KR101535933B1 - 방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 중량%로, Si: 2.0~4.5%, Al: 0.005~0.040%, Mn: 0.20%이하(0중량% 제외), N: 0.010%이하(0중량% 제외), S: 0.010%이하(0중량% 제외), P: 0.005~0.05%, C: 0.04~0.07%, Cr: 0.03~0.05%, Sn: 0.08~0.12%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 이루어지는 방향성 전기강판 및 상기 조성을 갖는 슬라브를 재가열하고, 상기 슬라브를 열간압연한 후, 열연판 소둔을 실시하며, 상기 소둔된 강판을 냉간압연한 다음, 상기 냉간압연된 강판을 탈탄소둔 및 질화소둔하여 1차 재결정립을 형성하고, 상기 탈탄소둔 및 질화소둔 이후에 2차 재결정 소둔을 실시하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법이 개시된다.

Description

방향성 전기강판 및 그 제조방법{ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Sn이 결정립 성장 억제제로 활용가능한 적정 범위로 제어하고, Cr을 첨가하여 Sn의 상한을 증가시켜 자성을 향상시킨 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 압연방향에 대해 강판의 집합조직이 {110}<001>인 고스집합조직(Goss texture)을 나타내고 있어 일방향 혹은 압연방향으로 자기적 특성이 우수한 연자성 재료이다.
이러한 집합조직을 발현하기 위해서는 제강에서의 성분제어, 열간압연에서의 슬라브 재가열 및 열간압연 공정인자 제어, 열연판소둔 열처리, 1차 재결정 소둔, 2차 재결정 소둔 등의 복잡한 공정들이 요구되고, 이들 공정 또한 매우 정밀하고 엄격하게 관리되어야 한다. 한편 고스집합조직을 발현하는 인자중의 하나인 인히비터 즉, 1차 재결정립의 무분별한 성장을 억제하고 2차 재결정 발생시 고스집합조직만이 성장할 수 있도록 하는 결정립 성장 억제제의 제어 또한 매우 중요하다.
최종소둔에서 고스집합조직이 얻어지기 위해서는 2차 재결정이 일어나기 직전까지 모든 1차 재결정립의 성장이 억제되어야 하며, 이를 위한 충분한 억제력을 얻기 위해서는 인히비터의 양이 충분히 많아야 하며, 분포 또한 균일해야 한다.
한편, 고온의 최종소둔 공정 동안 2차 재결정이 일어나게 하기 위해서 인히비터의 열적 안정성이 우수하여 쉽게 분해되지 않아야 한다. 2차 재결정은 최종소둔시 1차 재결정립의 성장을 억제하는 인히비터가 적정 온도구간에서 분해되거나 억제력을 잃음으로써 발생하는 현상으로, 이 경우 비교적 고스결정립과 같은 특정한 결정립들이 비교적 단시간 내에 급격히 성장하게 된다.
한편, 강판에 Sb, P, Sn 등과 같은 원소들을 첨가할 경우에는 전기강판의 자성이 크게 향상될 수 있다.
방향성 전기강판에 상기와 같은, Sb, P, Sn 등의 원소를 첨가하는 특허로는 일본 특허공개공보 2006-241503호, 일본 특개평 2-294428호, 일본 특허공개공보 2007-254829호, 일본 특허공개공보 2007-051338호, 일본 특개평 11-335794호 등을 들 수 있다.
한편 Sb, P, Sn 중 단독 또는 복합으로 첨가하는 기술방법이 제안되어 있으며, 이는 상기 일본특허공개공보 2007-254829호에 잘 나타나 있다. 즉 필요에 따라 Sn, Sb, P 중 일종 이상을 0.02~0.30중량% 함유하는 자기특성이 우수한 방향성 전기강판의 제조방법이 기재되어 있다. 또한, 상기 일본특허공개공보 2007-051338호에는 P를 0.2중량%이하로 소강 중에 첨가하고 필요에 따라 Sb을 0.001~0.02중량% 및 Sn을 0.002~0.1중량% 중에서 선택되는 일종 이상의 원소를 더 포함하는 방향성 전기강판 제조방법이 개시되어 있는데, 자기적 특성은 압연방향에 45°방향으로 우수하게 나타난다는 특징이 있다.
