KR101365653B1 - 방향성 전자 강 스트립 제조 방법 - Google Patents

방향성 전자 강 스트립 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 고품질의 방향성 전자 강판, 특히 이른바 HGO 재료(고방향성 재료)를 박 슬래브 연속주조 공정으로 경제적으로 제조할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다. 질량%로, Si: 2.5 ~ 4.0%, C: 0.02 ~ 0.10%, Al: 0.01 ~ 0.065%, N: 0.003~0.015%로 이루어진 강 합금으로 출발하여, (용융 금속을 2차 야금 처리하는 단계, 상기 용융 금속을 연속주조하여 스트랜드로 만드는 연속주조 단계, 상기 스트랜드를 박 슬래브로 절단하는 단계, 스탠딩 인라인 설비 내의 박 슬래브를 가열하는 단계, 다단 열간 압연기 스탠딩 인라인에서 박 슬래브를 열간 스트립으로 연속 열간 압연하는 단계, 상기 열간 스트립을 냉각시키는 단계, 상기 열간 스트립을 코일로 감는 단계, 열간 스트립을 냉간 압연하여 냉간 스트립으로 만드는 단계, 상기 냉간 스트립을 재결정 및 탈탄 어닐링하는 단계, 어닐링 분리제를 부가하는 단계, 고스 집합조직이 형성되도록 어닐링된 냉간 스트립을 최종 어닐링하는 단계)들이 서로 조화를 이루어 통상적인 장치의 사용에 의해서도 최적화된 전자기 특성을 갖춘 전자 강판을 얻을 수 있다.
고방향성 전자 강판, 연속주조, 레이들, 전자기 브레이크

Description

방향성 전자 강 스트립 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL STRIP}
본 발명은 박슬래브 연속주조 공정으로 고품질의 방향성 전자 강 스트립, 특히 이른바 HGO 재료(고방향성 재료)(highly grain oriented material)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 박 슬래브 연속주조기는 박 슬래브의 인라인 공정에 의한 온도 제어가 유리하기 때문에, 전자강판을 제조하는 데에 특히 적합한 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 일본공개특허공보 제2002-212639 A호는, 질량%로, 용탕이 주 인히비터 성분으로 Si: 2.5~4.0%와 Mn: 0.02~0.20%, C: 0.0010~0.0050%, Al 플러스 S, Se 및 Cu, Sn, Sb, P, Cr, Ni, Mo 및 Cd 같은 추가의 임의의 합금 원소: 0.002~0.010%와 잔부는 철 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 용탕을 두께 30~140 ㎜의 박형 강 슬래브로 제조하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자강판 제조 방법을 개시하고 있다. 상기 선행 발명에 기재되어 있는 유리한 일 실시예에서, 상기 박 슬래브는, 최종 전자강판 상태에서 최적의 자기 물성을 갖도록 하기 위해, 열간 압연 되기 전에 1000~1250 ℃의 온도에서 어닐링된다. 또한, 상기 선행 발명 방법은, 두께 1.0~4.5 ㎜의 열간 압연 후의 열간 스트립이 50~85%의 변형률로 냉간 압연되어 냉간 스트립으로 되기 전에 950~1150 ℃의 온도에서 30~600초간 어닐링될 것을 요구한다. 일본공개특허공보 제2002-212639 A호에서는, 전자강판을 제조용의 반제품(pre-material)으로서 박 슬래브를 사용하는 이점으로서, 박 슬래브의 두께가 얇기 때문에 슬래브의 단면 전체에 걸쳐 고른 온도 분포와 균질한 미세조직을 얻을 수 있어서 강 스트립의 전 두께에 걸쳐 고른 특성 분포를 얻을 수 있다는 점을 들고 있다.
그러나 일본공개특허공보 JP56-158816 A에서는 표준 품질의 전자강판, 소위 CGO 재료(conventional grain oriented material)에 대해서만 언급하는 방향성 전자 강판의 또 다른 제조 방법을 개시하고 있다. 상기 방법에서, 용탕은 (질량%)로, 주 인히비터 성분으로 Mn: 0.02~0.15%, C: 0.08% 초과, Si: 4.5% 초과, 및 S와 Se의 합계: 0.005~0.1% 및 잔부는 철 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 용탕이 두께 3~80 ㎜의 박 슬래브로 주조된다. 이들 박 슬래브에 대한 열간 압연은 박 슬래브 온도가 700 ℃ 밑으로 떨어지기 전에 시작된다. 열간 압연을 통해, 상기 박 슬래브는 두께 1.5~3 ㎜의 열간 스트립으로 압연된다. 이 경우에 있어서, 열간 스트립의 두께는, 방향성 전자강판의 상업적으로 표준 두께인 0.35 ㎜ 이하의 표준 최종 두께가 1단(single-stage) 냉간 압연 공정에서 변형률 76% 이상으로 냉간 압연하여 달성되거나, 또는 중간 어닐링을 수반하는 종래의 다단 냉간 압연에 의해 달성될 수 있다는 단점이 있기 때문에, 이러한 방법에서는 고냉간 변형률이 MnS 및 MnSe에 의한 상대적으로 약한 인히비션(inhibition)에 적합하지 않다는 문제점이 있다. 이는 최종 제품의 자기 물성을 불안정하고 만족스럽지 못하게 한다. 대안적 으로는, 중간 어닐링 단계를 수반하는 좀 더 신중하고 좀 더 고가의 비용이 소요되는 다단 냉간 압연 공정이 채용되어야 한다.
