KR101540375B1 - 방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

방향성 전기강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 중량%로, Si: 2.0% 내지 6.5%, 산가용성 Al: 0.040% 이하(0 중량% 제외), Mn: 0.20% 이하(0 중량% 제외), N: 0.010% 이하(0 중량% 제외), S: 0.010% 이하(0 중량% 제외), P: 0.005% 내지 0.05%, C: 0.04% 내지 0.12%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 방향성 전기강판이 개시되고, 상기 조성을 갖는 강 슬라브를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연한 후, 열연판 소둔을 실시하는 단계; 상기 소둔 후, 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하는 단계; 상기 냉간압연된 강판에 대하여 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계; 상기 탈탄소둔 및 질화소둔된 강판을 알루미늄 금속 또는 알루미늄 및 규소가 6:4 내지 9:1의 중량비로 포함된 알루미늄-규소 합금으로 용융도금하는 단계; 및 상기 용융도금된 강판에 대해 최종소둔하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판 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 성분 및 제조방법을 개선하여 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, 전기강판의 자기적 특성을 보다 향상시키기 위해, 침규를 활용하거나 적정온도의 범위에서 가열하여 온간압연을 하는 기술들이 시도되어 왔다.
일본특허공개공보 1987-227078호 등에서는 SiCl4가스를 화학증착법으로 강판에 침규처리하거나 분말야금법을 통해 강판에 침규처리하는 방법들을 제시하고 있으나 기술구현에 고가의 설비투자 내지 규소의 높은 함량으로 인해 목표하는 두께의 강판을 제조하는데 어려움이 있다.
또한 일본특허공개공보 1989-103321호 등에서는 소정의 온도에서 강판을 가열한 후 온간압연하여 규소함량이 높은 강판을 생산할 수 있는 방법을 제시하고 있으나, 가열로를 비롯한 부대설비가 필요하여 상업적인 방법으로는 적합하지 못하다.
따라서, 상기 기술들의 문제를 해결하면서도, 자성이 극히 우수한 전기강판을 개발하려는 시도가 계속되고 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은, 비저항증가를 위해 알루미늄 등을 강판 내부에 용융도금으로 침투시킴으로써, 강판 내 알루미늄 함량을 높여, 자기적 특성이 우수한 방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량%로, Si: 2.0~6.5%, 산가용성 Al: 0.040% 이하(0 중량% 제외), Mn: 0.20% 이하(0 중량% 제외), N: 0.010% 이하(0 중량% 제외), S: 0.010% 이하(0 중량% 제외), P: 0.005~0.05%, C: 0.04~0.12%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되며, 전기강판 생산 공정 중 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계에서 또는 그 이후에 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금을 전기강판에 용융도금시켜, 상기 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금이 상기 전기강판 내부로 확산 또는 침투되며, 상기 알루미늄-규소 합금은 알루미늄 및 규소를 6:4 내지 9:1의 중량비, 예컨대 7:3 내지 8:2의 중량비로 포함하는 방향성 전기강판이 제공될 수 있다.
상기 전기강판은 상기 전기강판 생산 공정 중 슬라브의 재가열에 의하여 슬라브 내에 N의 고용량이 20~50ppm의 범위를 가질 수 있다.
상기 전기강판은 상기 전기강판 생산 공정 중 열연판 소둔 후, 석출되는 석출물의 평균입경이 200~3,000Å일 수 있다.
상기 강판은 철손(W17/50)이 0.8 W/Kg 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량%로, Si: 2.0~6.5%, 산가용성 Al: 0.040% 이하(0 중량% 제외), Mn: 0.20% 이하(0 중량% 제외), N: 0.010% 이하(0 중량% 제외), S: 0.010% 이하(0 중량% 제외), P: 0.005~0.05%, C: 0.04~0.12%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 강 슬라브를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연한 후, 열연판 소둔을 실시하는 단계; 상기 소둔 후, 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하는 단계; 상기 냉간압연된 강판에 대하여 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계; 상기 탈탄소둔 및 질화소둔된 강판에 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금을 용융도금시키는 단계; 및 상기 용융도금된 강판에 대해 최종소둔하는 단계를 포함하고, 상기 알루미늄-규소 합금은 알루미늄 및 규소를 6:4 내지 9:1의 중량비, 예컨대 7:3 내지 8:2의 중량비로 포함하는 방향성 전기강판 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 용융도금시키는 단계는, 상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계 도중 또는 이후에 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 용융도금시키는 단계는, 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금을 상기 강판에 용융도금시켜, 상기 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금을 강판 내부로 확산 또는 침투시키는 것을 특징으로 한다.
