KR101351959B1 - 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 방향성 전기강판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 방향성 전기강판에 관한 것으로, 중량%로, Si:2.0~4.0%, 산가용성 Al:0.02~0.04%, Mn:0.2% 이하, N:0.005%이하, S:0.005% 이하를 함유하고 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 1050~1150℃의 온도에서 재가열하고, 열간압연한 후 열연판소둔을 생략하거나 또는 행한 다음, 냉간압연하여 소둔을 행하되 상기 냉간압연 후 행하는 소둔은 암모니아와 수소 및 질소의 혼합가스 분위기를 조성하고 800~950℃의 온도로 1차 재결정소둔, 탈탄 및 침질소둔, 2차 재결정소둔을 실시하는 것을 특징으로 하는 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 열간압연 과정중의 고온에서의 누적압하율을 높게 가져가며 C의 함량을 제강단계에서 낮게 제어함으로써 탈탄 공정을 생략하면서 1차 재결정 온도를 상향하여 1차 재결정립을 크고 균일하게 만들어 최종 고온 소둔공정에서 승온속도를 빠르게 할 수 있으므로 생산성과 자성을 동시에 향상시킬 수 있는 장점을 얻게 된다.

Description

생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 방향성 전기강판{METHOD FOR MANUFACTURING GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL HAVING EXCELLENT PRODUCTIVE FABRICATION AND MANUFACTURED GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL BY THE SAME}

본 발명은 우수한 자성을 유지하면서도 생산성이 획기적으로 개선된 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 방향성 전기강판에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 강판의 결정방위가 {110}<001>인 일명 고스(Goss) 방위를 갖는 결정립들로 이루어진 압연방향의 자기적 특성이 뛰어난 연자성 재료이다.

이러한 방향성 전기강판은 스라브 가열 후 열간 압연, 열연판 소둔, 냉간 압연을 통하여 통상 0.20 ~ 0.35 mm 의 최종두께로 압연된 다음, 1차 재결정 소둔과 2차 재결정 형성을 위한 고온소둔을 거쳐 제조된다.

이때, 고온소둔시에는 승온율이 느릴수록 2차 재결정되는 Goss 방위의 집적도가 높아져 자성이 우수한 것으로 알려져 있다. 통상 방향성 전기강판의 고온소둔 중 승온율은 시간당 15℃ 이하로써 승온으로만 2~3일이 소요되므로 가장 에너지를 많이 소모하는 공정이라고 할 수 있다.

이와 같이, 생산성이 극히 떨어지는 장시간의 2차 재결정을 위한 고온소둔공정은 오랜기간의 연구에도 불구하고 여전히 개선되지 않는 문제로 남아있다.

이와 관련하여, 등록특허 제0797997호(출원번호:2006-0134910)에서는 온도에 따른 구간을 나누어 승온율을 적용하는 방법에 의하여 950℃까지의 승온율은 높게 가져가지만 950℃와 1200℃ 사이에서는 다시 승온율을 원래의 15℃/h 로 되돌리는 방법을 제시하였다.

그러나, 이러한 방법에 의하여는 950℃와 1200℃ 사이에서는 공정시간의 단축이 전혀 발생하지 않으므로 전체 공정시간의 단축이 크다고 할 수 없다. 또한, 고온소둔 공정은 연속식이 아니라 코일 전체가 가열되는 배치 형식의 소둔을 행하게 되므로 코일의 중심부와 외권부를 동일한 온도로 유지하는 것은 설비적으로 대단히 어려운 일이다.

그러므로, 중심부는 950℃ 보다 높지만 외권부는 950℃ 보다 낮은 온도에서 승온율이 바뀌게 되므로 코일 전체에 있어서 승온율이 불균일하게 적용되는 문제점이 발생한다.

결과적으로, 자성악화의 원인이 될 수 있고 조업상의 어려움을 발생시키게 됨으로 바람직하지 않다.

이에, 고온소둔 중 승온율이 일정하게 높은 공정 조건에 대한 연구가 필요하다고 할수 있다.

다른 예로, 일본공개특허 제1997-194943호에서는 주 인히비터로는 AlN을 사용하면서 보조 인히비터로 V, Nb, Hf 과 같은 원소를 사용하여 2차 재결정의 초기인 1000℃ 부근에서의 억제력을 부여함으로써 승온율이 50℃/h 인 경우에도 안정적인 자성을 보이는 결과를 제시하고 있다.

즉, Hf가 특히 2차재결정립계에 편석하여 늦은 확산속도를 가지기 때문에 높은 승온속도에서 Goss 방위립이 잘 성장하도록 기능하고 있다고 설명하고 있다.