박 슬래브 연속주조기를 사용하여 방향성 전자강판을 제조하는 또 다른 방법이 독일특허공보 제197 45 445 C1호에 개시되어 있다. 상기 독일특허공보 제197 45 445 C1호에 개시되어 있는 방법에서는 현재 공지되어 있는 선행 배경 기술과는 달리, 규소 강 용탕을 제조한 후에, 상기 용탕을 두께 25~100 ㎜의 스트랜드(strand)로 연속주조한다. 상기 스트랜드는 응고 과정을 통해 700 ℃보다 높은 온도로 냉각된 후에 박 슬래브로 절단된다. 그런 후에, 상기 박 슬래브는 균질화 설비 스탠딩 인라인에 공급되어 거기에서 1170 ℃ 이하로 가열된다. 이러한 방식으로 가열된 박 슬래브는 다단 열간 압연기에서 연속적으로 압연되어 두께 3.0 ㎜ 이하의 열간 스트립으로 되며, 이러한 제1 제조 공정(forming run)은 압연 스트립의 중간 온도가 최대 1150 ℃일 때 적어도 20%의 두께 감소율로 수행된다.
독일특허공보 제197 45 445 C1호에 따르면, 방향성 전자강판을 제조함에 있어서, 박 슬래브를 반제품으로 사용함에 의한 주조/압연 공정의 이점을 활용하기 위해, 열간 압연 변수는 금속 재료가 항상 충분하게 연성을 보유하도록 선택되어야만 한다. 이와 관련하여, 독일특허공보 제197 45 445 C1호에는, 방향성 전자강판용 반제품과 관련하여, 스트랜드가 응고 후에 대략 800 ℃로 냉각된 후에, 예를 들어 1150 ℃의 균질화 온도에서 상대적으로 짧은 시간 동안 유지되고, 그런 후에 전체적으로 균질하게 가열될 때에 연성이 최대로 된다고 기재되어 있다. 이에 따라, 이러한 재료의 최적의 열간 압연능은 제1 제조 공정이 적어도 20%의 변형률로 1150℃ 미만의 온도에서 수행되고, 중간 두께 40~8 ㎜로부터 시작하는 스트립은 고압 중간-스트랜드 냉각기기에 도입되어 기껏해야 2개의 연속적인 제조 공정을 통해 1000 ℃ 미만의 압연 온도에 도달되게 할 때에 얻어진다. 이에 따라 상기 스트립이 연성의 관점에서 임계적인 1000 ℃ 근방의 온도 영역에서 제조되는 것이 방지된다.
독일 특허 제197 45 445 C1에 의하면, 이러한 방식으로 제조된 열간 스트립이 중간 재결정 어닐링을 갖춘 다단 또는 1단으로 냉간 압연되어 최종 두께가 0.15 내지 0.50 ㎜로 된다. 최종적으로 상기 냉간 스트립은 주로 MgO를 함유하는 어닐링 분리제가 제공된 상태에서 재결정 및 탈탄 어닐링을 거친 후에, 고스 집합조직(Goss texture)을 얻기 위해 최종 어닐링 된다. 최종적으로 상기 스트립은 전기 절연제로 피복되고, 응력 제거를 위한 어닐링 공정을 거치게 된다.
선행 기술의 문헌에 기재되어 있는 실용화를 위한 광범위한 제안에도 불구하고, 일반적으로 40~100 ㎜ 두께의 스트랜드로 주조된 후에, 박 슬래브로 절단되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판 제조용 주조기의 사용은, 용융 금속 성분과 공정 제어와 관련하여 전자강판 제조 시에 요구되는 특수한 요건으로 인해 사용할 수 없는 예외의 경우가 있게 된다.
실제의 연구들은 박 슬래브 연속주조기의 사용과 관련해서 가장 중요한 것은 레이들 로(ladle furnace)에 관한 것이라는 점을 보여주고 있다. 상기 유닛에서 용강(molten steel)이 박 슬래브 연속주조기로 장입된 후, 주조하기 위한 소망하는 온도로의 가열에 의해 조절된다. 또한 상기 강의 화학 조성은 레이들 로에서 합금 원소를 첨가하여 최종적으로 조절될 수 있다. 또한, 일반적으로 레이들 로 내부의 슬래그는 컨디셔닝 되어 있다. 피처리 강에 알루미늄이 첨가되어 있는 경우에는, 상기 강의 주조성을 확보하기 위해 상기 레이들 로 내의 용강에 소량의 Ca이 첨가된다.
방향성 전자 강판용으로 필요에 의해, 상기 강에 실리콘-알루미늄이 첨가되어 있고, 주조성을 보장하기 위해 Ca의 첨가가 필요하지 않더라도 레이들 슬래그의 산소 활동도(oxygen activity)는 감소되어야만 한다.
방향성 전자 강판을 제조하기 위해서는 추가적으로 목표로 하는 화학 성분을 매우 정밀하게 조절하여 하는데, 이를 다시 말하면 각 구성 성분의 함량은 각 성분들 간에 서로 조화가 되도록 매우 정확하게 조절되어야 하기 때문에, 선택되는 필수 함량에 따라서는 일부 성분의 첨가되는 양의 한계(limit)가 매우 엄격하다. 이러한 점 때문에 레이들 로 내에서의 처리는 그러한 한계가 있다.
