KR102044321B1 - 방향성 전기강판 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량%로, Si: 1.0% 내지 5.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.001% 내지 0.1%, Cu: 0.001% 내지 0.1%, S: 0.001% 내지 0.020%, Se: 0.001% 내지 0.050%, Al: 0.0005% 내지 0.010%, N: 0.0005% 내지 0.005%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
16 ≤ (10×[Mn]+[Cu])/([S]+[Se])+(0.02-[Al])/[N] ≤ 20
(식 1에서, [Mn], [Cu], [S], [Se], [Al] 및 [N]은 각각 Mn, Cu, S, Se, Al 및 N의 함량(중량%)을 나타낸다.)

Description

방향성 전기강판 및 그의 제조방법{GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 S, Se계 석출물를 이용하여 2차재결정 고온소둔 시에 Goss 방위로의 집적도가 매우 높은 결정립을 안정적으로 성장시켜 자성이 우수한 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 합금 성분 내, Mn, Cu, S, Se, Al, N간의 상관관계를 제어하여, 자성이 우수한 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 2차재결정으로 불리는 비정상 결정립성장 현상을 이용해 Goss 집합조직 ({110}<001> 집합조직)을 강판 전체에 형성시켜 압연방향의 자기적 특성이 뛰어나며 변압기 등의 우수한 일방향의 자기적 특성이 요구되는 전자기기의 철심으로 사용되는 연자성 재료이다.
일반적으로 자기적 특성은 자속밀도와 철손으로 표현될 수 있으며, 높은 자속밀도는 결정립의 방위를 {110}<001> 방위에 정확하게 배열함으로서 얻어질 수 있다. 자속밀도가 높은 전기강판은 전기기기의 철심재료의 크기를 작게 할 수 있을 뿐만 아니라 이력손실이 낮아져서 전기기기의 소형화와 동시에 고효율화를 얻을 수 있다. 철손은 강판에 임의의 교류자장을 가하였을 때 열에너지로서 소비되는 전력손실로서, 강판의 자속밀도와 판두께, 강판중의 불순물량, 비저항 그리고 2차재결정립 크기 등에 의해서 크게 변화하며, 자속밀도와 비저항이 높을수록 그리고 판두께와 강판중의 불순물량이 낮을수록 철손이 낮아져 전기기기의 효율이 증가하게 된다.
방향성 전기강판의 2차재결정은 통상적인 결정립성장과 다르게 정상적인 결정립성장이 석출물, 개재물이나 혹은 고용되거나 입계에 편석되는 원소들에 의하여 정상적으로 성장하는 결정립계의 이동이 억제되었을 때 발생하게 된다. 또한, Goss 방위에 대한 집적도가 높은 결정립을 성장시키기 위해서는 제강에서의 성분제어, 열간압연에서의 슬라브 재가열 및 열간압연 공정인자 제어, 열연판소둔 열처리, 1차재결정 소둔, 2차재결정 소둔 등의 복잡한 공정들이 요구되고, 이들 공정 또한 매우 정밀하고 엄격하게 관리되어야 한다. 이와 같이 결정립성장을 억제하는 석출물이나 개재물 등을 특별하게 결정립성장 억제제(inhibitor)라고 부르며, Goss 방위의 2차재결정에 의한 방향성 전기강판 제조기술에 대한 연구는 강력한 결정립성장 억제제를 사용하여 Goss 방위에 대한 집적도가 높은 2차재결정을 형성하여 우수한 자기특성을 확보하는데 주력하여 왔다.
초기에 개발된 방향성 전기강판은 MnS가 결정립성장 억제제로 사용되었으며, 2회 냉간압연법으로 제조되었다. 이에 의하여 2차재결정은 안정적으로 형성되었으나 자속밀도가 그다지 높지 않은 수준이었고 철손도 높은 편이었다.
이후 AlN, MnS 석출물을 복합으로 이용하고, 1회 강냉간압연하여 방향성 전기강판을 제조하는 방법이 제안되었다. 최근에는 MnS를 사용하지 않고 1회 강냉간압연 후 탈탄을 실시한 후에 암모니아 가스를 이용한 별도의 질화공정을 통하여 강판의 내부로 질소를 공급하여 강력한 결정립성장 억제효과를 발휘하는 Al계 질화물에 의해 2차재결정을 일으키는 방향성 전기강판 제조방법이 제안되었다.
