KR100501004B1

KR100501004B1 - 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100501004B1
Application number: KR10-2000-0072745A
Authority: KR
Inventors: 한찬희; 우종수; 차상윤
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-02
Filing date: 2000-12-02
Publication date: 2005-07-18
Also published as: KR20020043690A

Abstract

본 발명은 전기기기의 철심재료로 이용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 강중 B를 첨가하여 소강성분 중 N를 제거하고 열연판소둔시 온도를 적절히 제어하여 이후 AlN 석출물 억제제를 극대화함으로써, 안정적으로 철손이 낮은 고자속밀도 방향성전기강판을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, C:0.02~0.1%, Si:1.0~4.8%, S:0.006% 이하, 산가용성 Al:0.01~0.05%, Mn:0.05~0.2%, N:0.010% 이하, 0.001% ≤B≤0.012%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 1200~1300℃에서 재가열하여 열간압연한 후, 하기 관계식을 만족하는 온도범위에서 열연소둔을 실시하고, 냉간압연한 다음, 탈탄 및 질화소둔을 동시 혹은 잇달아 행하여, 탈탄 및 질화처리를 행하고 AlN을 형성시킨 다음, 상기 AlN을 1차 재결정 억제제로서 이용하는 고온소둔을 실시하여, 자속밀도(B₁₀)가 1.9Tesla 이상이고 철손(W_17/50)이 1.3w/kg 이하인 방향성 전기강판을 제조하는 것을 특징으로 하는 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법을 기술적 요지로 한다.

[관계식]

열연판소둔온도(℃) = 1360 - 11,111 x [Sol. Al(wt%)] ± 100℃

Description

고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING HIGH MAGNETIC FLUX DENSITY GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET}

본 발명은 전기기기의 철심재료로 이용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강 성분중 B를 첨가하고 제조공정중 열연판소둔온도를 제어함으로써, 보다 우수한 자기특성을 제공할 수 있는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 압연방향으로 {110}<001>방위의 집합조직을 발달시킨 것으로, 미국특허 제1,965,559호에 처음으로 그 제조방법이 제시된 이래, 많은 개선과 더불어 새로운 제조방법이 제시되어 왔다. 이러한 방향성 전기강판의 제조에 있어서 공통적인 것은, 억제제라 불리는 1차 재결정된 결정립의 성장을 억제시키는 석출물이나 입계편석원소를 이용하는 것이다. 즉, 이러한 억제제는 1차 재결정된 결정립의 성장을 억제하고, 성장이 억제된 결정립들 중에서 {110}<001>방위의 결정립들이 우선적으로 성장하도록 하는 역할을 하는 것이다. 이를 2차 재결정이라 하며, 이와 같이 적절한 억제제를 사용하여 {110}<001>방위의 2차 재결정립을 압연방향으로 발달시키는 것이 방향성 전기강판 제조기술의 핵심이다.

석출물들이 억제제로서의 제기능을 하기 위해서 갖추어야 할 조건은 다음과 같다. 즉, 1차 재결정립의 성장이 2차재결정이 일어나기 직전까지 억제되도록, 석출물들이 충분한 양과 적절한 크기로 고르게 분포되어 있어야 하고, 2차 재결정이 일어나기 직전인 고온까지 열적으로 안정하여 쉽게 분해되지 않도록 해야 한다. 이와 같은 조건을 만족하는 것으로는 MnS, AlN, MnSe 등이 있다.

현재 공업적으로 생산되고 있는 방향성 전기강판의 제조에서는, 억제제로서 이들 MnS, AlN, MnSe와 같은 석출물을 단독 또는 조합하여 이용하고 있는데, 대표적인 것으로는, MnS만을 억제제로 이용하는 방법, MnS+AlN을 억제제로 이용하는 방법, MnS(Se)+Sb를 억제제로 이용하는 방법이 있다. 이들 방법은, 이용하는 억제제의 종류에 따라 최종 2차재결정 조직을 얻기 위한 소둔(2차재결정소둔 또는 고온소둔이라 함) 전까지 1회 압연-1회 소둔하는 것과 2회 압연-2회 소둔하는 것이 있다. 이는 앞서 설명한 억제제의 역할을 극대화하기 위해 적절하게 제조공정을 구성한 것이다.

