KR960003175B1 - 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

본 발명은 에너지절감과 직결되는 각종 모터, 소형변압기 등의 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 무방향성 전기강판은 각종 전기기기의 철심으로 사용되며, 전기에너지의 대부분이 이같은 회전기 및 정지기의 전기기기에서 소모됨으로서 이들 기기의 특성 향상에 의한 에너지절감은 그만큼 중요하게 된다. 예를들어 100개의 발전소가 필요하다고 할때 전기를 5% 절약 가능한 소재를 사용한다면 5개의 발전소는 세울 필요가 없게 된다.

상기 무방향성 전기강판의 철손은 에너지손실을 의미하며, 단위는 단위 중량당의 전기에너지 소모량인 와트(Watt)로 표시하는데, 철손이 낮을수록 에너지소모량이 적다. 또한, 자속밀도는 모터의 경우 힘과 관련되며, 적은 전기를 사용하고도 큰힘을 얻을 수 있다면 이것도 역시 에너지손실과 직결된다.

따라서, 에너지손실을 억제하기 위해서는 무방향성 전기강판의 철손을 낮추고 자속밀도를 높이는 것이 필요한데, 종래에는 이러한 무방향성 전기강판의 철손을 낮추고 자속밀도를 높이기 위하여 비저항원소인 Si과 Al을 다량 첨가하였다. 그 대표적인 예로 미국특허 4,4421,574에 개재된 제안에 의하면, Si과 Al를 3.5%-5.0%로 첨가하여 자성을 향상시키는 방법을 제시하고 있지만 이 방법은 열연판소둔조건 확보가 어렵고 압연성 저하에 의한 공정부하의 증가가 예상된다.

상기한 종래의 방법이외에도 본 발명자는 국내특허출원 제91-18622호 및 제91-18626호에 의한 제안에서 Al 및 자성향상이 가능한 기타합금원소를 첨가한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 대하여 제시한 바가 있었다.

그러나, 상기 종래 방법들은 가격이 비싼 Al을 합금원소로 0.15% 이상 첨가하여 미세한 석출물인 AlN을 형성함으로써 결정립 성장을 용이하게 하여 철손을 낮추고, 자속밀도를 높이는 방법이었는데, 최근에는 에너지 절감 및 경제적인 측면에서도 Al 첨가를 하지 않고 자기특성을 보다 향상시킨 무방향성 전기강판 및 그에 대한 제조방법을 필요로 하고 있다.

따라서, 본 발명은 Al을 첨가하지 않고 무방향성 전기강판의 성분계를 적절히 선정하고, 열연조건중 재가열처리를 정확히 제어함으로써 낮은 철손을 가지면서 높은 자속밀도를 동시에 갖는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데, 그목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 무방향성 전기강판에 있어서 중량%로, C:0.04% 이하, Si:4.0% 이하, Mn:0.5% 이하, P:0.1% 이하, S:0.015% 이하, N:0.008% 이하, O:0.005% 이하, Ni:0.05-1.0% 이하, Cu:0.02-0.5%, Sn과 Sb중 1종 또는 2종의 합:0.02-0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 강슬라브를 재가열하고 열간압연한 후 열연판을 열연판소둔하거나 또는 열연판소둔없이 산세하고 1회 냉간압연 또는 1회 냉간압연하고 중간소둔한 후 2회 냉간압연을 실시한 다음, 냉연판을 750-1,110℃의 온도에서 최종 소둔을 실시하는 공정을 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 상기 강슬라브는 그 조성이 상기와 같이 조성되며 ; 그리고 상기 슬라브의 재가열 온도가 1050-1250℃의 온도범위임을 특징으로 하는 철손이 낮고, 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 무방향성 전기강판은 제강작업시 전로에서 용강을 래들에 출강한 후 노외정련을 통하여 용강중의 산소를 제거하기 위하여 Al을 첨가하는데, 본 발명에서는 Al으로 완전히 탈산하지 않고, 0.005% 이상의 산소는 Al으로 탈산후 탈산제 역활을 하는 Si, Mn, P 등을 첨가하여 0.005% 이하로 탈산하는 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 본 발명에 따른 강의 성분계에 대한 수치한정 이유에 대하여 설명한다.

상기 C는 자기시효를 일으켜 철손을 증가시키는 원소이므로 0.003중량%(이하, "%"라 함) 이하가 되도록 첨가하는 것이 바람직하지만, 슬라브에서는 0.04% 이상이 되면 탈탄이 어려워지므로 0.04% 이하로 하여 냉연판소둔시 탈탄소둔하는 것이 보다 바람직하다.

상기 Si는 비저항을 증가시키며, 무방향성 전기강판의 기본 성분으로서, Si 함량에 의거 제품등급을 할 수 있다. 즉, Si 함량이 1.5% 이하로 하여 중저급재의 강으로 구분하며, 1.5% 이상을 고급강으로 구분할 수 있지만, Si은 4.0%를 초과하면 냉간압연이 어려워지므로, 4.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 비저항을 증가시키며, 용강중 탈산작용을 하는 원소로서, 과다하게 첨가되면 집합조직이 열화됨으로 최대 0.5%까지 첨가하는 것이 바람직하다.