그러나, 이 경우 50℃/h 이상의 승온율에 있어서의 효과는 명확하지 않으며 부가적인 인히비터 원소의 첨가에 의하여 순화소둔의 어려움이 생기게 되어 철손이 열위할 수 있을 뿐만 아니라 Hf가 희토류 금속으로 분류 되어 가격이 매우 높아 제조 원가가 상승하게 되는 등의 문제점이 있으므로 생산성 향상에 크게 도움이 된다고 할 수 없다.

또다른 예로, 일본공개특허 제1998-176221호에는 1차재결정립의 크기를 조절하여 고온소둔의 800~1100℃의 승온속도를 최적화하여 자성을 개선하는 방법이 제안되어 있다.

예컨대, 1차재결정립의 크기 D가 5~30㎛의 범위에서 상기 온도구간의 시간당 승온속도 H를 다음 식과 같이 제안하고 있다.

0.6D(㎛)+2≤H(℃/h)≤0.4D(㎛)+18

위의 식에 따르면 1차재결정립의 크기가 직경 30㎛이면 승온속도가 가장 빠르다.

그러나, 이 식에서의 최대로 허용되는 결정립의 크기는 직경 30㎛ 이므로 최대 승온 속도가 30℃/h가 되어 승온속도 개선의 효과가 크지 않음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 지금까지 나온 기술에 의해서는 최종 고온소둔을 획기적으로 단축시키는 제조방법은 없다고 할 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상이 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 소강 탄소함량을 줄여 탈탄 과정을 거치지 않으면서 높은 온도에서 크고 균일한 1차 재결정을 형성하여 결정 성장의 구동력을 낮춤으로써 2차 재결정의 개시온도를 상향시켜 자성과 생산성이 동시에 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있도록 함은 물론 그 방법을 통해 제조된 방향성 전기강판을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 전기강판 슬라브를 재가열하고, 열간압연한 후 열연판 소둔을 생략하거나 또는 행한 다음, 냉간압연하여 소정의 두께로 하고, 1차 재결정소둔 및 고온소둔을 행하는 통상의 방향성 전기강판 제조방법에 있어서, 상기 전기강판 슬라브는 탄소(C) 함량이 0.005~0.015 중량%, Si:2.0∼4.0 중량%, 산가용성 Al:0.01∼0.04 중량%, Mn:0.20 중량%이하(0 중량% 제외), N:0.005 중량%이하(0 중량% 제외), S:0.005 중량%이하(0 중량% 제외), 기타 불가피한 불순물 및 나머지 Fe를 함유하고, 상기 열간압연은 1,000℃ 이상의 고온영역에서 30%이상의 누적압하율로 수행하고, 상기 고온소둔은 2차 재결정의 개시온도 1,150℃부터 100~300℃/h의 승온속도로 수행하는 것을 특징으로 하는 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법을 제공한다.

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또한, 상기 1차 재결정 소둔은 탈탄소둔공정을 생략하고, 재결정소둔 및 질화소둔 공정만 수행하는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 재결정소둔은 840~880℃에서 1분이내에 수행하며, 상기 질화소둔은 860~900℃에서 수행되는 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 1차 재결정소둔후 1차 재결정립 크기는 25~40㎛인 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 1차 재결정소둔은 1차 재결정판에서 {110}<001> 방위로부터 15도 이내의 deviation을 갖는 결정립의 부피분율이 0.0005~5% 범위를 갖는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 슬라브 재가열은 1050~1150℃에서 수행되는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 본 발명은 중량%로 Si:2.0∼4.0%, 산가용성 Al:0.01∼0.04%, Mn:0.20%이하(0% 제외), N:0.006%이하(0% 제외), S:0.006%이하(0% 제외), 중량기준으로 C: 20ppm 미만(0ppm 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 앞서 설명된 방법 중 어느 한 방법으로 제조된 방향성 전기강판도 제공한다.

