KR101575633B1 - 입자 배향된 규소 강판의 제조 방법, 입자 배향된 전기 강판 및 이들의 용도 - Google Patents

입자 배향된 규소 강판의 제조 방법, 입자 배향된 전기 강판 및 이들의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 1.870 Tesla 초과하여 800A/m 에서의 유도값 및 1.7 Tesla (T) 의 특정 자기 유도에서 1.3 W/kg 보다 낮은 코어 전력 손실을 나타내는 입자 배향된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 강의 화학 조성은, 중량% 로: 2.8 ≤ Si ≤ 4, 0.20 ≤ Cu ≤ 0.6, 0.05 ≤ Mn ≤ 0.4, 0.001 ≤ Al ≤ 0.04, 0.025 ≤ C ≤ 0.05, 0.005 ≤ N ≤ 0.02, 0.005 ≤ Sn ≤ 0.03, S < 0.015, 선택적으로 누적양이 0.02 미만인 Ti, Nb, V 또는 B, 및 Fe 및 다른 불가피한 불순물인 잔부를 포함하고, 이하의 관계들이, Mn/Sn ≤ 40, 2.0 ≤ C/N ≤ 5.0, Al/N ≥ 1.20 만족된다.

Description

입자 배향된 규소 강판의 제조 방법, 입자 배향된 전기 강판 및 이들의 용도 {METHOD OF PRODUCTION OF GRAIN-ORIENTED SILICON STEEL SHEET GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND USE THEREOF}
본 발명은 자기 특성들 Fe-Si 입자 배향된 전기 강들의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 재료는, 예를 들어 변압기들의 제조에 사용된다.
Fe-Si 입자 배향된 강에 자기 특성들을 부여하는 것은 가장 경제적인 자기 유도 공급원이다. 화학 조성의 관점에서, 전기 저항을 증가시키기 위해서 철에 규소를 첨가하는 것은 매우 통상적인 방식이고, 그리하여 자기 특성들을 향상시키고 그리고 동시에 전체 전력 손실들을 저감시키다. 전기 장비를 위한 강들의 구조에 대해서는 현재 2 개의 군들: 입자 배향된 및 배향되지 않은 입자 강들이 공존하고 있다.
소위 고스 집합조직 (Goss texture) {110}<001> 은, 결정면 (crystallographic plane) {110} 이 압연면에 이상적으로 평행하고 그리고 결정방향 <001> 이 압연 방향에 이상적으로 평행하면 입자 배향된 강에 현저한 자기 특성들을 전달한다. 후자의 압연 방향은 용이한 자화 방향에 대응한다.
Fe-Si 입자 배향된 강들의 매트릭스를 구성하고 그리고 이상적인 {110}<001> 에 근접한 결정 배향들을 가진 페라이트 입자들은 통상적으로 고스 입자들이라고 한다.
이하의 특성들은 자기 특성들로 될 때의 전기 강들의 효율을 평가하는데 사용된다:
● 테슬라 (Tesla) 로 나타내어지는 자기 유도로서, 이 자기 유도는 800 A/m 의 인가된 자기장에서의 측정에 대한 참조로서 이 문헌에서 J800 이라고 한다. 이러한 값은 입자들이 고스 집합조직에 얼마나 근접한지를 나타내고, 높아질수록 더 좋다.
● 테슬라 (T) 로 나타내어지는 특정 자기 유도 및 Hertz 로 나타내어지는 가동률 (working rate) 에서 측정된, W/kg 으로 나타내어지는 코어 전력 손실. 전체 손실들은 낮아질수록 더 좋다.
많은 야금 파라미터들은 전술한 특성들에 영향을 줄 수 있고 가장 공통적인 것은: 재료의 집합조직, 페라이트 입자 크기, 석출물 크기 및 분포, 재료 두께, 격리 코팅 및 최종의 표면 열처리이다. 이후, 대상으로 하는 사양들에 도달하기 위해서는 주조에서부터 최종 표면 열처리까지의 열적-기계적 처리가 중요하다.
한편으로, 높은 자속 밀도 판들에 대하여, EP 2 077 164 에서는 C: 0.010 ~ 0.075%, Si: 2.95 ~ 4.0%, 산 가용성 Al: 0.010 ~ 0.040%, N: 0.0010 ~ 0.0150% 및 0.005 ~ 0.1% 의 S 와 Se 중 하나 또는 둘 다, 잔부로서 Fe 및 불가피한 불순물들을 사용하여 B10≥1.90T 인 입자 배향된 규소 등급들의 제조 방법이 개시되어 있다. 주조 후에 생성된 바는 20 ~ 70 mm 범위의 두께를 가진다. 전술한 화학 조성에 이하의 원소들 중 하나가 첨가될 수 있다: Sb: 0.005 ~ 0.2%, Nb: 0.005 ~ 0.2%, Mo: 0.003 ~ 0.1, Cu: 0.02 ~ 0.2%, 및 Sn: 0.02 ~ 0.3%. 열간 압연 이전에 허용된 최소 온도는 1200℃ 이다. 이러한 처리 루트는, 바가 즉시 열간 압연되더라도 주조 후에 1200℃ 또는 심지어 1250℃ 초과하여 바를 유지하는 것에는 더 많은 에너지가 필요하기 때문에 오히려 에너지를 소모한다.
