KR20140084894A - 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 중량%로, C: 0.0040% 이하, Si: 0.28~0.4%, P: 0.05~0.07%, S: 0.0094% 이하, N: 0.0040% 이하, Mn: 0.17~0.29%, Al: 0.003% 이하, Sn: 0.01~0.06% 를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 무방향성 전기강판 및 이를 제조하기 위하여 열간압연 및 열연판 소둔 공정에서의 온도를 제어함으로써 무방향성 전기강판을 제조하는 방법이 개시된다.

Description

무방향성 전기강판 및 그 제조방법{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL STEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 S 및 Si 함량을 제어함과 동시에 제조 공정에서의 공정 온도를 최적화하여 자성품질을 개선한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 결정의 자화 용이 방향인<100> 방향을 모든 방향으로 고르게 배열시킴으로써 자기적 특성이 모든 방향으로 균일하게 한 제품으로써 압연방향과 기타방향에 균일한 자기적 특성을 가지며 대형발전기로부터 소형의 정밀 전동기까지 회전기기의 철심소재에 널리 사용되는데, 발전기(화력, 수력), 모터(산업용, 가정용), 가전기기용 컴프레셔(Compressor) 등 일반재 용도와 고속회전기, 정밀 소형모터, 자석 스위치(Magnetic Switch) 등 특수용도에 사용되나, 가격측면을 고려하여 소형 변압기 등 정지기 용도에도 사용된다. 대형발전기용은 성능 필수로 철손이 우수한 전기강판이 사용되고, 자속밀도가 중요한 전자레인지용은 일반재 전기강판을 사용하고 있다

자화 과정에서 발생되는 에너지 손실, 즉 철손 (Core Loss)을 최소화하고 자속밀도는 향상시키기 위하여 비저항 원소(Si, Al, Mn 등)를 증가시키고, 이에 따른 합금철을 첨가하여 고객이 요구하는 자기적 특성을 갖는 전기강판 제품을 제조할 수 있다. 미세 개재물이 존재할 경우 결정립 성장이 억제되므로 자기적 특성을 열위시킨다. 고기능의 전기강판 제품을 제조하기 위해서는 제강/연주 공정에서의 성분관리 및 개재물 등에 대한 청정성 확보를 통한 소재품질 개선에 집중적인 역량이 요구되고 있다.

일반재 무방향성 전기강판은 제강과 연주공정을 거친 후 열연과 냉연에서 압연을 하고 최종 소둔과 코팅 공정을 거쳐 최종 제품을 만들게 된다. 성분은 제강공정에서 결정이 되는 것으로 용선으로부터 받은 성분을 가지고 제강에서 성분을 제어하게 된다.

최근, 일반재 무방향성 전기강판의 철손 및 자속밀도가 지속적으로 하락하고 있는데, 이는 열연에서 발생되는 선상 결함(Scab)을 개선하고자 열간압연 중 발생되는 상변태를 피하기 위해 재가열온도를 상향하면서 MnS 미세 개재물이 재석출되면서 자성품질에 영향을 준 것으로 판단된다.

따라서, 표면불량 발생으로 인해 슬라브 재가열 온도를 원래의 온도로 다시 변경시키기 어려운 상황으로 제강의 성분 제어를 통한 자성품질 개선이 필요하다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 자성품질에 영향을 미치는 집합조직 개선에 유리한 제강 성분의 첨가 및 열연조업 조건을 최적화하여 철손과 자속밀도가 향상된 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량%로, C: 0.0040% 이하, Si: 0.28~0.4%, P: 0.05~0.07%, S: 0.0094% 이하, N: 0.0040% 이하, Mn: 0.17~0.29%, Al: 0.003% 이하, Sn: 0.01~0.06% 를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 슬라브를 재가열하고, 열간압연 후 권취한 다음, 열연판 소둔 및 냉간압연하는 단계를 포함하되, 상기 슬라브 재가열 온도(SRT)는 1200~1220℃인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법이 제공될 수 있다.

