KR102106998B1

KR102106998B1 - 방향성 전기강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102106998B1
Application number: KR1020170179611A
Authority: KR
Inventors: 주형돈; 고경준; 이상우; 서진욱
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2020-05-06
Also published as: WO2019132378A1; KR20190077986A

Abstract

중량%로, Si: 2.0% 내지 7.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), N: 0.001 내지 0.05% 및 In: 0.001 내지 0.5%를 포함하고, Cu: 0.03 내지 0.5%, Bi: 0.005 내지 0.1%, V: 0.03 내지 0.5%, Nb: 0.03 내지 0.5%, Te: 0.03 내지 0.5% 및 Mo: 0.03 내지 0.5% 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 방향성 전기강판이 소개된다.

Description

방향성 전기강판 및 그 제조방법{ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 경면화 원소를 포함하는 방향성 전기강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

기존의 표면처리등과 같은 화학적 방법에 의한 표면 물성 개선 또는 표면장력 부여 방법은 방향성 전기강판 표면의 성질을 적극적으로 개선함으로써 소재의 자성을 개선하는 방법이다. 그 대표적인 예로서 탈탄 소둔 과정에서 필연적으로 생성되는 산화층 및 코일의 융착방지제인 MgO 슬러리의 화학적 반응을 통해 생성되는 포스테라이트(Mg₂SiO₄), 즉 베이스 코팅층을 제거하는 방법이 있다.

베이스 코팅층을 제거하는 기술은 이미 베이스 코팅층이 형성된 통상의 제품을 황산 또는 염산으로 강제적으로 제거하는 방법 및 베이스 코팅층이 생성되는 과정에서 이를 제거 또는 억제하는 기술, 즉 글라스리스 기술이 있다.

현재까지 글라스리스 기술의 주요 연구 방향은 소둔 분리제인 MgO에 염화물을 첨가한 후 고온 소둔공정에서 표면에칭 효과를 이용하는 기술, 그리고 소둔분리제로 Al₂O₃ 분말을 도포한 뒤 고온 소둔공정에서 베이스 코팅층 자체를 형성시키지 않는 기술의 두 가지 방향으로 진행되었다.

이러한 기술의 궁극적인 방향은 결국 전기강판 제조에 있어서 베이스 코팅층을 의도적으로 방지함으로써, 자성열화를 초래하는 표면 피닝 사이트 (Pinning Site)를 제거하고, 궁극적으로는 방향성 전기강판의 자성을 개선하는 것이다.

상기의 두 가지 글라스리스 방법, 즉 포스테라이트층 생성을 억제하는 방법과 고온소둔 공정에서 베이스 코팅층을 모재로부터 분리하는 기술 모두 탈탄 소둔 공정 시, 수소, 질소 가스와 이슬점 변화를 통해 로내 산화능을 매우 낮게 제어해야 한다는 공정상의 문제점을 가지고 있다. 산화능을 낮게 제어하는 이유는 탈탄시 모재 표면에 형성되는 산화층을 최소한으로 하여 베이스코팅층 형성을 최대한 억제하는데 있으며, 로내 산화능이 낮을 경우 생성되는 산화층이 대부분 실리카(SiO₂) 산화물로 철계 산화물 생성을 억제할 수 있어 고온소둔 후, 표면에 철계 산화물을 잔류시키지 않는 장점이 있다. 그러나 이러한 경우 탈탄 불량에 의한 적정 1차 재결정립 크기를 확보하기 어렵고 또한 고온 소둔 시, 2차 재결정립 성장에도 문제를 발생시킬 수 있기 때문에 탈탄성을 적절히 확보하면서 산화층을 얇게 하기 위해서는 탈탄 공정이 통상재 처리공정 보다 시간이 길어져야 하고 이로 인해 생산성이 저하된다.

또한, 기존의 산화능을 낮게 제어하여 산화층을 최소한으로 형성하여 베이스코팅층 형성을 최대한 억제하는 방법은 고온 소둔 시, 코일 상으로 열처리하는 경우에 있어서는 코일 내의 판의 위치에 따라 다른 이슬점과 온도 거동을 가지며 이때, 베이스코팅층 형성에 차이가 있고, 이에 따른 글라스리스 정도의 차이가 생겨 판 부분별 편차발생으로 양산화에 문제점이 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 경면 원소인 In의 함량을 조절하고, 억제제 보조 원소의 함량을 조절하여 균일한 경면 효과가 우수하고 및 자성이 향상된 방향성 전기강판을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.0% 내지 7.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), N: 0.001 내지 0.05% 및 In: 0.001 내지 0.5%를 포함하고, Cu: 0.03 내지 0.5%, Bi: 0.005 내지 0.1%, V: 0.03 내지 0.5%, Nb: 0.03 내지 0.5%, Te: 0.03 내지 0.5% 및 Mo: 0.03 내지 0.5% 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

V, Nb, Te 및 Mo 중에서 2종 이상: 0.003 내지 1.4%를 포함할 수 있다.

