KR101119960B1

KR101119960B1 - 자성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법

Info

Publication number: KR101119960B1
Application number: KR1020040113455A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 김재관
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2012-03-13
Also published as: KR20060074650A

Abstract

본 발명은 열간압연시 압연하는 방법과 그에 따른 후공정의 적정 제조조건을 도출하여 철손을 낮추고 자속밀도를 향상시킨 무방향성 전기강판 제조방법을 제공하고져 하는데 그 목적이 있는 것으로서,

본 발명은 중량%로, C: 0.003%이하, Si: 2.5%이하, Mn: 0.5%이하, P: 0.02%이하, S: 0.003%이하, Al: 0.2~1.5%, N: 0.002%이하, Ti: 0.003%이하, Sb: 0.01~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지되, C, S 및N의 중량%의 합이0.005%이하인 것을 특징으로하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판과,

상기와 같이 조성되는 슬라브를 재가열하고, 열간압연시 오스테나이트상 또는 오스테나이트상과 페라이트상의 2상역 보다 페라이트상에서의 압연량을 많이 하여 페라이트상에서의 압연량을 50%이상 실시하여 열간압연한 강판에서의 결정립을 크게 성장시켜 최종 냉연판을 소둔한후 결정립을 크게 형성하여 자성을 향상시키는 무방향성 전기강판의 제조방법으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

자성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법{Method for manutacturing non-Oriented Electrical steel sheet having good properties}

본 발명은 모터, 변압기 및 자기실드와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철손을 낮추고 자속밀도를 향상시킨 무방향성 전기강판 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 전기제품에서 전기 에너지를 기계 에너지로 바꾸어 주는데 필요한 중요한 부품으로서, 에너지 절감을 위해서는 그 자기적 특성 즉 철손을 낮추고 자속밀도를 높이는 것이 필요하다. 철손은 에너지 변환의 과정에서 열로 변하여 사라지는 에너지를 의미하며, 자속밀도는 동력을 일으키는 힘으로 나타난다. 상기 철손이 낮으면 에너지 손실을 줄일 수 있고, 자속밀도가 높으면 전기기기의 동손을 줄일 수 있어서 소형화가 가능하다. 발전량의 60%이상이 전동기와 같은 회전기를 가동하는중에 소모가 되며, 조명용으로 20% 그리고 난방용으로 20%가 소모되고 있다. 회전기로 사용되는 발전량의 대부분은 효율을 높이면 보다 줄일수 있으며, 효율 향상은 전기강판의 특성향상으로 가능하여 진다.

철손이 낮고 자속밀도가 높은 소재를 제조하려면 불순물이 적은 청정강으로 제조하거나, 특수 원소를 첨가하는 방법이 있으며, 이들을 복합적으로 적용하는 것이 바람직하다.

무방향성 전기강판에 대한 종래기술로는 일본 공개특허공보 평10-212555호가 있는데 P를 첨가하여 타발가공성을 향상시키고 있다. 또 다른 종래기술로는 대한민국 공개특허공보 특2002-0006039는 발명의 특성을 확보하기 위하여 P를0.03-0.15% 함유시키고 있다. 이들 종래 기술들은 P를 일정량 증가시키고 있으나, P는 결정립계에 편석하여 결정립의 성장을 억제하는 것은 간과하고 있어서 자기적 특성중 철손이 높으며, 자성을 향상시키기 위하여 열연판소둔을 실시하는 특징이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 불순물원소의 함량을 낮추고, P도 하나의 불순물로 보았으며, 그밖에 자성을 향상시킬 수 있는 첨가원소를 조사하여 강을 청정하게 하기 위하여 불순물원소의 상한치를 조사하였고, Sb를 첨가하여 자성을 향상시키기 위하여, 열간압연시 압연하는 방법과 그에 따른 후공정의 적정 제조조건을 도출하여 철손을 낮추고 자속밀도를 향상시킨 무방향성 전기강판 제조방법을 제공하고져 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C: 0.003%이하(0% 제외), Si: 2.5%이하(0% 제외), Mn: 0.5%이하(0% 제외), P: 0.02%이하(0% 제외), S: 0.003%이하(0% 제외), Al: 0.2~1.5%, N: 0.002%이하(0% 제외), Ti: 0.003%이하(0% 제외), Sb: 0.01~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지되, C, S 및N의 중량%의 합이 0.005%이하(0% 제외)로 조성되는 슬라브를 재가열하고, 열간압연시 오스테나이트상 또는 오스테나이트상과 페라이트상의 2상역 보다 페라이트상에서의 압연량을 많이 하여 페라이트상에서의 압연량을 50%이상 실시하여 열간압연한 강판에서의 결정립을 크게 성장시켜 최종 냉연판을 소둔한후 결정립을 크게 형성하여 자성을 향상시키는 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하며,

