KR20010064942A - 자기특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

자기특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 억제제로서 Al과 N을 이용하고 중간소둔과정에서의 침질에 따른 자성영향 및 최적 조건을 도출함으로써, 재가열온도를 낮추고 억제력을 쉽게 얻을 뿐 아니라 자성의 안정화도 도모할 수 있는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
중량%로 C: 0.02~0.05%, Si: 2.80~3.20%, S: 0.01%이하, Mn: 0.1~0.25%, Sol.Al: 0.004~0.020%, N: 0.0075~0.0120%, Cu: 0.3~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강 슬라브를 재가열한 후 열간압연하고 1차 냉간압연한 다음, 850~950℃의 온도에서 중간소둔처리하여 소둔후 질소량이 100~170ppm이 되도록 제어하고 2차 냉간압연한 후, 회복소둔하고 소둔분리제를 도포하여 마무리소둔처리하는 것을 특징으로 하는 자기특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법을, 그 기술적 요지로 한다.

Description

자기특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING GRAIN ORIENTED ELECTRIC STEEL HAVING SUPERIOR MAGNETIC PROPERTY}
본 발명은 변압기, 발전기 및 기타 전기기구의 철심재료로서 적용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저온슬라브 가열기술을 이용하고 냉간압연도중 중간소둔과정에서 억제제를 형성함으로써, 낮은 철손치를 제공할 수 있는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 주로 변압기, 발전기 및 기타 전기기구의 철심재료로서 사용되며, 자기특성, 특히 철손특성이 우수해야만 한다. 방향성 전기강판은 2차 재결정 현상을 이용하여 압연면에 (110)면, 압연방향에 [111]축을 갖는 소위"고스(Goss)방위"를 갖는 결정립을 발달시킴으로써 제조된다.
당해 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 2차 재결정은 마무리 소둔시 발생한다. 이 경우, 2차 재결정 온도범위까지 1차 재결정의 성장을 억제하는 미세한 AlN, MnS 등의 석출물인 소위 "억제제"가 존재해야만 한다. 이때문에 방향성전기강판을 제조할 때는 열간압연시의 가열로 분위기 온도를 1400℃ 이상의 고온으로 가열시켜, AlN, MnS 등과 같은 억제제를 고용액중에 형성시키고, 열연판 혹은 최후 냉각전의 중간판에서 억제제를 미세하게 석출시키는 소둔을 행해야 한다.
그러나, 슬라브의 가열로 온도가 상기와 같이 고온이면, 용융 스케일의 발생량이 커서 가열로의 작동에 지장을 주므로, 유지비 증가, 설비가동율의 저하 및 강 단위당 연료소비증가와 같은 문제를 유발한다. 또한, 상기 방법은 고에너지 단위를 요할 뿐 아니라, 표면결함을 유발하기도 한다.
이에, 낮은 슬라브 가열온도에서 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 대한 연구가 진행되어 왔고, 그 대표적인 것으로, 중량%로 Mn: 0.8~0.45%, S: 0.007% 이하로 하여 [Mn]×[S] 고용한계를 낮추고, Al, P, N을 함유시키므로써 슬라브의 가열온도를 1100~1260℃까지 낮출 수 있는 제조방법이 제시되어 있다.
그러나, 이 방법에서는 예컨대 Al, Mn ,S, Se 또는 N과 같은 억제제 형성성분이 강에 충분히 용해되지 않기 때문에, 2차 재결정 발달에 유용한 억제제의 형성이 어려운 문제가 있다.
한편, 2단계 냉간압연공정에서는 많은 경우에 MnS가 억제제로서 사용되는데, 일반적으로 이 공정은 제강단계에서 Mn 또는 S를 첨가한 후 열간압연하고, 열간압연된 강을 최종 두께를 가진 스트립으로 2회 냉간압연할 때 중간 소둔을 행하고, 그 후 제조된 스트립에 탈탄화 아닐링과 최종 아닐링을 수행하여 결정입자를 성장시키는 것으로 이루어진다.
