KR101459730B1

KR101459730B1 - 방향성 전기강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101459730B1
Application number: KR1020120127359A
Authority: KR
Inventors: 박종태; 송대현; 고경준; 김병구; 양일남
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-11-07
Also published as: KR20140060714A

Abstract

본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 중량 퍼센트(wt%)로, Si: 2.0~4.0%, C: 0.04~0.07%, 산가용성 Al: 0.02~0.04%, Mn: 0.01~0.20%, N: 0.001~0.0055%, S: 0.001~0.0055%, Sn: 0.03~0.07%, Sb: 0.01~0.05%, P: 0.01~0.05% 를 포함하고, 상기 P와 Sb는 중량 퍼센트로 P+0.5Sb: 0.0370~0.0630%를 만족하며, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되는 강슬라브를 제조하는 단계; 상기 강슬라브를 1050~1250℃의 범위에서 재가열하는 단계; 상기 재가열한 강슬라브를 열간압연한 후 권취하는 단계; 상기 권취된 강판을 열연판 소둔을 수행한 후 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 강판을 탈탄소둔 및 질화소둔을 실시하는 단계; 및 상기 탈탄소둔 및 질화소둔한 강판을 최종 고온소둔하는 단계; 를 포함하되, 상기 열간압연 후 권취온도(CT)는 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법이 제공된다.
7750 X 탄소 함량 + 93.75 ≤ CT ≤ 7750 X 탄소 함량 + 213.75-----(1)
500 ≤ CT ≤ 650 ------------------------(2)
단, 상기 식 (1) 및 (2)에서 수식의 단위는 섭씨 온도(℃)이고, 상기 탄소 함량은 소강탄소의 함량으로 단위는 중량 퍼센트(wt%)이다.

Description

방향성 전기강판 및 그 제조방법{ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEETS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열간압연시 소강내의 탄소 함량에 따라 권취온도를 제어함으로써 자성을 향상시킨 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 방향성 전기강판은 1차 재결정립의 성장을 억제시키고, 성장이 억제된 결정립 중에서 최종 소둔 공정에서 {110}<001> 방위(이하 Goss 방위라 함)의 결정립을 선택적으로 성장시켜 압연방향으로 우수한 자기특성을 나타내도록 한 것을 말한다.

상기 선택된 방위만의 성장을 2차 재결정이라 하는데, 2차 재결정을 일으키기 위해서는 최종 고온소둔하기 전에 MnS 및 AlN과 같은 미세한 억제제(inhibitor)들이 강판 내에 균일하게 분산되도록 하여 고온 소둔 중에 고스(Goss) 방위 이외의 방위를 가진 1차 재결정립들의 성장을 억제시켜 2차 재결정립이 정확한 고스 방위을 갖도록 집적도를 증가시켜 우수한 자기특성, 즉 높은 자속밀도와 낮은 철손을 얻을 수 있도록 한다.

2차 재결정을 효과적으로 제어하여 자성을 개선할 수 있는 수단으로는 결정립성장 억제 효과가 탁월한 억제제 조절과, 1차 재결정립 내의 2차 재결정을 형성하는 핵 조절 및 1차 재결정립의 적절한 크기와 균일 크기 분포 형성이 중요하다. 방향성 전기강판의 자성을 더욱 향상시키기 위한 방법으로 대한민국 공개특허공보 제2009-0072116호를 들 수 있는데, Sn, Sb, P를 적정 양의 범위로 첨가하여 이러한 수단을 구현하였다.

그러나, Sn, Sb, P의 함유량을 조정한 전기강판과 열간압연 공정의 권취온도를 제어하여 방향성 전기강판을 제조함에 있어서 최적의 자성 개선 효과를 얻기 위해서는 열간압연 후 권취온도에 따른 자성 향상을 극대화 할 수 있는 조건의 수립이 필요하였다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 열간압연 후 소강탄소량에 따라 권취온도를 제어하여 냉간압연 공정에서의 인터패스 에징처리 효과가 극대화되도록 하여 자성이 향상된 방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량 퍼센트(wt%)로, Si: 2.0~4.0%, C: 0.04~0.07%, 산가용성 Al: 0.02~0.04%, Mn: 0.01~0.20%, N: 0.001~0.0055%, S: 0.001~0.0055%, Sn: 0.03~0.07%, Sb: 0.01~0.05%, P: 0.01~0.05% 를 포함하고, 상기 P와 Sb는 중량 퍼센트로 P+0.5Sb: 0.0370~0.0630%를 만족하며, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되는 강슬라브를 제조하는 단계; 상기 강슬라브를 1050~1250℃의 범위에서 재가열하는 단계; 상기 재가열한 강슬라브를 열간압연한 후 권취하는 단계; 상기 권취된 강판을 열연판 소둔을 수행한 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 강판을 탈탄소둔 및 질화소둔을 실시하는 단계; 및 상기 탈탄소둔 및 질화소둔한 강판을 최종 고온소둔하는 단계; 를 포함하되, 상기 열간압연 후 권취온도(CT)는 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법이 제공될 수 있다.

