KR102218446B1 - 초저철손 방향성 전기강판 제조방법 - Google Patents

초저철손 방향성 전기강판 제조방법 Download PDF

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Abstract

초저철손 방향성 전기강판 제조방법이 제공된다.
본 발명의 방향성 전기강판 제조방법은, 강 슬라브를 재가열, 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연, 1차 재결정 소둔 및 2차 재결정 소둔하는 공정을 포함하는 방향성 전기강판 제조방법에 있어서, 상기 1차 재결정 소둔처리된 강판의 일면 또는 양면의 일부 또는 전부에, 상압 플라즈마 CVD공정(APP-CVD)을 이용하여 플라즈마 상태에서 기상의 세라믹 전구체를 접촉 반응시킴으로써 세라믹코팅층을 형성한 후 2차 재결정소둔한다.

Description

초저철손 방향성 전기강판 제조방법{Method for manufacutring a grain oriented electrical steel sheet having low core loss}
본 발명은 방향성 전기강판 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 방향성 전기강판이란 강판에 3.1% 전후의 Si성분을 함유한 것으로서, 결정립의 방위가 {100}<001>[0002] 방향으로 정렬된 집합 조직을 가지고 있어, 압연방향으로 극히 우수한 자기적 특성을 가진 전기강판을 말한다. 이러한 {100}<001> 집합조직을 얻는 것은 여러 제조 공정의 조합에 의해서 가능하며, 특히 강 슬라브의 성분을 비롯하여, 이를 가열, 열간 압연, 열연판 소둔, 1차 재결정 소둔, 및 최종 소둔하는 일련의 과정이 매우 엄밀하게 제어되어야 한다. 구체적으로, 방향성 전기강판은 1차 재결정립의 성장을 억제시키고, 성장이 억제된 결정립 중에서 {100}<001> 방위의 결정립을 선택적으로 성장시켜 얻어진 2차 재결정 조직에 의해 우수한 자기특성을 나타내도록 하는 것이므로, 1차 재결정립의 성장 억제제가 보다 중요하다. 그리고 최종 소둔 공정에서는, 성장이 억제된 결정립 중에서 안정적으로 {100}<001> 방위의 집합 조직을 갖는 결정립들이 우선적으로 성장할 수 있도록 하는 것이 방향성전기강판 제조기술에서 주요한 사항 중에 하나이다. 상술한 조건이 충족할 수 있고 현재 공업적으로 널리 이용되고 있는 1차 결정립의 성장 억제제로는 MnS, AlN, 및 MnSe 등이 있다. 구체적으로, 강 슬라브에 함유된 MnS, AlN, 및 MnSe 등을 고온에서 장시간 재가열하여 고용시킨 뒤 열간 압연하고, 이후의 냉각 과정에서 적정한 크기와 분포를 가지는 상기 성분이 석출물로 만들어져 상기 성장 억제제로 이용될 수 있는 것이다. 그러나, 이는 반드시 강 슬라브를 고온으로 가열해야 되는 문제점이 있다. 이와 관련하여, 최근에는 강 슬라브를 저온에서 가열하는 방법으로 방향성 전기강판의 자기적 특성을 개선하기 위한 노력이 있었다. 이를 위해, 방향성 전기강판에 안티몬(Sb) 원소를 첨가하는 방법이 제시되었으나, 최종 고온 소둔 후 결정립 크기가 불균일하고 조대하여 변압기 소음 품질이 열위해지는 문제점이 지적되었다.