본 발명에 따르면, 열간압연 과정중의 고온에서의 누적압하율을 높게 가져가며 C의 함량을 제강단계에서 낮게 제어함으로써 탈탄 공정을 생략하면서 1차 재결정 온도를 상향하여 1차 재결정립을 크고 균일하게 만들어 최종 고온 소둔공정에서 승온속도를 빠르게 할 수 있으므로 생산성과 자성을 동시에 향상시킬 수 있는 장점을 얻게 된다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위해 승온율에 따른 2차 재결정 개시 온도를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명을 설명하기 위해 추출온도에 따른 석출물의 분포변화를 보인 조직사진이다.
도 3은 본 발명을 설명하기 위해 1차 재결정립의 크기를 증가시켜 승온율 100℃/h 에서 자속밀도 값을 구하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 최종 고온소둔의 승온율을 300℃/h 까지 높였을 때 자속밀도의 변화를 보여주는 그래프이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명은 중량%로, Si:2.0~4.0%, 산가용성 Al:0.02~0.04%, Mn:0.2% 이하, N:0.005%이하(0% 제외), C: 0.005~0.015%(0% 제외), S:0.005% 이하(0% 제외) 함유하고 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 1050℃ 이상 1150℃ 이하의 불완전 용체화 온도로 재가열하고, 열간압연한 후 열연판소둔하고, 냉간압연하여 암모니아와 수소 및 질소의 혼합가스 분위기에서 1차 재결정 및 침질소둔을 행한 후, 이를 다시 최종 고온소둔하는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 균일한 열연조직 형성을 위하여 1000℃ 이상의 고온영역에서의 누적압하율을 30% 이상으로 하고, 소강 탄소를 줄여 무탈탄 공정을 적용하고 1차 재결정 형성 온도를 높임으로써 균일하면서도 25~40㎛ 크기의 큰 결정립을 갖도록 하여 최종 소둔의 승온구간에서의 승온속도를 50~300℃/h 까지 상향시키는 것을 특징으로 하고 있다.

이때, 상기 조성비를 구성하는 성분 중 Mn, N, S은 상한만 한정하는 형태인 "이하"로 기재되어 있지만, 여기에는 "0중량%"는 포함하지 않는 것을 의미한다.

본 발명자들은 고온소둔의 승온율이 높아질 경우에 있어서 2차 재결정에 미치는 영향을 연구하여 자성이 나빠지지 않으면서도 빠른 승온율을 적용할 수 있는 해결책을 제시하고자 실험을 거듭한 결과, 고온소둔의 승온율이 높아지면 2차 재결정의 개시 온도와 종료온도의 변화가 있음을 발견하였다.

예컨대, 도 1에서와 같이, 승온율이 높아질수록 2차 재결정 개시 온도는 높아지지만 자속밀도는 낮아지는 것을 알 수 있다. 이러한 2차 재결정 개시 온도의 상승 원인을 알아보기 위하여 각 온도에서의 석출물의 거동을 분석하여 도 2에 나타내었다. 승온율이 15℃/h 로 낮으면 1100℃ 에서 석출물의 분해가 일어나는 반면, 승온율이 100℃/h 로 높아지면 석출물은 1150℃ 까지는 안정적으로 존재하지만 1175℃ 에서 분해가 일어나는 것을 볼 수 있다.

즉, 승온율이 높아짐에 따라 억제력이 높은 온도에서 무너지게 되지만 결정 성장의 구동력은 변화가 없으므로 상대적으로 억제력에 비하여 구동력의 세기가 커지게 되어 억제력과 구동력의 균형이 맞지 않아 자성이 떨어지는 것을 알 수 있다.

이러한 점을 참고하여, 결정 성장의 구동력을 낮추기 위하여 1차 재결정립의 크기를 증가시켜 승온율 100℃/h 에서의 자속밀도 값을 구하여 도 3에 나타내었다.

도 3을 참조하면, 결정립이 커질수록 2차 재결정은 높은 온도에서 일어나게 되며 빠른 시간에 2차 재결정이 종료되며 자속밀도값이 향상되는 것을 볼 수 있다.

다시 말해, 승온율이 높아질 경우에는 1차 재결정립의 크기를 증가시켜 결정 성장의 구동력을 낮추는 방법이 자속밀도 향상에 유효함을 의미하는 것임을 알 수 있다.

아울러, 도 4는 최종 고온소둔의 승온율을 300℃/h 까지 높였을 때 자속밀도의 변화를 보여준다.

도 4에서와 같이, 승온율이 높을수록 최적의 결정립 크기가 증가하는 것을 알 수 있으며, 더 넓은 결정립 크기의 범위에서 최대 자속밀도값을 가지는 것을 알 수 있다.

그러나, 승온율이 증가할수록 자속밀도의 최대값은 감소하게 되는데, 그것은 결정립의 크기가 증가할수록 조대립의 개수가 많아져 1차 재결정립의 크기는 일정 정도의 분포를 가지게 되기 때문이다.

이러한 결정립 크기의 불균형은 최종 자성에 악영향을 미치게 되는데 그 이유는 다음과 같다.

고스(Goss) 결정립의 선택적 성장과 관련된 Hayakawa 등이 제시한 고에너지 입계이론에 의하면, 고온소둔 과정 중 온도가 상승함에 따라 Goss 결정립과 일반 결정립간의 AlN 억제력의 세기 차이가 존재하며 Goss 결정립에 작용하는 억제력이 약하므로 낮은 온도에서 Goss 결정립의 성장이 먼저 일어나게 된다는 사실이 알려져 있다.

