KR20010060774A - 타발성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

타발성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 최적의 소둔조건을 도출하여 적정수준으로 조정함으로써, 경도가 높고 수요가 자성품질 요구범위를 만족시키며 동시에 타발특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
중량%로 C:≤0.005%, Si: 0.35~0.45%, Mn: 0.2~0.3%, Sol-Al: ≤0.005% 이하, P: 0.05~0.07%, S: ≤ 0.012%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 재가열하고 열간압연하여 두께가 2.0~2.5mm인 열연판을 만들고, 권취 및 산세한 다음, 냉간압연하고 냉연판소둔할 때 가열대에의 승온시 초기 승온속도를 15.5~16.0℃/sec로 하여 급가열하고 균열대에서의 판온도는 755~765℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 타발성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을, 그 기술적 요지로 한다.

Description

타발성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING NON GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET WITH SUPERIOR PUNCHING PROPERTY}
본 발명은 티그용접, 레이저 용접, 리벳팅하여 성형한 후에 동선이 감기어 전력기기에 이용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강성분 및 냉연판소둔조건을 적절히 조정함으로써, 낮은 철손특성과 높은 비커스 경도를 갖는 타발성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 철심의 형태로 절단되어 응력제거 열처리가 되면, 타발, 적층되어 티그용접, 레이저 용접, 리벳팅하여 성형한 후에 동선이 감기어 전력기기에 이용되는 것으로, 규정의 자기 특성을 부여하여 제철소에서 출하되는 풀리 프로세스(Fully Process)와 제철소에서 반제품 형태로 출하되어 수요가에서 응력제거 열처리(SRA, Stress Relief Annealing)를 실시하여야만 규정의 자기 특성을 나타내는 세미 프로세스(Semi Process)로 구분된다.
통상적으로 타발횟수가 증가하면 금형의 예각부가 마모되어 타발된 소재의절단면에 버(Burr)가 형성되는데, 이때 형성된 버가 어느 높이(통상 50㎛) 이상이 되면 금형을 연마보수하여 사용하게 된다. 만약, 타발성 불량으로 버의 발생이 지나치게 되면 연속작업성이 확보되지 않아 무방향성 전기강판의 자성특성이 아무리 우수하다 하여도 판매에 어려움을 겪게 된다.
이에 본 발명자는 통상의 자성수준을 유지하면서도 소재의 경도를 상향시켜 타발성을 좋게 할 수 있는 방법을 연구하였다.
타발과정에서 타발소재의 변형, 펀치와 다이의 맞물림 그리고 마모개소에 대한 관찰결과를 종합하여 소재의 변형거동과 금형마모기구를 3단계로 구분하면, 다음과 같다.
즉, 제1단계는 펀치소재를 밀어서 다이에 접촉하는 상태로부터 소재가 다이의 상면으로 미끄러져 가면서 소재의 소성변형이 일어나기 전까지의 과정이라 하겠다. 따라서, 다이의 상면마모가 주로 일어나게 되는데, 이때의 마모량은 타발소재가 미끄러진 양에 비례할 것이므로 타발소재의 기계적 성질, 절연피막의 표면상태, 타발작업시에 타발소재 표면에 도포하는 타발유의 윤활특성에 따라 지배를 받게된다.
제2단계는 펀치가 다이의 공간으로 들어가서 펀치와 다이의 예각부가 맞물리는 곳에 접한 타발소재의 가공경화가 일어나는 상태로부터, 펀치가 더 강하면서 증가되는 응력에 따라 증가된 가공경화로 타발소재가 파단되는 단계로까지로 규정할 수 있다. 이 때에는 펀치와 다이의 예각부에 마모가 일어나므로 모서리 마모(EdgeWear)는 타발소재가 파단되기 전의 절단된 량에 비례한다.
파단전 절단량에 영향을 주는 요인으로는 금형의 마모상태, 타발소재의 재질특성, 펀치와 다이의 간격설정 등 금형의 상태라고 할 수 있다. 금형의 마모상태는 파단전 절단량과 교호적으로 영향을 주는데, 즉 동일한 소재에 대하여는 마모된 금형일 때가 연마보수한 금형을 사용할 때보다도 파단전 절단량을 증가시키므로 작업가능한 타발횟수가 줄어들게 되므로, 금형의 연마보수 주기를 적정하게 설정하는 것이 경제적인 타발작업에 중요하다 하겠다. 또한, 타발재의 재질의 영향도 중요한 인자임을 알 수 있는데, 연질의 재료일수록 파단전 절단량을 증가시켜서 동일한 금형으로 작업가능한 타발횟수를 감소기키게 되는 것이다.
