KR101110246B1 - 적정 이슬점 제어에 의한 글래스리스 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형 EI CORE 및 안정기에 사용되는 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 방향성 전기강판에서 소둔로 Dew Point 및 소둔분리제 Weight, Coating Line에서 산세액 의 농도를 제어하여, 강판 표면에 Base Coating층이 없는 방향성 전기강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C: 0.025~0.040%, Si: 2.5~4.0%, Mn: 0.12~0.25%, P: 0.01~0.03%, S: 0.01~0.02%, Al: 0.02~0.04%, N: 0.005~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 방향성 전기강판 및 상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 1200℃ 이하의 온도로 재가열한 후 열간 압연하고, 560~640℃ 온도로 권취하고, 1000~1150℃의 온도에서 열연판 소둔하고, 산세한 다음, 1회 냉간압연을 실시한 다음, 800~950℃ 온도에서 분위기 가스의 이슬점을 25~30℃로 유지하면서 냉연판을 소둔하며, MgO 무게 4~8g/㎡로 MgO 코팅을 실시하고 고온소둔을 한 다음 잔류 MgO를 제거하고 절연코팅을 실시하는 고타발성 글래스리스 방향성 전기강판의 제조방법을 그 기술적 요지로 한다.

방향성 전기강판, 글래스리스, MgO 코팅, 철손, 자속밀도

Description

적정 이슬점 제어에 의한 글래스리스 전기강판의 제조방법{Method for manufacturing glassless electrical steel sheet with the appropriate control of the due point}

본 발명은 소형 EI CORE 및 안정기와 같은 전기기기에 사용되는 고타발성글래스리스 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 베이스 코팅(Base Coating)층이 없는 즉, 절연성이 크게 요구되지 않는 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

소형 EI CORE 및 안정기 등의 전기기기에서 철심으로 사용되는 방향성 전기강판은 수요가 타발성 향상을 위해 글래스 피막을 제거한 후 절연코팅을 실시하게 된다.

주로 변압기, 발전기기의 철심용 연자성 재료로 사용되는 방향성 전기강판은 압연면이 110면, 압연방향이〈001〉축인 결정립(이하, '고스(Goss)조직'이라 함)으로 구성되는데, 기본적으로 높은 자속밀도와 낮은 철손이 요구된다. 즉, 방향성 전기강판에서 자속밀도가 높으면, 철심재료를 적게 사용하더라도 같은 성능을 발휘할 수가 있어서 전기기기를 소형화할 수가 있고, 또한 전기기기의 에너지 손실을 의미 하는 철손이 낮으면, 에너지 효율을 높일 수 있다.

방향성 전기강판에 있어서, 고스조직은 2차 재결정 현상을 이용하여 얻어지는데, 2차 재결정은 1차 재결정에 의해 생긴 미세한 결정립이 핵이 되어 이상성장이 일어나 형성된 것으로서, 이러한 이상 조대립이 제품전체에 일어나고 그 방향성이 압연방향과 평행하면, 고자속 밀도가 얻어진다.

이와 같은, 양호한 2차 재결정을 얻기 위해서는, 마무리 고온 소둔공정중 2차 재결정온도 이하의 온도에서 1차 재결정 입자의 성장을 억제하는 AlN, MnS, MnSe같은 미세한 석출물 억제재(Inhibitor)가 강중에 존재해야 한다.

바람직한 2차 재결정 조직을 얻기 위해서는, 상기한 바와 같이, 결정립 억제제를 적절히 제어해야 함은 물론, 이후 고온 소둔공정도 적절히 제어해야 한다.

즉, 고온소둔중 2차 재결정 온도 이하에서는 1차 결정립의 성장이 억제되어야 하고 이후 폭발적인 이상성장이 일어나도록 해야 하는데, 이를 위해서는 이후 고온소둔 공정도 적절히 제어해야 하는 것이다. 이때, 2차 재결정 개시온도가 낮은 경우에는 이상성장에 필요한 구동력이 낮아 불안정한 성장이 일어나기 때문에, 우수한 자기적 특성을 갖는 방향성 전기강판을 제조하기 위해서는 가급적 높은 온도에서 모든 입자들이 동시에 2차 재결정이 일어나도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 방향성 전기강판의 중요한 특성 중의 하나는 철손이며 철손을 낮추기 위해서, 와류손실과 이력손실을 낮추고 있다. 와류손실을 감소시키기 위해서, 성분에서는 비저항을 증가시키는 Si와 Al의 양을 높이는 방법이 있고, 두께를 얇게 하는 방법이 있다. 또한 모든 방향성 제품에서는 층간 절연성을 확보하기 위해 베이 스 코팅(Base Coating)을 하고 이 위에 절연코팅을 하게 되는데 이중 베이스 코팅은 강판 표면 위에 얇은 유리 필름을 형성시켜 절연성 확보에 크게 기여를 하게 된다. 참고로, 이력손실을 낮추기 위해서는 강판의 재질특성인 결정립크기를 크게 성장시키거나 청정도를 향상시키는 방법 등이 사용되고 있다.

