KR20170032429A - 자기 특성이 우수한 무방향성 전기 강판 - Google Patents

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Abstract

C : 0.01 mass% 이하, Si : 6 mass% 이하, Mn : 0.05 ∼ 3 mass%, P : 0.2 mass% 이하, Al : 2 mass% 이하, 바람직하게는 0.005 mass% 이하, N : 0.005 mass% 이하, S : 0.01 mass% 이하, Ga : 0.0005 mass% 이하 함유하는 성분 조성을 갖는, 열연판 어닐링을 생략하여 제조해도, 우수한 자기 특성을 갖는 무방향성 전기 강판.

Description

자기 특성이 우수한 무방향성 전기 강판{NON-ORIENTED ELECTROMAGNETIC STEEL SHEET HAVING EXCELLENT MAGNETIC CHARACTERISTICS}
본 발명은 무방향성 전기 강판에 관한 것으로, 구체적으로는 자기 특성이 우수한 무방향성 전기 강판에 관한 것이다.
무방향성 전기 강판은, 회전기 등의 철심 재료로서 널리 사용되고 있는 연자성 재료의 일종이다. 최근, 에너지 절약화의 흐름 속에서, 전기 기기의 효율 향상이나 소형·경량화 등에 대한 요구가 높아져, 철심 재료에 대한 자기 특성의 향상이 더욱 더 중요해지고 있다.
무방향성 전기 강판은, 통상적으로 규소를 함유하는 강 소재 (슬래브) 를 열간 압연하고, 필요에 따라 열연판 어닐링하고, 냉간 압연하여, 마무리 어닐링함으로써 제조되고 있다. 우수한 자기 특성을 실현하기 위해서는, 마무리 어닐링 후의 단계에 있어서, 자기 특성에 바람직한 집합 조직을 얻을 필요가 있지만, 그러기 위해서는 열연판 어닐링이 필수라고 생각되고 있다.
그러나, 열연판 어닐링 공정을 추가하는 것은, 제조 일수가 길어질 뿐만 아니라, 제조 비용의 상승을 초래한다는 문제가 있다. 특히, 최근에는, 전기 강판에 대한 수요의 증가에 수반하여, 생산성의 향상이나 제조 비용의 저감이 중요시되기 시작하고 있어, 열연판 어닐링을 생략하는 기술의 개발이 활발히 이루어지게 되고 있다.
열연판 어닐링을 생략하는 기술로서, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, S 량을 0.0015 mass% 이하로 저감시켜 결정립 성장성을 향상시키고, Sb 및 Sn 을 첨가하여 표층의 질화를 억제하고, 또한 열연시에 고온 권취함으로써, 자속 밀도에 영향을 주는 열연판의 결정 입경을 조대화하여 자기 특성의 향상을 도모하는 기술이 개시되어 있다.
또, 특허문헌 2 에는, 합금 성분 원소를 제어하고, 열간 압연 조건을 최적화하고, 강의 상 변태를 사용하여 열연 조직을 제어함으로써, 열연판 어닐링을 실시하지 않아도 철손을 낮게 하여, 자속 밀도를 향상시킨 무방향성 전기 강판의 제조 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2000-273549호 일본 공표특허공보 2008-524449호
그러나, 특허문헌 1 에 개시된 기술은, S 량을 극미량까지 저감시키는 것이 필요해지기 때문에, 제조 비용 (탈황 비용) 이 상승한다. 또, 특허문헌 2 의 기술에서는, 강 성분이나 열간 압연 조건에 제약이 많아, 실제로 제조하는 것은 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은, 종래 기술이 안고 있는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 열연판 어닐링을 생략해도, 우수한 자기 특성을 갖는 무방향성 전기 강판을 염가로 제공하는 것에 있다.
발명자들은, 상기 과제의 해결을 위해, 강 소재 중에 불가피적으로 함유되는 불순물이 자기 특성에 미치는 영향에 주목하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 불가피적 불순물 중에서도 특히 Ga 를 극미량까지 저감시킴으로써, 혹은 추가로 Al 을 극미량까지 저감시킴으로써, 열연판 어닐링을 생략한 경우에도, 자속 밀도나 철손을 대폭 향상시킬 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, C : 0.01 mass% 이하, Si : 6 mass% 이하, Mn : 0.05 ∼ 3 mass%, P : 0.2 mass% 이하, Al : 2 mass% 이하, N : 0.005 mass% 이하, S : 0.01 mass% 이하 및 Ga : 0.0005 mass% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 무방향성 전기 강판이다.
