KR102080170B1 - 방향성 전기강판 제조방법 - Google Patents

방향성 전기강판 제조방법 Download PDF

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Abstract

중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.02 내지 0.08%, N: 0.01% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; 상기 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계; 상기 열연판 소둔한 열연판을 냉각하는 단계; 상기 냉각한 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 상기 1차 재결정 소둔한 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함하며, 상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계는 1회 이상의 균열단계를 포함하고, 상기 냉각하는 단계에서 하기 식 1을 만족하도록 냉각하는 방향성 전기강판 제조방법이 소개된다.
[식 1]
Ts ≤ 1045×n0.14+20 (단위: ℃)
(식 1에서, Ts는 냉각시작온도를 의미한다. n은 열연판 소둔한 열연판의 가공경화지수를 의미한다.)

Description

방향성 전기강판 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET}
방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 냉간 압연성 및 자기적 특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 압연방향에 대해 강편의 집합조직이 {110}<001>인 고스집합조직(Goss texture)을 나타내고 있어 일방향 혹은 압연방향으로 자기적 특성이 우수한 연자성 재료이며, 이러한 집합조직을 발현하기 위해서는 제강에서의 성분제어, 열간 압연에서의 슬라브 재가열 및 열간압연 공정인자 제어, 열연판 소둔 열처리, 냉간 압연, 1차 재결정 소둔, 2차 재결정 소둔 등의 복잡한 공정들이 요구되고, 이들 공정 또한 매우 정밀하고 엄격하게 관리되어야 한다.
한편, 고스집합조직의 질과 양은 열연판의 집합조직으로부터 기인하게 되고, 열연판 소둔, 냉간압연, 1차 재결정 소둔을 통해 고스집합조직을 최대한 훼손하지 않고 고스란히 2차 재결정을 시킬 수 있는 공정제어 인자가 상업적인 목적에서 매우 중요한데, 고스집합조직의 기원은 여러 학자들에 의해 알려진 바와 같이 열연판 집합조직과 냉간압연 집합조직으로 크게 두 가지로 분류된다.
전자인 열연판 집합조직은 후공정인 열연판 소둔 공정에서 열연판 집합조직을 최적화 한다는 의미에서 열연판 소둔 공정이 중요하게 되고, 후자인 냉간 압연 집합조직은 이미 열간 압연의 후공정인 열연판 소둔을 통해 제어된 열연판 집합조직으로부터 시작되므로, 최종적으로는 두 가지 경우 모두 열연판 소둔공정이 매우 중요하게 된다.
열연판 소둔 열처리는 크게 3단계로 나눌 수 있는데 첫 번째는 열연판을 가열하여 조대한 석출물 및 불순물을 재고용시키고, 심하게 변형되어 있는 열연판 미세조직을 비교적 균질하게 제어하기 위한 가열단계, 두 번째는 가열단계에서 재고용된 석출물을 미세하게 석출제어하고, 가열단계의 미세조직을 안정화시키는 균열단계, 세 번째는 균열단계에서 제어된 석출물 및 미세조직을 상온까지 안정하게 유지시키는 냉각단계로 분류할 수 있다.
종래의 경우, 방향성 전기강판의 자기적 특성을 개선하기 위한 열연판 소둔의 기술만 제시될 뿐, 냉간 압연 생산성과 자기적 특성 향상을 동시에 달성할 수 있는 구체적인 기술제시는 이루어지지 않고 있는 실정이다.
본 발명의 일 실시예는 열연판의 가공경화지수(n)를 이용해 냉간 압연이 가능한 냉각시작온도(Ts)를 산출하고, 이를 제어함으로써 후공정인 냉간 압연 시에 강판의 파단 발생율을 낮추는 것이 가능한 방향성 전기강판 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조방법은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.02 내지 0.08%, N: 0.01% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; 상기 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계; 상기 열연판 소둔한 열연판을 냉각하는 단계; 상기 냉각한 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 상기 1차 재결정 소둔한 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함하며, 상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계는 1회 이상의 균열단계를 포함하고, 상기 냉각하는 단계에서 하기 식 1을 만족하도록 냉각한다.
