KR101141278B1

KR101141278B1 - 자성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법

Info

Publication number: KR101141278B1
Application number: KR1020040113450A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 이원걸
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2012-05-04
Also published as: KR20060074645A

Abstract

본 발명은 첨가원소의 함량을 적절하게 제어함으로써 철손을 낮추고 자속밀도를 향상시킨 무방향성 전기강판 제조방법에 관한 것이다

본 발명은 중량%로, C: 0.01%이하, Si: 3.5%이하, S: 0.005% 이하, P: 0.2%이하, Al: 4.5%이하, N: 0.004%이하, Mn: 1.5%이하로 하되 0.1%+20xS%≤Mn%≤0.1%+650xS%가 되게 하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 재가열하고, 열간압연하고, 권취하고, 열연판을 산세하고, 냉간압연한 후 소둔하여 무방향성 전기강판을 제조함에 있어서, 열간압연시 마무리압연을 페라이트상에서 실시하며, 권취시 권취온도는 600℃이상, 650℃이하로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 그 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 무방향성 전기강판에서 S가 불순물원소중에서 영향이 큰 원소임을 고려하여 Mn함량과의 적정 첨가량을 수식으로 계산하고, 그에 따른 적정 제조조건도 제시함으로서 생산현장에서 쉽게 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

자성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법{method for manufacturing Non-Oriented Electrical steel sheet having good magnetic properties}

본 발명은 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 첨가원소의 함량을 적절하게 제어함으로써 철손을 낮추고 자속밀도를 향상시킨 무방향성 전기강판 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 전기제품에서 전기 에너지를 기계 에너지로 바꾸어 주는데 필요한 철심으로 사용되며, 그 특성에 의하여 에너지 변환시 손실을 저감할 수 있게 된다. 상기 철손이 낮으면 어네지 변환시 에너지 손실을 줄일 수 있고, 자속밀도가 높으면 전기기기의 동선을 줄일수 있게 되어 소형화가 가능하다.

철손이 낮고 자속밀도가 높은 소재를 제조하려면 불순물이 적은 청정강으로 제조하거나, 추가적인 원소를 첨가하여 자성을 향상할 수 있는 강으로 제조할 수 있으며, 이들을 복합적으로 적용하는 것이 바람직하다.

무방향성 전기강판에 대한 종래기술로는 일본 공개특허공보 평성6-116640호 가 있으며, 이 기술은 Mn함량을 0.1%이하로 제한하고 있어서 미세한 석출물인 MnS의 발생을 조대화 하기 어려운 문제가 있고, 일본 공개특허공보 11-222653호에서는 불순물원소로서 S등이 낮으면 낮을수록 자성에 바람직한 것으로 설명하고 있으나, 불순물의 원소를 낮출려면 제조비용이 증가되며, 또한 각각의 원소에 따른 적정 최대 함유량이 다른 것을 고려하여야 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 불순물원소를 제어하되 자기적 특성을 효과적으로 향상시키기 위하여 성분조성을 제어하고, 제조조건을 적합하게 설정하여 경제적으로 강판을 제조할 수 있는 자성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법을 제공하고져 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중량%로, C: 0.005%이하, Si: 3.5%이하, S: 0.005% 하, P: 0.2%이하, Al: 2.5%이하, N: 0.004%이하, Cu:0.05%이하, Mn: 1.5%이하로 하되 0.1%+20xS%≤Mn%≤0.1%+650xS%가 되게 하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 재가열하고, 열간압연하고, 권취하고, 열연판을 산세하고, 냉간압연한 후 소둔하여 무방향성 전기강판을 제조함에 있어서, 열간압연시 마무리압연을 페라이트상에서 실시하며, 권취시 권취온도는 600℃이상, 650℃ 이하로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.
여기에서, 상술했거나 혹은 후술될 용어중 "% 이하"의 개념에는 "0%"는 포함되지 않는 개념임을 전제로 한다.

