1150℃의 온도범위에서 열연판소둔을 실시하는 것이 바람직한데, 만일 그 소둔온도가 900℃ 미만이면 소둔에 따른 효과가 적으며, 1150℃를 초과하면 판형상이 나빠질 수 있기 때문이다.

이와 같이 소둔처리된 열연판은 이후, 수요가가 요구하는 최종두께로 냉간압연되는데, 이러한 냉간압연은 통상의 방법으로 행할 수 있으며 1회의 냉간압연으로 한다.

이어, 본 발명에서는 상기 냉간압연된 냉간압연판은 800~950℃의 온도에서 탈탄소둔처리한다. 왜냐하면 소둔온도가 800℃ 미만이면 결정립성장이 미흡하고, 충분한 탈탄능이 부족하게 되며, 950℃를 초과하면 냉연판 표면온도가 지나치게 높아서 판 표면에 표면결함이 발생되어 자기적 특성이 나빠질 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명에서 수소와 질소의 혼합가스분위기하에서 이러한 탈탄소둔을 실시할 수 있다. 보다 바람직하게는, 부피분율(%)로, 수소 30~60%와 질소 70~40%의 혼합가스를 분위기가스로 이용하는 것이다.

그런데 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 고온소둔공정이후, Glass피막이 효과적으로 제거될 수 있도록 그 분위기가스공급량을 로 부피의 1.05~1.25%로 관리하고, 소둔로내 이슬점온도(Dew point)를 40~44℃로 관리해야 한다.

탈산소둔공정에서 소둔로의 이슬점온도는 탈탄을 위한 제어인자로써, 만일 그 이슬점온도가 높으면 강판 표면에 산화층 형성량을 많아서 후속하는 고온소둔에서 Glass피막이 용이하게 형성될 수 있어 그 제거가 쉽지 않다는 문제가 있으며, 반대로 그 이슬점온도가 낮으면 Glass피막이 형성이 억제되지만 상대적으로 탈탄량이 감소되는 문제가 있다. 본 발명에서는 이를 고려하여 탈탄소둔공정에서 소둔로내 이슬점온도를 40~44℃로 제한하는 것이다.

또한 상기 탈탄소둔공정에서 분위기가스 공급량도 이슬점온도(Dew point)와 마찬가지로 산화층 형성에 영향을 주는 인자이다. 만일 분위기가스 공급량이 과다하면 로내 수분이 많이 존재하게 되어 산화층 형성에 유리하게 되나, 너무 적게 공급하면 그 만큼 로내로 들어가는 수분량이 적을뿐만 아니라 동일한 양의 수분을 로내로 투입하기 위해서는 분위기가스의 이슬점온도를 높여야 하는 불리함이 있다.

따라서 본 발명에서는 상기 탈탄소둔공정 분위기가스량을 하기 관계식으로 정의되는 분위기가스 공급비를 1.05~1.25%가 되도록 제한하는 것이다.

이후, 상기와 같이 탈탄소둔처리된 강판에 소둔분리제 MgO를 도포하고, 이어통상의 조건으로 고온소둔처리하는데, 이때 본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 탈탄소둔공정에서 형성되는 산화층량을 적정범위내로 제어한 까닭에 이러한 고온소둔공정에서 형성되는 Glass피막도 상대적으로 그 량이 적어진다.

이러한 고온소둔공정을 마친 강판은, 이후 강판은 표면에 산화층과 반응하지 않은 MgO를 제거하기 위해 산세 및 Brushing작업을 하게 되는데, 본 발명에서는 이러한 작업으로 강판 표면위의 형성된 Base Coating층이 모두 제거된 Glassless제품을 제품을 얻을 수 있는 것이다.

