KR100636072B1 - 결정 방향성 전기강 스트립 및 이러한 스트립의 제조시의 제2결정을 제어하고 가이드하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방향성 전기강 스트립의 제조에 있어서 제2재결정을 제어하고 가이드하는 방법으로서, 실리콘강의 스트립을 냉간 압연하고, 결정립의 성장뿐만 아니라 제1재결정 공정을 실행하기 위하여 상기 냉간 압연 스트립을 연속적으로 어닐링하며, 상기 제1재결정 스트립을 질화시키기 위하여 연속적으로 어닐링하고, 상기 질화 스트립은 제2재결정을 제어하고 가이드하기에 유용한 석출물들을 함유하는 단계들을 차례로 포함하는 방향성 결정 전기강 스트립들의 제조에 있어서, 상기 질화 단계 후에, 적어도 상기 방향성 제2재결정을 개시시키기 위하여 연속 어닐링이 수행되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 결정 방향성 전기강 스트립의 제조에 있어서 제2재결정을 제어하고 가이드하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제1재결정 후 연속 처리를 하는 동안 방향성 제2재결정을 완료하거나 또는 적어도 개시하는 것을 가능하게 하는 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강 스트립의 제조에 있어서, 원하는 최종적인 자화 특성은 최종적인 제2재결정 처리를 하는 동안 발생하는, 스트립 조직의 일련의 복잡한 상호 의존적 변태를 통해 얻어지는 것으로 알려져 있다. 여기서 밀러 지수 <001> (110) 을 가지는 결정이 더 빠른 속도로 발달하는 것으로 이해되는, 이러한 단계는 지금까지는, 통상적으로 6 과 18 톤 사이에 포함되는 중량을 가지면서, 원하는 최종 두께를 가지는 단단하게 감겨진 냉간 스트립 코일들이 도입되는 정적 어닐링 노에서 고온으로 극히 오랫동안 어닐링(상자 어닐링(box annealing)) 처리를 하는 과정에서 얻어졌는 데, 이러한 코일들은 어닐링되고 냉각된 다음 방전된다. 이러한 정적 어닐링은 또한 스트립으로부터 그 최종 품질을 손상시키는 원소들을 제거하고 스트립 표면에 "유리막(glass film)" 으로 불리는, 스트립을 전기적으로 절연시키고 또다른 필요한 코팅들에 대해 기판으로 작용하는 유용한 코팅을 형성한다.
그러나, 이러한 상자 어닐링은 몇 가지 주요한 단점들을 가지고 있는 데, 그 중에는 몇 일을 요하는, 장기간 지속되는 처리와, 하나의 배치로가 복수개의 코일들을 구비하고 있다는 사실이 있다. 높은 처리 온도와 시간들로 인하여 이들 코일들은 그 자체의 중량하에서 변형되는 데, 이 때문에 슬릿(slit) 작용을 통해 그 변형 존들을 제거할 필요가 있게 된다. 코일의 인접한 나선들이 서로 달라붙는 현상(sticking)으로 인하여 더 많은 스크랩이 생성되는 데, 이는 산화물 분말 어닐링 분리제가 사용된다 할 지라도 발생한다. 훨씬 더 많은 스크랩은 초기 및 최종 코일 나사들의 제거를 요구하는 (상자 어닐링노의 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)과정에서 코일을 취급하는 데 따르는 손상들 그리고 느린 어닐링 공정 동안 최외부 및 최내부의 코일 나사가 받게되는 서로 다른 처리 조건들 양자로부터 유래하는)품질 문제에 기인하여 존재하게 된다. 더욱이, 그 공정은 스트립에 코일링에 따르는 형태를 부여하게 되는 데, 이러한 스트립은 대개 변압기 자심인 최종 제품의 제조에 필요한 평평한 형상으로 되돌아 가도록 한 번 더 처리되어야만 할 것이다.
방향성 스트립의 최종 야금 처리를 위하여 사용되는 상자 어닐링으로부터 유래하는 또다른 단점들은 공정 제어에 관한 것이다.
사실, 한편으로는 어닐링 분위기와의 상호 작용에 의하여 황과 질소와 같은 원소들의 고상 추출을 통해 실질적으로 얻어지는, 스트립의 고온 순화(purificarion)는 코일 스트립을 따르는 (종 및 횡 구배의) 분위기 및 온도 차이에 의하여 크게 영향받지 않는 반면, 다른 한편으로는 결정 성장 및 방향성 제2 재결정은 그러한 차이에 의하여 크게 영향받게 된다.
사실, 그러한 야금 공정의 미시적 규모와 방향성 제2재결정의 특색들로 인하여 그 공정 과정은 스트립의 서로 다른 부분들이 놓이게 되는 물리적 및 화학적 "미시-환경"에 의하여 크게 제어된다.
정적 열처리와 연결되는 관련 어려움들뿐만 아니라 최종 야금 어닐링 동안의 공정 제어의 중요성을 보다 잘 확인하기 위하여, 그 기술 상태와 처리 과정 동안 발생하는 물리적 및 화학적 현상들을 참조하면서 몇 가지 세부 사항들이 이하에서 제시될 것이다.
방향성 제2재결정의 최종 결과는, 양질의 공업용 제품에 맞는 10°미만의 각변형(angular dispersion)을 가지는, 보다 자화가 용이한 결정 방향(통상의 밀러 지수에 따르면 <100>)을 따라 등방향성인 다결정 조직이다. 이는 성장을 위하여 이미 위와 같은 방향성을 가지는 결정들만을 선택하는 복잡한 공정을 통해 얻어지는 데, 그러한 결정들은 최종 어닐링 이전에는 초기 미세 조직 중 매우 작은 분량을 나타낸다. 이러한 공정에 있어서, 제품의 조직에는 어닐링 이전의 수 마이크로미터로부터 그 이후의 수 밀리미터까지 변하는 크기 변화가 발생한다.
공업적 규모로는 얻기 어려운 이러한 공정의 원하는 결과는 최종 어닐링 이전의 처리 조건과 스트립의 결정 형태, 표면 상태 및 미세 조직에 크게 의존한다.
이미 언급된 바와 같이, 이러한 결과는, 금속 매트릭스(matrix)에 존재하는 황화물과 질화물과 같은 일부 입자들의 크기의 발달 운동에 의하여 그리고 스트립 표면쪽으로 뿐만 아니라 동일 입자들 사이에서 관련 구성 원소들의 확산에 의하여 또한, 금속 매트릭스의 외부와 내부 양쪽으로의 확산을 통해, 정밀하게 제어되는 방식으로 최종 야금 어닐링 동안에 얻어진다. 마지막 두 가지 현상들은 어닐링 분위기(미시 환경)와의 상호 작용에 의하여 제어된다.
상자 어닐링 동안에 생성되는 서로 다른 미세 환경에 의존하는 스트립의 서로 다른 존(zone)들에서의 상기 공정 운동들의(동일한 공정이 활성화되어 발전하는 온도뿐만 아니라) 작은 변화조차도, 결정 성장의 발전에 차이를 가져오게 되는 데, 가장 양호한 경우에 있어서 이는 스트립을 따라서 그리고 그 가로 방향으로 자화 특성의 변화를 수반하면서, 각 존마다 최종 결정 크기 및 방향성이 서로 다른 것을 의미한다.
공업적 실시에 있어서 그렇게 드문 것은 아니지만, 더욱 중요한 경우에는, 그러한 차이는 방향성이 있는 제2재결정에 있어서 제어의 상실을 초래하게 되는 데, 이는 최종 제품이 부분적으로 완전히 불충분한 자화 특성을 가지게 되고, 따라서 제조 사이클의 마지막에 또다시 조건화 또는 하등급화되거나 폐기되어야 하게 만든다.
유사한 이유로 표면에서의 화학 반응들은 미세 환경에 의존한다: 예컨대, 시간에 따른 그리고 열처리 동안의 표면의 산화층 발달은 금속 매트릭스와 어닐링 분위기 사이의 상호 반응에 크게 영향을 미치게 되는 데, 이는 기존의 야금 공정 제어의 복잡한 측면을 더욱 복잡하게 한다.
