KR20140022953A - 방향성 전기 강판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

냉간 압연 후의 방향성 전기 강판용 코일을 1 차 재결정 어닐링하고, 어닐링 분리제를 도포하여, 마무리 어닐링하는 방향성 전기 강판의 제조 방법에 있어서, 상기 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 500 ∼ 700 ℃ 사이를 80 ℃/sec 이상으로 급속 가열함과 함께, 마무리 어닐링의 가열 과정의 700 ∼ 1000 ℃ 사이에서 2 ∼ 100 시간 유지하는 홀딩 처리를 실시하고, 바람직하게는, 추가로 마무리 어닐링에 사용하는 어닐링로의 코일 받침대 상면에, 외주측으로부터 동심원상으로 또한 코일 받침대 반경의 20 ％ 이상으로, 단열재를 부설하여 마무리 어닐링함으로써, 마무리 어닐링에 있어서 발생하는 형상 불량을 저감시켜, 제품 수율을 향상시킨다.

Description

방향성 전기 강판의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING ORIENTED MAGNETIC STEEL SHEET}

본 발명은, 방향성 전기 강판의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 마무리 어닐링시에 발생하는 코일의 형상 불량을 대폭 경감할 수 있는 방향성 전기 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

방향성 전기 강판은, 트랜스의 철심 재료 등에 주로 사용되는 연자성 (軟磁性) 재료로, 자기 특성이 우수한 것, 특히 철손이 낮은 것이 요구된다. 그 때문에, 방향성 전기 강판을 제조할 때에는, 1000 ℃ 정도의 고온으로 가열하여 2 차 재결정을 일으켜, 강판 중의 결정립을 Goss 방위 ({110} ＜001＞ 방위) 로 고도로 집적시키는 마무리 어닐링을 실시하고 있다. 또, 이 마무리 어닐링에서는, 상기 2 차 재결정에 계속하여, 1200 ℃ 정도까지 가열하여, 불순물을 제거하는 순화 처리를 실시하는 것이 일반적이다. 그 때문에, 이 마무리 어닐링은, 최대로 10 일 정도의 장시간을 필요로 하기 때문에, 강판을 코일상으로 감은 상태에서 어닐링하는 배치식의 어닐링로를 사용하여 실시되는 것이 보통이다.

그러나, 이와 같은 고온 장시간에 걸친 마무리 어닐링을 실시하면, 코일 자체가 자중에 의해 크리프 변형되거나, 열 팽창이 구속되거나 하여 여러 가지 형상 불량을 일으키고, 제품 수율의 저하를 초래하거나, 최악의 경우, 마무리 어닐링 후, 평탄화 어닐링 설비를 통판 (通板) 할 수 없게 되거나 한다.

이 문제를 해결하는 기술로는, 여러 가지 방법이 검토되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 마무리 어닐링시에 코일에 씌우는 이너 커버의 내측 측벽부에 단열재를 내장하여, 코일 외측 권취부에 발생하는 주름상의 형상 불량을 저감시키는 기술이 제안되어 있다. 또, 특허문헌 2 에는, 마무리 어닐링로의 코일 받침대의 외주 단면부에 단열재를 피복함으로써, 코일 받침대와 접하는 코일 하측면부에 발생하는 측 변형 불량을 방지하는 기술이 제안되어 있다. 또한 특허문헌 3 에는, 업 엔드 상태로 재치 (載置) 된 코일의 중앙부 공간에 금속 링을 삽입함으로써, 코일 내측 권취부가 중앙 공간측으로 무너지는 것을 방지하는 기술이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2006-257486호 일본 공개특허공보 평05-051643호 일본 공개특허공보 2006-274343호

상기 종래 기술의 적용에 의해, 마무리 어닐링 후의 코일 형상은, 어느 정도는 개선되어 수율도 향상되고 있다. 그러나, 상기의 방법에서는, 개별의 형상 불량에 대해서는 해소되지만, 반대로 다른 형상 불량을 일으키는 경우가 있어, 충분한 개선 효과가 얻어지고 있다고는 할 수 없는 것이 실정이다.

예를 들어, 특허문헌 1 의 방법에서는, 코일 외주면의 과가열이 해소되고, 주름상의 형상 불량은 경감되지만, 코일에 대한 입열이 코일 상측면부로부터만이 되므로, 코일 상면부와 내부의 온도 분포가 불균일해지는 결과, 귀부가 외주의 외측 방향으로 확대되어, 가장자리 신장 불량이 증대되는 경향이 있다.

또, 특허문헌 2 의 방법에서는, 코일 받침대의 외주 단면부의 단열에 의해, 코일 받침대와 접하는 코일 하측면부의 측 변형 불량은 잘 발생하지 않게 되지만, 이것만으로는 효과가 충분하지 않은 데다가, 어닐링 중에 코일 받침대가 열 팽창하여 단열재가 국부적으로 박리되어, 그 박리부에 대응하는 코일 부위에서는 오히려 측 변형 불량이 커지는 경우가 있다.

