상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판의 제조방법은, 중량%로, C:0.005%이하, S :0.005%이하, N :0.005%이하, Si: 1.5∼3.0%, Al:0.5~1.5%, Mn:0.3~1.2%, P:0.03∼0.15%, Si+20*P < 4.5이고 나머지Fe 및 기타 불순물로 조성된 강 슬라브를 1050∼1250℃온도에서 재가열하여 1.8~3.0mm두께로 열간압연하고 650∼800℃온도에서 권취한 다음, 900∼1050℃온도에서 열연판소둔 및 산세척 후 0.2~0.65mm두께로 1회 냉간압연하고, 10℃/초~50℃/초의 승온속도로 가열하여 900∼1100℃온도에서 30∼300초동안 재결정소둔하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 본원 발명의 처리과정에서 상기 열간압연은 800~950℃에서 마무리 압연을 행하는 것을 특징으로 하며, 상기 냉간압연은 64% ~ 85%의 압하율로 1회 압연하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본원 발명은 P를 적정량 첨가하고, 열간압연판소둔시의 균열온도 및 재결정소둔시의 균열온도를 동시에 제어함으로써 재결정소둔시 결정립 성장이 용이하게 되며, 자성에 유리한 집합조직이 발달하게 되어 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판을 제조할 수 있도록 한다.
상술한 본원 발명은 크게 강 슬라브의 성분조성단계, 열간압연단계, 열간압연판소둔단계, 냉간압연단계 및 재결정소둔단계로 이루어진다. 각 단계별 공정조건을 제어하여 재결정소둔 후 저철손 및 고자속밀도를 갖는 무방향성 전기강판을 제공하는데, 이하에서는 각 단계별로 작용 효과를 상세히 설명한다.
[강슬라브 성분조성 단계]
강 슬라브 제조를 위한 성분조성단계 전에는 통상적으로 제강, 용강 및 조괴 또는 연속주조공정이 선행된다. 먼저 제강단계에서 용강 내에 C, N, S의 함유량을 낮게 제어하고 Si, Al, Mn, P 등을 적정량 부가한다. 이어 용강을 조괴 또는 연속주조공정을 행함으로써 적정량의 성분을 함유한 강 슬라브를 제조한다. 이때 본원 발명의 슬라브강의 구성성분 중 C, N, S는 결정립성장을 방해하는 원소이므로 이미 제강단계에서 그 함유량을 낮게 제어하는 것이 필요하며, Si, Al, 및 Mn은 철손을 낮추고 동시에 자속밀도를 높이기 위해 적정 비율로 적정량 강 내에 첨가하고, P는 재결정소둔시 결정립의의 집합조직을 바람직한 방향으로 형성시키기 위한 용도로 첨가한다. 그 조성범위 한정이유는 다음과 같다.
C: 0.005중량%이하
C는 과량 함유될 경우 본 발명의 전기강판 제조과정중에 탄화물(Carbide)을 형성하여 결정립 성장을 방해하며, 또한, 전기기기의 철심으로 사용하는 중 자기시효를 일으켜서 자기적 특성을 저하시키는 경향이 있으므로 슬라브강 내에 0.005 중량% 이하의 조성을 갖도록 함유하는 것이 바람직하다.
N:0.005중량%이하
N은 본 발명의 강판 제조과정중에 Al과 반응하여 AlN 석출물을 형성하여 입자성장을 억제시키는 경향이 있어 가능한 한 최소량을 갖도록 하는 것이 바람직하므로 본 발명의 경우 0.005중량% 이하의 조성을 갖도록 함유하는 것이 바람직하다.
S:0.005중량%이하
상기 C 및 N과 더불어, S는 Mn과 반응하여 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 결정립 성장을 억제시키는 경향이 있어 가능한 한 최소량을 갖도록 하는 것이 중요 하므로 본 발명의 경우 0.005중량% 이하의 조성을 갖도록 함유하는 것이 바람직하다.