삭제

또한 열간압연한 강판을 권취후 공기중에서 냉각하거나 공냉후 650℃이하에서 수냉하는 냉각방법과, 냉연판을 750-1050℃의 범위로 소둔하는 방법에 대해서도 제공한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
아울러, 후술되는 성분조성 중 하한을 특정하지 아니한 "이하"의 표현에는 모두 0중량%는 포함하지 않는 것을 의미한다.

Si 및 Al을 함유하는 무방향성 전기강판에서 C, S 및 N 등은 탄화물, 황화물 및 질화물을 형성하는 불순물원소로 알려져 있으며, 그밖에P도0.02%이상이 되면 불순물원소로 작용함을 본 발명에서 밝혀졌다. 그밖에 Ti은C및N와 결합하여 미세한 탄화물과 질화물을 형성하기 때문에 그 함유량이0.003%이하로 감소되어야 한다. Ti량이 감소되면 그만큼C와N의 영향이 감소되기 때문이다. 가능하다면 적게 함유되도록 하는 것이 자기적 특성을 향상 시키기 위하여 바람직하다. 그리고C, S, 및N는Ti외 기타 불가피하게 함유되는 불순물원소와 결합하여 미세한 석출물을 만드는 원소로 나타났으며, 따라서 이들 불순물원소의 합, 즉C+S+N의 합한 량이0.005%이하로 함유되면 자기적 특성이 향상됨을 발견하였다. 그리고 불순물원소의 함량을 낮추는 이외에 결정립계에 편석하여 자성에 불리한 집합조직인 (222)면의 핵발생을 차단하 고 자성에 유리한 (200)면의 집합조직을 발달시키는 Sb를0.01~0.1% 첨가하는 것이 바람직한 것으로 조사되었다. 즉 본 발명에서는 불순물 함량을 낮추되, 특히 동일한 결정립계 편석원소인 P를0.02%이하로 낮추고 자성에 유리한 집합조직을 발달시키는 Sb를 첨가한다. 따라서 Sb를 첨가함에 따른P의 감소로 소재의 결정립성장에 문제가 없으며, 집합조직을 발달시켜 자성을 향상시키는 효과를 갖어 올 수 있게 된다. 보다 바람직하게는 P는0.01%이하로 첨가함으로서 결정립의 성장을 촉진할 수 있다. 또한 성분외에 제조조건에서도 상기의 성분으로 제조된 슬라브를 재가열하고 열간압연시 페라이트상에서의 압하율을 오스테나이트상에서의 압하율 보다 증가시켜 압연후 결정립을 조대화할 수 있음을 발견하였다.

먼저, 본 발명의 성분제한 이유부터 살펴본다.

C: 0.003중량%이하

상기 C는 최종제품에서 자기시효를 일으켜서 사용중 자기적 특성을 저하시키므로, C의 함량이 낮을 수록 자기적 특성에 바람직함으로0.003중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 2.5중량%이하

상기 Si는 비저항을 증가시켜서 철손중 와류손실을 낮추는 성분이지만, 2.5중량%를 초과하여 첨가되면 냉간압연성의 Sb첨가의 효과가 저하를 초래하기 때문에 2.5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn: 0.3중량% 이하

상기Mn은 비저항을 증가시키지만, S와 결합하여 결정립성장을 억제하는 미세 한 석출물인 MnS를 형성하며, 또한 오스테 나이트 형성원소이기 때문에 가능하면 적게 함유시켜서 0.3중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

P: 0.02중량% 이하

상기 P는 결정립계 및 강판내 중심에 편석하는 원소이며, 불순물 원소로 작용됨으로 0.02중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. P가 이 보다 많아지면 함께 첨가되는 Sb와 함께 결정립 성장을 억제할 수 있으며, 열간압연후 결정립성장도 어렵기 때문에 그 량을 제한한다. 또한 P는0.01%이하로 제한하면 결정립을 보다 크게 성장 할수 있어서 바람직하여 진다.