[식 1]
Ts ≤ 1045×n0.14+20 (단위: ℃)
(식 1에서, Ts는 냉각시작온도를 의미한다. n은 열연판 소둔한 열연판의 가공경화지수를 의미한다.)
상기 냉각하는 단계에서, 하기 식 2를 만족하도록 냉각할 수 있다.
[식 2]
Ts ≤ 1621×n+500 (단위: ℃)
(식 2에서, Ts는 냉각시작온도를 의미한다. n은 열연판 소둔한 열연판의 가공경화지수를 의미한다.)
상기 냉각하는 단계에서, 상기 열연판 소둔한 열연판의 가공경화지수(n)는 0.005 내지 0.228일 수 있다.
상기 열연판 소둔하는 단계는 1차 균열 단계 및 2차 균열 단계를 포함하고, 상기 2차 균열 단계는 800 내지 1200℃의 온도로 수행될 수 있다.
상기 슬라브는, Al: 0.005 내지 0.04%, Mn: 0.01 내지 0.2%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함), P: 0.005 내지 0.045%, Sn: 0.03 내지 0.08%, Sb: 0.01 내지 0.05% 및 Cr: 0.01 내지 0.2%를 더 포함할 수 있다.
상기 슬라브를 가열하는 단계에서, 1250℃ 이하로 가열할 수 있다.
상기 1차 재결정 소둔하는 단계에서, 800 내지 950℃로 1차 재결정 소둔할 수 있다.
상기 2차 재결정 소둔하는 단계에서, 상기 1차 재결정 소둔 온도 이상, 1210℃ 이하의 온도에서 2차 재결정을 완료할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조방법에 따르면 열연판의 가공경화지수(n)를 이용해 냉간 압연이 가능한 냉각시작온도(Ts)를 산출하고, 이를 제어함으로써 후공정인 냉간 압연 시에 불량률을 최소화하는 것이 가능하다.
이로써 방향성 전기강판의 품질을 향상시키고, 생산성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 가공경화지수(n)에 따른 냉각시작온도의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 열연판 소둔하는 단계와 냉각하는 단계에서 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
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.
방향성 전기강판 제조방법
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조방법은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.02 내지 0.08%, N: 0.01% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계, 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계, 열연판을 열연판 소둔하는 단계, 열연판 소둔한 열연판을 냉각하는 단계, 냉각한 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계, 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계 및 1차 재결정 소둔한 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함하며, 열연판을 열연판 소둔하는 단계는 1회 이상의 균열단계를 포함하고, 냉각하는 단계에서 하기 식 1을 만족하도록 냉각한다.
[식 1]
Ts ≤ 1045×n0.14+20 (단위: ℃)
(식 1에서, Ts는 냉각시작온도를 의미한다. n은 열연판 소둔한 열연판의 가공경화지수를 의미한다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조방법은 냉각하는 단계에서, 식 2를 만족하도록 냉각할 수 있다.
[식 2]
Ts ≤ 1621×n+500 (단위: ℃)
(식 2에서, Ts는 냉각시작온도를 의미한다. n은 열연판 소둔한 열연판의 가공경화지수를 의미한다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조방법의 슬라브를 가열하는 단계에서 슬라브는 Al: 0.005 내지 0.04%, Mn: 0.01 내지 0.2%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함), P: 0.005 내지 0.045%, Sn: 0.03 내지 0.08%, Sb: 0.01 내지 0.05% 및 Cr: 0.01 내지 0.2%를 더 포함할 수 있다.
먼저, 하기에서는 슬라브의 성분 한정 이유를 설명한다.
Si: 2.0 내지 6.0%
실리콘(Si)은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철손(core loss)을 낮추는 역할을 한다. Si이 너무 적게 첨가될 경우, 비저항이 감소로 와전류손이 증가하여 철손 특성이 저하되고, 탈탄 질화 소둔시 페라이트와 오스테나이트 간 상변태가 활발하게 되어 1차 재결정 집합조직이 심하게 훼손된다. 또한, 고온 소둔 시, 페라이트와 오스테나트 간 상변태가 발생하게 되어 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 {110}<001>집합조직이 심하게 훼손된다.
