KR20040055906A

KR20040055906A - 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20040055906A
Application number: KR1020020082360A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 이원걸
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2004-06-30
Also published as: KR100957931B1

Abstract

본 발명은 중소형의 모터 및 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이 제조방법은 중량%로, C: 0.006% 이하, Si: 1.5% 이하, Mn: 0.75% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.02% 이하, Cu: 0.05% 이하, Al: 0.03~0.30%, N: 0.003% 이하, B: 0.0003~0.005%, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1100~1250℃로 재가열한 다음 열간압연하고, 600~750℃에서 권취한 다음 75~85%의 압하율로 냉간압연한 후, 700~950℃에서 2분 이하 소둔하는 것을 포함하여 이루어진다.

이 제조방법은 B를 첨가하여 AlN의 석출을 방지하고 권취온도, 냉간압하율 및 소둔조건을 최적화함으로써 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제공하는 효과가 있다.

Description

철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법{Method for manufacturing non-oriented electrical sheets with low core loss}

본 발명은 중소형의 모터 및 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 B를 첨가하여 AlN의 석출을 방지하고 권취온도, 냉간압하율 및 소둔조건을 최적화한 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

각종 모터, 소형 변압기 및 자기실드(Magnetic shield)와 같은 전기제품에서 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 낮은 철손이 요구된다. 상기 철손은 전기강판 소재의 중량당 전기에너지 손실 정도를 나타내는 것으로서, W/kg의 단위로 표시한다. 상기 철손을 낮추기 위한 방법으로는 Si의 함량을 증가시키는 것이 있다. 하지만, Si의 함량을 증가시키면 철손을 낮출 수는 있으나, 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서, 철손과 제조원가를 모두 낮출 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이다.

무방향성 전기강판은 조직중에서 결정립을 크게 성장시킴으로서 철손을 낮출 수 있다. 결정립의 성장을 억제하는 원소중에서 대표적인 원소가 N이다. 상기 N는 강중의 Al과 결합하여 미세하고 긴 AlN을 형성하여 결정립의 성장을 억제한다. 따라서, Al을 전혀 첨가하지 않거나 Al을 다량 첨가하기도 하나, 이 경우 탈산이 충분하지 못하거나 제조비용이 상승하는 문제점이 있다.

무방향성 전기강판의 철손을 낮추는 것에 관한 종래기술로는 일본 공개특허공보 소62-284016호가 있다. 상기 종래기술은 Al을 첨가하여 비저항을 증가시킴으로써, 철손을 낮추는 것에 관한 것이나, 냉간압연을 낮게하여 열연판에서 압연두께를 작게 함으로써 판형상 불량이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

또 다른 종래기술로는 일본 공개특허공보 소63-47322호가 있다. 상기 종래기술은 자성을 향상시키기 위하여 냉연판을 소둔후 2~15%로 경압연을 실시하는 것이나, 경압연 실시에 따른 제조공정이 길어지는 문제점이 있다.

또 다른 종래기술로는 대한민국 특허 출원번호97-65507호가 있다. 상기 종래기술은 Sol.Al의 함량이 낮아서 충분한 탈산이 어려워짐으로써 산화물의 발생이 많아질 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, B를 첨가하여 AlN의 석출을 방지하고 권취온도, 냉간압하율 및 소둔조건을 최적화한 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C: 0.006% 이하, Si: 1.5% 이하, Mn: 0.75% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.02% 이하, Cu: 0.05% 이하, Al: 0.03~0.30%, N: 0.003% 이하, B: 0.0003~0.005%, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1100~1250℃로 재가열한 다음 열간압연하고, 600~750℃에서 권취한 다음 75~85%의 압하율로 냉간압연한 후, 700~950℃에서 2분 이하 소둔하는 것을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

무방향성 전기강판은 Si을 첨가하여 비저항을 증가시킴으로써 철손을 낮추며, 그외에 불순물의 양을 적정하게 제어함으로써 이력손실을 줄여 전체 철손을 낮출 수 있다. 상기 Si를 첨가하는 방법은 제조비용의 상승을 초래하므로, 동일한 Si함량에서 철손을 가능한 낮추는 것이 필요하다. 따라서, 불순물의 양을 제어함으로써, 이력손실을 낮추는 것이 중요하다. 무방향성 전기강판의 불순물로는 미세하게 석출되는 AlN, MnS 및 기타산화물 등이 있다. 그러나, 상기 MnS는 성분이 주어지면 동일한 제조조건에서는 고정된다. 따라서, AlN의 석출을 가능한 줄이는 방법이 바람직하다. 상기 AlN은 Al을 첨가하지 않으면 발생되지 않으나, 강을 정련하는 과정에서 산소의 영향을 줄이기 위하여 0.005%이하의 Al을 첨가하고 있기 때문에 Al의 첨가는 불가피하다. 그리고, Al은 비저항을 증가시키기 때문에 상기 함량보다 더 많이첨가되고 있다. 따라서, N과 반응이 강한 B를 첨가함으로써, AlN을 석출시키는 대신 BN을 석출시키게 된다. 본 발명에서 N은 AlN 로 단독 석출은 적고, 대부분이 BN석출물로 석출되며, 또한 강중에 함유된 Cu가 석출되는 Cu₂S등 여러 석출물이 혼합하여 나타나는 조대한 석출물로 석출되어 최종제품에서 결정립이 크게 성장됨으로써 자성이 향상 되어진다. 상기와 같은 강을 제조하는 공정에 있어서는, 권취온도, 냉간압하율 및 소둔조건이 중요하다. 상기와 같은 강을 제조하는 공정에서 석출물이 과도하게 커지면 냉간압연시 파괴되어 오히려 미세하게 될 수 있으므로, 제조조건을 본 발명에 따라 실시하는 것이 필수적이다.

