KR100501005B1 - 방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

방향성 전기강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기 등의 철심재료로 사용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 슬라브워싱이 일어나지 않는 온도범위에서 슬라브를 재가열하고, 예비소둔 및 2회 냉간압연의 중간소둔시 그 온도를 적절히 제어함으로써, 우수한 자기적 성질을 확보할 수 있는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
중량%로, Si:2.0∼4.0%, C:0.01∼0.05%, Sol-Al:0.005∼0.03%, Mn:0.5%이하, N:0.007∼0.015%, S:0.01%이하, Cu:0.03~1.0%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1200~1320°C의 온도에서 재가열하여 열간압연한 후 권취하고, 예비소둔, 1차 냉간압연, 중간소둔, 2차 냉간압연, 회복소둔, 소둔분리제 도포, 및 고온소둔하는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
상기 예비소둔은 -x+1800℃ ≤y ≤-x+1900℃(여기서, x는 중간소둔온도, y는 예비소둔온도)를 만족하는 온도에서 실시하고, 상기 중간소둔은 800~1050℃의 온도범위에서 실시하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 방향성전기강판의 제조방법을 그 기술적 요지로 한다.

Description

방향성 전기강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET}
본 발명은 변압기 등의 철심재료로 사용되는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조공정 중 예비소둔 및 중간소둔시 그 온도를 적절히 제어함으로써, 우수한 자기적 특성을 제공할 수 있는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 압연방향으로 철의 자화용이 방향인 {110}면에 <001>방향이 배향된 집합조직(고스조직)을 가지고 있는 재료로서, 압연방향으로 특히 우수한 자기적특성을 가지고 있어 주로 변압기 등의 철심재료로 사용된다.
이와 같은 방향성 전기강판은, 일반적으로 압연공정을 통해 최종두께로 한 다음, 소둔공정을 통해 {110}<001> 1차 재결정립을 선택적으로 2차 재결정 성장시킴으로써 자성에 유효한 고스조직을 확보하여 제조하고 있다. 이러한 제조기술에서는, 석출물(인히비터)을 강내에 미세하고 균일하게 분산시켜 차 재결정개시 전에 1차 재결정립이 조대하게 성장하는 것을 억제하고, {110}<001> 만을 선택적으로 성장시키는 것이 매우 중요하다.
상기 인히비터는, 통상 열연공정에서 재가열온도를 1400℃부근의 고온으로 가열하여 연주공정에서 생성된 조대한 AlN, MnS등의 석출물을 고용시켜 열연 및 예비소둔과정에서 미세하게 분산,석출시킴에 의해 확보되고 있다. 그런데, 이와 같이 슬라브의 재가열온도를 높게 하면 재가열중에 슬라브의 표면이 용융하여 녹아내리는 소위 워싱현상의 발생하여 실수율이 낮아지는 문제가 있다. 또한, 온도를 높이는데 많은 에너지가 사용량될 뿐만 아니라, 주기적으로 가열로를 보수하여야 하므로 비경제적인 문제가 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 개선하려는 노력이 진행되어, 현재 여러 가지 기술이 제안되고 있는데, 예를 들어, 일본특개소57-89433호에서는 S, Se, Sb, Bi, Pb, Sn, B을 함유한 슬래브의 주상정율과 냉연율을 조합하여 재가열온도를 1100-1250℃를 실현하는 기술을 제안하였다. 또한, 일본특개소57-158332호에서는 Mn을 낮추고 Mn/S의 비율을 2.5이하로 하여 재가열온도를 하향하고, Cu를 첨가하여 자성을 안정화하는 방법을 제안하고 있으며, 일본특개소 57-190324호에서는 MnS와 AlN을 인히비터로 이용하는 강에 저C 및 S, Se, B를 첨가하고 1차 결정소둔시 펄스소둔을 실시함으로써 재가열온도를 1300℃이하로 낮출 수 있는 방법을 개시하고 있다. 또한, 일본특개소59-56522호에서는 Mn을 0.08-0.45%, S를 0.007%이하로 하여 [Mn][S]용해도적을 1200℃이하로 하고, P를 0.015-0.045% 첨가하고 고온소둔시의 승온속도를 15℃/hr로 함으로써 저온 재가열을 실현하고자 하였다.
그러나, 상기한 종래기술들은, 우수한 자성을 확보한다는 측면에서 공업화되기 어려운 문제를 안고 있다.
