KR20150073714A - 압연성 및 자기적 성질이 매우 우수한 방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자성이 압연성 및 자기적 성질이 매우 우수한 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 방향성 전기강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 방향성 전기강판에 따르면, Zr의 첨가로 인하여 Sn, Sb, P의 원소가 입계에 편석하여 입계 접착 에너지를 낮추어 입계 취성을 유발하는 현상이 개선되어 edge crack의 발생 빈도를 현저히 낮출 수 있다. 따라서, 압연성 및 자성이 우수한 방향성 전기강판을 제공할 수 있다.

Description

압연성 및 자기적 성질이 매우 우수한 방향성 전기강판 및 그 제조방법{GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL HAVING EXCELLENT ROLLING AND MAGNETIC PROPERTIES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 압연성 및 자성이 매우 우수한 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전기강판이라 함은 전기 기계나 전기기구의 소재로 사용되는 규소강판을 의미하는 것으로서, 크게 방향성 전기강판과 무방향성 전기강판으로 나눌 수 있다. 그 중 방향성 전기강판은 고스(Goss)가 발견하고 제안한 바대로 결정면의 방위가 {110}면이고, 압연방향의 결정방위는 <001>축에 평행하는 일명 고스집합조직을 가지는 결정립들로 구성되는 강판을 의미한다. 이러한 강판은 압연방향으로 자기 특성이 우수하다는 특징을 가진다.

강판의 방위가 고스 방위에 가깝도록 하여 자기 특성이 매우 우수한 강판을 제조하기 위해서는 모든 결정의 방위가 상기 고스 방위에 일치할 필요가 있다. 그러나, 전기강판에 있어 결정의 방위는 결정마다 다르게 분포하기 때문에 이를 고스 방위에 가깝도록 일치시키기 위해서는 고스 조직에 가까운 결정만 존재하도록 하는 재결정 과정을 거치게 된다. 이러한 재결정을 먼저 일어나는 후술하는 1차 재결정과 구별하기 위하여 2차 재결정이라 한다.

1차 재결정은 통상 냉간압연 이후 실시되는 탈탄소둔 직후 또는 탈탄소둔과 함께 이루어지게 되는데, 상기 1차 재결정에 의해서 균일하고 적절한 입도의 결정립들이 형성되게 된다. 상기 1차 재결정된 강판은 이후 고스 방위를 갖추기에 적절한 온도에서 2차 재결정됨으로써 자성이 우수한 고스 방위를 갖춘 강판으로 제조될 수있다. 그런데, 상기 1차 재결정된 강판 중 각각 다른 방위를 가진 결정립들의 크기가 다를 경우에는 비록 고스 방위를 갖추기에 적절한 온도에서 2차 재결정이 일어난다 하더라도, 소위 사이즈 어드밴티지(size advantage) 즉, 큰 결정립이 작은 결정립보다 안정한 효과에 의해 방위에 관계없이 큰 결정립이 우세하게 성장할 가능성이 높아지게 되며 그 결과 고스 방위에서 벗어난 결정립의 비율이 높아지게 되는 결과가 빚어진다.

따라서, 적절한 2차 재결정 온도까지는 재결정이 일어나지 않도록 결정립의 성장을 억제하는 수단이 필요하게 된다. 강판의 내부에서 이러한 역할을 하는 수단은 첨가된 성분의 편석이나 석출 등에 의해 구현될 수 있게 되는데, 이러한 역할을 하는 첨가원소를 억제제(inhibitor)라 한다.

상기와 같은 억제제로 널리 이용되었던 것은 MnS나 MnSe 등과 같은 원소를 들 수 있다.

그러나 MnS를 억제제로 이용하는 방법들은 MnS를 형성하기 위해서 슬라브를 1300℃ 이상으로 아주 높은 온도로 재가열하여야 하므로 제조설비의 유지 및 제조원가상 고비용의 문제가 있다. 따라서, 슬라브의 재가열온도를 감소시킬 수 있는 억제제의 도입이 필요하게 되었다. 이러한 요구에 발맞추어 제공된 억제제가 바로 질화물계 억제제이다. 상기 질화물계 억제제의 장점은 통상의 과정으로 냉연판을 제조한 후 탈탄 소둔과 동시에 또는 탈탄소둔을 거친 이후 상기 냉연판을 질소분위기에 둠으로써 질소가 강판내부로 침투하기 용이한 조건을 형성시킴으로써 침투한 질소가 강판 중의 질화물 형성원소와 반응하여 질화물을 형성하고 상기 질화물이 억제제의 역할을 하게 되는 것이다. 상기 질화물로는 AlN, (Al, Si)N 등과 같은 질화물을 들 수 있다.