7750 X 탄소 함량 + 93.75 ≤ CT ≤ 7750 X 탄소 함량 + 213.75-----(1)

500 ≤ CT ≤ 650 ------------------------(2)

단, 상기 식 (1) 및 (2)에서 수식의 단위는 섭씨 온도(℃)이고, 상기 탄소 함량은 소강탄소의 함량으로 단위는 중량 퍼센트(wt%)이다.

상기 탈탄소둔 및 질화소둔 후의 1차 재결정립의 크기가 18.0~23.0㎛인 것을 특징으로 하고, 상기 탈탄소둔 및 질화소둔 후의 강판 내부의 잔류 질소량은 100~300ppm인 것을 특징으로 한다.

상기 최종 고온소둔하는 단계는, 1차 균열하는 단계, 승온하는 단계 및 2차 균열하는 단계를 포함하되, 상기 승온하는 단계는 700~900℃에서는 18~75℃/hr의 속도로 승온하고, 900~1020℃ 에서는 10~15℃/hr의 속도로 승온하는 것을 특징으로 한다.

상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계는 800~900℃의 범위에서 이루어지고, 상기 2차 균열하는 단계는 1020~1200℃의 범위에서 이루어지며, 상기 냉간압연은 1회의 강냉간압연인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 방법에 의해 제조되는 방향성 전기강판이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 열간압연 이후에 권취온도를 제어하여 열연판 소둔시 미세한 탄화물이 용이하게 재고용되도록 함으로써 자성이 향상된 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명에 따른 실시예는 중량 퍼센트(wt%)로 Sn: 0.03~0.07%, Sb: 0.01~0.05%, Si: 2.0~4.0%, 산가용성 Al: 0.020~0.040%, Mn: 0.01~0.20%, C: 0.04~0.07%, N: 0.0010~0.0055%, S: 0.0010~0.0055%, P: 0.01~0.05%를 함유하며, P+0.5Sb가 0.037~0.063%의 범위를 만족하고 잔부는 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 실시예의 방향성 전기강판의 제조는 상기 조성을 갖는 전기강판 슬라브를 1050~1250℃의 범위에서 재가열하고, 열간압연한 후 권취하고, 권취된 강판에 대하여 열연판 소둔을 행한 다음, 냉간압연을 실시한다. 냉간압연 이후에는 800~900℃의 온도 범위에서 탈탄소둔 및 질화소둔을 동시 또는 순차적으로 실시하고, 2차 재결정 소둔을 실시하되, 상기 열간압연 이후 권취시 권취온도(Coiling Temperature, CT)를 하기의 2가지 조건을 동시에 충족시키는 온도범위에서 행한다. 하기 수식에서의 단위는 섭씨 온도(℃)이고, 탄소 함량은 소강탄소의 함량으로 단위는 중량 퍼센트(wt%)이다.

7750 X 탄소 함량 + 93.75 ≤ CT ≤ 7750 X 탄소 함량 + 213.75 -----(1)

500 ≤ CT ≤ 650 -----------------------(2)

이하에서는 본 발명에 따른 실시예에서의 성분에 대한 수치 한정 이유에 대하여 설명한다.

Si: 2.0~4.0중량%

Si은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철손(core loss)을 낮추는 역할을 한다. Si 함량이 2.0중량% 미만인 경우 비저항이 감소하게 되어 와전류손이 증가하여 철손 특성이 열화되고, 탈탄질화 소둔시 페라이트와 오스테나이트간 상변태가 활발하게 되어 1차 재결정 집합조직이 심하게 훼손된다. 또한, 고온소둔시 페라이트와 오스테나트간 상변태가 발생하게 되어 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 고스 집합조직이 심하게 훼손된다. 한편, Si함량이 4.0중량%를 초과하여 함유될 경우에는 탈탄질화 소둔시 SiO2 및 Fe2SiO4 산화층이 과도하게 치밀하게 형성되어 탈탄 거동을 지연시켜 페라이트와 오스테나이트간 상변태가 탈탄질화 소둔 처리 동안 지속적으로 일어나게 되어 1차 재결정 집합조직이 심하게 훼손된다. 또한, 상술한 치밀한 산화층 형성에 따른 탈탄거동 지연 효과로 질화 거동이 지연되어 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 등의 질화물이 충분히 형성되지 못하여, 고온소둔시 2차 재결정에 필요한 충분한 결정립 억제력을 확보할 수 없게 된다.

또한, Si함량이 4.0중량% 를 초과하게 되면 전기강판의 기계적 특성인 취성이 증가하고 인성이 감소하여 압연과정 중 판파단 발생율이 심화되고, 판간 용접성이 열위하게 되어 용이한 작업성을 확보할 수 없게 된다. 결과적으로 Si함량을 상기 소정의 범위로 제어하지 않으면 2차 재결정 형성이 불안정해져 자기적 특성이 심각하게 훼손되고, 작업성도 악화된다. 따라서 본 발명에 따른 실시예에서의 Si은 2.0~4.0 중량%로 한정한다.

