상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방향성 전기강판 제조방법은, 중량%로 C:0.025∼0.08%, Si:2.5∼4.5%, Sol-Al:0.020∼0.040%, N:0.0150%이하, Mn:0.07∼0.25%, S:0.005∼0.015%, B:0.0005∼0.0010%, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 슬라브를 만드는 단계;
이 슬라브를 1150∼1325℃의 온도범위내에서 아래의 식으로 부터 구한 슬라브 가열온도로 1∼4시간 유지하여 가열하는 단계;
Ts-20≤슬라브 가열온도≤Ts+20
목표온도(Ts,℃)=1250 + 10×(Teq-1205)×S/Mn
여기서, Mn, S는 슬라브내 성분의 함량(중량%),
Teq는 Mn,S의 완전평형고용온도
가열된 슬라브를 열간압연한 후, 예비소둔, 냉간압연하여 냉연판을 얻는 단계;
상기 냉연판을 함질소 혼합가스의 습윤분위기에서 900∼1050℃의 온도로 1∼10분간 1차재결정, 탈탄소둔 및 질화소둔을 동시에 행하는 단계;
이어 최종마무리소둔하는 것을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
상기한 바와 같이, 지금까지의 저온재가열 방향성 전기강판의 제조기술은 저온재가열을 달성한다는 장점이 있었지만, 대부분 (1) AlN만을 억제제로 이용하므로 약한 억제력으로 인해 자성이 나쁘다는 점, (2) 슬라브가열온도가 너무 낮아 열간압연기의 부하가 많고 생산성이 저하된다는 점, (3) 1차재결정을 겸한 탈탄소둔후 질화소둔을 실시하기 때문에 생산성의 저하가 우려된다는 점, (4)MnS를 억제제로 이용하지 않기 때문에 S함량을 무게비로 0.07%이하로 관리하기 위하여 제조원가가 높아진다는 단점이 있다.
상기 선행기술이 갖는 (1)(2)(3)(4)의 문제점을 해결하기 위하여 노력을 계속하던중, 본 발명자들은 AlN와 MnS를 억제제로 함께 사용하여 압연성에 영향이 크지 않는 저온슬라브 가열온도를 확보하면서 Mn과 S의 비율에 따라 MnS를 완전히 고용할 수 있는 재가열온도를 설정하면, 질화소둔을 탈탄소둔과 동시에 처리하여 생산성과 자성을 개선할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다. 이를 다음 이하에 설명한다.
통상의 슬라브 고온 가열방법에서는 MnS석출물 이용시 대략 Mn:0.07∼0.08%, S:0.023%정도를 함유시켜 1380℃이상의 온도로 약 4시간이상 가열한다. 이러한 Mn, S의 함량범위에서는 이론적으로 약 1280℃로 가열하면 Mn, S의 완전고용이 가능하나 실제 큰 슬라브를 대상으로 할때는 이 보다 약 100℃ 높아야 Mn, S의 완전고용이 가능하다. 따라서, 종래의 저온슬라브 가열기술에서는 통상 S를 0.007%이하로 관리하여 슬라브 가열온도를 하향화 하였던 것이다.
그런데, 통상적인 고온슬라브 가열방법에서 보다 적은 양의 S을 사용하면 재가열온도가 그리 높지 않아도 Mn, S를 고용할 수 있다. 즉, 슬라브내에 0.07-0.25%의 Mn과 0.005∼0.015%의 S을 함유하도록 하면 1150∼1325℃의 재가열온도가 확보되며, 이에 따라 S의 함량을 여유롭게 관리하면서 MnS를 억제제로 일부 이용할 수 있다. 즉, AlN과 MnS를 억제제로 다 같이 이용하는 경우 AlN는 열연공정이후에 질화처리에 의해 분포상태의 조절이 가능하므로, 저온슬라브 가열 및 저온 열간압연에서 MnS를 추가로 강내에 분포시킬 수 있으므로, AlN만을 억제제로 사용하는 선행기술로 부터 제공되는 방향성전기강판의 자성을 개선할 수 있다.
이러한 본 발명에서는 통상의 고온슬라브 가열에서 MnS를 이용하는 것과는 다른 개념으로 MnS억제제를 이용하므로 Mn/S의 비율과 이 비율에 따라 슬라브 가열온도의 확보가 중요하다. 왜냐하면 고온슬라브 가열보다는 S의 양이 적게 첨가되므로 Mn의 양이 적으면 MnS로 결합하지 못한 저융점 물질인 S가 결정립계에 편석하여 크랙의 발생을 조장한다. 따라서, MnS를 효과적으로 이용하기 위해서는 강중 소량으로 함유되어 있는 MnS를 완전 고용한 다음 열간압연중에 석출시켜야 한다. 따라서, Mn/S의 비에 따라 슬라브 가열온도를 달리하는 것이 매우 중요하다.