Al: 0.01 내지 0.1%, Mn: 0.005 내지 0.9% 및 S: 0.03% 이하(0%를 제외함)를 더 포함할 수 있다.

Sb: 0.005 내지 0.15% 및 Sn: 0.005 내지 0.2% 중에서 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

P: 0.005 내지 0.075% 및 Cr: 0.005 내지 0.35% 중에서 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

표면 조도(Ra)는 0.7㎛ 이하일 수 있다.

하기 식 1을 만족할 수 있다.

[식 1] 0.6 ≤ [In_s]/[In_t]

(식 1에서, In_t는 강판에 전체에 포함된 In의 중량을 의미하고, In_s은 강판의 표면부에 편석한 In의 중량을 의미한다. 표면부란 강판의 두께(mm)를 t라 할 때, 두께 방향을 기준으로 0 내지 t/4까지 이르는 부분 및 3t/4 내지 t까지 이르는 부분을 의미한다.)

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.0% 내지 7.0%, C: 0.005 내지 0.1%, N: 0.006% 이하(0%를 제외함) 및 In: 0.001% 내지 0.5%를 포함하고, Cu: 0.03 내지 0.5%, Bi: 0.005 내지 0.1%, V: 0.03 내지 0.5%, Nb: 0.03 내지 0.5%, Te: 0.03 내지 0.5% 및 Mo: 0.03 내지 0.5% 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; 상기 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 상기 1차 재결정 소둔된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함한다.

상기 슬라브는, V, Nb, Te 및 Mo 중에서 2종 이상: 0.003 내지 1.4%를 포함할 수 있다.

상기 슬라브를 가열하는 단계에서, 1040 내지 1280℃로 가열할 수 있다.

상기 1차 재결정 소둔된 강판은 C: 0.005% 이하(0%를 제외함) 및 N: 0.015 내지 0.05%를 포함할 수 있다.

상기 2차 재결정 소둔하는 단계는, 가열 단계 및 균열 단계를 포함하고, 상기 균열 단계는 900 내지 1250℃의 온도로 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 기존의 소둔분리제 제어 또는 소둔분리제에 특정 첨가제 함유에 의한 역할 없이 소강 성분에 함유된 성분의 역할에 의해 표면이 극히 미려하게 됨으로써 방향성 전기강판의 표면 성질을 제어할 수 있다.

또한, 포스테라이트 피막이 제거된 방향성 전기강판은 자구이동의 제한하는 주된 요소가 제거될 수 있어 방향성 전기강판의 철손을 향상 시킬 수 있으며 표면층 의 Mg 또는 Al 산화물등의 글라스 피막에 의한 가공성 열화를 방지할 수 있다.

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

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.0% 내지 7.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), N: 0.001 내지 0.05% 및 In: 0.001 내지 0.5%를 포함하고, Cu: 0.03 내지 0.5%, Bi: 0.005 내지 0.1%, V: 0.03 내지 0.5%, Nb: 0.03 내지 0.5%, Te: 0.03 내지 0.5%, Mo: 0.03 내지 0.5% 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

먼저, 하기에서는 방향성 전기강판의 성분 한정 이유를 설명한다.

Si: 2.0 내지 7.0 중량%

실리콘(Si)은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철심손실(core loss) 즉, 철손을 낮추는 역할을 한다. Si 함량이 너무 적은 경우, 비저항이 감소하여 철손 특성이 저하될 수 있다. 반면, Si 함량이 너무 많은 경우, 강의 취성이 커져 냉간 압연이 어려워 질 수 있다. 본 발명에서 Si함량을 슬라브에 함유하는 것만으로 제한하지는 않는다. 분말 도포나 표면 증착 후, 확산 방법으로 제조하여 최종 강판 내에서 Si를 전술한 범위만큼 함유하더라도 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다.

C: 0.005 중량% 이하

탄소(C)는 제조 공정에는 필요하나 최종 제품에서는 해로운 역할을 한다. 제조 시에 오스테나이트 안정화 원소로서 900℃ 이상의 온도에서 상변태를 일으켜 연주과정에 발생하는 조대한 주상정 조직을 미세화하는 효과와 더불어 Sulfur의 슬라브 중심 편석을 억제한다.