C: 0.04~0.07중량%

C는 페라이트 및 오스테나이트간 상변태를 야기하는 원소로서 취성이 강해 압연성이 좋지 않은 전기강판의 압연성 향상을 위해 필수적인 원소이나, 최종제품에 잔존하게 될 경우 자기적 시효 효과로 인해 형성되는 탄화물이 자기적 특성을 악화시키는 원소이기 때문에 적정 함량으로 제어되어야 한다. 상술한 Si 함량의 범위에서 C가 0.04중량% 미만으로 함유되게 되면 페라이트 및 오스테나이트간 상변태가 제대로 일어나지 않기 때문에 슬라브 및 열간압연 미세조직의 불균일화를 야기하게 된다. 또한, 열연판 소둔 열처리 중 페라이트 및 오스테나이트간 상변태가 과부족하게 되면, 슬라브 재가열시 재고용된 석출물들이 조대하게 석출되어 1차 재결정 미세조직이 불균일하게 되고, 최종소둔시 결정립 성장 억제제의 부족에 따른 2차 재결정 거동이 불안정하게 된다. 따라서 C의 최소함량은 0.04중량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 열연판 소둔 열처리 후 강판 내 존재하는 잔류탄소에 의해 냉간압연 중 전위의 고착을 활성화시켜 전단변형대를 증가시켜 고스 핵의 생성장소를 증가시켜 1차 재결정 미세조직의 고스결정립 분율을 증가시키게 되므로 C가 많을수록 유리하나, 상술한 Si 함량의 범위에서 탄소를 0.07중량%를 초과하여 함유하게 되면 조대한 탄화물이 형성되어 통상의 탈탄소둔 공정에서는 충분히 탈탄시킬 수 없으므로 이를 제거하는 것이 상업적으로 용이하지 않다. 나아가 탈탄이 충분히 되지 않으면, 최종제품을 전력 기기에 적용시 자기 시효에 의한 자기적 특성의 열화 현상을 초래하게 된다. 따라서 본 발명에 따른 실시예에서 C는 0.04~0.07중량% 범위로 한정한다.

Sb: 0.01~0.05중량%

Sb는 결정립계 편석 원소로서 결정립 성장억제 효과가 있으며, 철손을 개선시키는 효과도 있다. 그러나, Sb는 융점이 낮아서 1차 재결정 소둔 중 표면쪽으로의 확산거동이 발생하여 표면 산화층 형성을 억제하는 효과가 있기 때문에, Sb의 과잉 첨가는 베이스 코팅의 근간이 되는 1차 재결정 소둔 중 형성된 표면 산화층을 오히려 악화시키고, 결정립 성장 억제력이 과하게 되어 고스 집합조직과는 상관이 없는 다른 집합조직까지 성장하게 되어 2차 재결정 집합조직을 훼손시켜 자기적 특성까지 저해하는 문제점이 있다. 만약, Sb를 0.01중량% 이상 첨가하면 결정립 성장 억제효과가 나타나고, 0.05중량% 를 초과하면 결정립 성장 억제효과가 너무 과하여 안정적인 2차 재결정 미세조직을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 표면 산화층이 급격히 열위해져 안정적인 베이스 코팅을 얻을 수 없다. 따라서 본 발명에 따른 실시예에서 Sb는 0.01~0.05중량% 범위로 한정한다.

P: 0.01~0.05중량%

P는 결정립계에 편석하여 결정립계의 이동을 방해하고 동시에 결정립 성장을 억제하는 보조적인 역할이 가능하며, 미세조직 측면에서 {110}<001>집합조직을 개선하는 효과가 있다. 본 발명에 따른 실시예에서 소정의 Si 함량 범위에서는 P의 함량이 0.01중량% 미만이면 첨가 효과가 없으며, 0.05중량%를 초과하여 첨가하면 취성이 급격히 증가하여 압연성이 크게 나빠지므로 본 발명에 따른 실시예에서 P의 함량을 0.01~0.05중량%로 한정한다.

Al: 0.02~0.04중량%

Al은 열간압연과 열연판 소둔시에 미세하게 석출된 AlN 이외에도 냉간압연 이후의 소둔 공정에서 암모니아 가스에 의해서 도입된 질소이온이 강 중에 고용상태로 존재하는 Al, Si, Mn과 결합하여 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 형태의 질화물을 형성함으로써 강력한 결정립 성장 억제제의 역할을 수행한다. 만약, Al의 함량이 0.02중량% 이하인 경우에는 형성되는 개수와 부피가 상당히 낮은 수준이기 때문에 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없고, Al 함량이 0.010중량%를 초과하면 조대한 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제력이 떨어지게 된다. 따라서 본 발명에 따른 실시예에서는 Al의 함량을 0.02~0.040중량%로 한정한다.