무방향성 전기강판에서 철손과 자속밀도는 주로 결정립 크기와 자성에 유리한 (100)면의 집합조직 발달에 관계가 있는데, 상기 P는 자성에 유리한 (100)면의 집합조직을 잘 형성시키며, 용강중 탈산작용을 한다. 그러나, 과다하게 첨가되면 냉간압연성이 나빠서 판파단이 발생될 수 있으므로 0.10% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 S는 미세한 MnS로 쉽게 석출되어 결정립성장을 방해함으로 가능한 낮추는 것이 자성에 유리함으로 0.015% 이하로 하는 것이 바람직하다. 특히, 슬라브 가열시 1250℃ 이하로 낮게 가열함으로서 S가 재용해 되지 않고 성장만 함으로서 조대한 MnS로 석출시켜 결정립을 크게 성장시킬 수 있다.

상기 N는 불순물이며 침입형 원소로 작용할 수 있으므로, 결정립 성장을 촉진하기 위해서는 가능한한 0.008% 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 O는 불순물이며 O가 강중에 많으면 강의 청정도가 저하되며, 결정립을 크게 성장시키기 위해서는 0.005% 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 Sn 혹은 Sb는 1종 또는 2종의 단독 혹은 복합첨가가 가능하며, 결정립계에 편석하는 원소로서 자성에 해로운 (111)의 집합조직을 억제한다. 그러나, 0.02% 이하로 첨가되면 그 효과가 적으며, 0.2% 이상 첨가되면 열연판에 균열이 발생될 수 있으므로 0.02-0.2%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Ni는 비저항을 증가시키고 집합조직을 향상시키는 효과를 위해 첨가한다. 그러나, 0.05% 이하에서는 자성향상정도가 적으며, 1.0% 이상 첨가시에는 첨가량에 비해 그 효과가 적으므로, Ni의 첨가량은 0.05-1.0%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Cu는 내식성을 증가시키며, 자성에 유리한 집합조직을 잘 발달시키지만 과다하게 첨가시 열연판표면에 균열을 발생시킬 수 있으므로 최대 0.5%까지 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 그 첨가량이 적어도 효과가 적으므로 0.02% 이상 첨가하여 0.02-0.5%로 한정하는 것이 바람직하다. 한편, Cu는 S와 조대한 유화물을 형성하여 S의 영향을 줄일 수 있는 효과도 있다.

상기 Sn, Ni 및 Cu는 편석에 문제가 없다면 출강시점 이후, 어느공정에 투입하여도 문제가 되지 않는데 상기 원소들은 동시에 첨가함으로서 결정립을 크게 성장시키는 작용을 한다.

이하, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강슬라브를 가열로에 장입하고 가열한 후, 열간압연하여 권취하는데, 이때 슬라브 가열은 1050-1250℃의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 이는 슬라브가열온도가 1250℃ 이상이 되면 S가 재용해되어 열간압연후 미세한 MnS로 석출되어 결정립성장이 어렵게 되고, 1050℃ 이하가 되면 열간압연에 필요한 충분한 온도확보가 불가능하게 되어 바람직하지 못하기 때문이다.

상기와 같이 열간압연된 강판은 열연판소둔없이 산세하는데, 열연판을 소둔하는 경우 결정립이 크게 성장 될 수 있어서 자성은 더욱 향상될 수 있다. 이때, 열연판소둔은 700℃ 이상 1,100℃ 이하의 온도로 하는 것이 바람직하며, 시간은 길수록 자성이 유리하다. 즉, 열연판을 700℃ 이하로 소둔하면 결정립성장이 어렵고 1100℃ 이상으로 소둔하면 열연판형상이 나빠짐으로 700℃ 이상 1100℃ 이하로 소둔하는 것이 바람직하다. 또한, 열연판소둔 시간은 연속소둔시에는 10분 이하 그리고 상소둔시에는 10시간 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 소둔 혹은 소둔하지 않은 열연판은 산세후 냉간압연하고 최종소둔하는 1회 압연법으로 제조될 수 있으며, 2회 압연법으로도 제조할 수 있는데, 1차 냉간압연후 중간소둔을 실시후 2차 냉간압연하여 최종두께로 한 후 냉간압연된 강판은 최종소둔을 실시한다. 본 발명에서는 최종소둔은 750-1100℃의 온도로 하여 5분 이하로 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 소둔온도가 750℃ 이하이면 재결정이 불충분하며, 1100℃ 이상에서는 소둔판의 표면에 결함이 많이 생기기 때문이다.

