KR102438480B1 - 방향성 전기강판의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si: 1.0 내지 5.0%, C: 0.001 내지 0.100%, Mn: 0.03 내지 0.06%, Cu: 0.001 내지 0.050%, S: 0.001 내지 0.020%, Se: 0.001 내지 0.050%, Al: 0.0005 내지 0.0100% 및 N: 0.0005% 내지 0.0100% 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 1차 냉간압연하여 1차 냉연판을 제조하는 단계; 1차 냉연판을 2차 냉간압연하여 2차 냉연판을 제조하는 단계; 2차 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계 및 1차 재결정 소둔판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함한다.

Description

방향성 전기강판의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET}
본 발명의 일 실시예는 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예는 S, Se계 석출물을 이용하고 최종 냉간압연 압하율이 80% 이하가 되도록 2회 이상의 냉간압연을 실시하여 안정적으로 Goss {110}<001> 방위로의 2차재결정를 형성시켜 자성이 우수한 방향성 전기강판의 제조 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 2차재결정으로 불리는 비정상 결정립성장 현상을 이용해 Goss 집합조직 ({110}<001> 집합조직)을 강판 전체에 형성시켜 압연방향의 자기적 특성이 뛰어나며 변압기 등의 우수한 일방향의 자기적 특성이 요구되는 전자기기의 철심으로 사용되는 연자성 재료이다. 일반적으로 자기적 특성은 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 얻을 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 강판중의 불순물량이 낮을수록 철손이 낮아져 전기기기의 효율이 증가하게 된다.
방향성 전기강판의 2차재결정은 통상적인 결정립성장과 다르게 정상적인 결정립성장이 석출물, 개재물이나 혹은 고용되거나 입계에 편석되는 원소들에 의하여 정상적으로 성장하는 결정립계의 이동이 억제되었을 때 발생하게 된다. 또한, Goss 방위에 대한 집적도가 높은 결정립을 성장시키기 위해서는 제강에서의 성분제어, 열간압연에서의 슬라브 재가열 및 열간압연 공정인자 제어, 열연판소둔 열처리, 1차재결정 소둔, 2차재결정 소둔 등의 복잡한 공정들이 요구되고, 이들 공정 또한 매우 정밀하고 엄격하게 관리되어야 한다. 이와 같이 결정립성장을 억제하는 석출물이나 개재물 등을 특별하게 결정립성장 억제제(inhibitor)라고 부르며, Goss 방위의 2차재결정에 의한 방향성 전기강판 제조기술에 대한 연구는 강력한 결정립성장 억제제를 사용하여 Goss 방위에 대한 집적도가 높은 2차재결정을 형성하여 우수한 자기특성을 확보하는데 주력하여 왔다.
초기에 개발된 방향성 전기강판은 MnS가 결정립성장 억제제로 사용되었으며, 2회 냉간압연법으로 제조되었다. 이에 의하여 2차재결정은 안정적으로 형성되었으나 자속밀도가 그다지 높지 않은 수준이었고 철손도 높은 편이었다. 이후 AlN, MnS 석출물을 복합으로 이용하고, 80% 이상의 냉간압연율로 1회 강냉간압연하여 방향성 전기강판을 제조하는 방법이 제안되었다. 최근에는 MnS를 사용하지 않고 1회 강냉간압연 후 탈탄을 실시한 후에 암모니아 가스를 이용한 별도의 질화공정을 통하여 강판의 내부로 질소를 공급하여 강력한 결정립성장 억제효과를 발휘하는 Al계 질화물에 의해 2차재결정을 일으키는 방향성 전기강판 제조방법이 제안되었다.
이제까지 방향성 전기강판을 제조하는 거의 모든 철강사에서는 주로 AlN, MnS[Se] 등의 석출물을 결정립성장 억제제로 이용하여 2차재결정을 일으키는 제조방법을 사용하고 있다. 이러한 제조방법은 2차재결정을 안정적으로 일으킬 수 있는 장점은 있으나, 강력한 결정립성장 억제효과를 발휘하기 위해서는 석출물들을 매우 미세하고 균일하게 강판에 분포시켜야만 한다. 이와 같이 미세한 석출물을 균일하게 분포시키기 위해서는 열간압연 전에 슬라브를 높은 온도로 장시간 동안 가열하여 강중에 존재하던 조대한 석출물들을 고용시킨 후 매우 빠른 시간 내에 열간압연을 실시하여 석출이 일어나지 않은 상태에서 열간압연을 마쳐야 한다. 이를 위해서는 대단위의 슬라브 가열설비를 필요로 하며, 석출을 최대한 억제하기 위하여 열간압연과 권취공정을 매우 엄격하게 관리하고 열간압연 이후의 열연판 소둔공정에서 고용된 석출물이 미세하게 석출되도록 관리하여야 하는 제약이 따른다. 또한 고온으로 슬라브를 가열하게 되면 융점이 낮은 Fe2SiO4가 형성됨에 따라 슬라브 워싱(washing) 현상이 발생하여 실수율이 저하된다.
