KR100285343B1 - 자기 특성이 우수한 일방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기와 같은 대형회전기 및 각종 변압기와 전자기기의 철심재료로 사용되는 자기 특성이 우수한 일방향성 전기강판 제조방법에 관한 것으로, 중량%로 Si 1.5∼7.0%를 함유하며 첨가물로 결정립 성장 억제제인 Al, Mn, Cu, S, N중에 단독으로 혹은 복합으로 첨가하여 제조된 슬라브를 1000℃이상의 온도에서 재가열한 후, 열간압연을 1000℃이상의 온도에서 이주속 열간압연하여 1.5∼2.5mm 의 열연판을 만든 후에 900℃∼1120℃ 의 온도에서 열연판소둔을 하며 900℃이하의 탈탄과 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연법으로 최종 두께 0.35∼0.25mm까지 압연한 다음 600℃이하의 온도에서 회복 소둔하고 MgO소둔분리제를 도포하여서 1100℃이상의 고온에서 마무리 고온소둔함으로서 방향성이 극히 우수하여 자기특성이 우수한 일방향성 전기강판의 제조 하여서 된 것이다.

Description

자기 특성이 우수한 일방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 발전기와 같은 대형회전기 및 각종 변압기와 전자기기의 철심재료로 사용되는 자기특성이 우수한 일방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 열간압연 단계에서 이주속 열간압연으로 압연판의 표면에 심한 전단변형을 줌으로서 방향성이 극히 뛰어나 자기특성이 우수한 일방향성 전기강판의 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 방향성 전기강판은 주로 1.5∼7%의 Si와 잔부 Fe로 구성되며, 그밖에 일방향으로의 자기특성이 우수한 2차 재결정을 일으키는데 필수적인 결정립성장 억제제로 MnS(Se), Cu2S와 AIN등을 독립적으로 혹은 동시에 함유한다.

방향성 전기강판은 상기한 성분을 기본조성으로 용해하여 슬라브를 만든 후, 슬라브 재가열 → 열간압연 → 열연판소둔 → 냉간압연(1회 혹은 2회 압연법) → 탈탄소둔 → 소둔분리제도포 → 최종 마무리 고온소둔의 매우 복잡한 공정을 통하여 제조된다.

방향성 전기강판은 강판내의 모든 결정립들이 {001} {001} 방위(고스방위)를 갖고, 이때 {110} 면은 강판의 표면에 평행하고 ＜001＞ 축은 압연방향과 일치하여 압연방향으로 우수한 자기특성을 갖는다.

이와 같은 우수한 자기 특성은 제조공정에서 매우 중요한 열간압연, 냉간압연과 소둔공정을 적절히 조합하여 최종 두께로 감소시킴으로서, 그리고 {110}＜001＞ 방위를 갖는 1차 재결정된 입자가 선택적으로 성장하게 되는 즉, 2차 재결정이 이루어지는 마무리 고온소둔에 의해서 얻어지게 된다.

안정된 2차 재결정의 형성은 MnS [Se], AIN, CU2S, BN등의 석출물들이 단독 혹은 복합으로 강판에 도입되어 강력하게 1차 재결정입자의 성장을 억제함으로서 이루어지며, 그밖에 B, N, S, Sn, Sb, P등의 입계 편석 원소가 첨가되어 석출물들의 결정립성장억제를 돕는다.

J. E. May와 Turnbull이 AIME Vol. 212(1958), 페이지 779∼781에 기술한 바와같이 석출물과 입계편석 원소는 마무리 고온소둔중에 {110} ＜001＞ 이외의 방위를 갖는 1차 재결정입자의 성장을 억제하고 {110} ＜001＞ 방위를 갖는 입자의 선택적인 성장을 유도하는 기능을 갖는다.

그리하여 방향성 전기강판의 연구자들은 이제까지 2차 재결정을 안정되게 형성하는데 필요한 석출물 또는 입계편석 원소의 종류와 정확한 {110} ＜001＞ 방위의 입자비율을 높이기 위하여 그것들의 적절한 존재방법에 대해 연구하는데 중점을 두어왔다.

실제로 결정립 성장억제제에 있어서는 일본특허공고 소30-3651호 공보에서 Littmann이 MnS를 개시하였고, 일본특허공고 소33-4710호 공보에서 Taguchi와 Sakakura등이 AIN을 개시하였다.

그밖에 VN, MnSe, Si3N4등의 특허가 출원되었고 입계편석 원소에 대해서도 많은 특허출원이 있어왔다. 이러한 석출물들이 효과적으로 결정립 성장을 억제하기 위해서는 석출물의 크기가 1000Å 이하이어야 하며, 강판에 조밀하며 (필요 용적은 0.1Vol.% 이하) 균일하게 분포되어 있어야 한다.

안정된 2차 재결정화를 위한 석출물의 기본요건은 주로 슬라브 재가열과 열연작업 및 열연판 소둔공정에서 제어된다. 미세하고 조밀한 석출물 분포를 얻으려면 슬라브 재가열공정에서 이미 존재하는 조대한 석출물들을 완전히 고용시켜야만 한다.

통상 결정립 성장 억제제로 MnS를 사용하는 경우에는 슬라브를 1400℃이상으로 재가열하여 MnS를 완전히 고용시키게 된다. 또한 열간압연시 MnS가 조대하게 석출하는 것을 방지하기 위하여 고온영역에서 압연을 실시하고, 재빨리 급냉시켜 MnS가 석출되는 것을 막는다.

미세한 MnS의 석출은 열연판 소둔에서 이루어지며, 석출물이 조대하게 성장하지 않도록 열처리 후에 급냉하게 된다.

