KR101376507B1 - Ｆｅ-Ｃｏ계 합금 판재의 집합조직 형성 방법 및 이를 이용하여 제조된 연자성 강판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Fe-10~35중량%Co 합금으로 이루어진 금속 판재에서 상기 판재 면에 평행한 {100}면을 갖는 입자로 이루어진 금속 판재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 Fe-10~35중량%Co 합금계에서 금속 표면의 산화를 방지하면서, 오스테나이트 상이 안정한 온도 하에서 상기 금속 판재를 열처리하는 열처리 단계, 및 상기 열처리 된 금속 판재를 페라이트 상으로 상 변태 시키는 단계를 포함하는 금속 판재의 표면 {100} 집합조직 형성 방법을 제공한다.
또한, 상기 방법을 이용하여 제조된 연자성 강판을 제공한다. 상기 방법에 의하면 단시간 내에 Fe-10~35중량%Co 합금 판재의 {100} 집합조직 강도를 현저히 강화시킬 수 있다.

Description

Ｆｅ-Ｃｏ계 합금 판재의 집합조직 형성 방법 및 이를 이용하여 제조된 연자성 강판 {METHOD OF MANUFACTURING Fe-Co BASED ALLOY SHEET WITH TEXTURE STRUCTURE AND SOFT MAGNETIC STEEL SHEET MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 Fe-Co계 합금으로 이루어진 판재에서 판재 면과 평행한 {100} 집합조직을 형성하는 방법과 이를 이용하여 제조한 연자성 강판에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, Fe-10~35중량%Co 합금 판재 표면에 {100}면이 판재 면에 평행한 입자를 고밀도로 단시간 내에 형성하는 방법, 상기 표면 {100} 입자를 판재 내부로 성장시켜 그 입자 길이가 판재 두께의 반 이상이 되어서 자기 특성이 현저히 우수한 연자성 강판을 제조하는 방법 및 상기 방법들에 의하여 제조되고 {100}면 집적도가 현저히 우수한 연자성 강판에 관한 것이다.
철에 코발트를 첨가한 연자성 재료는 연자성 재료에서 요구되는 중요한 특성 중에 한 가지인 포화자속밀도가 여타의 연자성 물질 대비 가장 높은 재료이다. Fe-Co 합금의 포화자속밀도는 코발트의 함량이 약 25-35중량%에서 최대값을 가지며 그 값은 2.4T 이상이다. 그러나 Fe-25-35중량%Co 조성을 갖는 재료는 연자성 재료에서 요구되는 중요한 특성인 비저항 값이 낮아서 그대로는 사용되지 못하고 있다.
코발트 함량의 변화에 따른 비저항의 변화를 살펴보면, 철의 비저항은 10μΩ-cm 이고, 코발트의 함량이 18중량%로 증가할 때까지 그 값이 서서히 증가하지만, 이때의 비저항 값은 첨가된 합금 양에 비해 비교적 낮은 20μΩ-cm에 도달한다. 여기에 포화자속밀도를 증가시키기 위하여 추가적으로 코발트를 첨가하여 22중량% 이상의 코발트를 첨가하게 되면 오히려 비저항 값이 감소하게 되며, 코발트를 27중량% 첨가할 때 비저항은 14μΩ-cm으로 최소값을 갖게 된다. 연자성 재료에서 낮은 비저항 값은 극복되어야 할 문제로 인식되는데, 그 원인은 비저항 값이 작게 되면 판재가 자화할 때 발생하는 손실인 와류손(eddy current loss)을 크게 증가시키기 때문이다.
따라서 Fe-Co 합금의 개발방향은 값비싼 코발트의 양을 최소화시키면서 비저항 값을 증가시키려는 방향으로 진행되었다. 그 첫 번째 예는 Fe-17중량%Co 합금계로, 이 합금계에서는 비교적 높은 자속 밀도를 유지하면서 값비싼 코발트의 양을 감소시키려는 시도이다. 그 두 번째 예는 Fe-27중량%Co 합금계로, 이 합금계에서는 비록 값비싼 코발트의 양이 증가하더라도 높은 자속밀도를 유지하려는 시도이다. Fe-Co 2원 합금계에서는 정도의 차이는 있지만 비저항이 낮다는 단점이 있는데, 이를 극복하기 위해서 크롬, 몰리브데늄, 바나듐, 규소, 니켈 등을 첨가하여 비저항을 증가시키고 있다.
한편 Fe-50중량%Co합금은 Supermendur라는 이름으로 상용화되어 있는데, 이 재료는 금속간 화합물을 형성함으로써 높은 자속밀도를 갖고 있으며 자기 이방성이 없어서 자기 특성은 우수하지만 기계적 특성이 열악하여 가공성이 거의 없다는 단점이 있다. 이러한 열악한 가공성은 2중량% 바나듐을 첨가하여 극복되었다. 따라서 Supermendur는 최고의 연자성 재료로 인식되고 있다. 그러나 Supermendur는 고가의 코발트를 50%나 함유하고 있으며, 가공성도 상대적으로 열악하여 연신률이 10% 정도밖에 되지 않고, 특히 고온에서 장시간 노출될 때 비자성 입자가 석출하여 자기 특성이 열화되는 단점이 있다. 따라서 값비싼 코발트의 함량을 감소시키면서 우수한 연자성 특성을 갖는 판재를 제조하려는 노력이 Fe-10~35중량%Co 합금계에서 있어 왔다.
Fe-10~35중량%Co 합금계에서 나타나는 연자성 특성을 향상시키는 방법은 강판의 원자배열을 적절하게 조절하여 달성할 수 있다. 즉 주어진 조성의 강판에 나타나는 집합조직을 조절하면, 상기 강판의 자기특성이 우수해 진다는 것은 이미 1934년도부터 알려져 있었다. (J. W. Shih, Magnetic Properties of Iron-Cobalt Single Crystals, Phys. Rev. 46, 139-142 (1934))
Fe-Co 합금에서 최적 집합조직은 큐브-온-페이스(cube-on-face) 집합조직이다. 큐브-온-페이스 집합조직이란 {100}면이 판재 면에 평행하게 배열되고 <001> 방향은 무작위로 배열되는 집합조직인데({100}<ovw>), 판재 면에 평행한 {100}면이 철계 연자성 합금의 자기 특성을 향상시키는 이유는, {100}면에는 자화 난이 방향인 <111> 방향이 존재하지 않고 자화 용이 방향인 <001>방향이 2개 존재하기 때문이다.
이를 보다 자세히 설명하면, Fe-Co 합금은 자기 이방성을 갖는다. 자기 이방성이란 원자 배열 방향에 따라서 자기 특성이 변화하는 것을 뜻하며, 10~35중량% 수준의 코발트를 함유한 합금에서는 <001> 방향이 자화 용이 방향이고 <111> 방향이 자화 난이 방향으로 알려져 있다. 따라서 이러한 자기 이방성 특성 때문에 모터에 사용되는 Fe-Co 합금의 연자성 재료는 큐브-온-페이스 집합조직을 형성함으로써 판재의 자기 특성을 크게 향상시킬 수 있다. 본 발명에서는 큐브-온-페이스 집합조직을 {100} 집합조직이라고도 기술하겠다.
포스터 등의 미국등록특허 제3,977,919호에서는 큐브 집합조직 ((100)[001])을 갖는 강판을 제조하는 방법을 제시하고 있다. 또한 동일 발명인이 출원한 미국등록특허 제3,868,278호에서는 큐브 집합조직을 갖는 합금 조성을 제시하고 있다. 포스터 등이 제시한 큐브 집합조직을 형성하는 방법은 다음과 같다. Fe-5~35중량%Co로 이루어진 합금을 열간 압연하여 판재의 두께를 ~2mm 정도 되게 한다. 상기 열간 압연 판재를 산세한 후에, 건조한 수소 가스 분위기(이슬점<-40℃) 하에서 850℃ 5시간 열처리를 한다. 이렇게 처리된 시편을 그 두께 감소(압하율)가 75% 이상이 되도록 냉간 압연을 실시한다. 그런 다음 상기 판재를 건조한 수소 가스 분위기 (이슬점<-40℃) 하에서 온도 구간은 페라이트 상이 안정한 온도(850℃~Ac)로 하여 24~48시간 열처리를 한다. 이와 같이 처리된 상기 판재는 비교적 높은 집적도를 갖는 큐브 집합조직을 형성한다고 한다.
