KR950007470B1

KR950007470B1 - 고 자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법

Info

Publication number: KR950007470B1
Application number: KR1019930014767A
Authority: KR
Inventors: 최규승; 이청산
Original assignee: 포항종합제철주식회사; 조말수; 재단법인산업과학기술연구소; 백덕현
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-07-11
Also published as: KR950003459A

Abstract

내용 없음.

Description

고 자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자기기등의 철상 재료로 사용되는 고자속밀도 방향성 전기 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

고자속밀도 방향성 전기강판이란 통상의 방향성 전기강판에 비하여 자속밀도가 높고 철손이 극히 낮은 것을 특징으로 하는 자속밀도가 B₁₀기준으로 1.89Tesla이상을 말하는데 이와 같이 높은 자속밀도는 결정립의 방위를 (100)[001]에 고도로 정렬시킴으로서 가능하고, 이 제품은 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자기기등의 철심 재료로 사용된다.

고속자속도 방향성전기기판은 일반적으로 2-4%의 규소와 입성장억제제로 MnS와 AIN을 함유하는 것을 특징으로 하며, 용해하며(연주)-(열간압연)-(예비소둔)-(1회 또는 2회의 냉각압연)-(탈탄소둔)-(소둔분리제 도포)-(최종 고온소둔)-(장력 코팅처리)등의 공정을 거쳐 제품으로 완성된다.

AIN과 MnS를 동시에 입성장억제제로 하는 상기 고자속밀도 제품은 Mn 및 S보다는 Al 및 N 성분의 적정 제어 및 관리에 의하여 최종제품의 자기적 특성이 대부분 결정되는데, 이 Al 및 N성분은 제강시 적정량 범위로의 용해에서부터 이후 모든 제조공정의 관리에 있어서 중심이 되고 있다. 상기 Al 및 N성분의 중심관리는 열연공정의 재가열작업시 AlN성분의 고용정도, 석출상태 및 형상, 예비소둔 공정에서 AIN의 석출상태 및 표면 N량의 변화, 탈탄소둔공정에서의 표면산화층의 변화, 이에 따른 고온소둔시 N흡수량의 적정 제어등 Al 및 N성분의 최적관리를 위한 여러가지 기술들이 제안되고 있다. 지금까지의 주요 공지기술로는 USP 3,159,511호와 같이 제강 성분중 이 Al과 N량을 한정하는 기술, USP 3,846,187호 및 3,636,579호와 같이 열연 및 예비소둔시 석출물 제어기술, 일특개소 55-21531호등과 같이 고온소둔시 가열조건을 제어하여 2차 재결정을 안정화시키는 방법, 한국 특허 번호 제93-060751 및 93-60752호등과 같이 고온소둔시 분위기 질소 및 수소의 혼합가스로부터 소재로의 N흡수량을 제어하는 기술등이 제안되어 있다.

그러나, 아직까지 각 공정별로 AlN석출물의 정량적인 평가가 어렵고 야금학적인 해석도 불명확하며, 동일 성분 및 동일 조건의 작업에서도 특성의 변화가 너무 민감하여 생산제품별로 자성의 편차가 크다. 따라서 생산에서의 안정성을 중시하는 생산공장에 있어서 AlN의 적정관리는 가장 큰 현안 문제점이다. 이와 같은 노력으로 여러공정의 최적화를 통해 적정 고용 Al범위(통상 220-270ppm)에서는 목표로 하는 자성특성을 얻을수 있는 조업조건이 대부분 확립이 된 상태이다. 그러나 고용 Al량이 다소 높은 280ppm이상의 제품은 석출물인 AlN의 공정별 관리에 의해서도 목표로하는 적정 자성을 확보하기가 어렵고 일부 목표자성을 확보하여도 길이 방향과 폭방향의 편차가 커서 수요 가공업자가 제품으로서 사용하기에 불가능하다.

