KR20120094141A - 급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 급속 순환 싱크로트론(RCS)에 사용된 냉간 압연 전자기 강판은 다음과 같은 wt%의 성분을 포함한다: C 0.001wt% ~ 0.003wt%, Si 0.60wt% ~ 0.90 wt%, Mn 0.40wt% ~ 0.70 wt%, P≤0.04 wt%, Al 0.60wt% ~ 0.80 wt%, S≤0.0035 wt%, N≤0.003 wt% 이고, 남은 성분은 Fe.
본 발명의 냉간 압연 전자기 강판의 제조방법으로서,
1) 제련 및 캐스팅 단계, 상기 기재된 조성을 갖는 용융된 강은 제련, RH 정련 후 캐스팅하여 빌릿(billet)을 형성하는 것.
2) 열간 압연 단계;
3) 정규화 단계, 정규화 온도를 960℃ 내지 980℃로 조절하고 정규화 시간은 30 내지 60초이다;
4)피클링 및 냉간 압연 단계;
5)어닐링 단계, 어닐링 온도는 850℃ 내지 870℃로 조절하고, 어닐링 시간은 13 내지 15초이다.
6)코팅후 무배향 실리콘 강 제품을 얻는 단계를 포함한다.
상기 냉간 압연된 전자기 강판은 낮은 보자력, 높은 자기 유도 및 낮은 코어 손실을 갖는다.

Description

급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판 및 그 제조방법{COLD ROLLED ELECTROMAGNETIC STEEL SHEET USED FOR RAPID CYCLING SYNCHROTRON AND PRODUCING METHOD THEREOF}
본 발명은 냉간 압연 전자기 강판, 특히 급속 순환 싱크로트론용 냉간압연 전자기 강판, 및 그 제조방법에 관한 것이다.
급속 순환 싱크로트론의 하나의 중요한 특징은 자화전류가 DC-바이어스 정현파 전류 상태에서 작동하고; 비교적 높은 에너지를 갖는 급속 순환 싱크로트론을 사용해서 입자를 가속화시켜서 에너지를 증가시키고; 빔 에너지의 특정한 요건이 얻어지면, 고리로부터 방출해서 핵파쇄 대상으로 산란시킨다. 상기 장치의 특징에 기초하면, 자기를 제조하기 위한 냉간 압연 전자기 강판에 대해서 비교적 높은 에너지가 필요하다:
낮은 보자력(coercivity): 자기 세기가 10 에르스텟(Oe) 에 도달한 후 0으로 돌아가면, 그 물질의 보자력 Hc≤79.6 A/m이다.
1.75~1.76T의 조절에 의해서 높은 전자기 유도 B50≥1.74T; 3.8~4.2 W/kg의 조절에 의해서 낮은 철손(iron loss): P15/50≤4.7W/kg, 및 2.8~3.2 W/kg의 조절에 의해서 변형-어닐링 후에 철손은 P15/50≤3.5W/kg이다.
종래에, 일본, 유럽 및 미국에서 급속 순환 싱크로트론용 전자기 강판은 주로 다음과 같은 방법에 의해서 제조된다.
1. JP H05-247604 는 매우 낮은 알루미늄 킬드 강(aluminum killed steel)의 템퍼링 방법(임계 압하량에 의한 방법)을 개시한다. 임계 템퍼링의 목적은 사용자가 전자기 어닐링을 실시할 때 순수한 철 벨트의 입자를 조대화해서(coarse) 매우 낮은 보자력을 얻을 수 있도록 하는 것이다. 상기 방법의 단점은 임계 압하량이 비교적 크기 때문에 변형 시효(strain ageing)를 일으키고, 이동 후에 순수한 철 벨트의 경도가 급속히 증가하는 것이다. 따라서, 사용자가 철 벨트를 펀칭하는 것이 곤란하게 될 것이다. 순수한 철 벨트가 벨트 타입 퍼니스에 의해서 어닐링되면, 자기의 성능은 순수한 철 벨트의 종방향의 변동에 의한 변동을 일으킬 것이다.