한편, 대한민국 특허출원 제93-23751호에서는 기존의 방법에서 보다 Al량을 적게 사용하고, 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연으로 최종두께로 압연하며, 중간소둔시 탈탄하고, 2차압연 뒤에는 회복소둔을 실시함으로써, 슬라브 가열온도를 하향하고자 하였다. 이 방법은, 상기한 방법들과는 달리 실제 방향성전기강판 제품생산에 적용되고 있으나, 보다 안정적으로 자성을 확보할 수 있는 방향성 전기강판의 제조방법이 지속적으로 요구되어 왔다.
이를 위한 기술로서, 대한민국 특허출원 제 96-51998호에서는 AlN이 조대하게 성장하지 않도록 하기 위하여 예비소둔온도를 1000℃이하로 설정하는 방법을 제시하고 있고, 대한민국 특허출원 제 97-62736호에서는 Al함량이 0.017%이상 첨가된 경우 예비소둔조건과 고온소둔조건의 변화를 통하여 억제력을 보완함으로써 자성을 확보하는 방법을 제시하고 있다. 또한, 댜한민국 특허출원 제 99-53702호에서는 Mn을 첨가하여 상변태에 있어서의 C당량을 높임으로써 자성을 확보하고 탈탄성을 개선하는 방법을 제시하고 있다.
그러나, 상기 기술들을 이용하여 우수한 자기특성을 확보할 수 있다 하더라도, 최근에는 상기한 개량만으로는 양질의 제품의 제조가 어려운 실정이다. 또한, 조업이 진행되는 과정에서 품질의 편차가 생겨나서, 고객에게서 주문 받은 제품을 안정적으로 공급해야 하는 생산자 입장에서는 큰 문제점으로 부각되고 있다.
이에, 본 발명의 발명자들은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 슬라브워싱이 일어나지 않는 온도범위에서 슬라브를 재가열하고, 예비소둔 및 2회 냉간압연의 중간소둔시 그 온도를 적절히 제어함으로써, 우수한 자기적 성질을 확보할 수 있는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
중량%로, Si:2.0∼4.0%, C:0.01∼0.05%, Sol-Al:0.005∼0.03%, Mn:0.5%이하, N:0.007∼0.015%, S:0.01%이하, Cu:0.03~1.0%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1200~1320℃의 온도에서 재가열하여 열간압연한 후 권취하고, 예비소둔, 1차 냉간압연, 중간소둔, 2차 냉간압연, 회복소둔, 소둔분리제 도포, 및 고온소둔하는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
상기 예비소둔은 -x+1800℃ ≤y ≤-x+1900℃(여기서, x는 중간소둔온도, y는 예비소둔온도)를 만족하는 온도에서 실시하고, 상기 중간소둔은 800~1050℃의 온도범위에서 실시하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 방향성전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
일반적으로 AlN을 결정립성장 억제제(Inhibitor)로서 이용하는 방향성 전기강판에 제조방법에 있어서, 예비소둔은 열연과정에서 미처 석출되지 못한 석출물을 균일하게 분포하도록 석출시키고, 열연판에서의 불균일한 미세조직을 조정하는 역할을 하고, 탈탄소둔은 탈탄과 1차재결정판의 결정립이 균일하게 되도록 하는 역할을 한다. 이러한 예비소둔 및 탈탄소둔의 관점에서, 저온재가열에 의한 방향성 전기강판의 제조공정(이하, LSRP라고 함)은, 고온재가열에 의한 방향성 전기강판의 제조공정(이하, HSRP라 함)과 다음과 같은 차이점을 갖는다. 즉, HSRP방식은 고온재가열(1400℃ 부근)후의 고온에서 압연종료, 예비소둔, 1회압연, 1회압연후 저온 탈탄소둔하는 방식인데 반하여, LSRP에서는 저온재가열(1320℃ 이하)후 저온에서 압연종료, 예비소둔, 2회압연, 1회압연후 고온 탈탄소둔하는 방식을 이용한다는 것과, 이로 인해 LSRP의 경우에는 소강 C 및 Sol.Al의 함량이 다소 적어, HSRP방식에 비하여 2차 재결정과정에서 인히비터로 작용할 수 있는 AlN석출물의 양이 적다는 것이다. 따라서, HSRP방식에서는 예비소둔에서 석출물조정에 주력하고 탈탄소둔에서 탈탄에만 주력하면 되지만, LSRP의 경우에는 인히비터로 작용하는 석출물의 생성이 예비소둔과 중간소둔시에 이루어지기 때문에, 이들 공정을 적절히 제어해야 한다.