코일의 기하학적 형태(스트립의 처음과 끝, 코일의 외부층과 자심등)에 의존하는 서로 다른 미세 환경에 의하여 유도되는 서로 다른 표면 반응들 사이의 차이 는 스트립의 표면층의 조직 및 조성에 있어서 더욱 직접적인 차이를 낳게 된다.
표면 특성들은, 그것들이 그 자화 및 절연 특성들에 직간접적으로 영향을 미친다는 점에서, 결정 방향성 스트립의 또다른 중요한 측면이다. 따라서, 스트립에 따르는 표면 품질의 변화는 제품 품질 따라서 공정 제어의 공업적 문제를 이룬다.
표면 조직과 형태를 변경하고 최종 제품에 있어서 바람직하지 않은 일부 원소들의 매트릭스를 순화시키기 위해서뿐만 아니라, 방향성 제2재결정을 개시하고 발달시키기 위해서 사용되는, 최종 두께를 가지는 방향성 전기강 스트립의 상자 어닐링은 이제, 충분한 생산 능력을 유지하는 수 많은 플랜트들을 필요로 하고, 낮은 생산성을 가지며, 제어하기 어려운 물리적 결과를 낳고 무엇보다도 그러한 복잡한 생산에 절대적으로 필요하며 다른 모든 제조 단계들에서 존재하는, 제1재결정에 대한 전기강 공장 제조를 형성하는 공정 제어를 수행해야 한다는 점에서 일부 불편하고 값비싼 처리 기술이다.
이미 말한 바와 같이, 제2재결정 공정은, 이러한 종류의 제품에 있어서는, 압연 방향과 스트립 표면에 대하여 특정한 방향성을 가지는 일부 입자들의 선택적 성장으로 구성된다. 당업자들에게는 잘 알려진 복잡한 공정을 통해, 소위 입자 성장 억제제 즉, 그 움직임(따라서 입자 성장)을 손상시키고/또는 방지하는 결정립계와 상호 작용하는 비산화물 석출물(황화물, 셀렌화물, 질화물)을 사용하여, 주로 원하는 결정들을 성장하도록 하는 것이 가능하다.
만일 억제제가 매트릭스 전체에 균일하게 분포되어 있다면, 합금 내에서의 그 자체의 열역학적 안정성과 금속 매트릭스 화학 조성과 관련하여, 석출물의 수가 점진적으로 감소되는 순수한 결과를 가지는 어떤 경우에 있어서도, 특정한 억제제가 용해 또는 용해와 성장 과정을 통해 그 크기를 변경하기 시작하는 온도에 이르기까지 결정 조직이 열처리에 약간 민감하게 될 수 있다(결정 성장의 물리적 현상은 금속 매트릭스와 상호 대향하는 제2상(second phase)들의 표면 분량에 의해 제어된다).
이러한 공정과 동시에 결정립계들은 더 일찍 그리고 더 빠르게 성장할 수 있는 이들 결정들을 성장하게 하도록 현저하게 움직이기 시작할 수 있다. 만일 전체 사이클 동안에 그리고 최종 어닐링 동안에 그 공정의 적절한 조절이 있다면, 밀러 지수에 따라, 압연 방향에 평행한 축 <100> 을 가지며, 원하는 방향성을 가지는 극소수의 결정들이, 당업자에게 잘 알려져 있는 이유들 때문에, 선택적으로 성장할 것이다. 이러한 공정이 발생하는 온도가 높으면 높을 수록 성장된 결정들의 방향성은 더 좋으며 제품의 최종 자화 특성은 더 좋게 된다.
각 종류의 억제제는 황화물과 셀렌화물로부터 질화물에까지 높아지는, 그 자신의 용해 온도를 가지고 있다. 최종 상자 어닐링에 있어서 코일의 느린 가열로 인하여, 억제제의 실제 용해 온도는 본질적으로 열역학적인 것에 상응하고, 따라서 제2재결정 온도는 기본적으로 사용되는 억제제 유형 및 합금 조성과 관련되어 있다.
그러므로, 최종 제품의 자화 특성을 향상시킬 가능성은 본질적으로 선택된 억제제의 용해 온도에 의하여 대체로 제한된다.
이제 결정 성장 제어에 유용한 억제제가 어떻게 형성되는가를 생각해 보는 것이 유용하다.
주조 및 그 후의 냉각 동안에 액체 강의 비교적 느린 응고 과정 동안, 그러한 느린 공정에 의하여 높아진 편석으로 인하여 매트릭스의 일부 존들에 불균일하게 집중되는 억제제의 기본 성분들은, 결정립계 운동의 효과적인 억제, 따라서 원하는 온도에 이르기까지 그 성장에는 무용한, 불균일하게 분포된 조립들로 쉽게 응집할 수 있다.
실리콘강의 스트립으로의 변태 과정은 수 많은 고온 처리를 포함하므로, 명백히 상기 각 처리들에 있어서는, 제어되지 않는 결정 성장은, 결과적으로 높은 가능성이 있는, 품질 손실이 개시될 수 있었다. 이것이 전기강 스트립의 생산에 통상적으로 이용되는 공정들이, 거칠게 석출된 억제제들을 용해시키고, 후에 더욱 미세하고 균일하게 분포된 형태로 재석출되도록 하기 위하여, 연속 주물(대개 슬래브(slab))의 고온 처리를 포함하는 이유이다.
이러한 처리 후에, 다른 모든 고온 처리들은 제2상 입자들의 크기 분포에 있어서 변화를 피하거나 또는 제한하기 위하여 주의 깊게 제어되어야 한다. 그러한 제어는 명백히 매우 미묘하고 어렵다.
상기 문제들을 해결하기 위하여, 예컨대, 미국 특허 제4,225,366호와 유럽 특허 제0 339 474호는, 이러한 공정을 획기적으로 변경하는 것 즉, 강 응고 동안에 얻어진 거친 석출물들을 실질적으로 변경되지 않도록 유지하는 것, 통상의 온도보다 더 낮은 온도에서 이 후의 모든 처리를 수행하는 것 및, 스트립에의 질소 도입을 통해, 질화물을 형성하는, 오직 그 공정의 마지막 단계에 있어서만 결정 성장 억제에 유용한 억제제를 형성하는 것을 제시하고 있었다.
적어도 그 기본적 측면에 따라서, 1966 년에 제시되었던 이러한 기술(일본 특허 출원, 우선권 번호 41-26533)은, 여전히 공업적 수준에 있어서는 몇 가지 불편을 가지고 있다. 그 중에는 억제제의 부족으로 인하여, 모든 열처리, 심지어 비교적 낮은 온도에서의 열처리조차 원하지 않는 결정 성장을 피하기 위해서는 조심스럽게 제어되어야 한다는 사실과, 결정 성장 및 방향성 제2재결정의 제어에 유용한, 억제제의 분포는, 직접적으로 이러한 상으로의 질소 통기와, 이 후의 확산 및 스트립의 두께 전체에 걸친 질화물로서의 석출을 통해 또는 금속 매트릭스에 풍부하게 존재하여, 질소가 더 이상 확산되지 않도록 이를 스트립 표면에 결합시키는 실리콘으로 실질적으로, 스트립 표면에서 저안정성 질화물들의 석출을 제조하는, 반드시 그렇게 높은 온도에 제한되는 것은 아닌 (상자 어닐링 이전의) 연속 질화를 통해, 최종 상자 어닐링 동안에 어닐링 온도까지 서서히 가열하는 동안 얻어진다는 사실이 있다. 그러한 실리콘 베이스 질화물은 원하는 결정 성장 억제에는 무용하고, 단지 차후 상자 어닐링에 있어서 서서히 가열하는 동안 스트립으로 확산되지 않고 원하는 안정된 알루미늄 베이스 질화물을 형성할 수 있는 유리 질소(releasing nitrogen)로 분해될 것이다(다카하시(Takahashi), 하라세(Harase):머티어리얼 사이언스 포럼(Materials Science Forum), 1966, Vol. 204-204, 143-154쪽; 유럽 특허 제0 494 730 A2호, 5쪽, 3-44행).
