KR20010028570A

KR20010028570A - 자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010028570A
Application number: KR1019990040876A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 장삼규
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2001-04-06
Also published as: KR100479992B1

Abstract

본 발명은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 함유성분을 조정하여 자성을 향상시키지 않는 원소는 극력 억제하고, 무방향성 전기강판의 제조에 있어서 열간압연온도, 소둔온도 및 분위기를 제어함으로써, 강을 청정하게 제조하고 자성을 향상시킬 수 있는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중랑로, C:0.01이하, Si: 3.5이하, Mn: 1.2이하, Al: 1.3이하, Sn:0.03~0.3, Cr:0.05~0.5, Ti: 0.0005~0.0009, N: 0.005이하, O: 0.005이하, Cu, Ni, Sb, Ca 원소들의 합이 0.2이하이며, P, S, Mo, V, B, Zr, W, As, Mg, Te, Zn 원소들의 합이 0.1이하로 조성되는 무방향성 전기강판에 관한 것을 기술적 요지로 하며, 또한 본 발명은, 상기와 같이 조성되는 슬라브를 1250℃ 이하로 재가열한 후 열간압연하고, 600℃ 이상 페라이트 온도범위에서 권취하고, 열연판을 소둔 또는 소둔없이 산세하고, 최종두께로 냉간압연하고, 냉연판을 소둔시 (Ac₁-150℃)~Ac₁온도범위에서 수소10이상의 분위기에서 소둔하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 기술적 요지로 한다.

Description

자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법{A NON-ORIENTED STEEL SHEET WITH EXCELLENT MAGNETIC PROPERTY AND A METHOD FOR PRODUCING IT}

본 발명은 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심용 등으로 사용되는 무방향성 전기강판 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강성분을 적절히 제어한 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

모터와 변압기 등의 전기기기에서 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 낮은 자기장에서 자화가 잘 되서, 적은 전기를 걸어 주고도 높은 힘을 얻을 수 있는 것이어야 한다. 즉, 효율이 높아야 하는 것이다. 이렇게 되기 위해서는 무방향성 전기강판에 있어서 철손은 낮고 자속밀도는 높아야 한다. 철손은 자기장을 가할 때 열로 나타나고, 자속밀도는 걸어준 자기장에서 전달되는 힘과 효율정도를 나타내는데, 큰 자기장을 가함에도 불구하고 동력이 적다면 자속밀도가 낮기 때문이다.자속밀도가 높으면 그 만큼 자화가 용이하여 철심부위의 구리선을 저감할 수 있는데, 구리의 양이 적다는 것은 모터에서 주요손실인 동손이 적다는 것을 의미한다. 모터에서의 손실로는 동손, 철손 및 기계손 등이 있는데, 그 중에서도 동손의 비율이 높다.

무방향성 전기강판은 일반적으로 규소의 량으로 등급을 결정하고 있는데, 이것은 Si가 비저항이 높아서 철손중 와류손실을 낮추기 때문이다. 와류손실을 높이는 기타 원소로 Al도 있으나 가격이 비싼 단점이 있다. 이러한 비저항을 증가시키는 원소는 과량 첨가시 압연을 어렵게 하는 단점이 있기 때문에, 첨가하는데 있어서 제한이 있다. 따라서, 비저항을 증가시키는 합금원소를 첨가하되 재료의 특성을 향상시킬 수 있도록 불순물원소 억제 및 재질을 향상시키는 방법이 필요하다.

이를 해결하기 위해 개시된 일본특허 특개평 7-268568호는, 불순물원소를 극력 억제하고 있으나 V을 첨가하여 자기적 특성이 불리한 단점이 있고, 일본특허 특개평 7-54044호도 자성에 불리한 As, P 등의 불순물을 첨가하고 있다. 또한, 이들 특허는 자성에 해로운 O의 량에 대한 제한이 없다.