이하, 본 발명의 성분제한 이유부터 살펴본다.

C: 0.006중량% 이하

상기 C는 그 함량이 낮을수록 자성이 향상되며, 0.006중량%를 초과하여 첨가되면 자기시효를 일으켜서 사용중 자기적 특성을 저하시키므로, 그 함량을 0.006중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 1.5중량% 이하

상기 Si는 비저항을 증가시켜서 철손을 낮추는 성분으로, 1.5중량%를 초과하여 첨가되면 제조비용의 상승을 초래하므로, 그 함량을 1.5중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn: 0.75중량% 이하

상기 Mn은 집합조직을 향상시키는데 유효한 성분으로, 0.75중량%를 초과하여 첨가되면 첨가하여도 그 효과가 떨어지므로, 그 함량을 0.75중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

P: 0.15중량% 이하

상기 P는 자성에 유리한 집합조직을 형성하는 성분으로, 0.15중량%를 초과하여 첨가되면 냉간압연성을 저하시키므로, 그 함량을 0.15중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

S: 0.02중량% 이하

상기 S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 결정립 성장을 억제하는 유해한 성분으로, 가능한 낮게 관리하는 것이 유리하다. 상기 S의 함량이 0.02중량%를 초과하면 결정립 성장을 억제하므로, 그 함량을 0.02중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Cu: 0.05중량% 이하

상기 Cu는 미세한 석출물인 CuS를 형성하여 결정립 성장을 억제하는 유해한 성분으로, 가능한 낮게 관리하는 것이 유리하다. 상기 Cu의 함량이 0.05중량%를 초과하면 결정립 성장을 억제하므로, 그 함량을 0.05중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Al: 0.03~0.30중량%

상기Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추며, B첨가강에서 B가 N과 쉽게 결합하도록 도와주는 역할을 하는 성분으로, 0.03중량% 미만 첨가되면 AlN의 미세한 석출물이 과도할 수 있고, 0.30중량%를 초과하여 첨가되면 B를 첨가하지 않아도 AlN의 영향이 적어지므로, 그 함량을 0.03~0.30중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

N: 0.003중량% 이하

상기 N는 미세하고 긴 AlN석출물을 형성하는 성분으로 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 0.003중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

B: 0.0003~0.005중량%

상기 B은 소재내부에서 N와 결합하여 미세한 AlN 대신 조대한 석출물인 BN을 형성시킴으로서 결정립 성장에 유효한 성분이다. 상기 B의 함량이 0.0003중량% 미만이면 B첨가의 영향이 적어서 과도한 AlN이 발생될 수 있고, 0.005중량%를 초과하면 첨가량에 비해서 그 효과가 적으므로, 그 함량을 0.0003~0.005중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 1100~1250℃로 재가열한 다음 열간압연한다. 상기 재가열 온도가 1100℃ 미만이면 슬라브 내의 원소들이 충분히 균질화 되지 않아 열간압연시 부하가 크고, 1250℃ 이상이면 열량손실이 과도하므로, 상기 재가열 온도는 1100~1250℃로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 열간압연된 열연판을 600~750℃에서 권취한 다음 75~85%의 압하율로 냉간압연한다. 상기 권취온도는 공기중에서 권취하여도 N가 강중에 들어가 AlN으로 석출될 염려가 적은 온도로서, 상기 권취온도가 600℃ 미만이면 과도한 AlN이 형성될 수 있고, 750℃를 초과하면 공기중 산소가 강판중의 Al 등과 결합하여 산화물을 만들 수 있으므로, 상기 권취온도는 600~750℃로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉간압하율이 75% 미만이면 강중에 미세한 공기구멍 등이 잔존하여 최종 소둔후 자성의 저하를 가져올 수 있고, 85%를 초과하면 과도하게 큰 석출물이 부서지므로, 상기 냉간압하율은 75~85%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 냉연판을 700~950℃에서 2분 이하 동안 질소와 수소의 혼합분위기에서 연속공정으로 냉연판소둔한다. 상기 소둔온도가 700℃ 미만이면 재결정이 불충분하고, 950℃를 초과하면 표면에 산화층이 발생될 수 있으므로, 상기 소둔온도는 700~950℃로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소둔시간이 2분을 초과하면 미량으로 잔존하는 분위기중 산소와 결합하여 산화층을 만들어 자성이 저하될 수 있으므로, 상기 소둔시간은 2분 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 소둔된 강판은 이후 무기질 혹은 유무기복합 코팅처리를 실시하는 것이 가능하다.