본 발명의 상기 무방향성 전기 강판은, Al 의 함유량이 0.005 mass% 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 상기 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로 Sn : 0.01 ∼ 0.2 mass% 및 Sb : 0.01 ∼ 0.2 mass% 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 함유하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 상기 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로 Ca : 0.0005 ∼ 0.03 mass%, REM : 0.0005 ∼ 0.03 mass% 및 Mg : 0.0005 ∼ 0.03 mass% 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 상기 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로 Ni : 0.01 ∼ 2.0 mass%, Co : 0.01 ∼ 2.0 mass%, Cu : 0.03 ∼ 5.0 mass% 및 Cr : 0.05 ∼ 5.0 mass% 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 열연판 어닐링을 생략해도 자기 특성이 우수한 무방향성 전기 강판을 제조할 수 있기 때문에, 자기 특성이 우수한 무방향성 전기 강판을 염가 또한 단납기로 제공하는 것이 가능해진다.
도 1 은 Ga 함유량이 자속 밀도 B50 에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 2 는 Al 함유량이 자속 밀도 B50 에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
먼저, 본 발명을 개발하는 계기가 된 실험에 대해 설명한다.
<실험 1>
발명자들은, 열연판 어닐링을 생략해도 자기 특성이 우수한 무방향성 전기 강판을 개발하기 위하여, 불가피적 불순물인 Ga 의 함유량이 자속 밀도에 미치는 영향을 조사하였다.
C : 0.0025 mass%, Si : 3.0 mass%, Mn : 0.25 mass%, P : 0.01 mass%, N : 0.002 mass%, S : 0.002 mass% 를 함유하고, Al 을 0.2 mass% 및 0.002 mass% 의 2 수준으로 함유하는 성분계를 베이스로 하고, 이것에 Ga 를 tr. ∼ 0.002 mass% 의 범위에서 여러 가지로 변화시켜 첨가한 강을 실험실적으로 용해시키고, 주조하여 강괴로 하고, 열간 압연하연 판 두께 3.0 ㎜ 의 열연판으로 한 후, 권취 온도가 750 ℃ 에 상당하는 열처리를 실시하였다. 이어서, 상기 열연판을 열연판 어닐링을 실시하지 않고 산세하고, 냉간 압연하여 판 두께 0.50 ㎜ 의 냉연판으로 한 후, 20 vol% H2-80 vol% N2 분위기하에서 1000 ℃ × 10 sec 의 마무리 어닐링을 실시하였다.
상기와 같이 하여 얻은 마무리 어닐링 후의 강판의 자속 밀도 B50 을, 25 ㎝ 엡스타인 장치로 측정하고, 그 결과를 도 1 에 나타냈다.
이 결과로부터, Ga 의 함유량이 0.0005 mass% 이하에서, 자속 밀도 B50 이 급격하게 향상되는 것, 및, 상기 Ga 저감에 의한 자속 밀도 향상 효과는, Al 의 함유량이 0.2 mass% 보다 0.002 mass% 가 큰 것을 알 수 있다.
<실험 2>
그래서, 발명자들은, 자속 밀도에 미치는 Al 함유량의 영향을 조사하는 실험을 실시하였다.
C : 0.0025 mass%, Si : 3.0 mass%, Mn : 0.25 mass%, P : 0.01 mass%, N : 0.002 mass%, S : 0.002 mass% 를 함유하고, 추가로 Ga 를 0.0002 mass% 까지 저감시킨 성분계를 베이스로 하고, 이것에 Al 을 tr. ∼ 0.01 mass% 의 범위에서 여러 가지로 변화시켜 첨가한 강을 실험실적으로 용해시키고, 상기 <실험 1> 과 동일하게 하여, 마무리 어닐링 후의 강판의 자속 밀도 B50 을, 25 ㎝ 엡스타인 장치로 측정하였다.