Mn: 0.01~0.20중량%

Mn은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 와전류손을 감소시킴으로써 전체 철손을 감소시키는 효과도 있으며, Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로써 1차 재결정립의 성장을 억제하여 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. 이러한 효과가 발휘되기 위해서는 0.01중량% 이상이 필요하다. 그러나, 0.20중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 강판 표면에 Fe2SiO4이외에 (Fe, Mn) 및 Mn 산화물이 다량 형성되어 고온소둔 중에 형성되는 베이스 코팅 형성을 방해하여 표면 품질을 저하시키게 되고, 고온소둔 공정에서 페라이트와 오스테나이트간 상변태를 유발하기 때문에 집합조직이 심하게 훼손되어 자기적 특성이 크게 열화되게 된다. 따라서 본 발명에 따른 실시예에서는 Mn은 0.01~0.20중량%로 한정한다.

Sn: 0.03~0.07중량%

Sn도 Sb와 마찬가지로 결정립계 편석 원소로서 결정립 성장 억제 효과가 있으며, 철손을 개선시키는 효과가 있다. 그러나, Sn는 융점이 낮아서 1차 재결정 소둔 중 표면쪽으로의 확산거동이 발생하여 표면 산화층 형성을 억제하는 효과가 있기 때문에, Sn의 과잉 첨가는 베이스 코팅의 근간이 되는 1차 재결정 소둔 중 형성된 표면 산화층을 오히려 악화시키고, 결정립 성장 억제력이 과하게 되어 고스 집합조직과는 상관이 없는 다른 집합조직까지 성장하게 되어 2차 재결정 집합조직을 훼손시켜 자기적 특성까지 저해하게 된다. Sn을 0.03중량% 이상 첨가하였을 때 결정립 성장 억제효과가 나타나고, 0.07중량%를 초과하여 첨가하면 결정립 성장 억제효과가 너무 과하여 안정적인 2차 재결정 미세조직을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 표면 산화층이 급격히 열위해져 안정적인 베이스 코팅을 얻을 수 없다. 따라서 본 발명에 따른 실시예에서는 Sn은 0.03~0.07중량%로 한정한다.

N: 0.001~0.0055중량%

N은 Al과 반응하여 AlN을 형성하는 중요한 원소로서 제강단계에서 0.001중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 과도하게 첨가하게 되면 열연공정 이후의 공정에서 질소확산에 의한 블리스터(Blister)라는 표면결함을 초래하고, 슬라브 상태에서 질화물이 너무 많이 형성되기 때문에 압연이 어려워져 이후 공정이 복잡해지고 제조단가가 상승하는 원인이 되기 때문에 0.0055중량% 이하로 억제한다. 따라서 본 발명에 따른 실시예에서는 N은 0.001~0.0055중량%로 한정한다.

한편, (Al,Si,Mn)N 및 AlN등의 질화물을 형성하기 위해 추가로 필요한 N은 냉간압연 이후의 소둔공정에서 암모니아 가스를 이용하여 강 중에 질화처리를 실시하여 보강될 수 있다.

S: 0.001~0.0055중량%

S는 N과 마찬가지로 석출물 MnS를 형성하는 중요한 원소로 0.001중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.0055중량%를 초과하여 함유하게 되면 MnS의 석출물들이 슬라브 내에서 형성되어 결정립 성장을 억제하게 되며, 주조시 슬라브 중심부에 편석하여 이후 공정에서의 미세조직을 제어하기가 어렵다. 또한, 본 발명에서는 MnS를 결정립 성장의 주억제제로 사용하지 않기 때문에 S가 불가피하게 들어가는 함량 이상으로 첨가하여 석출이 되는 것은 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에 따른 실시예에서 S의 함량은 0.001~0.0055중량%로 한정한다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예에 의한 전기강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 실시예에서는 열간압연 전 슬라브를 재가열할 경우 고용되는 N 및 S가 불완전 용체화되는 소정의 온도 범위에서 실시한다. 만약, N 및 S가 완전용체화될 경우 열연판 소둔 열처리 후 질화물이나 황화물이 미세하게 다량 형성됨으로써 후속 공정인 1회 강냉간압연이 불가능하게 되어 추가적인 공정이 필요하게 되기 때문에, 제조원가가 상승하는 문제점이 발생할 수 있으며, 또한, 1차 재결정립 크기가 상당히 미세하게 되기 때문에 적절한 2차 재결정을 발현할 수 없게 될 수도 있다.

슬라브를 1250℃ 이상으로 가열하게 되면 강판에 저융점의 규소와 기지금속인 철의 화합물인 철감람석(Fayalite)가 생성되면서 강판의 표면이 녹아내려 열연작업성이 곤란해지고 녹아내린 쇳물로 인한 가열로 보수 작업량이 증가하게 된다.

그러나, 슬라브 가열온도가 1050℃ 미만이 되면 열간압연이 어려우므로 본 발명에 따른 실시예에서 슬라브 가열온도는 1050~1250℃ 범위로 제한한다.

