KR100544584B1 - 저 철손 무방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, N과의 결합관계를 고려하여 Al의 량을 적절히 제어하고 적절한 제조조건으로 처리하므로써 보다 낮은 저 철손 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 중량%로 C:0.008%이하, Si:3.5%이하, Mn:0.6%이하, P:0.15%이하, S:0.01%이하, Al:0.15~1.5%, N:0.004%이하, O:0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 가열하고, 페라이트상에서 열간압연하고, 550~750℃의 온도에서 권취한 다음, 열연판을 소둔하고 산세한 후, 냉간압연하거나 열연판 소둔없이 열연판을 산세하고 냉간압연한 다음, 냉연판을 10~35℃/sec의 승온(가열)속도로 700~1050℃의 온도로 가열하여 이 온도범위에서 소둔하여 저 철손 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 그 요지로 한다.

철손, 무방향성, 전기강판, 권위온도, 냉연판 소둔

Description

저 철손 무방향성 전기강판의 제조방법{Method for Manufacturing Non-Oriented Electrical Steel Sheet with Low Iron Loss}

본 발명은 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 전기기기에서 철심으로 가공되어 전기에너지가 운동에너지 등으로 변환되는데 사용되며, 이때 전량 운동에너지 등으로 원하는 용도로 사용되지 못하고 손실이 발생된다.

이러한 손실은 모터 전체의 손실중 철심에 의해 발생될 경우 철손으로 평가될 수 있다.

무방향성 전기강판에서 철손은 결정립의 크기에 가장 큰 영향을 받는다.

결정립이 크게 성장되면 철손중 이력손실이 낮아져 동일한 성분의 강에서도 철손이 낮아질 수 있다.

저 철손 무방향성 전기강판과 관련하여 일본 특허공개 (소) 63-137122호에는 냉간압연판을 소둔한 후 냉각시 냉각속도를 10℃/sec로 실시하는 방법이 제시되어 있 다.

그러나, 이 방법의 경우에는 냉각 장치가 길어야 함으로 한정된 공간에서는 적용하기 어렵고, 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 일본특허공개 소61-136626호에는 성분중 sol.Al을 0.009~0.1%로 제어하는 방법에 제시되어 있다.

그러나, 이 방법에 제어하고 있는 Al의 범위에서는 Al과 N가 결합하여 AlN의 석출물을 만들어 결정립성장을 억제할 수 있다.

본 발명자는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 N과의 결합관계를 고려하여 Al의 량을 적절히 제어하고 적절한 제조조건으로 처리하므로써 보다 낮은 저 철손 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 중량%로 C:0.008%이하, Si:3.5%이하, Mn:0.6%이하, P:0.15%이하, S:0.01%이하, Al:0.15~1.5%, N:0.004%이하, O:0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 가열하고, 페라이트상에서 열간압연하고, 550~750℃의 온도에서 권취한 다음, 열연판을 소둔하고 산세한 후, 냉간압연하거나 열연판 소둔없이 열연판을 산세하고 냉간압연한 다음, 냉연판을 10~35℃/sec 의 승온(가열)속도로 700~1050℃의 온도로 가열하여 이 온도범위에서 소둔하여 저 철손 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 Si함량을 3.5%이하로 하고, 자성을 크게 향상시키는 Al을 첨가하되, N와 결합하여 미세한 석출물인 AlN을 만들지 않는 Al의 함량을 설정한 것이다.

또한, 본 발명에서는 제조조건중에서 열간압연중에 결정립을 조대화할 수 있는 방법을 제안하고, 열간압연후 권취온도를 조정하여 결정립성장을 최대화 한 것이다.

마지막으로, 본 발명에서는 냉간압연판을 소둔시 소둔조건을 조절하여 제품의 결정립을 최대화할 수 있도록 한다.

본 발명자들은 열간압연시 페라이트상에서 열간압연하고, 열연판을 권취시 본 성분계에 맞는 권취온도범위를 찾고, 냉연판 소둔시 승온속도(소둔속도)를 높게 설정함으로서 결정립을 조대화 할 수 있음을 확인하였다.

이하, 본 발명의 강 성분계의 수치한정이유등에 대하여 설명한다.

상기 C은 최종제품에서 자기시효를 일으켜서 사용중 자기적 특성을 저하시키므로 슬라브에서는 0.008%이하로 하되, 바람직하게는 0.005%이하로 하며, 제품에서는 0.003%이하로 한다.

상기 Si은 비저항을 증가시켜 철손중 와류손실을 낮추는 원소로서, 압연성을 고려하여 3.5%이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기Mn은 많이 첨가하여도 자성을 향상시키지 않으므로 S와 결합하여 미세한 석출물인 MnS를 형성함으로 그 첨가량은 0.6%이하로 억제하는 것이 바람직하다.

상기 P는 타발가공성을 향상시킴으로 0.15%이하로 첨가할 수 있다.

상기 S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 자기적 성질에 나쁜 영향을 미치므로 0.01%이하로 함유토록 하는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는 0.003%이하로 함유토록 한다.