그러나 상기 자성 특성을 향상시키는 집합조직 형성 방법은 일정한 단점을 내포하고 있다. 그 첫째는 상기 열처리 결과 얻을 수 있는 판재는 큐브-온-페이스가 아니라 큐브 집합조직을 갖고 있다는 점이다. 큐브 집합조직은 방향성을 갖고 있어서 자화 방향이 계속 변화하는 회전 기기의 코어로는 적합하지가 않다. 즉, 큐브 집합조직을 갖는 판재는 일정 방향으로만 자화되는 변압기 등에 적합한 집합조직이다. 만약 상기 큐브 집합조직을 갖는 판재를 회전기기인 모터 등에 사용하려면, 코어를 제작할 때 상기 판재 면에 존재하는 <001> 방향이 모든 방향으로 균등하게 배열되도록 주의하여 적층하여야 한다. 이렇게 함으로써 코어가 모든 방향으로 동일한 자기 특성을 나타낼 수 있게 된다. 그 단점의 둘째는 상기 열처리를 이용해서 큐브 집합조직을 얻을 때 나타나는 조성적 한계로, 포스터 등의 미국등록특허 제3,868,278호에서 제시하고 있듯이, 재료 내부에 크롬의 양이 0.3중량% 이하로 제한되어야 한다는 점이다. 전술한 바와 같이 Fe-Co 합금은 높은 자속밀도를 갖고 있지만 비저항이 낮다는 단점이 있다. 따라서 우수한 연자성 특성을 갖기 위해서는 비저항 값을 높여야 한다. 그런데 크롬은 Fe-Co 합금에서 기계적 특성을 열화시키지 않으면서 효과적으로 비저항을 높일 수 있는 중요한 첨가 원소로 알려져 있다. (K. Foster, D.R. Thornburg, Magnetic properties of oriented iron-cobalt alloys, AIP Conf. Proc. 24 (1975) p.709) 따라서 크롬 함량이 낮은 범위에서만 큐브 집합조직을 얻을 수 있는 상기 발명은 그 적용성에 일정 한계가 있다고 할 수 있다. 한편 크롬을 0.3중량% 이상 함유한 재료에서 {100} 면이 판재 면에 평행하게 배열된 집합조직을 얻는 것은 매우 중요한 기술이다. 마지막으로 상기 미국등록특허 제3,977,919호 및 제3,868,278호는 현재 상업적으로 사용되고 있지 않다. 또한 이러한 집합조직 형성이 재현되었다는 연구 결과가 다른 연구자에 의해서 보고된 적이 없다. 이러한 현상이 발생한 원인을 추정해 보면, 상기 두 발명이 제시한 방법에는 재현성에 문제가 있거나 공업적으로 적용이 어렵기 때문이라고 판단된다. 한편 미국공개특허 제2007-0029013호, 제2004-0099347호, 미국등록특허 제5,919,319호 등의 발명에서도 그 청구항에 {100} 집합조직을 형성한 Fe-Co 강판을 언급하고 있지만, 구체적인 제조 조건을 제시하지 못하고 있다. 상기 종래 기술을 종합 판단하여 본다면 아직까지는 Fe-Co계 합금에 큐브-온-페이스 집합조직을 구현하여, 연자성 특성이 우수한 판재를 제조하는 방법이 제시되지 못하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 한 과제는, 상기와 같이 종래의 방법들이 가지고 있는 불완전함을 극복하고자 한 것으로서, 코발트(Co)를 10~35중량% 포함하는 철 합금에서 효율적이고 반복 재현 가능하며 판재 표면에 평행하게 {100}면이 형성된 큐브-온-페이스 집합조직을 고밀도로 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 상기 판재의 표면에 평행하게 {100}면이 형성된 집합조직을 효율적으로 판재의 내부로 성장시켜 그 입자의 길이가 최소한 판재 두께의 반 이상이 되는 반관통형 미세조직을 갖는 연자성 Fe-Co 강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 판재 표면에 평행하게 {100}면이 형성된 큐브-온-페이스 집합조직이 고밀도록 형성되어, 자기특성이 향상된 Fe-Co계 연자성 강판을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 측면은, 10~35중량%의 코발트(Co)를 포함하는 철(Fe) 합금으로 이루어진 판재에서, 상기 판재면에 평행하게 결정조직의 {100}면이 형성된 집합조직을 형성하는 방법으로, (a) 상기 판재의 표면이 산화되지 않도록 분위기를 조절한 후, 상기 판재가 오스테나이트상이 되도록 열처리하는 단계 및 (b) 상기 판재의 오스테나이트 상을 페라이트 상으로 상 변태시켜, 상기 판재 표면에 {100}면이 상기 판재면에 평행한 큐브-온-페이스 집합조직이 형성되도록 하는 단계를 포함하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 (a) 단계의 산소 분압은 10-15 atm 이하인 것이 바람직하고, 상기 철(Fe) 합금이 상기 코발트 이외의 합금원소를 더 포함하는 경우에는 상기 (a) 단계의 산소 분압은 10-22 atm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 (a) 단계는 환원성 가스 분위기에서 수행되며, 상기 환원성 가스는 수소 또는 탄화수소 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 (b) 단계의 상 변태는 상기 오스테나이트 상 판재를 냉각시키는 방법에 의해 이루어지며, 냉각속도는 600℃/hr 이하일 수 있고, 바람직하게는 100℃/hr 이하이다.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 철(Fe) 합금은 오스테나이트 상 안정화 원소를 포함하고, 상기 (b) 단계의 상 변태는, 상기 (b) 단계의 오스테나이트 상 판재의 표면에 포함된 상기 오스테나이트 상 안정화 원소의 제거에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 철(Fe) 합금은 오스테나이트 상 안정화 원소를 포함하고, 상기 (b) 단계의 상 변태는 상기 오스테나이트 상 판재의 냉각과 함께 상기 판재의 표면에 포함된 상기 오스테나이트 상 안정화 원소의 제거에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 철(Fe) 합금은, 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브데늄(Mo), 니켈(Ni), 규소(Si), 망간(Mn), 탄소(C)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 환원성 가스에 캐리어(carrier) 가스로 불활성 가스를 더 포함할 수 있고, 상기 환원성 가스의 압력은 0.1 기압 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 (a) 단계는 이슬점이 -20℃ 이하인 수소 가스 분위기 하에서 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 (a) 단계는 10-3 torr 이하의 진공 분위기 하에서 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 (a) 단계는 30분 이내에 이루어질 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 2 측면은, 10~35중량%의 코발트(Co)를 포함하는 철(Fe) 합금으로 이루어진 판재에서, 상기 판재면에 평행하게 결정조직의 {100}면이 형성된 집합조직을 형성하는 방법으로, (a) 상기 판재의 표면이 산화되지 않도록 산소 분압을 조절하고, 상기 판재가 오스테나이트 상이 되도록 열처리하는 단계, (b) 상기 판재의 오스테나이트 상을 페라이트 상으로 변태시켜, 상기 판재 표면에 {100}면이 상기 판재면에 평행한 큐브-온-페이스 집합조직이 형성되도록 하는 단계 및 (c) 상기 판재의 표면에 형성된 집합조직을 내부로 성장시키는 단계를 포함하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 (c) 단계는, 상기 판재의 연속적 냉각을 통해 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 철(Fe) 합금은 오스테나이트 상 안정화 원소를 포함하고, 상기 (c) 단계는, 상기 판재의 표면은 페라이트 상이 안정하고 내부는 오스테나이트 상이 안정한 온도 하에서, 오스테나이트 상 안정화 원소를 상기 판재 표면으로부터 제거시킴으로써 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 (c) 단계 후, 판재의 두께방향 결정입자의 길이는 상기 판재 두께의 0.5배 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 판재는 2.0중량% 이하의 망간(Mn)을 포함하고, 상기 판재의 연속적 냉각은 100℃/h 이하의 속도로 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 판재는 탄소(C)를 포함하고, 상기 (c) 단계는 상기 판재의 표면은 페라이트 상이 안정하고 내부는 오스테나이트 상이 안정한 온도 하에서 실시하며, 상기 판재를 탈탄시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 열처리된 판재를 탈탄시킴으로써, 상기 (b) 단계와 (c) 단계가 동시에 이루어지도록 할 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 3 측면은, 10~35중량%의 코발트(Co)를 포함하는 철 합금으로 이루어진 연자성 강판으로, 상기 강판의 두께방향의 결정립 길이가 판재 두께의 0.5배 이상이고, 하기 [식 1]로 구해지는 {100}면 집합계수 P100이 6 이상인 것을 특징으로 하는 연자성 강판을 제공하는 것이다.
[식 1]
Figure 112012014319892-pat00001
여기서, Nhkl: 다중인자(multiplicity factor),
Ihkl: (hkl) 면의 X-선(X-ray) 강도,
IR , hkl: 랜덤한 시편의 (hkl)면의 X-선(X-ray) 강도
본 발명의 제 3 측면에 있어서, 상기 연자성 강판은 0.5~3중량%의 크롬(Cr)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 판재 표면에 평행한 {100}면 집합조직(큐브-온-페이스 집합조직)을 고밀도로 형성하기 때문에 우수한 자기특성을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 {100}면 큐브-온 페이스 집합조직을 단순한 공정(열처리 - 상변태)을 통해 얻을 수 있어 대량생산에 적합하고 재현성도 매우 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 Fe-Co계 합금에 범용적으로 적용될 수 있어 그 활용도가 대단히 높다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 표면 집합조직의 형성과 집합조직의 두께방향으로의 성장을 단일한 열처리 공정으로 수행할 수 있기 때문에 공정 효율성을 종래에 비해 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법과 이에 의해 제조된 연자성 강판은, 종래에 비해 크롬(Cr)과 같은 합금원소를 0.5중량% 이상으로 포함할 수 있어 와류손을 줄일 수 있고, {100}면의 집합밀도가 높아 고가의 코발트(Co)를 적게 사용하고도 우수한 자기특성을 구현할 수 있으며, 단순한 공정으로 대량생산이 가능하므로, 연자성 강판 산업에 매우 혁신적인 기술을 제공할 수 있을 것이며, 본 발명의 파급효과는 매우 클 것으로 기대된다.
도 1은 Fe-17%Co-2.0%Cr 합금 판재 열처리 시 열처리 온도 변화에 따른 집합계수의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 Fe-17%Co-2.0%Cr 합금 판재를 이슬점이 -50℃인 1기압의 수소 가스분위기 및 1000℃의 온도에서 30분간 열처리를 한 후에 시편에서 나타나는(200) 극점도 그래프이다.
도 3은 Fe-17%Co-2.0%Cr 합금 판재를 이슬점이 -50℃ 인 1기압의 수소 가스분위기 및 1000℃의 온도에서 30분간 열처리를 한 시편에서 나타나는 방위분포함수(ODF) 그래프이다(φ2 = 45°단면).
도 4는 Fe-17%Co-2.0%Cr 합금 판재를 이슬점이 -50℃인 1기압의 수소 가스분위기 및 1000℃의 온도에서 30분간 열처리를 한 시편의 단면 미세조직을 보여주는 사진이다.
도 5는 Fe-17%Co-2%Cr 합금 판재를 1기압 수소 분위기에서 열처리할 때, 수소 가스 이슬점 변화에 따른 집합계수의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 Fe-17%Co-X%Cr 합금을 열처리할 때, 크롬 함량에 따른 온도별 산화가 발생하는 수소 가스의 이슬점의 변화를 보여주는 그래프이다.
본 발명의 제 1 측면에 따라 Fe-10~35%Co 합금으로 이루어진 금속 판재의 표면에 소정의 집합조직을 상기 판재의 표면에 형성하기 위해서는 우선, 상기 금속 판재를 오스테나이트(γ) 상이 안정한 온도 하에서 열처리하여야 한다. 상기 공정을 통하여 열처리 된 Fe-10~35중량%Co 합금 판재를 페라이트(α) 상으로 상 변태 시킴으로써, 표면에 소정의 집합 조직을 형성할 수 있다.
Fe-10~35중량%Co 합금을 가열하게 되면, 900~1000℃ 구간에서 판재의 원자 구조는 bcc 구조를 갖는 페라이트 상에서 fcc 구조를 갖는 오스테나이트 상으로 상 변태를 하게 된다. 그리고 본 발명은 오스테나이트 상에서 페라이트 상으로 상 변태 현상이 발생할 때, 열처리 분위기를 조절하여 표면 집합조직을 형성하는 방법이다.
구체적으로, 본 발명의 제 1 측면에 따라 Fe-10~35중량%Co 합금으로 이루어진 금속 판재 면에 평행한 {100}면을 상기 금속 판재 표면에 형성시키기 위해서는 우선, i) 상기 금속 판재의 상 변태가 발생할 때 열처리 분위기 등에서 산소 분압을 조절하여 상기 판재의 표면에서 산화가 발생하지 않도록 하면서, ii) 오스테나이트 상이 안정한 온도 하에서 상기 금속 판재를 열처리한다. iii) 상기 열처리 된 금속 판재를 페라이트 상으로 상 변태 시킴으로써, 상기 금속 판재의 표면에 상기 금속 판재 면에 평행한 {100}면을 갖는 입자들을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면은, 본 발명의 제 1 측면에 따라 Fe-10~35중량%Co계 합금으로 이루어진 판재의 표면에 {100}면의 큐브-온-페이스 집합조직이 형성된 후, 또는 상기 판재의 표면에 {100}면의 큐브-온-페이스 집합조직이 형성됨과 동시에 상기 표면 {100} 입자를 내부로 성장시키는 것이다.
본 발명에서, 상기 상 변태 단계 및 내부성장 단계는 경우에 따라서는 별도의 공정에 이루어지지 않고 일괄적 또는 연속적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제 3 측면은, i) Fe-10~35%Co 합금으로 이루어지고, ii) 적어도 표면적의 30%가 {100}면이 판재 면에 평행한 입자로 구성된 집합조직 구조를 갖고, iii) 상기 판재 면에 평행한 {100}면을 갖는 결정 입자가 판재를 반관통 혹은 관통하는 미세조직을 갖는 연자성 강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면 및 제 2 측면에 따른 공정 조건을 엄격하게 제어할 경우 판재 면에 평행한 {100}면을 갖는 입자가 거의 100%인 판재를 만들 수도 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.
표면 {100} 집합조직 형성 방법
본 발명에 따른 Fe-10~35중량%Co 합금으로 이루어진 금속 판재 표면에 {100} 집합조직을 형성 방법은, 크게 금속 판재 표면의 산화를 방지하면서 오스테나이트 상이 안정한 온도에서 상기 금속 판재를 열처리하여 Fe-10~35중량%Co 합금의 상(phase)을 오스테나이트 상으로 만드는 열처리 단계와, 오스테나이트 상을 페라이트 상으로 변태 시키는 상 변태 단계를 포함한다.
상기 열처리 단계는 금속 판재의 표면에 판재 면과 평행한 {100}면 집합조직을 형성하기 위해, 금속 판재의 표면에 산화 피막이 형성되지 않은 상태로 오스테나이트 상을 만들고 또한 오스테나이트 상을 페라이트 상으로 변태되는 동안에도 금속 판재의 표면에 산화 피막이 형성되지 않도록 하기 위한 것이다. 따라서 본 발명에 있어서 열처리는 열처리 온도, 열처리 압력 및 가스 분위기 등의 공정 조건뿐만 아니라, 산소 분압의 조절이 매우 중요한 인자로서 작용하므로, 분위기 중 산소의 함량이 엄격하게 제어되어야 한다.