한편, 방향성 전기강판의 전력 손실을 최소화하기 위하여, 그 표면에 절연피막을 형성하는 것이 일반적이며, 이때 절연피막은 기본적으로 전기 절연성이 높고 소재와의 접착성이 우수하며, 외관에 결함이 없는 균일한 색상을가져야 한다. 이와 더불어, 최근 변압기 소음에 대한 국제규격 강화 및 관련 업계의 경쟁 심화로 인하여, 방향성 전기강판의 절연피막을 소음을 저감하기 위해, 자기 변형(자왜) 현상에 대한 연구가 필요한 실정이다. 구체적으로, 변압기 철심으로 사용되는 전기강판에 자기장이 인가되면 수축과 팽창을 반복하여 떨림 현상이 유발되며, 이러한 떨림으로 인해 변압기에서 진동과 소음이 야기된다. 일반적으로 알려진 방향성 전기강판의 경우, 강판 및 포스테라이트(Forsterite)계 바탕 피막 위에 절연피막을 형성하고 이러한 절연피막의 열팽창계수 차이를 이용하여 강판에 인장 응력을 부여함으로써, 철손을 개선하고 자기 변형에 기인한 소음 감소 효과를 도모하고 있지만, 최근 요구되고 있는 고급 방향성 전기강판에서의 소음수준을 만족시키기에는 한계가 있다. 한편, 방향성 전기강판의 90° 자구를 감소시키는 방법으로 습식코팅 방식이 알려져 있다. 여기서 90° 자구란, [0010]자계 인가 방향에 대하여 직각으로 향하고 있는 자화를 가지는 영역을 말하며, 이러한 90° 자구의 양이 적을수록 자기 변형이 작아진다. 그러나, 일반적인 습식코팅 방식으로는 인장응력 부여에 의한 소음 개선 효과가 부족하고, 코팅 두께가 두꺼운 후막으로 코팅해야 되는 단점이 있어, 변압기 점적율과 효율이 나빠지는 문제점이 있다.
이 밖에, 방향성 전기강판의 표면에 고장력 특성을 부여하는 방법으로 물리적 증기 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD) 및 화학적 증기 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 등의 진공 증착을 통한 코팅 방식이 알려져 있다. 그러나 이러한 코팅방식은 상업적 생산이 어렵고, 이 방법에 의해 제조된 방향성 전기강판은 절연특성이 열위한 문제점이 있다.
본 발명은 APP-CVD법으로 1차 재결정소둔처리된 강판의 일면 내지 양면의 일부 또는 전부에 세라믹코팅층을 형성하는 방향성 전기강판 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 방향성 전기강판의 제조방법은,
강 슬라브를 재가열, 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연, 1차 재결정 소둔 및 2차 재결정 소둔하는 공정을 포함하는 방향성 전기강판 제조방법에 있어서,
상기 1차 재결정 소둔처리된 강판의 일면 또는 양면의 일부 또는 전부에, 상압 플라즈마 CVD공정(APP-CVD)을 이용하여 플라즈마 상태에서 기상의 세라믹 전구체를 접촉 반응시킴으로써 세라믹코팅층을 형성한 후 2차 재결정소둔하는 방향성 전기강판 제조방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은
1차 재결정 소둔처리된 방향성 전기강판 제조용 강판을 준비하는 단계;
상기 강판의 일면 또는 양면의 일부 또는 전부에, 상압 플라즈마 CVD공정(APP-CVD)을 이용하여 플라즈마 상태에서 기상의 세라믹 전구체를 접촉 반응시킴으로써 세라믹코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 세라믹코팅층이 형성된 강판을 2차 재결정소둔하는 단계;를 포함하는 방향성 전기강판 제조방법에 관한 것이다.
상기 세라믹코팅층은, 대기압 조건에서 고밀도 무선주파수를 이용하여 강판 표면에 전기장을 형성하여 플라즈마를 발생시킨 상태에서, Ar, He 및 N2 중 1종 이상으로 이루어진 제 1가스와 기상의 세라믹전구체를 혼합한 후, 이를 강판 표면에 접촉 반응시킴으로써 형성될 수 있다.
상기 세라믹코팅층은, H2, O2 및 H2O 중 1종으로 이루어진 제 2가스를 상기 제 1가스 및 세라믹 전구체에 추가적으로 혼합한 후, 이를 강판 표면에 접촉 반응시킴으로써 형성될 수 있다.
상기 제 1 가스와 제 2가스는 상기 세라믹 전구체의 기화점 이상의 온도로 가열되어 있는 것이 바람직하다.
