KR100368235B1

KR100368235B1 - 방향성 전기강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100368235B1
Application number: KR10-1998-0056283A
Authority: KR
Inventors: 김재관; 우종수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2003-04-21
Also published as: KR20000040613A

Abstract

본 발명은 저온슬라브 가열에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 탈탄소둔 후단에 질화열처리로를 설치하여 2차재결정을 위한 인히비터를 강화하는 종래기술과는 달리, 탈탄소둔공정에서 질화처리를 동시에 행하여 우수한 자성을 가진 방향성 전기강판의 제조방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은, 중량%로 Si:2.0-4.5%, C:0.010-0.025%, Sol-Al:0.010-0.040%, N:0.002-0.020%, Bi:0.01-0.20%, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강슬라브를 1000∼1250℃의 온도에서 재가열하여 열간압연하고, 이어 1회의 냉간압연으로 소정의 두께로 한 다음, 0.05∼5%의 함질소 가스분위기로 900∼1050℃의 온도 구역에서 질화·탈탄소둔을 행하고, 소둔분리제를 도포한 후 마무리소둔하여 이루어지는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

이러한 본 발명의 제조방법은, 추가적인 질화열처리설비 없이 1.93∼1.95T의 자속밀도(B10)를 갖는 방향성 전기강판을 저렴하게 제공할 수 있다.

Description

방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 저온슬라브 가열에 의한 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 2차재결정을 위한 인히비터를 탈탄소둔공정에서 질화처리를 동시에 행하여 강화하는 방향성 전기강판의 제조분야에 속한다.

방향성 전기강판을 제조함에 있어 자성이 우수한 제품을 제조하기 위해서는 최종 고온소둔전에 1차 재결정립의 성장을 억제하는 소위 인히비터를 존재시키는 것이 필수적이다. 인히비터를 확보하는 방법으로서는 열연공정에서 재가열온도를 1400℃ 부근의 고온으로 가열하여 연주공정에서 생성된 조대한 AlN, MnS 등의 석출물을 고용시켜 열연 및 열연판소둔과정에서 미세하게 분산, 석출시키는 것이 일반적인 방법이다. 그런데, 이와 같이 재가열온도를 높게 하면 재가열중에 슬라브의 표면이 용융하여 녹아내리는 소위 워싱현상의 발생으로 실수율이 낮아지고, 주기적으로 가열로를 수리해야 하므로 비경제적이다. 또한, 온도를 높이기 위한 에너지의 사용량도 많을 뿐만 아니라, 열연중에 압연 길이방향으로의 온도편차 때문에 자성이 길이방향으로 편차가 발생하는 등 여러 가지 문제가 발생한다.

따라서, 이와 같은 열연공정에서의 문제점을 적극적으로 개선하려는 노력이 진행되고 있으며, 그 대표적인 방법이 일본 공개특허공보 평 2-77525호에 개시되어 있다. 이 종래기술은 냉간압연판을 탈탄후 다시 가열하여 결정립을 소정의 크기로 조절후 질화처리를 위한 질화소둔로를 탈탄소둔로의 후단에 설치하여 질화성분위기에서 질화하는 방법이다. 이 질화처리에서 2차 재결정을 위한 인히비터가 강화되기 때문에 슬라브 가열온도는 1250℃ 이하의 저온에서 행하는 것이 가능하다고 하는 이점이 있다. 또, 슬라브 가열온도가 낮으므로 슬라브 가열시에 최종특성에 악영향을 미치는 비정상적인 입성장이 일어나지 않으므로 슬라브 가열시의 C를 0.05%이하로 낮게 할 수 있다고 밝히고 있다.

그러나, 이 방법에 따라 질화처리를 하기 위해서는 탈탄소둔로의 후단에 특별한 질화소둔로의 설치가 필요하게 된다. 또한, 이러한 방법에서는 탄소가 0.025% 이상으로 여전히 많은 양이 있어야 되므로 탈탄을 위한 탈탄소둔에서의 공정부담이 크다고 하는 결점이 있다.