이에 본 발명은 함유성분을 조정하여 자성을 향상시키지 않는 원소는 극력 억제하고, 무방향성 전기강판의 제조에 있어서, 열간압연온도, 소둔온도 및 분위기를 제어함으로써, 자성을 향상시킬 수 있는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중랑로, C:0.01이하, Si: 3.5이하, Mn: 1.2이하, Al: 1.3이하, Sn:0.03~0.3, Cr:0.05~0.5, Ti: 0.0005~0.0009, N: 0.005이하, O: 0.005이하, Cu, Ni, Sb, Ca 원소들의 합이 0.2이하이며, P, S, Mo, V, B, Zr, W, As, Mg, Te, Zn 원소들의 합이 0.1이하로 조성되는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 전기강판에 관한 것이며, 또한 본 발명은 상기와 같은 조성을 갖는 슬라브를 1250℃ 이하로 재가열 후 열간압연하고, 600℃ 이상 페라이트 온도범위에서 권취하고, 열연판을 소둔 또는 소둔없이 산세하고, 최종두께로 냉간압연하고, 냉연판을 소둔시 (Ac₁-150℃)~Ac₁온도범위에서 수소10이상의 분위기에서 소둔하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명자들은 자성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하기 위해, 불순물원소를 가능한 억제하고 강을 청정하게 제조하여 자성에 유리한 개질을 만들고자 하였다. 자성에 해로워서 첨가하지 않는 원소로는 C, P, S, N, O, Mo, V, B, Zr, W, As, Mg, Te, Zn 등이 있고, 자성에 해롭지는 않으나 첨가하지는 않는 원소로는 Cu, Ne, Sb, Ca 등이 있으며, 자성에는 해롭지만 다른 불순물원소를 억제하기 위해 불가피하게 첨가하는 원소로는 Ti를 들 수 있다. 그러나, 제강의 전로작업전 용강을 분석한 결과에 의하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다. 즉, C는 6이하, P는 0.2이하, S는 0.3이하, N는 0.03이하, O는 0.035 이하, Mo는 0.01이하, V는 0.1이하, B는 0.01이하, Zr은 0.005 이하, W는 0.5이하, As는 0.01이하, Mg는 0.01이하, Te는 0.005이하, Zn은 0.01이하, Cu는 0.05이하, Ni은 0.05이하, Sb는 0.005이하, Ti는 0.5이하인 것이다. 따라서, 첨가하지 원소들도 최종제품 분석시 소량씩 함유되어 있음을 알 수 있다. 상기 원소들 중 O등과 쉽게 반응하는 원소들은, 전로에서 산소에 의한 취련작업을 실시할 경우, 산화되어 개재물로 부상하기 때문에 강중에는 낮게 잔류하게 된다.

본 발명에서 제거하지 않거나 첨가하는 원소는, Si, Mn, Al, Sn, Cr, Ti이다. 이 밖에 기타원소는 첨가하지 않으며, 강중 미량으로 존재하는 것은 용광로의 용선으로부터 불가피하게 첨가된 원소 또는 전로작업시 냉매로 첨가된 고철의 불순물에서 함유된 것이다. 이와 같은 성분으로 구성되는 본 발명강은 전로작업시 용선이나 고철에서 첨가될 수 있는 불순물의 상한을 설정한다.

이하, 본 발명에 따른 성분계의 수치한정이유에 대하여 설명한다.

상기 C는 자기시효를 일으켜서 전기기기의 철심으로 사용중 자기적 특성을 저하시키므로 슬라브에서는 0.01이하로 하고, 최종제품에서는 0.003이하로 한다. 0.003보다 높게 함유되는 경우에는 탈탄소둔을 실시하는데, 탈탄소둔은 냉연판소둔시에 할 수 있다.

상기 Si는 비저항을 증가시켜서 철손중 와류손실을 낮추는 원소이지만, 과다할 경우 판파단이 발생될 수 있기 때문에, 냉간압연시 1회 압연을 위해 본 발명강에서는 3.5이하로 첨가한다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는 원소로, 1.3보다 많이 첨가되면 그 첨가량에 비해 자성의 향상정도가 작기 때문에 1.3이하로 제한한다.

상기 Sn은 결정립계에 편석하여 소둔시 강표면으로부터 산소원소 등의 확산침입을 억제하고, 최종제품의 표면에 치밀하게 분포하여 산화를 억제하며, 또한 자성에 불리한 (222)면의 집합조직을 억제시키는 역할을 한다. 본 발명에서 첨가량은 0.03~0.3로 하는데, 그 이유는 0.03이하로 하면 그 효과가 적고, 0.3이상으로 하면 냉간압연성이 나빠지기 때문이다.

상기 Cr은 강중 N를 저감하고, 제품표면의 부식을 억제하는 원소로, 최소 0.05이상 첨가되어야 그 효과가 있고, 0.5를 초과하면 첨가량에 비해 그 영향이 감소하므로 0.05~0.5로 첨가한다.