상기 MnS를 억제제로 이용하는 방법의 일례로, M. F. Littmann에 의한 일본특공소30-3651호는, 중간소둔을 포함한 2회 냉간압연을 통해 안정적인 2차 재결정 조직을 얻을 수 있는 기술을 개시하고 있으나, 이 방법으로는 높은 자속밀도를 얻을 수 없고, 또한 2회 냉간압연으로 인해 제조가가 비싸지는 문제가 있다.

상기 MnS+AlN을 이용하는 방법의 일례로는, 일본특공소40-15644호 개시된 기술이 있는데, 이 방법에서는 80% 이상의 높은 압하율로 1회 냉간압연하여 방향성 전기강판을 제조하여 자속밀도가 높은 제품을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나, 공업적인 생산시 각 공정조건을 엄격히 제어해야 하는 어려움이 있다.

상기 MnS(또는 MnSe)+Sb를 이용하여 방향성 전기강판을 제조하는 기술로는, 일본특공소51-13469호의 기술이 있는데. 이 방법은 높은 자속밀도를 얻을 수 있으나 2회 냉간압연을 행해야 하고 유독성이 있으며, 고가인 Sb와 Se과 같은 원소를 사용하는 단점이 있다.

그러나, 상기 기술들은 상기한 문제점 보다 더욱 근본적인 문제점을 안고 있다. 즉, 각각의 방법에 있어서, 원하는 크기와 분포를 갖는 석출물을 얻어 억제제로 이용하기 위해서는, 열간압연을 행하기 전에 슬라브를 고온으로 재가열해야 하는 것이다. 이는 열간압연 공정에서 석출물의 크기와 분포를 원하는 대로 제어하기 위해 필요한 것으로, MnS나 AlN이 충분히 고용되는 온도로 가열되어야 한다는 기술적인 사상에 근거한 것이다. 즉, 소강성분에 함유된 MnS나 AlN 등을 고온 장시간 가열에 의해 완전히 고용(이를 '완전용체화'라 함)시킨 후, 열간압연 및 냉각과정에서 적절한 크기와 분포를 갖는 석출물로 만들어 주어야 된다. 이론적으로 MnS를 이용하는 방법에서는 1,300℃, MnS+AlN을 이용하는 방법에서는 1,350℃, MnS(또는 MnSe)+Sb를 이용하는 방법에서는 1,320℃ 이상이 되어야 완전 고용이 된다. 그러나, 실제 공업적으로 생산할 때는 슬라브의 크기 등을 고려해서 내부까지 균일한 온도분포를 얻어야 하므로, 슬라브의 표면부는 1,400℃에 가까운 온도까지 재가열하고 있는 실정이다.

그러나, 이와 같이 슬라브를 고온에서 장시간 가열하면, 사용열량이 많아 제조원가가 비싸지고, 슬라브의 표면부가 용융상태에 이르러 흘러 내리게 되어 가열로의 보수비가 많이들며 수명이 단축되고, 슬라브 표면에 발달되어 있는 응고조직인 주상정이 조대하게 성장하여 후속 열간압연 공정에서 판의 폭방향으로 깊은 크랙(crack)을 발생시켜 실수율을 현저하게 저하시키는 문제가 있다.

따라서, 슬라브의 재가열온도를 낮추어 방향성 전기강판을 제조함으로써, 제조원가와 실수율 측면에서 많은 장점을 얻을 수는 있으나, 상기한 바와 같이, 슬라브를 고온에서 완전용체화처리 하지 않으면, 석출물의 제어가 어려워 근본적으로 방향성 전기강판의 제조가 불가능하게 된다.

