KR930004850B1 - 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

저철손 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법

제1도는 고자속밀도 방향성 전기강판에 있어서 레이저 조사부위를 산화소둔시 이슬점과 산화소둔온도에 따른 철손 개선을 나타내는 그래프.

제2도는 850℃ 및 950℃의 산화소둔온도에서 산화소둔시 산화소둔 분위기의 이슬점에 따른 철손 개선율을 나타내는 그래프.

제3도는 950℃의 산화소둔온도에서 산화소둔시 산화소둔 분위기의 이슬점 50℃ 및 70℃에 대하여 산화소둔시간에 따른 철손 개선율을 나타내는 그래프.

제4도는 산소분위기에서 산화소둔시간을 고정한 상태에서 산화온도에 따른 철손 개선율을 나타내는 그래프.

제5도는 산소와 질소의 혼합분위기에서 산소소둔시간변화에 따른 철손개선을 나타내는 그래프.

제6도는 레이저 조사전ㆍ후, 레이저 조사후 용력제거소둔후 및 응력제거소둔후 산화처리된 전기강판의 자구의 현미경사진.

본 발명은 전기기기의 철심재료로 사용하는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 변압기등의 전기기기의 철심재료로 사용되면 전기기기의 전력손실을 줄이고 효율을 높이기 위해서는 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판이 요구된다. 방향성 전기강판의 철손감소 방안으로는 1차 재결정립의 입성장 억제력을 강화시켜 (110)[001] 고스(Goss) 방위로부터의 편차(Deviation)가 적은 2차 재결정립을 성장시키는 방법 및 박강판을 만들어 와류에 의한 손실을 감소시키는 방법을 들 수 있는데, 이들 방법의 일례가 미국특허 제3,159,511호 및 미국특허 제3,287,183호에 개시되어 있으며, 또한, 강판 표면에 레이저(Laser) 및 기계적 방법을 이용하여 압연방향과 수직방향으로 조사하거나 또는 흠집을 내어 자구(magnetic domain)를 미세화하여 철손을 감소시키는 방법이 제안되어 있는데, 그 일례가 일본특허공보(소) 58-26405호 및 미국특허 제4,203,378호에 제시되어 있다. 그러나, 자구를 미세화시켜 철손을 감소시키는 종래의 방법에 있어서는 자구미세화를 일으킨 변형이 응력제거소둔에 의해 소멸되면서 철손감소효과가 사라지므로 응력제거소둔을 요하지 않는 적철심 변압기(Laminated Core Transformer)에는 이용할 수 있으나 응력제거소둔이 필요한 권철심 변압기(Wound Core Transformer)에는 이용할 수 없게 되는 단점이 있다. 또한, 2차 재결정 소둔판을 국부적으로 열처리하여 응력제거소둔에 의해 영향을 받지 않는 자구미세화법이 일본특허공개공보(소) 59-100,222호에 제시되어 있는데, 이 방법에 있어서는 철손 감소효과가 레이저 조사방법에 비하여 미약한 단점이 있다.

본 발명자는 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 연구와 수차에 걸친 시험을 통해 방향성 규소강판의 레이저 조사된 부위에만 선택적으로 산화층을 형성시켜 본 결과 형성된 산화층이 주위의 비산화된 부분에 응력을 가하여 자구가 미세화되거나, 형성된 산화물중 FeO와 Fe₂O₃는 반자성 물질로서 자구미세화에 유리한 작용을 하여 응력제거소둔 후에도 철손감소 효과가 소멸되지 않는다는 사실을 발견하고, 이에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 방향성 전기강판의 레이저(Laser) 또는 나이프(Knife)등에 의해 생긴 흠에 산화층을 형성시켜 응력제거소둔 후에도 자구에 미세화가 유지되도록 하여 철손을 현저히 개선시키고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 레이저 또는 나이프등에 의해 방향성 전기강판의 표면에 일정한 간격의 흠을 형성하여 자구를 미세화시켜 자성이 우수한 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방향성 전기강판의 표면에 형성된 흠 부위에 산화층을 형성시키기 위한 산화소둔을 행하여 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 적용되는 상기 방향성 전기강판으로는 통상의 전기강판이면 어떠한 것이든지 적용될 수 있으며, 보다 바람직한 것으로는 중량%로, Si, 0.02~0.08%의 C, 0.02~0.04%의 Sol. Al, 0.06~0.08%의 Mn, 0.02~0.03%의 S, 60-90ppm의 N 및 기타 불가피한 원소를 함유하는 강 슬라브를 통상의 방법으로 열간압연, 열연판소둔 및 산세, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔을 거쳐 절연 및 장력코팅을 한 방향성 전기강판을 들 수 있다.