Fe-Co 이원계 합금을 구성하는 철과 코발트는 모두 여타의 금속 원소에 비해서 고온에서 잘 산화되지 않는 재료이다. 코발트가 10~35중량% 함유된 철 합금을 1000℃에서 열처리할 경우, 상기 재료의 산화를 방지하기 위해서는 열처리 분위기 내의 산소 분압이 대략 10-15atm 이하로 조절되어야 한다. 이를 1기압 수소의 이슬점으로 변환시킨다면 상온 수소의 이슬점이 70℃ 이하인 수소 분위기 조건이 된다. 상기의 이슬점을 갖는 수소 분위기란 일반적인 수소 분위기라면 당연히 포함하며, 비록 수소를 미량(~5%) 포함하는 분위기에서도 상기 Fe-Co 이원계 합금에서는 산화가 발생하지 않는다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 {100}면 형성 방법은 상기 금속 판재가 코발트를 10~35중량% 함유한 철로 이루어진 금속 판재뿐만 아니라 상기 조성에 다양한 합금이 첨가된 금속 판재에도 범용적으로 적용될 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 Fe-Co계 합금에 첨가될 수 있는 합금원소로는 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브데늄(Mo), 망간(Mn), 니켈(Ni), 규소(Si), 탄소(C) 등이 있다. 이들 원소들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 첨가될 수 있다. 상기 원소들은 금속 판재의 물성 향상을 위하여 첨가될 수도 있으나, 본 발명에서는 {100}면 집적도 향상 및 {100}면 조직의 내부 성장 등을 고려하여 첨가되는 원소들이다.
상기 합금원소가 미량이라도 함유되거나, 합금 내에 미량의 불순물 형태로 존재하고, 또한 상기 함유 원소의 산소 친화력이 철이나 코발트보다 크다면, 상기 {100}면 형성 열처리를 실시할 때, 이들 원소가 상기 판재 표면에서 선택적으로 산화하게 된다. 이러한 합금원소의 표면 산화는 판재 표면에 평행하게 {100}면이 형성되는 것을 방해한다. 따라서 상기 의도적 첨가 원소 및 불순물을 함유한 재료에서는 열처리 분위기로 사용되는 분위기 가스의 산소 분압이 Fe-Co 이원계 합금보다 더욱 엄격하게 조절되어야 상기 판재의 표면에서 산화가 발생하지 않게 된다.
상 변태가 발생하는 온도 조건에서 산화가 발생하기 시작하는 산소 분압은 첨가 합금 원소의 종류 및 양에 따라 다르기는 하지만, 철과 코발트 이외의 원소를 포함하는 경우, 대략 10-22 atm이하로 유지되는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 10-24 atm이하로 유지되는 것이 좋다. 이를 1기압 수소 열처리 분위기의 이슬점으로 변환시킨다면 상온 수소의 이슬점이 -20℃ 이하인 100% 수소 가스 분위기 조건으로 유지되어야 한다는 것을 의미한다. 즉, 일반적으로 건조 수소(dry hydrogen) 분위기라고 불리는 수소 분위기(이슬점<-40℃)에서는 어느 분위기에서도 상기 Fe-Co 합금이 산화되지 않는다는 것을 의미한다.
또한, 상기 열처리 단계는 환원성 가스 분위기 하에서 이루어질 수 있다. 환원성 가스는 금속 판재로부터 산소를 제거하고 나아가 금속 판재 면과 산소가 반응하지 않도록 산소를 차단하는 역할을 한다. 상기 환원성 가스의 예로서는 수소 가스, 탄화 수소 가스 등을 들 수 있다.
수소 가스는 수소 가스에 포함된 수소 원자가 금속 판재 표면에 포함된 산소와 결합하여 H2O 기체를 형성함으로써, 상기 금속 판재 표면의 산소를 제거할 수 있다.
또한, 상기 탄화수소 가스의 경우에는 탄화수소 내의 수소 원자들이 상기 금속 판재 면에 포함된 산소와 결합하여 H2O 기체를 형성할 수도 있고, 탄화수소 내의 탄소원자들이 상기 금속 판재 표면에 포함된 산소와 결합하여 일산화탄소 기체 등을 형성함으로써 상기 금속 판재 표면의 산소를 제거하게 된다.
열처리 단계에서 환원성 가스를 사용할 경우, 환원성 가스의 압력은 특별히 제한되지 않으나, 대략 1 기압 이내인 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는, 0.00001기압(7.6×10-3torr) ~ 0.1기압(76torr)이 되도록 유지하도록 한다.
환원성 가스는 수소 가스, 탄화수소 가스 등이 단독 또는 혼합된 상태로 사용될 수 있으며, 캐리어(carrier) 용도로 헬륨, 아르곤, 네온, 질소 등의 불활성 가스를 더 포함한 상태로 사용될 수도 있다.
본 발명의 열처리에 사용되는 1기압의 100% 수소가스의 경우 이슬점이 -20℃ 이하인 가스 분위기 하에서 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 이슬점이 높아지면, 수분이 증가하게 되고, 결과적으로 열처리 분위기 내에 산소의 영향이 증가할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 열처리 단계는 환원성 가스 분위기뿐만 아니라 1×10-3torr 이하의 진공 분위기에서도 이루어질 수 있고, 바람직하게는 5×10-5torr 이하의 높은 진공도에서 수행되며, 이는 산소 분압을 낮게 유지하기 위해서이다.
또한, 상기 열처리 단계는 상기 금속 판재의 오스테나이트 상(austenite phase)이 안정한 온도 범위 내에서 이루어진다.
코발트를 10~35중량% 함유한 Fe-Co계 합금은 상온에서 페라이트 상이 안정하지만 온도가 높아지게 되면 오스테나이트 상만이 안정한 영역으로 변이되는 상 변태 과정을 거치게 된다. 상기 열처리는 상술한 오스테나이트 상 영역에 대응한 온도 범위에서 이루어진다. 상기 오스테나이트 상의 안정 영역에 대응한 온도 범위는 금속 판재에 포함된 합금 원소들의 종류 및 함량에 따라 가변적이다.
상기 상 변태 단계는, 열처리를 통해 오스테나이트 상으로 이루어진 금속 판재를 다시 페라이트 상으로 변태시키면서 금속 판재 면에 평행한 {100}면 집합조직이 금속 판재 표면에 형성되도록 하는 단계이다.
상 변태 방법은, 상기 Fe-10~35중량%Co 합금을 페라이트 상이 안정한 온도로 냉각시켜 페라이트 변태가 생기도록 하는 방법(냉각법), 상기 Fe-10~35중량%Co 합금의 조성을 변화시켜 페라이트 변태가 생기도록 하는 방법(조성변화법), 및 냉각과 조성변화를 동시에 수행하여 페라이트 변태가 생기도록 하는 방법(냉각 및 조성변화법)이 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 '조성 변화'란, 금속 판재 내부에 포함된 오스테나이트 안정화 원소들이 산소 원자와 반응하여 산화물을 생성하거나, 열처리 분위기 내로 기화되는 등의 다양한 형태를 포함하는 것을 의미한다.
상기 냉각법의 경우, 상 변태가 이루어지는 구간의 냉각 속도가 매우 중요하며, 냉각 속도는 600℃/h 이하로 유지되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100℃/h 이하로 유지되는 것이 좋은데, 냉각 속도가 600℃/h를 초과할 경우, 판재면에 평행한 {100}면 집합조직의 형성이 어려워지기 때문이다.
상기 조성변화법은, 오스테나이트 상이 안정한 일정한 온도(즉, 항온)에서 상기 금속 판재 표면의 조성을 변화시키는 방법인데, 조성변화를 발생시키는 원소로는 탄소(C), 망간(Mn) 등이 있다.
상기 탄소(C)는 오스테나이트 안정화 원소이므로, Fe-Co계 합금에 탄소가 첨가되면 페라이트-오스테나이트 상 변태 온도가 낮아지게 된다. 이때 열처리 온도를 조절하여 금속 내에 탄소가 존재할 때는 오스테나이트 상이 안정한 상으로 존재하며, 동시에 탈탄이 발생하여 탄소가 표면에서 제거되었을 때는 페라이트 상이 안정한 상으로 존재하는 온도 구간에서 열처리를 실시한다. 열처리 분위기는 약 탈탄 분위기(1×10-3torr 이하의 진공도 또는 이에 준하는 이슬점을 갖는 수소 분위기 등)로 하여 열처리를 실시한다. 이와 같은 열처리를 실시하면 오스테나이트 상으로 변태된 금속 판재의 표면 탈탄을 통해서 표면의 오스테나이트 입자가 페라이트 입자로 항온 변태를 하게 된다. 이때, 약탈탄 분위기의 의미는 탈탄은 발생하지만 금속 표면을 산화시키지 않는 조건을 의미한다. 적당한 산소 분압을 가질 때 금속 표면에서 탈탄은 발생하지만 산화는 발생하지 않는 이유는 금속 표면에서 금속 원소가 산화되는 것보다 상기 금속 표면에서 재료 표면의 탄소와 분위기 내의 산소가 결합하여 일산화탄소를 형성되는 반응이 더 용이하게 발생하기 때문이다. 이에 따라 금속 표면의 탄소는 분위기 내의 산소와 반응하여 일산화탄소 기체를 형성하여 분위기 내로 사라지고, 따라서 판재 표면의 탄소 농도는 낮아지며, 동시에 금속 표면은 FeO, CoO 등으로 산화되지 않은 금속 상태로 존재하게 된다. 이와 같은 현상이 발생하면 금속 표면은 오스테나이트 안정화 원소인 탄소 농도 감소에 의해서 페라이트로 상 변태하게 된다. 즉 상기 판재의 표면은 금속 Fe가 산화되지 않는 상태이면서 동시에 상 변태가 발생하는 경우이기 때문에, 상기 금속 판재의 표면에서 판재면에 평행한 {100}면 집합조직이 형성되게 된다.
상기 탄소(C)의 함량은 0.03~0.3중량%가 바람직한데, 이는 0.03중량% 미만일 경우 변화되는 변태온도 구간이 좁아 항온변태를 조절하기 어렵고, 0.3중량%를 초과할 경우, 탈탄에 많은 시간이 소요되기 때문이다.
상기 망간(Mn)도 오스테나이트 안정화 원소이다. 따라서 망간(Mn)을 첨가하게 되면 상 변태 온도가 낮아지게 된다. 이때 열처리 분위기는 망간(Mn)이 기화하기 쉬운 진공 분위기(1x10-3torr 이하의 진공)로 하며, 동시에 열처리 온도는 망간이 기화되지 않았을 때의 조성에서는 오스테나이트 상이 안정한 상으로 존재하고, 망간(Mn)이 기화해서 판재 표면의 망간(Mn) 농도가 낮아졌을 때는 페라이트 상이 안정한 상으로 존재하는 온도구간에서 열처리를 실시한다. 상기 조건에서 열처리를 실시하면, 상기 판재 표면에서 망간(Mn)이 기화를 통해서 농도가 낮아지면서 오스테나이트 입자가 페라이트 입자로 상 변태를 하게 된다.
