KR102079771B1

KR102079771B1 - 방향성 전기강판 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR102079771B1
Application number: KR1020170179232A
Authority: KR
Inventors: 박창수; 김우신; 서진욱; 김병구
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2020-02-20
Also published as: CN109957640A; KR20190077774A; JP2019116680A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si: 3.0 내지 5.0%, C: 0.01 내지 0.15%, Mn: 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 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: 0.5 ≤ [Si] / (100×[C]×[Mn]) ≤ 3
식 2: (0.04×[Si]-0.075)-(0.045×[Mn]) ≤ [C] ≤ (0.055×[Si]-0.1)-(0.055×[Mn])
식 1 및 식 2에서 [Si], [C] 및 [Mn]은 각각 Si, C 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.

Description

방향성 전기강판 및 그의 제조방법{GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 슬라브 내의 Si함량에 따른 Mn 및 C함량을 정밀하게 조정함으로써, 우수한 자성을 얻는 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 강판면의 결정립들의 방위가 {110}면이고 압연방향의 결정방위는 <001>축에 평행한, 소위 고스(Goss) 집합조직(texture)으로 형성하여서 강판의 압연방향으로 자기특성을 증대시킨 연자성 재료이다. 일반적으로 자기특성이 우수한지 여부는 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 이룰 수 있다. 철손은 강판에 임의의 교류자장을 가하였을 때 열에너지로 소비되는 전력손실로서, 자속밀도와 비저항이 높을수록 그리고 판두께와 강판 중의 불순물량이 낮을수록 철손이 낮아져 전기기기의 효율이 증가하게 된다.

현재 전세계적으로 CO₂발생을 저감하여 지구온난화에 대처하기 위하여 에너지 절약과 함께 고효율의 제품화를 지향하는 추세이며, 전기에너지를 적게 사용하는 고효율화된 전기기기의 보급에 대한 수요가 증가됨에 따라 보다 우수한 저철손 특성을 갖는 방향성 전기강판의 개발에 대한 사회적 요구가 증대되고 있다.

자기특성이 우수한 방향성 전기강판은 강판의 압연방향으로 {110}<001>방위의 고스조직(Goss texture)이 강하게 발달하여야 하며, 이와 같은 집합조직을 형성시키기 위해서는 고스 방위의 결정립들이 2차재결정이라는 비정상인 결정립 성장을 형성시켜야 한다. 이러한 비정상적인 결정성장은 통상적인 결정립성장과 다르게 정상적인 결정립 성장이 석출물, 개재물이나 혹은 고용되거나 입계에 편석되는 원소들에 의하여 정상적으로 성장하는 결정립계의 이동이 억제되었을 때 발생하게 된다. 이와 같이 결정립성장을 억제하는 석출물이나 개재물 등을 특별하게 결정립성장 억제제(inhibitor)라고 부르며, {110}<001>방위의 2차재결정에 의한 방향성 전기강판 제조기술에 대한 연구는 강력한 결정립성장 억제제를 사용하여 {110}<001>방위에 대한 집적도가 높은 2차재결정을 형성하여 우수한 자기특성을 확보하는 방향으로 발전하여 왔다.

한편, 열간압연을 위하여 슬라브를 가열할 때 가열온도를 상대적으로 낮게 하는 소위 저온가열 방향성 전기강판 제조방법이 발전하여 왔으며, 이와 같이 저온에서 슬라브를 가열할 경우에는 주요 결정립성장 억제제로 Al계 석출물을 사용하는 방법이 제안되어 있다. 구체적으로 이러한 슬라브의 저온가열방법으로 억제제를 형성할 경우 Al 계열의 질화물이 결정립성장을 억제하는 효과가 강하여 2차 재결정을 보다 유리하게 형성시키는 제조방법으로 제안되어 있다.