Si: 1.5∼3.0중량%
Si의 함량이 1.5중량% 미만인 경우에는 강의 비저항이 작게 되어 철손 특성이 열화되어 바람직하지 않으며, 3.0중량% 초과인 경우에는 우수한 자속밀도를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 타발성이 열화되므로 수요가 금형마모율이 증가하여 좋지 않다.
Al: 0.5~1.5중량%
산가용성 Al은 0.5중량% 미만인 경우에는 강의 비저항이 작게 되어 철손특성이 열화되어 바람직하지 않으며, 1.5중량% 초과인 경우에는 냉간압연성을 해치게 되어 나쁘다.
Mn: 0.3~1.2중량%
Mn의 경우도 0.3중량% 미만인 경우에는 강의 비저항이 작게 되어 철손특성이 열화되어 바람직하지 않으며, 1.2wt% 초과인 경우에는 롤 하중이 증가하여 냉간압연성이 열화되므로 바람직하지 않다.
P: 0.03∼0.15중량%
제강중 강 내에 첨가되는 P은 자기특성에 유해한 (111)면강도를 감소시키는 원소로서, 첨가량이 0.03중량% 미만인 경우 재결정소둔 후 자속밀도 개선 효과가 미미하며, 0.15중량% 초과인 경우에는 상승되는 효과가 없어 원재료비의 상승만을 초래하며 냉간압연성이 열화되므로 본 발명의 경우 P은 0.03∼0.15중량%의 양으로 첨가하는 것이 바람직하다.
Si+20*P < 4.5
각 성분의 함량을 만족하는 범위에서 Si과 P의 함량이 위식을 만족해야 한다. Si+20*P값이 4.5 이상이면 재질의 경도가 높아서 냉간압연성이 열화되며 그리 인해 냉간압연시 재료 내부에 응력이 집중되어 최종소둔시 자성에 불리한 {111}집합조직을 발달시킨다.
상기 성분외에 강 내에는 Fe 및 기타 불가피한 불순물들이 함유되어 있다.
[열간압연단계]
상기 성분조성단계 이후 행하여지는 열간압연단계의 전처리과정으로서 상기 강 슬라브를 가열로에 장입하여 재가열하는데, 이때 열간압연이 용이하기 위해서는 강 슬라브의 재가열온도를 1050℃ 이상으로 하여야 하지만, 1250℃를 넘으면 AlN, MnS 등과 같은 철손 특성에 해로운 석출물이 재용해되어 열간압연 후 미세한 석출물이 과도하게 발생하는 경향이 있다. 이러한 미세한 석출물은 결정립 성장을 방해하여 철손특성을 열화시키므로 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 경우 1050∼1250℃ 온도로 가열하는 것이 좋다.
상기와 같이 가열하여 열간압연하는데, 그 조업조건은 통상의 방법에 따라 행해지며, 이때 열간압연판의 산화층이 과다하게 발생하지 않도록 하기 위해서는 마무리 압연온도는 800∼950℃로 조절하는 것이 바람직하다. 열간압연판 두께는1.8mm 미만인 경우는 열간압연판 형상이 불량해지므로 바람직하지 않으며, 3.0mm를 초과하는 경우는 양호한 집합조직을 얻을 수 없어 자속밀도가 열화되므로 좋지 않다.
이어, 열간압연판 권취는 열간압연판에 산화층이 과도하게 발생되지 않도록 800℃ 이하의 온도에서 행하되 열간압연판의 결정립 성장을 위해 650℃ 이상의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 이후 공기 중에서 코일상태로 냉각하거나, 보다 바람직하게는 로냉한다.