이제까지 주로 AlN, MnS[Se] 등의 석출물을 결정립성장 억제제로 이용하여 2차재결정을 일으키는 제조방법을 사용하고 있다. 이러한 제조방법은 2차재결정을 안정적으로 일으킬 수 있는 장점은 있으나, 강력한 결정립성장 억제효과를 발휘하기 위해서는 석출물들을 매우 미세하고 균일하게 강판에 분포시켜야만 한다. 이와 같이 미세한 석출물을 균일하게 분포시키기 위해서는 열간압연 전에 슬라브를 고온으로 장시간 동안 가열하여 강중에 존재하던 조대한 석출물들을 고용시킨 후 매우 빠른 시간 내에 열간압연을 실시하여 석출이 일어나지 않은 상태에서 열간압연을 마쳐야 한다. 이를 위해서는 대단위의 슬라브 가열설비를 필요로 하며, 석출을 최대한 억제하기 위하여 열간압연과 권취공정을 매우 엄격하게 관리하고 열간압연 이후의 열연판 소둔공정에서 고용된 석출물이 미세하게 석출되도록 관리하여야 하는 제약이 따른다. 또한 고온으로 슬라브를 가열하게 되면 융점이 낮은 Fe2SiO4가 형성됨에 따라 슬라브 워싱(washing) 현상이 발생하여 실수율이 저하된다.
최근 개발된 냉간압연 이후 탈탄소둔 후 질화처리를 통한 Al계 질화물에 의하여 2차재결정을 형성하는 슬라브 저온가열법에 의한 방향성 전기강판 제조기술이 제안되었다. 하지만, 이 방식을 사용하기 위해서는 슬라브 가열 이후 소둔 공정에서 질화물계 억제제 추가 생성 공정이 반드시 필요하게 된다. 이를 위해, 1차재결정 소둔 공정에서 암모니아 가스를 이용하여 질화처리를 하게된다. 암모니아 가스는 약 500℃ 이상의 온도에서 수소와 질소로 분해되는 성질이 있는데, 이를 이용하여 질화를 시키고 침투한 질소가 강판 중의 질화물 형성원소와 반응하여 AlN, (Al,Si)N 등과 같은 질화물을 형성하여 억제제 역할을 하게 된다.
저온가열법 역시 석출물 제어를 위해 제조공정상에 많은 제약이 있어 제조공정상의 복잡성에 의한 문제점을 해소하지 못하고 있다. 따라서 방향성 전기강판의 자성 및 생산성을 향상시키기 위해, 석출물 분해온도가 지나치게 높지 않아 제어가 용이한 석출물을 이용한 방향성 전기강판 제조기술을 필요로 한다.
방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 한다. 구체적으로 S, Se계 석출물을 이용하여 2차재결정 고온소둔 시에 Goss 방위로의 집적도가 매우 높은 결정립을 안정적으로 성장시켜 자성이 우수한 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 한다. 더욱 구체적으로 합금 성분 내, Mn, Cu, S, Se, Al, N간의 상관관계를 제어하여, 자성이 우수한 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량%로, Si: 1.0% 내지 5.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.001% 내지 0.1%, Cu: 0.001% 내지 0.1%, S: 0.001% 내지 0.020%, Se: 0.001% 내지 0.050%, Al: 0.0005% 내지 0.010%, N: 0.0005% 내지 0.005%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
16 ≤ (10×[Mn]+[Cu])/([S]+[Se])+(0.02-[Al])/[N] ≤ 20
(식 1에서, [Mn], [Cu], [S], [Se], [Al] 및 [N]은 각각 Mn, Cu, S, Se, Al 및 N의 함량(중량%)을 나타낸다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
0.016 ≤ [S]+[Se]≤ 0.05
(식 2에서, [S] 및 [Se]는 각각 S 및 Se 의 함량(중량%)을 나타낸다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 하기 식 3을 만족할 수 있다.
