KR20130003416A - 규소 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

규소 강판의 제조 방법을 개시한다. 변압기 코어에 사용되는 규소 강판의 제조 방법은 규소 함량이 중량비로 3.5% 이내인 규소 강판을 챔버 내에 배치하는 단계, 챔버 내에 니켈 및 크롬 중 적어도 하나의 내식성 물질을 포함하는 소스를 배치하는 단계 및 1100 ~ 1400℃의 온도 및 7×10-3 ~ 7×10-7 토르(Torr)의 진공도로 챔버 내의 규소 강판을 진공 열처리하여 중량비 5% 이내의 니켈 및 중량비 5% 이내의 크롬 중 적어도 하나를 포함하고 규소 함량이 중량비 3.6 ~ 7.0%인 고규소 강판을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

규소 강판 및 그 제조 방법{Silicon Steel Sheet and Method for Manufacturing thereof}
본 발명은 규소 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
규소 강판은 우수한 연자성으로 인하여 변압기와 모터의 철심 등에 널리 사용된다. 그리고 규소 강판은 강 중에 함유된 규소 함량에 따라 자기적 특성이 변화된다.
규소 강판은 고주파 영역에서 작동하는 기기에 적용될 경우 규소 함량에 따라 고주파 영역에서 자기적 특성이 저하된다. 이때, 자기적 특성을 향상시키기 위해 규소 강판은 규소의 함량을 높여야 한다.
그러나 규소 농도가 높아질수록 규소 강판의 연신율은 급격히 작아진다. 그래서 약 3% 이상의 규소를 함유하는 규소 강판은 기존에 강판 제조를 위해 사용된 냉간 압연법으로 제조하기 어렵다. 그리고 규소 강판은 공기나 수분에 노출될 경우 규소 함량에 관계없이 산화되거나 부식될 수 있다. 산화와 부식을 막기 위해 규소 강판의 표면을 코팅 처리하여도 변압기의 코어 등에 사용될 때 재단되므로 재단된 규소 강판의 측면에서 산화와 부식이 발생된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고온 및 고진공 상태에서 규소 강판을 열처리하여 철과 규소의 증기압 차이로 규소의 함량을 증가시키는 규소 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 규소 강판에서 규소 함량의 증가와 함께 내식성 물질을 침투 및 확산시켜 강판의 내식성을 향상시키는 규소 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 규소 강판의 제조 방법을 제공한다.
변압기 코어에 사용되는 규소 강판의 제조 방법은 규소 함량이 중량비로 3.5% 이내인 규소 강판을 챔버 내에 배치하는 단계, 챔버 내에 니켈 및 크롬 중 적어도 하나의 내식성 물질을 포함하는 소스를 배치하는 단계 및 1100 ~ 1400℃의 온도 및 7×10-3 ~ 7×10-7 토르(Torr)의 진공도로 챔버 내의 규소 강판을 진공 열처리하여 중량비 5% 이내의 니켈 및 중량비 5% 이내의 크롬 중 적어도 하나를 포함하고 규소 함량이 중량비 3.6 ~ 7.0%인 고규소 강판을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 규소 강판을 제공한다.
변압기 코어에 사용되는 규소 강판은 중량비 5% 이내의 니켈 및 중량비 5% 이내의 크롬 중 적어도 하나를 포함하고 규소 함량이 중량비 3.6 ~ 7.0%이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 규소 강판 및 그 제조 방법은 변압기 코어 등에 사용되는 규소 강판을 진공 열처리하여 규소의 함량을 증가시키고 표면 조도를 개선하며 니켈 또는 크롬 성분을 규소 강판에 추가로 침투 및 확산시켜 내식성이 우수한 규소 강판으로 만들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 규소 강판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 규소 강판의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 규소 강판의 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 규소 강판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 규소 강판의 제조 방법은 규소강판을 챔버 내에 배치하는 단계(S100), 니켈 및 크롬 중 적어도 하나의 내식성 물질을 포함하는 소스를 배치하는 단계(S200) 및 고규소 강판을 형성하는 단계(S300)를 포함한다.
여기서는 도 2를 더 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 규소 강판의 제조 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 규소 강판의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
단계 S100에서는 챔버 내에 규소 강판(200)을 배치한다. 단계 S100에서는 규소 함량이 중량비로 약 3.5% 이내인 규소 강판(200)을 챔버(100) 내에 배치시킬 수 있다. 특히, 규소 강판(200)은 약 2.5 ~ 3.5%의 중량비로 규소를 함유할 수 있다. 이때, 규소 함량이 중량비로 3.5% 이내인 규소 강판(200)은 저규소 강판으로 구분될 수 있다. 단계 S100의 예시로, PG-Core보다 압연방향으로 배향성이 강화되어 저철손과 고자속 밀도의 특성을 갖는 PH-Core의 전기 강판 중 규소 함량이 3.5% 이내인 30PH139의 전기 강판을 규소 강판(200)으로 마련한다. 그리고 마련된 규소 강판(200)을 챔버(100) 내에 배치한다.