소형 EI CORE 및 안정기 등에 사용되는 제품으로서 고타발성 글래스리스라 불리는 제품이 있는데 이는 베이스 코팅층을 형성하여 고온소둔을 한 후 후공정에서 베이스 코팅층을 모두 없애 버리는 강종이며 현재까지 알려진 기술은 MgO 분말에 첨가제(MgCl2 등)를 사용하여 후공정에서 작업시 강판 표면으로부터 글래스 필름(Glass film)이 잘 벗겨지게 하는 방법 또는 소둔로에서 분위기 가스량을 조절하여 고타발성 제품을 얻었다.

상기와 같은 종래의 첫번째 방법은 코팅시 첨가제를 같이 섞어서 작업해야 하는 번거로움과 양의 조절 등에 문제점이 있고, 두번째 방법은 소둔로 내에 들어가는 분위기 가스를 적정하게 변경하고 이슬점(Dew Point) 및 소둔분리제를 적절하게 제어해야 하는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명자들은 상기에서 기술한 바와 같이 첨가제(MgCl2)를 사용하지 않고, 분위기 가스량도 조정하지 않으면서, 소둔로 내의 이슬점 및 소둔분리제의 무게를 조정하여 베이스 코팅층을 없애는 방안을 연구하고 실험을 거듭한 끝에 소둔로에서 상대적으로 낮은 이슬점 조건, 다시 말하면 25~30℃ 정도의 이슬점 하에서 작업을 하게 되면 효과적으로 코팅층이 덜 형성되어 글래스 필름을 쉽게 제거할 수 있다는 것을 발견하게 되었다.

이러한 새로운 지견에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 방향성 전기강판에서 소둔로내 이슬점 제어 및 소둔분리제 무게조정을 통하여 고온소둔 후에 글래스 필름을 잘 없어지게 함으로써 표면에 글래스 필름이 없는 방향성 전기강판을 만드는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 조성을 갖는 방향성 전기강판을 제조하는데 있어서, 그 조건이 최적화된 글래스리스 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 중량%로, C: 0.025~0.040%, Si: 2.5~4.0%, Mn: 0.12~0.25%, P: 0.01~0.03%, S: 0.01~0.02%, Al: 0.02~0.04%, N: 0.005~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1170~1200℃ 이하의 온도로 재가열한 후 열간압연하고, 560~640℃ 온도로 권취하고, 1000~1150℃의 온도에서 열연판 소둔하고, 산세후, 1회 냉간압연을 실시한 다음, 800~950℃ 온도에서 냉연판을 분위기 가스의 이슬점을 25~30℃로 유지하면서 소둔한 후, MgO 코팅을 실시하되 MgO 무게는 4~8g/㎡로 하고, 고온소둔을 거쳐 강판 표면의 잔류 MgO제거 및 절연코팅을 하는 것을 특징으로 하는 적정 이슬점 제어에 의한 글래스리스 전기강판의 제조방법을 제공한다.

삭제

방향성 전기강판에서는 수요가가 요구하는 두께로 압연한 후 경화된 압연조직을 재결정시키기 위해 소둔을 하며 이와 함께 강중에 탄소를 최소로 하기위해 이슬점을 관리하여 강중의 탄소를 빼내게 된다. 탄소는 압연과정까지는 필수적으로 들어가야 하는 원소이나 압연이 끝난 후에는 전기적 특성을 저하시키는 자왜현상을 유발시키는 인자로 인식되어져 왔다. 이를 위해 소둔로에서 이슬점이 높은 분위기 가스를 로내에 공급하게 되고 이 과정에서 탈탄이 이루어지며 탈탄 후 MgO 코팅을 하게 된다. 본 발명은 강성분에서 탄소량을 약간 줄이고, 소둔로에서 낮은 이슬점을 유지시켜 탈탄시키는 방법을 취하고 있다.