0.5 ≤ [Al]/[N]≤ 3.0
(식 3에서, [Al] 및 [N]은 각각 Al 및 N 의 함량(중량%)을 나타낸다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si: 1.0% 내지 5.0%, C: 0.001 내지 0.10%, Mn: 0.001% 내지 0.1%, Cu: 0.001% 내지 0.1%, S: 0.001% 내지 0.020%, Se: 0.001% 내지 0.050%, Al: 0.0005% 내지 0.010%, N: 0.0005% 내지 0.005%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 식 1을 만족하는 슬라브를 제조하는 단계; 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함한다.
[식 1]
16 ≤ (10×[Mn]+[Cu])/([S]+[Se])+(0.02-[Al])/[N] ≤ 20
(식 1에서, [Mn], [Cu], [S], [Se], [Al] 및 [N]은 각각 Mn, Cu, S, Se, Al 및 N의 함량(중량%)을 나타낸다.)
슬라브를 가열하는 단계는 슬라브를 1000 내지 1250℃로 가열할 수 있다.
1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판은 (Fe,Mn,Cu)S 및 (Fe,Mn,Cu)Se 중 1종 이상의 석출물을 포함할 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계는 50℃ 내지 70℃의 이슬점 온도 및 수소 및 질소 혼합 분위기에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 합금 성분 내, Mn, Cu, S, Se, Al, N간의 상관관계를 제어하여, 석출물 제어가 용이한 S, Se계 석출물를 이용하여 2차재결정 고온소둔 시에 Goss 방위로의 집적도가 매우 높은 결정립을 안정적으로 성장시켜 자성이 우수하다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량%로, Si: 1.0% 내지 5.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.001% 내지 0.1%, Cu: 0.001% 내지 0.1%, S: 0.001% 내지 0.020%, Se: 0.001% 내지 0.050%, Al: 0.0005% 내지 0.010%, N: 0.0005% 내지 0.005%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 방향성 전기강판의 성분 한정의 이유를 설명한다.
Si : 1.0 내지 5.0 중량%
실리콘(Si)은 방향성 전기강판 소재의 비저항을 증가시켜 철심손실(core loss) 즉, 철손을 낮추는 역할을 한다. Si 함량이 너무 적으면, 비저항이 감소하여, 와젼류손이 증가하고, 철손이 열화될 수 있다. 또한, 1차 재결정 소둔 시, 페라이트와 오스테나이트간 상변태가 발생하게 되어, 1차 재결정 집합 조직이 심하게 훼손될 수 있다. 또한, 2차 재결정 소둔시 페라이트와 오스테나트간 상변태가 발생하게 되어 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 Goss 집합조직이 심하게 훼손될 수 있다. Si 함량이 너무 많으면, 1차 재결정 소둔에서의 탈탄시 SiO2 및 Fe2SiO4 산화층이 과하고 치밀하게 형성되어 탈탄 거동을 지연시킬 수 있다. 또한 강의 취성이 증가하고, 인성이 감소하여 압연 과정중 판파단 발생율이 심화될 수 있다. 또한 판간 용접성이 열위해져 용이한 작업성을 확보할 수 없게 될 수 있다. 따라서 Si은 1.0 내지 5.0 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 2.0 내지 4.0 중량% 포함할 수 있다.
C: 0.005 중량% 이하
탄소(C)은 페라이트 및 오스테나이트간 상변태를 일으켜 결정립을 미세화시키고 연신율을 향상시키는데 기여하는 원소이다. C는 취성이 강해 압연성이 좋지 않은 전기강판의 압연성 향상을 위해 필수적인 원소이다. 그러나, 최종제품에 잔존하게 될 경우 자기적 시효효과로 인해 형성되는 탄화물을 제품판 내에 석출시켜 자기적 특성을 악화시키는 원소이기 때문에 적정한 함량으로 제어되어야 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 제조 과겅에서 1차 재결정 소둔 시 탈탄 과정을 거치게 되며, 탈탄 소둔 후 제조된 최종 전기강판 내의 C 함량은 0.005 중량% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로는 0.003 중량% 이하일 수 있다.