다른 한편으로, US 2009/0301157 은 입자 배향된 판들로 추가로 처리하기 위해서 열간 압연된 스트립 규소 합금 강을 제조하기 위한 방법과 시스템에 관한 것이다. 주조되는 슬래브는 120 mm 의 최대 두께를 가진다. 이 발명은 적어도 1200℃, 바람직하게는 1250℃ 초과의 열간 압연 라인으로의 주조 생성물의 흡인 온도가 필요하다. 이 발명은 다기능성을 목적으로 하는 방법 및 시스템에 관한 것이기 때문에, 화학 조성은 개시되어 있지 않다. 슬래브 재가열은, 전술한 바와 같이 중요한 단계이고 여기에서 두 가지가 있다: 제 1 예열 단계를 실시하고 그 다음에 집중 가열 단계가 뒤따른다. 이러한 처리 루트는, 주조 생성물이 이 문헌에 개시된 시스템의 그래프에서 숫자 6 으로 언급된 집중 가열 단계에서 재가열될 수 있기 때문에 오히려 에너지를 소모한다.
본 발명은 이하로 이루어지는 연속 단계들을 포함하는 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다:
- 중량% 로,
2.8 ≤ Si ≤ 4,
0.40 ≤ Cu ≤ 0.6,
0.05 ≤ Mn ≤ 0.4,
0.001 ≤ Al ≤ 0.04,
0.025 ≤ C ≤ 0.05,
0.005 ≤ N ≤ 0.02,
0.005 ≤ Sn ≤ 0.03,
S < 0.015,
선택적으로 누적양이 0.02 미만인 Ti, Nb, V 또는 B,
및 Fe 및 다른 불가피한 불순물들인 잔부를 함유하는 강 조성물을 용융하는 단계로서,
이하의 관계들이,
Mn/Sn ≤ 40,
2.0 ≤ C/N ≤ 5.0,
Al/N ≥ 1.20,
만족되는, 상기 강 조성물을 용융하는 단계,
- 고화 후에, 슬래브의 표면이 5 분보다 길게 850℃ 이하로 냉각되지 않도록, 두께가 80 밀리미터 이하인 슬래브를 얻기 위해 상기 강을 연속 주조하는 단계,
- 상기 슬래브를 적어도 20 분 동안 1080℃ ~ 1200℃ 온도까지 재가열하는 단계,
- 그 후에, 고온 밴드를 얻기 위해서, 상기 슬래브의 온도를 1060℃ 초과로 하는 동안 제 1 두께 감소를 실시하고 또한 950℃ 의 최종 압연 온도를 초과하여 마지막 두께 감소를 실시하면서 상기 슬래브를 열간 압연하는 단계,
- 상기 고온 밴드를 10 초 미만에서 500℃ ~ 600℃ 의 온도 범위로 냉각시키는 단계, 그 후,
- 상기 고온 밴드를 권취하는 단계로서, 상기 고온 밴드에서 산 가용성 Al 의 60% 미만은 석출된 형태이고, 그 후 석출물은 5 nm ~ 150 nm 크기 범위의 AlN 석출물들을 전혀 포함하지 않는, 상기 고온 밴드를 권취하는 단계,
- 그 표면을 세정하는 단계,
- 상기 고온 밴드를 미리 소둔시키지 않고 적어도 60% 의 냉간 압연비로 고온 밴드의 제 1 냉간 압연 단계를 실시하는 단계, 그 후,
- 780℃ ~ 920℃ 온도 (T1) 에서 일차 재결정 소둔 단계를 실시하는 단계로서, 상기 강은 수소, 질소 및 수증기의 혼합물로 구성되는 분위기에서 2 분의 최소 시간 (t1) 동안 T1 에서 유지된 후, 0.004% 미만의 강 탄소 함량 및 냉각 후에 16 마이크로미터 미만의 일차 평균 입자 크기를 얻도록 실온으로 냉각하는 단계,
- 냉간 압연된 강판의 최종 두께를 얻도록 적어도 50% 의 냉간 압연비로 제 2 냉간 압연 단계를 실시하는 단계,
- 상기 냉간 압연된 강판의 표면에 격리 세퍼레이터 층 (layer of an isolating separator) 을 피착시키는 단계,
- 격리된 냉간 압연된 강판을 수소 및 질소를 포함하는 분위기에서 이차 소둔하는 단계로서, 강 가열율 (V1) 은 600℃ ~ 1150℃ 에서 시간당 15℃ 미만이며, 강판의 온도는 600 분의 최소 시간 (t2) 동안 1150℃ 의 최소 온도 (T2) 에서 유지되고, 황 및 질소 각각에 대한 함량을 0.001% 미만으로 저감시키고 그리고 15 밀리미터 미만의 이차 평균 입자 크기를 갖도록 소둔 전체 시간은 120 시간 초과인, 상기 이차 소둔하는 단계,
- 실온으로 서랭을 실시하는 단계.
바람직하게는, 구리 함량은 0.4% ~ 0.6% 이다.
바람직하게는, 황 함량은 0.010% 보다 낮다.
바람직한 실시형태에 있어서, 강 탄소 함량은 0.025% ~ 0.032% 이다.
바람직하게는, 상기 슬래브는 분당 4.0 미터의 최소 속도로 주조된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 마무리 압연 온도는 적어도 980℃이다.