단계 S100에서는 규소 강판(200)의 표면 피막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 표면 피막을 제거하는 단계에서는 그라인딩 공정을 통해 산화물로 이루어진 규소 강판(200)의 표면 피막을 제거할 수 있다. 여기서 표면 피막은 변압기 코어로 사용되는 규소 강판(200)의 절연 특성을 향상시키기 위해 규소 강판(200)의 표면에 형성될 수 있다. 표면 피막을 제거하는 단계에서 표면 피막이 제거된 규소 강판(200)은 챔버(100) 내에 배치된다.
단계 S200에서는 챔버(100) 내에 내식성 물질을 포함하는 소스(300)을 배치한다. 여기서 소스(300)는 스테인리스스틸, 니켈 및 크롬 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 또한, 소스(300)는 스테인리스스틸, 니켈 및 크롬 중 적어도 하나의 합금을 포함할 수 있다. 여기서 스테인리스스틸은 내식성 물질인 니켈 및 크롬을 포함할 수 있다. 이러한 소스(300)는 챔버(100) 내에서 규소 강판(200)에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들면, 소스(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 규소 강판(200)의 하단에 배치될 수 있다. 또는, 소스(300)는 규소 강판(200)을 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
단계 S300에서는 1100 ~ 1400℃의 온도 및 7×10-3 ~ 7×10-7 토르(Torr)의 진공도로 챔버(100) 내의 규소 강판(200)과 소스(300)를 진공 열처리한다. 1100℃ 미만의 온도에서는 각 원소의 증발량이 너무 적어 원하는 조성을 얻기 위해 매우 긴 시간이 소요되므로 공업적으로 적합하지 않다. 또한 1400℃ 이상의 온도에서는 너무 빠른 증발 속도로 인하여 원하는 조성을 정확하게 얻기 어려울 뿐만 아니라 니켈 혹은 크롬이 강판 표면에서 내부로 빠르게 확산되어 표면 상태가 나빠진다. 또한 진공도는 고진공이 될수록 증발량이 많아져 공정시간을 단축시킬 수 있으나 장비의 가격이 비싸지므로 공업적으로 10-7 토르(Torr) 이내가 바람직하다. 하지만 10-3 토르(Torr) 미만의 진공도에서는 강판이 산화되기 때문에 이 영역의 진공도는 바람직하지 않다. 단계 S300에서 챔버(100) 내의 규소 강판(200)은 열처리 시간에 따라 두께가 감소하므로 50 시간 이내에서 진공 열처리를 수행한다. 여기서 챔버(100) 내의 온도 및 진공도는 챔버(100)에 결합된 온도 측정기(110) 및 진공도 측정기(120)를 이용하여 측정할 수 있다.
단계 S300에서 규소 강판(200)의 두께 감소분은 대부분 철 성분이며 규소 강판(200)에서 상대적으로 규소의 함량이 증가될 수 있다. 여기서 규소 강판(200)에 포함된 철은 포화증기압이 규소보다 크기 때문에 상대적으로 규소보다 많은 양이 규소 강판(200)으로부터 이탈된다.
또한, 열처리시 규소 강판(200)의 주변에 배치된 소스(300)로부터 니켈 또는 크롬 성분이 규소 강판(200)으로 침투할 수 있다. 여기서 니켈 또는 크롬은 상대적으로 철보다 농도가 높기 때문에 규소 강판(200)으로 침투할 수 있다.
이러한 진공 열처리를 통해 규소 강판(200)은 중량비 약 5% 이내의 니켈 및 중량비 약 5% 이내의 크롬 중 적어도 하나를 포함하고 규소 함량이 중량비 약 3.6% ~ 약 7.0%인 고규소 강판으로 만들어진다.
여기서 니켈 또는 크롬은 규소 강판(200)에 중량비 5% 이상으로 함유될 경우 규소 강판(200)의 자성 특성을 저하시킬 수 있다. 또한, 니켈 또는 크롬은 고가의 금속이므로 중량비 5% 이상으로 함유될 경우 규소 강판(200)의 제조 원가가 상승될 수 있다. 또한, 니켈 또는 크롬은 소스(300)가 스테인리스 스틸일 경우 스테인리스 스틸의 니켈 및 크롬의 함량 범위만큼 규소 강판(200)에 함유될 수 있다.