도 2 는, 상기 측정 결과에 대해, Al 함유량과 자속 밀도 B50 의 관계로서 나타낸 것이다. 이 도면으로부터, Al 의 함유량이 0.005 mass% 이하에서, 자속 밀도가 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
상기 실험의 결과로부터, Ga 의 함유량을 0.0005 mass% 이하로 저감시킴으로써, 나아가서는, Al 의 함유량을 0.005 mass% 이하로 한 다음, Ga 의 함유량을 0.0005 mass% 이하로 저감시킴으로써, 자속 밀도를 현저하게 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
Ga 나 Al 의 함유량의 저감에 의해, 자속 밀도가 크게 향상되는 이유는, 현시점에서는 아직 충분히 분명해지지는 않았지만, Ga 를 저감시킴으로써, 소재의 재결정 온도가 저하됨으로써 열간 압연 중의 재결정 거동이 변화하고, 열연판의 집합 조직이 개선되었기 때문이라고 추정하고 있다. 특히, Al 이 0.005 mass% 이하에서 자속 밀도가 크게 향상되는 이유는, Ga, Al 을 저감시킴으로써 입계의 이동 용이도가 변화하여, 자기 특성에 유리한 결정 방위의 성장이 촉진되었기 때문이라고 생각하고 있다.
본 발명은, 상기 신규 지견에 기초하여 개발한 것이다.
다음으로, 본 발명의 무방향성 전기 강판이 가져야 하는 성분 조성에 대해 설명한다.
C : 0.01 mass% 이하
C 는, 제품판에 있어서의 자기 시효를 일으키기 때문에 0.01 mass% 이하로 제한한다. 바람직하게는, 0.005 mass% 이하이다.
Si : 6 mass% 이하
Si 는, 강의 고유 저항을 높여 철손 저감에 유효한 원소이기 때문에, 1 mass% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 6 mass% 를 초과하여 첨가하면, 현저하게 취화되어 냉간 압연하는 것이 곤란해지기 때문에, 상한은 6 mass% 로 한다. 바람직하게는 1 ∼ 4 mass%, 보다 바람직하게는 1.5 ∼ 3 mass% 의 범위이다.
Mn : 0.05 ∼ 3 mass%
Mn 은, 열간 압연시의 적열 취성을 방지하는 데에 유효한 원소이기 때문에, 0.05 mass% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 3 mass% 를 초과하면 냉간압연성이 저하되거나, 자속 밀도의 저하를 야기하거나 하기 때문에, 상한은 3 mass% 로 한다. 바람직하게는 0.05 ∼ 1.5 mass%, 보다 바람직하게는 0.2 ∼ 1.3 mass% 의 범위이다.
P : 0.2 mass% 이하
P 는, 고용 강화능이 우수하기 때문에, 경도 조정하여, 타발 가공성의 개선에 유효한 원소이므로 첨가할 수 있다. 그러나, 0.2 mass% 를 초과하면, 취화가 현저해지기 때문에, 상한은 0.2 mass% 로 한다. 바람직하게는 0.15 mass% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 mass% 이하이다.
S : 0.01 mass% 이하
S 는, MnS 등의 황화물을 생성시키고, 철손을 증가시키는 유해 원소이기 때문에 상한을 0.01 mass% 로 제한한다. 바람직하게는 0.005 mass% 이하, 보다 바람직하게는 0.003 mass% 이하이다.
Al : 2 mass% 이하
Al 은, 강의 비저항을 높여 와전류손을 저하시키는 데에 유효한 원소이므로 첨가할 수 있다. 그러나, 2.0 mass% 를 초과하면, 냉간 압연성이 저하되기 때문에, 상한은 2.0 mass% 로 한다.
단, Ga 저감에 의한 자기 특성의 향상 효과를 보다 누리기 위해서는, 0.005 mass% 이하로 저감시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.001 mass% 이하이다.
N : 0.005 mass% 이하
N 은, 질화물을 생성시키고, 철손을 증가시키는 유해 원소이기 때문에, 상한을 0.005 mass% 로 한다. 바람직하게는 0.003 mass% 이하이다.
Ga : 0.0005 mass% 이하
Ga 는, 미량이어도 열연판 집합 조직에 큰 악영향을 미치는, 본 발명에 있어서 가장 중요한 원소이다. 상기 악영향을 억제하기 위해서는, 0.0005 mass% 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.0001 mass% 이하이다.
본 발명의 무방향성 전기 강판은, 자기 특성의 개선을 목적으로 하여, 상기 성분에 더하여 추가로 Sn 및 Sb 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을, Sb : 0.01 ∼ 0.2 mass%, Sn : 0.01 ∼ 0.2 mass% 의 범위에서 함유할 수 있다.
