KR101110249B1 - 철손 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중소형의 모터 및 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 중량%로, C: 0.01% 이하, Si: 2.0?3.5%, Mn: 0.6% 이하, Al: 0.5% 이하, S: 0.0050% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1,100～1,200℃로 가열한 후 열간 압연하여 2.0mm의 두께로 열간 압연한 열연판을 산세 후 최종두께를 0.50mm로 냉간압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 철손 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법과 최종두께로 냉간압연을 실시한 다음, 초당 15?30℃의 승온속도로 승온한 후 1,000~1,050℃ 온도에서 10?20초 균열한 뒤 950～1,000℃에서 연속하여 20～60초 소둔하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철손 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.

무방향성 전기강판, 승온속도, 소둔, 철손

Description

철손 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법{Method for manufacturing non-oriented electric steel sheet with the iron loss property}

본 발명은 중소형의 모터 및 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

각종 모터, 소형 변압기 및 자기실드(Magnetic shield)와 같은 전기제품에서 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 철손이 낮은 것이 요구된다. 철손은 전기강판소재의 중량당 전기에너지가 손실되는 정도를 나타내는 것으로서 W/kg의 단위로 표시한다. 통상 전기강판의 성분중 규소(Si)를 증가시키고, 냉간압연 후 최종 소둔온도를 올리고 소둔시간을 증가시켜 철손을 낮추는 방법을 시행하고 있으나, 소둔온도가 상승하고 소둔시간이 길어짐에 따라 표면의 고온산화층이 생기고 에너지를 많이 사용하여 가격이 비싸지는 단점이 있다. Si가 많이 첨가된 무방향성 전기강판은 최종 소둔 중에 수소를 투입하여 표면산화를 방지할 수는 있지만, 장시간의 고온소둔을 실시함에 따라 에너지 제조비용이 높아진다. Si가 2%이상인 무방향성 전기강판의 수요증가에 따른 증산시 소둔 설비의 증산은 필수지만, 이에 필요한 투자와 제조원가의 상향은 바람직하지 못하다. 따라서 이들을 모두 만족하면서도 전기강판 제품의 특성을 향상시킬 수 있는 방법이 요구된다.

무방향성 전기강판에서 냉간압연 후 최종 소둔시 소둔온도와 소둔시간은 철손과 자속밀도에 큰 영향을 미친다. 장시간 고온소둔을 실시하면 결정립의 성장이 크고 균일하게 되어 철손을 좋게 하는 영향을 주지만 생산성이 낮아 제조원가에도 영향을 미치게 된다. 또한 표면산화층이 생김에 따른 철손의 열화는 모터 등 제품의 특성에 큰 영향을 미친다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서 소둔싸이클을 변경시켜 단시간의 낮은 소둔조건에서도 철손을 개선하기 위한 소둔기술의 적용으로 장시간의 고온소둔을 피하면서도 철손과 자속밀도를 확보하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 중량%로, C: 0.01% 이하, Si: 2.0?3.5%, Mn: 0.6% 이하, Al: 0.5% 이하, S: 0.0050% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1,100～1,200℃로 가열한 후 열간 압연하여 2.0mm의 두께로 열간 압연한 열연판을 산세한 후 최종두께를 0.50mm로 냉간압연을 실시한 다음, 초당 15?30℃의 승온속도로 승온한 후 1,000~1,050℃ 온도에서 10?20초 균열한 뒤 950～1,000℃에서 연속하여 20～60초 소둔하는 것을 특징으로 하는 철손 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.

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또한, 본 발명은 상기의 성분으로 슬라브를 재가열한 후 2.0mm 두께로 열간 압연하여 열연코일을 만들고, 열연판 소둔 후에 산세하고 최종 제품두께 0.50mm까지 냉간압연하고 최종소둔하는 것을 특징으로 하는 철손 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명에 따른 성분계의 수치한정에 대하여 설명한다.

탄소(C)는 최종제품에서 자기시효를 일으켜 사용중 자기적 특성을 저하시키므로 슬라브에서는 0.01% 이하로 하고, 필요시 탈탄소둔을 실시하며, 최종제품에서는 0.003% 이하로 하는 것이 바람직하다. 일례로서, 탈탄소둔을 냉연판소둔 전에 추가할 수 있다.

규소(Si)는 비저항을 증가시켜서 철손중 와류손실을 낮추는 원소로, 철손을 일정수준으로 향상하기 위해서는 2.0% 이상 첨가해야 한다. 그러나, Si가 증가하면서 냉간압연성이 열화되므로 본 발명에서는 3.5% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

망간(Mn)은 황(S)과 결합하여 미세한 석출물인 MnS를 형성하므로 0.6% 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

황(S)은 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기특성에 나쁜 영향을 미치므로 가능한 낮게 함유되는 것이 유리한데, 본 발명에서는 0.0050% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

알루미늄(Al)은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는 역할을 하는 원소이나, 0.5% 이상 첨가되면 자속밀도가 낮아지기 때문에, 그 함량을 0.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강슬라브는 제강에서 용강으로 제조된 후 연속주조공정에서 슬라브로 제조하고, 열간압연 전 가열로에 장입되어 1,300℃이하의 범위, 바람직하기로는 1,000?1,200℃로 재가열한 후 열간압연하여 2.0mm정도의 열연코일을 만든다.

