KR20000043760A

KR20000043760A - 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판 및그 제조방법

Info

Publication number: KR20000043760A
Application number: KR1019980060181A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 이원걸
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2000-07-15
Also published as: KR100368722B1

Abstract

본 발명은 각종 모터, 소형변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서,

중량%로 C: 0.01% 이하, Si: 3.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.01% 이하, Al: 0.15-1.5%, N: 0.005% 이하, Sn: 0.03-0.3%, Cr: 0.05-1.0%, Ti: 0.0005-0.01%, O: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃의 온도범위로 재가열하는 단계와; 800-950℃의 온도범위에서 열간압연하는 단계와; 권취하는 단계와; 산세하는 단계와; 2회 냉간압연 하는 단계와; 700-1050℃의 온도범위로 냉연판소둔하는 단계와;로 이루어진 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 요지로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 불순물 원소 O, N, S 원소의 영향을 감소시켜서 자성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

Description

자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

본 발명은 각종 모터, 소형변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

모터와 변압기등의 각종 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 자기적 특성 중 철손이 낮고 자속밀도가 높은 것이 요구된다. 철손은 무방향성 전기강판의 에너지 손실을 의미하며, 자속밀도는 주어진 자기장에서의 자화의 정도를 나타낸다. 에너지 절감을 위해서는 철손이 낮고 자속밀도가 높은 소재가 요구된다.

무방향성 전기강판에서 철손을 낮추려는 노력이 경주되어 왔으며, 이를 위하여 자성에 유리한 집합조직을 형성하는 원소를 제어하거나, 불순물 원소를 낮게 제어하여 왔다. 집합조직을 제어하는 원소는 Sn을 들 수 있다. 미국특허 4,204,890에서 Sn은 집합조직을 개선하는 원소로 알려져 있다. 그러나 Sn 단독첨가는 자속밀도는 향상시키지 못하고 철손만 다소 개선될 뿐이다.

또한 불순물은 미세한 석출물을 발생시키며, 조직내에서 자성이 나쁜 집합조직의 핵생성의 원인으로 작용되며, 또한 이같은 집합조직을 갖는 결정립이 성장시 자성이 저하된다. 또한 미세한 석출물은 결정립의 성장을 억제하여 철손중 이력손실을 증가시키므로 가능한 억제되어야 한다.

불순물을 만드는 원소중에서 N는 특히 미세하고 긴 선상의 불순물을 만들기 때문에 결정립성장에 장애가 되며, 주로 Al을 첨가하여 그 영향을 감소시켜 왔다. 일본 공개특허공보 소 62-180014는 N의 영향을 줄이기 위하여 B을 첨가하고 있으나 Si을 많이 첨가하는 경우에는 냉간압연이 곤란하게 될 수 있다.

일본공개특허 평 8-295936에서는 Ti이 미세한 석출물을 형성하여 자성에 해로운 것으로 설명하고 있으나 그 적정량이 첨가됨으로서 오히려 석출물을 조대화시켜서 자성이 향상되는 것을 확인하였다.

기타 자기적 특성을 저해하는 원소로는 S와 O가 있으며, S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하며, O는 Mn, Al 및 Si과 결합하여 각종 산화물을 형성시켜서 결정립성장을 억제하거나 자구의 이동을 방해함으로서 자성을 저해시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에너지 절감을 위해서는 철손이 낮고 자속밀도가 높은 소재를 얻기 위한 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 중량%로 C: 0.01% 이하, Si: 3.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.01% 이하, Al: 0.15-1.5%, N: 0.005% 이하, Sn: 0.03-0.3%, Cr: 0.05-1.0%, Ti: 0.0006-0.01%, O: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 조성으로 이루어진 슬라브를 1100-1250℃의 온도범위로 재가열하는 단계와; 800-950℃의 온도범위에서 열간압연하는 단계와; 권취하는 단계와; 산세하는 단계와; 2회 냉간압연 하는 단계와; 700-1050℃의 온도범위로 냉연판소둔하는 단계와;로 이루어진 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 불순물 원소 O, N, S 원소의 영향을 감소시켜서 자성을 향상시킬 수 있는 방법을 제공하고, 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판을 제조하기 위하여 결정립계에 편석하여 N의 침입을 억제하고 집합조직을 개선하는 Sn을 첨가하고, 또한 질화물을 형성하며 철심의 부식을 억제하는 특성을 갖고 있는 Cr을 첨가하였다. 그리고 불순물 원소로 함유되는 S, O, N 및 C의 량은 가능한한 적게 함유되도록 제강단계에서 충분히 탈황, 탈산, 탈질 및 탈산하고 난 후 Ti을 소량 첨가한다. 본 발명에서 Ti은 S, O, N, C 등의 불순물과 결합하고, 발생된 석출물은 제강중에서 슬래그로 부상되어 제거되거나, Al을 0.15% 이상 첨가시 발생되는 조대한 Al 석출물등과 결합하여 미세한 석출물의 발생을 억제할 수 있는 것으로 본다. 불순물로서 불가피하게 첨가되는 석출물의 해악을 가능한한 억제함으로서 자성을 향상시키는 방법을 제공한다.