삭제

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

Si, Al및 Mn을 함유하는 무방향성 전기강판에서 C, S 및 N 등은 탄화물, 황화물 및 질화물을 형성하는 불순물원소로 알려져 있으며, 본 발명자는 상기한 불순물원소를 제어하되 자기적 특성을 효과적으로 향상시키기 위한 방법을 조사한 결과, 실제 S, N 및 C는 자기적 특성에 미치는 영향이 큰 것으로 N와 C는 성분에서는 낮추면 낮출수록 좋으나, S경우는 Mn과 결합하며, 그외에 CuS로도 결합하여 미세한 석출물을 만들며 특히, CuS가 더욱 미세하고 나쁜 영향을 미치므로 제조조건까지 고려하여야 하는 자기적 성질에 영향이 큰 불순물 원소로 조사되었다.

이를 해결하기 위해서는 Mn량이 충분히 첨가되어야 하며, CuS의 함량과 MnS의 함량이 줄고, 조대한 석출물인 CuSMnS 등의 복합 석출물을 발생시켜 석출물이 조대하게 됨으로 자성을 향상시키는 것이 필요하고, 따라서 Mn함량은 S보다 많아야 되며, S대비 20~650배의 함량이 적합한 것으로 0.1%+20xS%≤Mn%≤0.1%+650xS%의 범위가 적정 수준으로 조사되었다.

또한 성분외에 제조조건에서도 상기의 성분으로 제조된 슬라브를 재가열하고 열간압연시 마무리 압연을 페라이트상에서 수행하여 압연중 동적재결정에 의한 열연판의 결정립 미세화를 억제하고, 다만 회복만 일어나게 함으로서 열연판에서 결정립이 크게 성장되었으며, 열간압연후 권취온도를 600℃이상으로 실시함으로서 결정립이 조대하는데 기여하였다.

먼저, 본 발명의 성분제한 이유부터 살펴본다.

C: 0.005중량%이하

상기 C는 최종제품에서 자기시효를 일으켜서 사용중 자기적 특성을 저하시키므로0.005%이하로 함유하며, C의 함량이 낮을 수록 자기적 특성에 바람직함으로 최종제품에서는 0.003중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 3.5중량%이하

상기 Si는 비저항을 증가시켜서 철손중 와류손실을 낮추는 성분이지만, 3.5중량%를 초과하여 첨가되면 냉간압연성이 떨어져 판파단이 일어나기 때문에 3.5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn: 1.5중량% 이하 및 보다 바람직하게는 0.2~1.5% 로 첨가

상기Mn은 비저항을 증가시키지만, S와 결합하여 결정립성장을 억제하는 미세한 석출물인 MnS를 형성하기 때문에 보다 조대한 서출물로 만들기 위하여 첨가하며, 적어도 0.1%이상 첨가하여야 집합조직도 향상되며, S가 보다 미세한 석출물인 CuS로 결합하는 것을 막을 수 있으며, 1.5%이상을 첨가하면 냉간압연이 어려우며, 첨가량 만큼의 효과도 없어서 최대 1.5%로 첨가한다. 보다 바람직하게는 0.2%이상 첨가함으로서 충분한 Mn량을 공급할 수 있으며, 0.2%에서 1.5%이하로 첨가할 수 있다. 또한 S와 Mn량의 한계범위내에서 0.1%+20xS%≤Mn%≤0.1%+650xS%가 되게 Mn함량을 첨가함으로서 자성이 향상되었다. Mn량이 S%x20이하이면, Mn량이 부족하여 MnS 및 CuS가 미세하며 단독적으로 석출하며, Mn량이 650xS% 보다 많으면, Mn량이 오스테나이트상 형성원소이어서 열간압연시 오스테나이트상에서 압연될수 있으며, 또한 냉간압연성이 나빠질수 있기 때문이다.