본 발명은 질화소둔로를 설치하지 않고 탈탄소둔공정에서 질화처리를 동시에 행하면서 안정적으로 자성을 확보할 수 있는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방향성 전기강판 제조방법은, 중량%로 Si:2.0-4.5%, C:0.010-0.025%, Sol-Al:0.010-0.040%, N:0.002-0.020%, Bi:0.01-0.20%, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강슬라브를 1000∼1250℃의 온도에서 재가열하여 열간압연하고, 이어 1회의 냉간압연으로 소정의 두께로 한 다음, 0.05∼5%의 함질소 가스분위기로 900∼1050℃의 온도 구역에서 질화·탈탄소둔을 행하고, 소둔분리제를 도포한 후 마무리소둔하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 탈탄에 따른 공정부담을 줄이기 위해 C를 저감하면서 C저감에 따른 자성의 열화는 Bi의 첨가로 보상함과 더불어 탈탄소둔공정에서 질화처리를 동시에 행하는데, 그 특징이 있다. 이러한 본 발명은 C, Bi성분이외에 Si, Sol-Al, N성분을 적절히 관리하면서 그 제조공정을 유기적으로 결합하여 달성되는 바, 이를 강성분과 제조공정으로 세분하여 다음에서 설명한다.

[규소강 슬라브의 성분]

상기 C는 0.010% 이하의 경우 2차 재결정은 일어나지만 자속밀도가 낮으며, 0.025% 이상으로 첨가되는 경우 2차 재결정이 일어나고 자속밀도도 높지만 1차 재결정 소둔공정에서 탈탄에 장시간이 요하여 경제적이지 못하므로, 0.010-0.025%로 첨가한다.

상기 Si는 함유량이 많을수록 고유저항이 증가하여 제품의 와전류손을 감소시키기 때문에 와전류손을 감소시키기 위해서는 Si는 많을수록 좋으며, 이를 위해 2.0%이상 첨가하나 Si의 첨가량이 많아질수록 냉간압연과정에서 판파단이 발생하기 쉽게 되어 적절히 제한하여야 한다. 이러한 경향은 C가 높을수록 현저하다. 본 발명강은 냉간압연공정에서는 C가 이미 0.025%이하이기 때문에 종래의 소재와 비교하여 판파단이 발생하는 비율이 낮지만, Si가 4.5% 이상에서는 냉간압연을 함에 있어 특별한 배려가 요하므로 경제적으로 제조한다고 하는 본 발명의 목적에 맞추어 상한을 4.5%로 한다.

상기 Al은 질화처리 이후에 (Al, Si)N을 형성하여 인히비터로서 작용한다. 이 경우 산가용성 Al로서 0.010% 이상 존재하지 않으면 1차 재결정 과정에서 결정립의 성장이 어렵게 되어, 높은 자속밀도를 얻기 어렵기 때문에 하한을 0.010%로 한다. 상한을 0.04%로 한 것은 이 이상의 Al이 존재하면 석출물이 조대화 되어 오히려 인히비터로서 유효하게 작용하기 어렵게 되기 때문이다.

상기 N은 인히비터의 분산을 위해 일정량 첨가한다. 즉, 발명에 있어서의 인히비터는 1차 재결정 소둔(질화·탈탄소둔)공정에서 주로 만들어지는데, 0.002% 이상의 N가 열간압연 이전에 포함되어 있지 않는 경우에는 인히비터의 분산이 나쁘게 되어 높은 자속밀도가 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 하한을 0.002%로 한 것이다. 그러나, 질소가 0.02%이상 포함되면 브리스터라고 하는 표면불량이 발생한다.

상기 Bi은 미량 첨가하여도 2차재결정을 일어나기 쉽도록 하여 자속밀도가 어느 정도 향상되지만 그 효과는 작다. 따라서, 안정하게 자속밀도를 1.90T 이상 얻기 위해서는 0.01% 이상이 첨가할 필요가 있으나, 0.2% 이상 첨가하여도 그 효과가 크지 않고 오히려 강판이 취약하게 되므로 0.01-0.2%로 첨가한다.