MgO 코팅의 목적은 고온 소둔로에서의 스티킹(Sticking)방지와 글래스 필름형성에 그 목적이 있으나 본 발명에서 추구하고자 하는 것은 글래스 필름 형성을 억제하는 것이므로 종래의 목적과는 상반되는 경향을 보이고 있다. 일반적으로는 글래스 필름은 강판과 강하게 결합하고 있으며 Mg2SiO4의 결합형태로 강판 표면에 부착되어 있다.

부착된 글래스필름을 후공정에서 쉽게 떨어져 나가게 하기 위해서는 강판 표면에 산화층을 가능한 한 적게 형성시키는 기술이 요구되나 무한정 적게 한다면 탈탄능력이 떨어져 방향성 전기강판에서 요구되는 특성에 못 미치게 된다.

따라서, 본 발명에 따라, 로내 이슬점을 25~30℃로 낮게 관리하고 소둔분리제로 사용하고 있는 MgO의 무게를 4~8g/㎡로 도포하고 기타 조건은 일반 방향성 제품 생산과 동일하게 작업하면, 강판 표면에 글래스필름이 쉽게 벗겨지는 강판을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명 이슬점의 수치한정 이유에 대하여 설명한다.

상기 이슬점은 탈탄을 하기 위한 것이며 탄소는 자기적 성질에 불리한 자왜를 유발하는 원소로 적게 관리할수록 유리하다. 높은 이슬점을 유지하게 되면 강판 표면에 산화층을 많이 형성시키게 되어 후공정에서 글래스 필름을 형성하기 유리한 조건으로 되므로 글래스리스 제품을 만들기 위해서는 이슬점을 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 그러나 너무 낮게 관리하면 탈탄이 되지 않으므로 소강성분에서 조금 낮은 탄소를 가진 강종을 탈탄하기 위해서는 낮은 이슬점에서도 가능하게 된다.

너무 낮은 이슬점 하에서는 적절한 탈탄이 이루어지지 않으므로 최종 제품에서 자왜현상을 일으킬 수 있다. 따라서 상기 기술한 성분에 이슬점을 25~30℃로 관리하게 되면 양호한 글래스리스 제품을 얻을 수 있다.

소둔분리제로 사용하고 있는 MgO는 고온소둔중 스티킹(Sticking) 방지를 위해 판 표면에 도포하는 것으로 글래스 필름을 형성시키기 위해서는 적정량이 요구된다. 본 발명에서는 최대한 글래스 필름 형성을 억제하기 위해 통상적인 작업조건 보다는 작은 4~8g/㎡로 한정하였다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

중량%로, C: 0.025~0.040% , Si: 2.5~4.0%, Mn: 0.12~0.25%, P: 0.01~0.03%, S: 0.01~0.02%, Al: 0.02~0.04%, N: 0.005~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 방향성 전기강판 강슬라브는 제강에서 용강으로 만들고 난 뒤 연속주조공정으로부터 제조된 슬라브로서, 열간압연전 가열로로 장입되어 가열된 후 열간압연되는데, 상기 가열시 가열온도는 1170~1200℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 가열온도가 1200℃를 초과하면, AlN과 MnS 등 자성에 해로운 석출물이 재용해되어 열간압연후 미세하게 석출될 수 있기 때문이다.

그 다음, 560℃~640℃의 온도범위에서 열연판을 권취하고, 공기중에서 코일상태로 냉각한다

상기와 같이 권취냉각된 열연판은 900℃~1150℃의 온도범위에서 열연판소둔을 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 900℃ 미만에서 소둔할 경우 그 효과가 적으며, 1150℃을 초과하여 실시하면 판형상이 나빠질 수 있기 때문이다.

그 후, 냉간압연은 통상의 방법으로 행할 수 있는데, 1회 냉간압연으로 한다.

상기와 같이 냉간압연판의 소둔은, 800~950℃의 온도범위에서 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 소둔온도가 800℃ 미만이면 결정립성장이 미흡하고, 충분한 탈탄능이 부족하게 되며 950℃ 보다 소둔온도가 높으면 냉연판 표면온도가 지나치게 높아서 판 표면에 표면결함이 발생되어 자기적 특성이 나빠질 수 있는 문제가 있기 때문이다. 이때, 소둔분위기는 수소, 질소 또는 그 혼합분위기로 할 수 있다.

그 후 소둔판은 MgO 코팅을 하게 되는데 이는 후공정인 고온 소둔라인에서 판과 판이 붙은 현상을 방지함과 동시에 글래스필름을 형성시켜 절연성을 확보하는데 그 목적이 있다. 그러나 본 발명에서는 이 글래스 필름을 고온소둔라인의 후공정에서 완전히 없애는데 목적이 있다.

