KR960003901B1 - 자기적 특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

자기적 특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

자기적 특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법
제 1 도는 용존(Acid-solbule) Al량에 따른 자속밀도 B10의 변화를 나타내는 그래프.
제 2 도는 Mn량에 다른 자속밀도 B10의 변화를 나타내는 그래프.
제 3 도는 S량에 다른 자속밀도 B10의 변화를 나타내는 그래프.
제 4 도는 Cu량에 다른 자속밀도 B10의 변화를 나타내는 그래프.
제 5 도는 Cr 무첨가량 및 0.13% 첨가강의 스라브 가열온도 변화에 따른 자속밀도 B10및 철손 W17/50의 변화를 나타내는 그래프.
본 발명은 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자기기둥의 철심재료로 사용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 저온 스라브 가열방식에 의해 자기적 특성이 우수한 재래식 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판이란 결정립의 방위가 (110)[001]방향으로 정열된 집합조직을 가지고 있으며 이 강판은 냉간압연방향으로 극히 우수한 자기적 특성을 가지며 이 특성을 이용하여 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자기기둥의 철심재료로 사용되고 있다. 상기 (110)[001]집합조직은 2차 재결정 현상을 이용하여 얻어지는데 2차 재결정은 보통의 재결정에 의해 생긴 미세한 결정립중에서 특정방위의 핵 즉 (100)[001]의 방위를 가지는 핵이 강판 전체로 이상성장한 것으로 이런 특정방위의 2차 재결정립의 원활한 성장을 위해서는 1차 재결정립의 성장을 억제하는 것이 필요하며 이를 위하여 MnS, AlN, BN등의 석출물이 주로 이용된다.
한편, 방향성 전기강판은 자기적 특성상 크게 두가지로 나눌 수 있다. 즉, 자속밀도 B10기준 1.80-1.86 테스라(Tesla) 수준의 특성을 갖는 재래식 방향성 전기강판과 자속밀도 B10값이 1.89테스라 이상의 보다 고효율의 특성을 갖는 고자속밀도 방향성 전기강판으로 나누며 초기 입성상 억제제를 근간으로 한 성분조성과 제조방법등에서 다소 차이가 있다. 재래식 방향성 전기강판의 제조공정은 일반적으로 2-4%의 규소와 적정 입성장 억제제로 대부분 MnS나 MnSe를 함유하는 것을 특징으로 용해하여 스라브를 만든 후 (스라브 가열 및 열간압연)→(예비소둔)→(1차 냉간압연)→(중간소둔)→(2차 냉간압연)→(탈탄소둔)→(소둔분리제 도포)→(최종 고온소둔)→(장력코팅처리) 등의 복잡한 공정을 거쳐서 제품으로 완성된다.
방향성 전기강판의 복잡한 제조공정중 가장 제조상의 난문제를 안고 있는 공정이 고온에서 행하는 스라브 가열공정이다. 이 스라브 가열공정은 입성장 억제제로 사용되는 MnS나 AiN 등의 석출물들을 완전히 고용시킨 후 미세하게 석출시켜야만 하며, 이를 위해서는 1400℃ 정도의 고온에서 5시간 가량의 가열이 불가피하게 된다. 이때 슬라브 표면에서는 공기와의 산화반응으로 Si 및 Fe 성분의 산화물이 복합된 파이어라이트라는 산화물로 되며 이 산화물은 융점이 1300℃ 정도로 낮아 표면에서부터 녹아 내리게 된다. 이때 녹아 내리는 쇳물은 바깥으로 뽑아버리지만 일부는 로상부의 내화물등에 충적되어 작업종료와 동시 완전 내부수리가 불가피하게 되어 연속작업을 특징으로 하는 제철소에서는 작업성불량, 생산성 감소, 원가상승등의 엄청난 경제적 부담을 안고 있다. 따라서 어떠한 가능한 방법을 동원하여서도 스라브가 녹지않는 온도인 1300℃ 이하 즉 제철소 주력제품인 일반강의 스라브 가열조건인 1250-1280℃ 부근에서 작업이 가능하다면 타 제품과의 작업 간섭도 없어지는등 엄청난 기대 이익이 가능하다.