본 발명자는 이와 같은 고용 Al량이 0.028% 이상 소재의 자성 열화문제를 해결하기 위해 AlN의 공정별 특성변화를 검토하던 바 고용 Al량에 따라 목표로하는 최고의 자성을 확보하기 위해서는 2차 재결정이 형성되는 최종 고온소둔 공정 바로 전까지에 소재가 포함하고 있는 질소(N)가 적정량으로 확보되어 있어야 한다는 것을 확인하고, 따라서, 최적 N량을 확보하기 위해서는 초기 제강에서 용해작업시 브리스터(Blister)라는 제품결함을 막을수 있는 최대 용해량인 0.010%까지 용해하고 그 이후 타공정에서 N량을 추가로 보충시켜 고용 Al량에 따라 최적량의 N량으로 조정시켜야 함을 확인하고, 그 결과에 의거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 고자속밀도 방향성전기강판의 제조에 있어서 탄탈소둔후 제강시의 고용 알루미늄(Al)의 량에 따라 암모니아가스가 함유된 혼합가스하에서 질화처리를 행하여 적정 질소량으로 조정한후 최종 고온 소둔처리를 행하므로서 자기적 특성을 향상시킨 고자속 밀도 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 중량%로, Si : 2.9-3.4%, Mn : 0.060-0.080%, S : 0.020-0.030%, 고용 Al : 0.020-0.035%, N : 0.0070-0.010%, Cu : 0.05-0.12%, Sn : 0.10-0.15%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을 열간압연 및 예비소둔을 거쳐 최종두께로 냉각압연을 한후 탈탄소둔을 행한다음, 최종 고온 소둔 처리하여 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 탈탄 소둔후 고용 Al이 0.028-0.035% 함유된 탈탄소둔판에 NH₃가 1-20% 함유된 H₂+N₂혼합가스하의 570-700℃ 범위에서 1-5분동안 질화처리를 행하여 탈탄소둔판 중의 N의 함량이 하기식(3)의 범위를 만족하도록 조정한후,

(2000A-450)/10000[N](%)(16667A-310)/10000…………(3)

(상기 식(3)에서, A : 제강시의 고용 Al량(%)을 나타냄)

최종고온 소둔하여 고 자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

고 자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 종래방법의 바람직한 일례로는 중량%로 Si : 2.9-3.4%, Mn : 0.060-0.080%, S : 0.020-0.030%, 고용 Al : 0.020-0.035%, N : 0.0070-0.010%, Cu : 0.05-0.12%, Sn : 0.10-0.15%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을 1380-1420℃에서 재가열한후, 1200-1300℃에서의 열간압연 및 1080-1150℃에서의 예비소둔을 거쳐 0.23-0.30mm두께로 냉각압연을 한 다음, 800-900℃의 습윤 분위기에서 탈탄소둔을 행한후, 1200℃ 이상에서 20시간 이상 최종고온 소둔 처리를 행하여 2차 재결정을 완성시켜 고 자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법을 들수 있다.

상기와 같은 조성을 갖는 전기강판을 AlN과 MnS를 입성장억제제로 하며 열간압연 및 예비소둔에 의해 AlN과 MnS를 미세하게 소재에 분산시켜서 최종 고온소둔시 2차 재결정 성장억제제로 작용하여 (110)(001)의 자기특성에 유리한 방위를 형성케하는 역활을 하게 되며, 이 성분계는 MnS석출물도 입성장억제제로의 역활을 하지만 AlN 석출물의 양, 크기, 분포상태에 의하여 대부분은 좌우되어 자기적 특성이 결정된다. 이때 자성을 결정짓는 2차 재결정의 형성은 고온소둔공정의 900℃이후부터 시작하므로 그 직전까지 존재하는 AlN의 양, 크기, 상태등이 최종제품의 자기적 특성을 좌우하게 된다고 말할수 있다.