상기 Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는 역할을 하는 원소로서, AlN의 미세한 석출물 형성을 억제하기 위하여 0.15%이상 첨가하며, 너무 많이 첨가하여도 효과의 증가가 적으므로, 그 함량은 0.15~1.5%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 N는 미세하고 긴 AlN석출물을 형성함으로 가능한한 억제하며, 본 발명에서는 0.004%이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0015%이하로 한다. 상기 O는 강중에서 산화물을 형성하여 불순물로 잔존하게 됨으로서 결정립의 성장을 억제한다.

본 발명에서는 Al에 의한 탈산으로 크게 줄어들 수 있으며, O의 함량은 0.005%이하로 한다. 보다 바람직하게는 O의 함량은 0.0020%이하로 한다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성되는 강 슬라브는 제강공정에서 용융된 강으로 제조된 후 연속주조공정에서 강 슬라브로 응고시킨다.

응고된 슬라브는 가열로에 넣어서 가열후 열간압연하고, 550~750℃로 권취하는 것이 바람직하다.

권취는 결정립을 크게 형성시키기 위해서는 가능한 높은 온도에서 행하는 것이 바람직하며, 권취온도가 550℃이하인 경우에는 결정립성장이 적고, 750℃이상인 경우 에는 공기중 고온냉각으로 인하여 강판에 산화물이 과다하고, 강판내부로 O등이 침입하여 산화층을 만들 수 있으므로, 상기 권취온도는 550~750℃의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기와 같이 권취냉각된 열연판을 소둔하고 산세한 후, 냉간압연하거나 또는 열연판 소둔없이 열연판을 산세하고 냉간압연한다.

결정립을 보다 성장시키기 위해서는 산세하기전에 소둔온도 800~1150℃의 온도범위에서 소둔하는 것이 바람직하다.

상기 열연판의 소둔온도가 800℃ 보다 낮으면 소둔의 효과가 적으며, 1100℃ 보다 높으면 판형상이 나빠져 냉간압연성이 나빠진다.

다음에, 냉간압연된 냉연판을 소둔하는데, 소둔시 초당 10~35℃의 승온온도(소둔온도)의 속도로 소둔온도인 700~1050℃로 가열한 후, 이 온도에서 10초 내지 5분간 소둔을 실시하는 것이 바람직하다.

상기 소둔온도가 700℃ 보다 낮으면 결정립성장이 미흡하고, 1050℃ 보다 높아도 결정립성장이 크지 않으므로, 상기 소둔온도는 700~1050℃로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 승온속도(가열속도)는 초당 10~35℃로 함으로서 결정립이 크게 성장될 수 있다.

상기 가열속도가 초당 10℃이하로 가열시 결정립의 성장이 적어서 철손이 나빠지고, 가열속도가 초당 35℃이상인 경우에는 제품의 판형상이 나빠지고, 결정립의 형상이 나빠질 수 있다.

상기 소둔분위기는 수소, 질소 또는 그 혼합분위기로 할 수 있으며, 산소가 함유되지 않는 비산화성분위기에서 실시한다.

소둔판은 절연피막을 도포 또는 도포없이 수요가로 출하된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

하기 표1과 같은 성분을 갖는 강 슬라브를 연속주조하여 제조하고, 1200℃에서 가열하고, 2.5mm로 하기 표 2에서와 같이 열간압연하고, 권취후 대기중에서 냉각하였다. 냉각된 열연판은 하기 표2와 같이 소둔없이 산세하고 0.50mm의 두께로 냉간압연하고, 소둔하고, 소둔판을 절단한 후 자기적 특성 및 결정립 크기를 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 냉연판소둔시 소둔분위기는 수소30%와 질소 70%의 분위기에서 30초간 실시되었다.

강 종	C	Si	Mn	P	S	Al	N	O
발명강a	0.003	0.96	0.25	0.015	0.0025	0.35	0.0012	0.0020
발명강b	0.003	0.95	0.24	0.015	0.0026	0.16	0.0013	0.0021
발명강c	0.003	0.94	0.45	0.015	0.0024	0.35	0.0012	0.0024
비교강a	0.003	0.95	0.26	0.015	0.0024	0.36	0.0012	0.0055
비교강b	0.003	0.93	0.26	0.016	0.0023	0.002	0.0013	0.0022
비교강c	0.003	0.94	0.92	0.014	0.0026	0.35	0.0012	0.0038