종래의 방향성 전기강판에 비하여 상술한 공지기술들에 기재된 합금원소들을 첨가한 방향성 전기강판들의 1차 재결정 및 2차 재결정 거동이 상이함에도 불구하고, 공지기술들은 해결방안을 전혀 제공하지 않고 있는 실정이다.
한편, Sn이 0.1중량%이상 함유될 경우, 결정립 성장 억제력이 너무 증가하여 상대적으로 결정립 성장 구동력을 증가시키기 위해 1차 재결정 미세조직의 결정립크기를 감소시킴과 동시에 탈탄소둔 온도를 낮게 실시해야 해서, 이로 인해 적절한 산화층으로 제어되지 못하여 양호한 표면을 확보할 수 없는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 소강단계에서 Sn이 주된 결정립성장 억제제로서 활용이 가능한 적정 범위로 제어하고, Cr을 적정량 첨가함으로써 Sn의 합금 상한치를 상향시켜 Sn의 합금첨가량 범위를 넓혀 자성을 향상시킨 방향성 전기강판 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량%로, Si: 2.0~4.5%, Al: 0.005~0.040%, Mn: 0.20%이하(0중량% 제외), N: 0.010%이하(0중량% 제외), S: 0.010%이하(0중량% 제외), P: 0.005~0.05%, C: 0.04~0.07%, Cr: 0.03~0.05%, Sn: 0.08~0.12%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 이루어지는 방향성 전기강판이 제공될 수 있다.
상기 강판에서 결정방위의 절대값의 면적가중 평균으로 β각도가 3°미만일 수 있는데, 상기 β각도는 2차 재결정 집합조직의 압연 직각방향을 축으로 [100] 방향과 압연 방향간의 벗어난 각도이다.
또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량%로, Si: 2.0~4.5%, Al: 0.005~0.040%, Mn: 0.20%이하(0중량% 제외), N: 0.010%이하(0중량% 제외), S: 0.010%이하(0중량% 제외), P: 0.005~0.05%, C: 0.04~0.07%, Cr: 0.03~0.05%, Sn: 0.08~0.12%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 이루어지는 슬라브를 재가열하는 단계; 상기 슬라브를 열간압연한 후, 열연판 소둔을 실시하는 단계; 상기 소둔된 강판을 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 강판을 탈탄소둔 및 질화소둔하여 1차 재결정립을 형성하는 단계; 및 상기 탈탄소둔 및 질화소둔 이후에 2차 재결정 소둔을 실시하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 탈탄소둔은 800~950℃의 온도범위에서 수행할 수 있으며, 상기 슬라브의 재가열은 1050~1250℃의 온도범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 슬라브의 재가열은 소강 내에 N의 고용량이 20~50ppm의 범위가 되도록 가열하는 것을 특징으로 한다.
상기 강판의 1차 재결정립의 크기는 18~30㎛로 제어되며, 상기 2차 재결정된 강판의 평균 결정립 크기가 1~2cm로 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 Sn의 첨가로 인해 1차 재결정 집합조직에서의 고스집합조직의 분율이 증가하고, 결정립 성장 억제력을 증가시키기 때문에 집적도가 높은 고스결정립으로 구성된 2차재결정 집합조직을 확보할 수 있어 보다 우수한 집합조직, 안정적인 결정립 성장 억제력, 박물화에 따른 철손감소효과를 동시에 얻을 수 있다.
특히, Cr이 1차 재결정 미세조직 결정립을 조대화시키고 탈탄소둔 중 산화층 형성을 촉진하는 효과로 인해, Sn의 함량 제한범위를 증가시킬 수 있으며, Sn과 Cr을 첨가하여 최종제품의 결정립 중 고스방위를 갖는 결정립들의 β각도가 3°이내로 제어될 뿐만 아니라, 결정립 크기가 종래 결정립보다 크게 감소하여 최종제품의 자기적 특성이 월등히 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 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 발명의 일실시예에 따른 방향성 전기강판은 Sn을 0.08~0.12중량%의 범위에서 단독으로 포함하거나 상기 범위를 갖는 Sn과 동시에 Cr을 0.03~0.05중량%의 범위에서 포함하여, 결정립 방위의 고스방위 중 β각도(2차 재결정 집합조직의 압연 직각방향을 축으로 [100] 방향과 압연 방향간의 벗어난 각도)로부터 벗어난 정도가 3° 이내인 것을 특징으로 한다.