이와 관련하여, 진공 설비를 사용함으로써 실질적으로 더 나은 조건이 달성될 수 있다. 그러나, 레이들 탈가스와 비교해 보면, RH 또는 DH 진공 설비는 슬래그 컨디셔닝에는 적합하지 않다. 방향성 전자 강판 제조용으로 사용되는 용탕의 주조성을 보장하기 위해서는 이러한 점이 필수적이다.
따라서 전술한 선행 기술을 기초로 한 본 발명의 목적은, 박 슬래브 연속주조기를 사용하여 고품질의 방향성 전자 강판(특히 HGO)을 경제적으로 제조할 수 있는 제조 방법을 개발하는 것이다.
이러한 목적은,
a) 질량%로,
Si: 2.5 ~ 4.0%,
C: 0.02 ~ 0.10%,
Al: 0.01 ~ 0.065%,
N: 0.003 ~ 0.015%,
선택적으로,
- Mn을 0.30% 이하,
- Ti을 0.05% 이하,
- P을 0.3% 이하,
- S와 Se의 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 총 함량이 최대 0.04%,
- As, Sn, Sb, Te, Bi의 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 각각의 경우에 있어서 0.2% 이하,
- Cu, Ni, Cr, Co, Mo의 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 각각의 경우에 있어서 0.5% 이하,
- B, V, Nb의 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 각각의 경우에 있어서 0.012% 이하를 포함하고, 잔부는 철 및 불가피한 불순물로 이루어진 강을 용해하는 단계,
b) 레이들 로 및/또는 진공 설비 내에서 용융 금속을 2차 야금 처리하는 단계,
c) 상기 용융 금속을 스트랜드로 연속주조하는 단계,
d) 상기 스트랜드를 박 슬래브로 절단하는 단계,
e) 스탠딩 인라인 설비 내에서 박 슬래브를 1050 내지 1300 ℃의 온도 범위로 가열하는 단계,
- 상기 설비에서의 유지 시간은 최대 60분,
f) 다단 열간 압연기 스탠딩 인라인에서 박 슬래브를 두께 0.5~4.0 ㎜의 열간 스트립으로 연속 열간 압연하는 단계,
- 상기 열간 압연 단계 중에서 제1 제조 공정은 900~1200 ℃의 온도에서 40% 이상의 변형률로 수행되고,
- 열간 압연 공정에서 후속하는 적어도 2개의 감소 패스는 (α-γ) 두 상이 혼합되어 있는 상태에서 수행되며,
- 최종 열간 압연 공정에서 패스 당 감소율은 최대 30%,
g) 상기 열간 스트립을 냉각시키는 단계,
h) 상기 열간 스트립을 코일로 감는 단계,
i) 선택적으로, 코일링 한 후 또는 냉간 압연 전에 상기 열간 스트립을 어닐링하는 단계,
j) 상기 열간 스트립을 최종 두께 0.15~0.50 ㎜의 냉간 스트립으로 냉간 압연하는 단계,
k) 선택적으로 탈탄 중에 또는 탈탄 후에 질소 화합물을 부가(nitrogenizaion)하면서, 상기 냉간 스트립을 재결정 및 탈탄 어닐링하는 단계,
l) 고스 집합조직이 형성되도록 재결정 및 탈탄 어닐링된 냉간 스트립을 최종 어닐링하는 단계,
m) 선택적으로, 상기 최종 어닐링된 냉간 스트립을 전기 절연물로 피복하는 단계 및 응력 제거를 위해 피복된 냉간 스트립을 어닐링하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 방향성 전자 강 스트립 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 의해 제안된 작업 순서는, 최적의 전자기적 특성을 가진 전자강판이 통상적인 장치에 의해서도 제조될 수 있도록 조화가 되어 있다.
상기 목적을 위해 제1 단계에서 강 성분을 미리 알고 있는 강을 용해하였다. 그런 다음, 상기 용강을 2차 야금 처리하였다. 이러한 처리는, 용강이 주조될 때에 스트랜드의 파단 위험성이 최소로 되도록, 강의 화학 조성을 필요로 하는 좁은 범위 내로 조절하고, 최대 10 ppm의 저수소 함량으로 하기 위해 진공 설비에서 초기에 수행되는 것이 바람직하다.
진공 설비에서 처리한 후, 주조가 지연되는 경우에, 박 슬래브 연속주조 중에 셀 내의 침지 노즐이 막혀서 주조 공정이 정지되는 것을 방지하기 위해 주조에 필요한 온도를 보장하고, 슬래그를 컨디셔닝하기 위하여 레이들 로에서 상기 공정들을 계속하는 것이 유리하다.