망간(Mn) 첨가 Fe-Co 합금의 상 변태에서 {100}면 강화가 발생하는 이유는 판재 표면 근처의 분위기 중 산소 분압이 매우 낮기 때문이다. 그리고 상기 판재 표면 근처의 산소 분압이 낮은 이유는 기화된 망간(Mn)의 산화 때문이라고 설명할 수 있다. 망간(Mn)은 다른 금속에 비해 그 증기압이 1000배 이상 크기 때문에 고온 진공 분위기에서 매우 빠른 속도로 기화하며 이에 따라 판재의 표면에서 망간(Mn)의 농도가 낮아지게 된다. 그런데 망간(Mn)은 오스테나이트 상을 안정화시키는 원소이다. 따라서 상기 판재의 표면에서 망간의 농도가 낮아지게 되면 이 부분은 결국 페라이트로 상 변태하게 된다. 또한 망간(Mn)의 기화는 금속 표면 산화 현상을 방지하는 역할을 한다. 상기 판재로부터 기화된 금속 망간(Mn)은 열처리 분위기 내에 존재하는 산소와 반응을 하게 된다. 그에 따라 금속 판재 표면 주변은 상대적으로 낮은 산소 분압 상태에 놓이게 된다. 예를 들어보면 900℃에서 기화된 금속 망간(Mn)이 분위기 내의 산소 원자보다 충분히 많다면, 상기 판재 표면 주변의 산소 분압은 그 평형 값에 가까운 값(2.2×10-27atm)을 갖게 될 것이다. 이는 1기압 수소분위기에서 이슬점이 -64℃ 이상인 경우에 해당한다. 따라서 망간이 휘발되는 1×10-3torr 이하의 진공 조건은 금속 표면의 산화를 방지할 수 있는 충분히 낮은 산소 분압 조건에 해당한다.
상기 망간(Mn)을 사용할 경우, 0.3~2.0중량%로 첨가되는 것이 바람직한데, 0.3 중량% 미만일 경우 변화되는 변태온도 구간이 좁아 항온변태를 조절하기 어렵고 또한 망간의 효과도 작으며, 2.0중량%를 초과할 경우 기계적 특성이 열화 때문이다.
상기 냉각 및 조성변화법은 조성변화와 동시에 냉각을 병행하여 수행하는 방법이며, 이때 전술한 냉각 및 조성변화에 따른 상 변태 메커니즘이 동시에 작용하게 된다.
본 발명에 따른 {100}면 집합조직의 형성은, 비교적 단시간의 열처리를 통해 수행될 수 있고, 열처리 조건에 따라서는 30분 이내의 매우 짧은 시간으로도 높은 집합도를 갖는 표면 {100}면 집합조직의 형성이 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면 {100}면 집합조직의 형성에는 열처리시 산소의 제어가 매우 중요하며, 상기 열처리는 상기 금속 판재의 표면에 실질적으로 산화 피막이 형성되지 않을 조건에서 이루어져야 한다. 또한 열처리 시 표면의 산화물 유무에 따라 {100}면의 집합도가 현저히 변화될 수 있다.
표면 {100}면 입자의 내부 성장
자성 특성이 우수한 판재를 얻기 위해서는 판재 면과 평행한 {100}면을 갖는 표면 입자를 판재 내부로 성장시켜 그 미세조직이 관통형(입자의 두께방향 결정립 길이가 두께와 동일) 또는 적어도 반 관통형(입자의 두께방향 결정립 길이가 두께의 0.5배 이상) 구조가 되게 할 필요가 있는데, 이는 금속 판재의 미세조직이 반 관통형 또는 관통형 구조라면 표면뿐만 아니라 내부도 판재 표면과 동일한 원자배열을 갖게 되어, 우수한 자기 특성을 나타내기 때문이다.
표면 {100} 입자의 내부 성장은, 표면 {100}면 입자 형성 열처리와 동시에 연속 공정에 의하여 수행될 수도 있고, 표면 {100}면 입자 형성 열처리와 내부 성장 열처리를 분리하여 불연속적으로 수두 공정이 분리되어 불연속적으로 수행될 수도 있다.
표면 {100} 입자의 내부 성장은, 전술한 표면 {100} 집합조직 형성 열처리 중에 상기 판재가 표면으로부터 내부로 점진적으로 냉각되면서 표면 입자가 내부로 성장하여 이루어지거나, 또는 상기 판재 내부에 포함된 오스테나이트 상 안정화 원소가 상기 금속 판재의 표면으로 제거되는 과정에 형성되는 농도 구배(표면쪽 저농도 내부쪽 고농도)에 의해 표면 {100} 입자가 내부로 성장하는 과정을 통해 이루어지며, 냉각 및 조성변화의 동시 변화를 통해 이루어질 수도 있다.
상기 Fe-Co 합금 판재에서 냉각시 발생하는 상 변태는 표면에서 먼저 발생한다. 그 이유는 표면의 온도가 가장 낮기 때문이며 또한 표면입자는 수직 방향으로 응력을 받지 않기 때문에 페라이트 핵 생성이 용이하기 때문이다. 만약 이렇게 표면에서 상 변태가 발생할 때 표면에 산소의 영향을 최소화시켜서 산화 피막이 존재하지 않는다면, 표면에 형성된 페라이트 입자는 {100}면을 선택적으로 갖게 된다.
이는 전술한 판재 표면 {100}면 집합조직 형성 방법이다. 이렇게 표면에 존재하는 오스테나이트 입자로부터 형성된 페라이트 입자는 판재가 표면으로부터 내부로 순차적으로 냉각되게 됨에 따라 오스테나이트/페라이트 상 경계면이 내부로 이동하게 되어 상기 표면 페라이트 입자가 내부로 성장하게 된다. 적절한 조성을 갖는 Fe-Co 합금에서 적절한 냉각속도(600℃/h 이하)로 상기 판재를 냉각시키면 상기 표면 {100} 페라이트 입자가 판재 두께의 반 이상으로 성장하게 된다.
연자성 재료용 Fe-Co 합금은 상대적으로 불순물이 적은데, 그 이유는 연자성 재료는 자기 특성을 향상시키기 위해 상대적으로 불순물이 적게 함유해야 하기 때문이다. 그런데 불순물이 적은 합금은 상 변태가 발생할 때, 오스테나이트/페라이트 상 경계면의 이동속도가 크다. 따라서 상기 열처리 결과 상기 Fe-Co 합금 판재는 표면뿐만 아니라 내부까지 {100}면이 판재 면에 평행한 입자로 구성되게 된다.
본 발명에 따른 냉각에 의한 표면 {100}면 형성 단계 및 내부 성장 단계는 총 30분 이내에 이루어질 수 있으며, 공정 조건에 따라서는 수 분 내지 수 십분 내에도 이루어질 수 있다. 따라서, 별도의 내부 성장을 위한 단계가 불필요하여 매우 효율적으로 큐브-온-페이스 집합조직을 갖는 Fe-Co 강판을 제조할 수 있다.
한편, 상기 Fe-Co 판재가 망간을 포함할 경우에는 상 변태를 위한 냉각 속도를 상대적으로 낮추어야만 상기와 같이 표면에 형성된 {100} 입자를 내부로 성장시켜 상기 Fe-Co-Mn 판재가 표면뿐만 아니라 내부까지 {100}면이 판재 면에 평행한 입자로 구성되게 된다.
망간 함유강은 상 변태가 망간 기화를 통해서 발생한다. 이때 망간 기화에 따른 상 변태만을 이용해서 표면에 형성된 {100} 입자를 내부로 성장시킨다면, 반관통형 혹은 관통형 입자를 형성시키기 위해서는 너무 많은 시간이 소요되고 그에 따라 공정의 효율이 떨어지게 된다. 따라서 망간을 함유한 Fe-Co 합금에서는 냉각을 이용해서 판재 표면에 존재하는 {100}면을 갖는 페라이트 입자를 내부로 성장시키는 것이 바람직하다. 이때 상기 판재를 냉각시키는 속도는 매우 느려야 한다. 상기 냉각속도는 100℃/시간 이하의 냉각속도가 필요하며 더욱 바람직하게는 50℃/시간 이하의 냉각속도가 필요하다. 만약 냉각 속도가 너무 빠르게 되면 표면에 형성된 {100} 입자가 내부로 성장하는 속도보다 판재 내부의 온도가 페라이트가 안정한 온도 영역에 더 빨리 도달하게 되고, 따라서 판재 내부에서 새로운 페라이트 핵이 형성된다. 즉 상기 판재는 반관통형 미세조직을 형성하지 못하게 되며, 판재 내부의 집합조직은 판재 표면의 {100} 집합조직과는 다른 상이한 집합조직을 갖게 된다. 따라서 자기 특성이 저하되게 된다.
상기 Fe-Co 판재가 탄소를 포함할 경우, 상기 내부 성장 단계는 표면 {100}면이 형성된 금속 판재를 탈탄시킴으로써 상기 표면 {100} 입자를 내부로 성장시킬 수 있다.
상기 금속 판재를 탈탄 시키는 단계는, 수분 존재 하에서 효율적으로 이루어질 수 있다. 탈탄 단계에서 수분을 이용할 경우, 상기 금속 판재 표면은 페라이트 상이 안정하고 내부는 오스테나이트 상이 안정한 온도 하에서 이루어져야 한다.
수분을 이용한 탈탄을 실시할 경우에는 수분이 산소를 금속 표면에 공급하므로 금속 판재의 표면이 오스테나이트 상이 안정한 구역에서 열처리를 하게 된다면 상 변태가 발생하더라도 {100}면의 강화는 발생하지 않는다.
따라서 수분을 이용하여 탈탄을 실시할 때에는 이미 표면에 강한 {100}면이 형성되어 있어야 하며 또한 탈탄 온도 구간에서 표면은 페라이트 상이 안정한 온도 구역에 있어야 한다. 그리고 상기 판재의 내부는 오스테나이트 상이 안정하여야 탈탄을 통하여 표면에 존재하는 {100}면을 갖는 입자를 내부로 성장시킬 수 있다.
수분을 포함하는 분위기에서 표면 입자를 성장시키기 위해서는 이슬점이 0℃ 이상인 수분을 포함하는 수소-질소 혼합가스 혹은 수소 가스 중에서 탈탄을 실시 함으로써 반 관통형 입자 구조를 갖는 판재로 제조할 수 있다.
한편, 수소 가스분위기 하에서도 탈탄이 발생하면서 {100}면 입자가 성장할 수 있다. 이 경우 탈탄 속도는 느리지만 수분을 사용하지 않으므로 상기 판재 표면의 상이 페라이트로 제한되지 않더라도 표면에 고밀도로 형성된 {100} 입자를 서서히 내부로 성장시킬 수 있다.
진공에서도 탈탄은 발생한다. 진공 분위기에는 진공도에 따라 다르긴 하지만 미량의 산소가 존재하며 이 산소가 판재에 존재하는 탄소와 결합하여 일산화탄소를 형성하면서 탈탄이 발생한다. 따라서 진공 분위기에서도 표면에 이미 형성된 {100}면을 유지하면서 상기 {100}면 입자를 성장시킬 수 있다. 진공 중에서 표면에 형성된 {100} 입자를 탈탄을 이용해서 내부로 성장시키는 열처리 조건은, 탈탄 온도 구간에서 표면은 페라이트 상이 안정한 온도 구역에 있어야 하며 상기 판재의 내부는 오스테나이트 상이 안정하여야 한다.
그런데 진공 분위기에서 표면 입자를 내부로 성장시키기 위해서는 탈탄 분위기에 장시간 노출되어야 한다는 단점이 있다. 즉 한 장의 나강판을 진공에 오래 노출시키는 것은 대량 생산에 적합한 공정 기술이 아니다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 강판을 여러 층으로 적층시켜서 열처리를 실시한다면 열처리 도중에 강판끼리 확산 접합이 되므로 이 또한 문제를 내포하고 있다. 이렇게 다층의 강판 또는 Fe-Co 코일 등을 열처리할 경우에는 SiO2등으로 구성된 세라믹 페이퍼를 각 판재 사이에 넣으면, 탈탄도 발생하면서 동시에 판재 사이를 분리시켜 확산 접합이 발생하는 현상을 막을 수 있다.
본 발명에 따른 {100} 집합조직 형성 방법은 Fe-Co 합금계에 범용적이고도 원천적으로 적용될 수 있다. 이하에서는 몇 가지 유형의 Fe-Co 합금 판재에서 판재 면과 평행한 표면 {100}면을 형성하는 방법을 일반화한 것이다. 이하 유형들은 후술될 실시예들을 통하여 구체적으로 확인될 수 있다.