2. 미국 및 독일에서 급속 순환 싱크로트론은 주로 일반적인 무배향 전기 강, 예를 들면 M600-50A 또는 M470-50A 을 사용한다. 상기 제품은 제련-연속적인 캐스팅-열간 압연-피클링-냉간압연-어닐링-코팅의 제조방법에 의해서 얻어진다. 상기 제품이 보자력 및 철손에 관한 요건을 만족하더라도, 그 전자기 유도가 비교적 낮고, 실제로 1.69~1.72T의 범위에서 B50이며, 급속 순환 싱크로트론의 용량에 직접적인 영향을 미친다.
따라서, 상기 냉간 압연 전자기 강판에 의한 급속 순환 싱크로트론의 단점은 다음과 같은 것을 알 수 있다:
1. 철손 및 보자력은 상기 요건을 만족하지만, 전자기 유도가 비교적 낮다.
상기 제품의 성능이 상기 요건을 만족할 수 있지만, 처리 특성 및 안정성이 비교적 낮다.
본 발명의 목적은 낮은 철손, 낮은 보자력 및 높은 전자기 유도를 갖는 냉간 압연 전자기 강판을 얻기 위해서, 급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 즉, 자기 세기가 10 에르스텟(Oe)에 도달한 후 0으로 돌아가면 보자력이 낮고, 상기 물질의 보자력은 Hc≤79.6 A/m, 높은 전자기 유도 B50≥1.75T, 낮은 철손 P15/50≤4.2W/kg, 변형 어닐링 후 철손 P15/50≤3.2W/kg이다.
상기 목적을 이행하기 위해서, 본 발명의 기술적인 해결책은 다음과 같다:
급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판의 조성은 C 0.001wt% ~ 0.003wt%, Si 0.60wt% ~ 0.90wt%, Mn 0.40wt% ~ 0.70wt%, P≤0.04 wt%, Al 0.60wt% ~ 0.80wt%, S≤0.0035 wt%, N≤0.003 wt%이고, 남은 성분은 Fe 및 불가피한 불순물이다.
본 발명에 따른 급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판의 제조방법은 다음의 단계를 포함한다:
1) 제련 및 캐스팅, 상기 냉간 압연 전자기 강판의 조성은 C 0.001wt% ~ 0.003 wt%, Si 0.60wt% ~ 0.90 wt%, Mn 0.40wt% ~ 0.70wt%, P≤0.04 wt%, Al 0.60wt% ~ 0.80 wt%, S≤0.0035 wt%, N≤0.003 wt%, 및 남은 성분은 Fe 및 불가피한 불순물이고; 상기 성분에 따른 제련, RH 정련 후 액체 강을 캐스팅하여 반-완제품을 형성하고, RH 정련이 종료되면, 액체 강의 자유 산소가 25 ppm 미만이다.
2) 열간 압연;
3) 정규화, 정규화 온도를 960℃ 내지 980℃로 조절하고 정규화 시간은 30 내지 60초이다;
4)피클링 및 냉간 압연;
5)어닐링, 어닐링 온도는 850℃ 내지 870℃로 조절하고, 어닐링 시간은 13 내지 15초이다.
6)코팅 후 무배향 실리콘 강 제품을 얻는 단계.
또한, 강판의 평균 입자 크기는 40㎛를 초과하고, 바람직하게 40 내지 50㎛로 조절한다.
본 발명의 조성 디자인은 다음과 같다:
0.003% 미만의 탄소. 이는 철계 격자 셀의 격자간 상 원자의 형태이며, 입자의 성장을 강하게 방해하고, 이어서 철손 및 보자력을 열화시킨다. 탄소가 0.005%를 초과하면, 탈탄소가 곤란하게 되어, 자기 시효를 일으키고, 철손의 점에서 상당한 열화를 일으킨다. 따라서, 탄소의 함유량을 0.003% 미만으로 조절하는 것이 바람직하다.