슬라브 내에서 C는 0.001 내지 0.10 중량% 포함될 수 있다. 슬라브 내에 C를 너무 적게 함유되게 되면, 오스테나이트간 상변태가 충분히 일어나지 않아 슬라브 및 열간압연 미세조직의 불균일화를 야기하게 된다. 이로 인해 냉간압연성까지 해치게 된다. C를 너무 많이 함유하게 되면, 탈탄 공정에서 충분한 탈탄을 얻을 수 없다. 이로 인해 야기되는 상변태 현상으로 인해 2차 재결정 집합조직이 심하게 훼손되게 된다. 나아가 최종제품을 전력기기에 적용 시 자기시효에 의한 자기적 특성의 열화현상을 초래할 수 있다. 더욱 구체적으로 슬라브 내에서 C는 0.01 내지 0.1 중량% 포함될 수 있다.
Mn : 0.001 내지 0.1 중량%
망간(Mn)은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 효과가 있다. 또한 S, Se계 석출물을 형성하여 결정립성장 억제제로서 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. Mn의 함량이 너무 적은 경우, 형성되는 개수와 부피가 낮은 수준이기 때문에 억제제로서의 충분한 효과를 기대할 수 없다. Mn의 함량이 너무 많은 경우, 강판 표면에 Fe2SiO4 이외에 (Fe, Mn) 및 Mn 산화물이 다량 형성되어 2차 재결정 소둔중에 형성되는 베이스코팅 형성을 방해하여 표면품질을 저하시키게 되고, 1차 재결정 소둔 공정에서 페라이트와 오스테나이트간 상변태의 불균일을 유발하기 때문에 1차 재결정립의 크기가 불균일되며, 그 결과 2차 재결정이 불안정해지게 된다. 따라서, Mn의 함량은 0.001 내지 0.10 중량%로 한정할 수 있다. 더욱 구체적으로 Mn은 0.01 내지 0.05 중량%로 포함될 수 있다.
Cu : 0.001 내지 0.10 중량%
구리(Cu)는 Mn과 동일하게 S, Se계 석출물을 형성하여 결정립성장 억제제로서 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. Cu 함량이 너무 적은 경우 억제제로서의 충분한 효과를 기대할 수 없다. 반대로, 함량이 너무 많은 경우 석출물 분해온도가 지나치게 높아 석출물 제어가 어려워지게 된다. 따라서, Cu의 함량은 0.001 내지 0.10 중량%로 한정할 수 있다. 더욱 구체적으로 Cu는 0.01 내지 0.07 중량% 포함될 수 있다.
S : 0.001 내지 0.020 중량%
황(S)는 석출물을 형성하여 결정립성장 억제제로서 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. S 함량이 너무 적은 경우 결정립성장 억제 효과가 떨어질 수 있다. S 함량이 너무 많은 경우 연주 및 열연 단계의 엣지크랙 발생이 증가하여 실수율이 저하될 수 있다. 따라서, S의 함량은 0.001 내지 0.020 중량%로 한정할 수 있다. 더욱 구체적으로 S는 0.007 내지 0.015 중량% 포함될 수 있다.
Se : 0.001 내지 0.050 중량%
셀레늄(Se)는 S와 같이 석출물을 형성하여 결정립성장 억제제로서 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. 본 발명의 일 실시예에서는 과도한 S 함량에 의한 슬라브 연주 및 열연과정에서 엣지크랙 발생을 억제하기 위해 Se를 S와 함께 복합으로 첨가한다. Se 함량이 너무 적은 경우 결정립성장 억제 효과가 떨어질 수 있다. Se 함량이 너무 많은 경우 연주 및 열연 단계의 엣지크랙 발생이 증가하여 실수율이 저하될 수 있다. 그러므로 Se의 함량은 0.001 내지 0.050 중량%로 한정할 수 있다. 더욱 구체적으로 Se는 0.007 내지 0.03 중량% 포함될 수 있다.
Al : 0.0005 내지 0.010 중량%
알루미늄(Al)은 강중에 질소와 결합하여 AlN 석출물을 형성한다. 본 발명에서는 S, Se계 석출물을 결정립성장 억제제로 사용하며, 부족한 결정립 성장 억제력은 AlN 석출물을 이용해 해결한다. Al 함량이 너무 많으면 AlN 석출물의 분해온도가 지나치게 높아지고, AlN에 의한 결정립성장 억제력이 증가하여 S, Se계 석출물에 의한 2차재결정에 영향을 주게 된다. Al 함량이 너무 적으면, AlN 석출물에 의한 결정립 성장 억제력을 기재할 수 없다. 따라서, Al의 함량은 0.0005 내지 0.010 중량%로 한정할 수 있다. 더욱 구체적으로 Al은 0.0015 내지 0.01 중량% 포함될 수 있다.