한편, 펀치와 다이의 간격설정과 그 밖의 금형의 상태가 파단전 절단량에 미치는 영향을 살펴보면 펀치와 다이의 간격이 커지면 동일한 응력을 가하더라도 파단에 작용하는 인장응력이 커지게 되므로, 파단전 절단량을 감소시켜서 작업가능한 타발횟수가 증가될 수 있다. 이 펀치와 다이의 간격은 타발소재 스트립에서 분리된 소재(Slug)가 다이의 공간에 남아서 작업을 중단시킬 수 있으며, 금형의 조인상태가 불량하여 펀치와 다이의 간격이 위치에 따라 달라지게 되면 타발형상을 나쁘게 할 뿐 아니라 타발작업을 중단시킴으로써 타발성을 악화시키게 된다. 하지만, 이 점은 타발소재와는 무관하게 타발작업의 기술수준에 달린 것임을 유의할 필요가 있다.
제3단계는 펀치와 다이가 더욱 더 하강하면서 타발소재가 부분적으로 절단된 상태로부터 스러그가 스로트(스트립에 남은 형상을 Slot라 부름)와 분리되면서 스러그의 파단면은 다이의 내측면을 마모시키고, 스로트의 파단면은 펀치의 측면을 마모시키는 과정을 말한다. 따라서, 펀치가 타발소재의 다음 위치로 옮아가기 전에 펀치의 하단면이 타발소재의 상단면으로부터 분리되는 순간까지에 일어나는 현상이라 하겠다.
이상에서 금형의 마모형태와 타발과정을 연결하고 타발성에 영향을 주는 요인들을 일차원적으로 부가하여 금형마모기구와 타발소재의 변형거동을 살펴 보았는데, 좀 더 단순화하여서 타발성을 정의하는 버의 형성을 설명하면 다음과 같다.
버는 금형이 마모되면서 형성되는데, 연마보수하여 금형의 예각부가 충분히 날카로우면 타발소재는 제 2단계의 타발과정에서 다이의 모서리에서 파단되기 시작하여 버가 형성되지 않는다. 즉, 마모된 금형을 사용하면 펀치와 다이의 공격에 걸쳐있는 타발소재가 상대적으로 소성변형을 연마보수한 금형을 사용할 때보다도 적게 받게되므로 더 많은 소성변형을 받게 되는 펀치와 다이의 모서리가 맞물리는 부위의 타발소재에서 부분적으로 파단이 시작되어 버가 형성되는 것이다.
타발소재의 전성이 증가하면 제 1단계의 타발과정에서는 앞에서 설명한 것처럼 상면마모량이 증가하고, 제 2단계에서는 모서리 마모량이 증가시키므로, 즉 재료의 전성의 증가는 항복강도의 감소를 의미하므로 비록 버의 높이나 금형의 마모가 바람직하지 않은 상태에 이르기 전이라도 타발제품의 형상이 평탄하지 못하기 쉬우므로 점적율의 악화를 고려하여 금형을 교체하여야 하는 것이다. 재료의 강도는 전성과 역함수의 관계를 가지므로 타발소재의 강도가 타발성에 미치는 영향은 역으로 판단하면 될 것이다. 즉, 강도의 증가는 파단전 절단량의 감소를 의미하며 버의 형성이 적어지며 따라서 타발성이 향상됨을 유추할 수 있다.
한편, 전기강판의 자성 특성은 크게 자속 밀도와 철손으로 설명되어지며, 이는 집합조직(Texture), 불순물 및 결정립크기 등에 영향을 받는다. 결정립 크기가 크다는 것은 결정립 계면이 적다는 것을 의미하고, 결정립크기가 작다는 것은 결정립계면이 많다는 것을 의미한다. 결정립계면은 석출물과 동일하게 자화를 방해하는 역할을 하여 자속밀도를 저하시키므로 일반적으로 무방향성 전기강판의 경우는 결정립크기가 클수록 자속밀도를 증가시키는 역할을 한다. 따라서, 자성 특성을 만족시키기 위해서는 결정립크기를 최소한 25㎛까지는 성장시켜주는 것이 필요하다.
이에 본 발명자들은 소재의 경도상향을 통해 타발성을 향상시키고자 소둔온도를 최적화하는 방법을 연구 및 실험한 결과, 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 최적의 소둔조건을 도출하여 적정수준으로 조정함으로써, 경도가 높고 수요가 자성품질 요구범위를 만족시키며 동시에 타발특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
중량%로 C:≤0.005%, Si: 0.35~0.45%, Mn: 0.2~0.3%, Sol-Al: ≤0.005% 이하, P: 0.05~0.07%, S: ≤ 0.012%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 재가열하고 열간압연하여 두께가 2.0~2.5mm인 열연판을 만들고, 권취 및 산세한 다음, 냉간압연하고 냉연판소둔할 때 가열대에의 승온시 초기 승온속도를 15.5~16.0℃/sec로 하여 급가열하고 균열대에서의 판온도는 755~765℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 타발성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 무방향성 전기강판은 통상의 화학성분으로 조성된 강 슬라브를 이용해, 재가열하고 열간압연하여 두께가 2.0~2.5mm인 열연판을 만들고, 권취 및 산세한 다음, 냉간압연하고 냉연판소둔하는 공정을 포함하여 제조된다. 이 때, 상기 산세처리는 열연판표면에 형성된 산화스케일을 제거하기 위해 실시하는 것으로, 염산 또는 황산을 이용할 수 있다. 또한, 상기 냉간압연은 통상 0.5mm정도 두께의 냉연강판이 얻어지도록 실시하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 냉연판을 소둔로에서 냉연판소둔을 실시하는데, 소둔대는 가열대와 균열대로 구분될 수 있다. 본 발명에서는 소둔로의 가열대에서의 승온속도를 15.5~16.0℃/sec로 하여 급가열하고 균열대에서의 판온도는 755~765℃로 제어하는 것이 중요하다. 만약, 상기 승온속도가 이 범위를 벗어나면 자성특성을 향상시킬 수 없는데, 특히 16.0℃/sec를 초과하면 어 이상의 개선효과를 얻을 수 없어 에너지효율 측면에서 의미가 없다.