0.60 ~0.90%의 실리콘. 이는 전자기 강판의 필수적인 합금 원소이고, 저항을 향상시키고, 에디 전류 손실을 감소시키며, 철손을 감소시키는 데에 기여한다. 실리콘의 함량이 너무 낮으면, 철손이 열화되고, 실리콘 함량이 너무 높으면, 전기 강의 가공성이 열화되고 전자기 유도가 감소할 것이다.
0.40% 내지 0.70%의 망간. 이는 저항을 증가시키고, 철손을 감소시키며 표면 조건을 변화시키는 기능을 한다. 망간 함량이 너무 높으면, 다음의 냉각 처리가 곤란하게 되고, 망간의 함량이 너무 낮으면, 철손이 증가하고, 고온에서 깨지기 쉽다.
0.04% 미만의 인. 이는 주로 강판의 가공성을 개선하는 기능이 있다. 인은 입자 경계의 폴리비닐리덴 요소이기 때문에, 그 함량이 너무 높으면, 가공성이 열화되고, 동시에 보자력이 증가할 것이다.
0.60%~0.80%의 알루미늄. 이는 주로 저항을 증가시키고, 철손을 감소시키고, 강 제조중에 산화된 불순물을 감소시키고, 전자기 유도를 증가시키고 보자력을 감소시킨다. 알루미늄의 함량이 너무 높으면, 연속적인 캐스팅 중에 주입하는 것이 곤란해서 전자기 유도를 감소시키고, 알루미늄 함량이 너무 낮으면, 철손 및 보자력이 열화될 것이다.
0.0035% 미만의 황. 황의 함량이 0.0035%를 초과하면, 망간 설파이드의 석출량이 증가할 것이고, 이는 입자 성장을 강하게 방해하고, 철손 및 보자력이 열화될 것이다.
0.003% 미만의 질소. 질소의 함유량이 0.003%를 초과하면, 알루미늄 니트라이드의 석출량이 증가하고, 이는 입자의 성장을 강하게 방해하며, 철손 및 보자력이 열화될 것이다.
본 발명의 제조 방법에서, RH 정련 방법이 종료된 경우, 액체 강 내에 자유 산소의 함량은 25 ppm 미만이다. 따라서, 일반적으로, 강 내에 산화된 불순물이 감소하고, 그 다음에 철손 및 보자력이 효율적으로 감소한다.
RH 정련이 종료된 경우, 액체 강 내의 자유 산소의 함량이 25 ppm을 초과하면, 강 내에서 과잉의 자유산소가 Si, Mn, P, Al 와 함께 작용하여 미량의 P2O5와 함께 소량의 3성분 산화된 불순물 SiO2-Al2O3-MnO 을 형성하고, 경화된 물질의 결정 격자를 왜곡시키고, 정자기에너지(magnetostatic energy) 및 자기탄성 에너지를 증가시키며, 자벽 이동 저항(domain wall motion resistance)을 증가시킨다.
한편, 3 성분 산화된 불순물 SiO2-Al2O3-MnO 은 1100℃ 내지 880℃의 열간 압연 중에서 사슬형 및 바-형 불순물로 압연되도록 유효한 가소성을 갖는다. 냉간 압연 공정 중에서, 3성분 산화된 불순물 SiO2-Al2O3-MnO 은 취성을 나타내고, 긴 스트링의 입자 형상 불순물로 쉽게 압연될 수 있고, 즉 주로 C형 불순물(사슬형 및 바형) 및 부차적으로 D형 불순물(도트형)의 복합 산화된 불순물을 형성한다. 이것은 자기화하는 것이 곤란하고, 전자기 유도 세기의 감소 및 보자력의 증가를 일으킨다.
