KR930011407B1 - 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Description

자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

본 발명은 소형모터 및 정지기등의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 무방향성 전기강판은 Si 함량에 의거 자성특성이 구분되어 Si 함량이 1.0% 이하인 경우 저급재, 그리고 1.0%-2.0%인 Si 재를 중급재, 그리고 2.0% 초과재를 고급재로 편리상 구분하여 왔다. 이와 같은 구분은 Si 이 많이 첨가됨에 따라 철손이 낮아지기 때문이지만, 자속밀도 혹은 투자율은 Si 함량이 높아짐에 따라 오히려 감소하는 효과가 있어서, 무방향성 전기강판에 있어서는 실리콘 함량을 낮추어 이들 자성특성중 특히 자속밀도와 투자율을 높여서 저가의 소재로 전기기기의 효율을 증가시킬 수 있다.

상기한 무방향성 전기강판의 제조방법으로는 풀리프로세스(Fully-process)와 세미 프로세스(Semi-process)로 구분되는데, 풀리프로세스는 열연판을 산세한 후 냉간압연하고 소둔 후 수요가가 가공하는 공정이며, 세미프로세스는 열연판을 산세 후 냉간압연하고 중간소둔 후 통상 15%이하로 경압하(skin pass압연)한후 수요가가 가공하는 공정이다.

풀리프로세스법의 경우 냉간압연시 1차 냉간압연한 후, 중간소둔하고 2차 냉간압연을 실시하는 2단냉연법이 있지만, 2차 냉연 후 소둔을 실시하기 때문에 이 역시 풀리 프로세스로 구분된다.

무방향성 전기강판을 제조하는 종래방법으로는 Si 혹은 Al을 낮추어서 철손은 높지만 투자율을 높이는 방법이 알려져 있는데, 이 방법은 사용상 제한이 있으며, 또한, Si 및 Al을 증가시켜 자속밀도와, 투자율은 비록 낮지만, 철손을 낮추려는 의도에서 행하여지는 방법이 알려져 있는데, 이 방법은 전기기기의 효율에 문제점이 있다.

또한, 일본 공개특허공보(소) 63-317627호에는 0.2~1.0wt%의 Si 함유강으로서 Mn을 1.0~1.5wt% 함유하고, Sn, Sb, Ni 및 Cu로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 또는 2종이상을 첨가하여 세미프로세스로 제조되는 무방향성 전기강판 및 그제조방법이 제시되어 있는데, Mn이 과도하게 첨가되므로서 원가상승 및 열간압연시 오스테나이트상에서 압연되므로 자성특성중 자속밀도가 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 무방향성 전기강판의 성분계를 적절히 선정하여 세미프로세스 또는 풀리프로세스에 의해 자속밀도 및 높은 투자율을 동시에 갖는 무방향성 전기강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은, 중량%로, C : 0.02%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 0.5%이하, P : 0.15%이하, S : 0.01%이하, N : 0.008%이하, O : 0.005%이하, Al : 0.7%이하, Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.02~0.5% 및 Sn과 Sb중 1종 또는 2종의 합 : 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 중량%로, C : 0.02%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 0.5%이하, P : 0.15%이하, S : 0.01%이하, N : 0.008%이하, O : 0.005%이하, Al : 0.7%이하, Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.02~0.5% 및 Sn과 Sb중의 1종 또는 2종의 합 : 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되는 슬라브를 열간압연, 열연판의 소둔, 산세, 냉간압연, 중간소둔 한 다음, 2-15%의 압하율로 경압연을 실시한 후, 열처리를 실시하는 세미프로세스에 의해 제조하는 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 중량%로, C : 0.02%이하, Si : 1.0%이하, Mn : 0.5%이하, P : 0.15%이하, S : 0.01%이하, N : 0.008%이하, O : 0.005%이하, Al : 0.7%이하, Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.02~0.5% 및 Sn과 Sb중 1종 또는 2종의 합 : 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되는 슬라브를 열간압연, 열연판소둔, 산세, 냉간압연, 및 냉연판을 소둔하는 풀리프로세스에 의해 제조하는 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 상기 수치한정 이유에 대하여 설명한다.

