KR100399222B1 - 슬라브저온가열에의한방향성전기강판의제조방법 - Google Patents

슬라브저온가열에의한방향성전기강판의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기, 발전기 및 기타 전기기기 등의 철심재료로 사용되는 자기특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 슬라브를 가열한 후 열간압연하고, 예비소둔후, 1회 냉간압연에 의해 최종 두께의 냉연판을 제조하며, 이어서 상기 냉연판을 탈탄소둔후, 소둔분리제를 도포하고, 마무리 고온소둔하는 공정을 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 상기 규소강 슬라브는 중량%로, C:0.03∼0.08%, Si:2.90∼3.30%, Mn:0.05∼0.30%, S≤0.007%, 산가용성 Al:0.010∼0.040%, N:0.03∼0.10%, P:0.01∼0.04%, Cr:0.05∼0.20% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지고; 상기 규소강 슬라브의 가열온도는 1100∼1250℃이고; 그리고, 상기 예비소둔공정은 열간압연시 형성된 조대한 질화 석출물을 재고용시키기 위해서 T1=1000+(1400/Cr)1/2±5(℃)[여기서, T1:적정 1차균열온도, Cr:Cr함량(%)]을 만족하는 온도에서 5초∼1분간 1차균열하고, 상기 석출물을 재석출 및 적정 크기로 제어하기 위해 850∼950℃에서 30초∼10분간 2차균열하고, 이어서 미세한 경질입자들을 형성시키기 위해 VC=15(Cr/0.0014)1/2±1(℃/초)[여기서, VC:적정 냉각속도, Cr:Cr함량(%)]을 만족하는 냉각속도로 700∼800℃까지 냉각한 다음, 상온까지 수냉하는 열처리 싸이클로 행하여지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 제강단계에서 적정량의 Cr을 첨가하고, Cr의 함량에 따라적절한 싸이클로 예비소둔을 행하게 되어 적절한 크기 및 분포를 갖는 AlN 및 Al(Si)N 등의 질화 석출물을 얻을 수 있고, 미세한 탄화물 등 경질입자의 형성에 의해 2차재결정에 유리한 1차재결정 집합조직을 얻을 수 있게 되어 침질소둔 없이도 안정하게 2차재결정을 일으킬 수 있어 자기특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있으며, 탈탄소둔 후 질소부화(또는 침질) 소둔을 추가적으로 실시할 필요가 없어 공정을 단축할 수 있으며, 제조원가를 절감할 수 있다.

Description

슬라브 저온가열에 의한 방향성 전기강판의 제조방법
본 발명은 변압기, 발전기 및 기타 전기기기 등의 철심재료로 사용되는 방향성 전기강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저온 슬라브 가열이 가능하도록 제어된 특정 성분을 첨가하고 2차재결정 안정화 공정을 거침으로써 종래에 비해 공정 단축이 가능한 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 결정립의 방위가 (110)[001] 방향으로 정렬된 집합조직을 가지는 강판으로, 냉간압연 방향으로 우수한 자기적 특성을 갖는다.
방향성 전기강판의 자기적 특성은 주로 자속밀도와 철손으로 나타나는데, 자속밀도는 통상 1000A/m의 자장에 의해 철심내에 유기되는 자속밀도(B10)로, 철손은 일정한 주파수 50Hz의 교류에 의해 1.7 Tesla의 자속밀도가 얻어지도록 할 때 철심내에서 열 등으로 낭비되는 에너지 손실(W17/50)로 평가하고 있다.
자속밀도가 높은 소재를 사용하게 되면 소형, 고성능의 전기기기의 제작이 가능하게 되며, 철손이 적으면 적을수록 전기 에너지 손실을 대폭 줄일 수 있다.
상기 (110)[001] 집합조직은 2차재결정 현상을 이용하여 얻어지는데, 2차재결정은 보통의 1차재결정에 의해 생긴 미세한 결정립들 중에서 특정 방위의 결정립, 소위 고스(Goss) 방위라 불리우는 (110)[001]의 방위를 가진 결정립(통상 2차재결정의 핵이라 칭함)이 시편 전체로 이상성장(Abnormal growth)한 것으로, 이러한 2차재결정이 완전히 일어나고 그 방향성이 우수할 때 자속밀도가 우수하게 되는 것으로 알려져 있다.