LSRP의 경우는 저온재가열이기 때문에, 재가열과정에서 고용되는 AlN의 양이 적다. 이로 인해, 상기 AlN석출물은 상대적으로 높은 온도인 중간소둔시에도 형성되는데, 상기 LSRP에서, 중간소둔의 온도를 높게 설정하는 이유는 다음과 같다. 즉, 2회의 냉간압연후에는 재결정이 일어나지 않을 정도의 낮은 온도에서 회복소둔처리를 하기 때문에, 탈탄처리가 중간소둔시 실시되는데, 중간소둔시 강판의 두께는 0.5mm이상으로 두꺼워서, 단시간에 중간소둔처리를 하기 위해 생산라인에서는 상대적으로 높은 중간소둔온도를 설정하는 것이다.
그러나, 상기와 같이 중간소둔온도를 높게 설정하면, AlN석출물은 형성될 수 있으나, 품질 편차, 즉 자성의 편차의 문제가 유발된다. 따라서, 예비소둔온도와 함께 중간소둔온도도 적절히 제어되어야 하는 것이다.
이에 본 발명의 발명자들은, 상기한 현상에 대한 원인을 분석하고 이를 해결하기 위한 연구 및 실험을 수행한 결과, 다음과 같은 사실을 발견하였다. 즉, 중간소둔과정에서도 인히비터의 석출이 일어날 수 있으며, 이러한 인히비터를 최적화시키기 위해서는 예비소둔조건과 중간소둔조건을 연동시켜서 고려해야 한다는 점이다. 또한, 본 발명의 발명자들은 상기 예비소둔조건과 중간소둔조건에 대한 심도있는 실험을 통하여, 예비소둔온도(y)와 중간소둔온도(x)사이에서 다음 관계식을 도출하게 된 것이다.
[관계식]
-x+1800℃ ≤y ≤-x+1900℃
(중간소둔온도(x)는 800~1050℃)
이하, 강 성분 및 제조공정에 대하여 설명한다.
Si는 강판의 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 역할을 하는데, 그 함량이 2.0%미만의 경우는 비저항이 작아 철손이 나빠지며, 4.0%이상인 경우에는 강판의 취성이 커져 냉간압연이 어려워지게 될 뿐만 아니라 2차재결정도 불안정해지므로, 상기 Si의 함량은 2.0~4.0%로 설정하는 것이 바람직하다.
C는 강의 상변태를 촉진하여 열간압연시 조직을 치밀하게 하고, 석출물의 미세석출에 도움을 주는 원소로서, 상기한 효과를 얻기 위해서는 0.01% 이상 첨가되어야 하지만, 과잉 첨가되면 중간소둔시 탈탄에 소요되는 시간이 길어져 경제적이지 못하므로, 그 상한은 0.05%로 설정하는 것이 바람직하다.
Sol-Al은 인히비터 AlN을 형성하는 원소로서 그 함량이 0.005% 이상되어야 억제제로서의 역할을 할 수 있다. 그러나, 과잉 첨가되면 재가열과정에서 미고용상태로 남는 양이 많아지고, 열연이후의 공정에서 조대한 상태로 존재하여 입성장억제력을 저하시키기 때문에, 그 함량을 0.005~0.03%로 설정하는 것이 바람직하다.
Mn은 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 역할을 하는 원소이지만, 과잉 첨가되면 조대한 MnS를 형성하여 AlN이 고르게 분포하는데 악영향을 미치므로, 상한은 0.5%로 설정하는 것이 바람직하다.
N는 Al과 반응해 AlN을 형성하여 인히비터로 작용하게 하는데, 2차 재결정형성에 필수 원소이다. 그 함량이0.007%미만인 경우에는 2차 재결정의 형성이 불안정해지고, 0.015%보다 많으면 조대한 AlN이 다량 존재하여 인히비터로서의 역할을 충분히 하지 못하게 되므로, 상기 N의 함량은 0.007~0.015%로 설정하는 것이 바람직하다.
S는 Mn이나 Cu와 결합하여 결정립성장을 억제하는 원소이지만, 과잉 첨가되면 슬라브 상태에서 편석을 일으켜 오히려 유해하게 되므로, 0.01%이하로 그 함량을 제한하는 것이 바람직하다.
