KR100340548B1 - 자성이우수한무방향성전기강판의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 무방향성 전기강판을 제조함에 있어, 강의 성분을 적정하게 선택하고 열연판의 소둔을 생략하는 공정으로 행하며, 소둔생략을 위하여 C의 함량을 가능한 낮추고, 저온에서 열가압연하고 열연판을 권취한후, 열연판소둔을 생략하고, 냉연판소둔시 탈탄소둔을 생략하고, 소둔조건을 제어하으로서, 철손이 낮고 투자율이 높은 무방향성 전기강판을 얻을 수 있는 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량 %로 C:0.008%이하, Si:3.0%이하, Mn:1.5%이하, P:0.1%이하, S:0.02%이하, Al:0.7%이하, N:0.007%이하, Sn:0.03- 0.3%, Cr:0.03%-0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 재가열한후 800-950℃에서 열간압연을 종료하고 750℃이하에서 권취냉각하고, 산세한 다음, 냉간압연하고, 냉연판소둔시 600℃에서 소둔온도까지 2℃/초 이상의 가열속도로 가열한 후 800-1050℃의 온도에서 30초-5분 동안 수소가 5-50%이고 나머지가 질소인 혼합분위기에서 균열소둔하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법{A method for manufacturing non-oriented silicon steel sheet having superior magnetic property}
본 발명은 모터, 변압기 및 자기차폐재의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 철손 및 투자율 등의 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
각종 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 자기적 특성중 철손이 낮고, 자속밀도가 높으며, 또한 자화의 용이한 정도를 나타내는 투자율이 높아야 한다. 철손과 투자율은 주어지는 일정한 자속밀도에서 측정된다는 점에서 통상은 철손과 투자율로서 자기적 특성이 평가되고 있다. 철손은 철심 kg당 전기적 손실(watt)로 나타내며, 투자율은 상대적 비교치이며 단위는 없다. 이러한 자기적 특성은 전기강판의 재료특성에 의하여 결정되며, 최종제품에서 자화가 용이한 결정면인 (200)면과 (110)면을 판면에 나란하게 발달시키는 것이다.
종래의 무방향성 전기강판에 대한 기술로서 미국특허 4,204,890에 의하면 Sb를 첨가하고 열연판을 소둔하는 방법을 제공하고 있다. 그러나, Sb는 인체에 해로운 원소로 알려져 있으며, 또한 열연판을 고온에서 연속 혹은 상소둔함으로서 원가가 증가하는 단점이 있다. 또한 일본 특허공고공보 소 59-15966에서는 냉연판을 소둔시 2단계로 나누어 소둔하는 방법을 제공하지만 소둔시간이 길어지거나 기존의 가열로를 그대로 사용하기가 어려운 단점이 있다.
상기 단점들을 해결하기 위한 본 발명은 무방향성 전기강판을 제조함에 있어, 강의 성분을 적정하게 선택하고 열연판의 소둔을 생략하는 공정으로 행하며, 이를 위하여 C의 함량를 가능한 낮추고, 저온에서 열간압연하고 열연판을 권취한후, 열연판소둔을 생략하고, 냉연판소둔시 탈탄소둔을 생략하고, 소둔조건을 제어함으로서, 철손이 낮고 투자율이 높은 무방향성 전기강판을 얻을 수 있는 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명자들은 다음과 같은 이론 및 연구결과에 바탕을 두어 본 발명을 제안하게 되었다. 즉, 슬라브에서의 C을 0.008%이하로 함으로서 별도의 탈탄소둔을 불필요하게 되며, 따라서 탈탄 소둔시 판표면의 직하에서 Al2O3, SiO2등의 표층하 산화물이 발생되지 않음으로서 자구(magnetic domain)의 이동이 용이함에 따라 자기적 특성의 향상이 가능해진다. 그리고 냉연판소둔시 가열속도를 2℃/초 이상으로 실시함으로서 전체 노내에서 잔류하는 시간이 짧아짐으로서 표층하산화물이 억제되며, 자성에 유리한 집합조직이 형성되기 쉽다. 또한 열간압연시 저온 마무리압연 및 저온 권취하므로서 열연판내에 잔류응력을 많이 축적시킴으로서 냉연판소둔시 가열속도를 빠르게 하는 효과를 얻을 수 있다. 그리고 재결정시 가열속도를 빠르게 함으로서 자기적 특성에 유리한 집합조직인 (200)면과 (100)면의 핵생성이 많이 일어나 성장됨으로서 자성이 향상될 수 있다.