이에, 최근에는 슬라브의 가열온도를 낮추고, 억제제를 열간압연 단계에서 만들지 않는 방법들이 많이 연구되고 있다. 즉, 소강성분에 포함되어 있는 원소들로부터 억제제를 전적으로 얻지 않고, 제조공정 중 적당한 곳에서 석출물을 만들어 주는 것이다. 이것은 일본특공평1-230721, 일본특공평1-283324에 제시된 바와 같이, 불완전 용체화와 질화처리에 의해 가능해 졌다. 즉, 이러한 방법은, 슬라브의 가열온도를 1,200℃이하로 하여 불완전용체화 하고 미반응 Al을 남긴 후, 냉간압연 후 질화소둔에 의해 질소를 강중에 넣어서 석출물로 반응시킨다는 기술적 사상을 갖고 있다. 이와 같이 하여 생성된 (Al,Si)N은, 억제제로서의 기능을 하게 되는 것이다. 상기한 질화처리 방법에는, 질화능이 있는 화합물을 함유하는 소둔분리제를 강판에 도포하는 것, 고온소둔 공정의 승온기간 동안 질화능이 있는 가스를 분위기 가스내에 포함시키는 것, 탈탄공정에서 균열처리 후 질화능이 있는 가스분위기에서 강판을 질화하는 것 등이 있다.

또한, 질화의 시점에 관한 특허로 일본특공평2-228425호는, 열간압연된 판이나 최종 냉간압연전에 행하는 질화공정에 의해 질소를 강중에 넣어 석출물을 만들어 주는 방법을 개시하고 있고, 일본특공평2-294428호는 냉간압연이 완료된 후 탈탄소둔시 질화와 탈탄을 행하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이들 방법의 경우에는, 2차 재결정이 불안정하게 되는 문제점이 있다. 이에, 일본특공평3-2324호에서는 탈탄소둔을 우선적으로 행하고 결정립의 크기가 어느 정도 이상으로 성장한 후 암모니아 가스에 의해 질화를 행하는 방법을 개시하고 있다.

상기한 방법들은 모두, 암모니아 가스에 의한 질화로 암모니아가 약 500℃ 이상에서 분해되어 발생되는 질소를 강판 내부로 넣어주는 방법을 이용하고 있는데, 이 때 강판내부로 들어간 질소는 이미 강중에 존재하고 있는 원소인 Al, Si, Mn등과 반응해서 질화물이 되고, 고온소둔 과정에서 열역학적으로 가장 안정한 (Al,Si)N으로 되어 억제제의 기능을 한다. 이와 같은 방법으로 슬라브의 저온가열에 의해 방향성 전기강판을 제조하는 것이 가능해졌다.

그러나, 상기 방법들은 최종적으로 억제제로 이용되는 (Al,Si)N을 만들어 주기 위해, 다음과 같은 제조공정을 거쳐야 하는 것이 필수적이다. 즉, 질화공정에서 반응할 수 있는 Al의 양을 극대화시키기 위해, 소강성분에 함유되어 있는 Al과 N이 결합하지 않도록 슬라브 가열온도를 1,200℃ 이하로 낮게하여 불완전용체화를 해야 한다. 실제로는 AlN의 고용량을 최소화하기 위하여, 1,150℃ 또는 그 이하의 온도에서 슬라브를 재가열하고 있다. 그러나, 이것은 후속되는 열간압연의 개시온도와 마무리온도가 낮아지는 결과를 초래하여 압연설비에 많은 부하를 주고 있으며, 일반적인 탄소강의 재가열 온도보다 현저히 낮아 방향성 전기강판과 일반강을 동시에 생산할 수 없는 문제점을 여전히 안고 있다.

따라서, 슬라브 재가열온도를 1200~1300℃로 하여 열간압연의 부하를 없애면서, 안정적으로 방향성 전기강판을 생산할 수 있는 제조방법의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자들은 상기한 종래 방법들의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 강중 B를 첨가하여 소강성분 중 N를 제거하고 열연판소둔시 온도를 적절히 제어하여 이후 AlN 석출물 억제제를 극대화함으로써, 안정적으로 철손이 낮은 고자속밀도 방향성전기강판을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, C:0.02~0.1%, Si:1.0~4.8%, S:0.006% 이하, 산가용성 Al:0.01~0.05%, Mn:0.05~0.2%, N:0.010% 이하, 0.001% ≤B≤0.012%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 1200~1300℃에서 재가열하여 열간압연한 후, 하기 관계식(1)을 만족하는 온도범위에서 열연소둔을 실시하고, 냉간압연한 다음, 탈탄 및 질화소둔을 동시 혹은 잇달아 행하여, 탈탄 및 질화처리를 행하고 AlN을 형성시킨 다음, 상기 AlN을 1차 재결정 억제제로서 이용하는 고온소둔을 실시하여, 자속밀도(B₁₀)가 1.9Tesla 이상이고 철손(W_17/50)이 1.3w/kg 이하인 방향성 전기강판을 제조하는 것을 특징으로 하는 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