최근 개발된 냉간압연 이후 탈탄소둔 후 질화처리를 통한 Al계 질화물에 의하여 2차재결정을 형성하는 슬라브 저온가열법에 의한 방향성 전기강판 제조기술은 슬라브 가열온도를 비교적 낮추어 슬라브 가열설비 운영상의 어려움과 열연단계에서의 실수율 저하와 같은 문제점들은 많이 개선하여 왔다. 하지만, 이 방식을 사용하기 위해서는 슬라브 가열 이후 소둔 공정에서 질화물계 억제제 추가 생성 공정이 반드시 필요하게 된다. 이를위해, 1차재결정 소둔 공정에서 암모니아 가스를 이용하여 질화처리를 하게 된다.
이 저온가열법 역시 석출물 제어를 위해 제조공정상에 많은 제약이 있어 제조공정상의 복잡성에 의한 문제점을 해소하지 못하고 있다. 따라서 방향성 전기강판의 자성 및 생산성을 향상시키기 위해, 석출물 분해온도가 지나치게 높지 않아 제어가 용이한 석출물을 이용한 방향성 전기강판 제조기술을 필요로 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 S, Se계 석출물을 이용하고 최종 냉간압연 압하율이 80% 이하가 되도록 2회 이상의 냉간압연을 실시하여 안정적으로 Goss {110}<001> 방위로의 2차재결정를 형성시켜 자성이 우수한 방향성 전기강판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si: 1.0 내지 5.0%, C: 0.001 내지 0.100%, Mn: 0.03 내지 0.06%, Cu: 0.001 내지 0.050%, S: 0.001 내지 0.020%, Se: 0.001 내지 0.050%, Al: 0.0005 내지 0.0100% 및 N: 0.0005% 내지 0.0100% 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 1차 냉간압연하여 1차 냉연판을 제조하는 단계; 1차 냉연판을 2차 냉간압연하여 2차 냉연판을 제조하는 단계; 2차 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계 및 1차 재결정 소둔판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
2.00 ≤ (0.06-[Mn])×[Cu]/(10×[S]×[Se]) + (0.01-[Al])/[N] + [CR2nd]/([CR1st]+20) + |1225-[SRT]|/50 ≤ 2.85
(식 1에서 [Mn], [Cu], [S], [Se], [Al] 및 [N]은 각각 슬라브 내의 Mn, Cu, S, Se, Al 및 N의 함량(중량%)을 나타내고, [CR2nd]는 2차 냉간압연의 압하율, [CR1st]는 1차 냉간압연의 압하율을 나타내고, SRT는 슬라브를 가열하는 단계에서 가열 온도(℃)를 나타낸다.)
슬라브를 가열하는 단계에서 슬라브는 Sn: 0.02 내지 0.15 중량%, Sb: 0.01 내지 0.08 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
슬라브를 가열하는 단계에서 가열 온도는 1000 내지 1250℃일 수 있다.
열연판을 제조하는 단계 이후, 900℃ 이상으로 열연판을 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
1차 냉간압연의 압하율은 40 내지 80%이고, 2차 냉간압연의 압하율은 60 내지 80%일 수 있다.
1차 냉연판을 제조하는 단계 이후, 800℃ 이상으로 중간 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계는 800℃ 내지 950℃의 온도에서 5분 이하 동안 소둔할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 석출물 분해온도가 지나치게 높지 않아 석출물 제어가 용이한 S, Se계 석출물을 결정립성장 억제제로 사용하여 우수한 자성을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 Goss 방위로의 집적도가 매우 높은 결정립을 안정적으로 성장시켜 자성이 우수하다.
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.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si: 1.0 내지 5.0%, C: 0.001 내지 0.100%, Mn: 0.03 내지 0.06%, Cu: 0.001 내지 0.050%, S: 0.001 내지 0.020%, Se: 0.001 내지 0.050%, Al: 0.0005 내지 0.0100% 및 N: 0.0005% 내지 0.0100% 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 1차 냉간압연하여 1차 냉연판을 제조하는 단계; 1차 냉연판을 2차 냉간압연하여 2차 냉연판을 제조하는 단계; 2차 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계 및 1차 재결정 소둔판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함한다.
