KR20170092666A - 무방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

mass％로, C: 0.0050％ 이하, Si: 1.5∼5.0％, Mn: 0.20∼3.0％, sol.Al: 0.0050％ 이하, P: 0.2％ 이하, S: 0.0050％ 이하 및 N: 0.0040％ 이하를 함유하는 슬래브를 열간 압연하여 열연판으로 한 후, 상기 열연판에 열연판 어닐링을 실시하는 일 없이 냉간 압연하고, 마무리 어닐링을 실시함으로써 무방향성 전자 강판을 제조할 때, 상기 슬래브중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO)로 정의되는 CaO의 조성 비율을 0.4 이상 및/또는, Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO)로 정의되는 Al2O3의 조성 비율을 0.3 이상으로 하고, 상기 열간 압연에 있어서의 코일 권취 온도를 650℃ 이상으로 함으로써, 리사이클성이 우수하고 또한, 고자속 밀도이고 저철손의 무방향성 전자 강판을 얻는다.

Description

무방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법 {NON-ORIENTED ELECTROMAGNETIC STEEL SHEET AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은, 전기 기기의 철심 재료 등으로서 이용되는 무방향성 전자 강판과 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 에너지 절약에 대한 관심이 높아지는 데에 수반하여, 가정용 에어콘 등에 이용하는 모터에는, 소비 전력이 적고, 에너지 손실이 작은 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 모터의 철심 재료에 이용되는 무방향성 전자 강판에 대해서도, 고성능인 특성, 예를 들면, 모터의 철손(iron loss)을 저감하기 위해 저(低)철손인 것이나, 모터의 구리손(copper loss)을 저감하기 위해 고자속(high magnetic flux density) 밀도인 것이 강하게 요구되고 있다.
무방향성 전자 강판의 철손을 저감하는 방법으로서는, 종래, Si나 Al, Mn 등, 강의 고유 저항을 높이는 원소의 첨가량을 증량하여, 와전류손(eddy current loss)을 저감하는 방법이 이용되어 왔다. 그러나, 이 방법으로는, 자속 밀도의 저하를 피할 수 없다. 그래서, 철손을 저감하는 것에 더하여, 무방향성 전자 강판의 자속 밀도를 높이는 기술이 몇 가지 제안되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, wt％로, C: 0.02％ 이하, Si 혹은 Si＋Al: 4.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, P: 0.2％ 이하를 함유하는 슬래브에, Sb나 Sn을 첨가함으로써, 고자속 밀도화를 도모하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 기술은, 자기 특성(magnetic property)의 불균일을 충분히는 저감하지 못하고, 또한 열간 압연 후에, 단시간 어닐링을 사이에 둔 2회의 냉간 압연을 행할 필요가 있기 때문에 제조 비용이 높아진다는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2에는, wt％로, C≤0.008％, Si≤4％, Al≤2.5％, Mn≤1.5％, P≤0.2％, S≤0.005％, N≤0.003％를 함유하는 열연판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 MnO 조성 비율(MnO/(SiO2＋Al2O3＋CaO＋MnO))을 0.35 이하로 제어함으로써, 압연 방향으로 신장한 개재물의 수를 줄여, 결정립의 성장성을 향상하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 기술은, Mn 함유량이 낮은 경우에는, 미세한 MnS 등의 황화물의 석출에 의해, 오히려 자기 특성, 특히, 철손 특성이 저하된다는 문제가 있다.
그런데, 최근에는, 철 자원을 리사이클하는 관점에서, 철심재의 펀칭 가공시에 발생하는 스크랩을 주물선(foundry pig)의 원료로 재이용하는 경우가 증가하고 있다. 그러나, 주물선에 포함되는 Al 함유량이 0.05mass％ 이상이 되면, 주물 중에 주소(blowhole)(수축공(shrinkage cavities))가 생기기 쉬워지기 때문에, 스크랩 중에 포함되는 Al의 함유량을 0.05mass％ 미만으로 제한하는 것이 요망된다.
Al의 함유량을 저감한 무방향성 전자 강판으로서는, 예를 들면, 특허문헌 3에는, Al 함유량을 0.017mass％ 이하, 바람직하게는 0.005mass％ 이하로 저감함으로써, 집합 조직을 개선하여, 자속 밀도를 향상하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법은, 냉간 압연에, 실온에 있어서의 1회 압연법을 채용하고 있기 때문에, 충분한 자속 밀도의 향상 효과가 얻어지지 않는다. 이 문제는, 상기 냉간 압연을, 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연으로 함으로써 해소되지만, 제조 비용이 상승한다는 다른 문제가 발생한다. 또한, 상기 냉간 압연을, 판온(sheet temperature)을 200℃ 정도로 승온하여 압연하는, 소위 온간 압연으로 하는 것도, 자속 밀도의 향상에 유효하지만, 그러기 위해서는, 새로운 설비 대응이나 공정 관리가 필요하다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 3에는, Al만을 저감하고, N을 저감하지 않는 경우에는, 열연판 어닐링의 냉각 중에 AlN이 미세 석출하여 재결정 어닐링시의 입(粒)성장을 억제하여, 철손이 열화하는 경우도 기재되어 있다.
