KR970007034B1 - 자기이방성이 작은 고급 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

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Description

자기이방성이 작은 고급 무방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 회전기기용 철심재로 사용되는 고급무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 자기이방성이 작을 뿐만아니라 철손이 낮는 고급무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전동기, 발전기등과 같은 회전기기용 철심재는 전력손실 및 발열을 감소시키기 위하여 철손이 낮고 기기의 소형화를 위하여 자속밀도도 높아야 한다. 또한 회선기기의 특성상 자화가 여러방향으로 일어나기 때문에 이러한 철심재에는 방향에 따른 자기특성의 차이가 작을 것이 요구된다.

통상, 무방향성 전기강판의 자기특성은 압연방향과 압연직각방향과의 평균값으로 나타내지만 제조공정상 냉간압연과 연속소둔을 거치게 되므로 압연직각방향의 자기특성이 압연방향의 자기특성보다 열화되는 것이 보통이다.

특히, 이러한 압연방향과, 압연직각방향의 자성차이 즉, 자기이방성은 규소함량이 높은 고급제품일수록, 철손이 낮을수록 커지는 경향이 있어 회전정도에 따라 자화방향이 바뀌는 회전기기용 철심재에서는 자기이방성을 가능한 한 낮추는 것이 필수적이다.

그러나, 이제까지는 상기와 같은 회전기기용 철심재로 사용된 고급 무방향성 전기강판의 개발이 자기이방성은 도외시한 채 주로 철손만을 낮추는데 치중되어져 왔으나 최근 산업의 고도화, 정밀화로 인하여 비로서 자기이방성에 대해서도 눈을 돌리게 되었다.

무방향성 전기강판의 자기특성은 철심재료의 결정립크기와 집합조직의 발달정도에 따라 변한다. 무방향성 전기강판의 철손은 이력손실과 와전류손실로 구분되는데, 이력손실은 결정립크기가 클수록 감소하는 반면 와전류손실은 증가하므로 일반적으로 철손이 최소가 되는 결정립크기가 존재하게 된다. 또한 무방향성 전기강판의 자기특성은 집합조직에 의해서도 현저하게 영향을 받으며 일반적으로 (100)축이 판면에 평행한 결정립이 많을수록 뛰어나다. 이러한 (100)축을 가장 많이 포함하는 결정면은 {100}면이므로 결국 {100}면이 판면에 평행하도록 집합조직을 잘 발달시켜야 한다.

그러나 이제까지는 회전기기용 철심재로 자기이방성이 아닌 철손만을 고려하여 고급 무방향성 전기강판 제조시 Sb, Sn등과 같은 특수원소첨가, 불순물이 적은 청정강제조,2회 냉연 2회소둔 그리고 소둔 조건을 제어하는 방법을 사용하여 왔으며, 그 대표적인 예로는 일본특허공보 (소)58-56732호 및 일본 공개특허공보 (소)59-8049호가 있다.

상기 일본공고특허공보 (소)58-56732호에서는 철손을 저하시키기 위해 Sn을 첨가하였으며, 이러한 Sn첨가효과를 나타내기 위하여 열연판 소둔시 냉각속도를 늦추고 또한 최종소둔시의 가열속도를 분당 50℃ 이하로 낮추어 철손을 저하시켰다. 그러나 이 방법으로는 연속소둔되는 공장에 적용시키기에는 작업상의 제약이 있을 뿐만 아니라 비경제적인 문제점이 있다.

상기 일본공개특허공보 (소)59-8049호는 최종 소둔시 자구의 이동을 방해하여 철손을 높이는 내부산화층의 생성을 억제하기 위하여 최종소둔을 1050℃이상의 온도에서 3초-60초범위로 단시간 실시하므로서 우수한 자기특성을 얻는 방법이다.

그러나, 본 발명자는 종래와같은 철손만을 낮추어 무방향성 전기강판의 자기특성을 향상시키는 방법이 아니라 자기이방성 및 철손을 동시에 낮추므로서 회전기기용 철심재로 사용가능한 무방향성 전기강판을 제조하기 위하여 연구와 실험을 행하고 그 결과 본 발명을 제안하게 되었다.