또한 특허문헌 3 의 방법에서는, 무너짐을 방지하기 위한 금속 링의 강도를 높이기 위해서 링의 두께를 두껍게 할 필요가 있지만, 이것에 따른 질량의 증가에 의해, 핸들링이 곤란해지거나, 코일 측면부의 측 변형 불량이 오히려 증대되거나 한다는 문제가 있다.

본 발명은, 종래 기술이 안고 있는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 코일 받침대와 접하는 코일 측면부의 측 변형 불량이나, 코일 외측 권취부에 발생하는 주름상의 형상 불량, 코일 귀부가 외주의 외측 방향으로 확대되는 가장자리 신장 불량 등의 형상 불량을 저감시켜, 따라서, 제품 수율을 대폭 향상시키는 것에 있다.

발명자들은, 상기 과제의 해결을 위하여, 형상 불량의 발생 원인의 해석과 그 유효한 해소책에 대해 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 상기 「주름상의 형상 불량」과「가장자리 신장 불량」은, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서 급속 가열함과 함께, 마무리 어닐링의 가열 과정에서 홀딩 처리를 실시함으로써, 또 「측 변형 불량」은, 마무리 어닐링로의 코일 받침대 상면에 단열재를 부설함으로써, 대폭 개선할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 냉간 압연 후의 방향성 전기 강판용 코일을 1 차 재결정 어닐링하고, 어닐링 분리제를 도포하고, 마무리 어닐링하는 방향성 전기 강판의 제조 방법에 있어서, 상기 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 500 ∼ 700 ℃ 사이를 80 ℃/sec 이상으로 급속 가열함과 함께, 마무리 어닐링의 가열 과정의 700 ∼ 1000 ℃ 사이에서 2 ∼ 100 시간 유지하는 홀딩 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판의 제조 방법을 제안한다.

본 발명의 방향성 전기 강판의 제조 방법은, 상기 마무리 어닐링에 사용하는 어닐링로의 코일 받침대의 상면에, 외주측으로부터 동심원상으로 또한 코일 받침대 반경의 20 ％ 이상으로, 단열재를 부설하여 마무리 어닐링하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 방향성 전기 강판의 제조 방법은, 상기 1 차 재결정 어닐링에 있어서의 급속 가열을, 1 차 재결정 어닐링에 선행하는 다른 열처리로 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 방향성 전기 강판을 배치식 마무리 어닐링로에서 제조할 때에 문제가 되는, 코일 받침대와의 접촉에서 기인하는 측 변형 불량이나, 코일 외측 권취부에 발생하는 주름상 형상 불량, 코일 귀부가 외주 외측 방향으로 무너지는 가장자리 신장 불량 등의 형상 불량을 효과적으로 저감시킬 수 있기 때문에, 제품 수율을 대폭 높일 수 있다.

도 1 은, 1 차 재결정 어닐링시의 승온 속도와 마무리 어닐링시의 800 ℃ 홀딩 시간이 형상 불량률에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 1 차 재결정 어닐링시의 승온 속도와 마무리 어닐링시의 800 ℃ 홀딩 시간이 각 형상 불량별 발생률에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 코일 받침대 상면에 부설하는 단열재를 설명하는 도면이다.
도 4 는, 마무리 어닐링로의 코일 받침대 상면에 대한 단열재의 부설 영역과 마무리 어닐링시의 800 ℃ 홀딩 시간이 형상 불량률에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 마무리 어닐링로의 코일 받침대 상면에 대한 단열재의 부설 영역과 마무리 어닐링시의 800 ℃ 홀딩 시간이 각 형상 불량별 발생률에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.

발명자들은, 마무리 어닐링에 의해 발생하는 각종 형상 불량을 해결하는 방법에 대해, 여러 가지 실험을 실시하여 검토하였다. 그 결과, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에서 소정의 온도 범위를 급속 가열함과 함께, 마무리 어닐링의 가열 과정의 소정 온도에서 소정 시간 유지하는 홀딩 처리를 실시함으로써, 형상 불량을 대폭 저감시킬 수 있는 것, 이것에 더하여, 마무리 어닐링로의 코일 받침대 상면에 단열재를 부설함으로써, 형상 불량을 더욱 저감시킬 수 있는 것을 신규로 알아내었다. 이하, 상기 지견을 얻기에 이른 실험에 대해 설명한다.

C：0.07 mass％, Si：3.3 mass％, Mn：0.06 mass％, Al：0.025 mass％, N：0.008 mass％, Se：0.02 mass％ 및 Sb：0.03 mass％ 를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Fe 로 이루어지는 방향성 전기 강판용의 강 슬래브를, 통상적인 방법에 준하여 열간 압연하고, 냉간 압연하여 최종 판두께：0.23 ㎜ 의 냉연판으로 한 후, 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링을 실시하였다. 또한, 이 1 차 재결정 어닐링은, 가열 과정의 500 ∼ 700 ℃ 사이를 평균 승온 속도：10 ∼ 300 ℃/sec 의 범위에서 여러 가지로 변화시켜 가열한 후, 습수소-질소 혼합 분위기하에서, 800 ℃ × 120 sec 의 균열 처리를 실시하는 탈탄을 겸한 조건에서 실시하였다.