반면, Si이 너무 많이 첨가될 경우, 탈탄 질화 소둔 시, SiO2 및 Fe2SiO4 산화층이 과하고 치밀하게 형성되어 탈탄 거동을 지연시킬 수 있다. 이에 따라 페라이트와 오스테나이트 간 상변태가 탈탄 질화 소둔 동안 지속적으로 일어나게 되어 1차 재결정 집합조직이 심하게 훼손될 수 있다. 상술한 치밀한 산화층 형성에 따른 탈탄 거동 지연효과로 질화 거동이 지연되어 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 등의 질화물이 충분히 형성되지 못하게 되므로 고온 소둔 시, 2차 재결정에 필요한 충분한 결정립 억제력을 확보할 수 없게 될 수 있다.
또한, 전기강판의 기계적 특성인 취성이 증가하고, 인성이 감소하여 압연과정 중, 판파단 발생율이 심화되고, 판간 용접성이 저하되어 용이한 작업성을 확보할 수 없게 된다. 결과적으로, Si 함량을 상기 소정의 범위로 제어하지 않으면 2차 재결정 형성이 불안정해져 자기적 특성이 심각하게 훼손되고, 작업성이 악화될 수 있다.
C: 0.02 내지 0.08%
탄소(C)는 페라이트 및 오스테나이트 간 상변태를 일으켜 결정립을 미세화시키고, 연신율을 향상시키는데 기여하는 원소로서 취성이 강해 압연성이 좋지 않은 전기강판의 압연성 향상을 위해 필수적인 원소이다.
다만, 최종제품에 잔존하게 될 경우, 자기적 시효효과로 인해 형성되는 탄화물을 제품판 내에 석출시켜 자기적 특성을 악화시키는 원소이기 때문에 적정한 함량으로 제어될 수 있다.
슬라브 내에 첨가되는 C의 함량은 0.02 내지 0.08%로 첨가된다. 상술한 Si 함량의 범위에서 슬라브에 C가 0.02% 미만으로 함유될 경우, 페라이트와 오스테나이트 간 상변태가 충분히 일어나지 않아 슬라브 및 열간압연 미세조직의 불균일화를 야기하게 되며 이로 인해 냉간 압연성까지 해칠 수 있다.
반면, 열연판 소둔 열처리 후, 강판 내에 존재하는 잔류탄소에 의해 냉간 압연 중, 전위의 고착을 활성화시켜 전단변형대를 증가시켜 고스핵의 생성장소를 증가킬 수 있다. 이에 따라 1차 재결정 미세조직의 고스결정립 분율을 증가시키게 되므로 C가 많을수록 이로울 것 같으나, 상술한 Si함량의 범위에서 슬라브에 C가 0.08%를 초과하여 함유될 경우, 별도의 공정이나 설비를 추가하지 않는다면 탈탄 소둔 공정에서 충분한 탈탄을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 이로 인해 야기되는 상변태 현상으로 인해 2차 재결정 집합조직의 심하게 훼손되게 되고, 최종제품을 전력기기에 적용 시, 자기시효에 의한 자기적 특성의 열화현상을 초래할 수 있다.
N: 0.01% 이하
질소(N)는 Al과 반응하여 AlN 을 형성하는 중요한 원소로서 슬라브 내에 첨가되는 N의 함량은 0.01% 이하로 첨가된다. 0.01%를 초과하여 함유될 경우, 열간 압연 이후의 공정에서 질소확산에 의한 Blister라는 표면결함을 초래하고, 슬라브 상태에서 질화물이 너무 많이 형성되기 때문에 압연이 어려워져 이후의 공정이 복잡해지고, 제조단가가 상승하는 원인이 될 수 있다.
한편, (Al,Si,Mn)N, AlN, (Si,Mn)N 등의 질화물을 형성하기 위해 추가로 필요한 N은 냉간 압연 이후의 소둔공정에서 암모니아가스를 이용하여 강중에 질화처리를 실시하여 보강한다.
Al: 0.005 내지 0.04%
알루미늄(Al)은 열간 압연과 열연판 소둔 시에 미세하게 석출된 AlN 이외에도 냉간 압연 이후의 소둔공정에서 암모니아가스에 의해서 도입된 질소이온이 강중에 고용상태로 존재하는 Al, Si, Mn과 결합하여 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 형태의 질화물을 형성함으로써 강력한 결정립 성장 억제제의 역할을 수행할 수 있다.
