KR101664096B1 - 방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은, 중량%로, Si: 3.0% 내지 4.0%, Mn: 0.05% 내지 0.2% 및 Cr: 0.02% 내지 0.2wt%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 가열한 후 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계; 및; 상기 열연판 소둔이 완료된 열연 소둔판을 냉각하는 단계를 포함하되; 상기 열연 소둔판을 냉각하는 단계는, 650 + 33.7*[Si] + 38.4*[Cr] -34.3*[Mn] 이상의 온도(℃)에서 급냉을 시작하는 것일 수 있다.

Description

방향성 전기강판 및 그 제조방법{GRAIN-ORIENTIED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 1차 재결정립의 성장을 억제시키고, 성장이 억제된 결정립중에서 최종 소둔 공정에서 {110}<001> 방위(이하 Goss 방위라 함)의 결정립을 선택적으로 성장시켜 압연방향으로 우수한 자기특성을 나타내도록 하는 것이다. 이러한 선택된 방위만의 성장을 2차 재결정이라 하는데, 2차 재결정을 시키기 위해서는 최종 고온 소둔하기 전에 MnS 및 AlN과 같은 미세한 억제제들이 강판내에 균일하게 분산되도록 하여 고온 소둔중에 Goss 방위 이외의 방위를 가진 일차재결정립들의 성장을 억제시키면서, 2차 재결정립이 정확한 고스 방위을 가지면서 성장하도록 한다. 2차 재결정립이 정확한 고스 방위를 가지면서 성장할수록 전기강판의 자성이 우수해진다. 따라서 방향성 전기강판의 철손을 낮추고 자속밀도를 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다.

본 발명의 일 실시예는 방향성 전기강판을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은, 중량%로, Si: 3.0% 내지 4.0%, Mn: 0.05% 내지 0.2% 및 Cr: 0.02% 내지 0.2wt%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 가열한 후 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계; 및 상기 열연판 소둔이 완료된 열연 소둔판을 냉각하는 단계를 포함하되; 상기 열연 소둔판을 냉각하는 단계는, 650 + 33.7*[Si] + 38.4*[Cr] -34.3*[Mn] 이상의 온도(℃)에서 급냉을 시작하는 것일 수 있다. 여기서 [Si], [Cr] 및 [Mn] 은 각각 Si, Cr, Mn의 첨가량(중량%)이다.

상기 급냉 방법은 수냉 또는 유냉일 수 있다.

상기 슬라브는 중량%로, C: 0.03% 내지 0.09%, Al: 0.015% 내지 0.040%, P: 0.01% 내지 0.05%, Sn: 0.03% 내지 0.08wt%, N: 0.001% 내지 0.01% 및 S: 0.01%이하(0%를 포함하지 않는다)를 더 포함할 수 있다.

상기 열연 소둔판의 냉각이 완료된 강판에서, 마르텐 사이트 및 리테인드 오스테나이트의 부피 분율의 합이 5% 이상일 수 있다.

상기 열연 소둔판을 냉각하는 단계 이후, 강판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 상기 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 상기 1차 재결정 소둔이 완료된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 냉연판을 제조하는 단계는, 1회의 냉간 압연에 의하여 최종 두께까지 냉간 압연을 하거나, 2회 이상의 냉간 압연을 실시하되, 냉간 압연 사이에 1회 이상의 중간 소둔을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 자속밀도가 높고 철손이 낮은 방향성 전기강판을 제공할 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 중량%로, Si: 3.0% 내지 4.0%, Mn: 0.05% 내지 0.2% 및 Cr: 0.02% 내지 0.2wt%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 제공한다.

상기 슬라브는 중량%로, C: 0.03% 내지 0.09%, Al: 0.015% 내지 0.040%, P: 0.01% 내지 0.05%, Sn: 0.03% 내지 0.08wt%, N: 0.001% 내지 0.01% 및 S: 0.001% 내지 0.01% 를 더 포함할 수 있다.

