KR20120008189A - Method for manufacturing grain-oriented electrical steel sheets with extremely low core-loss and high flux-density - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발전기나 변압기와 같은 전자기기의 철심재료로 사용되는 방향성 전기강판의 제조에 관한 것으로, 고탄소 함유 규소강 슬래브로부터 제조되어 인히비터의 고용 안정성이 확보되고 열연판 소둔과 동시에 수행되는 탈탄에 의하여 고스집합조직 핵생성이 증가되어 극히 우수한 자기적 특성을 갖는 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of grain-oriented electrical steel sheets used as iron core materials for electronic devices such as generators and transformers. The present invention relates to a method for manufacturing a low iron loss high magnetic flux density oriented electrical steel sheet having an extremely good magnetic property due to an increase in nucleation of goth aggregate tissue.
방향성 전기강판은 압연방향에 대해 강편의 집합조직이 {110}<001>인 고스집합조직(Goss texture)을 나타내고 있어 일방향 혹은 압연방향으로 자기적 특성이 우수한 연자성 재료이다. 이러한 고스집합조직을 발현하기 위해서는 제강단계에서의 성분제어, 열간압연에서의 슬라브 재가열 및 열간압연 공정인자 제어, 열연판소둔, 1차재결정 소둔, 2차재결정 소둔 등의 여러공정들이 매우 정밀하고 엄격하게 관리되어야 한다.A grain-oriented electrical steel sheet exhibits a Goss texture having a texture of {110} <001> with respect to the rolling direction, and is a soft magnetic material having excellent magnetic properties in one direction or in the rolling direction. To express this goth aggregate structure, various processes such as component control in steelmaking stage, slab reheating and hot rolling process factor control in hot rolling, hot plate annealing, primary recrystallization annealing, and secondary recrystallization annealing are very precise and stringent. Should be managed.
한편, 고스집합조직을 발현하는 인자중의 하나인 인히비터(Inhibitor) 즉, 1차 재결정립의 무분별한 성장을 억제하고 2차재결정 발생시 고스집합조직만이 성장할 수 있도록 하는 결정립 성장 억제제의 제어 또한 매우 중요하다. 2차재결정 소둔후 우수한 고스집합조직을 갖는 최종강판을 얻기 위해서는 2차재결정이 일어나기 직전까지 모든 1차 재결정립의 성장이 억제되어야 한다. 이를 위한 충분한 억제력을 얻기 위해서는 인히비터의 양이 충분히 많아야 하며, 그 분포 또한 균일해야 한다. 또한 고온의 2차재결정 소둔(최종소둔)동안 2차재결정이 공히 일어나도록 하기 위해서는 인히비터의 열적 안정성이 우수하여 쉽게 분해되지 않아야 한다. 2차재결정은 최종소둔시 인히비터가 적정 온도구간에서 분해되거나 억제력을 잃음으로써 발생하는 현상으로, 이경우 비교적 고스결정립과 같은 특정한 결정립들이 비교적 단시간내에 급격히 성장하게 된다.On the other hand, one of the factors expressing goth aggregates, the inhibitor (Inhibitor), that is, the control of grain growth inhibitors to suppress the indiscriminate growth of primary recrystallization and to allow only the goth aggregates to grow when secondary recrystallization occurs. It is important. After the second recrystallization annealing, to obtain a final steel sheet having good goth aggregate structure, the growth of all primary recrystallization grains should be suppressed until just before the second recrystallization occurs. In order to achieve sufficient restraining force, the amount of inhibitor must be large enough, and the distribution must be uniform. In addition, in order for secondary recrystallization to occur during the high temperature secondary recrystallization annealing (final annealing), the thermal stability of the inhibitor should be excellent and not easily decomposed. Secondary recrystallization occurs when the inhibitor decomposes or loses restraining power at the appropriate temperature range during final annealing. In this case, specific grains such as relatively goth grains grow rapidly in a relatively short time.
통상적으로 방향성 전기강판의 품질은 대표적 자기적 특성인 자속밀도와 철손으로 평가될 수 있으며, 고스집합조직의 정밀도가 높을수록 자기적 특성이 우수하다. 또한 품질이 우수한 방향성 전기강판은 제특성으로 인한 고효율의 전력기기 제조가 가능하여, 전력기기의 소형화와 더불어 고효율화를 얻을 수 있다. In general, the quality of oriented electrical steel sheet can be evaluated by the magnetic flux density and iron loss, which are typical magnetic properties. The higher the precision of the goth assembly, the better the magnetic properties. In addition, high-quality directional electrical steel sheet is capable of manufacturing high-efficiency power equipment due to its characteristics, and thus, miniaturization of power equipment and high efficiency can be obtained.
방향성 전기강판의 철손을 낮추기 위한 연구개발은 먼저 자속밀도를 높이기 위한 연구개발부터 이루어졌다. 초기의 방향성 전기강판은 M. F. Littman이 제시하였던 MnS를 결정립성장억제제로 사용하고 2회냉간압연법으로 제조되었다. 이에 의하면 2차재결정은 안정적으로 형성되었으나 자속밀도는 그다지 높지 않았고 철손도 높은 편이었다. R & D for reducing iron loss of oriented electrical steel sheet was first made for R & D to increase magnetic flux density. Initially oriented electrical steel sheets were prepared by two cold rolling using MnS suggested by M. F. Littman as grain growth inhibitor. According to this, the secondary recrystallization was stable, but the magnetic flux density was not so high and iron loss was high.
이후 다구찌(田口), 板倉에 의해 AlN, MnS 석출물을 복합 이용하고, 냉간압연율을 80%이상 1회 강냉간압연하는 기술이 제안되었다. 이는 강력한 결정립성장 억제제와 강냉간압연에 의해서 압연방향으로의 {110}<001>방위 배향도를 향상시켜 고자속밀도를 얻는 기술로서, 이력손실이 크게 개선되어 저철손 특성을 얻을 수 있을 수 있게 되었다. Since, Taguchi (田 口), 板倉 by using a combination of AlN, MnS precipitates, the cold rolling rate of more than 80% once cold-rolling technology has been proposed. It is a technique of obtaining a high magnetic flux density by improving the orientation of {110} <001> azimuth in the rolling direction by a strong grain growth inhibitor and cold rolling, and it is possible to obtain low iron loss characteristics by greatly improving hysteresis loss. .
한편, 전기강판의 규소함량을 증량함으로써 강판의 비저항을 높히고 강판에 흐르는 와전류를 억제하여 철손을 개선시키는 방법, 2차재결정후에 강판에 불필요한 불순물을 제거하는 순화소둔을 실시하여 강판의 청정성을 높이는 방법, 2차재결정립의 크기를 적정크기로 제어하여 철손을 감소시키는 방법이 연구되었다.On the other hand, by increasing the silicon content of the electrical steel sheet to increase the specific resistance of the steel sheet, to suppress the eddy current flowing through the steel sheet to improve iron loss, and to improve the cleanliness of the steel sheet by performing a pure annealing to remove unnecessary impurities in the steel sheet after secondary recrystallization In order to reduce iron loss by controlling the size of secondary recrystallized grains,
규소함량을 증량하는 방법은 비저항이 높은 규소를 첨가하여 철손 개선 효과를 얻고자 하는 것이나, 첨가량이 증가할수록 강판의 취성은 크게 증가되어 가공성이 매우 떨어지며, 탈탄소둔시 SiO2산화층이 치밀하게 형성되어 베이스코팅 형성이 어렵게 된다. The method of increasing the silicon content is to improve the iron loss by adding silicon with high resistivity, but as the addition amount is increased, the brittleness of the steel sheet is greatly increased, resulting in very poor workability, and the SiO 2 oxide layer is densely formed during decarbonization annealing. Base coating is difficult to form.
또한 불순물을 제거하는 방법은 100%수소가스를 사용하여 1200도에서 10시간 이상 순화소둔을 실시하여 불순물의 함량을 줄이도록 하는 것이나, 순화소둔은 제조원가를 크게 상승시키는 요인으로 작용한다. In addition, the method of removing impurities is to reduce the content of impurities by performing pure annealing at 1200 ° C for 10 hours or more using 100% hydrogen gas, but the pure annealing acts as a factor to greatly increase the manufacturing cost.
그리고 2차재결정립의 크기를 제어하는 방법은 결정립성장 억제제와 냉간압연 및 1차재결정 제어를 통하여 2차재결정 형성과정을 조절하여야 하는 매우 복잡한 공정으로서, 아직까지도 획기적인 제조기술은 개발되지 못한 실정이다. In addition, the method of controlling the size of secondary recrystallized grain is a very complicated process to control the formation of secondary recrystallization through grain growth inhibitor, cold rolling, and primary recrystallization control. No significant manufacturing technology has yet been developed. .
다른 한편, 2차재결정립의 자구를 미세화하는 방법을 통하여 철손을 개선하는 연구가 진행되어 상당한 기술발전이 이루어졌다. 자구를 미세화하는 방법에는 강판표면에 레이져를 조사하여 강판표면에 일시적인 응력을 부여하여 {110}<001> 방위의 자구를 미세화하는 방법과 강판표면에 일정한 변형을 부여하고 풀림 열처리를 실시함으로서 자구의 구조적인 변화를 유도하여 자구를 미세화하는 방법이 있다. 이러한 자구미세화 방법은 최종 2차재결정소둔이 끝난 후에 최종 제품에 대해서 추가적으로 자구 미세화처리를 실시하여야 하므로 제조원가를 상승시키는 부담이 따른다.On the other hand, research to improve the iron loss through the method of miniaturizing the magnetic domain of the secondary recrystallized grain has been made a considerable technological development. The method of miniaturizing magnetic domains is to irradiate the surface of the steel sheet with laser to give temporary stress to the surface of the steel sheet to refine the magnetic domain of {110} <001> orientation, and to give a constant deformation to the surface of the steel sheet and to perform annealing heat treatment. There is a method of miniaturizing magnetic domains by inducing structural changes. This method of finer micronization requires the additional finer micron treatment on the final product after the final secondary recrystallization annealing, thus increasing the manufacturing cost.
일반적으로 강판의 두께를 감소시키는 기술은 냉간압연시 변형을 일으켜 철손의 대표적 성분중의 하나인 와전류손실을 줄이는 방법이다. 그러나 이 경우 결정성장 구동력이 증가하게 되며 원래의 결정성장 억제제로서는 결정성장 구동력을 억제하지 못하여 2차재결정이 불안정해지는 문제가 있다. In general, the technique of reducing the thickness of the steel sheet is a method of reducing the eddy current loss, which is one of the representative components of iron loss by causing deformation during cold rolling. However, in this case, the crystal growth driving force is increased, and the original crystal growth inhibitor does not suppress the crystal growth driving force, and thus there is a problem that the secondary recrystallization becomes unstable.
이러한 결정성장과 결정성장 억제력의 균형을 맞추면서 두께를 감소하기 위해서는 최종 냉간압연시 적정 냉간압연율로 압연을 해야만 하는데, 이러한 적정 냉간압연율은 결정성장 억제제의 억제력에 따라 달라지게 된다. 앞서, 다구찌가 제시하였던 AlN, MnS 복합석출물을 결정성장 억제제로 이용하는 때에는 적정 냉간압연율이 약 87%이고, Littman이 제시한 MnS의 석출물을 결정성장 억제제로 이용하는 경우에는 50~70%의 냉간압연율이 적정하다. To reduce the thickness while balancing the crystal growth and crystal growth inhibitory force, rolling must be performed at the appropriate cold rolling rate during final cold rolling. The appropriate cold rolling rate depends on the inhibition of the crystal growth inhibitor. When using the AlN and MnS composite precipitates proposed by Taguchi as crystal growth inhibitors, the appropriate cold rolling ratio is about 87%, and when using the MnS precipitates proposed by Littman as the crystal growth inhibitors, 50 to 70% cold rolling is used. The rate is fair.