그러나 석출물을 완전히 고용시키기 위해서 슬라브를 가열하는 경우에는 고온 슬라브가열에 따른 에너지 손실이 크고 슬라브 워싱(Slab Washing )현상에 의해 수율감소와 로보수비의 부담이 크다고 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 석출물을 용해 단계에서 첨가하지 않고 전기강판 제조공정중에 도입함으로서 슬라브 가열온도를 크게 낯추어 생산성을 높힌 새로운 공정의 방향성 전기강판 제조연구가 현재 진행되고 있다.

전기강판 제조공정중에 도입되는 결정립 성장 억제제인 석출물은 주로, AIN으로 열간압연 이후의 제조공정중 어느 공정에서든지 강판내의 질소함량을 증가하는 처리를 하는 것을 주요 내용으로 하며, 강판내에 질소 함량을 증가시키는 방법에는 주로 NH3에 의한 침질방법과 침질반응을 일으키는 첨가제를 소둔분리제와 함께 도포하는 방법등이 있다.

이와 같이 이제까지의 방향성 전기강판에 대한 연구는 주로 2차 재결정화에 필수적인 결정립 성장 억제제의 관리방법 즉, 석출물의 종류와 크기, 분포석출방법 등에 대하여 집중적으로 연구되어 왔다.

그러나 정작 2차재결정의 주제인 {110} ＜001＞ 방위를 갖는 결정립에 대해서는 많은 연구가 이루어지지 않았다 이제까지 알려진 {110} ＜001＞ 결정립에 대한 정보는 다음과 같다.

2차재결정의 핵인 {110} ＜001＞의 방위를 갖는 결정입자는 열간압연중 강판에 맨처음 존재하게 되며 냉간압연과 소둔공정에 의해서 다소 감소하지만 결국 최종 마무리 소둔시에 열간압연판에 존재하였던 {110} ＜001＞ 결정입자가 2차재결정을 일으킨다고 알려져 있다.

또한 열간압연판의 집합조직은 대부분 랜덤(random)하지만 표층부에는 {110} ＜001＞ 집합조직이 강하게 발달해 있다({110} ＜001＞ 집합조직은 {110} ＜001＞방위의 결정입자들이 많이 분포되어 있는 것을 뜻한다. ).

이러한 {110} ＜001＞ 집합조직은 열간압연할 때에 압연롤(roll)과 접촉하는 열연강판의 표면에서 전단변형이 일어남으로서 강판의 표층부에 {110} ＜001＞방위의 결정입자들이 많이 생성됨으로서 발달하게 된다.

강판의 중심부는 표층부와는 달리 단순히 압축응력만 받기 때문에 뚜렷한 집합조직의 형성이 없지만 표층부는 압연롤에 의한 극심한 전단변형을 받기 때문에 강한 {110} ＜001＞ 집합조직이 발달하게 된다.

이와 같은 표층부의 {110} ＜001＞방위의 결정립들은 방향성 전기강판에 있어서 매우 중요한데, Taguchi와 Sakakura등의 연구결과에서 2차 재결정은 표층부에서 시작되며, 표층부를 제거한 경우에는 2차 재결정이 일어나지 않는다고 보고하였다.

이렇듯이 방향성 전기강판의 제조에 가장 중요한 기본 전제조건은 표층부에 {110} ＜001＞ 방위의 결정립들이 형성되어야 한다는 것이며, 이들 {110} ＜001＞방위의 결정립들을 어떻게 하면 안정되게 2차 재결정을 시킬수 있는가에 현재까지의 모든 연구가 진행되어 왔다고 말하여도 과언이 아니다.

이제까지는 {110} ＜001＞ 방위의 결정입자들은 열간압연을 하면 표층부에 미약하게 형성되기 때문에 연구가들은 이를 자연스럽게 생각하고 2차재결정을 안정되게 형성시킬 수 있는 석출물의 제반조건을 찾는데 모든 노력을 기울여 왔다.

그러나 열간압연중에 {110} ＜001＞ 방위의 결정입자들의 형성을 촉진시킬 수 있는 방법에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다.

일반적으로 방향성 전기강판은 중량비로 Si를 1.5∼7%함유하는 Fe를 기본성 분계로 하며, 여기에 목표로 하는 자기특성을 확보하기 위하여 Mn, Al, S, N, Cu, Sn, P. B등을 다양하게 첨가하고 있다.

이러한 첨가물들은 주로 결정립 성장 억제제인 석출물을 형성하기 위해서 첨가되는 경우가 대부분이며 MnS [Se], AIN, Cu2S, Si3N4, BN, VN등이 이에 해당한다. 아울러 석출물의 결정립성장억제력을 보강하기 위하여 입계편석 원소를 첨가하기도 한다.

이렇게 확보하고자 하는 목표자성치와 제조공정에 따라 용해성분을 설계하여 용해한 후, 슬라브를 만들게 된다. 슬라브는 통상 조괴법, 연주법에 의해 제조되며, 스트립 캐스팅에 의해서 바로 열연판까지 제조할 수도 있다.

조괴법과 연주법에 의해서 제조된 슬라브는 열간압연을 하기 위하여 1000∼1400℃온도로 재가열하게 된다.

이때 슬라브 재가열 온도는 결정립 성장억제제로 사용한 석출물의 종류와 첨가량 그리고 이후의 본 공정작업 특성에 따라 1000∼1400℃온도에서 일정시간동안 재가열한다. 결정립 성장 억제제로 MnS를 사용한 경우에는 MnS의 고용온도가 매우 높기 때문에 1400℃의 고온으로 슬라브 재가열이 필요하지만, 열간 압연 이후의 제조 공정중에서 침질을 통하여 강판에 석출물 AIN을 도입시키는 제조방법은 1200℃ 정도의 슬라브 재가열 온도이면 충분하다.