상기 세라믹코팅층이 TiO2일 때 상기 세라믹 전구체로서 TTIP(Titanium Isopropoxide, Ti{OCH(CH3)2}4 또는 TiCl4를 이용할 수 있다.
상기 1차 재결정소둔하는 공정은, 상기 강판을 탈탄과 동시에 침질하거나, 탈탄 이후 침질하고, 소둔하여 탈탄 소둔된 강판을 얻는 공정일 수 있다.
상기 2차 재결정소둔하는 공정은 상기 세라믹코팅층이 형성된 강판을 2단 가열한 후 균열처리하는 고온소둔공정일 수 있다.
상기 2차 재결정소둔 공정 이후, 세라믹코팅층이 형성되어 있는 방향성 전기강판의 표면에 절연피막을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
기 강판은 중량%로, 실리콘(Si): 2.6~4.5%, 알루미늄(Al): 0.020~ 0.040%, 망간(Mn): 0.01~0.20%, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 조성될 수 있다.
상술한 구성의 본 발명에 따르면, 1차 재결정소둔공정에서 소둔분리제를 강판 표면에 도포하는 대신에, 세라믹코팅층을 형성하여 소둔분리제 역할을 하도록 함으로써 후속하는 2차재결정공정에서의 1차 균열공정 생략이 가능하여 생산성을 제고할 수 있다.
또한 본발명의 세라믹코팅층은 고장력의 피막층으로 통상의 MgO 소둔분리제와는 달리 그 제거가 필요 없으며, 고장력에 기인하여 철손이 우수한 방향성 전기강판을 효과적으로 제공할 수 있다.
도 1은 통상의 방향성 전기강판 제조 공정을 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명의 방향성 전기강판을 제조공정을 도시한 그림이다.
도 3(a-b)는 2차 재결정소둔공정에서의 소둔열처리 과정을 나타내는 그래프로서, (a)는 종래예를 (a)는 본 발명예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 APP-CVD공정을 이용하여 1차 재결정소둔된 강판 표면에 세라믹코팅층이 형성되는 Mechanism을 나타내는 모시도이다.
도 5는 본 발명의 APP-CVD 공정에서 RF Power Source에 의해 생성된 플라즈마 영역내에서 세라믹전구체의 일예인 TTIP가 해리된 상태를 도시한 그림이다.
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.
도 1은 통상의 방향성 전기강판 제조 공정을 도시한 그림이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 먼저, 소둔산세공정(APL:Annealing & Pickling Line)으로서 열열판 Scale 제거, 냉간압연성 확보 및 열연판의 Inhibitor (AlN)를 자성에 유리하게 석출, 분산시키는 역할을 수행한다. 이어, 냉간압연공정(SendZimir Rolling Mill)으로 고객사가 요구하는 최종 제품두께로 압연을 하고, 자성에 유리한 결정방위를 확보하는 역할을 한다. 그리고 제1차 재결정소둔공정인 탈탄침질 소둔공정(DNL:Decarburizing & Nitriding Line)으로 소재의 [C]을 제거하고, 적정 온도와 질화반응을 통하여 1차 재결정을 형성한다. 후속하여, 제2차 재결정소둔공정인 고온소둔공정(COF)으로 하지 코팅(Mg2SiO4)층을 형성하고 2차 재결정을 형성한다. 마지막으로, HCL 공정으로 소재 형상을 교정하고, 상기 소둔분리제를 제거한 후 절연피막층을 형성하여 전기강판 표면에 장력을 부여하는 공정이다.
이때, 종래기술에서는 상기 1차 재결정공정에서 탈탄 침질 처리후 소둔분리제 MgO를 도포하는 공정을 가진다. 그리고 이에 따라, 2차 재결정소둔공정에서 1차가열 후 1차 균열처리하고, 이어, 2차 가열후 2차 균열처리하는 공정을 거치게 된다.
