KR20130071968A

KR20130071968A - 방향성 전기강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20130071968A
Application number: KR1020110139480A
Authority: KR
Inventors: 고경준; 박종태; 김병구; 전근하
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-07-01
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: KR101353549B1

Abstract

본 발명은 방향성 전기강판에 관한 것으로, Sn : 0.03~0.07중량%, Sb : 0.01~0.05중량%, P : 0.01~0.05중량%, Si : 2.0~4.0중량%, 산가용성 Al : 0.020~0.040중량%, Mn : 0.01~0.20중량%, C : 0.04~0.07중량%, N : 10~55ppm 및 S : 0.0010~0.0055%를 포함하고, 상기 P와 Sb는 중량%로 0.0370≤P+0.5Sb≤0.0630 를 만족하는 강 슬라브를 제조하는 단계; 상기 강 슬라브를 재가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔을 생략하거나 수행한 다음 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하는 단계; 상기 강판에 대하여 산화성 가스 분위기에서 탈탄 소둔하는 단계; 상기 탈탄 소둔된 강판에 대하여 산화성 가스 분위기에서 10~30%를 균열대 전반부에서 탈탄과 동시에 질화처리하고, 나머지 질화처리를 균열대 후반부에서 실시하는 동시 탈탄 질화 소둔 단계; 및 상기 동시 탈탄 질화 소둔을 거친 강판에 대하여 최종 소둔 단계; 를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 방향성 전기강판을 제공하여, Sn, Sb, P의 함유량을 조절한 전기강판과 SDN 방식을 사용하고 1차 재결정 소둔 공정에서 침질을 2단계로 행함으로써 방향성 전기강판의 자기 특성을 개선할 수 있다.

Description

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

본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적정한 양의 Sn, Sb, P를 추가하여 성분을 조절하고, 탈탄 소둔 공정 중 침질을 2단계로 행함으로써 새로운 성분계의 자성 개선 효과를 극대화하는 방향성 전기강판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 1차 재결정립의 성장을 억제시키고, 성장이 억제된 결정립 중에서 최종 소둔 공정에서 {110}<001> 방위(이하 Goss 방위라 함)의 결정립을 선택적으로 성장시켜 압연방향으로 우수한 자기특성을 나타내도록 한 강판이다.

이러한 전기강판에서 2차 재결정을 시키기 위해서는 최종 고온 소둔하기 전에 MnS 및 AlN과 같은 미세한 억제제들이 강판내에 균일하게 분산되도록 하여 고온 소둔중에 Goss 방위 이외의 방위를 가진 1차 재결정립들의 성장을 억제시켜야 하며 2차 재결정립이 정확한 고스 방위을 갖도록 집적도를 증가시키면 우수한 자기특성인, 고자속밀도와 저철손 효과를 얻을 수 있다.

슬라브 저온 가열 방식은 슬라브의 재가열온도를 낮추어 방향성 전기강판을 제조하는 방식인데, 제조원가와 실수율 측면에서 많은 유익한 효과를 가져올 수 있다. 그러나, 이 방식을 사용하기 위해서는 슬라브 가열 이후 소둔 공정에서 질화물계 억제제 추가 생성 공정이 반드시 필요하게 된다.

이를 위해 제품 최종 두께로 압연된 강판을 사용하는 1차 재결정 소둔 공정에서 질소분위기를 형성하기 위하여 암모니아 가스를 사용하여 질소를 공급하는 것이다. 침투한 질소가 강판 중의 질화물 형성원소와 반응하여 질화물을 형성하고 상기 질화물이 억제제의 역할을 하게 된다. 상기 질화물로는 AlN, (Al,Si)N 등과 같은 원소를 들 수 있다.

1차 재결정 소둔 공정에서 질화 처리를 하는 방식은 크게 2가지 방식이 있는데, 탈탄 후 질화처리를 행하는 NAD(Nitriding after Decarburization)와 질화와 탈탄을 동시에 행하는 SDN(Simultaneous Decarburization and Nitriding)이다.

NAD 방식은 냉간 압연 후 탈탄공정을 거친 이후 질화 공정을 거치므로, 질화처리를 하기 위해서는 탈탄소둔로의 후단에 별도의 질화소둔로를 설치할 필요가 있게 되어 경제적이지 못한 문제점이 있다. 이를 극복하면서 자성과 생산성을 동시에 개선한 것이 냉간 압연 후 탈탄공정에서 인히비터를 제어하는 SDN방식이다.