1단계 냉간압연공정에서는 많은 경우에 억제제로서 AlN을 사용하는데, 이것은 2차 재결정화가 촉진되는 동안 1차 재결정화 입자의 성장을 방지하도록 조절하는 역할을 한다. 이 공정에서는 억제제에 대한 조건이 중요하다.
그러나, 상기와 같이 슬라브를 1200℃까지 낮추기 위해서는 전기강판 탈탄공정후 억제력을 강화시키기 위해, 1차 재결정립 입도, 침질량, 침질설비 보완 등의 추가적인 요소가 많이 필요한 문제가 있다.
이에, 본 발명자들은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과를 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 억제제로서 Al과 N을 이용하고 중간소둔과정에서의 침질에 따른 자성영향을 관찰하여 최적 침질조건을 도출하여 적용함으로써, 재가열온도를 낮추고 억제력을 쉽게 얻을 뿐 아니라 자성의 안정화도 도모할 수 있는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
도1은 중간소둔온도와 침질량과의 관계를 나타낸 그래프
도2는 침질처리후 질소함량과 철손과의 관계를 나타낸 그래프
도3은 암모니아의 유속에 따른 침질량의 변화를 나타낸 그래프
도4는 동일 질소량에서 sol.Al함량에 따른 철손의 변화를 나타낸 그래프
본 발명은 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
중량%로, C: 0.02~0.05%, Si: 2.80~3.20%, S: 0.01%이하, Mn: 0.1~0.25%, Sol.Al: 0.004~0.020%, N: 0.0075~0.0120%, Cu: 0.3~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강 슬라브를 재가열한 후 열간압연하고 1차 냉간압연한 다음, 850~950℃의 온도에서 중간소둔처리하여 소둔후 질소량이 100~170ppm이 되도록 제어하고 2차 냉간압연한 후, 회복소둔하고 소둔분리제를 도포하여 마무리소둔처리하는 것을 특징으로 하는 자기특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 종래의 화학성분을 가진 강 슬라브를 이용하여 방향성 전기강판을 제조하는데, 바람직하게는 중량%로 C: 0.02~0.05%, Si: 2.80~3.20%, S: 0.01%이하, Mn: 0.1~0.25%, Sol.Al: 0.004~0.020%, N: 0.0075~0.0120%, Cu: 0.3~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 이용하는 것이다.
상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 통상의 온도범위인 1280~1350℃에서 재가열한 후 열간압연하고, 중간소둔열처리를 포함하는 2회 냉간압연을 실시한 다음, 통상의 온도범위인 650℃ 이하에서 회복소둔하고, 이후 바람직하게는 MgO를 주성분으로 하는 소둔분리제를 도포하여 최종 소둔한다.
상기 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연에 있어서, 1차 냉간압연은 최종압연에서 원하는 강판 두께로 되도록 0.35~0.70mm의 두께로 실시하는 것이 바람직하다.
상기 중간소둔은 68%N2+32%H2의 혼합가스분위기하 850~950℃의 온도범위에서 소량의 NH3를 도입하고 이슬점이 50~55℃인 분위기 중에서 강판을 180~240초 동안 유지시켜서 실시하는 것이 바람직하다. 이 과정에서, 탄소는 30ppm 이하로 감소되고 강판표면에는 SiO2를 함유하는 산화층이 형성되어, 강판이 탈탄됨과 동시에 재결정이 일어난다.
그 후, 상기와 같이 2차 냉간압연된 냉간압연강판을 650℃ 이하에서 회복소둔하고 MgO로 구성된 소둔분리제를 강판에 도포하여 1150~1200℃범위의 온도에서 20시간 이상 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명자들은 자기특성의 변화원인에 대한 시험을 행한 결과, 중간소둔시 강판의 침질량과 성분계에 따라 최종판의 자기특성이 달라진다는 것을 발견하였다.