Cu는 Mn과 같은 오스테나이트 형성원소로서, AlN의 고용과 미세석출에 관여하며, S와 결합하여 결정립성장을 억제하는 인히비터로서의 기능을 하기도 한다. 그러나, 그 함량이 0.03% 미만인 경우에는 상기한 기능을 다하기 어렵고, 1.0%이상에서는 고온소둔시에 형성되는 표면피막이 불량해지기 때문에, 그 함량은 0.03~1.0%로 설정하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 조성된 강 슬라브를 통상의 방법에 따라 1200~1320℃에서의 재가열, 열간압연후 권취, 예비소둔, 1차 냉간압연, 중간소둔, 2차 냉간압연, 회복소둔, 소둔분리제 도포, 및 고온소둔을 통해 방향성 전기강판으로 제조하는데, 본 발명에서는 상기 예비소둔 및 중간소둔시 온도를 적절히 제어한 것에 특징이 있다. 즉, 본 발명에서는 상기 중간소둔온도를800~1050℃로 설정하고, 예비소둔온도(y)는 중간소둔온도(x)와 하기 관계식(1)과 같은 관계를 갖도록 설정하였는데, 그 이유는 다음과 같다.
[관계식 1]
-x+1800℃ ≤y ≤-x+1900℃
(여기서, x는 중간소둔온도, y는 예비소둔온도)
먼저, 상기 중간소둔온도의 설정사유에 대해 살펴본다. 상기 중간소둔온도가 800℃미만인 경우에는 탈탄성이 나쁘고, 1050℃ 이상에서는 중간소둔후 강판의 결정립이 두께 방향으로 불균질하여 자성이 나빠지고, 제품에서의 표면피막상태도 불량해지기 때문이다. 상기와 같이, 소둔시 이용되는 열연판의 통상적인 두께는 1.8~3.0mm이다.
다음, 상기 예비소둔온도는 중간소둔온도와 연관지어 생각할 수 있는데, 예비소둔온도가 낮은 경우는 중간소둔온도가 높아야 한다. 그 이유는 예비소둔온도가 낮으면 예비소둔에서 석출되어야 할 석출물들이 미처 석출되지 못하므로 중간소둔시에 석출되도록 하여야 하기 때문이다. 한편, 예비소둔온도가 높은 경우는 중간소둔온도가 낮아져야 하는데, 그 이유는 예비소둔과정에서 이미 석출되어 있는 석출물들이 너무 조대해져서 인히비터로서의 억제력이 상실되는 것을 방지하기 위해서이다.
이러한 관점에서 생각할 때, 상기 예비소둔온도가 -x+1800℃ (x는 중간소둔온도) 미만이면, 예비소둔후 강판이 균질하지 못하여 코일의 길이 방향으로 자성편차가 발생하기 쉽고, -x+1900℃ 보다 높으면 예비소둔판의 결정립이 두께 방향으로 불균질하여 자성에 불리할 뿐만 아니라, 본 발명의 범위에서 중간소둔처리를 하더라도 중간소둔온도가 낮아 탈탄성이 떨어져 제품에서의 잔류탄소가 많아지므로 바람직하지 못하다.
한편, 상기 예비소둔을 아주 낮은 온도에서 처리하거나, 예비소둔을 생략하더라도 중간소둔온도의 조정여부에 따라서는 자성이 얻어지지 않는 것은 아니지만, 코일의 길이방향으로의 자성편차가 발생하기 쉽다는 점 때문에 일정온도이상에서의 처리가 요구된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
중량%로, Si:3.13%, C:0.039%, Sol-Al:0.007%, Mn:0.29%, N:0.011%, S:0.003%, Cu:0.47%, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 1310℃의 가열로에서 총 190분간 재로시킨 후 추출하였다. 이것을 조압연하여 두께 40mm인 바로 제조하고, 이어서 사상압연하여 2.0mm의 두께까지 열간압연하였다. 이와 같이 제조된 열연판은 예비소둔, 1차 냉간압연, 중간소둔, 2차 냉간압연, 회복소둔 및 MgO도포, 고온소둔의 공정을 순차적으로 거치도록 하여 최종제품을 제조하였다. 이 때, 상기 예비소둔 및 중간소둔온도는 하기 표 1과 같이 변화시켰다. 상기 1차 냉간압연에서는 0.6mm두께로 압연되었으며, 2차압연에서는 최종제품의 두께인 0.3mm까지 압연되었다. 고온소둔은 100%수소 분위기를 사용하고 승온율 15℃ /hr로 1200℃까지 가열한 후 10시간 유지한 다음 냉각하였다.