상기 Ti는 산소 및 질소와 쉽게 결합하여 강중 석출물형성을 억제하는 원소로, 첨가량은 0.0005~0.009로 한다. 그 이유는, 0.009이상 첨가될 경우 산소나 질소와의 결합물이 과다하여 오히려 강의 청정도가 떨어지게 되고, 0.0005미만일 경우도 O와 N가 높아져 강의 청정도가 떨어지기 때문이다.

상기 N는 미세하고 긴 AlN석출물을 형성하여 결정립의 성장을 억제하므로 가능한 억제하는 것이 바람직하여, 본 발명에서는 0.005이하로 한다.

상기 O는 다른 원소와 쉽게 결합해 산화물을 형성하여 용강중에서는 슬래그로 부상되지만, 일부 부상하지 못한 개재물은 강중에 잔존하여 미세한 석출물로 남아 최종제품에서 자구의 이동을 억제하여 자성을 저하시킨다. 또한, 슬라브중 잔존하는 미산화 산소는 후속공정의 열처리시 다른 원소와 결합하여 자성을 저하시키므로, 본 발명에서는 0.005이하로 한다.

상기 Cu와 Ni은 산화가 어려운 원소로서, 전로작업후 고철을 사용하지 않더라도 잔존한다. Sb와 Ca은 불순물로 잔존할 경우에도 자성을 저하시키지는 않았다. 그러나, 이같은 Cu, Ni, Sb, Ca은, 기타 불순물을 제어하는데 용이하도록 그 합이 0.2이하로 함유되는 것이 바람직하다.

기타 P, S, Mo, V, B, Zr, W, As, Mg, Te, Zn 원소들은, 전로작업시 대부분 산소와 결합하거나 기타 원소와 결합해 슬래그로 부상하여 제거될 수 있어서, 이들 원소들의 합과 전로작업전 냉괴로 넣는 고철등으로 함유되는 원소를 합하여 0.1이하로 한다. 0.1이상이 되면 자성이 저조해지므로 냉괴의 고철로 첨가되는 원소를 극력 억제해야 한다. 이들 원소중 특히 P,S는 편석원소로서 제품까지 잔존하여, 자기장을 가할 경우 자구의 이동을 억제하므로 자성을 저하시킨다. 따라서, 상기 원소들은 가능한한 낮게 함유되어야 한다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강 슬라브는, 바람직한 예를 들면, 용광로에서 가져온 용선을 적어도 70이상 넣고 나머지 30이하의 고철을 전로에 넣어서 얻어지는 냉괴이다. 제강에서 정련된 용강에 대하여 노외정련을 통해 Al과 Ti 등에 의한 탈산 및 탈질을 실시하고, 기타 원소를 첨가한 후 연속주조공정에서 슬라브로 응고시키고, 열간압연전 가열로로 장입하여 1250℃ 이하로 가열한다. 1250℃ 보다 높은 온도로 재가열하면 AlN과 MnS 등 자성에 해로운 석출물이 재용해되어 열간압연 후 미세하게 석출될 수 있으므로, 낮은 온도범위로 재가열 후 열간압연하는 것이 바람직하다.

열간압연 후 열연판을 공기중에서 코일상태로 권취한 후 냉각한다. 자기적 특성을 보다 향상시키기 위해서는 600℃~페라이트역의 온도범위에서 권취할 수 있다. 가능한 높은 온도로 권취하면 열연판내에서 발생된 미세한 석출물이 조대화하여 강을 청정화할 수 있으나, 오스테나이트역에서 권취하면 온도가 과도하게 높아서 산화가 많아지고, 석출물이 미세화될 수 있기 때문에 600℃~페라이트역의 온도범위로 하는 것이 바람직하다.

권취냉각된 열연판은, 자성을 보다 향상시키기 위해서는 열연판 소둔을 행하는 경우도 있다. 이러한 열연판에는 여전히 미세한 석출물이 잔존하기 때문에, 자성을 보다 향상시키기 위해서는 열연판을 850~11250℃의 온도범위로 1분 이상 소둔할 수 있다. 이 때, 850℃ 미만에서 소둔하면 소둔효과가 적고, 1150℃ 보다 높은 온도에서 소둔하면 판형상이 불량해져 판내에서 오히려 석출물이 용해될 수 있으므로, 상기 온도범위로 제한한다. 이같은 열연판소둔은 반드시 행해야 하는 것은 아니며, 열연판소둔을 행한 후에는 산세후 냉간압연한다. 또한, 열연판소둔을 행하지 않은 경우에 있어서도 산세후 냉간압연한다.