S: 0.003중량% 이하

상기 S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기특성을 열화시키므로 가능한 낮게 관리하는 것이 유리하며, 0.003중량%를 초과하여 함유되면 자기특성이 크게 열화되므로, 그 함량을 0.003중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Al: 0.2 ~ 1.5중량%

상기 Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는데 유효한 성분으로, 0.2중량% 미만 첨가되면 강내에 미세한 AlN이 석출되어 결정립 크기를 감소시키고, 1.5중량%를 초과하여 첨가되면 첨가량에 비해 자성향상의 정도가 떨어지므로, 그 함량을 0.2~1.5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

N: 0.002중량% 이하

상기 N은 미세하고 긴 AlN석출물을 형성시키므로 가능한 적게 함유토록 하며, 본 발명에서는 0.002중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Ti: 0.003중량% 이하

상기 Ti은 미세한 TiN 또는 TiC석출물을 형성시켜서 결정립의 성장을 억제하고 자성에 유리한 집합조직인 (200) 결정의 형성을 억제함으로 가능한 적게 함유토록 하며, 본 발명에서는 0.003중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Sb: 0.01 ~ 0.1중량%

상기 Sb는 결정립계에 편석하여 자성에 해로운 (222)면의 집합조직을 갖는 결정의 핵생성을 억제하고 따라서 상대적으로 자성에 유리한 (200)면의 집합조직을 갖는 결정립을 생성함으로 첨가하며, 본 발명명에서는 0.005~0.1중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 통상의 조건인 1250℃이하로 재가열한 다음 열간압연한다. 열간압연하는 방법은, 조압연하고 사상압연을 실시하며, 가열로와 사상압연의 구간이 긴 경우 사상압연전 온도를 적어도 1000℃ 이상을 유지하기 위하여, 사상압연 전에 강판의 가장자리가 식는 것을 방지하기 위하여 이송중 가열장치를 설치한다. 사상압연시에는 소재의 성분에 의해 결정되는 페라이트상에서의 압연하는 압하율이 오스테나이트상에서 압연하는 압하율 보다 크게 하며, 페라이트상에서의 압연량을 50%이상으로 한다. 통상 온도가 높을 때에는 오스테나이트상이지만, 온도가 떨어지면 페라이트상이 된다.

페라이트상에서 압하율이 오스테나이트상 또는 오스테나이트상과 페라이트상의 2상영역 대비 많아지면, 열연판내에 잔류응력이 많이 존재하게 된다. 페라이트 상에서는 압연중 발생된 가공응력이 재결정이 되지 아니하고 다만 회복작용만 하기 때문이며, 또한 페라이트상에서 압연이 많이 될수록 열간압연된 강판의 조직중의 결정립이 크다. 오스테나이트상이 많은 조직에서는 열간가공시 동적재결정이 일어나 결정립이 미세한데 비하여 100%의 페라이트상에서 압연이 많이 된 강판의 조직은 결정립이 크게 성장된다. 이러한 큰 결정립은 최종제품에 까지 영향을 미쳐서 결정립이 크며 따라서 철손이 낮아지게 된다.

상기와 같이 제조된 열연판을 권취하고, 공기중에서 냉각하거나 또는 공냉후 650℃ 이하에서 수냉하여 냉각한다. 권취온도는 700℃이하로 하며, 수냉하여 냉각시 650℃를 초과하면 냉각시 산화가 많아질 수 있어서 산세성이 나빠질 수 있으므로, 권취후 수냉시 냉각온도는 650℃ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 권취된 열연판은 산세후 냉간압연한다. 필요시 상기 열연판은 850℃ 이상에서 열연판소둔한 다음 산세한 후, 냉간압연한다. 상기 열연판소둔 온도가 850℃ 미만이면 소둔효과가 적으므로, 상기 열연판소둔 온도는 850℃ 이상으로 제한하는 것이 바람직하다. 그러나 열연판 소둔온도가 1100℃ 보다 높아지면 판형상이 나빠지고, 소둔효과가 떨어짐으로 850℃~1100℃의 범위로 한다. 열연판은 중간소둔없이 냉연하여 최종두께로 하며, 0.35mmt에서0.70mmt의 두께로 압연한다. 압하율은 70~80%의 범위로 하는 것이 최종제품의 결정립을 크게 형성하는데 바람직하기 때문이다.

