KR101060913B1 - 철손특성이 우수한 고규소 방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

철손특성이 우수한 고규소 방향성 전기강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방향성 전기강판 제조시 자기적 특성을 개선시킬 수 있는 고규소 방향성 전기강판 제조에 관한 것이다.
본 발명은 강슬라브를 재가열한후 열간압연하고, 열연판소둔 및 냉간압연으로 그 두께를 조정하며, 탈탄소둔한후 2차재결정소둔하는 공정으로 이루어진 방향성 전기강판 제조공정에 있어서,
상기 탈탄소둔된 강판 표면에, MgO 분말 100중량부; 및 상기 MgO 분말기준으로, 그 입도가 325mesh 이하이고 Si을 25~70중량% 함유한 Fe-Si계 소성분말 50~120중량부를 포함하여 조성된 소둔분리제 조성물을 슬러리상태로 적절한 도포량으로 도포한 후 건조하고, 이어 통상의 조건으로 최종 마무리 고온소둔하는 것을 특징으로 하는 철손특성이 우수한 고규소 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 마무리 고온소둔공정전에 소둔분리제인 MgO조성물 도포 대신에 소정의 침규확산용 피복조성물을 강판에 적절하게 도포한 후 확산소둔시킴으로써 우수한 철손특성을 갖는 박물 규소 방향성 전기강판을 저원가로 제조할 수 있는 효과가 있다.
방향성 전기강판, Fe-Si, 소둔분리제, 침규확산, 철손특성

Description

철손특성이 우수한 고규소 방향성 전기강판의 제조방법{Method for manufacturing high silicon grain-oriented electrical steel sheet with superior core loss property}
본 발명은 방향성 전기강판 제조시 자기적 특성, 특히 철손을 개선시킬 수 있는 고규소 방향성 전기강판 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 침규확산용 강판 표면에 Fe-Si계 소성분말을 포함하여 이루어지는 소둔분리제 조성물을 적절하게 도포한 후 확산소둔시킴으로써 소재중 고규소화에 의해 상용주파수 뿐만 아니라 고주파에서도 철손특성이 극히 우수한 전기강판을 제조할 수 있는 고규소 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
전기강판은 방향성 전기강판과 무방향성 전기강판으로 대별되는데, 통상 방향성 전기강판이란 3% Si성분을 함유하는 것을 특징으로 하여 결정립의 방위가 (110)[001]방향으로 정열된 집합조직을 가지고 있으며, 이 제품은 압연방향으로 극히 우수한 자기적 특성을 가지고 있으므로 이 특성을 이용하여 변압기, 전동기, 발 전기 및 기타 전자기기등의 철심 재료로 사용된다.
최근에 들어 전기기기의 다양화에 따라 고주파영역에서 작동되는 기기에 대한 수요가 늘면서 고주파에서 자기적 특성이 우수한 철심소재에 대한 욕구가 증대되기 시작하였다.
한편, Fe-Si합금에서 규소함량이 증가할수록 철손중에서 이력손, 자왜, 보자력, 자기이방성이 감소하고 최대투자율이 증가하므로 고규소강 제품은 우수한 연자성재료라 말할 수 있다. 이때 자왜의 감소 및 최대투자율의 증대는 규소함량의 증가에 따라 무한정 증가하는 것이 아니고 6.5%Si강에서 최고치를 보이며 또한 6.5%Si강은 상용주파수 뿐만 아니라 고주파영역에서도 자기적 특성이 최고상태에 도달한다는 것은 전부터 잘 알려진 사실이다. 이러한 고규소강의 우수한 고주파수대의 자기적 특성을 이용하여 가스터빈용 발전기, 전차전원, 유도가열장치, 무정전 전원장치등의 고주파 리액터와 도금전원, 용접기, X-선 전원등의 고주파변압기에 주로 적용할 수 있으며 주로 방향성 규소강판의 대체재로 사용되고 있고, 그 외에도 모터의 소모전력을 줄이고 효율을 높이는 용도로 적용이 가능하다.
그런데 Fe-Si강에서 규소함량이 증가할수록 규소강판의 연신율은 급격히 작아지므로, 3.5%이상의 규소를 함유하는 규소강판을 냉간압연법으로 제조하는 것은 거의 불가능한 것으로 알려져 있다. 따라서 규소함량이 높을수록 우수한 자기적 특성을 얻을 수 있다는 사실을 알고 있음에도 불구하고 현존 기술로는 냉간압연법의 한계점으로 인식되어 냉간압연법의 한계를 극복할 수 있는 새로운 대체기술의 연구가 오래 전부터 시도되고 있다.