고용 Al량이 곤리의 적정범위인 0.027%까지는 기존 확립된 조건으로 목표자성을 확보할수 있다. 그러나 고용 Al이 0.028% 이상의 소재에서는 제품에서 미세 결정립들이 많이 생겨서 자기적 특성이 나빠지며 특히 고용 Al량이 많아질 수록 더욱 자성이 열화되어 통상 0.32%이상에서는 완전 폐기 처리품이 생산될 정도로 특성이 나빠진다. 이때의 미세 결정립에 의한 자성 열화를 방지하기 위해서는 소재중의 N량을 증가시키면 소재중의 미반응 Al성분이 새로 흡수되어 들어온 N성분과 반응하여 AlN의 석출물량이 증가하게 된다. 이에 따라 2차 재결정의 성장억제력 증가에 의해 이에 생성된 2차 재결정 조직이 안정화되고 또한, 자성이 향상됨을 확인하였다. 이런 현상은 고용 Al량이 높을 수록 소재의 적정 N량은 더욱 높여야만 우수한 자성 확보가 가능하다는 것을 확인하여 고용 Al량에 따른 적정 N량의 범위를 확립하게 됨으로써 본 발명을 구성하게 된 것이다.

본 발명의 대상소재인 고용 Al량이 0.028% 이상의 소재에 적정한 N량은 0.014% 수준이고, 고용 Al량이 0.032%에서는 0.022% 수준인데, 제강 용해시에는 이후 열연 재가열작업 및 열간압연 작업시 브리스터라는 결함이 생겨 0.010% 이상으로 N량을 높일수 없기 때문에 공정중에서 소재의 N량을 높일 수 밖에없다.

그런데, 500-700℃의 비교적 저온에서 NH₃가스가 분해되어 발생되는 발생 기상태의 [N]이 소재로 흡수되기 쉽다는 것을 발견하고, 이에 착안하여 본 발명에서는 탈탄소둔후 NH₃가 1-20% 함유된 H₂-N₃혼합가스하의 570-700℃ 범위에서 1-5분동안 질화처리를 행하여 탈탄소둔판(소재)중의 N량을 높이게 된다.

즉, 탈탄소둔후 전기강판소재에 NH₃가스가 혼합된 수소와 질소의 혼합가스에 노출되면 NH₃의 분해에 의해 생성된 발생기상태의 질소가 쉽게 소재내로 흡수할수 있다. 이때 소재내로의 질화처리 반응은 주로 NH₃의 농도, 온도 및 시간의 변화에 따라 결정되는데 가장 중요한 요인은 온도이다. 즉, 온도가 높을 수록 시간이 길 수록, NH₃의 농도가 높을 수록 소재의 흡수량이 크게 되어 적정 온도 관리에 의해 쉽게 소재 N량을 제어할수 있다.

한편, 최상의 입성장억제력을 유지하는데 필요한 Al 및 N의 양적인 관계를 검토한 결과 고용 Al함량 별목표자성을 얻을수 있는 최소 N량은 고용 Al이 0.028%일 때 최소 0.011%의 N이 필요하고, 고용 Al이 0.033%일 경우 최소 N량은 0.021%이었다. 이때의 고용 Al량에 따른 적정 N량은 거의 직선적으로 변화하므로, 고용 Al이 0.028-0.033%를 기준으로 하여 식을 만들면 하기식(1)과 같다.

최소 N량(%)=(20000A-450)/10000……………………………… (1)

(여기서 A=고용 Al의 량(%))

또한 고용 Al이 0.028%일 때 목표자성을 얻기 위한 최대 N량은 0.0157%이었고, 고용 Al이 0.033%일 경우 최대 N량은 0.024%이었다. 이때의 N량도 고용 Al량에 따라 거의 직선적으로 변화하였으므로 고용 Al이 0.028-0.033%를 기준으로 하여 최대 함유 가능식을 만들면 하기식(3)과 같다.

최대 N량(%)=(16667A-310)/10000……………………………… (2)

상기 두식을 조합하면 하기식(3)이 된다.

(2000A-450)/10000≤[N](%)(16667A-310)/10000……… (3)

(여기서 A=고용 Al량(%))

본 발명의 질화처리시 NH₃농도가 1% 이하인 경우에는 질화반응시간이 너무 길어지고, 20% 이상인 경우에는 적정량으로의 제어등 작업관리에 어려움이 있으므로, NH₃농도는 1-20%로 제한하는 것이 바람직하다.

