KR20140123582A - 무방향성 규소강 및 그의 생산방법 - Google Patents

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Abstract

1.0~1.5T의 작업 자속밀도에서 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강 및 그의 제조방법. RH 제련 시의 적절한 탈산제어 및 노멀라이징 단계에서의 단시간의 고온처리에 의하여 규소강 내의 함유물의 양이 감소되고, 결정립의 형상이 개선되고, 따라서 1.0~1.5T의 작업 자속밀도에서 높은 투자율 및 낮은 철손을 갖도록 무방향성 규소강을 개선한다.

Description

무방향성 규소강 및 그의 생산방법 {UNORIENTED SILICON STEEL AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 무방향성 규소강 및 그의 생산방법에 관한 것으로서, 상세하게는 1.0~1.5T의 작업 자속밀도에서 높은 투자율(透磁率) 및 낮은 철손(鐵損)을 가지는 무방향성 규소강 및 그의 생산방법에 관한 것이다.
철심으로서, 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강은 컴프레서 모터, 전기자동차용 모터 및 소형 정밀모터와 같은 회전기계에서만 사용될 뿐 아니라 소형 변압기 및 전압 안정기와 같은 정전 기계로서도 광범위하게 사용될 수 있다. 최근에는, 휴대성에 대한 사람들의 요구가 증가하고 석탄, 석유 등과 같은 비재생 에너지 자원의 감소와 함께, 전자장치의 소형 및 에너지 절약의 관점에서, 무방향성 규소강은 낮은 철손을 가질 것이 요구된다. 부가적으로, 회전기계와 같은 전자 장비 내의 철심으로서 사용될 때의 무방향성 규소강은 일반적으로 1.0~1.5T 의 작업 자속밀도를 가진다. 따라서, 전자장비의 소형화 및 에너지 절약을 실현하기 위해서는, 1.0~1.5T 의 작업 자속밀도에서 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강을 개발하는 것이 기대된다.
무방향성 규소강의 투자율 및 철손을 개선하기 위하여 많은 연구가 수행되었는데, 예를 들어, 성분의 순도를 증가시키는 것; 소수의 희토류원소 또는 Sb 와 함께 Al 을 사용함으로써 규소강의 조직을 개선하는 것; 제강시에 불순물 및 산화물 성분을 변형시키는 것; 및 냉간 압연, 열간 압연 또는 최종 어닐링 처리에 대한 개선을 행하는 것 등이다.
미국특허 제4204890 호에서는, 1.5T 하에서 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강이 희토류 원소 또는 흔적 원소 Sb 를 첨가하고, 제강 공정 중에 칼슘처리를 행하고, 또한 배치로 내에서 장시간동안 저온처리를 채택함으로써 얻어진다.
미국특허 제 4545827 호에서는, 오스테나이트 영역을 고온 열간 압연하고, 1,720°F 에서 최종 압연하고, 최종 어닐링 후에 작은 압력하에서 0.5% 템퍼 압연을 채택함으로써 고 피치 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강이 얻어진다.
비록 상술한 선행기술들은 무방향성 규소강의 투자율 및 철손을 개선함에 있어서 어느 정도의 진보를 이루었으나, 작업 자속밀도 1.5T 하에서의 투자율 및 철손을 개선함에 대하여는 무방향성 규소강에 있어서 어느 정도 여지가 남아있다.
1.0~1.5T의 작업 자속밀도에서 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지며, 회전기계 및 정적 기계와 같은 전자장비의 소형화 및 에너지 절약에 대처할 수 있는 무방향성 규소강을 개발하는 것이 기대되고 있다.
본 발명의 목적은 1.0~1.5T의 작업 자속밀도에서 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강 및 그의 제조방법을 제공함에 있다. 본 발명에 있어서는, 노멀라이징 단계에서 RH 제련 시의 적절한 탈산제어 및 단시간의 고온처리에 의하여 규소강 내의 함유물의 양이 감소되고, 이들의 형태가 제어되며, 결정립의 형태가 개선되고, 따라서 1.0~1.5T의 작업 자속밀도에서 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강을 얻어진다. 본 발명에 따른 무방향성 규소강은 회전기계 및 정적 기계와 같은 전자장비의 소형화 및 에너지 절약에 대처할 수 있다.