Al 계열의 질화물을 형성하기 위한 Al 함량은 일정 수준 이상으로 높이기 쉽지 않으며, 그 함량에 제한이 있다. 그리고 Al계 질화물의 주요한 형성 원소인 Si과 Mn의 함유량과 이들 Si과 Mn의 복합 질화물을 형성하는데 간접적으로 상호간에 영향을 미치는 C의 함유량을 정밀하게 제어할 필요가 있다.

방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 한다. 구체적으로 전기강판을 제조하기 위한 슬라브 내의 Si함량에 따른 Mn 및 C함량을 정밀하게 조정함으로써, 결과적으로 우수한 자성을 갖는 방향성 전기강판 및 이러한 방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si: 3.0 내지 5.0%, C: 0.01 내지 0.15%, Mn: 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 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 포함한다.

식 1: 0.5 ≤ [Si] / (100×[C]×[Mn]) ≤ 3

식 2: (0.04×[Si]-0.075)-(0.045×[Mn]) ≤ [C] ≤ (0.055×[Si]-0.1)-(0.055×[Mn])

식 1 및 식 2에서 [Si], [C] 및 [Mn]은 각각 Si, C 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.

슬라브는 Al: 0.01 내지 0.04 중량%, Sb 및 Sn 중 1종 이상을 각각 단독 또는 합량으로 0.03 내지 0.1 중량%, N: 0.01 중량% 이하(단, 0 중량%를 제외함) 및 S: 0.01% 이하(단, 0 중량%를 제외함)를 더 포함할 수 있다.

슬라브를 가열하는 단계에서, 슬라브 가열온도는 1000℃ 내지 1250℃일 수 있다.

슬라브 가열하는 단계 이후, 슬라브 내의 오스테나이트 부피 분율이 20 내지 40% 일 수 있다.

2차 재결정 소둔하는 단계 이후, {100}면이 압연면(ND면)과 이루는 각도가 15° 이하인 결정 방위를 갖는 집합 조직의 부피 분율이 3 % 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 슬라브는 중량%로, Si: 3.0 내지 5.0%, C: 0.01 내지 0.15%, Mn: 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족한다.

식 1: 0.5 ≤ [Si] / (100×[C]×[Mn]) ≤ 3

슬라브 내의 오스테나이트 부피 분율이 20 내지 40% 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량%로, Si: 3.0 내지 5.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.33 내지 1.5%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, {100}면이 압연면(ND면)과 이루는 각도가 15° 이하인 결정 방위를 갖는 집합 조직의 부피 분율이 3 % 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 Al: 0.01 내지 0.04 중량%, Sb 및 Sn 중 1종 이상을 각각 단독 또는 합량으로 0.03 내지 0.1 중량%, N: 0.01 중량% 이하(단, 0 중량%를 제외함) 및 S: 0.01% 이하(단, 0 중량%를 제외함)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 방향성 전기강판은 Si 함량에 따른 Mn 및 C 함량을 조정함으로써 강판의 비저항이 높고 동시에 고스 집합 조직이 다수 형성되어 자기적 특성이 뛰어나다.

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. 또한 고스(goss) 결정립이란 결정방위가 {110}<001>로부터 15° 이내의 방위를 갖는 결정립을 의미한다.

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 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si: 3.0 내지 5.0%, C: 0.01 내지 0.15%, Mn: 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 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: 0.5 ≤ [Si] / (100×[C]×[Mn]) ≤ 3

이하에서는 각 단계별로 상세히 설명한다.

먼저, 슬라브를 가열한다.

슬라브는 Si: 3.0 내지 5.0%, C: 0.01 내지 0.15%, Mn: 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

이하에서는 슬라브의 각 성분에 대해 설명한다.

Si : 3.0 내지 5.0 중량%

실리콘(Si)은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철손을 개선하는 역할을 한다. Si함량이 너무 적을 경우 비저항이 감소되고, 또한 와전류손이 증가하여 철손특성이 열위하게 된다. 한편 Si가 너무 많이 첨가될 경우에는 기계적 특성중 연성과 인성이 감소하여 압연과정 중 판파단이 빈번하게 발생할 뿐만 아니라, 상업적 생산을 위한 연속소둔시 판간 용접성이 저하하게 되어 생산성이 악화될 수 있다. 결과적으로 Si함량을 전술한 범위로 제어하지 않으면 자기적 특성이 훼손될 뿐만 아니라 생산성이 악화될 수 있다. 따라서 전술한 범위로 Si를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si를 3.5 내지 5.0 중량% 포함할 수 있다.

