KR20140062833A - 방향성 전기강판 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

방향성 전기강판의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은 중량 퍼센트(wt%)로 Si:2.0~4.0%, 산가용성 Al:0.01~0.04%, Mn:0.20%이하, Sb: 0.005~0.10%, N:0.005%이하, S:0.005%이하, C:0.005~0.015%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 재가열하는 단계, 상기 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계, 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계, 상기 냉연강판을 1차 재결정 소둔하는 단계, 및 상기 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연강판을 고온소둔하는 단계를 포함한다.

Description

방향성 전기강판 및 그의 제조방법{GRAIN-ORINENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 방향성 전기강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강중에 안티몬(Sb)를 첨가하여 1차 재결정립의 고스(Goss) 방위의 분율을 증가시키고, 탄소를 극저로 함유함으로써 탈탄공정이 생략된 방향성 전기강판에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 강판의 결정방위가 {110}<001>인 일명 고스(Goss) 방위를 갖는 결정립들로 이루어진 압연방향의 자기적 특성이 뛰어난 연자성 재료이다.
이러한 방향성 전기강판은 슬라브 가열 후 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연을 통하여 통상 0.20~0.35mm의 최종 두께로 압연된 다음, 1차 재결정 소둔과 2차 재결정 형성을 위한 고온소둔을 거쳐 제조된다.
이때, 고온소둔시에는 승온율이 느릴수록 2차 재결정되는 Goss 방위의 집적도가 높아져 자성이 우수한 것으로 알려져 있다. 통상 방향성 전기강판의 고온소둔 중 승온율은 시간당 15℃ 이하로써 승온으로만 2~3일이 소요되므로 고온소둔 공정은 가장 에너지를 많이 소모하는 공정이라고 할 수 있다.
이와 같이, 생산성이 극히 떨어지는 장시간의 2차 재결정을 위한 고온소둔 공정은 오랜 기간의 연구에도 불구하고 여전히 개선되지 않는 문제로 남아있다.
이와 관련하여, 등록특허 제0797997호(출원번호: 2006-0134910)에서는 온도에 따른 구간을 나누어 승온율을 적용하는 방법에 의하여 950℃까지의 승온율은 높게 가져가지만 950℃와 1200℃사이에서는 다시 승온율을 원래의 15℃/h 로 되돌리는 방법을 제시하였다.
그러나, 이러한 방법에 의하여는 950℃～1200℃ 사이에서는 공정시간의 단축이 전혀 발생하지 않으므로 전체 공정시간의 단축이 크다고 할 수 없다.
또한, 고온소둔 공정은 연속식이 아니라 코일 전체가 가열되는 배치 형식의 소둔을 행하게 되므로 코일의 중심부와 외권부를 동일한 온도로 유지하는 것은 설비적으로 대단히 어려운 일이다.
그러므로, 중심부는 950℃보다 높지만 외권부는 950℃보다 낮은 온도에서 승온율이 바뀌게 되므로 코일 전체에 있어서 승온율이 불균일하게 적용되는 문제점이 발생한다.
결과적으로, 자성악화의 원인이 될 수 있고 조업상의 어려움을 발생시키게 됨으로 바람직하지 않으므로 고온소둔 중 승온율이 일정하게 높은 공정 조건에 대한 연구가 필요하다고 할 수 있다.
다른 예로, 일본공개특허 제1997-194943호에서는 주 억제제(inhibitor)로는 질화알루미늄(AlN)을 사용하면서 보조 억제제(inhibitor)로 V, Nb, Hf 과 같은 원소를 사용하여 2차 재결정의 초기인 1,000℃ 부근에서의 억제력을 부여함으로써 승온율이 50℃인 경우에도 안정적인 자성을 보이는 결과를 제시하고 있다.
즉, Hf가 특히 2차 재결정립계에 편석하여 늦은 확산속도를 가지기 때문에 높은 승온속도에서 Goss 방위립이 잘 성장하도록 기능하고 있다고 설명하고 있다.
그러나, 이 경우 50℃이상의 승온율에 있어서의 효과는 명확하지 않으며 부가적인 억제원소의 첨가에 의하여 순화소둔의 어려움이 생기게 되어 철손이 열위할 수 있을 뿐만 아니라 Hf가 희토류 금속으로 분류 되어 가격이 매우 높아 제조 원가가 상승하게 되는 등의 문제점이 있으므로 생산성 향상에 크게 도움이 된다고 할 수 없다.