열간압연 공정에서 권취온도(CT)는 하기의 2가지 조건을 동시에 충족시키는 온도범위에서 행한다.

7750 X 탄소 함량 + 93.75 ≤ CT ≤ 7750 X 탄소 함량 + 213.75 ---(1)

500 ≤ CT ≤ 650 ----------------------(2)

상기 식의 단위는 섭씨 온도(℃)이며, 탄소 함량은 소강탄소의 함량으로 중량 퍼센트(wt%)를 의미한다.

상기 소강탄소란 열처리 또는 열간압연을 실시하기 전의 강 중의 탄소를 의미한다. 소강탄소 함량이 높은 경우에는 권취온도가 높아도 우수한 자성을 얻을 수 있는데, 이는 냉간압연 공정에서 인터패스 에징처리에 기여하는 고용탄소가 더 많아지기 때문이다.

권취온도가 500℃ 미만이 되면 고속으로 열연코일을 권취하는 것이 어려울 뿐만 아니라 매우 취성이 강해져서 코일의 취급이 어려운 반면, 권취온도가 650℃ 이상이 되면 권취과정에서 탄소가 대부분 매우 조대한 탄화물로 존재하기 때문에 열연판 소둔 공정을 거쳐도 단시간에 쉽게 재고용되지 못하므로 후속 냉간압연 공정에서 자성 향상에 기여하는 고용탄소의 양이 적어져 결과적으로 최종 제품의 자성을 나쁘게 한다.

따라서 본 발명에 따른 실시예에서는 열간압연 후 500~650℃ 범위에서 권취를 실시한다.

방향성 전기강판을 냉간압연할 때에는 인터패스(inter-pass) 에징처리를 하는데, 이 처리를 하게 되면 냉간압연 후 1차 재결정 형성시 재결정 핵생성 빈도를 늘려 1차 재결정립 미세조직 크기 균일성을 개선하고, 2차 재결정 형성하는 고스 핵 생성이 생길 수 있는 빈도가 늘어서 궁극적으로는 자성을 향상시키는 효과가 있다.

상기 인터패스 에징처리를 하면 고용상태로 존재하는 탄소원자가 침입형 원소로 침입형 위치에 존재하여 응력장을 형성하는데, 온도가 상승하면 전위(dislocation) 근처로 확산해 들어가 전위 이동을 억제하는 코트렐(Cottrell) 분위기를 형성한다.

소성변형에 의해 형성된 전위가 코트렐 분위기에 의해 이동이 억제되면 추가 소성변형에 의해 새로운 전위가 형성되고, 슬립 시스템(slip system)의 작동이 다양하게 되어, 전단변형 밴드의 형성이 촉진된다. 상기 전단변형 밴드에서 1차 재결정 형성시 2차 재결정의 핵으로 작용하는 고스 핵 생성이 생기므로 궁극적으로 2차 재결정립의 자성이 향상된다.

한편, 냉간압연 공정에서 고용상태로 존재하는 탄소의 양은 열간압연 공정의 권취온도와 직접적으로 관련되어 있다. 열간압연이 완료된 후 탄소는 대부분 탄화물 상태로 존재하는데, 이후 열연판 소둔 공정에서 미세한 탄화물은 다시 고용되므로 열연판 소둔 공정이 완료된 후에는 고용상태로 존재한다.

그러나, 열연공정 완료 후 조대한 탄화물로 존재하는 경우에는 열연판 소둔 공정에서 상기 탄화물이 고용되기 어려우므로 고용탄소로 존재하는 탄소의 양이 적다.

따라서 인터패스 에징처리로 자성이 향상되는 효과는 냉간압연 전 고용탄소로 존재하는 탄소의 양에 따라 달라지고, 상기 냉간압연 전 고용탄소로 존재하는 탄소의 양은 소강탄소의 양과 관련되며 소강탄소의 양이 동일한 경우에는 열연강판의 권취온도에 따라 달라진다.

또한, 열연공정에서 형성된 탄화물이 열연판 소둔 공정에서 재고용될 수 있도록 열연 권취온도는 낮은 범위에서 제어하는 것이 좋은데, 이는 열연 권취온도가 낮을수록 형성되는 탄화물이 미세해지고, 열연판 소둔 공정에서 탄화물이 재고용되는 것이 더 용이해지기 때문이다.

본 발명에 따른 실시예에서는 일반적인 전기강판 제조공정에서와 마찬가지로 열연판 소둔 후에는 리버스(Reverse) 압연기 또는 텐덤(Tandem) 압연기를 이용하여 최종두께까지 인터패스 에징효과가 발휘되도록 하면서 냉간압연을 실시한다. 이때, 중간에 변형된 조직의 풀림 열처리를 하지 않고 초기 열연두께에서 바로 최종제품의 두께까지 압연하는 1회 강냉간압연이 바람직하다.