또 하나의 이유로는 2차 재결정이 불균일하게 형성되는 것과 다른 하나는 정자기에너지적인 측면에서 두께감소에 따른 자구폭이 넓어져서 임의의 교류자장 인가시 자구이동이 용이하지 못하기 때문이다.Another reason is that the secondary recrystallization is unevenly formed, and the other is that the magnetic domain width is increased due to the decrease in thickness in terms of static magnetic energy, and thus the magnetic domain movement is not easy when an arbitrary alternating magnetic field is applied.
한편, 강판두께 0.1~0.25mm의 박물 방향성 전기강판 제조에 있어서 열연판 두께의 제약과 최종압연율 적정화를 해결하기 위하여 열연판을 10~50%의 압하율로 예비냉연한 후 열연판소둔 및 강냉간압연을 행하는 기술이 제안되었으나 이 경우에 2회의 냉간압연과 2회의 재결정소둔으로 인하여 제조원가가 상승되는 부담이 생긴다.On the other hand, in the manufacture of thin grain oriented electrical steel sheet with a steel sheet thickness of 0.1 ~ 0.25mm in order to solve the limitation of the thickness of the hot rolled sheet and to optimize the final rolling rate, the hot rolled sheet is pre-rolled at a rolling reduction of 10 to 50%, and then hot-rolled sheet annealing and steel A technique for performing cold rolling has been proposed, but in this case, two cold rolling and two recrystallization annealing create a burden of increasing manufacturing cost.
따라서 제조원가 부담을 줄이고 1회의 강냉간압연에 의한 결정성장 억제력 약화를 보강하기 위한 목적으로 B, Ti를 첨가하는 기술이 제안되었다. Therefore, a technique of adding B and Ti has been proposed for the purpose of reducing the manufacturing cost burden and reinforcing the weakening of crystal growth inhibition by one cold rolling.
그러나 B를 첨가하는 기술의 경우 미소량 첨가를 위한 제강단계에서의 제어가 극히 곤란하며, 첨가 후에는 강중에서 조대한 BN를 형성하기 쉽다. 또한 Ti은 TIN과 TiC를 형성하는데, TIN과 TiC는 고용온도가 1300℃보다 높아 2차재결정 후에도 잔류하여 철손을 오히려 증가시키는 요인으로 작용하기도 한다.However, in the case of the technique of adding B, it is extremely difficult to control the steelmaking step for the addition of a small amount, and it is easy to form coarse BN in the steel after the addition. In addition, Ti forms TIN and TiC. TIN and TiC remain higher after the second recrystallization because the solid solution temperature is higher than 1300 ° C, which may act to increase iron loss.
결정립성장 억제력을 향상하기 위한 또 다른 제안으로서 Sn과 Sb를 복합으로 첨가하고 1200℃ 이하의 온도에서 슬라브 가열하여 열연하고 80%이상의 냉간압연과 탈탄소둔후에 암모니아가스를 사용하여 질화처리하는 것을 특징으로 하는 0.23mm 이하의 박물 방향성 전기강판 제조방법을 제안된 바 있다. 그러나 이는 박물 방향성 전기강판을 제조하기 위한 매우 엄격한 제조기준을 제안함에 따라서 실제 생산에서 1200℃ 슬라브 가열에 의한 열간압연 부담이 따르고, 탈탄과 질화소둔을 분리함에 따라서 제조원가가 상승되며 우수한 자기특성 확보하기에 어려움이 있다.Another proposal to improve grain growth inhibition is to add a combination of Sn and Sb, and hot-rolled by slab heating at a temperature of 1200 ℃ or less, characterized in that the nitriding treatment using ammonia gas after cold rolling of more than 80% and decarbonization annealing Has been proposed a method of manufacturing a thin grain oriented electrical steel sheet of 0.23mm or less. However, this suggests a very strict manufacturing standard for manufacturing thin grain oriented electrical steel sheet, which is accompanied by hot rolling burden by 1200 ℃ slab heating in actual production, and increases the manufacturing cost and separates the decarburization and annealing in order to secure excellent magnetic properties. There is a difficulty.
한편, 강판 두께 0.23mm 이하이며 저철손 고자속밀도의 방향성 전기강판을 제조하기 위한 합금성분계 조정과 다단 냉간압연 기술 이외에도 강냉간압연에 따른 커진 결정성장 구동력을 억제하기 위하여 미세한 AlN, MnS 석출물의 분포를 형성시킬수 있는 열연판 소둔방법이 제안되었다. 이 기술은 산가용성 알루미늄 함량에 따른 열연판 가열온도를 제어해야 하나, 제어 온도의 범위가 매우 협소하여 용이하게 제조하기 어려움이 따른다. On the other hand, fine AlN and MnS precipitates are distributed to suppress the increased crystal growth driving force due to cold rolling in addition to the alloy composition adjustment and multi-stage cold rolling technology for producing oriented electrical steel sheets having a steel sheet thickness of 0.23 mm or less and low iron loss and high magnetic flux density. Hot-rolled sheet annealing method that can form a has been proposed. This technique requires controlling the hot plate heating temperature according to the acid-soluble aluminum content, but the range of the control temperature is very narrow, making it difficult to manufacture easily.
이외에도 0.23mm 이하의 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 대한 특허로서 소둔분리제인 MgO를 정전도포하는 방법과 3회 냉간압연과 3회 진공소둔 기술, 및 압연두께에 따른 워크롤(Work roll) 직경 변경에 의한 극박재 제조방법에 대해 제안된 바 있다. 그러나 이러한 기술들은 현재 상용화되어 있는 제조기술에 대비하여 추가 설비투자와 조업노하우를 새로이 축적해야만 하는 매우 어려운 기술로서 품질대비 경제성이 떨어지는 단점이 있다.In addition, as a patent for a method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet of 0.23mm or less, electrostatic coating of MgO, annealing separator, three cold rolling and three vacuum annealing techniques, and work roll diameter change according to rolling thickness It has been proposed for the ultra-thin material manufacturing method by. However, these technologies are very difficult technologies that must newly accumulate additional facility investment and operation know-how in preparation for commercially available manufacturing technology, which has a disadvantage in that it is inferior in economic efficiency to quality.
한편, 방향성 전기강판 제조에 있어서 슬라브 가열온도는 주로 결정립성장 억제제로 이용되는 AlN, MnS 석출물의 고용온도와 매우 밀접한 관계가 있다. On the other hand, slab heating temperature in the manufacture of grain-oriented electrical steel sheet is closely related to the solid solution temperature of AlN, MnS precipitates mainly used as grain growth inhibitors.
예를 들어, 고온슬라브 가열법은 슬라브를 1300℃ 이상의 온도로 가열하여 AlN과 MnS 석출물들이 완전히 고용되도록 하는 기술로서, 이는 완전 고용된 AlN과 MnS 석출물들이 열간압연과 이후의 열연판 소둔과정에서 미세하게 석출되도록 함으로서 강력한 결정성장 억제효과를 발휘하도록 설계된 것이다.For example, hot slab heating is a technique in which a slab is heated to a temperature above 1300 ° C. so that AlN and MnS precipitates are completely dissolved, which means that the fully-solubilized AlN and MnS precipitates are subjected to hot rolling and subsequent hot-rolled sheet annealing. It is designed to exert a strong crystal growth inhibitory effect by allowing it to be precipitated.
이는 순수하게 3중량%의 규소를 함유한 강판이 페라이트상인 것으로 가정한 것으로, 이때의 AlN 고용도는 IWAYAMA가 제안한 다음의 식으로 나타낼 수 있다. This assumes that the steel sheet containing purely 3% by weight of silicon is in the ferrite phase, and the AlN solid solution can be expressed by the following equation proposed by IWAYAMA.
이에 의하면 산가용성 알루미늄이 0.028중량%, N이 0.0050중량%임을 가정하였을 경우, IWAYAMA 고용도 식에 의한 이론상의 고용온도는 1258℃이며, 이러한 전기강판의 슬라브를 가열하기 위해서는 약 1300℃로 가열해야만 한다. According to this, assuming that the acid-soluble aluminum is 0.028% by weight and N is 0.0050% by weight, the theoretical solidus temperature is 1258 ° C according to the IWAYAMA solid solubility formula, and it must be heated to about 1300 ° C to heat the slab of the electrical steel sheet. do.
그러나 슬라브를 1280℃ 이상의 온도로 가열하게 되면 강판에 저융점의 규소와 기지금속인 철의 화합물인 철감람석(Fe2SiO4; fayalite)이 생성되면서 강판의 표면이 녹아내려 열간압연을 수행하기 매우 어려워지며, 녹아내린 쇳물로 인해 가열로를 보수하여야 하는 문제가 발생한다.However, when the slab is heated to a temperature above 1280 ℃, iron olivine (Fe 2 SiO 4 ; fayalite), a compound of low melting point silicon and ferrous metal, is formed on the steel sheet, and the surface of the steel sheet melts to perform hot rolling. It becomes difficult, and the molten water causes the problem of repairing the furnace.
이러한 문제를 해결하기 위하여 1250℃ 이하의 낮은 온도로 슬라브를 가열하는 기술에 대한 연구개발이 진행되었다. 예를 들어 슬라브를 1270℃ 이하의 온도로 가열하여 결정립성장 억제제인 AlN를 완전고용시키지 않은 상태로 열간압연하고, 이후 열연판 소둔에서 완전 석출시키고 냉간압연 이후 공정에서 질화처리를 하여 결정립성장 억제력을 확보하는 기술이 제안되어 있다. In order to solve this problem, research and development on the technology of heating the slab to a low temperature below 1250 ℃ was in progress. For example, the slab is heated to a temperature of 1270 ° C. or lower to hot roll the grain growth inhibitor AlN without fully employing it, then completely precipitated in the hot rolled sheet annealing and nitriding in the process after cold rolling to increase the grain growth suppression ability. A technique to secure is proposed.
이와 같은 저온슬라브 가열법은 슬라브 및 열연단계에서 존재하는 석출물들을 억제제로 이용하지 않고, 후공정에서 질화처리에 의해서 강중에 들어간 질소이온이 산가용성 알루미늄과 반응하여 새로이 석출된 AlN만을 결정성장 억제제로 이용하기 때문에 결정성장 구동력에 비하여 억제력이 떨어지는 단점이 있다.The low-temperature slab heating method does not use the precipitates present in the slab and hot rolling stages as inhibitors, and only the newly precipitated AlN as a crystal growth inhibitor due to the reaction of nitrogen ions in the steel by nitriding in a later process with acid-soluble aluminum. Because of the use, there is a disadvantage in that the suppression force is lower than the crystal growth driving force.