먼저, 이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 방향성 전기강판의 합금성분 및 그 함량에 대하여 설명한다.
Si: 2.0~4.5중량%
Si은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철손(core loss)을 낮추는 역할을 한다. Si함량이 2.0중량%미만인 경우 비저항이 감소하게 되어 와전류손이 증가하여 철손 특성이 열화되고, 고온소둔시 페라이트와 오스테나트간 상변태가 발생하게 되어 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 집합조직이 심하게 훼손된다. 한편, Si함량이 4.5중량%를 초과하여 함유되는 경우에는 전기강판의 기계적 특성인 취성이 증가하고 인성이 감소하여 압연과정 중 판파단 발생율이 심화되고, 2차 재결정 형성이 불안정해진다. 따라서 본 발명의 일실시예에서 Si은 2.0~4.5중량%로 한정한다.
Al: 0.005~0.040중량%
Al은 열간압연과 열연판 소둔시에 미세하게 석출된 AlN 이외에도 냉간압연 이후의 소둔공정에서 암모니아 가스에 의해서 도입된 질소 이온이 강 중에 고용상태로 존재하는 Al, Si, Mn과 결합하여 (Al,Si,Mn)N 및 AlN형태의 질화물을 형성함으로써 강력한 결정립 성장 억제제의 역할을 수행하게 되며, 그 함량이 0.005중량% 미만인 경우에는 형성되는 개수와 부피가 상당히 낮은 수준이기 때문에 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없고, 0.040중량%를 초과하면 조대한 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제력이 떨어지게 된다. 따라서 본 발명의 일실시예에서 Al의 함량은 0.005~0.040중량%로 한정한다.
Mn: 0.20중량%이하(0중량% 제외)
Mn은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 와전류손을 감소시킴으로써 전체철손을 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. 그러나, 0.20중량%를 초과하여 첨가시에는 강판 표면에 Fe2SiO4이외에 (Fe, Mn) 및 Mn 산화물이 다량 형성되어 고온소둔 중에 형성되는 베이스코팅 형성을 방해하여 표면품질을 저하시키게 되고, 고온소둔 공정에서 페라이트와 오스테나이트간 상변태를 유발하기 때문에 집합조직이 심하게 훼손되어 자기적 특성이 크게 열화되게 된다. 따라서 본 발명의 일실시예에서 Mn은 0.20중량% 이하로 한정한다.
N: 0.010중량%이하(0중량% 제외)
N은 Al과 반응하여 AlN을 형성하는 중요한 원소로서 제강단계에서 0.01중량%이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 0.01중량%를 초과하여 첨가하게 되면 열간압연 이후의 공정에서 질소확산에 의한 블리스터(Blister)라는 표면결함을 초래하고, 슬라브 상태에서 질화물이 너무 많이 형성되기 때문에 압연이 어려워져 후공정이 복잡해지고 제조단가가 상승하는 원인이 되기 때문에 0.01중량%이하로 억제한다. 한편 (Al,Si,Mn)N 및 AlN등의 질화물을 형성하기 위해 추가로 필요한 N은 냉간압연 이후의 소둔공정에서 암모니아 가스를 이용하여 강중에 질화처리를 실시하여 보강한다.
C: 0.04~0.07중량%
C은 페라이트 및 오스테나이트간 상변태를 야기하는 원소로서 취성이 강해 압연성이 좋지 않은 전기강판의 압연성 향상을 위해 필수적인 원소이나, 최종제품에 잔존하게 될 경우 자기적 시효효과로 인해 형성되는 탄화물이 자기적 특성을 악화시키는 원소이기 때문에 적정한 함량으로 제어되어야 한다.
상술한 Si함량의 범위에서 C이 0.04중량%미만으로 함유되게 되면 페라이트 및 오스테나이트간 상변태가 제대로 이루어지지 않기 때문에 슬라브 및 열간압연 미세조직의 불균일화를 야기하게 된다. 따라서 C의 최소함량은 0.04중량%이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편 열연판소둔 열처리 후 강판 내에 존재하는 잔류탄소에 의해 냉간압연 중 전위의 고착을 활성화시켜 전단변형대를 증가시켜 고스핵의 생성 장소를 증가시켜 1차 재결정 미세조직의 고스결정립 분율을 증가시키게 되므로 탄소가 많을수록 이로울 것 같으나, 상술한 Si함량의 범위에서 0.07중량%를 초과하여 함유하게 되면 별도의 공정이나 설비를 추가하지 않는다면 탈탄소둔 공정에서 충분한 탈탄을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 이로 인해 야기되는 상변태 현상으로 인해 2차 재결정 집합조직이 심하게 훼손되게 되고, 나아가 최종제품을 전력기기에 적용시 자기시효에 의한 자기적 특성의 열화현상을 초래하게 된다. 따라서 본 발명의 일실시예에서 탄소의 함량은 0.04~0.07중량%로 한정한다.