그리고 이러한 Glassless제품은 절연피막처리후 수요가로 출하되는데, 절연피막은 유기질 또는 무기질 및 유무기복합피막으로 처리할 수도 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제를 입힐 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

강종	조성성분(중량%)
강종	C	Si	Mn	P	S	Al	N
a	0.053	3.10	0.14	0.0190	0.0095	0.030	0.0091
b	0.054	3.15	0.13	0.0189	0.0098	0.028	0.0085

(실시예1)

상기 표 1과 같은 조성성분을 갖는 강슬라브를 제조하였다. 그리고 이러한 강슬라브를 1200℃에서 3시간 20분동안 가열하였으며, 이어, 2.3mm두께로 열간압연한후 공기중에서 권취하여 냉각하였다.

이와 같이 냉각된 열연판을 하기 표 2와 같이 그 제조조건을 달리하여 냉연판을 제조하고 이를 탈탄소둔처리하였다. 구체적으로 냉연판에 대한 탈탄소둔은 수소30%와 질소70%의 혼합가스분위기하에서 2분간 실시하였으며, 이때 소둔로내의 이슬점온도는 표 2와 같다.

이러한 탈탄소둔처리된 강판에, MgO를 도포하고 고온소둔을 한후 MgO 제거작업과 병행하여 형성된 Glass피막을 제거하였다. 이렇게 제조된 강판에 대하여 자기적특성을 특성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었으며, 또한 Glassless정도를 측정하여 또한 표 2에 나타내었다. 한편, 여기서 W_17/50은50Hz에서 1.7 Tesla로 자화했을 때 발생되는 철손을 말하며, B₁₀은 50Hz에서 10,000A/m로 자기장을 부가했을 때 유기되는 자속밀도를 말한다.

	제조조건				측정결과			강종
	권취온도 (℃)	탈탄소둔온도(℃)	분위기가스투입비(%)	D/P(℃)	W_17/50 (W/kg)	B₁₀,Tesla	Glassless정도(%)	강종
발명예1	620	885	1.15	42	1.41	1.82	90	a
발명예2	590	890	1.05	40	1.44	1.83	95	a
발명예3	600	895	1.25	43	1.45	1.82	89	b
비교예1	630	875	1.32	41	1.47	1.82	12	a
비교예2	600	890	0.95	42	1.49	1.79	17	b
비교예3	610	893	1.03	43	1.51	1.80	20	b

* 표에서, 분위기가스 투입비(%) = 시간당 투입되는 분위기가스량(㎥)/로전체 부피(㎥)*100

D/P는 이슬점온도를 말한다.

상기 표2에 나타난 바와 같이, 탈탄소둔공정에서의 분위기가스량 및 소둔로내 온도가 최적으로 제어된 본 발명예(1~3)은 모두 우수한 Glassless정도를 나타내었다.

이에 대하여, 분위기가스량이 상대적으로 높은 비교예(1)은 강판 표면에 산화층량이 많이 형성됨에 따라 Glassless정도가 낮았으며, 비교예(2~3)은 분위기 가 스투입량이 적어짐에 따라 탈탄이 불량하게 되어 자성이 발명예 대비 좋지 않았으며, Glassless정도 또한 발명예 대비 좋지않았다.

(실시예 2)

상기 표 1의 강종 a와 같이 조성된 강슬라브를 마련하였다. 그리고 이러한 강슬라브를 1200℃에서 3시간 20분동안 가열하였으며, 이어, 2.3mm두께로 열간압연한후 공기중에서 권취하여 냉각하였다.

이와 같이 냉각된 열연판을 하기 표 3와 같이 냉간압연하여 냉연판을 제조하고, 이를 탈탄소둔처리하였다. 구체적으로 냉연판에 대한 탈탄소둔은 수소30%와 질소70%의 혼합가스분위기하에서 2분간 실시하였으며, 이때 그 분위기가스 투입비(%)는 1.15로 제어하였다 그리고 소둔로내의 이슬점온도 또한 표 3와 같이 달리하였다.

이러한 탈탄소둔처리된 강판에, MgO를 도포하고 고온소둔을 한후 MgO 제거작업과 병행하여 형성된 Glass피막을 제거하였다. 이렇게 제조된 강판에 대하여 자기적특성을 특성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었으며, 또한 Glassless정도를 측정하여 또한 표 3에 나타내었다. 한편, 여기서 W_17/50과 B₁₀은 실시예 1과 동일한 기준으로 측정된 값이다.