이렇게 1000∼1400℃ 온도로 재가열된 슬라브를 가지고 열간압연을 하게 된다. 열간압변은 재가열된 슬라브를 고용된 MnS, AIN등이 석출되지 않도록 1000℃이상의 온도에서 조압연과 마무리 압연을 실시하여 두께 1.5∼3.0mm의 열간압연판을 만드는 공정이다.

열간압연의 목적은 슬라브를 냉간압연하기 좋은 두께로 만들기 위해 슬라브의 두께를 감소시키는 공정으로 석출물이 압연도중 석출이 되지 않도록 신속하게 압연을 끝내고 냉각수로 급냉을 하게 된다.

단순히 두께를 감소시키기 위한 공정이지만 압연온도가 낮으면 고용된 입성장 억제제가 석출되기 쉽기 때문에 압연온도의 관리가 매우 중요한 공정이며, 2차 재결정의 핵인 {110}＜001＞ 방위의 결정입자가 바로 이 공정에서 생겨난다. 열간압연이 끝난후에는 전기강판의 목표하는 자기특성과 제조공정에 따라 압연과 소둔의 복잡한 반복공정을 통하여 최종 방향성 전기강판을 제조하게 된다.

열간압연 이후의 공정을 크게 나누어 열연판소둔, 최종두께로의 냉간압연, 탈탄소둔 [침질소둔포함], 소둔 분리제 도포 그리고 마지막으로 최종 마무리 고온 소둔의 공정순으로 되어 있다.

열연판 소둔은 900℃이상의 온도에서 열처리 후에 급냉함으로서 열간압연 단계에서 석출되지 않은 결정립성장억제제를 석출시키는 공정이며, 스케일을 제거하기 위해 산세를 하고 최종제품의 두께로 냉간압연을 하게 된다.

냉간압연하는 방법은 입성장 억제제의 억제력에 따라 변하게 되는데, 결정립 성장 억제제의 억제력이 큰 경우는 84∼90%의 입하율로 1회 강압연하여 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하게 되고 억제력이 작은 경우에는 중간소둔을 포함하는 2회 압연법으로 일반적인 방향성 전기강판을 제조하게 된다.

그리고 강판에 포함된 자기특성에 해로운 탄소를 제거하기 위하여 830℃이상의 온도와 습윤 수소분위기에서 탈탄소둔을 행하게 된다. 새로이 개발된 저온가열 고자속밀도 방향성 전기강판의 경우에는 탈탄소둔에 이어서 결정립성장억제제인 AIN을 보강하기 위한 침질소둔을 실시하기도 한다.

2차 재결정을 위한 최종 마무리 고온소둔은 MgO소둔분리제를 강판에 도포한 후에 1150℃이상의 고온으로 열처리하여 2차재결정을 완료하고. 기타 불순물이 제거되도록 10시간이상 균열한다.

이상과 같은 방향성 전기강판의 제조공정에서 이제까지의 모든 연구는 위에서 설명한 석출물들이 얼마만큼 효과적으로 결정립 성장을 억제할 수 있는가에 집중되어 진행되어 왔다.

그러나 열간압연에 대한 연구는 압연온도, 시간 그리고 강판의 성분에 따라 열간압연판의 미세조직이 크게 변화하기 때문에 체계적인 연구가 이루어지지 못하였다.

한가지 변하지 않는 사실은 열간압연판의 표층부에 2차재결정의 핵인 {110}＜001＞ 방위의 결정립들이 존재하며, 이들은 열간압연중에 압연롤의 전단응력에 의해서 강판의 표층부가 전단변형함으로서 생성되었다는 것이며 전단변형의 정도가 클수록 {110}＜001＞ 방위의 결정립들이 더 많이 존재하게 된다는 것이다.

2차 재결정의 핵이 많을수록 최종 마무리 고온소둔에서 2차재결정이 일어날 확률이 커지며, 방향성이 더욱 향상되어 자기특성을 향상시킬 수 있게 된다.

그러므로 열간압연중에 강판의 표층부에 2차재결정의 핵인 {110}＜001＞ 방위의 결정립을 더 많이 발생시킬 수 있다면 방향성이 극히 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수가 있다.

열간압연중에 강판의 표층부에 2차재결정의 핵인 {110}＜001＞의 결정입자들을 더 많이 형성시키기 위해서는 강판의 표층부에 전단응력을 더 많이 부가하여 전단변형을 시키는 것이다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래의 제반 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 방향성 전기강판의 제조공정중 열간압연을 통상의 주속 압연과는 달리 이주속 압연으로 열간 압연판의 표층부에 전단응력을 더 많이 부가하여 전단변형들 일으키도록 함으로써 강판의 표층부에 2차재결정의 핵인 {110}＜001＞ 방위의 결정입자들이 많이 형성되어 2차재결정을 보다 안정하게 형성시킬 수 있고, 효과적으로 결정립 성장을 억제할 수 있는 석출물의 필요조건도 훨씬 적어지므로 방향성이 극히 뛰어나 자기특성이 우수한 일방향성 전기강판의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명의 특징은 열가압연중에 강판의 표층부에 전단응력을 더 많이 부가하기 위하여, 상하 작업롤의 직경을 다르게 하여 강판을 이주속 열간압연하는 방법과, 상하압연롤의 롤속도를 다르게 하여 강판을 이주속 열간압연하는 방법에 의하여 강판의 표층부에 2차재결정의 핵인 {110}＜001＞ 방위의 결정입자를 많이 생성시키도록 함에 의한다.

제1(a),(b),(c)도는 본 발명의 강판을 제조하는데 따른 6스탠드 및 7스탠드와 Fo 스탠드 + 6스탠드의 구성도.