본 발명에 따르면, 초기에는 슬래그 컨디셔닝을 위해 레이들 로가 사용된 후에, 용강의 화학 조성을 좁은 범위 내에서 조정하기 위해 진공 설비에서 용강이 처리된다. 그러나 이러한 조합은 주조가 지연되는 경우에 용강의 온도를 더 이상 용강이 주조될 수 없는 정도까지 떨어뜨릴 수도 있다는 문제점을 낳을 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 레이들 로만을 사용할 수도 있다. 그러나, 이는 진공 설비 내에서 성분 조정이 이루어지는 것보다는 정밀하지 못하다는 문제가 있고, 또한 용융 금속이 주조될 때에 수소 함량이 높아져서 스트랜드가 파단될 수도 있다는 문제가 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 진공 설비만을 사용할 수도 있다. 그러나, 이는 한편으로는 주조가 지연되는 경우에 용융 금속의 온도를 용융 금속이 더 이상 주조될 수 없을 정도로 떨어뜨릴 수 있고, 다른 한편으로는, 침지 노즐이 주조 공정 중에 막혀서 주조가 정지되는 위험성도 존재한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 레이들 로와 진공 설비가 사용될 수 있고, 특정 강의 야금학적 요건과 주조 요건에 따라서는 양 기기가 함께 사용될 수 있다.
스트랜드, 바람직하게는 그 두께가 25~150 ㎜인 스트랜드가 상기와 같은 방식으로 처리된 용융 금속으로부터 주조된다.
상기 스트랜드가 박 슬래브 연속주조기의 좁은 쉘 내에서 주조될 때에, 액상 레벨 영역 내에 스트랜드 폭에 걸쳐서 고르지 못한 유동 분포, 높은 유동 속도 및 난류가 발생할 수 있다. 이는, 한편으로는, 응고 과정이 고르지 않게 함으로써 주조 스트랜드 내에 종방향 표면 균열이 일어날 수 있게 한다. 다른 한편으로는, 용융 금속이 고르지 않게 유동되는 결과로 주조 슬래그 또는 용제 분말(flux powder)이 스트랜드 내로 흘러 들어올 수 있다. 이들 개재물들은 주조 스트랜드가 응고된 후에 스트랜드로부터 절단되는 박 슬래브의 내부 순도와 표면 품질을 떨어뜨린다.
본 발명의 유리한 일 실시예에서, 위와 같은 결점들은 용강이 전자기 브레이크(electromagnetic brake)가 장착된 연속 몰딩 쉘 내로 장입되는 결과로서 상당 부분 방지될 수 있다. 본 발명에 따라 브레이크를 사용하는 경우에, 이러한 브레이크는 쉘 내의 금속 유동을 특히 자기장을 형성하여 액상 레벨 영역 내의 금속 유동을 고요하고 고르게 하고, 쉘 내로 인입되는 용융 금속 분류(jet)와 상호 반응하여 소위 "로렌츠 힘" 효과를 통해 금속 분류의 속도를 작게 한다.
주조가 낮은 과열 온도에서 실시될 때에, 전자기 특성에 있어 유리한 주강 스트랜의 미세조직이 더 많이 생성될 수 있다. 상기 과열 온도는 주조되는 용융 금속의 액상선 온도보다 최대 25K 높은 것이 바람직하다. 본 발명의 이러한 유리한 여러 가지 사항들이 고려된다면, 낮은 과열 온도에서 용강의 액상 레벨 영역에서 응고되어 주조 공정을 정지시켜야 하는 지점까지의 주조 상의 문제는 몰딩 쉘 위에 전자기 브레이크의 사용에 의해 방지될 수 있다. 전자기 브레이크에 의해 가해지는 힘은 고온의 용융 금속을 액상 레벨 영역으로 이동시켜 상기 영역의 온도를 주조 공정에 차질이 없도록 하는 정도로 상승시킨다.
이러한 방식으로 얻어지는 주조 스트랜드의 균질하고 미세한 결정립의 응고 조직은 본 발명에 따라 제조되는 방향성 전자 강판의 자기 특성에 영향을 미친다.
본 발명에 따른 모든 노력은, 가능하면 열간 압연 전에 그리고 열간 압연 중에 질화물이 석출되는 것을 방지하여, 열간 스트립이 냉각되는 중에 그러한 석출물의 형성이 제어된 제조의 가능성을 최대한 활용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이를 조장하기 위해서, 본 발명의 유리한 일 실시예에서는 용융 금속으로부터 주조되었지만 그 심부는 여전히 액상인 스트랜드의 두께 감소를 인라인으로 수행하는 것을 제안한다.
현재 알려져 있는 두께 감소 방식, 소위 액상 심부 감소(이하, "LCR"(liquid core reduction)) 및 연화 감소(이하, "SR"(soft reduction))가 채용된다. 상기 주조 스트랜드의 두께 감소 방식은 그 각각만이 별도로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
LCR에 있어서, 스트랜드의 심부는 여전히 액상인 반면에, 스트랜드 두께는 쉘 아래 근방에서 감소된다. 선행 기술에 따르면, LCR은 특히 고강도 강에 대해서 주로 열간 스트립의 최종 두께를 가능한 작게 하기 위한 박 슬래브 연속주조기에 사용된다. LCR을 통해 두께 감소 또는 열간 압연기의 압연 스탠드 내의 압연력이 성공적으로 감소되어 압연 스탠드의 통상적인 마모와 열간 스트립의 스케일 기공이 최소로 될 수 있으며, 스트립 수율이 향상된다. 본 발명에 따라 LCR에 의해 얻을 수 있는 두께 감소는 5 내지 30 ㎜인 것이 바람직하다.
SR은 최종 응고 바로 직전에 액상 풀의 최저점에서 스트립의 두께 감소를 제어하는 것으로 이해된다. SR의 목적은 중심 편석(center segregation)과 심부 기공율(core porosity)을 감소시키는 것이다. 이 방식은 현재까지도 주로 코기드 인곳(cogged ingot) 및 박 슬래브 연속주조기에 사용되고 있다.