이제까지 논의되었던 종래의 기술을 정리하면, 고자속밀도 특성 확보를 위한 결정성장 억제제의 개발 및 저철손 확보를 위한 규소상향 및 강판의 청정성을 높이기 위한 불순물 제거 순화소둔 및 최종제품에 대한 자구미세화 처리와 최종적으로 강판두께 감소, 결정성장 억제제의 보강을 위한 B, Ti, Sn, Sb첨가, 슬라브 가열온도 및 열연판소둔 제어 기술이 제시되었으나, 실제 제시된 조건들이 엄격한 생산조건으로서 생산공정의 부담으로 작용하고 제조원가 상승의 요인이 되고 있으며, 저온슬라브 가열법의 경우 결정성장 억제력이 낮아 자성향상에 한계가 따른다.In summary, the conventional techniques discussed so far include the development of crystal growth inhibitors to secure high magnetic flux density characteristics, the silicon up-flow to secure low iron loss and the removal of impurities to increase the cleanliness of steel sheets, and the fine-graining treatment of final products. Finally, B, Ti, Sn, Sb addition, slab heating temperature and hot-rolled sheet annealing control techniques for reducing the thickness of steel sheet and reinforcing the crystal growth inhibitor were proposed. Low cost slab heating method is a factor of the increase of manufacturing cost, and the low magnetic growth inhibition capacity is limited.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하고자 안출된 것으로, 그 목적은 고탄소 함유 규소강 슬라브를 이용하여 방향성 전기강판의 고스집합조직을 향상하고 박물 압연성과 인히비터의 열적 안정성을 향상시킴으로서 극히 우수한 자기적 특성을 갖는 저철손과 고자속밀도 방향성 전기강판 및 이의 제조방법을 제공하고자 함에 있다.The present invention has been made to solve all the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to improve the goose structure of the grain-oriented electrical steel sheet using high carbon-containing silicon steel slab and to improve the thermal rolling stability and thermal stability of the inhibitor The purpose of the present invention is to provide a low iron loss and high magnetic flux density oriented electrical steel sheet having extremely excellent magnetic properties and a method of manufacturing the same.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판 제조방법은 중량%로, C: 0.10~0.30%, Si: 2.0~4.5%, Al: 0.005~0.040%, Mn: 0.20%이하, N: 0.010%이하, S: 0.010%이하, P: 0.005~0.05%, Sn: 0.08~0.10%를 함유하고 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 이루어지는 고탄소 함유 규소강 슬라브를 가열하고 열간압연한 후, 열연판 소둔에 이어 냉간압연을 실시하고, 이어서 탈탄 및 질화소둔을 실시한 후, 2차 재결정 소둔을 실시하되, 상기 열연판 소둔은 탈탄이 이루어지도록 수행되는 것을 특징으로 한다. Low iron loss high magnetic flux density oriented electrical steel sheet manufacturing method of the present invention for solving the above problems by weight, C: 0.10 ~ 0.30%, Si: 2.0 ~ 4.5%, Al: 0.005 ~ 0.040%, Mn: 0.20% or less , N: 0.010% or less, S: 0.010% or less, P: 0.005 ~ 0.05%, Sn: 0.08 ~ 0.10%, high carbon containing silicon steel slab consisting of remainder Fe and other unavoidable impurities After rolling, hot rolling is performed followed by cold rolling, followed by decarburization and nitride annealing, and then secondary recrystallization annealing, wherein the hot rolled sheet annealing is performed to perform decarburization.
상기 규소강 슬라브는 Sb: 0.01~0.03%를 추가로 함유하는 것이 바람직하다. It is preferable that the said silicon steel slab contains Sb: 0.01-0.03% further.
상기 규소강 슬라브는 Sn과 Sb가 하기의 식1을 만족하도록 함유되는 것이 바람직하다.The silicon steel slab is preferably contained so that Sn and Sb satisfy the following formula (1).
0.08 ≤ Sn(wt.%) + 0.3×Sb(wt.%) ≤ 0.11 ----------------------- (식1)0.08 ≤ Sn (wt.%) + 0.3 x Sb (wt.%) ≤ 0.11 ----------------------- (Equation 1)
본 발명의 방향성 전기강판 제조방법은 2차 재결정된 강판에서 결정방위의 절대값의 면적가중 평균으로 β각도가 2.5°미만이 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다. 여기서, β각도는 2차 재결정 집합조직의 압연 직각방향을 축으로 [100]방향과 압연 방향간의 벗어남 각도이다.The method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet of the present invention is characterized in that the β-angle is controlled to be less than 2.5 ° as the area weighted average of the absolute value of the crystal orientation in the secondary recrystallized steel sheet. Here, β angle is the deviation angle between the [100] direction and the rolling direction with respect to the rolling right angle direction of the secondary recrystallized texture.
본 발명에 따르면 고탄소 함유 규소강 슬래브를 이용하여 인히비터의 열적 안정성을 강화함으로서 강력한 결정성장 억제력을 갖도록 함과 동시에 열연판 소둔시 탈탄을 수행하여 극히 배향도가 높은 {110}<001>방위의 2차재결정핵을 제공함으로서, 자기특성이 극히 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.According to the present invention, by using a high carbon-containing silicon steel slab to enhance the thermal stability of the inhibitor to have a strong crystal growth inhibition and at the same time to perform decarburization during hot-rolled sheet annealing {110} <001> orientation of extremely high orientation By providing the secondary recrystallization nucleus, it is possible to produce a grain-oriented electrical steel sheet having extremely excellent magnetic properties.
또한, Sn의 적정량 첨가에 의하여 {110}고스집합조직의 분율을 증가시키고, {111} 및 {411}등 고스집합조직이 쉽게 성장할 수 있도록 도와주는 집합조직을 감소시켜 최종 2차재결정 후의 {110}<001>방위로의 집적도가 매우 높고 결정립크기가 상당히 미세한 고스집합조직으로 구성된 초저철손 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.In addition, by adding an appropriate amount of Sn increases the fraction of the {110} goth aggregates, and reduces the aggregates that help the goth aggregates such as {111} and {411} to grow easily {110 after the final secondary recrystallization } <001> An ultra-low iron loss high magnetic flux density oriented electrical steel sheet composed of a goth aggregate structure having a very high degree of integration and a very fine grain size can be manufactured.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명자들은 방향성 전기강판 제조에 있어 규소강 페라이트상에서의 결정립성장 억제제인 AlN 혹은 MnS 석출물들이 안정적으로 고용 및 석출되도록 하는 기술에 대한 여러 연구와 실험을 거듭하였으며, 그 결과로서 3% 규소강은 순수한 페라이트 영역이지만 탄소를 첨가하는 양이 증가될수록 소정의 온도영역에서 오스테나이트상의 분율이 증가되고, 이에 따라 오스테나이트상에서의 AlN 고용도가 페라이트상에서의 고용도에 비해 최소 2배 이상으로 향상될 수 있음을 알게 되었다.The present inventors have conducted a number of studies and experiments on the technology to ensure that the AlN or MnS precipitates, which are grain growth inhibitors on the silicon steel ferrite, in the production of grain-oriented electrical steel sheet, so as to stably solidify and precipitate, 3% silicon steel is pure As the amount of carbon added in the ferrite region increases, the fraction of the austenite phase in the predetermined temperature range increases, so that the AlN solid solubility in the austenite phase can be improved by at least twice as high as that in the ferrite phase. Got to know.
이에 본 발명자들은 이와 같은 탄소의 오스테나이트 형성원소로서의 역할과 AlN이 오스테나이트상에서 고용속도와 고용양이 높은 점에 착안하여 연구한 결과, 슬라브에 탄소를 통상적인 함량보다 높은 범위, 즉 최소 0.10중량%에서 최대 0.30중량%까지 첨가하였을 경우 슬라브 가열온도 영역에서의 슬라브내 오스테나이트상의 분율이 60%이상 존재하게 되어 (Al,Si,Mn)N 또는 AlN과 같은 질화물이 슬라브 가열중에 충분하게 고용되는 것, 그리고 열연판 소둔시에 탈탄이 이루어지도록 하고 이후의 냉각과정을 제어하는 것에 의해 고스집합조직의 핵생성 장소를 증대시킴으로서 극히 우수한 자기특성을 갖는 방향성 전기강판을 제조할 수 있음을 최초로 발견하였다.The present inventors have studied the role of carbon as an austenite forming element and the fact that AlN has a high solubility rate and solid solution in austenite, and thus, the slab has a higher carbon content than usual, that is, at least 0.10 weight. When added up to 0.30% by weight, the fraction of austenite phase in the slab in the slab heating temperature range is 60% or more, and nitrides such as (Al, Si, Mn) N or AlN are sufficiently dissolved during slab heating. It was found for the first time that oriented electrical steel sheets with extremely good magnetic properties could be produced by increasing the nucleation site of the goth assembly by allowing decarburization to take place during the annealing of the hot rolled sheet and controlling the subsequent cooling process. .
오스테나이트상에서의 AlN 고용도 식은 다음과 같이 Darken(Fe-0.1C-0.4Mn-0.01S)과 Leslie(Al-killed강)에 의해 구할 수 있다. The AlN solubility equation in austenite can be obtained from Darken (Fe-0.1C-0.4Mn-0.01S) and Leslie (Al-killed steel) as follows.
이에 의하면 산가용성 알루미늄이 0.028중량%, N이 0.0050중량%인 경우 슬라브 고용온도는 각각 1112℃(Darken), 1002℃(Leslie)로서, 페라이트상에서의 고용온도 1258℃보다 매우 낮다.According to this, when the acid-soluble aluminum is 0.028% by weight and N is 0.0050% by weight, the slab solid solution temperature is 1112 ° C (Darken) and 1002 ° C (Leslie), respectively, which is much lower than the solid solution temperature of 1258 ° C on ferrite.
이와 같이 슬라브내 오스테나이트상이 많을수록 AlN의 고용온도는 낮아지므로, 슬라브에 다량의 탄소를 첨가하여 오스테나이트 분율을 높이게 되면 AlN의 고용을 극대화하여 충분한 결정립성장 억제력을 확보할 수 있게 된다. Thus, the more austenite phase in the slab, the lower the AlN solution temperature is. Therefore, when a large amount of carbon is added to the slab to increase the austenite fraction, the solid solution of AlN can be maximized to secure sufficient grain growth inhibition.
결국, 슬라브 가열과 열연판 소둔을 통하여 오스테나이트상의 형성을 촉진시킴으로서 냉연이후의 강판내부에 미세한 AlN 석출물 분포를 얻을수 있게 되고, 자속밀도가 높고 철손을 낮추는데 유리한 2차재결정립을 얻을 수 있는 것이다. As a result, by promoting the formation of the austenite phase through slab heating and hot-rolled sheet annealing, it is possible to obtain a fine AlN precipitate distribution in the steel sheet after cold rolling, and to obtain a secondary recrystallized grain having a high magnetic flux density and an advantageous low iron loss.
또한 열연판내 0.10중량%이상 0.30중량%이하의 탄소로 인해 열연판소둔중 오스테나이트의 양이 증가하는데, 이로인해 이전 공정인 열간압연에 의해 발생된 불균질하고 압연방향으로 길게 연신된 열간압연조직의 충분한 재결정이 가능하므로 불균질한 열간압연 미세조직은 전량 소멸되고, 전방향으로 미세한 결정립들로 구성되어 미세한 기지조직에 석출물이 균질하게 분산 석출되며, 냉간압연성 또한 개선되어 1회 강냉간압연에 의하여 판두께 0.20mm 이하까지 압연하는 것도 가능하게 된다.In addition, the amount of austenite during hot-rolled sheet annealing increases due to carbon in the hot-rolled sheet of 0.10% by weight to 0.30% by weight, which results in a heterogeneous, long-rolled hot-rolled structure generated by the previous process of hot rolling. Because of sufficient recrystallization, the heterogeneous hot-rolled microstructure is completely extinguished and composed of fine grains in all directions, so that the precipitate is uniformly dispersed and precipitated in the fine matrix, and the cold rolling is also improved, so that it is cold rolled once. It also becomes possible to roll to plate | board thickness 0.20 mm or less by this.
또한 열연판 소둔과 동시에 습윤 분위기에서의 탈탄이 이루어져 과잉탄소가 제거되는 것과 더불어 표층부에 존재하는 고스집합조직이 심부로 성장하게 되어 고스집합조직의 분율이 대폭 증가하게 되며, 열연소둔판을 급냉함으로서 미세하고 균질한 오스테나이트로 구성된 기지조직과 오스테나이트 결정립 내 또는 입계에 존재하는 미세분산된 석출물들을 상온까지 보존할 수 있게 된다. In addition, the hot rolled sheet is annealed in a wet atmosphere at the same time as excess carbon is removed, and the goose aggregates present in the surface layer grow deeply, and the fraction of the goose aggregates is greatly increased. It is possible to preserve the matrix structure composed of fine and homogeneous austenite and the finely dispersed precipitates present in the austenite grains or at the grain boundaries to room temperature.