이 방식을 적용할 때는 첨가 성분에 의해 민감하게 영향을 받는 탈탄과 침질의 운동학(kinetics)을 충분히 고려하여 1차 재결정 소둔 분위기를 조절해 주어야만 SDN의 효과를 극대화 할 수 있다.

SDN의 공정은 탈탄 및 침질에 의해 1차 재결정립의 크기를 조절하고 표층부와 중심부의 결정립 크기를 다르게 하여 자성 개선 효과를 극대화하는 방식이므로 미세한 조정이 매우 중요하고, 결정립 분포는 탈탄과 침질의 시기에 민감하다

또한, 1차 재결정 소둔 과정 중 생기는 산화층은 온도, 산화능과 같은 노분위기, 소강 성분함량, 표면 형상 등에 따라 민감하게 변화하게 된다. 특히, Sb, Sn, P와 같은 성분은 첨가량에 따라 산화층 형성 거동을 변화시키므로 첨가량에 따라 조건 설정을 달리해야 한다. 따라서, SDN 방식을 사용하는 경우 성분의 종류와 상태에 따라 산화층 형성이 탈탄과 침질에 미치는 영향을 충분히 고려하여 1차 재결정 소둔 조건을 설정하여야 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들은 Sn, Sb, P의 함량을 적절한 범위로 제어하고, 슬라브 저온가열과 SDN 방식에 의한 방향성 전기강판의 제조방법 및 그에 의해 제조된 방향성 전기강판을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 상기 성분계에 최적화된 2단계 침질 패턴으로 탈탄과 질화를 동시에 행함으로써 원하는 크기의 재결정립을 원하는 크기분포를 가질 수 있도록 하는 방향성 전기강판의 제조방법 및 그에 의해 제조된 방향성 전기강판을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 Sn : 0.03~0.07중량%, Sb : 0.01~0.05중량%, P : 0.01~0.05중량%, Si : 2.0~4.0중량%, 산가용성 Al : 0.020~0.040중량%, Mn : 0.01~0.20중량%, C : 0.04~0.07중량%, N : 10~55ppm 및 S : 0.0010~0.0055%를 포함하고, 상기 P와 Sb는 중량%로 0.0370≤P+0.5Sb≤0.0630 를 만족하는 강 슬라브를 제조하는 단계; 상기 강 슬라브를 재가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔을 생략하거나 수행한 다음 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하는 단계; 상기 강판에 대하여 산화성 가스 분위기에서 탈탄 소둔하는 단계; 상기 탈탄 소둔된 강판에 대하여 산화성 가스 분위기에서 10~30%를 균열대 전반부에서 탈탄과 동시에 질화처리하고, 나머지 질화처리를 균열대 후반부에서 실시하는 동시 탈탄 질화 소둔 단계; 및 상기 동시 탈탄 질화 소둔을 거친 강판에 대하여 최종 소둔 단계; 를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예의 탈탄 소둔 단계는, 강판 내부의 잔류 탄소량이 100ppm이하로 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예의 동시 탈탄 질화 소둔 단계는, 강판 내부의 잔류 질소량이 100~300ppm으로 제어되고, 잔류 탄소량은 20ppm미만으로 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예의 최종 소둔 단계는 1차 균열하는 단계, 승온하는 단계, 2차 균열하는 단계를 포함하고, 상기 승온하는 단계는 700~950℃에서는 18~75℃/hr, 950~1200℃에서는 10~65℃/hr로 승온하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예의 산화성 가스 분위기는 질소와 수소의 혼합 가스이고, 상기 수소가 30~75%인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예의 동시 탈탄 질화 소둔한 후의 1차 재결정립의 크기는 19.0~21.5㎛이고, 표층부의 결정립 크기가 16.0㎛ ~ 19.5㎛ 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 탈탄 소둔은 판 온도 : 800~850℃, 노점 : 60~65℃에서 실시되고, 동시 탈탄 질화 소둔은 판 온도 : 850~900℃, 노점 : 65 ~ 72℃에서 실시되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 제조되는 방향성 전기강판이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 Sn, Sb, P의 함유량을 조절한 전기강판과 SDN 방식을 사용하고 1차 재결정 소둔 공정에서 침질을 2단계로 행함으로써 방향성 전기강판의 자기 특성을 개선할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 위주로 설명한다.

이러한 실시예는 본 발명에 따른 일실시예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.