본 발명은 규소강 스라브중 Al 함량을 높이고 최종 냉간 압연율과 최종소둔시의 승온속도를 제어하므로서 자기이방성이 작은 고급무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 고급무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 C : 0.40%이하, Si : 20-40%, Al : 0.5-2.0%, Mn : 0.1-2.0%, S : 0.010%이하, O : 0.010이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 스라브를 통상의 방법으로 열간압연하고 열연판 소둔한 후, 최종두께까지 1회 또는 중간소둔을 포함하여 2회 이상 냉간압연시 최종 냉간압연율을 60% 이상으로 하고, 30℃/초-80℃/초의 승온속도범위로 최종소둔하여 자기 이방성이 작은 고급무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 자기이방성에 영향을 미치는 여러가지 조건에 대하여 검토한 결과, 집합조직에 큰 영향을 미치는 중요한 변수가 최종두께로 냉간압연시 최종냉간압연율과 최종소둔시의 승온속도임을 발견하였다.

최종두께로 냉간압연시 최종냉간압연율이 60% 이상으로 되면 자기이방성은 작아지나 자기특성이 열화되는 현상이 발생하여 이를 해결하기 위한 여러가지 실험을 행한 결과 Al함량을 변화시킴으로써 자기특성이 열화되는 문제점을 해소할 수 있었다. 즉, Al함량이 0.5%보다 작은 경우 최종냉간압연율이 60%이상이 되면 자기이방성은 줄어들지만 자기특성이 열화되는 문제점이 있다. 그러나 Al함량이 0.5%이상이 되면 최종냉연율이 60%이상으로 되어도 자기이방성이 작을 뿐만아니라 자기특성도 우수한 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 최종냉간압연율이 60% 이상이라하여도 최종소둔시의 승온속도에 따라 자기이방성에 상당한 차이가 있었다. 즉, 승온속도가 30℃/초 미만이면 재결정되는 핵생성속도가 상대적으로 빠른 {100} 또는 {111}면이 급격하게 발달하여 자기이방성이 커질 뿐만아니라 자기특성도 우수하지 못하였으며, 또한 승온속도가 80℃/초보다 크면 자화가 어려운 (111)측을 포함하는 {211}면과 {111}면이 많이 발달하기 때문에 자기이방성이 크지는 않으나 자기특성이 크게 열화됨을 알 수 있었다.

본 발명에는 소지금속으로 C : 0.40%이하, Si : 2.0-4.0%, Al : 0.5-2.0%, Mn : 0.1-2.0%, S : 0.010%이하, O : 0.010이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 스라브를 사용하는데, 그 이유는 다음과 같다.

C는 0.040%이상 함유되어 있으면 탈탄불량이 생겨 최종제품의 자기특성을 열화키므로 0.040% 이하로 한다.

Si은 비저항증가로 인한 철손감소를 위하여 20% 이상이 요구되나 4.0% 이상이 되면 냉간압연성이 나빠지므로 2.0-4.0% 범위가 바람직하다.

Al은 Si과 같이 철손감소와 최종냉간압연을 60% 이상에서 자기특성의 열화를 방지하기 위하여 0.5% 이상 첨가하는 것이 필요하나 2.0% 이상이 되면 냉간압연성이 나빠나므로 0.5-2.0% 범위로 하는것이 바람직하다.

Mn은 0.1%이하이면 열간가공성이 나쁘고 2.0%를 넘으면 최종소둔시 표면산화층을 형성하여 자기특성을 열화시키므로 0.1-2.0% 범위로 한다.

S, O, N은 함유람이 많으면 개개물을 형성하여 자구의 이동을 방해하므로 최대 0.010% 이하로 하고, 0.007% 이하가 보다 바람직하다.

상기 규소강스라브는 열간압연하고 통상의 방법으로 850-1000℃ 온도 범위에서 열연판소둔한다.

그리고 본 발명에서는 상기와 같이 열간압연 및 열연판 소둔된 규소강 스라브를 최종두께까지 1회 또는 중간소둔을 포함하여 2회이상 냉간압연하게 되는데, 이때 최종 냉간압연율은 60% 이상으로 함이 바람직하며 그 이유는 다음과 같다.

상기 최종냉간압연율이 60%보다 작으면 {110}집합조직이 잘 발달하여 자기특성은 우수하지만 자기 이방성이 크게 증가되는 문제점이 있기 때문이다.