냉간압연된 강판은 750~1050℃에서 냉연판을 소둔한다. 상기 소둔온도가 750℃ 미만이면 결정립 성장이 미흡하고, 1050℃를 초과하면 표면온도가 과다하게 높 아서 판표면에 표면결함이 발생될 수 있을 뿐만 아니라 자기적 특성도 나빠지므로, 상기 냉연판소둔 온도는 750~1050℃로 제한하는 것이 바람직하다. 이때 가열속도는 상온에서 목표온도까지 10~25℃/sec의 범위로 가열한다. 이범위에서 결정립을 적정하게 성장시켜서 철손을 낮추며, 또한 자성에 유리한 집합조직이 잘 발달되기 때문이다. 또한, 상기 소둔시 소둔분위기는 질소 또는 질소와 수소의 복합 소둔하며, 질소100%에서도 작업이 가능한데, Sb가 표면으로 편석되어 나옴으로서 소둔시 분위기중의 산소를 어느 정도 막아주기 때문이다. 가능하다면 수소를5%이상 함유시키는 것이 산소와 질소의 침투를 보다 막아줄 수 있다.

상기 소둔판은 절연피막처리후 수요가로 출하된다. 상기 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기 복합피막으로 처리될 수 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제로 처리하는 것도 가능하다. 고객사는 강판을 가공후 그대로 사용할 수 있으며, 또한 비산화분위기중에서 750℃ 이상에서 응력제거 소둔하여 사용할 수 있다. 이 750℃ 이하의 온도에서 소둔시 충분한 응력제거가 되지 않을 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예1]

하기 표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 1200℃에서 재가열하고, 하기 표2와 같이 열간압연하고, 이때 사상압연시 마지막 스탠드에서의 압하율은 18%이었고, 2.0mm의 두께로 압연한후, 630℃에서 권취하였다. 슬라브를 재가열하고, 열간압연하는 강판은 페라이트상에서 작업이 되었으며, 다만 비교강C는 1000℃부터 페라이트상으로 변태하기 시작하였다. 상기 권취된 열연판을 산세한 다음 0.5mm 두께로 냉간압연하고, 1000℃에서 하기 표2와 같은 조건으로 1분간 수소5%, 질소 95%에서 냉연판을 소둔하였다. 상기 소둔판은 절단후 자기적 특성 및 결정립 크기가 조사되었으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.

강종	성분(중량%)
강종	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Ti	Sb	C+S+N
발명강A	0.0021	1.79	0.26	0.006	0.0015	0.37	0.0012	0.0017	0.04	48
발명강B	0.0021	1.78	0.25	0.008	0.0008	0.38	0.0015	0.0012	0.06	41
발명강C	0.0022	1.79	0.24	0.005	0.0004	0.37	0.0015	0.0008	0.08	41
비교강A	0.0022	1.78	0.25	0.023	0.0012	0.37	0.0017	0.0012	0.06	51
비교강B	0.0021	1.78	0.25	0.035	0.0016	0.38	0.0014	0.0012	0.008	51
비교강C	0.0028	1.79	0.58	0.028	0.0004	0.25	0.0014	0.0012	0.04	46

구분	강종	열간압연종료온도 (℃)	열간압연시 페라이트상 압연량, %	열연판 권취후 냉각방법	철손 (W_15/50) (W/kg)	자속밀도 (B₅₀) (Tesla)	결정립 크기(㎛)
발명재1	발명강A	880	100	공냉	2.92	1.75	130
발명재2	발명강A	960	60	공냉	2.94	1.74	140
발명재3	발명강B	880	100	공냉	2.88	1.74	145
발명재4	발명강C	880	100	600℃수냉	2.89	1.75	130
발명재5	발명강C	880	100	공냉	2.90	1.74	135
비교재1	비교강A	880	100	공냉	3.20	1.73	120
비교재2	비교강B	880	100	공냉	3.32	1.73	120
비교재3	비교강C	880	100	600℃수냉	3.28	1.74	115
비교재4	비교강C	960	30	공냉	3.21	1.73	105
- W_15/50: 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때의 발생되는 손실 - B₅₀: 50Hz에서 5000A/m로 자기장을 부가했을 때의 유기되는 자속밀도

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 성분범위를 만족하는 발명강 (A~B)를 이용하여 본 발명의 제조조건으로 제조한 발명재(1~5)는 비교재(1~4)에 비하여 철손이 낮고, 자속밀도가 높은 것을 알 수 있다. 비교강A는P가 높으며C+S+N의 합이0.0055%를 초과하고 있다. 비교강B는P가 높고, Sb가 발명재 대비 낮다. 또한 비교강C는 Mn함량이 높아서 열간압연시 오스테나이트상을 함유하기 용이하여 자성이 저하될 수 있다.