냉연판의 탈탄 소둔과 동시 또는 그 이후 적절한 온도에서 질화를 실시하면 되므로 가열온도는 통상의 열연시 재가열온도와 유사한 온도로 하면 되며, 이러한 가열패턴을 '슬라브 저온가열'이라 한다.

그런데, 상기와 같은 질화법을 이용하는 저온가열 방식 역시 질소만으로는 자성 향상에는 한계가 있다는 단점이 있었다.

따라서 방향성 전기강판의 자성을 더욱 향상시키기 위한 방법으로 강판의 성분을 제어하여 자성을 더욱 향상시켜주는 방향성 전기강판을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기강판의 구성 성분 중 Sn, Sb, P 을 복합적으로 제어하여 이들 원소가 입계에 편석하여 입계 접착 에너지(grain boundary cohesive energy)를 낮추어 입계 취성을 유발하는 현상을 개선하기 위한 것으로, edge crack의 발생 빈도를 감소시켜 압연성을 높이고, 자성이 우수한 방향성 전기강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,

0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 방향성 전기강판을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방향성 전기강판에 있어, [P]+0.5[Sb]가 0.0370 내지 0.0630 (단, 여기서 [P]와 [Sb]는 각각 P와 Sb의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)일 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방향성 전기강판은 0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr, 2.0 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.20중량%의 Mn, 0.020 내지 0.040 중량%의 산가용성 Al, 0.04 내지 0.07 중량%의 C, 0.001 내지 0.0055 중량%의 N, 0.0010 내지 0.0055 중량%의 S 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브로부터 제조되는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면,

0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브에 대해 열간압연, 열연판 소둔 및 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하는 단계;

상기 냉간압연된 강판에 대하여 800 내지 950℃의 온도 범위에서 탈탄 소둔 및 질화 소둔을 실시하는 단계; 및

상기 탈탄 소둔 및 질화 소둔된 강판에 대하여 최종 소둔하는 단계를 포함하고,

상기 최종 소둔 단계가 1차 균열 단계, 승온 단계, 및 2차 균열 단계를 포함하며, 상기 승온 단계에서 승온 속도를 초기에는 18 내지 75℃/hr의 속도로 승온한 후 900 내지 1020℃의 온도 범위에서 승온 속도를 10 내지 15℃/hr의 속도로 변경하여 승온하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강 슬라브 및 방향성 전기강판은 [P]+0.5[Sb]가 0.0370 내지 0.0630(단, 여기서 [P]와 [Sb]는 각각 P와 Sb의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)일 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강 슬라브는 2.0 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.20중량%의 Mn, 0.020 내지 0.040 중량%의 산가용성 Al, 0.04 내지 0.07 중량%의 C, 0.001 내지 0.0055 중량%의 N 및 0.0010 내지 0.0055 중량%의 S를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강 슬라브를 열간압열하기 위해 재가열하는 단계는, 재고용되는 질소의 함량이 10 내지 40 ppm이 되도록 할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강 슬라브를 열간압열하기 위해 재가열하는 단계는, 상기 강 슬라브를 1050 내지 1250℃의 온도 범위로 가열할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 최종 소둔 단계에 있어서, 2차 균열 단계의 온도는 1150 내지 1250℃일 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탈탄 소둔 및 질화 소둔을 실시하는 단계 후에 최종 소둔 전에 소둔 분리제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 방향성 전기강판에 따르면, Zr의 첨가로 인하여 Sn, Sb, P의 원소가 입계에 편석하여 입계 접착 에너지를 낮추어 입계 취성을 유발하는 현상이 개선되어 edge crack의 발생 빈도를 현저히 낮출 수 있다. 따라서, 압연성이 높은 방향성 전기강판을 제공할 수 있다. 또한, 자성이 향상되는 추가적인 효과도 나타낸다.