N : 0.0005 내지 0.005 중량%
질소(N)은 Al과 반응하여 AlN 석출물을 형성한다. Al과 동일한 이유로 S, Se계 석출물에 의한 2차재결정에 영향을 주지 않기 위해 N의 함량은 0.0005 내지 0.005 중량%로 한정할 수 있다. 더욱 구체적으로, N은 0.003 내지 0.005 중량% 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제조 과정 중 질화과정을 포함하지 않으며, 슬라브와 최종 제조된 방향성 전기강판의 N의 함량이 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 방향성 전기강판은 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
16 ≤ (10×[Mn]+[Cu])/([S]+[Se])+(0.02-[Al])/[N] ≤ 20
(식 1에서, [Mn], [Cu], [S], [Se], [Al] 및 [N]은 각각 Mn, Cu, S, Se, Al 및 N의 함량(중량%)을 나타낸다.)
식 1 값이 너무 작은 경우, 압연 파단이 발생하거나, S, Se계 석출물이 다량 석출되어 자성이 열화될 수 있다. 식 1 값이 너무 큰 경우, S, Se계 석출물이 적절히 형성되지 아니하고, 2차 재결정 집합조직이 훼손되어, 자성이 열화될 수 있다. 더욱 구체적으로 식 1 값은 16.2 내지 19.9가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 방향성 전기강판은 식 2를 만족할 수 있다.
0.016 ≤ [S]+[Se]≤ 0.05
(식 2에서, [S] 및 [Se]는 각각 S 및 Se 의 함량(중량%)을 나타낸다.)
식 2 값이 너무 작은 경우, S, Se계 석출물이 적절히 형성되지 아니하고, 2차 재결정 집합조직이 훼손되어, 자성이 열화될 수 있다. 식 2 값이 너무 큰 경우, 압연 파단이 발생하거나, S, Se계 석출물이 다량 석출되어 자성이 열화될 수 있다. 더욱 구체적으로 식 2 값은 0.02 내지 0.03이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 방향성 전기강판은 식 3을 만족할 수 있다.
0.5 ≤ [Al]/[N]≤ 3.0
(식 3에서, [Al] 및 [N]은 각각 Al 및 N 의 함량(중량%)을 나타낸다.)
식 3 값이 너무 작은 경우, AlN에 의한 결정립성장 억제력을 기대할 수 없다. 식 3 값이 너무 큰 경우, AlN에 의한 결정립성장 억제력이 증가하여 S, Se계 석출물에 의한 2차재결정에 영향을 주게 된다. 더욱 구체적으로 식 3 값은 0.5 내지 2.8이 될 수 있다.
불순물 원소
상기의 원소 외에도 Ni, Zr, V등의 불가피하게 혼입되는 불순물이 포함될 수 있다. Ni의 경우 불순물 원소들과 반응하여 미세한 황화물, 탄화물 및 질화물을 형성하여 자성에 유해한 영향을 미치므로 이들 함유량을 각각 0.05 중량% 이하로 제한한다. Zr, V등도 강력한 탄질화물 형성 원소이기 때문에 가능한 첨가되지 않는 것이 바람직하며 각각 0.01 중량% 이하로 함유되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서 합금 성분 내, Mn, Cu, S, Se, Al, N간의 상관관계를 제어하여, 자성을 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적으로 0.30mm 두께 기준에서, 방향성 전기강판의 1.7Tesla, 50Hz 조건에서 철손은 1.5W/kg 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로 0.30mm 두께 기준에서, 방향성 전기강판의 1.7Tesla, 50Hz 조건에서 철손은 0.9 내지 1.1W/kg 일 수 있다. 방향성 전기강판의 800A/m의 자기장 하에서 유도되는 자속밀도(B8)는 1.88T 이상일 수 있다. 더욱 구체적으로 1.88 내지 1.95T일 수 있다. 자속밀도(B8)이 1.88T 이상일 경우, 변압기 효율이 높고 소음이 작은 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은 슬라브를 제조하는 단계; 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함한다.
이하에서는 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 슬라브를 제조한다.