방향성 결정 전기강 스트립의 제조에 대해 알려진 공정들과 관련된 어려움을 알고 있는, 본 출원인은 독창적이고 매우 혁신적인 기술을 발전시켰는 데, 그에 따 르면, 연속 주강에 있어서, 주물의 고온 어닐링 후에, 또는 열간 압연 후에, 처리 온도의 임계를 감소시키며, 더욱 특히, 연속 질화 동안에 스트립 두께 전체에 걸쳐서 질소의 통기를 허용하기 위하여 충분히 높은 고온을 사용하고, 동시에 결정 성장 억제를 제어하기에 유용한 형태를 갖도록, 직접적으로 알루미늄 베이스 질화물을 형성하기 위하여, 제한된 양의 유용한 억제제 석출물을 허용하는 것이 유용하다.
상기 기술은 PCT 출원들 PCT/EP97/04005, PCT/EP97/04007, PCT/EP97/04080 및 PCT/EP97/04089 에 설명되어 있다.
비록 상술한 새로운 기술이 (약 1890 mT에 이르는 자화율을 가지는) "종래의 방향성 결정" 유형 또는 (1900 mT보다 높은 자화율을 가지는) "초방향성" 유형 중 어느 하나의 전기강 스트립의 제조에 있어서 중요한 단계들을 나타낸다할 지라도, 여전히 광범위한 연구와 충분한 해결책을 필요로 하는 많은 중요한 점들이 있다.
그러한 점들 중에는, 비록 생산성, 코스트 및 공정 제어라는 중요한 문제점들을 나타내기는 하지만, 전술한 바와 같이, 여전히 원하는 자화 성질을 얻기 위해 본질적인 것으로 간주되며 전기강 생산업자들에 의하여 전세계적으로 사용되는 정적 상자 어닐링이 있다.
본 발명의 목적은, 전술한 불편들을 제거하기 위하여, 지금까지는 오직 상자 어닐링노에서만 배타적으로 얻어졌던 제2재결정이 제1재결정 다음에 급속한 연속 처리와 알루미늄 베이스 질화물의 직접적 형성이 있는 질화에 의하여 실현되거나 또는 적어도 현저하게 개시되는 공정을 제안하고, 이와 같이 함으로써 방향성 제2 재결정 국면 동안 더욱 충분한 공정 제어가 이루어질 수 있으며, 재결정 개시 온도를 선택할 수 있게 허용함으로써, 보다 덜 비판적인 상자 어닐링노 관리를 촉진하고 가능하게 하는 공정을 제안하는 것이다.
본 발명에 따르면,
실리콘강의 스트립을 냉간 압연하고, 결정입자의 성장뿐만 아니라 제1재결정 공정을 실행하기 위하여 상기 냉간 압연 스트립을 연속적으로 어닐링하며, 상기 제1재결정 스트립을 질화시키기 위하여 연속적으로 어닐링하는 단계들을 차례로 포함하는 방향성 결정 전기강 스트립들의 제조시의 제2결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법에 있어서:
(i) 이미 냉간 압연된 상기 스트립이, 결정 성장을 억제할 수 있고, 매트릭스 전체에 걸쳐 분포되어 있으며, 다음 식
Iz = 1.9fv/r
(여기서 fv와 r은 각각 제2상들의 체적 비율과 평균 크기이다)에 따라 정의된 Iz지수가 300과 1400 cm-1 사이에 포함되는 정량과 분포로 황, 질소, 셀렌 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 상기 제2상 입자들을 함유하고;
(ii) 상기 질화 단계가, 상기 스트립의 두께 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되며, 제2재결정을 제어하고 가이드하기에 유용한 석출물들을 직접적으로 생산하기 위하여 수행되고;
(iii) 상기 질화 단계 후에, 적어도 방향성 제2재결정을 개시시키기 위하여 연속 어닐링 단계가 실행되며;
(iv) 선택적으로, 최종 어닐링 단계가 수행되거나, 정화 열처리 단계가 수행되는; 단계들의 협동관계로 조합되는 것을 특징으로 하는, 제2재결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법이 제공된다.
여기서, 상기 실리콘을 함유하는 강 스트립을 냉간 압연하는 동안에 적어도 하나의 변형 가공이, 중간 어닐링없이, 스트립 두께의 압하율에 있어서 70％보다 더 높은 압하율로 실행된다.
또한, 상기 실리콘강 스트립이, wt％로, Si 2.0-5.5, C 0.003-0.08, Al 0.01-0.04, N 0.003-0.01, Cu 0-0.40, Mn 0.03-0.30, S 0.004-0.030, Sn ≤ 0.20 을 포함하며: Cr, Mo, Ni와 같은 선택적 원소를 중량 0.35 미만으로 포함하며, Ti, V, Zr, Nb와 같은 질화물 형성 원소를 포함하며, 철과 나머지 불순물을 포함하여 100%를 이루며;
700과 1000℃ 사이의 온도에서, 탈탄 단계로 사용될 수도 있는, 제1재결정과 결정 성장을 위한 열처리;
800과 1100℃ 사이에 포함되는 온도로 질화 열처리;
그 열처리 끝에 제2재결정이 적어도 개시되기 시작하는, 1000과 1200℃ 사이에 포함되는 온도로 제2재결정 열처리;
15분 이상의 시간 동안, 1100℃보다 높은 온도로, 방향성 제2재결정을 완료하기 위하여 사용될 수도 있는, 순화 처리;의 공정들의 협동관계로 조합되며, 여기서 위와 같은 모든 처리공정들은 연속적이지만, 그 중 마지막 처리공정은 정적 어닐링으로 수행될 수 있다.
한편, 상기 제2재결정의 개시 후에 추가적인 질화 처리가 900과 1100℃ 사이에 포함되는 온도로 실행된다.
또한, 상기 실리콘강 스트립이, wt％로, C 0.003-0.08, Al
0.04, N 
0.01, Mn 
0.40, (S＋Se)
0.005, Cu 
0.3, Sn 
0.20을 포함하며:
700과 1000℃ 사이의 온도에서, 탈탄 단계로 사용될 수도 있는, 제1재결정과 결정 성장을 위한 열처리;
800과 1100℃ 사이에 포함되는 온도로 질화 열처리;
그 열처리 끝에 제2재결정이 완료되는, 1000과 1200℃ 사이에 포함되는 온도로 제2재결정 열처리;의 단계들을 포함한다.
여기서,
상기 제1재결정 열처리가 900과 1000℃ 사이에 포함되는 온도에서 실행되며;
상기 질화 열처리가 900과 1000℃ 사이에 포함되는 온도에서 실행되고;
상기 제2재결정 열처리가 1050과 1150℃ 사이에 포함되는 온도에서 실행되고;
상기 순화 열처리가 1150과 1250℃ 사이에 포함되는 온도에서 실행된다.
또한, 상기 처리들 중 적어도 일부가 400과 800℃/s 사이에 포함되는 속력으로 가열되는 공정을 포함한다.
본 발명은 상기의 방법에 따라 제조되는 전기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립으로서, 상기 냉간 압연 이전에, 매트릭스 전체에 걸쳐서 분포되고 황, 질소, 셀렌 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 제2상 입자들을 함유하며, fv와 r이 각각 제2상들의 체적 비율 및 평균 크기일 때, 정량 및 분포에 있어서 다음 식
Iz=1.9 fv/r
에 따라, Iz가 300과 1400 cm-1 사이에 포함되는 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 방법에 따라 제조되는 전기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립으로서, 제1재결정, 결정 성장 및 가능하게는 탈탄, 그리고 질화를 위해 처리되며, 상기 질화 처리 끝에 방향성 제2재결정의 제어 및 가이드에 직접적으로 필요한 모든 석출물들이 상기 스트립 두께 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 방법에 따라 제조되는 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립으로서, 적어도 제2재결정을 개시하기 위하여 연속 어닐링으로 추가적으로 처리를 하며, 상기 연속 어닐링 후에 적어도 0.3 mm의 크기를 가지는 방향성 제2재결정립들을 함유하는 것을 특징으로 하는 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립을 제공한다.
