KR20000039855A - 자기적 성질이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전기나 소형변압기의 철심재료로 널리 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 S의 함량에 따라서 Sn의 첨가효과가 달라진다는 새로운 연구결과에 근거하여 결정립성장의 극대화로 철손을 개선할 수 있는 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은, 중량%로, C:0.01%이하, Si:0.25-3.5%, Mn:0.1-0.5%, Al:0.1-1.0%, N:0.01%이하, P:0.016-0.3%, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 스라브를 열간압연, 열연판소둔, 최종두께까지 1회 또는 2회 냉간압연, 최종연속소둔하는 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 상기의 규소강에 Sn을 0.02-0.4%의 범위로 첨가하고 불순물인 S함량을 0.0030%이하로 제한함과 동시에 상기 최종연속소둔을 850-1100℃범위에서 행하는 것을 특징으로 하는 자기적 성질이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

자기적 성질이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 회전기나 소형변압기의 철심재료로 널리 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 S의 함량에 따라서 Sn의 첨가효과가 달라진다는 새로운 연구결과에 근거하여 결정립성장의 극대화로 철손을 개선할 수 있는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판에 요구되는 중요한 자기적 성질은 철손과 자속밀도를 들 수 있다. 그런데, 철손과 자속밀도는 Si함량에 따라 상반되게 변화한다. 즉, Si함량이 높으면 철손이 낮아지는 반면에 자속밀도도 낮아지는 문제점이 있다. 이러한 특징 때문에 수요가들은 철심재료가 사용되는 전기기기의 용도에 적합한 제품을 선택하여 사용하여 왔다. 예를 들어, 단시간 순간적으로 사용되는 소형모터나 가전기기용 모터의 경우에는 자속밀도가 높은 제품을 사용한 반면, 장시간 지속적으로 사용되고 전력소비량이 큰 대형 전기기기용의 경우에는 철손이 낮은 제품을 선택하여 사용해 왔다. 그러나, 최근 에너지절약의 차원에서 이러한 전기기기의 효율을 높이고, 소형화하려는 추세에 따라 철심재료인 전기강판에 있어서도 철손이 낮을 뿐만 아니라 자속밀도도 높은 제품에 대한 개발욕구가 점차 증가되고 있는 실정이다.

무방향성 전기강판의 철손은 이력손실과 와전류손실로 이루어지는데, 이력손실은 철심재료의 결정방위, 순도, 내부응력 등의 영향을 받는 반면에 와전류손실은 철심재료의 두께, 비저항, 자구의 구조 등의 영향을 받는다. 상용주파수에서는 상기의 이력손실이 총철손의 60-80%를 차지하므로 이력손실의 감소는 철손을 감소시킬수 있는 중요한 요건의 하나이며, 이러한 이력손실은 최종제품의 결정립크기에 역비례하므로 결정립크기를 크게 하면 철손이 낮아지게 된다. 또한, 무방향성 전기강판의 자기적 성질은 집합조직에 의해서도 영향을 받는데, 자화용이축인 [100]방향이 판면에 평행한 결정립이 많을수록 자기적성질은 향상된다. 따라서, 무방향성 전기강판의 자기적 성질을 향상시키기 위해서는 최종제품의 결정립을 크게 성장시키되, 이러한 결정립들이 자화용이축을 포함하는 {200}, {110}면을 갖도록 하는 것이 필요하다.

무방향성 전기강판의 자기적 성질을 향상시키기 위한 종래방법으로는 일본 공개특허공보(소)61-231120호에 기재된 바와 같이 C, S, O, N 등의 불순물 감소에 따른 고청정강화 및 최종소둔전 냉간압연을 적정범위로 제어하는 방법, 일본공개 특허공보(소)57-35626호에 기재된 바와 같이 최종소둔조건을 제어하는 방법 등이 제안된 바 있다. 상기의 방법들은 철손을 감소시키는 데에는 효과가 있었으나 자속밀도를 높이는 데는 그다지 효과적이지 않다. 한편, 일본 공고특허공보(소)58-56732호에는 자성을 향상시키기 위하여 Sn을 첨가하고, Sn첨가 효과를 극대화시키기 위하여 열연판소둔시 냉각속도를 늦추고 또한 최종소둔시의 가열속도도 분당 50℃이하로 낮추는 방법이 제안된 바 있다. 그러나, 이 방법은 대량으로 연속소둔되는 공장에 적용시키기에는 작업상의 제약이 있어 비경제적일 뿐만 아니라, 최종소둔시의 가열속도가 느려 Sn첨가에 따른 자속밀도의 향상효과가 충분히 발휘되기 힘들다. 게다가 Sn은 결정립계에 편석하여 결정립의 성장을 억제하기 쉬운 원소이므로 제조공정을 제어하여 Sn편석을 제어하지 않으면 철손을 낮추는 데도 한계가 있다.

