KR950003160B1 - 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 대형 터어빈, 발전기등과 같은 대형 회전기용 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 철손이 극히 낮고 자속밀도가 높은 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 전동기, 발전기, 소형변압기등의 철심재료로 널리 사용되어 왔는데 대형 터어빈, 발전기등의 대형 회전기기에 쓰이는 철심재의 경우는 전력손실및 발열감소를 위하여 철손이 낮아야 되며, 기기의 소형화를 위해 자속밀도도 높을것이 요구된다. 그런데 고급 무방향성 전기강판의 경우 철손을 낮추기 위하여 Si, Al의 함량을 높이는 것이 일반적이지만, 이렇게 되면 자속밀도가 낮아지게 되는 결점이 있다. 자속밀도가 낮아지면 기기가 커지게 되어 바람직하지가 않으므로 대형 발전기등에서는 한때 자속밀도가 높은 방향성 전기강판이 사용되기도 하였으나 이러한 방향성 전기강판은 제조원가가 높을 뿐만 아니라 압연직 각방향의 자성이 현저히 나쁘기 때문에 철손이 낮으면서도 자속밀도가 높은 고급 무방향성 전기강판의 개발이 절실히 요청되어왔다.

무방향성 전기강판의 철손은 이력손실과 와류손실로 분류되는데, 철손중에서 이력손실이 차지하는 비중이 60-80% 정도이며 이력손실은 결정립크기에 역비례하므로 결정립이 클수록 철손은 낮아지게 된다. 또한 무방향성 전기강판의 자기적특성은 집합조직에 의해서도 크게 영향을 받는다. 철손을 낮춤과 동시에 자속밀도를 높이기 위하여는 자기적 특성에 유리한(100), (110)면의 집적도는 높이고 자기적 특성에 불리한(111)면의 집적도는 낮추어야 한다. 따라서 무방향성 전기강판의 자기적 특성을 향상시키기 위해서는 최종제품의 결정립을 크게 성장시키면서(100), (110)면의 집적도를 높이는 것이 필요하다.

종래 고급방향성 전기강판을 제조하기 위하여 Sb, Sn, REM, Ca, B 등과 같은 원소를 첨가하는 방법, 그리고 소둔조건등을 적절히 제어하는 방법이 사용되어왔다.

본 발명은 적절한 원소를 적정량 첨가하여 자기적성질을 개선시키는 방법에 관한 것이므로, 이하에서는 종래의 방법중 원소첨가에 의한 방법을 근거로하여 본 발명을 설명한다.

일본특허 공고공보 (소)58-56732호 (소)63-23262호에는 원소첨가에 의해 자기적성질을 개선시키는 방법이 제시되어 있다.

전자방법에서는 Sn을 첨가하고 이 Sn 첨가효과를 극대화시키기 위하여 열연판 소둔시 냉각속도를 늦추고 또한 사상소둔시의 가열속도를 분당 50℃ 이하로 낮추어 철손을 낮추어 철손을 저하시키고 있지만, 이 방법은 대량으로 연속소둔되는 공장에 적용시키기에는 작업상의 제약이 있을 뿐만 아니라 비경제적이며, 또한, Sn 첨가로 집합조직의 개선에 따른 자속밀도의 상승은 기대할 수 있으나 Sn이 결정립계에 편석하여 결정립성장을 방해하므로 철손을 극도로 낮게 낮추는 데는 한계가 있는 등의 문제점이 있게된다.

후자 방법에서는 중량%로 0.1-2.0% Si, 0.75-1.5% Mn, 0.02%-0.20% Sn, 0.1-0.3% Al, 0.1-1.0% Cu로 이루어지는 무방향성 전기강판및 그 제조방법이 기재되어 있는데, 그러한 범위의 Si과 Al의 함량으로는 비저항을 크게 증가시키지 못할뿐만 아니라 소둔시 α-γ상변태구역이 존재하여 결정립성장이 억제되므로 철손 W_15/50이 2.70w/㎏이하로 되기가 사실상 불가능한 문제점이 있다.

