KR101605791B1 - 무방향성 전기강판의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무방향성 전기강판 - Google Patents

Abstract

철손과 자속밀도가 동시에 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무방향성 전기강판을 제공한다. 본 실시예에서 슬라브1.0중량% 내지 4.0중량%의 실리콘(Si), 0.1중량% 내지 0.4중량%의 탄소(C), 잔부 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조한 다음 슬라브를 재가열하고 열간압연 및 냉간압연을 실시한 다음 최종 마무리 소둔공정에서 탈탄소둔을 실시한다. 탈탄소둔은 위의 조성을 갖는 슬라브의 페라이트-오스테나이트 상변태 온도 범위에서 실시하여 큐브-파이버 집합조직의 분율이 γ-파이버 집합조직의 분율보다 높게 한다.

Description

무방향성 전기강판의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무방향성 전기강판 {MANUFACTURING METHOD FOR GRAIN NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL AND GRAIN NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL MANUFACTURED BY THE METHOD}

본 발명은 무방향성 전기강판의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자속밀도와 철손이 모두 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무방향성 전기강판에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 결정방위가 {100}<uvw>인 일명 큐브-파이버(cube-fiber) 방위를 주로 갖는 결정립들로 이루어진 압연 방향뿐만 아니라 압연 직각 방향의 자기적 특성도 뛰어난 연자성 재료이다.

무방향성 전기강판은 슬라브 가열 후 열간압연, 열연판 소둔, 및 냉각 압연을 거쳐 통상 0.15 내지 0.50mm의 최종 두께로 압연된 다음 최종 연속 소둔 공정을 거쳐 제조된다. 이와 같이 제조된 무방향 전기강판에서 자성에 유리한 큐브-파이버 결정립들의 분율은 통상 20 내지 30% 이내로 비슷하므로 자속밀도와 철손이 동시에 우수한 특성을 가지는데 한계가 있다고 할 수 있다.

즉 철손을 낮추기 위하여 비저항 증가 물질을 다량으로 첨가할 경우 자속밀도가 낮아지는 문제가 발생한다. 자속밀도와 철손이 동시에 우수한 무방향성 전기강판을 제조하기 위해서는 강판 내의 큐브-파이버 집합조직의 결정립 형성을 촉진하고, 자성에 불리한 γ-파이버 집합조직의 결정립 형성을 억제해야 한다.

선행문헌 1: 한국 등록특허 10-0294352호 선행문헌 2: 한국 등록특허 10-0797895호 선행문헌 3: 한국 등록특허 10-1203791호

본 발명은 열연판 소둔 과정을 생략하여 생산성을 높이고, 자속밀도와 철손이 모두 우수한 무방향성 전기강판의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무방향성 전기강판을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에서, 1.0중량% 내지 4.0중량%의 실리콘(Si), 0.1중량% 내지 0.4중량%의 탄소(C), 잔부 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조한 다음 슬라브를 재가열하고 열간압연 및 냉간압연을 실시한 다음 최종 마무리 소둔공정에서 탈탄소둔을 실시한다. 탈탄소둔은 위의 조성을 갖는 슬라브의 페라이트-오스테나이트 상변태 온도 범위에서 실시하여 큐브-파이버 집합조직의 분율이 γ-파이버 집합조직의 분율보다 높게 한다.

슬라브는 실리콘과 탄소의 함량 비(Si/C)가 7.5 내지 10일 수 있다.

탈탄소둔은 850℃ 내지 1000℃의 온도 및 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서 실시할 수 있다. 탈탄소둔은 이슬점 온도 70℃ 이하의 습윤 분위기에서 실시할 수 있다. 탈탄소둔은 900℃ 내지 950℃의 온도 범위에서 5분 이하 동안 실시할 수 있다.

슬라브 가열온도는 1100℃ 내지 1350℃일 수 있다.

큐브-파이버 집합조직의 분율은 42% 이상일 수 있고, γ-파이버 집합조직의 분율은 6% 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 1.0중량% 내지 4.0중량%의 실리콘(Si), 0.1중량% 내지 0.4중량%의 탄소(C), 잔부 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조한 다음, 슬라브를 재가열하고, 열간압연 및 냉간압연을 실시한 다음 최종 마무리 소둔공정에서 탈탄소둔을 실시하여 제조되며, 탈탄소둔은 전술한 조성을 갖는 슬라브의 페라이트-오스테나이트 상변태 온도 범위에서 실시하여 큐브-파이버 집합조직의 분율이 γ-파이버 집합조직의 분율보다 높다.