상기 C은 자기시효를 일으켜 자성특성을 저하시키므로 탈탄소둔을 고려하여 최대 0.02%까지 허용되며, 제품출하시에는 0.008% 이하가 되게 할 수 있으며, 세미프로세스재인 경우는 수요가 열처리시 탈탄할 수도 있는데, 이때, 최종제품에서는 0.003% 이하로 탈탄시 자성특성은 안정화될 수 있다.

상기 Si은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 역할을 하지만 자속밀도와 투자율을 감소시키므로 최대 1.0%까지 첨가되며, Si은 그외에도 열간압연시 상변태온도를 높이는 역할도 한다.

상기 Mn은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 역할을 하는 성분이지만, S와 결합하여 미세한 석출물인 MnS로 되어 자성을 열화시키므로 S를 낮게 관리하여야 하며, 또한, 재가열온도를 1200℃ 이상으로 높일 경우 MnS의 재용해로 보다 미세한 석출물의 형성이 용이해지므로 과다한 미세석출물이 발생되기 쉬우므로 이를 억제하기 위하여 Mn은 0.50% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.

상기 P는 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 효과가 있으며, 자성에 유리한(200) 면등의 집합조직을 잘 발달시켜 자속밀도와 투자율을 향상시키지만, 1.0% 이하의 Si 및 0.5% 이하의 Mn을 함유한 강의 냉간압연성을 고려하여 최대 0.15% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 S는 자성특성에 나쁜 영향을 미치는 원소로서 가능한 적은 것이 유리하지만 본 발명에서는 0.01%까지는 허용될 수 있다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 철손을 저감시키고 강중의 산소를 제거하기 위하여 탈산용으로 첨가하며 미세한 AIN 등의 석출물을 저감시킬 수 있으나 가격이 비싸고, 자성 향상정도를 고려하여 최대 0.7%까지 첨가되는 것이 바람직하다.

상기 N은 불순물이므로 가능한 낮은 것이 유리하며, 최대 0.008%까지는 허용될 수 있다.

상기 O는 불순물로서 Al 등을 첨가하여 탈산하지만 최종용강성분 즉 소강성분에서의 O의 증가는 곧 미세석출물 또는 비금속개재물의 증가원인이 될 수 있어서 자성에 해로우므로 가능한한 적게 함유시키는 것이 유리하며, 최대 0.005%까지 허용되고, 특히, O가 적게 함유되므로서 집합조직중 자성에 나쁜 (111)면이 감소된다.

상기 Ni은 단독 첨가시에는 자속밀도 및 투자율을 향상시키는 정도가 미흡하며, Sn 혹은 Sb 그리고 Cu, P 등의 원소와 복합첨가하므로서 자성향상 정도가 크다. 그러나 0.05% 이하에서는 자성향상 정도가 적으며, 1.0% 이상 첨가시에는 첨가량에 비해 자성향상정도가 적으므로 0.05% 이상 1.0% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

Cu는 내식성을 증가시키며 자성에 유리한 집합조직을 잘 발달시키지만 Sn 혹은 Sb 등의 결정립계 펀석원소와 동시에 첨가된 경우 열연판에 판표면균열을 발생시킬 수 있으므로, 그 상한은 0.5%로 한정하고, 0.02% 이하로 첨가시에는 Cu 첨가의 효과가 없으므로 그 하한은 0.02%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Sn 혹은 Sb는 1종 혹은 2종의 복합첨가가 가능하며, 이들 원소는 결정립계 편석원소로서 자성에 해로운 (111)면의 생성을 억제해주는 효과를 하는데, 0.02% 이하로 첨가되는 경우에는 첨가효과가 적으며, 0.2% 이상 첨가되는경우에는 Cu와 동시에 첨가되므로 열연판에 균열이 발생될 수 있으므로, 그 첨가량은 0.02-0.2%로 한정하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 무방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 열연재가열로에 장입하고 열가압연한 후 600℃ 이상의 온도에서 권취한다.