상기 용융도금시는 단계는 600~900℃에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 방향성 전기강판 제조방법은 상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계 이후, 상기 용융도금시키는 단계 이전에, 환원성 분위기에서 상기 탈탄소둔 및 질화소둔된 강판 표면에 형성된 산화층 일부 또는 전부를 환원시켜, 상기 산화층 일부 또는 전부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬라브 재가열 온도, 즉 강 슬라브 재가열 온도는 1,050~1,250℃, 예컨대 1,050~1,200℃인 것을 특징으로 한다.
상기 슬라브의 재가열은 슬라브 내에 N의 고용량이 20~50ppm의 범위가 되도록 가열하는 것을 특징으로 한다.
상기 열연판 소둔 온도는 850~1,200℃인 것을 특징으로 한다.
상기 열연판 소둔 후, 석출되는 석출물의 평균입경은 200~3,000Å인 것을 특징으로 한다.
상기 냉간 압연은 87% 이상의 압연율로 1회 강 냉간압연을 실시하여 강판이 0.10~0.50mm의 두께를 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계는, 상기 탈탄소둔 및 질화소둔을 동시에 실시하거나, 탈탄소둔 이후에 질화소둔을 독립적으로 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계는 800~950℃에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 최종 소둔하는 단계는 1,000~1,400℃에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 강판 내에 알루미늄 함량을 높임으로써 자성을 개선하고, 제품의 가공성 역시 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있으며, 상기 방향성 전기강판을 제조할 때 흔히 발생하기 쉬운 생산성 저하의 문제가 극복될 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 비저항 증가를 위해 강판 내 알루미늄 등의 금속 함량을 높여, 자기적 특성이 우수한 것을 특징으로 한다. 예컨대, 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금을 용융시키고, 상기 강판에 도금시킴으로써, 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금을 강판 내부로 확산 또는 침투시키는 방법으로, 강판 내 알루미늄 등의 금속 함량을 높일 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 전기강판 및 그 제조방법은, 제강단계에서 Si의 함량을 2.0 중량% 이상 6.5 중량 %이하, 산가용성 Al을 0.04 중량% 이하(0 중량% 제외), Mn을 0.20 중량% 이하(0 중량% 제외), N를 0.010 중량% 이하(0 중량% 제외), S를 0.010 중량% 이하(0 중량% 제외), P를 0.005 중량% 이상 0.05 중량% 이하, C를 0.04 중량% 이상 0.12 중량% 이하로 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 방향성 전기강판을 1050~1250℃의 온도에서 슬라브 가열하여 결정립 성장 억제제 역할을 수행하는 AlN, MnS 등의 석출물을 고용시켜 열간압연하여 권취한 다음, 900℃이상 1200℃이하 범위의 소정의 온도에서 열연판소둔 열처리를 실시한 후, 1회 강냉간압연함으로써 냉간압연조직에 {110}<001>방위로의 배향도가 높은 2차재결정 핵을 형성시킨 후, 탈탄 질화소둔 열처리를 통하여 결정립 성장 억제제인 미세하고 균일한 분포를 갖는 (Al,Si,Mn)N, AlN 등의 질화물을 다량 석출시키고, 탈탄 질화소둔 종료 직전 내지 이후 환원성 분위기에서 탈탄질화소둔판의 외부 산화층에 존재하는 산화층 중 일부 또는 전부를 환원시킨 후, 이렇게 처리된 탈탄질화소둔판을 알루미늄 또는 알루미늄-규소 이원계 용융금속에서 용융도금시킨 후, 알루미늄 또는 알루미늄-규소 이원계 용융금속이 도금된 탈탄질화소둔판에 통상의 고온소둔분리재로 활용하는 산화마그네슘 내지 산화알루미늄 분말을 도포하여 고온소둔판 소둔분리로 활용하고 최종 2차재결정 고온소둔을 실시하여 {110}<001>방위로의 집적도가 매우 높고 결정립크기가 상당히 미세한 고스집합조직으로 구성된 자성이 획기적으로 우수한 초처절손 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.
먼저, 이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 방향성 전기강판의 합금성분 및 그 함량에 대하여 설명한다.