한편 도 2는 본 발명의 방향성 전기강판을 제조공정을 도시한 그림이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명은 1차 재결정소둔공정에서 소둔분리제를 강판에 도포하는 대신에 APP-CVD공정을 이용하여 세라믹코팅층를 형성한다. 그리고 이러한 세라믹코팅층의 형성에 따라 후속하는 2차 재결정소둔공정에서 2단 가열후 1차 균열처리하는 프로세스를 거친다.
도 3(a-b)는 2차 재결정소둔공정에서의 소둔열처리 과정을 나타내는 그래프로서, (a)는 종래예를 (b)는 본 발명예를 나타낸다. 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 종래기술과는 달리 1차 균열처리하는 공정을 생략할 수 있으며, 이에 따라 생산성을 제고할 수 있음을 알 수 있다. 나아가, 본 발명에서는 종래기술과 달리 전술한 HCL 공정에서 소둔분리제를 제거할 필요가 없는 장점도 있다.
앞서와 같이, 본 발명의 방향성 전기강판 제조공정은 1차 재결정소둔공정 이전 공정들에서는 종래기술과 실질적으로 동일하다.
즉, 본 발명은 방향성 전기강판을 제조함에 있어서, 종래기술과 유사하게 강 슬라브를 재가열, 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연, 1차 재결정 소둔 및 2차 재결정 소둔하는 공정을 일반적인 공정을 이용한다. 여기에서, 상기 상기 1차 재결정소둔하는 공정은, 상기 강판을 탈탄과 동시에 침질하거나, 탈탄 이후 침질하고, 소둔하여 탈탄 소둔된 강판을 얻는 공정일 수가 있다.
그러나 종래기술과는 달리, 상기 1차 재결정 소둔처리된 강판의 일면 또는 양면의 일부 또는 전부에, 상압 플라즈마 CVD공정(APP-CVD)을 이용하여 플라즈마 상태에서 기상의 세라믹 전구체를 접촉 반응시킴으로써 세라믹코팅층을 형성한다.
그리고 2차 재결정소둔공정에서 상기 세라믹코팅층이 형성된 강판을 2단 가열한 후 1회 균열처리한 후 노냉하는 고온소둔공정을 이용한다.
먼저, 본발명에서는 1차 재결정소둔된 방향성 전기강판 제조용 냉연 강판을 준비한다.
본 발명에서 상기 강판은 중량%로, 실리콘(Si): 2.6~4.5%, 알루미늄(Al): 0.020~ 0.040%, 망간(Mn): 0.01~0.20%, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어질 수 있다. 이하, 본 발명에서 상기 강판의 조성 성분 및 함량 제한사유를 설명하면 다음과 같다.
Si: 2.6~4.5중량%
실리콘(Si)은 강의 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 역할을 하는데, Si의 함량이 너무 적은 경우에는 강의 비저항이 작게 되어 철손 특성이 열화되고 고온소둔시 상변태구간이 존재하여 2차 재결정이 불안정해지는 문제가 발생할 수 있다. Si의 함량이 너무 많은 경우에는 취성이 커져 냉간압연이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Si의 함량을 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si는 2.6~4.5 중량% 포함될 수 있다.
Al: 0.020~0.040중량%
알루미늄(Al)은 최종적으로 AlN, (Al,Si)N, (Al,Si,Mn)N 형태의 질화물로 되어 억제제로 작용하는 성분이다. Al의 함량이 너무 적은 경우에는 억제제로서 충분한 효과를 기대하기 어렵다. 또한, Al의 함량이 너무 많은 경우에는 Al계통의 질화물이 너무 조대하게 석출, 성장하므로 억제제로의 효과가 부족해질 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Al의 함량을 조절할 수 있다.