한편, 오스테나이트상은 급냉과정에서 강도가 매우 높은 경질의 베이나이트 혹은 마르텐사이트상 또는 두상의 혼합변태가 일어나게 되는데, 1회 강냉간압연시 기지조직인 페라이트보다 월등히 강도가 높은 베이나이트 혹은 마르텐사이트 주위에 변형응력이 크게 증가하여 강판내부에 전단변형대가 증가하게 되고 더불어 탈탄소둔을 수반한 열연판 소둔에 의해 잔류되어 있던 탄소가 냉간압연시 전위의 고착을 보다 활성화시켜 전단변형대가 증가되므로 고스집합조직의 핵생성 증가를 유도하는 효과를 나타낸다.On the other hand, the austenite phase undergoes a mixed transformation of hard bainite or martensite phase or two phases with high strength during the quenching process. As the strain stress increases greatly, the shear deformation band increases in the steel sheet, and the carbon remaining by hot-rolled sheet annealing with decarbonization annealing activates dislocation fastening during cold rolling, thereby increasing shear deformation band. It shows the effect of inducing an increase in nucleation.
전단변형대의 내부는 2차재결정의 핵인 {110}<001>방위의 결정립들이 쉽게 재결정하므로 1차재결정 집합조직에서 {110}<001>방위의 집합조직이 증가되며, 이에 따라 2차재결정된 {110}<001> 고스집합조직의 집적도를 증가시켜 고자속밀도를 확보가능하게 하고, 2차재결정립 크기를 감소하여 극저철손의 자기특성을 확보할 수 있게 된다.The inside of the shear deformation zone is easily recrystallized by the grains of the {110} <001> orientation, which is the nucleus of the secondary recrystallization, so that the {110} <001> orientation texture increases in the primary recrystallization aggregate structure, and thus the secondary recrystallized { 110} <001> It is possible to secure the high magnetic flux density by increasing the density of goth aggregates, and to secure the magnetic properties of ultra low iron loss by reducing the size of secondary recrystallized grains.
이러한 본 발명의 방향성 전기강판은 고스집합조직의 핵생성 장소 증대로 최종 강판의 β각도는 2.5°이하로 되어 극히 우수한 자기적 특성을 얻게 된다. 여기서, β각도는 2차 재결정 집합조직의 압연 직각방향을 축으로 [100]방향과 압연 방향간의 벗어남 각도이다. In the grain-oriented electrical steel sheet of the present invention, the beta angle of the final steel sheet is 2.5 ° or less due to an increase in the nucleation site of the goth assembly structure, thereby obtaining extremely excellent magnetic properties. Here, β angle is the deviation angle between the [100] direction and the rolling direction with respect to the rolling right angle direction of the secondary recrystallized texture.
이하, 본 발명의 성분 한정이유에 대하여 설명한다.Hereinafter, the reason for component limitation of this invention is demonstrated.
Si은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철손(core loss)을 낮추는 역할을 한다. Si함량이 2.0%미만인 경우 비저항이 감소하여 철손특성이 열화되고 고온소둔시 상변태구간이 존재하여 2차재결정이 불안정해지며, 4.5%를 초과하여 함유되면 전기강판의 취성이 증가되어 압연중 판파단이 심해지고, 2차재결정 형성이 불안정해진다. 그러므로 Si은 2.0~4.5중량%로 한정한다.Si is a basic composition of electrical steel sheet to increase the specific resistance of the material serves to lower the core loss (core loss). If the Si content is less than 2.0%, the resistivity decreases, the iron loss characteristics deteriorate, and there is a phase transformation section at high temperature annealing, so the secondary recrystallization becomes unstable. This becomes severe and the secondary recrystallization becomes unstable. Therefore, Si is limited to 2.0 to 4.5% by weight.
Al은 열간압연과 열연판소둔시에 미세하게 석출된 AlN이외에도 냉간압연이후의 소둔공정에서 암모니아가스에 의해서 도입된 질소이온이 강중에 고용상태로 존재하는 Al, Si, Mn과 결합하여 (Al,Si,Mn)N 형태의 질화물을 형성함으로써 강력한 결정성장억제제의 역할을 수행하게 되며, 그 함량이 0.005% 미만인 경우에는 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없고, 0.040%를 초과하는 경우에는 조대한 AlN을 형성함으로서 결정성장억제력이 떨어지게 된다. 그러므로 Al의 함량은 0.005~0.040중량%로 한정한다.Al combines with Al, Si, and Mn in solid solution in the steel in which nitrogen ions introduced by ammonia gas in the annealing process after cold rolling, in addition to AlN precipitated finely during hot rolling and hot-rolled sheet annealing (Al, By forming nitride of Si, Mn) N type, it plays a role of strong crystal growth inhibitor. If the content is less than 0.005%, sufficient effect as an inhibitor cannot be expected, and if it exceeds 0.040%, coarse AlN As a result, the crystal growth inhibitory power is lowered. Therefore, the content of Al is limited to 0.005 ~ 0.040% by weight.
Mn은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 효과도 있으며, Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로써 1차재결정립의 성장을 억제하여 2차재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. 그러나, 0.20%를 초과하여 첨가되면 강판 표면에 Fe2SiO4이외에 Mn Oxide가 형성되면서 고온소둔중에 형성되는 베이스코팅 형성을 방해하여 표면품질을 떨어뜨리게 된다. 그러므로 Mn은 0.20중량% 이하로 한다.Mn also has the effect of reducing the iron loss by increasing the specific resistance similar to Si, and the growth of primary recrystallized grains by forming a precipitate of (Al, Si, Mn) N by reacting with nitrogen introduced by nitriding treatment with Si It is an important element for suppressing and causing secondary recrystallization. However, when added in excess of 0.20% on the surface of the steel sheet in addition to Fe 2 SiO 4 as formed with a Mn Oxide is tteurige off the surface quality by interfering with the base coat is formed which is formed during high-temperature annealing. Therefore, Mn is made into 0.20 weight% or less.
N은 Al과 반응하여 AlN을 형성하는 중요한 원소로서 제강단계에서 0.010중량%이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 0.01중량%를 초과하여 첨가되면 열연이후의 공정에서 질소확산에 의한 Blister라는 표면결함을 초래하게 된다. AlN을 형성하기 위해 추가로 필요한 N은 냉간압연 이후의 소둔공정에서 암모니아 가스를 이용하여 강중에 질화처리를 실시하여 보강하도록 한다. N is an important element that reacts with Al to form AlN and is preferably added at 0.010% by weight or less in the steelmaking step. When added in excess of 0.01% by weight, the surface defect called Blister by nitrogen diffusion in the process after hot rolling is caused. In order to form AlN, N additionally needs to be strengthened by nitriding in steel using ammonia gas in the annealing process after cold rolling.
C는 본 발명의 핵심원소로서 0.10중량%이상 0.30중량%이하의 탄소를 첨가하여 열연판소둔 열처리를 통해 강판내 오스테나이트 분율을 60%이상 함유하도록 할 수 있고, 고분율의 오스테나이트 변태로 인해 전공정인 열간압연에 의해 형성된 불균질하고 길게 연신된 압연조직의 상변태 및 재결정을 활발하게 유도하므로써, 열연소둔판의 조직을 균질하고 미세하게 제어할 수 있다. 한편, 열연판 소둔과 동시에 탈탄소둔을 실시함으로서 강판 표층부의 고스집합조직이 심부로 성장하게 되며, 1차재결정 소둔판의 고스결정립의 분율을 증가시켜 최종소둔판의 고스집적도를 증가시키고 결정립크기를 감소시켜 고자속밀도 및 극저철손을 얻을 수 있게 된다. C is a core element of the present invention by adding carbon of 0.10% by weight or more and 0.30% by weight or less to make the austenitic fraction in the steel sheet 60% or more through hot-rolled annealing, due to the high fraction of austenite transformation By actively inducing phase transformation and recrystallization of the heterogeneous and elongated rolled structure formed by hot rolling, which is a preliminary process, the structure of the hot-rolled annealing plate can be homogeneously and finely controlled. On the other hand, by conducting decarbonization annealing at the same time as the hot rolled sheet annealing, the goth aggregate structure of the surface layer of the steel sheet grows deeply, and the goose grain size of the primary recrystallized annealing plate is increased to increase the goose density of the final annealing plate and the grain size. It can be reduced to obtain high magnetic flux density and ultra low iron loss.
또한 소정의 냉각속도 제어를 통해 오스테나이트상을 강도가 높은 베이나이트상 또는 마르텐사이트 상으로 변태시킬 수 있으며, 급냉에 의해 변태된 베이나이트 혹은 마르텐사이트는 열연판 소둔공정에서 오스테나이트상의 핵생성 장소를 제공하여 열연판소둔 열처리시 조직의 균질화를 촉진하므로써 미세하고 균질한 미세조직을 확보할 수 있으며, 그에 따라서 AlN 석출물을 미세하게 만들수 있으며, 열연판 소둔이 끝나고 급냉하였을 때 베이나이트나 혹은 마르텐사이트 형성을 촉진하여 냉간압연시 변형응력 집중에 따른 {110}<001>방향으로 배향도가 매우 높은 고스 집합조직을 형성할 수 있게 된다. 한편 열연판소둔열처리후 강판내 존재하는 잔류탄소에 의해 냉간압연중 전위의 고착을 활성화시켜 전단변형대를 증가시켜 고스핵의 생성장소를 증가시켜 1차재결정소둔판의 고스결정립의 분율을 증가시키게 된다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.10중량%이상의 탄소를 슬라브 내에 함유하여야 한다. 하지만, 탈탄소둔 공정에서 탈탄을 충분히 실시하지 않으면 최종제품을 전력기기에 적용시 자기시효에 의한 자기적 특성의 열화현상을 초래하게 되며, 슬라브에 탄소를 0.30%를 초과하여 함유하게 되면 열연판 소둔시 충분한 탈탄을 위해 소모되는 시간이 증가하게 되고, 소둔시간의 증가와 더불어 표면에 두터운 산화층이 형성될 뿐만 아니라 이로 인해 탈탄 지연현상이 발생하게 되어 충분한 탈탄을 시행할 수 없게 된다. 따라서 C의 함량은 0.10~0.30중량%로 한정하는 것이 바람직하다.In addition, the austenite phase can be transformed into a high-strength bainite phase or martensite phase through a predetermined cooling rate control. The bainite or martensite phase transformed by quenching is the austenite phase nucleation site in the hot-rolled sheet annealing process. Providing to provide a uniform and homogeneous microstructure by promoting the homogenization of the tissue during the heat treatment of the hot-rolled sheet annealing, accordingly it can make the AlN precipitate fine, and after the hot-rolled sheet annealing is quenched bainite or martensite By promoting the formation, it is possible to form a goth texture having a very high degree of orientation in the {110} <001> direction due to the concentration of strain stress during cold rolling. On the other hand, after hot-rolled annealing heat treatment, residual carbon in the steel sheet activates potential fixation during cold rolling, increases shear deformation zone, increases the generation of goth nucleus, and increases the fraction of goth grains of primary recrystallized annealing plate. do. To achieve this effect, at least 0.10% by weight of carbon must be contained in the slab. However, insufficient decarburization in the decarbonization annealing process results in deterioration of magnetic properties due to magnetic aging when the final product is applied to power equipment, and annealing of the hot rolled sheet when the slab contains more than 0.30% of carbon. When the time consumed for sufficient decarburization increases, the annealing time increases, and a thick oxide layer is formed on the surface, and as a result, a decarburization delay occurs, thereby preventing sufficient decarburization. Therefore, the content of C is preferably limited to 0.10 to 0.30% by weight.