또한, 냉간 압연 중에 강판의 가공경화를 촉진하여 강판 내에 {110}<001>방위의 2차재결정 핵 생성을 촉진하기도 한다. 따라서 첨가량에 큰 제약은 없으나 슬라브에 0.005% 미만으로 함유될 경우, 상변태 및 가공경화 효과를 얻을 수 없고, 0.10%를 초과하여 함유될 경우, 열연 엣지-크랙(edge-crack) 발생으로 작업상에 문제점이 있을 수 있다. 냉간 압연 후, 탈탄 소둔 시, 탈탄 공정의 부하가 발생하므로 슬라브 내의 첨가량은 0.005 내지 0.10%일 수 있다.

C는 1차 재결정 소둔 과정에서 탈탄이 일어나며, 최종 방향성 전기강판 내의 C의 함량은 0.005 중량% 이하가 된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 내에 C는 0.005% 이하로 포함된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법에 있어서는 슬라브 내에 C는 0.005 내지 0.10%로 포함된다.

N: 0.001 내지 0.05%

질소(N)은 슬라브 내에 0.006%를 초과하여 함유될 경우, 1차 재결정립의 크기가 작아져 2차 재결정 개시온도를 낮추고, 이는 {110}<001> 방위가 아닌 결정립들도 2차 재결정을 일으키므로 자성을 열화시키며, 최종 소둔 공정의 2차 균열구간에서 N을 제거하는데 많은 시간이 소요되므로 생산성이 높은 방향성 전기강판을 제조하는데 어려움이 있다. 그러므로 슬라브 내의 N은 0.006% 이하로 함유된다.

본 발명의 일 실시예에서 1차 재결정 소둔 과정에서 침질이 일어나 1차 재결정 소둔 후, N의 함량은 0.001 내지 0.05%이다. 즉, 최종 방향성 전기강판 내의 N의 함량은 0.001 내지 0.05%가 된다. 구체적으로 0.001 내지 0.006%일 수 있다.

In: 0.001 내지 0.5%

인듐(In)은 경면화 원소로서 베이스 코팅층을 형성해가는 온도에서 금속 모재와 베이스 코팅층의 계면에 편석한다. In이 계면에 편석함으로써 베이스 코팅층과 금속 모재 간의 차이를 일으키게 된다. 이는 강판 전체에서 발생하는 현상이므로 코일 형태로 고온 소둔하더라도 코일 전체에 동일한 편석과 분리를 일으켜 균일한 경면화가 가능하다. In은 편석 경향이 강하고, 응고점이 낮으며, Fe와 선팽창계수가 차이가 크고, 응고 시, 수축량이 크기 때문에 경면화 원소로서 적절히 활용될 수 있다. Ba, Y, Sn, Sb 등도 편석을 잘하는 원소이기는 하나 다른 요건을 갖추지 못하여 경면화 효과는 발휘되지 아니한다.

In이 0.001% 미만일 경우, 경면화 효과가 발휘되기 어렵다. 0.5% 초과할 경우, 압연성을 해치고, 압연 크랙이 증가할 수 있다. 구체적으로, In은 0.005 내지 0.3% 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 하기 식 1을 만족할 수 있다.

[식 1] 0.6 ≤ [In_s]/[In_t]

(식 1에서, In_t는 강판에 전체에 포함된 In의 중량을 의미하고, In_s은 강판의 표면부에 편석한 In의 중량을 의미한다. 또한, 표면부란 강판의 두께(mm)를 t라 할 때, 두께 방향을 기준으로 0 내지 t/4까지 이르는 부분 및 3t/4 내지 t까지 이르는 부분을 의미한다.)

표면부에 편석하는 In의 비율이 높아 강판 전체의 In에 대한 강판의 표면부에 편석한 In의 중량비가 0.6 이상일 경우, 베이스 코팅층과 금속 모재 간의 차이를 일으키게 되어 경면화 효과가 충분히 발휘될 수 있다.

하기에서는 Cu, Bi, V, Nb, Te, Mo의 함량 한정 이유에 대해 설명한다. 총 6개의 원소는 억제제 보조 원소로서 1차 재결정립의 성장과 관련된 원소이다. 이중에서 적어도 1종 이상을 포함하더라도 정도의 차이는 존재할 수 있으나 본 발명의 목적에 따른 방향성 전기강판의 자성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

Cu: 0.03 내지 0.5%

구리(Cu)는 열간 압연 시에 미세하게 석출하여 1차 재결정립의 성장에 대한 억제제로 작용할 수 있다. 반면, 2차 재결정 시에 대한 억제제의 역할은 그리 크지 않다.

0.03% 미만일 경우, Cu가 1차 재결정립의 과도한 성장을 충분히 억제하기 어려울 수 있다. 한편, 0.50%를 초과할 경우, 1차 재결정립의 크기가 지나치게 작아져 2차 재결정 개시온도가 낮아지므로 자기 특성을 열화시킬 수 있다.