상기 1 차 재결정 어닐링 후의 강판은, 그 후, 강판 표면에 MgO 를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포, 건조시킨 후, 코일에 권취하고, 배치식 어닐링로의 코일 받침대 상면에 업 엔드로 재치하여, 마무리 어닐링을 실시하였다. 또한, 이 마무리 어닐링에서는, 코일 받침대 상면에 단열재를 부설하지 않고, 코일을 그대로 코일 받침대 상면에 재치하였다. 또, 어닐링 사이클은, 가열 도중의 800 ℃ 에서, 유지 시간을 0 ∼ 150 시간의 범위에서 여러 가지로 변화시키는 홀딩 처리를 실시하고, 그 후, 1180 ℃ 까지 20 ℃/hr 로 승온하여, 10 시간 균열 유지하는 조건에서 실시하였다. 마무리 어닐링 후의 강판은, 그 후, 인산 산세하여 미반응의 어닐링 분리제를 제거한 후, 절연 코팅을 도포하고, 베이킹과 형상 교정을 겸한 800 ℃ × 20 초의 평탄화 어닐링을 실시하여, 제품 코일로 하였다.

또한, 상기 평탄화 어닐링할 때, 설비 통판 중의 강판 형상을 육안으로 관찰하여 마무리 어닐링에서 발생한 형상 불량의 발생 길이를 측정하여, 형상 불량률 ((불량 발생 길이/코일 전체 길이의 길이) × 100 (％)) 을 구하였다.

이 결과를 도 1 에 나타낸다. 도 1 로부터, 1 차 재결정 어닐링에 있어서의 승온 속도를 80 ℃/sec 이상, 마무리 어닐링에 있어서의 800 ℃ 에서의 유지 시간을 2 시간 이상으로 함으로써, 형상 불량률을 5 ％ 이하까지 저감시킬 수 있는 것, 그러나, 유지 시간이 100 시간을 초과하면, 반대로 형상 불량률은 증가하는 것을 알 수 있었다.

또한 도 1 에 나타낸 승온 속도가 20 ℃/sec 와 100 ℃/sec 의 데이터에 대해, 형상 불량별 발생률을 도 2 에 나타내었다. 여기서, 도면 중의 「측 변형」이란, 코일 하부의 측면부에 발생하는 측 변형 불량을, 「주름상」이란, 코일 외측 권취부에 발생하는 주름상의 불량을, 「가장자리 신장」이란, 코일 귀부가 외주 외측 방향으로 확대되는 가장자리 신장 불량을 나타낸다.

도 2 로부터, 코일 외측 권취부에 발생하는 주름상의 형상 불량은, 마무리 어닐링의 가열 과정에서의 홀딩 처리없이는 높은 발생률을 나타내지만, 홀딩 시간을 길게 함으로써 해소되어 가는 것을 알 수 있다. 또, 코일 외측 권취부에 발생하는 가장자리 신장 불량도, 주름상 불량과 마찬가지로, 홀딩 시간을 길게 함으로써 개선된다. 그러나, 코일 하방의 측면부에 발생하는 측 변형 불량은, 홀딩 시간을 길게 하면, 오히려 증대되고 있는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 도 1 에 있어서의 마무리 어닐링의 홀딩 시간을 길게 하는 것에 의한 형상 불량률의 개선은, 주름상 불량과 가장자리 신장 불량이 개선되었기 때문인 것을 알 수 있다. 또한, 측 변형 불량은, 1 차 재결정 어닐링에 의해 급속 가열함으로써 개선되는 경향이 있지만, 아직 개선의 여지가 있다.

상기의 결과로부터, 형상 불량률을 더욱 저감시키고, 수율을 향상시키기 위해서는, 측 변형 불량을 저감시키는 것이 필요하다. 그래서, 발명자들은 추가로 이하의 실험을 실시하였다.

상기 서술한 실험과 동일 성분의 강 슬래브를, 마찬가지로 상기 서술한 실험과 동일한 조건에서 최종 판두께의 냉연판으로 하고, 그 후, 상기 냉연판에, 500 ∼ 700 ℃ 사이의 평균 승온 속도를 100 ℃/sec 로 하여 가열 후, 습수소-질소 혼합 분위기하에서 800 ℃ × 120 sec 의 균열 처리를 실시하는 탈탄을 겸한 1 차 재결정 어닐링을 실시하였다. 그 후, 강판 표면에 MgO 를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포, 건조시킨 후, 코일에 권취하고, 마무리 어닐링로의 코일 받침대 상에, 업 엔드로 하여 재치하였다. 이 때, 상기 코일 받침대의 상면에는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 단열재를, 외주측으로부터 동심원상 (구멍 뚫린 원반상) 이 되도록, 또한 코일 받침대의 반경에 대해 0 ∼ 60 ％ 의 범위가 되도록 변화시켜 부설하였다.