	제조조건(℃)			측정 결과			종합평가
	권취온도	탈탄소둔온도	이슬점(D/P)	잔류C(ppm)	산화층량 (ppm)	Glassless정도(%)	종합평가
비교예4	620	885	30~34	30	360	44	불량
비교예5	590	890	35~39	25	400	48	불량
발명예4	600	895	40~42	11	500	95	양호
발명예5	610	898	43~44	12	510	94	양호
비교예6	630	875	45~50	10	550	35	불량

상기 표 3에서 나타낸 바와 같이, 탈탄소둔공정에서 소둔로내 이슬점 온도를 40~44℃로 제어한 본 발명예(4~5)의 경우 탈탄 및 Glassless 정도에서 모두 우수하였다.

이에 반하여, 소둔로내 이슬점 온도가 본 발명범위보다 낮은 비교예(4~5)는 전체적으로 탈탄능력이 떨어질 뿐만 아니라 Glassless정도도 좋지 않았다. 그리고 그 이슬점온도가 너무 높은 비교예(6)은 탈탄정도는 양호하였으나 형성되는 산화층이 많아 Glassless정도가 아주 좋지 않았다.

(실시예 3)

이와 같이 냉각된 열연판을 하기 표 4와 같이 냉간압연하여 냉연판을 제조하고, 이를 880℃에서 2.5분동안 탈탄소둔처리하였으며, 구체적으로 하기 표 4와 같 이 그 조건을 달리하였다.

이러한 탈탄소둔처리된 강판에, MgO를 도포하고 고온소둔을 한후 MgO 제거작업과 병행하여 형성된 Glass피막을 제거하였으며, 그 결과에 따라 Glasslees정도를 평가하여 표 4에 또한 나타내었다.

	탈탄소둔조건				Glassless정도(%)
	수소비(%)	질소비(%)	분위기가스투입비(%)	D/P(℃)	Glassless정도(%)
발명예6	30	70	1.07	41	95
발명예7	45	55	1.13	44	92
비교예7	60	40	1.23	42	89

상기 표3에 나타낸 바와 같이, 탈탄소둔공정에서 분위기가스중 수소 혼합비를 30%에서 60%로 변화시켜도 우수한 Glassless 정도를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 다만, 수소비가 높을수록 Glassless 정도가 다소 낮아짐을 볼수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 탈탄소둔공정에서의 분위기가스투입량 및 소둔로내 이슬점온도를 최적으로 제어함으로써, 강판 표면에 Base Coating층이 없는 Glassless 방향성 전기강판을 효과적으로 제조할 수 있는 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.04~0.07%, Si: 2.5~4.0%, Mn: 0.5~0.25%, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.02% 이하(0은 제외), Al: 0.1% 이하(0은 제외), N: 0.01% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강슬라브를 재가열한 후 열간압연하고, 열연판소둔한후 냉간압연하며, 이어, 상기 냉간압연된 냉연강판을 탈탄소둔한후 소둔분리제 도포후 고온소둔하는 방향성 전기강판 제조방법에 있어서,

상기 냉연강판을 그 이슬점이 40~44℃인 소둔로내에서, 하기 관계식으로 정의되는 분위기가스투입비가 1.05~1.25%가 되도록 제어된 수소와 질소의 혼합가스분위기하에서 800~950℃에서 탈탄소둔시키는 것을 특징으로 하는 Glassless 방향성 전기강판의 제조방법.

[관계식 1]

분위기가스 투입비(%) = 시간당 투입되는 분위기가스량(㎥)/로전체 부피(㎥)*100
제 1항에 있어서, 상기 혼합가스는 부피분율(%)로, 수소는 30~60% 및 질소는 70~40%로 조성되어 있음을 특징으로 하는 Glassless 방향성 전기강판의 제조방법.