Sb 및 Sn 은, 모두 제품판의 집합 조직을 개선하기 위해, 자속 밀도의 향상에 유효한 원소이다. 상기 효과는 0.01 mass% 이상의 첨가에 의해 얻어진다. 그러나, 0.2 mass% 를 초과하면, 상기 효과가 포화된다. 따라서, 상기 원소를 첨가하는 경우에는, 각각 0.01 ∼ 0.2 mass% 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 Sb : 0.02 ∼ 0.15 mass%, Sn : 0.02 ∼ 0.15 mass% 의 범위이다.
본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분에 더하여 추가로 Ca, REM 및 Mg 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을, Ca : 0.0005 ∼ 0.03 mass%, REM : 0.0005 ∼ 0.03 mass%, Mg : 0.0005 ∼ 0.03 mass% 의 범위에서 함유할 수 있다.
Ca, REM 및 Mg 는, 모두 S 를 고정시키고, 황화물의 미세 석출을 억제하기 위해, 철손 저감에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 각각 0.0005 mass% 이상 첨가할 필요가 있다. 그러나, 0.03 mass% 초과하여 첨가해도, 상기 효과는 포화된다. 따라서, Ca, REM 및 Mg 를 첨가하는 경우에는, 각각 0.0005 ∼ 0.03 mass% 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각 0.001 ∼ 0.01 mass% 의 범위이다.
또, 본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분에 더하여 추가로 Ni, Co, Cu 및 Cr 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을, Ni : 0.01 ∼ 2.0 mass%, Co : 0.01 ∼ 2.0 mass%, Cu : 0.03 ∼ 5.0 mass%, Cr : 0.05 ∼ 5.0 mass% 의 범위에서 함유할 수 있다.
Ni, Co, Cu 및 Cr 은, 모두 강의 비저항을 증가시키기 때문에, 철손 저감에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, Ni, Co 는, 각각 0.01 mass% 이상, Cu 는 0.03 mass% 이상, Cr 은 0.05 mass% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Ni, Co 는 2.0 mass% 를 초과하여, 또, Cu, Cr 은 5.0 mass% 를 초과하여 첨가하면, 합금 비용이 상승한다. 따라서, Ni, Co 를 첨가하는 경우에는 0.01 ∼ 2.0 mass%, Cu 를 첨가하는 경우에는 0.03 ∼ 5.0 mass%, Cr 을 첨가하는 경우에는 0.05 ∼ 5.0 mass% 의 범위로 한다. 보다 바람직하게는, Ni : 0.03 ∼ 1.5 mass%, Co : 0.03 ∼ 1.5 mass%, Cu : 0.05 ∼ 3.0 mass% 및 Cr : 0.1 ∼ 3.0 mass% 의 범위이다.
본 발명의 무방향성 전기 강판은, 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내이면, 다른 성분의 함유를 거부하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명의 무방향성 전기 강판의 제조 방법에 대해 서술한다.
본 발명의 무방향성 전기 강판은, 그 제조에 사용하는 강 소재로서, Ga 및 Al 의 함유량이 상기한 범위 내인 것을 사용하는 한, 공지된 무방향성 전기 강판의 제조 방법을 사용하여 제조할 수 있고, 예를 들어, 전로나 전기로 등으로 강을 용제하고, 추가로 진공 탈가스 설비 등으로 2 차 정련하는 정련 프로세스에서 상기한 성분 조성으로 조정한 강을, 조괴 (造塊)-분괴 압연법 혹은 연속 주조법으로 강 소재 (슬래브) 로 한 후, 열간 압연하여 산세하고, 냉간 압연하고, 마무리 어닐링하여, 절연 피막을 도포·소 교부하는 방법으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 무방향성 전기 강판의 제조 방법은, 열간 압연 후의 열연판 어닐링을 생략해도 우수한 자기 특성을 얻을 수 있지만, 열연판 어닐링을 실시해도 되고, 그 경우의 균열 온도는 900 ∼ 1200 ℃ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 균열 온도가 900 ℃ 미만에서는, 열연판 어닐링의 효과가 충분히 얻어지지 않기 때문에, 자기 특성을 더욱 향상되는 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 1200 ℃ 를 초과하면, 열연판의 입경이 너무 조대화되어, 냉간 압연시에 균열이나 파단을 일으킬 우려가 있는 것 이외에, 비용적으로도 불리해지기 때문이다.