Si : 2.0 중량% 내지 6.5 중량%
Si은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철손(core loss)을 낮추는 역할을 한다. Si함량이 2.0 중량% 미만인 경우 비저항이 감소하게 되어 와전류손이 증가하여 철손특성이 열화되고, 고온소둔시 페라이트와 오스테나이트간 상변태가 발생하게 되어 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 집합조직이 심하게 훼손된다. 한편 Si함량이 6.5 중량% 초과로 과잉 함유시에는 자왜특성과 투자율이 현저히 열위하게 되어 자기적 특성이 심각하게 훼손된다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서 Si의 함량은 2.0~6.5 중량%로 한정한다.
Al : 0.04 중량% 이하(0 중량% 제외)
Al은 열간압연과 열연판 소둔시에 미세하게 석출된 AlN 이외에도 냉간압연이후의 소둔공정에서 암모니아 가스에 의해서 도입된 질소이온이 강중에 고용상태로 존재하는 Al, Si, Mn과 결합하여 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 형태의 질화물을 형성함으로써 강력한 결정립 성장 억제제의 역할을 수행하게 되며, 함량이 0.04 중량%를 초과하게 되면 조대한 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제력이 떨어지게 된다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서 Al의 함량은 0.04 중량% 이하(0 중량% 제외)로 한정한다.
Mn : 0.20 중량% 이하(0 중량% 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, 0.20 중량%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 Mn의 함량은 0.20 중량% 이하(0 중량% 제외)로 한정한다.
N: 0.01 중량% 이하(0 중량% 제외)
질소는 Al 및 B과 반응하여 AlN 및 BN을 형성하는 중요한 원소로서 제강단계에서 0.01 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 0.01 중량%를 초과하여 첨가하게 되면 열연 이후의 공정에서 질소확산에 의한 Blister라는 표면결함을 초래하고, 슬라브 상태에서 질화물이 너무 많이 형성되기 때문에 압연이 어려워져 차공정이 복잡해지고 제조단가가 상승하는 원인이 되기 때문에 0.01 중량% 이하로 억제해야 한다. 한편 (Al,Si,Mn)N, AlN, (B,Si,Mn)N, (Al,B)N, BN 등의 질화물을 형성하기 위해 추가로 필요한 질소는 냉간압연 이후의 소둔공정에서 암모니아 가스를 이용하여 강중에 질화처리를 실시하여 보강한다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서 질소의 함량은 0.01 중량% 이하(0 중량% 제외)로 한정한다.
C: 0.04 중량% 내지 0.12 중량%
탄소는 페라이트 및 오스테나이트간 상변태를 일으켜 결정립을 미세화시키고 연신율을 향상시키는데 기여하는 원소로서, 취성이 강해 압연성이 좋지 않은 전기강판의 압연성 향상을 위해 필수적인 원소이다. 그러나, 탄소는 최종제품에 잔존하게 될 경우, 자기적 시효효과로 인해 형성되는 탄화물이 자기적 특성을 악화시키는 원소이기 때문에 적정한 함량으로 제어되어야 한다.
상술한 Si함량의 범위에서 C이 0.04 중량% 미만으로 함유되게 되면 페라이트 및 오스테나이트간 상변태가 제대로 이루어지지 않기 때문에 슬라브 및 열간압연 미세조직의 불균일화를 야기하게 된다. 따라서 탄소의 최소함량은 0.04 중량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편 열연판소둔 열처리 후 강판 내에 존재하는 잔류탄소에 의해 냉간압연 중 전위의 고착을 활성화시켜 전단변형대를 증가시켜 고스핵의 생성장소를 증가시켜 1차 재결정 미세조직의 고스결정립 분율을 증가시키게 되므로 탄소가 많을수록 이로울 것 같으나, 상술한 Si함량의 범위에서 탄소가 0.12 중량%를 초과하여 함유되게 되면, 별도의 공정이나 설비를 추가하지 않는 한, 탈탄소둔 공정에서 충분한 탈탄을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 이로 인해 야기되는 상변태 현상으로 인해 2차재결정 집합조직이 심하게 훼손되게 되고, 나아가 최종제품을 전력기기에 적용 시, 자기시효에 의한 자기적 특성의 열화현상을 초래하게 된다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서 탄소의 함량은 0.04~0.12 중량%로 한정한다.
S: 0.010 중량% 이하(0 중량% 제외)
S는 0.01 중량% 이상 함유되면 MnS의 석출물들이 슬라브 내에서 형성되어 결정립 성장을 억제하게 되며, 주조 시 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 0.010 중량% 이하(0 중량% 제외)로 한정한다.