삭제
바람직하게는, 입자 배향된 강판은 콜로이드 실리카 에멀젼에 기초하여 절연 및 인장 코팅으로 코팅된다.
바람직하게는, 일차 소둔 후에, 강의 탄소 함량은 0.0025% 미만이다.
바람직한 실시형태에 있어서, 일차 소둔 후에, 일차 평균 입자 크기는 10 마이크로미터 미만이다.
다른 바람직한 실시형태에 있어서, 이차 소둔 후에, 이차 평균 입자 크기는 10 밀리미터 미만이다.
바람직한 실시형태에 있어서, 본원에 따른 방법에 의해 얻어지는 입자 배향된 강판은 1.870 Tesla 초과하여 800A/m 에서의 유도값 (induction value) 및 1.7 Tesla (T) 의 특정 자기 유도에서 1.3 W/kg 보다 낮은 코어 전력 손실을 나타낸다.
본원에 따른 입자 배향된 강판으로 제조된 부분은 전력 변압기를 얻는데 사용될 수 있다.
원하는 특성들에 도달하기 위해서, 본원에 따른 강은 이하의 원소들을 포함한다.
무엇보다도, 강은 고스 집합조직을 얻기 위해 그리고 강의 전기 저항을 증가시키기 위해서 2.8 ~ 4% 규소를 포함한다. 이 함량이 2.8% 미만이면, 입자 배향된 강의 높은 자기 특성들 및 낮은 코어 전력 손실값에 도달하지 못할 것이다. 다른 한편으로, 규소의 첨가가 4% 초과하면, 냉간 압연 동안 균열 감도 (cracking sensitivity) 가 허용하지 않는 레벨에 도달하게 된다.
황 함량은 엄격하게 주조 슬래브의 중심선 근방의 편석들 (segregations) 을 방지하기 위해서 0.015% (150ppm) 보다 낮다. 이러한 편석들은 생성된 열간 압연된 미세조직의 균질성 및 석출물 분포에 손상을 준다. 슬래브 두께에 걸친 황 농도를 균질화하기 위해서, 슬래브 재가열 온도는 상승되어야 하고, 슬래브는 더 긴 시간 동안 고온에 유지되어야 하여, 생산성을 악화시키고 그리고 생산 비용들을 증가시킨다. 추가로, 황 함량이 150 ppm 초과하면, 75% 초과의 수소를 함유하는 건식 분위기와의 상호교환에 의해 S, N 등과 같은 해로운 원소들이 제거되는 고온 소둔 (HTA) 동안 정제하는 단계가 너무 길어지게 되어, 품질, 생산성에 악영향을 주고 그리고 비용들을 증가시킨다. 실제로, 이러한 긴 정제 단계는 비용이 들고 그리고 유리막 품질을 열화시킨다. 모든 이러한 결점들의 외관 위험들 (appearance risks) 을 저감시키기 위해서, 바람직하게는 황 함량은 100 ppm 이하이다. 실제로, 유지 동안, 강에 용해된 질소 및 황을 제거함으로써 필요한 금속 정제를 보장하도록, 분위기에서의 수소 농도는 75% 초과하여야 한다. 이는, 수소 분위기와 상호 작용함으로써, 강에서의 전체 질소 및 전체 황의 농도가 바람직하게는 100 ppm 미만인 레벨까지 실시한다.
강은 이 강의 J800 값을 개선하기 위해 0.20 ~ 0.6% 의 구리를 더 포함한다. 소둔 동안, 구리는 AlN 의 추가의 석출물을 위한 핵들로서 작용할 수 있는 나노계측 석출물들을 생성하도록 석출된다. 구리 함량이 0.20% 미만이면, Cu 석출물들의 양은 너무 낮고, 이는 대상 이하의 J800 값을 유도하지만, 구리는 금속의 포화 분극을 감소시키는 것으로 알려져 있고, 그 결과 1.870T 의 J800 대상은 0.6% 초과의 구리 함량들에 접근할 수 없다. 바람직하게는, 구리 함량은 0.4% ~ 0.6% 이다.
망간의 농도는 열간 압연 단계 동안 균열을 방지하도록 0.05% 보다 높아야 한다. 재결정화를 제어하도록 추가의 Mn 이 첨가된다. 0.4% 를 초과하는 Mn 농도는 합금화 비용을 불필요하게 증가시키고 그리고 포화 자화를 감소시키고, 이는 대상 아래의 J800 값을 유도한다. 망간은 0.05 ~ 0.4% 함량으로 강에 첨가된다. 이 원소는 AlN 의 추가의 침전물을 위한 핵들로서 또한 작용할 수 있는 MnS 의 석출물들을 생성하도록 황과 석출된다. 그리하여, Mn 의 최소양은 0.05% 이다.
주석 (Sn) 은 일차 및 이차 재결정 구조의 입자 크기를 제어하도록 첨가될 수 있는 입자 경계 분리 원소 (segregating element) 이다. Sn 농도는 고온 소둔 동안 과도한 입자 성장을 방지하는데 효과적이도록 적어도 0.005% 이어야 하고 그리하여 자기 손실들을 저감시킨다. Sn 농도가 0.03% 초과하면, 재결정은 불규칙하게 된다. 그리하여, Sn 함량은 0.03% 의 최대값으로 제한되어야 한다. 주석 함량은, 입자 경계 유동성을 저감시키는 입자 경계 분리 요소들로서 사용하도록, 바람직한 실시형태에서 0.010 % ~ 0.022 % 이다. 그리하여, 입자 성장은 방해될 수 있다. 주석은 몰리브덴 또는 안티몬으로 대체될 수 있다.