이때, 슬라브의 재가열온도는 통상적인 무방향성 전기강판을 제조할때와 같이 1300℃ 이하로 하며, 열간압연의 마무리 압연시 종료온도를 750℃ 이상, Ar₁이하로 하여 페라이트 상(phase)에서 압연이 행하여지도록 하는데, 종료온도가 Ar₁이상의 온도에서는 제품의 자속밀도와 투자율이 저조하며, 750℃ 이하인 경우에는 열간압연시 압연부하가 과다하게 된다.

열간압연후 권취온도는 600℃ 이상으로 하되 상한치는 제한하지 않는다. 열연판은 연속소둔 혹은 상소둔할 수 있으며, 열연판소둔의 목적은 결정립을 성장시키며, 미세석출물을 조대화시키는데 있다. 열연판을 연속소둔할 경우에는 700-1000℃의 온도에서 10초-20분 동안 소둔이 행하여지고, 열연판을 상소둔할 경우에는 600-950℃의 온도에서 30분-10시간동안 소둔이 행하여진다.

상기 연속소둔시 소둔온도가 700℃ 이하이거나 또는 소둔시간이 10초 이하인 경우에는 결정립 성장이 미비하고 소둔온도가 1000℃ 이하인 경우에는 자성특성이 오히려 저조하게 되며, 소둔시간이 20분 이상인 경우에는 경제적으로 불리하므로, 연속소둔시의 소둔온도는 700-1000℃로 한정하고 소둔시간은 10초-20분으로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 상소둔시 소둔온도가 600℃ 이하이거나 또는 소둔시간이 30분 이하인 경우에는 결정립 성장이 미흡하여 상소둔효과가 적으며, 소둔온도가 950℃ 이상인 경우에는 자성특성이 오히려 저조하게 되며, 소둔시간이 10시간 이상인 경우에는 경제적으로 불리하므로, 상소둔시의 소둔온도는 600-950℃로 한정하고 소둔시간은 30분-10시간으로 한정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 소둔한 열연판은 HCl 등의 산용액에 넣어서 산세한다. 상기와 같이 산세된 열연판은냉간압연하며, 이때, 폴리프로세즈재와 세미프로세스재로 구분되는데, 풀리프로세스재는 냉간압연하여 냉연판소둔을 실시한 후 수요가에게 출하하며, 세므프로세스재는 70% 이상의 압하율로 1차 강냉간압연한 다음, 중간소둔 한 후 2-15%의 압하율로 경압연 다음 수요가에게 출하한다.

풀리프로세스재의 경우 냉연판의 고온소둔은 700-1050℃의 온도에서 실시하며, 10분 이하의 짧은 시간동안 소둔한 후 수요가가 가공하며,필요시 수요가는 가공응력제거를 위한 응력제거소둔을 실시할 수도 있다. 냉연판의 고온소둔이 700℃ 이하에서 실시되는 경우 결정립성장이 미흡하여 자성특성이 저조하며, 1050℃ 이상에서 실시되는 경우 자속밀도와 투자율이 저하되므로 냉연판의 고온소둔온도는 700-1050℃로 한정하는 것이 바람직하다.

또한, 냉연판의 고온소둔을 10분 이상 실시하는 경우에는 경제적으로불리할 뿐만아니라 자성특성의 향상효과도 미비하므로, 냉연판의 고온소둔시간은 10분 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한 냉연판의 고온소둔전에 C(탄소)가 높은 경우에는 탈탄소둔할 수도 있는데, 이 탈탄소둔은 통상적인 방법으로 할 수 있으며, 수소와 질소의 혼합분위기에서 실시된다.