이하에서는 슬라브의 합금 성분 한정 이유를 설명한다.
Si: 1.0 내지 5.0 중량%
실리콘(Si)은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철심손실(core loss) 즉, 철손을 낮추는 역할을 한다. Si함량이 너무 적은 경우 비저항이 감소하여 철손특성이 열화될 수 있다. 또한, 탈탄소둔시 페라이트와 오스테나이트간 상변태가 활발하게 되어 1차 재결정 집합조직이 심하게 훼손 될 수 있다. 또한, 2차 재결정 소둔시 페라이트와 오스테나트간 상변태가 발생하게 되어 2차재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 Goss 집합조직이 심하게 훼손 될 수 있다. Si가 슬라브 내에 너무 많이 첨가될 경우, 탈탄소둔시 SiO2 및 Fe2SiO4 산화층이 과하고 치밀하게 형성되어 탈탄거동을 지연시킬 수 있다. 또한, 전기강판의 기계적 특성인 취성이 증가하고 인성이 감소하여 압연과정 중 판파단 발생율이 심화될 수 있다. 이에, 판간 용접성이 열위하게 되어 용이한 작업성을 확보하기 어려울 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서 Si는 1.0 내지 5.0 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 2.0 내지 4.5 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 2.5 내지 3.5 중량% 포함할 수 있다.
C : 0.001 내지 0.100 중량%
탄소(C)는 페라이트 및 오스테나이트간 상변태를 일으켜 결정립을 미세화시키고 연신율을 향상시키는데 기여하는 원소이다. C는 취성이 강해 압연성이 좋지 않은 전기강판의 압연성 향상을 위해 필수적인 원소이다. 그러나, 최종제품에 잔존하게 될 경우 자기적 시효효과로 인해 형성되는 탄화물을 제품판 내에 석출시켜 자기적 특성을 악화시키는 원소이기 때문에 적정한 함량으로 제어되어야 한다.
전술한 Si 함량의 범위에서 슬라브 내에 C를 너무 적게 함유하게 되면, 오스테나이트간 상변태가 충분히 일어나지 않아 슬라브 및 열간압연 미세조직의 불균일화를 야기하게 된다. 이로 인해 냉간압연성까지 해치게 된다.
전술한 Si 함량의 범위에서 C를 너무 많이 함유하게 되면, 탈탄 소둔 공정에서 충분한 탈탄을 얻을 수 없다. 이로 인해 야기되는 상변태 현상으로 인해 2차 재결정 집합조직이 심하게 훼손되게 된다. 나아가 최종제품을 전력기기에 적용 시 자기시효에 의한 자기적 특성의 열화현상을 초래하게 된다.
그러므로 슬라브 내의 C의 함량은 0.001 내지 0.100 중량%로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.005 내지 0.070 중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 제조과정에서 탈탄 소둔을 거치게 되며, 탈탄 소둔 후 제조된 최종 전기강판 내의 C 함량은 0.005 중량% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로는 0.003 중량% 이하일 수 있다.
Mn : 0.030 내지 0.060 중량%
망간(Mn)은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 효과도 있으며, S, Se계 석출물을 형성하여 결정립성장 억제제로서 2차재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. Mn 함량이 너무 적은 경우 형성되는 개수와 부피가 낮은 수준이기 때문에 억제제로서의 충분한 효과를 기대할 수 없고, 함량이 너무 많은 경우 강판 표면에 Fe2SiO4 이외에 (Fe, Mn) 및 Mn 산화물이 다량 형성되어 2차 재결정 소둔 중에 형성되는 베이스코팅 형성을 방해하여 표면품질을 저하시키게 되고, 1차 재결정 소둔공정에서 페라이트와 오스테나이트간 상변태의 불균일을 유발하기 때문에 1차 재결정립의 크기가 불균일되며, 그 결과 2차재결정이 불안정해지게 된다. 그러므로 Mn의 함량은 0.030 내지 0.060 중량%로 포함할 수 있다. 0.035 내지 0.055 중량% 포함할 수 있다.