S: 0.010중량%이하(0중량% 제외)
S를 0.01중량%를 초과하여 함유하면 MnS의 석출물들이 슬라브 내에서 형성되어 결정립 성장을 억제하게 되며, 주조시 슬라브 중심부에 편석하여 이후 공정에서의 미세조직을 제어하기가 어렵다. 또한, 본 발명의 일실시예에서는 MnS를 결정립 성장 억제제로서 사용하지 않기 때문에 S가 불가피하게 들어가는 함량 이상으로 첨가하여 석출이 되는 것은 바람직하지 않다. 따라서 본 발명의 일실시예에서 S의 함량은 0.010중량%이하로 한정한다.
Sn: 0.08~0.12중량%
Sn은 결정립계 편석원소로서 결정립계의 이동을 방해하는 원소이기 때문에 결정성장 억제제로 알려져 있다. 또한, 1차 재결정 집합조직에 있어서 고스방위의 결정립 분율을 증가시킴으로써 2차 재결정 집합조직으로 성장하는 고스방위 핵이 많아지므로 2차 재결정 미세조직의 크기가 감소하므로, 결정립 크기가 작아질수록 와전류손이 작아지기 때문에 최종제품의 철손이 감소하게 된다. 한편, Sn은 결정립계에 편석을 통해서 결정립 성장을 억제하는데 중요한 역할을 하며, 이는 미세화된 1차 재결정 미세조직의 결정립 성장 구동력을 억제하는 억제효과를 향상시킬 뿐만 아니라, 2차 재결정 집합조직 형성을 위한 고온소둔 과정중 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 등의 결정립 성장 억제효과를 야기하는 입자가 조대화 되어 결정립 성장 억제력이 감소하는 효과와, Si 함량 증가함에 따른 결정립 성장 억제 효과를 갖는 입자의 수적 감소에 의해 결정립 성장 억제력이 약화되는 현상을 방지한다.
따라서, 결과적으로 낮은 Si 함량 및 높은 Si 함량에서도 성공적인 2차 재결정 집합조직의 발현을 보장한다. 또한, 최종제품의 두께를 감소시키는 즉 압연율을 상향하여 박물화를 시행할 경우 입자에 의한 결정립 성장 억제력을 갖는 박물 방향성 전기강판의 문제점으로 지적되고 있는 입자의 열적 불안정성을 보상하여 2차 재결정 집합조직의 성공적인 성장을 보상할 수 있다. 결과적으로 Sn의 첨가로 인해 1차 재결정 집합조직에서의 고스집합조직의 분율이 증가하고, 결정립 성장 억제력을 증가시키기 때문에 보다 우수한 집합조직, 안정적인 결정립 성장 억제력, 박물화에 따른 철손감소효과 동시에 얻을 수 있는 즉, 집적도가 높은 고스결정립으로 구성된 2차 재결정 집합조직을 확보할 수 있다.
이러한 Sn의 함량이 0.08중량% 미만으로 함유될 경우 자기적 특성 향상 효과는 있으나 그 효과가 미미할 뿐만 아니라, 고스집합조직의 집적도가 향상되는 효과가 적고 오히려 기지 내에 존재하는 입자에 의한 결정립 성장 억제력을 보상해주는 효과가 적다.
한편, Cr의 함량이 0.03중량%미만에서 그 함량이 0.10중량%이상 함유될 경우 결정립 성장 억제력이 너무 증가하여 상대적으로 결정립 성장 구동력을 증가시키기 위해 1차 재결정 미세조직의 결정립 크기를 감소시켜야 하기 때문에 탈탄소둔을 낮은 온도에서 실시해야 하며, 이로 인해 적절한 산화층으로 제어할 수 없어서 양호한 표면을 확보할 수가 없다. 그러나, Cr의 함량이 0.03중량%이상에서는 상기한 야금학적 문제가 그 함량이 0.12중량%이하까지는 발생하지 않고, 0.12중량%를 초과할때 발생한다. Sn함량의 상한치에 대한 Cr의 영향은 후술하기로 한다.