2차재결정을 안정화하기 위해서는 1차재결정립들의 크기가 균일함과 동시에 1차재결정립들의 방위(이후 1차재결정 집합조직으로 기술함)가 2차재결정의 핵에 잘 잠식될 뿐만 아니라 2차재결정의 성장과정에서 2차재결정이 이상적인 [001] 방향을 고수하는데, 즉 우수한 방향성을 갖는 2차재결정립을 발달시키는데 유리한 것이어야 하는 것으로 알려져 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해서는 적절한 함금설계 및 이에 따른 적절한 공정제어로 적절한 1차재결정 집합조직을 형성시키는 것이 필요하다. 예컨데, 최종 두께로 압연전 미세한 탄화물등 경질입자(Hard Particle)를 적정량 형성시킨 후 냉간압연을 행함으로써 2차재결정에 유리한 {111}[112]등이 1차재결정 집합조직의 주성분이 되게 만들 수 있다.
이는 압연중 전위(Dislocation)들이 경질입자에 의해 고착되면 냉간압연 집합조직이 달라지기 때문인 것으로 알려져 있다.
한편, 이에 못지 않게 중요한 것으로 2차재결정이 일어나기 전까지 1차재결정립의 성장을 억제하는 것이 필요하다. 이를 위한 입성장 억제제로는 MnS, MnSe, AlN, Cu2S 등과 같은 석출물이 알려져 있으며, 일반적으로 상기 석출물에 의한 입성장 억제력이 강할수록 2차재결정이 안정화된다.
그러나 강한 입성장 억제력을 얻기 위해서는 석출물의 양 및 크기, 그리고 분포를 잘 제어해야 하는데, 수백 내지 2000Å 크기의 미세한 석출물들이 가능한한 많은 양 균일하게 분포되면 이에 상응하여 입성장 억제력이 증가하는 것으로 알려져 있다.
이러한 적절한 석출물 분포 제어를 위해 재래식 방향성 전기강판 제조의 경우는 제강단계에서 적정량의 석출물 형성원소를 첨가하고, 연속주조후 슬라브내에 형성된 조대한 석출물을 슬라브 가열에 의해 완전히 고용시키고, 후속되는 열간압연 공정에서 석출물들이 미세하고 균일하게 분포되도록 제어하는 데 비중을 두고 있다.
이를 위해, 상기 재래식 공정에서는 1200℃ 정도에서 5시간 정도의 슬라브 가열을 실시해야 하는 바, 이 때 고온의 슬라브 표면에서는 공기와의 산화반응으로 Si 및 Fe가 복잡한 파얄라이트(Fayalite)라는 산화물이 형성 되며, 이 산화물은 융점이 낮아 슬라브 표면온도가 1330℃ 정도만 되어도 표면에서부터 쇳물이 녹아내리는 현상이 발생한다.
이때 녹아내리는 쇳물(Slag)은 외측으로 흘러내리게 설계되어 있지만 일부는 가열로내의 지지대 등에 축적되어 작업종료시 응고 스케일 제거등을 위한 내부보수를 필요로 하게 되어, 연속작업을 특징으로 하는 제철소에서는 작업성 불량, 생산성 감소, 원가상승등의 상당한 비용부담을 안게 된다.
따라서 슬라브가 녹지 않는 온도인 1320℃ 이하의 온도에서 슬라브를 가열하는 것이 가능하다면 매우 큰 이익을 기대할 수 있다.
슬라브 가열온도를 낮추기 위한 노력은 선진 제조사를 중심으로 총력적으로 경주되고 있으며, 주로 기본성분계의 조정, 즉 저온 슬라브 가열시에도 석출물의 고용을 가능하게 하는 입성장 억제제의 선정과, 슬라브 가열 및 열간압연 공정에서 석출물을 제어하지 않고 후속공정에서 부가적인 석출물 관리를 실시하는 것을 특징으로 하는 기법이 공지되고 있다.
이들 방법들은 소강성분에 포함되어 있는 원소들만에 의해 억제제인 석출물을 형성시키는 것이 아니라 일련의 제조공정중 적당한 공정에서 석출물을 만들어 주는 방법이다.
이러한 방법으로는 일본특허 공보(평)1-283324호에 제시된 바와 같이 질화처리방법이 알려져 있는데, 이는 탈탄공정에서 균열처리후 질화능이 있는 가스분위기에서 강판을 질화처리하는 방법이다.
그러나 이들 발명은 탈탄소둔 후 질소부화(또는 침질) 소둔을 추가적으로 실시해야 하기 때문에 추가 로설비를 필요로 하거나 2회의 소둔(기존 소둔로를 이용할 경우)을 행해야하는 등 원가상승을 감수해야 한다.
