KR102305718B1 - 방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, Si: 3.0~4.5%, Mn: 0.05~0.2%, Al: 0.015~0.035%, C: 0.0015% 이하(0%는 제외), N: 0.0015% 이하(0%는 제외) 및 S: 0.0015% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공한다.
[관계식 1] (W13/50/W17/50) ≤ 0.57
[관계식 2] (W15/50/W17/50) ≤ 0.76
(단, 상기 관계식 1에서 Wx/y는 인가자장의 크기가 x/10T이고, 주파수 yHz 조건에서의 철손값을 나타낸다.)

Description

방향성 전기강판 및 그 제조방법{GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 강판의 결정방위가 {110}<001>인 일명 고스(Goss) 방위를 갖는 결정립들로 이루어진 압연방향으로의 자기적 특성이 뛰어난 연자성 재료이다.
일반적으로 자기특성은 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 이력손실(Hysteresis loss)이 낮아져서 전기기기의 소형화와 동시에 고효율화를 높일 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 강판 중의 불순물량이 낮을수록 철손이 낮아져 전기기기의 효율이 증가하게 된다.
고스 방위를 발달시키기 위해서는 제강단계에서의 성분제어에서부터 열간압연, 열연판소둔, 냉간압연, 1차 소둔 및 2차 소둔 등의 여러 공정조건들이 매우 정밀하고 엄격하게 관리되어야 한다.
특히, 고스 방위의 성장은 2차 소둔 단계에서 일어나게 되는데, 강판 중에 분산해 있는 인히비터(Inhibitor) 성분에 의해 성장이 억제되어 있는 다른 결정들을 침식해서 (110)<001> 결정이 우선 성장(2차 재결정)된다.
일반적으로 고스 방위를 안정적으로 강하게 발달시키기 위해서는 승온구간에서 2차 재결정 개시온도까지 느린 속도로 승온을 하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다.
그러나, 2차 소둔 승온과정에서 승온 속도를 늦추게 되면 고스 방위의 결정 크기가 매우 조대해지는데, 고스 방위의 결정 크기가 커질수록 자구크기 증가에 따른 와류손실(Eddy-current loss)의 증가로 철손 특성이 열위해질 가능성이 있다.
특히, 인가하는 자장의 크기가 감소할수록 그 영향이 크게 나타나므로, 방향성 전기강판 제품의 특성을 보증하는 1.7T에서의 철손 값보다 실제 변압기가 동작하는 1.5T 이하의 영역에서의 손실 체감효과가 더 크게 증가한다.
따라서, 단순히 2차 소둔 승온과정에서의 승온 속도를 늦추는 것만으로는 저자장 특성이 우수한 동시에 높은 자속밀도를 갖는 방향성 전기강판 제조에 어려움이 있다.
본 발명의 일측면은, 저자장 특성이 우수한 동시에 높은 자속밀도를 갖는 방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, Si: 3.0~4.5%, Mn: 0.05~0.2%, Al: 0.015~0.035%, C: 0.0015% 이하(0%는 제외), N: 0.0015% 이하(0%는 제외) 및 S: 0.0015% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 방향성 전기강판을 제공한다.
[관계식 1] (W13/50/W17/50) ≤ 0.57
[관계식 2] (W15/50/W17/50) ≤ 0.76
(단, 상기 관계식 1에서 Wx/y는 인가자장의 크기가 x/10T이고, 주파수 yHz 조건에서의 철손값을 나타낸다.)
본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, Si: 3.0~4.5%, Mn: 0.05~0.2%, Al: 0.015~0.035%, C: 0.005~0.1%, N: 0.005% 이하(0%는 제외) 및 S: 0.005% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 가열하는 단계; 상기 가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연판을 얻는 단계; 상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 얻는 단계; 상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 상기 1차 재결정 소둔된 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함하며, 상기 2차 재결정 소둔하는 단계는 승온 및 균열 단계를 포함하고, 상기 승온 단계는 1차 승온 및 2차 승온을 포함하며, 상기 1차 승온 및 2차 승온시, 1차 승온 속도와 2차 승온 속도는 하기 관계식 3을 만족하고, 상기 1차 승온 속도는 5~15℃/hr이며, 상기 균열시, 1150℃ 이상에서 10시간 이상 유지하는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.