시료번호	페라이트개시온도 Ar1(℃)	열연판 압연온도 (℃)	열연판 권취온도 (℃)	냉연판 가열속도 (℃/sec)	냉연판 소둔온도 (℃)	철손 (W15/50) W/kg	결정립 크기 (㎛)	강 종
비교재1	925	950	730	20	900	4.52	48	발명강a
비교재2	925	900	500	20	900	4.61	50	발명강a
발명재1	925	900	650	20	900	3.93	68	발명강a
발명재2	925	900	730	20	900	3.85	72	발명강a
발명재3	925	900	730	30	900	3.55	85	발명강a
비교재3	925	900	730	8	900	4.28	59	발명강a
비교재4	925	900	730	30	1100	4.13	52	발명강a
발명재4	924	920	730	25	950	4.01	64	발명강b
발명재5	924	920	730	25	950	3.65	78	발명강c
비교재5	924	900	730	20	900	4.72	46	비교강a
비교재6	901	900	730	20	900	5.10	40	비교강b
비교재7	916	900	730	20	900	4.72	60	비교강c

상기 표 2에서 W_15/50 는 50Hz에서 1.5Tesla로 자화했을 때의 발생되는 손실로서 철손이다. 결정립은 광학현미경으로 찍은 조직사진에서 측정한 결과이다.

상기 표 1에서 비교강(a)는 발명강 대비 O가 높으며, 비교강(b)는 Al이 낮았으며, 비교강(c)는 발명강 대비 Mn이 높은 것이다.

상기 표 2에서 비교재(1)은 열간압연시 압연온도가 오스테나이트상에서 압연되어 철손이 높고, 비교재(2)는 열연후 권취온도가 500℃로 낮아 철손이 높고, 비교재(3)은 가열속도가 발명재 대비 느려 철손이 높고, 비교재(4)는 냉연판 소둔시 소둔온도가 과도하게 높아서 철손이 높고, 비교재(5~6)은 성분이 발명의 범위를 벗어남에 따라 철손이 높게 나타났다.

한편, 본 발명에 부합되는 조성 및 제조조건으로 제조된 발명재(1-5)의 경우에는 철손이 낮고 결정립 크기가 큼을 알 수 있다.

(실시예 2)

중량%로 C:0.0030%, Si:0.5%, Mn:0.48%, P:0.072%, S:0.0028%, Al:0.26%, N:0.0013%, O:0.0014%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 가열한후 Ar1온도가 870℃인 강을 열간압연시 압연온도가 860℃와 900℃로 달리 열간압연하여 2.2mm의 두께로 열간압연하고, 700℃온도에서 권취하고, 850℃에서 열연판을 소둔후 산세하고, 0.5mm의 두께로 냉간압연하였다.

냉연판은 가열속도 30℃/sec의 가열속도로 소둔온도 900℃에서 1분간 수소25%와 질소75%의 분위기에서 소둔하였다.

열간압연의 온도가 860℃인 페라이트상에서 압연한 결과에서는 철손(W_15/50)이 3.83W/kg이었고 자화용이도를 나타내는 투자율이 4800이었으며, 결정립은 65㎛로 성장되었다. 오스테나이트상인 900℃에서 압연한 결과는 철손(W_15/50)이 4.18W/kg이었고, 투자율(μ1.5)이 2800이었으며, 결정립은 55㎛이었다.

(실시예 3)

중량%로 C:0.0034%, Si:3.2%, Mn:0.18%, P:0.012%, S:0.0021%, Al:1.2%, N:0.0013%, O:0.0018%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 슬라브를 가열한 후 열간압연시 압연온도가 페라이트상인 900℃에서 열간압연하여 2.0mm의 두께로 열간압연하고, 650℃온도에서 권취하고, 열연판을 1000℃에서 6분간 소둔후 산세하고, 0.5mm의 두께로 냉간압연하였다.

냉연판은 가열속도 8℃/sec와 25℃/sec의 가열속도로 소둔온도 1030℃에서 3분간 수소45%와 질소 55%의 분위기에서 소둔후 자성을 측정하였다.

가열속도가 8℃/sec인 경우에는 철손이 2.41W/kg이었으나, 가열속도가 25℃/sec 인 경우에는 철손(W_15/50)이 2.18W/kg로 낮았으며 결정립도 168㎛로 크게 성장되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강 조성 및 제조조건을 적절히 제어하므로써 보다 낮은 철손을 갖는 무방향성 전기강판을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서,

   중량%로, C:0.008%이하, Si:3.5%이하, Mn:0.6%이하, P:0.15%이하, S:0.01%이하, Al:0.15~1.5%, N:0.004%이하, O:0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성되는 슬라브를 가열하고, 페라이트상에서 열간압연하고, 550~750℃의 온도에서 권취한 다음, 열연판을 소둔하고 산세한 후, 냉간압연하거나 열연판 소둔없이 열연판을 산세하고 냉간압연한 다음, 냉연판을 10~35℃/sec의 승온(가열)속도로 700~1050℃의 온도로 가열하여 이 온도범위에서 소둔하는 것을 특징으로 하는 저 철손 무방향성 전기강판의 제조방법
2. 제1항에 있어서, C:0.005%이하, S:0.003%이하, 및 N:0.0015%이하인 것을 특징으로 하는 저 철손 무방향성 전기강판의 제조방법
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열연판 소둔을 행하는 경우에는 열연판의 소둔온도가 800~1100℃인 것을 특징으로 하는 저 철손 무방향성 전기강판의 제조방법