금속 원소의 탈산화 세기는 강 내의 산소의 균형점과 다르고, 다음에 Al, Si, Mn일 것이다. 따라서, 제련중에 Si+Al 의 총량을 1.2%~1.7%로 조절함으로써, 정련의 전기(prophase)에서 형성된 SiO2-Al2O3 을 강으로부터 충분히 제거할 수 있다. 한편, 자유 산소가 25 ppm 미만으로 유지되고, 강에서 Mn은 0.40 내지 0.70%로 조절하고, 즉 부족한 산소 및 풍부한 망간의 분위기로 조절되면, SiO2-Al2O3-MnO 의 3 성분의 산화된 불순물의 생성이 감소한다. 따라서, 상기 3성분의 산화된 불순물은 주로 다음의 열간 압연 및 냉간 압연의 공정에서 생성된 C형 불순물(사슬형 및 바형) 및 두번째로 D형 불순물(도트형)이며, 이것이 감소되어 입자의 성장을 촉진시키고, 전자기 유도가 개선되며 보자력이 감소된다.
정규화하기 위해서, 정규화 온도는 960℃ 내지 980℃로 조절되고, 정규화 시간은 30초 내지 60초이다. 정규화 온도의 조절은 Si, Mn, Al, N, C, S에 관한 것이다. Si, Al, Mn 함량의 증가는 정규화 온도를 감소시키지만, 정규화 온도가 너무 낮고 정규화 시간이 너무 짧으면, 강으로부터 석출된 생성물의 퇴적 및 성장에 부정적인 영향을 미치고, 이는 자기 유도의 감소, 철손 및 보자력의 열화를 일으킬 수 있다. Si, Al, Mn 의 함량이 감소하면, 정규화 온도가 증가되지만, 정규화 온도가 너무 높고 정규화 시간이 너무 길면, 강의 점화 손실이 증가하고, 강으로부터 석출된 생성물의 일부, 예를 들면 Mn, AIN 등이 고용되고(solid solved), 냉간 압연 및 어닐링 후에 분산되어, 탄소 및 질소 적층물이 석출되고, 이는 철손 및 보자력을 심각하게 열화시킬 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서, 정규화 온도를 조절하는 경우, 황 및 질소의 함량은 S≤0.0035% 및 N≤0.003%인 것이 필요하다.
어닐링하기 위해서, 어닐링 온도는 850℃ 내지 870℃이도록 조절하고, 어닐링 시간은 13초 내지 15초이다. 어닐링 온도가 너무 높고 어닐링 시간이 너무 길면, 입자의 평균 직경이 지나치게 크고, 따라서 전자기 유도가 감소하고, 가공성이 열화하는 반면; 어닐링 온도가 너무 낮고 어닐링 시간이 너무 짧으면, 입자 성장을 방해해서 철손 및 보자력이 열화되고, 강 내의 인의 존재 때문에 입자 경계 폴리비닐리덴을 일으킬 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서, 어닐링 온도를 조절하는 경우, P 원소의 함량은 P≤0.04%인 것이 필요하다.
강판 내의 평균 입자 크기가 40㎛ 초과, 바람직하게 40 내지 50㎛으로 조절한다. 입자 크기는 보자력과 특정한 관계를 갖는다. 입자가 너무 작으면, 철손이 증가하고, 보자력이 비교적 커진다. 입자가 너무 크면, 입자 경계가 차지한 영역이 감소하는 동시에 보자력이 감소하지만, 자기 유도는 더욱 감소할 것이다.
1. 바람직한 원소, 예를 들면 Si, Mn, Al에 대한 함량-최적화된 비율 및 탐색에 의해서, 본 발명은 불순한 요소 및 불순물의 함량을 감소시켜서 자기 유도를 증가시키고 보자력을 감소시킨다. 정규화 방법 및 어닐링 방법에 대한 바람직한 디자인에 의해서, 석출된 생성물 및 입자의 조대화를 용이하게 해서 철손 및 보자력이 감소하고, 따라서 낮은 철손, 낮은 보자력 및 높은 자기 유도를 갖는 급속 순환 싱크로트론의 냉간 압연 전자기 강판을 얻을 수 있다. 중국의 급속 순환 싱크로트론의 기술적 수준을 개선하기 위해서 원료의 점에서 확실한 보증을 제공하고, 제품 개발의 방법을 넓힌다.