본 발명은, 순서대로 a) 제강, b) 열간 압연, c) 노멀라이징, d) 냉간 압연, 및 e) 어닐링의 단계를 포함하며,
상기 a) 제강 단계는 중량비로 이하의 함량을 가지는 주조 슬래브를 얻기 위하여 사용되고; C≤0.005%, 0.1%≤Si≤2.5%, Al≤1.5%, 0.10%≤Mn≤2.0%, P≤0.2%, S≤0.005%, N≤0.005%, Nb+V+Ti≤0.006%, 및 잔여량은 Fe 및 불가피한 불순물인 무방향성 규소강 생산방법에 관한 것이다. 상기 a) 제강 단계는 RH 제련을 포함하고, 탈탄처리 및 탈산처리가 RH 제련 시에 진행되며; 탈산제 Y 의 입력양은 이하의 식을 만족하며: Y = K×m×([O]-50),
여기에서, [O]는 탈탄의 종료 후 ppm 단위의 자유 산소의 함량을 나타내고, K 는 탈산제의 탈산용량을 나타내는 계수로서 0.35×10-3 내지 1.75×10-3 의 범위내에 있으며; 또한,
상기 c) 노멀라이징 단계에서, 열간 압연 후의 열연 강판은 상변환점 온도 Ac1 이상 및 1,100℃ 미만의 온도로 가열되고 10~90초의 시간동안 유지된다.
본 발명의 방법에 있어서는, 먼저 제강에 의하여 주조 슬래브를 얻고, 그 주조 슬래브를 열간 압연함으로써 열연 강판을 형성하고, 그리고 그 열연 강판에 대한 노멀라이징 처리를 하고, 노멀라이징 처리 후 상기 열연 강판을 냉간 압연함으로써 냉연 강판을 형성하고, 최종적으로 그 냉연 강판에 대한 최종 어닐링 처리를 한다.
본 발명의 방법에 있어서, RH 제련에서 사용되는 탈산제는 규소강 생산산업에서 일반적으로 사용되는 탈산제 중의 어느 것이 될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 규소철 또는 칼슘 등이다. 탈산제가 알루미늄일 때, K 는 바람직하게는 0.88×10-3 이고; 탈산제가 규소철일 때, K 는 바람직하게는 1.23×10-3 이며; 탈산제가 칼슘일 때, K 는 바람직하게는 0.70×10-3 이다.
본 발명의 방법에 있어서는, RH 제련에서 적절한 탈산처리가 필요하다. 무방향성 규소강의 RH 제련에서는, 탈산처리가 비교적 복잡한 공정이고, 규소강 제품의 품질 및 생산 제어에 대한 중요한 기능을 가진다. 예를 들어, 만약 탈탄 종료 후의 자유 산소 함량이 높으면, 후속 합금 공정에서 생산되는 산화물 함유물의 양이 극도로 높아지고, 이는 무방향성 규소강의 투자율 및 철손을 악화시키며, 따라서 규소강 제품의 품질에 악영향을 미친다; 부가적으로, 자유산소의 함량이 높으면, 합금공정에서 화학적 가열 반응이 발생하며, 융강의 온도가 증가하고, 주조의 과열정도가 지나치게 높아서, 연속주조 생산 속도가 감소되며, 따라서 연속주조의 생산성이 저해된다. 따라서, 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강을 얻기 위하여는, RH 제련시에 적절한 탈산 처리를 행하는 것이 매우 중요하다. RH 제련에 있어서의 적절한 탈산처리를 행함에 대한 본 발명자의 수많은 실험적인 연구에 근거하면, 탈탄 종료 후 자유산소의 함량과 심도있는 탈산(즉, 융강의 C형 함유물의 등급이 1.5 이상)을 실현할 수 있는 탈산제의 입력양 사이의 관계곡선이 얻어지고, 따라서 탈산제 Y 의 입력양과 탈산 종료 후 자유산소의 함량[O] 사이의 실험적인 식이 요약에 의하여 얻어지는데, 탈산제 Y 의 입력양은 이하의 식을 만족해야 한다: Y = K×m×([O]-50), 여기에서, [O]는 탈탄의 종료 후 ppm 단위의 자유 산소의 함량을 나타내고; K 는 탈산제의 탈산용량을 나타내는 계수로서, 바람직하게는 0.35×10-3 ~ 1.75×10-3 의 범위이며; m 은 톤 단위의 철강 레이들(steel ladle) 내의 융강의 중량을 나타낸다. RH 제련에서의 적절한 탈산제어에 의하여, 본 발명은 규소강 내의 산화물 함유물의 양을 감소할 수 있으며, 따라서 무방향성 규소강의 투자율 및 철손을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 양호한 결정립 크기 및 낮은 제조단가의 관점에서, 단시간 동안의 노멀라이징 고온 처리가 요구되며, 이는, 노멀라이징 단계에서, 상변환점 온도 Ac1 이상 및 1,100℃ 미만의 온도로 가열되고 10~90초의 시간동안 유지되는 것이다. 