상기 열간압연 단계에서 사상 압연 출측온도(FDT)는 860~900℃인 것을 특징으로 하며, 권취 온도(CT)는 720~760℃인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열연판 소둔 단계는, 균열대에서의 온도(ESS)가 780~820℃인 것을 특징으로 하며, 작업속도는 170~190mpm인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량%로, C: 0.0040% 이하, Si: 0.28~0.4%, P: 0.05~0.07%, S: 0.0094% 이하, N: 0.0040% 이하, Mn: 0.17~0.29%, Al: 0.003% 이하, Sn: 0.01~0.06% 를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 무방향성 전기강판이 제공될 수 있다.

또한, 결정립계에 MnS 석출로 인한 미세립 발생으로 인한 철손 열위 현상을 방지하기 위하여 상기 S를 50ppm 이하로 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 Si 및 S 함량을 줄이고, 공정 온도를 제어함으로써 무방향성 전기강판의 철손을 낮추고 자속밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 중량%로 C: 0.0040% 이하, Si: 0.28~0.4%, P: 0.05~0.07%, S: 0.0094% 이하, N: 0.0040% 이하, Mn: 0.17~0.29%, Al: 0.003% 이하로 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 합금성분을 최적화하여 자성품질이 우수한 일반재 무방향성 전기강판의 제조에 관한 것이다.

이하에서는 먼저 본 발명에 따른 실시예에서의 성분 함량에 대한 수치 한정 이유에 대하여 설명하기로 한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 함량의 단위는 중량%이다.

C: 0.0040% 이하

탄소는 미세탄화물(Ti, V, Zr과 결합)형성으로 결정립 성장 억제로 철손 증가 및 제품사용시 자기시효 현상으로 철손 증가하는데, 특히 40ppm 이상 함유시 미세탄화물에 의한 결정립성장 억제 및 자기시효 효과에 의한 철손 증가율이 급증하므로 본 발명에 따른 실시예에서는 탄소의 함량을 0.0040% 이하로 한정한다.

Si: 0.28~0.4%

규소는 비저항 원소로써 와전류의 발생 저하로 와전류 손실을 감소시키나, 함유량 증가시 자속밀도를 증가시킨다. 철손을 확보하기 위해서는 0.28% 이상을 첨가해야 하고, 자속밀도를 확보하기 위해서는 0.4% 이하를 함유해야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 규소의 함량을 0.28~0.4%로 한정한다.

P: 0.05~0.07%

인은 결정립 편석원소로 결정립 성장 억제로 인한 철손을 증가시키나 자속밀도를 감소시키는 원소이므로 본 발명에 따른 실시예에서는 철손 증가 및 자속밀도 감소를 위하여 인의 함량을 0.05~0.07%로 한정한다. 다만, 자속밀도 확보를 위해 추가적으로 투입될 수 있다.

S: 0.0094% 이하

황은 MnS를 형성하여 결정립 성장을 억제하여 철손을 증가시키는 원소이다. 만약, 슬라브 재가열 온도가 높으면 Mn이 재고용되어 S와 반응하여 미세석출시키므로, 황은 가급적 제거하는 것이 좋으나, 공정능력상 최소범위로 한정하는데, 본 발명에 따른 실시예에서는 황의 함량을 상기 범위로 한정한다.

N: 0.0040% 이하

질소는 불순물 형성 원소로 결정립 성장을 억제시켜 철손을 증가시키는 원소이다. 따라서, 질소는 가급적 함량을 적게 하는 것이 바람직하나, 공정능력상 최소범위로 한정하는데, 본 발명에 따른 실시예에서는 질소의 함량을 상기 범위로 한정한다.

Mn: 0.17~0.29%

망간은 비저항 원소로 철손에 유리하나, 열연 재가열 온도 증가시 MnS를 형성하여 철손이 열위해질 수 있으므로 철손을 확보하기 위한 Mn함량의 범위가 중요하다. 만약, 망간의 함량이 0.17% 보다 적으면 철손이 열위해지는 반면, 0.29%를 초과하면 자속밀도 증가 및 MnS 미세석출 증가로 철손이 열위해질 수 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서는 망간의 함량을 상기 범위로 한정한다.