Bi: 0.005 내지 0.1%

비스무스(Bi)는 보조 억제제로 작용하여 2차 재결정 개시온도를 증가시키고, 2차 재결정을 안정적으로 형성시켜 자기적 특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수가 있다. 0.005% 미만일 경우, 보조 억제제의 효과가 미미하며, 철손 향상 효과가 미미할 수 있다. 반면, 0.1%를 초과할 경우, 피막 열화를 피할 수 없으며, 자성이 저하될 수 있다.

V, Nb, Te, Mo: 각각 0.03 내지 0.5%

바나듐(V), 니오븀(Nb), 텔루르(Te), 몰리브덴(Mo)는 모두 억제제 보조 성분으로 작용한다. 다만, 0.03% 미만일 경우, 억제력 보조 효과가 미미하여 2차 재결정 개선 효과가 적고, 자기 특성 향상효과가 작을 수 있다. 반면, 0.5%를 초과할 경우, 억제력 보조 효과가 과도하게 커져 2차 재결정 개시온도가 변하게 되며, 자성이 나빠질 수 있다.

한편, Cu, Bi, V, Nb, Te, Mo으로 구성되는 원소 군에서 V, Nb, Te, Mo 중에서 2종 이상을 포함할 경우, 그 원소들의 합량은 0.003 내지 1.4%로 관리될 수 있다. 두 가지 원소 이상이 첨가될 경우, 억제제 보조 원소로서의 역할이 더 강건해 질 수 있는데, 합량이 0.003% 미만일 경우, 억제력 향상 효과가 미미할 수 있으며, 1.4%를 초과할 경우, 2차 재결정이 불안정해질 수 있다.

이를 테면, V, Nb, Te, Mo 중에서 2종을 포함할 경우, 그 합량이 0.003 내지 1.4%일 수 있다. V, Nb, Te, Mo 중에서 3종을 포함할 경우, 그 합량이 0.003 내지 1.4%일 수 있다. 4종 모두 포함할 경우에도 그 합량이 0.003 내지 1.4%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 Al: 0.01 내지 0.1%, Mn: 0.005 내지 0.9% 및 S: 0.005% 이하를 더 포함할 수 있다.

Al: 0.01 내지 0.1%

알루미늄(Al)은 최종적으로 AlN, (Al,Si)N, (Al,Si,Mn)N 등의 형태의 질화물로 되어 억제제로 작용하는 성분으로서 0.01% 미만일 경우, 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없고, 0.1%를 초과할 경우, Al계통의 질화물이 너무 조대하게 석출, 성장하므로 억제제로의 효과가 부족해질 수 있다.

Mn: 0.005 내지 0.9%

망간(Mn)은 비저항 원소로서 자성을 개선하는 효과가 있으므로 0.005% 이상이 필요하지만 0.9%를 초과할 경우, 2차 재결정 후, 상변태를 일으켜 자성에 나쁜 영향을 줄 수 있다.

S: 0.03% 이하

황(S)은 너무 많이 첨가될 경우, 열간 압연 시. 크랙이 발생하게 되므로 0.03% 이하로 첨가될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 Sb: 0.005 내지 0.15%, Sn: 0.005 내지 0.2% 중에서 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

Sb: 0.005 내지 0.15%, Sn: 0.005 내지 0.2% 중에서 1종 이상

안티몬(Sb)와 주석(Sn)은 저온 편석원소로서 기존 석출물의 보조하는 역할로서 집적도 개선에 좋은 영향을 줄 수 있다. 과도하게 첨가될 경우, 결정립 성장을 억제하여 자성을 저하시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 P: 0.005 내지 0.075%, Cr: 0.005 내지 0.35% 중에서 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

P: 0.005 내지 0.075%

인(P)는 저온가열 방식의 방향성 전기강판에서 1차 재결정립의 성장을 촉진시키므로 2차 재결정온도를 높여 최종 제품에서 {110}<001> 방위의 집적도를 높일 수 있다. 한편, P는 1차 재결정판에서 {110}<001> 방위를 갖는 결정립의 수를 증가시켜 최종제품의 철손을 낮출 뿐만 아니라 1차 재결정판에서 {111}<112> 집합조직을 강하게 발달시켜 최종제품의 {110}<001> 집적도를 향상시키므로 자속밀도도 높아질 수 있다.

또한, P는 2차 재결정 소둔 시, 약 1000℃의 높은 온도까지 결정립계에 편석하여 석출물의 분해를 지체시켜 억제력을 보강하는 작용도 가지고 있다. P의 이러한 작용이 제대로 발휘되려면 0.005% 이상이 필요하다. 다만, 0.075%를 초과할 경우, 1차 재결정립의 크기가 오히려 감소되어 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 취성을 증가시켜 냉간 압연성을 저해할 수 있다.