전술한 슬라브 조성에서 실리콘과 탄소의 함량 비(Si/C)는 7.5 내지 10일 수 있다. 큐브-파이버 집합조직의 분율은 42% 이상일 수 있고, γ-파이버 집합조직의 분율은 6% 이하일 수 있다.

전기강판에서 결정립은 관통형(columnar)의 미세 조직을 가질 수 있다. 관통형의 미세 조직은 90% 이상이고, 결정립들의 폭은 200㎛ 이하이며, 결정립의 크기는 0.5t(t는 무방향성 전기강판의 두께)일 수 있다.

본 실시예에 따르면, 탈탄소둔에 의해 표면 결정립을 내부로 확산시킴으로써 자성에 불리한 γ-파이버 집합조직을 억제하고 자성에 유리한 큐브-파이버 집합조직을 늘려 철손과 자속밀도가 동시에 우수한 무방향성 전기강판을 제조할 수 있다.

도 1은 본 실시예의 방법으로 제조된 무방향성 전기강판의 단면 사진이다.
도 2는 관통형 미세 조직의 오디에프(ODF, Orientation Distribution Fuction) 사진이다.
도 3은 탈탄소둔 과정에서 집합조직의 변화에 따른 미세조직 및 오디에프(ODF) 분석으로 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법은 슬라브를 재가열하고, 열간압연 후 열연판 소둔 공정 없이 냉간압연하여 목적하는 두께를 형성하고, 최종 마무리 소둔 시에 탈탄소둔하는 단계들을 포함한다.

슬라브는 1.0중량% 내지 4.0중량%의 실리콘(Si), 0.1중량% 내지 0.4중량%의 탄소(C), 잔부 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 탈탄소둔은 이슬점 온도 70℃ 이하의 수소 및 질소의 혼합가스 습윤 분위기에서 실시된다. 이때 탈탄소둔은 오스테나이트 단상 또는 페라이트와 오스테나이트의 복합상이 존재하는 온도에서 실시되어 표면의 페라이트 결정립을 성장시킨다.

여기서 슬라브는 실리콘과 탄소의 함량 비(Si/C)가 7.5 내지 10인 것이 바람직하다. 실리콘과 탄소의 함량 비가 이 범위일 때 페라이트-오스테나이트 상변태 온도 범위를 만족하기 용이하여 자성에 유리한 큐브-파이버 집합조직을 형성하기 유리하다.

본 출원의 발명자들은 상변태 온도가 850℃ 내지 1000℃가 되도록 적정량의 실리콘과 탄소를 함유한 열연판을 냉간압연 후 최종 마무리 소둔 시에 탈탄소둔 과정을 실시하여 강판 내에 자성에 불리한 γ-파이버 집합조직은 억제되고, 자성에 유리한 큐브-파이버 집합조적을 가지는 결정립들이 다수를 점하는 현상을 발견하였다.

본 실시예에서 탈탄소둔은 바람직하게 900℃ 내지 950℃에서 실시되며, 슬라브는 소강 성분상에서 페라이트-오스테나이트 상변태 온도가 탈탄소둔 온도가 되는 최적의 실리콘 및 탄소 함량을 포함한다. 따라서 본 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 γ-파이버 집합조직을 최대한 억제하면서 큐브-파이버 집합조직을 가지는 결정립들의 분율을 높임으로써 자속밀도와 철손이 모두 우수한 특성을 가진다.

본 실시예에서 큐브-파이버 집합조직의 분율은 42% 이상이고, γ-파이저 집합조직의 분율은 6% 이하인 것이 바람직하다.

여기서, γ-파이버 집합조직은 편차 15도 내의 (111)<uvw> 집합조직이며, 큐브-파이버 집합조직은 편차 15도 내의 (100)<uvw> 집합조직이다.

이하, 슬라브의 조성비에 대한 한정 이유를 설명한다.

[실리콘: 1.0중량% 내지 4.0중량%]

실리콘은 전기강판 소재의 자기 이방성을 떨어뜨리고 비저항을 증가시키므로 철손을 낮추는 역할을 한다. 실리콘 함량이 1.0중량% 미만이면 비저항 감소가 크지 않으므로 철손이 열위하게 되며, 4.0중량%를 초과하면 취성이 증가하므로 냉간압연이 어려워진다.