그 후, 상기 서술한 실험과 마찬가지로, 가열 도중의 800 ℃ 에서, 유지 시간을 0 ∼ 150 시간의 범위에서 여러 가지로 변화시키는 홀딩 처리를 실시한 후, 1180 ℃ 까지 20 ℃/hr 로 승온하여, 10 시간 균열 유지하는 마무리 어닐링을 실시한 후, 인산 산세하여 미반응의 어닐링 분리제를 제거하고, 절연 코팅을 도포하여, 베이킹과 형상 교정을 겸한 800 ℃ × 20 초의 평탄화 어닐링을 실시하여, 제품 코일로 하였다.

또한, 상기 평탄화 어닐링할 때, 통판 중의 강판 형상을 육안으로 관찰하고, 마무리 어닐링에서 발생한 형상 불량의 발생 길이를 측정하여, 형상 불량률을 구하고, 그 결과를 도 4 에 나타내었다.

도 4 로부터, 마무리 어닐링로의 코일 받침대 상면에 단열재를, 코일 받침대의 외주측으로부터 동심원상으로, 또한 코일 받침대의 반경에 대해 20 ％ 이상이 되도록 부설한 후에, 마무리 어닐링의 가열 도중의 800 ℃ 에서 2 ∼ 100 시간의 홀딩 처리를 실시한 경우에는, 형상 불량률을 대폭 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 도 5 는, 단열재를 부설한 부분이, 코일 받침대 반경의 0 ％ (부설 없음) 와 60 ％ 인 경우에 대해, 형상 불량별 형상 불량률을 조사한 결과를 나타낸 것이고, 이 도면으로부터, 단열재의 부설에 의해 측 변형 불량이 대폭 개선되어 있는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 급속 가열, 마무리 어닐링의 가열 과정에 있어서의 홀딩 처리 및 마무리 어닐링로의 코일 받침대로의 단열재의 부설을 조합함으로써 형상 불량이 대폭 개선되는 이유에 대해, 발명자들은 이하와 같이 생각하고 있다.

먼저, 각 형상 불량이 발생하는 원인을 해석하면, 코일 외측 권취부에 발생하는 주름상의 형상 불량은, 코일 내에, 가열 과정에서 기인한 온도 편차가 있으면, 마무리 어닐링의 냉각시에 코일이 열 수축할 때, 어닐링 분리제의 두께 편차와 더불어, 수축이 국부적으로 방해되고, 그 부분이 크리프 변형을 일으키는 결과, 발생하는 것으로 생각된다.

또, 업 엔드로 놓여진 코일의 상측면 단부가 외주 외측 방향으로 확대되는 가장자리 신장 불량에 대해서는, 마무리 어닐링에서의 승온 중에 코일이 열 팽창할 때, 코일 상측면 단부에 있어서, 포스테라이트가 생성되는 도중에 생기는 내부 산화막이 벗겨져 떨어져 강판의 간극에 비집고 들어가, 그 후의 냉각시에 코일이 열 수축할 때, 박리된 분말상의 내부 산화막이 저항이 되어 수축을 방해하는 결과, 발생하는 것으로 생각된다.

또, 코일 측면부에 발생하는 측 변형 불량은, 마무리 어닐링의 승온시에 코일이 열 팽창하여, 코일 측면부가 외주의 외측 방향으로 확대되려고 하지만, 코일 받침대와 코일 측면 사이의 마찰에 의해 열 팽창이 방해되는 결과, 코일 측면부가 변형을 일으키는 것이 원인인 것으로 생각된다.

그리고, 배경 기술에서도 서술한 바와 같이, 단일의 개선 방법인 종래 기술에서는, 어느 형상 불량은 해결되어도 다른 형상 불량이 발생하기 때문에, 형상 불량을 전체적으로 개선할 수 없다는 문제를 떠안고 있었다.

이에 대하여, 상기 서술한 발명자들의 실험 결과에서는, 마무리 어닐링의 가열 과정의 소정 온도에서 홀딩 처리를 실시함으로써, 주름상 불량과 가장자리 신장 불량은 개선되지만, 측 변형 불량은 오히려 악화되는 경향이 확인되었다.

홀딩 처리함으로써 주름상의 형상 불량이 개선되는 이유는, 홀딩 처리에 의해 코일 내의 온도 분포가 균일화되어 어닐링 분리제의 소결도 균일화되는 결과, 코일층 간의 부피 밀도의 변화가 없어지고, 냉각시의 수축을 방해하는 것이 없어져, 형상이 개선되는 것으로 생각된다.

또, 홀딩 처리에 의해 가장자리 신장 불량이 개선되는 이유는, 일정 온도로 소정 시간 유지하는 사이에, 어닐링 분리제 중의 MgO 로부터 방출되는 수화 수분이 충분히 빠지기 때문에, 코일 상부에서의 상기 서술한 내부 산화막이 벗겨져 떨어지는 것이 없어지기 때문인 것으로 생각된다.