다만, Cr이 첨가될 경우 Sn의 함량은 0.08중량% 이상 0.12중량%이하로 하는 것이 바람직하다.
Cr: 0.03~0.047중량%
Cr은 0.03중량%이상 함유되면 1차 재결정 미세조직의 결정립 크기를 조대화시키는 효과와 더불어 탈탄소둔 작업 중 산화층 형성을 촉진하는 효과가 있다. 그러나, 0.047중량%를 초과하여 첨가될 경우 탈탄소둔 초기에 산화층이 지나치게 치밀하고 많이 형성되어, 오히려 탈탄을 방해하여 1차 재결정 미세조직의 결정립 크기를 조대화시키는 효과가 없어지고, 산화층의 형성도 방해하게 된다. 따라서 본 발명의 일실시예에서 Cr의 함량은 0.03~0.047중량%로 한정한다.
P: 0.005~0.05중량%
P는 Sn과 유사한 효과를 나타내는 원소로서, 결정립계에 편석하여 결정립계의 이동을 방해하고 동시에 결정립 성장을 억제하는 보조적인 역할이 가능하며, 미세조직 측면에서 {110}<001>집합조직을 개선하는 효과가 있다. P의 함량이 0.005중량% 미만이면 첨가 효과가 없으며, 0.05중량%를 초과하여 첨가하면 취성이 증가하여 압연성이 크게 나빠지므로 본 발명의 일실시예에서 P의 함량은 0.005~0.05중량%로 한정한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 방향성 전기강판의 제조방법은 집합조직을 발현하기 위한 제강에서의 성분제어, 열간압연에서의 슬라브 재가열 및 열간압연 공정인자 제어, 열연판 소둔, 냉간압연, 1차 재결정 소둔 및 2차 재결정 소둔의 일반적인 공정을 거친다. 이하에서는 이에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
열간압연 전 슬라브를 재가열할 경우 고용되는 N 및 S가 불완전 용체화되는 소정의 온도 범위에서 하는 것이 바람직하다. 만약 N 및 S가 완전용체화될 경우 열연판 소둔 열처리 후 질화물이나 황화물이 미세하게 다량 형성됨으로써 후속공정인 1회 강냉간압연이 불가능하게 되어 추가적인 공정이 필요하게 되기 때문에, 제조원가가 상승하는 문제점이 발생할 수 있으며, 1차 재결정립 크기가 상당히 미세하게 되기 때문에 적절한 2차 재결정을 발현할 수 없게 될 수도 있다.
따라서 소강내 함유된 N의 총량을 제어하는 것보다 슬라브 재가열에 의해 재고용되는 N의 고용량을 제어하는 것이 더 중요하다. 즉, 재고용되는 N이 탈탄 질화 소둔공정에서 형성되는 추가적인 AlN의 크기와 양을 좌우하게 되며, AlN의 크기가 동일할 경우 양이 너무 많으면 결정립 성장 억제력이 증가하여 고스집합조직으로 이루어져있는 적합한 2차 재결정 미세조직을 얻을 수가 없게 된다. 반대로 양이 과도하게 적으면 1차 재결정 미세조직의 결정립 성장 구동력이 증가하게 되어 적절한 2차 재결정 미세조직을 얻을 수가 없게 된다.
이때, 슬라브 재가열을 통해 소강내에 재고용되는 N의 함량은 20~50ppm이 바람직하다. 재고용되는 N의 함량은 소강내에 함유되어 있는 Al의 함량을 고려해야 하며, 이는 결정립 성장 억제제로 사용되는 질화물이 (Al,Si,Mn)N 및 AlN이기 때문이다. 순수 3%규소강판의 Al과 N과의 고용도와 관련하여 상관관계식은 Iwayama가 제안하였으며, 다음과 같다.