본 발명은 SR을 박 슬래브 연속주조기 또는 주조/압연기에서 방향성 전자 강판을 제조하는 데에 사용하는 것을 제안한다. 이러한 방식으로 달성될 수 있는 열간 압연된 반제품에서 특히 실리콘의 중심 편석 감소에 의해 스트립 두께에 걸쳐 화학 조성을 균질하게 할 수 있는데, 이는 자기 특성과 관련하여 유리하다. SR 방식의 사용을 통해 두께 감소가 0.5~5 ㎜인 경우에 SR 결과가 우수하다. 이하는 본 발명에 따라 수행되는 연속주조와 관련하여 SR이 사용될 때에 참고 기준으로 쓰일 수 있다.
- 응고 정도가 fs=0.2인 영역에서 SR 시작,
- fs=0.7~0.8인 영역에서 SR 종료
박 슬래브 연속주조기에 있어서, 통상적으로 몰딩 쉘을 수직방향으로 나가는 스트랜드는 깊은 곳에서 수평 방향으로 구부러진다. 본 발명의 보다 유리한 실시예에서는, 700 내지 1000 ℃(바람직하게는 850~950 ℃)의 온도 범위에서 용융 금속으로부터 주조되는 스트랜드가 수평방향으로 굽어지고 교정(straightened)되는 결과, 스트랜드로부터 절단되는 박 슬래브의 표면상의 균열, 특히 스트랜드의 가장자리에서 발생하는 균열이 방지될 수 있다. 상기 온도 영역에서, 본 발명에 따라 사용되는 강은 스트랜드 표면 위 또는 가장자리 근처에서 우수한 연성을 가지고 있기 때문에 수평으로 굽어지고 교정될 때에 수반되는 변형을 안정적으로 따를 수 있게 된다.
이어서 로 내에서 열간 압연하기에 적당한 초기 온도까지 가열된 후 열간 압연 단계로 들어가는 현재 알려져 있는 방식에서, 박 슬래브가 주조 스트랜드로부터 절단된다. 박 슬래브가 로 내로 들어가는 온도는 650 ℃를 넘는 것이 바람직하다. 설비 내에서의 유지 시간은 스케일이 형성되는 것을 방지하기 위해 60분 미만이어야 한다.
HGO 재료의 제조와 관련된 본 발명의 본질적인 측면은 열간 압연 공정에서 제1 감소 패스 후의 열간압연이 (α-γ) 두 상이 혼합 상태로 존재하는 상태에서 수행된다는 것이다. 이러한 방법의 궁극적인 목적은 특히 열간 압연기의 최종 압연 스탠드 후의 런아웃 테이블(run-out table) 위에서의 냉각 조건에 의해 이들 석출물을 제어할 수 있도록, 가능하다면 열간 압연 공정중에 질화물의 석출을 감소시키기 위한 것이다. 본 발명에 의해 이를 보장하기 위해, 열간 압연이 상기 열간 스트립의 미세조직에 오스테나이트와 페라이트가 혼합되어 존재하는 온도에서 수행된다. 본 발명에서 사용되는 강 합금의 경우에 있어서 이의 전형적인 온도는 대략 800 ℃ 위에 위치하는데, 특히 850 내지 1150 ℃ 사이이다. 이들 온도에서의 γ상에는 AlN이 고용 상태로 유지된다. 이와 같은 2상 혼합 상태에서의 열간 압연에 긍정적인 효과를 미치는 것으로 결정립 미세화 효과(grain refining effect)가 있다. 최종 제품의 자기 특성에 긍정적 효과를 미치는 열간 스트립의 미세하고 균질한 미세조직이, 열간 압연 패스에서 오스테나이트가 페라이트로 변태됨에 따라 얻어진다.
또한 본 발명에 따라 열간 압연 중에 질화물 석출이 방지되는 것은, 최종 스트립 두께를 얻기 위해 필수적인 최종 압연 스탠드에서 상대적으로 작은 정도로 감소시키기 위해, 제1 감소 패스에서 이미 이루어진 적어도 40%의 변형률에 의한 것이다. 따라서, 이와 관련하여 마무리 트레인에서의 처음 2개의 감소 패스를 통해 얻을 수 있는 총변형률은 바람직하게는 60%를 넘는데, 본 발명의 추가의 유리한 실시예에서 마무리 트레인의 처음 압연 스탠드에서 변형 정도는 40% 이상이고, 마무리 트레인의 두번째 압연 스탠드에서의 감소률은 30% 이상이다.
처음 2개의 압연 스탠드에서 패스 당 두께 감소(변형률)를 크게 하면, 조대-결정립 응고 미세조직이 감소되어 제조되는 최종 제품의 우수한 자기 특성을 달성하기 위한 사전 조건인 미세한 압연 미세조직으로 된다. 이에 따라, 최종 압연 스탠드에서 패스 당 두께 감소는 최대 30%, 바람직하게는 20% 미만으로 한정되어야, 최종 트레인의 끝에서 두 번째 압연 스탠드에서 패스 당 두께 감소가 25% 미만인 경우에 달성하고자 하는 특성의 관점에서 가장 최적인 소망하는 열간 압연 결과를 얻기 위해서 유리하다. 실제로 7 스탠드 열간 압연기 상에서 최종 전자강판의 최적의 특성을 확보하기 위해 확립되어 있는 두께 감소 패스 스케쥴은, 예비-스트립 두께가 63 ㎜, 열간 스트립의 최종 두께가 2 ㎜, 제1 스탠드에서의 변형률이 62%, 제2 스탠드에서의 변형률이 54%, 제3 스탠드에서의 변형률이 47%, 제4 스탠드에서의 변형률이 35%, 제5 스탠드에서의 변형률이 28%, 제6 스탠드에서의 변형률이 17% 및 제7 스탠드에서의 변형률이 11%이다.