1회 강냉간압연으로 {110}<001>방위의 집적도가 낮은 방위들은 변형 방위로 회전하게 되고 {110}<001>방위로 가장 배열이 잘된 고스 결정립들만 냉간압연판에 존재하게 된다. 따라서 2회 이상의 압연방법에서는 집적도가 낮은 방위들도 냉간압연판에 존재하게 되어 최종 고온소둔시에 같이 2차 재결정하게 되어 자속밀도와 철손이 낮은 특성을 얻게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 실시예에서 냉간압연은 1회 강냉간압연으로 냉간압연율이 87% 이상으로 압연한다.

이후, 냉간압연된 강판은 탈탄소둔 공정, 변형된 조직의 재결정 및 암모니아 가스를 사용한 질화처리를 수행하게 된다. 이때, 암모니아 가스를 사용하여 강판에 질소이온을 도입하여 주석출물인 (Al,Si,Mn)N 및 AlN등의 질화물을 형성하는데 있어, 탈탄 및 재결정을 마치고 암모니아 가스를 사용하여 순차적으로 질화처리하거나, 탈탄과 동시에 질화처리를 같이 할 수 있도록 암모니아 가스를 동시에 사용하는 방법 어느 것이나 무관하다.

본 발명에 따른 실시예에서의 탈탄소둔 및 질화소둔은 800~900℃에서 실시하는데, 만약 800℃보다 낮은 온도라면 자성이 좋지 않게 되고, 900℃를 초과하면 2차 재결정이 잘 일어나지 않게 되므로 본 발명에 따른 실시예에서는 탈탄소둔 및 질화소둔시의 온도를 800~900℃로 한정한다.

상기와 같이 탈탄소둔 및 질화소둔을 실시한 후 강판 내부에 잔류하는 질소량이 100~300ppm을 유지하도록 제어하는데, 만약 잔류 질소량이 100ppm미만인 경우에는 질소가 억제제 형성을 제대로 하지 못할 수 있고, 300ppm을 초과하는 경우에는 최종 소둔 과정에서 질소를 제거하는데 과도한 시간이 소요될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 1차 재결정립의 크기를 18.0~23.0㎛로 제어하는데, 만약 1차 재결정립의 크기가 18.0㎛보다 작으면 결정립 성장 구동력이 커서 2차 재결정이 시작되는 온도가 낮아지고, 1차 재결정은 억제되어 있으면서, 2차 재결정만 성장하는 선택적 성장 구간도 좁아지게 된다.

이러한 경우 좋은 2차 재결정 조직이 성장할 수 있는 조건이 잘 확보되지 못하여 2차 재결정의 집적도가 나쁘고, 2차 재결정립 크기가 커지는 현상이 발생한다.

반면, 1차 재결정립의 크기가 23.0㎛보다 크면 결정립 성장 구동력이 작아 2차 재결정이 시작되는 온도가 높아지고, 억제제가 급격하게 힘을 잃게 되어 1차 재결정은 억제되어 있으면서, 2차 재결정만 성장하는 선택적 성장 구간도 좁아지고, 2차 재결정 형성 구간 중 2차 재결정이 성장하지 못한 영역에는 1차 재결정립의 크기가 커져서 시편을 두께방향으로 관통하게 되고, 이러한 결정립은 이후 순화소둔에서도 소멸되지 않고 남게 되어 2차 재결정 미세립을 만들게 된다.

그리고, 통상적으로 방향성 전기강판의 제조시 강판에 MgO를 기본으로 하는 소둔분리제를 도포한 후 장시간 최종소둔하여 2차 재결정을 일으킴으로써 강판의 {110}면이 압연면에 평행하고, <001>방향이 압연방향에 평행한 {110}<001> 집합조직을 형성하여 자기특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조한다.

상기 최종소둔은 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 탈탄시 형성된 산화층과 MgO의 반응에 의한 유리질 피막형성으로 절연성 부여, 자기특성을 해치는 불순물을 제거하기 위함이다.

본 발명에 따른 실시예에서의 최종 소둔하는 단계는 1차 균열하는 단계, 승온하는 단계 및 2차 균열하는 단계로 구성되며, 승온하는 단계는 700~900℃에서는 18~75℃/hr의 속도로 승온하고, 900~1020℃ 에서는 10~15℃/hr의 속도로 승온을 실시한다. 이때, 2차 재결정을 위한 2차 균열하는 단계는 1020~1200℃의 범위에서 이루어진다.

최종 소둔의 방법으로는 2차 재결정이 일어나기 전의 승온구간에서는 질소와 수소의 혼합가스로 유지하여 입자성장 억제제인 질화물을 보호함으로써 2차 재결정이 잘 발달할 수 있도록 하고, 2차 재결정이 완료된 후에는 100% 수소 분위기에서 장시간 유지하여 불순물을 제거한다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

중량 퍼센트(wt%)로 Si: 3.25%, C: 0.050%, Mn: 0.12%, Sol. Al: 0.028%, P: 0.032%, N: 0.0045%, S: 0.0041%, Sb: 0.035% 그리고 잔부를 이루는 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 방향성 전기강판의 슬라브를 1180℃에서 210분 가열한 후 열간압연하여 2.5mm 두께의 열연판을 제조하였다.