[관계식 3] (1차 승온 속도) ≥ 2×(2차 승온 속도)
본 발명의 일측면에 따르면, 저자장 특성이 우수한 동시에 높은 자속밀도를 갖는 방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 방향성 전기강판에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 방향성 전기강판은 중량%로, Si: 3.0~4.5%, Mn: 0.05~0.2%, Al: 0.015~0.035%, C: 0.0015% 이하(0%는 제외), N: 0.0015% 이하(0%는 제외) 및 S: 0.0015% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 방향성 전기강판을 제공한다.
[관계식 1] (W13/50/W17/50) ≤ 0.57
[관계식 2] (W15/50/W17/50) ≤ 0.76
(단, 상기 관계식 1에서 Wx/y는 인가자장의 크기가 x/10T이고, 주파수 yHz 조건에서의 철손값을 나타낸다.)
본 발명의 방향성 전기강판은 상기 관계식 1 및 2를 만족함으로써 우수한 저자장 철손을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 1.94T(tesla) 이상의 우수한 자속밀도를 확보할 수 있어, 결과적으로 우수한 자기특성을 확보할 수 있다.
아울러, 본 발명의 방향성 전기강판은 압연면을 기준으로 입자 지름 100mm 이상인 결정립이 차지하는 면적 비율이 20% 이하인 것이 바람직하다. 고스 방위의 입자 지름이 증가하면 자구 간격이 증가하여 저자장에서의 자화특성이 떨어지게 되며, 저자장 철손을 열화시키게 된다. 특히, 2차 재결정 소둔 단계에서 승온 속도가 감소하면 코일 상부에서 온도 구배가 발생하여 입자 크기가 100mm 이상인 조대립의 분율이 증가하게 되는데, 이러한 조대립이 저자장 철손 열화에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 압연면을 기준으로 입자 지름 100mm 이상인 결정립이 차지하는 면적 비율은 20% 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에서 언급하는 압연면이란 강판의 판면을 의미한다.
이하, 본 발명의 방향성 전기강판을 제조하기 위한 방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 방향성 전기강판의 제조방법은 중량%로, Si: 3.0~4.5%, Mn: 0.05~0.2%, Al: 0.015~0.035%, C: 0.005~0.1%, N: 0.005% 이하(0%는 제외) 및 S: 0.005% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 가열하는 단계; 상기 가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연판을 얻는 단계; 상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 얻는 단계; 상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 상기 1차 재결정 소둔된 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함하며, 상기 2차 재결정 소둔하는 단계는 승온 및 균열 단계를 포함하고, 상기 승온 단계는 1차 승온 및 2차 승온을 포함하며, 상기 1차 승온 및 2차 승온시, 1차 승온 속도와 2차 승온 속도는 하기 관계식 3을 만족하고, 상기 1차 승온 속도는 5~15℃/hr이며, 상기 균열시, 1150℃ 이상에서 10시간 이상 유지하는 것을 포함한다.
[관계식 3] (1차 승온 속도) ≥ 2×(2차 승온 속도)
먼저, 합금조성에 대하여 설명한다. 하기 설명되는 방향성 전기강판의 합금조성의 단위는 특별한 언급이 없는 한 중량%를 의미한다.