지금까지 고규소강판을 제조할 수 있는 방법으로 알려진 기술들은 일본 공개특허공보 소56-3625호등의 단롤 또는 쌍롤을 이용한 고규소강의 직접주조법이 있고, 일본 공개특허공보 소62-103321호등의 적정온도의 가열상태에서 압연하는 온간압연법, 일본 공개특허공보 평5-171281호등의 내부에 고규소강을 넣고 외부에 저규소강을 넣은 상태에서 압연하는 크래드압연법이 알려져 있으나 이러한 기술들은 아직까지 상용화되지는 못하고 있는 실정이다.
현재 고규소화 제품으로서 양산중인 기술은 3%급 무방향성 제품을 SiCl4가스를 이용한 화학증착법(CVD법)으로 규소성분을 소재표면에 부화시킨 후 확산소둔시켜 고규소강을 제조하는 기술로서, 이 기술은 일본 공개특허공보 소62-227078 및 미국 USP 3423253등에 잘 알려져 있다. 그러나 화학증착후 확산소둔처리법은 화학증착기술 자체의 어려움으로 인해 기존 3%Si강 제품에 비해 약 5배 이상의 고가격 판매가 불가피하여 우수한 자기적 특성을 갖고 있는 제품임에도 불구하고 대중화 및 실용화에 어려움을 겪고 있다.
현재 시중에 유통되고 있는 전기강판제품 중 고규소강 제품은 6.5% 규소함량의 무방향성 전기강판이 생산 판매되고 있을 뿐으로 이것은 결정립의 방위가 불규칙적으로 배열되어 있어 자화방향별 자성편차가 적은 회전기용으로 이용되지만, 압 연방향에서의 자성만을 주로 이용하는 변압기용등에 우수한 특성을 보이는 방향성전기강판재의 고규소화 제품은 아직까지 실용화되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 고규소화에 의한 우수한 자기특성을 갖는 방향성 전기강판을 생산하고자 하는 여러 시도가 진행되고 있는 것으로 알려지고 있으나 생산에 성공하였다는 정보는 아직까지 없다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술을 해결하기 위하여 마련된 것으로서, 소둔분리제를 포함하는 소정의 조성의 침규확산용 분말도포제를 슬러리 상태로 탈탄소둔된 강판 표면에 적절하게 도포한 후, 확산소둔시킴으로써 고규소화함으로써 기존재 대비 훨씬 우수한 고주파 철손특성을 갖는 박물 고규소 방향성 전기강판 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 강슬라브를 재가열한후 열간압연하고, 열연판소둔 및 냉간압연으로 그 두께를 조정하며, 탈탄소둔한후 2차재결정소둔하는 공정으로 이루어진 방향성 전기강판 제조공정에 있어서,
상기 탈탄소둔된 강판 표면에, MgO 분말 100중량부; 및 상기 MgO 분말기준으로, 그 입도가 325mesh 이하이고 Si을 25~70중량% 함유한 Fe-Si계 소성분말 50~120중량부를 포함하여 조성된 소둔분리제 조성물을 슬러리상태로 하기 관계식 1 및 관계식 2,
[관계식 1]
Y-0.25≤도포량≤Y+0.25
[관계식 2]
Y(g/㎡) = 28(X1-X2)/(A-12.5)B + 0.8
(단, A는 Fe-Si계 분말중 Si량(%), B는 소둔분리제 조성물중의 Fe-Si계 분말의 배합비, X1은 소재의 목표 Si량(%), X2는 소재의 초기 Si량(%)임)
를 만족하는 도포량으로 도포한 후 건조하고, 이어 최종 마무리 고온소둔하는 것을 특징으로 하는 철손특성이 우수한 고규소 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
방향성전기강판의 제조공정은 제조사 마다 다소의 공정차이는 있지만 통상적으로 제강에서의 성분조정, 연주슬라브제조, 재가열한후 열간압연, 열연판소둔 및 냉간압연으로 두께조정, 탈탄소둔한후 2차재결정을 위한 고온소둔 및 최종 절연코팅공정으로 이루어진다. 이러한 제조공정은 대량 생산체제를 기본으로 한 공정이며, 대량 생산체제에서 중요한 인자는 냉간압연법으로의 생산체제 확립이다. 그런데 상술한 바와 같이, 전기강판내 규소함량이 증가할수록 철손, 자왜, 보자력, 자기이방성이 감소하고 최대투자율이 증가함으로서 우수한 자기적 특성을 나타내나, 규소함량 증가에 따라 기계적 특성인 연신율이 급격하게 감소하게 되어 대량생산이 가능한 냉간압연법으로 전기강판을 제조할 수 있는 가능한 소재 Si함량은 3.3%정도로 알려져 있다.