이에 본 발명자들은 상기한 문제를 해결하기 위해, 강성분계 변화 및 예비소둔(열연판 소둔)의 조건변화 등 수많은 실험을 행한 결과, 제강단계에서 적정량의 Cr을 첨가하고, Cr의 함량에 따라 적절한 싸이클로 예비소둔을 행하게 되면 적절한 크기 및 분포를 갖는 AlN 및 Al(Si)N 등의 질화 석출물을 얻을 수 있고, 미세한 탄화물 등 경질입자의 형성에 의해 2차재결정에 유리한 1차재결정 집합조직을 얻을 수 있게 되어 침질소둔 없이도 안정하게 2차재결정을 일으킬 수 있고, 이에 따라 저온 슬라브 가열 방식으로 방향성 전기강판을 제조할 수 있음을 발견하게 되었다.
본 발명은 상기 질화 석출물과 하드 파티클을 예비소둔시 적절히 형성시키기 위해 적정량의 Cr을 첨가하고, Cr의 함량에 따라 적정 조건의 싸이클로 예비소둔하는 것을 특징으로 하며, 이로부터 저온 슬라브 가열의 잇점을 상실하지 않으면서도 동시에, 상기 공지기술에 비해 단축된 제조공정으로 방향성 전기강판을 안정하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방향성 전기강판 제조방법은, 규소강 슬라브를 가열한 후 열간압연한 다음, 예비소둔한 후, 1회 냉간압연에 의해 최종 두께의 냉연판을 만든 다음, 상기 냉연판을 탈탄소둔한 후, 소둔분리제를 도포한 다음, 마무리 고온소둔하는 공정을 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 상기 규소강 슬라브는 중량%로, C:0.03∼0.08%, Si:2.90∼3.30%, Mn:0.05∼0.30%, S≤0.007%, 산가용성 Al:0.010∼0.040%, N:0.03∼0.10%, P:0.01∼0.04%, Cr:0.05∼0.20% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지고; 상기 규소강 슬라브의 가열온도는 1100∼1250℃이고; 그리고, 상기 예비소둔공정은 열간압연시 형성된 조대한 질화 석출물을 재고용시키기 위해서 T1=1000+(1400/Cr)1/2±5(℃)[여기서, T1:적정 1차균열온도, Cr:Cr함량(%)]을 만족하는 온도에서 5초∼1분간 1차균열하고, 상기 석출물을 재석출 및 적정 크기로 제어하기 위해 850∼950℃에서 30초∼10분간 2차균열하고, 이어서 미세한 경질입자들을 형성시키기 위해 VC=15(Cr/0.0014)1/2±1(℃/초)[여기서, VC:적정 냉각속도, Cr:Cr함량(%)]을 만족하는 냉각속도로 700∼800℃까지 냉각한 다음, 상온까지 수냉하는 열처리 싸이클로 행하여지는 것을 특징으로 하는 구성이다.
이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 Cr함량에 따라 예비소둔조건을 최적화하여 저온 슬라브가열 방식으로 방향성 전기강판을 제조하는 것을 특징으로 하는 바, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
통상 방향성 전기강판에서 AlN계 질화석출물은 1100℃ 정도의 온도에서 재고용 또는 조대화(Coarsening)되는데, 이때 재고용되는 석출물은 그 크기가 매우 작은 것이고, 조대화되는 것은 그 크기가 큰 석출물인 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명의 경우와 같이 열간압연시 조대한 AlN계 석출물이 형성되는 경우는 통상적인 방법의 예비소둔시 조대 석출물의 고용도를 증가시킬 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명자들은 이를 해결하기 위해 여러 가지 성분의 첨가 효과를 조사하는 실험을 행한 결과 Cr의 적정한 첨가량에 따라 적절한 열처리 조건으로 예비소둔하게 되면 조대 석출물의 재고용도를 혁신적으로 증가시킬수 있게 되어 적절한 크기의 석출물 분포가 얻어짐을 발견하고, 이에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것이다.
그러나, 이 때 얻어지는 상기 석출물 분포의 입성장 억제력 측면에서의 적합도는 기존 고온 슬라브가열 방식의 제조법이나, 탈탄 후 침질방식등 공지기술의 경우에 비해 다소 부족하므로 이를 보완할 수 있는 방안의 강구가 필요하다. 즉, 2차재결정에 유리한 1차재결정 집합조직의 형성 관점에서 예비소둔시 미세 탄화물이나 마르텐사이트(Martensite)상 등 경질입자를 적정량 형성시키는 방안을 고려해 볼 수 있다.