Al 함량이 0.005% 미만일 경우, 질화물이 형성되는 개수와 부피가 상당히 낮은 수준이기 때문에 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없고, Al 함량이 0.04%를 초과할 경우, 조대한 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제력이 떨어질 수 있다.
Mn: 0.01 내지 0.2wt%
망간(Mn)은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 와전류손을 감소시킴으로써 전체 철손을 감소시키는 원소이다. 소강상태에서 S와 반응하여 Mn계 황화물을 만들 뿐만 아니라 Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로써 1차 재결정립의 성장을 억제하여 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. Mn 함량이 0.01% 미만일 경우, 석출물이 형성되는 개수와 부피가 낮은 수준이기 때문에 억제제로서의 충분한 효과를 기대할 수 없고, Mn 함량이 0.2%를 초과할 경우, 강판 표면에 Fe2SiO4 이외에 (Fe, Mn) 및 Mn 산화물이 다량 형성되어 고온 소둔 중에 형성되는 베이스코팅 형성을 방해하므로 표면품질을 저하시킬 수 있다. 고온 소둔공정에서 페라이트와 오스테나이트 간 상변태를 유발하기 때문에 집합조직이 심하게 훼손되어 자기적 특성이 크게 저하될 수 있다.
S: 0.01% 이하
황(S)은 함량이 0.01%를 초과할 경우, MnS의 석출물들이 슬라브 내에서 형성되어 결정립성장을 억제하게 되며, 주조 시, 슬라브 중심부에 편석하여 이후 공정에서의 미세조직을 제어하기가 어렵다. 따라서 MnS를 결정립성장 억제제로서 사용하지 않을 경우, S가 불가피하게 들어가는 함량 이상으로 첨가하지 않을 수 있다.
P: 0.005 내지 0.045%
인(P)은 결정립계에 편석하여 결정립계의 이동을 방해하고, 동시에 결정립 성장을 억제하는 보조적인 역할이 가능하며, 미세조직 측면에서 {110}<001>집합조직을 개선하는 효과가 있다.
P 함량이 0.005% 미만일 경우, 첨가효과가 미미하며, P 함량이 0.045%를 초과할 경우, 취성이 증가하여 압연성이 크게 나빠질 수 있다.
Sn: 0.03 내지 0.08%
주석(Sn)은 P와 마찬가지로 결정립계 편석원소로서 결정립계의 이동을 방해하는 원소이기 때문에 결정립 성장 억제제로서 알려져 있다. 본 발명의 소정의 Si함량 범위에서는 고온 소둔 시, 원활한 2차 재결정 거동을 위한 결정립 성장 억제력이 부족하기 때문에 결정립계에 편석함으로써 결정립계의 이동을 방해하는 Sn이 반드시 필요하다.
Sn 함량이 0.03% 미만일 경우, 자기적 특성의 향상 효과가 미미하였다. 반면, Sn 함량이 0.08%를 초과할 경우, 1차 재결정 소둔 구간에서 승온속도를 조절하거나 일정시간 유지하지 않으면 결정립 성자 억제력이 너무 강하여 안정적인 2차 재결정을 얻을 수 없다.
Sb: 0.01 내지 0.05%
안티몬(Sb)은 P와 같이 결정립계에 편석하여 결정립의 성장을 억제하는 효과가 있고, 2차 재결정을 안정화시키는 효과가 있다. 그러나 융점이 낮아서 1차 재결정 소둔 중, 표면으로의 확산이 용이하여 탈탄이나 산화층형성 및 질화에 의한 침질을 방해하는 효과가 있다. 따라서 Sb를 일정 수준 이상으로 첨가하면 탈탄을 방해하고 베이스코팅의 기초가 되는 산화층 형성을 억제하기 때문에 첨가의 상한이 있다.
Sb 함량이 0.01% 미만일 경우, 결정립 성장 억제효과가 미미하였다. 반면, Sb 함량이 0.05%를 초과할 경우, 결정립 성장 억제효과 및 표면으로의 확산이 심해져 오히려 안정적인 2차 재결정이 얻어지지 않을뿐더러 표면품질까지 나빠질 수 있다.