즉, 전기강판 슬라브를 고온가열하여 억제제 형성성분을 고용시킨 다음, 열연판소둔 또는 최종냉간압연 전의 중간소둔시 MnS, MnSe 또는 AlN+MnS를 억제제로서 석출시켜 제조한 방향성 전기강판의 경우에는, 중간소둔시 침질을 하지 않더라도 2차 재결정의 발현이 잘 일어나기 때문에, 표면층의 질화에 의해 N이 과다하게 분포되어 있을 경우에는 오히려 고온소둔시 억제제의 이탈이 불안정하게 되어 2차재결정이 상이하므로, 자속밀도, 철손의 변화가 일어나거나 "세립"이라 불리우는 불량한 2차 재결정 입자가 생길 수 있다.
반면, 2차 재결정 발현전에 질화시킴으로써 억제제를 강화시키는 방향성 전기강판의 제조방법의 경우에는, 1차 재결정이 일어나는 공정동안 억제제가 약하기 때문에 중간소둔시 침질량과 온도가 2차재결정의 발현에 크게 좌우된다는 것을 발견하였다.
즉, 도1로 부터 중간소둔후의 침질량은 중간소둔온도의 증가에 따라 증가함을 확인할 수 있는데, 본 발명에서는 질소량을 100~170ppm, 보다 바람직하게는 110~130ppm으로 설정한다. 따라서, 중간소둔온도를 850~950℃로 조정하여 침질의 양을 조절하도록 하는 것이 바람직하다,
상기 중간소둔후 침질량을 100~170ppm, 보다 바람직하게는 110~130ppm으로 설정하는 이유는 다음과 같다.
도2는 중간소둔후 질화량을 이용하여 하기 관계식 1로부터 최종소둔후 제품판의 철손치를 구한 것으로, 하기 관계식으로 부터 낮은 철손치는 110~170ppm의 침질량, 보다 바람직하게는 110~130ppm의 침질량에서 얻어짐을 알 수 있다.
따라서, 상기 중간소둔시 소둔온도를 적절히 조정하여 강판내의 질화량을 최적화시킴으로써 최종 강판의 소망되는 철손치를 얻을 수 있게 된다.
[관계식 1]
W(W/kg)=0.0001×[N]-0.0253×[N]+2.671
도3에는 중간소둔시 NH3의 유속(Nm3/시간)과 질화도(즉, 질화도=강판의 질소량-제품강판의 질소량)와의 관계가 나타나 있는데, 이로부터 알 수 있는 바와 같이 질화도는 NH3의 유속을 측정함으로써 추정할 수 있다.
따라서, 중간소둔후 질화량을 이용하여 최종소둔후 강판의 철손치를 추정할 수 있으므로(도2 참조), 중간소둔시의 가열온도를 기준으로 강판내의 질화량을 최적화시킴으로써 최종강판의 소망되는 철손치를 얻을 수 있다.
한편, 강성분이 중간소둔중 강의 침질량에 미치는 영향을 연구한 결과, 최종제품의 철손치는 중간소둔후 침질양과 강중의 Sol.Al량과 관계있다는 사실을 발견하였다. 즉, 도4는 본 발명범위의 강중 Sol.Al량과 철손치의 관계를 나타낸 것으로, 대체로 낮은 철손값을 나타냄을 알 수 있다. 특히, 강중 Sol.Al량이 150ppm정도 까지는 철손치가 급격히 낮아져 급속한 자성의 향상이 있으나, 그 이후는 뚜렸한 경향이 없음을 알 수 있으며, 도4로 부터 상기 sol.Al의 함량은 0.015~0.020%로 설정하는 것이 보다 바람직하다는 것을 알 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
하기 표1에 나타난 성분을 갖는 강슬라브를 하기 표2의 조건에 따라 가열하여 2.0mm의 두께로 열간압연시켰다. 이 열간압연된 판을 중간 두께 0.60mm로 냉간압연시켰다. 이어서, 중간두께로 압연된 강판을 이슬점 53℃에서 66%N2, 32%H2, 1.2%NH3의 분위기하 900℃에서 180초간 유지시켜 탈탄 및 질화처리시켰다. 다음, 강판을 0.30mm로 압연한 후 600℃에서 회복소둔하였다. 그 후, MgO로 구성된 소둔분리제로 강판을 도포하고 1200℃에서 20시간 동안 최종소둔하였다.