일본특허공보 제2500033호 일본특허공보 제3378934호 일본특허공보 제4126479호
상기한 바와 같이, 철 스크랩을 주물선의 원료로서 재이용하기 위해, Al의 함유량을 저감한 경우에는, 새로운 설비 대응이나 공정 관리를 필요로 하지 않고, 고자속 밀도이고 저철손의 무방향성 전자 강판을 저비용으로 생산성 좋게 제조하는 것이 어려운 것이 실정이다.
본 발명은, 종래 기술이 안고 있는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로 그 목적은, 저Al 함유량으로 리사이클성도 우수하고, 또한, 고자속 밀도이고 저철손의 무방향성 전자 강판을 제공함과 함께, 그 강판을 저비용으로 생산성 좋게 제조하는 방법을 제안하는 것에 있다.
발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 성분 조성과 자기 특성의 관계에 주목하여 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 무방향성 전자 강판의 자속 밀도를 높여, 철손을 저감하기 위해서는, sol.Al을 최대한 저감한 후에, 강 소재 중에 존재하는 산화물계 개재물 중의 CaO 및/또는 Al2O3의 조성 비율을 적정 범위로 제어하여, 열연판 어닐링이나 마무리 어닐링에 있어서의 입성장성을 개선하는 것이 유효하다는 것을 발견하여, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, C: 0.0050mass％ 이하, Si: 1.5∼5.0mass％, Mn: 0.20∼3.0mass％, sol.Al: 0.0050mass％ 이하, P: 0.2mass％ 이하, S: 0.0050mass％ 이하 및 N: 0.0040mass％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, 하기 (1)식;
CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (1)
로 정의되는 CaO의 조성 비율이 0.4 이상 및/또는, 하기 (2)식;
Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (2)
로 정의되는 Al2O3의 조성 비율이 0.3 이상인 무방향성 전자 강판이다.
본 발명의 무방향성 전자 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 하기 A∼D군 중 적어도 1군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 한다.
기
A군; Ca: 0.0005∼0.0100mass％
B군; Sn: 0.01∼0.1mass％ 및 Sb: 0.01∼0.1mass％ 중에서 선택되는 1종 또는 2종
C군; Mg: 0.001∼0.05mass％ 및 REM: 0.001∼0.05mass％ 중에서 선택되는 1종 또는 2종
D군; Cu: 0.01∼0.5mass％, Ni: 0.01∼0.5mass％ 및 Cr: 0.01∼0.5mass％ 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상
또한, 본 발명은, 상기 중 어느 하나에 기재된 성분 조성을 갖는 슬래브를 열간 압연하여 열연판으로 한 후, 상기 열연판에 열연판 어닐링을 실시하는 일 없이 냉간 압연하고, 마무리 어닐링을 실시하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서, 상기 슬래브 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, 하기 (1)식;
CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (1)
로 정의되는 CaO의 조성 비율을 0.4 이상 및/또는, 하기 (2)식;
Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (2)
로 정의되는 Al2O3의 조성 비율을 0.3 이상으로 하고, 상기 열간 압연에 있어서의 코일 권취 온도를 650℃ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은, 상기 중 어느 하나에 기재된 성분 조성을 갖는 슬래브를 열간 압연하여 열연판으로 하고, 열연판 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연하고, 마무리 어닐링을 실시하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서, 상기 슬래브 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, 하기 (1)식;
CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (1)
로 정의되는 CaO의 조성 비율을 0.4 이상, 및/또는, 하기 (2)식;
Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (2)
로 정의되는 Al2O3의 조성 비율을 0.3 이상으로 하고, 상기 열연판 어닐링을 900∼1150℃의 온도로 행하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법을 제안한다.
본 발명에 의하면, 고자속 밀도, 저철손이고, 또한, 리사이클성이 우수한 무방향성 전자 강판을, 새로운 설비 대응이나 공정 관리를 필요로 하지 않고, 저비용으로 또한 생산성 좋게 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 조성 비율이 철손 W15/50에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
우선, 발명자들은, 집합 조직을 개선하고, 자기 특성을 향상하는 방책을 검토하기 위해, 전술한 특허문헌 3에 개시된 강의 성분 조성을 베이스로 하여, Al의 함유량을 최대한 저감하고, P와 Sn을 첨가한 성분계, 구체적으로는, C: 0.0030mass％, Si: 1.6mass％, Mn: 0.08mass％, P: 0.06mass％, S: 0.0020mass％, sol.Al: 0.0006mass％, N: 0.0015mass％ 및 Sn: 0.04mass％를 함유하는 성분 조성의 강 슬래브를 제조하여, 1100℃의 온도로 재가열한 후, 2.3㎜ 두께까지 열간 압연한 결과, 일부의 강판에서 취성 균열이나 파단이 발생하여, 열연을 중지하지 않을 수 없었다.