[탄소: 0.1중량% 내지 0.4중량%]

탄소는 페라이트와 오스테나이트 상변태 온도가 900℃ 내지 1000℃ 범위가 되도록 실리콘 함량에 따라 탄소 함량을 조절하여 첨가된다. 실리콘을 2.0중량% 첨가하고 탄소를 각각 0.13중량% 및 0.26중량% 첨가 시 상변태 온도를 약 1000℃로 유지할 수 있으며, 상변태 온도를 900℃로 낮추기 위해서는 탄소 함량을 이보다 높여야 하므로 탄소 함량은 0.1중량% 내지 0.4중량%가 바람직하다. 제조가 완료된 무방향성 전기강판에서 탄소의 함량은 20ppm 미만이다.

이하, 공정조건에 대하여 설명한다.

상기의 조성을 갖는 슬라브를 가열로에서 재가열할 때 1100℃ 내지 1350℃ 조건에서 실시될 수 있으며, 이와 같이 가열된 슬라브를 열간압연을 거쳐 2.0mm 내지 3.0mm 두께의 열연판으로 제작한다. 여기서 슬라브의 가열온도가 너무 낮으면 열간압연이 잘 실행되지 않고, 반대로 너무 높으면 열연 조직이 조대화되어 자성에 악영향을 미치게 된다.

전술한 슬라브의 조성에서는 소강 탄소의 함량이 높으므로 열연 조직의 미세화 측면에서 슬라브의 온도를 통상의 조건보다 높은 1150℃ 내지 1350℃로 높여 작업하여도 문제가 없으며, 열간압연의 작업성 측면에서 유리하다고 할 수 있다. 그리고 열간압연 후에는 열연판 소둔 공정을 생략하고 바로 1회 냉간압연을 실시하여 최종 두께 0.15mm 내지 0.35mm의 냉연판을 제작한다.

통상의 무방항성 전기강판의 최종 마무리 소둔 공정은 결정립의 형성 및 성장을 위하여 드라이 가스 분위기에 실시한다. 그러나 본 실시예에서는 표면에 형성된 페라이트 결정립을 내부로 빠르게 확산시키는 과정 중 자성에 불리한 γ-파이버 조직을 제거하기 위하여 850℃ 내지 1000℃의 온도 범위와 이슬점 온도 70℃ 이하의 습윤 가스 분위기에서 탈탄소둔 공정을 실시한다.

이때 탈탄소둔의 온도 범위는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라브 조성에서 페라이트와 오스테나이트의 상변태 온도에 해당하는 900℃ 내지 950℃ 범위가 바람직하며, 5분 이하의 시간 동안 실시될 수 있다.

[실험 1]

실리콘과 탄소의 함유량을 각각 1.0중량% 내지 3.0중량%, 0.05중량 내지 0.30중량% 범위를 갖고, 잔부 철, 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1200℃의 온도에서 가열한 다음 2.3mm 두께로 열간압연하고, 열연판 소둔 없이 85%의 압하율로 냉간압연하여 두께 0.35mm의 냉연판을 제작하였다. 냉연판을 다시 900℃의 온도에서 수소 및 질소의 습윤 혼합가스 분위기에서 150초간 재결정 및 최종 마무리 소둔 과정에서 탈탄소둔을 진행하였다.

실험 1의 조건과 이에 따른 큐브-파이버 집합조직의 분율 및 γ-파이버 집합조직의 분율을 표 1에 나타내었다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실리콘과 탄소의 함량에 따라 큐브-파이버 집합조직의 분율과 γ-파이버 집합조직의 분율에 차이가 생겨 철손 및 자속밀도가 변하는 것을 알 수 있다. 즉, 오스테나이트 형성 원소인 탄소와 페라이트 형성 원소인 실리콘에 의해 상변태 분율이 적정 범위 내에서 유지되어야 자기적 특성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

실시예 1 내지 실시예 5에서는 비교예 1 대비 큐브-파이버 집합조직의 분율이 높아지고, γ-파이버 집합조직의 분율이 낮아진 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 5 가운데 실리콘/탄소 함량 비가 7.5 내지 10의 조건을 만족하는 실시예 2, 3, 4에서 큐브-파이버 집합조직의 분율이 42%보다 높고, γ-파이버 집합조직의 분율이 6% 이하인 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 실시예의 슬라브에서 실리콘/탄소 함량 비는 7.5 내지 10 범위를 만족할 수 있다.