또, 열연판으로부터 제품 판 두께 (최종 판 두께) 의 냉연판으로 하는 냉간압연은, 1 회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상으로 할 수 있지만, 특히, 최종 판 두께로 하는 최종 냉간 압연은, 판온을 200 ℃ 정도의 온도로 승온시켜 실시하는 온간 압연으로 하는 것이, 설비상이나 생산 제약상, 비용상에서 문제가 없으면, 자속 밀도를 향상시키는 효과가 크기 때문에 바람직하다.
최종 판 두께로 한 냉연판에 실시하는 마무리 어닐링은, 900 ∼ 1150 ℃ 의 온도에서 5 ∼ 60 초간 균열하는 연속 어닐링으로 하는 것이 바람직하다. 균열 온도가 900 ℃ 미만에서는, 재결정이 충분히 진행되지 않아 양호한 자기 특성이 얻어지지 않는다. 한편, 1150 ℃ 를 초과하면, 결정립이 조대화되고, 특히 고주파수역에서의 철손이 증가하기 때문이다.
상기 마무리 어닐링 후의 강판은, 그 후, 층간 저항을 높여 철손을 저감시키기 위해, 강판 표면에 절연 피막을 피성하는 것이 바람직하다. 특히, 양호한 타발성을 확보하고자 하는 경우에는, 수지를 함유하는 반유기의 절연 피막을 적용하는 것이 바람직하다.
절연 피막을 피성한 무방향성 전기 강판은, 사용자에게 있어서, 더욱 응력 제거 어닐링을 실시하고 나서 사용해도 되고, 응력 제거 어닐링을 실시하지 않고 그대로 사용해도 된다. 또, 사용자에게 있어서 타발 가공을 실시한 후에, 응력 제거 어닐링을 실시해도 된다. 또한, 상기 응력 제거 어닐링은, 750 ℃ × 2 hr 정도의 조건으로 실시하는 것이 일반적이다.
실시예
전로-진공 탈가스 처리의 정련 프로세스에서, 표 1 에 나타낸 성분 조성을 갖는 No. 1 ∼ 31 의 강을 용제하고, 연속 주조법으로 슬래브로 한 후, 그 슬래브를 1140 ℃ 에서 1 hr 가열한 후, 열연 마무리 온도를 900 ℃ 로 하는 열간 압연에 의해 판 두께 3.0 ㎜ 의 열연판으로 하고, 750 ℃ 의 온도로 코일에 권취하였다. 이어서, 상기 코일을, 열연판 어닐링을 실시하지 않고 산세한 후, 1 회의 냉간 압연으로 판 두께 0.5 ㎜ 의 냉연판으로 하고, 균열 조건을 1000 ℃ × 10 sec 로 하는 마무리 어닐링을 실시하여, 무방향성 전기 강판으로 하였다.
상기와 같이 하여 얻은 강판으로부터 30 ㎜ × 280 ㎜ 의 엡스타인 시험편을 채취하고, 25 ㎝ 엡스타인 장치로 철손 W15/50 및 자속 밀도 B50 을 측정하고, 그 결과를 표 1 중에 병기하였다.
표 1 로부터, 강 소재의 성분 조성을 본 발명의 범위로 제어함으로써, 열연판 어닐링을 생략해도, 자기 특성이 우수한 무방향성 전기 강판을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
Figure pct00001

Claims (5)

  1. C : 0.01 mass% 이하, Si : 6 mass% 이하, Mn : 0.05 ∼ 3 mass%, P : 0.2 mass% 이하, Al : 2 mass% 이하, N : 0.005 mass% 이하, S : 0.01 mass% 이하 및 Ga : 0.0005 mass% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 무방향성 전기 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Al 의 함유량이 0.005 mass% 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 성분 조성에 더하여 추가로 Sn : 0.01 ∼ 0.2 mass% 및 Sb : 0.01 ∼ 0.2 mass% 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분 조성에 더하여 추가로 Ca : 0.0005 ∼ 0.03 mass%, REM : 0.0005 ∼ 0.03 mass% 및 Mg : 0.0005 ∼ 0.03 mass% 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분 조성에 더하여 추가로 Ni : 0.01 ∼ 2.0 mass%, Co : 0.01 ∼ 2.0 mass%, Cu : 0.03 ∼ 5.0 mass% 및 Cr : 0.05 ∼ 5.0 mass% 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
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