P: 0.1중량% 이하

상기 P는 비저항을 증가시켜 자성을 향상시키므로 첨가하나, 과다하면 냉간압연성이 나빠짐으로 0.1중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

S: 0.005중량% 이하

상기 S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기특성을 열화시키므로 가능한 낮게 관리하는 것이 유리하며, 0.005중량%를 초과하여 함유되면 자기특성이 크게 열화되므로, 그 함량을 0.005중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Al: 2.5중량%이하

상기 Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는데 유효한 성분이어서 첨가하며, 2.5중량%를 초과하여 첨가되면 첨가량에 비해 자성향상의 정도가 떨어지므로, 2.5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

N: 0.004중량% 이하

상기 N은 미세하고 긴 AlN석출물을 형성하여 결정립성장을 억제하므로 적게 하유토록 하며, 본 발명에서는 0.004중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Cu: 0.05중량%이하

상기 Cu는 미세한 CuS를 만들어 결정립성장을 억제함으로 억제하며, 본 발명에서는0.05%이하로 한다. 이보다 많이 첨가되면 미세한 CuS를 만들어서 자성을 나쁘게 하며, 열연판에서의 결함도 증가되기 때문이다.

기타의 불순물로는 Ti, V, B, Zr 이 있으며, 이들 각각은 0.005%이하로 함유토록 하는 데, 탄화물 또는 질화물을 만들어 결정립성장을 억제하기 때문이다.

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, 사상압연의 마무리압연은 페라이트상에서 종료하며 판형상 교정을 위하여 압하율은 20%이하로 실시한다.

상기와 같이 제조된 열연판은 600℃이상, 650℃이하로 권취하고, 공기중에서 냉각한다. 권취온도는 600℃이하로 하면 강판의 소둔효과가 없어서 결정립성장이 되지 않기 때문에 600℃ 이상에서 실시한다. 650℃이하로 권취하는데 이를 초과하면 냉각시 산화가 많아질 수 있어서 산세성이 나빠질 수 있기 때문이다. 따라서 권취온도는 600~650℃로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 권취된 열연판은 소둔 및 산세후 냉간압연한다. 열연판은 850~1100℃의 범위에서 열연판소둔한 다음 산세한 후, 냉간압연한다. 850℃이하에서는 그 효과가 적으며, 1100℃가 넘으면 판형상이 나빠져 냉간압연성이 나빠진다. 열연판의 소둔시간은 10분이하로 연속소둔한다. 또한 Si 함량이 2%이하에서는 필요시 열연판 소둔을 생략할 수 있다. 열연판은 중간소둔없이 냉연하여 최종두께로 하며, 0.20mmt에서 0.70mmt의 두께로 압연한다. 압하율은 70~85%의 범위로 하는 것이 최종제품의 결정립을 크게 형성하는데 바람직하기 때문이다.

냉간압연된 강판은 800~1070℃에서 냉연판을 소둔한다. 상기 소둔온도가 800℃ 미만이면 결정립 성장이 미흡하고, 1070℃를 초과하면 표면온도가 과다하게 높아서 판표면에 표면결함이 발생될 수 있을 뿐만 아니라 자기적 특성도 나빠지므로, 상기 냉연판소둔 온도는 800~1070℃로 제한하는 것이 바람직하다. 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 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	Cu	0.1%+ 20xS%	0.1%+ 650xS%
발명강A	0.0022	2.15	0.55	0.012	0.0025	0.35	0.0015	0.022	0.15	1.50
발명강B	0.0022	2.17	0.25	0.009	0.0010	0.36	0.0015	0.020	0.12	0.75
발명강C	0.0021	2.16	0.21	0.010	0.0005	0.35	0.0015	0.006	0.11	0.43
비교강A	0.0021	2.16	0.08	0.012	0.0010	0.36	0.0015	0.020	0.12	0.75
비교강B	0.0022	2.17	0.21	0.012	0.0022	0.38	0.0014	0.080	0.14	1.50
비교강C	0.0022	2.16	0.75	0.012	0.0009	0.36	0.0015	0.012	0.12	0.69