Sb 및 P를 동시에 포함할 경우, 하기 식을 만족할 수 있다.

[식 2]

0.0370 ≤ [P]+0.5*[Sb] ≤ 0.0630

(식 2에서, [P]와 [Sb]는 각각 P 및 Sb 원소의 함량(중량%)을 의미한다)

이에 따라 방향성 전기강판의 철손 및 자속밀도가 더욱 향상될 수 있다. [P]+0.5*[Sb]의 함량을 전술한 범위로 제어할 경우, 더욱 철손 향상 효과가 우수할 수 있다. 그 이유는 원소들이 함께 첨가되어 상승효과를 거둘 수 있으며, 또한, 상승효과가 수식 범위를 충족할 때 다른 수치범위에 비하여 불연속적으로 최대화 되기 때문이다.

Cr: 0.005 내지 0.35%

크롬(Cr)은 페라이트 확장원소로 1차 재결정립을 성장시키는 작용이 있으며, 1차 재결정판에서 {110}<001> 방위의 결정립을 증가시킨다. Cr의 이러한 작용이 유효해지기 위해서는 0.005% 이상이 필요하지만 0.35%를 초과할 경우, 동시 탈탄, 질화공정에서 강판의 표면 부에 치밀한 산화층을 형성하여 침질을 방해할 수 있다.

그 외에도 Ti, Ca 같은 성분들은 강중에서 산소와 반응하여 산화물을 형성하게 되므로 강력 억제하는 것이 필요하다. 따라서 각각의 성분 별로 0.005% 이하로 관리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 결정립 입경이 1mm 이하인 결정립의 면적 비율이 10% 이하일 수 있다. 결정립 입경이 1mm 이하인 결정립은 소량 존재할 경우, 2차 재결정 크기가 작아 철손 특성이 향상될 수 있으나 결정립 입경이 1mm 이하인 결정립의 면적 비율이 10%을 초과할 경우, 결정립 입경이 1mm 이하인 결정립이 너무 많아 방위가 나쁠 수 있어서 그 양이 많을수록 자성이 나빠질 수 있다. 한편, 결정립 입경이 1mm 이하인 결정립의 평균 결정립 입경은 3.5cm 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 경면 방향성 전기강판일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 표면 조도(Ra)가 0.7㎛ 이하일 수 있다. 경면화 원소인 In의 첨가 및 Cu, Bi, V, Nb, Te, Mo 중에서 1종 이상의 첨가로 인해 베이스 코팅층과 금속 모재 간의 차이를 일으켜 베이스 코팅층을 원활하게 제거할 수 있고, 그 결과 표면 조도(Ra)가 작아질 수 있다. 표면 조도(Ra)가 작아짐으로써 자구이동을 쉽게 하여 자성이 더욱 향상된다.

방향성 전기강판 제조방법

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조방법은 중량%로, Si: 2.0% 내지 7.0%, C: 0.005 내지 0.1%, N: 0.006% 이하(0%를 제외함) 및 In: 0.001% 내지 0.5%를 포함하고, Cu: 0.03 내지 0.5%, Bi: 0.005 내지 0.1%, V: 0.03 내지 0.5%, Nb: 0.03 내지 0.5%, Te: 0.03 내지 0.5%, Mo: 0.03 내지 0.5% 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계, 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계, 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계, 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계 및 1차 재결정 소둔된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조방법에서 슬라브는 V, Nb, Te, Mo 중에서 2종 이상: 0.003 내지 1.4%를 포함할 수 있다.

또는 Al: 0.01 내지 0.1%, Mn: 0.005 내지 0.9% 및 S: 0.005% 이하를 더 포함할 수 있다.

Sb: 0.005 내지 0.15%, Sn: 0.005 내지 0.2% 중에서 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, P: 0.005 내지 0.075%, Cr: 0.005 내지 0.35% 중에서 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

슬라브의 조성에 대해서는 전술한 방향성 전기강판의 조성 한정 이유에 대해 구체적으로 설명하였으므로, 중복되는 설명을 생략한다. 방향성 전기강판의 제조 과정에서 C, N을 제외한 나머지 성분들은 실질적으로 변동되지 않는다.

먼저, 슬라브를 가열한다. 슬라브 가열 온도는 1040 내지 1280℃일 수 있다. 슬라브 가열온도가 높아지면 강판 제조비용이 상승되며, 슬라브의 표면부 용융으로 가열로를 보수하고 가열로 수명이 단축될 수 있다. 따라서 슬라브를 1040℃ 이상, 1280℃이하의 온도로 가열하게 되면 열연 비용을 줄일 수 있고, 슬라브의 주상정 조직이 조대하게 성장되는 것을 방지하여 후속 열간 압연 공정에서 판의 폭 방향으로 크랙이 발생되는 것을 막을 수 있어 실수율을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 가열이 완료된 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조한다. 열간 압연은 최종 냉간 압연단계에서 적정한 압연율을 적용하여 최종 제품두께로 제조할 수 있도록 열간 압연에 의하여 1.5 내지 4.0mm 두께의 열연판으로 제조할 수 있다. 열연 종료 온도를 950℃ 이하로 하고 냉각을 물에 의해 급랭하여 600℃ 이하에서 권취할 수 있다.