이러한 특징의 본 발명에서, (i) 원하는 조성의 실리콘강 액체 욕(liquid bath)을 준비하며, (ii) 상기 강을 연속적으로 주조하고, (iii) 불완전 용해를 통한 주물내의 억제제의 불균일 분포를 수정하기 위하여, 1100과 1300℃ 사이의 온도에서 연속적으로 주물을 처리한 다음 주어진 균일한 억제 수준을 얻기 위하여, 미리 용해된 억제제들을 미세하고 균일하게 분포된 형태로 재석출하고, (iv) 상기 강을 냉간 압연하는, 단계들을 포함하는 결정 방향성 전기강 스트립의 제조를 위한 방법은:
실리콘강의 스트립을 냉간 압연하고, 결정입자의 성장뿐만 아니라 제1재결정 공정을 실행하기 위하여 상기 냉간 압연 스트립을 연속적으로 어닐링하며, 상기 제1재결정 스트립을 질화시키기 위하여 연속적으로 어닐링하는 단계들을 차례로 포함하는 방향성 결정 전기강 스트립들의 제조시의 제2결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법에 있어서:
(i) 이미 냉간 압연된 상기 스트립이, 결정 성장을 억제할 수 있고, 매트릭스 전체에 걸쳐 분포되어 있으며, 다음 식
Iz = 1.9fv/r
(여기서 fv와 r은 각각 제2상들의 체적 비율과 평균 크기이다)에 따라 정의된 Iz지수가 300과 1400 cm-1 사이에 포함되는 정량과 분포로 황, 질소, 셀렌 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 상기 제2상 입자들을 함유하고;
(ii) 상기 질화 단계가, 상기 스트립의 두께 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되며, 제2재결정을 제어하고 가이드하기에 유용한 석출물들을 직접적으로 생산하기 위하여 수행되고;
(iii) 상기 질화 단계 후에, 적어도 방향성 제2재결정을 개시시키기 위하여 연속 어닐링 단계가 실행되며;
(iv) 선택적으로, 최종 어닐링 단계가 수행되거나, 정화 열처리 단계가 수행되는; 단계들의 협동관계로 조합되는 것을 특징으로 하는, 제2재결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법이 제공된다.
여기서, 상기 실리콘을 함유하는 강 스트립을 냉간 압연하는 동안에 적어도 하나의 변형 가공이, 중간 어닐링없이, 스트립 두께의 압하율에 있어서 70％보다 더 높은 압하율로 실행된다.
또한, 상기 실리콘강 스트립이, wt％로, Si 2.0-5.5, C 0.003-0.08, Al 0.01-0.04, N 0.003-0.01, Cu 0-0.40, Mn 0.03-0.30, S 0.004-0.030, Sn ≤ 0.20 을 포함하며: Cr, Mo, Ni와 같은 선택적 원소를 중량 0.35 미만으로 포함하며, Ti, V, Zr, Nb와 같은 질화물 형성 원소를 포함하며, 철과 나머지 불순물을 포함하여 100%를 이루며;
한편, 상기 제2재결정의 개시 후에 추가적인 질화 처리가 900과 1100℃ 사이에 포함되는 온도로 실행된다.
또한, 상기 실리콘강 스트립이, wt％로, C 0.003-0.08, Al
여기서,
또한, 상기 처리들 중 적어도 일부가 400과 800℃/s 사이에 포함되는 속력으로 가열되는 공정을 포함한다.
본 발명은 상기의 방법에 따라 제조되는 전기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립으로서, 상기 냉간 압연 이전에, 매트릭스 전체에 걸쳐서 분포되고 황, 질소, 셀렌 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 제2상 입자들을 함유하며, fv와 r이 각각 제2상들의 체적 비율 및 평균 크기일 때, 정량 및 분포에 있어서 다음 식
Iz=1.9 fv/r
에 따라, Iz가 300과 1400 cm-1 사이에 포함되는 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 방법에 따라 제조되는 전기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립으로서, 제1재결정, 결정 성장 및 가능하게는 탈탄, 그리고 질화를 위해 처리되며, 상기 질화 처리 끝에 방향성 제2재결정의 제어 및 가이드에 직접적으로 필요한 모든 석출물들이 상기 스트립 두께 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 방법에 따라 제조되는 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립으로서, 적어도 제2재결정을 개시하기 위하여 연속 어닐링으로 추가적으로 처리를 하며, 상기 연속 어닐링 후에 적어도 0.3 mm의 크기를 가지는 방향성 제2재결정립들을 함유하는 것을 특징으로 하는 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립을 제공한다.
이러한 특징의 본 발명에서, (i) 원하는 조성의 실리콘강 액체 욕(liquid bath)을 준비하며, (ii) 상기 강을 연속적으로 주조하고, (iii) 불완전 용해를 통한 주물내의 억제제의 불균일 분포를 수정하기 위하여, 1100과 1300℃ 사이의 온도에서 연속적으로 주물을 처리한 다음 주어진 균일한 억제 수준을 얻기 위하여, 미리 용해된 억제제들을 미세하고 균일하게 분포된 형태로 재석출하고, (iv) 상기 강을 냉간 압연하는, 단계들을 포함하는 결정 방향성 전기강 스트립의 제조를 위한 방법은:
a) 적어도 70％의 압하율(reduction rate)을 가지는 냉간 압연;
b) 700과 1000℃ 사이에 포함되는 온도, 바람직하게는 800과 900℃ 사이에 포함되는 온도에서 이루어지며, 또한 가능한 탈탄과 제어된 산화 국면들도 포함하는, 1차 재결정을 위한 연속 어닐링;
c) 고온에 이르기까지 결정 성장 억제에 유용하며, 스트립 두께 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되는 질화물들을 직접적으로 얻기 쉬운 질화 분위기에서, 800과 1100℃ 사이에 포함되는 온도, 바람직하게는 900과 1000℃ 사이의 온도에서 이루어지는 그 다음의 연속 처리;
d) 제2재결정 방법을 실행하거나 또는 적어도 개시하는 질소-수소 함유 분위기에서, 1000과 1200℃ 사이에 포함되는 온도, 바람직하게는 1050과 1150℃ 사이의 온도에서 이루어지는 그 다음의 연속 처리;
e) 고온에서 가능한 그 다음의 연속 열처리;의 단계들의 협동관계로 조합되는 것을 특징으로 한다.
이 마지막 고온 처리는 질화 분위기에서 실행될 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 강은, 중량 퍼센트로, 다음 원소들: Si 2.0 - 5.5; C 0.003 - 0.08; Als 0.010 - 0.040; N 0.003 - 0.010; Cu 0 - 0.40; Mn 0.03 - 0.30; S 0.004 - 0.030; Sn ≤0.20;을 포함하며 또한 총 중량이 0.35％ b/w 보다 작은 Cr, Mo, Ni와 같은 다른 원소들도 존재할 수 있다. 더구나, Ti, V, Zr, Nb와 같은 다른 유용한 질화물-형성 원소들도 존재할 수 있다. 강의 잔류물은 본질적으로 철과 불가피한 불순물들이다. 바람직하게는, 일부 원소들은, 중량 퍼센트로, 다음과 같은 양: C 0.03 - 0.06; Als 0.025 - 0.035; N 0.006 - 0.009; Mn 0.05 - 0.15; S 0.006 - 0.025;으로 존재해야 한다. 구리도 또한 0.1과 0.2％ b/w 사이에 포함되는 양으로 존재할 수 있다.
액체상태의 강은 알려진 어떤 방법으로든지, 또한 박판 슬래브 또는 스트립 연속 주조를 사용하여, 연속적으로 주조될 수 있다.