상기한 바와같은 관점으로 부터 출발한 본 발명은 중량 %로 C:0.008%이하, Si:3.0%이하, Mn:1.5%이하, P:0.1%이하, S:0.02%이하, Al:0.7%이하, N:0.007%이하, Sn:0.03- 0.3%, Cr:0.03%-0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 재가열한후 800-950℃에서 열간압연을 종료하고 750℃이하에서 권취냉각하고, 산세한 다음, 냉간압연하고, 냉연판소둔시 600℃에서 소둔온도까지 2℃/초 이상의 가열속도로 가열한 후 800-1050℃의 온도에서 30초-5분 동안 수소가 5-50%이고 나머지가 질소인 혼합분위기에서 균열소둔하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
다음에서, 본 발명 강성분의 수지한정이유를 설명한다
상기 C은 무방향성 전기강판에서는 불순물로서 전기기기의 철심으로 사용할 때 자기적 특성을 저하시키므로 슬라브에서는 0.008%이하로 하고 최종제품에서는 0.003%이하가 되게 한다. 슬라브에서 0.008%이하로 하면 제조공정중 상당량의 C이 탈탄되어지며, 불가피하게 0.003%이하로 탈탄소둔이 되지 않은 제품은 수요가의 응력제거열처리공정에서 잔류 C을 제거할 수 있다.
상기 Si은 비저항을 증가시키는 원소이며, 페라이트 영역을 넓히는 페라이트 확장원소이다. 그러나 재질을 경화시켜 냉간압연성을 저함으로 3.0%이하로 첨가한다. 상기 Mn은 집합조직을 향상시켜서 철손을 향상시키는 원소이지만, 그 첨가량이 1.5%를 초과하면 냉간압연성이 떨어지는 문제가 있기 때문에 본 발명에서는 1.5%이하로 함유되도록 한다.
상기 P는 불순물이며, 냉간압연성을 저하시킴으로 0.1%이하로 제한한다.
상기 S는 불순물이며, 미세한 석출물인 MnS를 형성함으로 가능한한 낮은 것이 유리하며, 본 발명에서는 0.02%이하로 함유되도록 한다.
상기 Al은 비저항을 증가시키는 원소이며, N와 결합하여 조대한 석출물을 만들어서 N가 AlN 등의 미세한 석출물로 석출되는 것을 막아준다. 본 발명에서는 0.7%이하로 첨가하며, 그 이상 첨가하면 첨가량에 비해 자성의 향상정도가 작다. 따라서 본 발명에서는 Al을 0.7%이하로 한다.
상기 N는 불순물로서 가능한한 낮은 것이 유리하며, 본 발명에서는 0.007%이하로 한다.
상기 Sn은 결정립계편석원소이며, 자성에 유리한 집합조직인 (200)면과 (110)면의 형성을 촉진한다. 0.03%미만으로 하면 그 효과가 적고, 0.3%를 초과하면 표면의 형상이 나빠짐으로서 본 발명에서는 0.03-0.3%로 한정한다.
상기 Cr은 페라이트 형성을 촉진하는 원소이며, 고용 N를 저감함으로 자성에 유리한 집합 조직을 발달시킨다. 또한, Cr은 수요가열처리시에 다른 불순물원소와 함께 조대한 석출물을 형성한다. 적어도 0.05이상을 첨가하여야 효과가 있으며, 0.7%를 초과하면 집합조직이 오히려 나빠지기 때문에 0.05-0.7%로 한정한다.
다음에서, 상기와 같이 조성되는 성분의 강슬라브를 이용하여 자성에 우수한 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 설명한다.
본 발명에서는 상기와 같은 조성이 되도록 제강공정에서 적정의 성분을 갖는 강으로 제조한후, 주조하여 된 슬라브를 이용한다. 상기 슬라브는 재가열로에 장입하여 통상 1300℃이하의 온도에서 재가열하고 열간압연한다.
본 발명에서는 열연판소둔을 생략하는 무방향성 전기강판의 산세성을 향상시키기 위하여 열간압연은 800℃이상 950℃이하에서 열간압연을 마무리하고 열연판의 권취는 750℃이하로 한다.
상기 열간압연의 마무리압연온도가 950℃이상이면 열연판의 표면에 산화스케일이 과다하게 생성되며, 열간압연후 잔류응력이 적어지기 때문이다. 그러나 800℃이하로 마무리 압연하게 되면 압연의 부하가 과도하게 된다. 따라서 열간압연은 800-950℃가 적합하다.
상기 권취 온도는 750℃이하로 하여 권취시 발생되는 스케일을 최소한으로 억제하고자 하였으며, 잔류응력을 축적할 수 있다.