Si: 3.0~4.5%
실리콘(Si)은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철손을 개선하는 역할을 한다. Si이 3.0% 미만일 경우에는 비저항이 감소와 더불어 와전류손이 증가하여 철손특성이 열위하게 되는 단점이 있다. 반면, Si이 4.5%를 초과하는 경우에는 기계적 특성 중 연성과 인성이 감소하여 압연 과정중 판파단이 빈번하게 발생할 뿐만 아니라, 상업적 생산을 위한 연속소둔시 판간 용접성이 열위하게 되어 생산성이 악화되는 단점이 있다. 따라서, 상기 Si의 함량은 3.0~4.5%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Si 함량의 하한은 3.1%인 것이 보다 바람직하고, 3.3%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 Si 함량의 상한은 4.0%인 것이 보다 바람직하고, 3.8%인 것이 보다 더 바람직하다.
Mn: 0.05~0.2%
망간(Mn)은 Si와 동일하게 비저항을 증가시켜 와전류손을 감소시킴으로써 철손을 감소시키는 효과가 있을 뿐만 아니라, 강중에 존재하는 S와 반응하여 Mn계 화합물을 형성하거나 Al, Si 및, N 이온과 반응하여 (Al,Si,Mn)N 형태의 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제제를 형성하는 역할을 한다. 상기 Mn의 함량이 0.05% 미만인 경우에는 상기 효과를 기대할 수 없으며, 0.2%를 초과하는 경우에는 2차 재결정 소둔 중 오스테나이트 상변태율이 증가하여 고스집합조직이 심각하게 훼손되어 자기적 특성이 급격히 저하될 수 있다. 따라서, 상기 Mn의 함량은 0.05~0.2%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Mn 함량의 하한은 0.08%인 것이 보다 바람직하고, 0.1%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 Mn 함량의 상한은 0.18%인 것이 보다 바람직하고, 0.15%인 것이 보다 더 바람직하다.
Al: 0.015~0.035%
알루미늄(Al)은 탈탄질화소둔 과정 중 분위기 가스인 암모니아 가스에 의하여 도입된 N 이온과 결합하여 AlN 형태의 질화물을 형성할 뿐만 아니라, 강중에 고용상태로 존재하는 Si, Mn 및, N 이온과 결합하여 (Al,Si,Mn)N 형태의 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제제를 형성하는 역할을 한다. 상기 Al의 함량이 0.015% 미만인 경우에는 상기 효과를 기대할 수 없으며, 상기 Al의 함량이 0.035%를 초과하는 경우에는 매우 조대한 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제력이 급격히 저하될 수 있다. 따라서, 상기 Al의 함량은 0.015~0.035%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Al 함량의 하한은 0.023%인 것이 보다 바람직하고, 0.028%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 Al 함량의 상한은 0.033%인 것이 보다 바람직하고, 0.031%인 것이 보다 더 바람직하다.
C: 0.005~0.1%
탄소(C)은 오스테나이트 안정화 원소로서, 슬라브 중에 첨가되어 연주과정에 발생하는 조대한 주상조직을 미세화하고 S의 슬라브 중심편석을 억제하는 역할을 한다. 또한, 냉간압연 중에 강판의 가공경화를 촉진하여 강판 내에 {110}<001>방위의 2차 재결정 핵 생성을 촉진하는 역할을 하기도 한다. 그러나, 상기 C의 함량이 0.005% 미만인 경우에는 상기 효과를 충분히 기대하기 어려우며, 0.1%를 초과하는 경우에는 강판 내부의 탄화물이 증가하여 냉간압연 특성을 열위시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 C의 함량은 0.005~0.1%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 C 함량의 하한은 0.03%인 것이 보다 바람직하고, 0.05%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 C 함량의 상한은 0.8%인 것이 보다 바람직하고, 0.65%인 것이 보다 더 바람직하다. 한편, 최종적으로 얻어지는 방향성 전기강판에 포함되는 C는 자기 시효를 유발하여 자속밀도 및 저자장 특성을 악화시키므로, 전기강판의 제조 과정에서 탈탄 소둔을 거치게 되며, 이러한 탈탄 소둔을 거쳐 최종적으로 얻어지는 방향성 전기강판 내의 C 함량은 0.0015%이하인 것이 바람직하다.