본 발명에 따른 실시예에서의 방향성 전기강판은 Sn : 0.03~0.07중량%, Sb : 0.01~0.05중량%, P : 0.01~0.05중량%을 P+0.5Sb가 0.037~0.063중량%를 포함하고, 저온 슬라브 가열방식과 SDN방식을 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 중량%로 Si : 2.0~4.0중량%, 산가용성 Al : 0.020~0.040중량% 및 Mn : 0.01~0.20중량%, C : 0.04~0.07중량%, N : 10~55ppm 및 S : 0.0010~0.0055중량%를 함유할 수 있고 잔부는 Fe 및 기타 불순물로 이루어진다.

먼저, 이하에서는 각 원소의 함량을 한정하는 이유에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 실시예의 전기강판은 Sn : 0.03~0.07중량%을 포함하는데, Sn을 첨가하면 2차 결정립의 크기를 감소시키기 위하여 {110}<001> 방위의 2차 핵의 숫자를 증가시킴으로써 철손을 향상시킬 수 있다. 또한 Sn은 결정립계에 편석을 통해서 결정립 성장을 억제하는데 중요한 역할을 하며, 이에 의해 AlN 입자가 조대화되고, Si 함량을 증가함에 따라 결정립 성장을 억제하는 효과가 약화되는 것을 보상한다. 따라서, 결과적으로 상대적으로 높은 Si함유량을 가지고도 {110}<001> 2차 재결정 집합조직이 형성될 수 있다. 즉, {110}<001>의 방위를 갖는 2차 재결정 구조의 완성도를 전혀 약화시키지 않고서도 Si 함유량을 증가시킬 뿐만 아니라 최종 두께를 감소시킬 수 있다. 이러한 Sn의 함량은 이미 상술한 바와 같이 다른 성분의 함량을 적절히 조정한 범위 내에서 0.03~0.07중량%인 것이 바람직하다. 즉, 상술한 바와 같이 Sn의 함량을 0.03~0.07중량%로 제어할 때, 종래에서는 예측할 수 없었던 불연속적이고 현저한 철손 감소 효과를 확인할 수 있었으므로 Sn의 범위는 상술한 범위로 제어하는 것이 바람직하다. 또한, Sn 함량이 과할 경우에는 취성이 증가되는 문제도 있을 수 있으므로 Sn을 상술한 범위로 제어할 경우에는 취성 향상에도 효과적이다.

본 발명에 따른 실시예의 전기강판은 Sb : 0.01~0.05중량%를 포함하는데, Sb는 결정립계에 편석하여 1차 재결정립의 과도한 성장을 억제하는 작용이 있다. Sb를 첨가하여 1차 재결정 단계에서 입성장을 억제함으로써 판의 두께 방향에 따른 1차 재결정립크기의 불균일성을 제거하고, 동시에 2차 재결정을 안정적으로 형성시킴으로써 자성이 보다 더 우수한 방향성 전기강판을 만들 수 있다. 특히, 이러한 Sb의 효과는 Sb를 0.01~0.05중량% 만큼 함유할 때 크게 향상될 수 있다.