[관계식 1]

열연판소둔온도(℃) = 1360 - 11,111 x [Sol. Al(wt%)] ± 100℃

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

일반적으로 방향성 전기강판은, 억제제의 종류와 이를 형성시키는 방법에 의해 그 제조법이 달라지는데, 지금까지 방향성 전기강판의 제조방법에 대한 연구는 고온가열에서 저온가열로 진행되어 왔다. 즉, 소강성분에 포함된 성분을 슬라브 고온가열을 통해 완전 용체화하고 열간압연에서 석출물을 제어하여 억제제로 이용하는 방법에서, 슬라브 저온가열을 통해 불완전 용체화한 후 질화소둔에서 석출물을 형성시켜 이용하는 방법으로 발달한 것이다.

그러나, 본 발명의 발명자들은, B과 같이 질화물을 쉽게 만드는 원소를 이용하면, 슬라브의 가열온도를 일반강과 동일하게 하면서도, 질화소둔에 의해 석출물 형성 억제제를 제공할 수 있다는 것을 발견해 내었다. 또한, 제조공정중 열연판 소둔온도를 적절히 제어하는 것에 의해서도 철손이 낮은 방향성 전기강판을 제조할 수 있다는 점에 착안하여, 열연판소둔온도를 강 중 sol.Al의 함량과의 관계식으로 정의함으로써, 보다 자성이 우수한 방향성 전기강판을 제조하고자 한 것이다.

즉, 상기한 B의 질화물 외에, 질화소둔에 의해 형성되는 AlN 석출물의 양과 분포는, 이후 2차 재결정의 형성에 영향을 미치는데, 상기한 AlN 석출물은 강중 sol.Al의 함량에 따라 달라지므로, 열연판소둔시 Al함량을 고려하여 그 온도를 설정해야 하는 것이다.

이하, 강 성분 및 제조공정에 대하여 설명한다.

C는 열간압연조직을 미세화하기 위해 첨가하는 원소로서, 열간압연시 제 기능을 한 후에는 불순물로 되어 자기적 특성에 악영향을 미치므로 제거되어야 한다. 3%의 Si이 함유된 경우 약 0.018%의 C을 함유하면 열간압연시 α-γ변태가 일어나 열간압연조직을 미세화할 수 있고, Si양이 증가하면 이보다 약간 높은 C의 양이 요구되므로, 그 함량은 0.020% 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함량이 0.1% 보다 많아지면, 조대한 탄화물이 석출되어 탄소의 제거가 어려워지므로, 상기 C의 함량은 0.020~0.1%로 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 최종제품에 C가 남아있게 되면 자기시효를 일으켜 변압기 등 전기기기의 특성을 열화시키므로, 탈탄공정을 통해 최종제품에서는 0.003% 이하로 엄격히 관리되고 있다.

Si은 강의 비저항을 높여서 철손을 현저히 개선하는 원소로, 방향성 전기강판의 제조에서는 필수 원소이다. 그 첨가량은 여러가지 제한 요소에 의해 결정되는데, 실제로는 2.95~3.5% 정도가 함유되는 것이 일반적이다. 이는 공업적으로 냉간압연을 안정적으로 할 수 있는 것에 의해 정해진 범위이다. 본 발명에서는, 1.0~4.8%로 설정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 1.0% 이하인 경우에는 그 첨가효과가 미미하여 큰 의미가 없고, 4.8%보다 많으면 압연이 불가능하기 때문이다.