[실험 2]

실리콘 2.0중량%, 탄소 0.2중량%, 잔부 철, 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1200℃의 온도에서 가열한 다음 2.3mm 두께로 열간압연하고, 85%의 압하율로 냉간압연하여 0.35mm 두께의 냉연판을 제작하였다. 냉연판을 다시 850℃ 내지 1050℃의 온도 범위에서 수소 및 질소의 습윤(이슬점 온도 60℃) 혼합가스 분위기에서 150초간 최종 마무리 소둔에 의해 재결정 및 탈탄소둔을 진행하였다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 최종 탈탄소둔 온도가 850℃ 내지 1000℃ 범위인 실시예 6, 7, 8, 9에서 비교예 대비 큐브-파이버 집합조직의 분율이 높아지고, γ-파이버 집합조직의 분율이 낮아진 것을 확인할 수 있다. 또한, 최종 탈탄소둔 온도가 900℃ 내지 950℃인 실시예 6, 7에서 γ-파이버 접합조직이 억제되고 큐브-파이버 집합조직이 잘 발달하는 것을 확인할 수 있다. 실시예 6, 7에서 큐브-파이버 집합조직의 분율은 49%보다 높으며, γ-파이버 접합조직의 분율은 4%를 나타낸다.

도 1은 본 실시예의 방법으로 제조된 무방향성 전기강판의 단면 사진이다. 도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 통상의 재결정 조직과 다르게 관통형(columnar)의 미세 조직을 가진다.

이는 최종 마무리 소둔의 승온 과정 중 표면에서 탈탄 및 재결정이 먼저 일어난 후 결정립 성장이 일어나는 반면 내부에는 탈탄이 늦게 일어날 뿐만 아니라 탈탄량이 작아 탄소가 남아 있기 때문에 주로 작은 결정립을 형성하기 때문이다. 즉 표면에서 탈탄 과정 중 형성된 페라이트 결정립은 탈탄이 진행되는 동안 내부의 미세한 결정립을 잠식하면서 성장하여 관통형의 미세 조직을 가지게 되는 것이다.

또한, 도 1에서 알 수 있듯이, 본 실시예의 무방향성 전기강판에서 90% 이상의 결정립들은 폭 200㎛ 이하 및 두께 0.5t(t는 무방향성 전기강판의 두께)의 결정립 크기를 가진다.

도 2는 관통형 미세 조직의 오디에프(ODF, Orientation Distribution Fuction) 사진이다. 도 2의 실험에서는 실리콘 2중량%와 탄소 0.2중량%를 함유하여 페라이트-오스테나이트 상변태 온도가 약 950℃인 열연판을 사용하였다. 열간압연 후 열연판 소둔 공정을 생략하고 곧바로 냉간압연 후 탈탄소둔을 진행한 실시예의 무방향성 전기강판에서 관통형 미세 조직은 (100)<uvw> 방위가 강하게 발달한 것을 확인할 수 있다.

도 3은 탈탄소둔 과정에서 집합조직의 변화에 따른 미세조직 및 오디에프(ODF) 분석으로 나타낸 사진이다. 도 3을 참고하면, 주로 (100)<011> 방위인 표면층 결정립들은 강한 γ-파이버 조직에서 미세한 재결정이 일어난 내부 조직을 잠식하면서 성장하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 2와 도 3의 결과로부터 다량의 탄소가 함유되어 결정립의 크기가 작은 중심부 조직은 탈탄 공정을 거치면서 표면에 형성된 큰 결정립에 의하여 잠식되면서 집합조직이 전체적으로 표면의 집합조직을 따르게 되는 것을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (12)

1. 슬라브1.0중량% 내지 4.0중량%의 실리콘(Si), 0.1중량% 내지 0.4중량%의 탄소(C), 잔부 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조한 다음 상기 슬라브를 재가열하고 열간압연 및 냉간압연을 실시한 다음 최종 마무리 소둔공정에서 탈탄소둔을 실시하며,
   상기 탈탄소둔은 상기 조성을 갖는 슬라브의 페라이트-오스테나이트 상변태 온도 범위에서 실시하여 큐브-파이버 집합조직의 분율이 γ-파이버 집합조직의 분율보다 높으며,
   상기 탈탄소둔은 900℃ 내지 950℃의 온도 범위에서 5분 이하 동안 이슬점 온도 70℃ 이하의 습윤 분위기에서 실시하는 것인 무방향성 전기강판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 슬라브는 실리콘과 탄소의 함량 비(Si/C)가 7.5 내지 10인 무방향성 전기강판의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 탈탄소둔은 850℃ 내지 1000℃의 온도 및 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서 실시하는 것인 무방향성 전기강판의 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬라브 가열온도는 1100℃ 내지 1350℃인 무방향성 전기강판의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 큐브-파이버 집합조직의 분율은 42% 이상이고, 상기 γ-파이버 집합조직의 분율은 6% 이하인 무방향성 전기강판의 제조방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

Images