이때, H₂+N₂혼합가스의 상호 양적 관계는 질화반응에 있어 큰 차이가 없어서 본 발명에서는 특별히 제한되지 않는다.

한편, 질화반응 온도가 570℃ 이하인 경우에는 반응시간이 너무 길어지고, 700℃이상에서는 [N]의 흡수량이 급격하여 N이 적정량 제어가 힘들어지므로, 상기 질화반응온도는 570-700℃로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 반응시간은 공정조업상 5분 이상은 생산성이 문제가 있으므로 5분 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

하기표 1과 같은 3가지의 조성을 갖는 고자속밀도 방향성 전기강판 스라브를 1400℃에서의 재가열에 이은 열간압연 및 1200℃의 예비소둔을 거쳐 0.30mm 두께로 냉각압연을 하여 최종두께로 조정한후, 840℃의 습윤 분위기에서 탈탄 소둔하여 탈탄소둔판을 제조한 다음, 공지의 방법대로 고온소둔 처리를 행하는 종래 방법에 의해 제조된 종래재 시편과 상기 탈탄소둔판에 NH₃가스를 포함한 H₂+N₂혼합가스하에서 하기표 2와 같은 조건으로 질화처리를 행하여 고용 Al별로 소재의 N량을 변화시킨 후, 1200℃에서 20시간 이상의 최종 고온소둔처리를 행하여 2차 재결정을 완성시켜 발명재 시편과 비교재 시편을 제조한 다음, 이들 시편들에 대하여 자속밀도 및 철손을 측정하고, 그 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 고용 Al이 0.028%인 경우 본 발명에 따라 질화처리된 발명재(1-3)가 질화처리를 행하지 않은 종래재(1)애 비하여 자화능력을 나타내는 자속밀도 및 소재의 에너지 손실값을 나타내는 철손 특성이 우수함을 알수 있다.

즉, 자속밀도에 있어서의 종래재(1)의 경우 1.86T인 반면에, 발명재(1-3)의 경우에는 1.90T이상을 나타내고, 철손 특성에 있어서의 종래재(1)의 경우 1.13w/kg인 반면에 발명재(1-3)의 경우에는 1.07w/kg이하를 나타내고 있다.

또한, 0.03% 및 0.033%인 소재의 경우에도 본 발명에 따란 질화처리된 발명재(4-9)는 질화처리를 행하지 않은 종래재(2-3) 및 본 발명의 범위를 벗어나는 조건으로 질화처리를 행한 비교재(a-d)보다 자속밀도 및 철손특성에서 우수함을 알수 있다.

Claims

중량%로, Si : 2.9-3.4%, Mn : 0.060-0.080%, S : 0.020-0.030%, 고용 Al : 0.020-0.035%, N : 0.0070-0.010%, Cu : 0.05-0.12%, Sn : 0.10-0.15%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을 1380-1420℃의 온도에서 재가열한 다음, 1200-1300℃의 온도에서 열간압연하고, 1080-1150℃의 온도에서 예비소둔을 거쳐 최종 두께 0.23-0.30mm 범위로 냉각압연을 한 후 800-900℃의 온도에서 탈탄소둔을 행한 다음, 이어서 1200℃ 이상의 온도에서 20시간 이상 최종 고온 소둔 처리하여 고자속 밀도 방향성 전기 강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 탈탄소둔후 고용 Al이 0.028-0.035% 함유된 탈탄 소둔판에 NH₃가 1-20% 함유된 H₂+N₂혼합가스하의 570-700℃범위에서 1-5분동안 질화 처리를 행하여 탈탄소둔판 중의 N의 함량이 하기 식(3)의 범위를 만족하도록 조정한후, (2 000A-450) /10000≤[N] (%)≤ (16667A-310)/10000……… (3) (상기 식(3)에서, A : 제강시의 고용 Al량(%)을 나타냄) 최종 고온 소둔하는 것을 특징으로 하는 고자속 밀도 방향성 전기강판의 제조방법.