S는 편석이 심한원소로 열간작업성을 위해서는 가능한 한 함유되지 않도록 하는 것이 바람직한데, 제강시 탈황공정을 거쳐 극저 S로 하기 위해서는 공정에 추가비용이 들게 된다. 따라서, 불순물로 함유될 수 있는 함량인 0.006% 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 S의 함량이 0.006% 보다 많으면 강중 Mn과 반응해 MnS로 되어, 1차 재결정립을 작게할 우려가 있다.

Al은 소강단계에서 함유되어 질화소둔시 강중에 첨가된 N와 결합하여 AlN으로 되어 억제제의 역할을 하는 원소이다. 일반적으로 산가용성 Al은 0.03% 정도에서 가장 적절한 AlN을 형성하는 것으로 알려져 있는데, 본 발명에서는 그 함량범위를 0.01~0.05%로 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는, Al의 함량이 0.01%이하로 되면 형성된 AlN의 양이 적어 억제제로서의 역할이 미미하며, 0.05%이상으로 되면 AlN의 크기가 조대해져서 억제력이 작아지기 때문이다.

Mn은 전기저항을 높이고 철손을 낮추는 효과가 있는 성분으로서, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.05% 이상 첨가해야 하지만, 그 함량이 너무 많은 경우에는 자속밀도의 저하를 초래하므로, 0.05~0.2%로 설정하는 것이 바람직하다.

N는 소강중에는 포함되지 않는 것이 바람직하나, 실제로 불순물로 함유되는 양을 완전히 제거할 수는 없다. 한편, AlN을 형성하는데 필요한 N는 질화과정에서 첨가해주므로 소강 N는 억제제로 이용되는 AlN의 형성에 관여하지 않는다. 본 발명에서는, 강중 불순물로서 존재하는 N을 B에 의해 BN로서 제거시켰는데, 상기 N의 함량이 지나치게 많으면 B에 의한 제거가 어렵기 때문에, 0.01%이하로 제어하는 것이 바람직하다.

B은 소강성분중 불순물로 함유되어 있는 N를 제거하는 역할을 하는 원소로서, 열역학적으로 질화물을 만드는데 필요한 에너지가 Al보다 낮기 때문에, 동일한 온도나 압력 조건하에서는 이들이 공존하고 있어도, 먼저 N와 결합한다. 이와 같은 B은 N와 우선적으로 결합하여 N이 Al과 결합할 수 없도록 하는 범위로 첨가되는 것이 바람직한데, 그 함량은 다음과 같은 방법에 의해 설정된다. 즉, B와 N의 원자비의 결합은 약 10.8/14=0.77인데, 이것은 강중에 존재하는 질소를 0.01%라 할 때, B를 이용하여 질화물로 만드는 데는 약 0.77배의 B가 필요하다는 것을 의미한다. 따라서 B만을 사용하면 0.0077%가 필요하게 되는 것이다. 그러나, B은 결정립계나 불순물 주위에 편석이 일어나 국부적으로 존재하게 되는 경향이 강한 원소이기 때문에, 계산적인 결과와는 달리 상당히 많은 양을 넣어 주어야 원하는 기능을 할 수 있는 것이 실험적으로 확인되었다. 따라서, 0.001% ≤B≤0.012% 의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 B의 함량이 0.001% 미만으로 너무 적으면, N와 결합하는 양이 부족하여 강중 N를 제거하는 역할을 할 수 없게 된다.

상기와 같이 조성된 강 슬라브를 재가열한 다음 열간압연하는데, 상기 1200~1300℃의 온도범위에서 가열하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 가열온도가 1200℃ 미만이면 슬라브의 온도가 너무 낮아서 열간압연 작업이 어려워지고, 다른 종류의 일반강과 같이 재가열을 할 수 없어 생산성도 저하되고, 1300℃ 이상인 경우에는 자기적 특성에는 크게 영향이 없으나, 슬라브의 저온가열에서 오는 잇점이 크게 감소되기 때문이다. 한편, 슬라브가열과정에서 내부에 존재하는 N는 B과 반응하여 질화물로 되고, Al은 질화물로 되지 못하고 남아있게 된다.