[실시예2]

중량%로, C: 0.0012%, Si: 1.88%, Mn: 0.23%, P: 0.008%, S: 0.0008%, Al: 0.60%, N: 0.0012%, Ti:0.0012%, C+S+N=0.0032%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 슬라브를 1180℃로 재가열한 다음 페라이트상에서의 압하율을 90%로 하고, 920℃에서 마무리 열간압연하고, 사상압연의 마지막 스탠드에서의 압하율을 15%로 하여 열간압연하여2.2mm 두께의 강판을 제조하였다. 상기 강판을 620℃에서 권취한 다음 580℃에서 수냉하여 냉각후 1000℃에서 4분간 소둔하였다. 상기 강판을 산세후 0.5mm의 두께로 냉간압연하고, 950℃에서 50초간 수소9%와 질소91%의 분위기에서 냉연판을 소둔하였다. 상기 소둔후 연속하여 유무기복합의 절연피막을 입힌후 절단하여, 자기적 특성 및 결정립 크기를 조사하였다. 상기한 강판의 자기적 특성중 철손(W_15/50)은 2.78W/kg이었으며, 자속밀도(B₅₀)은 1.76Tesla이었고, 결정립 크기는 146㎛이었다.

[실시예3]

중량%로, C: 0.0020%, Si: 1.2%, Mn: 0.25%, P: 0.009%, S: 0.0018%, Al: 0.30%, N: 0.0012%, Ti:0.0009%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1200℃로 재가열한 다음 표3과 같이 열간압연하여2.3mm 두께의 강판을 제 조하였다. 열간압연시 Ar1상변태온도는 956℃이었고, 상기 강판을 680℃에서 권취한 공기중에서 냉각하였다. 상기 강판을 산세후 0.5mm의 두께로 냉간압연하고, 상기 냉연판을 930℃에서1분간 질소100%의 분위기에서 냉연판소둔하였다. 상기 소둔후 연속하여 유무기복합의 절연피막을 입힌후 절단하여, 자기적 특성 및 결정립 크기를 조사하였다. Si이 낮으면 결정립의 크기는 다소 작지만, 발명재는 비교재 조건 대비 결정립이 크며, 자성도 철손이 낮고 자속밀도가 높음을 알 수 있다. 비교재5와 비교재6은 열갑압연시 페라이트상에서의 압하율이 15%이하로서 자성이 저조하였다.

구분	강종	열간압연종료온도 (℃)	열간압연시 페라이트상 압연량, %	열연판 권취후 냉각방법	철손 (W_15/50) (W/kg)	자속밀도 (B₅₀) (Tesla)	결정립 크기(㎛)
발명재6	발명강A	910	80	공냉	3.91	1.76	90
발명재7	발명강A	910	80	600℃수냉	3.90	1.77	95
발명재8	발명강B	850	100	공냉	3.93	1.76	92
비교재5	비교강A	990	0	공냉	4.12	1.73	75
비교재6	비교강B	950	15	공냉	4.25	1.74	78
- W_15/50: 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때의 발생되는 손실 - B₅₀: 50Hz에서 5000A/m로 자기장을 부가했을 때의 유기되는 자속밀도

본 발명은 무방향성 전기강판에서 열연판을 소둔하지 않고도 자성이 향상되는 제조방법을 제공하며, 열연판을 소둔하면 더욱 향상된 자성을 제공한다. 열간압연된 강판을 냉각하는 방법도 제공하고 있다. 또한 불순물원소의 함량을 감소하면 보다 우수한 자기적 특성을 제공할 수 있게 된다.

Claims

삭제
중량%로, C: 0.003%이하(0% 제외), Si: 2.5%이하(0% 제외), Mn: 0.3%이하(0% 제외), P: 0.02%이하(0% 제외), S: 0.003%이하(0% 제외), Al: 0.2~1.5%, N: 0.003%이하(0% 제외), Ti: 0.003%이하(0% 제외), Sb: 0.01~0.1%, C+S+N: 0.005%이하(0% 제외), 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1250℃이하로 재가열하는 단계와,

상기 재가열 된 슬라브를 조압연하고 사상압연하되, 사상압연시 페라이트상에서의 압하량이 오스테나이트상 또는 오스테나이트상과 페라이트상의 2상역의 합 보다 많이 실시하는 열간압연 단계와,

상기 열연판을 권취후 냉간 압연하고, 소둔하는 단계로,

이루어진 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 열연판의 권취는 700℃이하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 권취된 열연판은 공기중에서 냉각하거나 공냉후 650℃이하에서 수냉하고, 산세후 70-80%의 압하율로 냉간압연되는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기냉연판은 750-1050℃의 온도에서 소둔하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법