상기 성분이외에도 Cu, P, Mn이 함유되면 자기적특성의 향상과 함께 가공성을 개선하는 이점이 있는데, 이를 설명한다. 상기 Cu는 포스테라이트 피막을 형성하고 1차재결정의 성장을 도와주기 위해 첨가하나 0.5%이상 첨가되면 자성이 오히려 열화됨으로 0.5%이하로 제한한다. 상기 P은 자속밀도를 높이는 효과가 있으나 너무 많이 첨가되면 냉간압연성이 열화되므로 0.10%이하로 제한한다. 상기 Mn은 열간취성방지를 위해 첨가하나 너무 많이 첨가되면 자속밀도가 저하되므로 0.5%이하로 제한한다.

상기한 강 슬라브에서는 상기한 성분들 외에 제강시 원재료로부터 혼입되는 불가피한 원소들이 함유되어도 무방하나 편석원소인 S의 경우 0.015% 이내로 관리하는 것이 좋다. 이는 S이 너무 많이 혼입되면 2차재결정을 방해하기 때문이다. 또한, 상기와 같은 용강은 통상의 여하한 용해법, 조괴법, 연주법 등을 이용하여 제조한 경우에도 본 발명의 소재로 사용할 수 있다.

[제조공정]

상기와 같이 조성되는 규소강슬라브를 저온재가열(조압연개시온도)하여 열간압연하는데, 이때의 재가열은 1000∼1250℃에서 행한다. 이는 1000℃이하에서도 양호한 자기특성이 얻어지지만 열간압연에 요구하는 기계적 에너지가 많이 필요하여 압연기의 부담이 커지고, 또한 열연시에 강판에 표면흠이 발생하기 쉬워 경제적이지 못하기 때문이다. 또한, 재가열온도가 1250℃ 이상이 되면 본 발명 성분에서는 제품의 자속밀도는 1.90T 이하로 될 확율이 증가하여 공업적인 제조방법으로서 채용될 수 없다. 재가열온도가 고온화되어 자속밀도가 낮아지는 이유는, 고온가열에 기인하여 1차 재결정 결정립이 작게 되고, 그 결과 2차 재결정온도가 저하하여 방위가 나쁜 2차 재결정립이 생겨나기 때문이다.

상기와 같이 열간압연한 다음, 열연판소둔을 필요에 따라서 행하는데, 그 조건은 700∼1150℃의 온도범위에서 단시간 소둔을 행할 수 있다. 열연판소둔은 1차 재결정 결정립(1차재결정소둔과정에서)이 성장하기 쉽도록 하기 위한 것으로서 이 열처리에 의하여 뒤따르는 냉연공정에서 2차 재결정에 유리한 집합조직이 발달하는 효과도 있다. 이 열처리를 하지 않더라도 1차 재결정 조건을 제어하여 결정립 성장을 시켜도 무방하다. 열연판소둔을 700℃ 이상으로 한 것은 그 이하에서는 석출물을 크게 하는 효과가 적고, 1150℃ 이하로 한 것은 이 이상의 고온에서는 석출물이 재차 고용되어 미세석출됨으로써 1차 재결정과정에서의 결정립 성장을 억제하는 효과가 강하여 바람직하지 않기 때문이다.

이어 냉간압연한 다음, 질화·탈탄소둔을 900∼1050℃의 온도에서 행한다. 그 이유는 이 소둔후에 1차 재결정의 결정립경이 대략 15㎛ 이상이 필요한데, 가열온도가 900℃ 이하에서는 가열시간을 길게 하지 않으면 목표하는 결정립 크기로 하기 어려우므로 경제적이지 못하고, 1050℃이하로 한 것은 이보다 높은 가열온도에서도 높은 자속밀도는 얻어지지만 이 이상의 고온에서는 열에너지가 많이 필요하게 되어 경제적이지 못하기 때문에 가열온도의 상한을 규정한 것이다.

그리고, 분위기로는 탈탄과 질소부화를 위해 함질소가스 분위기이면 어느 것이나 가능하지만, 공업적으로 탈탄량과 질소부화량의 제어가 용이한 암모니아+수소+질소의 혼합가스 분위기를 사용하는 것이 바람직하다. 질화·탈탄소둔공정에서 혼합가스 분위기를 사용하는 경우, 강판의 내부에 들어가는 질소의 양은 소둔온도, 소둔시간, 분위기중의 암모니아 분율에 의해 영향을 받으며 소강성분에 따라 적절한 질소량으로 제어된다. 이들 변수중 가장 큰 영향을 미치는 암모니아(NH₃)의 농도는 안정되게 높은 자속밀도를 얻기 위한 측면에서 0.05-5%로 한다.