Al: 0.003% 이하

알루미늄은 비저항 원소로 와전류손을 감소시키나, 알루미늄의 함량이 0.003%를 초과하면 자속밀도 증가에 영향을 미치므로 본 발명에 따른 실시예에서는 철손 확보를 고려하여 알루미늄의 함량을 0.003%이하로 한정한다.

전기강판의 철손을 개선하기 위해서는 기본적으로 비저항 원소인 Si, Al, Mn 등을 첨가하여 강판 내부에 외부에서의 자화의 세기 변화에 의해 발생되는 와전류(Eddy Current)를 줄여야 한다. 그러나, 상기 원소들은 비저항 원소이므로 자화를 억제시키는 자기장을 발생시키는 와전류를 감소시켜 철손에는 좋은 영향을 주지만, 자속밀도를 열위하게 만드는 문제가 있다.

즉, 일반적으로 철손과 비저항은 반비례 관계에 있는 반면, 철손과 자속밀도는 정비례 관계에 있다. 따라서, 무방향성 전기강판이 Si 함유량이 높은 고급재로 갈수록 철손은 좋지만, 자속밀도는 떨어지는 것을 볼 수 있다.

즉, 철손과 자속밀도를 동시에 개선하기 위하여 비저항량을 증가시키더라도 해결되는 것은 아니기 때문에 본 발명에 따른 실시예에서는 Si을 종래보다 줄여 자속밀도를 확보하였다.

그리고, 추가적으로 집합조직을 개선하기 위하여 자화용이 방향인 <100>방향으로의 방위를 만들어 철손과 자속밀도를 동시에 향상시킬 수 있도록 하였다. 즉, 본 발명에 따른 실시예에서는 Sn을 0.01~0.06% 첨가를 통해 <100> 방위 발달로 철손 감소 및 자속밀도 증가를 유도한다.

또한, 전기강판은 불순물 관리가 중요한데, 불순물이 결정립 입계에 편석이 되면, 원하는 크기의 결정립을 만들지 못하고 미세한 결정립을 만들게 되어 철손이 증가하게 한다. 그 대표적인 원소로는 S가 있다. S는 열연에서 슬라브를 재가열할 때 재고용되고 Mn과 미세한 MnS를 형성하게 되어 결정립 성장을 억제하게 되어 철손을 증가시키고 자성에 불리한 (111) 집학조직을 증가시키게 되어 자속밀도를 감소시키는 역할을 한다.

따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 자성품질을 확보하기 위해 S의 함량을 낮게 제어하였다.

본 발명에 따른 실시예에서는 종래의 소강 성분을 통해서 철손과 자속밀도를 동시에 확보할 수 있는 최적 성분 제어를 실시하고, 추가적인 성분을 투입하였다. 또한, 열연 가열로의 균열대 온도를 하향하여 높은 온도에서 용체화 되었다가 다시 미세하게 석출되는 것을 방지하였고, 입자 크기(Grain Size)를 열연코일에서부터 크게 하기 위하여 권취온도(CT)를 상향하고, 온도 패턴을 일정한 패턴에서 U 패턴으로 하여 열연판소둔 및 산세(APL) 공정의 효과를 보게 하였다. 그리고, 냉각패턴을 수냉에서 공랭으로 변경하여, 입자 크기(Grain Size)가 충분히 성장할 수 있는 시간을 확보하였다.