그래서, 상기 균열이나 파단의 원인을 해명하기 위해, 열연 도중의 강판을 조사한 결과, 균열이나 파단부에는 S가 농화하고 있는 것이 판명되었다. 이 S 농화부에는, S와 Fe 이외는 확인되지 않은 점에서, 이 취화는, 강 중의 S가 열간 압연시에 저융점의 FeS를 형성하여, 열간 취성을 일으켰기 때문인 것으로 추정되었다.
FeS에 의한 취성을 방지하는 데에는, S를 저감하는 것이 유효하지만, 그것을 위해서는 탈황 비용의 상승을 피할 수 없다. 그래서, 발명자들은, Mn을 증가시키거나, Ca를 첨가하거나 하고, S를 고융점의 MnS나 CaS로서 고정하면, 저융점의 FeS의 생성을 방지하여, 열간 압연에서의 취성을 방지할 수 있다고 생각하여, 상기 강에, Mn을 증가시키고, Ca를 첨가한 성분 조성(C: 0.0030mass％, Si: 1.6mass％, Mn: 0.40mass％, P: 0.07mass％, S: 0.0020mass％, sol.Al: 0.0008mass％, N: 0.0015mass％, Sn: 0.04mass％ 및 Ca: 0.0030mass％)의 강 슬래브를 제조하고, 1100℃의 온도로 재가열한 후, 2.3㎜ 두께까지 열간 압연한 결과, 균열이나 파단의 발생은 확인되지 않았다.
이상으로부터, 저Al 강에 있어서의 열간 압연에서의 균열이나 파단을 방지하기 위해서는, Mn의 증가나 Ca의 첨가가 유효하다는 것이 확인되었다.
다음으로, 발명자들은, 상술한 Mn을 증가시키고, Ca를 첨가한 성분계의 강 슬래브를 소재로 하여 제조한 제품판(마무리 어닐링판)의 압연 방향에 평행한 단면(L단면)을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하여, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 성분 조성을 분석하여, 그 결과와 제품판의 자기 특성의 관계를 조사했다. 그 결과, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 성분 조성, 특히 CaO의 조성 비율 및 Al2O3의 조성 비율에 의해 자기 특성이 변동하고 있는 경향이 확인되었다.
그래서, 발명자들은, 추가로 상기 성분계의 강에 있어서, 산화물계 개재물의 성분 조성을 변화시키기 위해, 탈산제로서 이용하는 Al 및 Ca의 첨가량을 여러 가지로 변경한 성분계, 구체적으로는, C: 0.0015∼0.0035mass％, Si: 1.6∼1.7mass％, Mn: 0.40mass％, P: 0.07mass％, S: 0.0010∼0.0030mass％, sol.Al: 0.0001∼0.0030mass％, N: 0.0010∼0.0020mass％, Sn: 0.03mass％ 및 Ca: 0∼0.0040mass％의 성분 조성을 갖는 여러 가지의 강을 용제하고, 연속 주조하여 슬래브로 했다. 또한, 상기 C, Si, S 및 N이 조성 범위를 갖고 있는 것은, 용제시의 불균일에 의한 것으로, 의도한 것은 아니다.
이어서, 상기 슬래브를, 1100℃의 온도로 재가열한 후, 열간 압연하여 판두께 2.3㎜의 열연판으로 하고, 산 세정한 후, 냉간 압연하여 최종 판두께 0.50㎜의 냉연판으로 하여, 1000℃의 온도로 마무리 어닐링을 실시했다.
이와 같이 하여 얻은 마무리 어닐링 후의 강판에 대해서, 압연 방향 (L) 및 압연 직각 방향 (C)에서 엡스타인 시험편(Epstein test specimens)을 잘라내어, 철손 W15 /50(자속 밀도 1.5T, 주파수 50Hz로 여자(excitation)했을 때의 철손)을 JIS C2552에 준거하여 측정했다.
또한, 마무리 어닐링판의 압연 방향의 단면(L단면)을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하여, 산화물계 개재물의 성분 조성을 분석하고, 하기 (1)식;
CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (1)
로 정의되는 CaO의 조성 비율(mass％비율) 및, 하기 (2)식;
Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (2)
로 정의되는 Al2O3의 조성 비율(mass％비율)을 구했다.
또한, 상기 CaO 및 Al2O3의 조성 비율(mass％비율)은, 모두 200개 이상의 산화물계 개재물에 대한 평균값이다. 또한, 산화물계 개재물 중에는, 상기 SiO2, Al2O3, CaO 이외에 MnO나 MgO 등이 확인되었지만, 소량이기 때문에, 조성 비율의 계산에서는 고려하지 않았다.
도 1에, 산화물계 개재물의 CaO의 조성 비율 및 Al2O3의 조성 비율과 철손 W15/50의 관계를 나타낸다. 이 도면으로부터, CaO의 조성 비율(CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO))이 0.4 미만, 또한, Al2O3의 조성 비율(Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO))이 0.3 미만인 범위에서, 철손 W15/50이 뒤떨어지는, 반대로 말하면, CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO)가 0.4 이상 및/또는 Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO)가 0.3 이상의 범위에서, 철손 W15/50이 양호해지는 것을 알았다.