N: 0.005% 이하(0%는 제외)
질소(N)은 Si, Al 및 Mn과 반응하여 AlN 및 (Al,Si,Mn)N 등의 화합물을 형성하는 중요한 원소이며, 슬라브 내에 0.005% 이하로 포함할 수 있다. 다만, 상기 N의 함량이 0.005%를 초과하는 경우에는 열연 이후의 공정에서 질소확산에 의한 blister와 같은 표면결함을 유발하게 될 뿐만 아니라, 슬라브 상태에서 과잉의 질화물이 형성되기 때문에 압연이 용이하지 못해, 제조단가가 상승하는 원인이 된다. 따라서, 상기 N의 함량은 0.005% 이하(0%는 제외)의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 N 함량의 하한은 0.002%인 것이 보다 바람직하고, 0.003%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 N 함량의 상한은 0.0045%인 것이 보다 바람직하고, 0.0040%인 것이 보다 더 바람직하다. 한편, 고스집합조직의 2차재결정 형성을 위한 질화물의 보강은 탈탄소둔공정 중 암모니아 가스를 분위기 가스로 도입함으로써 N 이온이 강중에 확산되도록 하는 질화처리를 실시하여 보강한다. 아울러, 상기 N 역시 자기 시효를 일으키는 원소로써, 자속밀도 및 저자장 철손 특성을 열화시킬 수 있으므로, 2차 소둔 공정에서 순화 소둔을 거치게 되고, 이러한 순화 소둔을 거쳐 최종적으로 얻어지는 방향성 전기강판 내 N의 함량은 0.0015%이하인 것이 바람직하다.
S: 0.005% 이하(0%는 제외)
황(S)는 제조공정상 불가피하게 함유되는 원소이며, 그 함량이 0.005%를 초과하는 경우에는 주조시 슬라브 중심부에 편석하여 취성을 야기하며, 강중의 Mn과 반응하여 Mn계 황화물을 형성하여 미세조직을 불균일하게 하고 압연성을 악화시킨다. 따라서, 상기 S의 함량은 0.005% 이하(0%는 제외)의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 S의 함량은 0.0045%이하인 것이 보다 바람직하고, 0.004%이하인 것이 보다 더 바람직하다. 한편, 상기 S 역시 자기 시효를 일으키는 원소로써, 저자장 철손 특성을 개선하기 위하여 2차 소둔 공정에서 순화 소둔을 거치게 되고, 이러한 순화 소둔을 거쳐 최종적으로 얻어지는 방향성 전기강판 내 S 함량은 0.0015%이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 방향성 전기강판과 상기 방향성 전기강판의 제조방법에 이용되는 강 슬라브의 나머지 합금성분은 Fe이며, 기타 당해 기술분야에서 불가피하게 함유되는 불순물을 포함할 수 있다.
우선, 전술한 바와 같은 합금조성을 갖는 강 슬라브를 가열한다. 상기 강 슬라브시, 가열 온도는 1000~1280℃일 수 있다. 상기 가열 온도 범위로 가열함으로써 슬라브의 주상정 조직이 조대하게 성장하게 되는 것을 방지하여 열간압연 공정에서 판의 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 상기 강 슬라브 가열 온도가 1280℃를 초과하는 경우에는 상기 효과를 충분히 얻기 곤란하며, 1000℃ 미만인 경우에는 주조과정에서 형성된 석출물이 슬라브 과열과정에서 재고용되지 않아 열연 후 매우 조대한 석출물을 만들게 되며, 이로 인해 조직 제어에 불리하게 작용하여 철손 열화를 초래하게 하는 단점이 있다. 상기 강 슬라브 가열 온도의 하한은 1050℃인 것이 보다 바람직하고, 1100℃인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 강 슬라브 가열 온도의 상한은 1250℃인 것이 보다 바람직하고, 1200℃인 것이 보다 더 바람직하다.