연속 주물의 고온 가열 후 냉각 동안에 그리고 열간 압연 동안에, 다음 식에 의하여 표현되며, 300과 1400㎝-1 사이에 포함되는 유용한 억제 수준을 얻는 것으로, 당업자에게 알려진, 작업 조건들이 사용된다:
Iz = 1.9 fv/r
여기서, Iz는 억제 수준이며, fv는 유용한 석출물의 체적비율이고, r은 동일 석출물들의 평균 크기이다.
제1재결정 동안에 생성되는 결정 크기와 그 다음의 제어된 성장은 탈탄 온도와 시간을 통해 적합화된다; 이들 두 가지 처리 변수들과 획득된 결정 크기 사이의 관계는 사용된 화학 조성, 주물 가열 사이클 및 스트립 두께에 의존한다.
질화 처리 이전에 획득된 결정 크기는 또한 스트립이 그 연속 처리 동안에 처리 온도에 도달하는 데 걸린 시간에도 의존한다.
예컨대, 표 1은 Al 290 ppm, N 80 ppm, Mn 1400 ppm, Cu 1000 ppm, S 70 ppm 을 함유하는, 1300℃의 슬래브 가열 온도로 열간 압연된, 0,30 mm 두께의 강 스트립에 대하여, 결정 크기와 처리 온도 사이의 상호 관계를 나타낸다; 그 결정 크기들은 연속 열처리의 최초 부분에 있어서 서로 다른 온도에서 진행된 압연 표본들을 분석하고, 고온 질화 단계 이전에 그 처리를 정지하는 것에 의하여 얻어진다.
표 1
| 온 도, ℃ | 평균 결정 지름, ㎛ |
| 830 | 18 |
| 850 | 20 |
| 870 | 22 |
| 890 | 25 |
만일 매우 낮은 탄소 성분을 가지는 강 조성이 사용된다면, 대개 제1재결정에 관련되는, 탈탄을 제어할 필요는 없을 수 있다.
고온 질화 동안에 강 스트립으로 깊이 침투하는 질소는, 바람직하게는 알루미늄 베이스 질화물을 형성한다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 또한 다른 유용한 질화물 형성 원소들, 예컨대, Ti, V, Zr, Nb 와 같은 것을 사용하는 것도 가능하다.
질화 단계 다음의 고온 처리는 방향성 제2재결정을 개시하고, 가능하게는 이를 완료하는 것을 의미한다. 사실, 질화노에서 스트립 천이 시간보다 더 짧은 시간에 질화 단계를 완료하는 것이 가능하다. 이는 질화노 내에서 적어도 제2재결정을 개시하는 데 유리하게 이용될 수 있다. 그러나, 적어도 제2재결정을 개시하기 쉬운 연속 처리는 또한 또다른 노에서 실행될 수 있으며, 심지어 스트립 냉각 후에도, 실행될 수 있다.
"방향성 제2재결정의 개시"라는 표현에 의하여 그 방법은, 이에 따르면 매트릭스 내에 존재하며 최종 제품에 대하여 원하는 방향성을 가지는 결정들의 작은 비율은 급속히 그리고 현저하게 커져서, 잔류 결정의 크기(평균 크기)보다 현저하게 다른(더 큰) 크기에 도달하는 것을 의미한다. 본 발명에 있어서, 상기 비율의 결정의 선택적 성장은, 관심을 가지는 결정들이(그 주된 크기는 약 0,3 mm 정도로 평가됨), 적절한 샘플을 준비한 후에, 연속 어닐링 처리가 끝날 무렵에 육안으로 보일 수 있을 정도이다.
상술한 방법의 다양한 가열 단계들 중 적어도 일부는 약 400 - 800℃/s 의, 고속으로 실행될 수 있다; 스트립이 고온으로 유지될 수 있는 동안의 시간을 증가시키는 방식으로, 플랜트 길이가 동일하게 될 수 있고, 이렇게 함으로써 그 방법의 생산성을 높인다.
더구나, 알려진 바와 같이, 제1재결정에 대한 고온에서의 급속 가열은 계속 해서 성장할 수 있는 수 많은 결정들뿐만 아니라 그 공정과 관련되는 수 많은 결정핵들을 초래한다. 결과적으로, 제2재결정에 상응하여 수 많은 결정들이 그에 참가할 것이고, 이는 제2재결정 공정의 속력을 높이게 되는 데, 그것이 더 빠르게 시작하여 끝나기 때문이다.
본 발명에 따른 사이클의 세번째 국면 동안에(질화 단계 직후), 그러한 고속이지만, 연속 어닐링 처리의 통상적 속력으로 처리 온도를 얻는 것은, 필연적으로 낮은 가열 속력으로 인하여, 제2재결정 개시 온도가 사용되는 억제제의 종류와 긴 처리 사이클 동안 스트립 표면에 이루어지는 조건들의 총체와 미세 환경에 복잡하고 조절 불가한 방식으로 연결되는 상자 어닐링노에서의 과정과는 대조적으로, 제2재결정이 개시되게 될 온도를 미리 정의할 수 있게 한다.
본 발명에 따르면, 제2재결정이 발달하여 끝나는 온도뿐만 아니라 그 제2재결정 개시 온도는 억제제 성분의 용해도, 확산 계수, 결정립계등과 같은 열역학적 및 물리화학적 한계에 무관한 것이 대부분이다.
제1재결정과 스트립 금속 매트릭스 내의 원하는 억제를 형성한 다음 연속 처리 동안에 제2재결정 공정의 실현 또는 적어도 개시는 또한 공업적 규모의 제조 사이클로 어닐링 조건들(예컨대, 어닐링 분위기의 온도 및 조성)을 매우 정확하게 제어할 수 있게 한다. 그러한 조건들은 스트립의 전체 길이와 폭에 대해 일정한 것으로 확인될 수 있으며, 각 코일에 대해, 필요에 따라 적합화될 수 있다.
본 발명의 또다른 중요한 특징은 연속 처리 라인의 출구에서 방향성 제2재결정의 발달로부터 비롯되는 자화 특성들을 측정함으로써, 최종 어닐링 방법 조건들 을 제어할 가능성이 있다는 것이다.
동적 어닐링 처리 끝에 자화 특성의 연속 측정법을 사용하는 것은 결정 크기와 같은, 강 스트립의 다른 야금 특성을 간접적으로 평가하는, 어떤 경우에는 잘 확립되어 있는, 알려진 기술이다.
이 경우에는, 제품의 기능적 특성의 직접적 측정이, 그 공정 제어의 실제에 명백히 유리하게, 실행될 수 있다.
상기한 바와 관련되는 한, 실질적으로 사용되고 있으며 또한 문헌에 설명되어 있는, 현재의 모든 결정 방향성 전기강 스트립의 제조 사이클에 있어서, 방향성 제2재결정은 정적 어닐링으로 개시되고 완료되며, 따라서 일단 어닐링이 개시되면, 대개 수 많은 코일들이 동시에 관련되어, 그 결과에 영향을 미치기 위하여 처리 조건들을 변화시키는 것은 불가능하다. 사실, 최종 자화 특성은 오직 뒤이은 열 플래트닝(flattening) 및 코팅 공정의 끝에서만 평가될 수 있다.
공업적 실시에 있어서, 이것은 지금까지 제조업자가 받아들여야만 하는 위험스러운 제한이다; 그러나, 만일 어떤 문제점들이 그 방법 제어에 있어서 제조 사이클 동안에 생기게 된다면, 이는 어떤 문제점들이 발생하였다는 것을 인식하기 훨씬 이전에, 낮은 또는 심지어 받아들일 수 없는 품질을 가진 대량의 제품을 생산한 것을 의미할 지도 모른다.
본 발명에 따르면, 연속 사이클에 있어서 제2재결정 후, 스트립은 또한 강의 최종 품질에 유해한 다른 원소들뿐만 아니라, 이제 더 이상 유용하지 않은, 질소를 제거하기 위하여, 그리고 보호 및 절연 코팅을 형성하기 위한 최종 처리를 거치기 위하여, 연속적으로 처리될 수도 있다. 이 마지막 처리와 관련하여, 다른 유형의 코팅이, 예컨대 더 얇은 것들이, 최종 제품, 예컨대 변압기 자심의 생산에 있어서 공간 요소를 향상시키기 위하여 사용되는 경우에는, 유리막의 형성을 피하면서, 광휘 어닐링 처리등을 실행하는 것도 가능하다.