그러나, 통상 성분계의 방향성 전기강판의 경우는 상기 경질입자를 형성시키기 어려운데, 그것은 설비조건상 구현하기 어려운 1100℃ 정도의 고온에서 약 750℃의 중간까지의 온도구간에서 약 15℃/초 이상의 급냉을 필요로 하기 때문이다.
반면에 본 발명자들은 Cr을 첨가하고 Cr량에 따라 제어된 냉각속도로 냉각하면 상기 온도구간에서 로냉 정도의 서냉을 하더라도 경질입자들을 충분히 형성시킬 수 있음을 발견할 수 있었다.
이러한 현상은 Cr이 강의 경화능(Hardenability)을 향상시키는 것과 유관한 것으로 추정되는데, 즉, Cr이 탄화물의 조대화를 억제하고 고용도를 높이기 때문으로 추정된다.
본 발명자들은 Cr 함량에 따라 적절한 냉각속도로, 탄화물 최대 고용온도 구간인 700∼800℃까지 로냉하더라도 충분한 양의 경질입자들이 형성되며, 이에 따라 적절한 1차재결정 집합조직을 형성시킬 수 있음을 발견하게 되었고, 결국 이에 근거하여 상기 다소 미흡한 석출물 분포(입성장 억제력 미흡)를 최적 1차재결정 집합조직의 형성에 의해 보완함으로써 2차재결정의 안정화를 달성할 수 있는 저온 슬라브가열 방식의 방향성 전기강판 제조방법을 제안하게 되었다.
본 발명에 사용되는 규소강 슬라브의 성분 및 제조조건은 다음과 같은 조건을 충족시켜야 한다.
C는 슬라브에 오스테나이트를 형성하여 AlN의 고용을 용이하게 하는 원소로 0.03% 미만으로 첨가된 경우 오스테나이트 형성량이 너무 적게 되므로 좋지 않으며, 0.08%를 초과하면 탈탄소둔시 장시간이 소요되어 바람직하지 않다.
Si은 2.90% 미만인 경우 우수한 철손 특성이 얻어지지 않으며, 3.30%를 초과하는 경우는 냉간압연성이 열화되므로 바람직하지 않다.
Mn도 슬라브에 오스테나이트를 형성하여 AlN의 고용을 용이하게 하는 원소로 0.05% 미만으로 첨가된 경우 오스테나이트 형성량이 너무 적게 되므로 좋지 않으며, 0.30%을 초과하는 경우 압연시 롤 하중(Roll force)이 너무 증가하여 판 형상이 불균일해지므로 좋지 않다.
S는 과도하게 첨가하면 슬라브 중심부의 S 편석이 심해져 이를 균질화하기 위해 발명 범위 이상의 온도로 슬라브를 가열해야 하므로 0.007% 이하 함유되도록 하는 것이 바람직하다.
산가용성(Soluble) Al 및 N은 AlN 석출물의 형성에 필요한 원소이다. 산가용성 Al은 0.010% 미만인 경우 2차재결정의 방향성이 열화되어 자속밀도가 저하되며, 0.040%를 초과하면 2차재결정의 발달이 불안정해지므로 좋지 않다. 한편, N은 0.03% 미만인 경우 AlN의 양이 부족하게 되며, 0.10%를 초과하면 제품에블리스터(Blister) 형태의 결함이 발생하기 쉬우므로 바람직하지 않다.
P는 입계편석 원소로 입성장 억제력을 보강하는 원소이다. 그 함량이 0.01%미만의 경우는 입성장 억제력이 부족하게 되어 2차재결정이 불안정해지므로 바람직하지 않으며, 0.04%를 초과하는 경우는 냉간압연시 판 파단을 초래할 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명의 주요 첨가원소인 Cr은 예비소둔시 조대한 질화 석출물의 재고용을 촉진할 뿐만 아니라 미세 탄화물 등 경질 입자들의 형성을 용이하게 하여 2차재결정의 안정화에 필요한 원소이다. 그 첨가량이 0.05% 미만인 경우는 상기 2차재결정 안정화 효과가 나타나지 않으므로 바람직하지 않다. 또한, 0.20%를 초과하는 경우는 Cr 함량의 증가분 만큼 상기 2차재결정 안정화 효과가 없으며, 합금첨가에 따른 원가상승의 요인이 되므로 바람직하지 않다.