Cr: 0.01 내지 0.2%
크롬(Cr)은 열연판소둔판 내 경질상의 형성을 촉진하여 냉간 압연 시, {110}<001>집합조직의 형성을 촉진하고, 탈탄 소둔과정 중, C의 탈탄을 촉진함으로써 집합조직이 훼손되는 현상을 방지할 수 있도록 오스테나이트 상변태 유지시간을 감소시킬 수 있다. 탈탄 소둔과정 중, 형성되는 표면의 산화층 형성을 촉진시킴으로써 결정립 성장 보조 억제제로 사용되는 합금원소 중, Sn과 Sb로 인해 산화층 형성이 저해되는 단점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
Cr 함량이 0.01% 미만일 경우, 아예 없는 경우보다 상기의 효과가 미미하였다. Cr 함량이 0.2%를 초과할 경우, 탈탄 소둔과정 중, 오히려 산화층 형성이 열위하게 되고, 탈탄 및 침질까지 방해할 수 있다.
Co: 0.005 내지 0.1%
코발트(Co)는 철의 자화를 증가시켜 자속밀도를 향상시키는데 효과적인 합금 원소임과 동시에 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 합금원소이다.
Co 함량이 0.005% 미만일 경우, 자속밀도 향상효과가 미미하며, 충분한 철손 감소 효과를 기대할 수 없다. 반면, Co 함량이 0.1%을 초과할 경우, 가격적으로 고가여서 제조원가가 상승되며, 오스테나이트 상변태량이 증가하여 미세조직, 석출물 및 집합조직에 부정정인 영향을 미칠 수 있다.
먼저, 슬라브를 가열한다. 슬라브를 재가열 시, 1250℃ 이하로 가열할 수 있다. 이로 인해 고용되는 Al과 N, M과 S의 화학당량적 관계에 따라 Al계 질화물이나 Mn계 황화물의 석출물이 불완전용체화 내지 완전용체화되도록 할 수 있다. 다음으로, 슬라브의 가열이 완료되면 통상의 열간 압연을 행하고, 열연판의 두께는 1.0 내지 3.5mm가 되도록 한다.
이후, 열연판 소둔을 실시한다. 열연판을 열연판 소둔하는 단계는 하나 이상의 균열단계를 포함한다. 구체적으로, 도 2와 같이, 열연판 소둔하는 단계는 열연판을 가열하는 가열단계를 거친 이 후, 도 2와 같이, 1차 균열 단계 및 2차 균열 단계를 포함할 수 있다. 1차 균열 단계는 900 내지 1300℃의 온도(Te1)로 수행될 수 있고, 2차 균열 단계는 800 내지 1200℃의 온도(Te2)로 수행될 수 있다.
열연판을 가열한 이후, 소정의 시간 동안 1차 균열 공정을 거친 다음 2차 균열 공정을 거칠 수 있다. 2차 균열 단계에서 균열 온도가 800℃ 미만일 경우, 열연판 내 석출물의 재석출되는 되는 양이 많고, 크기가 미세해질 수 있으며, 균열 온도가 1200℃를 초과할 경우, 석출물이 재석출되는 양이 적어 탈탄 소둔 후, 1차 재결정립 크기가 매우 불균일하게 되어, 고온소둔 중, 2차 재결정이 불안정하게 발생하므로 자기적 특성이 저하될 수 있다.
다음으로, 냉각하는 단계에서 상기 식 2를 통해 산출된 냉각시작온도(Ts) 이하의 온도로부터 열연판을 냉각한다. 구체적으로 상온인 20 내지 30℃까지 냉각할 수 있다.
냉각시작온도(Ts)란 식 1 또는 식 2를 만족하는 온도를 의미한다.
도 2와 같이, 만약 열연판을 냉각하는 단계가 상온(To)인 20 내지 30℃까지 냉각함에 있어 Tv에서 냉각 속도가 변하는 방식으로 다단 냉각이 이루어질 경우에도, 냉각시작온도(Ts)는 가공경화지수를 이용하여 산출한 식 1 또는 식 2를 만족하는 온도가 냉각시작온도가 된다.
가공경화지수(n)는 소둔한 열연판을 JIS-13B 규격의 인장 시험편으로 가공한 후, 인장 시험편을 10mm/min의 속도로 상온 인장테스트를 실시하여 연신율 5 내지 10% 사이에서 측정된 것을 의미한다.