주석에 대한 망간의 비 (Mn/Sn) 는 재결정화를 통하여 입자 크기 분포를 제어하도록 40 이하이어야 하고, 바람직한 실시형태에서: Mn/Sn≤20 이다.
일차 평균 입자 크기 대상은 16 마이크로미터 미만, 바람직하게는 10 마이크로미터 미만이다.
알루미늄은 질소와 함께 석출되도록 0.001 ~ 0.04% 범위로 강에 첨가되어, 이차 재결정화 동안 입자 성장 억제제로서 AlN 을 형성한다. Al 의 양은 산소와 결합하지 않은 알루미늄의 양인 산 가용성 알루미늄이라고 한다. 적절한 양의 AlN 을 가지도록, 알루미늄은 0.04% 미만이어야 하고, 이는 이를 초과하면 석출 운동 (precipitation kinetic) 의 제어가 점점 더 어려워지기 때문이다. 충분한 AlN 을 갖도록 Al 함량은 0.001% 초과이어야 한다.
충분한 AlN 석출물들을 형성하도록, 질소는 0.005 ~ 0.02% 범위에 있어야 한다. 질소 함량은, 원하지 않는 철-질화물들 또는 탄소-질화물들 형성으로 인해 0.02% 초과하지 않도록 할 수 있고, 0.005% 미만에서는 AlN 의 양이 너무 낮다. 질소에 대한 알루미늄의 중량비는, AlN 석출 운동 및 양에 대하여 Al 및 N 의 바람직한 원자비를 갖도록, 1.20 (Al/N≥1.20) 이상이어야 한다. 알루미늄에 비하여 질소의 낮은 양은, 그의 억제 역할에 도움이 되는 더 미세한 석출물들의 형성을 유도한다. 바람직하게는, Al/N 의 비는 이하 : Al/N≥1.5 이다.
바람직한 실시형태에 있어서, 고온 밴드에서 산 가용성 알루미늄의 60% 미만은 AlN 으로서 석출된 형태이고, 이러한 석출물 구조는 5nm ~ 150nm 크기 범위의 AlN 석출물들을 전혀 포함하지 않는다.
탄소 함량에 대하여, 열간 압연 단계에서, C 농도는 열간 압연 동안 오스테나이트 양을 제어함으로써, 고온 밴드 미세조직 및 결정 집합조직에 상당한 영향을 주는 것으로 증명되었다. 탄소 농도는 또한 열간 압연 동안 AlN 의 초기의 또한 조대한 석출을 방지하기 때문에 억제제 형성에 영향을 준다. C 함량은, 용액에서 석출물들을 유지하는데 충분한 오스테나이트를 형성하고 그리고 고온 밴드 미세조직 및 집합조직을 제어하도록, 0.025% 초과해야 한다. 0.05 의 한계는 너무 긴 탈탄 단계를 갖지 않도록 존재하고, 이는 생산성을 늦추기 때문에 경제적으로 단점일 수 있다. 바람직하게는, 탄소 함량은 0.025 % ~ 0.032% 이고, 이 농도 범위는 최종 생성물에서 최고의 J800 값들을 산출하는 것으로 증명되었다.
J800 값이 1.870 T 를 초과함을 보장하도록 질소에 대한 탄소의 비는 2 ~ 5 (2≤C/N≤5) 일 수 있다. C/N 비가 2 미만이면, 열간 압연 동안 오스테나이트 함량은 불충분할 것이다. 페라이트 보다는 오스테나이트에 보다 더 용해될 수 있는 질소는 오스테나이트로 확산될 것이고 그리고 열간 압연된 미세조직으로 미세하게 균일하게 분포되지 않을 수 있어서, 알루미늄과 함께 효율적인 석출을 악화시킨다. 다른 측에서, C/N 비가 5 를 초과하게 되면, 질소 함량이 너무 낮으면 높은 C 또는 AlN 형성이 불충분한 경우에, 탈탄 공정은 길어지고 그리고 어려워질 수 있다. 바람직하게는, C/N 의 비는: 3≤C/N≤5 이다.
티타늄, 니오븀, 바나듐 및 붕소와 같은 미세 합금 원소들은 제한되고, 이러한 미세 합금 원소들의 합은 0.02% 를 초과하지 않는다. 사실, 이러한 원소들은 전술한 바와 같이 질화 알루미늄 억제제들을 형성하는데 필요한 질소를 소모하는 질화물 형성제들 (formers) 이고, 그리하여 이러한 원소들의 함량은 불순물 레벨들과 일치될 것이다.
다른 불순물들로서는: As, Pb, Zn, Zr, Ca, O, P, Cr, Ni, Co, Sb, B, 및 Zn 이다.
본원에 따른 공정은, 액상 강에서부터 마무리된 열간 압연된 스트립까지의 생성 워크플로우를 단축시킨다. 완전한 제조 공정은 연속적으로 실시되고, 획득가능한 스트립 두께 범위는 1 mm ~ 80 mm 이다.