이하 설명되는 각 원소들은 철 자체에 포함된 불순물로서의 성분이 아니라 철에 의도적으로 포함한 유효 성분 원소들이며 불순물로서의 함량을 무시한 실제 첨가 함량만을 기재한 것이다.
(1) 철(Fe) + 코발트(Co)
Fe-10~35중량%Co 판재에 상기 판재 면에 평행한 {100}면을 형성하기 위해서는 i) 930~1250℃의 온도 하, ii) 1×10-4torr 이하의 진공 및 760torr 이하의 환원성 가스 분위기 중 어느 하나의 분위기 하에서 상기 합금 판재를 열처리한다. 상기 열처리 된 합금 판재를 페라이트 상으로 상 변태가 되도록 냉각시킨다.
(2) 철(Fe) + 코발트(Co) + 크롬 (Cr)
코발트를 10~35중량%를 포함하고 3.0중량% 이하의 크롬을 포함하는 철 합금 판재에 상기 판재 면에 평행한 {100}면을 형성하기 위해서는 i) 930~1250℃의 온도 하, ii) 1×10-5torr 이하의 진공 및 760torr 이하의 환원성 가스 분위기 중 어느 하나의 분위기 하에서 상기 Fe-Co 합금 판재를 열처리한다. 상기 열처리 된 Fe-Co 합금 판재를 페라이트 상으로 상 변태가 되도록 냉각시킨다.
(3) 철(Fe) + 코발트(Co) + 크롬 (Cr) + 망간(Mn)
코발트를 10~35중량% 포함하고 3.0중량% 이하의 크롬을 포함하며 2.0중량% 이하의 망간을 포함하는 철 합금 판재에 상기 판재 면에 평행한 {100}면을 형성하기 위해서는 i) 850~950℃의 온도 하, ii) 1×10-3torr 이하의 진공 및 760torr 이하의 환원성 가스 분위기 중 어느 하나의 분위기 하에서 상기 Fe-Co 합금 판재를 열처리한다. 상기 열처리 된 Fe-Co 합금 판재를 페라이트 상으로 상 변태가 되도록 냉각 또는 상기 금속 판재의 조성을 변화시킨다.
(4) 철(Fe) + 코발트(Co) + 탄소 (C)
코발트를 10~35중량% 포함하고 0.3중량% 이하의 탄소를 포함하는 철 합금 판재에 상기 판재 면에 평행한 {100}면을 형성하기 위해서는 i) 850~950℃의 온도 하, ii) 1×10-3torr 이하의 진공 및 760torr 이하의 환원성 가스 분위기 중 어느 하나의 분위기 하에서 상기 철 합금 판재를 열처리한다. 상기 열처리 된 철 합금 판재를 페라이트 상으로 상 변태가 되도록 냉각 또는 상기 금속 판재의 조성을 변화시킨다.
(5) 철(Fe) + 코발트(Co) + 망간(Mn) + 탄소 (C)
코발트 10~35중량%와 2.0중량% 이하의 망간 및 0.3중량% 이하의 탄소를 포함하는 철 합금 판재에 상기 판재 면에 평행한 {100}면을 형성하기 위해서는 i) 850~950℃의 온도 하, ii) 1×10-3torr 이하의 진공 및 760torr 이하의 환원성 가스 분위기 중 어느 하나의 분위기 하에서 상기 철 합금 판재를 열처리한다. 상기 열처리 된 철 합금 판재를 페라이트 상으로 상 변태가 되도록 냉각 또는 상기 금속 판재의 조성을 변화시킨다.
이하, 구체적인 실시예들을 들어 본 발명을 더욱 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
하기 표 1은 본 발명에 따른 실시예에서 사용한 판재의 화학적 조성을 나타낸 것이다. 이들 판재는 하기 표 1의 조성을 갖도록 진공유도 용해 공정을 통해서 잉곳(ingot)으로 주조된 후, 2mm 두께의 열간 압연 판재로 제조된 후, 냉간 압연을 통해서 다양한 두께의 냉연 판재로 제조된 것이다.
하기 표 1에 기재된 성분들 중 극미량인 원소들은 의도적으로 첨가된 원소가 아니며, 그 함량은 원래 합금 내부에 존재하는 불순물 수준의 함량으로서 본 발명의 기술 사상에 미치는 영향은 거의 없다 할 것이다.
합금 Fe Co Cr Mn C Si Ni Mo V
Fe-10%Co Bal 9.98 0.002 0.008 0.002 0.002 0.034 - -
Fe-17%Co Bal 17.15 0.003 0.007 0.003 0.002 0.027 - -
Fe-35%Co Bal 35.52 0.002 0.004 0.002 0.002 0.025 - -
Fe-17%Co-1.5%Cr Bal 16.95 1.53 0.004 0.003 0.003 0.017
Fe-17%Co-2.0%Cr Bal 17.22 2.03 0.005 0.002 0.003 0.012 - -
Fe-17%Co-3.0%Cr Bal 16.89 3.07 0.004 0.003 0.002 0.010
Fe-17%Co-1.5%Cr-1.5%Mn Bal 17.36 1.51 1.50 0.002 0.002 0.037 - -
Fe-17%Co-0.2%C Bal 17.27 0.002 0.007 0.205 0.002 0.014 - -
Fe-17%Co-1.5%Mn-0.1%C Bal 16.89 0.004 1.48 0.098 0.006 0.033 - -
Fe-17%Co-1.5%Cr-0.5%Si Bal 17.31 1.48 0.005 0.002 0.45 0.014 - -
Fe-17%Co-1.5%Cr-0.6%Ni Bal 17.11 1.55 0.007 0.004 0.002 0.660 - -
Fe-17%Co-2.5%Cr-1%Mo-0.3%V Bal 16.93 2.45 0.088 0.002 0.100 0.221 0.945 0.285
또한, 본 발명의 실시예에 따라 집합조직을 형성한 판재의 {100}면 집합조직 형성 정도를 평가하기 위하여, X선 회절 분석을 하였으며, 하기 [식 1]의 집합계수를 활용하여 집합도를 평가하였다.
하기 [식 1]은 각 결정면의 강도(intensity)를 통해 특정 결정면의 집합조직 형성 정도를 간접적으로 평가하는 지표로서, 본 발명에서는 집합계수(Phkl)라고 칭한다.
[식 1]
Figure 112012014319892-pat00002
여기서, Nhkl : 다중인자(multiplicity factor)
Ihkl : (hkl) 면의 X-선(X-ray) 강도
IR , hkl : 랜덤한 시편의 (hkl)면의 X-선(X-ray) 강도.
상기 Phkl이 뜻하는 바는 방향성이 없는 무작위 방위를 갖는 시편에서 나타나는 (hkl)면 대비 몇 배의 (hkl)면이 대상 시편에서 존재하는지를 대략적으로 보여주는 값이다. {100}면의 경우 모든 입자의 {100}면이 판재 면에 평행하다면 면지수 값은 20.33을 갖는다.
[실시예 1]
본 실시예는 Fe-Co 합금 판재를 열처리할 때, 열처리 온도 변화에 따른 집합조직 변화에 관한 것이다. 도 1은 Fe-17%Co-2%Cr 합금을 열처리할 때 열처리 온도 변화에 따른 면 강도의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 1의 열처리는 3.4×10-1 torr 수소분위기에서 15분간 수행되었다.
상기 열처리는 다음과 같이 수행되었다. 우선, 상온에서 상기 금속 시편을 샘플 보트에 장착하였다. 열처리 로가 열처리 온도에 도달하면 상온의 시편을 로의 중심부에 밀어 넣었다. 주어진 분위기 및 온도 조건하에서 15분을 유지시킨 후 800℃까지 100℃/h의 냉각속도로 냉각한 후 상온의 챔버로 상기 시편을 빼내어 시편의 온도가 상온에 도달하도록 냉각시켰다.
Fe-17%Co-2%Cr 합금 시편을 저압 수소 분위기의 조건 하에서 페라이트 상이 안정한 온도 범위에서(850, 900℃) 열처리하면 {111}면은 강하고 나머지 면들은 무작위하게 존재하는 것을 알 수 있다. 이러한 집합조직은 열처리 분위기에 크게 영향을 받지 않는 일반적인 재결정 집합조직이다. 그런데 이 시편을 오스테나이트 상이 안정한 온도 구역에서 열처리를 실시하면(930℃ 이상), {111}면이 크게 약화 되었으며 {100}면이 판재 면에 50% 이상 강하게 형성되는 현상이 관찰되었다.
도 2는 Fe-17%Co-2%Cr 합금 시편을, 열처리 분위기는 이슬점이 -50℃인 수소 분위기에서, 열처리 온도는 오스테나이트가 안정한 1000℃에서 30분간 열처리를 실시한 후에 나타나는 집합조직을 보여주는 (200) 극점도 그래프이다. 도 2를 참조하면 표면에 형성된 집합조직은 매우 강한 {100} 집합조직임을 알 수 있다. 그런데 상기 판재의 표면 입자가 방향성을 갖고 있는지 여부를 살펴보기 위해서 방위 분포 함수(ODF) 분석을 실시한 결과가 도 3에 있다. 도 3을 참조하면 상기 판재의 표면 집합조직은 <001> 방향이 무작위하게 분포되어 있는 큐브-온-페이스 집합조직이 형성되어 있음을 알 수 있다. 한편 도 4는 상기 Fe-17%Co-2%Cr 합금 시편의 미세조직을 보여주고 있다. 도 4를 참조하면 입자의 직경이 판재 두께의 반을 넘는 반 관통형 및 관통형 미세구조를 갖고 있음을 알 수 있다. 이상과 같은 결과를 통해 Fe-Co 합금 판재를 환원성 분위기에서 온도 변화를 통해서 오스테나이트→페라이트 상 변태를 시키면 {100} 집합조직을 강하게 갖는 판재를 제조할 수 있다는 것이다.
[실시예 2]
본 실시예에서는 수소 가스 분위기 하에서 Fe-17%Co-2%Cr 합금 시편을 열처리할 때, 이슬점 변화에 따른 {100}면 강도의 변화를 살펴보았다. 수소 분위기에서 이슬점을 변화시킨다는 것은 산소 분압을 조절한다는 것을 뜻한다. 수소는 산소와 반응하기 때문에 순수한 수소는 환원성 가스로 볼 수 있다. 그러나 수소 안에 수분이 존재하게 되면 이 수분과 수소 사이에 평형이 형성되어야 하므로 열처리를 실시하는 금속표면에 산소가 존재할 수 있다. 따라서 이슬점이 높아져서 수분이 증가하면 이는 곧 산소 분압이 증가한 것과 동일한 효과를 나타내게 된다. 즉 이슬점이 내려가면 산소 분압이 감소하는 것을 뜻하며, 이슬점이 높아지면 열처리 분위기 내의 산소 분압이 증가한다는 것을 뜻한다.