상기 일정한 패턴과 U 패턴은 전기강판 길이에 따른 온도 변화를 의미하는 것으로, 일정한 패턴은 전기강판 길이에 따른 온도 변화가 없이 일정한 것을 의미하며, U패턴은 전기강판의 머리부(Top)와 꼬리부(Tail)에서의 온도가 높고 중간 부분에서의 온도가 낮아 전기강판의 길이에 따른 온도 변화의 그래프가 U형상인 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예에서의 공정 온도에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 실시예에서는 슬라브 재가열은 1200~1220℃에서 실시하는데, 만약 슬라브 재가열온도(SRT)가 1220℃를 초과하는 경우에는 망간이 재고용되어 이로 인한 MnS 미세석출로 인하여 철손이 열위해지고, 슬라브 재가열온도가 1200℃ 보다 낮은 경우에는 열간압연시 온도 하락에 따른 에지부 표면결함의 발생 가능성이 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서는 슬라브 재가열온도를 1200~1220℃의 범위로 한정한다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 열간압연의 사상 압연 출측온도(FDT)의 범위를 860~900℃로 한정하는데, 이는 시험계획법에 의해 도출된 온도 조건으로써, 귄취온도(CT) 확보를 위한 FDT의 확보 온도 범위이므로, 본 발명에 따른 실시예에서의 FDT는 860~900℃로 한정한다.

그리고, 권취온도(CT)는 720~760℃로 한정하는데, 만약 권취온도가 720℃보다 낮은 경우에는 자기 소둔(Self Annealing) 효과에 의한 입자 크기(grain size)확보를 할 수가 없으며, 760℃를 초과하면 온도 증가에 따른 효과의 차이가 미미하므로 본 발명에 따른 실시예에서의 권취온도는 상기 범위로 한정한다.

ACL 균열대 온도(ESS)는 780~820℃로 한정하는데, 만약 780℃보다 낮은 경우에는 철손 개선 효과가 미미하고, 820℃를 초과하는 경우에는 철손 개선을 위한 입자 크기(Grain size)의 확보가 곤란하여 자속밀도 증가에 악영향을 미치므로 본 발명에 따른 실시에에서의 ACL 균열대 온도는 상기 범위로 한정한다. 상기 ACL은 열연판 소둔 공정으로 산세 공정을 포함할 수 있으며, 냉간압연 전 단계까지의 공정을 의미한다.

또한, ACL 작업속도(L/S)는 본 발명에 따른 실시예에서는 170~190mpm으로 한정하는데, 만약 170mpm 미만인 경우에는 철손 확보가 미흡한 반면, 190mpm을 초과하는 경우에는 충분히 숙열되지 않을 수 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서는 작업시 퍼니스(furnace) 내에서 충분히 숙열되어 입자 크기(grain size)를 확보할 수 있도록 ACL 작업속도를 상기 범위로 한정한다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다

본 발명에 따른 실시예에서는 중량%로 C: 0.0040% 이하, Si: 0.28~0.4%, P: 0.05~0.07%, S: 0.0094% 이하, N: 0.0040% 이하, Mn: 0.17~0.29%, Al: 0.003% 이하로 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 합금성분으로 자성품질이 우수한 일반재 무방향성 전기강판을 제조하였다.

또한, Si 성분 하향 및 Sn 추가 투입을 통한 철손 및 자속밀도 개선을 하고 불순물 원소인 S을 하향함으로써 자성품질이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하였다.

구분	Si (%)	S (ppm)	Sn (%)	P (%)	Mn (%)	철손 (W/kg)	자속밀도 (T)
비교재1	0.341	71	-	0.057	0.244	6.80	1.74
비교재2	0.315	71	-	0.059	0.231	6.64	1.75
비교재3	0.329	62	-	0.059	0.233	6.55	1.75
비교재4	0.369	60	-	0.061	0.236	6.28	1.75
발명재1	0.295	45	0.028	0.080	0.224	5.74	1.76
발명재2	0.289	50	0.031	0.075	0.198	5.63	1.76
발명재3	0.294	50	0.026	0.084	0.194	5.63	1.76
발명재4	0.307	47	0.028	0.074	0.208	5.50	1.77

상기 표 1은 비교재 1 내지 4와 발명재 1 내지 4의 소강 성분 차이에 따른 철손과 자속밀도의 관계를 보여준다. 발명재 1 내지 4에서는 철손이 5.8W/Kg이하로 나타났고, 자속밀도는 1.76T이상으로 나타났다. 발명재 1 내지 4에서는 Si과 S의 양을 낮추어 자속밀도 개선 및 불순물 제어를 통해 철손을 개선했으며, Sn을 추가로 투입하여 자화용이 방향인 <100> 방향으로 방위를 발달시켜 철손과 자속밀도를 개선하였다. 이때, 발명재 1 내지 4는 S의 함량이 50ppm 이하인 것을 알 수 있다.