또, 홀딩 처리함으로써 측 변형 불량이 오히려 악화되는 이유는, 고온에서 유지함으로써 코일에 가해지는 열 부하가 커지기 때문에, 크리프 변형이 증대되기 때문인 것으로 생각된다.

또, 주름상의 형상 불량 및 측 변형 불량은, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서 급속 가열함으로써 저감시킬 수 있다.

그 이유는, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정을 급속 가열하면, 1 차 재결정 집합 조직 중의 고스 강도가 높아져, 마무리 어닐링에 있어서의 2 차 재결정 온도가 저온화된다. 이로써, 강판의 고온 강도가 높아져, 크리프 변형이 잘 일어나지 않게 되어 측 변형 불량이 개선된다.

또, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정을 급속 가열하면, 강판 표층하에 형성되는 내부 산화층의 형태가 변화되어, 마무리 어닐링 중의 MgO 의 소결이 억제된다. 그 결과, MgO 의 입경이 미세한 그대로 유지되어, 부피 밀도도 높아지지 않기 때문에, 강판의 변형 응력을 완화하는 효과가 생겨, 주름상의 형상 불량도 개선되는 것으로 생각된다.

또한, 내부 산화층의 형태 변화는, 마무리 어닐링 중의 코일 상측면부의 내부 산화층의 박리를 일으키기 때문에, 급속 가열은 가장자리 신장 불량을 조장하지만, 이것에 따른 악영향은, 마무리 어닐링의 가열 과정에서의 홀딩 처리에 의한 코일 내 온도 균일화 효과나 MgO 로부터의 수화 수분의 배출 촉진 효과에 의해 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 마무리 어닐링로의 코일 받침대에 대한 단열재의 부설에 의해 측 변형이 개선되는 이유는, 단열재의 부설에 의해, 코일 받침대의 외주부가 상면측으로 젖혀지는 듯한 열 변형을 방지할 수 있기 때문에, 코일과 코일 받침대 사이의 마찰이 완화되기 때문인 것으로 생각된다. 즉, 단열재를 부설하지 않는 경우에는, 코일 받침대 상부의 열이 코일에 빼앗기기 때문에, 받침대 상부보다 하부의 온도가 높아져, 받침대 상하의 열 팽창 차에 의해 코일 받침대가 상면측으로 젖혀지는 듯한 변형이 일어난다. 여기서, 코일 받침대의 외주부에 단열재를 부설한 경우에는, 코일에 의한 열 흡수가 억제되기 때문에, 코일 받침대의 변형을 방지할 수 있다. 또, 코일 받침대에 다소의 휨이 발생했다고 해도, 단열재가 완충재가 되므로, 코일의 변형을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 코일 받침대에 단열재를 부설하면, 코일 하측면으로부터의 입열이 억제되어, 코일 상측면 및 외주면으로부터의 입열이 증가하기 때문에, 코일 내의 온도의 불균일이 증대할 우려가 있지만, 이것은, 홀딩 처리와 조합함으로써 균일화할 수 있기 때문에, 주름상의 형상 불량이 조장되는 경우도 없다.

다음으로, 본 발명의 방향성 전기 강판의 소재가 되는 강 슬래브의 성분 조성에 대해 설명한다.

본 발명이 사용하는 방향성 전기 강판용의 강 슬래브는, 공지된 성분 조성을 갖는 것이면 되고, 또, 2 차 재결정을 일으키기 위한 인히비터 성분의 함유 유무를 묻지 않는다.

따라서, 예를 들어, 인히비터를 이용하는 경우에서, AIN 계 인히비터를 이용할 때에는, Al 및 N 을, 또 MnS·MnSe 계 인히비터를 이용할 때에는, Mn 과 Se 및/또는 S 를 적정량 함유시킬 수 있다. 물론, 양 인히비터를 병용해도 된다. 또한, 인히비터를 이용하는 경우의 구체적인 Al, N, S 및 Se 의 첨가량은, 각각 Al：0.01 ∼ 0.065 mass％, N：0.005 ∼ 0.012 mass％, S：0.005 ∼ 0.03 mass％, Se：0.005 ∼ 0.03 mass％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

한편, 인히비터를 사용하지 않는 경우에는, Al, N, S 및 Se 의 함유량을 제한할 필요가 있고, 구체적으로는, Al, N, S 및 Se 는, 각각 Al：0.0100 mass％ 이하, N：0.0050 mass％ 이하, S：0.0050 mass％ 이하, Se：0.0050 mass％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명에서 사용하는 강 슬래브의 상기 인히비터 이외의 기본 성분에 대해 설명한다.

C：0.15 mass％ 이하

C 는, 열연판 조직의 개선을 위해서는 함유하고 있는 것이 바람직하다. 그러나, 0.15 mass％ 를 초과하여 함유하면, 제조 과정에서의 탈탄 어닐링에 의해, 자기 시효가 일어나지 않는 0.0050 mass％ 이하까지 C 를 저감시키기 어려워진다. 따라서, C 는 0.15 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.10 mass％ 이하이다. 또한, C 의 하한값은, C 를 함유하지 않는 소재라도 2 차 재결정시킬 수 있으므로, 특별히 설정할 필요는 없다.