P: 0.005 중량% 내지 0.05 중량%
P는 결정립계에 편석하여 결정립계의 이동을 방해하고 동시에 결정립 성장을 억제하는 보조적인 역할이 가능하며, 미세조직 측면에서 {110}<001>집합조직을 개선하는 효과가 있다. P의 함량이 0.005 중량% 미만이면 첨가효과가 없으며, 0.05 중량%를 초과하여 첨가하면 취성이 증가하여 압연성을 크게 나빠진다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서 P의 함량은 0.005~0.05 중량%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(탈탄소둔 및 질화소둔) 및 2차 재결정 소둔(최종소둔)의 일반적인 공정을 거치며, 탈탄소둔 및 질화소둔된 강판을 금속 또는 합금으로 용융도금하는 공정을 더 거친다. 또한, 상기 용융도금 공정 전에, 환원성 분위기에서 상기 탈탄소둔 및 질화소둔된 강판 표면에 형성된 산화층 일부 또는 전부를 환원시켜, 상기 산화층 일부 또는 전부를 제거하는 공정을 더 거칠 수도 있다. 이하에서는 이에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 중량%로, Si: 2.0~6.5%, 산가용성 Al: 0.040% 이하(0 중량% 제외), Mn: 0.20% 이하(0 중량% 제외), N: 0.010% 이하(0 중량% 제외), S: 0.010% 이하(0 중량% 제외), P: 0.005~0.05%, C: 0.04~0.12%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 강 슬라브를 재가열한다.
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, 또한 1차 재결정립 크기가 상당히 미세하게 되기 때문에 적절한 2차 재결정을 발현할 수 없게 될 수도 있다.
따라서, 슬라브 내 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 너무 적으면 1차 재결정 미세조직의 결정립 성장 구동력이 증가하게 되어, 적절한 2차 재결정 미세조직을 얻을 수가 없게 된다.
이때, 슬라브 재가열을 통해 슬라브 내에 재고용되는 N의 함량은 20~50ppm이 바람직하다. 재고용되는 N의 함량은 슬라브 내에 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, 이는 하기 반응식 1에 나타내었다.
[반응식 1]
Figure 112013118647926-pat00001

예를 들어 산가용성 알루미늄이 0.028 중량%, N이 0.0050 중량%임을 가정하였을 때, 상기 반응식 1에 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 위해서는 1250℃ 이하의 온도, 예컨대 1,050~1,250℃, 예컨대 1,050~1,200℃로 슬라브를 재가열한다.
열간압연된 열연판내에는 응력에 의해서 압연방향으로 연신된 변형조직이 존재하게 되며 열연 중에 AlN이나 MnS 등이 석출되게 된다. 그러므로, 냉간압연 전에 균일한 재결정 미세조직과 미세한 AlN의 석출물분포를 갖기 위해서는 다시 한번 슬라브 가열온도 이하까지 열연판을 가열하여 변형된 조직을 재결정시키고, 또한 충분한 오스테나이트상을 확보하여 AlN 및 MnS와 같은 결정립 성장 억제제의 고용을 촉진하는 것이 중요하다. 따라서 열연판 소둔온도는 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 평균크기, 예컨대 평균입경은 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 가장 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 고온소둔 시에 같이 2차재결정하게 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 개스를 사용한 질화처리를 수행하게 된다. 그리고 암모니아 가스를 사용하여 강판에 질소이온을 도입하여 억제제인 (Al,Si,Mn)N, AlN 등의 질화물을 석출하는데 있어서, 탈탄 및 재결정을 마치고 암모니아 가스를 사용하여 질화처리하거나, 탈탄과 질화처리를 동시에 할 수 있도록 암모니아 가스를 동시에 사용하는 방법 어느 것이나 본 발명의 효과를 발휘하는데 문제가 없다.
탈탄처리와 재결정 및 질화처리에 있어서 강판의 소둔온도는 800~950℃의 범위 내에서 열처리하는 것이 바람직하다. 강판의 소둔온도가 800℃ 미만으로 낮으면 탈탄하는데 시간이 많이 걸리게 되며, 950℃를 초과하여 가열하게 되면 재결정립들이 조대하게 성장하여 결정성장 구동력이 떨어져서 안정된 2차 재결정이 형성되지 않는다. 그리고 소둔시간은 본 발명의 효과를 발휘하는데 크게 문제가 되지 않지만 생산성을 감안하여 통상 5분 이내에서 처리하는 것이 바람직하다.
상기 탈탄소둔 및 질화소둔은 동시에 실시하거나 혹은 탈탄소둔 이후에 질화소둔을 독립적으로 실시할 수 있다.