본 발명에서는 권취한 후 냉각된 열연판을 산세한 다음, 냉간압연하고, 냉연판소둔을 실시한다. 이때, 냉연판소둔은 600℃이상의 온도에서 2℃/초 이상의 가열속도로 가열한 후 800-1050℃의 온도에서 30초 이상 5분 이하 동안 수소가 5-50%이고, 나머지가 질소인 혼합분위기에서 균열소둔한다.
상기 가열속도가 600℃이상에서 2℃/초이상으로 하는데, 이는 600℃이상이 되면 냉간압연시 축적된 가공응력이 풀리기 때문이며, 초당 2℃이상 가열하면 자성에 유리한 집합조직이 발달되기 때문이다. 가공응력이 축적된 냉연판을 가열하면 재결정핵이 생성되어 성장하며, 이때 자성에 유리한(200)면과 (110)면들이 초당 2℃이상 가열시 우선적으로 핵생성하고 성장하기 때문이다.
또한, 상기 균열소둔은 800-1050℃의 온도범위에서 30초 이상 5분이하 동안 실시한다. 800℃이하에서는 결정립이 충분히 성장하지 않으며, 1050℃이상에서는 표면흠이 발생되기 때문이다. 소둔시간은 30초 이하로 하면 재결정이 미흡하며, 5분이상으로 소둔하면 판표면에 표면결함이 발생할 수 있기 때문에 30초 이상 5분 이하 동안 소둔한다.
또한, 상기 냉연판소둔시 분위기는 수소가 5-50%이고, 나머지가 질소인 혼합분위기로 한다. 수소가 5%미만인 경우에는 표면에 산화층이 발생할 수 있으며, 50%를 초과하는 경우에는 수소의 첨가량에 비해 그 효과가 적기 때문이다. 수소는 노내외 산소와 결합하여 수분을 형성할 수 있어서 노내분위기를 환원분위기로 만들어줌으로서 판표면을 미려하게 한다.
강중의 C이 높아서 탈탄소둔을 하게되면 이슬점이 높아져 강판의 표층하산화물이 발생되어 자성이 저하되는 원인이 되므로 가능한 탈탄소둔은 하지 않는 것이 자성에 유리하다.
상기와 같이 제조된 무방향성 전기강판은 수요가로 보내어져 타발가공후 필요시 수요가 열처리를 할 수 있다. 수요가열처리는 일반적으로는 응력제거소둔이라고도 하며, 통상 700-850℃에서 비산화성분위기로 상소둔할 수 있다. 이같은 소둔은 강판의 잔류응력을 제거함으로서 자성이 향상될 수 있다. 700℃이하에서 소둔하면 시간이 길어지기 때문이며, 850℃이상으로 실시하면 표면의 절연피막이 타거나 표면흠이 발생하기 때문이다. 균열소둔시간은 0.1시간-3시간 정도가 적정하며, 노안에서 노냉하는 것이 자성에 유리하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보당 상세히 설명한다.
(실시예 1)
하기 표1과 같은 성분의 강 슬라브를 제조하고, 이 슬라브를 열간압연하기 전에 1200℃에서 가열하였다. 가열된 슬라브는 1150℃에서 조압연을 실시하고 표면의 산화물을 제거한 후 1050℃에서 열간압연의 사상압연을 개시하였다. 사상압연시 마무리 압연온도는 890℃이었으며, 압연후 10초 이내에 물을 뿌려서 냉각하고 열연판의 온도가 720℃가 되게하여 권취하였다. 냉각된 2.0mm두께의 열연판은 산세후 0.5mm의 두께로 냉간압연되었다. 냉간압연판은 알카리용액에서 압연유를 제거한 다음 냉연판소둔되었다. 냉연판소둔은 하기 표2와 같은 조건으로 제조되었다. 하기 표2에서 철손(W15/50)은 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때 발생되는 손실을 나타내며, 투자율(μ15)은 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때 걸어준 자기장 대비 발생되는 자속밀도의 비를 나타낸다. 그리고 집합조직은 집합조직의 강도로 나타내었으며, 자성에 유리한 (200)면과 (110)면의 합으로 나타내었다.