한편, 일본공개특허 제1998-176221호에는 1차 재결정립의 크기를 조절하여 고온소둔의 800~1100℃승온속도를 최적화하여 자성을 개선하는 방법이 제안되어 있다.
예컨대, 1차 재결정립의 크기(D)가 5~30㎛의 범위에서 상기 온도구간의 시간당 승온속도(H)를 다음 식과 같이 제안하고 있다.
0.6D(㎛)+2=H(℃/h)=0.4D(㎛)+18
위의 식에 따르면 1차 재결정립의 크기가 30㎛이면 승온속도가 가장 빠르다. 그러나, 이 식에서의 최대로 허용되는 결정립의 크기는 30㎛ 이므로 최대 승온 속도가 30℃/h가 되어 승온속도 개선의 효과가 크지 않음을 알 수 있다.
본 발명자들은 상기에 열거한 기존 기술의 문제점을 극복하기 위하여 2차 재결정 형성에 영향을 미치는 요인들에 대하여 연구를 거듭한 결과, 선행 특허(출원번호 2011-21588)에서 2차 재결정 열처리 과정중 승온율이 증가할 경우에는 1차 재결정립의 크기, 분포 및 Goss 분율이 2차 재결정립의 크기와 자기적 특성에 큰 영향을 미치게 됨을 발견하였다.
즉, 소강탄소 함량을 낮추어 탈탄 공정을 생략함과 동시에 1차 재결정의 형성 온도를 상향하여 1차 재결정립을 크고 균일하게 제어함과 동시에 고스(Goss) 분율을 높여 2차 재결정 과정인 최종 고온소둔시에 승온율이 높아지더라도 Goss 방위의 결정립만이 성장할 수 있는 환경을 만들어줌으로써 우수한 자성을 얻을 수 있었다.
그러나 소강탄소 함량 감소로 인한 냉간압연시의 부족한 pass aging 효과로 인하여 1차 재결정립 내의 Exact Goss 결정립의 분율이 작아져 자속밀도가 떨어지는 문제점은 여전히 남아있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 강중에 안티몬(Sb)을 첨가하여 1차 재결정립의 Exact Goss 방위의 분율을 증가시킴으로써 고온소둔 과정 중의 승온율이 증가하더라도 Exact Goss 방위 결정립의 선택적 성장이 이루어질 수 있도록 하여 자성과 생산성이 동시에 우수한 방향성 전기강판을 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판은 중량 퍼센트(wt%)로 Si:2.0~4.0%, 산가용성 Al:0.01~0.04%, Mn:0.20%이하, Sb: 0.005~0.10%, N:0.005%이하, S:0.005%이하, C:0.005~0.015%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 재가열하는 단계, 상기 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계, 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계, 상기 냉연강판을 1차 재결정 소둔하는 단계, 및 상기 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연강판을 고온소둔하는 단계를 포함한다.
상기 방향성 전기강판의 제조방법은 상기 열연강판을 열연판 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 슬라브는 1,050℃~1,150℃ 의 온도범위에서 재가열될 수 있다.
상기 열간압연은 상기 슬라브를 1,000℃ 이상의 온도범위에서 30%이상의 누적 압하율로 수행될 수 있다.
상기 1차 재결정 소둔은 탈탄소둔 공정없이 재결정 소둔 및 질화소둔 공정만으로 이루어질 수 있다.
상기 재결정 소둔은 800℃~950℃에서 1분 이내에 이루어질 수 있다.
상기 질화소둔은 800℃~900℃에서 이루어질 수 있다.
상기 1차 재결정 소둔후 1차 재결정립의 평균크기는 25㎛~40㎛ 일 수 있다.
상기 1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어나 각도(deviation)가 (10° 범위 내의 결정립)/(15° 범위 내의 결정립)의 비율이 0.03~0.3일 수 있다.
상기 1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어난 각도(deviation)가 10° 이내인 결정립의 부피분율은 0.0005~1% 일 수 있다.
상기 고온소둔은 상기 1차 재결정 소둔이 완료된 강판에서 2차 재결정이 시작되는 온도에서 100~300℃/h의 승온속도로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량 퍼센트(wt%)로 Si:2.0~4.0%, 산가용성 Al:0.01~0.04%, Mn:0.20%이하, Sb: 0.005~0.10%, N:0.005%이하, S:0.005%이하, C:0.005~0.015%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어나 각도(deviation)가 (10° 범위 내의 결정립)/(15° 범위 내의 결정립)의 비율이 0.03~0.3인 것을 특징으로 한다.