Sb는 결정립계에 편석하여 1차 재결정립의 과도한 성장을 억제하는 작용이 있으나 0.01중량%이하이면 그 작용이 제대로 발휘되기 어렵고, 0.05중량% 이상이 함유되면 1차 재결정립의 크기가 지나치게 작아져 2차 재결정 개시 온도가 낮아져 자기특성을 열화시키거나 또는 입성장에 대한 억제력이 지나치게 커져 2차 재결정이 형성되지 않을 수도 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 P : 0.01~0.05중량%를 포함하는데, P는 저온가열 방식의 방향성 전기강판에서 1차 재결정립의 성장을 촉진시키므로 2차 재결정 온도를 높여 최종 제품에서 {110}<001> 방위의 집적도를 높인다. 1차 재결정립이 너무 과대할 경우에는 2차 재결정이 불안해지지만 2차 재결정이 일어나는 한 2차 재결정 온도를 높이기 위해 1차 재결정립이 큰 것이 자성에 유리하다. 한편 P는 1차 재결정된 강판에서 {110}<001> 방위를 갖는 결정립의 수를 증가시켜 최종제품의 철손을 낮출 수 있다. 또한 P는 2차 재결정 소둔시 약 1000℃의 높은 온도까지 결정립계에 편석하여 석출물의 분해를 지체시켜 억제력을 보강하는 작용도 가지고 있다. 이러한 P의 함량을 0.01~0.05중량%로 제한할 경우에 현저한 효과를 얻을 수 있다. P의 효과가 제대로 발휘되려면 0.01중량% 이상이 필요하고, P가 0.05중량% 이상이 되면 1차 재결정립의 크기가 오히려 감소되어 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 취성을 증가시켜 냉간압연성을 저해할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예의 전기강판에서는 P+0.5Sb : 0.0370~0.0630중량%를 함유하는데, 각각의 원소를 첨가하는 경우 외에도 상기 P+0.5Sb의 함량을 상기의 범위로 제어할 경우에 철손 향상 효과가 뛰어났다. 그 이유는 대체로 상기 원소들이 함께 첨가되어 상승효과를 거둘 수 있으며, 또한, 상승효과가 상기 수식 범위를 충족할 때 다른 수치범위에 비하여 불연속적으로 최대화 되기 때문인 것으로 판단된다. 따라서, 각각의 성분범위를 제어하는 외에도 상기 P+0.5Sb를 상술한 범위로 제어한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기강판은 상기 Sn, Sb, P 이외에도 Si, Al, Mn, C, N, S등과 같이 전기강판에서 통상 사용되는 성분들과 기타 불가피하게 포함되는 불순성분이 추가적으로 포함되나 이들의 성분은 통상의 전기강판에서 포함되는 종류의 성분과 그 함량범위로부터 용이하게 유추하여 본 발명의 전기강판에 적용할 수 있으므로, 반드시 그 성분을 한정할 필요는 없으며, 상기 Sn, Sb 및 P와 이들간의 관계를 상술한 범위로 한정하는 것이 중요하다.

다만, 본 발명의 성분계에 적합한 Si, Mn, Al, C, N, S 등의 보다 바람직한 예를 이하에서 표시하고 그 이유에 대하여 간략히 설명한다.

본 발명에 따른 실시예의 전기강판은 Si : 2.0~4.0중량%를 포함하는데, Si은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철심손실(core loss) 즉, 철손을 낮추는 역할을 한다. Si함량이 2.0%미만인 경우 비저항이 감소하여 철손특성이 열화되며, 4.0중량%이상으로 과잉 함유시에는 강의 취성이 커져 냉간압연이 극히 어려워지고 2차 재결정 형성이 불안정해진다. 그러므로 Si은 2.0~4.0중량%로 한정한다.

본 발명에 따른 실시예의 전기강판에서는 산가용성 Al : 0.020~0.040중량%을 포함하는데, Al은 최종적으로 AlN, (Al,Si)N, (Al,Si,Mn)N 형태의 질화물로 되어 억제제로 작용하는 성분으로서, 그 함량이 0.02% 이하인 경우에는 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없고, 너무 높은 경우에는 Al계통의 질화물이 너무 조대하게 석출, 성장하므로 억제제로서의 효과가 부족해진다. 그러므로 Al의 함량을 0.020~0.040중량%로 정한다.

본 발명에 따른 실시예의 전기강판에서는 Mn :0.01~0.20중량%를 포함하는데, Mn은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 효과도 있으며, Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로서 1차 재결정립의 성장을 억제하여 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. 그러나 0.20중량% 이상 첨가시에는 열연도중 오스테나이트 상변태를 촉진하므로 1차 재결정립의 크기를 감소시켜 2차 재결정을 불안정하게 한다. 그러므로 Mn은 0.20중량% 이하로 한다. 또한, Mn는 오스테나이트 형성 원소로서 열연 재가열시 오스테나이트 분율을 높여 석출물들의 고용량을 많게 하여 재석출시 석출물 미세화와 MnS 형성을 통한 1차 재결정립이 너무 과대하게 하지 않는 효과가 있으므로 0.01중량% 이상 포함하는 것이 필요하다. 따라서 Mn은 0.01~0.2 중량%로 한정한다.