본원에 따른 공정은, 열간 압연된 코일의 길이 및 폭에 걸쳐 미세조직, 집합조직 및 석출물들의 안정성면에서, 일차 재료로서 우수한 품질의 고온 밴드를 제공한다. 더욱이, 고온 밴드의 우수한 품질로 인해 고온 밴드 소둔 처리는 방지된다.
실제로, 본원에 따른 공정은 종래의 슬래브들보다 최대 5 배 적은 슬래브 두께들을 유발한다. 최대 슬래브 두께는 80 mm 이다.
조기 AlN 석출을 방지하도록 5 분보다 더 길게 슬래브의 표면 온도를 850℃ 미만으로 하는 것을 방지하는 것이 중요하다. 이러한 석출은 AlN 억제 역할 능력을 방해하는데, 이는 이러한 석출이 공정을 통하여 더 조대하게 될 것이고 그리고 생성 동안 금속 루트를 쓸모없게 만들 수 있다. 이러한 경우에, 석출물들을 용해시키고 그리고 질소와 같은 석출 원소들을 예를 들어 용액으로 다시 되돌리도록 다른 열처리가 필요하다. 이러한 작업은 균질화를 위해 고온 및 긴 유지 시간을 필요로 하여, 생산성을 악화시키고 제조 비용을 증가시킨다. 이를 달성하기 위해서, 일 방안으로서는 분당 4 미터의 최소 주조 속도를 선택하는 것이다. 또한, 본원의 중요한 일 특징은, 엄격하게는 1250℃ 미만으로 또한 심지어 1200℃ 미만으로 슬래브를 재가열하도록 하는 것이고, 이는 본원에 대한 유력한 비용 절감적인 특징이다.
그 후, 슬래브는 20 분 동안 1080℃ 의 최소 온도에서 재가열된다. 1080℃ 미만에서, 열간 압연하는 단계는, AlN 의 석출이 발생하기 시작하는 950℃ 아래의 FRT 를 유발한다. 이러한 초기 석출은 고스 입자 배향들의 바람직한 집합조직의 감소 및 억제력들의 감소를 발생시킬 것이다. 미세 분포에 의해 가해지는 전체 Zener 고정력 (pinning force) 인 억제력은, 이들이 조대해지는 것을 방지하도록 입자 경계들에서 촉발된다. 재가열은 슬래브의 모든 지점에서 동일한 온도를 갖도록 그리고 잠재적으로 존재하는 석출물들을 용해시키도록 슬래브에서 온도를 균질화하는데 사용된다.
열간 압연 밀에서, 입구에서부터 마지막 스탠드까지 열간 압연 단계 전체에 걸쳐 열에너지를 입력하지 못하기 때문에, 제 1 감소 압연 온도 입구는 950℃ 미만으로 떨어지는 FRT 를 방지하도록 1060℃ 초과일 수 있다. FRT 가 950℃ 미만이면, 집합조직은 상당히 영향력이 없지만 석출물의 억제력은 너무 약해질 것이고 그리고 1.870 T 의 J800 대상은 본원의 화학 조성 및 처리 루트에 도달하지 못할 것이다. 마무리 압연 단계 이후에, 고온 밴드 냉각을 시작하기 전에 10 초의 최대 시간 프레임이 주어진다. 이러한 냉각은 조대한 질화 알루미늄의 석출을 방지하는 것이고, 이러한 석출물들은 저온들에서 형성되어야 한다.
이상적으로, 매트릭스에 저장될 억제력을 최대화하고 그리고 석출들의 억제 및 재결정을 개시하도록 제조 루트를 다운시키는데 사용되도록 FRT 는 980℃ 초과한다.
권취 온도는 이 범위를 벗어나기 때문에 500℃ ~ 600℃ 에서 실시되고, AlN 을 포함하는 본원의 대상으로 하는 석출물들은 적합한 분포 및 크기를 갖지 않을 것이다.
이 단계에서 열간 압연된 밴드가 얻어진다. 냉간 압연 단계 이전에 입자 배향된 전기 강들 제조를 위한 고전적인 고온 밴드 소둔 공정의 적용을 방지한다는 것은, 에너지 소비 잇점을 가진 본원의 추가 특징이다. 열간 압연 단계는 후속의 미세 구조 특징들을 가진 고온 배드를 유도한다:
압연 방향을 포함하는 고온 밴드의 어떠한 관통 두께 단면 컷 (cut) 은 3 개의 동일한 부분들을 나타내는데: 2 개의 외부 대칭 영역들은 등축 페라이트 입자들을 포함하고, 내부 대칭 영역은 소형 등축 및 더 큰 팬케이크 입자들의 혼합물을 포함하는 두께의 1/3 을 덮는다.
고온 밴드의 다른 특정 특징은, 2 개의 외부 영역들에서, 제타 섬유 (110)[x,y,z] 뿐만 아니라 Cu (112)[-1,-1,1] 와 같은 전단 변형 집합조직들이 우세한 반면, 내부 제 3 영역에서, θ(001) [x,y,z] 및 α(u,v,w)[1,-1,0] 섬유들이 가장 우세한 성분들이라는 것이다.