Figure 112013039913924-pat00001

예를 들어 산가용성 알루미늄이 0.028중량%, N이 0.0050중량%임을 가정하였을 때 Iwayama식에 의한 이론고용온도는 1258℃로서 이와 같은 전기강판의 슬라브를 가열하기 위해서는 1300℃로 가열해야만 한다. 슬라브를 1280℃ 이상으로 가열하게 되면 강판에 저융점의 규소와 기지금속인 철의 화합물인 철감람석(Fayalite)이 생성되면서 강판의 표면이 녹아내려 열연작업성이 매우 어려워지고 녹아내린 쇳물로 인한 가열로 보수가 증가하게 된다. 따라서 본 발명의 일실시예에서는 가열로 보수 및 냉간압연과 1차 재결정 집합조직의 적절한 제어가 가능한 불완전 용체화를 하기 위해서 1250℃ 이하의 온도로 슬라브를 재가열한다.
열간압연된 열연판내에는 응력에 의해서 압연방향으로 연신된 변형조직이 존재하게 되며 열연 중에 AlN이나 MnS등이 석출하게 된다. 그러므로, 냉간압연 전에 균일한 재결정 미세조직과 미세한 AlN의 석출물 분포를 갖기 위해서는 다시 한번 슬라브 가열온도 이하까지 열연판을 가열하여 변형된 조직을 재결정시키고, 충분한 오스테나이트상을 확보하여 AlN 및 MnS과 같은 결정립 성장 억제제의 고용을 촉진하는 것이 중요하다. 따라서 열연판 소둔 온도는 오스테나이트 분율을 최대로 가져가기 위해서 900~1200℃까지 가열하고, 균열 열처리를 실시한 후 냉각하는 방법을 취하는 것이 바람직하다. 상술한 열처리 패턴을 적용한 후 열연판 소둔 열처리 후 스트립(strip) 내의 석출물 평균크기는 200~3000Å의 범위를 갖게 된다.
열연판 소둔 후에는 리버스(Reverse) 압연기 혹은 탠덤(Tandem) 압연기를 이용하여 0.10mm이상 0.50mm이하의 두께로 냉간압연을 실시하며, 중간에 변형된 조직의 풀림열처리를 하지 않고 초기 열연두께에서 바로 최종제품의 두께까지 압연하는 1회 강냉간 압연이 바람직하다. 1회 강냉간압연으로 {110}<001>방위의 집적도가 낮은 방위들은 변형방위로 회전하게 되고 {110}<001>방위로 가장 배열이 잘된 고스결정립들만 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, 냉간압연은 1회 강냉간압연으로 냉간압연율이 87%이상으로 압연하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 냉간압연된 판은 탈탄과 변형된 조직의 재결정 및 암모니아 가스를 사용한 질화처리를 수행하게 된다. 그리고, 암모니아 가스를 사용하여 강판에 질소이온을 도입하여 주석출물인 (Al,Si,Mn)N 및 AlN등의 질화물을 형성하는데 있어, 탈탄 및 재결정을 마치고 암모니아 가스를 사용하여 질화처리하거나, 탈탄과 동시에 질화처리를 동시에 할 수 있도록 암모니아 가스를 동시에 사용하는 방법 어느 것이나 본 발명의 효과를 발휘하는데 문제가 없다.