도 5는 Fe-17%Co-2%Cr 합금 시편을 1기압의 수소 분위기에서 열처리를 실시할 때, 수소분위기의 이슬점 변화에 따른 면 강도의 변화를 보여주는 그래프이다. 열처리는 열처리 로가 원하는 열처리 온도에 도달하고, 수소의 이슬점이 원하는 값에 도달하면 상온의 시편을 로의 중심부에 밀어 넣었다. 열처리 온도 및 시간은 1000℃ 15분이었으며, 열처리가 완료된 후 로냉으로 800℃까지 100℃/h로 냉각하여 상 변태를 완료시킨 후 상온의 챔버로 상기 시편을 빼내어 시편의 온도가 상온에 도달하도록 냉각시켰다. 실험에 사용된 합금은 Fe-17%Co-2%Cr의 조성을 갖고 있었는데 이 합금에서 오스테나이트 상이 안정한 온도는 930℃ 이상이다. 따라서 열처리를 실시한 모든 시편은 γ→α상 변태를 겪게 된다. 도 5를 참조하면, 100% 수소 분위기에서 {100} 집합조직을 강화시키기 위해서는 수소의 이슬점이 -20℃ 이하로 되어야 한다. 한편 이러한 이슬점 조건은 상기 판재가 주어진 수소 열처리 분위기 및 상 변태가 발생하는 온도에서 열처리될 때, 상기 판재의 표면에서 산화가 발생하지 않을 조건과 일치한다. 도 6은 Fe-17%Co-X%Cr 합금이 1기압 수소 가스 분위기에서 산화가 발생하기 시작하는 임계 이슬점 조건을 보여주고 있다. 도 6을 참조하면 상기 Fe-17%Co-2%Cr 조성의 판재는 상 변태가 발생하는 930℃에서 산화될 조건을 산소 분압으로 표시해 보면 1.5x10-22 기압 이상이다. 이를 상온 1 기압 수소 가스의 이슬점으로 표시하면 대략 -22℃에 해당한다. 즉 도 5에서 나타난 -20℃이하에서 발견되는 {100} 집합조직 강화현상은, 금속 표면에 산화가 발생하지 않을 조건에서 상 변태가 발생할 때 나타나는 현상임을 보여주고 있다.
즉, Fe-Co 합금 판재에서 금속 표면에 산화가 발생하지 않는 낮은 산소 분압이 가능한 조건이면서 동시에 γ→α상 변태가 발생하면, {100}면 강화 현상이 나타나게 된다.
[실시예 3]
본 실시예는 Fe-Co 합금에 다양한 원소를 첨가하였을 때도, 상기 판재를 낮은 산소 분압으로 산화가 발생하지 않을 조건에서 오스테나이트 상이 안정한 온도 구간에서 열처리를 실시한 후 페라이트로 상 변태를 시킬 때 상기 판재에 {100} 집합조직이 유효하게 형성되는지를 확인하기 위하여 실시하였다.
합금 열처리 조건 열처리
분위기		 미세
조직		 {100}
면강도,
P100 * 		상 변태
방법
Fe-10%Co 1050℃ 15분 1x10-6 torr 진공 반관통형 11.5 냉각
Fe-17%Co 1000℃ 15분 H2, 이슬점=-50℃ 반관통형 17.7 냉각
Fe-35%Co 1050℃ 15분 3.4x10-1 torr H2 반관통형 14.2 냉각
Fe-10%Co 1050℃ 15분 N2+10%H2, 이슬점=-50℃ 반관통형 13.3 냉각
Fe-10%Co 1050℃ 15분 Ar+10%H2, 이슬점=-50℃ 반관통형 16.2 냉각
Fe-35%Co 1050℃ 15분 H2, 이슬점=-50℃ 반관통형 13.3 냉각
Fe-17%Co-3.0%Cr 1050℃ 15분 H2, 이슬점=-50℃ 반관통형 15.7 냉각
Fe-17%Co-1.5%Cr-0.5%Si 1050℃ 15분 H2, 이슬점=-50℃ 반관통형 12.6 냉각
Fe-17%Co-1.5%Cr-0.6%Ni 1050℃ 15분 H2, 이슬점=-50℃ 반관통형 14.9 냉각
Fe-17%Co-2.5%Cr-1%Mo-0.3%V 1050℃ 15분 1.1 torr H2 등축정 12.3 냉각
열처리는 다음과 같이 수행되었다. 상온에서 상기 금속 시편을 샘플 보트에 장착하였다. 열처리는 열처리 로가 원하는 열처리 온도에 도달하고, 열처리 분위기가 원하는 값에 도달하면 상온의 시편을 로의 중심부에 밀어 넣었다. 열처리가 완료된 후 로냉으로 750℃까지 100℃/h로 냉각하여 상 변태를 완료시킨 후 상온의 챔버로 상기 시편을 빼내어 시편의 온도가 상온에 도달하도록 냉각시켰다.
상기 표 2 는 다양한 원소가 첨가된 Fe-10~35%Co 합금의 표면 {100} 집합조직 형성을 보여주고 있다. 표 2를 참조하면, Fe-Co 합금계에서 낮은 산소 분압으로 산화가 발생하지 않을 조건에서 오스테나이트 상이 안정한 온도 구간에서 열처리를 실시한 후 페라이트로 상 변태를 시킬 때는 합금 성분에 큰 영향을 받지 않고 언제나 나타나는 현상이다. Co 함량이 10~35% 구간에서 Cr, Si, Ni, Mo, 및 V등이 첨가되어도 상기 판재들을 오스테나이트 상이 안정한 온도 구간 및 낮은 산소 분압으로 산화가 발생하지 않을 조건에서 열처리를 실시한 후 페라이트로 상 변태를 시키면 강한 {100} 집합조직이 형성되었다.
상기 표 2를 살펴보면 열처리 분위기가 낮은 산소 분압을 만족시켜서 산화가 발생하지 않을 조건이라면, {100} 집합조직이 강하게 형성된다. 표 2를 참조하면 {100} 집합조직이 강화되는 열처리 분위기는 높은 진공도를 갖는 진공 분위기, 낮은 이슬점을 갖는 1 기압 수소 분위기, 및 낮은 이슬점을 갖는 저압 수소 분위기에서 발생하였다. 또한 수소 열처리 분위기에서 캐리어 가스로 Ar, N2 등이 사용되는 경우에도, 낮은 산소 분압 조건을 만족시켜서 Fe-Co 합금 판재의 표면에 산화가 발생하지 않을 조건이라면, 상기 판재가 상 변태를 경험하게 되면 강한 {100}면을 형성하였다.
한편 이렇게 {100}면이 강하게 형성된 판재의 미세구조는 대부분 그 입자 길이가 판재 두께의 1/2을 넘는 반 관통형 구조를 갖고 있었다. 이러한 반 관통형 및 관통형 미세구조가 중요한 이유는, 그 미세 구조가 반 관통형 및 관통형 구조라면 상기 판재의 내부 집합조직이 판재 표면과 동일해 지기 때문이다. 이러한 결과가 뜻하는 바는 Fe-Co 합금 판재에 다양한 원소를 첨가하여도 상기 판재가 γ상이 안정한 온도 구간 및 낮은 산소 분압으로 산화가 발생하지 않을 조건에서 열처리를 실시한 후 페라이트로 상 변태를 시키면 {100} 집합조직을 강하게 갖는 판재를 제조할 수 있다는 것이다.
[실시예 4]
본 실시예는 Fe-Co 합금에서는 조성 변화에 의해서 상 변태가 발생하는 경우에도 상기 판재에 {100} 집합조직을 유효하게 형성시킬 수 있다는 것을 보여주는 예이다. Fe-Co 합금에서 열처리를 실시할 때 나타나는 조성 변화란, 오스테나이트 안정화 원소인 탄소, 망간, 또는 탄소와 망간을 동시에 함유한 재료에서 탈탄 및 망간 기화에 의해서 나타나는 조성변화를 뜻한다.
앞서 설명한 바와 같이 탄소, 망간, 또는 탄소와 망간을 동시에 함유한 Fe-10~35중량%Co 합금에서 {100} 집합조직을 갖는 판재를 제조하기 위해서는 먼저 표면에 {100} 집합조직을 갖는 입자를 형성시켜야 한다. 그리고 이 표면 {100} 입자를 내부로 성장시켜서 {100} 집합조직을 갖는 판재를 완성할 수 있다.
탄소, 망간, 또는 탄소와 망간을 동시에 함유한 Fe-10~35중량%Co 합금에서 표면 {100} 집합조직 형성 열처리는 다음과 같이 수행되었다. 상온에서 상기 금속 시편을 샘플 보트에 장착하였다. 열처리는 열처리 로가 원하는 열처리 온도에 도달하고, 열처리 분위기가 원하는 값에 도달하면 상온의 시편을 로의 중심부에 밀어 넣었다. 열처리가 완료된 후 상온의 챔버로 상기 시편을 빼내어 시편의 온도가 상온에 도달하도록 냉각시켰다.
조성 변화에 의해 나타나는 표면 {100} 면 강화
합금 열처리 조건 열처리
분위기		 {100}
면강도,
P100 		상 변태
방법		 비고
Fe-17%Co-0.2%C 920℃ 30분 1x10-3 torr 진공 7.3 탈탄 본발명
Fe-17%Co-0.2%C 920℃ 30분 Ar+10%H2, 이슬점=-10℃ 8.2 탈탄 본발명
Fe-17%Co-0.2%C 920℃ 30분 2x10-1 torr 진공 1.4 탈탄 비교재
Fe-17%Co 1000℃ 30분 1x10-3 torr 진공 1.5 냉각 비교재
Fe-17%Co-1.5%Cr-1.5%Mn 900℃ 30분 2x10-4 torr 진공 13.7 탈망간 본발명
Fe-17%Co-1.5%Cr-1.5%Mn 900℃ 30분 2x10-1 torr 진공 1.1 탈망간 비교재
Fe-17%Co-1.5%Cr 1000℃ 30분 2x10-4 torr 진공 2.1 냉각 비교재
Fe-17%Co-1.5%Mn-0.1%C 900℃ 30분 1x10-3 torr 진공 8.3 탈망간
탈탄		 본발명
상기 표 3은 탄소, 망간, 또는 탄소와 망간을 동시에 함유한 Fe-10~35중량%Co 합금 판재에서 나타나는 표면 {100} 면 강화 현상을 보여주고 있다. 표 3을 참조하면, 탄소를 함유한 Fe-17%Co-0.2%C 합금 판재는 1x10-3 torr 진공 및 이슬점이 -10℃인 Ar+10%H2 에서 비교적 강한 {100} 집합조직을 형성하였다. 그러나 열처리 분위기의 진공도가 2x10-1 torr로 낮아지게 되면 {100} 면 강화 현상은 발생하지 않았다. 이러한 현상이 보여주는 것은 실시예 2에서 보여준 것과 같이 표면 산화가 {100} 면 강화 현상을 방해한다는 것이다. 한편 탄소가 미량 불순물로 존재하는 Fe-17%Co 합금 판재를 1x10-3 torr 진공 분위기에서 열처리 한 경우에도 {100} 면 강화 현상은 발견되지 않았다. 상기 비교재는 조성 변화에 의해서 상변태가 발생하지 않으므로 냉각을 통해서 상변태를 유도하였는데, 상기 냉각은, 열처리가 완료된 후 로냉으로 750℃까지 100℃/hr로 냉각하여 상 변태를 완료시킨 후 상온의 챔버로 상기 시편을 빼내어 시편의 온도가 상온에 도달하도록 냉각시켰다. 상기 탄소 함량이 다른 두 합금의 조성을 살펴보면 탄소 함량의 대소를 제외하고는 다른 원소의 함량은 거의 대등한 수준이므로, 이러한 결과가 의미하는 바는 탄소가 Fe-Co 합금에 첨가되면 비교적 높은 산소 분압에서도 {100}면 강화가 발생한다는 것이다.