이후, 상기 가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연판을 얻는다. 본 발명에서는 상기 열간압연 온도에 대해서 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 온도 범위를 적용할 수 있다. 다만, 일례로서, 상기 열간압연시 마무리온도는 950℃ 이하일 수 있다. 상기 열간압연시 마무리온도가 950℃를 초과하는 경우에는 열간압연이 완료된 이후에 상변태가 일어나 집합조직의 열화를 초래할 수 있다. 상기 열간압연을 통해 얻어지는 열연판은 1.5~5.5mm의 두께를 가질 수 있다.
상기 열간압연 후에는, 상기 열연판을 수냉한 뒤, 600℃이하에서 권취할 수 있다. 상기 권취온도가 600℃를 초과할 경우에는 강 내부에 형성된 석출물들의 크기가 커짐에 따라 자성이 나빠지게 될 수 있다.
한편, 상기 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.
이후, 상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 얻는다. 상기 냉간압연시, 리버스(Reverse) 압연기 혹은 탠덤(Tandom) 압연기를 이용하여 1회의 냉간압연, 다수회의 냉간압연, 또는 중간소둔을 포함하는 다수회의 냉간압연 방법을 이용할 수 있다. 상기 냉간압연을 통해 얻어지는 냉연판은 0.1~0.5mm의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 냉간압연 중에 강판의 온도를 100℃ 이상으로 유지하는 온간 압연을 실시할 수 있다. 더하여, 상기 냉간압연을 통한 최종 압하율은 50~95%가 될 수 있다.
이후, 상기 냉연판을 1차 재결정 소둔한다. 상기 1차 재결정 소둔 단계에서는 고스 결정립의 핵이 생성되는 1차 재결정이 일어난다. 상기 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 소둔할 수 있다. 상기 1차 재결정 소둔은 탈탄을 위해 이슬점 온도가 50~70℃인 분위기에서 850~950℃의 온도로 행하여질 수 있다. 상기 1차 재결정 소둔시, 이슬점 온도가 50℃ 미만인 경우에는 탈탄능이 부족하여 강 중의 탄소를 충분히 제거할 수 없으며, 70℃를 초과하는 경우에는 강판 표면에 Fe 계열의 산화층이 다량 생성되어 최종 제품의 표면 불량을 야기할 수 있다. 상기 1차 재결정 소둔 온도가 850℃ 미만인 경우에는 재결정립들이 미세하게 성장하여 결정성장 구동력이 커짐으로써 안정된 2차 재결정이 일어나지 않을 수 있으며, 950℃를 초과하는 경우에는 재결정립들이 조대하게 성장하여 결정성장 구동력이 떨어져서 안정된 2차 재결정이 일어나지 않을 수 있다. 한편, 상기 1차 재결정 소둔시, 소둔시간은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으나, 생산성을 감안하여 통상 5분 이내로 제어할 수 있다. 상기 상기 1차 재결정 소둔시, 질화를 위해 암모니아 가스를 사용하여 강판에 N이온을 도입하여 주석출물인 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 등의 질화물을 형성하는데 있어, 탈탄 및 재결정을 마치고 질화처리하거나, 혹은 탈탄과 동시에 질화처리를 행하거나, 혹은 질화처리를 우선 행한 후 탈탄소둔을 행하는 방법 어느 것이나 본 발명의 효과를 발휘하는데 문제가 없다.
이후, 상기 1차 재결정 소둔된 냉연판을 2차 재결정 소둔한다. 상기 2차 재결정 소둔은 상기 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판에 소둔 분리제를 도포한 후, 소둔하는 방법으로 행하여질 수 있다. 본 발명에서는 상기 소둔 분리제의 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, MgO를 주성분으로 포함하는 소둔 분리제를 사용할 수 있다.