본 발명의 강 성분은 이상과 같으며, 나머지 Fe로 구성되어 있다. 본 발명강에는 그 외에 제강시 원재료로부터 혼입되는 불가피한 원소들(B, Ti, Nb, V등)의 경우 미량(80ppm이하)으로 함유되어도 무방하다.
이어서 전술한 강 성분으로 구성된 규소강 슬라브의 가열온도는 1100℃ 미만인 경우 열간압연시 롤하중(Roll Force)이 과다하게 되어 판형상 제어가 어렵게 되므로 바람직하지 않으며, 1250℃를 초과하는 온도에서는 강 표면의 산화 스케일(Scale)양이 늘어나게 되므로 바람직하지 않다.
상기 슬라브의 두께는 너무 얇으면 열간압연 생산성이 떨어지고 너무 두꺼우면 슬라브 가열 시간이 길어져야 하므로 150∼350㎜로 제어하는 것이 바람직하다.
이후 통상의 열간압연으로 후속의 최종냉간압연 두께를 고려하여 보통1.5∼2.6㎜의 두께의 열간압연강판으로 제조한다.
본 발명의 특징중 하나인 예비소둔공정은 열간압연시 형성된 조대한 질화 석출물을 재고용시키는 1차균열처리, 고용석출물을 재석출 및 적정 크기로 성장시키기 위한 2차균열처리 및 이어서 미세한 탄화물 등 경질입자를 형성시키기 위해 적정 냉각속도로 로냉한 다음, 상온까지 수냉하는 열처리 싸이클로 이루어진다.
이때, 소둔분위기는 질화물의 유실을 방지하기 위해 질소분위기를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 1차균열시 온도가 T1=1000+(1400/Cr)1/2±5(℃)[여기서, T1:적정 1차균열온도, Cr:Cr함량(%)] 미만이거나 균열시간이 5초 미만인 경우는 조대 석출물의 재고용이 불충분하게 되어, 이어지는 2차균열시 적절한 크기의 석출물 분포가 얻어지지 않는 결과, 2차재결정이 불안정해지므로 우수한 자기특성을 얻을 수 없으며, 상기 1차균열 온도가 T1을 초과하거나 균열시간이 1분을 초과하게 되면 질화 석출물의 고용량 증대는 기대할 수 있으나, 강판 표면층 결정립들이 너무 조대하게 성장하여 2차재결정이 불안정해지므로 바람직하지 않다.
상기 2차균열시 온도가 850℃ 미만이거나, 균열시간이 30초 미만인 경우는 상기 질화 석출물들이 입성장 억제력을 발휘할 수 있는 정도로 성장하지 않게 되어 2차재결정이 불안정하게 되며, 또한 2차균열 온도가 950℃를 초과하거나, 균열시간이 10분을 초과하는 경우는 질화 석출물들의 크기가 너무 조대해져 2차재결정 안정화의 측면에서 바람직하지 않다.
상기 2차균열후 냉각시 냉각속도가 VC=15－(Cr/0.0014)1/2±1(℃/초)[여기서, VC:적정 냉각속도, Cr:Cr함량(%)] 미만인 경우는 미세 탄화물 보다는 입계 탄화물 등 조대한 탄화물이 형성되어 2차재결정이 불안정해지기 때문에 바람직하지 않으며, 또한 VC를 초과하는 경우는 탄화물의 고용도 향상의 측면에서는 불리하지 않으나 공업적으로 가혹한 조건이 되기 때문에 실용화의 관점에서 바람직하지 않다.
상기 2차균열 후 냉각시 도달온도가 700℃ 미만인 경우 및 800℃를 초과하는 경우는 탄화물의 고용이 불충분하게 되어 후속되는 수냉시 미세 탄화물이나 마르텐사이트 등 경질입자를 충분히 형성시킬 수 없게 되어 2차재결정의 안정화에 유리한 1차재결정 집합조직을 얻을 수 없게 되므로 바람직하지 않다.
이후 상온까지의 냉각은 빠를수록 경질입자의 형성에 유리한데, 공업적인 설비의 측면에서 수냉하는 것이 바람직하다.
상기 예비소둔된 강판은 1회 냉간압연을 하여 0.23∼0.35㎜ 두께로 만든다. 최종냉연판의 두께가 0.23㎜ 미만인 경우는 2차재결정이 잘 발달되지 않으며, 0.35㎜를 초과하는 경우는 와류 철손 특성이 나빠지므로 바람직하지 않다.