또한, 냉연판을 최종 소둔하기 전에 소재의 C이 0.005% 이상인 경우에는 탈탄소둔을 실시할 수 있는데, 탈탄을 효과적으로 하기 위해서는 질소와 수소의 혼합가스에서 이슬점(Dew point)이 10℃ 이상 60℃ 이하이고, 소둔시간은 1분 이상 10분 이하 동안 실시하는 것이 바람직하다. 한편, 탈탄소둔 및 최종 소둔이 끝난후 소둔판은 절연피막코팅을 실시할 수 있으며, 수요가는 제품가공 후 필요시 700℃ 이상 900℃ 이하의 온도에서 응력제거소둔을 실시할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예1]

하기표 1과 같은 성분을 갖는 강슬라브를 하기표 2와 같은 조건으로 가열하고 열간압연한 후 권취하여 냉각시킨 다음, 냉각된 열간압연판을 표 2와 같이 소둔 혹은 소둔없이 산세하고 냉간압연하였다.

상기 냉간압연판은 900℃에서 질소가 80%, 수소가 20%인 혼합가스의 분위기에서 2분간 소둔한 다음, 소둔판을 절단하여 750℃에서 1시간 동안 응력 제거소둔한 후, 소둔된 시편에 대하여 결정립크기와 자성측정기(Epstein Appratus)를 사용하여 철손 및 자속밀도를 측정하고, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

주) -W_15/50:50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때의 철손.

-B₅₀(Tesla):5000A/m로 자화했을 때의 유도되는 자속밀도.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교재(1)는 슬라브재의 가열온도가 높은 경우로, 강종의 S가 재용해되어 미세한 MnS로 석출됨으로서 철손이 높았으며, 비교재(2)는 Sn, Ni 및 Cu가 함유된 강에서 Al이 0.15% 함유된 강을 본 발명 조건으로 제조한 경우로서, 미세한 AIN으로 석출로 결정립 성장이 되어 철손이 높게 나타났으며, 비교재(3)은 Al이 많이 함유되었으나, Sn, Ni, 및 Cu가 함유되지 않은 강을 본 발명 조건으로 제조한 경우로서, 결정립 성장이 저조하여 철손이 높게 나타남을 알 수 있었다.

한편, 발명재(1-4)는 비교재보다 철손이 낮고 자속밀도가 높은 것을 알 수 있었다.

[실시예 2]

하기 표 3과 같은 조성을 갖는 강슬라브를 가열로를 이용하여 1170℃와 1280℃의 2가지 온도에서 가열한 후, 최종 마무리온도를 910℃로 하여 두께 2mm로 열간압연한 다음, 이 열연판을 650℃에서 권취한 후 냉각하였다.

냉각된 열연강재는 1050℃의 온도에서 5분간 소둔하고, 산세한 다음, 1mm 두께로 1차 냉간압연하고, 950℃에서 3분간 중간소둔한 후, 최종 두께가 0.47mm되도록 2차 냉간압연하였다.

이후 상기냉연판을 질소 80%, 수소 20%인 혼합가스 분위기에서 4분간 이슬점 45℃에서 탈탄소둔한 후, 1030℃의 온도에서 2분간 건조한 분위기에서 최종 연속소둔한 다음, 상기 소두판을 다시 무기질 코팅후 790℃에서 1시간 열처리하고 절단하여 제조된 시편에 대하여 결정립크기 및 (100) 면강도를 측정하였으며, 또한, 자성측정기를 이용하여 철손 및 자속밀도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 이때 C의 분석결과는 0.02%이었다.

[표 3]

[표 4]

주) -W_15/50:50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때의 철손.

-B₅₀(Tesla):5000A/m로 자화했을 때의 유도되는 자속밀도.

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 발명재(5)의 경우에는 비교재(4)의 경우에 비하여, 철손이 낮고, 자속밀도가 높으며, 자성에 유리한 집합조직중의 (100) 결정면의 면강도가 높음을 알 수 있었다.

상술한 바와같이, 본 발명은 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판을 제공하므로써, 성에너지 및 전기제품의 효율화를 극대화할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 무방향성 전기강판에 있어서, 중량%로, C:0.04% 이하, Si:4.0%, Mn:0.5% 이하, P:0.1% 이하, S:0.015% 이하, N:0.008% 이하, O:0.005% 이하, Ni:0.05-0.10%, Cu:0.02-0.50%, Sn과 Sb중 1종 또는 2종의 합:0.02-0.2%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판.
2. 강 슬라브를 재가열하고 열간압연한 후, 열연판을 열연소둔하거나 또는 열연소둔없이 산세하고, 1회의 냉간압연 또는 1회 냉간압연하고 중간소둔한 후 2회 냉간압연을 실시한 다음, 냉간압연판을 750-1100℃의 온도에서 최종 냉연판 소둔을 실시하는 공정을 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 상기 강슬라브는 그 조성이 중량%로, C:0.04% 이하, Si:4.0% 이하, Mn:0.5% 이하, P:0.1% 이하, S:0.015% 이하, N:0.008% 이하, O:0.005% 이하, Ni:0.05-0.10%, Cu:0.02-0.50%, Sn과 Sb중 1종 또는 2종의 합:0.02-0.2%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되며 ; 그리고 상기 슬라브의 재가열온도가 1050-1250℃ 임을 특징으로 하는 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판의 제조방법.