상기 2차 재결정 소둔하는 단계는 승온 및 균열 단계를 포함하고, 상기 승온 단계는 1차 승온 및 2차 승온을 포함하며, 상기 1차 승온 및 2차 승온시, 1차 승온 속도와 2차 승온 속도는 하기 관계식 3을 만족하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 1차 승온 속도는 5~15℃/hr이며, 상기 1차 승온시 시작 온도는 700~800℃이고, 상기 2차 승온시 시작 온도는 1000~1100℃이며, 상기 2차 승온시 승온 속도는 7.5℃/hr이하인 것이 바람직하다.
[관계식 3] (1차 승온 속도) ≥ 2×(2차 승온 속도)
승온 속도를 두 조건으로 실시하는 이유는 다음과 같다.
승온 단계에서는 고스 방위의 2차 재결정이 일어나며, 승온 속도가 느릴수록 {110}<001> 방위와 가까운 고스 결정이 우선성장함에 따라 집적도가 증가하여 자속밀도는 상승하지만, 저온에서부터 2차 재결정이 일어나기 때문에 고스 방위의 결정 크기가 증가하여 저자장 특성은 열화된다. 따라서, AlN 등과 같은 석출물에 의해 고스결정의 성장이 잘 이루어지지 않는 낮은 온도범위에서는 승온 속도를 높이고, AlN이 분해되어 고스결정의 성장이 잘 이루어지는 높은 온도범위에서는 승온 속도를 낮추어, 고스 방위의 집적도는 높이면서 고스 방위의 결정 크기가 조대화되는 것을 억제하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 상기 2차 재결정 소둔시 승온 속도를 두 단계로 구분하되, 1차 승온시 시작 온도는 700~800℃로 제어하고, 2차 승온시 시작 온도는 1000~1100℃로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 1차 승온시 시작 온도가 700℃ 미만인 경우에는 소둔시간이 길어져 생산성이 저하되는 단점이 있고, 800℃를 초과하는 경우에는 소둔분리제에 포함되어 있는 수분이 충분히 제거되지 않은 상태에서 고온으로 올라가게 되어 표면 품질의 열화를 초래할 수 있다. 상기 2차 승온시 시작 온도가 1000℃ 미만인 경우에는 고스 결정립의 크기가 조대해져 저자장 철손 특성이 열위해지며, 1100℃를 초과하는 경우에는 승온 속도가 변하기 전에 이미 고스 방위의 성장이 시작되어 집적도를 제어할 수 없으므로, 높은 자속밀도 특성을 얻을 수가 없다.
상기 1차 승온 속도는 5~15℃/hr인 것이 바람직한데, 상기 1차 승온 속도가 5℃/hr 미만인 경우에는 고스 입자의 2차 재결정이 매우 낮은 온도에서부터 일어나기 시작하여 고스 결정방위의 집적도가 열화되며, 15℃/hr를 초과하는 경우에는 코일 내 온도구배가 심화되어 조대립의 분율이 증가할 수 있다. 아울러, 관계식 3과 같이, 1차 승온 속도가 2차 승온 속도보다 두 배 이상 높은 것이 바람직한데, 만일 그렇지 않은 경우에는 낮은 승온속도에 의해 고스방위 결정 성장이 활발히 일어나 안정된 2차 재결정이 일어나지 않을 수 있다.
상기 2차 재결정 소둔 단계에서의 균열 단계는 1150℃ 이상에서 10시간 이상 유지하는 것일 수 있다. 상기 균열 단계는 강 중에 분포하며 자기 시효를 야기하는 C, N 및 S를 제거하는 목적을 갖는 것으로서, 저자장 특성을 개선하기 위해서는 각 성분의 함량이 0.0015중량% 이하로 낮아질 필요가 있다. 만일, 상기 균열 단계시, 균열온도가 1150℃ 미만이거나, 균열시간이 10시간 미만인 경우에는 C, N 및 S의 함량 제어가 곤란할 수 있다.
이후, 필요에 따라, 상기와 같이 얻어지는 방향성 전기강판에 대하여 그 표면에 절연피막을 형성할 수도 있다. 상기 절연피막의 예로는 포스테라이트 피막을 이용할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.
