KR100627453B1 - 고자속밀도 방향성 전기강판의 최종고온소둔방법 - Google Patents

고자속밀도 방향성 전기강판의 최종고온소둔방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소강성분의 Al함량에 따라 최종소둔열처리방법을 다르게 적용하여 자기적특성을 개선하는 방법을 제공함에 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, Al을 0.015∼0.035% 함유하는 규소강 슬라브를 열간압연, 열연판소둔, 1회 또는 2회의 냉간압연, 탈탄소둔 및 최종고온소둔하여 고자속밀도 방향성전기강판을 제조하는 방법에 있어서,
상기 최종고온소둔은,
(a) 규소강의 Al의 함량이 150∼230ppm의 경우에는 600∼750℃에서 950∼1050℃까지는 19∼23℃/hr의 속도로 승온한 다음, 1200℃이상까지는 13∼17℃/hr의 속도로 승온하고,
(b) 규소강의 Al의 함량이 240∼350ppm의 경우에는 600∼750℃에서 950∼1050℃까지는 15∼17℃/hr의 속도로 승온하고, 1200℃이상까지는 13∼17℃/hr의 속도로 승온하는 것을 포함하여 이루어지는 고자속밀도 방향성 전기강판의 최종소둔방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.
고자속밀도, Al, 승온패턴, 2차재결정립, 1차결정립성장억제제

Description

고자속밀도 방향성 전기강판의 최종고온소둔방법{Method for final annealing grain oriented electrical steel sheet}
도 1은 종래의 최종고온소둔 열처리곡선
도 2는 본 발명의 최종고온소둔 열처리곡선
본 발명은 AlN을 1차재결정립 성장억제제로 사용하는 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소강성분의 Al함량에 따라 최종소둔열처리방법을 다르게 적용하여 자기적특성을 개선하는 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 강판면의 결정방위가 {110}면이고 압연방향의 결정방위는 <001>축에 평행하는 일명 고스조직(Goss texture)을 갖는 결정립들로 구성되어 압연방향으로 자기특성이 우수한 연자성 재료이다. 이러한 특성에 기초하여 주로 변압기, 발전기기의 철심으로 사용되고 있다. 따라서, 가장 기본적으로 요구되는 특성이 높은 자속밀도와 낮은 철손이다. 자속밀도가 높으면 철심재료를 적게 사용하 더라도 같은 성능을 발휘할 수 가 있으므로 전기기기를 소형화할 수 있다. 또한, 철손이란 철손은 일정 세기를 가진 자장하에서 일정교류(50Hz)에 의해 통전된 철심에서 열에너지로 소비되는 전력손실이다.
방향성 전기강판은 스라브를 최종 판두께가 되도록 열간 및 냉간압연하고 마무리 고온소둔공정에서 {110}<001> 방위의 일차재결정립들만 선택적으로 성장시켜서 자기적특성을 확보하고 있다. 이러한 선택적인 일차재결정립들만의 성장을 2차재결정이라 하는데, 2차재결정을 시키기 위해서는 마무리 고온소둔하기 전에 MnS 및 AlN과 같은 미세한 석출물들이 강판내에 균일하게 분산되도록 하여 마무리 고온소둔중에 {110}<001> 방위 이외의 방위를 가진 일차재결정립들의 성장을 억제시켜야 한다(억제제 효과). 이렇게 2차재결정을 제어함으로써 결정립중에 정확한 {110}<001> 방위립의 비율을 증대시킬 수 있고, 그리하여 방향성 전기강판의 자속밀도를 증대시켜 철손을 감소시킬 수 있다. 그러므로 2차재결정을 제어할 수 있는 제조기술을 개발하는 것이 매우 중요한 의미를 갖는다.