이하 본 발명에 따른 성분계의 수치한정이유에 대하여 설명한다.

C은 자기 시효를 일으켜서 전기기기의 철심으로 사용중 자기적 특성을 저하시키므로 슬라브에서는 0.01% 이하로 하고, 최종제품에서는 0.003% 이하로 한다. 필요시 탈탄소둔을 냉연판소둔전에 실시할 수 있다.

Si은 비저항을 증가시켜서 철손중 와류손실을 낮추는 원소이지만 본 발명의 강에서는 3.5% 이하로 첨가한다. 3.5% 이상으로 첨가하면 냉간압연성이 나빠지기 때문이다.

Mn은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추나 과도하게 첨가시 자기특성의 향상에 비해 원가가 높아지며, 너무 적게 첨가하여도 집합조직이 나빠짐으로 0.1%-1.0%로 첨가한다.

P는 비저항을 증가시키지만 냉간압연성을 고려하여 최대 0.15% 까지 첨가할 수 있다.

S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기특성에 나쁜 영향을 미치므로 가능한한 낮게 함유되는 것이 유리하며, 본 발명에서는 최대 0.01% 이하로 함유되도록 한다.

Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는 역할을 하며, 적정량을 첨가시 N의 영향을 억제함으로 첨가한다. Al은 0.15% 이하로 첨가될 경우 미세한 석출물인 AlN이 발생될 수 있으며, 1.5% 이상 첨가되면 제조비용이 과다하게 증가된다. 따라서 Al은 0.15-1.5% 로 함유되도록 한다.

N는 미세하고 긴 AlN 석출물을 형성함으로 가능한한 억제하며, 본 발명에서는 0.005% 이하로 함유되도록 한다.

Sn은 결정립계에 편석하여 N의 확산을 억제하며, 자성에 불리한 (222)면의 집합조직을 억제시키는 역할을 한다. 0.03% 이하로 하면 그 효과가 적고, 0.3% 이상으로 하면 냉간압연성이 나빠짐으로 본 발명에서는 0.03-0.3% 로 한다.

Cr은 N와 결합하여 질화물을 형성하며, (200)면 등의 자성에 유리한 집합조직을 향상시켜, 철심의 부식을 방지하는 특성이 있어서 첨가한다. 최소 0.05% 이상 첨가되어야 그 효과가 있으며, 1.0% 초과하면 첨가량에 비해 자성의 향상정도가 작기 때문에 0.05-1.0% 로 한정한다.

Ti은 강에서 S, O 및 N 등의 불순물과 결합하며, 0.0005% 이상 0.01% 이하로 첨가한다. Ti이 과도하면 오히려 불순물로 작용될 수 있기 때문에 최대 0.01% 로 하며, 너무 적으면 그 효과가 적으므로 0.0005-0.01% 로 제한한다.

O는 강에서 각종 성분과 결합하여 산화물을 형성하여 석출물과 산화물을 만들며, 또한 Ti 첨가를 위해서는 가능한 낮추는 것이 유리함으로 본 발명에서는 0.005% 이하로 한다.

이하 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강슬라브는 제강에서 용강으로 제조된 후 연속주조 공정에서 슬라브로 응고시키고 열가압연전 가열로로 장입되어 1100℃ 이상 1250℃ 이하로 가열된다. 가능한한 낮은 온도에서 재가열시 미세한 석출물이 조대화될수 있다. 그러나 열간압연 작업을 용이하게 하기 위해서는 1100℃ 이상으로 재가열한다. 1250℃ 이상으로 재가열하면 Ti와 결합한 불순물들이 재용해 되어 열간압연시 미세한 석출물로 생성될 수 있으므로 1100-1250℃ 범위로 재가열 후 열간압연하는 것이 바람직하다. 열간압연은 통상 800-950℃의 온도범위로 실시한다.