Cu : 0.001 내지 0.050 중량%
구리(Cu)는 Mn과 동일하게 S, Se계 석출물을 형성하여 결정립성장 억제제로서 2차재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. Cu 함량이 너무 적은 경우 억제제로서의 충분한 효과를 기대할 수 없고, 함량이 너무 많은 경우 석출물 분해온도가 지나치게 높아 석출물 제어가 어려워지게 된다. 그러므로 Cu의 함량은 0.001 내지 0.050 중량%로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.003 내지 0.035 중량% 포함할 수 있다.
S : 0.001 내지 0.020 중량%
황(S)는 석출물을 형성하여 결정립성장 억제제로서 2차재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. S 함량이 너무 적은 경우 결정립성장 억제 효과가 떨어지고, 함량이 너무 많은 경우 연주 및 열연 단계의 엣지크랙 발생이 증가하여 실수율이 저하될 수 있다. 그러므로 S의 함량은 0.001 내지 0.020 중량%로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.005 내지 0.015 중량% 포함할 수 있다.
Se : 0.001 내지 0.050 중량%
셀레늄(Se)는 S와 같이 석출물을 형성하여 결정립성장 억제제로서 2차재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. 본 발명에서는 과도한 S 함량에 의한 슬라브 연주 및 열연과정에서 엣지크랙 발생을 억제하기 위해 Se를 S와 함께 복합으로 첨가하였다. Se 함량이 너무 적은 경우 결정립성장 억제 효과가 떨어지고, 함량이 너무 많은 경우 연주 및 열연 단계의 엣지크랙 발생이 증가하여 실수율이 저하된다. 그러므로 Se의 함량은 0.001 내지 0.050 중량%로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.005 내지 0.015 중량% 포함할 수 있다.
Al : 0.0005 내지 0.0100 중량%
알루미늄(Al)은 강중에 질소와 결합하여 AlN 석출물을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에서는 S, Se계 석출물을 결정립성장 억제제로 사용하며, 부족한 결정립성장 억제력은 AlN 석출물을 이용해 해결할 수 있다. Al 함량이 너무 많으면 AlN 석출물의 분해온도가 지나치게 높아지고, AlN에 의한 결정립성장 억제력이 증가하여 S, Se계 석출물에 의한 2차재결정에 영향을 주게 된다. 그러므로 Al의 함량은 0.0005 내지 0.0100 중량%로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.0030 내지 0.0070 중량% 포함할 수 있다.
N : 0.0005 내지 0.0100 중량%
질소(N)은 Al과 반응하여 AlN 석출물을 형성한다. Al과 동일한 이유로 S, Se계 석출물에 의한 2차재결정에 영향을 주지 않기 위해 N의 함량은 0.0005 내지 0.0100 중량%로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.0030 내지 0.0070 중량% 포함할 수 있다.
전술한 성분 외에 필요에 따라 Goss 집합조직 형성에 유리한 합금원소를 첨가하더라도 무방하다. 예컨데 Sn: 0.02 내지 0.15 중량%, Sb: 0.01 내지 0.08 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 불가피한 불순물에 대해서는 제강 단계 및 방향성 전기강판의 제조 공정 과정에서 혼입되는 불순물이며, 이는 해당 분야에서 널리 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다. 구체적으로, Ti, Mg, Ca 같은 성분들은 강중에서 산소와 반응하여 산화물을 형성하게 되므로 강력 억제하는 것이 필요함에 따라서 각각의 성분별로 0.005 중량% 이하로 관리할 수 있다. 본 발명의 일 실시예예서 전술한 합금 성분 외에 원소의 추가를 배제하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 사상을 해치지 않는 범위 내에서 다양하게 포함될 수 있다. 추가 원소를 더 포함하는 경우 잔부인 Fe를 대체하여 포함한다.
제강단계에서 성분이 조정된 용강은 연속주조를 통하여 슬라브로 제조된다.
다시, 제조 방법에 대한 설명으로 돌아오면, 먼저 슬라브를 가열한다.
슬라브 가열은 타강종의 슬라브 가열조건과 간섭이 일어나지 않도록 슬라브 가열온도를 정하면 된다. 따라서 슬라브의 가열은 특별히 제한하지는 않는다. 본 발명의 일 실시예에서는 석출물을 사용하지 않으므로 석출물의 제어를 위해 슬라브 가열을 중시하는 기존의 침질을 하지 않는 1300℃ 고온 슬라브 가열 법이나 침질을 하는 1280℃ 이하로 내리는 저온 슬라브 가열법 중 어느 것을 사용하더라도 무방하다.