즉, Goss 방위의 결정립과 일반 방위의 결정립은 각자의 결정립 크기의 분포를 가지며 서로 다른 억제력에 의하여 2차 재결정의 개시 시점이 다르다고 할 수 있다.

그 중에서 가장 먼저 2차 재결정을 일으키게 되는 결정립은 Goss 방위이면서 입자크기가 작고 억제력이 약한 결정립들이며, 그와는 반대로 일반 방위이면서 입자 크기가 크고 억제력이 강한 결정립들은 가장 늦게 2차 재결정을 일으키게 될 것이다.

위와 같은 이론에 의하여 2차 재결정의 형성 과정을 살펴본다면, Goss 이외 방위의 결정립이 성장하기 전에 2차 재결정을 완료하게 되면 오직 Exact Goss 결정립에 의하여만 모든 영역이 2차 재결정을 일으키게 되어 방향성이 우수한 2차 재결정으로 구성된 전기강판이 만들어질 수 있다.

그러나, Exact Goss 방위 이외의 결정립 중에서 입자 크기가 작고 억제력이 약한 결정립들의 경우에도 비교적 낮은 온도에서 2차 재결정을 일으킬 수 있는 조건을 가지고 있으므로 늦게 2차 재결정이 일어나는 Goss 결정립보다 더 빨리 2차 재결정이 일어날 수 있다.

이 경우에는 Exact Goss 방위에서 벗어나는 2차 재결정립이 발생하게 되어 자성이 떨어지는 원인이 된다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 통상 15℃/h 이하의 승온율로 고온소둔 함으로써 Goss 이외 방위의 결정립이 2차 재결정을 일으킬 수 없도록 충분한 시간을 두어 Goss 방위 결정립의 2차 재결정을 완료할 수 있도록 하고 있다.

그런데, 통상의 승온율보다 큰 경우에는 이러한 시간의 확보가 이루어지지 않으므로 Goss 이외 방위의 결정립들이 성장하기 시작한다.

그러므로 위에서 설명한 문제점을 해결하여 고온소둔 승온율이 100℃/h 이상일때도 우수한 자성을 얻기 위해서는 결정립의 크기와 억제력을 균일하게 유지하는 방법을 생각할 수 있다.

하지만, 결정립의 크기는 여러 열처리 공정을 거치면서 부득이하게 어느 정도의 분포를 가질 수 밖에 없다고 할 수 있다.

이러한 결정립 크기의 불균일성을 개선하여 고온소둔 승온율을 높이기 위하여 본 발명자들은 다음과 같은 방법을 착상하였다.

즉, 똑같은 1차 재결정립 크기를 가지더라도 탈탄과 침질의 방법에 따라 결정립의 분포가 다를 수 있다고 보았는데, 그것은 탈탄 과정 중 발생하는 상변태에 의하여 미세한 결정립이 생길 수 있을 뿐만 아니라 강중의 탄소가 빠져나오거나 분위기중의 질소가 강중으로 침투하는 과정이 일정 시간을 두고 일어나는 과정이므로 결정립 성장의 불균일성이 생길 수 있다는 점에 기인한다.

이러한 점에 착안하여 소강탄소 함량을 0.01%로 줄여 탈탄을 생략한 1차 재결정립과 통상 조건에 의하여 0.055%의 탄소를 탈탄 과정을 거쳐 강중에서 제거한 후 침질을 시킨 1차 재결정립을 비교하였다.

이때, 재결정 후 침질은 일반적인 탈탄 후 침질과 달리 860 ℃ 의 높은 온도에서 실시함으로써 강판의 중심부까지 균일하게 침질이 될 수 있도록 하였다.

이와 같은 공정중 소강탄소의 함량이 0.01%로 줄어들게 될 경우에 발생하는 열연조직의 불균일성은 다음과 같은 방법으로 해결하였다. 즉, 슬라브 재가열 온도가 1150℃ 이상의 온도에서 통상의 열간압연 패스 스케줄에 의하여 열간압연을 행하게 된다면 열간압연 후 강판중심부의 연신립이 발달하게 되어 열연 조직 및 열연판 조직이 불균일하게 되는 문제가 발생하게 된다. 그러므로 본 발명에서는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 슬라브 재가열 온도를 1100 ℃ 이하로 낮추어 연신립의 비율을 낮춤과 동시에 열간 압연시 초기 압연과정 중 1000℃이상의 고온 영역에서의 누적압하율을 30% 이상으로 함으로써 압연과 동시에 재결정이 일어나게 하여 열연판 조직을 균일하게 만들었다.

이상에서 설명한 본 발명에서와 같은 열간압연과 재결정 및 침질 소둔을 거친 경우와 통상 소둔에 의한 강판의 특성을 표 1에서 비교하였다.