고온 밴드 품질의 다른 특이성은, 열간 압연, 냉각 및 권취 단계들 동안 형성된 AlN 석출물들의 존재에 있다. 전술한 AlN 에서 산 가용성 알루미늄의 부분적인 석출에는 특별한 특징이 있는데: 바람직한 실시형태에 있어서, 석출된 구조는 5 나노미터 ~ 150 나노미터 크기의 질화 알루미늄 석출물들 (AlN) 을 포함하지 않는다. 상기 범위의 석출물들은 후속의 처리 루트에서 너무 많이 조대화되었고, 석출물들이 조대화되면, 이 석출물들은 매우 열악한 억제 능력을 가지며, J800 값은 감소될 것이고 그리고 1.870 T 미만으로 떨어질 것이다.
고온 밴드 표면은, 어떠한 산화물 층 또는 이차 스케일의 어떠한 종류의 다른 잔류물들을 제거하도록, 산세 공정 또는 어떠한 대안을 사용하여 세정된다.
그 후에, 제 1 냉간 압연 공정이 실시되고; 이는 적어도 2 단계의 패스들로 적용되고 그리고 60% 의 최소 냉간 압연비를 사용하여 1 mm 미만의 중간 두께에 이른다. 더 낮은 변형 정도는 입자 성장에 대하여 후속의 원하는 재결정 및 석출 레벨들을 활성화시키고 그리고 도달하기에 충분한 저장 에너지를 보장하지 않는다.
제 1 냉간 압연 단계 뒤에는 단일 또는 다단계 공정으로서 본원에서 소위 일차 소둔 또는 탈탄 소둔이라고도 하는 중간 소둔이 뒤따르고, 이는 일차 재결정 및 재료 탈탄을 제공한다. 탈탄 이후에, 탄소 함량은 0.0025 % 미만인 것이 바람직하다. 탄화물들 및 탄소와 같은 원소들은 자기 도메인 벽들에 대하여 위치들을 고정한다. 추가로, 일차 소둔 후에 평균 입자 크기는 16 마이크로미터 미만이어야 하고, 그 이유는, 이 단계에서 입자들이 조대해진다면, 즉 입자들이 16 ㎛ 초과이면, 유전 현상 (inheritage phenomenon) 으로 작은 또한 큰 입자들로 제조된 상당히 이종 미세조직을 가진 더 조대한 입자들을 유발하기 때문이다. 코어 손실은 또한 일차 재결정 구조에 대하여 16 ㎛ 초과의 입자 크기들에 따라서 상당히 증가할 것이다.
일차 소둔이라고도 하는 이러한 중간 소둔 (T1) 은 2 분의 최소 흡수 시간 (soaking time : t1) 에 대하여 780℃ ~ 920℃ 에서 실시된다. 소둔의 약간 산화 분위기는, 강 탄소 함량을 0.004 중량% 미만으로 감소시키도록 조합된 수소, 질소 및 수증기의 혼합물이고, 일차 입자 크기는 16 마이크로미터 미만으로 유지된다. 본원의 바람직한 실시에 있어서, 탄소 함량은 이 단계에서 0.0025% 미만으로 유지되고, 페라이트 입자 크기는 10 마이크로미터 미만으로 유지된다. 이러한 조합은, 본원의 화학 조성 및 처리 루트로 1.870 Tesla 초과의 J800 에 도달하도록 최고의 고스 집합조직을 갖도록 추가로 냉간 압연될 일차 집합조직을 개선시킨다.
그 후에, 이 재료는 적어도 2 단계의 패스들이 적용된 50% 의 최소 냉간 압연비로 제 2 냉간 압연 단계를 실시한다. 일반적으로, 제 2 냉간 압연 후의 두께는 0.21 ~ 0.35 mm 이다.
후속의 단계는 격리 세퍼레이터 코팅, 예를 들어 MgO 계 코팅의 피착으로 구성된다. 이차 냉간 압연된 전기 강의 표면에 이러한 세퍼레이터가 도포되고, 그 후에 스트립은 권취된다.
그 후에, 이차 소둔이라고 하는 고온 소둔 (HTA) 이 실시되고 그리고 수소 및 질소의 혼합물로 형성된 분위기에서 실시된다. 400℃ ~ 1150℃ 의 가열율은 15℃/s 미만이다. 1150℃ 의 최소 흡수 온도 (T2) 에 도달하자마자, 10 시간의 최소의 유지 시간 (t2) 이 실시된다. 유지 후에, 서냉이 실시되어, 이차 소둔 시간의 총량은 120 시간을 능가한다. 이차 소둔이 실시되자마자, 매트릭스에서의 황 및 질소 함량은 각각 0.001% 미만이고, 강의 평균 입자 크기는 15 mm 미만이다. 바람직한 실시형태에 있어서, 이차 소둔 후에, 평균 입자 크기는 10 밀리미터 미만이다. 이러한 평균 입자 크기는, 상기 두께 종속 파라미터가 입자 크기에 따라서 급격하게 증가하기 때문에, 코어 손실들을 최소화시킨다.
이차 소둔 후에, 강 표면에 절연 및 인장 코팅이 도포된다. 이는 콜로이드 실리카 에멀젼에 기초하고 그리고 최적의 인장을 보장할 뿐만 아니라 강의 전기 저항을 개선시킨다.
본원에 따른 소위 거의 높게 입자 배향된 강판은, 1.870 Tesla 초과의 800 A/m 에서의 유도 레벨 및 1.3 W/kg 미만의 코어 전력 손실을 가진 강을 나타낸다.