2. 제품가격은 경쟁가격이다. 본 발명은 매우 낮은 탄소 알루미늄 킬드 강의 템퍼링(임계 감소율) 방법을 적용하는 것 대신에 1회 냉간 압연에 기초해서 어닐링 및 코팅을 실시하므로, 조작이 간소화되고 생산원가는 경쟁력이 있다.
본 발명은 실시형태에 대해서 상세하게 기재할 것이다.
본 발명의 실시형태에서 사용된 강 및 비교예의 주요한 조성은 표 1에 기재된다.
액체 강이 컨버터를 통과한 후, RH 정련하고 주입하여 반-완제품을 형성한 후 열간 압연, 정규화, 피클링, 냉간 압연, 어닐링 및 코팅 공정을 실시하여 무배향 전기 강 제품을 얻는다. 이러한 공정 중에, 반완제품을 2.6 mm의 강 벨트가 되도록 압연한 후, 열간 압연된 2.6 mm의 강 벨트를 970℃로 조절된 정규화 온도 및 30 내지 60초로 조절된 정규화 시간에 정규화된다. 정규화 강 벨트를 0.5 mm의 강 벨트가 되도록 냉간 압연한 후, 마지막으로 어닐링 및 코팅한다. 상기 냉간 압연 후 마지막의 어닐링 온도는 850℃이고, 어닐링 시간은 13 내지 15초로 조절함으로써 냉간 압연된 전자기 강판을 얻는다.
상기 실시형태의 냉간 압연된 전자기 강판 및 비교예의 전자기 성능 지수는 표 2에 기재된다.
C Si Mn Al S N P Fe
실시형태 1 0.003 0.750 0.550 0.71 0.0030 0.0015 0.04 잔부
실시형태 2 0.001 0.760 0.600 0.72 0.0019 0.0017 0.01 잔부
실시형태 3 0.001 0.620 0.410 0.61 0.0028 0.0016 0.03 잔부
실시형태 4 0.002 0.860 0.690 0.78 0.0026 0.0018 0.02 잔부
실시형태 5 0.003 0.620 0.670 0.79 0.0029 0.0019 0.03 잔부
실시형태 6 0.003 0.860 0.420 0.62 0.0031 0.0023 0.01 잔부
실시형태 7 0.001 0.760 0.430 0.72 0.0029 0.0017 0.02 잔부
실시형태 8 0.002 0.760 0.680 0.61 0.0031 0.0016 0.04 잔부
비교예 1 0.001 1.450 0.250 0.35 0.0031 0.0016 0.03 잔부
비교예 2 0.005 1.040 0.300 0.25 0.0029 0.0018 0.01 잔부
비교예 3 0.002 0.750 0.250 0.25 0.0019 0.0015 0.02 잔부
비교예 4 0.003 0.350 0.270 0.20 0.0034 0.0019 0.04 잔부
비교예 5 0.003 0.760 0.600 0.72 0.0045 0.0017 0.05 잔부
비교예 6 0.001 0.750 0.620 0.71 0.0041 0.0037 0.02 잔부
No. 입자 직경
(㎛)		 보자력
(A/M)		 전자기 유도
(T)		 철손
(W/kg)		 급속 순환 싱크로트론의 사용 요건 충족 여부
실시형태 1 46 69.4 1.755 4.03 충족함
2 48 61.5 1.757 3.92 충족함
3 43 72.6 1.754 4.12 충족함
4 49 60.7 1.758 3.86 충족함
5 45 68.7 1.756 3.98 충족함
6 44 71.6 1.752 4.06 충족함
7 43 73.8 1.753 4.13 충족함
8 42 75.3 1.752 4.15 충족함
비교예
 1 58 47.8 1.689 3.81 충족하지 않음
2 52 71.9 1.732 4.72 충족하지 않음
3 41 83.6 1.735 5.21 충족하지 않음
4 27 91.3 1.761 6.35 충족하지 않음
5 39 79.8 1.739 4.57 충족하지 않음
6 37 81.4 1.737 4.82 충족하지 않음
표 1 및 2로부터 알 수 있듯이, 상기 실시형태에 의해서 얻어진 강판의 전자기 성능 지수는 비교예에 의해서 얻어진 강판의 전자기 성능 지수에 비해서 상당히 바람직하고, 실시형태의 강판은 급속 순환 싱크로트론에서 사용에 대한 요건을 완전히 만족시킨다.