Si：2.0 ∼ 8.0 mass％

Si 는, 강의 전기 저항을 높이고, 철손을 저감시키는 데에 유효한 원소로, 충분한 철손 저감 효과를 얻기 위해서는, 2.0 mass％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 8.0 mass％ 를 초과하는 첨가는, 자속 밀도의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 압연성이 현저하게 저하되어, 제조하기 어려워진다. 따라서 Si 는 2.0 ∼ 8.0 mass％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 2.8 ∼ 4.0 mass％ 의 범위이다.

Mn：0.005 ∼ 1.0 mass％

Mn 은, 열간 가공성을 개선하는 데에 있어서 필요한 원소이고, 0.005 mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 1.0 mass％ 를 초과하는 첨가는, 자속 밀도의 저하를 초래한다. 따라서, Mn 은 0.005 ∼ 1.0 mass％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.03 ∼ 0.3 mass％ 의 범위이다.

다음으로, 상기 인히비터 성분 및 기본 성분 이외에, 자기 특성을 개선하기 위해서 적절히 첨가할 수 있는 임의의 첨가 성분에 대해 설명한다.

Ni：0.03 ∼ 1.50 mass％

Ni 는, 열연판 조직을 개선하여 자기 특성을 향상시키는 유용한 원소이고, 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.03 mass％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 1.50 mass％ 를 초과하는 첨가는, 2 차 재결정이 불안정해져, 자기 특성이 오히려 열화될 우려가 있다. 따라서, Ni 를 첨가하는 경우에는, 0.03 ∼ 1.50 mass％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

Sn：0.01 ∼ 1.50 mass％, Sb：0.005 ∼ 1.50 mass％, Cu：0.03 ∼ 3.0 mass％, P：0.03 ∼ 0.50 mass％, Mo：0.005 ∼ 0.10 mass％ 및 Cr：0.03 ∼ 1.50 mass％

Sn, Sb, Cu, P, Mo 및 Cr 은, 인히비터를 보강하고, 자기 특성을 향상시키는 효과가 있는 유용한 원소이다. 그러나, 상기 각 성분의 함유량이 상기 하한값 미만에서는 자기 특성 개선 효과가 작고, 한편, 상기 상한값을 초과하여 첨가하면, 2 차 재결정립의 발달이 저해되어 자기 특성이 열화되게 된다. 따라서, Sn, Sb, Cu, P, Mo 및 Cr 은, 상기의 범위 내에 있어서 1 종 또는 2 종 이상을 함유시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용하는 강 슬래브의 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내이면, 다른 성분의 함유를 저지하는 것은 아니다.

다음으로, 본 발명의 방향성 전기 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 방향성 전기 강판의 소재가 되는 강 슬래브는, 상기 성분 조성을 만족하는 것 이외에 특별히 제한은 없고, 통상적인 방법에 준하여 제조하면 된다.

강 슬래브는, 그 후, 소정의 온도로 재가열한 후, 열간 압연에 제공하는 것이 통상적이지만, 주조 후, 재가열하지 않고 즉시 열간 압연하는 직접 압연을 실시해도 된다. 또, 박주편 (薄鑄片) 의 경우에는, 열간 압연을 생략하고, 그대로 이후의 공정으로 진행해도 된다.

열간 압연하여 얻은 열연판은, 그 후, 필요에 따라 열연판 어닐링을 실시한다. 이 열연판 어닐링은, 마무리 어닐링의 2 차 재결정에 의해 고스 조직을 고도로 발달시키기 때문에, 어닐링 온도를 800 ∼ 1200 ℃ 의 범위로 하여 실시하는 것이 바람직하다. 어닐링 온도가 800 ℃ 미만에서는, 열간 압연에 의해 도입된 밴드 조직이 잔류하여, 정립의 1 차 재결정 조직을 얻는 것이 어려워져, 2 차 재결정립의 발달이 저해된다. 한편, 어닐링 온도가 1200 ℃ 를 초과하면, 열연판 어닐링 후의 입경이 조대화되어, 마찬가지로, 정립의 1 차 재결정 조직을 얻는 것이 어려워지기 때문이다.

열간 압연 후 혹은 열연판 어닐링 후의 강판은, 그 후, 산세하여, 1 회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연을 하여, 원하는 최종 판두께의 냉연판으로 한다.

최종 판두께로 한 냉연판은, 그 후, 1 차 재결정 어닐링을 실시한다.

여기서, 본 발명의 제조 방법에 있어서는, 상기 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서, 500 ∼ 700 ℃ 의 온도 범위를 평균 승온 속도：80 ℃/sec 이상으로 급속 가열하는 것이 필요하다. 이 급속 가열에 의해, 마무리 어닐링에 있어서의 2 차 재결정을 저온에서 일으킬 수 있으므로, 크리프 변형에 의한 측 변형 불량을 대폭 저감시킬 수 있다. 바람직한 평균 승온 속도는 100 ℃/sec 이상이고, 보다 바람직하게는 120 ℃/sec 이상이다.