다음, 상기와 같이 열간압연된 판을 소둔하는데, 종래에는 열연판소둔시 석출물을 부분 고용시키고 재석출시켜 안정한 석출물분포를 얻기 위하여 1100~1150℃에서 유지한 후 약 900℃에 도달하면 급냉하는 방법을 사용해야 했으나, 본 발명에서는 석출물의 관점을 고려하지 않아도 되므로 열연조직의 균일화 및 산세성 향상만을 고려하여 설정하였다. 즉, 열연판을 열간압연하면 재결정이 일어나 압연조직과 재결정조직이 혼재하고 있는데, 이러한 불균일 조직은 후속되는 냉간압연과 1차 재결정에 악영향을 주어 안정적인 2차 재결정 조직을 얻기 어렵게 한다. 따라서, 이와 같은 열연판을 소둔하여 완전한 재결정조직으로 만들어 주는데, 열연판소둔 후의 집합조직, 석출물의 분포 및 크기는 냉간압연후 1차 재결정되는 결정립의 입도 및 집합조직에 영향을 미치므로, 양호한 1차 재결정립을 얻기 위해서는 열연판소둔조건을 적절히 조정해야 하는 것이다.

이에, 본 발명의 발명자들은, 양호한 1차 재결정 입도를 얻기 위한 조건을 연구 및 검토한 결과, 열연판 소둔온도를 Al함량에 따라 설정하면, 보다 우수한 자기특성을 제공할 수 있다는 것을 발견하고, 이들의 관계를 하기 관계식(1)과 같이 나타내었다. 상기와 같이, 열연판을 소둔할때 이용되는 열연판의 통상적인 두께는 1.25~3mm이다.

[관계식 1]

열연판소둔온도(℃) = 1360 - 11,111 x [Sol. Al(wt%)] ± 100℃

즉, 동일온도에서 소둔하는 경우, Al의 함량이 높아지면 AlN의 부분적인 고용이 일어나기 쉬운데, 이것은 결국 AlN의 석출로 이어져 1차 재결정 입도에 영향을 주게 된다. 따라서, Al함량에 따라 변화하는 1차 재결정입도를 열연판 소둔조건을 변화시킴에 의해 균일하게 해주면, 안정적인 2차 재결정이 일어나도록 하는 것이 가능한 것이다.

실제로, Al의 함량이 높은 강을 고온에서 열연판소둔할 경우, 최종소둔후 2차 재결정된 조직에 미세립이 혼재하여 철손의 저하를 초래하는데, 그 이유는 열연판소둔시 조대한 석출물이 부분적으로 고용되어, 국부적인 재석출에 의해 균일한 1차 재결정입도를 갖지 못하기 때문이다. 반대로, Al의 함량이 낮은 강을 저온에서 열연판소둔하면 1차 재결정입도가 매우 커져, 최종소둔후 미세립이 많이 존재한다. 그 이유는, 1차 재결정시 억제제의 기능을 할 수 있는 석출물이 거의 존재하지 않아, 2차 재결정시 {110}<001>방위의 결정립에 쉽게 잠식되지 못하고 미세립으로 남기 때문인 것으로 생각된다.

따라서, 상기한 바와 같이, 열연판소둔온도를 강중 Al함량에 따라 설정하면, 강중 Al의 함량에 따라 냉간압연후 미세한 석출물의 분포에 차이가 생기는 것을 방지하여, 안정적인 자기특성을 얻을 수 있는 것이다.

다음 상기에서 소둔된 열연판을 산세하여 냉간압연하는데, 중간소둔없이 1회 냉간압연에 의해 최종 두께로 압연하는 것이 바람직하다. 이 때, 높은 자속밀도를 얻도록, 압연율은 84~90%의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

최종제품두께로 냉간압연된 판에 대하여, 탈탄 및 질화소둔을 동시 또는 잇달아 실시하는데, 이 때 소둔로내의 분위기는 습한 수소+질소의 혼합분위기에 건조한 소량의 암모니아 가스를 투입시킨 것으로 한다. 이 과정에서 강판의 C는 제거되고, 암모니아 가스의 분해에 의해 생긴 N는 강판의 내부로 들어가서 미반응 Al과 반응하여 AlN으로 되는데, 본 발명에서는 이것을 이후 고온소둔공정에서 1차 재결정 억제제로서 이용하는 것이다.