먼저 성분한정의 이유에 대하여 설명한다.

Si는 비저항을 증가시켜 전기강판의 철손을 낮춘다. Si함량이 3.0%미만인 경우 비저항이 감소하여 철손이 열화되며, 4.0%를 초과시에는 강의 취성이 증가하고, 인성이 감소할 수 있다.

Mn은 0.05% 이상 첨가되어 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 효과도 있으며, (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로써 1차 재결정립의 성장을 억제하여 2차 재결정을 일으키는 원소이다. 0.2% 초과시 Mn 산화물이 다량 형성되고, 페라이트와 오스테나이트간 상변태의 불균일을 유발할 수 있다.

Cr은 0.02% 이상 첨가되어 페라이트를 확장키기며 1차 재결정립을 성장시킨다. 그러나 0.2% 초과시 1차 재결정 소둔시 강판의 표면부에 치밀한 산화층을 형성할 수 있다.

C은 0.03% 이상 첨가되어 오스테나이트상 형성을 유도하여, 열연판 소둔 공정 중 페라이트 입성장을 억제한다. 또한 C함량이 증가함에 따라 페라이트 조직에 비해 강도가 높은 연신된 열연띠 조직 증가와 냉연 시작 조직인 열연판 소둔 조직의 초기 입자의 미세화에 의해 냉간 압연 이후 집합조직이 개선된다. 그러나 0.09% 초과시 자기 시효에 의하여 자성이 저하될 수 있다.

Al은 0.015% 이상 첨가되어 질화물을 형성하여 2차 재결정 소둔 중 결정립 성장 억제제의 역할을 한다. 그러나 0.040%초과시 석출물이 조대하여 결정립 성장 억제 효과가 저하된다.

P는 0.01% 이상 첨가되어 결정립계의 이동을 방해하고 {110}<001>집합조직을 개선하는 효과가 있다. 그러나 0.05% 초과시 취성이 증가하여 압연성이 저하된다.

Sn은 0.03% 이상 첨가되어 결정립계의 이동을 방해하고 {110}<001>집합조직을 개선하는 효과가 있다. 그러나 0.08% 초과시 취성이 증가하여 압연성이 저하된다.

N은 0.001% 이상 첨가되어 Al 등과 반응하여 결정립을 미세화시킨다. 0.01% 초과시 1차 재결정립이 과도하게 미세화되어 고스 방위 외 방위의 결정립까지 성장할 수 있으며 2차 재결정 개시온도가 높아져 자기특성을 열화시킬 수 있다. 슬라브 중의 N의 함량은 0.01%이하, 보다 구체적으로는 0.006%이하일 수 있다. 전기강판 중의 N의 함량은 0.01%이하일 수 있다.

S는 고용온도가 높고 편석이 심한 원소로서 임의적으로 첨가되지 않도록 할 수 있다. S의 함량은 0.010%이하, 보다 구체적으로는 0.006% 이하일 수 있다.

상기의 슬라브를 가열한다. 슬라브 가열 온도는 1280℃이하, 보다 구체적으로는 1200℃이하일 수 있다. 1280℃이하, 보다 구체적으로는 1200℃이하의 온도로 가열하면 슬라브의 주상정 조직이 조대하게 성장되는 것이 방지되어 판의 폭 방향으로 크랙이 발생되는 것을 예방할 수 있다.

이후 슬라브를 열간 압연하여 2.0mm 내지 3.5mm 의 열연판을 제조한다.

열연판을 제조한 이후 열연판 소둔을 실시하여 열연 소둔판을 제조한다.

열연판 소둔은 1000℃ 내지 1250℃ 온도로 가열한 후 850℃ 내지 1000℃온도에서 균열처리 하는 것일 수 있다.

이후 열연판 소둔이 완료된 열연 소둔판을 냉각한다.