따라서, 스라브 가열온도의 하향화 시도는 선진 제조사를 중심을 총력적인 관심속에 진행되고 있으며 여러가지 방법이 제안되고 있는 중이다. 이들의 제안은 스라브 가열온도를 스라브가 녹지 않는 최고온도(약 1300℃) 이하에서 기본적인 자기적 특성을 확보하는 것으로 이는 기본 성분계의 조정 및 저온 스라브 가열로서도 (110)[001]방위의 2차 재결정을 형성시킬 수 있는 적정 입성장 억제제의 선정의 중심이 되어 시도되고 있으며, 이 성분조정에 부가하여 제조공정중의 석출물 관리기법등이 제안되고 있다. 이러한 기술들은 일본에서 주로 검토되고 있으며, 그 예로써는 국내에도 공개한 대한민국특허 공개번호 89-8334, 89-13200, 92-702728, 92-999, 92-14941 및 공고번호 89-882호등을 들 수 있다. 이들 방법들은 모두 자속밀도값을 B10기준으로 1.89테스라 이상급의 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 것으로써, 실제적인 목표 스라브 가열온도는 1200℃ 이하로 보통 1150℃에서 처리하고, 높은 자속밀도값을 확보하기 위해서 입성장 억제제인 N성분을 보충하기 위해서 탈탄소둔 공정후 소재내에 질소를 함침시키는 침질화 공정이 추가되고 있다. 따라서 이들 방법들은 제철소 일반강의 스라브 가열온도인 1250-1280℃보다 오히려 낮은 온도로 관리함에 따라 상호 작업간섭이 있게되며, 침질 반응을 위한 추가설비의 설치가 불가피하여 원가부담이 되고, 특히 스라브 가열온도가 낮은 상태에서도 1회 감압연법으로 처리함에 따라 강한 입성장 억제력을 확보하기가 힘들어 최종 제품에서 처리 로트별 자성변차가 심하게 나타나 실수율 저하가 불가피한 문제점이 있다.
이에, 본 발명자는 상기한 종래방법들의 제반 문제점에 대하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 재래식 방향성 전기강판을 제철소 일반강의 슬라브 가열온도인 1250-1280℃에서 처리하도록 하고, 기존 공정에서 설비신설이나 보완이 없이도 대체 작업이 가능하고, 다소 부족한 억제력을 안정적으로 확보하기 위해 중간소둔 공정이 포함된 2회 냉간압연법에 의해 최종 두께로 조정함으로서 안정적인 자기적 특성을 얻을 수 있는 자기특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조하고자하는 데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 저온 스라브 가열방식에 의해 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량 %로, C : 0.040-0.065%, Si : 2.9-3.3%, Mn : 0.05-0.10%, S : 0.005-0.015%, 용존 Al : 0.007-0.014%, N : 0.0070-0.012%, P : 0.015% 이하, Cu : 0.08-0.15%, Cr : 0.10-0.20%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1250-1300℃의 온도구간에서 4시간 이상 가열한 후 열간압연, 및 예비소둔을 행하고, 1차 냉간압연을 통해 냉연판의 두께를 0.6-0.85mm로 한 후, 이 냉연판을 중간소둔하고, 2회 냉간압연에 의해 최종 두께로 조정한 다음, 습윤분위기에서 탈탄소둔 및 MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포한 후 최종 마무리 고운소둔을 행하여 자기적 특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
전기강판제조의 중심사상은 적저안 억제제의 관리라고 말할 수 있으며 본 발명의 억제제로는 A1IN이 추가되고 Cu2S 및 일부의 MnS가 보조하는 것으로 가능한한 MnS의 석출물 형성을 억제하는 방법이다. 통상의 MnS는 보다 고온에서 석출하므로 본 저온스라브 가열 대상재의 억제제로는 적합치 않다. 이때 AIN의 관리는 강력한 억제력을 필수적으로 요구하는 기존 고자속밀도 방향성 전기강판의 용존 Al의 관리량인 0.023-0.028% 및 압하율 85-90%의 1회 강압하 대신 용존 A1량 0.007-0.014% 수준으로 낮고, 2회 압연법을 행함으로서 자속밀도가 다소 낮더라도 안정적인 특성을 갖고 있는 일반 방향성 전기강판 생산이 가능하게 된다.
이러한 강압연에 대체되는 2회 압연법으로는 주로 실조업라인에서의 생산성을 고려하여 결정되어지는데, 예를들면 1차 냉간압연을 약 0.6mm 미만으로 심하게 하면 코일길이가 너무 길어져 후속되는 연속소둔공정의 시간이 길어지며, 약 0.85mm 이상으로 하게되면 2차 냉간압연시 압연기에 부하가 많이 걸리므로 바람직하지 않다.