이어서, 상기의 철손 W15/50이 뒤떨어지는 마무리 어닐링판에 대해서, 압연 방향 단면(L단면)에 관찰되는 산화물계 개재물을 광학 현미경으로 관찰한 결과, 모두 압연 방향으로 신장한 형태를 나타내고 있는 것을 알았다. 이 결과에 대해서, 발명자들은, 이하와 같이 추측하고 있다.
CaO의 조성 비율(CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO))이 0.4 미만 또한 Al2O3의 조성 비율(Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO))이 0.3 미만인 산화물계 개재물은, 융점이 낮기 때문에, 열간 압연시에 압연 방향으로 신장하는 경향이 있다. 압연 방향으로 신장 한 개재물은, 열연 직후의 자기 어닐링(self-annealing)이나, 열연판 어닐링, 마무리 어닐링에 있어서의 입성장을 저해하여 결정 입경을 작게 하거나, 자벽(magnetic domain wall)의 이동을 저해하거나 하기 때문에, 철손이 열화(deterioration)한다. 따라서, 마무리 어닐링 후의 강판(제품판)의 자기 특성을 향상하기 위해서는, 강 중에 존재하는 산화물계 개재물의 성분 조성을 적정 범위로 제어하여, 열간 압연시에 압연 방향으로 신장하는 것을 방지하고, 입성장성을 개선하는 것이 유효하다고 고려된다.
본 발명은, 상기 인식에 기초하여, 개발한 것이다.
다음으로, 본 발명의 무방향성 전자 강판(제품판)의 성분 조성에 대해서 설명한다.
C: 0.0050mass％ 이하
C는, 자기 시효(magnetic aging)를 일으켜 철손을 증가시키는 원소이고, 특히, 0.0050mass％를 초과하면, 철손의 증가가 현저하게 되는 점에서, 0.0050mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.0030mass％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는, 적을수록 바람직하기 때문에, 특별히 규정하지 않는다.
Si: 1.5∼5.0mass％
Si는, 강의 전기 저항을 높여 철손을 저감하는 데에 유효한 원소이다. 특히, 본 발명에서는, Si와 동일한 효과를 갖는 Al를 저감하고 있기 때문에, Si는 1.5mass％ 이상 첨가한다. 그러나, Si가 5.0mass％를 초과하면, 자속 밀도가 저하할 뿐만 아니라, 강이 취화하여, 냉간 압연 중에 균열을 일으키는 등, 제조성을 크게 저하시킨다. 따라서, 상한은 5.0mass％로 한다. 바람직하게는 1.6∼3.5mass％의 범위이다.
Mn: 0.20∼3.0mass％
Mn은, S와 결합하여 MnS를 형성하고, FeS에 의한 열간 취성을 방지하는 효과를 갖는다. 또한, Si와 동일하게, 강의 전기 저항을 높여 철손을 저감하는데 유효한 원소이기도 하다. 그래서, 본 발명에서는, Mn을 0.20mass％ 이상 함유시킨다. 한편, 3.0mass％를 초과하면, 자속 밀도가 저하하기 때문에, 상한은 3.0mass％로 한다. 바람직하게는, 0.25∼1.0mass％의 범위이다.
P: 0.2mass％ 이하
P는, 미량의 첨가로 강의 경도를 높이는 효과가 큰 유용한 원소로서, 요구되는 경도에 따라 적절하게 첨가한다. 그러나, P의 과잉의 첨가는, 냉간 압연성의 저하를 초래하기 때문에, 상한은 0.2mass％로 한다. 바람직하게는, 0.040∼0.15mass％의 범위이다.
S: 0.0050mass％ 이하
S는, 황화물이 되어 석출물이나 개재물을 형성하여, 제조성(열간 압연성)이나 제품판의 자기 특성을 저하시키기 때문에, 적을수록 바람직하다. 본 발명에서는, Mn이나 Ca에 의해, 상기 S의 악영향을 억제하기 때문에, 상한은 0.0050mass％까지 허용되지만, 자기 특성을 중시하는 경우에는 0.0025mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, S는 적을수록 바람직하기 때문에, 하한은 특별히 규정하지 않는다.
sol.Al: 0.0050mass％ 이하
Al은, Si와 동일하게, 강의 전기 저항을 높여 철손을 저감하는 데에 유효한 원소이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 스크랩을 주물선의 원료로서 리사이클하는 관점에서, Al은 0.05mass％ 미만인 것이 요망되고, 낮을수록 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 집합 조직을 개선하여, 자속 밀도를 높이기 위해, Al을 더욱 저감하여, sol.Al(산 가용 Al)로 0.0050mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는, 0.0020mass％ 이하이다.