열간 스트립 상에서 최종 제품의 자기 특성을 손상시키는 거친 석출물 또는 거칠고 고르지 못한 미세조직을 방지하기 위해, 상기 열간 스트립의 냉각을 마무리 트레인의 최종 압연 스탠드 직후에 가능하면 빨리 시작하는 것이 유리하다. 따라서, 본 발명의 실용적인 실시예에서는 최종 압연 스탠드를 나온 직후에 최대 5초 내에 수냉하는 것을 제안하고 있다. 이 경우에 지체 시간은 예를 들어 1초 이하로 가능한 짧게 하는 것을 목표로 한다.
열간 스트립의 냉각은 2단 수냉 방식으로 수행될 수 있다. 이를 위해, 최종 압연 스탠드에서 나온 후에 열간 스트립은 먼저 α/γ 변태 온도 밑 근방까지 냉각된 후에, 스트립 두께에 걸쳐 온도를 균일화하기 위해 1 내지 5초간 냉각을 멈춘 후, 코일링에 필요한 온도까지 추가적으로 수냉된다. 제1 냉각 단계는 열간 스트립이 다량의 물을 소비하여 높은 집중도와 냉각 속도(적어도 200 K/s)로 짧은 거리에 대해 급속 냉각되는 것을 특징으로 하는 소위 "집중 냉각"(compact cooling) 형태로 수행되는 반면에, 제2 수냉 단계는 좀 더 긴 거리에 대해 조금 낮은 집중도로 냉각되어 가능한 스트립 단면 전체에 대해 균일한 냉각 결과가 달성되도록 한다.
코일링 온도는 500~780 ℃의 범위인 것이 바람직하다. 코일링 온도가 높을수록 한편으로는 원치 않는 거친 석출물이 형성되도록 하며, 다른 한편으로는 산세능(pickling ability)을 낮춘다. 높은 코일링 온도(> 700℃)를 사용하기 위해서, 집중 냉각 영역 바로 직후에 배치되는 소위 단거리 코일러(short distance coiler)가 채용된다.
본 발명에 의해 전술한 범주 내에서, 열간 압연 스트립을 제조하는 신규한 방법은 황화물 및/또는 질화물 석출물의 평균 결정립 직경이 150 ㎚ 미만이고, 평균 밀도가 적어도 0.05 ㎛-2로 되도록 수행되는 것이 바람직하다. 상기 방식으로 제조된 열간 스트립은 후속의 공정 단계 중에 결정립 성장을 효과적으로 제어할 수 있는 최적의 사전 조건을 제공한다.
미세조직을 좀 더 최적화하기 위해, 상기 방식에 따라 얻은 열간 스트립은 코일링 후나 냉간 압연 전에 선택적으로 어닐링될 수 있다.
냉간 압연된 후의 스트립은 재결정 및 탈탄 어닐링 과정을 거친다. 결정립 성장 제어에 사용되는 질화 석출물을 형성시키기 위해, 냉간 스트립은 탈탄 어닐링 공정 중 또는 후에 NH3 함유 분위기 하에서 질화 어닐링(nitrogenization annealing) 과정을 거칠 수 있다.
질화 석출물을 형성시키는 다른 방법은 2차 재결정 전의 최종 어닐링의 가열 단계 중에 스트립 내로 확산되는 질소로 탈탄 어닐링된 후에, 예를 들어 망간 질화물 또는 크롬 질화물 같은 질소 함유 부착-방지 화합물을 냉간 스트립 위에 가하는 것이다.
도 1은 열간 압연 변수 "WW1"에 있어서, 2차 압연 패스를 거친 후의 미세조직.
도 2는 열간 압연 변수 "WW2"에 있어서, 2차 압연 패스를 거친 후의 미세조직.
이하에서 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
실시예 1:
Si: 3.15%, C:0.047%, Mn: 0.154%, S: 0.006%, Al: 0.030%, N: 0.0080%, Cu: 0.22% 및 Cr: 0.06%의 조성으로 이루어진 용강을 2차 야금 처리한 후에 레이들 로 및 진공 설비 내에서 연속 주조하여 두께 63 ㎜의 스트랜드로 하였다. 스탠딩 인라인 균질화 설비로 장입되기 전에 상기 스트랜드를 박 슬래브로 절단하였다. 균질화 설비 내에서 1150 ℃에서 20분간 유지한 후에 박 슬래브를 여러 가지 방식으로 디스케일(descale)하고 열간 압연하였다.
- 변수 "WW1": 본 발명에 따른 본 변형 예에서는, 제1 패스는 1090 ℃에서 변형률 61%로 수행하였고, 제2 패스는 1050 ℃에서 변형률 50%로 수행하였다. 3 내지 7번째 패스의 압연 온도는 1010 ℃, 980 ℃, 950 ℃, 930 ℃ 및 900 ℃이다. 마지막의 두 패스에서의 두께 변형률은 17%와 11%이다. 상기 열간 압연 변수에서, 패스 1 내지 7에서 달성된 오스테나이트의 분률은, 30% / 25% / 20 % / 18% / 15% / 14% 및 12%이다.