[열간압연판소둔단계]
이어, 상기 열간압연판은 중심부의 연신립을 재결정시키고 강판두께방향으로 균일한 결정립분포가 얻어지도록 열간압연판소둔을 행한다. 이 때 소둔온도가 900℃미만의 경우에는 균일한 결정립분포가 얻어지지 않아 자속밀도 및 철손 개선효과가 미흡하게 되므로 바람직하지 않으며, 1050℃를 초과하는 경우에는 자성에 불리한 (111)면 집합조직이 증가하여 자속밀도가 열화된다.
[냉간압연단계]
이어, 상기 열간압연판소둔판은 산세 후 냉간압연 단계를 행한다. 이때 64%~85%의 압하율로 1회 냉간압연하는 것이 바람직하다. 64% 미만의 압하율로 압연하는 경우 압연 생산성이 감소하고 85%이상의 압하율로 압연하면 냉연판 내부에 응력이 많이 축적되어 소둔 후 자성에 불리한 {111}면 강도가 증가하여 자속밀도가 감소한다. 냉간압연 두께는 0.20mm미만인 경우 소둔 후 자성에 불리한 집합조직인 (111)면 강도가 증가하여 자속밀도가 감소하므로 바람직하지 않으며, 0.65mm를 초과하는 경우에는 판 두께의 증가에 따라 와전류손실(eddy current loss)이 증가하여 총 철손이 증가하게 되므로 좋지 않다.
[재결정소둔단계]
상기 방법에 따라 제조된 냉연판은 이어 행하여지는 재결정소둔단계에서, 소둔온도가 900℃보다 낮으면 재결정 후 결정성장율이 저조하여 철손이 열화되며, 1100℃보다 높으면 결정성장의 이점보다는 표면산화층 증가에 의한 폐해로 인하여 철손 및 자속밀도 특성이 열화하므로, 900∼1100℃온도에서 소둔시간은 30∼300초로 조절함이 바람직하다. 그리고 균열온도까지의 승온속도는 10℃/초~50℃/초로 제한하는 것이 바람직하며, 이렇게 함으로써 재료의 자성이 향상된다. 상기 승온속도를 초당 10℃이하로 하여 가열시에는 {222}, {112}집합조직이 발달하여 자성이 악화되며, 승온속도가 초당 50℃ 이상에서는 제품의 판형상이 나빠지게 되며 Goss조직의 과다 발달로 자성이방성이 커진다.
상기 재결정소둔단계에서 소둔한 강판은 경(Skin-Pass) 압연 단계를 거치지 않고 바로 유기질, 무기질 및 유무기복합피막으로 처리하거나 기타 절연가능한 피 막제를 입혀 절연피막처리 후 수요가로 출하되며, 수요가는 원하는 제품으로 타발한다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
하기 표1과 같은 성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 이 강슬라브를 1160℃의 온도에서 가열하고 890℃의 마무리 압연 온도조건으로 열간압연하여 2.0mm 두께로 열간압연판을 만든 후, 700℃의 온도에서 권취 후 공기 중에서 냉각하였다. 냉각권취된 열간압연판은 1000℃에서 5분간 열간압연판 소둔을 행한 후 산세하고 이어서 0.35mm두께로 냉간압연한 다음, 1000℃에서 100초간 재결정소둔하였다. 열연판소둔분위기는 공기였으나, 질소나 아르곤 등 불활성가스 분위기로 하여도 무방하다. 재결정소둔분위기는 수소 20%와 질소80%의 분위기였다.
재결정소둔판은 유무기복합의 절연피막을 입힌 후 절단 후 자기특성 및 결정립도를 조사하고 그 결과를 하기 표2에 나타내었다. 이때, 철손, W15/50은 50Hz의 교류에서 철심에 1.5Tesla의 자속밀도를 유도하였을 때 열 등으로 소모되는 에너지 손실량이며, 자속밀도,B50은 5000A/m의 여자력에서 유기되는 값이며, 결정립도는 재결정소둔한 시편의 단면을 연마한 후 3% 나이탈(Nital)로 에칭하여 이미지 어넬라이저(Image Analyzer)로 측정하였다.