이에 본 발명자는 Sn첨가에 따른 철손의 증가를 상쇄해주고 자속밀도의 향상효과를 유지시켜주기 위하여 P함량을 낮게 제어하는 무방향성 전기강판을 대한민국 특허출원 97-58010호에 제안한 바 있다. 그러나, P함량을 저감시키는 것은 제강의 작업성을 저하시키는 요인이 된다. 특히, 또한, 상기 선행기술에서는 Sn의 결정립계 편석을 근본적으로 차단하지 못해 여전히 결정립성장이 억제되어 집합조직의 개선에 따른 철손감소의 효과가 제대로 발휘되지 못한 단점이 있었다.

따라서, 본 발명자들은 집합조직을 자성에 유리하게 개선시키는 Sn 첨가의 효과를 충분히 발휘할 수 있는 여러 가지 방법에 대하여 연구와 실험을 행하던 중 Sn의 결정립계편석을 감소시키는 것이 매우 중요하다는 사실을 발견하고, 그 방안을 연구한 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것이다.

본 발명은 S함량과 최종소둔온도의 적절한 제어를 통하여 결정립성장을 억제하는 Sn의 결정립계편석을 제거하여 집합조직을 자기특성에 유리하게 발달시키는 Sn의 유익한 작용이 충분히 발휘되도록 함으로써 철손이 낮을 뿐만 아니라 자속밀도도 높은 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 Sn 첨가와 S의 함량 및 최종소둔온도에 따른 자속밀도의 변화를

나타내는 그래프

도 2는 Sn 첨가와 S의 함량 및 최종소둔온도에 따른 철손의 변화를

나타내는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C:0.01%이하, Si:0.25-3.5%, Mn:0.1-0.5%, Al:0.1-1.0%, N:0.01%이하, P:0.016-0.3%, Sn:0.02-0.4%, S:0.0030%이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 스라브를 열간압연, 열연판소둔, 최종두께까지 1회 또는 2회 냉간압연한 다음, 850-1100℃범위에서 최종연속소둔하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 무방향성 전기강판에 Sn을 첨가하면 최종소둔시 열간압연판의 입내에서 재결정되는 {110}면의 재결정은 촉진하고, 열간압연판의 결정립계부근에서 재결정되는 {222}면의 발달을 억제하여 집합조직을 자성에 유리하게 개선시키지만, Sn은 철손을 높이는 나쁜 작용도 있다는 사실을 발견하였다. Sn은 열간압연공정에서부터 결정립계에 편석하여 결정립성장을 억제하기 때문에 집합조직의 개선에 따른 철손감소 효과를 감소시킬 뿐만 아니라, 어떤 경우에는 Sn이 첨가되지 않은 경우 보다 오히려 철손이 높아지는 사실도 발견하였다. 이러한 사실로부터 철손을 증가시키는 Sn첨가의 나쁜 작용을 제거하기 위해서는 Sn의 결정립계편석을 억제하는 것이 매우 중요하다는 것을 알 수 있었다. 이를 위해 본 발명자들은 여러 가지 방안을 검토한 결과, S함유량의 제어와 동시에 최종소둔온도를 제어함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있었다. 이전까지는 무방향성 전기강판에서 Sn첨가의 영향을 고려할 때 S함유량에 대해서는 전혀 언급된 적이 없었으나, 본 발명자들은 S함량에 따라서 Sn의 첨가효과가 달라진다는 새로운 사실을 발견하였다. 따라서, 본 발명에서는 Sn 첨가효과를 극대화하기 위하여 S함유량과 동시에 최종소둔온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명에서 성분범위를 한정한 이유에 대하여 설명한다.

상기 C는 제조공정에서 자연탈탄되는 데는 한계가 있어 0.01%이상 함유되면 전기기기의 사용도중에 철손이 급격히 높아지는 자기시효를 일으키므로 첨가량은 0.01%이하로 한다.

상기Si는 전기비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는데, 이를 위해서는 0.25%이상이 요구되고 3.5%를 넘으면 냉간압연이 곤란할 뿐만 아니라 자속밀도가 저하되므로 0.25-3.5%범위로 한정한다.