탈탄소둔 및 질화소둔된 강판을 탈탄소둔 및 질화소둔 열처리가 종료되기 직전 내지 이후 환원성 분위기에서 탈탄소둔 및 질화소둔된 강판의 표면에 형성된 외부 산화층에 존재하는 산화층 중 일부 내지 전부를 환원시켜 제거한 후, 강판을 알루미늄 또는 알루미늄-규소 이원계 용용금속을 용융도금시킨다. 알루미늄 또는 알루미늄-규소 용용금속을 용융도금할 때 온도는 600℃이상 900℃이하로 하는 것이 바람직하다. 600℃ 미만의 온도에서 용융도금할 경우 용융도금 금속이 불균질하게 용융되어 있어 용융도금 품질을 열위하게 하고, 900℃를 초과하는 온도에서 용융도금할 경우 용융금속과 탈탄질화처리된 강판의 표면젖음성을 열위하게 하여 용융도금 품질을 저해하게 된다. 상기 알루미늄 규소 이원계 합금을 사용하는 경우, 알루미늄 및 규소의 중량비는 6:4 내지 9:1, 예컨대 7:3 내지 8:2일 수 있다. 한편, 상기 용융도금하는 단계는 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계 도중 또는 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계 이후에 수행할 수 있다.
마지막으로 장시간 동안 최종소둔하여 2차 재결정을 일으킨다. 최종소둔 시 온도는 1,000~1,400℃, 예컨대 1,100~1,300℃에서 수행할 수 있다. 이로써, 강판의 {110}면이 압연면에 평행하고, <001>방향이 압연방향에 평행한 {110}<001> 집합조직을 형성하고, 용융도금된 알루미늄이 강판 내부로 확산 및 침투하여 강판의 알루미늄 함량을 증가시켜 비저항이 증가됨으로써 자기특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있다. 최종소둔의 목적은 크게 보면 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 용융도금층에서 강판 내부로의 알루미늄 확산 및 침투, 자기특성을 해치는 불순물의 제거이다. 최종소둔의 방법으로는 2차 재결정이 일어나기 전의 승온구간에서는 질소와 수소의 혼합 가스로 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 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 소둔단계, 탈탄소둔 및 질화소둔 처리된 1차 재결정 소둔 강판을 용융도금하는 단계 및 1차재결정 미세조직을 갖는 용융도금 강판에 대해 2차 재결정을 일으키는 최종소둔 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
Si: 3.2 중량%, C: 0.055 중량%, Mn: 0.099 중량%, S: 0.0045 중량%, N: 0.0043 중량%, 산가용성 Al: 0.028 중량%, P: 0.028 중량%, 나머지 성분은 잔부 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 함유하는 방향성 전기강판을 진공용해한 후 잉곳(ingot)을 만들고, 이어서 1200oC의 온도로 가열한 다음 두께 2.3mm로 열간압연하였다. 열연판은 1050℃의 온도로 가열한 후 950℃에서 180초간 유지하고 물에 급냉하였다. 열연판 소둔판은 산세한 후 0.23mm 두께로 1회 강냉간압연하고, 냉간압연된 판은 870oC의 온도로 습한 수소와 질소 및 암모니아 혼합 가스 분위기 속에서 180초간 유지하여 질소함량이 200ppm이 되도록 동시 탈탄 질화 소둔 열처리하였다.
이 강판에 표 1과 같이 알루미늄 또는 75%알루미늄-25%규소 이원계 용융금속을 용해도금시킨 후 최종소둔하였다. 최종소둔은 1200℃ 까지는 25%질소+75%수소의 혼합분위기로 하였고, 1200℃ 도달 후에는 100% 수소분위기에서 10시간 이상 유지 후 노냉하였다. 각각의 조건에 대하여 자기적 특성을 측정한 값은 표 1과 같다.