Mn은 (100), (110)면의 집적도를 높이고(111)면의 집적도를 낮추며, 결정립을 성장시켜 주는 작용을 하는 반면 소둔시 산소와의 결합력이 Fe보다 강하므로 최종제품의 표면부위에 Mn 산화물을 생성시키는데, 강판표면에 생성된 이러한 산화물은 강판 표면부위의 결정립이 크게 성장하는 것을 억제시킴과 동시에 (111)면의 집적도를 높이는 나쁜 영향을 미친다. 한편, Sn은 결정립계에 편석하는 성질을 가지고 있으므로 결정립계에서 우선적으로 핵생성되는 (111)면의 발달은 억제하고 입내에서의 핵생성을 조장하므로 (110)면의 발달을 촉진시켜 준다. 또한 Sn은 소둔시 강판의 표면에 치밀한 산화층을 형성시켜 내부산화층의 발달을 억제시켜 주는 작용도 있지만, 결정립계에 편석하여 결정립의 성장을 억제하는 작용이 있으므로 철손을 감소시키는 데는 큰 기여를 하지 못한다. 본 발명자들은 Mn과 Sn의 나쁜 영향은 Mn과 Sn을 복합첨가하면 방지할 수가 있고 아울러 이들의 효과를 극대화시킬 수 있다는 사실을 발견하고 이에 근거하여 본 발명을 제안한 것으로서 이에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명자는 상기와 같은 종래방법들의 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 소둔시 α-γ상 변태구역이 존재하지 않는 Si함량 2.5-4.0% 범위인 고급무방향성 전기강판에 Mn과 Sn을 복합첨가하여 철손을 낮춤과 동시에 자속밀도를 향상시키는 자기적특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

즉, 본 발명은, 중량%로, C : 0.01%이하, Si : 2.5-4.0%, Al : 0.25-1.0%, Mn : 0.5-1.5%, Sn : 0.01-0.3%, S : 0.0060%이하, N : 0.0060%이하, O : 0.0060%이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어지는 규소강스라브를 풀리 프로세스법으로 열간압연, 열연판 소둔후 최종두께까지 첨가되는 불순물로 이루어지는 규소강스라브를 풀리 프로세스법으로 열간압연, 열연판 소둔후 최종두께까지 1회 또는 2회 냉간압연하고 연속소둔하여 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하 본 발명의 성분범위를 한정한 이유에 대하여 설명한다.

상기 C는 열간압연과 소둔공정을 거치면서 0.005%정도 자연적으로 탈탄이 되고, 최종제품에 0.005%이상 함유되어 있으며 자성이 열화되어 탈탄소둔을 행하면 산화층이 두껍게 형성되어 자성에 불리하므로, 0.01%이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Si는 비저항의 증가에 의한 철손감소를 위하여 2.5% 이상이 요구되나 4% 이상이 되면 냉간압연이 어려우므로 2.5-4.0% 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추고, 미세한 AIN 석출에 의해 결정립성장이 억제되는 현상을 제거하기 위하여 0.25% 이상 첨가되는 것이 필요하나 1.0%를 넘으면 냉간압연성이 나빠지므로 0.25-1.0%범위로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 유화물등의 비금속개재물을 형성하기 쉬우므로 종래는 무방향성 전기강판의 자기적 특성향상에 이용되지 않았지만 제강기술의 발전에 힘입어 고순도강 제조기술이 가능해지면서 그 이용이 가능하게 되었는데, Mn은 비저항을 증가시켜 철손을 감소시킬 뿐만 아니라 자기적 특성에 유리한(100), (110)면은 집적도를 높이는 반면에 자기적 특성에 불리한 (111)면의 집적도는 크게 감소시키고 결정립을 성장시키는 작용을 하는 성분으로서, Mn의 이러한 작용이 발휘되려면 0.5% 이상이 필요하나, 1.5% 이상이 되면 이러한 작용이 포화될 뿐만 아니라 제조원가를 높이고, 내부산화층의 발달을 억제시켜주는 Sn의 작용이 소멸되므로 상기 Mn의 첨가량은 0.5-1.5% 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Sn은 결정립계에 편석하여 소둔시 결정립계에서 우선적으로 핵생성되는 (111)면의 발달을 억제하고 입내에서 핵생성되는 (110)면의 발달을 조장하는 작용을 하는 성분으로서, Sn의 이러한 효과가 발휘되기 위해서는 0.01% 이상이 필요하나, 0.3% 이상이 되면 냉간압연시 판파단이 발생하게 되고 제조원가도 상승하므로 상기 Sn은 0.01-0.3% 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.