한편, 세미프로세스재는 강냉간압연된 냉연판을 650℃-950℃의 온도범위에서 5분 이하의 시간동안 중간소둔한 후 2-15%의 압하율로 경압연한 다음, 수요가가 가공한 후 응력유기 결정립 성장을 위한 응력제거소둔을 실시한다.

상기에서, 중간소둔판을 2% 이하의 압하율로 압연하는 경우에는 결정립 성장이미흡하고, 15% 이상의 압하율로 압연하는 경우에는 결정립이 오히려 작아져 자성이 저조하게 되므로, 중간소둔판의 압연시 압하율은 2-15%로 한정하는 것이 바람직하다.

경압하율로 압연한 세미프로세스재인 경우 응력제거소둔은 필수적이며, C가 높은 소재인 경우 탈탄을 중간 소둔시에도 할 수 있으며, 응력제거 소둔시에도 탈탄소둔을 행할 수 있다.

제품(강판)에서의 C는 가능한 낮을수록 자성저하를 방지할 수 있다. 수요가 출하전에 상기 2가지 공정으로 제조된 각 제품(강판)들은 절연피막 코팅을 할 수 있으며, 코팅 미실시재는 수요가 열처리시 블루잉 처리를 할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같은 성분을 갖는 강슬라브를 1210℃에서 가열하고 하기 표 2와 같은 조건으로 열간압연, 권취, 열연판소둔, 냉간압연, 중간소둔 및 경압연한후 790℃에서 2시간 수요가 열처리를 실시하는 세미프로세스에 의해 각각의 시편을 제조하였다. 최종시편의 두께는 0.47mm로 하였으며, 소둔은 질소분위기에서 행하였다.

상기와 같이 제조된 시판에 대하여 자성을 측정하고, 그 측정결과를 압연방향과 압연방대방향의 평균치로 하기 표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

* B₅₀(Tesla) : 5000A/m로 자기장을 가했을 때의 유도되는 자속밀도

μ_1.5: 50Hz에서 1.5Tesla가 되게 자화했을 때의 투자율

Ar₁: 냉각시 페라이트상으로의 상변태온도

하기 표 2에 나타난 바와같이, 본 발명에 부합되는 발명재(1)은 Cu가 함유되지 않은 비교강(a), 0.8%의 Mn이 함유된 비교강(b), 1.1%의 Si 및 0.55%의 Mn이 함유되고 O의 함량이 0.002%인 비교강(C) 및 1.25%의 Mn이 함유된 비교강(d)를 출발소재로 사용한 비교재(1-4)에 비하여 자성특성이 우수함을 알 수 있다.

[실시예 2]

하기 표 3과 같은 성분을 갖는 슬라브를 1200℃에서 가열하고 하기 표 4와 같이 열간압연, 권취하고 산세한 후 냉간압연 및 냉연판 소둔을 행하였다.

이때, 냉연판 소둔시 분위기는 20%H₂+80%N₂이었다.

상기와 같이 냉연판 소둔재를 790℃에서 100%N₂분위기로 2시간동안 응력제거 소둔한 후 자성을 측정하고, 그 측정결과를 하기 표 4에 나타내었다.

하기 표 4에 나타난 자성특성은 실시예 1의 표 2에 나타난 조건으로 측정된 것이다.

[표 3]

[표 4]

상기 표 4에 나타난 바와같이, 본 발명의 성분계 및 제조조건에 부합되는 발명재(2-6)는 강종이 다른 비교재(5)와 강종은 본 발명의 성분계에 속하지만 제조조건이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교재(6)에 비하여 자성특성이 우수함을 알 수 있다.

[실시예 3]

상기 실시예 2의 표 3에 제시된 발명강(d)의 슬라브를 1200℃에서 가열하고 하기 표 5와 같이 열간압연 권취 및 산세후 냉간압연 및 냉연판을 수소와 질소의 혼합분위기에서 소둔하였다. 냉연판소둔후 절단하여 790℃의 온도 및 20%H₂+80%N₂의 분위기에서 2시간동안 소둔한 다음, 자성을 측정하고 그 측정결과를 하기 표 5에 나타내었다. 하기 표 5에 나타난 자성특성은 상기한 실시예 1의 표 2에 나타난 것과 동일한 조건으로 측정된 것이다.