순수한 철은 α에서 γ로의 상변환이 910℃에서 일어나고, γ에서 δ로의 상변환은 대략 1,400℃에서 일어나게 된다; 철에 규소를 첨가하면 Fe-C 상 다이어그램의 γ영역을 감소하게 된다. 어떠한 온도하에서 가열될 때 상술한 상변환을 일으키지 않고 단일 α상을 유지하는 것은 무방향성 규소강의 생산에 매우 중요한데, 그 이유는 고온하에서의 상변환이 없게 되면 2차 재결정화에 의하여 용이하게 자화되는 (110)[001] 방향으로 배향하고, 무방향성 규소강의 결정립의 성장 및 그의 자기적 특성을 현저하게 증가시키는데 기여하게 되기 때문이다. 철이 높은 순도를 가지는 경우에는, α상 영역으로부터 γ상 영역으로의 변환 범위가 좁고, 2 상의 변환량은 단시간 노멀라이징 처리의 경우에는 적어서, 상변환은 결정립에 영향을 적게 미친다. 본 발명은 노멀라이징 온도가 상변환점 온도 Ac1 미만인 종래의 한계를 타파하고, 노멀라이징 온도를 증가시킴으로써 노멀라이징 시간을 현저하게 단축시키며, 따라서 결정립들이 더 조대해진다(100㎛ 이상). 단시간 동안의 고온 노멀라이징 처리를 함으로써, 본 발명은 양호한 (0kl) 조직과, 높은 자기유도, 성장이 용이한 결정립 및, 냉연 강판의 최종 어닐링으로 철손이 낮은 무방향성 규소강 제품을 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 최종 규소강 제품의 표면층 내의 N 및 O 의 함량을 더 감소하고 규소강 제품의 조직을 개선하는 관점에서, a) 제강단계에서 바람직하게는 주조 슬래브는 Sn 및/또는 Sb 를 더 포함하며, Sn 의 함량은 0.1 wt% 이하이고, Sb의 함량은 0.1 wt% 이하이다.
본 발명의 방법에 있어서는, 규소강의 성형성의 관점에서, b) 열간 압연 단계에서의 최종 압연 온도(즉 열간압연 종료시의 온도)는 800~900℃ 이다.
본 발명의 방법에 있어서는, c) 노멀라이징 단계에서, 유지 후의 강판은 650℃ 의 온도가 될 때까지 15℃ 의 냉각속도로 냉각되고, 이후 자연 냉각된다. 노멀라이징 단계에서, 낮은 냉각속도는 결정립에 있어서의 α-γ 상변환 및 2상 석출 효과를 감소하는데 기여하고, 그렇게 하여 얻어진 결정립은 적절한 입자 크기를 가진다; 부가적으로 노멀라이징 단계에서의 냉각온도 및 속도의 양자에 대한 제어는 AIN과 같은 석출의 포집, 성장 및 조대화를 더욱 증진하고 따라서 무방향성 규소강의 표면층에서의 질화물의 농도를 감소시킨다.
본 발명에 있어서는, 최종 어닐링 단계에서의 양호한 재결정화된 결정립 구조를 얻는다는 관점에서, 바람직하게는 d) 냉간 압연에서, 압연 감소는 45% 이상이다.
본 발명에서는, 양호한 결정립의 형상을 얻는다는 관점으로부터, 바람직하게는 e) 어닐링 단계에서, 냉간 압연 후의 냉연 강판은 700~1,050℃ 까지 가열되고, 1~120초간(바람직하게는 5~60초) 유지되며, 이후 자연 냉각된다.
무방향성 규소강의 생산 방법에 부가하여, 본 발명은 본 발명의 생산방법에 의하여 0.1~2.5 wt% 의 Si 를 포함하는 주조 슬래브로부터, 1.0~1.5T의 작업 자속밀도에서 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강을 또한 제공한다. 무방향성 규소강의 투자율은 이하의 식을 만족한다:
μ10+μ15≥8,000 (1);
μ15≥865.7+379.4P15/50 (2)
μ10+μ15≥10,081-352.1P15/50 (3)
여기에서, μ10 및 μ15 는 각각 1.0T의 자기유도 및 1.5T의 자기유도 하에서 G/Oe 의 단위의 투자율을 나타내고; P15/50는 50Hz 에서 1.5T의 자기유도 하에서 w/kg 단위의 철손을 나타낸다.
본 발명의 무방향성 규소강을 생산하기 위한 주조 슬래브는 중량비로 이하의 성분을 더 포함한다: C≤0.005%, Al≤1.5%, 0.10%≤Mn≤2.0%, P≤0.2%, S≤0.005%, N≤0.005%, Nb+V+Ti≤0.006%, 및 잔여량은 Fe 및 불가피한 불순물.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 무방향성 규소강의 결정립 크기는 15~300㎛ 이다.
또한, 바람직하게는 본 발명의 무방향성 규소강의 0~20㎛ 두께 내의 표면층에서의 전체 질화물 농도는 250ppm 이하이며, 전체 질화물 농도는 5.85CN 이하 이고, CN 은 ppm 단위의 원소 질소의 농도를 나타낸다.
또한, 본 발명의 무방향성 규소강의 S 함량은 15 ppm 이하이다.