제강단계에서는 Si, C, Mn, Cu, S, Se, Al, N을 적정 함량으로 제어하고 필요에 따라 Goss 집합조직 형성에 유리한 합금원소를 첨가하더라도 무방하다. 제강단계에서 성분이 조정된 용강은 연속주조를 통하여 슬라브로 제조된다.
슬라브의 각 조성에 대해서는 전술한 방향성 전기강판에서 자세히 설명하였으므로, 중복되는 설명을 생략한다. 전술한 식 1 내지 식 3도 슬라브의 합금 성분 내에서 동일하게 만족할 수 있다.
다음으로, 슬라브를 가열한다.
슬라브의 가열은 1,250℃이하, 보다 바람직하게는 1,150℃이하의 저온으로 실시하여 석출물을 부분 용체화하는 것이 바람직하다. 슬라브 가열온도가 높아지면 슬라브의 표면부 용융으로 가열로를 보수하고 가열로 수명이 단축될 수 있기 때문이다. 아울러, 슬라브를 1,250℃이하, 보다 바람직하게는 1,150℃이하의 온도로 가열하게 되면 슬라브의 주상정조직이 조대하게 성장되는 것이 방지되어 후속 열간압연 공정에서 판의 폭 방향으로 크랙이 발생되는 것을 막을 수 있어 실수율을 향상시키게 된다. 온도가 1000℃ 미만인 경우에는 열간압연 온도가 낮아 강판의 변형저항이 커지므로 압연 부하가 증가하게 된다. 따라서 슬라브의 가열 온도는 1000℃ 내지 1250℃일 수 있다.
다음으로, 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조한다. 열간압연에 의하여 두께 1.5 내지 4.0mm의 열연판을 제조할 수 있다
열간 압연된 열연판은 필요에 따라 열연판 소둔을 실시하거나 열연판 소둔을 실시하지 않고 냉간압연을 수행할 수 있다. 열연판 소둔을 실시하는 경우 열연조직을 균일하게 만들기 위해서 900℃ 이상의 온도로 가열하고 균열한 다음 냉각할 수 있다.
다음으로, 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조한다. 냉간압연은 리버스(Reverse) 압연기 혹은 탠덤(Tandom) 압연기를 이용하여 1회의 냉간압연 혹은 중간소둔을 포함하는 2회 이상의 냉간압연법으로 하여 최종제품 두께의 냉연판이 제조되도록 실시한다. 냉간압연 중에 강판의 온도를 100℃ 이상으로 유지하는 온간압연을 실시하는 것은 자성을 향상시키는데 유리하다.
다음으로, 냉간압연 된 냉연판을 1차 재결정 소둔한다. 1차 재결정 소둔 단계에서 고스 결정립의 핵이 생성되는 1차 재결정이 일어난다. 1차 재결정 소둔 과정에서 강판의 탈탄이 이루어질 수 있다. 탈탄을 위하여 50℃ 내지 70℃의 이슬점 온도 및 수소 및 질소 혼합 분위기에서 수행될 수 있다. 1차 재결정 소둔 온도는 800 내지 950℃가 될 수 있다. 소둔 온도가 낮으면, 탈탄 시간이 오래걸릴 수 있다. 소둔 온도가 높으면, 1차 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 처리할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 탈탄만이 수행되고, 침질은 수행되지 않을 수 있다. 즉, 1차 재결정 소둔에서 50℃ 내지 70℃의 이슬점 온도 및 수소 및 질소 혼합 분위기에서만 수행될 수 있다.
이렇게 1차 재결정 소둔된 냉연판은 S, Se계 석출물을 포함하여, 2차 재결정 소둔 시, 결정립 성장 억제제로서 사용된다. 구체적으로 S, Se계 석출물은 (Fe,Mn,Cu)S 및 (Fe,Mn,Cu)Se 중 1종 이상의 석출물을 포함할 수 있다. (Fe,Mn,Cu)S란 S와 Fe, Mn, Cu 중 1종 이상이 결합한 석출물을 의미한다.
다음으로, 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판을 2차 재결정 소둔한다. 이 과정에서 {110}면이 압연면에 평행하고, <001>방향이 압연방향에 평행한 Goss {110}<001> 집합조직이 형성된다. 이 때, 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판에 소둔 분리제를 도포한 후, 2차 재결정 소둔할 수 있다. 이 때, 소둔 분리제는 특별히 제한하지 아니하며, MgO를 주 성분으로 포함하는 소둔 분리제를 사용할 수 있다.