표 1에 따르면, 결정립의 크기가 동일하더라도 미세립과 조대립의 비율이 재결정 후 침질을 시킨 강판이 더 낮으며 자성도 더 우수함을 볼 수 있다.

이상의 실험에서 본 발명자들은 소강 탄소 함량의 감소가 결정립 분포를 개선하여 고온 소둔의 승온율이 상승하더라도 우수한 자성을 보임을 확인하였다.

구분	재결정 후 침질 (C 0.01%)	재결정 중 침질 (0.055%)
B10 (T)	1.94	1.89
1차 재결정 크기 (㎛)	21.7	21.5
10㎛ 이하 결정립 비율 (%)	12.5	24.6

이와 같이, 소강탄소 함량을 줄임으로써 1차 재결정립의 분포를 균일하게 하는 효과가 있기 때문에 2차 재결정이 안정적으로 형성될 수 있음을 알 수 있었다.

다음으로, 소강탄소 함량을 낮춤으로써 얻을 수 있는 결정 방위 측면의 장점에 대하여 알아본다.

통상 방향성 전기강판의 1차 재결정 방위를 살펴보면 Goss 결정립의 분율이 1% 미만으로 극히 작은 것을 알 수 있다. 이와 같이 극히 낮은 빈도의 1차 재결정립이 성장하여 2차 재결정을 형성하므로 다 자란 2차 재결정립의 크기는 수 cm에 이르게 된다. 그런데 통상의 승온율과 달리 100℃/h 이상의 높은 승온율로 고온소둔을 시행할 경우에는 Goss 방위의 결정립이 충분히 자라기 전에 주변의 Goss 유사 방위의 결정립 또는 일반 방위의 결정립이 자라게 되어 2차 재결정립의 크기가 작아지게 되고 자성에 악영향을 미치게 된다.

그러므로, 고온소둔의 승온율이 높아질수록 Goss 결정립의 분율이 증가하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

본 발명에서는 소강탄소의 함량이 0.02% 이하가 될 경우에 모든 온도범위에서 상변태가 일어나지 않고 페라이트 단상영역에서만 슬라브 재가열과 열간압연이 진행된다. 문헌보고에 의하면 열간압연시에 오스테나이트상에 비하여 페라이트상에서 Goss 방위 결정립이 잘 형성되며 냉간압연과 1차 재결정소둔을 거치면서 Goss 방위의 1차 재결정립으로 살아남을 가능성이 크다고 알려져 있다.

따라서, 소강탄소를 줄여 1차 재결정립 중에서 Goss 방위 결정립의 빈도를 늘이는 효과를 가져오게 함으로써 최종 고온소둔시 승온율이 높아지더라도 2차 재결정립이 작으면서도 Goss 방위로만 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

2차 재결정립의 크기가 수 mm 이내의 적정 크기로 제어된다면 자연적인 자구 미세화 효과를 가져오게 되어 철손이 줄어드는 장점도 있게 된다.

그럼, 소강탄소 함량의 감소에 따른 철손 개선의 효과에 대하여 설명한다.

통상의 탈탄을 병행하는 1차 재결정 소둔에 있어서, 탈탄과정 중 발생하는 표면의 불균일한 SiO₂ 층은 고온소둔을 거치면서 MgO 와 반응하여 Mg₂SiO₄ 를 형성하게 되며 표면이 아닌 강판 내부에도 위치하게 되어 자구의 원활한 이동을 방해하는 pinning site로 작용하여 자기이력손실을 증가시키는 주된 원인이 되고 있다.

본 발명에서는 소강탄소 함량을 줄여 탈탄과정을 생략함으로써 이러한 강판 내부에 발생하는 Mg₂SiO₄ 의 생성을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 조성비에 대한 한정 이유에 대하여 설명하기로 하며, 단위는 중량%이지만 편의상 %로만 표현하기로 한다.

[Si:2.0-4.0%]

Si는 전기강판의 소재의 자기이방성을 떨어뜨리고 비저항을 증가시키므로써 철손을 낮추는 역할을 한다. Si 함량이 2.0% 미만인 경우에는 비저항 감소가 크지 않으므로 철손이 열위하게 되며, 4.0% 이상이면 취성이 증가하여 냉간압연이 어려워지게 되므로 2.0 ~ 4.0%로 정한다.

[Al:0.02-0.04%]

Al은 AlN 형태의 질화물을 형성하고 억제재로 작용하는 성분으로서, 그 함량이 0.015% 이하인 경우에는 충분한 효과를 낼 수 없고, 너무 높은 경우에는 질화물이 조대하게 석출하고 성장하므로 억제력이 부족해진다. 그러므로 Al의 함량은 0.02~0.04%로 정한다.