열간압연시 권취온도를 하기 표 1과 같이 다양하게 변화시켰다. 이 열연판을 1120℃까지 가열한 후 930℃에서 90초간 유지하고 물에 급냉하여 산세하였다. 산세 후 최종두께 0.30mm 두께로 냉간압연 하였다.

냉간압연판을 노점 65℃(50% 수소+50% 질소)에서 암모니아 가스를 동시에 투입하여 865℃에서 180초간 유지하여 동시에 탈탄 및 질화처리를 하였다. 상기 탈탄소둔 및 질화소둔으로 강판의 질소량은 180~220ppm 범위로 관리되었다.

그리고, 탈탄소둔 및 질화소둔된 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 코일상으로 최종소둔하였다. 최종소둔시 1차 균열온도는 700℃, 2차 균열온도는 1200℃로 하였고, 승온단계에서의 승온속도는 700~950℃의 온도구간에서는 45℃/hr, 950~1200℃의 온도구간에서는 15℃/hr로 하였다. 한편, 1200℃에서의 균열시간은 20시간으로 하여 처리하였다. 최종소둔시의 분위기는 1200℃까지는 25% 질소+75% 수소의 혼합분위기로 하였고, 1200℃ 도달 후에는 100% 수소분위기에서 유지한 후 냉각하였다. 각각의 조건에 대하여 측정한 자기특성은 표 1과 같다.

권취온도 (℃)	자속밀도 (B8, Tesla)	철손 (W17/50, W/kg)	구 분
510	1.942	0.921	발명예 1
550	1.931	0.939	발명예 2
580	1.923	0.945	발명예 3
635	1.908	0.986	비교예 1

표 1의 결과에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 실시예의 권취온도의 범위를 모두 충족시키는 발명예는 비교예에 비하여 자속밀도가 높고, 철손이 낮음을 알 수 있다. 상기 비교예1의 권취온도는 식(2)는 만족하나, 식(1)을 만족하지 못하므로 비교예로 분류하였다.

[실시예2]

중량 퍼센트(wt%)로 Si: 3.32%, C: 0.045, 0.063%, Mn: 0.09%, Sol.Al: 0.027%, P: 0.029%, N: 0.0041%, S: 0.0048%, Sb: 0.038% 그리고 잔부를 이루는 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 방향성 전기강판의 슬라브를 1180℃에서 210분 가열한 후 열간압연하여 2.7mm 두께의 열연판을 제조하였다. 열간압연시 권취온도를 하기 표 2와 같이 여러 가지로 변화시켰다. 이 열연판을 1120℃까지 가열한 후 930℃에서 90초간 유지하고 물에 급냉하여 산세하였다. 산세 후 최종두께 0.30mm 두께로 냉간압연하였다.

냉간압연판은 노점 65℃(50% 수소+50% 질소)의 혼합가스, 암모니아 가스를 동시에 투입하여 860℃ 온도에서 180초간 유지하여 동시 탈탄 및 질화처리를 하였다. 상기 탈탄 및 질화처리 후의 강판 내의 잔류 질소량은 180~220ppm 범위가 되도록 하였다.

이후, 탈탄 및 질화처리된 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 코일상으로 최종소둔하였다. 최종소둔시 1차 균열온도는 700℃, 2차 균열온도는 1200℃로 하였고, 승온단계에서의 승온속도는 15℃/hr로 하였다.

한편, 1200℃에서의 균열시간은 20시간으로 하여 처리하였다. 최종소둔시의 분위기는 1200℃까지는 25% 질소+75% 수소의 혼합분위기로 하였고, 1200℃ 도달 후에는 100% 수소분위기에서 유지한 후 냉각하였다. 각각의 조건에 대하여 측정한 자기특성은 표 2와 같다.

소강탄소 (wt.% )	권취온도 (℃)	자속밀도 (B8, Tesla)	철손 (W17/50, W/kg)	구 분
0.045	520	1.931	0.935	발명예 4
	545	1.926	0.944	발명예 5
	590	1.912	0.975	비교예 2
	625	1.903	0.984	비교예 3
0.063	540	1.915	0.971	비교예 4
	590	1.951	0.917	발명예 6
	630	1.940	0.925	발명예 7
	675	1.895	1.023	비교예 5

표 2의 결과에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 실시예의 권취온도 범위를 모두 충족시키는 발명예는 그렇지 않은 비교예에 비하여 자속밀도가 높을 뿐만 아니라 철손도 낮음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 실시예의 자성이 우수한 전기강판은 Sn, Sb, P를 적절히 첨가하여 저온 슬라브 가열, 동시 탈탄소둔 및 침질소둔, 열간압연 권취온도 제어를 동시에 적용하여 자성이 우수한 전기강판을 제조하였다.