제2(a),(b)도는 본 발명에 따른 측면가이드와 이주속 열간압연에 의한 열연판의 만곡현상을 나타낸 상태도이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로 Si 1.5∼7.0%를 함유하며 첨가물로 결정립 성장 억제제인 Al, Mn, Cu, S, N중에 단독으로 혹은 복합으로 첨가하여 제조된 슬라브를 1000℃이상의 온도에서 재가열하는 재가열단계와; 상기 재가열단계 후, 1000℃이상의 온도로 마무리 열간압연 스탠드에서 상하 작업롤의 직경 차이를 ± 5% 이하로 함과 더불어 상하 작업롤의 회전속도의 차이를 ± 20m/min으로 하여 6∼7개의 마무리 열간압연 스탠드에서 두 스탠드가 한조를 이루며 최대 3조까지 조합을 이루어 앞 스탠드에서 한면에, 그리고 다음 스탠드에서 다른 면에 교대로 전단응력을 부가하면서 이주속 열간압연함으로써 1.5∼2,5mm 의 열연판을 만드는 열간압연단계와; 상기 열간압연단계 다음에 900℃∼1120℃의 온도에서 열연판소둔을 하며 900℃ 이하의 탈탄과 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연법으로 최종 두께 0.35∼0.25mm까지 압연하는 냉간압연단계 및; 상기 냉간압연단계 다음에 600℃ 이하의 온도에서 회복 소둔하고 MgO 소둔분리제를 도포하여 1100℃이상의 고온에서 마무리 고온소둔하는 소둔단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명 전기강판의 제조방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 압연공정은 강판을 회전하는 2개의 롤 사이에 통과시켜 원하는 치수, 형상의 제품을 만드는 것으로 두께가 두꺼운 소재를 바로 얇은 최종 제품의 크기로 압연하기는 어렵다.

따라서 크게 조압연구간과 마무리 압연구간으로 나누어 작업을 하게 되는데 조압연구간에서는 많은량의 두께와 폭 압연하고 이렇게 만들어진 소재를 바(bar)라하며, 마무리 압연구간에서 최종 마무리하는 개념으로 압연하게 된다.

조압연기의 배열은 생산성 향상, 코일단증 증가, 설비비 및 에너지등의 절감성 측면에서 초기에는 반연속식이었으나, 그후 전연속식으로 발전하여 현재는 반연속식과 전연속식을 조합한 3/4식의 능률적인 방식을 채택하는 것이 일반적이다.

반연속식의 경우 조압연은 위에서 설명하였듯이 먼저 재가열된 슬라브의 스케일(Scale)을 제거하고 가열식 압연기로 여러차례 압연을 하여 마무리 압연을 하기에 적당한 두께(약 40mm)의 바(bar)를 만들게 된다.

마무리압연은 조압연기에서 압연된 바(bar)를 6∼7개의 스탠드(stand)로 연속적으로 배열된 마무리 압연기로 1.0∼25.4mm까지 압연하게 된다. 이렇게 압연된 강판을 열간 압연판이라 칭한다. 마무리 압연설비는 크게 나누어 보열커버, 바 엣지 히터, 귀자르기, 스케일제거장치, 마무리압연기, 이송 테이블, 냉각설비등으로 구성되어 있다.

조압연에서 길게 압연된 바를 마무리 압연까지 이송하는 동안에 바의 온도가 떨어지는 것을 방지하기 위해 조압연기와 마무리 압연기사이에 설치하는 커버로 가열방식과 재료의 방사열을 반사시키는 방식이 있다.

바 엣지히터(Bar Edge Heater)는 가열로에서 추출된 슬라브가 조압되어 마무리 압연까지 오게 되면 엣지부분이 급냉되어 온도편차는 물론, 이로 인한 재질적인 문제와 마무리 압연등의 작업성에 영향을 미치게 되므로 엣지부분의 온도강하를 방지하기 위한 가열장치이다.

귀자르기(Crop shear)는 마무리 압연기 입측에 설치되어 압연재의 선단과 후 단부를 절단하여 작업성과 후공정인 권취기에 코일의 취입성을 양호하게 하는 한편, 마무리압연 작업중 설비에 이상발생시에 코일을 분할하여 대형사고 예방에도 쓰인다.

스케일 제거장치는 조임롤(Pinch Roll)과 스케일 제거노즐로 구성되어 고압수로 압연재에 부착된 스케일을 제거하게 된다. 대표적인 마무리 압연기의 배열은 제1도에서 볼 수 있듯이 6스탠드 7 스탠드 그리고 FO와 6스탠드의 조합으로 이루어진 형태, 3가지로 분류할 수 있다. 대부분의 경우 6스탠드이지만 생산능력 향상, 슬라브 대형화 등에 대응하기 위하여 7스탠드를 설치하기도 한다.

또 압연에 필요로 하는 에너지에 대응하기 위하여 조압연중에 온도강하를 줄이기 위해 바(bar)의 두께 증대가 필요하고 이에 대응하기 위하여 F1스탠드 앞에 F0 스탠드를 설치하기도 한다.

스탠드(stand)는 상하 압연롤의 한 조를 칭하며, 통상 2단롤과 4단롤이 있다. 2단롤의 경우에는 두개의 작업롤(Work Roll)로 이루어져 있으며, 4단롤의 경우에는 두개의 작업롤(Work Roll)과 이를 지지하는 두개의 커다란 직경의 지지롤(Back-up Roll)로 이루어진 한 단위를 스탠드라 한다.

6개의 스탠드를 갖는 설비인 경우에는 각각의 스탠드를 마무리압연(Finishing mill)의 영문 첫자인 F로 나타내며 F1∼F6으로 표기한다.