RH 제련에서의 적절한 탈산 제어 및 노멀라이징 단계에서의 단시간 고온 처리에 의하여, 본 발명은 규소강 내의 함유물의 양을 감소할 수 있으며, 그들의 형상을 제어하고 결정립의 형상을 개선하며, 따라서 1.0~1.5T의 작업 자속밀도에서 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강을 제공한다. 0.5mm 두께에서의 본 발명의 무방향성 규소강의 P10/50 및 P15/50 는 각각 3.0w/kg 이하 및 5.5w/kg 이하이며, 본 발명에 의한 무방향성 규소강의 항복강도 σs 는 220 MPa 이상이다. 본 발명의 무방향성 규소강은 회전기계 및 정적인 기계와 같은 전자장치 내의 철심으로 사용될 때 90% 이상의 모터 효율을 얻을 수 있다.
도 1은, 무방향성 규소강의 결정립의 크기와 그의 투자율 μ15 및 철손 P15/50 사이의 관계를 나타낸다.
도 2는, 무방향성 규소강의 결정립의 크기와 그의 투자율 μ15 및 항복강도사이의 관계를 나타낸다.
도 3은, 무방향성 규소강의 투자율 (μ10+μ15)과 철손 P15/50 및 모터 효율과의 관계를 나타낸다.
먼저, 본 발명의 무방향성 규소강 생산용 주조 슬래브내에 포함된 다양한 성분의 한정 이유에 대하여 이하에서 설명한다.
Si : 강자성체 내에 용융되어 치환 고용체를 형성하고, 기판의 비저항을 개선하고 철손을 현저하게 감소하고 항복강도를 증가시키기 때문에 무방향성 규소강 내에서 가장 중요한 합금원소 중 하나이다. 하지만 규소 함량이 지나치게 높으면, 규소강 제품의 투자율을 훼손하고 처리를 어렵게 한다. 따라서, 본 발명에 있어서 Si 함량은 0.1~2.5wt% 로 제한된다.
Al : 강자성체 내에 용융되어 재료의 비저항을 개선하고, 결정립을 조대화하고, 에디전류(eddy current)를 감소시키고, 규소강 제품의 투자율을 거의 열화시키지 않는다. 부가적으로, Al 은 또한 탈산 및 질소고정 효과도 가진다. 하지만, Al 의 함량이 지나치게 높으면, 제련 및 주조가 어렵고, 후속공정의 처리가 어려워진다. 본 발명에 있어서 Al 함량은 1.5wt% 이하로 제한된다.
Mn : Si 및 Al 과 유사하게, 강의 비저항을 개선하고 철손을 감소한다; 부가적으로 Mn 은 γ상 영역을 확장할 수 있고, γ로부터 α로의 상변화 속도를 감속하여, 열간 압연 소성 및 열연 강판의 구조를 효과적으로 개선한다. 또한, Mn은 불순물 원소인 S 와 결합하여 안정된 MnS 를 형성하고 자기적 특성에 대한 S 의 폐해를 없애준다. 만약 Mn 함량이 지나치게 낮으면, 상술한 효과들이 현저하지 않게 되며; Mn 함량이 지나치게 높으면, 바람직한 조직을 열화시킨다. 본 발명에 있어서는, Mn 함량은 0.1~2.0wt% 로 제한된다.
P : 특정한 양의 인을 강철에 첨가하면 강판의 가공성을 개선할 수 있지만, 만약 P 함량이 지나치게 높으면, 강판의 냉간 압연 가공성을 열화시킨다. 본 발명에 있어서는, P 의 함량이 0.2% 이하로 제한된다.
C : 가공성 및 자기 특성에 해로우며, γ상 영역을 확장하는 동안 결정립의 성장을 광범위하게 방해하는 원소이다; C 함량이 과도하면 노멀라이징 처리시에 α 및 γ 의 양쪽 상영역의 변이를 증가시키게 되며, 상변환점 온도 Acl 를 현저하게 감소하여, 결정구조의 이상 제련을 발생하여 철손을 증가시킨다. 부가적으로, 틈새원소(interstitial element)로서의 C 함량이 지나치게 높으면, 규소강의 피로 특성의 개선에 불리하다. 본 발명에서는 C 의 함량이 0.005wt% 이하로 제한된다.
S : 가공성 및 자기 특성에 대해서는 해로우며, Mn 과 함께 미세한 MnS 결정립을 형성하기 쉬워서, 마무리된 제품의 어닐링된 결정립의 성장을 방해하고 자기 특성을 심하게 열화시킨다. 부가적으로, S 는 저융점 FeS 및 FeS2 를 형성하기 쉽고또는 Fe 와 함께 공정(共晶)을 형성하기 쉬우며 열간 가공 취성의 문제를 야기한다. 본 발명자는 무방향성 규소강의 철손(P15/50)에 대한 S 함량의 영향을 연구해왔다. 본 발명에 있어서는, S 의 함량이 0.005wt% 이하로 제한된다.