2차재결정을 효과적으로 제어할 수 있는 제조기술의 대부분은 주로 결정립성장 억제효과가 탁월한 석출물 선정과 이러한 석출물들이 효과적으로 결정립성장을 억제할 수 있도록 하는 전제조건 등에 집중되어 왔다. 이제까지 MnS, AlN, MnSe 등의 석출물들이 결정립성장 억제제로서 효과적인 것이 판명되었으며, 이러한 석출물과 함께 석출물들이 결정립성장을 억제할 수 있는 조건, 예를 들어 스라브 재가열 온도, 열간압연온도와 권취온도, 냉간압연율 및 마무리 고온소둔 등을 제어하는 기술들이 다수 제안되어져 있다.
보통, AlN을 일차재결정립 성장억제제(이하 간단히 '억제제'라함)로 사용하는 강종을 고자속밀도 방향성 전기강판이라 하며, 그 대표적인 성분계는 C:2.80∼3.50%, Si:2.80∼3.50%, Mn:0.06∼0.09%, S:0.01∼0.03%, Al:0.015∼0.035%, N:0.007∼0.010%의 강종을 예로 들 수 있다. 그 제조방법은 열간압연, 열연판소둔, 1회 또는 2회의 냉간압연, 탈탄소둔, 최종고온소둔을 거쳐 제조하고 있다.
이러한 일련의 공정중에서 최종고온소둔은, 제품의 자기적특성 및 표면품질에 큰 영향을 미치는 것으로, 제품의 품질등급에 직접적인 영향으로 작용한다.
최종고온소둔의 처리목적을 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 2차 재결정 조직(고스조직)의 성장 및 활성화를 통한 우수한 자기적 특성의 확보와
둘째, 표면산화층(이하, Fe-Si계열의 산화층이라고 칭함.)과 소둔분리제(이하, Sticking 방지제)와의 반응을 통한 글래스피막의 안정적인 형성
셋째, 잔류 불순물의 완전제거 등이다.
종래에는 이러한 최종고온소둔의 목적에 부합하도록 도 1과 같은 열처리를 행하고 있으며, 고품질의 제품을 생산해내고 있다. 그러나, 억제제의 역할을 하는 Al의 함량에 따라 제품의 자기적특성이 변화한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 AlN을 억제제로 이용하는 고자속밀도 방향성전기강판의 품질편차를 해결하기 위한 일련의 연구과정에서 완성된 것으로, 소강성분의 Al함량에 따른 최종고온소둔공정에서의 최적의 승온패턴을 도출하여 품질편차를 해결하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, Al을 0.015∼0.035% 함유하는 규소강 슬라브를 열간압연, 열연판소둔, 1회 또는 2회의 냉간압연, 탈탄소둔 및 최종고온소둔하여 고자속밀도 방향성전기강판을 제조하는 방법에 있어서,
상기 최종고온소둔은,
(a) 규소강의 Al의 함량이 150∼230ppm의 경우에는 600∼750℃에서 950∼1050℃까지는 19∼23℃/hr의 속도로 승온한 다음, 1200℃이상까지는 13∼17℃/hr의 속도로 승온하고,
(b) 규소강의 Al의 함량이 240∼350ppm의 경우에는 600∼750℃에서 950∼1050℃까지는 15∼17℃/hr의 속도로 승온하고, 1200℃이상까지는 13∼17℃/hr의 속도로 승온하는 것을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 대상강종은 일차재결정립 억제제로서 AlN을 사용하는 고자속밀도 방향성 전기강판으로, 그 대표적인 성분계는 C:2.80∼3.50%, Si:2.80∼3.50%, Mn:0.06∼0.09%, S:0.01∼0.03%, Al:0.015∼0.035%, N:0.007∼0.010%의 강종을 예로 들 수 있다. 이외에도, Cu 등의 합금원소가 추가로 함유될 수 있다. 본 발명에서는 상기한 같은 규소강을 최종소둔전의 열간압연, 냉간압연, 열연판소둔, 탈탄소둔은 통상의 방법에 따라 처리한다.