또한, 상기 급속 가열은, 상기 실험시와 같이, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서 실시해도 되지만, 1 차 재결정 어닐링에 앞선 다른 열처리에 있어서 실시해도 되고, 동일한 효과가 얻어진다.

또, 1 차 재결정 어닐링은, 탈탄을 겸하여 습수소 분위기하에서 실시해도 된다.

1 차 재결정 어닐링을 실시한 강판은, 그 후, 강판 표면에 어닐링 분리제를 도포하고, 코일에 권취한다.

여기서, 상기 어닐링 분리제는, 강판 표면에 포스테라이트 피막을 형성시키는 경우에는, MgO 를 50 mass％ 이상 함유하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 강판 표면에 포스테라이트 피막을 형성시키지 않는 경우에는, Al₂O₃ 이나 SiO₂ 등을 주성분으로 하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 1 차 재결정 어닐링 후의 강판은, 후술하는 마무리 어닐링에 의해 2 차 재결정이 개시될 때까지의 사이에, 인히비터 효과를 강화할 목적으로 질화 처리를 실시해도 된다.

어닐링 분리제를 도포한 강판 (코일) 은, 그 후, 마무리 어닐링을 실시한다.

여기서, 본 발명의 제조 방법에 있어서는, 이 마무리 어닐링의 가열 과정의 700 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위에 있어서, 2 ∼ 100 시간 유지하는 홀딩 처리를 실시하는 것이 필요하다. 이 홀딩 처리를 실시함으로써, 마무리 어닐링시에 발생하는 가장자리 신장 불량이나 주름상 불량을 대폭 저감시킬 수 있다.

홀딩 처리 온도가 700 ℃ 미만에서는, 홀딩 처리에 의해 코일 내 온도 분포를 균일화해도, 그 후의 승온에 의해 다시 온도 분포가 불균일해져 버리기 때문에, 형상 불량의 저감 효과가 작다. 한편, 홀딩 처리 온도가 1000 ℃ 를 초과하면, 그 온도로 가열될 때까지의 사이에, 형상 불량의 원인이 되는 어닐링 분리제 MgO 의 어닐링 불균일이 발생하거나, 수화 수분의 배출이 불충분한 채로 1000 ℃ 초과까지 가열되기 때문에, 역시 형상 불량 저감 효과는 작아진다. 바람직하게는 800 ∼ 950 ℃ 의 온도 범위이다.

또, 홀딩 처리하는 시간이, 2 시간 미만에서는 코일 내 온도 분포를 균일화하기에는 불충분하고, 한편, 100 시간을 초과하면, 코일에 대한 열부하가 지나치게 커지고, 크리프 변형이 커져, 오히려 측 변형의 불량률이 상승해 버리기 때문이다. 또한, 홀딩 시간의 하한은, 바람직하게는 3 시간, 보다 바람직하게는 5 시간이며, 한편, 홀딩 시간의 상한은, 80 시간, 보다 바람직하게는 60 시간이다.

또, 본 발명의 제조 방법에 있어서는, 상기 마무리 어닐링은, 코일을 어닐링로의 코일 받침대 상면에 업 엔드로 재치하여 실시하지만, 이 때, 형상 불량을 더욱 개선하기 위해, 상기 코일 받침대 상면에 단열재를 부설하는 것이 중요하다. 이 단열재의 부설과, 전술한 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 급열 처리 및 마무리 어닐링의 가열 과정에 있어서의 홀딩 처리를 조합함으로써, 가장자리 신장 불량이나 주름상 불량을 악화시키지 않아, 측 변형 불량을 더욱 저감시킬 수 있다.

상기와 같이, 단열재를 부설하는 주목적은, 측 변형를 저감시키는 것에 있으므로, 단열재의 부설은, 코일 받침대 상면의 외주측으로부터 동심원상이 되도록 단열재를 부설하는 것이 바람직하다. 또, 코일 받침대 상면에 부설하는 단열재의 부설 영역은, 코일 받침대의 반경에 대해 20 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 부설 영역이 반경의 20 ％ 미만에서는, 측 변형 불량을 저감시키는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 보다 바람직하게는 30 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 40 ％ 이상이다. 단, 단열재 비용을 삭감하는 관점에서, 상한은 80 ％ 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용하는 단열재의 종류에 대해서는 특별히 제한은 없고, 공지된 것을 사용할 수 있지만, 예를 들어, Al₂O₃ 이나 SiO₂, MgO 등의 세라믹 화이버이면 바람직하게 사용할 수 있다. 또, 단열재의 두께는, 코일과 코일 받침대의 직접 접촉을 회피할 수 있으면 되고, 5 ㎜ 이상이면 충분하다. 단, 지나치게 두꺼워지면, 코일 받침대 상면에 단차가 생겨 새로운 형상 불량의 원인이 되므로, 상한은 40 ㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다.