N : 틈새원소로서의 N 은, Ti, Al, Nb 또는 V 와 함께 미세한 분산 질화물을 형성하기가 쉬우며, 결정립의 성장을 집중적으로 방해하고 철손을 악화시킨다. 만약 N 함량이 지나치게 높으면 질화물 석출량이 증가하여 결정립의 성장을 광범위하게 방해하고 철손을 악화시킨다. 본 발명에 있어서는 N 의 함량이 0.005wt% 이하로 제한된다.
Nb, V, Ti : 이들 모두는 자기적 특성에 대해서는 바람직하지 않다. 본 발명에 있어서는, Nb, V 및 Ti 전체 함량이 0.006wt% 로 제한된다.
Sn, Sb : 분리원소로서, 이들은 표면 내산화성 및 표면 내질화성의 효과를 가진다. 적절한 양의 Sn 및/또는 Sb 를 첨가하면 규소강 내의 알루미늄 함량을 증가시키고 규소강의 표면층 내의 질화물층의 형성을 방지한다. 본 발명에 있어서는, Sn 함량은 0.1wt% 이하로 설정되고, Sb 함량은 0.1wt% 이하로 설정된다.
다음으로, 본 발명자는 투자율 μ15, 철손 P15/50 및 항복강도 σs 상에 미치는 무방향성 규소강(규소함량: 0.85~2.5wt%; 규소강의 두께: 0.5mm)의 결정립 크기의 영향에 대해서 연구하였으며, 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
도 1은 무방향성 규소강의 결정립의 크기와 그의 투자율 μ15 및 철손 P15/50 사이의 관계를 나타낸다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 무방향성 규소강의 결정립의 크기가 60㎛ 및 105㎛ 사이에 있을 때, 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강이 얻어질 수 있다.
도 2는, 무방향성 규소강의 결정립의 크기와 그의 투자율 μ15 및 항복강도 σs 사이의 관계를 나타낸다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 무방향성 규소강의 결정립의 크기가 60㎛ 및 105㎛ 사이에 있을 때, 높은 투자율 및 항복강도의 무방향성 규소강이 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명자는 모터 효율에 미치는 무방향성 규소강(0.5mm 두께)의 투자율(μ10+μ15)과 철손 P15/50 및 모터 효율과의 관계에 대하여 연구해왔다. 도 3은 무방향성 규소강의 투자율 (μ10+μ15)과 철손 P15/50 및 모터 효율과의 관계를 나타내며, 사용된 모터는 11kw~6급 모터이다. 본 발명자는 도 3으로부터, 무방향성 규소강의 투자율 (μ10+μ15)과 철손 P15/50 이하의 식을 만족시킬 때, 높은 모터 효율이 얻어짐을 알 수 있었다.
μ10+μ15≥8,000 (1);
μ15≥865.7+379.4P15/50 (2)
μ10+μ15≥10,081-352.1P15/50 (3)
다음으로, 본 발명에 대하여 실시예들과 관련하여 상세하게 설명하겠으나, 본 발명의 보호범위는 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
먼저, 중량비로 계산하였을 때 이하의 조성을 포함하는 주조 슬래브가 제강에 의하여 얻어졌다: C 0.0035%, Si 0.85%, Al 0.34%, Mn 0.31%, P 0.023%, S 0.0027%, N 0.0025%, 잔여량은 Fe 및 불가피한 불순물; 제강에서는 RH 제련이 사용되었으며, 탈산제로서의 Al 이 RH 제련에서 탈산처리용으로 사용되었다. 실시예 1에 있어서, 스틸 레이들 내의 융강의 중량은 285톤이고, 탈탄 종료후 자유산소 함량은 550ppm, Al의 입력양은 125kg 이다.
다음으로, 주조 슬래브는 열연 강판을 형성하도록 열간 압연되고, 최종 압연온도는 800℃ 이상이며, 열간 압연 후 열연 강판의 두께는 2.6mm 이다.
그리고, 열연 강판은 단시간 동안 고온에서 노멀라이징 처리, 즉 열연 강판은 980℃로 가열되고 20초 동안 유지된 후, 15℃/초 의 냉각속도로 냉각되고 자연냉각되었다.
다음으로, 노멀라이징 처리 후의 열연 강판은 냉연 강판을 형성하도록 냉간 압연되고, 냉간 압연 후의 두께는 0.5mm 였다.
최종적으로, 질소 및 수소 분위기에서, 800℃에서 18초간 어닐링 되었고, 실시예 1의 무방향성 규소강이 얻어졌다.
실시예 2
탈탄 종료후의 자유산소의 함량 및 Al 의 입력양이 각각 400ppm 및 87.5kg 으로 바뀐것만 제외하고, 실시예 2의 무방향성 규소강은 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 방법으로 생산되었다.