[Mn:0.2% 이하(0% 제외)]

Mn은 Si와 동일하게 비저항을 증가시켜주는 역할을 하며 슬라브 가열시에 오스테나이트 변태를 촉진하여 AlN의 고용을 용이하게 하는 원소이다. Mn을 0.2% 이상 첨가시에는 오스테나이트 상변태를 일으켜 2차 재결정이 일어나지 않으며 냉간압연의 어려움이 있으므로 0.2%이하(0% 제외)로 한다.

[N:0.005% 이하(0% 제외)]

N은 제강단계에서 0.005% 이상 함유되면 1차 재결정립의 크기가 작아져 2차 재결정 개시 온도를 낮추어 자성을 열화시키게 되므로 0.005% 이하(0% 제외)로 한다.

[C:0.005-0.015%]

C는 열간압연시 오스테나이트 분율을 높여주어 열연조직을 미세화하는 효과가 있는 원소이지만, 본 발명에서는 그로 인한 이점에 비하여 탈탄을 생략함으로써 얻을 수 있는 1차 재결정립에 의한 균일성의 이점이 더 크므로 0.005% ~ 0.015% 로 제한한다.

[S:0.005% 이하(0% 제외)]

S는 MnS 와 결합하여 결정립 성장을 억제하는 억제재로서 효과가 있지만, 과도하게 첨가하게 되면 스라브 가열시 중심부에 편석되어 미세조직에 악영향을 미치게 된다. 또한 Mn 과 결합하여 조대한 석출물을 형성하여 2차 재결정립의 형성을 방해하므로 0.005% 이하(0% 제외)로 한다.

이하, 공정조건에 대하여 설명한다.

상기와 같이 조성된 강슬라브를 재가열을 한 다음, 열간압연하여 2.0 ~ 3.0 mm 두게의 열연판을 만든다. 이때 온도가 너무 낮으면 열간압연이 잘 되지 않으며 너무 높으면 열연조직이 조대화되어 자성에 악영향을 미치게 된다. 상기 조성에서는 소강 탄소의 함량이 낮으므로 열연 조직의 미세화 측면에서 슬라브 온도를 통상의 조건보다 낮은 1050~1100℃ 의 온도 범위가 바람직하다. 그러나 소강탄소의 함량이 0.015% 미만의 극저탄소 성분계의 경우에 재가열 온도의 하향만으로는 열연 조직의 미세화에 있어서 그 효과가 충분치 않으므로 본 발명에서는 열간 압연의 패스 스케줄을 조정하는 실험을 진행하였다.

그 결과, 열간 압연의 초기의 고온영역에서의 누적 압하율이 열연 조직의 미세화에 많은 영향을 미치게 됨을 발견하였다. 그러한 이유는 고온 영역에서의 큰 변형을 겪은 후 빠른 시간안에 재결정과 성장이 일어나기 때문에 소강탄소량 감소에 따른 연신립이 발달하는 것을 방지하는 효과가 있기 때문인 것으로 생각되어진다.

그 후, 열연판소둔, 산세 및 냉간압연하여 0.2 ~ 0.35 mm로 최종 두께를 조절하는데 그 과정은 통상의 방법을 적절히 선택하여 적용하면 되므로 자세한 설명은 생략한다.

이어, 냉간압연된 강판은 재결정 및 탈탄 소둔과 질화 소둔 과정을 거치게 되는데 이에 대하여 설명한다.

통상의 냉간압연된 판은 암모니아+수소+질소의 혼합가스 분위기에서 재결정, 탈탄 및 질화 소둔 과정을 거치게 된다. 본 발명에서는 그 과정중의 탈탄 소둔을 소강탄소 함량을 낮춤으로써 생략하여 재결정과 질화소둔만을 적용하게 된다. 보다 자세히 설명하자면, 냉간압연된 판을 800 ~ 950℃사이의 온도에서 1분 이내의 비교적 빠른 시간안에 재결정 소둔을 실시하며, 보다 바람직하게는 재결정 시간을 30초 이내로 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

이후, 재결정이 완료된 판은 800 ~ 900℃ 사이의 비교적 높은 온도에서 질화소둔을 실시하게 된다.

여기에서, 질화소둔의 온도를 상기와 같이 제한한 이유를 설명하면 다음과 같다.