C: 0.01 내지 0.15 중량%

탄소(C)은 오스테나이트 안정화 원소로서, 슬라브 중에 첨가되어 연주과정에 발생하는 조대한 주상 조직을 미세화하고 S의 슬라브 중심편석을 억제할 수 있다. 또한 냉간압연 중에 강판의 가공경화를 촉진하여 강판 내에 {110}<001>방위의 2차 재결정 핵 생성을 촉진할 수 있다. 그러나 너무 많이 첨가되면 열연 중 엣지-크랙(edge-crack) 이 발생할 수 있다. 따라서 전술한 범위로 C를 포함할 수 있다.

다만, 전기강판의 제조 과정에서 1차 재결정 소둔 중 탈탄 소둔을 거치게 되며, 탈탄 소둔을 거친 최종 방향성 전기강판 내의 C 함량은 0.005중량% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로는 0.003중량%이하일 수 있다.

Mn: 0.1 내지 1.5 중량%

망간(Mn)은 Si와 동일하게 비저항을 증가시켜 와전류손을 감소시킴으로써 철손을 감소시키는 효과가 있다. 또한 강중에 존재하는 S와 반응하여 Mn계 화합물을 형성하거나 전술한 Al 및 질소이온과 반응하여 (Al,Si,Mn)N형태의 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제제를 형성하는 역할을 한다. 그 함량이 너무 적으면 상기 효과를 기대할 수 없으며, 너무 많으면 2차 재결정 소둔 중 오스테나이트 상변태율이 증가하여 고스 집합조직이 심각하게 훼손되어 자기적 특성이 급격히 저하 될 수 있다.

Al : 0.01 내지 0.04 중량%

알루미늄(Al)은 1차 재결정 소둔 과정에서의 질화 중 분위기 가스인 암모니아 가스에 의하여 도입된 질소이온과 결합하여 AlN형태의 질화물을 형성할 뿐만 아니라, 강중에 고용상태로 존재하는 Si, Mn 및 전술한 질소이온과 결합하여 (Al,Si,Mn)N 형태의 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제제의 역할을 수행한다. 그 함량이 너무 적으면 상기 역할을 기대할 수 없으며, 그 함량이 너무 많으면 매우 조대한 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제력이 급격히 저하될 수 있다. 따라서 Al이 추가 포함되는 경우, Al의 함량은 전술한 범위로 조절할 수 있다.

Sb 및 Sn: 0.03 내지 0.1 중량%

주석(Sn)을 첨가하면 {110}<001> 방위의 2차 결정립 핵의 숫자를 증가시킴으로써 철손을 향상시킬 수 있다. 또한 Sn은 결정립계에 편석을 통해서 결정립 성장을 억제하는데 중요한 역할을 하며, 이는 2차 소둔 단계에서 승온율이 낮아질 때, AlN 및 MnS 석출물이 조대화 되어 결정립 성장을 억제하는 효과가 약화되는 것을 보상한다. 그러나 Sn의 함량이 너무 많으면, 취성이 증가된다는 문제가 발생할 수 있다.

안티몬(Sb)는 결정립계에 편석하여 1차 재결정립의 과도한 성장을 억제하는 작용이 있다. Sb를 첨가하여 1차 재결정 소둔 단계에서 입성장을 억제함으로써 강판의 두께 방향에 따른 1차 재결정립크기의 불균일성을 제거하고, 동시에 2차 재결정을 안정적으로 형성시킴으로써 자성이 보다 더 우수한 방향성 전기강판을 만들 수 있다. Sb의 함량이 너무 작으면 억제력 효과가 부족할 수 있고, Sb의 함량이 너무 많으면, 1차 재결정 소둔시 탈탄을 방해하여 자기적 특성을 열화 시킬 수 있다.