이하의 실시예들은 설명 용도이고 그리고 본원의 개시 범위를 제한하도록 구성되는 것으로 의도되지 않는다:
합금 화학성질은 표 1 에 주어진다. 80 mm 미만의 두께의 슬래브들을 제조하기 위해서 본원에 따른 공정을 사용하여 주조를 실시하였다. 히트 숫자 (히트 Nr) 는 1 ~ 10 의 상이한 화학 조성들을 구별한다. 볼드 및 밑줄친 화학 조성 원소들은 본원에 따른 것이 아니다.
Figure 112015019657154-pct00001

이하 표 2 에서, 화학 조성 원소들의 관련 비들은 히트 숫자 1 ~ 10 으로 도시된다:
Figure 112015019657154-pct00002

고화 후에, 각각의 주조 슬래브 표면은 850℃ 미만으로 냉각되지 않는다.
각각의 히트 숫자 (1 ~ 10) 에 의해 실시된 공정 파라미터들은 이하의 본원의 표 3 에 도시되어 있고, 여기에서:
● SRT (℃): 슬래브 재가열 온도이다. 이 온도는 20 분 초과 및 1 시간 미만의 시간 동안 유지된다.
● F1 은 제 1 두께 감소 온도이다.
● FRT (℃): 마지막 두께 감소가 실시되는 슬래브 마무리 압연 온도이다.
● 권취 T (℃): 권취 온도이다.
Figure 112015019657154-pct00003

권취 후에, 고온 밴드 표면은 세정되고, 그 후 제 1 냉간 압연 (60% 초과) 이 실시된다. 일차 재결정 소둔 단계는, 수소, 질소 및 수증기의 혼합물로 형성된 분위기에서 2 분 초과 (t1) 동안 780 ~ 920℃ 의 T1 으로 각각의 합금 (히트 숫자 1 ~ 10) 에 대해 실시되었고 그 후에 실온으로 냉각되었다. 모든 합금들의 탄소 함량은 0.004% 미만이다.
그 후, 각각의 강 합금 1 ~ 10 에 대하여 0.3 mm 의 최종 두께를 얻도록 제 2 냉간 압연이 실시된다 (>50%).
마지막으로, 콜로이드 실리카 에멀젼에 기초로 하는 격리 세퍼레이터는 강 표면에 피착되고, 그 후 이 강은 공지된 고온 소둔 (HTA) 사이클을 받고: 10 시간 초과 동안 600 ~ 1150℃ 의 온도까지 시간당 15℃ 미만의 속도로 가열된다. 황 및 질소 함량들은 모든 합금들에 대하여 0.001% 미만이다.
일차 재결정 소둔 단계 및 이차 소둔 이후의 측정된 입자 크기들 뿐만 아니라 J800 및 P1.7 이 표 4 에 도시된다:
● DCA G 크기: 탈탄 소둔, 즉 일차 재결정 소둔 단계 후의 입자 크기이다. 이는 마이크로미터로 표현된다.
● 최종 G 크기: 이차 소둔 후의 최종 입자 크기이다. 이는 밀리미터로 표현된다.
● J800: Tesla 로 표현된 자기 유도이고 800 A/m 의 자기장에서 측정된다.
● P 1.7: W/kg 으로 표현된 코어 전력 손실이고 1.7 Tesla (T) 의 특정 자기 유도에서 측정된다. 코어 손실은 표준 UNI EN 10107 및 IEC 404-2 에 따라서 측정된다.
Figure 112015019657154-pct00004

표 4 에 도시된 바와 같이, 히트 Nr 1 ~ 6 은 본원에 따르고: 이러한 히트들은 본원에 따른 합금 원소 조성들을 나타낸다. 추가로, 이들은 본원에 따른 공정 파라미터들을 받고 그리고 1.870 Tesla 초과의 800A/m 에서의 항복 유도값 및 1.7 Tesla 에서 1.3 W/kg 미만의 코어 전력 손실을 가진다. 이들은 본원에 따른 공정을 사용하여 생성되었다. 히트 숫자 1 은 자기 유도의 면에서 최적의 결과를 나타내는데, 이는 합금 원소들의 바람직한 비들을 나타내기 때문이다.
참조용 7 ~ 10 은 본원에 따른 것이 아니다:
● 참조 숫자 7 은 1.20 미만의 Al/N 비를 나타낸다. 그 결과, J800 값은 1.870 Tesla 미만이다.
● 참조 숫자 8 은 본원에 따른 범위 밖의 탄소와 주석의 함량들을 나타낸다. 추가로, Mn/Sn 및 C/N 의 비들은 본원에 따르지 않고 최종적으로 F1 은 1060 미만이다. 그 결과, J800 값은 1.870 Tesla 미만의 최악의 값이고, 코어 손실은 1.3 W/kg 의 허용된 최대를 상당히 초과한다.
● 참조 숫자 9 는 본원에 따르지 않은 주석 함량을 나타내고, Mn/Sn 의 비는 40 초과이다. 그 결과, J800 값은 1.870 Tesla 미만이다.
● 참조 숫자 10 은 본원에 따른 화학 조성을 나타내지만, Mn/Sn 의 비가 40 의 최대 한계를 초과하고 그리고 FRT 는 이 한계 미만이며, 그 결과 유도값 J800 은 1.870 Tesla 미만이다.