또한, 방향성 전기강판의 표면에 형성된 흠은 레이저 및 나이프 뿐만 아니라 여러가지 수단에 의해서 형성될 수 있으며, 그 흠의 간격은 1-10mm 정도가 보다 바람직한데, 그 이유는 이 범위를 벗어나는 경우에는 철선개선 효과가 미약하기 때문이다.

본 발명에 적용되는 상기 산화소둔은 통상의 어떠한 방법으로든 행할 수 있으며, 보다 바람직한 산화소둔으로는 이슬점 30℃이상의 습윤분위기를 온도 700-1050℃의 로내에 취입하고 10초에서 5시간동안 행하는 산화소둔방법 또는 산소 혹은 산소와 질소의 혼합분위기에서 700-1050℃의 산화소둔온도 및 10초-5시간의 산화소둔시간의 조건으로 행하는 산화소둔방법을 들 수 있다. 상기 이슬점은 N₂나 Ar가스를 이용하여 조절될 수 있다.

상기 산화소둔온도가 700℃이하이거나 또는 산화소둔시간이 10초 이하인 경우에는 흠부위의 산화정도가 미약하여 철손개선 효과가 거의 나타나지 않으며, 산화소둔온도가 1050℃ 이상이거나 또는 산화소둔시간이 5시간 이상인 경우에는 강판 표면의 흠 부위는 물론 주위의 코팅된 부분까지도 산화되어 강판의 자성이 열화된다.

따라서, 산화소둔온도는 700~1050℃, 산화소둔시간을 10초-5시간 정도가 바람직하다.

상기와 같은 조건으로 강판의 레이저 조사부위를 산화시키는 경우 수 μm에서 수십 μm의 산화막을 형성하게 된다. 이렇게 흠부위에 생긴 산화막은 자구미세화에 유리한 응력을 가하여 180° 자구를 미세화시키고 또한, 생성 산화물중 FeO와 Fe₂O₃는 반자성 물질로서 자구미세화에 도움이 되는 성질을 가지므로 철손은 현저히 개선되며, 응력제거소둔 후에도 자구미세화를 레이저 조사직후와 같이 보존할 수 있어 현저히 낮은 철손값을 갖게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

[실시예 1]

Si : 3wt%, C : 0.075wt%, Sol. Al : 0.027wt%, Mn : 0.07wt%, S : 0.025wt%, N : 0.0080wt% 및 잔류 Fe로 조성되는 규소강 슬라브를 1200℃로 가열하여 2mm 두께의 열연판으로 열간압연 한후 산세하고 1.5mm 두께의 냉연판으로 1차 냉간압연하였다.

상기 1차 냉간압연판을 1120℃에서 2분간 소둔한 후 0.23mm 두께의 냉연판으로 2차 냉간압연한 다음, 840℃에서 3분간 탈탄소둔을 행하였다.

상기 탈탄소둔후 1210℃에서 20시간 동안 고온소둔을 행한 다음, 장력코팅하였다.

상기와 같이 준비된 방향성 전기강판의 자속밀도 및 철손을 측정한 결과, 그 자속밀도(B₁₀)는 1.930T, 철손(W_17/50)은 1.05watt/kg이었다. 상기 강판표면에 Q-Switch Mode의 Nd : YAG 레이저에 의해 강판이 받는 평균에너지가 0.6J/㎠인 조건으로 조사선의 간격이 1-10mm로 조사한 후 제1도 및 제2도와 같이 산화소둔시간을 5분으로 고정하고 이슬점 및 산화소둔온도를 변화시켜 가면서 산화소둔을 실시하였다.

또한, 이슬점 및 산화소둔온도를 제3도와 같이 고정하고 산화소둔시간(초)을 변화시켜 가면서 산화소둔을 실시하였다.

상기와 같은 조건으로 산화소둔한 강판들에 대하여 철손값을 측정하고, 그 철손값을 산화소둔전의 철손값에 대한 철손개선률(%)로 바꾸어 제1도~제3도에 나타내었다.

제1도에 나타난 바와 같이, 산화소둔시간이 5분이고 이슬점 온도가 50℃ 및 70℃일때 산화소둔온도가 700℃ 이하인 경우는 철손개선율이 미약하며, 1050℃ 이상인 경우에는 철손개선율이 감소함을 알 수 있다.