다만, 슬라브 가열온도가 높아지면 강판 제조비용이 상승되며, 슬라브의 표면부 용융으로 가열로를 보수하고 가열로 수명이 단축될 수 있어, 슬라브 가열 온도를 1000 내지 1250℃로 제한할 수 있다. 슬라브를 전술한 온도로 가열하게 되면 슬라브의 주상정조직이 조대하게 성장되는 것이 방지되어 후속 열간압연 공정에서 판의 폭 방향으로 크랙이 발생되는 것을 막을 수 있어 실수율을 향상시키게 된다. 슬라브 가열 온도와 관련하여 후술할 식 1을 만족하도록 조절할 수 있다.
다음으로, 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조한다.
열간압연은 최종 냉간압연단계에서 적정한 압연율을 적용하여 최종 제품두께로 제조할 수 있도록 열간압연에 의하여 1.5 내지 4.0mm 두께의 열연판으로 제조할 수 있다.
열연온도나 냉각 온도는 특별히 제한되지 아니하나, 자성이 우수한 일예로 열연 종료 온도를 950℃ 이하로 하고 냉각을 물에 의해 급랭하여 600℃ 이하에서 권취할 수 있다.
열간압연된 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 적정시간 동안 균열한 다음 냉각할 수 있다. 더욱 구체적으로 800 내지 900℃에서 열연판 소둔할 수 있다.
다음으로, 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조한다.
본 발명의 일 실시예에서 냉간압연은 리버스(Reverse) 압연기 혹은 텐덤(Tandem) 압연기를 이용하여 2회 이상의 냉간압연법으로 하여 최종 두께의 냉연판이 제조되도록 실시한다.
1차 냉간압연 및 2차 냉간압연의 압하율은 후술할 식 1을 만족하도록 조절할 수 있다. 구체적으로 1차 냉간압연의 압하율은 40 내지 80%이고, 2차 냉간압연의 압하율은 60 내지 80%일 수 있다. 1차 냉간압연의 압하율이 너무 높으면 2차 냉간압연의 압하율이 너무 낮아서 재결정립 크기가 지나치게 크고 불균일해지며, 냉간압연 집합조직 중 Rotated Cube {001}<110>의 재결정이 잘 일어나지 않아 Goss 2차재결정을 방해하는 문제가 발생할 수 있고, 반대로 1차 냉간압연의 압하율이 너무 낮으면 2차 냉간압연의 압하율이 너무 높아서 재결정립의 크기가 지나치게 작고, 고온소둔시 결정립성장 구동력이 너무 높아서 Goss와 유사한 집합조직을 갖는 결정립의 2차재결정이 발생하여 자성이 열위한 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 1차 냉간압연의 압하율은 50 내지 80%이고, 2차 냉간압연의 압하율은 60 내지 75%일 수 있다.
1차 냉간압연 및 2차 냉간압연 사이에 필요에 따라 중간 소둔을 실시할 수 있다. 중간 소둔을 실시하는 경우 조직을 균일하게 만들기 위해서 800℃ 이상의 온도로 가열하고 적정시간 동안 균열한 다음 냉각할 수 있다. 더욱 구체적으로 800 내지 900℃에서 중간소둔할 수 있다.
냉간압냉간 압연을 통하여 최종 두께 0.1 내지 0.5mm, 보다 구체적으로는 0.15 내지 0.35mm로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조 방법에서 하기 식 1을 만족할 수 있다.
2.00 ≤ (0.06-[Mn])×[Cu]/(10×[S]×[Se]) + (0.01-[Al])/[N] + [CR2nd]/([CR1st]+20) + |1225-[SRT]|/50 ≤ 2.85
(식 1에서 [Mn], [Cu], [S], [Se], [Al] 및 [N]은 각각 슬라브 내의 Mn, Cu, S, Se, Al 및 N의 함량(중량%)을 나타내고, [CR2nd]는 2차 냉간압연의 압하율, [CR1st]는 1차 냉간압연의 압하율을 나타내고, SRT는 슬라브를 가열하는 단계에서 가열 온도(℃)를 나타낸다.)
식 1은 2차 재결정 소둔 과정에서 S, Se계 석출물의 억제력과 결정립 성장 구동력을 적절히 제어하여 Goss 결정립의 2차재결정을 형성시키는 것을 의미하며, 식 1을 만족시키는 경우, S, Se 결정립 성장 억제제가 적절히 형성되어, Goss 집합조직을 성장시키는 데에 도움을 준다. 식 1 값이 너무 작으면, 2차 재결정 소둔시 석출물의 결정립성장 억제력이 너무 높아서 Goss 2차재결정이 잘 형성되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 식 1 값이 너무 크면, 2차 재결정 소둔시 결정립성장 구동력이 너무 높아서 Goss와 유사한 집합조직을 갖는 결정립의 2차재결정이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 식 1은 2.20 내지 2.83일 수 있다.