본원에 따른 입자 배향된 FeSi 강판들은, 예를 들어 1.870T ~ 1.90T 의 J800 요건들을 가진 변압기들의 제조에 유리하게 사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 이하로 이루어지는 연속 단계들을 포함하는 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법으로서,
    - 중량%,
    2.8 ≤ Si ≤ 4,
    0.4 ≤ Cu ≤ 0.6,
    0.05 ≤ Mn ≤ 0.4,
    0.001 ≤ Al ≤ 0.04,
    0.025 ≤ C ≤ 0.05,
    0.005 ≤ N ≤ 0.02,
    0.005 ≤ Sn ≤ 0.03,
    S < 0.015,
    선택적으로 누적양이 0.02 미만인 Ti, Nb, V 또는 B,
    및 Fe 및 다른 불가피한 불순물들인 잔부를 함유하는 강 조성물을 용융하는 단계로서,
    이하의 관계들이,
    Mn/Sn ≤ 40,
    2.0 ≤ C/N ≤ 5.0
    Al/N ≥ 1.20
    만족되는, 상기 강 조성물을 용융하는 단계,
    - 고화 후에, 슬래브의 표면이 5 분보다 긴 연속 주조 시간 동안 850℃ 이하로 냉각되지 않도록 하여, 두께가 80 밀리미터 이하인 슬래브를 생성하기 위해 상기 강을 연속 주조 하는 단계,
    - 상기 슬래브를 적어도 20 분의 재가열 시간 동안 1080℃ ~ 1200℃ 온도로 재가열하는 단계,
    - 그 후에, 고온 밴드를 얻기 위해서, 상기 슬래브를 1060℃ 초과의 온도에서 제 1 두께 감소를 가져오는 제 1 압연을 실시하고 또한 950℃ 초과의 온도에서 마지막 두께 감소를 가져오는 마무리 압연을 실시하면서 상기 슬래브를 열간 압연하는 단계,
    - 상기 고온 밴드를 10 초 미만 내에 500℃ ~ 600℃ 의 온도 범위로 냉각시키는 단계, 그 후,
    - 상기 고온 밴드를 권취하는 단계로서, 상기 고온 밴드에서 산 가용성 Al 의 60% 미만은 석출된 형태이고, 그 후 석출물은 5 nm ~ 150 nm 크기 범위의 AlN 석출물들을 전혀 포함하지 않는, 상기 고온 밴드를 권취하는 단계,
    - 그 표면을 세정하는 단계, 그 후,
    - 상기 고온 밴드를 미리 소둔시키지 않고 적어도 60% 의 냉간 압연비로 상기 고온 밴드의 제 1 냉간 압연 단계를 실시하는 단계, 그 후,
    - 780℃ ~ 920℃ 온도 (T1) 에서 일차 재결정 소둔 단계를 실시하고, 상기 강은 수소, 질소 및 수증기의 혼합물로 구성되는 분위기에서 2 분의 최소 시간 (t1) 동안 T1 에서 유지된 후, 0.004% 미만의 강 탄소 함량 및 냉각 후에 16 마이크로미터 미만의 일차 평균 입자 크기를 얻도록 실온으로 냉각하는 단계, 그 후,
    - 냉간 압연된 상기 강판의 최종 두께를 얻도록 적어도 50% 의 냉간 압연비로 제 2 냉간 압연 단계를 실시하는 단계, 그 후,
    - 냉간 압연된 상기 강판의 표면에 격리 세퍼레이터 층 (layer of an isolating separator) 을 피착시키는 단계, 그 후,
    - 격리된 냉간 압연된 상기 강판을 수소 및 질소를 포함하는 분위기에서 이차 소둔하는 단계로서, 강 가열율 (V1) 은 600℃ ~ 1150℃ 에서 시간당 15℃ 미만이며, 강판의 온도는 600 분의 최소 시간 (t2) 동안 1150℃ 의 최소 온도 (T2) 에서 유지되고, 황 및 질소 각각에 대한 함량을 0.001% 미만으로 저감시키고 그리고 15 밀리미터 미만의 이차 평균 입자 크기를 갖도록 소둔 전체 시간은 120 시간 초과인, 상기 이차 소둔하는 단계, 그 후,
    - 실온으로 서랭을 실시하는 단계를 포함하는, 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    황 함량은 0.010% 보다 낮은, 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    탄소 함량은 0.025% ~ 0.032% 인, 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬래브는 분당 4.0 미터의 최소 속도로 주조되는, 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마무리 압연 온도는 적어도 980℃ 인, 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    입자 배향된 강판은 콜로이드 실리카 에멀젼에 기초하여 절연 및 인장 코팅으로 코팅되는, 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 일차 재결정 소둔 후에, 상기 강의 탄소 함량은 0.0025% 미만인, 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 일차 재결정 소둔 후에, 일차 평균 입자 크기는 10 마이크로미터 미만인, 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이차 소둔 후에, 이차 평균 입자 크기는 10 밀리미터 미만인, 냉간 압연된 Fe-Si 강판을 제조하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 획득되는 입자 배향된 강판으로서, 1.870 Tesla 초과하여 800A/m 에서의 유도값 (induction value) 및 1.7 Tesla (T) 의 특정 자기 유도에서 1.3 W/kg 보다 낮은 코어 전력 손실을 나타내는, 입자 배향된 강판.
  11. 제 10 항에 따른 입자 배향된 강판으로 제조된 부분을 포함하는 전력 변압기.
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