이송장치는 최종 마무리 압연기와 권취기를 연결하는 설비로 마무리 압연기에서 빠져나온 압연판을 권취기까지 이동시켜 주는 역할을 하며 압연판을 이송중에 소정의 권취온도를 확보하기 위해서 열간압연판의 상하부에서 일정한 냉각수를 뿌릴 수 있는 냉각장치가 있다.

열간압연에 사용되는 마무리 압연기의 스탠드와 스탠드 사이에는 스트립퍼 (stripper)와 루퍼(looper)측면가이드(Sldegulde)냉각설비, 와이퍼(Wiper) 등이 있다. (도면 미도시)

스트립퍼는 상하 작업롤의 출측에 설치되어 압연판을 유도하고 압연판이 롤에 감기지 않도록 하는 기능을 갖으며, 와이퍼는 롤의 냉각수가 판에 떨어지지 않도록 하는 장치이다. 또한, 루퍼는 스탠드간의 압연판에 적절한 장력을 주어 각 스탠드간의 압연상태를 안정하게 하고 압연두께와 폭의 변동을 방지하는 역활을 한다.

또한, 측면 가이드는 각 스탠드 입측에 설치되어 압연판의 선단을 압연기까지 유도하는 역활을 한다.

본 발명의 열간압연 설비는 각 스탠드의 상하 작업롤들이 단독으로 구동하며 각 압연롤의 회전속도를 자유로이 조절할 수 있어야 한다. 일반적으로 압연롤을 상하의 작업롤이 단일 구동모터에 베벨기어로 연결되어 동시에 같은 회전수로 회전하게 되어있다. 이런 경우에는 본 발명에서 추구하고자 하는 이주속 압연하기에 부적 합하다.

이주속 열간압연을 하기 위해서는 작업롤의 직경과 회전속도를 자유롭게 조절할 수가 있어야 하므로 상하 작업롤이 각각 독립된 구동모터에서 구동력을 받을수 있는 설비이어야 하며 설비의 변경은 간단하다.

즉, 종래의 단일 구동모터 대신에 상하작업롤에 각각 구동모터를 설치하면 된다.

작업롤의 직경은 대개 660mm이고, 스탠드간 거리는 5.5m이며, 열간압연중에 압연롤의 회전속도는 약 500∼600m/min이다. 열간압연판의 표층부에 전단변형을 주기 위한 방법으로는 우선 스탠드 상하 작업롤의 직경을 다르게 하는 방법이 있다.

스탠드 상하작업롤의 회전속도는 같다고 가정하였을 때 상하 작업롤의 어느 한쪽 롤이 다른 롤에 비하여 직경이 작거나 크게 된다면, 상하 작업롤 사이에 치입된 강판의 양쪽 표층부는 각기 다른 전단응력을 받게 된다.

즉, 압연량이 동일한 상태에서 상하롤의 직경이 같은 경우와 비교하여 볼 때 열간압연되는 판의 한쪽 표층부는 다른 표층부보다 전단변형이 많이 일어나게 된다.

이렇게 서로 다른 직경을 갖는 작업롤을 사용하여 압연된 강판은 한쪽 표층부의 지나친 전단변형으로 만곡 현상이 일어날 가능성이 있으므로 바로 다음에 있는 스탠드에서 이를 평탄화시켜야만 한다.

한쪽 표층부의 지나친 전단변형으로 만곡현상이 일어난 강판은 바로 다음 스탠드에서 앞 스탠드와는 반대로 작업롤을 배치하여 전단변형을 적게 받은 표층부에 전단응력을 크게 부가하여 전체적으로 강판의 양쪽 표층부에 같은 전단변형을 일으키게 한다.

열간압연중에 강판의 표층부에 전단응력을 크게 부가하는 또 다른 방법에는 각 스탠드 상하작업롤의 회전속도를 다르게 하는 방법이다.

이와 같은 방법은 열간압연 스탠드의 설비에서 상하작업롤이 독립적으로 구동된다는 것에 착안하여 압연롤의 회전수를 다르게 하여 강판을 압연하게 되면, 상기 압연롤의 직경을 바꾼 경우와 동일한 효과를 볼 수 있다.

압연량이 같다고 하였을 때 상하적업롤의 회전수가 동일한 경우와 비교하여 보면 열간압연된 강판의 한쪽 표층부는 다른쪽에 비하여 압연를 회전속도 차이에 의한 마찰력의 차이가 발생하므로 전단응력을 더 많이 받게 된다. 이와 같이 상하 압연롤의 회전속도 차이를 주어 열간압연한 강판은 표층부의 전단응력 차이로 만곡이 발생하게 되지만, 바로 다음 스탠드에서 앞 스탠드와는 반대의 작업롤 배열로 한쪽면으로 만곡이 일어난 강판을 평탄화시킬 수 있다.

이와 같이 열간압연중에 강판에 전단응력을 더 많이 부가하기 위해서는 최소두개의 스탠드가 한조를 이루어서 강판의 만곡현상을 억제하고 평탄화시켜 주어야 한다.

열간압연 설비중에서 마무리 압연설비는 앞서 설명하였듯이 6내지 7스탠드로 구성되어 있으므로, 위와같은 두개의 스탠드가 한조가 된다면 전단응력을 부가하는 열간압연을 최대 3조까지 조합이 가능하다.

열간압연 강판의 평탄도가 부족하다면 전단응력을 부가할 수 있는 스탠드의 조합을 1∼2조로 줄이고 나머지 스탠드에서 강판의 평탄화 작업을 압연과 동시에 수행한다. 그렇게 하기 위해서는 전단응력을 부가하는 열간압연은 압연설비의 입측에서 수행하는 것이 바람직하다.