상기 탄소를 함유한 Fe-17%Co-0.2%C 합금 판재를 이슬점이 -10℃인 Ar+10%H2 분위기 하에서 920℃ 에서 30분간 열처리를 실시하면 표면 조성 변화에 의하여 상 변태가 발생하며 동시에 표면에 {100}면 강화 현상이 발생한다. 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다. 탄소는 오스테나이트 안정화 원소이다. 따라서 탄소를 0.2중량% 첨가하게 되면 상기 합금의 상 변태 온도가 낮아지게 된다. 이때 열처리 온도를 920℃ 조절하면, 탄소가 존재할 때는 오스테나이트 상이 안정한 상으로 존재하며, 동시에 탈탄이 발생하여 상기 판재의 표면에서 탄소의 농도가 0.01중량% 이하로 감소되었을 때는 페라이트 상이 안정한 상으로 존재하게 된다. 그리고 상기 열처리 분위기를 약탈탄 분위기인 이슬점이 -10℃인 Ar+10%H2 하여 열처리를 실시하면, 표면 탈탄을 통해서 금속 표면의 탄소 농도는 판재 내부에 비해서 매우 낮아지고 그에 따라 표면의 오스테나이트 입자가 페라이트 입자로 항온 상 변태를 하게 된다. 그런데 이때 나타나는 탈탄 반응은 금속 표면에서 산소를 제거하는 역할을 한다. 즉 금속 표면의 탄소는 분위기 내의 산소와 반응하여 일산화탄소 기체를 형성하여 분위기 내로 사라지게 되므로 금속 표면은 FeO, CoO 등으로 산화되지 않고 금속 상태로 존재하게 된다. 만약 열처리 분위기 내에 산소가 너무 많이 존재하게 된다면(강탈탄 분위기, 2x10-1 torr 진공), 표면 탈탄을 시키고도 남는 잉여의 산소가 금속 판재 표면을 산화시키게 되고, 이에 따라 {100}면 강화 현상은 발생하지 않는다. 따라서, 약탈탄 분위기의 의미는 탈탄은 발생하지만 금속 표면을 산화시키지 않는 조건을 뜻한다. 이러한 탄소의 표면 산소 제거 효과 때문에 탄소를 많이 함유된 재료가 탄소가 적은 재료에 비해 더 높은 산소 분압 조건에서 (약탈탄 분위기) {100}면 강화 현상을 보여주게 된다.
상기 표 3을 다시 참조하면, 망간을 함유한 Fe-17%Co-1.5%Cr-1.5%Mn 합금 판재는 2x10-4 torr 진공에서 강한 {100} 집합조직을 형성하였다. 그러나 열처리 분위기의 진공도가 2x10-1 torr로 낮아지게 되면 {100} 면 강화 현상은 발생하지 않았다. 이러한 현상이 보여주는 것은 실시예 2에서 보여준 것과 같이 표면 산화가 {100} 면 강화 현상을 방해한다는 것이다. 한편 망간이 미량 불순물로 존재하는 Fe-17%Co-1.5%Cr 합금 판재를 2x10-4 torr 진공 분위기에서 열처리한 경우에도 {100} 면 강화 현상은 발견되지 않았다. 상기 비교재는 조성 변화에 의해서 상 변태가 발생하지 않으므로 냉각을 통해서 상 변태를 유도하였는데, 상기 냉각은, 열처리가 완료된 후 로냉으로 750℃까지 100℃/h로 냉각하여 상 변태를 완료시킨 후 상온의 챔버로 상기 시편을 빼내어 시편의 온도가 상온에 도달하도록 냉각시켰다. 상기 망간 함량이 다른 두 합금의 조성을 살펴보면 망간 함량의 대소를 제외하고는 다른 원소의 함량은 거의 대등한 수준이다. 이러한 결과가 의미하는 바는 망간이 Fe-Co 합금에 첨가되면 비교적 높은 산소 분압에서도 {100}면 강화가 발생한다는 것이다.
상기 망간을 함유한 Fe-17%Co-1.5%Cr-1.5%Mn 합금 판재는 2x10-4torr 진공 분위기 하에서 900℃에서 30분간 열처리를 하면 표면 조성 변화에 의하여 상 변태가 발생하며 동시에 표면에 {100}면 강화 현상이 발생한다. 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다. 망간은 오스테나이트 안정화 원소이다. 따라서 망간을 1.5 중량% 첨가하게 되면 상기 합금의 상 변태 온도가 낮아지게 된다. 이때 열처리 온도를 900℃ 조절하면, 망간이 존재할 때는 오스테나이트 상이 안정한 상으로 존재하며, 동시에 망간 기화가 발생하여 망간이 표면에서 제거되었을 때는 페라이트 상이 안정한 상으로 존재하게 된다. 그리고 상기 열처리 분위기를 2x10-4torr 진공 분위기 하로 하여 열처리를 하면, 판재 표면의 망간이 기화하면서 금속 표면의 망간 농도는 판재 내부에 비해서 매우 낮아지게 된다. 상기 판재의 표면에서 망간의 농도가 0.3 중량% 이하로 감소하게 되면 그에 따라 상기 판재 표면의 오스테나이트 입자가 페라이트 입자로 항온 상 변태를 하게 된다. 망간이 고온에서 기화하는 이유는 망간은 다른 금속에 비해 그 증기압이 1000배 이상 크기 때문이다. 그런데 이때 나타나는 망간의 기화는 금속 표면 부근의 산소 분압을 낮추는 역할을 한다. 즉 분위기 내로 기화한 금속 망간은 시편 표면 주변에 존재하는 산소와 반응을 하게 된다. 따라서 이 기화한 망간이 상대적으로 빠르게 금속 표면 주변에 존재하는 산소를 제거하여, 금속표면은 상대적으로 낮은 산소 분압 상태에 놓이게 된다. 예를 들어보면 기화된 금속 망간이 900℃에서 산화가 되지 않을 조건은 1기압 수소분위기에서 이슬점이 -64℃ 이하인 경우에 해당한다. 따라서 망간이 판재 표면에서 다량 기화되어서 순수한 금속 망간으로 판재 표면 주변에 존재한다면 금속 표면 주변부의 산소 분압은 그 평형 값에 가까운 값(2.2x10-27 atm)을 갖게 될 것이다. 열처리 분위기가 이러한 산소 분압을 가진다면 이는 금속 표면의 산화를 방지할 수 있는 충분히 낮은 산소 분압 조건에 해당한다. 만약 열처리 분위기 내에 산소가 너무 많이 존재한다면(강산화성 분위기, 2x10-1 torr 진공), 상기 판재에서 기화된 망간을 모두 산화시킬 것이고, 남은 잉여의 산소는 금속 판재 표면을 산화시키게 된다. 이에 따라 {100}면 강화 현상은 발생하지 않는다. 이러한 망간의 분위기 산소 제거 효과 때문에 망간을 함유한 재료는 망간이 적은 재료에 비해 더 높은 산소 분압 조건에서도 {100}면 강화 현상을 보여주게 된다.
상기 표 3을 다시 참조하면, 망간 및 탄소를 함유한 Fe-17%Co-1.5%Mn-0.1%C 합금 판재는 1x10-3 torr 진공에서 강한 {100} 집합조직을 형성한다. 상기 망간 및 탄소를 함유한 Fe-17%Co-1.5%Mn-0.1%C 합금 판재는 1x10-3 torr 진공 분위기 하에서 900℃ 에서 30분간 열처리를 실시하면 표면 조성 변화에 의하여 상 변태가 발생하며 동시에 표면에 {100}면 강화 현상이 발생한다. 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다. 망간 및 탄소는 오스테나이트 안정화 원소이다. 따라서 망간을 1.5 중량% 첨가하고 탄소를 0.1 중량% 첨가하게 되면 상기 합금의 상 변태 온도가 낮아지게 된다. 이때 열처리 온도를 900℃ 조절하면, 망간 및 탄소가 존재할 때는 오스테나이트 상이 안정한 상으로 존재하며, 동시에 망간이 기화하고 탈탄이 발생하여 망간 및 탄소가 표면에서 그 농도가 감소하게 되면, 페라이트 상으로 상 변태하게 된다. 그리고 상기 열처리 분위기를 1x10-3torr 진공 분위기로 하여 열처리를 하면, 표면 망간 기화 및 탈탄을 통해서 금속 표면의 망간 및 탄소 농도는 판재 내부에 비해서 매우 낮아지고 그에 따라 표면의 오스테나이트 입자가 페라이트 입자로 항온 상 변태를 하게 된다. 그런데 전술한 망간의 분위기 산소 제거 효과 및 탄소의 금속 표면 산소 제거 효과에 의해서 상기 금속 표면은 산화를 방지할 수 있는 충분히 낮은 산소 분압 조건에 해당한다. 이러한 망간의 분위기 산소 제거 효과 및 탄소의 금속 표면 산소 제거 효과 때문에 망간 및 탄소를 함유한 재료에서는 {100}면 강화 현상을 보여주게 된다.
그러나 이러한 상기 표면 산화가 발생하지 않을 조건에서 조성 변화에 의해서 상 변태를 유발시켜 상기 판재 표면에 {100} 집합조직을 갖는 입자를 형성시키더라도 이 표면 {100} 입자를 내부로 성장시켜야 비로소 {100} 집합조직을 갖는 판재를 완성할 수 있다. 이제부터는 조성 변화에 의해서 형성된 {100} 집합조직을 갖는 표면 입자를 내부로 성장시키는 방법에 대해서 예시하겠다. 상기 표면 {100}면 형성 상 변태 단계와 상기 표면 {100} 입자 내부 성장 단계는 분리되어 실시될 수도 있고 경우에 따라서는 별도의 공정에 이루어지지 않고 일괄적 또는 연속적으로 이루어질 수 있다.
조성 변화에 의해 형성된 표면 {100} 입자의 내부 성장
합금 열처리 조건 열처리
분위기		 미세
조직		 {100}
면강도,
P100 		내부 성장
방법
Fe-17%Co-0.2%C 920℃ 10시간 2x10-4 torr 진공 반관통형 14.7 탈탄
Fe-17%Co-1.5%Cr-1.5%Mn 900℃ 30분 +
로냉(50℃/hr)		 1x10-4 torr 진공 반 관통형 16.2 냉각
Fe-17%Co-1.5%Mn-0.1%C 900℃ 10시간 1x10-4 torr 진공 반관통형 16.8 탈탄,
SiO2 페이퍼 사용
Fe-17%Co-0.2%C 920℃ 15분 1x10-4 torr 진공 표면 {100} 8.5 탈탄
920℃ 15분 N2+50%H2, DP=20℃ 반관통형 9.3
상기 표 4는 조성 변화에 의해 형성된 표면 {100} 입자의 내부 성장을 예시하고 있다. 먼저 조성 변화에 의해서 형성된 {100} 집합조직을 갖는 표면 입자를 내부로 성장 시키는 연속적인 방법에 대해서 예시하겠다.
상기 표 4를 참조하면 탄소를 함유한 재료인 Fe-17%Co-0.2%C 합금 판재를 2x10-4torr 진공 분위기 하에서 920℃ 10시간 열처리를 하면 미세조직이 반관통형이고 {100} 면강도가 매우 우수한 판재를 제조할 수 있다. 전술한 바와 같이 Fe-17%Co-0.2%C 합금 판재를 2x10-4torr 진공 분위기 하에서 920℃ 30분 열처리를 실시하면 표면에 강한 {100} 면을 갖는 입자들을 집적시킬 수 있다. 상기 시편에서 열처리 시간을 추가로 10시간 정도 연장시키면 판재 내부에 존재하는 탄소가 확산되어 표면으로 나오면서 오스테나이트/페라이트 상 경계면이 판재 내부로 성장하여 반관통형 입자구조를 갖는 판재를 형성하게 된다. 표면에 형성된 {100} 입자를 진공 중에서 탈탄을 이용해서 내부로 성장시키는 열처리 조건은, 탈탄 온도 구간에서 표면은 페라이트 상이 안정한 온도 구역에 있어야 하며 상기 판재의 내부는 오스테나이트 상이 안정하여야 한다.