상기 방향성 전기강판은 1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어난 각도(deviation)가 10° 이내인 결정립의 부피분율은 0.0005~1% 일 수 있다.
본 발명에 의하면, 강중에 안티몬(Sb)을 첨가하여 1차 재결정립의 Exact Goss 방위의 분율을 증가시킴으로써 고온소둔 과정 중 승온율이 증가하더라도 Exact Goss 방위 결정립에 의한 2차 재결정의 빈도가 증가하여 생산성과 함께 자성도 동시에 향상된 방향성 전기강판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한, 방향성 전기강판의 제조 공정도이다.
도 2는 소강 탄소(carbon) 함량이 100ppm일 경우에 안티몬(Sb) 첨가에 따른 {110}<001> 방위로부터 15o 이내의 범위(deviation) 을 갖는 Goss 결정립 분율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 안티몬(Sb) 함량에 따른 {110}<001> 방위로부터 15o 이내의 범위(deviation) 에 대한 10o 이내의 범위(deviation)를 갖는 Goss 방위의 1차 재결정립 비율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기강판의 고온소둔 승온율 100℃/h 에서 안티몬(Sb) 첨가시 자속밀도의 변화를 1차 재결정립의 크기에 따라 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기강판의 고온소둔 승온율 100℃/h 에서 안티몬(Sb) 첨가시 소강탄소 함량에 따른 자속밀도의 변화를 보여주는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 방향성 전기강판의 제조 공정도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은 중량 퍼센트(wt%)로 Si:2.0~4.0%, 산가용성 Al:0.01~0.04%, Mn:0.20%이하, Sb: 0.005~0.10%, N:0.005%이하, S:0.005%이하, C:0.005~0.015%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 재가열하는 단계, 상기 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계, 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계, 상기 냉연강판을 1차 재결정 소둔하는 단계, 및 상기 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연강판을 고온소둔하는 단계를 포함한다.
상기 방향성 전기강판의 제조방법은 상기 열연강판을 열연판 소둔하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 방향성 전기강판의 제조방법을 보다 상세히 설명하다.
<고스 분율의 조절을 위한 소강탄소 함량조절과 안티몬 첨가>
먼저, 본 발명은 중량%로, Si:2.0~4.0%, 산가용성 Al:0.02~0.04%, Mn:0.2% 이하, Sb: 0.005~0.10%, N:0.005%이하, C: 0.005~0.015%, S:0.005% 이하 함유하고 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 1,050℃ 이상 1150℃ 이하의 불완전 용체화 온도로 재가열하고, 열간압연한다.
열간압연 후 열연강판을 열연판 소둔하고, 냉간압연하여 암모니아와 수소 및 질소의 혼합가스 분위기에서 1차 재결정 및 침질소둔을 행한 후, 이를 다시 최종 고온소둔한다.
본 발명은 균일한 열연조직 형성을 위하여 1,000℃ 이상의 고온영역에서의 누적압하율을 30% 이상으로 하고, 소강 탄소를 줄여 무탈탄 공정을 적용하고 1차 재결정 형성 온도를 높임으로써 균일하면서도 25~40㎛ 크기의 큰 결정립을 갖도록 하여 최종 소둔의 승온구간에서의 승온속도를 50~300℃/h까지 상향시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 조성비를 구성하는 성분 중 Mn, N, S은 상한만 한정하는 형태인 "이하"로 기재되어 있지만, 여기에는 "0중량%"는 포함하지 않는 것을 의미한다.
본 발명자들은 고온소둔의 승온율이 높아질 경우에 있어서 2차 재결정에 미치는 영향을 연구하여 자성이 나빠지지 않으면서도 빠른 승온율을 적용할 수 있는 해결책을 제시하고자 실험을 거듭한 결과, 고온소둔의 승온율이 높아지면 1차 재결정립의 크기와 분포 및 Goss 분율이 자기적 특성에 매우 큰 영향을 미치게 됨을 발견하였다.
이때 Goss 분율이 높을수록 자성에 유리하므로 이러한 Goss 분율을 증가시킬 수 있는 방법으로 추가적인 첨가원소에 대한 연구를 진행하였다.