또한, 상기 소둔된 강판은 원하는 형태로 가공 후, 응력제거 소둔을 실시하는 것이 가능하며, 응력제거 소둔을 실시하는 경우 철손을 보다 낮출 수 있다. 상기 응력제거 소둔은 질소분위기 또는 비산화성 분위기에서 실시할 수 있다. 냉연판 소둔시 연속소둔으로 짧은 시간에 소둔됨으로써 다소 불충분한 결정립 성장이 있지만, 상기 응력제거 소둔을 통하여 결정립이 성장함으로써 철손이 낮아지게 되며, 가공응력이 제거되어 투자율도 높아진다. 상기 응력제거 소둔시 소둔온도는 750~850℃, 소둔시간은 30분 이상 실시할 수 있으며, 상기 소둔온도가 750℃보다 낮으면 시간이 과도하게 길어지며, 850℃ 보다 높으면 절연피막에 손상이 생길 가능성이 있다. 또한, 상기 소둔시간이 30분 미만이면 상기 응력제거 소둔이 충분히 행해질 수 없다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예1]

하기 표 1과 같이 조성되는 강슬라브를 1150℃로 재가열하고, 하기 표 2의 냉간압하율로 냉간압연될 수 있도록 열간압연하고, 공기중에서 권취한 다음 산세한 후, 하기 표 2의 냉간압하율로 냉간압연하여 0.50mm 두께로 강판을 제조하였다. 상기 냉간압연판의 소둔은 수소 20%와 질소 80%의 혼합분위기에서 하기 표 2의 소둔조건으로 실시하였다. 상기와 같이 제조된 강판의 철손 및 결정립 크기를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.

상기 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 성분 범위를 만족하는 발명강(A~C)을 이용하여 본 발명의 제조조건으로 제조한 발명재(1~6)은 본 발명의 범위를 벗어나는 비교재(1~7)에 비하여 철손이 적고, 결정립 크기가 큰 것을 알 수 있다.

[실시예2]

상기 실시예1의 발명재(1~2, 3)을 절단한 다음 응력제거 소둔한 후, 자성을 측정하였다. 그 결과 발명재(1)을 응력제거 소둔한 발명재(7)은 철손이 3.62W/kg, 발명재(2)를 응력제거 소둔한 발명재(8)은 철손이 3.50W/kg, 발명재(3)을 응력제거 소둔한 발명재(9)는 철손이 3.52W/kg으로 나타났다. 따라서, 냉연판 소둔 후, 응력제거 소둔을 행하면 보다 낮은 철손을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

[실시예3]

중량%로, C: 0.002%, Si: 0.82%, Mn: 0.25%, P: 0.015%, S: 0.0023%, Al: 0.16%, N: 0.0015%, Cu: 0.008%, B: 0.0010%, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 진공용해하고 1150℃로 재가열한 다음 2.1mm로 열간압연하고, 680℃에서 권취하고, 산세후 0.35mm와 0.50mm의 두께로 냉간압연하였다. 상기 냉연판을 930℃에서 수소20%와 질소 80%의 분위기에서 60초간 소둔하였다. 상기 0.35mm의 두께를 갖는 발명재(10)은 철손(W_15/50)이 3.1W/kg, 결정립 크기가 80㎛이었다. 또한, 0.50mm의 두께를 갖는 발명재(11)은 철손(W_15/50)이 3.75W/kg, 결정립 크기가 85㎛이었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 B를 첨가하여 AlN의 석출을 방지하고 권취온도, 냉간압하율 및 소둔조건을 최적화함으로써 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제공하는 효과가 있다.

Claims

중량%로, C: 0.006% 이하, Si: 1.5% 이하, Mn: 0.75% 이하, P: 0.15% 이하, S: 0.02% 이하, Cu: 0.05% 이하, Al: 0.03~0.30%, N: 0.003% 이하, B: 0.0003~0.005%, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 1100~1250℃로 재가열한 다음 열간압연하고, 600~750℃에서 권취한 다음 75~85%의 압하율로 냉간압연한 후, 700~950℃에서 2분 이하 소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 소둔 후 응력제거 소둔을 추가로 행하는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.