열연판 소둔이 완료된 열연 소둔판은 노냉 또는 공랭에 의하여 서냉되고 있는 상태이다.

서냉되고 있는 상태에서 650 + 33.7*[Si] + 38.4*[Cr] - 34.3*[Mn] 이상의 온도에서 급냉을 시작한다. 여기서 [Si], [Cr] 및 [Mn] 은 각각 Si, Cr, Mn의 첨가량(중량%)이다.

상기 급냉 속도는 10 내지 300℃/초일 수 있다. 상기 급냉속도를 유지하면 마르텐 사이트 또는 리테인드 오스테나이트의 분율이 증가하여 전기강판의 자성을 향상시킬 수 있다.

상기 급냉 방법은 수냉 또는 유냉일 수 있다.

방향성 전기강판의 제조공정에서 냉간 압연전 고용탄소의 함량이 많고 경질상들이 적절히 존재하는 경우 냉연판 축적에너지가 증가하고 이후 고스 결정립이 성장하는데 도움을 준다.

열연 소둔판을 냉각하는 과정에서 650 + 33.7*[Si] + 38.4*[Cr] - 34.3*[Mn] 이상의 온도에서 급냉을 시작하는 경우 고용 탄소의 함량이 많으며, 냉각 과정 중 펄라이트 보다 더욱 경한 성질을 가지는 마르텐 사이트 또는 리테인드 오스테나이트의 분율이 증가될 수 있다.

650 + 33.7*[Si] + 38.4*[Cr] - 34.3*[Mn] 미만의 온도에서 급냉을 시작할 경우 고용 탄소함량이 감소하고 경질상이 부족하여 자성이 저하될 수 있다.

이렇게 하여 열연 소둔판의 냉각이 완료된 강판에서, 열연 소둔판 전체 조직 100부피% 대비 마르텐 사이트 및 리테인드 오스테나이트의 부피 분율의 합이 5% 이상일 수 있다. 부피 분율의 합이 5% 미만이면 경질상이 부족하여 자성이 저하될 수 있다.

이후 강판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조한다.

냉간 압연은 1회 냉간 압연에 의하여 최종 두께까지 냉간 압연을 실시거나, 2회 이상의 냉간 압연을 실시하되, 냉간 압연 사이에 1회 이상의 중간 소둔을 실시하는 단계를 포함하여 냉간 압연을 실시할 수도 있다.

이후 냉연판을 1차 재결정 소둔한다. 1차 재결정 소둔은 탈탄 소둔 이후 침질 소둔을 실시하거나, 탈탄 소둔 및 침질 소둔을 동시에 실시하는 것일 수 있다.

1차 재결정 소둔이 완료된 강판은 2차 재결정 소둔한다. 2차 재결정 소둔시 고스 집합 조직이 성장하게 된다. 2차 재결정 소둔시 승온구간에서는 질소와 수소의 혼합가스로 유지하여 입자성장 억제제인 질화물을 보호함으로써 2차 재결정이 잘 발달되도록 하고, 2차 재결정 완료 후에는 100부피% 수소분위기에서 장시간 유지하여 불순물을 제거하도록 할 수 있다.

이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

C:0.053중량%, S:0.0048중량%, N:0.0045중량%, Al:0.028중량%, P: 0.03중량%, 및, Sn:0.05중량%을 포함하고, Si, Cr, 및, Mn 첨가량을 표 1처럼 포함하고, 나머지 성분은 잔부 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 함유하는 슬라브를 만들었다. 이어서 1200℃ 온도에서 210분 가열한 후 열간 압연하여 2.3mm 두께의 열연판을 제조하였다.

이 열연판을 1000℃에서 90초간 유지하고 노냉하여 강판의 온도가 표1의 조건과 같은 온도에서 100℃/초의 속도로 급냉하여 산세한 후 0.23mm 두께로 1회 냉간압연하였다.