이때 억제력을 보충하기 위해서 S를 통상의 고로법을 통한 전기강판 제조법으로 달성하기 용이한 범위인 0.005-0.015% 정도 첨가하며, 보다 저온에서 고용되어 석출물 형성이 가능한 Cu를 첨가하여 Cu2S의 석출물을 형성시킴으로서 MnS로의 불완전한 석출물 형성을 줄일 수 있다. 여기에 부가하여 Cr 첨가는 1차 재결정립은 균일하고 미세화시키는 역할을 하며 특히 스라브 가열시의 최고온도 범위를 무첨가시에 비해 50℃정도 상향시켜서도 우수한 자성특성을 확보할 수 있어 타 철강제품과의 스라브 가열온도의 차이에 관련된 작업 간섭사항을 없애는 역할을 하여 본 발명의 목적을 가능하게 한다.
이하, 본 발명강의 성분범위의 한정 이유에 대해 설명한다.
상기 C는 적정한 열간압연조직을 형성하게 하고, 냉간압연시 높은 가공에너지를 부여하기 때문에 최소 0.04% 이상이 필요하지만, 0.065% 이상의 과잉 함유시 탈탄소둔이 어려워져 비경제적이고 잔류탄소량이 높으면 자성의 열화가 심해지므로 상기 C의 함량은 0.04-0.065%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Si은 전기강판의 기본성분으로 소재의 비저항치를 증가시켜 자기적 특성중 철심손실 즉 철손을 낮추는 역할을 하는 성분으로써, 그 함량이 2.9% 이하인 경우에는 철손 특성이 나빠지고 3.3% 이상인 경우에는 과잉 함유시 강이 취약해져 냉간압연성이 극히 나빠지고 2차 재결정 형성이 불안정해져 길이방향의 2차 재결정 불완전형성부인 스트리크라고 부르는 결함발생의 요인이 되므로 상기 Si의 함량은 2.9-3.3%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Mn은 열간압연시 크랙방지의 역할을 하고, 1차 재결정 조직을 균일하게 형성시켜 2차 재결정형상에 도움을 주는 성분으로써, 그 함량이 0.05% 이하인 경우에는 첨가 효과가 나타나지 않고, 0.1% 이상인 경우에는 열연에서의 저온스라브 가열작업시 고용이 불가능하고, 조대 MnS 형성으로 인하여 2차 재결정발달이 어려워지고 이에 따라 미세립 발생이 증가하여 자성의 급격한 열화현상이 나타나므로, 상기 Mn의 함량은 0.05-0.10%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 S는 Cu2S나 MnS 등의 석출물을 형성하여 2차 재결정 형성의 보조 역할을 하게 되는데, 0.015% 이상이 함유되면 과잉의 입성장 억제력을 확보하게 되어 2차 재결정형성이 불안정해지고 저온에서의 스라브 가열에 따른 완전 고용이 불가능하여 최종 제품의 길이방향의 특성편차가 심하게 나타나므로 상기 S의 함량은 0.015% 이하로 제한하는 것이 바람직하며, 0.005% 미만의 경우는 필요한 최소량의 Cu2S등 석출물을 얻을 수 없게 되므로 좋지 않다.
상기 A1 성분은 N과 함께 AIN의 석출물을 형성하여 입성장 억제력을 확보하는 중심원소이며, 총량적인 Al 관리가 아닌 용존상태의 A1량이 주용하며, 그 함량이 0.007% 이하인 경우에는 제품에서 필요한 충분한 억제력을 갖지 못하기 때문에 자속밀도가 낮고 철손이 높아지며, 0.014% 이상에서는 억제력이 너무 강해 2차 재결정 형성 자체를 어렵게하여 자기적 특성이 급격히 열화되므로 상기 Al의 함량은 용존 Al량으로 0.007-0.014%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 N은 용존 Al과 반응 석출물을 만들어 2차 재결정형성에 있어서 필수적인 성분이며, 0.007% 이하에서는 석출물량이 부족하고, 0.012% 이상 첨가시에는 강판표면에 브리스터라는 결합이 생겨 제품의 가치를 떨어뜨리므로 상기 N의 함량은 0.007-0.012%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 P는 강을 취약하게 만드는 성질을 가지고 있어서 혼입량이 적을수록 유리하나 공장에서의 하한 관리범위가 0.015%까지로 그 이상 혼입시 냉간압연성이 어려워지므로 가능한 한 혼입량을 억제하는 것이 바람직하다.