이러한 Sn과 Sb는 각각 단독 또는 모두 포함될 수 있으며, Sb 및 Sn 중 1종 이상이 추가 포함되는 경우, Sb 및 Sn 중 1종 이상을 각각 단독 또는 합계로 0.03 내지 0.1 중량% 포함할 수 있다. 즉, Sb 만을 단독으로 0.03 내지 0.1 중량% 포함하거나, Sn만을 단독으로 0.03 내지 0.1 중량% 포함하거나, Sb 및 Sn을 동시에 포함할 시, 그 합계로 0.03 내지 0.1 중량% 포함할 수 있다.

N: 0.01 중량% 이하

질소(N)은 Al 및 Mn과 반응하여 AlN 및 (Al,Mn,Si)N 등의 화합물을 형성하는 원소로서, N이 추가 포함되는 경우, 슬라브 내에 0.01 중량% 이하로 포함할 수 있다. 만약 N을 너무 많이 첨가하게 되면 열연이후의 공정에서 질소확산에 의한 블리스터(blister)와 같은 표면결함을 유발하게 될 뿐만 아니라, 슬라브 상태에서 과잉의 질화물이 형성되기 때문에 압연이 용이하지 못해, 제조단가가 상승하는 원인이 된다. 따라서 N의 함량은 0.01 중량% 이하로 한정할 수 있다. 이후 고스 집합조직의 2차재결정 형성을 위한 질화물의 보강은 탈탄소둔공정중 암모니아 가스를 분위기가스로 도입함으로써 질소이온이 강중에 확산되도록 하는 질화 처리를 실시하여 보강한다. 이후, 2차 재결정 소둔에서 질소가 일부 제거될 수 있어, 최종 제조되는 강판 내에서도 N의 함량은 0.01 중량% 이하가 될 수 있다. 구체적으로 슬라브 및 강판은 N을 0.005 중량% 이하로 포함할 수 있다.

S: 0.01 중량% 이하

황(S)는 주조시 슬라브 중심부에 편석하여 취성을 야기하며, 강중의 Mn과 반응하여 Mn계 황화물을 형성하므로써 미세조직을 불균일하게 하고 압연성을 악화시킨다. 따라서 S가 불가피하게 함유되는 함량 이상으로 첨가하여 석출되는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, S가 추가 포함되는 경우, S의 함량은 0.01 중량% 이하로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 슬라브는 하기 식 1 및 식 2를 만족한다.

식 1: 0.5 ≤ [Si] / (100×[C]×[Mn]) ≤ 3

(단 식 1 및 식 2에서 [Si], [C] 및 [Mn]은 각각 Si, C 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)

이하에서는 식 1 및 식2의 성분제한에 관한 내용에 대하여 설명한다.

방향성 전기강판의 제조공정 중 슬라브 가열이 이루어지는 온도에서 강판의 미세조직은 페라이트 조직과 오스테나이트 조직이 동시에 존재하게 된다. 이 때, 오스테나이트 조직의 부피 분율이 전체 영역의 20% 내지 40% 범위일 때 최종 방향성 전기강판의 자성특성이 가장 우수하게 된다. 오스테나이트 부피 분율이 20% 미만일때는 슬라브 중심부에 {100} 결정면을 갖는 연신조직이 사라지지 않고 최종 제품단계까지 잔류하여 자속밀도 및 철손 특성이 열위하게 된다. 오스테나이트 부피 분율이 40% 초과일 때는, 상변태가 많이 일어나 열간압연 과정 중에 생성되는 고스조직의 양을 감소시켜 자성특성이 열위하게 된다. 따라서 슬라브 가열시 오스테나이트 조직의 부피 분율을 20 내지 40% 범위로 유지하는 것이 중요하다.