또한, 본 발명에 따른 실시예의 전기강판에서 C는 0.04~0.07중량%로 제어되는데, C는 냉간압연 후 탈탄 소둔 과정에서 제거되며, N과 S는 2차 균열 처리시 분위기제어를 통하여 최대한 제거되는 것이 바람직하므로 상기 전기강판의 성분계에서는 불순물로 간주된다. 다만, 이들 성분은 냉간압연이 될 때까지는 여러 가지 이유로 인하여 강판내 존재하기 때문에 전기강판을 제조하기 위한 강 슬라브, 열연강판 및 냉연강판(냉간압연 직후의 강판)에서는 소정 범위로 포함될 수 있으며, 본 발명에서는 0.04~0.07중량%로 제어된다. C는 본 발명에서 대상으로 하는 방향성 전기강판의 자기적 특성 향상에 크게 도움이 되지 않는 성분이므로 가급적 제거하는 것이 바람직하다. 그러나, 압연과정에서는 일정수준 이상 포함되어 있을 경우 강의 오스테나이트 변태를 촉진하여 열간압연시 열간압연 조직을 미세화시켜서 균일한 미세조직이 형성되는 것을 도와주는 효과가 있으므로 상기 C는 0.04중량% 이상으로 포함되도록 한다. 그러나 함량이 과다하면 조대한 탄화물이 생성되고 탈탄시 제거가 곤란해진다.

본 발명에 따른 실시예에서는 N은 10~55ppm로 제어되는데, 상기 N은 Al 등과 반응하여 결정립을 미세화시키는 원소이다. 이들 원소들이 적절히 분포될 경우에는 냉간압연 이후 조직을 적절히 미세하게 하여 적절한 1차 재결정 입도를 확보하는데 도움이 될 수 있으나 그 함량이 과도하면 1차 재결정립이 과도하게 미세화되고 그 결과 미세한 결정립으로 인하여 2차 재결정시 결정립 성장을 초래하는 구동력이 커져서 바람직하지 않은 방위의 결정립까지 성장할 수 있으므로 바람직하지 않다. 또한, N 함량이 과다하면 최종소둔과정에서 제거하는데도 많은 시간이 소요되므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 질소 함량의 상한은 55ppm으로 정한다. 다만 슬라브 재가열시 고용되는 질소의 함량이 10ppm 이상이 되어야 할 것이므로 재고용될 수 있는 비율을 감안하여 상기 질소 함량의 하한은 10ppm으로 한정한다.

그리고, 본 발명에 따른 실시예의 전기강판은 S : 0.0010~0.0055중량%를 포함하는데, S는 0.0055%이상 함유되면 열간압연 슬라브 가열시 재고용되어 미세하게 석출하므로 1차 재결정립의 크기를 감소시켜 2차 재결정 개시온도를 낮추어 자성을 열화시킨다. 또한 최종소둔공정의 2차균열구간에서 고용상태의 S를 제거하는데 많은 시간이 소요되므로 방향성 전기강판의 생산성을 떨어뜨린다. 한편 S함량이 0.0055% 보다 낮은 경우에는 냉간압연전의 초기 결정립 크기가 조대해지는 효과가 있으므로 1차 재결정공정에서 변형밴드에서 핵생성되는 {110}<001> 방위를 갖는 결정립의 수가 증가된다. 그러므로 2차 재결정립의 크기를 감소시켜 최종제품의 자성을 향상시키므로 S는 0.0055% 이하로 정한다. S는 MnS를 형성하여 1차 재결정립크기에 어느 정도 영향을 주므로 0.001%이상 포함하는 것이 바람직하다. 따라서 S의 범위를 0.0010~0.0055중량%로 한정한다.

본 발명에 따른 실시예는 상기 방향성 전기강판 슬라브를 1050~1250℃에서 재가열하고, 열간 압연한 후, 열연판 소둔을 생략하거나 또는 행한 다음, 냉간압연하고 이어서 탈탄과 침질 소둔을 한 후, 2차 재결정 소둔을 실시하는 방향성 전기강판 제조 방법에 관한 것으로, 800~900℃의 온도 범위에서 탈탄 소둔 및 동시 탈탄 질화 소둔을 실시한다. 소둔온도가 800℃ 보다 낮으면 탈탄에 장시간이 소요되고, 1차 재결정립의 크기도 작아서 최종소둔시 안정적인 2차 재결정을 기대할 수 없게 된다. 소둔온도가 900℃ 보다 높으면 질화반응의 속도를 조절하는 것이 어렵고, 1차 재결정립이 과도하게 성장하거나 불균일해져 최종소둔시 안정적인 2차 재결정조직을 발달시키기 어렵게 된다.

상기 소둔 단계는 판 온도 800~850℃, 이슬점 60~ 65℃(H₂ : 30~75% 분위기) 에서 행하는 탈탄 소둔 단계와 판 온도 850~900℃, 노점 65 ~ 72℃의 산화성 가스 분위기에서 행하는 탈탄 및 2단계 질화 소둔을 실시하는 단계로 이루어진다.