Mn: 0.01~0.20중량%
Mn은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 효과가 있으며, Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로서 1차재결정립의 성장을 억제하여 2차재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. 그러나 Mn의 함량이 너무 많은 경우, 열연도중 오스테나이트 상변태를 촉진하므로 1차재결정립의 크기를 감소시켜 2차 재결정을 불안정하게 한다. 또한, Mn의 함량이 너무 적은 경우, 오스테나이트형성 원소로서 열연 재가열시 오스테나이트 분율을 높여 석출물들의 고용량을 많게 하여 재석출시 석출물 미세화와 MnS 형성을 통한 1차 재결정립이 너무 과대하지 않게 하는 효과가 불충분하게 일어날 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Mn의 함량을 조절할 수 있다.
이어, 본 발명에서는 상기 1차 재결정 소둔처리된 강판의 일면 또는 양면의 일부 또는 전부에, 상압 플라즈마 CVD공정(APP-CVD)을 이용하여 플라즈마 상태에서 기상의 세라믹 전구체를 접촉 반응시킴으로써 세라믹코팅층을 형성한다.
본 발명에서 세라믹코팅층을 형성함에 이용되는 공정은, 이하, 상압 플라즈마 화학증착공정(APP-CVD :Atmospheric Pressure Plasma enhanced-Chemical Vapor Deposition) 공정으로 명명한다.
APP-CVD는 기존 CVD, LPCVD(Low Pressure CVD), APCVD(Atmospheric Pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced CVD) 보다 radical의 밀도가 높아 증착율이 높다. 또한 여느 CVD와 달리 고진공 또는 저진공의 진공설비가 필요치 않아, 설비비가 낮은 장점이 있다. 즉, 진공 설비가 없어 설비의 가동이 상대적으로 쉽고, 증착 성능이 우수하다.
그리고 본 발명의 APP-CVD공정에서 대기압 조건에서 고밀도 무선주파수를 이용하여 강판 표면에 전기장을 형성하여 플라즈마를 발생시킨 상태에서, Ar, He 및 N2 중 1종 이상으로 이루어진 주가스인 제 1가스와 기상의 세라믹전구체를 혼합한 후, 이를 반응로에 공급하여 강판 표면에 접촉 반응시킨다.
도 4는 본 발명의 APP-CVD공정을 이용하여 강판 표면상에 세라믹코팅층이 형성되는 Mechanism을 나타내는 모식도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 APP-CVD 공정은 대기압하 조건에서 고밀도의 무선주파수(Radio Frequency) (예, 13.56MHz)를 이용하여 강판의 일면 또는 양면에 전기장을 형성한다. 그리고 Ar, He 또는 N2와 같은 제1 가스(Primary Gas)를 hole, Line, 또는 면 Nozzle을 분사시키면 전기장하에서 전자가 분리되어 Radical화가 되어 극성을 띄게 된다.
본 발명에서 RF Plasma Source는 경우에 따라 다수의 Line Source 또는 2D Squre Source가 사용될 수 있다. 이는 최적화된 코팅속도와 소지층의 진행속도에 따라 Source의 종류도 달리할 수 있다.
이어, RF Power Source와 강판 간 50~60Hz의 교류 전력하에서 반응로내에서 Ar Radical, 전자가 왕복 운동을 하면서 제 1가스에 혼합된 기상의 세라믹전구체(예컨대, TTIP : Titanium Isopropoxide, Ti{OCH(CH3)2}4)와 충돌하면서 전구체를 해리, 전구체의 Radical을 형성하게 된다.
이때, 본 발명에서 TTIP와 같은 세라믹전구체는 Ar, He 및 N2 중 1종 이상으로 이루어진 제 1가스(Primary Gas)와 혼합된 후, RF Power Source를 지나 Gas 분사 Nozzle을 통과하여 반응로내로 유입된다.
한편 TTIP와 같은 세라믹전구체는 Liquid 상태로 보관되며 50~100℃의 가열공정을 통해 기화된다. 그리고 제 1가스가 TTIP가 포함된 곳을 통과하면, 제 1가스와 세라믹전구체는 혼합되어 RF Power Source를 지나 Gas 분사 Nozzle을 통과하여 반응로내에 유입된다.