열간압연판은 권취후 공기중에서 코일상태로 냉각할 수 있다. 권취냉각된 열연판은 열연판소둔 혹은 열연판소둔을 생략후 산세하고 냉간압연한다. 열연판을 소둔하면 결정립이 보다 성장되어 최종제품에서 결정립이 크게 성장될 수 있다. 냉간압연은 필요시 결정립 성장을 위하여 2회 냉간압연할 수 있다. 2회 냉간압연은 1회 압연후 900-1050℃에서 중간소둔후 냉간압연을 추가로 실시하는 방법이다. 냉간압연판은 소둔하며, 소둔온도는 700-1100℃에서 재결정입성장을 위하여 30초 이상 연속으로 한다. 소둔온도는 700℃ 보다 낮으면 결정립 성장이 미흡하며, 1100℃ 보다 높으면 판표면에 표면결함이 발생될 수 있기 때문이다. 이 때 소둔분위기는 수소, 질소 또는 그 혼합분위기로 할 수 있다. 소둔판은 절연피막처리 후 수요가로 출하된다. 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기복합피막으로 처리할 수 있으며, 기타 녹발생 억제 및 절연이 가능한 피막제를 입힐 수 있다.

본 발명강은 합금원소인 Si, Mn, Al, Sn 및 Cr을 첨가하고, 또한 용강에서 불순물 원소를 가능한 제거하여 그 함량을 낮춘 후 Ti을 첨가함으로서 자기적 특성을 향상할 수 있는 방법을 제공한다.

이하 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

(실시예 1)

표 1과 같은 성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 열간압연전 가열로에서 2.5시간 가열하고, 마무리 압연온도 900℃에서 1.8mm의 두께로 열간압연하고, 700℃에서 권취하고 공기중에서 냉각하였다. 냉각된 열연판은 1000℃에서 5분간 소둔하고 산세하였다. 표 2는 슬라브의 재가열온도, 냉연판 소둔온도를 나타낸다. 냉연판의 소둔분위기는 수소 20%와 질소 80% 이며, 소둔판은 절단후 자기적 특성을 조사하였다.

강종	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Sn	Cr	Ti	O
발명강 a	0.005	2.90	0.45	0.011	0.0025	0.78	0.0020	0.21	0.35	0.0059	0.0011
발명강 b	0.004	2.95	0.19	0.009	0.0019	0.81	0.0018	0.16	0.45	0.0018	0.0020
발명강 c	0.005	2.93	0.20	0.010	0.0022	0.82	0.0019	0.07	0.51	0.0007	0.0021
비교강 a	0.004	2.89	0.21	0.011	0.0023	0.80	0.0021	0.11	0.42	0.0150	0.0015
비교강 b	0.005	2.92	0.20	0.013	0.0022	0.83	0.0020	0.13	0.45	0.0004	0.0055
비교강 c	0.005	2.91	0.21	0.012	0.0018	0.82	0.0019	0.01	0.42	0.0002	0.0021

발명강이 발명의 범위내로 작업된 발명재가 자기적 특성이 우수하였다. 비교재 1은 슬라브 재가열온도가 높으며, 비교재 2는 냉연판소둔온도가 과도하게 높았다. 비교재 4는 비교강 a의 Ti이 과도하여 자기적 특성이 나빠졌다. 비교재 5는 비교강 b의 Ti이 적고, 불순물량의 척도인 O가 높아서 자성이 저조하며, 비교재 6은 비교강 c가 Sn과 Ti의 량이 적어서 자기적 특성이 저조한 것으로 나타났다.

시료번호	슬라브 재가열온도(℃)	냉연판소둔온도(℃)	철손(W_15/50)W/kg	자속밀도(B₅₀)Tesla	강종
발명재 1	1100	1000	1.41	1.72	발명강 a
발명재 2	1150	1050	2.46	1.71	발명강 b
발명재 3	1230	1030	2.52	1.70	발명강 b
비교재 1	1270	1000	2.85	1.69	발명강 b
비교재 2	1230	1150	2.71	1.70	발명강 b
발명재 5	1150	1030	2.31	1.71	발명강 c
발명재 6	1230	1000	2.48	1.72	발명강 c
비교재 4	1150	1000	2.70	1.68	비교강 a
비교재 5	1150	1000	2.82	1.67	비교강 b
비교재 6	1150	1000	2.83	1.67	비교강 c