본 발명의 일실시예는 Sn을 첨가하여 극히 자성이 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있는 기술을 제시하고 있다. 그러나, 종래의 기술과 달리 Sn을 첨가할 경우, 종래 성분계에 비하여 결정립 성장 억제력 및 결정립 성장 구동력간의 밸런스(balance)가 다르게 작용하므로, 이를 엄밀하게 고려해야 한다. 즉, 성분을 상술한 성분범위로 제어할 경우에는 1차 재결정립의 크기를 미세하게 할 뿐만 아니라 동일한 1차 재결정의 크기 조건하에서는 2차 재결정이 잘 일어나지 않도록 하는 효과도 발생하게 된다. 1차 재결정립의 크기가 미세화되면 2차 재결정이 잘 일어나는 효과를 가지나 이들 원소는 결정립계에 편석되어 결정립 성장 억제력을 강화하는 효과를 가지므로, 상술한 효과를 갖는 동일한 결정립 크기 범주 내에서는 2차 재결정이 잘 일어나지 않도록 하는 효과도 가지므로 결정립 성장 구동력 및 결정립 성장 억제력 중 어떠한 인자가 더욱 우세하게 작용하는지 면밀히 검토하여 탈탄소둔 온도조건을 명시할 필요가 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 결정립 성장 구동력의 증가 인자가 결정립 성장 억제력의 증가 인자보다 더욱 강하게 작용하여, 2차 재결정이 빠르게 일어나려 하는 경향이 강하다. 입계편석원소를 첨가하게 되면 결정립 성장 억제력이 1차 재결정 미세조직 형성 중에 영향을 미쳐 통상적인 온도범위에서 소둔열처리하게 되면, 일반적인 성분계에서 얻을 수 있는 미세조직의 크기보다 미세하게 된다. 즉, 일반적인 성분계에서보다 결정립 성장 구동력이 강할 수 있으므로, 통상적인 온도범위보다 약간 높은 온도에서 1차 재결정 미세조직을 안정화시킬 필요가 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에서는 탈탄소둔 온도범위를 통상적인 경우에 비해 최소 10~30℃ 높은 온도범위인 800~950℃ 정도로 설정할 필요가 있다. 강판의 소둔온도가 800℃ 이하로 낮으면 통상적인 성분계에 비해 결정립크기가 너무 작게 되어 결정립 성장 구동력이 증가하게 되고, 탈탄에 소요되는 시간이 낮은 온도에서의 소둔열처리로 인해 장시간이 소요되어 생산이 저하되고, 강판의 표면에 Fe2SiO4가 상당히 치밀하게 형성되어 탈탄 및 내부산화층 형성이 지연되고, SiO2산화층이 좁은 영역에서 치밀하게 형성되어 베이스코팅 결함이 발생하게 된다.
반면, 950℃보다 높은 온도로 가열하게 되면 재결정립들과 질화물들이 조대하게 성장하여 결정성장 구동력이 저하되어 안정된 2차 재결정이 형성되지 않는다.
본 발명의 일실시예에서 제시하는 성분계에 있어서 결정립 성장 구동력과 결정립 성장 억제력의 밸런스를 적절하게 할 수 있는 1차 재결정립 크기는 18~30㎛ 정도가 바람직하다. 그리고, 소둔시간은 본 발명의 실시예에서의 효과를 발휘하는데 크게 문제가 되지 않지만 생산성을 감안하여 통상 5분 이내에서 처리하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 방향성 전기강판의 자기적 특성에 영향을 미치는 고스집합조직과 압연방향의 방위관계중 하나인 베타방위(β)가 3° 이내가 되도록 하였다.
마지막으로 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. 최종소둔의 목적은 크게 보면 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 탈탄시 형성된 산화층과 MgO의 반응에 의한 유리질 피막형성으로 절연성 부여, 자기특성을 해치는 불순물의 제거이다. 최종소둔의 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% 수소분위기에서 장시간 유지하여 불순물을 제거한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전기강판 및 그 제조방법은 Sn과 Cr을 첨가하는 전기강판에 있어서 강 슬라브를 소정의 온도범위에서 재가열하는 단계, 재가열된 강 슬라브를 열간압연하고, 소정의 온도범위에서 열연판 소둔열처리를 하는 단계, 소정의 두께로 냉간압연하고 소정의 온도범위에서 탈탄소둔 및 질화소둔하는 1차 재결정 소둔 단계, 1차 재결정 미세조직을 갖는 강판에 대해 2차 재결정을 일으키는 최종소둔 단계로 구성된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
Si: 3.2중량%, C: 0.055중량%, Mn: 0.099중량%, S: 0.0045중량%, N: 0.0043중량%, Al: 0.028중량%, P: 0.028중량%, 그리고 Sn과 Cr을 첨가하여 표 1처럼 변화시키고 나머지 성분은 잔부 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 함유하는 방향성 전기강판을 진공용해한 후 잉곳(ingot)을 만들고, 이어서 1200℃의 온도로 가열한 다음 두께 2.3mm로 열간압연하였다. 열연판은 1050℃의 온도로 가열한 후 950℃에서 180초간 유지하고 물에 급냉하였다. 열연판소둔판은 산세한 후 0.23mm 두께로 1회 강냉간압연하고, 냉간압연된 판은 870℃의 온도로 습한 수소와 질소 및 암모니아 혼합가스분위기 속에서 180초간 유지하여 질소함량이 200ppm이 되도록 동시 탈탄 질화 소둔열처리하였다.