상기 강판내부에 들어가는 질소의 양은 소둔온도, 소둔시간, 분위기중 암모니아 분율에 의해 영향을 받으며, 소강 Al함량에 따라 적절한 량으로 제어되는데, 100~500ppm으로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한, 이 과정에서 질소량의 제어와 함께 1차 재결정의 입도도 조절하는데, 이 모든 과정이 동일한 로내에서 이루어진다.

동시 혹은 잇달아 탈탄 및 질화소둔을 행한 후, 강판의 표면에 MgO를 주성분으로 하는 소둔분리제를 도포하여 코일상으로 고온소둔을 행한다. 고온소둔은 2차재결정 조직을 발달시키는 승온구간과 불순물을 제거하는 순화소둔 구간으로 이루어지는데, 승온구간의 승온속도는 석출물의 성장거동에 영향을 미치므로 매우 중요하다. 경험적으로 승온속도가 너무 빠르면 2차재결정이 불안정해지고, 승온속도가 너무느리면 소둔시간이 길어져 비경제적이기 때문에, 승온속도는 10-40℃/hr로 하는 것이 바람직하다. 승온과정에서는 억제제로 사용되는 AlN의 유실을 방지하기 위하여 질소가 포함된 분위기를 유지해 주는 것이 바람직하고, 순화소둔은 환원분위기에서 유지하여 강중의 유해원소를 제거하는 과정이므로 100% 수소를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 제조된 방향성 전기강판은, 자속밀도(B₁₀)가 1.9Tesla 이상이고 철손(W_17/50)이 1.5w/kg 이하인 우수한 자기특성을 나타낸다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

중량%로, C:0.035%, Si:3.15%, Mn:0.10%, S:0.006%, Sol.Al:0.027%, N:0.0069%, B:0.0065%, 잔부 Fe 및 불가피한 원소로 이루어진 강 슬라브를 1,250℃에서 2시간 재가열한 후 열간압연하여 판 두께가 2.3mm인 열연판을 얻었다. 이 열연판을 1,120℃에서 2분간 열연판소둔한 후 냉각하여, 0.30mm로 냉간압연하였다. 냉간압연된 판에 대하여, 875℃로 유지된 로에 노점 48℃인 25%수소+75%질소의 혼합가스와 건조한 암모니아를 함유시킨 분위기에서 155초 동안 탈탄과 질화를 동시에 행하였다. 이 때 암모니아가스는 체적분율로 혼합가스(수소+질소)의 1.0%를 투입하였다. 이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 2차재결정을 일으키키 위하여 고온소둔을 행하였다. 고온소둔은 25%수소+75%질소분위기에서 15℃/hr의 승온속도로 1,200℃까지 가열한 후, 100%수소분위기에서 10시간 유지한 다음 로냉하였다.

그 후, 자기특성을 평가하기 위해, 아인슈타인법에 의해 1000A/m의 자장하에서 유도되는 자속밀도(B₁₀)와 50Hz의 1.7Tesla에서의 철손(W_17/50)을 측정한 결과, 자속밀도(B₁₀)는 1.92 Tesla, 철손(W_17/50)은 1.06 W/kg였다.

(실시예 2)

중량%로, C:0.045%, Si:3.10%, Mn:0.10%, S:0.006%, N:0.0040%, B:0.0045%를 함유하고, Sol. Al은 하기 표 1과 변화되고, 잔부 Fe 및 불가피한 원소로 이루어진 강을 1,250℃에서 2시간 재가열한 후 열간압연하여 판 두께가 2.3mm인 열연판을 얻었다. 이 열연판에 대하여 하기 표 2와 같이 소둔온도를 달리하여 가열한 다음 900℃에서 유지된 로에서 1분간 유지한 후, 100℃의 끓는 물에서 냉각하였다.