다음으로, 열연판을 열연판 소둔할 수 있다. 1000 내지 1200℃에서 소둔할 수 있다.

다음으로, 열연판에 냉간 압연을 실시하여 냉연판을 제조한다. 냉간 압연은 리버스(reverse) 압연기 또는 텐덤(tandom) 압연기를 이용하여 1회 또는 다수의 냉간 압연 혹은 중간 소둔을 포함하는 다수의 냉간 압연법으로 하여 최종제품 두께의 냉연판이 제조되도록 실시한다. 냉간 압연은 1회 강압연을 통하여 최종 두께 0.1 내지 0.5mm, 구체적으로, 0.15 내지 0.35mm로 제조될 수 있다.

다음으로, 냉연강판을 1차 재결정 소둔한다. 이때, 탈탄이 동시에 일어나게 된다. 1차 재결정 소둔은 탈탄이 잘 일어나도록 750℃ 이상의 온도에서 30초 이상 유지함으로써 강판의 C 함량을 0.005 중량% 이하로 감소시킬 수 있다. 이와 동시에 강판 표면에 적정량의 산화층을 형성시키게 된다. 탈탄과 더불어 변형된 냉간 압연 조직은 재결정하게 되고 적정크기까지 결정이 성장하게 되는데 이때 재결정립이 성장할 수 있도록 소둔 온도과 균열시간을 조정하면 된다.

1차 재결정 소둔 과정에서 침질이 이루어질 수 있다. 질소량이 너무 적으면 2차 재결정이 어려우므로 슬라브 성분내 질소량이 150ppm 미만일 경우, 침질을 통해 질소함량을 150ppm 이상으로 질화하고, 질화량이 너무 많으면 질소 방출구 결함이 형성되므로 최대 500ppm 이하로 침질 한다. 즉, 1차 재결정 소둔이 완료된 강판은 N을 0.015중량% 내지 0.05중량% 포함한다.

다음으로, 1차 재결정 소둔이 완료된 강판을 2차 재결정 소둔을 실시한다. 2차 재결정 소둔은 적정한 승온율로 승온하여 {110}<001> Goss 방위의 2차 재결정을 일으키는 가열 단계 및 균열 단계를 포함한다. 균열 단계에서의 온도는 900 내지 1250℃가 될 수 있다.

균열 온도가 900℃ 미만일 경우, 2차 재결정이 일어나지 않을 수 있다. 반면, 균열 온도가 1250℃을 초과할 경우, 표면층 열화로 인해 자성이 열위하게 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 2차 재결정 소둔이 배치(Batch) 형태로 이루어져, 1차 재결정 소둔이 완료된 강판에 소둔 분리제를 도포하고, 2차 재결정 소둔할 수 있다. 기존에 글라스리스 공정의 경우, MgO 또는 Al₂O₃를 주성분으로 하는 소둔 분리제에 염화물 등의 첨가제를 첨가하였으나, 본 발명의 일 실시예에서는 강판 자체에 경면화 원소를 포함시킴으로써, 염화물 등의 첨가제를 사용하지 않고도, 원활한 베이스 코팅층의 분리가 가능하다. 즉, 소둔 분리제는 고형분으로 MgO 또는 Al₂O₃만을 포함할 수 있다.

이렇게 소둔 분리제를 도포하고, 2차 재결정 소둔을 하는 경우, 표면 산화물과 소둔분리제가 반응하여, 베이스 코팅층이 형성된다. MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포할 경우, Mg₂SiO₄등 Mg를 주성분으로 하는 산화물 코팅층이 형성되고, Al₂O₃를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포할 경우, Al을 주성분으로 하는 산화물 코팅층이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에서는 이러한 베이스 코팅층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전술하였듯이, 본 발명의 일 실시예에서 강판 내에 경면화 원소인 In을 적정량 첨가함으로써 베이스 코팅층을 원활하게 제거할 수 있고, 제거 후, 강판의 표면 조도를 낮출 수 있다. 제거하는 방법으로는 물리적 방법 또는 화학적 방법을 사용할 수 있다.

이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

[실시예 1]

중량%로 Si: 3.05%, C: 0.055%, N: 0.0041%, Al: 0.028%, Mn: 0.1%, S: 0.004%을 포함하고, In 및 억제제 보조 원소로서 Cu, Bi, V, Nb, Te, Mo를 하기 표 1과 같이 함유하는 방향성 전기강판의 슬라브를 마련하였다.