S는 0.01%를 초과하여 함유되면 MnS의 석출물들이 슬라브내에서 형성되어 결정립성장을 억제하게 되며, 주조시 슬라브 중심부에 편석하여 이후 공정에서의 미세조직을 제어하기가 어렵다. 또한 본 발명에서는 MnS를 주된 결정립성장 억제제로서 사용하는 것이 아니기 때문에 S가 불가피하게 첨가되는 함량 이상으로 첨가되어 석출되는 것은 바람직하지 않다.When S is contained in excess of 0.01%, precipitates of MnS are formed in the slab to suppress grain growth, and segregation at the center of the slab during casting makes it difficult to control the microstructure in subsequent processes. In addition, in the present invention, since MnS is not used as the main grain growth inhibitor, it is not preferable to add and precipitate more than the amount in which S is inevitably added.
Sn은 결정립계 편석원소로서 결정입계의 이동을 방해하는 원소이기 때문에 결정성장을 보조적으로 억제하는 억제제로서 주억제제인 질화물과 황화물의 결정립 성장 억제력을 보다 향상시킨다. 특히 Sn은 1차재결정 집합조직에 있어서 {110}<001>방위의 고스 결정립 분율을 증가시킴으로써 2차재결정 집합조직으로 성장하는 고스방위의 핵이 많아지게 한다. 따라서 적정량의 Sn을 첨가하면 2차재결정 미세조직의 크기가 종래 방향성 전기강판에서 얻을 수 있는 크기보다 감소되고 이로 인해 최종제품에서 결정립 크기가 작아져 와전류손이 감소되므로 보다 우수한 자기적 특성을 갖는 방향성 전기강판을 제조할 수 있다. Sn is a grain boundary segregation element that inhibits the movement of grain boundaries. Therefore, Sn is an inhibitor that assists in inhibiting grain growth and improves the grain growth inhibition of nitrides and sulfides as main inhibitors. In particular, Sn increases the fraction of goth grains in the {110} <001> azimuth in the primary recrystallized texture, thereby increasing the number of goth-bearing nuclei that grow into the secondary recrystallized texture. Therefore, the addition of an appropriate amount of Sn reduces the size of the secondary recrystallized microstructure than that obtained in the conventional oriented electrical steel sheet, resulting in a smaller grain size in the final product, thereby reducing the eddy current loss, resulting in a more directional orientation with better magnetic properties. Electrical steel sheet can be manufactured.
이와 같이, Sn은 결정립계에 편석을 통해서 결정립 성장을 억제하는데 중요한 역할을 하는 것으로, 보다 구체적으로 Sn은 미세화된 1차재결정 미세조직의 결정립 성장 구동력을 억제하는 억제효과를 향상시키며 Si 함량의 증가로 결정립 성장 억제 효과를 갖는 입자가 수적으로 감소하여 결정립 성장 억제력이 약화되는 것을 방지하는 역할도 수행한다. 뿐만 아니라 Sn은 2차재결정 집합조직 형성을 위한 고온소둔 과정중 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 등의 결정립 성장 억제효과를 야기하는 입자를 조대화하여 결정립 성장 억제력을 감소시킨다. As such, Sn plays an important role in suppressing grain growth through segregation at grain boundaries. More specifically, Sn improves the inhibitory effect of inhibiting the grain growth driving force of the refined primary recrystallized microstructure and increases the Si content. It also plays a role of preventing the particle having the grain growth inhibitory effect from being reduced in number to weaken the grain growth inhibitory force. In addition, Sn coarsens particles causing grain growth inhibitory effects such as (Al, Si, Mn) N and AlN during the high temperature annealing process to form secondary recrystallized texture, thereby reducing the grain growth inhibitory ability.
결과적으로 낮은 Si 함량으로 이루어진 슬라브를 이용하는 경우는 물론 높은 Si함량으로 이루어진 슬라브를 이용하는 경우에서도 성공적인 2차재결정 집합조직의 발현을 보장하며, 박물화를 위해 최종제품의 두께를 감소시키고자 압연율을 상향하고자 하는 경우에 있어서 입자에 의한 결정립 성장 억제력을 갖는 박물 방향성 전기강판의 문제점으로 지적되고 있는 입자의 열적 불안정성을 보상하여 2차재결정 집합조직의 성공적인 성장을 보상한다. 따라서 적정량의 Sn 첨가는 1차재결정 집합조직에서의 고스집합조직의 분율을 높이고 결정립 성장 억제력을 증가시키는 것을 가능케 하여 보다 우수한 집합조직, 안정적인 결정립 성장 억제력, 박물화에 따른 철손감소 효과를 동시에 얻을 수 있게 하여 주며, 결국 집적도가 매우 높은 고스결정립으로 구성된 2차재결정 집합조직을 확보할 수 있게 된다. As a result, in the case of using slabs made of low Si content as well as using slabs made of high Si content, it is possible to ensure successful expression of secondary recrystallized texture, and to reduce the thickness of the final product for thinning. In case of upward, it compensates for the thermal instability of the grain, which is pointed out as a problem of the thin grain oriented electrical steel sheet having the grain growth suppression effect by the grain, and compensates the successful growth of the secondary recrystallized texture. Therefore, the addition of an appropriate amount of Sn can increase the fraction of goth aggregates in the primary recrystallized texture and increase the grain growth inhibition, resulting in better texture, stable grain growth inhibition, and iron loss reduction due to thinning. As a result, it is possible to secure a secondary recrystallization aggregate composed of high density Goth grains.
이러한 Sn이 0.08중량%미만으로 함유되는 경우 자기적 특성의 향상 효과는 있지만, 고스집합조직의 집적도가 향상되는 효과가 적고 기지내에 존재하는 입자에 의한 결정립 성장 억제력을 보상해주는 효과가 적어 자성 향상의 효과는 미미한 수준에 불과하다. 한편 Sn이 0.10중량%를 초과하여 함유되면 결정립 성장 억제력이 과도하게 증가하여 상대적으로 결정립 성장 구동력을 증가시키기 위해 1차재결정 미세조직의 결정립 크기를 감소시켜야 하기 때문에 탈탄소둔을 낮은 온도에서 실시하여야 하고, 이로 인해 적절한 산화층으로 제어하기 어려워져 양호한 표면을 확보할 수가 없으며, 또한 기계적 특성의 측면에서 입계 편석원소의 과잉편석으로 인해 취성이 증가하여 제조과정중에 판파단을 야기할 수 있다. 따라서 Sn은 0.08~0.10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. When the Sn content is less than 0.08% by weight, the magnetic properties are improved, but the density of goth aggregates is less enhanced and the effect of compensating grain growth inhibition by the particles present in the matrix is less. The effect is only minimal. On the other hand, when Sn is contained in excess of 0.10% by weight, the grain growth inhibitory force is excessively increased, so that the grain size of the primary recrystallized microstructure must be reduced in order to increase the grain growth driving force. As a result, it is difficult to control a proper oxide layer and thus a good surface cannot be secured. In addition, brittleness is increased due to excessive segregation of grain boundary segregation elements in terms of mechanical properties, which can cause breakage during the manufacturing process. Therefore, it is preferable to contain Sn at 0.08 to 0.10 weight%.
Sb는 Sn과 마찬가지로 결정립계 편석 원소로서 결정성장을 억제하는 효과가 있으며, 2차재결정시 형성되는 강판표면의 산화층 형성을 억제함으로써 강판과 산화층의 밀착성을 좋게 하여 철손을 개선시키는 효과도 있다. 그러나 Sb는 융점이 낮아서 1차재결정 소둔중 표면쪽으로의 확산거동이 발생하여 표면산화층 형성을 억제하는 효과가 있기 때문에, Sb의 과잉 첨가는 베이스코팅의 근간이 되는 1차재결정 소둔중 형성된 표면산화층을 오히려 악화시키고, 결정립 성장 억제력을 과하게 하여 고스집합조직과 상관 없는 다른 집합조직까지 성장하게 하며, 그 결과 2차재결정 집합조직을 훼손시켜 자기적 특성을 저해하는 문제점을 일으킨다. Sb는 Sn의 결정립 성장 억제력을 보조해주는 역할을 하는 원소로서 단독으로 첨가하는 것보다는 Sn과 함께 복합으로 첨가하는 것이 바람직하다. Sb를 Sn과 함께 복합으로 첨가하였을 경우 Sb는 0.01~0.03중량%로 함유시키는 것이 바람직하며, Sb+0.3×Sb는 0.08이상 0.11이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.Sb, like Sn, has the effect of suppressing crystal growth as a grain boundary segregation element, and also has an effect of improving the iron loss by improving the adhesion between the steel sheet and the oxide layer by suppressing the formation of an oxide layer on the surface of the steel sheet formed during secondary recrystallization. However, since Sb has a low melting point, diffusion behavior toward the surface occurs during primary recrystallization annealing, thereby suppressing the formation of surface oxide layers. Excess addition of Sb results in the surface oxide layer formed during primary recrystallization annealing, which is the basis of base coating. Rather, it exacerbates the grain growth inhibitory ability to grow to other aggregates irrelevant to the goth aggregate, resulting in a problem of damaging the secondary recrystallized aggregate and inhibiting its magnetic properties. Sb is an element that plays a role of assisting the grain growth inhibiting force of Sn, and is preferably added in combination with Sn rather than being added alone. When Sb is added in combination with Sn, it is preferable to contain Sb at 0.01 to 0.03% by weight, and Sb + 0.3 × Sb preferably has a range of 0.08 or more and 0.11 or less.
P는 Sn과 Sb와 유사한 효과를 나타내는 원소로서, 결정립계에 편석하여 결정립계의 이동을 방해하고 동시에 결정립 성장을 억제하는 보조적인 역할이 가능하며, 미세조직측면에서 {110}<001>집합조직을 개선하는 효과가 있다. P의 함량이 0.005중량%미만이면 첨가의 효과가 없으며, 0.05중량%를 초과하여 첨가하면 취성이 증가하여 압연성이 크게 나빠지므로 0.005~0.05중량%로 한정하는 것이 바람직하다.P is an element exhibiting a similar effect to Sn and Sb, and segregates in the grain boundary to prevent the movement of the grain boundary and at the same time play a secondary role in inhibiting grain growth, and improves the {110} <001> aggregate structure in terms of microstructure. It is effective. If the content of P is less than 0.005% by weight, there is no effect of addition, and if it is added in excess of 0.05% by weight, brittleness is increased and rollability is greatly deteriorated, so it is preferable to limit it to 0.005 to 0.05% by weight.
상기의 조성을 갖는 슬라브를 이용하여 제조된 방향성 전기강판은 2차 재결정 소둔후의 결정립이 자성에 유리한 10~30mm의 적정 크기로 형성되고, 고스집합조직의 핵생성 장소 증대로 고스집합조직과 압연방향의 방위관계중의 하나인 베타방위(β각도; TD방위를 축으로 [001]방위와 RD방위간의 각도)가 2.5°이내로 확보되어 극히 우수한 자기적 특성을 갖게 된다. The grain-oriented electrical steel sheet manufactured by using the slab having the above composition is formed in an appropriate size of 10 to 30 mm in which crystal grains after secondary recrystallization annealing are advantageous for magnetism, and increase the nucleation site of the goth aggregated tissue in the goth aggregated structure and in the rolling direction. One of the azimuth relations, the beta direction (β angle; the angle between the [001] direction and the RD direction based on the TD direction) is secured to within 2.5 ° and has extremely excellent magnetic properties.
이하에서는 본 발명의 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판 제조방법에 대하여 설명한다.Hereinafter will be described a low iron loss high magnetic flux density oriented electrical steel sheet manufacturing method of the present invention.