(실시예 1)
중량%로, Si: 3.15%, C: 0.052%, Mn: 0.105%, Al: 0.028%, N: 0.0045% 및 S: 0.0045%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 강 슬라브를 준비하였다. 상기 강 슬라브를 1150℃에서 가열하고 이어 2.6m 두께로 열간압연하여 열연판을 제조하였다. 이 열연판을 1050℃ 이상의 온도로 가열한 후 910℃에서 90초간 유지하고 수냉한 후 산세하였다. 이어서 리버스(Reverse) 압연기를 이용하여, 0.27mm 두께까지 냉간 압연하여 냉연판을 제조하였다. 이 냉연판을 65℃의 이슬점 온도 분위기에서 860℃로 120초간 유지하여 1차 재결정 소둔을 하였다. 이후 MgO를 도포한 다음, 코일 형태로 권취한 뒤, 2차 재결정 소둔하였다. 이 때, 2차 재결정 소둔 과정 중, 750℃부터 1210℃까지 가열함에 있어, 1차 및 2차 승온 속도를 하기 표 1과 같이 제어하였으며, 균열은 1210℃에서 20시간 유지하는 것으로 행하였으며, 이후 노냉하여 방향성 전기강판을 제조하였다. 이와 같이 제조된 방향성 전기강판의 합금조성은 중량%로, Si: 3.15%, C: 0.0012%, Mn: 0.105%, Al: 0.028%, N: 0.001% 및 S: 0.001%를 포함하였다. 이와 같이 제조된 방향성 전기강판에 대하여 자속밀도 및 철손을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
자기특성은 Epstein 측정법을 이용하여 측정하였고, 자속밀도는 800A/m의 자기장 하에서 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)를 측정하였으며, 철손은 인가자장의 크기가 1.3T, 1.5T 및 1.7T이며, 주파수가 50Hz인 조건에서 각각 측정하였다.
시편No. 1차 승온 속도
(℃/hr)		 2차 승온 속도
(℃/hr)		 2차 승온
개시온도
(℃)		 자속밀도
(B8, Tesla)		 철손 (W13/50, W/kg) 철손 (W15/50, W/kg) 철손 (W17/50, W/kg) 비고
1 3 6 1050 1.865 0.583 0.761 0.965 비교예1
2 8 3 1030 1.942 0.481 0.642 0.865 발명예1
3 8 3 1150 1.928 0.545 0.711 0.920 비교예2
4 8 6 820 1.905 0.538 0.705 0.918 비교예3
5 10 4 950 1.943 0.513 0.684 0.876 비교예4
6 10 4 1010 1.945 0.486 0.627 0.872 발명예2
7 10 5 1045 1.951 0.461 0.639 0.854 발명예3
8 10 12 1045 1.916 0.534 0.702 0.907 비교예5
9 13 3 1080 1.943 0.483 0.652 0.868 발명예4
10 13 6 1025 1.948 0.487 0.643 0.863 발명예5
11 18 8 1120 1.921 0.532 0.699 0.911 비교예6
12 20 5 1010 1.942 0.517 0.682 0.869 비교예7
13 8 8 - 1.883 0.578 0.748 0.971 비교예8
14 12 12 - 1.911 0.535 0.713 0.913 비교예9
상기 표 1을 통해 알 수 있듯이, 2차 재결정 소둔 과정에서 있어 승온 속도를 두 단계로 하고, 1차 및 2차 승온 속도와 2차 승온 개시온도를 본 발명이 제안하는 바와 같이 적절히 조절한 발명예 1 내지 5의 경우에는 저자장 철손이 우수함과 동시에 자속밀도(B8)가 1.94T 이상인 것을 확인할 수 있다.