상기 Mn은 열간가공성을 향상시키기 위해 0.1%이상이 요구되나, 0.5%를 넘으면 자속밀도가 저하될 뿐만 아니라 상변태온도를 낯추어 철손을 높이고 제조원가도 상승시키므로 0.1-0.5%범위로 제한한다.

상기 Al은 Si과 마찬가지로 철손의 향상과 미세한 AIN의 석출을 방지하기 위하여 0.1%이상 첨가하는 것이 필요하나 1.0%를 넘으면 자속밀도가 저하될 뿐만 아니라 냉간압연성이 나빠지므로 0.1-1.0%범위로 하는 것이 바람직하다.

상기 P는 비저항을 증가시켜서 철손을 감소시키는 효과와 가공성을 향상시키므로 0.016%이상 첨가하나, 너무 과량 함유되는 경우 냉간압연성이 불량해지므로 0.3%이하로 제한한다. 이와 같이 P를 0.016%이상 첨가하면 또한, 제강작업성이 개선된다.

상기 N은 자성에 유해한 개재물을 형성하여 철손을 열화시키므로 0.01%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Sn은 최종소둔시 열간압연판 입내의 변형된 영역에서 재결정되는 {110}면의 발달은 촉진하는 반면, 초기 열간압연판의 결정립계부근에서 재결정되는 {222}면의 발달은 억제하는 작용을 한다. Sn의 이러한 효과가 발휘되기 위해서는 0.02%이상 필요한 반면 0.4%이상이 되면 이러한 작용이 포화될 뿐만 아니라 결정립계에 편석하여 결정립성장을 방해하는 나쁜 작용이 점점 커지고 제조원가도 상승하므로 Sn첨가량은 0.02-0.4%범위로 하는 것이 바람직하다.

상기 S는 결정립계에 편석되는 Sn의 거동에 중요한 영향을 미치는데, S함량이 0.0030%이상이면 Sn의 결정립계편석을 조장하는 반면 S함량이 0.0030%이하이면 Sn의 결정립계편석을 저해하여 집합조직을 자기특성에 유리하게 발달시키는 Sn의 유익한 작용이 충분히 발휘된다. 따라서, 열간압연공정에서부터 결정립계에 편석하여 결정립성장을 억제함으로써 철손을 증가시키는 Sn의 나쁜 작용을 제거하고, 집합조직의 개선에 따른 철손감소 효과를 극대화시키기 위해서는 S함량을 0.0030%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 규소강 스라브를 재가열한 후 열간압연한 다음 열간압연판을 소둔하고, 다시 최종두께까지 1회 냉간압연 또는 중간소둔을 포함한 2회 냉간압연한 후에 연속적으로 최종소둔한다. 본 발명에서는 상기 열연판소둔 및 중간소둔을 재결정온도이상에서 실시하고, 원가절감을 위하여 열연판소둔은 생략하여도 무방하다.

상기와 같이 처리된 냉간압연판은 최종소둔하는데, 이때의 소둔조건은 결정립성장을 촉진시키고 집합조직을 자기특성에 유리하게 발달시키기 위하여 850-1100℃에서 연속소둔을 행하는 것이 바람직하다. 소둔온도가 850℃미만이면 결정립계의 이동도가 Sn의 결정립계편석을 극복할 정도로 크지 않아 결정립성장이 억제되므로 집합조직을 자성에 유리하게 발달시키는 Sn의 유익한 작용이 충분히 발휘되지 못한다. 또한, 소둔온도가 1100℃이상이면 표면부위에 내부산화층이 형성되어 자성이 나빠질 뿐만 아니라 결정립이 과도하게 성장하여 오히려 철손을 증가시키기 때문이다. 이때의 소둔시간은 상기 소둔온도에서 10초-10분간 연속적으로 처리하는 것이 적당하다.

이하. 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같은 조성을 갖는 규소강 스라브를 1200℃에서 90분 동안 재가열한 다음, 마지막 패스의 온도를 880℃로 하여 두께 2.3mm로 열간압연하여 730℃에서 권취하였다. 이를 산세하여 최종두께가 0.50mm가 되도록 냉간압연한후 하기표 2에 표시된 온도로 3분간 최종소둔하였다. 상기와 같이 제조된 시편의 자기적 성질을 측정하여 그 결과를 압연방향과 압연직각방향의 평균치로 하여 하기표 2에 나타내었고, 최종소둔온도와 Sn첨가에 따른 자속밀도와 철손의 변화는 도 1과 2에 각각 표시하였다.