제강단계에서 주상정조직인 주조조직을 완화시켜주고 주조후 상온까지 응고할 동안 석출된 조대한 석출물들을 재고용시키는데 있어서 탄소함량과 슬라브재가열조건은 매우 중요하다. 일반적으로 탄소함량이 높을수록 상변태가 활발해져 주조조직인 주상정조직을 완화시키는 효과가 향상된다. 또한 슬라브재가열 온도 및 열간압연 작업은 타강종과 유사한 온도조건에서 제조하는 것이 생산성 측면에서 유리하며, 따라서 슬라브 가열온도는 1050~1250℃로 정함이 바람직하다.Carbon content and slab heating conditions are very important in relieving the casting structure, which is the columnar structure at the steelmaking stage, and reusing the coarse precipitates deposited during solidification to room temperature after casting. In general, the higher the carbon content, the more active the phase transformation, thereby improving the effect of mitigating the columnar texture. In addition, the slab reheating temperature and hot rolling operation is advantageous in terms of productivity to be manufactured under similar temperature conditions as other steel grades, and therefore, the slab heating temperature is preferably set to 1050 to 1250 ° C.
한편 방향성 전기강판의 결정립의 안정성을 확보하기 위해서 산가용성 Al과 소강N의 함량이 매우 중요하다. 산가용성 Al과 소강N은 응고도중 (Al,Si,Mn)N나 AlN을 석출시키는 중요한 원소로서, 다음과 같은 함량관계에 따라 기지내부에 고용되거나 석출되게 된다. 즉 산가용성 Al과 소강질소는 함량에 따라 평형상수Ks를 가지고 평형상수에서 오른쪽에 치우칠수록 석출이 활발해지고, 왼쪽으로 치우칠수록 기지내부에 고용되게 된다. 또한 슬라브재가열온도가 평형상수 Ks보다 낮으면 응고중 석출된 불안정한 (Al,Si,Mn)N이나 AlN이 기지내에 재고용되지 못한다.On the other hand, the content of acid-soluble Al and small steel N is very important to secure the stability of grains of grain-oriented electrical steel sheet. Acid-soluble Al and mild steel N are important elements to precipitate (Al, Si, Mn) N or AlN during solidification, and are dissolved or precipitated inside the base according to the following content relationship. That is, acid-soluble Al and calcined nitrogen have an equilibrium constant Ks according to the content, and the precipitation becomes more active as it is shifted to the right side from the equilibrium constant, and is employed in the base as it is shifted to the left side. In addition, if the slab reheating temperature is lower than the equilibrium constant Ks, unstable (Al, Si, Mn) N or AlN precipitated during solidification cannot be reclaimed in the base.
한편 슬라브 재가열온도가 너무 낮게되면 응고시 생성된 석출물들이 너무 많아서 압연성을 저해하게 된다. 따라서 산가용성 Al과 소강N은 반드시 제어가 되어야하며, 여기서 산가용성 Al은 0.005~0.040%, 소강N은 0.010%이하가 되어야한다. On the other hand, if the slab reheating temperature is too low, too many precipitates are formed during solidification, which hinders rolling properties. Therefore, the acid-soluble Al and the steel sheet N must be controlled, where the acid-soluble Al should be 0.005 ~ 0.040%, the steel sheet N should be less than 0.010%.
상기와 같은 소정의 온도로 슬라브를 가열한 다음, 열간압연을 실시하는데, 열간압연된 열연판의 두께는 1.5~2.5mm로 형성되도록 한다. 열연판의 두께가 2.5mm를 초과하면 열연이후의 급냉과정에서 냉각속도가 떨어져 조대한 탄화물이 형성되어 자성이 열화된다. 또한 1.5mm 미만의 두께로 열간압연하는 것은 압연부하 증가의 어려움이 따르며 두께 제어가 곤란해진다. 따라서 열연판의 두께는 1.5~2.5mm로 형성됨이 바람직하다. The slab is heated to a predetermined temperature as described above, and then hot rolled, so that the thickness of the hot rolled hot rolled sheet is 1.5 to 2.5 mm. If the thickness of the hot rolled sheet exceeds 2.5mm, in the rapid cooling process after hot rolling, the cooling rate drops and coarse carbides are formed to deteriorate the magnetic properties. In addition, hot rolling to a thickness of less than 1.5mm is difficult to increase the rolling load and difficult to control the thickness. Therefore, the thickness of the hot rolled sheet is preferably formed to 1.5 ~ 2.5mm.
이어서 초당 15℃이상의 냉각속도로 냉각하여 600℃이하의 온도에서 권취한다. 초당 15℃미만의 냉각속도로 권취하였을 경우, 냉각과정에서 조대한 탄화물이 형성되어 자성이 열화되며, 이와 더불어 취약한 시멘타이트(Fe3C) 및 페라이트(ferrite)의 층상구조인 펄라이트(pearlite)가 형성되고 확산변태인 베이나이트(bainite) 및 무확산변태인 마르텐사이트(martensite) 변태가 지연되어 열연판 소둔에서의 오스테나이트상 미세화 및 조직의 균질성 확보가 용이하지 못하게 된다. 따라서 열간압연후 열연판의 냉각속도는 초당 15℃이상으로 함이 바람직하다. Subsequently, it is cooled at a cooling rate of 15 ° C. or more per second and wound up at a temperature of 600 ° C. or less. When wound at a cooling rate of less than 15 ° C per second, coarse carbides form during the cooling process, leading to deterioration of magnetism, as well as the formation of fragile cementite (Fe 3 C) and ferrite layered structure, pearlite. In addition, the transformation of bainite (bainite) and the diffusion-free transformation of martensite (martensite) is delayed, and thus it is not easy to refine the austenite phase and secure the homogeneity of the tissue in the hot-rolled sheet annealing. Therefore, it is desirable that the cooling rate of the hot rolled sheet after hot rolling is 15 ℃ or more per second .
열연된 강판을 600℃를 초과하는 온도에서 권취하면 역시 조대한 탄화물이 형성되므로 권취온도는 600℃ 이하로 한정함이 바람직하다. When the hot rolled steel sheet is wound at a temperature exceeding 600 ° C, coarse carbides are also formed, so the winding temperature is preferably limited to 600 ° C or less.
열간압연된 열연판 내에는 응력에 의해서 압연방향으로 연신된 변형조직이 존재하게 되며 열연중에 AlN이나 MnS등이 석출하게 된다. 그러므로 냉간압연 전에 균일한 재결정 미세조직과 미세한 AlN의 석출물 분포를 갖기 위해서는 다시 한번 슬라브 가열온도 이하까지 열연판을 가열하여 변형된 조직을 재결정시키고 또한 충분한 오스테나이트상을 확보하여 AlN 및 MnS과 같은 결정립 성장 억제제의 고용을 촉진하는 것이 중요하다. 따라서 열연판 소둔온도는 오스테나이트 분율을 최대로 가져가기 위해서 900~1200℃까지 가열하는 것이 바람직하다. In the hot rolled hot rolled sheet, there is a strain structure drawn in the rolling direction by stress, and AlN, MnS, etc. precipitate during hot rolling. Therefore, in order to have a uniform recrystallized microstructure and fine AlN precipitate distribution before cold rolling, the hot rolled sheet is heated once again to below slab heating temperature to recrystallize the deformed structure, and also to secure sufficient austenite phase to obtain crystal grains such as AlN and MnS. It is important to promote the employment of growth inhibitors. Therefore, the hot-rolled sheet annealing temperature is preferably heated to 900 ~ 1200 ℃ in order to maximize the austenite fraction.
이와 같이 열연판을 900~1200℃까지 가열한후에는 900℃이상 1100℃이하의 온도에서 균열처리를 수행함이 바람직하다. 균열처리 온도가 900℃미만이면 고용된 석출물이 확산하지 못하고 미세하게 석출되며, 균열처리 온도가 1100℃를 초과하면 석출물이 균일화가 이루어지지 않고 이후의 냉각과정에서 석출되는 문제가 발생하게 된다. 따라서 900℃이상 1100℃이하의 온도에서 균열처리를 수행하여 석출물의 성장구동을 강화하도록 한다. Thus, after heating the hot rolled sheet to 900 ~ 1200 ℃ it is preferable to perform the cracking treatment at a temperature of 900 ℃ 1100 ℃. If the cracking temperature is less than 900 ℃, the precipitated solution is not diffused finely precipitated, if the cracking temperature exceeds 1100 ℃ precipitates are not uniformized and the problem occurs in the subsequent cooling process. Therefore, the cracking treatment is performed at a temperature of 900 ° C or more and 1100 ° C or less to strengthen the growth driving of the precipitate.
균열처리는 습윤분위기하에서 행하여 탈탄을 동시에 수행함이 바람직하다. 이는 고스집합조직의 핵생성 증가를 유도함과 동시에 강판내 잔류탄소량을 줄여 자기시효에 의한 품질열화를 방지하기 위함이다. The cracking treatment is preferably carried out in a wet atmosphere to simultaneously carry out decarburization. This is to induce an increase in nucleation of goth aggregates and to reduce the amount of carbon remaining in the steel sheet to prevent quality degradation due to self aging.
상기와 같이 열연판을 소둔열처리한 후 냉각함에 있어서는 급냉처리하는 것이 바람직하다. 서냉이 되면 AlN 및 MnS 등과 같은 결정립 성장 억제제의 추가 석출에 기인되는 산가용성 알루미늄 양이 작아지게 되고, 상대적으로 강도가 높은 베이나이트나 마르텐사이트와 같은 상 대신 조대한 층상구조인 세멘타이트와 페라이트의 혼합조직인 펄라이트가 형성되어 이후의 냉간압연시에 가공경화에 의한 전단변형대의 형성이 약해지게 된다. 또한 펄라이트에 탄소가 세멘타이트로 존재하게 될 뿐만 아니라 결정립계에 판상이나 구상의 탄화물로 단독으로 존재하게 되어 조직 불균일을 초래하게 된다. 그러나 냉각속도가 초당 500℃를 초과하면 오스테나이트 상이 전량 강도가 높은 마르텐사이트 상으로 변태되어 냉간압연 공정에 부하가 걸리고 냉간압연판의 품질이 열위하게 된다. In the cooling after the annealing heat treatment of the hot rolled plate as described above, it is preferable to perform a quenching treatment. Slow cooling reduces the amount of acid-soluble aluminum due to the additional precipitation of grain growth inhibitors such as AlN and MnS, and reduces coarse layered structures of cementite and ferrite instead of phases such as relatively high strength bainite or martensite. Perlite, which is a mixed structure, is formed, so that the formation of shear deformation zone due to work hardening is weakened during subsequent cold rolling. In addition, not only carbon is present as cementite in perlite, but also as a plate-shaped or spherical carbide at grain boundaries, resulting in nonuniformity of tissue. However, if the cooling rate exceeds 500 ℃ per second, the austenite phase is transformed into a martensite phase having a high total strength, which puts a load on the cold rolling process and inferior the quality of the cold rolled sheet.
따라서 열연판 소둔은 900℃이상 1200℃이하의 온도로 가열한후, 900℃이상 1100℃이하의 온도에서 균열처리 및 습윤분위기하에서 탈탄소둔 열처리를 행한 다음, 초당 15℃이상 500℃이하의 냉각속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 이때, 냉각방법은 공냉(空冷)이나 수냉(水冷) 혹은 유냉(油冷) 등의 방식으로 수행될 수 있으며, 혹은 이들중 2가지 이상을 혼용한 방식을 적용하는 것도 가능하다. Therefore, hot-rolled sheet annealing is heated to a temperature of more than 900 ℃ 1200 ℃, then subjected to cracking treatment and decarbonized annealing heat treatment under a wet atmosphere at a temperature of 900 ℃ to 1100 ℃ and then cooling rate of 15 ℃ to 500 ℃ or less per second It is preferable to cool by. In this case, the cooling method may be performed by air cooling, water cooling, oil cooling, or the like, or a mixture of two or more thereof may be applied.