이어서, 상기 냉연판의 잔류탄소량을 30ppm이하로 낮추기 위해, 700∼950℃의 온도에서 30초∼10분간, 이슬점이 30∼70℃인 습윤 수소+질소의 혼합가스 분위기를 사용하여 탈탄소둔한다.
이때 잔류탄소량의 허용치를 30ppm 이하로 제한하는 것은 이를 초과할 경우,후속되는 고온소둔시 형성되는 2차재결정의 방향성이 열화되어 우수한 자속밀도를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 변압기등의 제품으로 사용중 자기시효가 일어나 철손특성이 열화되기 때문이다.
탈탄질 소둔시 소둔온도가 700℃ 미만이거나 시간이 30초 미만이면 탈탄이 불충분하게 되고, 950℃를 초과하는 온도의 경우는 1차재결정 조직이 너무 조대해져 2차재결정이 불안정하게 되므로 우수한 자속밀도를 얻을 수 없게 되어 바람직하지 않으며, 10분을 초과하는 소둔시간은 비경제적이므로 좋지 않다.
또한, 탈탄소둔시 분위기 가스는 본 발명범위내로 탈탄 및 질소부화를 동시에 가능하게 하는 어떠한 혼합분위기도 사용할 수 있으나, 바람직하게는 공업적으로 탈탄량의 제어가 용이한 습윤 수소+질소의 혼합가스 분위기를 사용하는 것이 좋다.
다만 분위기 가스의 이슬점은 너무 낮은 경우 탈탄능 감소로 인해 소둔시간을 늘여야 하므로 좋지 않으며, 지나치게 높은 경우 강판 표면산화층이 불균일하게 형성되어 후속되는 고온소둔시 형성되는 유리질 피막(Glass Film)이 불량하게 형성되므로 30∼70℃의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.
마무리 고온소둔시 승온율은 2차재결정을 완전히 일으키고, 이의 방향성을 향상시키기 위해 10∼50℃/hr의 범위로 제어해야 한다. 고온소둔의 분위기가스로는 유리질 피막 형성과 2차재결정 완료후 N, S등 잔류불순물을 제거하기 위해 건조한 수소 또는 수소 및 질소의 혼합가스를 사용하는 것이 바람직하다.
마무리 고온소둔의 온도가 1150℃ 미만이거나 균열시간이 1시간 미만인 경우는 양호한 유리질피막 형성과 불순물 제거가 어려워지며, 1250℃를 초과하는 온도나 30 시간을 초과하는 시간의 경우는 비경제적이므로 바람직하지 않다.
상기 고온소둔에 의해 무기질의 유리질피막이 형성된 강판 표면에는 절연성 향상과 자구 미세화에 의한 철손 개선을 목적으로 고온소둔후 장력부여 코팅(Coating)을 하여도 좋다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예 1
중량%로, C:0.055%, Si:3.10%, Mn:0.11%, S:0.005%, 산가용성Al:0.025%, N:0.077%, P:0.025% 및 Cr을 하기표 1과 같이 첨가량을 달리하고 나머지 Fe로 조성된 210㎜ 두께의 슬라브를 제조하였다. 이것을 1200℃에서 4시간 슬라브 가열 후 열간압연하여 2.3㎜ 두께의 열연판을 제조하였다.
그 다음 질소가스 분위기중에서 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 조건을 달리하여 예비소둔후 산세하고, 1회 압연으로 0.285㎜ 두께의 최종냉간압연강판을 제조하였다. 이후 850℃에서 3분간 이슬점이 45℃인 습윤 25%H2+75%N2혼합가스 분위기를 사용하여, 탈탄 및 1차재결정 조직을 형성시키기 위한 탈탄소둔을 실시하였다.
이어서, MgO를 주성분으로 하는 소둔분리제를 강판 표면에 도포한 다음, 마무리 고온소둔하였다. 이때 상기 고온소둔은 2차재결정을 생성시키기 위해 20℃/hr의 승온율로 1200℃까지 승온하고 15시간 균열후 냉각하는 열처리 사이클로 행하였으며, 승온중 분위기가스로는 25%N2+75%H2를 사용하고, 1200℃로 승온한 이후에는순수소 가스를 사용하였다. 상기와 같이 Cr의 첨가량 및 예비소둔 조건들을 변화시킨 시편들에 대하여 2차재결정 발달율, 그리고 자기특성을 조사하여 하기 표 1에 나타내었다.