N: 0.0040mass％ 이하
N은, 전술한 C와 동일하게, 자기 특성을 열화시키는 원소이고, 특히, 저Al재에서는, 상기 악영향은 현저하게 되기 때문에, 0.0040mass％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.0030mass％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는, 적을수록 바람직하기 때문에, 특별히 규정하지 않는다.
본 발명의 무방향성 전자 강판은, 상기 필수로 하는 성분에 더하여 추가로 하기 A∼D군 중 적어도 1군의 성분을 하기의 범위에서 함유할 수 있다.
A군; Ca: 0.0005∼0.0100mass％
Ca는, Mn과 동일하게, 강 중의 S를 고정하여 저융점의 FeS의 생성을 방지하여, 열간 압연성을 개선하는 효과가 있지만, 본 발명에서는, Mn을 증량하고 있기 때문에, Ca의 첨가는 필수는 아니다. 그러나, Ca는, 열간 압연에 있어서의 벗겨짐(scabs)의 발생을 억제하는 효과가 있기 때문에, 0.0005mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.0100mass％를 초과하는 첨가는, Ca황화물이나 Ca산화물의 양이 증가하여 입성장을 저해하여, 오히려 철손 특성이 열화하기 때문에, 상한은 0.0100mass％로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0010∼0.0050mass％의 범위이다.
B군; Sn: 0.01∼0.1mass％ 및 Sb: 0.01∼0.1mass％ 중에서 선택되는 1종 또는 2종
Sn 및 Sb는, 모두, 집합 조직을 개선하여, 자기 특성을 향상하는 효과를 갖는다. 상기 효과를 얻는 데에는, 단독 또는 복합으로 하여, 각각 0.01mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 과잉으로 첨가하면, 강이 취화하여, 강판의 제조 과정에서 판 파단이나 벗겨짐 등의 표면 결함을 일으키기 때문에, 상한은 각각 0.1mass％로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 각각 0.02∼0.05mass％의 범위이다.
C군; Mg: 0.001∼0.05mass％ 및 REM: 0.001∼0.05mass％ 중에서 선택되는 1종 또는 2종
Mg 및 REM은, 고온에서 MnS나 Cu2S보다도 안정인 황화물을 생성하여 조대화하고, 미세한 황화물이 감소하기 때문에, 입성장성이 개선되고, 자기 특성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Mg 및 REM 중 1종 이상을, 각각 0.001mass％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Mg 및 REM은 0.05mass％를 초과하여 첨가해도, 효과가 포화하여, 경제적으로 불리하게 되기 때문에, 상한은 각각 0.05mass％로 하는 것이 바람직하다.
D군; Cu: 0.01∼0.5mass％, Ni: 0.01∼0.5mass％ 및 Cr: 0.01∼0.5mass％ 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상
Cu, Ni 및 Cr은, 강판의 비저항(specific resistance)을 높여 철손을 저감시키는 데에 유효한 원소이다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 각각 0.01mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 원소는, Si나 Al과 비교하여 고가이기 때문에, 각각의 첨가량은 0.5mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 무방향성 전자 강판은, 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 다만, 본 발명의 작용 효과를 해치지 않는 범위 내이면, 다른 원소의 함유를 거부하는 것은 아니고, 예를 들면, 불가피적 불순물로서 포함되는 함유량이, V는 0.004mass％ 이하, Nb는 0.004mass％ 이하, B는 0.0005mass％ 이하, Ti는 0.002mass％ 이하이면 허용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 무방향성 전자 강판 중에 존재하는 개재물에 대해서 설명한다.
본 발명의 무방향성 전자 강판이, 우수한 자기 특성을 갖기 위해서는, 제품판(마무리 어닐링판) 중, 나아가서는, 그 소재가 되는 열연판이나 슬래브 중에 존재하는 산화물계 개재물의 CaO의 조성 비율(CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO))이 0.4 이상 및/또는 Al2O3의 조성 비율(Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO))이 0.3 이상인 것이 필요하다. 상기 범위를 벗어나면, 산화물계 개재물이 열간 압연에 의해 신전하여, 열연 직후의 자기 어닐링이나, 열연판 어닐링, 마무리 어닐링에 있어서의 입성장성을 저해하고, 자기 특성을 열화시키기 때문이다. 바람직하게는, CaO의 조성 비율은 0.5 이상 및/또는 Al2O3의 조성 비율은 0.4 이상, 보다 바람직하게는, CaO의 조성 비율은 0.6 이상, 또는, Al2O3의 조성 비율은 0.5 이상이다. 또한, 강판 중에 존재하는 산화물계 개재물의 CaO의 조성 비율 및 Al2O3의 조성 비율은, 강판의 압연 방향에 평행한 단면(L단면)에 존재하는 산화물계 개재물을 SEM(주사형 전자 현미경)으로 200개 이상 관찰하여, 그들 성분 조성을 분석했을 때의 평균값으로부터 산출한 값이다.
다음으로, 본 발명의 무방향성 전자 강판 중에 존재하는 개재물의 성분 조성을, 상기 범위로 제어하는 방법에 대해서 설명한다.