본 발명의 질화·탈탄소둔공정에서는 소둔후의 질소증가량(△N)이 분석치로 15ppm 내지 100ppm이 되도록 하면 2차재결정이 안정하고 양호한 자기특성이 얻어진다. 이는 △N이 15ppm 보다 작은 경우 자속밀도가 낮아질 수 있으며, 100ppm 보다 커지면 2차 재결정이 일어나지만, 예를 들면 1차 재결정립이 30㎛ 이상으로 큰 경우는 자속밀도가 낮아지는 경우가 있으므로 100ppm 이하로 하는 것이 좋다. 이와 같이 △N 의 값은 1차 재결정 소둔후의 결정립경에 따라서 조정하면 특히 높은 자속밀도가 얻어진다. 즉, 1차 재결정 소둔후의 결정립경이 작을수록 △N 이 크게 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

본 발명자들의 연구에 의하면 자속밀도는 2차 재결정 개시온도가 약 1075℃의 경우에 가장 높아지고 이보다 2차 재결정 온도가 낮거나 또한 높아도 저하할 수 있다. 이 2차 재결정온도는 주로 1차 재결정립의 크기, △N, Bi 함유량과 밀접한 관계가 있고, 1차 재결정립의 크기, △N, Bi의 값이 클수록 고온으로 된다. 따라서 1차 재결정 소둔의 조업의 기준으로서 다음과 같이 하면 된다. 예를 들어, Bi량이 0.05% 이면, 1차 재결정립의 크기가 18㎛ 이하로 작은 경우는 △N은 100ppm 이하의 범위에서 가능한 한 높은 값으로 하고, 1차 재결정립의 크기가 25㎛ 이상으로 큰 경우는 15ppm 이상의 범위에서 가능한 한 적게 되도록 조정한다. 또한, Bi 량이 0.01%에서 0.05% 이하이면 △N 은 약간 높게, Bi 가 0.05% 를 넘어서 0.2%의 범위라면 △N 은 낮은 쪽을 겨냥하면 된다.

상기와 같이 질화·탈탄소둔한 다음, 소둔분리제를 도포하고 마무리소둔한다. 이때의 분위기는 통상의 방법대로 하여도 무방하다. 바람직하게는 800℃ 이상의 영역에서 질소 50% 이상의 분위기로 하여 가열하는 것이다. 이 경우 800℃ 이상으로 한정한 것은 이 이하의 온도에서는 영향이 적기 때문이다. 질소량은 100% 라도 좋지만 전혀 수소를 포함하지 않는 경우 분위기중에 산소 등이 혼입하면, 강판이 산화되는 경우가 있어, 글래스피막의 형성에 악영향을 미치므로 수%의 수소를 혼입시키는 것이 바람직하다. 또한, 질소분압 조정을 위하여 아르곤, 헬륨 등의 불활성가스를 혼합하는 것은 문제가 되지 않는다.

상기와 같이 2차 재결정 완료후 강판내의 불순물 순화를 위하여 100% 수소로 약 1200℃이상의 고온에서 일정시간 열처리한다. 마무리소둔 종료후 필요에 따라서 레이저빔 조사등의 자구미세화 처리를 행할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

C:0.013%, Si:3.30%, Mn:0.1%, P:0.03%, Al:0.026%, S:0.007%, Bi:0.07%, Cu:0.01%, N:0.007% 를 주성분으로 한 슬라브(A)와 비교를 위하여 Bi를 포함하지 않고, 기타 성분은 동일한 슬라브(B)를 1250℃의 온도에서 2시간 가열한 후 조압연, 사상 압연을 거쳐 두께 2.3mm의 열연판을 만들었다. 이어서 슬라브(A,B)로 제조된 열연판 모두 900℃에서 2분간 소둔한 후 수냉하였다. 산세후 냉간압연하여 0.3mm의 냉연판을 만들었다. 이 경우 냉간압연도중 강판의 두께 1.6mm, 1.2mm, 0.8mm, 0.6mm, 0.4mm의 각 두께에서 250℃로 20분간 유지하였다. 그 다음에 표 1에서 나타낸 온도 및 시간으로 N₂-H₂-NH₃분위기에서 연속적으로 질화·탈탄소둔을 하였다. 다음에 MgO 를 도포하고 50%N₂-H₂의 분위기에서 승온속도 15℃/hr 로 1200℃ 까지 가열후 100% H₂분위기에서 20시간 가열후 냉각하였다. 다음에 응력제거소둔을 한 후 자성을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