강종 C Si Mn P S Al N Sn Cr
발명강a 0.003 0.82 0.21 0.007 0.006 0.29 0.0014 0.08 0.31
발명강b 0.002 0.85 0.28 0.005 0.007 0.30 0.0017 0.14 0.35
발명강c 0.003 0.81 0.19 0.006 0.005 0.33 0.0021 0.11 0.35
비교강a 0.015 0.82 0.22 0.050 0.006 0.30 0.0015 0.14 0.41
비교강b 0.003 0.85 0.27 0.007 0.005 0.31 0.0052 0.35 0.35
600℃이상에서 가열속도(℃/초) 냉연판소둔분위기 냉연소둔온도(℃) 냉연판소둔시간(분) 철손(W15/30) 투자율 집합조직강도(P200+P110) 강종
비교재 1 6 100%N2 1000 1 3.61 1860 2.5 발명강a
발명재 1 6 10%H2+90%N2 1000 1 3.26 2650 4.1 발명강a
발명재 2 6 40%H2+60%N2 1000 2 3.15 2950 5.4 발명강a
발명재 3 6 50%H2+50%N2 950 2 3.17 2800 5.2 발명강a
비교재 2 1 20%H2+80%N2 1010 1 3.70 1730 2.3 발명강b
발명재 4 2 20%H2+80%N2 1010 1 3.31 2800 3.9 발명강b
발명재 5 10 20%H2+80%N2 1010 1 3.15 3140 5.8 발명강b
발명재 6 5 30%H2+70%N2 850 5 3.35 2950 4.2 발명강c
비교재 3 5 30%H2+70%N2 1000 2 4.12 1800 2.0 비교강a
비교재 4 5 30%H2+70%N2 1000 2 3.52 2010 3.1 비교강b
상기 표 2에 나타난 바와같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명재(1~6)은 철손이 낮고, 자속밀도 및 집합조직 강도(P200+P110)가 높아 우수한 자기특성을 보임을 알 수 있었다.
이에 반하여, 본 발명의 조건을 벗어난 비교재(1~4)는 발명재(1~6)에 비하여 자기특성이 떨어졌다.
(실시예2)
중량 %로 C:0.002%, Si:1.41%, Mn:0.25%, P:0.012%, S:0.005%, Al:0.038%, N:0.0014%, Sn:0.12%, Cr:0.31%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 재가열한 후 열간압연의 마무리압연온도가 880℃로 열간압연하고 700℃에서 권취냉각하고, 산세한 다음, 냉간압연하고, 냉연판소둔시 600℃이상의 온도에서 6℃/초 가열속도로 가열한 후, 1010℃의 온도에서 2분 동안 수소가 20%, 질소가 80%인 혼합분위기에서 균열소둔하였다. 소둔후 얻어진 전기강판의 자기적특성을 시험하였다.
먼저, 철손(W15/50)은 50Hz에서 1.5Tesle로 자화했을 때 발생되는 손실을 나타내었고, 투자율(μ15)은 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때 걷어준 자기장 대비 발생되는 자속밀도의 비로 나타내었다. 그리고 집합조직은 집합조직의 강도로 나타내었으며, 자성에 유리한(200)면강도와 (110)면강도로 나타내었다.
시험한 결과 철손은 3.02W/kg이었으며, 투자율은 3200이었다. 집합조직을 조사한 결과 (200)면강도는 2.3이었고, (110)면강도는 3.1이었다. 또한 자성측정된 소재를 790℃에서 90분간 비산화성 분위기인 질소와 수소의 혼합분위에서 응력제거소둔후 로냉하고 자기적특성을 제조사하였다. 이때 철손은 2.72W/kg 이었으며, 투자율은 4500이었다.
상술한 바와같이, 본 발명에 의하면, 강성분을 적절히 조정하고 열간마무리 압연온도 및 냉연판 소둔조건을 제어함으로써, 열연판소둔 및 냉연판소둔시 탈탄소둔을 생략하고서도 철손이 낮고, 투자율이 높은 무방향성 전기강판을 얻을 수 있는 효과가 제공된다.

Claims (1)

  1. 중량 %로 C:0.008%이하, Si:3.0%이하, Mn:1.5%이하, P:0.1%이하, S:0.02%이하, Al:0.7%이하, N:0.007%이하, Sn:0.03-0.3%, Cr:0.03%-0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 재가열한후 800-950℃에서 열간압연을 종료하고 750℃이하에서 권취냉각하고, 산세한 다음, 냉간압연하고, 냉연판소둔시 600℃에서 소둔온도까지 2℃/초 이상의 가열속도로 가열한 후, 800-1050℃의 온도에서 30초-5분 동안 수소가 5-50%이고 나머지가 질소인 혼합분위기에서 균열소둔하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100398389B1 (ko) * 1998-12-22 2003-12-18 주식회사 포스코 자기적특성이우수한무방향성전기강판의제조방법
KR100479991B1 (ko) * 1999-09-21 2005-03-30 주식회사 포스코 철손이 낮은 무방향성 전기강판 제조방법
KR100479992B1 (ko) * 1999-09-22 2005-03-30 주식회사 포스코 자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

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