예컨대, 도 2에서와 같이, 고온소둔 승온율 100℃/h에서 안티몬(Sb) 0, 100, 300, 500 ppm 첨가시에 안티몬(Sb) 함량이 증가함에 따라 자속밀도가 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 효과가 통상의 소강탄소 함량일때도 일반적으로 나타나는 현상인지를 알아보기 위하여 소강탄소 함량에 따른 자속밀도 변화를 Sb 300 ppm 첨가된 경우와 비교하여 도 3에 나타내었다.
통상의 소강탄소 함량인 C 550ppm 에서는 Sb 첨가에 의한 효과가 크지 않음을 볼 수 있으며 그 이유를 알아보기 위하여 소강탄소 함량이 100 ppm 일때 Sb 함량에 따른 1차 재결정립 중의 Goss 결정립 분율의 변화를 구하여 도 4에 나타내었다.
통상의 소강탄소 함량 (550 ppm) 이 첨가된 경우와는 달리 Sb 첨가에 따라 Goss 분율이 오히려 약간 감소하는 경향을 볼 수 있다. 즉 자속밀도의 증가가 Goss 분율에 의한 영향이 아님을 알 수 있다.
이러한 사실은 통상의 알려진 실험적인 결과들과는 다르므로 본 발명자들은 Goss 분율을 좀 더 세밀히 분석해 보았다.
즉 Sb 첨가에 따른 Goss 분율의 변화를 10o deviation/15o deviation 의 비율로 구하여 도 5에 나타내었다. 15o deviation 에 대한 10o deviation 의 Goss 분율의 비율은 Sb 첨가에 따라 증가하는 것을 알 수 있으며 뿐만 아니라 10o deviation 의 Goss 분율 또한 증가하는 것을 볼 수 있었다.
즉 Sb 첨가에 따라 deviated Goss 의 분율은 줄어들지만 Exact Goss 의 비율이 증가하는 이점을 확인할 수 있었다.
본 발명에서는 냉간압연후 1차 재결정 소둔에 의한 재결정립의 방위가 고스 방위로부터 10° 이내의 범위에 있는 재결정립들을 Exact Goss라 한다.
이러한 결과로부터 도 3의 결과를 설명하면 다음과 같다. 도 3에서 통상의 소강탄소 함량인 C 550 ppm 에서는 Sb 첨가에 의한 자속밀도 증가의 효과가 크지 않음을 볼 수 있는데 그 이유는 비록 Exact Goss 결정립의 분율은 증가하지만 tolerance 15o 미만의 Goss 결정립의 분율이 C 100 ppm 에서와 비교하여 여전히 작으므로 승온율이 증가할 때 기타 방위의 결정립 성장이 동시에 일어나는 현상이 Sb 첨가 후에도 변하지 않기 때문이라고 추정된다.
그러나 소강탄소 함량이 100 ppm 에서는 Sb 첨가에 따라 tolerance 15o 이하의 Goss 분율은 큰 차이가 없으며 tolerance 10o 이하의 Exact Goss 분율이 현저히 증가하므로 고온소둔 승온율 상승시에도 우수한 자성을 보이게 된다.
이러한 Exact Goss 방위 분율이 자성에 영향을 미치는 이유는 다음과 같다.
고스(Goss) 결정립의 선택적 성장과 관련된 하야가와(Hayakawa) 등이 제시한 고에너지 입계이론에 의하면, 고온소둔 과정 중 온도가 상승함에 따라 Goss 결정립과 일반 결정립간의 AlN 억제력의 세기 차이가 존재하며 Goss 결정립에 작용하는 억제력이 약하므로 낮은 온도에서 Goss 결정립의 성장이 먼저 일어나게 된다는 사실이 알려져 있다.
즉, Goss 방위의 결정립과 일반 방위의 결정립은 각자의 결정립 크기의 분포를 가지며 서로 다른 억제력에 의하여 2차 재결정의 개시 시점이 다르다고 할 수 있다.
그 중에서 가장 먼저 2차 재결정을 일으키게 되는 결정립은 Goss 방위이면서 입자크기가 작고 억제력이 약한 결정립들이며, 그와는 반대로 일반 방위이면서 입자 크기가 크고 억제력이 강한 결정립들은 가장 늦게 2차 재결정을 일으키게 될 것이다.
위와 같은 이론에 의하여 2차 재결정의 형성 과정을 살펴본다면, Goss 이외 방위의 결정립이 성장하기 전에 2차 재결정을 완료하게 되면 오직 Exact Goss 결정립에 의하여만 모든 영역이 2차 재결정을 일으키게 되어 방향성이 우수한 2차 재결정으로 구성된 전기강판이 만들어질 수 있다.