상기 냉간압연시 중간소둔은 850-950℃의 온도범위에서 통상의 방법으로 실시하면 된다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같은 최종 냉간압연율로 냉간압연된 규소강 스라브를 850-1100℃ 온도범위에서 10초-10분동안 최종소둔하게 되는데 이때 승온속도는 30℃/초-80℃/초범위로 함이 바람직하여 그 이유는 다음과 같다.

규소강 스라브가 60% 이상의 최종냉간압연율로 압연되어도 최종소둔시의 승온속도가 30℃/초보다 느리면 {110}면 또는 {111}면이 급격히 발달하여 자기이방성이 커짐과 동시에 자기특성도 열화될 우려가 있으며, 승온속도가 80℃/초보다 빠르면 {211}면과 {111}면이 많이 발달하므로 자기이방성이 크지는 않지만 자기특성이 크게 열화될 우려가 있기 때문이다.

이와같은 최종소둔시의 소둔분위기는 일반적으로 사용되는 분위기로시 소강탄소가 0.01%를 넘으면 습윤분위기를, 소강탄소가 0.01%이하이면 비산화성 건조분위기를 사용하면 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예 1)

중량 %로, C : 0.0032%, Si : 2.82%, Mn : 0.35%, S : 0.0038%, N : 0.0020%, O : 0.0033% 그리고 Al을 0.32%, 077%, 105%, 2.16% 함유하여, 나미지 Fe로 이루어지는 규소강 스라브를 1200℃에서 재가열하여 두께 1.8mm로 열간압연하고 950℃에서 5분간 소둔후 산세하여 스케일을 제거하였다. 이 강판을 900℃에서 3분간의 중간소둔을 포함하여 하기표 1처림 최종냉간압연율이 변화되도록 최종두께 0.50mm로 1회 또는 2회 냉간압연하였다. 이때 승온속도는 본 발명의 조건을 만족하는 35℃/초로 하였고, 980℃에서 2분간 최종소둔 한 후 자기이방성과 자기특성을 측정하여 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.

[표 1]

** W_15/5o(w/kg) : 자속밀도 1.5T, 주파수 50Hz에서의 철손 값.

B₅₀(Tesla) : 자장의 세기가 5000A/m 일때의 자속밀도 값.

W_l5/50,_c/W_l5/50,_R: 압연방향의 철손에 대한 압연직각방향의 철손비를 나타내며, 이 값은 1에 가까울수록 자기이방성이 작음. 여기서 아래첨자 R은 압연방향, C는 압연직각방향을 가리킴.

B₅₀,_c/B₅₀,_R: 압연방향의 자속밀도에 대한 압연직각방향의 자속밀도비를 나타내며, 이 값은 l에 가까울수록 자기이방성이 작음.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, Al함량과 최종냉간압연율이 모두 본 발명의 범위를 벗어난 비교재(1)과 Al함량은 본 발명의 범위이나 최종냉간압연율이 본 발명의 범위보다 낮은 비교재(3)은 발명재(1)에 비하여 자기특성은 비슷하나 자기이방성이 매우 컸다. 또한, 최종냉간압연율은 본 발명의 범위에 속하나 Al 함량이 본 발명의 범위보다 작은 비교재(2)는 자기이방성이 매우 크지는 않지만, 자기특성이 크게 열화되는 문제점이 있었다. 그러나, 발명재(1), 발명재(2)는 비교재(1-3)에 비하여 자기특성이 우수할 뿐만 아니라 자기이방성도 작음을 알 수 있고, Al함량이 2.16%로 높은 비교재(4)는 냉간압연시 판파단이 발생하여 냉간압연판의 제조가 불가능하였다.

(실시예 2)

중량 %로 C : 0.0016%, Si : 3.11%, Al : 0.72%, Mn : 0.31%, S : 0.0022%, N : 0.0018%, O : 0.0028% 나머지 Fe로 이루어지는 규소강 스라브의 재가열온도를 1150℃로 하여 재가열시킨 후, 두께 2.0mm로 열간압연하고, 980℃에서 2분간 소둔후 산세하여 스케일을 제거하였다. 최종냉간압연율이 하기 표 2와 같이 변화되도록 900℃에서 3분간의 중간소둔을 포함하여 최종두께 0.50mm로 1회 또는 2회 냉간압연하여 40℃/초의 승온속도로 1030℃에서 2분간 최종소둔하였다. 이때의 자기이방성과 자기특성을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

** W_l5/50(w/kg) : 자속밀도 1.5T, 주파수 50Hz에서의 철손 값.

B₅₀(Tesla) : 자장의 세기가 5000A/m일때의 자속밀도 값.