[표 5]

상기 표 5에 나타난 바와같이, 본 발명의 성분범위에 속하는 발명강(d)를 열연최종압연온도(℃), 권취온도(℃), 및 냉연판 소둔조건을 일정하게 유지하고 본 발명의 범위내에서 열연판 소둔조건을 변화시켜 제조된 발명재(7-10)는 우수한 자성특성을 나타냄을 알 수 있다.

[실시예 4]

중량%로, C : 0.003%, Si : 0.52%, Mn : 0.45%, P : 0.06%, S : 0.004%, Al : 0.30%, N : 0.002%, O : 0.003%, Ni : 0.35%, Cu : 0.21%, Sn : 0.11% 및 잔부 Fe로 조성되는 강 슬라브를 1210℃에서 재가열하고, 하기 표 6과 같이 세미프로세스의 공정으로 제조하였다. 이때, 냉연판의 중간소둔은 수소와 질소의 혼합분위기에서 실시되었으며, 경압하한 후 수요가 열처리를 790℃에서 2시간동안 질소분위기에서 실시하였다.

상기와 같이 제조된 각각의 시편에 대하여 자성특성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다. 하기 표 6의 자성특성은 상기한 실시예 1의 표 2에 나타난 것과 동일한 조건으로 측정된 것이다.

[표 6]

상기 표 6에 나타난 바와같이, 본 발명에 부합되는 세미프로세스 공정에 의해 제조된 발명재(11-15)가 열연최종압연이 오스테나이트 상에서 행하여진 비교재(7)에 비하여 자성특성이 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판을 제공하므로서 전기기기의 고효율화 및 소형화를 가져올 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 중량%로, C : 0.02% 이하, Si : 1.0% 이하, Mn : 0.5% 이하, P : 0.15% 이하, S : 0.01% 이하, N : 0.008% 이하, O : 0.005% 이하, Al : 0.7% 이하, Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.02~0.5%, 및 Sn 과 Sb중의 1종 또는 2종의 합 : 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성됨을 특징으로 하는 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판.
2. 중량%로, C : 0.02% 이하, Si : 1.0% 이하, Mn : 0.5% 이하, P : 0.15% 이하, S : 0.01% 이하, N : 0.008% 이하, O : 0.005% 이하, Al : 0.7% 이하, Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.02~0.5%, 및 Sn 과 Sb중의 1종 또는 2종의 합 : 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 열간압연, 열연판의 소둔, 산세, 냉간압연 중간소둔한 다음 2-15%의 압하율로 경압연을 실시한 후 열처리를 실시하는 세미프로세스에 의해 제조됨을 특징으로 하는 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판의 제조방법.
3. 중량%로, C : 0.02% 이하, Si : 1.0% 이하, Mn : 0.5% 이하, P : 0.15% 이하, S : 0.01% 이하, N : 0.008% 이하, O : 0.005% 이하, Al : 0.7% 이하, Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.02~0.5%, 및 Sn 과 Sb중의 1종 또는 2종의 합 : 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 열간압연, 열연판소둔, 산세, 냉간압연, 및 냉연판을 소둔하는 풀리프로세스에 의해 제조됨을 특징으로 하는 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판의 제조방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 열간압연의 마무리압연이 마무리 압연온도가 750℃ - Ar₁이하인 페라이트 상에서 종료되는 것을 특징으로 하는 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판의 제조방법.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 열연판의 소둔 방식이 700-1000℃의 온도범위에서 10초-20분동안 행하여지는 연속소둔방식임을 특징으로 하는 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판의 제조방법.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 열연판의 소둔 방식이 600-950℃의 온도범위에서 30분-10시간동안 행하여지는 상소둔방식임을 특징으로 하는 자속밀도와 투자율이 높은 무방향성 전기강판의 제조방법.