강종 |
C |
Si |
Al |
Mn |
S |
N |
P |
발명강 |
A |
0.003 |
1.6 |
0.7 |
0.8 |
0.003 |
0.003 |
0.12 |
B |
0.004 |
1.8 |
1.1 |
0.6 |
0.003 |
0.002 |
0.1 |
C |
0.003 |
2.0 |
0.7 |
0.6 |
0.005 |
0.003 |
0.09 |
D |
0.002 |
1.9 |
0.8 |
0.7 |
0.003 |
0.004 |
0.08 |
E |
0.003 |
2.0 |
0.9 |
0.5 |
0.004 |
0.002 |
0.09 |
F |
0.004 |
2.4 |
0.7 |
0.5 |
0.002 |
0.003 |
0.05 |
비교강 |
A |
0.006* |
1.9 |
0.8 |
0.7 |
0.002 |
0.003 |
0.07 |
B |
0.003 |
1.0* |
0.7 |
0.5 |
0.003 |
0.002 |
0.12 |
C |
0.003 |
3.5* |
0.7 |
0.6 |
0.003 |
0.002 |
0.05 |
D |
0.002 |
1.9 |
0.3* |
0.6 |
0.003 |
0.003 |
0.09 |
E |
0.003 |
1.8 |
0.6 |
0.2* |
0.002 |
0.003 |
0.08 |
F |
0.003 |
2.0 |
0.8 |
0.7 |
0.006* |
0.003 |
0.07 |
G |
0.002 |
2.2 |
1.0 |
0.7 |
0.002 |
0.006* |
0.07 |
H |
0.002 |
2.0 |
0.9 |
0.8 |
0.003 |
0.002 |
0.01* |
I |
0.003 |
1.9 |
1.0 |
0.8 |
0.002 |
0.003 |
0.17* |
J |
0.002 |
2.5 |
0.7 |
0.6 |
0.003 |
0.002 |
0.12 |
*:본 발명번위를 벗어난 조건, J: Si+20*P > 4.5 |
상기 표1 및 표2에 나타난 바와 같이, 발명재(1-6)가 비교재(1-10)에 비해 철손 및 자속밀도 특성이 우수함을 알 수 있었다.
구체적으로 설명하면, 비교재1,6,7은 C,S,N의 함유량이 본 발명범위 이상인 경우로 재결정소둔시 결정립 성장이 저조하여 우수한 철손 특성이 얻어지지 않았으며, 비교재2는 Si의 함량이 본 발명범위 미만으로 첨가되었기 때문에 역시 우수한 철손특성이 얻어지지 않은 반면, 비교재3은 Si이 본 발명범위를 초과하여 첨가된 경우로 철손특성은 우수하나 자속밀도가 열등하였다. 또한 Al 및 Mn이 각각 본 발명범위 미만으로 첨가된 비교재4, 비교재5의 경우도 우수한 철손특성이 얻어지지 않았다. 비교재8은 P첨가량이 본 발명범위를 미만으로 첨가된 경우로 집합조직이 열화된 결과로 우수한 자속밀도 및 철손특성이 얻어지지 않았다. 비교재9는 P이 본 발명범위 초과하는 경우로 철손우수하나 냉간압연성이 열위하였으며 {111}면강도 저감에 의한 집합조직개선 효과가 더 이상 나타나지 않았다. 비교재 10은 Si+20*P 값이 4.5이상으로 냉간압연성이 열위하였으며 자속밀도가 열등하였다.