한편 망간을 함유한 재료에서도 연속적인 열처리를 통하여 표면 {100} 입자를 내부로 성장하게 할 수 있다. 표 4를 다시 참조하면 Fe-17%Co-1.5%Cr-1.5%Mn 합금 판재를 1x10-4 torr 진공 분위기 하에서 900℃ 30분간 열처리를 실시하고 상기 판재의 냉각속도를 100℃/hr 이하로 서냉시키면 판재의 미세조직이 반관통형이고 {100} 면강도가 매우 우수한 판재를 제조할 수 있다. 전술한 바와 같이 Fe-17%Co-1.5%Cr-1.5%Mn 합금 판재를 1x10-4 torr 진공 분위기 하에서 900℃ 30분 열처리를 실시하면 표면에 {100} 면을 갖는 입자들을 강하게 집적시킬 수 있다. 이러한 상태에서 상기 판재를 서냉시키게 되면 표면에 형성된 입자의 오스테나이트/페라이트 상 경계면이 판재 내부로 성장하여 반관통형 입자구조를 갖는 판재를 형성하게 된다. 이때 냉각속도가 중요한 이유는 만약 냉각 속도가 너무 빠르게 되면 표면에 형성된 {100} 입자가 내부로 성장하는 속도보다 판재 내부에서 페라이트가 안정되는 속도가 더 빨라서, 판재 내부에서 새로운 페라이트 핵이 형성되며, 따라서 반관통형 미세조직을 형성하지 못하게 되어서 판재 내부의 집합조직은 판재 표면의 {100} 집합조직과는 다른 상이한 집합조직을 갖게 된다. 따라서 자기 특성이 뛰어나지 못하게 된다.
망간과 탄소를 함유한 합금에서도 연속적인 열처리를 통하여 표면 {100} 입자를 내부로 성장하게 할 수 있다. 표 4를 다시 참조하면 Fe-17%Co-1.5%Mn-0.1%C 합금 판재를 1x10-4torr 진공 분위기 하에서 900℃ 10시간 열처리를 실시하면 미세조직이 반관통형이고 {100} 면강도가 매우 우수한 판재를 제조할 수 있다. 전술한 바와 같이 Fe-17%Co-1.5%Mn-0.1%C 합금 판재를 1x10-4torr 진공 분위기 하에서 900℃ 30분간 열처리를 하면 표면에 {100} 면을 갖는 입자들을 강하게 집적시킬 수 있다. 상기 시편에서 열처리 시간을 추가로 10시간 정도 연장시키면 판재 내부에 존재하는 탄소가 확산되어 표면으로 나오면서 오스테나이트/페라이트 상 경계면이 판재 내부로 성장하여 반관통형 입자구조를 갖는 판재를 형성하게 된다. 표면에 형성된 {100} 입자를 진공 중에서 탈탄을 이용해서 내부로 성장시키는 열처리 조건은, 탈탄 온도 구간에서 표면은 페라이트 상이 안정한 온도 구역에 있어야 하며 상기 판재의 내부는 오스테나이트 상이 안정하여야 한다. 그런데 상기 열처리의 특징은 10장의 상기 판재를 적층하여 열처리를 하였다는 것이며, 상기 각 판재 사이는 SiO2 페이퍼로 분리시켰다. 이러한 열처리를 한 이유는 상기 열처리들은 열처리 시간이 매우 길어서 대량 생산에는 적합한 공정이 아니기 때문이다. 즉 조성 변화를 이용한 입자 내부 성장은 공정 시간이 너무 길어져서 연속 공정을 이용할 수는 없다는 단점이 있다. 이를 극복하려면 Fe-Co 합금 판재를 적층을 시키거나 혹은 코일 형태로 열처리를 하여야 대량 생산이 가능하다. 그런데 문제는 적층을 실시할 경우에도 탈탄 및 탈 망간 현상이 발생해서 표면 {100}입자가 내부로 성장하는지는 알 수 없었다. 본 발명에서 공개한 기술인 상기 각 판재를 SiO2 등으로 구성된 세라믹 페이퍼로 분리시키고 공정을 진행하면, {100}집합조직을 갖는 강판을 제조할 수 있었다.
하기 예는 조성 변화에 의해서 {100} 집합조직을 형성시키고, 표면 입자를 내부로 성장시키는 추가적인 입자 성장 열처리를 하는 방법에 대해서 예시한다. 앞서 살펴본 바와 같이 조성 변화를 이용하여 표면 {100} 입자를 연속적으로 내부로 성장시키는 공정은 많은 시간이 소요된다. 따라서 연속공정이 불가능하며 단속적인 배치 공정만이 가능하다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 표면 {100}면 형성 열처리와 상기 표면 {100} 입자 내부 성장 단계를 구분하는 열처리를 하여 공정의 효율을 높일 수 있다. 표 4를 다시 참조하면 Fe-17%Co-0.2%C 합금 판재를 1x10-4torr 진공 분위기 하에서 920℃ 15분 열처리를 하면 표면에 강한 {100} 면을 갖는 입자들을 집적시킬 수 있다. 상기 시편을 이슬점이 20℃인 N2+50%H2 열처리 분위기하에서 920℃ 15분 열처리를 하면 판재 표면에서 빠른 탈탄이 발생하면서 내부에 존재하는 탄소가 확산되어 표면으로 나오면서 오스테나이트/페라이트 상 경계면이 판재 내부로 성장하여 반관통형 입자구조를 갖는 판재를 형성하게 된다. 표면에 형성된 {100} 입자를 수분을 포함한 탈탄 분위기를 이용해서 내부로 성장시키는 열처리 조건은, 탈탄 온도 구간에서 표면은 페라이트 상이 안정한 온도 구역에 있어야 하며 상기 판재의 내부는 오스테나이트 상이 안정하여야 한다.
큐브 -온-페이스 집합조직을 갖는 Fe -10~35% Co 연자성 강판
본 발명의 큐브-온-페이스 집합조직을 갖는 연자성 강판의 제조 방법에 의하면, 판재 표면의 집합조직은 큐브-온-페이스이며 미세조직은 결정 입자의 길이가 최소 판재 두께의 반 이상이 되는 반 관통형인 연자성 강판을 얻을 수 있다. 즉, 상기 큐브-온-페이스 집합조직을 갖는 Fe-10~35%Co 연자성 강판은 관통형 혹은 반 관통형 {100} 결정 입자를 포함한다. 도 4를 다시 참조하면, 이러한 관통형 {100} 입자의 존재를 확인할 수 있다.
상기 큐브-온-페이스 집합조직을 갖는 Fe-10~35%Co 연자성 강판은 적어도 5의 {100}면 강도를 나타낼 수 있고, 공정을 최적화할 경우 판재 면에 평행한 {100}면을 갖는 입자가 거의 100%인 판재를 만들 수 있다.
본 발명에 따른 큐브-온-페이스 집합조직을 갖는 Fe-10~35%Co 연자성 강판은 0.5~3중량%의 크롬을 포함할 수 있다. 상기 큐브-온-페이스 집합조직을 갖는 Fe-10~35%Co 연자성 강판은 바나듐, 몰리브데늄, 니켈과 규소를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.5 중량% 이하의 바나듐을 포함할 수 있고, 1.0 중량% 이하의 몰리브데늄을 포함할 수 있고, 1.0 중량% 이하의 니켈을 포함할 수 있고, 1.0 중량% 이하의 규소를 포함할 수 있다. 상기 큐브-온-페이스 집합조직을 갖는 Fe-10~35%Co 연자성 강판은 망간을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 2.0 중량% 이하의 망간을 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

10~35중량%의 코발트(Co)를 포함하는 철(Fe) 합금으로 이루어진 판재에서, 상기 판재면에 평행하게 결정조직의 {100}면이 형성된 집합조직을 형성하는 방법으로,
(a) 상기 판재의 표면이 산화되지 않도록 분위기를 조절한 후, 상기 판재가 오스테나이트상이 되도록 열처리하는 단계 및
(b) 상기 판재의 오스테나이트 상을 페라이트 상으로 상 변태시켜, 상기 판재 표면에 {100}면이 상기 판재면에 평행한 큐브-온-페이스 집합조직이 형성되도록 하는 단계를 포함하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계의 산소 분압은 10-15 atm 이하인 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 1 항에 있어서,
상기 철(Fe) 합금이 상기 코발트 이외의 합금원소를 더 포함하고,
상기 (a) 단계의 산소 분압은 10-22 atm 이하인 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계는 환원성 가스 분위기에서 수행되며, 상기 환원성 가스는 수소 또는 탄화수소 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계의 상 변태는 상기 오스테나이트 상 판재를 냉각시키는 방법에 의해 이루어지며, 냉각속도는 600℃/h 이하인 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 1 항에 있어서,
상기 철(Fe) 합금은 오스테나이트 상 안정화 원소를 포함하고,
상기 (b) 단계의 상 변태는, 상기 (b) 단계의 오스테나이트 상 판재의 표면에 포함된 상기 오스테나이트 상 안정화 원소의 제거에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 1 항에 있어서,
상기 철(Fe) 합금은 오스테나이트 상 안정화 원소를 포함하고,
상기 (b) 단계의 상 변태는 상기 오스테나이트 상 판재의 냉각과 함께 상기 판재의 표면에 포함된 상기 오스테나이트 상 안정화 원소의 제거에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 1 항에 있어서,
상기 철(Fe) 합금은, 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브데늄(Mo), 니켈(Ni), 규소(Si), 망간(Mn), 탄소(C)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 4 항에 있어서,
상기 환원성 가스는 캐리어(carrier) 가스로 불활성 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 4 항에 있어서,
상기 환원성 가스의 압력은 0.1 기압 이하인 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계는 이슬점이 -20℃ 이하인 수소 가스 분위기 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계는 10-3 torr 이하의 진공 분위기 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계는 30분 이내에 이루어지는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
10~35중량%의 코발트(Co)를 포함하는 철(Fe) 합금으로 이루어진 판재에서, 상기 판재면에 평행하게 결정조직의 {100}면이 형성된 집합조직을 형성하는 방법으로,
(a) 상기 판재의 표면이 산화되지 않도록 산소 분압을 조절하고, 상기 판재가 오스테나이트 상이 되도록 열처리하는 단계,
(b) 상기 판재의 오스테나이트 상을 페라이트 상으로 변태시켜, 상기 판재 표면에 {100}면이 상기 판재면에 평행한 큐브-온-페이스 집합조직이 형성되도록 하는 단계 및
(c) 상기 판재의 표면에 형성된 집합조직을 내부로 성장시키는 단계를 포함하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 14 항에 있어서,
상기 (c) 단계는, 상기 판재의 연속적 냉각을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 14 항에 있어서,
상기 철(Fe) 합금은 오스테나이트 상 안정화 원소를 포함하고,
상기 (c) 단계는, 상기 판재의 표면은 페라이트 상이 안정하고 내부는 오스테나이트 상이 안정한 온도 하에서, 오스테나이트 상 안정화 원소를 상기 판재 표면으로부터 제거시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 14 항에 있어서,
상기 (c) 단계 후, 판재의 두께방향 결정입자의 길이는 상기 판재 두께의 0.5배 이상인 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 15 항에 있어서,
상기 판재는 2.0중량% 이하의 망간(Mn)을 포함하고,
상기 판재의 연속적 냉각은 100℃/h 이하의 속도로 행하는 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 16 항에 있어서,
상기 판재는 탄소(C)를 포함하고,
상기 (c) 단계는 상기 판재의 표면은 페라이트 상이 안정하고 내부는 오스테나이트 상이 안정한 온도 하에서 실시하며, 상기 판재를 탈탄시키는 단계를 포함하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
제 19 항에 있어서,
상기 열처리된 판재를 탈탄시킴으로써, 상기 (b) 단계와 (c) 단계가 동시에 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 Fe-Co계 합금 판재의 집합조직 형성방법.
10~35중량%의 코발트(Co)를 포함하는 철 합금으로 이루어진 연자성 강판으로,
상기 강판의 두께방향의 결정립 길이가 판재 두께의 0.5배 이상이고,
하기 [식 1]로 구해지는 {100}면 집합계수 P100이 6 이상인 것을 특징으로 하는 연자성 강판.
[식 1]
Figure 112013101422705-pat00003

여기서, Nhkl: 다중인자(multiplicity factor),
Ihkl: (hkl) 면의 X-선(X-ray) 강도,
IR,hkl: 랜덤한 시편의 (hkl)면의 X-선(X-ray) 강도
제 21 항에 있어서,
상기 연자성 강판은 0.5~3중량%의 크롬(Cr)을 더 포함하는 것을 특징으로 연자성 강판.
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