따라서 본 발명자는 대량생산이 가능한 냉간압연법을 이용하는 통상적인 방향성 전기강판 제조공정을 이용하여 고Si강판을 제조할 수 있는 방법에 대하여 연구를 거듭하였으며, 그 결과, 소둔분리제인 MgO분말에 소정의 입도 및 Si함량을 갖도록 조성된 Fe-Si계 소성분말이 혼합된 분말도포제를 물등에 분산시켜 슬러리로 만든 후, 이를 탈탄 및 질화소둔을 마친 전기강판 표면에 도포하고, 이어, 마무리 고온소둔중에서 확산소둔함으로써 고규소화와 동시에 2차재결정에 의한 자기적 특성이 완성됨으로써 철손특성이 극히 우수한 방향성 전기강판이 제조됨을 발견하고 본 발명을 제안하는 것이다.
즉, 본 발명은, 통상의 방향성 전기강판 제조공정에 있어서, 2차재결정 형성을 위한 고온소둔시, 소재간의 상호융착(sticking)을 방지하기 위해 불가피하게 강판 표면에 소둔분리제를 도포하는 공정에서, 소둔분리제 주성분인 MgO분말에 소정의 입도 및 Si함량을 갖도록 조성된 Fe-Si계 소성분말을 첨가하여 도포함으로써 후속하는 고온소둔공정을 통하여 고Si 방향성 전기강판을 제조할 수 있는 것이다. 다시 말하면, 본 발명은 종래의 냉간압연법을 이용한 방향성 전기강판 제조공정을 그대로 사용하면서도 자기적 특성이 아주 우수한 고규소 방향성 전기강판을 제조할 수 있는 것이다.
먼저, 본 발명의 침규 분말도포제를 구체적으로 설명한다.
Si금속을 통상 950℃이상의 고온의 수소 또는 질소분위기하에서 Fe금속과 접촉시키면, Si성분은 Fe금속 소재내부로 확산해 들어가고 Fe금속은 초기 Si금속부로 확산해 들어가는 상호확산반응이 일어나서 양 농도를 균일하게 하려는 성질을 갖고 있다. 따라서 Si 금속분말을 전기강판의 소재부에 접촉시켜 고온에서 소둔하면, Si분말의 농도가 방향성 전기강판 표면의 Si농도인 3%수준에 비해 크게 높으므로 금속Si와 소재Fe의 상호 이동에 의하여 상호 확산반응이 진행될 수 있다.
그러나 Fe와 Si의 상호 확산속도를 비교하면 1000~1200℃ 온도영역에서 Si의 확산속도가 Fe의 확산속도에 비해 거의 2배정도 빨라서 상호 불균일한 확산상태인 크켄달 이펙트(Kirkendall Effect)라는 현상이 발생하게 되며, 이에 따라 반응부 계면에는 불균일상태의 결함을 만들거나 반응부 표면에 FeSi2, FeSi, Fe5Si3 또는 Fe3Si등의 여러가지 화합물이 생성되어 반응부 표면에 존재함에 따라 자기적 특성을 열화시키는 요인으로 작용하게 된다. 따라서 금속 Si분말만을 침규제로 사용할 경우, 고온확산소둔을 통하여 표면결함이 없는 균일한 조성의 고규소 방향성 전기강판제품을 생산하는 것은 사실상 불가능하였다.
따라서, 본 발명자는 상기 문제점을 해결하기 위하여 Si분말과 Fe분말을 이용한 확산원리등에 대한 연구를 거듭하였으며, 그 결과, 상술한 확산반응부에서의 결함들이 Fe대비 Si의 빠른 확산속도에 기인함을 발견하고 본 발명을 제안하는 것 이다.
즉, 본 발명은 가능한한 Fe에 대하여 Si의 확산을 상대적으로 억제할 수 있도록 침규제로 이용되는 Si함유 분말제의 입도 및 조성을 제어함을 특징으로 한다. 다시 말하면, 본 발명은 강판 표면의 확산반응부에 Fe와 Si가 결합된 복합화합물을 형성하지 않고 Si원자가 Fe원자와 상호 동일량씩 치환되는 확산이 가능하도록 소정의 입도와 조성을 갖도록 제어된 Fe-Si계 소성분말을 제공하고, 이러한 소성분말을 통상의 방향성 전기강판 제조공정에서 소둔분리제 MgO분말과 혼합하여 침규도포제로 이용함을 특징으로 한다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에서는, Si성분의 확산속도를 보다 늦추기 위해 Si금속 단독분말을 침규확산용 도포제로 사용하지 않고 Si금속이 Fe금속과 결합된 화합물형태인 FeSi2, FeSi, Fe5Si3 또는 Fe3Si 상태의 Fe-Si계 화합물형태로 만들어 침규확산용 피복조성물의 기본성분으로 이용한다.