상기 Cu는 S와 결합항 Cu2S를 형성함으로서 비교적 저온에서 잘 고용되는 특성을 가지며, MnS 대신 2차 재결정 형성의 보조 역할을 하므로 0.08% 이상이 첨가되어야 하며, 0.15% 이상 첨가시 탈탄소둔시 형성되는 산화물이 절연피막 형성에 악영향을 줄 수 있으므로 상기 Cu의 함량은 0.08-0.15%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Cr의 1차 재결정립을 미세화시켜서 석출물 분산효과가 크기 때문에 스라브 가열온도를 보다 높일수 있으므로 기본적으로 0.1% 이상 첨가가 필요하고, 0.2% 이상 첨가시 소재중의 C성분과 결합함으로서 이후 탈탄성을 나쁘게 하므로 상기 Cr의 함량은 0.10-0.20%로 제한하는 것이 바람직하다.
이상의 성분계는 방향성 전기강판 제조시 가장 큰 난문제인 스라브 가열온도를 하향화시키는 필수조건으로 이 성분제를 사용하여 스라브 가열온도를 통상 일반강의 스라브 가열온도인 1250℃에서 작업을 행하여도 우수한 자기적 특성의 확보가 가능하게 되어 경제적인 효과가 매우 크며, 이때 스라브 가열온도가 1300℃를 넘으면 전기장판 스라브가 용융하기 시작하는 온도이므로 본 발명에서는 스라브 가열온도를 제철소에서 가장 경제적이고 용이한 스라브 가열온도인 1250℃에서 1300까지로 제한하는 것이 바람직하다.
실조업에서 제조되는 스라브는 그 두께가 통상 200-400mm로서 매우 두껍기 때문에 가열로에 장입된 후 내외부간의 온도가 균일하도록 하기 위해서는 적어도 4시간의 열처리를 함이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 열간압연, 예비소둔, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔등은 통상적인 방법으로 행하면 된다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
중량%로, C : 0.053%, Si : 3.13%, Mn : 0.073%, S : 0.006%, N : 0.0098%, P : 0.014%, Cu : 0.12%, Cr : 0.14%를 기본성분계로 하고 용존 A1량을 0.005, 0.007, 0.011, 0.014, 0.017%로 변화시켜 200mm 두께의 스라브를 제조하였다. 이것을 1275℃에서 4시간 스라브 가열 후 열간압연을 하여 2.3mm 두께의 열연판을 만들었다. 그 다음 1075℃에서 예소둔을 행하고 1차 냉간압연하여 0.75mm 두께로 조정후, 940℃에서 중간소둔을 거쳐 0.30mm 두께로 최종 냉간압연을 행하였다.
830℃의 습윤분위기에서 탈탄소둔, MgO 도포 및 1200℃에서 20시간 최종 고온소둔을 행하여 방향성 전기강판 시편을 제조한 다음, 자기적 특성중 자속밀도값 B10을 측정하고, 그 결과를 제 1 도에 나타내었다.
제 1 도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조건인 용존 Al량 0.007-0.014%까지는 자속밀도값이 1.80테스라 이상을 나타내서 자기특성이 우수함을 알수 있으며, 0.005% 및 0.017%의 경우 본 발명의 범위를 벗어나 자속밀도값이 열등함을 알 수 있다.
[실시예 2]
중량%로, C : 0.057%, Si : 3.08%, S : 0.008%, 용존 Al : 0.012%, N : 0.0110%, P : 0.015%, Cu : 0.13%, Cr : 0.12%를 기본 성분계로 하고 여기에 Mn량을 0.03, 0.05, 0.08, 0.10, 0.15%로 변화시켜 용해한 후 200mm 두께의 스라브를 제조하였다. 이것을 1270℃에서 스라브 가열후 열간압연을 하여 2.3mm 두께의 열연판을 만들었다. 이후 실시예-1과 동일한 조건으로 예비소둔, 냉간압연, 탈탄소둔 및 최종 고온소둔을 행하여 방향성 전기강판 시편을 제조한 다음, 자속밀도를 측정하고, 그 결과를 제 2 도에 나타내었다. 제 2 도에 나타난 바와 같이, Mn량이 0.05-0.10%의 범위에 드는 경우는 자속밀도값이 1.80테스라 이상을 나타내서 자성특성이 우수함을 알수 있다.