동시 탈탄침질이 아닌 탈탄 후 침질의 경우에는 비교적 낮은 온도인 800 ~ 850℃에서 재결정이 완료되어 원하는 결정립 크기를 얻을 수가 있게 된다. 그런데 이 온도 범위에서 다시 질화처리를 하게 된다면 결정립의 성장이 다시 일어나고 불균일한 결정립 분포를 발생시킬 수 있다. 그러므로 통상 770℃ 부근의 온도에서 침질을 하게 되어 Si3N4나 (Si,Mn)N 등과 같은 석출물이 형성되게 되는데, 이러한 석출물은 열적으로 불안정하여 쉽게 분해되고 그 결과 억제제로서의 역할을 잘 수행하지 못하므로 AlN 이나 (Al,Si)N 등의 석출물로 변화시켜주기 위해 장시간 고온에서 유지할 필요가 있다.

그러나 본 발명에서는 비교적 높은 800 ~ 950℃ 에서 1차 재결정 소둔을 실시하므로 질화소둔의 온도를 800℃ 이상으로 높일 수가 있게 되어 동시 탈탄침질때와 비슷한 형태의 열적 안정성이 뛰어난 AlN 이나 (Al,Si)N 등의 석출물이 형성되므로 추가적인 고온의 열처리 과정은 불필요하게 된다.

상기 재결정 및 질화 소둔을 거친 강판은 MgO를 기본성분으로 하는 소둔분리제를 도포한 후 권취하고 장시간 최종소둔함으로써 고스방위의 결정립이 우세하게 분포하는 전기강판으로 제조되게 된다. 그 상세한 과정은 이미 1차 재결정된 강판을 2차 재결정시키기 위해 승온하는 승온과정과, 이후 재결정을 더욱 진행시키는 동시에 강중의 불순물을 제거하기 위한 2차 균열과정을 거친다.

이때, 고온소둔의 생산성을 높이기 위하여 승온율을 통상의 조업조건인 15℃/h 보다 높여 최대 300℃/h 의 승온율에서 고온소둔을 실시하였고 1차 재결정립의 제어와 억제력 보강에 의하여 높은 승온율에서도 우수한 자성을 얻을 수 있음을 확인하였다.

이와 같은 제조방법에 따라 방향성 전기강판을 제조하면, 최종 제품에는 중량기준으로 C: 20ppm 미만(0ppm 제외)으로 함유되게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

중량%로 Si:3.2%, 산가용성 Al:0.028%, Mn:0.1%, N:0.005%, C:0.055%, S:0.005%를 함유하고 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 1100℃ 의 온도에서 가열한 다음 열간압연하고, 이어 1100℃의 온도에서 180초간 균열하고 냉각한 후 산세를 실시하고, 냉간압연하였다. 냉간압연 된 판은 820 ~ 900℃ 의 온도에서 수소, 질소의 습윤혼합가스 분위기에서 탈탄 및 재결정 소둔을 거치고, 다시 820℃의 온도에서 수소, 질소, 암모니아의 혼합 가스 분위기에서 질화처리를 행하였다. 고온소둔에서는 승온율을 15 ~ 100℃/h 로 변화하여 자속밀도값을 측정하였고, 이와 관계된 내용을 표 2에 나타내었다.

표 2에 나타난 바와 같이, 1차 재결정 형성 온도를 860℃ 로 높여 1차 재결정립의 크기가 28.9 ㎛ 일때, 결정립의 크기가 작을 때와 비교하여 자속밀도 값이 가장　많이　증가하는 것으로 나타났다. 즉，승온율이 15℃/h 로 낮을때의 적정 결정립 크기인 20.2 ㎛ 와 비교하여 승온율이 높을 경우에는 적정 결정립 크기가 상향되는 것을 알 수 있다.

[실시예 2]

중량%로 Si:3.2%, 산가용성 Al:0.028%, Mn:0.1%, N:0.005%, C: 0.01%, S:0.005%를 함유하고 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 전기강판을 1100℃ 의 온도에서 슬라브 가열한 다음 1000℃　이상의　고온영역에서의　누적압하율을 ３０％이상으로　유지하여　열간압연하고, 이어 1100℃의 온도에서 180초간 균열하고 냉각한 후 산세를 실시하고, 냉간압연하였다.

그리고, 냉간압연 된 판은 탈탄과정을　생략하고　820 ~ 900℃ 의 온도에서 수소, 질소의 혼합가스 분위기에서 재결정 소둔을 거치고, 다시 860℃의 온도에서 30초간　수소, 질소, 암모니아의 혼합 가스 분위기에서 질화처리를 행하였다. 이때, 고온소둔에서는 승온율을 15 ~ 300℃/h 로 변화하여 자속밀도값을 측정하였고, 이를 표 3에 나타내었다.

표 3에서 나타난 바와 같이, 소강 탄소량을 줄이고 탈탄을 생략함으로써 1차 재결정 온도가 840 ~ 880℃ 에서 1.90T 이상의 우수한 자속밀도 값을 얻을 수 있었다.