또한, 상기 균열대에서의 판온도가 755℃ 미만이면 자성특성이 열화되고, 765℃보다 높으면 자성특성의 개선효과가 미미하여 에너지효율의 의미가 없다.
이와 같이 제조된 본 발명의 무방향성 전기강판은 Vicker 경도로 115㎏/㎟ 이상의 우수한 경도와, 자기적 특성을 제공한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
중량%로 C:≤0.005%, Si: 0.35 ~ 0.45%, Mn: 0.2 ~ 0.3%, Sol-Al: ≤0.005% 이하, P: 0.05 ~0.07%, S: ≤ 0.012%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 규소강 슬라브를 연속주조기를 이용하여 두께 250mm 정도의 슬라브로 만들고, 열간압연하여 두께 2.0 ~ 2.5mm의 열연판을 만든다음 산세하고 냉간압연을 실시하여 통상 두께가 0.5mm인 냉연강판을 만들었다.
그 후, 초기 가열대에서의 승온속도 및 균열대에서의 판온도를 하기 표1과 같이 제어하여 냉연판소둔을 실시하였다.
상기와 같이 제조된 무방향성 전기강판의 자성특성 및 경도를 측정하고 하기 표1에 나타내었다. 이때, 철손 측정조건은 W15/50(50Hz에서 1.5Telsla에 도달했을 때의 철손값)기준이며, 자속밀도는 B50(자화력이 5000A/m에서 자속밀도값) 실적이다.
구분 냉연판소둔조건 자기특성 경도(Vickers 10kg)하중
승온속도(℃/s) 가열도에서의판온도 균열대에서의판온도 철손(W15/50) 자속밀도(B50)
종래재 15.0 780 780 5.8 1.760 108
비교재1 780 770 6.0 1.755 113
비교재2 780 760 6.3 1.758 114
발명재1 15.5~16.0 790 760 5.7 1.770 121
비교재3 790 750 6.3 1.760 115
발명재2 800 760 5.7 1.763 124
발명재3 810 760 5.7 1.762 119
상기 표1에 나타난 바와 같이, 비교재(1)은 가열대에서의 승온속도 및 균열대에서의 판온도가 본 발명조건을 벗어나서 경도가 미흡하고 자성확보가 어려운 문제가 있었다.
비교재(2)는 균열대에서의 판온도는 본 발명범위를 만족하지만, 가열대에서의 초기 승온속도가 낮아서, 철손이 열화하였다.
또한, 비교재(3)은 가열대에서의 초기 승온속도는 본 발명범위이지만, 균열대에서의 판온도가 낮아서 역시 철손이 열화하였다.
따라서, 원하는 소재경도와 자성특성을 동시에 확보하기 위해서는 균열대의 판온도와 가열대의 승온속도를 동시에 만족시켜야 함을 알 수 있다.
즉, 상기 표1의 발명재(1)~(3)은 소둔시 가열대의 승온속도와 균열대에서의 판온도가 모두 본 발명범위를 만족시켜서, 자기적 특성이 우수하고 경도값도 115kg/㎟ 이상인 것이 얻어졌다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 냉간압연 후 냉연판소둔시 가열대에서의 초기 승온속도를 높게하고, 균열대에서의 판온도를 적절히 제어함으로써, 무방향성 전기강판에 있어서 우수한 자기적 특성과 Vickers 경도 115kg/㎟ 이상을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
    중량%로 C:≤0.005%, Si: 0.35~0.45%, Mn: 0.2~0.3%, Sol-Al: ≤0.005% 이하, P: 0.05~0.07%, S: ≤ 0.012%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 재가열하고 열간압연하여 두께가 2.0~2.5mm인 열연판을 만들고, 권취 및 산세한 다음, 냉간압연하고 냉연판소둔할 때 가열대에의 승온시 초기 승온속도를 15.5~16.0℃/sec로 하여 급가열하고 균열대에서의 판온도는 755~765℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 타발성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법
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KR100516464B1 (ko) * 2000-12-21 2005-09-23 주식회사 포스코 고경도 무방향성 전기강판의 제조방법
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