- 변수 "WW2": 본 발명에 따르지 않는 본 변형 예는, 제1 패스에서의 두께 감소율을 28%로, 제2 패스에서의 두께 감소율을 28%로 하였고, 마지막의 두 패스에서의 변형률은 28%와 20%이다. 제1 패스에서의 압연 온도는 1090 ℃이고, 제2 패스에서의 압연 온도는 1000 ℃이다. 3 내지 7번째 패스의 압연 온도는 950 ℃ / 920 ℃ / 890 ℃ / 860 ℃ 및 830 ℃이다. 본 열간 압연 변수에 따른 결과로서, 패스 1 내지 7에서 달성된 오스테나이트의 분률은, 30% / 20% / 15 % / 12% / 10% / 8% 및 7%이다.
양쪽 열간 압연 변형 실시예에서, 냉각은 동일하게 최종 압연 스탠드를 나온 후 7초 이내에 코일링 온도 650 ℃로 수냉하였다. 이러한 방식으로 제조된 열간 스트립의 두께는 2.0 ㎜이고, 2차 패스 후에 급속 냉각 시켜 열간 압연을 정지시킨 후에 미세조직을 검사하기 위한 샘플을 채취하였다.
그런 다음, 자기 스트립 공정에서, 먼저 상기 스트립을 연속 설비에서 어닐링하고, 중간 어닐링하지 않고 1단으로 냉간 압연하여 최종 두께 0.30 ㎜로 하였 다. 어닐링에 대해서는 다음과 같이 2가지로 변형시켰다.
- 변수 "E1": 860 ℃에서 표준 탈탄 어닐링만을 실시하여 상기 스트립을 재결정 및 탈탄하였다.
- 변수 "E2": 스트립을 표준 인라인 탈탄 어닐링한 후에 860 ℃에서 대기 분위기 하에서 30초간 질화하였다.
그런 후, 선명한 고스 집합조직을 형성하기 위해 모든 스트립을 최종 어닐링하였고, 전기 절연물로 피복한 후에 응력 제거를 위한 어닐링 공정을 거쳤다.
다음의 표는 각 공정 조건(γ2 / γ3 / γ6 / γ7: 해당 열간 압연 패스에서의 오스테나이트 분률)에 대한 각 스트립의 자기 특성 결과를 나타낸다.
Figure 112008015704188-pct00001
수행된 열간 압연 조건에 따라 다른 자기 특성 결과는 서로 다른 미세조직을 근거로 설명될 수 있다. 본 발명에 따른 변수 "WW1"의 경우, 각각의 압연 패스에서의 높은 오스테나이트 분률에 의해 미세하고 실질적으로 균질한 미세조직이 형성된다.(도 1)
이에 반해, 본 발명에 따르지 않는 조건(변수 "WW2") 하에서 실시한 열간 압연의 경우, 제2 패스 후에 실질적으로 덜 균질화되어 있으며, 또한 조대한 미세조 직으로 되었다. (도 2)

Claims (14)

  1. 박 슬래브 연속주조 공정에 의해 방향성 전자 강 스트립을 제조하는 방법으로서,
    a) 질량%로,
    Si: 2.5 ~ 4.0%,
    C: 0.02 ~ 0.10%,
    Al: 0.01 ~ 0.065%,
    N: 0.003 ~ 0.015%를 함유하고, 또한
    - Mn: 0.30% 이하, Ti: 0.05% 이하, P: 0.3% 이하의 그룹,
    - 원소의 총합이 0.04% 이하인 S 및 Se의 그룹 ,
    - 각각의 경우에 있어서 0.2% 이하인 As, Sn, Sb, Te, Bi의 그룹,
    - 각각의 경우에 있어서 0.5% 이하인 Cu, Ni, Cr, Co, Mo의 그룹,
    - 각각의 경우에 있어서 0.012% 이하인 B, V, Nb의 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하며, 잔부는 철 및 불가피한 불순물로 이루어진 강을 용해하는 단계,
    b) 레이들 로 및 진공 설비 내에서 용융 금속을 2차 야금 처리하는 단계,
    c) 상기 용융 금속을 스트랜드로 만들기 위해 연속주조하는 단계,
    d) 상기 스트랜드를 박 슬래브로 절단하는 단계,
    e) 스탠딩 인라인 로 내에서 박 슬래브를 1050 내지 1300 ℃의 온도 범위로 가열하는 단계,
    - 상기 로에서의 유지 시간은 최대 60분,
    f) 다단 열간 압연기 스탠딩 인라인에서 박 슬래브를 두께 0.5~4.0 ㎜의 열간 스트립으로 연속 열간 압연하는 단계,
    - 상기 열간 압연 단계 중에서 제1 제조 공정은 900~1200 ℃의 온도에서 40%를 초과하는 변형률로 수행되고,
    - 열간 압연 공정에서 후속하는 적어도 2개의 감소 패스는 (α-γ) 두 상이 혼합되어 있는 상태에서 수행되며,
    - 최종 열간 압연 공정에서 패스 당 감소율은 최대 30%,
    g) 상기 열간 스트립을 냉각시키는 단계,
    h) 상기 열간 스트립을 코일로 감는 단계,
    i) 상기 열간 스트립을 최종 두께 0.15~0.50 ㎜의 냉간 스트립으로 하기 위해 냉간 압연하는 단계,
    j) 상기 냉간 스트립을 재결정 및 탈탄 어닐링하는 단계,
    k) 상기 스트립 표면 위에 어닐링 분리제를 부가하는 단계,
    l) 고스 집합조직이 형성되도록 재결정 및 탈탄 어닐링된 냉간 압연 스트립을 최종 어닐링하는 단계를 포함하며,