고온소둔을 거친 강판은 표면에 산화층과 반응하지 않은 MgO를 제거하기 위 해 산세 및 브러싱(Brushing) 작업을 하게 되는데 글래스리스 제품은 이 과정에서 표면위의 베이스코팅층이 모두 사라지게 하는 것이다.

그 후 소둔판은 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.

(실시예 1)

표 1의 성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 제조한 슬라브들을 1190℃에서 4시간 가열하고, 2.3mm로 열간압연한 후 공기중에서 권취하여 냉각하였다. 냉각된 열연판을 2분간 열연판소둔하고, 산세, 냉간압연, 및 냉연판소둔하였다. 상기 냉연판 소둔은 수소20%와 질소80%의 분위기 하에서 2분간 실시하였다. 그 다음, MgO코팅을 실시하고 고온소둔한 다음 MgO 제거작업을 위해 황산농도 3%, 황산온도 50℃에서 10초간 산세한 후 결과를 표 2에 나타냈는데, 위의 성분을 가진 발명강에 대하여 분위기 중의 이슬점에 대한 시험을 진행한 방향성 고급재에 대한 실시예이다.

강종	구성성분(wt%)
	C	Si	Mn	P	S	Al	N
발명강A	0.032	3.15	0.13	0.0190	0.0094	0.026	0.0082

구분	이슬점(℃)	잔류C함량	철손(W17/50) W/kg	자속밀도 (B10), T	글래스리스 정도(%)
발명재1	25	25	1.41	1.82	92
발명재2	27	20	1.43	1.81	90
발명재3	30	15	1.44	1.80	88
비교재1	22	35	1.47	1.82	40
비교재2	32	15	1.40	1.83	23
비교재3	35	13	1.42	1.81	25

* W17/50: 50Hz에서 1.7 Tesla로 자화했을 때 발생되는 손실

* B10: 50Hz에서 10,000A/m로 자기장을 부가했을 때 유기되는 자속밀도

* 이슬점 : 로내의 분위기가스를 가는 샘플 배관을 이용하여 대기중으로 빼내었을 때 대기중에서 이슬이 맺히는 온도를 측정한 값

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 발명재의 경우는 모두 글래스리스 정도가 양호하게 나온 반면에 비교재는 불량하게 나왔다. 비교재1은 이슬점이 상대적으로 낮아 강판 표면에 산화층 량이 적게 형성되게 됨에 따라 글래스리스정도가 다른 비교재 대비 높았지만 발명재 대비 열위한 수준이고, 비교재2, 3은 이슬점이 상대적으로 높아짐에 따라 탈탄이 양호해지면서 자성은 발명재와 동등 수준이나 글래스리스 정도는 발명재 대비 극히 미약한 실적을 보여주고 있다.

(실시예 2)

표 3의 성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 제조한 슬라브들을 1200℃에서 4시간 가열하고, 2.3mm로 열간압연한 후 공기중에서 권취하여 냉각하였다. 냉각된 열연판을 2분간 열연판소둔하고, 산세, 냉간압연, 및 냉연판소둔하였다. 상기 냉연판 소둔은 수소20%와 질소80%의 분위기 하에서 2분간 실시하였다. 그 다음, 고온소둔을 한 다음 MgO 제거작업을 위해 산세를 시행하였으며 황산농도 3%, 황산온도 50℃에서 10초간 침적 실시한 후 결과를 표 4에 나타내었으며 이는 방향성 일반재에 대한 것이다.

강종	구성성분(wt%)
	C	Si	Mn	P	S	Al	N
발명강A	0.028	3.02	0.16	0.0180	0.0085	0.029	0.0090

구분	이슬점(℃)	잔류C함량	철손(W17/50) W/kg	자속밀도 (B10), T	글래스리스 정도(%)
발명재4	26	23	1.40	1.82	93
발명재5	28	18	1.42	1.82	91
발명재6	29	16	1.45	1.80	89
비교재4	20	40	1.49	1.79	38
비교재5	23	24	1.42	1.82	30
비교재6	33	14	1.43	1.83	25

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 발명재의 경우는 모두 글래스리스 정도가 양호하게 나온 반면에 비교재는 불량한 실적을 보여주고 있다. 비교재 4는 이슬점이 상대적으로 낮아 강판 표면에 산화층량이 적게 형성되게 됨에 따라글래슬리스 정도가 다른 비교재 대비 높았지만 발명재 대비 글래스리스정도 및 철손 모두 열위한 수준이고, 비교재 5, 6은 비교재4 대비 이슬점이 약간 높아져 탈탄은 양호해 졌지만 글래스리스 정도는 발명재 대비 극히 미약한 실적을 보여주고 있다.