개재물의 성분 조성을, 상기 범위로 제어하기 위해서는, 2차 정련 공정에 있어서의 탈산제로서의 Si, Al의 첨가량이나, Ca의 첨가량, 탈산 시간 등을 적정화하여, 슬래브 중의 산화물계 개재물을 상기의 적정 범위로 제어하는 것이 필요하다.
구체적으로는, Al2O3의 조성 비율을 높이기 위해서는, 탈산제로서의 Al의 첨가량을 증가시키는 것이 유효하다. 다만, Al의 첨가량을 증가시키면, sol.Al도 증가하기 때문에, sol.Al가 0.0050mass％ 이하가 되는 범위에서, Al의 첨가량을 증가시킬 필요가 있다. 한편, CaO의 조성 비율을 높이기 위해서는, CaSi 등의 Ca원(Ca source)을 첨가하는 것 외에, 탈산제로서의 Si의 첨가량을 적게 하여, SiO2를 감소시키는 것이 유효하다.
상기의 방법으로, 강 중에 존재하는 산화물계 개재물의 조성 비율을 상기 범위로 제어할 수 있다. 또한, Al은 질화물 형성 원소이고, Ca는 황화물 형성 원소이기 때문에, 탈산제로서 첨가하는 Al나 Ca원의 양은, N이나 S의 함유량에 따라서, 적절하게 조정하는 것이 중요하다.
다음으로, 본 발명의 무방향성 전자 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 무방향성 전자 강판은, 열연판 어닐링을 생략하여 제조하는 경우에는, 열간 압연 후의 코일의 권취 온도를 규제할 필요가 있지만, 열연판 어닐링을 실시하여 제조하는 경우에는, 통상의 무방향성 전자 강판에 적용되고 있는 제조 설비 및 제조 공정으로 제조할 수 있다.
즉, 본 발명의 무방향성 전자 강판의 제조 방법은, 우선, 전로(converter) 혹은 전기로(electric furnace)등에서 용제한 강을 탈가스 처리 설비 등에서 2차 정련하여, 소정의 성분 조성으로 조제한 후, 연속 주조법(continuous casting method) 또는 조괴-분괴 압연법(ingot making-blooming method)에 의해 강 소재(슬래브)로 한다.
여기에서, 본 발명의 제조 방법에 있어서 중요한 것은, 전술한 바와 같이, 강 중에 존재하는 산화물계 개재물의 성분 조성을 적정 범위로 제어하는, 즉, CaO의 조성 비율(CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO))을 0.4 이상, 및/또는, Al2O3의 조성 비율(Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO))을 0.3 이상으로 제어할 필요가 있는 것이다. 그 방법에 대해서는, 상술한 대로이다.
이어서, 상기와 같이 하여 제조한 슬래브는, 그 후, 열간 압연을 행하지만, 슬래브를 재가열하는 온도(SRT)는 1000∼1200℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. SRT가 1200℃를 초과하면, 에너지 로스가 커져 경제적이지 않을 뿐만 아니라, 슬래브의 고온 강도가 저하하여, 슬래브 늘어짐(slab sagging) 등의 제조상의 문제가 발생할 우려가 있다. 한편, 1000℃를 하회하면, 열간 변형 저항이 증대하여, 열간 압연하는 것이 곤란해지기 때문이다.
계속하여 열간 압연의 조건은, 통상의 조건으로 행하면 좋다. 열간 압연한 강판의 판두께는, 생산성을 확보하는 관점에서, 1.5∼2.8㎜의 범위로 하는 것이 바람직하다. 1.5㎜ 미만에서는, 열간 압연에서의 압연 문제가 증가하고, 한편, 2.8㎜ 초과에서는 냉연 압하율이 지나치게 높아져, 집합 조직이 열화하기 때문이다. 보다 바람직한 열연 판두께는 1.7∼2.4㎜의 범위이다.
열간 압연 후의 열연판 어닐링은, 실시해도, 생략해도 좋지만, 제조 비용을 저감하는 관점에서는, 생략한 쪽이 유리하다.
여기에서, 열연판 어닐링을 생략하는 경우에는, 열간 압연 후의 코일의 권취 온도를 650℃ 이상으로 하는 것이 필요하다. 열연판 코일의 자기 어닐링이 불충분하고, 냉간 압연 전의 강판이 충분히 재결정되어 있지 않으면 리징(ridging)이 발생하거나 자속 밀도가 저하하거나 하기 때문이다. 바람직하게는, 670℃ 이상이다.
한편, 열연판 어닐링을 행하는 경우에는, 열연판 어닐링의 균열 온도(soaking temperature)를 900∼1150℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 균열 온도가 900℃ 미만에서는, 압연 조직이 잔존하여, 자기 특성의 개선 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 1150℃를 초과하면, 결정립이 조대화하여, 냉간 압연에서 균열(cracking)이 발생하기 쉬워지는 것 외에, 경제적으로도 불리하게 되기 때문이다.