실시예 3
탈탄 종료후의 자유산소의 함량 및 Al 의 입력양이 각각 300ppm 및 62.5kg 으로 바뀐것만 제외하고, 실시예 3의 무방향성 규소강은 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 방법으로 생산되었다.
실시예 4
탈탄 종료후의 자유산소의 함량 및 Al 의 입력양이 각각 280ppm 및 57.5kg 으로 바뀐것만 제외하고, 실시예 4의 무방향성 규소강은 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 방법으로 생산되었다.
비교예 1
Al 의 입력양이 115kg 으로 바뀐 것만을 제외하고는 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 방법으로 무방향성 규소강이 생산되었다.
비교예 2
Al 의 입력양이 135kg 으로 바뀐 것만을 제외하고는 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 방법으로 무방향성 규소강이 생산되었다.
비교예 3
RH 제련시에 탈산처리가 행해지지 않은 것만 제외하고는 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 방법으로 무방향성 규소강이 생산되었다.
상기 실시예 및 비교예에서의 무방향성 규소강(0.5mm 두께)의 함유물은 GB10561-2005 법에 의하여 등급이 평가되었으며, 이들의 투자율(μ10+μ15), 철손P10/50 및 P15/50 과 모터효율(11kw~6급모터)들이 측정되었다. 결과는 표 1에 나타내었다.

RH 제련에서의 탈산		 C형 함유물의
등급
(kg)
자기특성
모터효율 (%)

원래의 융강과 강철의 융점의 온도차
(℃)
원래의 융강 내의 C 함량
(%)
탈탄 종료후 원래의 융강내의 자유산소함량
(ppm)
Al 의 입력량
(kg)
μ10+μ15
(G/Oe)
P10/50 (w/kg)
P15/50 (w/kg)
실시예 1 61 0.021 550 125 1.0
등급		 8,605 2.24 4.73 91.1
실시예 2 81 0.034 400 87.5 1.0
등급		 8,629 2.17 4.62 91.5
실시예 3 124 0.043 300 62.5 1.0
등급		 8,687 2.11 4.58 91.8
실시예 4 147 0.06 280 57.5 1.5
등급		 8,578 2.32 4.89 90.6
비교예 1 61 0.021 550 115 2.0
등급		 8,416 2.49 5.3 89.4
비교예 2 61 0.021 550 135 2.0
등급		 8,449 2.45 5.1 89.9
비교예 3 RH 제련시에 탈산 없음 2.0
등급		 8,347 2.59 5.5 88.9
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, RH 제련시에 탈산을 채택하지 않은 비교예 3과 비교할 때, RH 제련시에 탈산을 채택한 실시예들에 있어서의 무방향성 규소강은 함유물의 양이 현저하게 감소한다. 실시예들에 있어서의 무방향성 규소강의 1.0T 및 1.5T 에서의 투자율은 적어도 100G/Oe 증가하였으며, 그의 철손 및 모터 효율이 현저하게 개선되었다.
더욱이, 과도하게 낮은 Al 의 입력양을 가지는 비교예 1 및 과도하게 높은 Al의 입력양을 가지는 비교예 2와 비교할 때, 실시예의 무방향성 규소강은 더 나은 투자율, 철손 및 모터 효율을 가진다. 따라서, 탈산제 Y 로서의 Al의 입력양 및 탈탄종료 후의 자유전자의 함량 [O] 은 이하의 식을 만족하며: Y = K×m×([O]-50)(여기에서 K는 0.88×10-3), 무방향성 규소강의 투자율, 철손 및 모터 효율과 관련하여 보다 최적의 개선효과가 얻어질 수 있다.
실시예 5
먼저, 중량비로 계산하였을 때 이하의 조성을 포함하는 주조 슬래브가 제강에 의하여 얻어졌다: C 0.001%, Si 2.15%, Al 0.35%, Mn 0.24%, P 0.018%, S 0.003% 및, N 0.0012% 이고, 잔여량은 Fe 및 불가피한 불순물; 제강에서는 RH 제련이 사용되었으며, 탈산제로서의 규소철 또는 칼슘이 RH 제련에서 탈산처리용으로 사용되었다. 탈산제의 입력양 및 탈탄종료 후의 자유전자의 함량 [O] 은 이하의 식을 만족한다: Y = K×m×([O]-50).
다음으로, 주조 슬래브는 열연 강판을 형성하도록 열간 압연되고, 최종 압연온도는 800℃ 이상이며, 열간 압연 후 열연 강판의 두께는 2.3mm 이다.
그리고, 열연 강판은 단시간 동안 고온에서 노멀라이징 처리, 즉 열연 강판은 980℃로 가열되고 10~90초 동안 유지된 후, 5℃/초 의 냉각속도로 650℃ 까지 냉각되고, 그후 자연냉각되었다.
다음으로, 노멀라이징 처리 후의 열연 강판은 냉연 강판을 형성하도록 냉간 압연되고, 냉간 압연 후의 두께는 0.5mm 였다.