본 발명의 핵심적인 기술중 하나인 Si원자의 확산량 제어기술은 몇가지 단위기술들이 복합되어 도입된 것이다. 먼저, Si성분의 확산속도를 보다 늦추기 위해 Si금속의 단독 분말의 사용보다 Si금속이 Fe금속과 결합된 화합물 상태인 FeSi2, FeSi 또는 Fe5Si3상태의 Fe-Si계 화합물을 만들어 침규확산제의 기본 성분으로 이용하는 것이다. 두번째 적용기술은 Fe-Si계 소성물을 미세한 분말로 만들어 표면에 도포함으로서 소재와 금속분말과의 표면 접촉면적 즉 상호 반응면적을 판 접촉시 보다 30% 이하로 축소할 수 있다. 세번째 적용기술로 Fe-Si계 분말과 소재금속부의 접촉면적을 더욱 축소하고 Fe-Si계 분말의 소재표면에 도포시 코팅성을 확보하기 위하여 바인더를 혼합 첨가하여 사용하는 기술로 본 발명의 제조법에서는 기존 소둔분리제의 주성분인 미립 MgO 분말을 혼합 첨가함으로써 실제 Fe-Si계 소성분말이 전기강판소재의 표면과 직접 접촉하는 면적을 더욱 축소할 수 있다. 마지막으로 적용하는 기술은 소재 표면부와 Fe-Si계 분말사이에서 소재표면부에 얇고 치밀한 산화막을 만들어 표면 산화물층이 상호 확산반응의 방해막으로 작용하게 하여 Si원자의 소재로의 확산량을 줄이는 기술로 이러한 산화층 방해막 형성은 본 발명의 경우 탈탄소둔시 이미 소재표면에 생성되어 있어 공정을 더욱 유리하게 할 수 있다. 이러한 몇가지 기술을 복합적으로 응용하여 도입함으로써 Si성분의 확산속도의 제어가 가능하여 표면 결함생성이 거의 없이 양호한 확산반응에 의한 고규소화가 가능하게 된다.
본 발명에서 이용하는 Fe-Si계 분말은 Fe분말과 Si분말을 상호 혼합하여 질소나 수소 또는 수소와 질소의 혼합가스하에서 1000~1200℃의 온도에서 3~5시간 소성하여 제조할 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니며 다양한 방법으로 그 제조가 가능한 것이다. 이때 Fe 분말과 Si분말의 배합량에 따라 소성분말의 화합물성분이 변화되며, 이론적으로는 50%Si+50%Fe시의 경우 FeSi2의 화합물이 생성되 며, 34%Si+66%Fe시에는 FeSi의 화합물이, 25%Si+75%Fe시에는 Fe5Si3의 화합물로, 14%Si+86%Fe시에는 Fe3Si의 화합물로 존재하게 된다. 그러나 실제 소성시에는 초기 혼합상태에 따라 여러 화합물이 조금씩 혼재되어 있을 수 있다. 특히, Fe와 Si분말의 혼합에 의한 소성반응시 Si분말과 Fe분말이 접촉되는 표면으로부터 상호확산하여 침입하는 상태로 반응이 진행된다. 그러므로 다소 Si배합량이 많아도 대부분의 소성분말 표면은 Fe가 확산된 상태인 FeSi2 화합물이나 FeSi화합물이 존재하고 그 내부에 순Si가 존재하는 상태가 되므로, 그 표면에는 대부분 Fe성분과 결합된 Fe-Si계 화합물이 존재하게 된다.
본 발명에서는 이렇게 얻어진 Fe-Si계 소성분말에서 Si성분 함량을 25~70중량%로 제한한다. 만일 Si함량이 25%미만이면, Si자체 함량이 너무 적어 확산속도가 너무 느릴 수 있으며, 또한 자체 밀도가 커서 현장에서 소재표면에 코팅작업시 분산성이 저조할 수 있다. 그리고 Si함량이 70%를 초과하면 주성분이 FeSi2 및 과잉의 금속Si상의 혼합물로 존재하므로 금속Si성분이 소재표면에 접촉되어 확산소둔시 표면에 결함부를 생성시킬 가능성이 크며, 아울러 침규량의 제어가 어려워질 수 있다. 즉, Fe-Si계 소성분말에서 Si성분함량을 25~70중량%로 제한하여야 실질적으로 FeSi2, FeSi, Fe5Si3 또는 Fe3Si를 주로 하여 구성된 Fe-Si계 복합화합물 소성분말을 제조할 수 있다.