본 발명에서는 슬라브 재가열온도를, 먼저 Mn과 S의 중량부 함량으로 결정되는 평형적인 완전 고용온도(Teq)(관계식 1)와의 차이를 1250℃ 중심으로 하여 Mn과 S의 중량부 함량비로 보상해주는 방식에 의해 목표온도(관계식 2)를 구하고, 실험(실시예 1)을 통해 실제 조업시에 필요한 슬라브 가열온도(관계식 3)의 관리범위를 구할 수 있었다. 관계식 1은 논문에 의해 알려진 Mn과 S의 평형적인 완전 고용온도로, 본원발명에서는 이를 이용하였다. 관계식 2에서 1250℃ 슬라브의 가열온도 1150~1325℃의 중간정도에 해당하는 온도여서 이를 채택한 것이다.
[관계식 1]
Log{Mn×S}=-10950/(Teq+273) + 4.092
Teq=10590/{4.092-Log(Mn×S)}-273
[관계식 2]
목표온도(Ts,℃)=1250 + 10×(Teq-1205)×S/Mn±(≤20)
여기서, Mn, S는 슬라브내 성분의 함량(중량%),
[관계식 3]
Ts-20≤슬라브 가열온도≤Ts+20
상기 Mn과 S의 중량부 함량으로 결정되는 본 발명의 재가열온도의 하한치 보다 재가열온도가 낮게 되면 동시탈탄침질과정에서 결정립크기의 균일화를 위한 미세석출물의 양이 적게 되어 2차재결정이 불안정해지게 되며 또한 열간압연 온도가 낮아지게 되어 압연된 강판의 형상이 나빠져 냉간압연시 파단을 잘 일으키게 된다. 또한, Mn과 S의 중량부 함량으로 결정되는 본 발명의 재가열온도의 상한치 보다 재가열온도가 높게 되면 미세석출물이 과도하게 많아져 1차재결정립의 크기가 너무 미세해지며 이에 따라 결정립 정상성장 구동력이 증가하여 2차재결정이 발생하지 않게 된다. 또한, 재가열온도가 높아짐에 따라 에지크랙과 슬라브 표면산화층의 용융현상이 쉽게 발생하게 되어 실수율을 떨어지게 하는 요인이 된다.
상기와 같이 목표 슬라브 가열온도의 ±20℃의 범위로 결정되는 본 발명의 슬라브 재가열온도를 목표슬라브 가열온도로 하는데, 이는 1150∼1325℃의 범위내가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이는 적어도 1150℃의 이상으로 슬라브를 재가열하여야 일반탄소강을 같이 생산하는 열연설비를 가진 공장에서 압연스케줄을 관리하는데도 유리하기 때문이다. 또한, 1320℃이하로 슬라브를 가열하여야 저융점의 규소계 산화물로 인한 수율하락, 열연판의 에지부분의 크랙 및 가열로의 정기적인 보수 등의 문제가 생기지 않는다.
상기와 같이 재가열 한 다음, 통상의 방법으로 열간압연, 예비소둔, 냉간압연하는데, 이때의 냉간압연은 1회압연에 의해 최종두께로 할 수 있다.
상기와 같이 최종 두께로 된 냉연판은, 탈탄소둔과 질화소둔을 동시에 실시한다. 1차재결정억제제로 MnS를 사용하지 않고 AlN만을 사용하는 선행기술에서는 질화소둔전에 억제력이 약하여 동시 탈탄 및 질화소둔하는 경우 결정립의 크기 편차가 심해지는 결함이 있어 필연적으로 2차재결정의 불안정을 가져와 자성이 나빠진다. 이와는 달리, 본 발명에서는 MnS를 AlN와 동시에 사용하여 1차재결정 성장억제력이 강해지므로 동시 탈탄 및 질화가 가능하다.
탈탄과 침질을 동시에 일으키게 하는 공정은, 적정 결정립크기와 침질량 확보을 위해 온도와 시간을 일정한 범위로 제어하여야 한다. 온도는 900℃에서 1050℃사이가 적당한데 이 범위보다 온도가 낮을 경우는 결정립이 적정한 크기로 성장을 못하게 되고 또 침질양도 모자라게 되는 문제가 발생하게 된다. 한편, 온도가 이 범위 보다 높게 되면 결정립의 크기가 과도하게 성장하고, 분위기로 부터 흡수된 질소가 강판내부로 확산해가면서 불안정한 규소질화물이 급속하게 강판 전체로 형성되기 때문에 2차재결정을 불안정하게 하는 문제가 발생하게 된다. 시간은 1∼10분사이로 하는 것이 바람직한데, 이는 1분보다 짧을 경우 탈탄, 1차재결정, 침질반응의 발생이 미흡하게 되고, 반대로 10분 보다 길게 되면 결정립이 과도하게 형성되는 동시에 표면산화층 깊이가 자성을 해치기 때문이다.