상기 소둔열연판을 연속압연하여 최종의 제품두께로 냉간압연한 후 소둔하는데, 소둔온도가 강성분에 의해 주어지는 가열시 100페라이트상의 상한치인 Ac₁온도 이하에서 소둔하는 것이 바람직하다. 이 온도이상이 되면 오스테나이트상이 조직에 나타날 수 있어서 자성에 불리한 집합조직인 (111)면과 (211)면 등이 발달될 수 있기 때문에, 결정립 미세화를 방지하기 위하여 페라이트상에서 소둔해야 한다. 또한, 냉연판 소둔시 하한온도는 결정립이 성장될 수 있도록 하기 위해 (Ac₁-150℃)보다는 높아야 한다. 따라서, 소둔온도는 적어도 (Ac₁-150℃)보다는 높고 Ac₁보다 낮은 온도 범위로 해야 한다.

표면에 산소가 들어가면 소재내부의 Al, Si, Mn 등의 원소와 결합하여 산화물을 형성하기 때문에, 수소를 적어도 10이상 함유하는 비산화성 분위기로 소둔해야 하는 것이 바람직하다. 소둔시간은 30초~5분 동안으로 하여 연속으로 행한다. 그 후, 소둔판은 절연피막처리후 수요가로 출하된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예1)

하기 표1과 같은 성분을 갖는 강 슬라브를 전로작업 후 노외정련을 통하여 제조하였다. 하기 표1에서 A계 원소는 Cu, Ni,Sb, Ca의 원소들을 합한 것이며, B계 원소는 P, S, Mo, V, B, Zr, W, As, Mg, Te, Zn의 원소들을 합한 것이었다. 슬라브로 제조된 강을 1150℃에서 1.5시간 가열하고 열간압연한 후, 하기 표2와 같은 권취온도로 권취하여 공기중에서 냉각하였다. 냉각된 열연판은 하기 표2와 같은 조건으로 소둔하거나 소둔없이 산세하고 냉간압연한 후, 수소40와 질소 60의 환원분위기에서 하기 표2와 같은 조건으로 소둔하였다. 그 다음, 소둔판을 절단한 후 자기적 특성을 조사하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

강종	C	Si	Mn	Al	Sn	Cr	N	O	Ti	A계	B계
발명강a	0.003	0.85	0.25	0.22	0.10	0.27	0.0012	0.0021	0.0032	0.072	0.025
발명강b	0.003	0.87	0.24	0.32	0.09	0.25	0.0018	0.0024	0.0012	0.031	0.009
비교강a	0.003	0.86	0.25	0.22	0.11	0.22	0.0012	0.0045	0.0003	0.071	0.252
비교강b	0.003	0.89	0.23	0.31	0.09	0.26	0.0017	0.0023	0.0109	0.230	0.010
비교강c	0.002	0.85	0.24	0.32	0.10	0.03	0.0041	0.0052	0.0013	0.049	0.121

상기 표1에 나타난 바와 같이, 비교강(a)는 B계 원소가 많이 함유되어 있으며, O도 높게 나타난 반면, Ti가 낮았다. 비교강(b)는 Ti이 과다하게 많고, 전반적으로 강내부의 청정도가 낮았으며, A계 원소도 높았다. 비교강 (c)는 Cr 성분이 낮으며, B계 원소가 높게 나타났다. 반면, 발명강(a) 와 (b)는 슬라브의 성분이 발명강의 조성을 만족하고 있다.