물론, 산화소둔온도가 1050℃ 이상인 경우에도 철손개선율은 우수하다고 볼 수 있으나, 자속밀도가 열화되기 때문에 본 발명에 있어서는 산화소둔온도를 1050℃ 이하로 한정한 것이다.

또한, 제2도에 나타난 바와 같이, 산화소둔시간이 5분이고 산화소둔온도 850℃ 및 950℃일때 이슬점 온도가 30℃ 이하인 경우 철손개선율은 미약함을 알 수 있다.

또한, 제3도에 나타난 바와 같이, 산화소둔온도가 950℃이고, 이슬점 온도가 50℃ 및 70℃인 경우, 산화소둔시간이 10초 이하인 경우에는 흠부위의 미산화로 인해 철손개선율이 미약하며, 5시간 이상인 경우에는 강판의 과산화로 인해 철손개선율이 급격히 감소함을 알 수 있다.

물론, 5시간이상의 경우에도 철손은 개선되지만, 자속밀도등의 자성이 열화되기 때문에 본 발명은 산화소둔시간을 5시간이내로 제한한 것이다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 같이 준비된 방향성 전기강판을 레이저로 조사한 시편을 준비하였다.

상기 시편을 산소 분위기에서 제4도와 같이 산화소둔온도 및 산화소둔시간을 변화시켜가면서 산화소둔시킨 다음, 각 시편에 대하여 철손을 측정하고 그 측정값을 산화소둔전의 철손값에 대한 철손개선율로 변경시켜 그 값을 제4도에 나타내었다.

제4도에 나타난 바와 같이, 철손 감소를 위한 적절한 산화소둔온도로는 700~1050℃가 바람직하며, 그 산화소둔시간은 10초-5시간 정도가 바람직함을 알 수 있다.

[실시예 3]

상기 실시예 1과 같이 준비된 방향성 전기강판을 레이저로 조사한 시편을 준비하였다.

상기 시편을 20%의 산소와 80%의 질소의 혼합분위기에서 제5도에서와 같이 산화소둔시간을 변화시켜 가면서 800℃에서 산화소둔을 실시하였다.

상기와 같이 산화소둔된 시편에 대하여 철손값을 측정하고, 그 측정값을 고온소둔전의 철손값에 대한 철손개선율로 변화시키고 그 값을 제5도에 나타내었다.

제5도에 나타난 바와 같이, 5시간 이상 산화소둔하는 경우에는 철손개선율이 감소함을 알 수 있다.

그러나, 5시간 이상에서도 철손 감소 현상이 나타나지만, 자속밀도가 열화된다.

[실시예 4]

실시예 1과 같이 준비된 방향성 전기강판을 레이저로 조사한 시편을 준비하였다.

상기 시편을 본 발명에 따라 산화소둔을 행하였다.

상기 산화소둔후 레이저 조사전의 자구[제6a도], 레이저 조사후의 자구[제6b도], 및 레이저 조사후 응력제거 소둔후의 자구[제6c도] 본 발명에 따라 산화소둔한 후 응력제거 소둔처리한 강판의 자구[제6d도]를 관찰하고, 그 사진을 제6도에 나타내었다.

제6도에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 산화처리된 시편의 자구[제6d도]가 산화처리를 하지 않는 시편의 자구[제6c도]보다 응력제거소둔 후의 자구미세화 효과가 현저히 잔존하게 됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 방향성 전기강판의 표면에 형성된 흠 부위를 산화시켜 수 μm에서 수십μm 두께의 산화막을 형성시킴으로써 응력제거소둔 후에도 자구가 미세하게 유지되어 철손이 저감되는 저철손 고자속밀도의 방향성 전기강판을 제공하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 통상의 규소강 슬라브를 통상의 방법으로 열간압연, 열연판소둔, 산세, 냉간압연, 탈탄소둔 및 고온소둔을 거쳐 절연 및 장력코팅을 한 방향성 전기강판의 표면에 레이저 또는 나이프등에 의해 흠을 형성하여 자구를 미세화 시킴으로써 자성이 우수한 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방향성 전기장판의 표면에 형성된 흠 부위에 산화층을 형성시키기 위한 산화소둔을 행하는 것을 특징으로 하는 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 산화소둔이 이슬점 30℃이상의 습윤분위기를 온도 700~1050℃의 소둔로내에 취입하고 10초-5시간동안 행하여지는 것을 특징으로 하는 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 산화소둔이 산소 혹은 산소와 질소의 혼합분위기에서 700~1050℃의 산화소둔온도 및 10초-5시간의 산화소둔시간의 조건으로 행하는 것을 특징으로 하는 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법.