그러나, Exact Goss 방위 이외의 결정립 중에서 입자 크기가 작고 억제력이 약한 결정립들의 경우에도 비교적 낮은 온도에서 2차 재결정을 일으킬 수 있는 조건을 가지고 있으므로 늦게 2차 재결정이 일어나는 Goss 결정립보다 더 빨리 2차 재결정이 일어날 수 있다.
이 경우에는 Exact Goss 방위에서 벗어나는 2차 재결정립이 발생하게 되어 자성이 떨어지는 원인이 된다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 통상 15℃/h 이하의 승온율로 고온소둔 함으로써 Goss 이외 방위의 결정립이 2차 재결정을 일으킬 수 없도록 충분한 시간을 두어 Goss 방위 결정립의 2차 재결정을 완료할 수 있도록 하고 있다.
그런데, 통상의 승온율보다 큰 경우에는 이러한 시간의 확보가 이루어지지 않으므로 Goss 이외 방위의 결정립들이 성장하기 시작한다.
그러므로 위에서 설명한 문제점을 해결하여 고온소둔 승온율이 100℃/h 이상일 때도 우수한 자성을 얻기 위해서는 결정립의 크기와 억제력을 균일하게 유지하는 방법과 함께 Goss 분율을 높이는 방법을 적용할 수 있다.
하지만, 탄소(carbon) 감소에 의한 Goss 분율의 증가는 deviation 10o 미만의 Exact Goss 보다는 15o 미만의 큰 deviation 을 가진 Goss 결정립이 주로 증가하는 문제점이 있다.
그러므로 가장 바람직하게는 Goss 분율 중에서도 deviation 10o 미만의 Exact Goss 분율을 높이는 것이 필요하다.
상기 방향성 전기강판의 제조시 1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어나 각도(deviation)가 (10° 범위 내의 결정립)/(15° 범위 내의 결정립)의 비율이 0.03~0.3인 것을 특징으로 한다.
또한, 1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어난 각도(deviation)가 10° 이내인 결정립의 부피분율은 0.0005~1% 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 Sb 첨가를 통하여 Goss 결정립의 sharpness 를 높임으로써 높은 고온소둔 승온율에서도 우수한 자성을 나타내는 방향성 전기강판의 생산 방법을 제시하고자 한다.
상기 고온소둔은 상기 1차 재결정 소둔이 완료된 강판에서 2차 재결정이 시작되는 온도에서 100~300℃/h의 승온속도로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량 퍼센트(wt%)로 Si:2.0~4.0%, 산가용성 Al:0.01~0.04%, Mn:0.20%이하, Sb: 0.005~0.10%, N:0.005%이하, S:0.005%이하, C:0.005~0.015%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어나 각도(deviation)가 (10° 범위 내의 결정립)/(15° 범위 내의 결정립)의 비율이 0.03~0.3인 것을 특징으로 한다.
1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어난 각도(deviation)가 10° 이내인 결정립의 부피분율은 0.0005~1% 인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 방향성 전기강판의 조성비에 대한 한정 이유에 대하여 설명하기로 하며, 단위는 중량%이지만 편의상 %로만 표현하기로 한다.
[Si:2.0-4.0%]
Si는 전기강판의 소재의 자기이방성을 떨어뜨리고 비저항을 증가시키므로써 철손을 낮추는 역할을 한다. Si 함량이 2.0% 미만인 경우에는 비저항 감소가 크지 않으므로 철손이 열위하게 되며, 4.0% 이상이면 취성이 증가하여 냉간압연이 어려워지게 되므로 2.0 ~ 4.0%로 정한다.
[Al:0.02-0.04%]
Al은 AlN 형태의 질화물을 형성하고 억제재로 작용하는 성분으로서, 그 함량이 0.015% 이하인 경우에는 충분한 효과를 낼 수 없고, 너무 높은 경우에는 질화물이 조대하게 석출하고 성장하므로 억제력이 부족해진다. 그러므로 Al의 함량은 0.02~0.04%로 정한다.
[Mn:0.2% 이하(0% 제외)]
Mn은 Si와 동일하게 비저항을 증가시켜주는 역할을 하며 슬라브 가열시에 오스테나이트 변태를 촉진하여 AlN의 고용을 용이하게 하는 원소이다. Mn을 0.2% 이상 첨가시에는 오스테나이트 상변태를 일으켜 2차 재결정이 일어나지 않으며 냉간압연의 어려움이 있으므로 0.2%이하로 한다.