상기 탈탄 소둔 단계는 가열대에서 실시하는데, 표층부 미탈탄 영역을 완전히 제거하여 입성장을 유도하고, 내부 미탈탄 영역도 일부 제거하여 강판 내 잔류 탄소량을 100ppm미만으로 낮추는 것이 중요하다. 만약, 탈탄 소둔 단계에서 잔류 탄소량을 100ppm 이상으로 유지한다면 동시 탈탄 질화 소둔 단계에서 탈탄이 제대로 이루어지지 않아 침질이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.

상기 동시 탈탄 질화 소둔 단계에서는 850~900℃에서 균열대에서 이루어지는데, 균열 소둔을 거치면서 입자 성장과 더불어 탈탄과 침질이 동시에 이루어진다. 이때는 상기 탈탄 소둔 단계에서 미탈탄된 중심부 영역의 탈탄이 이루어진다.

본 발명에 따른 실시예에서는 질화처리를 850~900℃의 균열대에서 실시하는데, 이는 850℃미만의 온도에서는 강판 내에서 질소의 확산속도가 느려 질화시간이 길어질 수 있고, 900℃이상에서는 질화는 쉽게 되지만 1차 재결정립들이 성장하기 쉬워 강판 내의 결정립 분포가 불균일해져 2차 재결정의 발달이 불안정해지기 때문이다.

본 발명에 따른 최종 소둔은 권취된 강판을 고온에서 가열하는 것이기 때문에, 강판과 강판이 부착되어버릴 우려가 있으므로 최종 소둔 전 강판 표면에 MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포하게 되는데, 상기 MgO는 수분과 함께 페이스트 형태로 도포되게 되므로 페이스트에 포함된 수분을 제거하기 위한 1차 균열 과정과 상기 1차 균열 과정 이후에 2차 재결정이 일어나는 온도로 강판을 가열하는 승온 과정 이후 적절한 온도에서 강판을 유지하는 2차 균열 과정으로 나뉘게 된다.

본 발명에 따른 승온시 억제제가 용해되는 온도 이하의 온도까지는 빠르게 승온하더라도 2차 재결정이 일어나지 않으므로 2차 재결정 거동에 큰 영향을 미치지 않으므로 빠른 승온속도를 적용하고 2차 재결정이 일어나는 온도부터는 느린 냉각속도로 승온하면 동일한 2차 재결정 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 실시예에서는 승온속도를 달리 적용하는 기준온도를 950℃로 정한다.

즉, 1차 균열 후에는 빠른 승온속도로 강판을 승온하다가 상기 온도 범위에서 2차 재결정을 고려한 느린 승온속도로 승온속도를 변경하는 것이다. 본 발명에서는 700~950℃에서는 승온속도를 18~75℃/hr로 정하고 950~1200℃에서는 2차 재결정을 고려하여 느린 승온속도인 10~65℃/hr로 정한다.

또한, 상기와 같은 방법에 의해 본 발명에 따른 실시예에서는 1차 재결정립의 크기를 19.0~21.5㎛로 제어하는데, 만약 1차 재결정립의 크기가 19.0㎛보다 작으면 결정립 성장 구동력이 커서 2차 재결정이 시작되는 온도가 낮아지고, 1차 재결정은 억제되어 있으면서, 2차 재결정만 성장하는 선택적 성장 구간도 좁아지게 된다. 이러한 경우 좋은 2차 재결정 조직이 성장할 수 있는 조건이 잘 확보되지 못하여 2차 재결정의 집적도가 나쁘고, 2차 재결정립 크기가 커지는 현상이 발생한다.

반면, 1차 재결정립의 크기가 21.5㎛보다 크면 결정립 성장 구동력이 작아 2차 재결정이 시작되는 온도가 높아지고, 억제제가 급격하게 힘을 잃게 되어 1차 재결정은 억제되어 있으면서, 2차 재결정만 성장하는 선택적 성장 구간도 좁아지고, 2차 재결정 형성 구간 중 2차 재결정이 성장하지 못한 영역에는 1차 재결정립의 크기가 커져서 시편을 두께방향으로 관통하게 되고, 이러한 결정립은 이후 순화소둔에서도 소멸되지 않고 남게 되어 2차 재결정 미세립을 만들게 된다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 침질시 균열대 전단부위에서 총 유량의 10~30%이하의 암모니아 유량으로 미세 침질을 통해 표층부 입성장을 억제하는 것이 중요하다. 나머지의 암모니아 유량(70~90%)은 균열대 후단부위에 투입하여 질화물을 형성한다.