용해도금 여부 철손(W17/50, W/kg) 자속밀도(B10, Tesla) 구분
안함 0.883 1.885 비교재1
안함 0.882 1.889 비교재2
안함 0.911 1.88 비교재3
안함 0.883 1.883 비교재4
알루미늄 0.767 1.888 발명재1
알루미늄 0.779 1.88 발명재2
알루미늄 0.766 1.888 발명재3
알루미늄 0.786 1.886 발명재4
알루미늄-규소 0.761 1.881 발명재5
알루미늄-규소 0.784 1.888 발명재6
알루미늄-규소 0.767 1.883 발명재7
알루미늄-규소 0.768 1.885 발명재8
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 알루미늄 내지 알루미늄-규소 합금을 용융도금 시킨 발명재가 비교재와 비교할 때 동등한 자속밀도를 가지면서 철손 특성의 현격한 향상이 있어, 발명재의 자기적 특성이 우수함을 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 (19)

  1. 중량%로, Si: 2.0% 내지 6.5%, 산가용성 Al: 0.040% 이하(0 중량% 제외), Mn: 0.20% 이하(0 중량% 제외), N: 0.010% 이하(0 중량% 제외), S: 0.010% 이하(0 중량% 제외), P: 0.005% 내지 0.05%, C: 0.04% 내지 0.12%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되며,
    전기강판 생산 공정 중 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계에서 또는 그 이후에 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금을 전기강판에 용융도금시켜, 상기 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금이 상기 전기강판 내부로 확산 또는 침투되며,
    상기 알루미늄-규소 합금은 알루미늄 및 규소를 6:4 내지 9:1의 중량비로 포함하는 방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서
    상기 알루미늄-규소 합금은 알루미늄 및 규소를 7:3 내지 8:2의 중량비로 포함하는 방향성 전기강판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기강판은 상기 전기강판 생산 공정 중 슬라브의 재가열에 의하여 슬라브 내에 N의 고용량이 20ppm 내지 50ppm의 범위를 가지는 방향성 전기강판.
  4. 제2항에 있어서
    상기 전기강판은 상기 전기강판 생산 공정 중 열연판 소둔 후, 석출되는 석출물의 평균입경이 200Å 내지 3,000Å 인 방향성 전기강판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기강판은 철손(W17/50)이 0.8 W/Kg 이하인 방향성 전기강판.
  6. 중량%로, Si: 2.0% 내지 6.5%, 산가용성 Al: 0.040% 이하(0 중량% 제외), Mn: 0.20% 이하(0 중량% 제외), N: 0.010% 이하(0 중량% 제외), S: 0.010% 이하(0 중량% 제외), P: 0.005% 내지 0.05%, C: 0.04% 내지 0.12%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 강 슬라브를 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연한 후, 열연판 소둔을 실시하는 단계;
    상기 소둔 후, 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하는 단계;
    상기 냉간압연된 강판에 대하여 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계;
    상기 탈탄소둔 및 질화소둔된 강판에 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금을 용융도금시키는 단계; 및
    상기 용융도금된 강판에 대해 최종소둔하는 단계
    를 포함하고,
    상기 알루미늄-규소 합금은 알루미늄 및 규소를 6:4 내지 9:1의 중량비로 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 알루미늄-규소 합금은 알루미늄 및 규소를 7:3 내지 8:2의 중량비로 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 용융도금시키는 단계는,
    상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계 도중 또는 이후에 수행하는 방향성 전기강판 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 용융도금시키는 단계는,
    알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금을 상기 강판에 용융도금시켜, 상기 알루미늄 또는 알루미늄-규소 합금을 강판 내부로 확산 또는 침투시키는 방향성 전기강판 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 용융도금시키는 단계는 600℃ 내지 900℃에서 수행하는 방향성 전기강판 제조방법.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계 이후, 상기 용융도금시키는 단계 이전에,
    환원성 분위기에서 상기 탈탄소둔 및 질화소둔된 강판 표면에 형성된 산화층 일부 또는 전부를 환원시켜, 상기 산화층 일부 또는 전부를 제거하는 단계를 더 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 슬라브 재가열 온도는 1,050℃ 내지 1,250℃인 방향성 전기강판 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 슬라브의 재가열은 슬라브 내에 N의 고용량이 20ppm 내지 50ppm의 범위가 되도록 가열하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 열연판 소둔 온도는 850℃ 내지 1,200℃인 방향성 전기강판 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열연판 소둔 후, 석출되는 석출물의 평균입경은 200Å 내지 3,000Å인 방향성 전기강판 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 냉간 압연은 87% 이상의 압연율로 1회 강 냉간압연을 실시하여 0.10mm 내지 0.50mm의 두께로 냉간압연하는 방향성 전기강판 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계는,
    상기 탈탄소둔 및 질화소둔을 동시에 실시하거나, 탈탄소둔 이후에 질화소둔을 독립적으로 실시하는 방향성 전기강판 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 탈탄소둔 및 질화소둔하는 단계는 800℃ 내지 950℃에서 수행하는 방향성 전기강판 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 최종 소둔하는 단계는 1,000℃ 내지 1,400℃에서 수행하는 방향성 전기강판 제조방법.
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