그 후, 상기 열연소둔판을 산세하여 표면산화층을 제거한 후, 0.30mm로 냉간압연하였다. 냉간압연된 판에 대하여, 875℃로 유지된 로에 노점 48℃인 25%수소+75%질소의 혼합가스와 건조한 암모니아를 함유시킨 분위기에서 155초 동안 탈탄과 질화를 동시에 행하였다. 이 때 암모니아가스는 체적분율로 혼합가스(수소+질소)의 1.0%를 투입하였다. 이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 2차재결정을 일으키키 위하여 고온소둔을 행하였다. 고온소둔은 25%수소+75%질소분위기에서 15℃/hr의 승온속도로 1,200℃까지 가열한 후, 100%수소분위기에서 10시간 유지한 다음 로냉하였다.

이와 같이 하여 얻어진 방향성 전기강판의 자기특성을 평가하기 위해, 상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 자속밀도(B₁₀)와 철손(W_17/50)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

강종	C	Si	Mn	S	N	B	S.Al
가	0.048	3.12	0.10	0.006	0.0042	0.0039	0.037
나	0.043	3.11	0.10	0.006	0.0047	0.0042	0.028
다	0.047	3.11	0.10	0.006	0.0047	0.0044	0.019

구분	소둔온도(℃)	자기특성		사용강종
구분	소둔온도(℃)	철손, W_17/50 (w/kg)	자속밀도, B₁₀ (Tesla)	사용강종
발명재1	900	1.09	1.93	가
발명재2	950	0.91	1.93
발명재3	1000	0.98	1.93
발명재4	1050	1.08	1.93
비교재1	1100	1.34	1.90
비교재2	1150	2.14	1.69
비교재3	900	1.22	1.89	나
발명재5	950	1.20	1.91
발명재6	1000	1.13	1.92
발명재7	1050	0.96	1.93
발명재8	1100	1.00	1.93
발명재9	1150	1.10	1.90
비교재4	900	1.58	1.72	다
비교재5	950	1.34	1.84
비교재6	1000	1.27	1.87
발명재10	1050	1.19	1.91
발명재11	1100	1.12	1.92
발명재12	1150	1.02	1.91

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 발명재(1)~(12)는 모두, 상기 열연판 소둔온도가 본 발명에서 제시한 상기 관계식(1)을 만족하여, 2차 재결정립이 잘 발달하여 미세립이 거의 발견되지 않았기 때문에, 1.9Tesla 이상의 자속밀도, 1.3w/kg 이하의 철손을 나타냄을 알 수 있다. 따라서, Sol. Al의 함량에 따라 열연판소둔온도를 변경하면 가장 양호한 자기특성을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

한편, 비교재(1)~(6)은, 소둔온도가 본 발명범위에 속하지 않아서, 2차 재결정립이 발달하지 않았고, 결과적으로, 1.9Tesla 이상의 자속밀도(B₁₀), 1.3w/kg 이하의 철손(W_17/50)을 얻을 수 없었다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 일반강의 재가열온도를 적용하면서도 우수한 자기특성을 제공할 수 있어서, 열간압연의 생산성 및 작업성을 개선할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로, C:0.02~0.1%, Si:1.0~4.8%, S:0.006% 이하, 산가용성 Al:0.01~0.05%, Mn:0.05~0.2%, N:0.010% 이하, 0.001% ≤B≤0.012%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 1200~1300℃에서 재가열하여 열간압연한 후, 하기 관계식(1)을 만족하는 온도범위에서 열연소둔을 실시하고, 냉간압연한 다음, 탈탄 및 질화소둔을 동시 혹은 잇달아 행하여, 탈탄 및 질화처리를 행하고 AlN을 형성시킨 다음, 상기 AlN을 1차 재결정 억제제로서 이용하는 고온소둔을 실시하여, 자속밀도(B₁₀)가 1.9Tesla 이상이고 철손(W_17/50)이 1.3w/kg 이하인 방향성 전기강판을 제조하는 것을 특징으로 하는 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법

[관계식 1]

열연판소둔온도(℃) = 1360 - 11,111 x [Sol. Al(wt%)] ± 100℃
제 1항에 있어서, 상기 질화처리후 N의 함량은 100~500ppm인 것을 특징으로 하는 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법