그리고 규소 강판(200)은 규소 함량이 중량비 약 3.6% 미만일 경우 자기적 특성의 향상이 미미할 수 있다. 또한, 규소 강판(200)은 규소 함량이 중량비 약 7.0% 초과일 경우 규소 강판(200)의 두께가 매우 얇아져 강도와 연실율이 저하되고 매우 오랜 공정 시간을 소비하여 생산성 저하와 제조원가의 상승을 유발할 수 있다.
단계 S300에서는 고온 및 고진공에서 철과 규소의 포화증기압 차이를 이용하여 철과 규소의 상대적 비율을 열처리 시간에 따라 변화시킴으로써 규소 강판(200)의 성분별 함량을 조절할 수 있다. 또한, 단계 S300에서는 규소 강판(200) 주변에 배치된 내식성 물질을 열처리 도중 규소 강판(200)에 침투 및 확산시켜 원하는 원소의 함량을 증가시키고, 규소 강판(200)의 표면에 별도의 코팅 없이도 내식성을 향상시킬 수 있다.
단계 S300에서 1200℃의 온도 및 7×10-6 토르(Torr) 진동도의 예시에서 열처리 시간 및 규소 강판(200)의 규소 함량에 따른 각 성분 변환 및 두께 변화의 결과는 아래의 표 1과 같은 실험을 통해 확인할 수 있다.
[표 1]
Figure pat00001
여기서 규소의 성분은 KS D 1805 분석을 통해 확인하였다. 또한, 니켈과 크롬의 성분은 ICP-AES 분석을 통해 확인하였다. 표 1을 참조하면, 니켈은 시간당 약 0.04% 증가되고 크롬은 시간당 약 0.8%씩 증가되는 것을 볼 수 있다.
이렇게 제조된 규소 강판은 변압기 코어에 사용될 수 있는 자기 특성을 만족시켜야 한다. 표 1의 실험을 통해 제조된 규소 강판(200)의 자기 특성은 아래의 표 2를 통해 확인할 수 있다.
[표 2]
Figure pat00002
그리고 제조된 규소 강판(200)의 내식성 정도를 비교하기 위해 표면 피막이 제거된 비교군과 표면 변화를 실험하였다. 여기서 비교군은 규소 함량이 중량비로 3.5% 이내인 규소 강판을 적어도 하나 사용하여 설정할 수 있다. 그리고 실험에서는 비교군의 규소 강판에서 표면 피막을 제거한 후 약 5%의 NaCl 수용액을 분무하여 표면 변화를 관찰하였다. 분무 24시간 이후 비교군의 규소 강판은 발청 현상이 발생된 반면, 진공 열처리를 통해 제조된 규소 강판(예컨대, 실시예 5의 규소 강판)은 양호한 표면 상태를 유지하였다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 규소 강판의 제조 방법은 변압기 코어 등에 사용되는 규소 강판을 진공 열처리하여 규소의 함량을 증가시키고 표면 조도를 개선하며 니켈 또는 크롬 성분을 규소 강판에 추가로 침투 및 확산시켜 내식성이 우수한 규소 강판으로 만들 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 규소 강판은 높은 규소 함량으로 자기적 특성과 표면 조도가 개선되며 니켈 또는 크롬 성분을 포함하여 내식성이 우수해진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 챔버
200: 규소 강판
300: 소스

Claims (6)

  1. 변압기 코어에 사용되는 규소 강판의 제조 방법에 있어서,
    규소 함량이 중량비로 3.5% 이내인 규소 강판을 챔버 내에 배치하는 단계;
    상기 챔버 내에 니켈 및 크롬 중 적어도 하나의 내식성 물질을 포함하는 소스를 배치하는 단계; 및
    1100 ~ 1400℃의 온도 및 7×10-3 ~ 7×10-7 토르(Torr)의 진공도로 상기 챔버 내의 규소 강판을 진공 열처리하여 중량비 5% 이내의 니켈 및 중량비 5% 이내의 크롬 중 적어도 하나를 포함하고 상기 규소 함량이 중량비 3.6 ~ 7.0%인 고규소 강판을 형성하는 단계를 포함하는 규소 강판의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 규소강판을 챔버 내에 배치하는 단계는
    산화물로 이루어진 상기 규소강판의 표면 피막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 규소 강판의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 소스는 스테인리스 스틸, 니켈 및 크롬 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 규소 강판의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 소스는 스테인리스 스틸, 니켈 및 크롬 중 적어도 하나의 합금을포함하는 것을 특징으로 하는 규소 강판의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 진공 열처리는 50시간 이내로 실시하는 것을 특징으로 하는 규소 강판의 제조 방법.
  6. 변압기 코어에 사용되는 규소 강판에 있어서,
    중량비 5% 이내의 니켈 및 중량비 5% 이내의 크롬 중 적어도 하나를 포함하고 규소 함량이 중량비 3.6 ~ 7.0%인 규소 강판.
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