요약하면, 본 발명은 냉간 압연된 전자기 강판의 보자력, 철손, 자기 유도에 대한 다양한 요소의 작용 메카니즘에 기초해서, Si, Mn, Al 등의 바람직한 원소의 혼합비를 발견하고 최적화해서 1회 냉간 압연을 기초로 불순물의 함량을 줄이고, 자기 유도를 더욱 개선한다. 정규화 공정 및 어닐링 공정에 대한 바람직한 설계에 의해서, 석출된 생성물 및 입자의 조대화를 용이하게 해서 철손 및 보자력을 감소시키고, 낮은 철손, 낮은 보자력 및 높은 자기 유도를 갖는 급속 순환 싱크로트론의 냉간 압연된 전자기 강판이 얻어진다.
무배향 전기 강은 China Spallation Neutron Source Rapid Cycling Synchrotron (CSNS/RCS)라고 하는 장치에 적용하고, 이는 The Institute of Modern Physics of Chinese Academy of Sciences에 속한다. 상기 제품은 낮은 철손 및 높은 자기 유도의 특징을 갖는다. 본 발명의 성공적인 적용은 중국의 급속 순환 싱크로트론의 기술 수준을 개선하기 위해서 원료의 점에서 확실히 보증하고, 제품 개발의 방법을 확장할 것이다.

Claims (4)

  1. 급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판으로서, 상기 강판의 조성은 C 0.001wt% ~ 0.003wt%, Si 0.60wt% ~ 0.90wt%, Mn 0.40wt% ~ 0.70wt%, P≤0.04 wt%, Al 0.60wt% ~ 0.80wt%, S≤0.0035 wt%, N≤0.003 wt% 이고, 남은 성분은 Fe 및 불가피한 불순물인 급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판.
  2. 청구항 1에 따른 급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판의 제조방법으로서,
    1) 제련 및 캐스팅 단계,
    상기 냉간 압연 전자기 강판의 조성은 C 0.001wt% ~ 0.003wt%, Si 0.60wt% ~ 0.90wt%, Mn 0.40wt% ~ 0.70wt%, P≤0.04 wt%, Al 0.60wt% ~ 0.80wt%, S≤0.0035 wt%, N≤0.003 wt%, 및 남은 성분은 Fe 및 불가피한 불순물이고;
    상기 조성에 따른 제련, RH 정련 후 액체 강을 캐스팅하여 반-완제품을 형성하고, RH 정련이 종료되면, 액체 강 내의 자유 산소 함량이 25 ppm 미만인 것.
    2) 열간 압연 단계;
    3) 정규화 단계, 정규화 온도를 960℃ 내지 980℃로 조절하고 정규화 시간은 30초 내지 60초인 것;
    4) 피클링 및 냉간 압연 단계;
    5) 어닐링 단계, 어닐링 온도는 850℃ 내지 870℃로 조절하고, 어닐링 시간은 13초 내지 15초이다.
    6) 코팅 후 무배향 실리콘 강 제품을 얻는 단계를 포함한 청구항 1에 따른 급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 강판 내의 입자의 평균 크기가 40㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판의 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 강판 내의 입자의 평균 크기가 40㎛ 내지 50㎛가 되도록 조절한 것을 특징으로 하는 급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판의 제조방법.
KR1020127018771A 2010-08-26 2011-04-13 급속 순환 싱크로트론용 냉간 압연 전자기 강판 및 그 제조방법 KR20120094141A (ko)

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