이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 코일상으로 최종소둔하였다. 최종소둔은 1200℃ 까지는 25%질소+75%수소의 혼합분위기로 하였고, 1200℃ 도달후에는 100%수소분위기에서 10시간이상 유지후 노냉하였다. 각각의 조건에 자기적 특성(W17/50, B8)과 β각(2차 재결정 집합조직의 압연 직각방향을 축으로 [100] 방향과 압연 방향간의 벗어난 각도)을 측정한 값은 표 1과 같다.
Sn (중량%) Cr (중량%) 철손
(W17 /50, W/kg)		 자속밀도
(B10, Tesla)		 β각(o) 구분
0.080 0.000 0.783 1.942 3.0 비교재1
0.085 0.000 0.784 1.947 2.1 비교재2
0.092 0.000 0.790 1.945 2.3 비교재3
0.097 0.000 0.792 1.942 2.2 비교재4
0.113 0.000 0.961 1.870 5.1 비교재5
0.122 0.000 1.010 1.851 5.3 비교재6
0.131 0.000 1.201 1.795 7.6 비교재7
0.084 0.034 0.778 1.944 2.1 발명재1
0.093 0.033 0.791 1.944 2.3 발명재2
0.096 0.034 0.785 1.943 2.2 발명재3
0.115 0.034 0.801 1.940 3.0 발명재4
0.122 0.033 1.009 1.852 5.2 비교재8
0.130 0.034 1.110 1.817 7.7 비교재9
0.085 0.045 0.782 1.945 2.2 발명재5
0.092 0.045 0.788 1.945 2.2 발명재6
0.097 0.044 0.782 1.943 2.5 발명재7
0.113 0.046 0.802 1.941 3.0 발명재8
0.122 0.045 1.002 1.852 5.3 비교재10
0.131 0.047 1.114 1.820 7.8 비교재11
0.085 0.055 0.940 1.879 5.5 비교재12
0.092 0.053 0.911 1.879 5.2 비교재13
0.097 0.053 0.939 1.877 5.6 비교재14
0.113 0.056 1.109 1.877 6.8 비교재15
0.122 0.054 1.201 1.824 7.1 비교재16
0.131 0.055 1.255 1.820 7.3 비교재17
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 Sn의 첨가량이 0.08~0.12중량%의 범위를 갖고, Cr이 0.03~0.05중량%를 갖는 발명재가 비교재와 비교할 때 자기적 특성 향상이 있음을 알 수 있다.
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 (8)

  1. 중량%로, Si: 2.0~4.5%, Al: 0.005~0.040%, Mn: 0.20%이하(0중량% 제외), N: 0.010%이하(0중량% 제외), S: 0.010%이하(0중량% 제외), P: 0.005~0.05%, C: 0.04~0.07%, Cr: 0.03~0.047%, Sn: 0.08~0.12%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 이루어지는 방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강판에서 결정방위의 절대값의 면적가중 평균으로 β각도가 3°미만인 방향성 전기강판.
    단, 상기 β각도는 2차 재결정 집합조직의 압연 직각방향을 축으로 [100] 방향과 압연 방향간의 벗어난 각도이다.
  3. 중량%로, Si: 2.0~4.5%, Al: 0.005~0.040%, Mn: 0.20%이하(0중량% 제외), N: 0.010%이하(0중량% 제외), S: 0.010%이하(0중량% 제외), P: 0.005~0.05%, C: 0.04~0.07%, Cr: 0.03~0.047%, Sn: 0.08~0.12%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 이루어지는 슬라브를 재가열하는 단계;
    상기 슬라브를 열간압연한 후, 열연판 소둔을 실시하는 단계;
    상기 소둔된 강판을 냉간압연하는 단계;
    상기 냉간압연된 강판을 탈탄소둔 및 질화소둔하여 1차 재결정립을 형성하는 단계; 및
    상기 탈탄소둔 및 질화소둔 이후에 2차 재결정 소둔을 실시하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탈탄소둔은 800~950℃의 온도범위에서 수행하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 슬라브의 재가열은 1050~1250℃의 온도범위에서 이루어지는 방향성 전기강판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬라브의 재가열은 소강 내에 N의 고용량이 20~50ppm의 범위가 되도록 가열하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 강판의 1차 재결정립의 크기를 18~30㎛로 제어하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 2차 재결정된 강판의 평균 결정립 크기가 1~2cm인 방향성 전기강판의 제조방법.

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