본 발명자들은 AlN을 억제제로 사용하는 고자속밀도 방향성전기강판에서 Al의 함량에 따라 자기적특성(자속밀도, 철손)에 편차 즉, Al의 함량이 낮을 때 자기적특성이 열화되는 현상에 주목한 결과, Al성분의 다소(多少)에 따라 2차 재결정 조직의 불안정 형성을 통한 자기적 특성의 열위라는 결론에 도달하였다.
종래에는 도 1과 같이 고자속밀도 방향성 전기강판 제조에 있어 단일화된 고온소둔 승온방법 즉, 2차재결정 조직이 형성되는 구간에서 약 15.7℃/hr의 승온속도를 적용하고 있었다. 그래서, Al의 함량이 적은 경우에는 2차재결정립이 완전히 형성되는 1000℃ 이상의 고온구역까지 Al석출물의 안정적인 역할을 지속하지 못하여 자기적특성이 떨어지는 문제가 발생한 것이다.
따라서, 본 발명에서는 규소강의 Al성분함량에 따라 최종소둔공정에서의 승온방법을 두 가지로 구분하여 적용하는 조업패턴을 도출하였다.
즉, Al함량이 적은 경우(150≤ 함량 ≤230ppm) 고온 소둔처리시 2차 재결정립이 완전히 형성되는 1000℃ 이상의 고온구역까지 Al성분으로 이루어진 석출물의 안정적인 역할을 지속시키기 위해서는 급격한 승온속도의 부여와 2차 재결정 온도 후 완만한 승온속도 부여를 통한 적정 석출물 유지로 우수한 자기적 특성의 확보가 가능하다. 그렇지 않은 경우 오히려 2차 재결정립의 형성 및 성장의 불안정을 가져와 자기적 특성의 열화를 가져온다.
Al함량이 많은 경우는 적은 경우와 달리 느슨한 승온 속도가 보다 필요하다. 그렇지 않을 경우 오히려 석출물의 조대화에 따른 억제제로서의 역할이 미약하여 2차 재결정립의 형성 및 성장의 불안정을 가져와 자기적 특성의 열화를 가져온다. 뿐만 아니라, 너무 느슨한 승온 속도 적용은 생산성 열위를 부가적으로 초래한다.
본 발명은 이를 감안하여 Al함량이 150≤ 함량 ≤230ppm인 경우는 저온구역(600 ~ 750℃)에서 승온속도 19-23℃/hr로 2차 재결정립 형성온도인 950 ~ 1050℃까지 승온 후 1200℃ 이상의 고온부까지 13-17℃/hr의 완만한 승온속도를 적용한다.
그리고, Al함량이 240≤ 함량 ≤350ppm 이상의 경우는 저온구역(600 ~ 750℃) 2차 재결정 형성온도 (950 ~ 1050℃)까지는 15-17℃/hr의 완만한 승온 속도 적용후 1200℃ 이상의 고온부가지는 13-17℃/hr의 완만한 승온 속도를 적용하는 고온 소둔공정 승온 방법에 관한 것이다. 이를 통하여 종래에 문제가 되었던 Al함량이 150≤ 함량 ≤230ppm인 소재의 종전 고온소둔 승온방법 활용시 발생되는 자기적 특성의 열화를 개선하게 되었다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1 : Al의 150∼230ppm의 경우]
중량%로, C:0.61%, Si:3.21%, Mn:0.079%, S:0.02%, N:0.0085%과 Al를 포함하는 규소강 슬라브를 1350℃ 이상의 고온재가 열하여 열간압연하여 2.0mm의 열연판을 제조하고, 이어 1000℃이상의 예비소둔한 다음, 1회의 냉간압연을 거쳐 소둔분리제를 도포한 다음, 슬라브의 Al함량에 따라 표 1과 같이 최종고온소둔하였다. 최종소둔된 냉연강판의 자기적특성과 표면품질을 측정하여 표 1과 2에 나타내었다. 밀착성은 제품표면 코팅층의 기지조직과의 밀착정도를 표시하는 것으로, 환봉둘레로 벤딩하여 코팅층의 박리유무로 판정하였다(평가수치는 벤딩에 사용되는 환봉의 직경을 말하며, 작을수록 밀착정도가 좋은 것임).