6스탠드의 경우 F1-F2, F3-F4, F5-F6스탠드로 조합을 하며, 평탄화 작업이 요구되는 경우에는 압연설비 출측에 있는 스탠드의 조합을 평탄화 작업으로 전환하면 된다.

7스탠드의 경우에는 F1-F2, F3-F4, F5-F6스탠드의 조합으로 전단응력부가 열간압연을 수행하고 F7스탠드에서 강판의 평탄화작업을 하게 된다.

이렇게 이주속 열간압연된 강판은 통상의 열간압연판보다 표층부에 더 큰 전단응력을 받아 변형이 많이 일어나게 된다. 그러므로 표층부의 2차재결정의 핵인 {110} ＜001＞ 방위의 결정입자둘이 더욱 많이 생성되어 후 공정에서 2차재결정이 더욱 쉽게 일어나며 방향성도 극히 우수하여 자기특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수가 있게 된다.

이하, 실시예에서는 방향성이 극히 우수하여 자기특성이 뛰어난 일방향성 전기강판을 제조하기 위한 마무리 열간압연설비의 상하작업롤 조건에 대해서 설명한다.

[실시예 1]

먼저, 열간압연 스탠드에서 직경이 서로 다른 상하작업롤을 사용하여 열간압연판의 표층부에 전단응력을 부가할 수 있는 상하작업롤의 직경비를 구해 보였다.

스탠드간의 거리는 5.5m이고 표준작업롤의 직경(R)은 660mm로 F1의 스탠드에서 직경이 서로 다른 상하작업롤을 사용하여 강판의 표층부에 전단응력을 부가하는 압연을 하면 강판은 만곡이 일어나게 되는데, 강판이 F2 스탠드에 양호하게 치입되기 위해서는 만곡이 크게 일어나면 안된다.

스탠드간의 거리가 5.5m인 것을 고려 할 때 강판의 선단이 만곡으로 측면 가이드와 접촉하지 않도록 하여야만이 다음 스탠드에 강판의 치입이 가능하다.

만곡이 일어난 강판의 선단이 측면가이드에 접촉하지 않으면서 만곡이 최대로 일어날 수 있는 조건은 다음과 같이 유출할 수 있다.

조압연된 바(bar)를 상하작업롤의 직경차이가 있는 1스탠드에서 압연하게 되면 열간압연판은 한쪽 표층부에서 많은 전단변형이 일어남과 동시에 만곡현상이 발생하게 된다(제2도 참조).

이러한 만곡된 강판의 선단이 높이 379mm인 측면가이드의 상단과 접촉하지 않으면서 다음 압연스탠드에 치입되기 위한 조건은 다음과 같다.

측면 가이드는 강판의 선단을 압연기까지 유도하는 설비로 입구의 높이가 379mm 이고 출구의 높이는 100mm이며, 총 길이는 1450mm이다. 이러한 측면가이드의 입구와 출구의 경사각은 최대 4,6°로 만곡이 일어난 강판이 치입가능한 만곡각은 그 이하가 되어야만 한다.

전단응력을 더 많이 받은 강판의 한쪽면이 다른면 보다 연신되어 제2도와 같이 만곡이 일어난다고 가정할 때, 강판의 만곡된 각이 측면가이드의 경사각과 동일한 수준까지 일어날 수 있는 상하작업롤의 직경비를 구해보았다.

상하 압연롤의 원주비가 강판 표층부의 변형비와 같으므로 만곡된 각이 14.6°가 되려면 직경 660mm의 기준 작업롤에 대해서 다른 작업롤의 직경(R′) 은 기준 직경의 ± 3.3%이내이어야 한다.

이러한 작업롤의 직경차이에 의해서 전단변형되어 만곡이 된 열연강판은 다음 스탠드에서 앞 스탠드와는 반대로 강판의 다른면에 전단응력을 부가함으로서 결국 통상적인 열간압연보다 전단변형을 더 많이 받은 표층부를 얻을 수 있다.

마무리 열간압연 설비에서 각 스탠드의 압연량과 압연속도는 방향성 전기강판의 성분과 결정립성장 억제제의 석출을 억제하기 위한 열간압연 조건에 따라 변경이 될 수 있으며, 압연롤의 크기도 작업조건에 따라 변경될 수 있다. 그러나 추가적인 전단응력을 부가하기 위한 상하압연롤의 직경차이는 ± 3.3% 이내로 관리하여야만 원활한 열간압연 작업과 동시에 2차 재결정의 핵을 많이 갖는 열연판을 만들 수 있다.

위와 같은 작업롤의 조건을 기준으로 하여 다음과 같이 실제 이주속 열간압연으로 전기강판을 제조하여 보았다. 중량비로 3.1% Si, 0.32% Mn, 0.013%산가용성 Al, 0.010% N, 0.005% S, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 방향성전기강판의 슬라브를 230mm의 두께로 제조하였다.

이 슬라브를 1250℃에서 4.5시간 재가열한 후, 스케일 브레이커로 스케일을 제거한 후에 조압연하여 39mm의 바(bar)을 만들었다. 그 다음 마무리 압연설비의 1과 2스탠드에서 전단응력을 부가하는 압연을 행하였다.

F1 스탠드에서 상부 작업롤의 직경은 670, 680mm이고, 하부작업롤의 직경은 표준인 660mm이었다. F2 스탠드에서는 F1스탠드의 작업롤 배열과 반대로 하였다. 39mm의 바는 F1스탠드에서 13.69mm로 압연하고 F2스탠드에서는 6.94mm로 압연하였다.