그리고 상기와 같이 제조된 Fe-Si계 소성분말을 소둔분리제 MgO분말과 혼합하여 전기강판의 도포제로 사용하는 경우, 이러한 혼합분말을 슬러리상태로 만들어 이를 롤코타를 이용하여 강판표면에 코팅함이 생산현장에서 가장 경제적이다. 그런데 침규제인 Fe-Si계 소성분말 입도가 가능한한 미세하여야 현장에서의 코팅작업시 도포작업성이 우수해지고 확산반응시의 소재의 표면형상 관리측면에서도 유리하다. 그러나 상기 소성반응이 끝난 Fe-Si계 소성분말은 고온장시간 반응에서 다소 상호 융착된 반덩어리 상태로 있으므로 그 분말의 입도를 미세하게 관리해야 할 필요가 있다.
따라서 본 발명에서는 이를 고려하여 상기와 같이 마련된 Fe-Si계 소성분말의 입경을 미세화한다. 이러한 분말의 입도크기가 미세화될수록 슬러리상태로의 상호 분산성이 좋아서 현장 도포작업시 코팅성이 우수해지고, 또한 이와 같이 그 입도가 미세한 Fe-Si계 소성분말을 강판 표면에 도포함으로서 소재와 금속분말과의 표면 접촉면적, 즉 상호 반응면적을 단판으로 접촉시에 비하여 30%이하로 축소시킬 수 있다. 다만 미립 분말화 작업시의 생산성 및 미립화 비용을 고려하여 그 입도를 325mesh 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 분말도포제는 상기와 같이 마련된 Fe-Si계 소성분말을 소둔분리제인 MgO분말에 혼합되어 조성된다. 구체적으로, 본 발명의 분말도포제는, 소둔분리제의 주성분인 MgO 100중량부에, 상기 Fe-Si계 소성분말 50~120중량부를 혼합하여 조성된다. 이때, 그 소성분말의 첨가량이 50중량부 미만이면 침규량이 거의 없거나 너무 적고, 또한 120중량부를 초과하면 MgO와의 분산성이 나빠서 소둔시 의 도포량 관리가 어렵고, 소재 위치 부위별 침규량 관리가 어려워 바람직하지 않다.
본 발명에서는 상기와 같이 마련된 분말도포제를 방향성 전기강판의 자성 완성공정인 마무리 고온소둔공정에서 슬러리형태로 강판표면에 도포한후 확산소둔시킴으로써 고규소 방향성 전기강판을 제조할 수 있는 것이다.
다음으로, 상기 분말도포제를 이용한 본 발명의 고규소 방향성 전기강판 제조공정을 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 강슬라브제조, 재가열한후 열간압연, 열연판소둔 및 냉간압연으로 두께조정, 탈탄소둔한후 2차재결정을 위한 고온소둔, 및 최종 절연코팅공정으로 이루어진 통상적인 방향성 전기강판 제조공정을 이용하는데, 본 발명은 이러한 구체적인 제조공정에 제한되는 것은 아니다. 예컨데, 본 발명은 열연판소둔공정이 생략되거나, 탈탄소둔과 함께 질화처리하는 공정을 포함하는 방향성 전기강판 제조공정에서도 적용될 수 있다.
본 발명은 전기강판 제조에 사용되는 초기 강슬라브의 조성성분에 제한되는 것은 아니나, 상기 침규확산용 분말도포제가 슬러리형태로 도포될 강판에는 적어도 Si를 2.9~3.3중량% 함유하고 있음이 바람직하다. 왜냐하면 그 함유량이 2.9%미만에서는 철손특성이 나빠지고, 3.3%를 초과하면 강이 취약해져 냉간압연성이 극히 나빠지기 때문이다.
본 발명에서는 상기 강슬라브를 열간압연성과 자기적 특성 확보측면을 고려 하여 1150℃~1340℃의 범위에서 재가열하고, 이어 열간압연하여 2.0∼2.3mm두께의 열간압연판을 만든다. 그리고 1100℃이하의 온도에서 열연판소둔을 하고, 산세 및 냉간압연으로 최종두께인 0.20~0.30mm두께로 조정하며, 0.20mm제품의 경우 2회의 열연판소둔과 냉간압연으로 최종두께까지 조절한다. 이후, 수소 및 질소혼합의 습윤분위기하의 840∼890℃부근에서 탈탄처리를 행함으로써 탈탄소둔처리된 강판을 얻을 수 있다. 다만, 이러한 제조공정은 이미 잘 알려진 통상적인 것으로서 본 발명은 이러한 구체적인 공정조건에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 이와 같은 탈탄소둔처리된 강판을 소지강판으로 이용하는데, 이러한 소지강판의 표면에는 얇은 산화층이 형성되어 있다. 그런데 이러한 산화층은 침규확산 소둔공정중 상호확산반응의 방해막으로 작용하여 소재내로의 Si원자의 확산량을 줄이는 역할을 하므로 철손특성이 우수한 전기강판 제조에 보다 유리하게 작용할 수 있다.