강종	C	Si	Al	Mn	P	S	N	Sn	비고
1	0.0051	0.74	0.26	0.23	0.032	0.0022	0.0020	-	비교강
2	0.0053	0.72	0.23	0.26	0.036	0.0023	0.0019	0.095	발명강
3	0.0047	0.75	0.28	0.22	0.035	0.0048	0.0023	-	비교강
4	0.0048	0.77	0.25	0.27	0.033	0.0047	0.0021	0.11	비교강
5	0.0048	0.73	0.22	0.24	0.030	0.0095	0.0024	-	비교강
6	0.0050	0.72	0.25	0.21	0.034	0.0098	0.0023	0.10	비교강

구분	강종 및 성분	최종소둔온도(℃)	자기적성질
	강종		S,Sn함량	철손,W15/50(w/kg)	자속밀도, B50(Tesla)
비교재1	1	S:0.0022%	820	5.10	1.709
비교재2			900	4.75	1.707
비교재3			950	4.56	1.695
비교재4			1000	4.55	1.694
비교재5	2	S:0.0023%Sn:0.095%	820	5.02	1.737
발명재1			900	4.30	1.740
발명재2			950	4.10	1.739
발명재3			1000	4.07	1.744
비교재6	3	S:0.0048%	820	5.18	1.707
비교재7			900	4.77	1.704
비교재8			950	4.56	1.700
비교재9			1000	4.41	1.699
비교재10	4	S:0.0047%Sn:0.11%	820	5.15	1.732
비교재11			900	4.73	1.733
비교재12			950	4.46	1.733
비교재13			1000	4.34	1.732
비교재14	5	S:0.0095%	820	5.38	1.715
비교재15			900	4.99	1.710
비교재16			950	4.68	1.700
비교재17			1000	4.57	1.697
비교재18	6	S:0.0098%Sn:0.10%	820	5.61	1.728
비교재19			900	5.12	1.732
비교재20			950	4.75	1.735
비교재21			1000	4.54	1.735
W15/50(w/kg):자속밀도 1.5Tesla, 주파수 50Hz에서의 철손값B50(Tesla):자장의 세기가 5000A/m에서의 자속밀도 값

상기 표 1,2에 나타난 바와 같이, 동일한 온도에서 최종소둔한 경우를 비교해보면, S함량이 0.0047%에서 0.0098%로 높은 경우에 Sn이 첨가된 비교재(10-13)과 비교재(18-21)는 Sn이 첨가되지 않은 비교재(6-9)와 비교재(14-17)에 비하여 자속밀도는 높아졌으나 철손은 거의 동일하거나 오히려 높았다. 한편, 본 발명의 범위인 S함량이 0.0023%정도로 낮고, 최종소둔온도가 900-1000℃이며 Sn이 첨가된 발명재(1-3)은 S함량이 0.0022%정도로 낮으나 Sn이 첨가되지 않은 비교재(2-4)에 비하여 자속밀도가 높을 뿐만 아니라 철손이 현저히 감소되었다. 그러나 S함량이 낮고 Sn이 첨가되었지만 최종소둔온도가 820℃로 본 발명의 범위가 아닌 비교재(5)는 비교재(1)에 비하여 철손이 거의 감소되지 않았다는 사실을 알 수 있다. 이와 같은, Sn첨가 효과 및 S의 함량과 최종소둔온도에 따른 자속밀도와 철손의 변화는 도 1과 도 2의 그래프에서 확인할 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 강중 Sn을 적정량 첨가하고 S함량을 제한함과 동시에 최종연속소둔온도를 적절히 제어함으로서 철손이 낮고 자속밀도가 높은 자기적 성질이 우수한 무방향성 전기강판을 제공할 수 있고, 상기 제공된 무방향성 전기강판은 우수한 에너지효율이 요구되는 각종 모터 등의 전기기기 제조분야에 적용될 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 중량%로, C:0.01%이하, Si:0.25-3.5%, Mn:0.1-0.5%, Al:0.1-1.0%, N:0.01%이하, P:0.016-0.3%, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 스라브를 열간압연, 열연판소둔, 최종두께까지 1회 또는 2회 냉간압연, 최종연속소둔하는 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 상기의 규소강에 Sn을 0.02-0.4%의 범위로 첨가하고 불순물인 S함량을 0.0030%이하로 제한함과 동시에 상기 최종연속소둔을 850-1100℃범위에서 행하는 것을 특징으로 하는 자기적 성질이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법.