열연판 소둔을 실시하고 산용액에서 산세를 하여 최종두께 0.50mm까지 냉간압연을 실시한다.

0.50mm의 최종 냉간압연판은 1,000?1,050℃의 온도까지 초당 15?30℃의 속도로 승온하여 10?20초 동안 균열한 뒤 1차 균열온도보다 20?50℃ 낮추어, 즉, 950?1,000℃에서 다시 20?60초 동안 연속공정으로 냉연판 소둔을 실시하며 소둔판은 절연피막처리 후 수요가로 출하한다.

냉연판 소둔을 실시함에 있어 초기 승온속도가 초당 15℃ 이하일 경우 자기적 특성 향상에 유리한 고스[110](001) 집합조직의 성장에 불리하며, 승온속도를 초당 30℃이상으로 가열할 경우 상용화된 설비를 이용하여 급속가열을 하여야 하나 제조원가가 급속히 증가된다. 1차 균열온도인 1,000?1,050℃의 온도에서 10초 이 하로 유지하면 재결정립의 성장이 불충분하며, 20초를 초과할 경우 고온소둔에 따른 에너지 사용량이 증가시키게 된다. 1,050℃를 초과할 경우 표면에 산화층이 형성으로 철손의 열화가 쉽고 또한 제조원가도 증가된다.

1차균열 온도에서 10?20초 동안 유지한 후 다시 2차균열 온도인 1차균열 온도에서 20?50℃정도 낮은 온도로 유지를 하여 1차균열 온도에서 생성된 재결정 입자들이 골고루 성장할 수 있도록 20?60초 유지하여 철손을 낮추는데 기여하는데, 20초 미만으로 유지할 경우 결정립 성장이 불균일하여 철손을 열화시키며 60초를 초과하여 유지할 경우에는 에너지가 많이 들어가고 생산성이 열화되고 300초를 초과할 경우 표면에 산화층을 유발하여 철손을 열화시킨다.

이하 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

[실시예 1]

중량%로, C: 0.005% 이하, Si: 2%, Mn: 0.6% 이하, S: 0.005% 이하, Al: 0.5% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1,150℃로 가열한 후 열간 압연하여 2.0mm의 두께로 열간 압연하고, 열연판을 산세한 후 최종두께를 0.50mm 정도로 냉간압연된 시편을 초당 10?30℃초의 승온속도로 950?1,100℃ 까지 가열한 후 60초 정도 소둔하였다. 수소10%와 질소 90%의 분위기에서 상기의 조건으로 소둔 후 연속하여 유무기혼합의 절연피막을 입힌 후 절단하였다. 그 후, 자기적 특성을 조사하여 표 1에 함께 나타내었다.

[표 1]

구분	승온속도 (℃/초)	균열온도 (℃)	철손		표면	생산성	종합판정
			(W/kg)	판정
비교재1-1	10	950	3.63	미흡	양호	미흡	미흡
비교재1-2	30	950	3.57	미흡	양호	우수	미흡
종래재1-1	10	1,000	3.32	미흡	양호	미흡	미흡
발명재1-1	20	1,000	3.15	양호	양호	우수	양호
발명재1-2	30	1,000	3.01	우수	양호	우수	우수
종래재1-2	10	1,100	3.02	우수	미흡	미흡	미흡
비교재1-3	30	1,100	2.95	우수	미흡	양호	미흡

표 1에서 보는 바와 같이, 통상 우수한 철손 특성을 요구하는 강판의 특성상 균열온도가 950℃로 낮은 비교재1-1, 1-2 및 종래재1-1은 철손이 높아 불리하며, 균열온도를 1,100℃의 높은 온도로 가열한 종래재1-2와 비교재1-3의 철손특성은 우수하나, 고온작업에 따른 표면 산화층 형성으로 외관성 불리하며 또한 에너지 원단위가 높아져 제조원가가 올라간다. 1,000℃의 균열온도에서 승온속도가 낮은 비교재1-3의 경우는 승온속도가 높은 발명재1-1, 1-2에 비해 철손이 높게 나타났으며, 승온속도를 초당 20℃ 이상으로 올릴 경우 균열온도를 1,100℃로 가열한 비교재1-3과 동등 정도의 철손특성을 나타냈다. 철손 측정은 50헤르쯔에서 1.5테스라의 자화를 건 상태에서 측정한 값이다.

[실시예 2]

중량%로, C: 0.005% 이하, Si: 2%, Mn: 0.6% 이하, S: 0.005% 이하, Al: 0.5% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1,150℃로 가열한 후 열간 압연하여 2.0mm의 두께로 열간 압연하고, 열연판을 산세한 후 최종두께를 0.50mm 정도로 냉간압연된 시편을 초당 20℃초의 승온속도로 950?1,050℃까지 가열한 후 20초간 1차소둔한 후 1,000℃에서 900℃까지 온도를 연속적으로 변경시켜 50초 동안 2차소둔하였다. 수소10%와 질소 90%의 분위기에서 상기의 조건으로 소둔 후 연속하여 유무기혼합의 절연피막을 입힌 후 절단하였다. 그 후 자기적 특성을 조사하여 표 2에 함께 나타내었다.