측정된 가공경화지수(n)를 식 1의 우항인 1045×n0.14+20에 대입하여 산출한 온도가 냉각시작온도(Ts) 이상의 값이 됨으로써 후공정인 냉간 압연 시에 방향성 전기강판에 일부 미세한 수준의 크랙(crack)만이 발생하였다. 이는 도 1을 통해 확인할 수 있다.
나아가, 냉각하는 단계에서 가공경화지수(n)를 식 2의 우항인 1621×n+500에 대입하여 산출한 온도가 냉각시작온도(Ts) 이상의 값이 됨으로써 후공정인 냉간 압연 시에 방향성 전기강판에 아무런 크랙(crack)이 발생하지 않은 양호한 냉간 압연성을 보였다. 이는 도 1을 통해 확인할 수 있다.
즉, 열연판의 가공경화지수(n)를 통해 계산된 식 1의 우항값 또는 식 2의 우항값과 냉각시작온도(Ts) 간의 관계가 식 1 또는 식 2를 만족하도록 제어함으로써 후공정인 냉간 압연 시에 불량률을 최소화하는 것이 가능하다. 이로써 방향성 전기강판의 품질을 향상시키고, 생산성을 증대시킬 수 있다. 또한, 후속공정인 냉간 압연 시, 압연성이 우수하여 Goss집합조직이 개선되므로 자성이 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.
열연판 소둔한 열연판의 가공경화지수(n)는 0.005 내지 0.228일 수 있다. 1621×n+500 에 의해 산출된 온도와 1045×n0.14+20에 의해 산출된 온도 값이 같아질 때의 가공경화지수(n)를 범위로 나타낸 것이다. 가공경화지수(n)가 0.005 미만이거나 0.228을 초과할 경우, 1045×n0.14+20에 의해 산출된 온도보다 1621×n+500에 의해 산출된 온도 값이 높아지게 된다.
다음으로, 열연판을 냉각시킨 후, 1회의 냉간 압연 내지 중간소둔을 포함한 2회이상의 냉간 압연을 실시하고, 냉연판의 두께는 0.1 내지 0.5mm가 되도록 한다.
냉간 압연된 강판은 탈탄과 변형된 조직의 재결정 및 암모니아가스를 사용한 질화처리를 수행하게 된다. 그리고 암모니아가스를 사용하여 강판에 질소이온을 도입하여 억제제인 (Al,Si,Mn)N, AlN 등을 석출하는데 있어서 탈탄 및 재결정을 마치고 암모니아가스를 사용하여 질화처리하거나 혹은 탈탄과 동시에 질화처리를 같이 할 수 있도록 암모니아가스를 동시에 사용하는 방법 어느 것이나 본 발명의 효과를 발휘하는데 문제가 없다. 탈탄처리와 재결정 및 질화처리에 있어서 강판의 소둔온도는 800 내지 950℃의 범위에서 열처리할 수 있다.
강판의 소둔온도가 800℃ 미만일 경우, 탈탄하는데 시간이 많이 걸리게 되며, 950℃를 초과할 경우, 재결정립들이 조대하게 성장하여 결정성장 구동력이 떨어지므로 안정된 2차 재결정이 형성되지 않는다. 그리고 소둔시간은 본 발명의 효과를 발휘하는데 크게 문제가 되지 않지만 생산성을 감안하여 5분 이내로 조절할 수 있다.
탈탄 질화 소둔된 강판을 탈탄 질화 소둔 열처리가 종료되기 직전 내지 이후, 환원성 분위기에서 강판의 표면에 형성된 외부산화층에 존재하는 산화층 중 일부 내지 전부를 환원시켜 제거한 후, 강판에 MgO를 기본으로 하는 소둔분리제를 도포한다. 이후, 장시간 최종 소둔하여 2차 재결정을 일으킴으로써 강판의 {110}면이 압연면에 평행하고, <001>방향이 압연방향에 평행한 {110}<001> 집합조직을 형성시킬 수 있다.