여기서, |A|는 A의 절대값을 의미한다.
다음으로, 냉연판을 1차 재결정 소둔한다. 이 때, 탈탄 및 1차 재결정이 일어난다. 강판의 소둔온도는 800 내지 950℃의 온도 범위 내에서 열처리할 수 있다. 강판의 소둔온도가 낮으면 탈탄하는데 시간이 많이 걸리게 되며, 소둔 온도가 너무 높으면 재결정립들이 조대하게 성장하여 결정성장 구동력이 떨어져서 안정된 2차재결정이 형성되지 않는다. 그리고 소둔시간은 본 발명의 효과를 발휘하는데 크게 문제가 되지 않지만 5분 이내에서 처리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 AlN을 결정립 성장 억제제로서 사용하지 않을 수 있으므로, 분위기 내에 암모니아 등의 질화가스를 포함하지 않을 수 있다.
1차 재결정 소둔 이후, S 및 Se 중 1종 이상을 포함하는 결정립 성장 억제제가 존재할 수 있으며, 보충적으로 미량의 AlN이 존재할 수 있다.
다음으로, 1차 재결정 소둔한 냉연판을 2차 재결정 소둔 한다. 1차 재결정된 강판은 소둔분리제를 도포한 후 2차재결정 소둔을 실시하여, {110}면이 압연면에 평행하고, <001>방향이 압연방향에 평행한 Goss {110}<001> 집합조직이 형성되도록 한다. 소둔분리제는 특별히 제한되지 않으며, MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 사용할 수 있다. 소둔 분리제에 대해서는 널리 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
2차재결정 고온소둔은 적정한 승온율로 승온하여 {110}<001> Goss 방위의 2차재결정을 일으키고 이후 불순물 제거과정인 순화소둔을 거친 다음 냉각하면 된다. 그 과정에서 소둔분위기 가스는 통상의 경우와 같이 승온과정에서는 수소와 질소의 혼합가스를 사용하여 열처리하고, 순화소둔에서는 100% 수소가스를 사용하여 장시간 유지하여 불순물을 제거한다.
상기의 방법을 이용하여 제조된 방향성 전기강판은 석출물 분해온도가 지나치게 높지 않아 석출물 제어가 용이한 S, Se계 석출물을 결정립성장 억제제로 사용하여 우수한 자성을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 전술한 방법에 의해 제조되며, 중량%로, Si: 1.0 내지 5.0%, C: 0.005% 이하, Mn: 0.03 내지 0.06%, Cu: 0.001 내지 0.050%, S: 0.001 내지 0.020%, Se: 0.001 내지 0.050%, Al: 0.0005 내지 0.0100% 및 N: 0.0100% 이하 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 방향성 전기강판의 합금 조성에 대해서는 슬라브의 합금 조성과 관련하여 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 자속밀도 특성이 특히 우수하다. 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 자속밀도(B8)이 1.88T 이상일 수 있다. 이 때, 자속밀도 B8은 800A/m의 자기장하에서 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)이다. 더욱 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 자속밀도(B10)이 1.88 내지 1.95T일 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
중량%로 Si : 3.24%, C : 0.059%, 그리고 표 1과 같이 Mn, Cu, S, Se, Al, N의 함량을 변화시키고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 강 성분을 연속주조하여 슬라브를 만들고, 이어서 하기 표 1의 온도로 가열한 다음 두께 2.3mm로 열간압연하였다. 열연판은 1000℃의 온도로 가열한 후 1000℃에서 120초간 유지하고 물에 급냉하였다. 그 다음, 열연소둔판을 산세 한 후 하기 표 2에 정리된 압하율로 1차 냉간압연하고, 냉간압연된 강판은 건조한 수소 분위기 속에서 850℃의 온도로 180초간 유지하여 중간소둔 하였다. 이어서 하기 표 2에 정리된 압하율 및 최종 0.23mm 두께로 2차 냉간압연 하고, 2차 냉간압연된 강판은 습한 수소와 질소의 혼합가스 분위기 속에서 850℃의 온도로 180초간 유지하여 탈탄 및 1차 재결정 소둔하였다. 이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포한 후 최종소둔 하였고, 최종소둔은 1200℃ 까지는 25 v% 질소 및 75 v% 수소의 혼합가스 분위기 속에서 승온속도 15℃/시간으로 하였고, 1200℃ 도달 후에는 100 v% 수소가스 분위기에서 10시간 이상 유지 후 노냉하였다. 각각의 성분에 따른 방향성 전기강판의 자기적 특성은 표 2와 같다. 자속밀도는 single sheet 측정법을 이용하여 측정하였고, 자속밀도 B8은 800A/m의 자기장 하에서 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla) 이다.