이후, 1150℃에서 90분 동안 가열한 다음, 열간 압연을 하고 580℃까지 급냉하여 580℃에서 1시간 동안 소둔한 뒤, 로냉하고, 열간 압연하여 2.3mm 두께의 열연판을 제조하였다.

이 열연판을 1040℃이상의 온도로 가열한 후 910℃에서 80초 동안 유지하고, 끓는 물에 급냉하여 산세하였다. 이어서 0.30mm 두께로 냉간 압연하였다. 냉간 압연된 강판은 노속에서 승온한 후, 50% 수소와 50% 질소를 동시 투입하여 형성한 노점온도 63 내지 67℃의 혼합분위기에서 845℃온도로 130초 동안 유지하여 동시 탈탄 질화처리하여 C는 30ppm 이하로 하고, N은 190ppm으로 하였다.

이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 2차 재결정 소둔하였다. 1200℃까지는 25%질소+75%수소의 혼합분위기로 하였고, 1200℃ 도달 후에는 100%수소분위기에서 15시간 이상 유지 후, 노냉하였다. 강판 표면에 형성된 포스테라이트 층을 산세로 제거하였다.

각각의 조건에 대하여 측정한 표면의 광택도는 하기 표 1과 같다. 광택도 측정은 Horiba 사의 측정기를 이용하여 반사각 60°에서 표면에 반사된 빛의 양을 측정하였다. 광택도가 20 미만인 경우는 불량으로, 20 내지 200인 경우는 우수로, 200 초과인 경우는 매우 우수로 표시하였다. 또한, 표면 조도(Ra)를 측정하였다.

비고	In함량 (중량%)	억제제 보조 원소 (중량%)	광택도	조도 (Ra: ㎛)
비교예1	0	Bi: 0.017	불량	0.71
발명예1	0.06	Bi: 0.016	매우 우수	0.085
발명예2	0.1	Mo: 0.053	매우 우수	0.071
발명예3	0.15	Mo: 0.035	매우 우수	0.087
발명예4	0.2	Nb: 0.05	매우 우수	0.071
발명예5	0.24	Nb: 0.05	매우 우수	0.095
발명예6	0.30	Te: 0.04	매우 우수	0.025
비교예2	0.55	Te: 0.05	압연 불가	-

상기 표 1과 같이, 발명예 1 내지 6의 경우, 본 발명에 따른 In의 함량을 만족하고, 억제제 보조 원소 함량을 만족하여 광택도가 매우 우수로 나타났다. 또한, 조도도 0.7㎛ 이하로 우수한 효과를 보였다.

반면, 비교예 1의 경우, In이 첨가되지 않아 광택도가 불량으로 나타났으며, 조도도 0.7㎛을 초과하는 결과를 나타냈다. 비교예 2의 경우, In이 과도하게 첨가되어 압연이 불가능하였다.

[실시예 2]

중량%로 Si: 3.05%, C: 0.055%, N: 0.0041%, In: 0.03%, Al: 0.028%, Mn: 0.1%, S: 0.004%을 포함하고, 억제제 보조 원소로서 Cu, Bi, V, Nb, Te, Mo를 하기 표 2와 같이 함유하는 방향성 전기강판의 슬라브를 마련하였다.

각각의 조건에 대하여 측정한 자기특성은 하기 표 2와 같다. 제조된 강판을 single sheet 측정법을 이용하여 50Hz에서 1.7Tesla로 자화될 때까지의 철손(W_17/50)을 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.

억제제 보조 원소(중량%)	철손(W_17/50)	구분
0	0.94	비교예3
Cu:0.09	0.92	발명예7
Cu:0.23	0.91	발명예8
Cu:0.33	0.90	발명예9
Cu:0.65	0.97	비교예4
Bi:0.002	0.94	비교예5
Bi:0.008	0.90	발명예10
Bi:0.017	0.91	발명예11
Bi:0.025	0.91	발명예12
Bi:0.120	2차 재결정 미형성	비교예6
V:0.002	0.94	비교예7
V:0.050	0.92	발명예13
V:0.75	1.00	비교예8
Nb:0.002	0.93	비교예9
Nb:0.08	0.92	발명예14
Nb:0.62	0.98	비교예10
Te:0.002	0.94	비교예11
Te:0.04	0.91	발명예15
Te:0.58	1.02	비교예12
Mo:0.002	0.93	비교예13
Mo:0.05	0.92	발명예16
Mo:0.2	0.91	발명예17
Mo:0.5	0.96	비교예14

상기 표 2와 같이, 발명예 7 내지 9는 Cu의 함량이 본 발명의 조성을 만족하여 철손이 낮은 값을 나타냈다. 반면, 비교예 3은 억제제 보조 원소가 첨가되지 않아 철손 값이 발명예보다 높았다. 비교예 4는 Cu가 과도하게 첨가되어 철손 값이 발명예보다 높았다.