소둔분위기로는 탈탄과 질소부화를 위해 함질소가스 분위기이면 어느 것이나 가능하지만, 공업적으로 탈탄량과 질소부화량의 제어가 용이한 암모니아 + 수소 + 질소의 혼합가스 분위기를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 제조조건에 유용하게 적용될 수 있는 강성분의 한정이유를 설명하면 다음과 같다.
C가 0.025%이하이면 열간압연에서 상변태가 충분히 일어나지 않아서 슬라브의 주상정조직이 열간압연으로 파괴가 되지 않아서 집합조직의 발달에 좋지 않고 C가 0.08%이상이면 탈탄이 제대로 일어나지 않아 자기시효가 일어나 좋지 않다.
Si가 2.5%이하이면 비저항이 낮아 철손이 높고 4.5%이상이면 냉간압연성이 나쁘다.
Sol-Al이 0.02%이하이면 AlN에 의한 억제력이 약하고 0.040%이상이면 AlN이2차재결정전에 조대해지기 쉽다.
N이 0.015%이상이면 냉간압연시 취성이 강해져서 깨지기 쉽다.
Mn이 0.07%이하이면 MnS와 결합하지 않은 유리 S에 의해 취성이 생기기 쉽다. Mn이 0.25%이상이면 MnS가 조대해지기 쉽고 냉간압연이 힘들다.
S가 0.005%이하이면 MnS에 의한 1차재결정립성장 억제력이 작고 제강에서 S를 제거하는 비용이 많이 들고 S가 0.015%이상이면 슬라브저온가열에 의한 제조가 힘들다.
B이 0.0005%이하이면 B의 첨가효과가 없고, B이 0.0010%이상이면 자성이 나빠지고 취성이 있어 압연이 힘들다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
먼저, 진공용해방법에 의해 C:0.056%, Si:3.26%, Sol-Al:0.027%, N:0.0080%, B:0.0007%를 함유하면서 Mn과 S의 중량부 함량이 표 1과 같이 변화된 10개의 슬라브를 제조하였다. 표 1에는 Mn과 S의 중량부 함량과 아울러 이들의 함량비, 그리고, 상기한 식으로 부터 구해지는 Teq와 본 발명에 의해 계산된 목표 슬라브 가열온도가 나타나 있다.
시편번호 |
Mn함량(중량%) |
S함량(중량%) |
Mn×S |
S/Mn |
Teq(℃) |
슬라브가열온도(℃) |
1 |
0.070 |
0.015 |
0.001 |
0.214 |
1225 |
1292 |
2 |
0.098 |
0.005 |
0.0005 |
0.051 |
1158 |
1226 |
3 |
0.100 |
0.010 |
0.001 |
0.100 |
1220 |
1265 |
4 |
0.100 |
0.015 |
0.002 |
0.150 |
1258 |
1330 |
5 |
0.150 |
0.005 |
0.001 |
0.033 |
1194 |
1246 |
6 |
0.150 |
0.011 |
0.002 |
0.073 |
1267 |
1296 |
7 |
0.195 |
0.005 |
0.001 |
0.026 |
1218 |
1253 |
8 |
0.210 |
0.010 |
0.002 |
0.048 |
1291 |
1291 |
9 |
0.250 |
0.005 |
0.001 |
0.020 |
1241 |
1257 |
10 |
0.250 |
0.010 |
0.003 |
0.040 |
1309 |
1292 |
상기 슬라브를 상기 표 1에 나타난, 목표슬라브 가열온도를 기준으로 해서 대략 1000∼1400℃의 구간에서 여러가지 온도로 3시간 가열한 다음, 열간압연, 예비소둔, 1회 냉간압연을 거쳐 냉연판을 만든 다음, 이 냉연판을 암모니아+수소+질소의 혼합가스의 습윤분위기에서 950℃로 5분간 1차재결정, 탈탄소둔 및 질화소둔을 하였다. 이와 같이 하여 제조된 전기강판에 대해 슬라브 가열온도에 따른 자속밀도를 구하고 그 결과를 도 1에 나타내었다. 자성은 자계의 세기가 1,000Amp/m일때의 자속밀도값(Tesla)으로 나타내었다.
도 1에 나타난 바와 같이, 목표 슬라브 가열온도에서 제조된 전기강판이 자속밀도가 가장 우수했으며, 이러한 목표 슬라브 가열온도의 ±20℃의 범위내에서도 양호한 자기적특성이 얻어졌다.