열연판 소둔후에는 리버스(Reverse) 압연기 혹은 탠덤(Tandom) 압연기를 이용하여 0.10mm이상 0.50mm이하의 두께로 냉간압연을 실시한다. After annealing the hot rolled sheet, cold rolling is performed to a thickness of 0.10 mm or more and 0.50 mm or less by using a reverse rolling mill or a tandem rolling mill.
냉간압연시 온도가 150℃미만이면 냉간압연중 전위의 이동보다 탄소의 이동이 느려서 전위를 고착하는 효과가 떨어지고, 그로 인해 전단변형대가 불균일하게 형성될 뿐만 아니라 400℃를 초과하는 온도에서 강냉간압연하면 전위의 이동속도보다 탄소의 이동속도가 빨라져서 전위를 고착하는 효과 또한 떨어지며 전위는 전단변형대를 형성하기보다는 아격자나 아결정립 또는 다각화를 형성하여 2차재결정의 핵생성 장소를 저해하는 효과를 나타낸다. 따라서 냉간압연은 150℃이상 400℃이하의 온도에서 시행하는 것이 가장 바람직하다.If the temperature is lower than 150 ℃ during cold rolling, the movement of carbon is slower than the movement of dislocation during cold rolling, and thus the effect of fixing the dislocation is inferior. As a result, the shear deformation zone is not uniformly formed, and the cold rolling is performed at a temperature exceeding 400 ℃. In this case, the movement speed of carbon becomes faster than the movement speed of dislocations, and the effect of fixing dislocations is also reduced. Indicates. Therefore, cold rolling is most preferably carried out at a temperature of more than 150 ℃ 400 ℃.
냉간압연은 중간에 변형된 조직의 풀림열처리(중간소둔)를 하지 않고 초기 열연두께에서 바로 최종제품의 두께까지 압연하는 1회 강냉간압연을 수행함이 가장 바람직하다. 1회 강냉간압연으로 {110}<001>방위의 집적도가 낮은 방위들은 변형방위로 회전하게 되고 {110}<001>방위로의 배향도가 높은 2차 재결정핵 생성 장소를 증가시켜 자성에 유리한 고스결정립들만 냉간압연판에 존재하게 된다. 2회 이상의 압연방법에서는 집적도가 낮은 방위들도 냉간압연판에 존재하게 되어 최종고온소둔시에 같이 2차재결정되므로 자속밀도와 철손이 열화되게 된다. 따라서, 냉간압연은 1회 강냉간압연으로 냉간압연율이 90%이상으로 압연하는 것이 가장 바람직하다.Cold rolling is most preferably performed once cold rolling, rolling from the initial hot rolling thickness directly to the thickness of the final product without annealing heat treatment (intermediate annealing) of the deformed structure in the middle. One cold-rolled orientation allows the low-density orientations of the {110} <001> orientation to rotate in the strain direction and increases the secondary recrystallization nucleation sites with high orientation towards the {110} <001> orientation, which favors magnetism. Only grains will be present in the cold rolled plate. In two or more rolling methods, orientations with low integration are also present in the cold rolled plate, and thus the magnetic flux density and iron loss deteriorate since the secondary recrystallization is performed at the time of the final high temperature annealing. Therefore, cold rolling is most preferably rolled at a cold rolling rate of 90% or more by one strong cold rolling.
이렇게 냉간압연된 판은 탈탄과 변형된 조직의 재결정 및 암모니아 가스를 사용한 질화처리를 수행하여 열연판소둔시 기재내 고용된 산가용성 알루미늄과 질소를 반응시켜 강력한 결정립 성장 억제제인 미세하고 균일한 분포를 갖는 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 등의 질화물을 다량 석출시켜 1차 재결정립의 결정립 성장을 억제하는 효과를 보다 극대화한다.The cold rolled plate is subjected to decarburization, recrystallization of deformed tissue, and nitriding using ammonia gas to react with acid-soluble aluminum and nitrogen dissolved in the substrate during hot-rolled sheet annealing to produce a fine and uniform distribution as a strong grain growth inhibitor. A large amount of nitrides such as (Al, Si, Mn) N and AlN having a precipitate are precipitated to further maximize the effect of suppressing grain growth of the primary recrystallized grains.
본 발명의 방향성 전기강판 제조에 있어 탄소의 역할은 매우 크지만, 최종제품에서 탄소가 많이 존재하게 되면 시간이 지남에 따라서 미세한 탄화물을 형성하여 철손을 크게 증가시키는 자기시효 현상이 나타나므로 1차재결정 소둔공정에서 탈탄을 수행하여 탄소를 일정수준까지 제거하여야 한다. Although carbon plays a very large role in the manufacture of the grain-oriented electrical steel sheet of the present invention, when a large amount of carbon is present in the final product, the primary recrystallization occurs due to a self aging phenomenon in which fine carbides are formed over time, thereby greatly increasing iron loss. Decarburization should be carried out in the annealing process to remove carbon to a certain level.
질화처리는 암모니아가스를 사용하여 강판에 질소이온을 도입함으로서 주석출물인 (Al,Si,Mn)N를 형성할 수 있다. 이러한 질화처리는 탈탄 및 재결정을 마친후에 수행되거나, 혹은 탈탄과 동시에 질화처리를 같이 할 수 있도록 암모니아가스를 동시에 사용하여 수행될 수 있으며, 어느 것이든 본 발명의 효과를 발휘하는데 문제가 없다. In the nitriding treatment, the tin extract (Al, Si, Mn) N can be formed by introducing nitrogen ions into the steel sheet using ammonia gas. This nitriding treatment may be carried out after the decarburization and recrystallization, or may be carried out using ammonia gas simultaneously so as to carry out the nitriding treatment simultaneously with decarburization, either of which has no problem in achieving the effect of the present invention.
탈탄과 질화처리에 있어서 강판의 소둔온도는 800~950℃의 범위내에서 열처리하는 것이 바람직하다. 강판의 소둔온도가 800℃보다 낮으면 탈탄하는데 시간이 많이 걸리게 되며, 강판의 표면에 SiO2산화층이 치밀하게 형성되어 베이스코팅 결함이 발생한다. 반대로 강판을 950℃를 초과하는 온도로 가열하게 되면 재결정립들이 조대하게 성장하여 결정성장 구동력이 떨어져서 안정된 2차재결정이 형성되지 않는다.In the decarburization and nitriding treatment, the annealing temperature of the steel sheet is preferably heat treated within the range of 800 to 950 ° C. When the annealing temperature of the steel sheet is lower than 800 ℃, it takes a long time to decarburize, and the SiO 2 oxide layer is densely formed on the surface of the steel sheet, causing a base coating defect. On the contrary, when the steel sheet is heated to a temperature exceeding 950 ° C., the recrystallized grains grow coarse, and the crystal growth driving force is lowered, so that a stable secondary recrystallization is not formed.
마지막으로 통상적으로 방향성 전기강판의 제조시 강판에 MgO를 기본으로 하는 소둔분리제를 도포한 후 장시간 최종소둔하여 2차 재결정을 일으킴으로써 강판의 {110}면이 압연면에 평행하고, <001>방향이 압연방향에 평행한 {110}<001> 집합조직을 형성하여 자기특성이 우수한 방향성 전기강판을 제조한다. 최종소둔의 목적은 크게 보면 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 탈탄시 형성된 산화층과 MgO의 반응에 의한 유리질 피막형성으로 절연성 부여, 자기특성을 해치는 불순물의 제거이다. 최종소둔의 방법으로는 2차 재결정이 일어나기 전의 승온구간에서는 질소와 수소의 혼합가스로 유지하여 입자성장 억제제인 질화물을 보호함으로써 2차 재결정이 잘 발달할 수 있도록 하고, 2차 재결정이 완료된 후에는 100% 수소분위기에서 장시간 유지하여 불순물을 제거한다.Finally, in the manufacture of a grain-oriented electrical steel sheet, the {110} plane of the steel sheet is parallel to the rolled surface by applying an annealing separator based on MgO to the steel sheet, followed by final annealing for a long time to cause secondary recrystallization. To form a grain-oriented electrical steel sheet having excellent magnetic properties by forming a {110} <001> texture in the direction parallel to the rolling direction. The purpose of the final annealing is largely to form the {110} <001> texture by secondary recrystallization, and to remove the impurities imparting insulation and damaging the magnetic properties by forming a glassy film formed by the reaction of the oxide layer formed with decarburization with MgO. In the final annealing method, in the temperature rise section before the secondary recrystallization occurs, the secondary recrystallization can be developed well by protecting the nitride, which is a particle growth inhibitor, by maintaining the mixture gas of nitrogen and hydrogen, and after the secondary recrystallization is completed. It is kept in 100% hydrogen atmosphere for a long time to remove impurities.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
중량%로 Si:3.2%, C:0.080~0.321%, Mn:0.090%, S:0.003%, N:0.004%, Sol. Al:0.030%, P:0.028%, Sn:0.08%를 함유하고 잔부 Fe와 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하는 슬라브를 진공용해한 후 잉곳을 만들고, 이어서 1200℃의 온도로 가열한 다음 두께 2.3mm로 열간압연하였으며, 초당 50℃의 냉각속도로 600℃까지 냉각하였다. 열간압연된 열연판은 1050℃의 온도로 가열한 후 950℃에서 180초간 유지하여 소둔한 다음 수냉시켰다. 열연판의 소둔시 열처리중 습윤분위기에서 탈탄을 행하였다. 수냉시킨 열연소둔판은 산세한 후 0.23mm 두께로 1회 강냉간압연하였다. 냉간압연된 판은 850℃의 온도로 습한 수소와 질소 및 암모니아 혼합가스분위기 속에서 180초간 유지하여 질소함량이 200ppm이 되도록 동시 탈탄 질화 소둔하였다. 이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포한 다음 코일상으로 최종소둔하였다. 최종소둔은 1200℃까지는 25%질소+75%수소의 혼합분위기로 하고, 1200℃ 도달후에는 100%수소분위기에서 10시간이상 유지후 노냉하였다. 각각의 조건에 대하여 최종소둔판의 잔류C량과, 자기적 특성을 측정하고 주석출물을 관찰하여 하기 표 1에 나타내었다.By weight% Si: 3.2%, C: 0.080-0.321%, Mn: 0.090%, S: 0.003%, N: 0.004%, Sol. Slabs containing Al: 0.030%, P: 0.028%, Sn: 0.08% and containing the remaining Fe and other inevitable impurities are vacuum-dissolved to form an ingot, and then heated to a temperature of 1200 ° C., and then 2.3 mm thick. It was hot rolled and cooled to 600 ° C. at a cooling rate of 50 ° C. per second. The hot rolled hot rolled plate was heated to a temperature of 1050 ° C and then maintained at 950 ° C for 180 seconds to anneal and then water cooled. During annealing of the hot rolled sheet, decarburization was performed in a wet atmosphere during heat treatment. The water-cooled hot-rolled annealing plate was pickled and then cold-rolled once to a thickness of 0.23 mm. The cold rolled plate was maintained at 850 ° C. for 180 seconds in a humid hydrogen, nitrogen, and ammonia mixed gas atmosphere to simultaneously denitrify and anneal so that the nitrogen content was 200 ppm. MgO, an annealing separator, was applied to the steel sheet, followed by final annealing onto a coil. The final annealing was performed at a mixed atmosphere of 25% nitrogen + 75% hydrogen up to 1200 ° C. After reaching 1200 ° C, the annealing was carried out in a 100% hydrogen atmosphere for 10 hours or more and then cooled. For each condition, the residual C content and magnetic properties of the final annealing plate were measured, and tin extracts were observed and shown in Table 1 below.