이후, 최종 고온소둔판의 자성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 제조조건 자기특성
예비소둔온도(℃ ) 중간소둔온도(℃) 자속밀도(B10)
비교예1 750 1000 1.84
발명예1 1050 1.86
비교예2 1100 1.79
비교예3 800 950 1.84
발명예2 1000 1.87
발명예3 1050 1.86
비교예4 1100 1.83
비교예5 850 900 1.84
발명예4 950 1.86
발명예5 1000 1.86
발명예6 1050 1.86
비교예6 1100 1.83
비교예7 900 850 1.84
발명예7 900 1.88
발명예8 950 1.87
발명예9 1000 1.87
비교예8 1050 1.83
비교예9 950 800 1.84
발명예10 850 1.87
발명예11 900 1.87
발명예12 950 1.86
비교예10 1000 1.84
비교예11 1000 750 1.85
발명예13 800 1.88
발명예14 850 1.89
발명예15 900 1.89
비교예12 950 1.84
비교예13 1050 750 1.83
발명예16 800 1.87
발명예17 850 1.88
발명예18 900 1.87
비교예14 950 1.84
비교예15 1100 850 1.82
상기 표1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 발명예(1)~(18)는 예비소둔온도 및 중간소둔온도가 본 발명의 조건을 만족시켜서, 우수한 자성이 확보됨을 알 수 있다.
(실시예 2)
중량%로, Si:3.12%, C:0.033, Sol-Al:0.014, Mn:0.34%, N:0.009%, S:0.006%, Cu:0.49%, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 1320℃의 가열로에서 총 190분간 재로시킨 후 추출하였다. 이것을 조압연하여 두께 40mm인 바로 제조하고, 이어서 사상압연하여 2.0mm의 두께까지 열간압연하였다. 이와 같이 제조된 열연판은 이후 예비소둔, 1차압연, 중간소둔, 2차압연, 회복소둔 및 MgO도포, 고온소둔의 공정을 순차적으로 거치도록 하여 최종제품을 제조하였다. 이 때, 상기 예비소둔 및 중간소둔온도는 하기 표 2와 같이 변화시켰다. 한편, 상기 1차 냉간압연에서는 0.6mm두께로 압연되었으며, 2차압연에서는 최종제품의 두께인 0.29mm까지 압연되었다. 고온소둔은 100%수소 분위기를 사용하고 승온율 15℃/hr로 1200℃까지 가열한 후 10시간 유지한 다음 냉각하였다. 대부분의 공정은 통상의 제조조건과 유사하지만, 예비소둔과 중간소둔의 조건이 폭넓게 변화되었다.
이후, 최종 고온소둔판의 자성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 예비소둔온도(℃ ) 중간소둔온도(℃) 자속밀도(B10)
비교예a 750 1000 1.82
발명예a 1050 1.85
비교예b 1100 1.81
비교예c 800 950 1.83
발명예b 1000 1.85
발명예c 1050 1.86
비교예d 1100 1.84
비교예e 850 900 1.84
발명예d 950 1.86
발명예e 1000 1.87
발명예f 1050 1.87
비교예f 1100 1.83
비교예g 900 850 1.85
발명예g 900 1.87
발명예h 950 1.88
발명예I 1000 1.88
비교예h 1050 1.84
비교예I 950 800 1.85
발명예j 850 1.87
발명예k 900 1.88
발명예l 950 1.88
비교예j 1000 1.85
비교예k 1000 750 1.84
발명예m 800 1.87
발명예n 850 1.88
발명예o 900 1.89
비교예l 950 1.85
비교예m 1050 750 1.84
발명예p 800 1.86
발명예q 850 1.90
발명예r 900 1.90
비교예n 950 1.85
비교예o 1100 850 1.85
상기한 바와 같이, 본 발명의 발명예(a)~(r)의 경우는 예비소둔온도 및 중간소둔온도가 본 발명범위를 만족하여, 모두 1.85Tesla 이상의 우수한 자성이 확보됨을 알 수 있다
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 슬라브워싱이 일어나지 않는 온도에서 재가열하여 방향성 전기강판을 제조하는 경우에도 우수한 자성을 안정적으로 확보할 수 있어서, 변압기 등 철심재료로 사용할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 중량%로, Si:2.0∼4.0%, C:0.01∼0.05%, Sol-Al:0.005∼0.03%, Mn:0.5%이하, N:0.007∼0.015%, S:0.01%이하, Cu:0.03~1.0%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1200~1320℃의 온도에서 재가열하여 열간압연한 후 권취하고, 예비소둔, 1차 냉간압연, 중간소둔, 2차 냉간압연, 회복소둔, 소둔분리제 도포, 및 고온소둔하는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
    상기 예비소둔은 -x+1800℃ ≤y ≤-x+1900℃(여기서, x는 중간소둔온도, y는 예비소둔온도)를 만족하는 온도에서 실시하고, 상기 중간소둔은 800~1050℃의 온도범위에서 실시하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법
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