슬라브의 오스테나이트 조직의 분율은 첨가하는 합금원소의 양에 따라 변화하게 된다. 일반적으로 Si은 페라이트 분율을 높이는 원소이며, C과 Mn은 오스테나이트 분율을 높이는 원소이다. 그러므로 강판의 비저항을 높이기 위해 Si함량을 높이면 슬라브의 페라이트 분율이 증가하므로, C 또는 Mn을 첨가하여 적정 오스테나이트 분율을 유지할 수 있도록 하여야 한다.

따라서 Si 함량에 따른 C 및 Mn의 함량 조절이 필요하며, 그 범위는 상기 식 1과 같이 나타낼 수 있다. 식 1의 좌변이 0.5 미만일 때에는 오스테나이트 상분율이 적정 수준을 초과하게 되며, 식 1의 우변이 3을 초과하는 경우 오스테나이트 분율이 적정 수준 미만이 된다.

다음으로, 상기 식 2는 Si과 Mn 함량에 따른 C의 함량 범위를 나타낸다. 본 발명에서는 강판의 비저항을 높여 자성이 우수한 방향성 전기강판을 만드는 것을 목적으로 한다. C의 경우, 방향성 전기강판의 비저항 상승과는 연관이 없으며, 전술한 바와 같이 1차 재결정 소둔 단계에서 탈탄 과정을 통해 초기 슬라브에 있던 C을 0.003 중량% 이하로 낮추어야 한다.

반면에 Mn은 첨가량이 증가할수록 강판의 비저항을 높이는 원소이다. 따라서 슬라브 가열시 적정 오스테나이트 조직을 만들어 주면서 강판의 비저항을 높이기 위해서는 C을 넣는 것보다는 Mn 함량을 높이는 것이 효과적이다. 이 때 Mn 함량을 높일수록 C 함량은 낮아져야 한다. 전술한 바와 같이 C과 Mn 모두 오스테나이트 분율을 높이는 원소이기 때문이다. 또한 Si 함량이 증가할수록 적정 오스테나이트 분율을 만족하기 위한 Mn 및 C 함량의 범위가 변화하므로, C의 범위는 식 2와 같이 Si과 Mn 함량의 복합적인 관계로 나타낼 수 있다.

슬라브를 가열하는 단계에서의 온도에 대해 설명한다. 슬라브를 1250℃이하의 온도로 가열하게 되면 슬라브의 주상정 조직이 조대하게 성장되는 것이 방지하여 열간압연 공정에서 판의 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 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. 열간 압연 온도는 제한되지 않으며, 일 실시예로 950℃ 이하에서 열연을 종료할 수 있다. 이후 수냉하여 하여 600℃ 이하에서 권취할 수 있다. 열간 압연에 의하여 1.5 내지 5.0mm 두께의 열연판으로 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, 다수회의 냉간압연, 또는 중간소둔을 포함하는 다수회의 냉간압연법으로 0.1mm 내지 0.5mm 두께의 냉연판을 제조할 수 있다. 또한, 냉간압연 중에 강판의 온도를 100℃ 이상으로 유지하는 온간 압연을 실시할 수 있다. 또한, 냉간압연을 통한 최종 압하율은 50 내지 95%가 될 수 있다.

다음으로, 냉간압연 된 냉연판을 1차 재결정 소둔한다. 1차 재결정 소둔 단계에서 고스 결정립의 핵이 생성되는 1차 재결정이 일어난다. 1차 재결정 소둔 과정에서 강판의 탈탄 및 질화가 이루어질 수 있다. 탈탄 및 질화를 위하여 수증기, 수소 및 암모니아의 혼합 가스 분위기 하에서 1차 재결정 소둔 할 수 있다.

질화를 위해 암모니아 가스를 사용하여 강판에 질소이온을 도입하여 주석출물인 (Al,Si,Mn)N 및 AlN등의 질화물을 형성하는데 있어, 탈탄을 마치고 질화처리하거나, 혹은 탈탄과 동시에 질화처리를 같이 할 수 있도록 동시에 질화처리를 행하거나, 혹은 질화처리를 우선 행한 후 탈탄을 행하는 방법 어느 것이나 본 발명의 효과를 발휘하는데 문제가 없다.