최종적으로, 질소 및 수소 분위기에서, 800℃에서 20초간 어닐링 되었고, 실시예 5의 무방향성 규소강이 얻어졌다.
실시예 6
노멀라이징 단계에서의 유지온도가 1,030℃로 바뀐것만 제외하고, 실시예 5에서 사용된 것과 동일한 방법으로 무방향성 규소강이 생산되었다.
실시예 7
노멀라이징 단계에서의 유지온도가 1,050℃로 바뀐것만 제외하고, 실시예 5에서 사용된 것과 동일한 방법으로 무방향성 규소강이 생산되었다.
실시예 8
노멀라이징 단계에서의 유지온도가 1,100℃로 바뀐것만 제외하고, 실시예 5에서 사용된 것과 동일한 방법으로 무방향성 규소강이 생산되었다.
비교예 4
노멀라이징 단계에서의 유지온도가 920℃로 바뀐것만 제외하고, 실시예 에서 사용된 것과 동일한 방법으로 무방향성 규소강이 생산되었다.
상기 실시예 및 비교예에서의 노멀라이징 처리 후의 강판의 결정립 크기가 측정되었으며, 투자율(μ10+μ15), 철손 P10/50 및 P15/50 과 모터효율(11kw~6급모터)들이 측정되었다. 결과는 표 2에 나타내었다.

노멀라이징 공정 파라미터
노멀라이징 후의 강판의 결정립 크기 (㎛)
자기특성
모터효율 (%)
노멀라이징
시 유지온도
(℃)		 650℃ 전의
냉각속도
(℃/초)
μ10+μ15
(G/Oe)
P10/50 (w/kg)
P15/50 (w/kg)

실시예 5
980
5
133
9,068
1.49
3.25
90.6

실시예 6
1,030
5
141
9,105
1.41
3.13
91.1

실시예 7
1,050
5
148
9,189
1.37
3.01
91.3

실시예 8
1,100
5
157
9,226
1.29
2.87
92.1

비교예 4
920
5
114
8,965
1.58
3.41
87.4
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 저온 노멀라이징을 채택하고 있는 비교예 4와 비교할 때, 단시간 동안 고온 노멀라이징 처리를 채택한 실시예에서 노멀라이징 후 강판의 결정립 크기가 현저하게 증가되었다. 실시예들에서의 무방향성 규소강의 1.0T 및 1.5T에서의 투자율은 적어도 100G/Oe 로 증가되고, 그의 철손 및 모터 효율들도 현저하게 개선되었다.
부가적으로, 표 1 및 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 있어서의 무방향성 규소강의 철손 P10/50 및 P15/50 들이 각각 3.0w/kg 이하 및 5.5w/kg 이하 였으며, 실시예들의 무방향성 규소강을 사용한 모터의 효율은 90% 이었다.
또한, 본 발명자는 실시예 1~8의 무방향성 규소강의 입자지름, 표면층 특성, 황의 함량 및 항복강도 σs 를 측정하였다. 그 결과는, 실시예의 무방향성 규소강이 60㎛ 및 105㎛ 사이의 결정립 지름, 15ppm 이하의 S 함량, 250ppm 이하의 0~20㎛의 표면층 전체 질화물 농도, 및 5.85 CN 이하의 전체 질화물 농도를 가짐을 보여준다. 부가적으로, 실시예의 무방향성 규소강의 항복강도 σs 는 220Mpa 이상이었다.
또한, 본 발명자는 실시예 1~8 에서의 1.0T 및 1.5T에서의 무방향성 규소강의 투자율 및 철손 사이의 관계를 검토하였으며, 그 결과는, 실시예들의 무방향성 규소강의 투자율이 이하의 식을 만족함을 보여준다.
μ10+μ15≥8,000 (1);
μ15≥865.7+379.4P15/50 (2)
μ10+μ15≥10,081-352.1P15/50 (3)
본 발명의 실험적인 결과는, RH 제련시의 적절한 탈산제어 및 노멀라이징 단계에서의 단시간의 고온처리에 의하여, 본 발명은 무방향성 규소강 내의 함유물의 양을 감소시킬 수 있고, 결정립의 형상을 개선하며, 따라서 1.0~1.5T 에서의 무방향성 규소강의 투자율 및 철손을 개선하고 높은 모터 효율을 얻을 수 있다.
RH 제련 시의 적절한 탈산제어 및 노멀라이징 단계에서 단시간의 고온처리에 의하여, 본 발명은 높은 투자율 및 낮은 철손을 가지는 무방향성 규소강을 제공할 수 있다. 본 발명의 무방향성 규소강은 전자장치 내의 철심으로 사용될 때 90% 이상의 모터 효율을 얻을 수 있으며, 회전기계 및 정적 기계와 같은 전자장비의 소형화 및 에너지 절약 요구를 만족시키므로, 넓은 적용 전망성을 가진다.