구체적으로, 상기 MgO에 Fe-Si계 복합화합물 소성분말을 혼합하여 마련된 분말도포제를 물에 분산시켜 슬러리상태로 제조한후, 이를 롤코타로 상기 탈탄 및 질화소둔처리된 강판의 표면에 도포한다. 이때, 강판에 도포되는 도포량을 하기 관계식에 따라 결정함이 바람직하다.
[관계식 1]
Y-0.25≤도포량≤Y+0.25
[관계식 2]
Y(g/㎡) = 28(X1-X2)/(A-12.5)B + 0.8
(단, A는 Fe-Si계 분말중 Si량(%), B는 소둔분리제 조성물중의 Fe-Si계 분말의 배합비, X1은 소재의 목표 Si량(%), 그리고 X2는 소재의 초기 Si량(%)임)
상기 도포량 관계식 도출의 핵심은 침규소 확산피복제가 확산소둔 후 잔존하는 미반응물의 Si함량, 즉 Fe-Si계 분말의 화합물의 잔존 상태이다. Fe-Si계 분말의 화합물을 확산속도의 크기 순서로 나열하면 Si>FeSi2>FeSi>Fe3Si5 >Fe3Si>Fe의 순서가 된다. 따라서 화합물중 침규소 확산 속도가 급격히 저하되는 화합물인 Fe3Si계의 화합물임을 확인하여 최종 잔류 화합물로 적정함을 확인하였으며, 이때의 Si함량은 14% 수준이나 실제 소둔 종료시의 평균 잔류 성분의 Si함량이 12.5%수준인 것이 확인되어 본 발명의 관계식이 도출되었다. 즉, 상기 관계식은 이상의 Fe-Si계 분말중의 최종 잔류물의 Fe-Si계 분말의 Si량을 12.5%로 설정하고 제반 관련 인자들인 소재두께 목표, 소재의 기본 Si함량 및 피복제중의 Fe-Si계 분말의 Si함량과의 관계식이다.
이와 같이, 피복조성물이 도포된 강판은 건조된후 권취되어 대형코일을 제조되는데, 본 발명에서는 이때, 그 건조온도를 200~700℃로 제한함이 바람직하다. 만일 그 건조온도 200℃미만에서는 건조시간이 너무 길어져 생산성이 좋지 않으며, 700℃를 초과하면 소재 표면에 산화물 생성의 우려가 있기 때문이다.
이후, 상기 건조된 강판을 통상적인 조건으로 최종 마무리 고온소둔시킨다. 즉, 본 발명에서는 75% 이상의 질소와 나머지 수소의 혼합가스분위기하에서 1100℃까지 승온하고, 이어 10% 이하의 질소와 나머지 수소의 혼합가스분위기하에서 1200℃까지 승온한 다음 20시간이상 균열한 후 냉각하는 통상적인 방향성 전기강판 고온소둔공정을 이용할 수 있다.
다만 이러한 마무리 고온소둔공정중 상기 분말도포제가 피복된 강판을 확산소둔시켜 보다 우수한 자기적특성의 확보하기 위하여 아래의 조건을 고려함이 보다 바람직하다.
첫째, 일반적으로 이러한 고온소둔공정에서 약 1100℃까지의 온도구간에서 2차재결정이 완성된다. 따라서 Fe-Si계 도포제에 의한 Si 확산반응은 상기 자성이 완성되는 1100℃경 이후에 진행하도록 유도함이 보다 바람직하다. 따라서 본 발명에서는 승온시작으로 부터 1100℃까지의 승온구간중에는 75% 이상의 질소와 나머지 수소의 혼합가스분위기하에서 가열하여 침규소량을 가능한 최소화되도록 제어함이 바람직하다. 이러한 고온소둔 승온과정에서 분위기가스중 질소가스비를 높임으로써 소재표면에 얇은 산화막을 형성시켜 Si의 내부 확산을 효과적으로 억제할 수 있기 때문이다.
둘째, 본 발명에서는 상기 2차재결정이 종료된 1100℃ 이후에는, 분위기가스를 10%이하 질소함유 수소분위기에서 소둔함이 침규소화의 극대화의한 목표 규소함량조정측면에서 보다 바람직하다.
이렇게 함으로써, 고온소둔공정중 1100℃까지의 승온구간에서는 그라스피막 형성 시작과 동시에 2차재결정을 완성하고, 이후 1100℃~1200℃의 승온구간 및 1200℃의 장시간 균열시에 침규소확산반응을 완성하고 그라스피막을 형성할 수 있다.