제2재결정 어닐링을 거친 강은 또한, 예컨대 황을 제거하기 위하여 상자노에서 한 번 더 처리될 수 있다; 그러나, 이러한 처리는 열구배, 가열 속도등에 의해 더 이상 크게 제한되지 않으며, 따라서 그 시간은 획기적으로 감소된다.
연속 처리 라인에 의해 제조된 강은, 또다른 라인에서 실행되는 다른 절연 코팅 처리를 고려하지 않고서 이루어진 최종 제품을 나타내지만, 그것은 또한 제1재결정, 결정 성장 및 제2재결정이 얻어지는 동일한 라인상에서 연속적인 순차 과정에 의해 실행될 수도 있다.
본 발명의 기술적 및 정성적 측면들은 이제, 본 발명의 특징과 범위를 전적으로 설명하면서 또한 이를 제한하지 않는 다음 예들과 함께 설명될 것이다.
예 1
일부 실리콘강 코일들은, 모두 240 내지 350 ppm 의 산용해성 알루미늄을 함유지만, 조성, 주조 종류 및 열간 압연 조건들이 서로 다른 채로, 공업적으로 생산되었다. 2.1과 2.3 mm 사이에 포함되는 두께를 가지는, 관련 열간 압연 스트립들은 그 다음, (어떤 경우에는 공업용 플랜트를 사용하고, 다른 경우에는 연구용 플랜트를 사용) 0.29 mm 두께의 냉간 압연 스트립으로 되는 공정을 거쳤다. 모든 경우에 있어서, 냉간 압연 공정 이전에 스트립들은 비산화성 개재물 성분에 의해 적합하게 되도록 샘플링되었다. 그 다음 각 샘플의 억제 수준이, 위의 정의된 관계식
Iz = 1.9fv/r
에 따라, 제2상의 체적비로부터 그리고 관찰된 입자들의 평균 크기로부터 평가되었다.
다음 표 2에 일곱개의 코일들에 대해 얻어진 값이 나타나 있다:
표 2
| 샘플 | a | b | c | d | e | f | g |
| Iz(cm-1) | 250 | 660 | 830 | 620 | 1015 | 2700 | 2010 |
그 다음 일곱개의 냉간 압연 코일은 다음 사이클에 따라 연속 어닐링되었다:
이와 같이 생산된 스트립은 MgO 베이스 어닐링 분리제로 코팅되고 다음 열 사이클에 따라 통상의 어닐링 처리로 순화시켰다:
(i)50％ 질소-수소 분위기에서, 3시간 동안 30에서 1200℃까지 가열;
(ii)순수 수소 분위기에서 3시간 동안 1200℃로 균열;
(iii)수소에서 800℃로 냉각하고 질소에서 실온으로 냉각.
연속 어닐링된 각 스트립은 샘플링되고, 그 샘플들은 산세척된 다음 금속조직학적 미세조직의 관찰을 위해 횡단면으로 준비되었다. 동일한 샘플들이 질소 함유량에 대해 분석되었고, 질화를 통해 도입된 질소가 각 샘플에 대해 계산되었다; 표 3은 도입된 질소에 의한 결과들, 상자 어닐링 후에 측정된, 제2재결정 결정의 퍼센트 비율 및 자화 특성을 나타낸다.
표 3
| a | b | c | d | e | f | g | |
| 도입된[N], ppm | 126 | 133 | 152 | 180 | 112 | 158 | 122 |
| B800 (mT) | 1540 | 1940 | 1925 | 1930 | 1880 | 1590 | 1670 |
| P17 (W/kg) | 2.58 | 0.95 | 0.98 | 0.92 | 1.17 | 2.37 | 1.68 |
| 제2재결정 결정 (％비) | 0 | 7 | 5 | 3 | 10 | 0 | 0 |
예 2
wt％ 또는 ppm으로 다음 조성을 가지는 160 t 의 열이 생성되었다: Si 3.2％, C 430 ppm, Mn 1500 ppm, S＋Se 70 ppm, ALs 280 ppm, N 80 ppm, Sn 800 ppm, Cu 1000 ppm, 철 및 불가피한 불순물들인 잔류물.
스탭(stab)들은 3시간의 사이클로 1300℃에서 가열되고 2.1 mm로 열간 압연 되었다. 열간 압연된 스트립은 불림(40초 동안 1050℃로)된 다음 0.30 mm로 냉간 압연되었다.
냉간 압연된 스트립들의 일부(5 코일들)는 전술한 예에서의 것과 유사한 재결정, 질화 및 결정 성장 처리를 받는 반면, 5 코일들은 동일한 라인에서 그리고 동일한 온도 및 습도 조건에서, 그러나 질화존에서 암모니아의 부가 없이 처리되었다.
모든 코일들은 앞의 예에 따라 순화되었다.
다음 표 4는 질화존에서 사용되는 암모니아의 양, 부가된 질소의 양 및 각 코일에 관해 얻어진 자화 특성을 나타낸다.
표 4
스트립 N |
NH3(l/(m2,min)) | 도입된 [N] (ppm) | B800 (mT) |
| 1 | 50 | 120 | 1930 |
| 2 | 50 | 130 | 1920 |
| 3 | 50 | 115 | 1935 |
| 4 | 50 | 125 | 1915 |
| 5 | 50 | 140 | 1900 |
| 6 | 0 | 0 | 1540 |
| 7 | 0 | 0 | 1530 |
| 8 | 0 | 0 | 1550 |
| 9 | 0 | 0 | 1543 |
| 10 | 0 | 0 | 1520 |
예 3
wt％ 또는 ppm으로 다음 조성을 포함하는 연속 주물 강은 1280℃로 가열된 다음 2.1 mm로 열간 압연되었다: Si 3.2％, C 500 ppm, ALs 280 ppm, Mn 1500 ppm, S 35 ppm, N 40 ppm, Cu 3000 ppm, Sn 900 ppm; 열간 압연된 스트립은 그 다음 1050℃로 60초 동안 어닐링되고 그 다음 0.30 mm로 냉간 압연되었다; 이와 같이 얻 어진 스트립은 습윤 질소-수소에서 850℃로 200초 동안 탈탄되고 스트립으로 질소 100 ppm을 도입함으로써, 질소, 수소 및 암모니아의 혼합물에서 900℃로 질화되었다. 그 다음 동일한 것이 1100℃로 3분동안 가열되었고 수소-질소 분위기에서 이 온도로 15분 동안 유지된 다음, 냉각되었다.
이들 스트립에 대한 평균 B800은 1910 mT이었다.
예 4
wt％ 또는 ppm으로 다음 조성을 가지는 강은 3 mm의 두께로 스트립-주조되었다:Si 3.1％, C 500 ppm, Mn 1350 ppm, S 60 ppm, ALs 270 ppm, N 60 ppm, Sn 700 ppm, Cu 2300 ppm, 철 및 불가피한 불순물들인 잔류물.
그 다음 스트립은 1100℃로 60초 동안 어닐링되고 0.30 mm로 냉간 압연되었다.
그 다음 냉간 압연된 스트립은 습윤 질소-수소 분위기에서 0.49의 물/수소 비로 탈탄되었다. 스트립의 일부는 암모니아 10％를 함유하는 질소-수소 분위기에서 950℃로 40초 동안 질화되었다. 이와 같이 얻어진 샘플들은 1150℃로 20분 동안 제2재결정 처리를 거쳤다.
그 다음 샘플들은 다음 사이클에 따라 순화되었다: (i) N2＋H2(50％-50％)에서 350℃/h로 1200℃까지 가열; (ii) 순수 수소에서 이 온도로 3시간 동안 유지; (iii) 순수 수소에서 냉각.