또한, 열연판 어닐링을 행하는 경우에도, 코일 권취 온도를 650℃ 이상으로 해도 좋은 것은 물론이다.
다음으로, 상기 열간 압연 후 혹은 열연판 어닐링 후의 강판은, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연에 의해 최종 판두께의 냉연판으로 한다. 이 때, 자속 밀도를 높이기 위해서는, 판온을 200℃ 정도의 온도로 상승해 압연하는 소위 온간 압연을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 냉연판의 두께(최종 판두께)에 대해서는 특별히 규정하지 않지만, 0.10∼0.60㎜의 범위로 하는 것이 바람직하다. 0.10㎜ 미만에서는, 생산성이 저하하고, 0.60㎜ 초과에서는 철손 저감 효과가 작기 때문이다. 철손 저감 효과를 높이기 위해서는, 0.10∼0.35㎜의 범위가 보다 바람직하다.
상기의 냉간 압연한 강판(냉연판)은, 그 후, 연속 어닐링으로 마무리 어닐링을 실시한다. 이 마무리 어닐링의 균열 온도는 700∼1150℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 균열 온도가 700℃ 미만에서는, 재결정이 충분히 진행되지 않고, 양호한 자기 특성이 얻어지지 않는 외에, 연속 어닐링에 의한 형상 교정 효과도 얻어지지 않는다. 한편, 1150℃를 초과하면, 에너지 로스가 커져, 경제적이지 않다.
이어서, 상기 마무리 어닐링한 후의 강판은, 철손을 보다 저감하기 위해, 강판 표면에 절연 피막을 도포, 베이킹(baking)하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 절연 피막은, 양호한 펀칭성(punchability)을 확보하고 싶은 경우에는, 수지를 함유한 유기 코팅으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 용접성을 중시하는 경우에는, 반(半)유기나 무기 코팅으로 하는 것이 바람직하다.
(실시예 1)
표 1에 나타낸 성분 조성이 상이한 A∼Q의 강을 용제하여, 연속 주조법으로 슬래브로 했다. 또한, 상기 강의 용제시에 있어서는, 탈산제로서 주로 Si와 Al을 이용하고 또한, Ca원으로서 CaSi를 첨가했다. 이들 탈산제나 CaSi의 첨가량은, 용강 중의 N이나 O, S의 함유량에 따라 조정했다.
이어서, 상기 슬래브를 1050∼1130℃의 온도로 재가열한 후, 열간 압연하여 판두께 2.3㎜의 열연판으로 했다. 이 때, 코일 권취 온도는 모두 680℃로 했다.
이어서, 상기 열연판을 산 세정한 후, 냉간 압연하여 최종 판두께 0.50㎜의 냉연판으로 하여, 균열 온도 1000℃로 마무리 어닐링한 후, 절연 피막을 피성(coating)하고, 무방향성 전자 강판(제품판)으로 했다. 또한, 상기 표 1에 나타낸 강 J는 열간 압연 중에 균열이 생기고, 강 E 및 Q는 냉간 압연 중에 균열이 생겼기 때문에, 그 후의 공정은 중지했다.
Figure pct00001
이어서, 상기와 같이 하여 얻은 제품판의 압연 방향에 평행한 단면(L단면)을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하여, 200개 이상의 산화물계 개재물에 대한 성분 조성을 분석하고, 평균값을 구하여, CaO의 조성 비율 및 Al2O3의 조성 비율을 산출했다.
또한, 상기 제품판의 압연 방향 (L) 및 압연 직각 방향 (C)에서 엡스타인 시험편을 잘라내어, 자속 밀도 B50(자화력 5000A/m에 있어서의 자속 밀도) 및 철손 W15/50(자속 밀도 1.5T, 주파수 50Hz로 여자했을 때의 철손)을 JIS C2552에 준거하여 측정했다.
상기 측정한 결과를 표 1에 병기했다. 이 결과로부터, 본 발명에 적합한 조건의 강판은, 열간 압연이나 냉간 압연에서의 문제를 일으키는 일 없이 제조할 수 있고, 또한, 철손 W15/50이 3.28W/㎏ 이하로 저철손이고, 또한 자속 밀도 B50이 1.722T 이상으로 고자속 밀도로, 우수한 자기 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 반대로 말하면, 본 발명에 적합하지 않는 조건인 강판의 자기 특성은, 철손 W15/50 및/또는 자속 밀도 B50이 열위인 것을 알 수 있다. 또한, 강 C는, 강 용제시에 있어서의 탈산제로서의 Al 첨가량이 적고, 또한, CaSi도 첨가하지 않았기 때문에, 개재물의 조성 비율이 본 발명의 범위 외가 되어 버린 예이다.