다음으로, 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판을 2차 재결정 소둔한다. 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.

본 발명의 일 실시예는 방향성 전기강판 슬라브를 제공한다. 방향성 전기강판 슬라브에 대해서는 전술한 방향성 전기강판의 제조 방법 과정 중 슬라브의 가열 단계에서 상세히 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.

최종 제조된 방향성 전기강판은 {100}면이 압연면(ND면)과 이루는 각도가 15° 이하인 결정 방위를 갖는 집합 조직의 부피 분율이 3 % 이하 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 슬라브 내의 Si, C, Mn의 함량을 정밀히 제어함으로써, 슬라브 가열 후, 슬라브 내의 오스테나이트 분율을 적절히 제어할 수 있고, 그로 인하여 {100} 결정면을 갖는 연신조직을 최소화할 수 있다. 궁극적으로 자성이 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 의해 제조되는 방향성 전기강판의 1.7Tesla, 50Hz 조건에서 철손은 0.85W/kg 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로 0.73 내지 0.83W/kg일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의해 제조되는 방향성 전기강판의 800A/m의 자기장 하에서 유도되는 자속밀도는 1.90 T 이상일 수 있다. 더욱 구체적으로 1.90 내지 1.95T일 수 있다.

최종 제조된 방향성 전기강판의 합금조성에 대해서는 전술한 슬라브의 합금조성에서 상세히 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

하기 표 1에 정리한 합금원소의 조성 및 잔부 Fe와 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 이루어지는 슬라브를 준비하였다. 슬라브를 1150℃ 온도에서 90분간 가열하고, 오스테나이트 분율을 측정하였다. 그 후, 열간 압연하여 2.3mm 두께의 열연판을 제조하였다. 이 열연판을 1050℃ 이상의 온도로 가열한 후 910℃에서 70초가 유지하고 수냉한 후 산세하였다. 이어서 리버스(Reverse) 압연기를 이용하여, 총 6회의 패스를 거쳐 0.23mm 두께로 냉간 압연하였다. 냉간 압연된 강판은 노 속에서 승온한 후 수소: 50부피% 및 질소: 50부피%의 혼합 가스 분위기, 이슬점온도 60℃, 및, 소둔 온도 850℃에서 120초간 유지하여 1차 재결정 소둔을 하였다. 이후 MgO를 도포한 다음, 코일상으로 권취하여 2차 재결정 소둔하였다. 2차 재결정 소둔은 질소: 25부피% 및 수소: 75부피%의 혼합 가스 분위기에서 1200℃까지 승온하였고, 1200℃ 도달 후에는 수소: 100부피% 가스 분위기에서 20시간 유지 후 노냉하였다.

최종 수득된 강판을 표면 세정 후, 절연코팅액을 도포하여 830℃에서 30초 소둔하였다. 그 후에 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.

또한 최종 수득된 강판의 {100} 결정면을 갖는 집합 조직의 분율을 분석하였다.

번호	Si (wt%)	C (wt%)	Mn (wt%)	식 1	식 2	오스테나이트 분율(부피%)	{100} 결정면 분율(부피%)	철손 (W17/50, W/kg)	자속밀도(B8, T)
발명재 1	3.3	0.042	0.35	◎	◎	23.5	2	0.81	1.91
비교재 1	3.3	0.053	0.72	◎	X	50.8	8	0.95	1.86
비교재 2	3.5	0.050	0.15	X	X	16.9	4	0.93	1.88
비교재 3	3.2	0.022	0.56	◎	X	14.8	4	0.96	1.87
발명재 2	3.1	0.048	0.33	◎	◎	36.5	3	0.82	1.93
비교재 4	3.2	0.037	0.28	X	X	19.6	4	0.98	1.88
발명재 3	3.2	0.051	0.39	◎	◎	37.2	3	0.81	1.90
발명재 4	3.6	0.034	0.92	◎	◎	27.5	3	0.75	1.92
발명재 5	3.4	0.038	0.88	◎	◎	39.8	2	0.79	1.93
비교재 5	3.2	0.065	1.01	X	X	87.4	10	0.99	1.86
비교재 6	3.7	0.080	0.95	X	X	60.0	8	0.92	1.88