이들 샘플들은 1920 mT의 평균 B800을 나타내었다.
예 5
합금 Fe-3.3％Si의 액체 욕이 준비되었으며, 이것은 또한 C 250 ppm, ALs 280 ppm, N 40 ppm, Cu 1000 ppm, Mn 800 ppm, S 50 ppm, (Cr＋Ni＋Mo)=1400 ppm 및 Sn 600 ppm을 함유하였다.
그 합금은 60 mm 두께의 슬래브로 연속 주조되었다.
그러한 슬래브는 15분 동안 1180℃로 가열 및 균질화노로 이송된 다음, 1.8 과 1.9 mm 사이에 포함되는 두께로 열간 압연되었다.
네 개의 스트립들은 샌드 블라스트되고 산세척된 다음 0.23 mm의 두께로 냉간 압연되었다.
그 다음 냉간 압연된 스트립들은 다음 사이클에 따라 연속적으로 어닐링되었다:
스트립들은 샘플링된 다음, 다음에 의해 특징지워지는, 1200℃에서 서로 다 른 두 개의 처리 사이클들을 가진 상자 어닐링노들에서 20시간 동안 쌍(하나의 NH 스트립과 하나의 H 스트립)으로 어닐링되었다:
A) 700 에서 1200℃까지의 가열시간, 33시간;
B) 700 에서 1200℃까지의 가열시간, 10시간.
이와 같이 얻어진 최종 제품의 자화 특성이 표 5에 도시되어 있다.
표 5
| B800 (mT) | P17 (W/kg) | |
| 사이클A, 코일NH | 1940 | 0.90 |
| 사이클A, 코일H | 1900 | 0.95 |
| 사이클B, 코일NH | 1930 | 0.88 |
| 사이클B, 코일H | 1820 | 1.45 |
스트립(NH 와 H)의 두 종류는 모두 연속 어닐링의 출구 형태로 샘플링되었고, 실험노에서의 어닐링을 위하여 조건화되어, 표면이 청정되고, MgO 베이스 어닐링 분리제로 다시 코팅되며 다음 최종 사이클에 따라 어닐링되었다:
1. H2에서 5시간 동안 1200℃로 균열하면서, N2-H2(1:3)에서, 35시간으로 600에서 1200℃까지;
2. H2에서 5시간 동안 1200℃로 균열하면서, N2-H2(1:3)에서, 10시간으로 600에서 1200℃까지;
3. H2에서 5시간 동안 1200℃로 균열하면서, N2-H2(1:3)에서, 3시간으로 600에서 1200℃까지.
얻어진 자화 특성은 표 6에 나타나 있다.
표 6
| 사이클1,NH | 사이클1,H | 사이클2,NH | 사이클2,H | 사이클3,NH | 사이클3,H | |
| B800 (mT) | 1930 | 1900 | 1930 | 1830 | 1920 | 1560 |
| P17 (W/kg) | 0.92 | 0.96 | 0.89 | 1.42 | 0.93 | 1.58 |
예 6
강 욕(steel bath)은 전기 아크노로 생산되었으며, 스크랩에 존재하는, Si 3.2％ b/wt, C 280 ppm, Al 350 ppm, N 70 ppm, S 30 ppm, Mn 750 ppm, Mn 750 ppm, Cu 2100 ppm, 철과 불가피한 불순물인 잔류물을 함유하였다.
그 액체 욕은 1250℃의 최대 온도로, 15분 동안 유지된 채, 진동간로에서 가열되는 슬래브에서 연속적으로 주조되고, 거친 압연기에서 처리된 다음 2.1 과 2.2 mm 사이에 포함되는 최종 두께로 열간 압연되었다.
그 다음 스트립들은 1100℃의 최대 온도에서 연속적으로 어닐링되었다; 이 중 여섯 개는 0.22 mm의 두께로 단일 단계에서 냉간 압연되었다.
냉간 압연된 스트립들은 그 다음 다중-존 연속 처리 라인에서, 다음 사이클에 따른 과정을 거쳤다:
어닐링 가스에 대한 제2 및 제4존에서 과정을 거친 스트립들(DN)의 두 개에 대하여 스트립의 단위 제곱 미터 및 처리의 단위 분당 40 I의 플럭스가 부가되었다; 스트립의 단위 제곱 미터 및 처리의 단위 분당 40 I에서 두 개의 스트립들(SN1)과, 스트립의 단위 제곱 미터 및 처리의 단위 분당 60 I에서 다른 것들(SN2)에 대해서는 제2존에서 암모니아가 유지되는 반면, 다른 네 개의 스트립들에 대해서는 제4존에서 암모니아가 존재하지 않았다.
그 다음 스트립들은 샘플링되어 질소 함유량 및 결정 조직에 대해 분석되었고, 그 다음 200℃로부터의 가열 시간을 포함하여, 수소에서 3시간 동안 1200℃의 최대 온도로, 순화 및 제2재결정 완료 어닐링을 받았으며, 600℃까지 100℃/s로 냉각되었다. 여섯 개의 스트립들에 대한 자화 특성에 대해서뿐만 아니라 화학 분석에 의한 결과 및 (연속 어닐링 처리 후)의 조직이 표 7에 나타나 있다.
표 7
| 연 속 어 닐 링 | 최 종 어 닐 링 | ||||
| 질소 (ppm) | AIN으로서 AI | 제2재결정비율,％ | B800 (mT) | P17 (W/kg) | |
| SN1 | 200 | 230 | 5-10 | 1920 | 0.87 |
| SN1 | 190 | 220 | 5-10 | 1930 | 0.89 |
| DN | 250 | 300 | 5-10 | 1950 | 0.93 |
| DN | 260 | 290 | 5-10 | 1960 | 0.90 |
| SN2 | 240 | 270 | 1-3 | 1910 | 0.90 |
| SN2 | 250 | 280 | 1-3 | 1930 | 0.92 |
예 7
예 6에서 설명된 노의 다른 열간 압연된 코일들은, 본 발명에 따라 생산되는 스트립들의 최종 특성에 대한 냉간 압연 압하율의 효과를 정의하기 위하여, 어닐링 후에 두 그룹으로 분류되었다. 여섯 개의 코일들은 다음 냉간 압연 프로그램들에 따라 생산되었다:
그 다음 냉간 압연된 스트립들은 다음 연속 어닐링 사이클에 따라 처리되었다;
제2존에서 암모니아 유동율은 그 처리의 끝에 180 과 210 ppm 사이에 포함되는 총 질소 함유량을 얻기 위하여, 스트립 두께에 의존하여 제어되었다.
그 처리의 끝에, 시험 스트립들은 분석을 위하여 샘플링된 다음 제2재결정을 완료하고 그것들을 순화시키기 위하여 (250℃로부터의 가열 시간을 포함하여) 4시간 동안 1200℃로 어닐링되었다.
각 시험에 대한 표 8에서는 질화물로 석출된 알루미늄의 양, 제2재결정된 결정들이 연속 어닐링 후 침지되는 결정의 평균 크기와 순화 후 생기는 B800이 나타나 있다. 모든 경우에 있어서 산세척 후 육안으로 볼 수 있는 제2 결정 비율은 1 과 3％ 사이에 포함되었다.
표 8
| 연 속 어 닐 링 | 최 종 어 닐 링 | ||
| AIN 으로서 AI (ppm) | 평균 결정 지름 (㎛) | B800 (mT) | |
| S83 | 190 | 24 | 1910 |
| S86 | 200 | 22 | 1920 |
| S88 | 180 | 23 | 1930 |
| S90 | 210 | 19 | 1920 |
| D69 | 200 | 27 | 1640 |
| D75 | 200 | 28 | 1840 |
| D83 | 190 | 25 | 1910 |
| D87 | 190 | 23 | 1920 |
단일 단계 냉간 압연 시험들에 있어서는, 특정 플랜트와 과정 조건들로 인하여 80％보다 현저하게 더 낮은 압하율을 사용하는 것이 불가능하였다. 그러나, 다중 단계 냉간 압연에 있어서 압하율에 대한 최종 품질의 의존이 강함을 알 수 있다.