(실시예 2)
표 2에 나타내는 성분 조성이 상이한 R∼V의 강을, 실시예 1과 동일하게 하여 용제하여, 연속 주조법으로 슬래브로 했다. 이어서, 상기 슬래브를 1050∼1110℃의 온도로 재가열한 후, 열간 압연하여 판두께 2.3㎜의 열연판으로 한 후, 산 세정하고, 냉간 압연하여 최종 판두께 0.50㎜의 냉연판으로 하고, 그 후, 균열 온도 1000℃에서 마무리 어닐링하고, 절연 피막을 피성하여, 무방향성 전자 강판(제품판)으로 했다. 이 때, 상기 열간 압연 후의 코일 권취 온도를 표 2 중에 나타낸 바와 같이, 600∼720℃의 범위에서 4단계로 변화시켰다. 여기에서, 강 V에서는 열연판으로 한 후에, 연속 어닐링으로 균열 온도 1000℃의 열연판 어닐링을 실시한 후, 산 세정을 실시했다.
이어서, 상기와 같이 하여 얻은 제품에 대해서, 실시예 1과 동일하게 하여, CaO의 조성 비율 및 Al2O3의 조성 비율을 산출함과 함께, 자속 밀도 B50 및 철손 W10/15를 측정했다.
Figure pct00002
상기 측정의 결과를 표 2 중에 병기 했다. 이 결과로부터, 본 발명에 적합한 조건의 강판은, 철손 W15/50이 3.05W/㎏ 이하, 자속 밀도 B50이 1.726T 이상으로 우수한 자기 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
표 3에 나타낸 성분 조성이 상이한 W∼AG의 강을, 실시예 1과 동일하게 하여 용제하여, 연속 주조법으로 슬래브로 했다. 이어서, 상기 슬래브를 1090∼1220℃의 온도로 재가열한 후, 열간 압연하여 판두께 2.1㎜의 열연판으로 한 후, 산 세정하고, 냉간 압연하여 최종 판두께 0.50㎜의 냉연판으로 하고, 그 후, 균열 온도 1010℃에서 마무리 어닐링하여, 절연 피막을 피성하여, 무방향성 전자 강판(제품판)으로 했다. 이 때, 상기 열간 압연 후의 코일 권취 온도는 모두 670℃로 했다.
이어서, 상기와 같이 하여 얻은 제품에 대해서, 실시예 1과 동일하게 하여, CaO의 조성 비율 및 Al2O3의 조성 비율을 산출함과 함께, 자속 밀도 B50 및 철손 W10/15를 측정했다.
Figure pct00003
상기 측정의 결과를 표 3 중에 병기했다. 이 결과로부터, 본 발명에 적합한 성분 조성을 갖는 강판은, 철손 W15 /50이 3.13W/㎏ 이하, 자속 밀도 B50이 1.725T 이상으로, 우수한 자기 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. C: 0.0050mass％ 이하, Si: 1.5∼5.0mass％, Mn: 0.20∼3.0mass％, sol.Al: 0.0050mass％ 이하, P: 0.2mass％ 이하, S: 0.0050mass％ 이하 및 N: 0.0040mass％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
    강판 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, 하기 (1)식으로 정의되는 CaO의 조성 비율이 0.4 이상 및/또는, 하기 (2)식으로 정의되는 Al2O3의 조성 비율이 0.3 이상인 무방향성 전자 강판.
    기
    CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (1)
    Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (2)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성분 조성에 더하여 추가로, 하기 A∼D군 중 적어도 1군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 무방향성 전자 강판.
    기
    A군; Ca: 0.0005∼0.0100mass％
    B군; Sn: 0.01∼0.1mass％ 및 Sb: 0.01∼0.1mass％ 중에서 선택되는 1종 또는 2종
    C군; Mg: 0.001∼0.05mass％ 및 REM: 0.001∼0.05mass％ 중에서 선택되는 1종 또는 2종
    D군; Cu: 0.01∼0.5mass％, Ni: 0.01∼0.5mass％ 및 Cr: 0.01∼0.5mass％ 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 성분 조성을 갖는 슬래브를 열간 압연하여 열연판으로 한 후, 상기 열연판에 열연판 어닐링을 실시하는 일 없이 냉간 압연하고, 마무리 어닐링을 실시하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서,
    상기 슬래브 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, 하기 (1)식으로 정의되는 CaO의 조성 비율을 0.4 이상 및/또는, 하기 (2)식으로 정의되는 Al2O3의 조성 비율을 0.3 이상으로 하고,
    상기 열간 압연에 있어서의 코일 권취 온도를 650℃ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
    기
    CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (1)
    Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (2)
  4. 제1항 또는 제2항에 기재된 성분 조성을 갖는 슬래브를 열간 압연하여 열연판으로 하고, 열연판 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연하고, 마무리 어닐링을 실시하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서,
    상기 슬래브 중에 존재하는 산화물계 개재물에 있어서의, 하기 (1)식으로 정의되는 CaO의 조성 비율을 0.4 이상 및/또는, 하기 (2)식으로 정의되는 Al2O3의 조성 비율을 0.3 이상으로 하고,
    상기 열연판 어닐링을 900∼1150℃의 온도로 행하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전자 강판의 제조 방법.
    기
    CaO/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (1)
    Al2O3/(SiO2＋Al2O3＋CaO) ··· (2)

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