삭제
그리고 상기 고온소둔 처리된 강판의 표면의 미반응 조성물을 산용액으로 제거한 다음에 마그네슘, 알루미늄 및 칼슘의 혼합인산염과 콜로이달실리카성분에 미량의 무수크롬산으로 구성된 절연코팅제를 도포함으로써, 최고의 철손특성을 갖는 고규소 방향성 전기강판 제품을 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
[실시예 1]
중량%로, Si : 3.15%, C : 0.036%, P : 0.015%, 용존 Al : 0.018%, N : 0.0095%, S : 0.005%, Mn : 0.32%, Cu : 0.65%, 잔부 Fe 및 불가피하게 혼입되는 불순성분을 포함하여 조성되는 강슬라브를 1285℃의 온도에서 재가열하고, 1100℃이하의 온도에서 열연판소둔한후 산세하였다. 이어 중간 탈탄소둔을 포함한 2회의 냉간압연으로 최종두께인 0.23mm두께까지 냉간압연한 박물의 탈탄소둔판을 제조하였다.
이어 최종고온소둔시 판간 소둔분리를 위해 하기 표 1의 조성을 갖는 325mesh 이하로 분급된 소둔분리제를 도포하였다. 상기 도포는 하기 표 1의 혼합물을 물에 분산시켜 슬러리 상태로 만든 후 롤코터를 이용하였으며, 침규소화 소둔분리제의 도포량은 2.5g/㎡이 되도록 동일하게 관리하였다. 이때의 소재 표면 도포상태를 관찰하였다. 소재표면에 도포된 침규소화 소둔분리제는 680℃에서 건조한 다음 권취하였다.
최종 고온소둔은 1100℃까지 승온시 100% 질소분위기를 이용하였고, 그 이후 1200℃까지 승온시, 균열 및 냉각시에는 100% 수소분위기로 하였으며, 700~1200℃구간의 승온율을 15℃/시간 이상으로 유지하였다. 이후 1200℃에서 20시간 이상 균열한 다음 냉각하는 열사이클을 거치는 마무리 고온소둔을 행하였다. 최종 절연코팅은 마그네슘, 알루미늄 및 칼슘의 혼합인산염과 콜로이달 실리카 성분에 미량의 무수크롬산으로 구성된 코팅제를 도포하여 방향성 전기강판을 제조하였다.
이렇게 제조된 제품들의 소재Si함량과 자기적 특성을 조사하였으며, 자기적 특성은 단판측정기로 철손값을 조사하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 여기서 소둔분리 피복조성물의 도포상태는 코팅물의 외관상태를 육안으로 관찰한 결과이며, 제품의 철손 W17/50은 50Hz, 1.7Tesla에서의 철심손실을, W10/400은 400Hz, 1.0Tesla에서의 철심손실을, W5/1000은 1000Hz, 0.5Tesla에서의 철심손실을 나타내며, 그리고 소재 Si량은 습식분석 결과치이다.
구분 소둔분리제 도포특성 제품 품질
Fe-Si중 Si
(%)		 Fe-Si
(MgO100g에 대한 g)		 W17/50
(W/kg)		 W10/400
(W/kg)		 W5/1000
(W/kg)		 Si
(%)
비교재1 15 100 양호 0.887 6.96 8.78 3.20
발명재1 35 100 양호 0.829 6.00 7.65 3.71
발명재2 45 100 양호 0.803 5.76 7.35 4.01
발명재3 60 100 양호 0.789 5.57 7.19 4.35
비교재2 85 100 불량 0.824 6.01 7.76 5.01
비교재3 45 35 양호 0.862 6.46 8.22 3.61
발명재4 45 60 양호 0.830 5.99 7.67 3.75
발명재5 45 100 양호 0.805 5.77 7.37 3.98
비교재4 45 150 불량 0.812 5.82 7.49 4.13

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재의 경우 도포특성도 양호할 뿐만 아니라 침규소재의 철손특성도 우수하였다.
그러나, Fe-Si계 소성분말 내 Si함량이 낮은 비교재1의 경우 침규량이 적어 철손 개선정도가 미약하였다.
Fe-Si계 소성분말 내 Si함량이 높은 비교재2의 경우 도포특성이 저조하여 분말의 침전물이 존재하고 철손특성도 상대적으로 저조하게 나타났다.
Fe-Si계 소성분말의 배합비가 적은 비교재3의 경우 철손개선 정도가 크게 부족하였고, 배합비가 큰 비교재4의 경우에는 도포성이 불량하였을 뿐만 아니라 철손 개선정도도 상대적으로 부족하게 나타났다.