구분	강종	열연판 권취온도 (℃)	열연판 소둔온도 (℃)	철손 (W_15/50) (W/kg)	자속밀도 (B₅₀) (Tesla)	결정립 크기(㎛)
발명재1	발명강A	620	980	2.85	1.73	120
발명재2	발명강A	620	1020	2.88	1.75	130
발명재3	발명강B	650	980	2.85	1.73	130
발명재4	발명강C	650	980	2.87	1.73	125
비교재1	발명강C	550	980	2.99	1.72	115
비교재2	비교강A	620	980	3.02	1.72	90
비교재3	비교강B	620	980	3.10	1.71	95
비교재4	비교강C	620	980	3.08	1.72	100
비교재5	비교강C	550	980	3.31	1.71	85
- 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~C)를 이용하여 본 발명의 제조조건으로 제조한 발명재(1~4)는 비교재(1~5)에 비하여 철손이 낮고, 자속밀도가 높은 것을 알 수 다. 비교강A는 Mn 함유량이 발명의 하한치인 0.12%(0.1%+20xS%) 보다 낮으며, 비교강B는 Cu량이 발명의 범위를 초과하며, 또한 비교강C는 Mn함량이 발명의 상한치인 0.64%(0.1%+650xS%) 보다 높다. 비교재1은 발명의 범위의 성분을 갖고 있으나, 권취온도가 과다하게 낮아서 자성이 저조하게 나타났다.

[실시예2]

중량%로, C: 0.0021%, Si: 3.03%, P: 0.007%, S: 0.0006%, Al: 1.22%, N: 0.0013%, Cu: 0.021%, 적정 Mn함량은 0.11~0.49%이었으며, 실제 첨가된 Mn은 0.25%이었고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 슬라브를 1140℃로 재가열한 다음 열간압연시 사상압연의 종료압연을 880℃로 하고, 압하율은 15%로 하여 1.8mm 두께의 열연강판을 제조하였다. 상기 강판을 620℃에서 권취한 다음 공냉후 1000℃에서 5분간 연속소둔하고 산세하고, 0.35mm의 두께로 냉간압연하고, 1000℃에서 50초간 냉연판을 소둔하였다. 상기 소둔후 연속하여 유무기복합의 절연피막을 입힌후 절단하여, 자기적 특성 및 결정립 크기를 조사하였다. 상기한 강판의 자기적 특성중 철손(W15/50)은 1.92W/kg이었으며, 자속밀도(B50)은 1.68Tesla이었고, 결정립 크기는 150㎛이었다.

[실시예3]

중량%로, C: 0.0025%, Si: 0.41%, P: 0.075%, S: 0.0026%, Al: 0.002%, N: 0.0015%, Cu: 0.030%, 적정 Mn함량은 0.15~1.5%이었으며, 실제 첨가된 Mn은 0.30%이었고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 슬라브를 1220℃로 재가열한 다음 열간압연시 사상압연의 종료압연을 860℃로 하여 1.8mm 두께의 열연강판을 제조하였다. 상기 강판을 670℃에서 권취한 다음 공냉후 산세하고, 0.5mm의 두께로 냉간압연하고, 850℃에서 40초간 냉연판을 소둔하였다. 상기 소둔후 연속하여 유무기복합의 절연피막을 입힌후 절단하여, 자기적 특성 및 결정립 크기를 조사하였다. 상기한 강판의 자기적 특성중 철손(W15/50)은 5.52W/kg이었으며, 자속밀도(B50)은 1.79Tesla이었고, 결정립 크기는 50㎛이었다.

Claims

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중량%로, C: 0.005%이하, Si: 3.5%이하, S: 0.005% 이하, P: 0.2%이하, Al: 4.5%이하, N: 0.004%이하, Cu: 0.05%이하, Mn: 1.5%이하로 하되 0.1%+20xS%≤Mn%≤0.1%+650xS%가 되게 하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 재가열하는 단계와,

상기 재가열 된 슬라브를 열간압연하되, 마무리 압연을 페라이트상에서 종료하되, 판형상 교정을 위해 압하율 20% 이하로 실시하는 열간압연 단계와,

상기 열연판을 600-650℃의 온도에서 권취하는 단계와,

상기 권취된 열연판을 소둔하고, 산세한 다음 냉간압연한 후 소둔하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.

(여기에서, %이하에는 0%는 제외됨)
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