W_15/50,_c/B₅₀,_{R :}압연방향의 철손에 대한 압연직각방향의 철손비를 나타내며, 이 값은 1에 가까울수록 자기이방성이 작음. 여기서 아래첨자 R은 압연방향, C는 압연직각방향을 가리킴.

B₅₀,_c/B₅₀,_R: 압연방향의 자속밀도에 대한 압연직각방향의 자속밀도비를 나타내며, 이 값은 1에 가까울수록 자기이방성이 작음.

상기 표 2에 나타난 바와같이, 본원발명의 Al함량과 최종소둔시 승온속도 조건을 만족하는 실재인 비교재(5-7)와 발명재(3-4)에 있어서, 최종냉간압연율이 60% 미만인 비교재(5), 비교재(6), 비교재(7)은 최종냉간압연율이 60% 이상인 발명재(3)과 발명재(4)에 비하여 자기이방성이 훨씬 높다는 사실을 알 수 있다.

(실시예 3)

중량 %로, C : 0.0032%, Si : 3.09%, Al : 0.75%, Mn : 0.45%, S : 0.0022%,N : 0.0023%, O : 0.0025% 나머지 Fe로 이루어지는 규소강 스라브의 재가열온도를 1150℃로 하여 재가열하여 두께 2.0mm로 열간압연하고, 980℃에서 2분간 소둔후 산세하여 스케일을 제거하였다. 이 강판을 두께 0.50mm까지 냉간압연하고 하기 표 3의 조건으로 승온속도를 달리하여 950℃에서 3분간 최종소둔한 후, 자기이방성과 자기특성을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 2]

** W_l5/50(w/kg) : 자속밀도 1.5T, 주파수 50Hz에서의 철손 값.

B₅₀(Tesla) : 자장의 세기가 5000A/m일때의 자속밀도 값.

W_{15/50 c}/W_l5/50,_{R :}압연방향의 철손에 대한 압연직각방향의 철손비를 나타내며, 이 값은 1에 가까울수록 자기이방성이 작음. 여기서 아래첨자 R은 압연방향, C는 압연직각방향을 가리킴.

B₅₀,_c/B₅₀,_{R :}압연방향의 자속밀도에 대한 압연직각방향의 자속밀도비롤 나타내며, 이 값은 1에 가까울수록 자기이방성이 작음.

상기 표 3에서 알 수 있듯이 본원발명의 Al함량과 최종냉간압연율의 조건을 만족하는 실시재인 비교재(8-10)와 발명재(5-6)에 있어서 최종소둔시의 승온속도가 30℃/초보다 느린 비교재(8)와 비교재(9)는 최종소둔시 승온속도가 30-80℃/초인 발명재(5)과 발명재(6)에 비하여 자기이방성이 클 뿐만아니라 자기 특성도 열화되는 결점이 있는 반면 승온속도가 85℃/초인 비교재(10)은 자기이방성은 작으나 자기특성이 열화되는 문제점이 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 Al 함량을 높이고, 냉간압연시 최종냉간압연율 및 최종소둔시의 승온속도를 제어하여 자기이방성이 작을 뿐만 아니라 철손이 낮은 고급 무방향성 전기장판을 제공함으로서, 회전기기의 정밀도를 높임과 동시에 효율도 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 고급무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 C : 0.40%이하, Si : 2.0-4.0%, Al : 0.5-2.0%, Mn : 0.1-2.0%, S : 0.010%이하, O : 0.010이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 스라브를 통상의 방법으로 열간압연하고 열연판 소둔한 후, 최종두께까지 1회 또는 중간소둔을 포함하여 2회 이상 냉간압연시 최종 냉간압연율을 60% 이상으로 하고, 30℃/초-80℃/초의 승온속도범위로 850-1100℃ 온도범위에서 10초-10분동안 최종소둔하는 것을 특징으로 하는 자기 이방성이 작은 고급무방향성 전기강판의 제조방법.

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