여기서 2차재결정 발달율은 마무리 고온소둔강판 표면을 약 80℃의 20% 염산용액으로 부식하여 노출한 매크로(Macro)조직을 관찰하여 측정하였으며, 자기특성은 단판자성측정기로 B10과 W17/50을 측정하였다.
[표 1]
구 분 Cr량(%) Cr량에 따른 적정 예비소둔 조건 예비소둔 조건 2차재결정발달율 (%) 자속밀도 철손
1차균열온도Ti(℃) 2차균열후 냉각속도 Vc(℃/초) 1차균열 온도(℃) 1차균열시간(초) 2차균열온도(℃) 2차균열 시간(분) 2차균열후 냉각속도(℃/초) 2차균열후 도달 온도(℃) B10(Tesla) W17/50(W/Kg)
비교재1 0.02* - - 1172 10 900 2 8 750 75* 1.68* 2.06*
발명재1 0.05 1167±5 9.0±1 1172 10 900 2 8 750 100 1.89 1.05
발명재2 0.10 1118±5 6.6±1 1113 10 900 2 5.6 750 100 1.90 1.03
발명재3 0.15 1097±5 4.7±1 1092 10 900 2 3.7 750 100 1.90 1.03
발명재4 0.20 1084±5 3.1±1 1079 10 900 2 2.1 750 100 1.90 1.03
비교재2 0.05 1167±5 9.0±1 1150* 10 900 2 8 750 95* 1.83* 1.53*
비교재3 0.10 1118±5 6.6±1 1100* 10 900 2 5.6 750 95* 1.82* 1.55*
비교재4 0.15 1097±5 4.7±1 1080* 10 900 2 3.7 750 95* 1.82* 1.55*
비교재5 0.20 1084±5 3.1±1 1070* 10 900 2 2.1 750 95* 1.81* 1.57*
비교재6 0.05 1167±5 9.0±1 1180* 10 900 2 8 750 97* 1.84* 1.41*
비교재7 0.10 1118±5 6.6±1 1130* 10 900 2 5.6 750 97* 1.85* 1.39*
비교재8 0.15 1097±5 4.7±1 1120* 10 900 2 3.7 750 97* 1.86* 1.38*
비교재9 0.20 1084±5 3.1±1 1100* 10 900 2 2.1 750 97* 1.85* 1.39*
비교재10 0.05 1167±5 9.0±1 1172 10 900 2 7* 750 97* 1.85* 1.40*
비교재11 0.10 1118±5 6.6±1 1113 10 900 2 5* 750 97* 1.87* 1.35*
비교재12 0.15 1097±5 4.7±1 1092 10 900 2 3* 750 97* 1.86* 1.38*
비교재13 0.20 1084±5 3.1±1 1079 10 900 2 1* 750 97* 1.86* 1.38*
비교재14 0.15 1097±5 4.7±1 1100 3 900 2 5 750 95* 1.82* 1.56*
비교재15 0.15 1097±5 4.7±1 1100 70* 900 2 5 750 97* 1.85* 1.39*
비교재16 0.15 1097±5 4.7±1 1100 10 830* 2 5 750 95* 1.82* 1.55*
비교재17 0.15 1097±5 4.7±1 1100 10 970* 2 5 750 95* 1.83* 1.53*
비교재18 0.15 1097±5 4.7±1 1100 10 900 20초* 5 750 95* 1.81* 1.61*
비교재19 0.15 1097±5 4.7±1 1100 10 900 11* 5 750 95* 1.82* 1.56*
비교재20 0.15 1097±5 4.7±1 1100 10 900 2 5 670* 97* 1.85* 1.39*
비교재21 0.15 1097±5 4.7±1 1100 10 900 2 5 830* 97* 1.84* 1.42*
* 표시는 실시결과가 본 발명의 조건에 부합되지 않는 경우를 나타낸 것임.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, Cr의 첨가량이 본 발명 범위 미만인 경우(비교재1)의 경우는 2차재결정이 매우 불안정하게 일어나 자기특성이 열등한 반면에, Cr을 적정량 첨가하고 또한, 예비소둔시 각 조건을 본 발명범위 내로 제어할 경우(발명재1-4)는 적절한 입성장 억제력과 1차재결정 집합조직이 얻어져 2차재결정이 안정해지는 결과 우수한 자기특성을 얻을 수 있었다.