[Sb:0.005~0.10%]
Sb는 편석에 의하여 1차 재결정립의 크기를 제어할 뿐만 아니라 Goss 집합조직을 발달시키고 2차 재결정시에는 보조 억제재로 작용하여 Goss 집적도를 증가시키는 역할을 한다.
그러나, 과량 첨가시에는 표면의 편석되어 침질에 어려움이 있고 억제력이 지나치게 커져 2차 재결정을 방해하므로 그 함량의 범위는 0.005~0.05% 로 한다.
[N:0.005% 이하]
N은 제강단계에서 0.005% 이상 함유되면 1차 재결정립의 크기가 작아져 2차 재결정 개시 온도를 낮추어 자성을 열화시키게 되므로 0.005% 이하로 한다.
[C:0.005-0.015%]
C는 열간압연시 오스테나이트 분율을 높여주어 열연조직을 미세화하는 효과가 있는 원소이지만, 본 발명에서는 그로 인한 이점에 비하여 탈탄을 생략함으로써 얻을 수 있는 1차 재결정립에 의한 균일성의 이점이 더 크므로 0.005% ~ 0.015% 로 제한한다.
[S:0.005% 이하]
S는 MnS 와 결합하여 결정립 성장을 억제하는 억제재로서 효과가 있지만, 과도하게 첨가하게 되면 스라브 가열시 중심부에 편석되어 미세조직에 악영향을 미치게 된다. 또한 Mn 과 결합하여 조대한 석출물을 형성하여 2차 재결정립의 형성을 방해하므로 0.005% 이하로 한다.
<탈탄 공정이 생략되고 재결정 및 질화소둔에 의한 전기강판 제조>
상기와 같은 성분함량이 포함된 강슬라브를 재가열을 한 다음, 열간압연하여 2.0~3.0 mm 두게의 열연판을 만든다. 이때 온도가 너무 낮으면 열간압연이 잘 되지 않으며 너무 높으면 열연조직이 조대화되어 자성에 악영향을 미치게 된다.
상기 조성에서는 소강 탄소의 함량이 낮으므로 열연 조직의 미세화 측면에서 슬라브 온도를 통상의 조건보다 낮은 1050~1100℃의 온도범위가 바람직하다. 그러나 소강탄소의 함량이 0.015% 미만의 극저탄소 성분계의 경우에 재가열 온도의 하향만으로는 열연 조직의 미세화에 있어서 그 효과가 충분치 않으므로 본 발명에서는 열간 압연의 패스 스케줄을 조정하는 실험을 진행하였다.
그 결과, 열간 압연의 초기의 고온영역에서의 누적 압하율이 열연 조직의 미세화에 많은 영향을 미치게 됨을 발견하였다. 그러한 이유는 고온 영역에서의 큰 변형을 겪은 후 빠른 시간안에 재결정과 성장이 일어나기 때문에 소강탄소량 감소에 따른 연신립이 발달하는 것을 방지하는 효과가 있기 때문인 것으로 생각되어진다.
그 후, 열연판소둔, 산세 및 냉간압연하여 0.2~0.35 mm로 최종 두께를 조절하는데 그 과정은 통상의 방법을 적절히 선택하여 적용하면 되므로 자세한 설명은 생략한다.
이어, 냉간압연된 강판은 재결정 및 탈탄 소둔과 질화 소둔 과정을 거치게 되는데 이에 대하여 설명한다.
통상의 냉간압연된 판은 암모니아, 수소 및 질소의 혼합가스 분위기에서 재결정, 탈탄 및 질화 소둔 과정을 거치게 된다. 본 발명에서는 그 과정중의 탈탄 소둔을 소강탄소 함량을 낮춤으로써 생략하여 재결정과 질화소둔만을 적용하게 된다.
보다 자세히 설명하자면, 냉간압연된 판을 800~950℃사이의 온도에서 1분 이내의 비교적 빠른 시간안에 재결정 소둔을 실시하며, 보다 바람직하게는 재결정 시간을 30초 이내로 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
이후, 재결정이 완료된 판은 800~900℃사이의 비교적 높은 온도에서 질화소둔을 실시하게 된다.
여기에서, 질화소둔의 온도를 상기와 같이 제한한 이유를 설명하면 다음과 같다.