2차 재결정 소둔은 적정한 승온율로 승온하여 {110}<001> Goss 방위의 2차 재결정을 일으키고 이후 불순물 제거과정인 순화소둔을 거친 다음 냉각한다. 그 과정에서 소둔분위기 가스는 통상의 경우와 같이 승온과정에서는 수소와 질소의 혼합가스를 사용하여 열처리하고, 순화소둔에서는 100% 수소가스를 사용하여 장시간 유지하여 불순물을 제거한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
중량%로 Si : 3.2%, C : 0.055%, 그리고 표 1과 같이 Mn, Cu, S, Se, Al, N의 함량을 변화시키고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 슬라브를 준비하였다. 이어서 슬라브를 1250℃로 가열한 후 열간압연하여 2.3mm 두께의 열연판을 제조하였다. 열연판은 1085℃의 온도로 가열한 후 910℃에서 160초간 유지하고 물에 급냉하였다. 그 다음, 열연소둔판을 산세 한 후 0.30mm 두께로 냉간압연하고, 냉간압연된 강판은 이슬점 60℃, 수소와 질소의 혼합가스 분위기 속에서 850℃의 온도로 180초간 유지하여 1차 재결정 소둔하였다. 이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포한 후 2차 재결정 소둔하였고, 2차 재결정 소둔은 1200℃ 까지는 25 v% 질소 + 75 v%수소의 혼합가스 분위기로 하였고, 1200℃ 도달후에는 100v% 수소가스 분위기에서 10시간이상 유지 후 노냉하였다. 각각의 성분에 따른 방향성 전기강판의 자기적 특성은 표 1과 같다.
Single sheet 측정법을 이용하여 1.7Tesla, 50Hz 조건에서 철손을 측정하였고, 800A/m의 자기장 하에서 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)를 측정하였다. 각 철손값은 조건별 평균을 나타낸 것이다.
구분 Mn
(중량%)		 Cu
(중량%)		 S
(중량%)		 Se
(중량%)		 Al
(중량%)		 N
(중량%)
비교예 1 0.025 0.01 0.024 0.005 0.002 0.0038
비교예 2 0.025 0.01 0.003 0.059 0.0018 0.0039
비교예 3 0.024 0.011 0.003 0.006 0.0017 0.0035
비교예 4 0.025 0.01 0.007 0.008 0.0018 0.0038
발명예 1 0.025 0.012 0.01 0.011 0.0018 0.0035
발명예 2 0.025 0.031 0.01 0.01 0.002 0.0033
발명예 3 0.024 0.05 0.011 0.009 0.0017 0.0034
비교예 5 0.025 0.072 0.01 0.011 0.0015 0.0036
비교예 6 0.026 0.089 0.01 0.01 0.0016 0.0035
발명예 4 0.025 0.01 0.01 0.012 0.0051 0.0034
발명예 5 0.026 0.012 0.01 0.01 0.0098 0.0036
비교예 7 0.025 0.011 0.01 0.011 0.013 0.0037
발명예 6 0.036 0.011 0.01 0.015 0.01 0.0045
발명예 7 0.036 0.032 0.008 0.016 0.008 0.0043
발명예 8 0.036 0.052 0.009 0.016 0.007 0.0044
비교예 8 0.036 0.072 0.009 0.014 0.007 0.0045
비교예 9 0.036 0.104 0.009 0.015 0.008 0.0043
발명예 9 0.035 0.012 0.01 0.016 0.0019 0.0034
발명예 10 0.034 0.01 0.012 0.012 0.0066 0.0035
비교예 10 0.049 0.01 0.01 0.018 0.002 0.0038
비교예 11 0.05 0.011 0.018 0.041 0.0017 0.0035
구분 식 1 값 식 2 값 식 3 값 자속밀도
(B8, Tesla)		 철손
(W17/50, W/kg)
비교예 1 13.7 0.029 0.526 압연크랙
비교예 2 8.86 0.062 0.462 압연크랙
비교예 3 33.12 0.009 0.486 1.48 2.39
비교예 4 22.12 0.015 0.474 1.83 1.23
발명예 1 17.68 0.021 0.514 1.94 0.91
발명예 2 19.5 0.02 0.606 1.92 0.95
발명예 3 19.88 0.02 0.5 1.91 0.96
비교예 5 20.47 0.021 0.417 1.85 1.17
비교예 6 22.71 0.02 0.457 1.82 1.27
발명예 4 16.2 0.022 1.5 1.92 0.96
발명예 5 16.43 0.02 2.722 1.9 0.98