구분 Al함량 온도구간별 승온속도(℃/hr) 자기적특성 표면품질 (밀착성: mmΦ)
저온→중간 중간→고온 철손 (W17/50) 자속밀도 (810)
비교재1 0.021 15.7 15.7 1.16 1.88 30
비교재2 0.021 15.7 18 1.14 1.90 30
비교재3 0.02 18 15.7 1.15 1.89 30
비교재4 0.022 18 18 1.16 1.88 30
비교재5 0.021 18 21 1.05 1.91 30
발명재1 0.022 19 15 1.03 1.92 30
발명재2 0.02 21 15 1.04 1.91 30
비교재6 0.020 21 21 1.06 1.89 40
저온:600∼750℃ 중간:950∼1050℃ 고온:1200℃이상
표 1에 나타난 바와 같이, Al의 함량이 150∼230ppm의 경우에는 600∼750℃에서 950∼1050℃까지는 19∼23℃/hr의 속도로 승온한 다음, 1200℃이상까지는 13∼17℃/hr의 속도로 승온하는 것이 자기특성에 유효함을 알 수 있다.
[실시예 2: Al의 함량이 240∼350ppm의 경우]
실시예 1에서 규소강슬라브의 Al함량 그리고 최종소둔조건을 제외하고는 동일조건으로 열간압연, 냉간압연, 탈탄소둔하여 강판을 제조한 다음, 자기적특성과 밀착성을 측정하여 표 2에 나타내었다.
구분 Al함량 온도구간별 승온속도(℃/hr) 자기적특성 표면품질 (밀착성: mmΦ)
저온→중간 중간→고온 철손 (W17/50) 자속밀도 (810)
비교재1 0.026 13 13 1.06 1.89 30
비교재2 0.027 13 15.7 1.06 1.90 30
비교재3 0.027 13 21 1.04 1.90 30
발명재1 0.029 15.7 13 1.02 1.93 30
발명재2 0.029 15.7 15 1.02 1.93 30
비교재4 0.029 15.7 21 1.04 1.90 30
저온:600∼750℃ 중간:950∼1050℃ 고온:1200℃이상
표 2에 나타난 바와 같이, Al의 함량이 240∼350ppm의 경우에는 600∼750℃에서 950∼1050℃까지는 15∼17℃/hr의 속도로 승온하고, 1200℃이상까지는 13∼17℃/hr의 속도로 승온하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 고자속밀도 방향성 전기강판의 Al함량에 따라 최종소둔공정에서의 승온패턴을 조절하면 자기적특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. Al을 0.015∼0.035% 함유하는 규소강 슬라브를 열간압연, 열연판소둔, 1회 또는 2회의 냉간압연, 탈탄소둔 및 최종고온소둔하여 고자속밀도 방향성전기강판을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 최종고온소둔은,
    (a) 규소강의 Al의 함량이 150∼230ppm의 경우에는 600∼750℃에서 950∼1050℃까지는 19∼23℃/hr의 속도로 승온한 다음, 1200℃이상까지는 13∼17℃/hr의 속도로 승온하고,
    (b) 규소강의 Al의 함량이 240∼350ppm의 경우에는 600∼750℃에서 950∼1050℃까지는 15∼17℃/hr의 속도로 승온하고, 1200℃이상까지는 13∼17℃/hr의 속도로 승온하는 것을 포함하여 이루어지는 고자속밀도 방향성 전기강판의 최종소둔방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 규소강은 중량%로 C:2.80∼3.50%, Si:2.80∼3.50%, Mn:0.06∼0.09%, S:0.01∼0.03%, Al:0.015∼0.035%, N:0.007∼0.010%을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고자속밀도 방향성 전기강판의 최종소둔방법.
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