반면, 본 발명이 제안하는 조건을 만족하지 않는 비교예 1 내지 9의 경우에는 1.94T 이상의 자속밀도(B8)를 확보하지 못하거나, 자속밀도(B8)가 높음에도 불구하고 저자장 철손이 열위함을 확인할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 1을 통해 제조된 방향성 전기강판 중 일부를 20부피% 농도 및 50℃로 가열된 염산에 10분간 침적하여 표면에 형성된 베이스코팅을 제거한 뒤, 결정립 입경을 측정하여 하기 표 2에 기재하였다.
시편No. 압연면을 기준으로 입자 지름 100mm 이상인 결정립(조대립)이 차지하는 면적 비율(%) 비고
2 9 발명예1
5 23 비교예4
6 14 발명예2
7 7 발명예3
9 11 발명예4
12 26 비교예7
상기 표 2를 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 조건을 만족하는 발명예 1 내지 4의 경우에는 압연면을 기준으로 입자 지름 100mm 이상인 결정립(조대립)이 차지하는 면적 비율이 20% 이하임을 알 수 있는 반면, 본 발명이 제안하는 조건을 만족하지 않는 비교예 4 및 7 경우에는 압연면을 기준으로 입자 지름 100mm 이상인 결정립(조대립)이 차지하는 면적 비율이 20%를 초과함을 확인할 수 있다.

Claims (13)

  1. 중량%로, Si: 3.0~4.5%, Mn: 0.05~0.2%, Al: 0.015~0.035%, C: 0.0015% 이하(0%는 제외), N: 0.0015% 이하(0%는 제외) 및 S: 0.0015% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 방향성 전기강판.
    [관계식 1] (W13/50/W17/50) ≤ 0.57
    [관계식 2] (W15/50/W17/50) ≤ 0.76
    (단, 상기 관계식 1에서 Wx/y는 인가자장의 크기가 x/10T이고, 주파수 yHz 조건에서의 철손값을 나타낸다.)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방향성 전기강판은 자속밀도가 1.94T 이상인 방향성 전기강판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 방향성 전기강판은 압연면을 기준으로 입자 지름 100mm 이상인 결정립이 차지하는 면적 비율이 20% 이하인 방향성 전기강판.
  4. 중량%로, Si: 3.0~4.5%, Mn: 0.05~0.2%, Al: 0.015~0.035%, C: 0.005~0.1%, N: 0.005% 이하(0%는 제외) 및 S: 0.005% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연판을 얻는 단계;
    상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 얻는 단계;
    상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및
    상기 1차 재결정 소둔된 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함하며,
    상기 2차 재결정 소둔하는 단계는 승온 및 균열 단계를 포함하고,
    상기 승온 단계는 1차 승온 및 2차 승온을 포함하며,
    상기 1차 승온 및 2차 승온시, 1차 승온 속도와 2차 승온 속도는 하기 관계식 3을 만족하고,
    상기 1차 승온 속도는 5~15℃/hr이며,
    상기 1차 승온시 시작 온도는 700~800℃이고, 상기 2차 승온시 시작 온도는 1000~1100℃이며,
    상기 균열시, 1150℃ 이상에서 10시간 이상 유지하는 방향성 전기강판의 제조방법.
    [관계식 3] (1차 승온 속도) ≥ 2×(2차 승온 속도)
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 강 슬라브 가열시, 가열 온도는 1000~1280℃인 방향성 전기강판의 제조방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 열간압연시, 마무리온도는 950℃이하인 방향성 전기강판의 제조방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 열연판을 얻는 단계 후, 상기 열연판을 수냉한 뒤, 600℃이하에서 권취하는 단계를 추가로 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 열연판을 얻는 단계 후, 900℃이상에서 열연판 소둔하는 단계를 추가로 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔은 이슬점 온도가 50~70℃인 분위기에서 850~950℃의 온도로 행하여지는 방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 청구항 4에 있어서,
    상기 2차 승온시, 승온 속도는 7.5℃/hr이하인 방향성 전기강판의 제조방법.
  13. 청구항 4에 있어서,
    상기 2차 재결정 소둔 단계 후, 2차 재결정 소둔된 냉연판의 표면에 절연 피막을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.

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