상기의 열연강판의 권취온도 범위에서 작업하여 {110}<001> 방위를 가지는 2차 재결정 핵이 많이 형성되는 1차 재결정립을 원하는 크기와 균일한 크기 분포를 가지도록 조절함으로써 2차 재결정을 안정적으로 형성시켜 철손이 낮고 자속밀도가 높은 방향성 전기강판을 제조할 수 있는 것이다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

중량 퍼센트(wt%)로, Si: 2.0~4.0%, C: 0.04~0.07%, 산가용성 Al: 0.02~0.04%, Mn: 0.01~0.20%, N: 0.001~0.0055%, S: 0.001~0.0055%, Sn: 0.03~0.07%, Sb: 0.01~0.05%, P: 0.01~0.05% 를 포함하고, 상기 P와 Sb는 중량 퍼센트로 P+0.5Sb: 0.0370~0.0630%를 만족하며, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되는 강슬라브를 제조하는 단계;
상기 강슬라브를 1050~1250℃의 범위에서 재가열하는 단계;
상기 재가열한 강슬라브를 열간압연한 후 권취하는 단계;
상기 권취된 강판을 열연판 소둔을 수행한 후 냉간압연하는 단계;
상기 냉간압연된 강판을 탈탄소둔 및 질화소둔을 실시하는 단계; 및
상기 탈탄소둔 및 질화소둔한 강판을 최종 고온소둔하는 단계;
를 포함하되,
상기 열간압연 후 권취온도(CT)는 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
7750 X 탄소 함량 + 93.75 ≤ CT ≤ 7750 X 탄소 함량 + 213.75-----(1)
500 ≤ CT ≤ 650 ------------------------(2)
(단, 상기 식 (1) 및 (2)에서 수식의 단위는 섭씨 온도(℃)이고, 상기 탄소 함량은 소강탄소의 함량으로 단위는 중량 퍼센트(wt%)이다).
제1항에 있어서,
상기 탈탄소둔 및 질화소둔 후의 1차 재결정립의 크기가 18.0~23.0㎛인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 탈탄소둔 및 질화소둔 후의 강판 내부의 잔류 질소량은 100~300ppm인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 최종 고온소둔하는 단계는,
1차 균열하는 단계, 승온하는 단계 및 2차 균열하는 단계를 포함하되, 상기 승온하는 단계는 700~900℃에서는 18~75℃/hr의 속도로 승온하고, 900~1020℃ 에서는 10~15℃/hr의 속도로 승온하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계는 800~900℃의 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 2차 균열하는 단계는 1020~1200℃의 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 냉간압연은 1회의 강냉간압연인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
중량 퍼센트(wt%)로, Si: 2.0~4.0%, C: 0.04~0.07%, 산가용성 Al: 0.02~0.04%, Mn: 0.01~0.20%, N: 0.001~0.0055%, S: 0.001~0.0055%, Sn: 0.03~0.07%, Sb: 0.01~0.05%, P: 0.01~0.05% 를 포함하고, 상기 P와 Sb는 중량 퍼센트로 P+0.5Sb: 0.0370~0.0630%를 만족하며, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되는 강슬라브를 제조하는 단계;
상기 강슬라브를 1050~1250℃의 범위에서 재가열하는 단계;
상기 재가열한 강슬라브를 열간압연한 후 권취하는 단계;
상기 권취된 강판을 열연판 소둔을 수행한 후 냉간압연하는 단계;
상기 냉간압연된 강판을 탈탄소둔 및 질화소둔을 실시하는 단계; 및
상기 탈탄소둔 및 질화소둔한 강판을 최종 고온소둔하는 단계;
를 포함하되,
상기 열간압연 후 권취온도(CT)는 하기 식 (1) 및 (2)를 만족하여 제조된 방향성 전기강판.
7750 X 탄소 함량 + 93.75 ≤ CT ≤ 7750 X 탄소 함량 + 213.75-----(1)
500 ≤ CT ≤ 650 ------------------------(2)
(단, 상기 식 (1) 및 (2)에서 수식의 단위는 섭씨 온도(℃)이고, 상기 탄소 함량은 소강탄소의 함량으로 단위는 중량 퍼센트(wt%)이다).
제8항에 있어서,
상기 탈탄소둔 및 질화소둔 후의 1차 재결정립의 크기가 18.0~23.0㎛인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
제9항에 있어서,
상기 탈탄소둔 및 질화소둔 후의 강판 내부의 잔류 질소량은 100~300ppm인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
제8항에 있어서,
상기 최종 고온소둔하는 단계는,
1차 균열하는 단계, 승온하는 단계 및 2차 균열하는 단계를 포함하되, 상기 승온하는 단계는 700~900℃에서는 18~75℃/hr의 속도로 승온하고, 900~1020℃ 에서는 10~15℃/hr의 속도로 승온하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
제10항에 있어서,
상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계는 800~900℃의 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
제11항에 있어서,
상기 2차 균열하는 단계는 1020~1200℃의 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 냉간압연은 1회의 강냉간압연인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.