반면에 적정량의 Cr을 첨가하더라도 예비소둔시 1차균열 온도가 T1=1000+(1400/Cr)1/2±5(℃)[여기서, T1:적정 1차균열온도, Cr:Cr함량(%)] 미만이거나(비교재2-5), 균열시간이 5초 미만인 경우(비교재14)는 조대 석출물의 재고용이 불충분하게 되어 2차균열시 적절한 크기의 석출물 분포가 얻어지지 않는 결과, 2차재결정이 불안정해지므로 우수한 자기특성을 얻을 수 없었다.
또한, 상기 1차균열온도가 T1을 초과하거나(비교재6-9), 균열시간이 1분을 초과하는 경우(비교재15)도 2차재결정이 불안정해지는 결과 자기특성이 열등하였다.
더욱이, 2차균열후 냉각속도가 VC=15－(Cr/0.0014)1/2±1(℃/초)[여기서, VC:적정 냉각속도, Cr:Cr함량(%)] 미만인 경우(비교재10-13)는 적절한 1차재결정 집합조직이 형성되지 않아 2차재결정이 불안정해지는 결과 우수한 자기특성을 얻을 수 없었다.
한편, 예비소둔시 2차균열 온도가 850℃ 미만(비교재16)이거나, 균열시간이 30초 미만인 경우(비교재18)는 입성장 억제력의 부족으로 2차재결정이 불안정하게 되며, 또한 2차균열 온도가 950℃를 초과(비교재17)하거나, 균열시간이 10분을 초과하는 경우(비교재19)도 2차재결정의 불안정한 발달로 자기특성이 열화되었다.
또한, 2차균열후 제어냉각에 의해 도달되는 온도가 700℃ 미만인 경우(비교재20) 및 800℃를 초과하는 경우(비교재20)는 탄화물의 고용이 불충분하게 되기 때문에 2차재결정의 안정화에 유리한 1차재결정 집합조직을 얻을 수 없게 되어 낮은 자속밀도값을 나타내었다.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 제강단계에서 적정량의 Cr을 첨가하고, Cr의 함량에 따라 적절한 싸이클로 예비소둔을 행하게 되면 적절한 크기 및 분포를 갖는 AlN 및 Al(Si)N 등의 질화 석출물을 얻을 수 있고, 미세한 탄화물 등 경질입자의 형성에 의해 2차재결정에 유리한 1차재결정 집합조직을 얻을 수 있게 되어 침질소둔 없이도 안정하게 2차재결정을 일으킬 수 있어 자기특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있으며, 탈탄소둔 후 질소부화(또는 침질) 소둔을 추가적으로 실시할 필요가 없어 공정을 단축할 수 있으며, 제조원가를 절감할 수 있다.

Claims (2)

  1. 규소강 슬래브를 가열하여 열간압연한 다음, 예비소둔하여 1회 냉간압연에 의해 최종 두께의 냉연판을 제조하고, 상기 냉연판을 탈탄소둔하여 소둔분리제를 도포하며, 이어서 마무리 고온소둔하는 공정을 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
    상기 규소강 슬래브는 중량%로, C: 0.03∼0.08%, Si: 2.90∼3.30%, Mn: 0.05∼0.30%, S: 0.007%이하, 산가용성 Al: 0.010∼0.040%, N: 0.03∼0.10%, P: 0.01∼0.04%, Cr: 0.05∼0.20% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지고;
    상기 규소강 슬래브의 열간압연 가열온도는 1100∼1250℃이고;
    상기 예비소둔공정은 열간압연시 형성된 조대한 질화 석출물을 재고용시키기 위해서T 1 =1000+(1400/Cr) 1/2 ±5(℃)[여기서, T1:적정 1차 균열온도, Cr: Cr함량(%)]을 만족하는 온도에서 5초∼1분간 1차 균열하고, 상기 석출물을 재석출 및 적정 크기로 제어하기 위해 850∼950℃에서 30초∼10분간 2차 균열하고, 이어서 미세한 경질입자(Hard Particle)들을 형성시키기 위해V C =15(Cr/0.0014) 1/2 ±1(℃/초)[여기서, VC: 적정 냉각속도, Cr: Cr함량(%)]을 만족하는 냉각속도로 700∼800℃까지 냉각한 다음, 상온까지 수냉하는 열처리 사이클로 행하여지는 것을 특징으로 하는 슬래브저온가열에 의한 방향성 전기강판제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예비소둔공정은 질소분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 슬래브 저온가열에 의한 방향성 전기강판 제조방법.
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