S, N 및 O는 자성에 유해한 비금속개재물을 생성시키므로 0.006%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기의 조성으로 되는 스라브를 통상적인 방법으로 열간압연, 열연판 소둔후 최동두께까지 1회 냉간압연 또는 2회 냉간압연을 실시한다. 2회 냉간압연시 중간소둔을 재결정이 가능하도록 통상적으로 900℃이상의 온도에서 수분간 연속적으로 행하면 된다. 냉간압연한 강판은 결정립성장을 촉진시키고, 집합조직을 자기적 특성에 유리하게 발달시키기 위하여 통상적인 비산화성 분위기로 950-1100℃의 온도에서 30초-10분간 연속소둔을 행하는데, 소둔온도가 950℃ 미만이면 결정립성장이 미흡하고, 1100℃보다 높으면 결정립은 크게 성장하나 집합조직이 자기적 특성에 불리하게 발달되므로 소둔온도는 950℃-1100℃ 범위가 적당하다. 또한 소둔온도가 950-1100℃범위라 하더라도 소둔시간이 30초 미만이면 결정립성장이 미흡하고, 10분보다 길어지면 결정립은 커지나 집합조직은 오히려 자기적 특성에 불리해지므로 수둔시간은 30초-10분이 바람직하다. 이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같은 성분을 갖는 규소강스라브를 1150℃에서 가열하여 두께 2.0mm로 열간압연하고 하기표 2와 같은 조건으로 소둔및 냉간압연 처리하여 시편을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 시편에 대하여 자기적 특성을 측정하고, 그 측정결과를 압연방향과 압연직각방향의 평균치로 하여 하기표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

* W_15/50: 자속밀도 1.5Tesla, 주파수 50Hz에서의 철손값.

* B₅₀: 자장의 세기가 500A/m일때의 자속밀도값.

상기 표 2에서 나타난 바와같이 Mn이 본 발명의 범위가 아닌 0.24%, Sn이 본 발명의 범위인 0.12% 첨가된 비교재 2는 Mn과 Sn이 모두 본 발명의 범위가 아닌 비교재 1에 비하여 자속밀도는 높아지지만 철손이 낮아지는 정도가 작고, Mn은 본 발명의 범위에 속하나 Sn이 본 발명의 범위가 아닌 비교재 3과 비교재 4는 철손은 감소되지만 자속밀도는 조금 밖에 높아지지 않고, 그리고 Sn은 본 발명의 범위에 속하나 Mn이 본 발명의 상한이상으로 첨가된 비교재 5는 철손은 많이 감소하였지만 자속밀도가 오히려 낮아짐을 알 수 있다. 이에 비하여, Mn과 Sn이 본 발명의 범위로 복합첨가된 발명재 a와 발명재 b는 비교재(1-5)에 비하여 철손이 현저하게 낮을뿐만 아니라 자속밀도도 극히 높다는 사실을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 철손이 극도로 낮을 뿐만 아니라 자속밀도도 높은 고급 무방향성 전기강판을 제공함으로서 대형 회전기기의 효율을 높이고 기기의 크기도 소형화시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 중량%로, C : 0.01%이하, Si : 2.5-4.0%, Al : 0.25-1.0%, Mn : 0.5-1.5%, Sn : 0.01-0.3%, S : 0.0060%이하, N : 0.0060%이하, O : 0.0060%이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 규소강 스라브를 풀리 프로세스법으로 열간압연, 열연판 소둔후 최종두께까지 1회 또는 2회 냉간압연하고 연속소둔하는 것을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법.