F1 스탠드와 상하작업롤 직경비는 각각 1.5, 3%로 F1스탠드를 통과한 압연강판은 제2도와 같이 만곡이 일어났지만 측면가이드에 안전하게 치입되었다. F2스탠드에서는 상하작업롤의 배열이 F1스탠드와 반대로 배열되어 있어 만곡되었던 강판이 많이 평탄화 되었지만 완전히 평평하지는 않았다. 그러나 F3과 F4스탠드에서 연속적으로 압연되면서 열연강판은 완전하게 평탄화를 이루었다. 아울러 비교재로서 통상적인 열간압연 방법으로 압연한 열연판을 준비하였다.

이와 같이 이주속 열간압연된 2.0mm의 열연강판과 비교재를 900℃의 온도에서 열연판 소둔을 실시하였다.

냉간압연은 중간소둔을 포함한 2회 냉간압연법으로 1차 냉간압연에서는 두께 0.6mm 까지 압연하여 중간소둔을 하였다.

중간소둔은 890℃의 습수소 분위기에서 열처리하여 탈탄까지 하였다. 이어서 두께 0.3mm로 최종 압연하고 600℃의 온도에서 회복소둔을 하였다. 최종 마무리 고온소둔은 MgO소둔분리제로 강판을 도포하고 1200℃까지 승온하여 2차 재결정이 일어나도록 하였다. 하기 표 1에 이주속 열간압연재와 비교재의 자기 특성을 나타냈다.

통상적인 열간압연에 의한 비교재는 B1O 1.847 Tesla의 자속밀도와 철손(W17/50) 1.42W/kg이었으나, 이주속 열간압연재의 경우에는 B1O 1.88 Tesal이상의 자속밀도와 철손(W17/50) 1.19W/kg의 우수한 특성을 보였다.

이와 같은 우수한 자기특성은 {110} ＜001＞ 방위의 2차 결정립들이 압연방향으로 잘 배향되어있다는 것을 뜻한다.

결국 이주속 열간압연에 의하여 열연판의 표층부에 {110} ＜001＞ 방위와 결정립들이 많이 생성되고, 냉간압연중에 방향성이 극히 우수한 {110} ＜001＞ 결정립들만이 남아서 최종 마무리 고온소둔중에 2차재결정을 일으킨 것이다.

[실시예 2]

실시예 1에서와 같이 열간압연시 표층부에 전단응력을 주기 위한 또 다른 이주속 열간압연 방법으로는 동일한 직경을 갖는 상하 작업롤을 사용하면서 상하 압연롤의 회전속도를 다르게 하는 방법이 있다.

본 발명에서 사용한 마무리 열간압연 설비는 상하 작업롤이 각각 독립적으로 구동하게 되어 있으며, 열간압연할 때에 상하 작업롤들이 각각 다른 회전속도로 회전할 수 있도록 할 수 있다. 따라서 상하작업롤의 회전속도를 다르게하여 압연을 하게 되면 회전속도가 큰 작업롤과 접촉하는 강판의 표면이 전단응력을 더 많이 받게 된다.

심한 전단응력을 받은 강판의 한쪽면은 전단변형을 하게 되어 실시예 1에서와 같이 만곡이 일어나게 된다. 따라서 실시예 1의 가정과 같이 측면가이드에 의해서 치입될 수 있는 만곡각은 14.6° 이하이므로 압연롤 직경 660mm, 회전속도 500m/min이었을 때 작업롤의 분당 회전수는 241.143 이다. 만곡각이 14.6°가 되려면 다른 작업롤의 직경이 682mm로서 1회전할 때에 직경 660mm롤과의 원주차이는 69.6mm이다.

결국, 상하 작업롤의 직경이 660mm로 동일하다면 한쪽 작업롤은 다른 작업롤에 대해서 1회전시에 69.6mm만큼 더 회전하여야만 한다.

따라서 회전을 많이하는 작업롤의 회전속도는 분당회전수와 직경 682mm 작업롤의 원주비의 곱으로 나타낼 수 있다.

계산 결과, 한쪽 작업롤의 회전속도는 516.66 m/min로 다른 작업롤의 회전속도 500m/min와의 회전속도 차이는 16.66m/min이다.

이와 같은 작업롤 회전속도의 차이에 의해서 열간압연된 강판은 만곡현상이 일어나므로 다음 스탠드에서 앞 스탠드와는 반대의 작업롤 회전속도 조합으로 열간압연 함으로서 만곡현상 제거와 함께 강판의 평탄화를 이룬다.

위와 같이 두개의 스탠드 조합으로 이루어진 전단응력을 부가하는 압연공정을 6∼7개의 스탠드에서 최대 3번까지 수행 할 수 있다. 이러한 열가압연공정에 의하여 제조된 열간압연판의 표층부에는 2차재결정의 핵이 될 수 있는 {110} ＜001＞ 방위의 결정입자들이 더 많이 존재하게 되어 이후의 열연판소둔, 냉간압연, 탈탄소둔 [침질소둔 포함], 소둔분리제 도포 그리고 최종 마무리 고온소둔을 통하여 방향성이 극히 우수하여 자기 측성이 뛰어난 전기강판을 제조할 수가 있게 된다.

실제 중량비로 3.15% Si, 0.072% Mn, 0.026% 산가용성, Al, 0.009%N, 0.004% S, 0.45%, Cu, 그리고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 방향성 전기강판의 슬라브를 230mm의 두께로 제조하였다.

이 슬라브를 1250℃에서 4.5 시간 재가열 한 후, 스케일 브레이커로 스케일을 제거한 후에 조압연하여 39mm의 바(bar)를 만들었다.

이 슬라브를 1230℃에서 4.5 시간 재가열한후 스케일 브레이커로 스케일을 제거한 후에 조압연하여 39mm의 바(bar)를 만들었다.