|
철손 |
자속밀도 |
결정립크기(㎛) |
강종 |
발명재1 |
2.33 |
1.72 |
148 |
발명강A |
발명재2 |
2.31 |
1.71 |
153 |
발명강B |
발명재3 |
2.34 |
1.71 |
139 |
발명강C |
발명재4 |
2.29 |
1.70 |
146 |
발명강D |
발명재5 |
2.28 |
1.70 |
151 |
발명강E |
발명재6 |
2.21 |
1.69 |
149 |
발명강F |
비교재1 |
2.85* |
1.70 |
96 |
비교강A |
비교재2 |
2.96* |
1.73 |
134 |
비교강B |
비교재3 |
2.15 |
1.67* |
153 |
비교강C |
비교재4 |
2.74* |
1.71 |
141 |
비교강D |
비교재5 |
2.69* |
1.71 |
137 |
비교강E |
비교재6 |
2.98* |
1.69 |
88 |
비교강F |
비교재7 |
2.93* |
1.69 |
92 |
비교강G |
비교재8 |
2.35 |
1.68* |
133 |
비교강H |
비교재9 |
2.38 |
1.67* |
145 |
비교강I |
비교재10 |
2.45 |
1.66* |
138 |
비교강J |
[실시예 2]
발명강 B, F와 같은 성분을 갖는 강슬라브를 제조하고, 이 강슬라브를 1160℃의 온도에서 가열하고 890℃의 마무리압연 온도조건으로 열간압연하여 2.0mm 두께로 열간압연판을 만든 후, 700℃의 온도에서 권취후 공기중에서 냉각하였다. 냉각권취된 열간압연판은 1000℃에서 5분간 열간압연판 소둔을 행한 후 산세하고 이어서 0.35mm두께로 냉간압연한 다음, 하기 표3의 승온속도로 1000℃까지 승온한 후 100초간 재결정소둔하였다. 열연판소둔분위기는 공기였으나, 질소나 아르곤 등 불활성가스 분위기로 하여도 무방하다. 재결정소둔분위기는 수소 20%와 질소 80%의 분위기였다. 재결정소둔판은 유무기복합의 절연피막을 입힌 후 절단 후 자기특성 및 형상을 조사하고 그 결과를 하기 표3에 나타내었다. 이때, 철손, W15/50은 50Hz의 교류에서 철심에 1.5Tesla의 자속밀도를 유도하였을 때 열 등으로 소모되는 에너지 손실량이며, 자속밀도 B50은 5000A/m의 여자력에서 유기되는 값이며, 결정립도는 재결정소둔한 시편의 단면을 연마한 후 3% 나이탈(Nital)로 에칭하여 이미지 어넬라이저(Image Analyzer)로 측정하였다.
번호 |
승온속도 |
철손 |
자속밀도 |
형상 |
강종 |
비교재1 |
5 |
2.52 |
1.79 |
양호 |
발명강B |
발명재1 |
15 |
2.31 |
1.71 |
양호 |
발명강B |
발명재2 |
30 |
2.29 |
1.71 |
양호 |
발명강B |
비교재2 |
60 |
2.49 |
1.70 |
불량 |
발명강B |
비교재3 |
5 |
2.45 |
1.67 |
양호 |
발명강F |
발명재3 |
15 |
2.21 |
1.69 |
양호 |
발명강F |
발명재4 |
30 |
2.23 |
1.70 |
양호 |
발명강F |
비교재4 |
60 |
2.39 |
1.67 |
불량 |
발명강F |
상기 표3에 나타난 바와 같이, 발명재(1-4)가 비교재(1-4)에 비해 철손, 자속밀도 및 형상 특성이 우수함을 알 수 있었다. 구체적으로 설명하면, 비교재1,3은 승온속도가 본 발명범위 이하인 경우로 재결정소둔시 집합조직 발달이 저조하여 우수한 자성특성이 얻어지지 않았으며, 비교재2,4는 본 발명범위 이상의 승온속도때문에 역시 우수한 자성 및 형상특성이 얻어지지 않았다.
즉, 상술한 본원 발명은 성분 및 열간압연 조건 제어로 인해 냉연 후 최종소둔시 자성에 불리한 {111}집합조직의 핵생성을 억제하여 자기적 성질이 우수한 무방향성 전기강판을 제조할 수 있도록 한다.