이후, 2차 재결정 소둔하는 단계에서 1차 재결정 소둔 온도 이상, 1210℃ 이하의 온도에서 2차 재결정을 완료할 수 있다. 2차 재결정 소둔의 목적은 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 탈탄 시에 형성된 산화층과 MgO의 반응에 의한 유리질 피막형성으로 절연성 부여 및 자기특성을 해치는 불순물의 제거이다. 2차 재결정 소둔은 2차 재결정이 일어나기 전의 승온구간에서 질소와 수소의 혼합가스로 유지하여 입자성장 억제제인 질화물을 보호함으로써 2차 재결정이 잘 발달할 수 있도록 하고, 2차 재결정이 완료된 후, 100% 수소분위기에서 장시간 유지하여 불순물을 제거한다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
C: 0.05 중량%, N: 0.005 중량%, Sol-Al: 0.025 중량%, Mn: 0.01 중량%, S: 0.005 중량%, P: 0.025 중량%, Sn: 0.07 중량%, Sb: 0.02 중량%, Cr: 0.03 중량%, Co: 0.03 중량% 및 Si의 함량을 하기의 표 1과 같이 변화시키고, 나머지 성분은 잔부 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 함유하는 방향성 전기강판을 진공용해한 후, 잉곳을 만들고, 이어서 1150℃의 온도로 가열한 다음 2.3mm의 두께로 열간 압연하였다. 이후, 1080℃로 가열하고, 소정의 시간 동안 1차 균열 열처리를 실시한 후, 하기의 표 1과 같은 온도에서 소정의 시간 동안 2차 균열 열처리를 실시하였으며, 상온까지 냉각할 때의 냉각시작온도를 표 1과 같이 달리하여 냉각을 실시하였다.
이후에 산세한 후, 0.23mm 두께로 1회 냉간 압연하고, 냉간 압연한 냉연판은 860℃의 온도로 습한 수소와 질소 및 암모니아 혼합가스 분위기 속에서 질소함량이 170ppm이 되도록 동시 탈탄 질화 소둔을 행하였다.
이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포한 후, 2차 재결정 소둔을 행하였고, 25%질소와 75%수소인 혼합가스 분위기에서 1200℃까지 가열한 다음, 1200℃ 도달 후에는 100% 수소분위기에서 10시간 이상 유지 후, 노냉하였다.
냉각시작온도(Ts) 변화에 따른 냉간 압연을 행할 때의 판파단 발생여부, 가공경화지수 및 2차 재결정 소둔 후의 자기적 특성을 측정한 값은 하기의 표 1과 같다.
Si(중량%) 식 1 우항 값(℃) 식 2 우항 값(℃) 냉각시작온도(℃) n 파단발생 철손(W17/50) 구분
2.11 851 815 760 0.194 X 0.876 실시예1
2.1 843 795 860 0.182 O 0.906 비교예1
2.12 858 836 550 0.207 X 0.872 실시예2
2.33 847 805 760 0.188 X 0.866 실시예3
2.33 841 790 860 0.179 O 0.897 비교예2
2.34 855 826 550 0.201 X 0.86 실시예4
2.7 844 797 760 0.183 X 0.855 실시예5
2.75 836 777 860 0.171 O 0.888 비교예3
2.72 851 815 550 0.194 X 0.845 실시예6
3.0 841 790 760 0.179 X 0.846 실시예7
3.01 828 758 860 0.159 O 0.882 비교예4
3.01 848 806 550 0.189 X 0.836 실시예8
3.1 841 790 760 0.179 X 0.832 실시예9
3.09 830 763 860 0.162 O 0.868 비교예5
3.11 843 795 550 0.182 X 0.824 실시예10
3.32 830 763 860 0.162 O 0.855 비교예6
3.34 845 798 550 0.184 X 0.811 실시예11
3.51 826 754 860 0.157 O 0.847 비교예7
3.55 844 797 550 0.183 X 0.799 실시예12
3.69 829 759 860 0.16 O 0.836 비교예8
3.71 841 790 550 0.179 X 0.792 실시예13
3.92 820 740 860 0.148 O 0.826 비교예9
3.94 835 774 550 0.169 X 0.78 실시예14
4.2 829 759 760 0.16 △ 0.787 실시예15
4.27 814 729 860 0.141 O 0.812 비교예10
4.19 833 771 550 0.167 X 0.775 실시예16
4.5 819 738 760 0.147 △ 0.773 실시예17
4.48 805 711 860 0.13 O 0.8 비교예11
4.54 826 753 550 0.156 X 0.767 실시예18
2.0 863 849 760 0.215 X 0.888 실시예19
2.01 856 829 960 0.203 O 0.915 비교예12
2.01 865 857 550 0.22 X 0.885 실시예20
상기 표 1에서 식 1 우항 값(℃)은 열연판 소둔된 열연판의 가공경화지수(n) 및 식 1을 통해 산출된 Ts 온도의 상한 값을 의미한다. 식 2 우항 값(℃)은 열연판 소둔된 열연판의 가공경화지수(n) 및 식 2를 통해 산출된 Ts 온도의 상한 값을 의미한다.