다시 말해, 본 발명에 따른 실시예에서는 Sb의 첨가에 따라 가열대에서의 탈탄 속도가 늦어지게 되므로 균열대 전단부에서 침질을 완료할 수 없어 균열대 전후단으로 나누어 침질을 실시하는데, 균열대 전단에서는 강판의 표층부만 탈탄이 이루어진 상태이므로 일부만 침질하고, 균열대 후단에서는 강판의 중심부까지 탈탄이 이루어진 상태이므로 나머지 양을 침질하는 것이다.

균열대 전단에서 미세 침질하는 이유는 탈탄이 완료된 표층부만의 결정립 성장을 억제시키기 위함이다. 탈탄이 아직 완료되지 못한 중심부의 결정립은 미세하고, 불균일한 조직이 섞여 있으므로, 이 부분이 침질되면, 최종적으로 1차 재결정립의 불균일과 미세화를 야기한다. 따라서, 총 유량의 30%이하로 침질한다. 또한, SDN의 자성 개선 효과는 표층부와 중심부의 결정립 크기 차이를 만들어 이상적인 결정립 크기 분포를 가지게 하는 것이므로, 이를 위해 균열대 초반에 미세 침질을 통해 표층부의 결정립 성장을 억제함으로써 자성을 개선할 수 있는데 이를 위해서는 10%이상을 침질하는 것이 필요하다.

동시 탈탄 소둔 단계에서는 850~900℃ 균열 소둔을 거치면서 입자 성장과 더불어 탈탄과 침질이 동시에 이루어진다. 마찬가지로 치밀한 산화층 형성에 의해 산소뿐 아니라 질소의 투입 방해를 받으므로, 노점 72℃(25%N₂+75%H₂) 이상에서는 탈탄 및 침질 효율이 급격히 떨어지게 된다. 따라서, 노점 72℃ 미만으로 관리한다.

이때, 동시 탈탄 질화 소둔 완료 후 강판 내부에 잔류하는 질소량이 100~300ppm을 유지하도록 제어하는데, 만약, 100ppm미만인 경우에는 질소가 억제제 형성을 제대로 하지 못할 수 있고, 300ppm을 초과하는 경우에는 최종 소둔 과정에서 질소를 제거하는데 과도한 시간이 소요될 수 있다.

소둔로의 분위기 가스에서 수소비율이 높은 경우, 표층부의 수소 분압이 높아서 치밀한 산화층의 형성 억제 효과가 있어서 수소량이 증가할수록 동일한 노점 수준 보다 높은 노점 분위기에서 탈탄이 더 잘 일어나게 된다. 상기 수소 가스는 30~75%로 제어되는데, 상기 탈탄 소둔 분위기에서 수소의 함량이 높을수록 산화능이 작아지는데, 만약 수소가 30% 미만인 경우에는 산화능이 과도하게 크지만 75%를 초과하는 경우에는 산화가 잘 일어나지 않으므로 본 발명에 따른 실시예에서는 수소의 함량을 30~75%로 제어한다. 이는 동시 탈탄 질화 소둔 뿐만 아니라 탈탄 소둔 단계에서도 동일하게 적용된다.

또한, 동시 탈탄 질화 소둔에서의 2단계 침질 완료 후 잔류 탄소량을 20ppm 미만으로 유지하는 것이 매우 중요하다. 이는 내부에 계면사이(계면 또는 삼중점)에 남아 있는 미탈탄 영역이 오스테나이트로 상변태가 이루어지면 입자성장을 억제하는 효과를 보이므로 결정립 크기 조절을 방해하고, 국부적인 불균일을 만들어서 자성을 열위하게 만들기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

중량%로 Si:3.32%, C:0.052%, Mn:0.12%, Sol. Al:0.029%, P: 0.030%, N: 0.0040%, S: 0.0045%, Sb: 0.030% 그리고 잔부를 이루는 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 방향성 전기강판의 슬라브를 재고용되는 N의 양이 0.0025%되는 온도에서 210분 가열한 후 열간압연하여 2.3mm 두께의 열연판을 제조하였다. 이 열연판을 1120℃까지 가열한 후 920℃에서 90초간 유지하고 물에 급냉하여 산세한 후 0.30mm 두께로 냉간압연하였다. 승온 중 초기 탈탄 소둔을 위한 판의 온도가 800~850℃ 구간에서 수소50%, 질소 50%, 노점 64℃ 로 조정하였고, 균열대는 가열대와 동일 수소비에 산화능 0.8을 유지하면서 전단부에 총 유량을 표 1과 같이 조절하고 암모니아 개스를 후단부에는 나머지 유량의 암모니아 가스를 동시에 투입하여 180초간 유지하여 동시 탈탄, 질화처리를 하였다.