1) W_15/50: 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때의 발생되는 손실

2) B₅₀: 5,000A/m로 자화했을 때 유도되는 자속밀도

(실시예 2)

중량%로 C: 0.004%, Si: 3.01%, Mn: 0.15%, P: 0.008%, S: 0.0010%, Al: 1.2%, N: 0.0014%, Sn: 0.11%, Cr: 0.45%, O: 0.0016% 및 Ti: 0.0016% 이고 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브는 1150℃로 가열하고 열간압연시 950℃에서 마무리 열간압연하여 2.0mm의 두께로 열간압연하였다. 열연판은 620℃ 권취하여 공기중에서 냉각하고 1100℃에서 5분간 소둔하였다. 소둔된 열연판은 산세후 0.7mm의 두께로 1차 냉간압연하고 950℃에서 3분간 소둔 후 0.35mm의 두께로 냉간압연하였다. 냉간압연판은 건조한 수소 30% 와 질소 70%의 분위기, 소둔온도 1030℃에서 2분간 소둔하였다. 소둔 후 연속하여 유무기 혼합의 절연피막을 입힌 후 절단하고 자성을 측정하였다. 제품의 탄소함량은 0.0012%로 낮게 나타났다. 자기적 특성 중 철손(W_15/50)은 2.21W/Kg이고, 자속밀도(B₅₀)는 1.68Tesla이었다.

(실시예 3)

중량%로 C: 0.005%, Si: 0.95%, Mn: 0.24%, P: 0.016%, S: 0.006%, Al: 0.21%, N: 0.0021%, Sn: 0.09%, Cr: 0.35%, O: 0.0025% 및 Ti: 0.0052% 이고 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브는 1200℃로 가열한 후 열간압연하였다. 열간압연시 사상압연온도는 860℃이었고, 2.5mm의 두께로 열간압연 후 740℃ 온도로 권취하였다. 권취냉각된 열연판은 산세하였다. 또한 열연판 중 일부는 질소분위기의 1000℃에서 5분간 열연판소둔한 후 산세하였다. 2가지로 준비된 열연판은 산세후 0.5mm의 두께로 냉간압연하였다. 냉연판은 질소 80%, 수소 20%의 건조한 혼합분위기에서, 900℃ 온도에서 1.5분간 소둔한 후 절단하고 자기적 특성을 특정하였다. 자기적 특성은, 열연판소둔을 하지 않은 소재는 철손(W_15/50)은 3.6W/Kg이고, 자속밀도(B₅₀)는 1.77Tesla이었다. 열연판소둔한 경우는 철손(W_15/50)은 3.0W/Kg이고, 자속밀도(B₅₀)는 1.80Tesla이었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 불순물 원소 O, N, S 원소의 영향을 감소시켜서 자성을 향상시킬 수 있으며, Ti은 S, O, N, C 등의 불순물과 결합하고, 발생된 석출물은 제강중에서 슬래그로 부상되어 제거되거나, Al을 0.15% 이상 첨가시 발생되는 조대한 Al 석출물등과 결합하여 미세한 석출물의 발생을 억제할 수 있는 효과를 가지며, 불순물로서 불가피하게 첨가되는 석출물의 해악을 가능한한 억제함으로서 자성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

중량%로 C: 0.01% 이하, Si: 3.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.01% 이하, Al: 0.15-1.5%, N: 0.005% 이하, Sn: 0.03-0.3%, Cr: 0.05-1.0%, Ti: 0.0006-0.01%, O: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판.
중량%로 C: 0.01% 이하, Si: 3.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.01% 이하, Al: 0.15-1.5%, N: 0.005% 이하, Sn: 0.03-0.3%, Cr: 0.05-1.0%, Ti: 0.0005-0.01%, O: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 1100-1250℃의 온도범위로 재가열하는 단계와; 800-950℃의 온도범위에서 열간압연하는 단계와; 권취하는 단계와; 산세하는 단계와; 2회 냉간압연 하는 단계와; 700-1050℃의 온도범위로 냉연판소둔하는 단계와;로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 2회의 냉간압연을 실시할 경우 1회 압연후 900-1050℃의 온도범위에서 중간소둔을 실시하는 것을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 냉연판소둔은 재결정입성장을 위하여 30초 이상 연속으로 실시하는 것을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.