그 다음, 마무리 압연설비의 1과 2스탠드에서 상하작업롤의 회전속도를 500~516m/min까지 변화시켜서 전단응력을 부가하는 열간압연을 행하였다.

열간압연중에 F1 스탠드에서 상부작업롤의 회전속도를 500∼520m/min까지 변화시켰으며, 하부작업롤의 회전속도는 500m/min으로 고정하였다. F2 스탠드에서는 F1 스탠드의 상하작업롤의 회전속도 차이를 반대로 주었다.

열간압연은 39mm의 바를 F1스탠드에서 13.69mm로 압연하고 F2스탠드에서는 6.94mm로 압연하였다. F1스탠드의 상부작업롤의 회전속도가 하부 작업롤의 회전속도 보다 최고 20m/min까지 빠르게 회전함에 따라서 F1 스탠드를 통과한 압연강판은 제2도와 같이 만곡된 형상을 이루었다.

상부 작업롤의 회전속도가 20m/min인 경우에는 만곡현상이 매우 크게 일어나 F2스탠드의 측면 가이드에 치입이 불가능하였으나 16m/min의 회전속도에서는 안전하게 치입되었다. F2 스탠드에서는 상하작업롤의 회전속도가 F1스탠드와 반대로 배열되어 있기 때문에 만곡되었던 강판이 많이 평탄화 되었다.

그리고 열간압연 강판이 F3와 F4스탠드에서 연속적으로 압연되면서 완전하게 평탄화를 이루었다.

이와 같이 이주속 열간압연된 두께 2.3mm의 열압판들을 1100℃의 온도로 열연판 소둔을 실시하였다. 냉간압연은 중간소둔을 포함한 2회 냉간압연법으로 1차 냉간압연에서는 두께 0.7mm까지 압연하여 중간소둔을 하였다.

중간소둔은 890℃의 습수소 분위기에서 열처리하여 탈탄까지 하였다.

이어서 두께 0.35mm로 최종 압연하고 600℃의 온도에서 회복소둔을 하였다. 최종 마무리 고온소둔은 MgO소둔분리제로 강판을 도포하고 1200℃까지 승온하여 2차재결정이 일어나도록 하였다.

열간압연중에 상하 작업롤의 회전속도 차이를 주어 압연한 소재들의 자기특성을 하기 표 2에 나타냈다.

대표적으로 F1 스탠드에서 하부작업롤의 회전속도 500m/min에 대한 상부 작업롤의 회전속도를 표시하였다. 상부 작업롤의 회전속도가 500m/min인 경우는 통상적인 주속압연으로 자속밀도(B1O) 1.825 Tesla의 자속밀도와 철손(W17/50) 1.44W/kg이었다. 그러나 상부작업롤의 회전 속도가 516M/min 로 증가함에 따라 자속밀도는 점점 증가하고 철손은 감소하는 경향을 보였다. 상부작업롤의 회전속도가 516m/min인 경우에 자속밀도(B1O)는 1.912 Tesla이고 철손(W/17/50) 1.09W/kg로 고자속밀도 방향성 전기강판의 자기특성과 비슷하였다. 이러한 우수한 자기 특성은 결론적으로 이주속 열간압연에 의하여 열연판의 표층부에 {110} ＜001＞ 방위의 결정립들이 많이 생성됨으로서 냉간압연중에 방향성이 극히 우수한 {110} ＜001＞ 결정립들만이 남게 되고 이러한 결정립들이 2차 재결정하여 압연방향으로 우수한 자기특성을 나타낸 것이다.

이상과 같은 본 발명은 방향성 전기강판의 제조공정중에 열간압연을 통상의 주속 압연과는 달리 이주속 압연을 함으로써 열간 압연판의 표층부에 전단응력을 더 많이 부가하여 전단변형을 일으키도록 함으로써 강판의 표층부에 2차재결정의 핵인 {110} ＜001＞ 방위의 결정입자들을 많이 형성되어 2차재결정을 보다 안정하게 형성시킬 수 있고, 효과적으로 결정립 성장을 억제할 수 있는 석출물의 필요조건도 훨씬 적어짐으로 방향성이 극히 우수하여 자기특성이 뛰어난 일방향성 전기강판을 용이하게 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량%로 Si 1.5∼7.0%를 함유하며 첨가물로 결정립 성장 억제제인 Al, Mn, Cu, S, N중에 단독으로 혹은 복합으로 첨가하여 제조된 슬라브를 1000℃ 이상의 온도에서 재가열하는 재가열단계와; 상기 재가열단계 후, 1000℃이상의 온도로 마무리 열간압연 스탠드에서 상하 작업롤의 직경 차이를 ±5% 이하로 함과 더불어 상하 작업롤의 회전속도의 차이를 ±20m/min으로 하여 6∼7개의 마무리 열간압연 스탠드에서 두 스탠드가 한조를 이루며 최대 3조까지 조합을 이루어 앞 스탠드에서 한면에, 그리고 다음 스탠드에서 다른 면에 교대로 전단응력을 부가하면서 이주속 열간압연함으로써 1.5∼2.5mm의 열연판을 만드는 열간압연단계와; 상기 열간압연단계 다음에 900℃∼1120℃의 온도에서 열연판소둔을 하며 900℃ 이하의 탈탄과 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연법으로 최종 두께 0.35∼0.25mm까지 압연하는 냉간압연단계 및; 상기 냉간압연단계 다음에 600℃ 이하의 온도에서 회복 소둔하고 MgO 소둔분리제를 도포하여 1100℃이상의 고온에서 마무리 고온소둔하는 소둔단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기특성이 우수한 일방향성 전기강판의 제조방법.