    탈탄 중 또는 탈탄 후에 냉간 스트립이 암모니아 함유 분위기 하에서 어닐링되어 질화(nitroginized)되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 용강의 2차 야금 처리(단계 b) 중에, 용강이 먼저 진공 설비에서 처리된 후에 레이들 로에서 처리되거나, 레이들 로에서 먼저 처리된 후에 진공 설비에서 처리되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 용강의 2차 야금 처리(단계 b) 중에, 용강이 진공 설비와 레이들 로에서 교호 방식(alternatively)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 금속의 2차 야금 처리(단계 b)가 주조 공정(단계 c) 중에 수소 함량이 최대 10 ppm에 이를 수 있는 시간 동안 계속되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 용강이 스트랜드로 주조되는 단계(단계 c)가 전자기 브레이크가 장착된 연속 몰딩 쉘 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 금속으로부터 주조되었으나 그 심부는 여전히 액상인 스트랜드의 인라인 두께 감소가 단계 c 중에 수행되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 금속으로부터 주조된 스트랜드가 단계 c 중에 700 내지 1000 ℃ 사이의 온도에서 수평 방향으로 구부러지고 교정되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트랜드로부터 절단된 박 슬래브가 650 ℃ 초과 온도에서 균질화 로(furnace)로 들어가는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 열간 스트립이 최종 압연 스탠드를 떠난 후 5초 이내에 가속 냉각되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 박 슬래브 연속주조 공정에 의해 방향성 전자 강 스트립을 제조하는 방법으로서,
    a) 질량%로,
    Si: 2.5 ~ 4.0%,
    C: 0.02 ~ 0.10%,
    Al: 0.01 ~ 0.065%,
    N: 0.003 ~ 0.015%를 함유하고, 또한
    - Mn: 0.30% 이하, Ti: 0.05% 이하, P: 0.3% 이하의 그룹,
    - 원소의 총합이 0.04% 이하인 S 및 Se의 그룹 ,
    - 각각의 경우에 있어서 0.2% 이하인 As, Sn, Sb, Te, Bi의 그룹,
    - 각각의 경우에 있어서 0.5% 이하인 Cu, Ni, Cr, Co, Mo의 그룹,
    - 각각의 경우에 있어서 0.012% 이하인 B, V, Nb의 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하며, 잔부는 철 및 불가피한 불순물로 이루어진 강을 용해하는 단계,
    b) 레이들 로 및 진공 설비 내에서 용융 금속을 2차 야금 처리하는 단계,
    c) 상기 용융 금속을 스트랜드로 만들기 위해 연속주조하는 단계,
    d) 상기 스트랜드를 박 슬래브로 절단하는 단계,
    e) 스탠딩 인라인 로 내에서 박 슬래브를 1050 내지 1300 ℃의 온도 범위로 가열하는 단계,
    - 상기 로에서의 유지 시간은 최대 60분,
    f) 다단 열간 압연기 스탠딩 인라인에서 박 슬래브를 두께 0.5~4.0 ㎜의 열간 스트립으로 연속 열간 압연하는 단계,
    - 상기 열간 압연 단계 중에서 제1 제조 공정은 900~1200 ℃의 온도에서 40%를 초과하는 변형률로 수행되고,
    - 열간 압연 공정에서 후속하는 적어도 2개의 감소 패스는 (α-γ) 두 상이 혼합되어 있는 상태에서 수행되며,
    - 최종 열간 압연 공정에서 패스 당 감소율은 최대 30%,
    g) 상기 열간 스트립을 냉각시키는 단계,
    h) 상기 열간 스트립을 코일로 감는 단계,
    i) 상기 열간 스트립을 최종 두께 0.15~0.50 ㎜의 냉간 스트립으로 하기 위해 냉간 압연하는 단계,
    j) 상기 냉간 스트립을 재결정 및 탈탄 어닐링하는 단계,
    k) 상기 스트립 표면 위에 어닐링 분리제를 부가하는 단계,
    l) 고스 집합조직이 형성되도록 재결정 및 탈탄 어닐링된 냉간 압연 스트립을 최종 어닐링하는 단계를 포함하며,
    하나 또는 다수의 화합물들이 어닐링 분리제에 첨가되어 2차 재결정 전의 최종 어닐링의 가열 단계 중에 냉간 스트립이 질화(nitrogenization)되는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 코일로 감은 후에 또는 냉간 압연 전에 상기 열간 스트립을 어닐링하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 최종 어닐링된 냉간 스트립을 전기 절연물로 피복하는 단계 및 응력 제거를 위해 피복된 냉간 스트립을 어닐링하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 피복된 냉간 스트립을 자구 개선(domain refinement)하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강 스트립 제조 방법.
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