비교예 7 14.32 0.021 3.514 1.86 1.15
발명예 6 17.06 0.025 2.222 1.88 1.03
발명예 7 19.12 0.024 1.86 1.9 0.99
발명예 8 19.43 0.025 1.591 1.92 0.96
비교예 8 21.67 0.023 1.556 1.68 1.80
비교예 9 22.12 0.024 1.86 1.71 1.71
발명예 9 19.25 0.026 0.559 1.88 1.03
발명예 10 18.41 0.024 1.886 1.91 0.97
비교예 10 22.59 0.028 0.526 1.47 2.48
비교예 11 13.89 0.059 0.486 1.48 2.45
표 1 및 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, Mn, Cu, S, Se, Al, N 함량을 제어하여 식 1을 만족하는 발명예는 자속밀도 및 철손이 모두 우수함을 확인할 수 있다.
반면, 식 1을 만족하지 못하는 비교예는 엣지 크랙이 발생하거나, 자속밀도 및 철손이 열화되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.

Claims (7)

  1. 중량%로, Si: 1.0% 내지 5.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.001% 내지 0.1%, Cu: 0.001% 내지 0.1%, S: 0.001% 내지 0.020%, Se: 0.001% 내지 0.050%, Al: 0.0005% 내지 0.010%, N: 0.0005% 내지 0.005%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 식 1 내지 식 3을 만족하는 방향성 전기강판.
    [식 1]
    16 ≤ (10×[Mn]+[Cu])/([S]+[Se])+(0.02-[Al])/[N] ≤ 20
    [식 2]
    0.016 ≤ [S]+[Se]≤ 0.05
    [식 3]
    0.5 ≤ [Al]/[N]≤ 3.0
    (식 1에서, [Mn], [Cu], [S], [Se], [Al] 및 [N]은 각각 Mn, Cu, S, Se, Al 및 N의 함량(중량%)을 나타낸다.)
    (식 2에서, [S] 및 [Se]는 각각 S 및 Se 의 함량(중량%)을 나타낸다.)
    (식 3에서, [Al] 및 [N]은 각각 Al 및 N 의 함량(중량%)을 나타낸다.)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 중량%로, Si: 1.0% 내지 5.0%, C: 0.001 내지 0.10%, Mn: 0.001% 내지 0.1%, Cu: 0.001% 내지 0.1%, S: 0.001% 내지 0.020%, Se: 0.001% 내지 0.050%, Al: 0.0005% 내지 0.010%, N: 0.0005% 내지 0.005%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 식 1 내지 식 3을 만족하는 슬라브를 제조하는 단계;
    상기 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및
    1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
    [식 1]
    16 ≤ (10×[Mn]+[Cu])/([S]+[Se])+(0.02-[Al])/[N] ≤ 20
    [식 2]
    0.016 ≤ [S]+[Se]≤ 0.05
    [식 3]
    0.5 ≤ [Al]/[N]≤ 3.0
    (식 1에서, [Mn], [Cu], [S], [Se], [Al] 및 [N]은 각각 Mn, Cu, S, Se, Al 및 N의 함량(중량%)을 나타낸다.)
    (식 2에서, [S] 및 [Se]는 각각 S 및 Se 의 함량(중량%)을 나타낸다.)
    (식 3에서, [Al] 및 [N]은 각각 Al 및 N 의 함량(중량%)을 나타낸다.)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬라브를 가열하는 단계는 상기 슬라브를 1000 내지 1250℃로 가열하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판은 (Fe,Mn,Cu)S 및 (Fe,Mn,Cu)Se 중 1종 이상의 석출물을 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔하는 단계는 50℃ 내지 70℃의 이슬점 온도 및 수소 및 질소 혼합 분위기에서 수행되는 방향성 전기강판의 제조 방법.
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