본 발명의 세라믹 전구체는 전술한 바와 같이, 액체상태로 비교적 높지 않은 온도로 가열시 쉽게 기화될 수 있는 것이라면 다양한 종류의 것을 이용할 수 있다. 예컨데, TTIP, TiCL4, TEOT 등을 이용할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 상기 세라믹코팅층이 TiO2일 때 상기 세라믹 전구체로서 TTIP(Titanium Isopropoxide, Ti{OCH(CH3)2}4 또는 TiCl4등을 이용할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 코팅층의 품질을 향상하기 위하여, 필요한 경우 O2, H2 및 H2O 중 1종으로 이루어진 보조가스(secondary gas)인 제2 가스를 상기 제1 가스와 함께 투입하여 코팅층의 순도를 향상시킬 수 있다. 즉, 코팅 적층 품질을 향상하기 위하여 제 2가스를 투입하여, 원하지 않는 코팅층을 가스와의 반응을 통하여 제거할 수 있다. 본 발명에서 제 2가스(Secondary Gas)의 투입여부는 소지층의 Heating 여부등 제반 조건에 따라 투입 또는 무투입이 결정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 액체 상태인 세라믹전구체를 가열기를 통해 기화점 이상으로 가열하고, 제 1가스와 제 2가스는 사전에 스팀 가열기 또는 전기 가열기를 통해 상기 세라믹전구체 기화점 이상의 온도로 가열한 후, 세라믹전구체와 혼합하여 반응로 내부로 가스 상태로 공급함으로써 기화된 세라믹전구체 가스를 Plasma Source로 공급할 수 있는 것이다.
이때, 제1 가스, 제 2가스 및 세라믹 전구체의 유입량을 각각 100~10,000 SLM, 0~1,000 SCCM, 10~1,000 SLM을 사용하여 세라믹코팅층을 형성함이 바람직하다.
그리고 본 발명에서는 전기적으로 ground 또는 (-) 전극을 띄는 방향성 전기강판에 해리된 Radical이 충돌하면서 표면에 세라믹코팅층(예컨대, TiO2)을 형성하게 된다.
본 발명에서 플라즈마 발생 원리는 고밀도 RF Power Source에 의해 부여된 전기장하에서 전자가 가속하게 되어 원자, 분자등의 Neutral 입자와 충돌하여 이온화(Ionization), 여기(Excitation), 해리(Dissociation)를 발생하게 된다. 이 중 여기(Excitation)와 해리(Dissociation)를 통해 형성된 활성화된 species와 radical들이 반응하여 최종 원하는 세라믹코팅층을 형성할 수 있는 것이다.
정확한 적층 기구는 밝혀져 있지 않지만, 일예로 세라믹 TiO2 적층 기구를 단순화하여 설명하면, 세라믹전구체인 TTIP는 전기장하의 플라즈마에 의해 다음과 같이 분해되어 소지층 표면에 적층됨을 설명할 수 있다.
Ti(OR)4 →Ti*(OH)x-1(OR)4-x →(HO)x(RO)3-xTi-O-Ti(OH)x-1(OR)4-1 →Ti-O-Ti network
도 5는 본 발명의 APP-CVD 공정에서 RF Power Source에 의해 생성된 플라즈마 영역내에서 세라믹전구체의 일예인 TTIP가 해리된 상태를 도시한 그림이다.
한편 본 발명에서 100mpm의 속도로 진행하는 강판 폭 1m를 APP-CVD를 이용하여 0.05~0.5um의 두께를 적층 하기 위해서는 RF Power Source는 500kW~10MW 정도가 필요할 수 있다. 그리고 하나 또는 다수의 RF Power Source는 Power Matching System에 의해 전기장을 안정적으로 유지할 수 있다.
그리고 본 발명에서는 2차 재결정소둔공정에서 상기 세라믹코팅층이 형성된 강판을 2단 가열한 후 1회 균열처리하는 고온소둔공정을 실시한다. 이는 1-2차 균열처리를 행하는 종래기술 대비 1차 균열처리를 생략할 수 있다는 점에 그 기술적 의의가 있다.