동시 탈탄침질이 아닌 탈탄 후 침질의 경우에는 비교적 낮은 온도인 800 ~ 850℃에서 재결정이 완료되어 원하는 결정립 크기를 얻을 수가 있게 된다. 그런데 이 온도 범위에서 다시 질화처리를 하게 된다면 결정립의 성장이 다시 일어나고 불균일한 결정립 분포를 발생시킬 수 있다. 그러므로 통상 770℃ 부근의 온도에서 침질을 하게 되어 Si3N4나 (Si,Mn)N 등과 같은 석출물이 형성되게 되는데, 이러한 석출물은 열적으로 불안정하여 쉽게 분해되고 그 결과 억제제로서의 역할을 잘 수행하지 못하므로 AlN 이나 (Al,Si)N 등의 석출물로 변화시켜주기 위해 장시간 고온에서 유지할 필요가 있다.
그러나 본 발명에서는 비교적 높은 800~950℃ 에서 1차 재결정 소둔을 실시하므로 질화소둔의 온도를 800℃ 이상으로 높일 수가 있게 되어 동시 탈탄침질때와 비슷한 형태의 열적 안정성이 뛰어난 AlN 이나 (Al,Si)N 등의 석출물이 형성되므로 추가적인 고온의 열처리 과정은 불필요하게 된다.
상기 재결정 및 질화 소둔을 거친 강판은 MgO를 기본성분으로 하는 소둔분리제를 도포한 후 권취하고 장시간 최종소둔함으로써 고스방위의 결정립이 우세하게 분포하는 전기강판으로 제조되게 된다. 그 상세한 과정은 이미 1차 재결정된 강판을 2차 재결정시키기 위해 승온하는 승온과정과, 이후 재결정을 더욱 진행시키는 동시에 강중의 불순물을 제거하기 위한 2차 균열과정을 거친다.
이때, 고온소둔의 생산성을 높이기 위하여 승온율을 통상의 조업조건인 15℃/h 보다 높여 최대 300℃/h 의 승온율에서 고온소둔을 실시하였고 1차 재결정립의 제어와 억제력 보강에 의하여 높은 승온율에서도 우수한 자성을 얻을 수 있음을 확인하였다.
이와 같은 제조방법에 따라 방향성 전기강판을 제조하면, 최종 제품에는 C: 20ppm 미만으로 함유되게 된다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
중량%로 Si:3.2%, 산가용성 Al:0.028%, Mn:0.1%, Sb: 0.07% 이하, N:0.005%, C: 0.01%, S:0.005%를 함유하고 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 전기강판을 1,100℃ 의 온도에서 슬라브 가열한 다음 1000℃　이상의　고온영역에서의　누적압하율을 30％이상으로　유지하여　열간압연하고, 이어 1,100℃의 온도에서 180초간 균열하고 냉각한 후 산세를 실시하고, 냉간압연하였다.
그리고, 냉간압연 된 판은 탈탄과정을　생략하고　820~900℃의 온도에서 수소, 질소의 혼합가스 분위기에서 재결정 소둔을 거치고, 다시 860℃온도에서 30초간　수소, 질소, 암모니아의 혼합 가스 분위기에서 질화처리를 행하였다.
이때, 고온소둔에서는 승온율을 15~100℃/h 로 변화하여 자속밀도값을 측정하였고, 이를 표 1에 나타내었다.
Sb 함량
(ppm)		 고온승온소둔율(℃/h) 1차 재결정 형성온도(℃) 1차 재결정 크기(㎛) B8
(Tesla)		 구분
0 15 820 22.2 1.88 비교재1
0 100 820 22.2 1.77 비교재2
0 100 840 27.7 1.88 비교재3
0 100 860 31.5 1.89 비교재4
0 100 880 35.5 1.89 비교재5
0 100 900 41.5 1.63 비교재6
100 100 820 21.7 1.84 비교재7
100 100 840 26.5 1.89 발명재1
100 100 860 31.9 1.91 발명재2
300 100 840 25.5 1.92 발명재3
300 100 860 29.9 1.93 발명재4
500 100 840 24.8 1.91 발명재5
700 100 860 29.5 1.93 발명재6
500 100 900 36.2 1.81 비교재8
표 1에 나타난 바와 같이, Sb 첨가에 따라 1차 재결정립의 크기가 줄어들며 적정 1차 재결정립 범위에서 자속밀도 (B8) 값이 최대 0.04 Tesla 증가하는 것을 볼 수 있다.