하기 표 2 내지 4는 본 발명의 실시예의 범위에 속하는 발명재 5에 대하여 열연조건 및 소둔조건을 달리하면서 실험한 결과를 나타낸다.

구분	성분계
	%					ppm
	Si	Al	Mn	Sn	P	C	S	N	Ti
발명재5	0.30	0.003이하	0.23	0.03	0.08	40이하	80이하	40이하	30이하

구분	슬라브 재가열 온도(SRT(℃))	마무리압연 출측온도 (FDT(℃))	권취 온도 (CT(℃))	열연판 소둔
				균열대 온도 (ESS판온(℃))	작업속도 (L/S(mpm))
비교예1	1230	850	700	800	170
실험예1	1200	880	740	810	180
실험예2	1220	880	740	800	180

구분	철손/자속밀도	자성적중율	표면/형상적중율	종합적중율
비교예1	5.74/1.765	26.67%	43.33%	13.33%
실험예1	5.55/1.760	83.33%	61.11%	44.44%
실험예2	5.50/1.772	100.00%	62.07%	62.07%

상기 표 2와 표 3에서는 소강성분을 최적화한 후 열연조업 기준을 설정할 수 있었다. 기본적으로 CT패턴을 "U"패턴으로 적용하고, 공랭으로 변경한 후 SRT, FDT, CT 조건을 변경시키며 테스트를 진행하였다. 특히, 실험예 2는 SRT: 1220℃, FDT: 880℃, CT: 740℃로 하여 ACL 균열대온도인 ESS 판온을 10℃ 정도 낮춤으로써 자속밀도가 개선되어 자성품질이 가장 우수한 것을 알 수 있으며, 실험예 1은 본 발명의 범위 내로 열연 및 소둔공정 온도를 제어함으로써 자기특성이 비교적 우수한 것으로 나타났다.

그러나, 비교예 1은 SRT를 1230℃로 본 발명의 범위를 벗어나서 MnS 미세석출로 자성품질이 열위한 것으로 나타났다.

상기 결과로 소강 성분 최적화 및 열연조업조건 재정립을 통해 철손과 자속밀도를 동시에 개선하는 조건을 도출하고 적용하여, 자성품질이 우수한 일반재 무방향성 전기강판을 제조할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

1. 중량%로, C: 0.0040% 이하, Si: 0.28~0.4%, P: 0.05~0.07%, S: 0.0094% 이하, N: 0.0040% 이하, Mn: 0.17~0.29%, Al: 0.003% 이하, Sn: 0.01~0.06% 를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 슬라브를 재가열하고, 열간압연 후 권취한 다음, 열연판 소둔 및 냉간압연하는 단계를 포함하되,
   상기 슬라브 재가열 온도(SRT)는 1200~1220℃인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열간압연 단계에서 사상 압연 출측온도(FDT)는 860~900℃인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 열간압연 단계에서, 권취 온도(CT)는 720~760℃인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 열연판 소둔 단계는, 균열대에서의 온도(ESS)가 780~820℃인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 열연판 소둔 단계는, 작업속도는 170~190mpm인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 S를 50ppm 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
7. 중량%로, C: 0.0040% 이하, Si: 0.28~0.4%, P: 0.05~0.07%, S: 0.0094% 이하, N: 0.0040% 이하, Mn: 0.17~0.29%, Al: 0.003% 이하, Sn: 0.01~0.06% 를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 무방향성 전기강판.
8. 제7항에 있어서,
   상기 S는 50ppm 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.