이후, 본 발명에서는 HCL 공정에서 강판의 형상을 교정한 후, 세라믹코팅층이 형성된 표면에 절연피막을 형성한 공정을 추가로 포함할 수 있다.
즉, 세라믹코팅층상에는 금속 인산염을 포함하는 절연피막층을 더 형성할 수 있다. 절연피막층이 더 형성됨으로써, 절연 특성을 개선할 수 있다.
금속 인산염은 Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al 및 Mn 중에서 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있다.
금속 인산염은 금속 수산화물 및 인산(H3PO4)의 화학적인 반응에 의한 화합물로 이루어질 수 있다.
금속 인산염은, 금속 수산화물 및 인산(H3PO4)의 화학적인 반응에 의한 화합물로 이루어진 것이고, 금속 수산화물은 Sr(OH)2, Al(OH)3, Mg(OH)2, Zn(OH)2, 및 Ca(OH)2를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
(실시예)
실리콘(Si)을 3.4 중량%, 알루미늄(Al): 0.03 중량%, 망간(Mn): 0.15 중량%, 안티몬(Sb)을 0.05 중량%, 주석(Sn)을 0.06 중량%, 니켈 (Ni) 0.03 중량% 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 준비하였다.
이어, 강 슬라브를 1150℃ 에서 220분간 가열한 뒤 2.3mm 두께로 열간 압연하여, 열연판을 제조하였다. 그리고 열연판을 1120℃까지 가열한 후 920℃ 에서 95초간 유지한 후, 물에 급냉하여 산세한 다음, 0.23mm 두께로 냉간압연하여, 냉연판들을 제조하였다.
상기 냉연판들을 850℃ 로 유지 된 노(Furnace) 속에 투입한 뒤, 이슬점 온도 및 산화능을 조절하고, 수소, 질소, 및 암모니아 혼합 기체 분위기에서 탈탄 및 침질을 동시에 수행하는 1차 재결정 소둔을 수행하여, 탈탄 소둔된 강판들을 제조하였다.
이후, 그리고 상기와 같이 제조된 1차 재결정 소둔처리된 강판들의 표면에 소둔분리제를 도포함이 없이 APP-CVD공정을 이용하여 세라믹코팅층을 형성하였다.
구체적으로, APP-CVD공정에 앞서 방향성 전기강판을 200℃ 온도로 간접 가열한 후, APP-CVD 반응로내로 강판을 투입하였다.
한편 이때, APP-CVD 공정은 대기압하 조건에서 13.56MHz의 무선주파수(Radio Frequency)를 이용하여 방향성 전기강판 일면 또는 양면에 전기장을 형성하였으며, Ar가스를 반응로내에 유입하였다. 그리고 RF Power Source와 강판 간 50~60Hz의 교류 전력하에서 액상인 세라믹전구체인 TTIP를 가열하여 기화시킨 후, Ar 가스와 H2가스와 혼합하여 반응로내에 투입하여 전기강판들 표면에 그 두께를 달리하는 TiO2 세라믹코팅층을 각각 형성하였다.
그리고 상기 세라믹코팅층이 형성된 강판을 최종 소둔하였다. 이때, 최종 소둔시 균열온도는 1200℃로 하였고, 승온구간의 온도구간에서는 15℃/hr로 하였다. 또한, 1200℃까지는 질소 50 부피% 및 수소 50 부피%의 혼합 기체 분위기로 하였고, 1200℃ 도달한 후에는 100 부피%의 수소 기체 분위기에서 15시간 유지한 다음 노냉(furnace cooling)하였다.
상기와 같이 두께를 달리하는 세라믹코팅층이 형성된 전기 강판을 1.7T, 50Hz 조건에서 자기 특성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다. 한편 전기강판의 자기 특성은 통상 W17/50과 B8을 대표치로 사용한다. W17/50은 주파수 50Hz의 자기장을 1.7Tesla까지 교류로 자화시켰을 때 나타나는 전력 손실을 의미한다. 여기서, Tesla 는 단위면적당 자속(flux)를 의미하는 자속밀도의 단위이다. B8은 전기강판 주위를 감은 권선에 800 A/m 크기의 전류량을 흘렸을때, 전기강판에 흐르는 자속 밀도 값을 나타낸다.