<실시예 2>
중량%로 Si:3.2%, 산가용성 Al:0.028%, Mn:0.1%, Sb: 0.07% 이하, N:0.005%, C: 0.01%, S:0.005%를 함유하고 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 전기강판을 1,100℃의 온도에서 슬라브 가열한 다음 1,000℃　이상의　고온영역에서의　누적압하율을 30％이상으로　유지하여　열간압연하고, 이어 1100℃의 온도에서 180초간 균열하고 냉각한 후 산세를 실시하고, 냉간압연하였다.
그리고, 냉간압연된 판은 탈탄과정을　생략하고　820~900℃ 의 온도에서 수소, 질소의 혼합가스 분위기에서 재결정 소둔을 거치고, 다시 860℃의 온도에서 30초간　수소, 질소, 암모니아의 혼합 가스 분위기에서 질화처리를 행하였다.
이때, 최종 고온소둔에서는 승온율을 100℃/h 로 고정하고 EBSD 측정을 통하여 1차 재결정립에서의 Goss 분율을 Tolerance 15o 및 10o 에서 측정하고 자속밀도 (B8) 값과 함께 표 2에 나타내었다.
Sb 함량
(ppm)		 소강탄소함량(ppm) GOSS 분율(T. 15도)
(%)		 GOSS 분율(T. 10도)
(%)		 B8
(Tesla)		 구분
0 0 3.7 0.08 1.53 비교재9
0 100 3.5 0.08 1.90 비교재10
0 200 1.9 0.14 1.85 비교재11
0 500 0.8 0.19 1.83 비교재12
100 100 3.4 0.15 1.92 발명재8
300 100 2.9 0.35 1.94 발명재9
500 100 2.7 0.45 1.94 발명재10
700 100 2.5 0.50 1.93 발명재11
표 2에서 나타난 바와 같이, 안티몬(Sb) 함량을 700ppm 까지 늘임으로써 비록 deviated 된 Goss 분율은 줄어들게 되지만 허용오차(tolerance) 10o 이하의 Exact Goss 분율은 증가하는 경향을 확인할 수 있으며 그러한 효과와 더불어 자속밀도(B8) 값도 1.94T 까지 증가하게 된다.
이 결과로부터 소강탄소 함량이 100ppm 이하인 저탄소 성분계의 1차 재결정립 형성에 있어서 안티몬(Sb) 첨가는 허용오차(tolerance) 10o 이하의 Goss 분율을 증가시키는 효과가 있음을 알 수 있으며 이 경우에 최종 고온소둔의 승온율을 증가시키더라도 높은 자속밀도(B8)를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 중량 퍼센트(wt%)로 Si:2.0~4.0%, 산가용성 Al:0.01~0.04%, Mn:0.20%이하, Sb: 0.005~0.10%, N:0.005%이하, S:0.005%이하, C:0.005~0.015%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 재가열하는 단계;
    상기 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
    상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
    상기 냉연강판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및
    상기 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연강판을 고온소둔하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열연강판을 열연판 소둔하는 단계를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라브는 1,050℃~1,150℃의 온도범위에서 재가열되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열간압연은 상기 슬라브를 1,000℃ 이상의 온도범위에서 30%이상의 누적 압하율로 수행되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔은 탈탄소둔 공정없이 재결정 소둔 및 질화소둔 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 재결정 소둔은 800℃~950℃에서 1분 이내에 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 질화소둔은 800℃~900℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔후 1차 재결정립의 평균크기는 25㎛~40㎛ 인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어나 각도(deviation)가 (10° 범위 내의 결정립)/(15° 범위 내의 결정립)의 비율이 0.03~0.3인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어난 각도(deviation)가 10° 이내인 결정립의 부피분율은 0.0005~1% 인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온소둔은 상기 1차 재결정 소둔이 완료된 강판에서 2차 재결정이 시작되는 온도에서 100~300℃/h의 승온속도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  12. 중량 퍼센트(wt%)로 Si:2.0~4.0%, 산가용성 Al:0.01~0.04%, Mn:0.20%이하, Sb: 0.005~0.10%, N:0.005%이하, S:0.005%이하, C:0.005~0.015%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어나 각도(deviation)가 (10° 범위 내의 결정립)/(15° 범위 내의 결정립)의 비율이 0.03~0.3인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  13. 제 12 항에 있어서,
    1차 재결정 소둔이 완료된 후, 1차 재결정판에서 {110}<001>방위로부터 벗어난 각도(deviation)가 10° 이내인 결정립의 부피분율은 0.0005~1% 인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
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