이 결과로부터 탈탄을 생략하고 재결정 후 침질하는 방법에 의하여 실시예 1과 비교하여 보다 넓은 1차 재결정 형성 온도 영역에서 더 우수한 자속밀도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

[실시예 3]

중량%로 Si:3.2%, 산가용성 Al:0.028%, Mn:0.1%, N:0.005%, C:0.01%, S:0.005%를 함유하고 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 전기강판을 1100℃ 의 온도에서 슬라브 가열한 다음 1000℃　이상의　고온영역에서의　누적압하율을 최대　50％까지　변화시키면서 열간압연하고, 이어 1100℃의 온도에서 180초간 균열하고 냉각한 후 산세를 실시하고, 냉간압연하였다.

그리고, 냉간압연 된 판은 탈탄과정을　생략하고　820~860℃ 의 온도에서 수소, 질소의 혼합가스 분위기에서 재결정 소둔을 거치고, 다시 860℃의 온도에서 30초간　수소, 질소, 암모니아의 혼합 가스 분위기에서 질화처리를 행하였다.

이때, 고온소둔에서는 승온율을 15 ~ 100℃/h 로 변화하여 자속밀도값을 측정하였고, 이를 표 4에 나타내었다

표４에서　나타난　바와　같이,　열간압연시의　고온에서의　누적압하율은　１차　재결정립의　크기가　작고　고온소둔의　승온율이　비교적　낮은　경우에는 크게　영향을　미치지　않으나　１차　재결정립의　크기가　증가하고　고온소둔의 승온율이　높아지게　되면　30％　이상의　압하율을　가지는　만족하는　경우에만 우수한　자성을　보임을　확인할　수　있다.

[실시예 ４]

중량%로 Si:3.2%, 산가용성 Al:0.028%, Mn:0.1%, N:0.005%, C:0.005%, S:0.005%를 함유하고 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 전기강판을 1100℃ 의 온도에서 슬라브 가열한 다음 열간압연하고, 이어 1100℃의 온도에서 180초간 균열하고 냉각한 후 산세를 실시하고, 냉간압연하였다.

그리고, 냉간압연 된 판은 탈탄과정을　생략하고 860℃ 의 온도에서 수소, 질소의 혼합가스 분위기에서 １차　재결정　소둔을　행한 후　강판　중의　Goss　방위　결정립의　분율을　EBSD　분석을　통하여　알아 보았고 이를 표 5에 나타내었다.

표 5에서와 같이, 소강탄소의 함량이 낮을수록 Goss 분율이 증가하지만 0.01% 미만으로 극히 낮을 경우에는 Goss 방위 뿐만 아니라 2차 재결정에 유리한 {411}<148> 과 같은 방위의 결정립 또한 동시에 낮아지므로 자속밀도가 떨어진다고 생각되어진다.

Claims (8)

1. 전기강판 슬라브를 재가열하고, 열간압연한 후 열연판 소둔을 생략하거나 또는 행한 다음, 냉간압연하고, 1차 재결정소둔 및 고온소둔을 행하는 방향성 전기강판 제조방법에 있어서,
   상기 전기강판 슬라브는 탄소(C) 함량이 0.005~0.015 중량%, Si:2.0∼4.0 중량%, 산가용성 Al:0.01∼0.04 중량%, Mn:0.20%이하(0 중량% 제외), N:0.005 중량%이하(0 중량% 제외), S:0.005 중량%이하(0 중량% 제외), 기타 불가피한 불순물 및 나머지 Fe를 함유하고,
   상기 열간압연은 1,000℃ 이상의 고온영역에서 30%이상의 누적압하율로 수행하고,
   상기 고온소둔은 개시온도 1,150℃부터 100~300℃/h의 승온속도로 수행하는 것을 특징으로 하는 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 1차 재결정 소둔은 탈탄소둔공정을 생략하고, 재결정소둔 및 질화소둔 공정만 수행하는 것을 특징으로 하는 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 재결정소둔은 840~880℃에서 1분이내에 수행하며, 상기 질화소둔은 860~900℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 1차 재결정소둔후 1차 재결정립 크기는 직경 25~40㎛인 것을 특징으로 하는 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 1차 재결정소둔은 1차 재결정판에서 {110}<001> 방위로부터 15도 이내의 편차를 갖는 결정립의 부피분율이 0.0005~5% 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 슬라브 재가열은 1050~1150℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생산성이 우수한 방향성 전기강판 제조방법.
   
8. 중량%로 Si:2.0∼4.0%, 산가용성 Al:0.01∼0.04%, Mn:0.20%이하(0% 제외), N:0.006%이하(0% 제외), S:0.006%이하(0% 제외), 중량기준으로 C: 20ppm 미만(0ppm 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 청구항 1 및 청구항 6 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 방향성 전기강판.

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