냉간압연된 판은 870℃의 온도로 습한 수소, 질소 및 암모니아 혼합 가스 분위기 속에서 180초간 유지하여 탈탄 및 질화 소둔하였다.

이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 코일상으로 최종소둔하였다. 최종소둔은 1200℃ 까지는 25부피%:질소 및 75부피%:수소의 혼합분위기로 하였고, 1200℃ 도달후에는 100부피% 수소 분위기에서 10시간이상 유지 후 노냉하였다. 각각의 조건에 대하여 측정한 자기특성은 표 1과 같다.

Si(wt%)	Cr(wt%)	Mn(wt%)	650 + 33.7*[Si] + 38.4*[Cr] -34.3*[Mn]	급냉개시온도(℃)	철손	자속밀도	구분
					(W17/50, W/kg)	(B8,Tesla)
3	0.02	0.06	749.81	710	0.878	1.91	비교재1
3	0.02	0.07	749.467	750	0.799	1.937	발명재1
3.2	0.05	0.1	756.33	735	0.915	1.903	비교재2
3.2	0.08	0.08	758.168	772	0.775	1.943	발명재2
3.4	0.02	0.15	760.203	742	0.886	1.902	비교재3
3.4	0.07	0.11	763.495	765	0.776	1.929	발명재3
3.6	0.04	0.1	769.426	730	0.899	1.9	비교재4
3.6	0.1	0.08	772.416	795	0.752	1.935	발명재4
3.8	0.15	0.07	781.419	750	0.915	1.903	비교재5
3.8	0.2	0.09	782.653	790	0.788	1.924	발명재5
4	0.15	0.1	787.13	771	0.92	1.891	비교재6
4	0.1	0.12	784.524	805	0.801	1.91	발명재6

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 급냉 시작 조건을 만족하는 발명재가 비교재와 비교할 때 확연한 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 (7)

1. 중량%로, Si: 3.0% 내지 4.0%, Mn: 0.05% 내지 0.2% 및 Cr: 0.02% 내지 0.2wt%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 가열한 후 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;
   상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계; 및
   상기 열연판 소둔이 완료된 열연 소둔판을 냉각하는 단계를 포함하되;
   상기 열연 소둔판을 냉각하는 단계는, 650 + 33.7*[Si] + 38.4*[Cr] -34.3*[Mn] 이상의 온도(℃)에서 급냉을 시작하는 것이되,
   상기 슬라브는 중량%로, C: 0.03% 내지 0.09%, Al: 0.015% 내지 0.040%, P: 0.01% 내지 0.05%, Sn: 0.03% 내지 0.08wt%, N: 0.001% 내지 0.01% 및 S: 0.01%이하(0%를 포함하지 않는다)를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법이되,
   상기 방향성 전기강판의 철손(W_17/50)은 0.752 내지 0.801W/kg 이고,
   상기 방향성 전기강판의 자속 밀도(B₈)는 1.91 내지 1.943T 인 것인 방향성 전기강판의 제조방법.
   (여기서 [Si], [Cr] 및 [Mn] 은 각각 Si, Cr, Mn의 첨가량(중량%)이다)
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 급냉 속도는 10 내지 300℃/초인 방향성 전기강판의 제조방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 급냉 방법은 수냉 또는 유냉인 방향성 전기강판의 제조방법.
   
4. 삭제
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 열연 소둔판의 냉각이 완료된 강판에서, 마르텐 사이트 및 리테인드 오스테나이트의 부피 분율의 합이 5% 이상인 방향성 전기강판의 제조방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 열연 소둔판을 냉각하는 단계 이후, 강판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계;
   1차 재결정 소둔하는 단계; 및
   상기 1차 재결정 소둔이 완료된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 냉연판을 제조하는 단계는,
   1회의 냉간 압연에 의하여 최종 두께까지 냉간 압연을 하거나,
   2회 이상의 냉간 압연을 실시하되, 냉간 압연 사이에 1회 이상의 중간 소둔을 실시하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.