구분 Mn
[wt%]		 Cu
[wt%]		 S
[wt%]		 Se
[wt%]		 Al
[wt%]		 N
[wt%]
비교예1 0.029 0.003 0.026 0.012 0.005 0.006
비교예2 0.028 0.003 0.011 0.058 0.005 0.005
비교예3 0.043 0.003 0.012 0.012 0.005 0.005
발명예1 0.043 0.003 0.012 0.012 0.005 0.005
발명예2 0.043 0.003 0.012 0.012 0.005 0.005
비교예4 0.043 0.009 0.011 0.012 0.005 0.007
발명예3 0.043 0.009 0.011 0.012 0.005 0.007
발명예4 0.043 0.009 0.011 0.012 0.005 0.007
비교예5 0.042 0.021 0.012 0.013 0.005 0.006
발명예5 0.042 0.021 0.012 0.013 0.005 0.006
발명예6 0.042 0.021 0.012 0.013 0.005 0.006
비교예6 0.042 0.031 0.012 0.012 0.006 0.006
발명예7 0.042 0.031 0.012 0.012 0.006 0.006
발명예8 0.042 0.031 0.012 0.012 0.006 0.006
비교예7 0.053 0.003 0.012 0.014 0.005 0.006
발명예9 0.053 0.003 0.012 0.014 0.005 0.006
발명예10 0.053 0.003 0.012 0.014 0.005 0.006
비교예8 0.055 0.010 0.012 0.012 0.005 0.005
발명예11 0.055 0.010 0.012 0.012 0.005 0.005
발명예12 0.055 0.010 0.012 0.012 0.005 0.005
비교예9 0.051 0.021 0.011 0.014 0.005 0.006
발명예13 0.051 0.021 0.011 0.014 0.005 0.006
발명예14 0.051 0.021 0.011 0.014 0.005 0.006
비교예10 0.051 0.031 0.012 0.013 0.004 0.006
발명예15 0.051 0.031 0.012 0.013 0.004 0.006
발명예16 0.051 0.031 0.012 0.013 0.004 0.006
비교예11 0.064 0.003 0.012 0.015 0.005 0.006
비교예12 0.064 0.003 0.012 0.015 0.005 0.006
비교예13 0.064 0.003 0.012 0.015 0.005 0.006
비교예14 0.045 0.010 0.005 0.005 0.005 0.005
비교예15 0.045 0.010 0.005 0.005 0.005 0.005
비교예16 0.045 0.010 0.005 0.005 0.005 0.005
비교예17 0.043 0.012 0.011 0.012 0.006 0.003
비교예18 0.043 0.012 0.011 0.012 0.006 0.003
비교예19 0.043 0.012 0.011 0.012 0.006 0.003
비교예20 0.044 0.011 0.013 0.011 0.015 0.006
비교예21 0.044 0.011 0.013 0.011 0.015 0.006
비교예22 0.044 0.011 0.013 0.011 0.015 0.006
비교예23 0.043 0.009 0.011 0.012 0.005 0.007
비교예24 0.043 0.009 0.011 0.012 0.005 0.007
비교예25 0.043 0.009 0.011 0.012 0.005 0.007
비교예23 0.043 0.009 0.011 0.012 0.005 0.007
발명예17 0.043 0.009 0.011 0.012 0.005 0.007
발명예18 0.043 0.009 0.011 0.012 0.005 0.007
구분 슬라브 재가열
온도 [℃]		 1차 냉연
압하율[%]		 2차 냉연
압하율 [%]		 식 1 값 자속밀도 B8
[Tesla]
비교예1 1250 33.5 85 2.95 엣지크랙
비교예2 1250 33.5 85 3.10 엣지크랙
비교예3 1250 33.5 85 3.12 1.87
발명예1 1250 50 80 2.68 1.92
발명예2 1250 60 75 2.47 1.93
비교예4 1250 33.5 85 2.92 1.86
발명예3 1250 50 80 2.47 1.92
발명예4 1250 60 75 2.27 1.92
비교예5 1250 33.5 85 3.16 1.86
발명예5 1250 50 80 2.72 1.91
발명예6 1250 60 75 2.51 1.92
비교예6 1250 33.5 85 3.14 1.84
발명예7 1250 50 80 2.70 1.90
발명예8 1250 60 75 2.49 1.91
비교예7 1250 33.5 85 2.93 1.84
발명예9 1250 50 80 2.49 1.91
발명예10 1250 60 75 2.28 1.91
비교예8 1250 33.5 85 3.12 1.82
발명예11 1250 50 80 2.68 1.90
발명예12 1250 60 75 2.47 1.91
비교예9 1250 33.5 85 3.04 1.81
발명예13 1250 50 80 2.60 1.89