표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 Si, C 및 Mn 함량이 발명의 범위 안에서 제어한 발명재 1 내지 5의 경우에, 비교재 1 내지 4에 비해 우수한 철손 및 자속밀도 값을 얻을 수 있었다. 이는 슬라브 가열 시, 슬라브 내의 오스테나이트 분율이 정밀히 제어되어, {100} 결정면이 잔존하는 현상을 억제하고, 최종 방향성 전기강판 내에서 고스 집합조직을 다량 형성하기 때문이다.

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

중량%로, Si: 3.0 내지 5.0%, C: 0.01 내지 0.15%, Mn: 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 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: 0.5 ≤ [Si] / (100×[C]×[Mn]) ≤ 3
식 2: (0.04×[Si]-0.075)-(0.045×[Mn]) ≤ [C] ≤ (0.055×[Si]-0.1)-(0.055×[Mn])
(단 식 1 및 식 2에서 [Si], [C] 및 [Mn]은 각각 Si, C 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
제1항에 있어서,
상기 슬라브는 Al: 0.01 내지 0.04 중량%, Sb 및 Sn 중 1종 이상을 각각 단독 또는 합량으로 0.03 내지 0.1 중량%, N: 0.01 중량% 이하(단, 0 중량%를 제외함) 및 S: 0.01% 이하(단, 0 중량%를 제외함)를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬라브를 가열하는 단계에서, 상기 슬라브 가열온도는 1000℃ 내지 1250℃ 방향성 전기강판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬라브 가열하는 단계 이후, 상기 슬라브 내의 오스테나이트 부피 분율이 20 내지 40%인 방향성 전기강판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 2차 재결정 소둔하는 단계 이후, {100}면이 압연면(ND면)과 이루는 각도가 15° 이하인 결정 방위를 갖는 집합 조직의 부피 분율이 3 % 이하인 방향성 전기강판의 제조 방법.
중량%로, Si: 3.0 내지 5.0%, C: 0.01 내지 0.15%, Mn: 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 방향성 전기강판용 슬라브.
식 1: 0.5 ≤ [Si] / (100×[C]×[Mn]) ≤ 3
식 2: (0.04×[Si]-0.075)-(0.045×[Mn]) ≤ [C] ≤ (0.055×[Si]-0.1)-(0.055×[Mn])
(단 식 1 및 식 2에서 [Si], [C] 및 [Mn]은 각각 Si, C 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
제6항에 있어서,
상기 슬라브는 Al: 0.01 내지 0.04 중량%, Sb 및 Sn 중 1종 이상을 각각 단독 또는 합량으로 0.03 내지 0.1 중량%, N: 0.01 중량% 이하(단, 0 중량%를 제외함) 및 S: 0.01% 이하(단, 0 중량%를 제외함)를 더 포함하는 방향성 전기강판용 슬라브.
제6항에 있어서,
상기 슬라브 내의 오스테나이트 부피 분율이 20 내지 40%인 방향성 전기강판용 슬라브.
중량%로, Si: 3.0 내지 5.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.33 내지 1.5%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, {100}면이 압연면(ND면)과 이루는 각도가 15° 이하인 결정 방위를 갖는 집합 조직의 부피 분율이 3% 이하인 방향성 전기강판.
제9항에 있어서,
Al: 0.01 내지 0.04 중량%, Sb 및 Sn 중 1종 이상을 각각 단독 또는 합량으로 0.03 내지 0.1 중량%, N: 0.01 중량% 이하(단, 0 중량%를 제외함) 및 S: 0.01% 이하(단, 0 중량%를 제외함)를 더 포함하는 방향성 전기강판.