(실시예 3)

실시예 1과 같은 성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 제조한 슬라브들을 1200℃에서 4시간 가열하고, 2.3mm로 열간압연한 후 공기중에서 권취하여 냉각하였다. 냉각된 열연판을 2분간 열연판소둔하고, 산세, 냉간압연, 및 냉연판 소둔하였다. 상기 냉연판 소둔은 수소25%와 질소75%의 분위기 하에서 2분간 실시하였다. 소둔시 MgO 코팅두께 변경에 대해 하기와 같이 시험을 실시하고, 고온소둔한 다음, 황산농 도 3%, 황산온도 50℃에서 10초간 침적 실시하여 MgO 제거작업을 시행한 후의 결과를 하기와 같이 나타내었다.

구분	이슬점(℃)	MgO무게(g/㎡)	글래스리스 정도	평점
시험재1	25	5.0	95	1
시험재2		7.0	92	2
시험재3		9.0	55	3
시험재4	30	4.0	94	1
시험재5		6.0	90	1
시험재6		8.0	85	2
시험재7		10.0	25	4

* 평점기준 (1: 양호, 2: 중간, 3: 불량, 4: 아주불량)

* MgO무게는 소둔분리제를 Strip 상,하부에 도포한 뒤 건조후 상,하부에 부착되어 있는 총량을 g/㎡로 나타낸 값임.

상기 표 5에서 나타낸 바와 같이 MgO무게를 4g/㎡에서부터 10g/㎡까지 변경하여 작업하면서 글래스리스 정도를 시험했다. 그 결과 MgO무게가 4g/㎡ 에서부터 8g/㎡까지일 때 글래스리스 정도가 우수한 제품을 얻었다. MgO무게가 4g/㎡미만은 실제라인에서 제어하기가 어려운 상태이다. 또한 소둔분리제 도포량이 부족하게 되면 판과 판이 일부 붙어버리면서 글래스리스가 잘 이루어 지지 않는 것을 알 수 있었다. 8g/㎡이상에서는 표면층의 글래스필름이 다소 양호하게 형성되어 글래스리스 정도가 나쁜 결과를 얻었다.

(실시예 4)

중량 %로, C: 0.035%, Si: 3.1%, Mn: 0.12%, P: 0.019%, S: 0.0089%, Al: 0.034%, N: 0.0085%이고, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1190℃로 가열한 후 열간압연하여 2.2mm의 두께로 열간압연하고, 600℃온도에서 권취한 후 열연판을 1098℃에서 2.5분간 소둔하였다. 냉각된 열연판은 산세후 0.35mm의 두께로 냉간압연하였다. 냉연판은 880℃에서 2.5분간 소둔하였다. 소둔후 연속하여 MgO 코팅한 후 고온소둔을 실시하였고, 후공정에서 잔류 MgO를 제거한 후 유무기혼합의 절연피막을 입힌 후 절단하였다. 그 후, 강판 표면의 글래스리스 정도를 조사한 결과 91%의 특성을 얻었으며 자기적 특성을 조사한 결과, 철손(W17/50)은 1.47W/kg, 자속밀도(B10)는 1.81Tesla이었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 소둔로에서 이슬점을 제어하고, 제조조건을 최적화함으로써, 강판 표면에 베이스코팅층이 없는 글래스리스 방향성 전기강판을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 중량%로, C: 0.025~0.040%, Si: 2.5~4.0%, Mn: 0.12~0.25%, P: 0.01~0.03%, S: 0.01~0.02%, Al: 0.02~0.04%, N: 0.005~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1170~1200℃ 이하의 온도로 재가열한 후 열간압연하고, 560~640℃ 온도로 권취하고, 1000~1150℃의 온도에서 열연판 소둔하고, 산세후, 1회 냉간압연을 실시한 다음, 800~950℃ 온도에서 냉연판을 분위기 가스의 이슬점을 25~30℃로 유지하면서 소둔한 후, MgO 코팅을 실시하되 MgO 무게는 4~8g/㎡로 하고, 고온소둔을 거쳐 강판 표면의 잔류 MgO제거 및 절연코팅을 하는 것을 특징으로 하는 적정 이슬점 제어에 의한 글래스리스 전기강판의 제조방법.