발명예14 1250 60 75 2.39 1.90
비교예10 1250 33.5 85 3.27 1.81
발명예15 1250 50 80 2.82 1.88
발명예16 1250 60 75 2.62 1.89
비교예11 1250 33.5 85 2.92 1.74
비교예12 1250 50 80 2.47 1.82
비교예13 1250 60 75 2.26 1.83
비교예14 1250 33.5 85 3.69 1.60
비교예15 1250 50 80 3.24 1.64
비교예16 1250 60 75 3.04 1.67
비교예17 1250 33.5 85 3.58 1.81
비교예18 1250 50 80 3.13 1.84
비교예19 1250 60 75 2.93 1.86
비교예20 1250 33.5 85 1.38 1.82
비교예21 1250 50 80 0.93 1.85
비교예22 1250 60 75 0.73 1.85
비교예23 1300 33.5 85 3.92 1.77
비교예24 1300 50 80 3.47 1.78
비교예25 1300 60 75 3.27 1.78
비교예23 1200 33.5 85 2.92 1.85
발명예17 1200 50 80 2.47 1.91
발명예18 1200 60 75 2.27 1.92
표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 중량%로 Mn, Cu, S, Se, Al, N의 함량을 제어하고 슬라브 가열 온도 및 2차 냉간압연의 압하율이 적절히 조절된 발명예는 자속밀도가 1.88T 이상으로 우수하다.반면, 합금 성분을 만족하지 못하거나, 식 1을 만족하지 못한 비교예는 자속밀도가 열위함을 확인할 수 있다.
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 (7)

  1. 중량%로, Si: 1.0 내지 5.0%, C: 0.001 내지 0.100%, Mn: 0.03 내지 0.06%, Cu: 0.001 내지 0.050%, S: 0.001 내지 0.020%, Se: 0.001 내지 0.050%, Al: 0.0005 내지 0.0100% 및 N: 0.0005% 내지 0.0100% 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계;
    가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 1차 냉간압연하여 1차 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 1차 냉연판을 2차 냉간압연하여 2차 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 2차 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계 및
    1차 재결정 소둔판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함하고,
    하기 식 1을 만족하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
    [식 1]
    2.00 ≤ (0.06-[Mn])×[Cu]/(10×[S]×[Se]) + (0.01-[Al])/[N] + [CR2nd]/([CR1st]+20) + |1225-[SRT]|/50 ≤ 2.85
    (식 1에서 [Mn], [Cu], [S], [Se], [Al] 및 [N]은 각각 슬라브 내의 Mn, Cu, S, Se, Al 및 N의 함량(중량%)을 나타내고, [CR2nd]는 2차 냉간압연의 압하율, [CR1st]는 1차 냉간압연의 압하율을 나타내고, SRT는 슬라브를 가열하는 단계에서 가열 온도(℃)를 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬라브를 가열하는 단계에서 상기 슬라브는 Sn: 0.02 내지 0.15 중량%, 및 Sb: 0.01 내지 0.08 중량% 중 1종 이상을 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬라브를 가열하는 단계에서 가열 온도는 1000 내지 1250℃인 방향성 전기강판의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열연판을 제조하는 단계 이후, 900℃ 이상으로 열연판을 소둔하는 단계를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 1차 냉간압연의 압하율은 40 내지 80%이고, 상기 2차 냉간압연의 압하율은 60 내지 80%인 방향성 전기강판의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 1차 냉연판을 제조하는 단계 이후, 800℃ 이상으로 중간 소둔하는 단계를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔하는 단계는 800℃ 내지 950℃의 온도에서 5분 이하 동안 소둔하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
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