[실시예 2]
상기 실시예 1의 탈탄소둔판에 MgO와 Fe-Si계 분말로 구성된 침규소용 소둔분리제를 하기 표 2과 같이 도포하였다. 이때의 조성물의 배합비는 MgO 100g에 Fe- Si계 분말 100g을 첨가하는 것을 기준으로 하였다. 상기 소둔분리제 도포 후 권취된 소재를 실시예 1과 같은 최종 고온소둔 및 장력 코팅제를 도포하여 최종 침규소 방향성 전기강판 제품을 생산하였다. 이후 최종제품의 소재Si량 및 이때의 철손특성은 하기 표 2와 같다.
구분 소둔분리제 도포량
(g/㎡)		 제품 품질
목표Si
(%)		 Fe-Si중 Si
(%)		 W17/50
(W/kg)		 W10/400
(W/kg)		 W5/1000
(W/kg)		 최종 Si
(%)
비교재5 4.0 45 1.85 0.834 5.97 7.68 3.78
발명재6 2.26 0.803 5.76 7.34 4.02
비교재6 2.65 0.794 5.64 7.26 4.25
비교재7 62.5 1.45 0.831 6.01 7.69 3.71
발명재7 1.75 0.804 5.77 7.34 3.98
비교재8 2.25 0.794 5.48 7.26 4.41
비교재9 4.5 45 2.75 0.792 5.59 7.25 4.25
발명재8 3.13 0.786 5.42 7.11 4.51
비교재10 3.52 0.785 5.38 7.09 4.70
비교재11 62.5 2.00 0.795 5.62 7.27 4.24
발명재9 2.31 0.788 5.44 7.15 4.50
비교재12 2.60 0.782 5.36 7.05 4.79

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 관계식 1 및 관계식 2를 만족하는 도포량에 따라 도포된 발명재의 경우 목표로 하는 Si함량에 정확하게 도달할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재의 경우에는 철손특성이 우수하게 나타났으며, 실생산에 적용시 안정적인 생산이 가능함을 예상할 수 있었다.
그러나, 본 발명의 범위를 벗어난 도포량으로 도포된 비교재의 경우 목표로 하는 Si함량과는 큰 차이를 보였으며, 실생산에 적용시 품질관리가 거의 불가능함 을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 일반적인 제조공정법을 이용하면서도, 마무리 고온소둔공정전에 소둔분리제인 MgO조성물 도포 대신에 소정의 침규확산용 피복조성물을 강판에 적절하게 도포한 후 확산소둔시킴으로써 우수한 철손특성을 갖는 박물 규소 방향성 전기강판을 저원가로 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 강슬라브를 재가열한후 열간압연하고, 열연판소둔 및 냉간압연으로 그 두께를 조정하며, 탈탄소둔한후 2차재결정소둔하는 공정으로 이루어진 방향성 전기강판 제조공정에 있어서,
    상기 탈탄소둔된 강판 표면에, MgO 분말 100중량부; 및 상기 MgO 분말기준으로, 그 입도가 325mesh 이하이고 Si을 25~70중량% 함유한 Fe-Si계 소성분말 50~120중량부를 포함하여 조성된 소둔분리제 조성물을 슬러리상태로 하기 관계식 1 및 관계식 2,
    [관계식 1]
    Y-0.25≤도포량≤Y+0.25
    [관계식 2]
    Y(g/㎡) = 28(X1-X2)/(A-12.5)B + 0.8
    (단, A는 Fe-Si계 분말중 Si량(%), B는 소둔분리제 조성물중의 Fe-Si계 분말의 배합비, X1은 소재의 목표 Si량(%), X2는 소재의 초기 Si량(%)임)
    를 만족하는 도포량으로 도포한 후 건조하고, 이어 최종 마무리 고온소둔하는 것을 특징으로 하는 철손특성이 우수한 고규소 방향성 전기강판의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소둔분리제 조성물이 도포될 강판은 그 자체중량%로, Si을 2.9~3.3중량% 함유하고 있음을 특징으로 하는 철손특성이 우수한 고규소 방향성 전기강판의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 슬러리가 도포된 강판을 200~700℃에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 철손특성이 우수한 고규소 방향성 전기강판의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 건조된 강판을 75% 이상의 질소와 나머지 수소의 혼합가스분위기하에서 1100℃까지 가열하고, 이어 10% 이하의 질소와 나머지 수소의 혼합가스분위기하에서 1200℃까지 가열한 다음 20시간 이상 균열한 후 냉각하는 것을 특징으로 하는 철손특성이 우수한 고규소 방향성 전기강판의 제조방법.
  5. 삭제
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