냉각시작온도(℃)는 실제 냉각을 시작한 실시온도를 의미한다.
n은 가공경화지수로서 소둔한 열연판을 JIS-13B 규격의 인장 시험편으로 가공한 후, 인장 시험편을 10mm/min의 속도로 상온 인장테스트를 실시하여 연신율 5 내지 10% 사이에서 측정된 것을 의미한다.
강판의 표면에 아무런 크랙이 관찰되지 않은 경우, X로 표시하였고, 미세한 크랙이 관찰되었을 경우, △로 표시하였으며, 강판에 파단이 발생한 경우, O로 표시하였다.
철손(W17/50)은 50Hz주파수에서 1.7Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연수직방향의 평균 손실(W/kg)이다.
상기 표 1과 같이, 실시예 1 내지 14, 실시예 16, 실시예 18 내지 20은 냉각시작온도(℃)가 식 1 우항 값(℃) 및 식 2 우항 값(℃) 보다 낮아 냉간 압연 이후, 강판 상에 크랙이 관찰되지 않았다. 실시예 15, 실시예 17은 냉각시작온도(℃)가 식 1 우항 값(℃) 보다 낮고, 식 2 우항 값(℃) 보다 높아 냉간 압연 이후, 강판 상에 미세한 수준의 크랙이 관찰되었다.
반면, 비교예 1 내지 12는 냉각시작온도(℃)가 식 1 우항 값(℃) 보다 높아 냉간 압연 이후, 강판의 파단이 발생되었다.
본 발명은 상기 구현예 및/또는 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 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.02 내지 0.08%, N: 0.01% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계;
    상기 열연판 소둔한 열연판을 냉각하는 단계;
    상기 냉각한 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및
    상기 1차 재결정 소둔한 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함하며,
    상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계는 1회 이상의 균열단계를 포함하고,
    상기 냉각하는 단계에서 하기 식 1을 만족하도록 냉각하는 방향성 전기강판 제조방법.
    [식 1]
    Ts ≤ 1045×n0.14+20 (단위: ℃)
    (식 1에서, Ts는 냉각시작온도를 의미한다. n은 열연판 소둔한 열연판의 가공경화지수를 의미한다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계에서,
    하기 식 2를 만족하도록 냉각하는 방향성 전기강판 제조방법.
    [식 2]
    Ts ≤ 1621×n+500 (단위: ℃)
    (식 2에서, Ts는 냉각시작온도를 의미한다. n은 열연판 소둔한 열연판의 가공경화지수를 의미한다.)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계에서,
    상기 열연판 소둔한 열연판의 가공경화지수(n)는 0.005 내지 0.228인 방향성 전기강판 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열연판 소둔하는 단계는 1차 균열 단계 및 2차 균열 단계를 포함하고,
    상기 2차 균열 단계는 800 내지 1200℃의 온도로 수행되는 방향성 전기강판 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 슬라브는,
    Al: 0.005 내지 0.04%, Mn: 0.01 내지 0.2%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함), P: 0.005 내지 0.045%, Sn: 0.03 내지 0.08%, Sb: 0.01 내지 0.05% 및 Cr: 0.01 내지 0.2%를 더 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 슬라브를 가열하는 단계에서,
    1250℃ 이하로 가열하는 방향성 전기강판 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔하는 단계에서,
    800 내지 950℃로 1차 재결정 소둔하는 방향성 전기강판 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 2차 재결정 소둔하는 단계에서,
    상기 1차 재결정 소둔 온도 이상, 1210℃ 이하의 온도에서 2차 재결정을 완료하는 방향성 전기강판 제조방법.
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