Claims (17)

  1. 순서대로 a) 제강, b) 열간 압연, c) 노멀라이징, d) 냉간 압연, 및 e) 어닐링의 단계를 포함하며,
    상기 a) 제강 단계는 중량비로 이하의 함량을 가지는 주조 슬래브를 얻기 위하여 사용되고; C≤0.005%, 0.1%≤Si≤2.5%, Al≤1.5%, 0.10%≤Mn≤2.0%, P≤0.2%, S≤0.005%, N≤0.005%, Nb+V+Ti≤0.006%, 및 잔여량은 Fe 및 불가피한 불순물이며;
    상기 a) 제강 단계는 RH 제련을 포함하고, 탈탄처리 및 탈산처리가 RH 제련 시에 진행되며; 탈산제 Y 의 입력양은 이하의 식을 만족하며: Y = K×m×([O]-50),
    여기에서, [O]는 탈탄의 종료 후 ppm 단위의 자유 산소의 함량을 나타내고, K 는 탈산제의 탈산용량을 나타내는 계수로서 0.35×10-3 내지 1.75×10-3 의 범위내에 있으며; 또한,
    상기 c) 노멀라이징 단계에서, 열간 압연 후의 열연 강판은 상변환점 온도 Ac1 이상 및 1,100℃ 미만의 온도로 가열되고 10~90초의 시간동안 유지되는 것인, 무방향성 규소강 생산 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주조 슬래브는 Sn 및/또는 Sb 를 더 포함하며, Sn 의 함량은 0.1 wt% 이하이고, Sb의 함량은 0.1 wt% 이하인, 무방향성 규소강 생산 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 RH 제련 시의 상기 탈산제는 알루미늄, 규소철 또는 칼슘 인, 무방향성 규소강 생산 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 RH 제련 시의 상기 탈산제가 알루미늄일 때, K 는 0.88×10-3 인, 무방향성 규소강 생산 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 RH 제련 시의 상기 탈산제가 규소철일 때, K 는 1.23×10-3 인, 무방향성 규소강 생산 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 RH 제련 시의 상기 탈산제가 칼슘일 때, K 는 0.70×10-3 인, 무방향성 규소강 생산 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 열간 압연 단계에서의 최종 압연 온도는 800~900℃ 인, 무방향성 규소강 생산 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 c) 노멀라이징 단계에서, 유지 후의 강판은 650℃ 의 온도가 될 때까지 15℃ 의 냉각속도로 냉각되고, 이후 자연 냉각되는, 무방향성 규소강 생산 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 d) 냉간 압연에서, 압연 감소는 45% 이상인, 무방향성 규소강 생산 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 e) 어닐링 단계에서, 냉간 압연 후의 냉연 강판은 700~1,050℃ 까지 가열되고, 1~120초간 유지되며, 이후 자연 냉각되는, 무방향성 규소강 생산 방법.
  11. 무방향성 규소강을 생산하기 위한 주조 슬래브가 0.1~2.5 wt% 의 Si 를 포함하고, 무방향성 규소강은 이하의 식을 만족하는 투자율을 가지는 무방향성 규소강:
    μ10+μ15≥8,000 (1);
    μ15≥865.7+379.4P15/50 (2)
    μ10+μ15≥10,081-352.1P15/50 (3)
    여기에서, μ10 및 μ15 는 각각 1.0T의 자기유도 및 1.5T의 자기유도 하에서 G/Oe 의 단위의 투자율을 나타내고; P15/50는 50Hz 에서 1.5T의 자기유도 하에서 w/kg 단위의 철손을 나타낸다.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 주조 슬래브는 중량비로 이하의 성분을 더 포함하는 무방향성 규소강: Al≤1.5%, 0.10%≤Mn≤2.0%, C≤0.005wt%, P≤0.2wt%, S≤0.005wt%, N≤0.005wt%, Nb+V+Ti≤0.006wt%, 및 잔여량은 Fe 및 불가피한 불순물.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 무방향성 규소강은 15~300㎛ 의 결정립 크기를 가지는 무방향성 규소강.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 무방향성 규소강의 0~20㎛ 두께 내의 표면층에서의 전체 질화물 농도는 250ppm 이하이며, 전체 질화물 농도는 5.85CN 이하 이고, CN 은 ppm 단위의 원소 질소의 농도를 나타내는, 무방향성 규소강.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 무방향성 규소강은 15 ppm 이하의 S 함량을 가지는, 무방향성 규소강.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    0.5mm 두께에서의 상기 무방향성 규소강의 P10/50 및 P15/50 는 각각 3.0w/kg 이하 및 5.5w/kg 이하이며, 여기에서 P10/50는 50Hz 에서 1.0T 의 자기유도하의 철손을 나타내는 무방향성 규소강.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 무방향성 규소강은 220 MPa 이상의 항복강도 σs 를 가지는 무방향성 규소강.
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