표 1에 나타낸 바와 같이 탄소함량을 본 발명의 범위인 0.1~0.3중량%로 제어한 발명재1~6은 자기적 특성이 우수하다. 탄소함량이 0.3중량%를 초과하는 비교재2와 비교재3의 경우 자기적 특성이 매우 열위해짐을 알 수 있다. 이는 과잉탄소함량에 의해 탈탄이 충분히 일어나지 못하여 최종제품의 자기적 특성이 열위해지기 때문이다.As shown in Table 1, Inventive Materials 1 to 6 in which the carbon content is controlled to 0.1 to 0.3% by weight, which is the range of the present invention, are excellent in magnetic properties. It can be seen that the magnetic properties of the comparative material 2 and the comparative material 3 in which the carbon content exceeds 0.3% by weight are very poor. This is because decarburization does not occur sufficiently due to excess carbon content, resulting in thermal deterioration of the magnetic properties of the final product.
중량%로, Si:3.2%, C:0.210~0.326%, Mn:0.09%, S:0.003%, N:0.004%, Sol. Al:0.030%, P:0.028%, Sn:0.08%를 함유하고 잔부 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 함유하는 슬라브를 진공용해한 후 잉곳을 만들고, 이어서 1200℃온도로 가열한 다음 3.0~2.0mm로 두께를 달리하여 열간압연하였다. 이어서 초당 50℃의 냉각속도로 600℃까지 냉각 후, 열간압연된 열연판을 1050℃ 온도로 가열한 후 950℃에서 180초간 유지하여 소둔한 다음 수냉시켰다. 열연판의 소둔시 열처리중 습윤분위기에서 탈탄을 행하였다. 수냉시킨 열연소둔판은 산세 후 1회 강냉간압연하여 두께 0.30~0.20mm의 다양한 냉연판을 제조하였다. 냉간압연된 판은 850℃의 온도로 습한 수소와 질소 및 암모니아 혼합가스분위기 속에서 180초간 유지하여 질소함량이 200ppm이 되도록 동시 탈탄 질화 소둔하였다. 이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포한 다음 코일상으로 최종소둔하였다. 최종소둔은 1200℃까지는 25%질소+75%수소의 혼합분위기로 하고, 1200℃ 도달후에는 100%수소분위기에서 10시간이상 유지후 노냉하였다. 각각의 조건에 대하여 자기적 특성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.By weight%, Si: 3.2%, C: 0.210-0.326%, Mn: 0.09%, S: 0.003%, N: 0.004%, Sol. Slabs containing Al: 0.030%, P: 0.028%, Sn: 0.08%, and residual Fe and other unavoidable impurities are vacuum-dissolved to form an ingot, and then heated to 1200 ° C and then 3.0 to 2.0 mm The furnace was hot rolled at different thicknesses. Subsequently, after cooling to 600 ° C. at a cooling rate of 50 ° C. per second, the hot rolled hot rolled plate was heated to 1050 ° C. and then maintained at 950 ° C. for 180 seconds to be annealed, followed by water cooling. During annealing of the hot rolled sheet, decarburization was performed in a wet atmosphere during heat treatment. The water-cooled hot-rolled annealing plate was cold rolled once after pickling to prepare various cold-rolled plates having a thickness of 0.30 to 0.20 mm. The cold rolled plate was maintained at 850 ° C. for 180 seconds in a humid hydrogen, nitrogen, and ammonia mixed gas atmosphere to simultaneously denitrify and anneal so that the nitrogen content was 200 ppm. MgO, an annealing separator, was applied to the steel sheet, followed by final annealing onto a coil. The final annealing was performed at a mixed atmosphere of 25% nitrogen + 75% hydrogen up to 1200 ° C. After reaching 1200 ° C, the annealing was carried out in a 100% hydrogen atmosphere for 10 hours or more and then cooled. Magnetic properties of each condition were measured and shown in Table 2 below.
표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 슬라브 탄소함량을 본 발명의 범위(0.1~0.3%)로 제어한 발명재7~10은 모두 자기적 특성이 우수하다. 특히 발명재10은 1회 강냉간압연에 의하여 두께 0.20mm의 극박 냉연판의 제조가 가능하였으며, 이는 고탄소 함유에 의하여 열연판소둔중 오스테나이트의 양이 증가되고, 이에 의한 충분한 재결정에 의하여 이전 공정인 열간압연에서 발생된 불균질하고 압연방향 길게 연신된 조직들이 소멸되고, 전방향으로 미세한 결정립들로 구성되게 되어 미세한 기지조직에 석출물이 균질하게 분산 석출됨에 따라 냉간압연성이 개선되었기 때문인 것으로 생각할 수 있다.As can be seen in Table 2, all of the invention materials 7 to 10 in which the slab carbon content was controlled in the range (0.1 to 0.3%) of the present invention are excellent in magnetic properties. In particular, Inventive Material 10 was able to manufacture ultra-thin cold rolled sheet having a thickness of 0.20 mm by one cold rolling, which increased the amount of austenite during hot-rolled sheet annealing due to the high carbon content, thereby transferring by sufficient recrystallization. This is due to the improvement of the cold rolling property as the heterogeneous and long stretched tissues generated in the hot rolling process disappeared and were composed of fine grains in all directions and the precipitates were uniformly dispersed and deposited in the fine matrix. I can think of it.
중량%로, Si:3.2%, C:0.20%, Mn:0.099%, S:0.0045%, N:0.0043%, Sol. Al:0.028%, P:0.028%, Sn 및 Sb, 잔부 Fe와 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하는 슬라브를 진공용해한 후 잉곳을 만들었으며, 이때 Sn과 Sb의 함유량은 표 3에 나타낸 바와 같이 변화시켰다. 이어서 1200℃의 온도로 가열한 다음 두께 2.3mm로 열간압연하였으며, 초당 50℃의 냉각속도로 600℃까지 냉각하였다. 열간압연된 열연판은 1050℃의 온도로 가열한 후 950℃에서 180초간 유지하여 소둔한 다음 수냉시켰다. 열연판의 소둔시 열처리중 습윤분위기에서 탈탄을 행하였다. 수냉시킨 열연소둔판은 산세한 후 0.23mm 두께가 되도록 1회 강냉간압연하였다. 냉간압연된 판은 850℃의 온도로 습한 수소와 질소 및 암모니아 혼합가스분위기 속에서 180초간 유지하여 질소함량이 200ppm이 되도록 동시 탈탄 질화 소둔하였다. 이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포한 다음 코일상으로 최종소둔하였다. 최종소둔은 1200℃까지는 25%질소+75%수소의 혼합분위기로 하고, 1200℃ 도달후에는 100%수소분위기에서 10시간이상 유지후 노냉하였다. 각각의 조건에 대하여 자기적 특성(W17/5O, B8)을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 또한 2차 재결정 결정립들의 {110}<001> 이상 방위에서 벗어난 각도의 절대값을 계산한 후 모든 위치에서 면적 가중 평균하여 β각도를 측정하고, 그 결과를 표 3에 함께 나타내었다. By weight%, Si: 3.2%, C: 0.20%, Mn: 0.099%, S: 0.0045%, N: 0.0043%, Sol. Ingots were made after vacuum melting of slabs containing Al: 0.028%, P: 0.028%, Sn and Sb, balance Fe and other inevitable impurities, and the contents of Sn and Sb were changed as shown in Table 3. I was. It was then heated to a temperature of 1200 ℃ and hot rolled to a thickness of 2.3mm, and cooled to 600 ℃ at a cooling rate of 50 ℃ per second. The hot rolled hot rolled plate was heated to a temperature of 1050 ° C and then maintained at 950 ° C for 180 seconds to anneal and then water cooled. During annealing of the hot rolled sheet, decarburization was performed in a wet atmosphere during heat treatment. The water-cooled hot-rolled annealing plate was pickled and then cold-rolled once to be 0.23 mm thick. The cold rolled plate was maintained at 850 ° C. for 180 seconds in a humid hydrogen, nitrogen, and ammonia mixed gas atmosphere to simultaneously denitrify and anneal so that the nitrogen content was 200 ppm. MgO, an annealing separator, was applied to the steel sheet, followed by final annealing onto a coil. The final annealing was performed at a mixed atmosphere of 25% nitrogen + 75% hydrogen up to 1200 ° C. After reaching 1200 ° C, the annealing was carried out in a 100% hydrogen atmosphere for 10 hours or more and then cooled. Magnetic properties (W 17 / 5O , B 8 ) were measured for each condition and are shown in Table 3 below. In addition, after calculating the absolute value of the angle deviating from the {110} <001> abnormal orientation of the secondary recrystallized grains, the β angle was measured by weighted average of the area at all positions, and the results are shown in Table 3.
표 3에 나타낸 바로부터, Sn이 0.08~0.10중량%의 범위로 함유되는 발명재11~14는 고스집합조직의 핵생성 장소 증대 효과로 고스방위로부터 벗어난 정도를 나타내는 최종강판의 β각도가 2.5°미만으로서 배향성이 월등히 향상되어 비교재8~14에 비하여 더욱 우수한 자성을 갖는 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 3, Inventive Materials 11 to 14 containing Sn in the range of 0.08 to 0.10% by weight, the β angle of the final steel sheet showing the degree of deviation from the goth direction by the effect of increasing the nucleation site of the goth assembly tissue is 2.5 ° It can be confirmed that the orientation is significantly improved as below, and has more excellent magnetic properties than Comparative Materials 8-14.
특히, 발명재13과 발명재14는 Sn과 함께 Sb가 0.01~0.03중량%의 범위로 첨가되고 Sn(wt.%)+0.3×Sn(wt.%)이 0.08~0.11의 조건을 만족하도록 첨가되어, Sn이 단독으로 첨가된 발명재11과 발명재12보다 우수한 자성을 나타낸다.
In particular, Inventive Material 13 and Inventive Material 14 were added with Sn so that Sb was added in a range of 0.01 to 0.03% by weight and Sn (wt.%) + 0.3 x Sn (wt.%) Satisfies 0.08 to 0.11. As a result, magnetic properties superior to Invention 11 and Invention 12 to which Sn was added alone are exhibited.
Claims (4)
상기 규소강 슬라브는 Sb: 0.01~0.03%를 추가로 함유하는 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법.The method according to claim 1,
The silicon steel slab is Sb: manufacturing method of low iron loss high magnetic flux density oriented electrical steel sheet further containing 0.01 to 0.03%.
상기 규소강 슬라브는 Sn과 Sb가 하기의 식1을 만족하도록 함유되는 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법.
0.08 ≤ Sn(wt.%) + 0.3×Sb(wt.%) ≤ 0.11 ---------------------- (식1)The method according to claim 2,
The silicon steel slab is a method for producing a low iron loss high magnetic flux density oriented electrical steel sheet containing Sn and Sb to satisfy the following formula 1.
0.08 ≤ Sn (wt.%) + 0.3 × Sb (wt.%) ≤ 0.11 ---------------------- (Equation 1)
2차 재결정된 강판에서 결정방위의 절대값의 면적가중 평균으로 β각도가 2.5°미만이 되도록 제어하는 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법.
단, β각도는 2차 재결정 집합조직의 압연 직각방향을 축으로 [100]방향과 압연 방향간의 벗어남 각도임.
The method according to any one of claims 1 to 3,
A method for manufacturing a low iron loss high magnetic flux density oriented electrical steel sheet in which secondary angle is recrystallized so that β angle is less than 2.5 ° as an area weighted average of absolute values of crystal orientations.
However, β angle is the deviation angle between the [100] direction and the rolling direction with respect to the rolling right angle direction of the secondary recrystallized texture.
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