구분	슬라브번호	질화·탄탄소둔	△N	B₁₀
구분	슬라브번호	가열온도(℃×초)	△N	B₁₀	NH₃농도
발명재	A	920℃×60초	0.5%	15	1.94T
	A	940℃×60초	1.0%	50	1.93T
	A	1000℃×60초	0.7%	90	1.95T
비교재	A	1070℃×60초^*	2.0%	150	1.88T
	A	850℃×60초^*	0.1%	10	1.84T
	B^*	870℃×60초^*	3.0%	150	1.84T
슬라브 A는 발명강이고 슬라브 B는 비교강임.*표시는 본 발명의 조건을 벗어난 것임.

표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의하면 저온슬라브 가열에서도 자속밀도가 매우 높은 방향성 전기강판의 제조가 가능하다.

[실시예 2]

중량%로, C:0.020%, Si:3.3%, P:0.10%, Al:0.035%, S:0.002%, Bi:0.12%, Cu:0.2%, N:0.007%를 주성분으로 하는 슬라브(A)와 Bi를 포함하지 않고 기타성분은 동일한 슬라브(B)를 1200℃의 온도에서 2시간 가열한 후 조압연, 사상압연을 거쳐 두께 2.3mm의 열연판을 만들었다. 이어서 슬라브(A,B)로 제조된 열연판 모두 열연판 소둔을 하지 않고 산세후 냉간압연하여 두께 0.3mm로 하였다. 그 다음에 표 2에 나타낸 온도, 시간 및 N₂-H₂-NH₃의 분위기에서 연속적으로 질화·탈탄소둔을 실시하였다. 다음에 MgO 를 도포하고 25%N₂-H₂의 분위기에서 승온속도 15℃/hr로 1200℃까지 가열후 100%H₂분위기에서 20시간 가열후 냉각하였다. 다음에 응력제거소둔을 한 후 자성을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

구분	슬라브번호	동시 질화·탄탄소둔	△N	B₁₀
구분	슬라브번호	가열조건	△N	B₁₀	NH₃농도
발명재	A	940℃ x 60초	0.2%	40	1.95T
비교재	B	900℃ x 60초	0.6%	120	1.82T

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의하면 슬라브 가열온도를 낮은 온도로 하고, 또한 열연판소둔을 하지 않는 경제적인 제조공정에서도 비교재와 비교해 볼 때 자속밀도가 극히 높은 자성이 우수한 방향성 전기강판의 제조가 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 추가적인 질화열처리설비 없이 1.93∼1.95T의 자속밀도(B10)를 갖는 방향성 전기강판을 저렴하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims

중량%로 Si:2.0-4.5%, C:0.010-0.025%, Sol-Al:0.010-0.040%, N:0.002-0.020%, Bi:0.01-0.20%, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강슬라브를 1000∼1250℃의 온도에서 재가열하여 열간압연하고, 이어 1회의 냉간압연으로 소정의 두께로 한 다음, 0.05∼5%의 함질소 가스분위기로 900∼1050℃의 온도 구역에서 질화·탈탄소둔을 행하고, 소둔분리제를 도포한 후 마무리소둔하여 이루어지는 방향성 전기강판의 제조방법
제 1항에 있어서, 상기 규소강슬라브에는 Cu:0.5%이하, P:0.10%이하, Mn:0.5%이하중에서 선택된 1종이상의 원소가 함유됨을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 질화·탈탄소둔은 강판내 질소량의 증가분(△N)이 15∼100ppm이 되도록 행함을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법