[실시예 3]
중량%로, C : 0.048%, Si : 3.19%, Mn : 0.08%, 용존 A1 : 0.011%, N : 0.0105%, P : 0.013%, Cu : 0.11%, Cr : 0.13%를 기본성분계로 하고 여기에 S량을 0.005, 0.007, 0.010, 0.015, 0.020%로 변화시켜 200mm 두께의 스라브를 제조한 다음 이후 실시예-1과 동일한 조건으로 예비소둔, 냉간압연, 탈탄소둔 및 최종 고온소둔을 행하여 방향성 전기강판 시편을 제조한 다음 자속밀도를 측정하고 그 결과를 제 3 도에 나타내었다. 제 3 도에 나타난 바와같이, S량이 0.005%부터 0.015%까지는 자속밀도값이 1.80테스라 이상 나타내고 있으나 그 이상 첨가시 자속밀도가 급격히 악화됨을 알 수 있다.
[실시예 4]
중량%로, C : 0.057%, Si : 3.08%, Mn : 0.07%, S : 0.008%, 용존 Al : 0.012%, N : 0.0110%, P : 0.015, Cr : 0.12%를 기본성분계로 하고 여기에 Cu량을 0.05, 0.08, 0.12, 0.15, 0.20%로 변화시켜 200mm두께의 스라브를 제조한 후 실시예-1과 동일한 조건으로 예비소둔, 냉간압연, 탈탄소둔 및 최종 고온소둔을 행하여 방향성 전기강판 시편을 제조한 다음, 자속밀도를 측정하고, 그 결과를 제 4 도에 나타내었다.
제 4 도에 나타난 바와같이, Cu량이 0.08-0.15%에서는 1.83테스라 이상의 자속밀도값을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
[실시예 5]
중량%로, C : 0.051%, Si : 3.13%, Mn : 0.08%, S : 0.006%, 용존 Al : 0.011%, N : 0.0105%, P : 0.014%, Cu : 0.115%를 기본성분계로 하고 Cr 무첨가(비교강) 및 Cr : 0.13% 첨가(발명강)의 두가지 조성으로 변화시키고, 이 제조스라브를 가열온도를 1200, 1225, 1250, 1275, 1300, 1325℃로 변화시킨 후 열가압연을 행하고, 이후 실시예-1과 동일조건으로 예비소둔에서부터 최종 고온소둔까지를 행한 뒤 자속밀도값 B10및 철손값 W17/50을 측정하고, 그 결과를 제 5 도에 나타내었다.
제 5 도에 나타난 바와같이, Cr이 무첨가된 비교강의 경우 최고의 자속밀도값 및 최저의 철손값은 1225℃ 근방으로 적정온도가 다소 낮고 특성을 확보할 수 있는 온도구간도 좁은 반면, Cr이 0.13% 첨가된 발명강의 경우 최고의 자속밀도값 및 최저의 철손값은 1250-1300℃ 정도로 비교강보다 높은 온도이고, 특성확보 온도구간도 비교강에 비해 다소 넓어졌으며, 또한, 최고 특성부근의 자속밀도는 비교강의 경우 1.83테스라로 발명강의 경우인 1.81테스라 보다 다소 높고, 철손값은 비교강의 1.28W/Kg에서 발명강의 1.24W/Kg으로 다소 낮아졌음을 알 수 있다. 따라서 Cr 첨가강의 자성특성이 무첨가강에 비해 우수하며, 적정 스라브 가열온도 구간이 통상의 일반강과 유사한 온도구간이라 작업간섭이 없음을 예상할 수 있다.

Claims (1)

  1. 저온 스라브 가열방식에 의해 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, C : 0.040-0.065%, Si : 2.9-3.3%, Mn : 0.05-0.10%, S : 0.005-0.015%, 용존 Al : 0.007-0.014%, N : 0.007-0.012%, P : 0.015% 이하, Cu : 0.08-0.15%, Cr : 0.10-0.20%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 스라브를 1250-1300℃의 온도구간에서 4시간이상 가열한 후 열간압연을 행하고, 통상의 방법으로 예비소둔 행한 다음, 1차 냉간압연한 0.6-0.85mm의 냉연판을 중간소둔한 후 2차 냉간압연에 의해 최종 두께로 조정하고, 습윤분위기에서 탈탄소둔 및 소둔분리제를 도포한 후 최종 마무리 고온소둔처리를 행하는 것을 특징으로 하는 자기적 특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법.
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