발명예 10 내지 12는 Bi의 함량이 본 발명의 조성을 만족하여 철손이 낮은 값을 나타냈다. 반면, 비교예 5은 Bi가 0.005% 미만 첨가되어 철손 값이 발명예보다 높았다. 비교예 6는 Bi가 과도하게 첨가되어 2차 재결정이 형성되지 않았다.

발명예 13은 V의 함량이 본 발명의 조성을 만족하여 철손이 낮은 값을 나타냈다. 반면, 비교예 7은 V이 0.03% 미만 첨가되어 철손 값이 발명예보다 높았다. 비교예 8는 V이 과도하게 첨가되어 철손 값이 발명예보다 높았다.

발명예 14는 Nb의 함량이 본 발명의 조성을 만족하여 철손이 낮은 값을 나타냈다. 반면, 비교예 9는 Nb이 0.03% 미만 첨가되어 철손 값이 발명예보다 높았다. 비교예 10은 Nb이 과도하게 첨가되어 철손 값이 발명예보다 높았다.

발명예 15는 Te의 함량이 본 발명의 조성을 만족하여 철손이 낮은 값을 나타냈다. 반면, 비교예 11은 Te가 0.03% 미만 첨가되어 철손 값이 발명예보다 높았다. 비교예 12는 Te가 과도하게 첨가되어 철손 값이 발명예보다 높았다.

발명예 16 및 17은 Mo의 함량이 본 발명의 조성을 만족하여 철손이 낮은 값을 나타냈다. 반면, 비교예 13은 Mo이 0.03% 미만 첨가되어 철손 값이 발명예보다 높았다. 비교예 14는 Mo이 과도하게 첨가되어 철손 값이 발명예보다 높았다.

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

중량%로, Si: 2.0% 내지 7.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), N: 0.001 내지 0.05% 및 In: 0.005 내지 0.3%를 포함하고,
Cu: 0.03 내지 0.5%, Bi: 0.005 내지 0.1%, V: 0.03 내지 0.5%, Nb: 0.03 내지 0.5%, Te: 0.03 내지 0.5% 및 Mo: 0.03 내지 0.5% 중에서 1종 이상을 포함하며,
잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
V, Nb, Te 및 Mo 중에서 2종 이상: 0.003 내지 1.4%를 포함하는 방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
Al: 0.01 내지 0.1%, Mn: 0.005 내지 0.9% 및 S: 0.03% 이하(0%를 제외함)를 더 포함하는 방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
Sb: 0.005 내지 0.15% 및 Sn: 0.005 내지 0.2% 중에서 1종 이상을 더 포함하는 방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
P: 0.005 내지 0.075% 및 Cr: 0.005 내지 0.35% 중에서 1종 이상을 더 포함하는 방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
표면 조도(Ra)는 0.7㎛ 이하인 방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
하기 식 1을 만족하는 방향성 전기강판.
[식 1] 0.6 ≤ [In_s]/[In_t]
(식 1에서, In_t는 강판에 전체에 포함된 In의 중량을 의미하고, In_s은 강판의 표면부에 편석한 In의 중량을 의미한다.
표면부란 강판의 두께(mm)를 t라 할 때, 두께 방향을 기준으로 0 내지 t/4까지 이르는 부분 및 3t/4 내지 t까지 이르는 부분을 의미한다.)
중량%로, Si: 2.0% 내지 7.0%, C: 0.005 내지 0.1%, N: 0.006% 이하(0%를 제외함) 및 In: 0.005% 내지 0.3%를 포함하고, Cu: 0.03 내지 0.5%, Bi: 0.005 내지 0.1%, V: 0.03 내지 0.5%, Nb: 0.03 내지 0.5%, Te: 0.03 내지 0.5% 및 Mo: 0.03 내지 0.5% 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계;
상기 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;
상기 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계;
상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및
상기 1차 재결정 소둔된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 슬라브는,
V, Nb, Te 및 Mo 중에서 2종 이상: 0.003 내지 1.4%를 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 슬라브를 가열하는 단계에서,
1040 내지 1280℃로 가열하는 방향성 전기강판 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 1차 재결정 소둔된 강판은 C: 0.005% 이하(0%를 제외함) 및 N: 0.015 내지 0.05%를 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 2차 재결정 소둔하는 단계는,
가열 단계 및 균열 단계를 포함하고,
상기 균열 단계는 900 내지 1250℃의 온도로 수행되는 방향성 전기강판 제조방법.