예 8
예 6의 열간 압연 스트립은 1100℃에서 연속적으로 어닐링된 다음 0.26 mm로 냉간 압연되었다.
스트립의 다른 부분들은 다음 사이클에 따라 연속적으로 어닐링되었다:
A)
또는
B)
B)의 경우에 급속 가열은 1차 어닐링 국면에서 유도 가열을 사용하여 얻어졌다.
그 다음 위와 같이 어닐링된 스트립들의 샘플들은 다음 최종 어닐링 사이클들에 따라 처리되었다:
1. H2에서 5시간 동안 1200℃로 균열하면서, N2-H2(1:3)에서, 35시간으로 600에서 1200℃까지;
2. H2에서 5시간 동안 1200℃로 균열하면서, N2-H2(1:3)에서, 10시간으로 600 에서 1200℃까지;
그 결과들은 표 9에 나타나 있다.
표 9
| B800 (mT) | P17 (W/kg) | |
| 사이클A - 사이클1 | 1920 | 0.96 |
| 사이클A - 사이클2 | 1910 | 0.98 |
| 사이클B - 사이클1 | 1920 | 0.92 |
| 사이클B - 사이클2 | 1930 | 0.90 |
예 9
예 5의 열간 압연된 스트립은 0.29 mm에서 냉간 압연되었다. 다른 스트립 부분들은 다음 사이클에 따라 연속적으로 어닐링되었다:
질화 온도는 750, 850 및 950℃였다.
MgO 베이스 어닐링 분리제로 코팅한 후 최종 어닐링이 다음 사이클에 따라 수행되었다:
연속 어닐링 후의 총 질소에 의하여, 그리고 최종 어닐링 후의 자화 특성의 결과들이 표 10에 나타나 있다.
표 10
| 질화온도, ℃ | 총 질소 (ppm) | B800 (mT) | P17 (W/kg) |
| 750 | 200 | 1540 | 2.25 |
| 850 | 210 | 1850 | 1.26 |
| 950 | 190 | 1910 | 0.98 |
본 발명에 따른 방향성 전기강 스트립의 제조 방법은 방향성 제1재결정 다음에 연속적 처리에 의하여 제2재결정이 실현되게 함으로써 상자 어닐링노(annealing furnace)의 제어를 보다 효율적으로 하는 데 사용될 수 있다.
Claims (10)
- 실리콘강의 스트립을 냉간 압연하고, 결정입자의 성장뿐만 아니라 제1재결정 공정을 실행하기 위하여 상기 냉간 압연 스트립을 연속적으로 어닐링하며, 상기 제1재결정 스트립을 질화시키기 위하여 연속적으로 어닐링하는 단계들을 차례로 포함하는 방향성 결정 전기강 스트립들의 제조시의 제2결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법에 있어서:(i) 이미 냉간 압연된 상기 스트립이, 결정 성장을 억제할 수 있고, 매트릭스 전체에 걸쳐 분포되어 있으며, 다음 식Iz = 1.9fv/r(여기서 fv와 r은 각각 제2상들의 체적 비율과 평균 크기이다)에 따라 정의된 Iz지수가 300과 1400 cm-1 사이에 포함되는 정량과 분포로 황, 질소, 셀렌 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 상기 제2상 입자들을 함유하고;(ii) 상기 질화 단계가, 상기 스트립의 두께 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되며, 제2재결정을 제어하고 가이드하기에 유용한 석출물들을 직접적으로 생산하기 위하여 수행되고;(iii) 상기 질화 단계 후에, 적어도 방향성 제2재결정을 개시시키기 위하여 연속 어닐링 단계가 실행되며;(iv) 선택적으로, 최종 어닐링 단계가 수행되거나, 정화 열처리 단계가 수행되는; 단계들의 협동관계로 조합되는 것을 특징으로 하는, 제2재결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 실리콘을 함유하는 강 스트립을 냉간 압연하는 동안에 적어도 하나의 변형 가공이, 중간 어닐링없이, 스트립 두께의 압하율에 있어서 70％보다 더 높은 압하율로 실행되는 것을 특징으로 하는, 제2재결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 실리콘강 스트립이, wt％로, Si 2.0-5.5, C 0.003-0.08, Al 0.01-0.04, N 0.003-0.01, Cu 0-0.40, Mn 0.03-0.30, S 0.004-0.030, Sn ≤ 0.20 을 포함하며: Cr, Mo, Ni와 같은 선택적 원소를 중량 0.35 미만으로 포함하며, Ti, V, Zr, Nb와 같은 질화물 형성 원소를 포함하며, 철과 나머지 불순물을 포함하여 100%를 이루며;700과 1000℃ 사이의 온도에서, 탈탄 단계로 사용될 수도 있는, 제1재결정과 결정 성장을 위한 열처리;
800과 1100℃ 사이에 포함되는 온도로 질화 열처리;
그 열처리 끝에 제2재결정이 적어도 개시되기 시작하는, 1000과 1200℃ 사이에 포함되는 온도로 제2재결정 열처리;
15분 이상의 시간 동안, 1100℃보다 높은 온도로, 방향성 제2재결정을 완료하기 위하여 사용될 수도 있는, 순화 처리;의 공정들의 협동관계로 조합되며, 여기서 위와 같은 모든 처리공정들은 연속적이지만, 그 중 마지막 처리공정은 정적 어닐링으로 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는, 제2재결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제2재결정의 개시 후에 추가적인 질화 처리가 900과 1100℃ 사이에 포함되는 온도로 실행되는 것을 특징으로 하는, 제2재결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 실리콘강 스트립이, wt％로, C 0.003-0.08, Al0.04, N
0.01, Mn
0.40, (S＋Se)
0.005, Cu
0.3, Sn
0.20을 포함하며:
700과 1000℃ 사이의 온도에서, 탈탄 단계로 사용될 수도 있는, 제1재결정과 결정 성장을 위한 열처리;
800과 1100℃ 사이에 포함되는 온도로 질화 열처리;
그 열처리 끝에 제2재결정이 완료되는, 1000과 1200℃ 사이에 포함되는 온도로 제2재결정 열처리;의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제2재결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제1재결정 열처리가 900과 1000℃ 사이에 포함되는 온도에서 실행되며;
상기 질화 열처리가 900과 1000℃ 사이에 포함되는 온도에서 실행되고;
상기 제2재결정 열처리가 1050과 1150℃ 사이에 포함되는 온도에서 실행되고;
상기 순화 열처리가 1150과 1250℃ 사이에 포함되는 온도에서 실행되는 것을 특징으로 하는, 제2재결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 처리들 중 적어도 일부가 400과 800℃/s 사이에 포함되는 속력으로 가열되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제2재결정을 제어하고 가이드하기 위한 방법.
- 제 1 항에 따라 제조되는 전기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립으로서, 상기 냉간 압연 이전에, 매트릭스 전체에 걸쳐서 분포되고 황, 질소, 셀렌 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 제2상 입자들을 함유하며, fv와 r이 각각 제2상들의 체적 비율 및 평균 크기일 때, 정량 및 분포에 있어서 다음 식Iz=1.9 fv/r에 따라, Iz가 300과 1400 cm-1 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는, 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립.
- 제 1 항에 따라 제조되는 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립으로서, 제1재결정, 결정 성장 및 가능하게는 탈탄, 그리고 질화를 위해 처리되며, 상기 질화 처리 끝에 방향성 제2재결정의 제어 및 가이드에 직접적으로 필요한 모든 석출물들이 상기 스트립 두께 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립.
- 제 1 항에 따라 제조되는 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립으로서, 적어도 제2재결정을 개시하기 위하여 연속 어닐링으로 추가적으로 처리를 하며, 상기 연속 어닐링 후에 적어도 0.3 mm의 크기를 가지는 방향성 제2재결정립들을 함유하는 것을 특징으로 하는, 전자기적 응용을 위한 방향성 전기강 스트립.
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