구분 코팅물질 코팅두께(㎛) 철손(W17/50, W/kg) 자속밀도(BB, T)
비교예1 MgO 1.5 1.220 1.890
비교예2 MgO 3.7 0.957 1.912
발명예1 TiO2 0.5 0.892 1.922
발명예2 TiO2 1.2 0.864 1.920
발명예3 TiO2 1.5 0.815 1.927
발명예4 TiO2 2.7 0.780 1.935
발명예5 TiO2 5.7 0.792 1.935
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 소둔 분리제인 MgO를 도포한 비교예 1 내지 2에 대비하여 , APP-CVD공정을 이용하여 TiO2 피막을 형성한 본 발명예 1-4가 보다 우수한 철손 특성을 보임을 확인할 수 있다. 한편 상기 표 1에서 비교예 1-2는 1차 재결정소둔처리된 강판 표면에 소둔분리제인 MgO를 도포한 경우로서, 기타의 제조조건은 본 발명예 1-5와 실질적으로 동일하다.
이상에서 본 발명의 실시예 및 발명예 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (10)

  1. 강 슬라브를 재가열, 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연, 1차 재결정 소둔 및 2차 재결정 소둔하는 공정을 포함하는 방향성 전기강판 제조방법에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔처리된 강판의 일면 또는 양면의 일부 또는 전부에, 상압 플라즈마 CVD공정(APP-CVD)을 이용하여 플라즈마 상태에서 기상의 세라믹 전구체를 접촉 반응시킴으로써 세라믹코팅층을 형성한 후 2차 재결정소둔하는 방향성 전기강판 제조방법.
  2. 1차 재결정 소둔처리된 방향성 전기강판 제조용 강판을 준비하는 단계;
    상기 강판의 일면 또는 양면의 일부 또는 전부에, 상압 플라즈마 CVD공정(APP-CVD)을 이용하여 플라즈마 상태에서 기상의 세라믹 전구체를 접촉 반응시킴으로써 세라믹코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 세라믹코팅층이 형성된 강판을 2차 재결정소둔하는 단계;를 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 세라믹코팅층은, 대기압 조건에서 고밀도 무선주파수를 이용하여 강판 표면에 전기장을 형성하여 플라즈마를 발생시킨 상태에서, Ar, He 및 N2 중 1종 이상으로 이루어진 제 1가스와 기상의 세라믹전구체를 혼합한 후, 이를 강판 표면에 접촉 반응시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 세라믹코팅층은, H2, O2 및 H2O 중 1종으로 이루어진 제 2가스를 상기 제 1가스 및 세라믹 전구체에 추가적으로 혼합한 후, 이를 강판 표면에 접촉 반응시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 가스와 제 2가스는 상기 세라믹 전구체의 기화점 이상의 온도로 가열되어 있는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹코팅층이 TiO2일 때 상기 세라믹 전구체로서 TTIP(Titanium Isopropoxide, Ti{OCH(CH3)2}4 또는 TiCl4를 이용하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 1차 재결정소둔하는 공정은, 상기 강판을 탈탄과 동시에 침질하거나, 탈탄 이후 침질하고, 소둔하여 탈탄 소둔된 강판을 얻는 공정인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 2차 재결정소둔하는 공정은 상기 세라믹코팅층이 형성된 강판을 2단 가열한 후 균열처리하는 고온소둔공정인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 2차 재결정소둔 공정 이후, 세라믹코팅층이 형성되어 있는 방향성 전기강판의 표면에 절연피막을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 강판은 중량%로, 실리콘(Si): 2.6~4.5%, 알루미늄(Al): 0.020~ 0.040%, 망간(Mn): 0.01~0.20%, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
KR1020180154473A 2017-12-26 2018-12-04 초저철손 방향성 전기강판 제조방법 KR102218446B1 (ko)

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