[표 2]

구분	1차소둔온도 (℃)	2차소둔온도 (℃)	철손		생산성	종합판정
			(W/kg)	판정
비교재2-1	950	950	3.60	미흡	양호	미흡
비교재2-2	950	900	3.75	미흡	양호	미흡
비교재2-3	1,000	1,000	3.15	우수	미흡	미흡
발명재2-1	1,000	980	3.17	우수	우수	우수
발명재2-2	1,000	950	3.20	양호	우수	우수
비교재2-4	1,050	1,050	2.98	우수	미흡	미흡
발명재2-3	1,050	1,030	2.98	우수	양호	우수
발명재2-1	1,050	1,000	3.02	우수	우수	우수

표 2에서 보는 바와 같이 1차 소둔온도가 950℃로 낮은 비교재2-1, 2-2는 결정립 성장이 미흡하여 철손이 높게 나타나 불리하며, 비교재2-3, 2-4와 같이 1차 소둔온도와 2차 소둔온도가 같을 경우에는 철손은 낮으나 고온작업에 따른 제조원가 상승과 설비의 조기열화에 따른 생산성이 불리하다. 2차 소둔온도를 1차 소둔온도 보다 낮게 작업할 경우 1차 소둔온도와 같은 2차 소둔온도 조건보다 철손 특성이 동등 수준으로 나타났으며 이에 따라 제조원가 절감되며, 설비보수에 유리하여 생산성에도 유리하다. 2차 소둔온도를 950℃로 작업한 발명재2-2에서 보는 바와 같이 2차 소둔온도를 그 이하로 할 경우 철손이 나빠지므로 950℃를 발명의 범위로 하였다.

[실시예 3]

실시예 2와 동일한 0.50mm 냉간압연판을 이용하여 초당 20℃의 승온속도로 1000℃가지 승온한 뒤 10?60초 동안 소둔한 뒤 연속적으로 960℃에서 다시 10?60초동안 소둔하였다. 수소10%와 질소 90%의 분위기에서 상기의 조건으로 소둔 후 연속하여 유무기혼합의 절연피막을 입힌 후 절단하였다. 그 후 자기적 특성을 조사하여 표 3에 함께 나타내었다.

[표 3]

구분	1차소둔시간 (초)	2차소둔시간 (초)	철손		생산성	종합판정
			(W/kg)	판정
비교재3-1	10	10	3.75	미흡	우수	미흡
비교재3-2	10	20	3.72	미흡	우수	미흡
비교재3-3	10	60	3.55	미흡	우수	미흡
비교재3-4	20	10	3.45	미흡	우수	미흡
발명재3-1	20	20	3.15	우수	우수	우수
발명재3-2	20	60	3.10	우수	우수	우수
비교재3-5	60	10	3.12	우수	미흡	미흡
비교재3-6	60	20	3.08	우수	미흡	미흡
비교재3-7	60	60	3.05	우수	미흡	미흡

표 3에서 보는 바와 같이, 1차 소둔시간이 10초로 짧은 비교재3-1, 3-2, 3-3은 2차 소둔시간에 관계없이 결정립 성장이 부족하여 철손이 높아 불리하며, 비교재3-4조건도 2차 소둔시간이 짧아 철손의 안정적인 확보가 불가능하였다. 발명재3-1, 3-2에서와 같이 1차 소둔시간을 20초 이상 그리고 2차 소둔시간을 20초 이상인 조건에서는 안정적인 철손의 확보가 가능하였다. 하지만, 비교재3-5, 3-6, 3-7에서 보는 바와 같이 높은 소둔온도의 1차 소둔조건에서 60초 이상 작업 시에는 설비에 부하가 커져 제조원가가 높아지며 또한 2차 소둔시간이 길어짐에 따라 생산성도 하락된다. 통상적으로 재로시간은 300초 이내로 하지만 생산성이 나빠짐을 감안할 때 80초 이내로 소둔하는 것이 생산성에 유리하므로 발명의 범위에서 제외된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 최종 냉간압연 후 소둔조건을 제어하여 에너지를 절약하면서도 생산성이 우수하면서도 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 중량%로, C: 0.01% 이하, Si: 2.0?3.5%, Mn: 0.6% 이하, Al: 0.5% 이하, S: 0.0050% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1,100～1,200℃로 가열한 후 열간 압연하여 2.0mm의 두께로 열간 압연한 열연판을 산세한 후 최종두께를 0.50mm로 냉간압연을 실시한 다음, 초당 15?30℃의 승온속도로 승온한 후 1,000~1,050℃ 온도에서 10?20초 균열한 뒤 950～1,000℃에서 연속하여 20～60초 소둔하는 것을 특징으로 하는 철손 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.
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