그 다음, 제조된 방향성 전기강판의 필름특성 및 자기특성을 측정하고, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.
강종 화학성분(wt%)
C Si Mn S Al N Cu
1 0.035 2.95 0.15 0.007 0.020 0.095 0.45
2 0.033 3.01 0.14 0.006 0.019 0.092 0.43
3 0.036 3.05 0.14 0.006 0.018 0.085 0.39
4 0.032 3.03 0.13 0.009 0.018 0.083 0.43
5 0.037 3.07 0.15 0.010 0.018 0.085 0.41
6 0.035 2.97 0.14 0.008 0.017 0.087 0.37
구분 제조조건 측정결과
가열온도(℃) 중간소둔온도(℃) NH3유속(N㎥/Hr) 강판의질화량(ppm) W17/50(w/kg) B10(T) 필름특성
비교재 1 1320 900 0 95 1.25 1.86 양호
2 1315 900 92 1.26 1.85
3 1320 800 0.6 91 1.24 1.86
발명재 4 1310 850 100 1.20 1.87
5 1320 900 120 1.18 1.87
비교재 6 1310 1000 140 1.23 1.86
상기 표2에 나타난 바와 같이, 본 발명조건을 만족하는 발명재의 경우, 철손이 낮고, 자속밀도도 비교재 대비 우수한 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
하기 표4에 나타난 성분을 갖는 강 슬라브를 1300℃로 가열하고 2.0mm의 두께로 열간압연한 다음, 열간압연된 판을 중간 두께 0.60mm로 냉간압연시켰다. 이어서, 중간두께로 압연된 강판을 이슬점 53℃에서 66%N2, 32%H2, 2%NH3의 분위기하 900℃에서 200초간 유지시켜 탈탄 및 질화처리 시켰다. 그 다음, 강판을 0.30mm로 압연한 후 600℃에서 회복소둔하고, 주로 MgO로 구성된 소둔분리제로 강판을 도포하여 1200℃에서 20시간 동안 최종 소둔시켰다.
그 후, 제조된 방향성 전기강판의 필름특성 및 자기특성을 측정하고, 그 결과를 하기 표5에 나타내었다.
강종 화학성분(중량%)
C Si Mn S sol.Al N Cu
1 0.035 3.09 0.14 0.009 0.011 0.095 0.45
2 0.032 3.00 0.12 0.006 0.013 0.092 0.43
3 0.034 3.03 0.13 0.007 0.016 0.085 0.39
4 0.033 3.02 0.15 0.009 0.017 0.083 0.43
5 0.033 3.00 0.14 0.008 0.019 0.087 0.42
강종 침질후 질소(ppm) W17/50(w/kg) B10(Tesla) 필름특성
1 110 1.21 1.86 양호
2 120 1.18 1.88
3 116 1.17 1.88
4 113 1.18 1.87
5 130 1.19 1.87
상기 표5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 강판은 우수한 자기적 특성을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 특히 0.015~0.020%로 조정한 강종 (3~5)의 경우에는, 자기특성이 다른 강종대비 동등이상으로 우수한 것을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 1차 냉간압연후 중간소둔과정에서 강판을 질화시키는 소둔법을 적용함으로써, 자기특성이 우수하고 2차 재결정이 안정하게 발현된 방향성 전기강판을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
    중량%로 C: 0.02~0.05%, Si: 2.80~3.20%, S: 0.01%이하, Mn: 0.1~0.25%, Sol.Al: 0.004~0.020%, N: 0.0075~0.0120%, Cu: 0.3~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강 슬라브를 재가열한 후 열간압연하고 1차 냉간압연한 다음, 850~950℃의 온도에서 중간소둔처리하여 소둔후 질소량이 100~170ppm가 되도록 제어하고 2차 냉간압연한 후, 회복소둔하고 소둔분리제를 도포하여 마무리소둔처리하는 것을 특징으로 하는 자기특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 강중 Sol.Al 함량을 0.015~0.020%로 제어하는 것을 특징으로 하는 자기특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간소둔은 소둔후 질소량이 110~130ppm이 되도록 행해지는 것을 특징으로 하는 자기특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법.
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