또, 마무리 어닐링에서는, 코일을 코일 받침대 상에 직접적으로 재치하는 경우와, 코일과 코일 받침대 사이에 스테인리스제 혹은 주강 (鑄鋼) 제의 원반상 스페이서를 삽입하는 경우가 있다. 전자의 경우, 단열재는 코일과 코일 받침대 사이에 부설하지만, 후자의 경우, 단열재는, 스페이서와 코일 사이, 혹은 스페이서와 코일 받침대 사이 중 어느 것에 부설해도 된다.

마무리 어닐링 후의 강판은, 그 후, 절연 코팅을 도포하고, 베이킹하거나, 혹은 그 베이킹과 형상 교정을 겸한 평탄화 어닐링을 실시하여 제품판으로 할 수 있다. 또한, 상기 절연 코팅의 종류 및 평탄화 어닐링의 조건은, 통상적인 방법에 준하여 실시하면 되고, 제한은 없다.

실시예

C：0.07 mass％, Si：3.3 mass％, Mn：0.06 mass％, Al：0.006 mass％, N：0.003 mass％ 및 Sb：0.03 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 슬래브를 연속 주조로 제조하고, 그 강 슬래브를 1200 ℃ 로 가열 후, 열간 압연하여 판두께：2.6 ㎜ 의 열연판으로 하고, 1000 ℃ 에서 열연판 어닐링을 실시하였다. 이어서, 상기 열연판을 냉간 압연하여, 최종 판두께：0.27 ㎜ 의 냉연판으로 마무리하였다.

이어서, 상기 냉연판을, 500 ∼ 700 ℃ 사이를 승온 속도：100 ℃/sec 로 700 ℃ 까지 급속 가열 후, 냉각시키는 열처리를 실시한 후, 다시 825 ℃ 의 온도에서, 탈탄을 겸한 1 차 재결정 어닐링을 실시하였다. 또한, 이 1 차 재결정 어닐링에 있어서의 500 ∼ 700 ℃ 사이의 승온 속도는 30 ℃/sec 이었다. 또, 비교로서, 상기 냉연판을, 급속 가열 처리하는 열처리를 실시하지 않고, 탈탄을 겸한 1 차 재결정 어닐링만을 실시하는 예에 대해서도 실시하였다.

상기 1 차 재결정 어닐링을 실시한 강판은, 그 후, 강판 표면에 MgO：100 질량부에 대해, TiO₂ 를 5 질량부 첨가한 어닐링 분리제를 슬러리상으로 하여 도포·건조시킨 후, 코일에 권취하고, 업 엔드 상태로 하여 배치식 어닐링로의 코일 받침대 상면에 재치하였다. 이 때, 상기 코일 받침대 상면에는, 코일 받침대의 반경에 대해 20 ％ 를 피복하는 단열재를, 외주측으로부터 동심원상으로 부설하였다. 또한, 상기 단열재에는, 두께가 10 ㎜ 인 Al₂O₃-SiO₂ 계 세라믹 화이버제인 것을 사용하였다.

그 후, 표 1 에 나타낸 바와 같이, 가열 과정의 500 ∼ 1100 ℃ 사이에 있어서 1 ∼ 150 시간 유지하는 홀딩 처리를 실시한 후, 추가로 1200 ℃ 까지 가열하여 10 시간 균열 유지하는, 2 차 재결정 어닐링과 순화 어닐링을 겸한 마무리 어닐링을 실시한 후, 장력 코팅 처리액을 도포하고, 830 ℃ 의 온도에서 장력 코팅의 베이킹과 형상 교정을 겸한 평탄화 어닐링을 실시하여, 제품 코일로 하였다.

이 때, 제품 코일의 형상을 육안으로 관찰하여, 각 제조 조건마다의 형상 불량률 ((불량 길이/코일 전체 길이의 길이) × 100 (％)) 을 구하였다.

상기 형상 불량률의 측정 결과를 표 1 에 병기하였다. 이 결과로부터, 1 차 재결정 어닐링 전에 급속 가열하는 열처리를 실시함과 함께, 마무리 어닐링의 가열 과정에서 홀딩 처리를 적정 범위에서 실시한 강판은, 형상 불량률이 대폭 저감되는 것을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 냉간 압연 후의 방향성 전기 강판용 코일을 1 차 재결정 어닐링하고, 어닐링 분리제를 도포하고, 마무리 어닐링하는 방향성 전기 강판의 제조 방법에 있어서,
   상기 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 500 ∼ 700 ℃ 사이를 80 ℃/sec 이상으로 급속 가열함과 함께,
   마무리 어닐링의 가열 과정의 700 ∼ 1000 ℃ 사이에서 2 ∼ 100 시간 유지하는 홀딩 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 마무리 어닐링에 사용하는 어닐링로의 코일 받침대의 상면에, 외주측으로부터 동심원상으로 또한 코일 받침대 반경의 20 ％ 이상으로, 단열재를 부설하여 마무리 어닐링하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 1 차 재결정 어닐링에 있어서의 급속 가열을, 1 차 재결정 어닐링에 선행하는 다른 열처리로 실시하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강판의 제조 방법.

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