이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 코일상으로 최종소둔하였다. 최종소둔시 1차 균열온도는 700℃, 2차 균열온도는 1200℃로 하였고, 승온구간의 승온조건은 700~950℃의 온도구간에서는 시간당 45℃, 950~1200℃의 온도구간에서는 시간당 15℃로 하였다. 한편 1200℃에서의 균열시간은 15시간으로 하여 처리하였다. 최종소둔시의 분위기는 1200℃까지는 25%질소+75%수소의 혼합분위기로 하였고, 1200℃ 도달 후에는 100%수소분위기에서 유지한 후 노냉하였다. 각각의 조건에 대하여 측정한 자기특성은 표 1과 같다.

표 1에 나타난 바와 같이, 발명재 1,2,3에서와 같이 전단 암모니아 분율을 10~30%의 범위로 제어하고, 표층부의 결정립 크기가 16.0㎛ ~ 19.5㎛ 것이 양호한 자기 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

전단 암모니아 유량 분율(%)	Grain size(㎛)		자속밀도 (B10, Tesla)	철손 (W17/50, W/kg)	구 분
전단 암모니아 유량 분율(%)	표층부	중심부	자속밀도 (B10, Tesla)	철손 (W17/50, W/kg)	구 분
0	20.7	21.2	1.88	1.10	비교재 1
10	18.5	21.0	1.938	0.93	발명재 1
15	16.8	19.8	1.935	0.94	발명재 2
30	17.3	20.3	1.941	0.92	발명재 3
40	14.6	21.0	1.90	0.97	비교재 2

본 발명에 따른 실시예에 의해 1차 재결정 소둔 공정에서 침질을 2단계로 행함으로써 방향성 전기강판의 자기 특성을 개선할 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims

Sn : 0.03~0.07중량%, Sb : 0.01~0.05중량%, P : 0.01~0.05중량%, Si : 2.0~4.0중량%, 산가용성 Al : 0.020~0.040중량%, Mn : 0.01~0.20중량%, C : 0.04~0.07중량%, N : 10~55ppm 및 S : 0.0010~0.0055%를 포함하고, 상기 P와 Sb는 중량%로 0.0370≤P+0.5Sb≤0.0630 를 만족하는 강 슬라브를 제조하는 단계;
상기 강 슬라브를 재가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔을 생략하거나 수행한 다음 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하는 단계;
상기 강판에 대하여 산화성 가스 분위기에서 탈탄 소둔하는 단계;
상기 탈탄 소둔된 강판에 대하여 산화성 가스 분위기에서 10~30%를 균열대 전반부에서 탈탄과 동시에 질화처리하고, 나머지 질화처리를 균열대 후반부에서 실시하는 동시 탈탄 질화 소둔 단계; 및
상기 동시 탈탄 질화 소둔을 거친 강판에 대하여 최종 소둔 단계;
를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 탈탄 소둔 단계는, 강판 내부의 잔류 탄소량이 100ppm이하로 제어되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 동시 탈탄 질화 소둔 단계는, 강판 내부의 잔류 질소량이 100~300ppm으로 제어되고, 잔류 탄소량은 20ppm미만으로 제어되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 최종 소둔 단계는 1차 균열하는 단계, 승온하는 단계, 2차 균열하는 단계를 포함하고, 상기 승온하는 단계는 700~950℃에서는 18~75℃/hr, 950~1200℃에서는 10~65℃/hr로 승온하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 동시 탈탄 질화 소둔한 후의 1차 재결정립의 크기는 19.0~21.5㎛이고, 표층부의 결정립 크기가 16.0㎛ ~ 19.5㎛ 인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 산화성 가스 분위기는 질소와 수소의 혼합 가스이고, 상기 수소가 30~75%인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 탈탄 소둔은 판 온도 : 800~850℃, 노점 : 60~65℃에서 실시되고, 동시 탈탄 질화 소둔은 판 온도 : 850~900℃, 노점 : 65 ~ 72℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 의해 제조되는 방향성 전기강판.