시료번호	강종	열연판권취온도(℃)	열연판소둔온도(℃)	Ac1(℃)	냉연판소둔온도(℃)	철손(W_15/50)W/kg	자속밀도(B₅₀)Tesla
발명재1	발명강a	650	950	972	950	3.49	1.77
발명재2	발명강b	800	없음	1009	980	3.65	1.74
발명재3	발명강b	750	950	1009	960	3.45	1.76
비교재1	발명강b	550	950	1009	960	3.72	1.73
비교재2	발명강b	600	없음	1009	840	4.15	1.72
비교재3	비교강a	750	950	975	950	4.24	1.71
비교재4	비교강b	750	950	1012	960	3.86	1.73
비교재5	비교강c	700	950	1005	960	4.31	1.72
W_15/50: 50Hz에서 1.5Tesla로 자기장을 걸었을 때 발생되는 손실
B₅₀: 5000A/m로 자기장을 걸었을 때 유도되는 자속밀도

상기 표2에서 알 수 있듯이, 비교재(1)은 열연판 권취온도가 낮아서 자성이 저조하게 나타났다. 냉연판 소둔온도가 (Ac₁-150℃)보다도 낮은 비교재(2) 또한 자성이 저조하였다. 비교재 (3)~(5)는 적절한 제조조건에서 제조되었으나, 비교강 (a)~(b)로 작업되어 자성이 저조하였다. 반면, 발명재들은 발명의 범위로 제조되어 자기적 특성이 우수하였다.

(실시예2)

중량로, C: 0.004, Si: 2.95, Mn: 0.16, Al: 0.82, Sn:0.11, Cr: 0.31, N: 0.0013, O: 0.0019, Ti: 0.0023, A계 원소는 Cu: 0.01, Ni: 0.03, Sb: 0.009, Ca: 0.0012이고, B계 원소는 P: 0.008, S: 0.0015, Mo: 0.0012, V: 0.0003, B: 0.0009, Zr: 0.0005, W: 0.0012, As: 0.001, Mg: 0.0007, Te: 0.0008, Zn: 0.0006로 함유되고, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃로 가열한 후 2.3mm의 두께로 열간압연하고, 720℃온도에서 권취한 후 열연판을 1100℃에서 10분간 소둔한 후 산세하였다. 소둔된 열연판은 산세후 0.5mm의 두께로 냉간압연하였다. 냉연판은 건조한 분위기에서 수소 5와 수소50로 구분하고 나머지는 질소로 하여, 1030℃온도에서 2분간 소둔하였다. 이 강은 소둔범위내에서는 페라이트상만이 존재하였다. 소둔후 연속하여 유무기혼합의 절연피막을 입힌 후 절단하여 자성을 측정하였다. 그 결과, 냉연판 소둔시 수소5로 작업된 소재는 철손(W_15/50)이 2.65W/kg이고, 자속밀도(B₅₀)는 1.66Tesla이었다. 또한, 결정립크기는 120㎛로 성장되었다. 이에 비해 수소가 50로 작업된 소재는 철손(W_15/50)은 2.34W/kg이고, 자속밀도(B₅₀)는 1.68Tesla이었다. 또한, 결정립크기가 150㎛로 크게 성장되어 자성이 향상되었다. 따라서, 수소가 다량 함유된 분위기에서 소둔하는 것이 자성향상에 있어서, 바람직한 것임을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강성분을 제어하고, 그 제조공정에서 소둔온도 및 분위기 등을 적절히 제조함으로써, 강을 청정하게 하고, 제품의 자기적 특성을 보다 향상시킬 수 있었다.

Claims

중랑로, C:0.01이하, Si: 3.5이하, Mn: 1.2이하, Al: 1.3이하, Sn:0.03~0.3, Cr:0.05~0.5, Ti: 0.0005~0.0009, N: 0.005이하, O: 0.005이하, Cu, Ni, Sb, Ca 원소들의 합이 0.2이하이며, P, S, Mo, V, B, Zr, W, As, Mg, Te, Zn 원소들의 합이 0.1이하로 조성되는 자성이 우수한 무방향성 전기강판.
중랑로, C:0.01이하, Si: 3.5이하, Mn: 1.2이하, Al: 1.3이하, Sn:0.03~0.3, Cr:0.05~0.5, Ti: 0.0005~0.0009, N: 0.005이하, O: 0.005이하, Cu, Ni, Sb, Ca 원소들의 합이 0.2이하이며, P, S, Mo, V, B, Zr, W, As, Mg, Te, Zn 원소들의 합이 0.1이하로 조성되는 슬라브를,

1250℃ 이하로 재가열한 후 열간압연하고, 600℃ 이상 페라이트 온도범위에서 권취하고, 열연판을 소둔 또는 소둔없이 산세하고, 최종두께로 냉간압연하고, 냉연판을 소둔시 (Ac₁-150℃)~Ac₁온도범위에서 수소10이상의 분위기에서 소둔하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.