또한, 본 발명의 방향성 전기강판의 제조방법에 따르면, 상술한 성분계에 적합한 가열 패턴을 제공하여, 재현성 있는 방법으로 상기 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 방향성 전기강판은 0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하, 본 발명의 방향성 전기강판에 대하여 보다 자세하게 설명한다.

본 발명의 대상인 방향성 전기강판은 고스(Goss)가 발견하고 제안한 바대로 결정면의 방위가 {110}면이고, 압연방향의 결정방위는 <001>축에 평행하는 일명 고스 방위 또는 고스집합조직을 가지는 결정립들로 구성되는 강판을 의미한다

방향성 전기강판의 방위가 고스 방위에 가깝도록 하여 자기 특성이 매우 우수한 강판을 제조하기 위해서는 모든 결정의 방위가 상기 고스 방위에 일치할 필요가 있다. 그러나, 슬라브를 압연하여 제조하는 전기강판은 그 제조과정상 필연적으로 다결정계 조직을 가질 수 밖에 없으며, 그 결과 결정의 방위는 결정마다 다르게 분포하기 때문에 이를 고스 방위에 가깝도록 일치시키기 위해서는 특별한 작업이 필요하다.

즉, 압연된 다결정계 조직의 강판에는 고스 방위에 가까운 결정도 일부 포함되어 있기는 하지만, 대부분 고스 방위에서 크게 벗어난 방위를 가진 결정이 포함되어 있기 때문에, 이들을 그대로 사용할 경우에는 철손과 같은 자기적 특성이 뛰어난 전기강판을 얻는 것이 곤란해진다. 그러므로, 통상적으로는 상기 다결정계 조직의 강판을 재결정화하여 고스 조직에 가까운 결정만 존재하도록 하는 재결정 과정을 거치게 된다.

상기 재결정화시 우선적으로 성장하는 결정의 방위는 재결정 온도에 의해 결정되는 것이므로 재결정 온도를 잘 제어할 경우에는 고스 방위에 가까운 결정들이 우선적으로 성장할 수 있게 된다.

그 결과, 재결정화 전에는 고스 방위에 가까운 결정의 분율이 매우 작았지만, 재결정화가 이루어지고 난 후에는 고스 방위에 가까운 결정의 분율이 대부분을 차지하게 된다. 이러한 재결정을 먼저 일어나는 후술하는 1차 재결정과 구별하기 위하여 2차 재결정이라 한다.

이때, 상기 2차 재결정화 전에는 결정들이 균일한 크기로 분포하도록 하는 1차 재결정이 이루지게 된다. 상기 1차 재결정은 통상 냉간압연 이후 실시되는 탈탄소둔 직후 또는 탈탄소둔과 함께 이루어지게 되는데, 상기 1차 재결정에 의해서 균일하고 적절한 입도의 결정립들이 형성되게 된다. 물론 상기 결정립들의 방위는 골고루 분산되어 있어서 방향성 전기강판에서 최종적으로 취득하고자 하는 고스 방위의 비율은 매우 낮다.

상술하였듯이, 상기 1차 재결정된 강판은 이후 고스 방위를 갖추기에 적절한 온도에서 2차 재결정됨으로써 자성이 우수한 고스 방위를 갖춘 방향성 전기강판으로 제조될 수 있다.

그런데, 상기 1차 재결정된 강판 중 각각 다른 방위를 가진 결정립들의 크기가 다를 경우에는 비록 고스 방위를 갖추기에 적절한 온도에서 2차 재결정이 일어난다 하더라도, 소위 사이즈 어드밴티지(size advantage), 즉, 큰 결정립이 작은 결정립보다 안정한 효과에 의해 방위에 관계없이 큰 결정립이 우세하게 성장할 가능성이 높아지게 되며 그 결과 고스 방위에서 벗어난 결정립의 비율이 높아지게 되는 결과가 빚어진다.

따라서, 결정립들은 1차 재결정시 균일하고도 적절한 크기로 분포되어 있어야 한다. 결정립의 크기가 너무 미세할 경우에는 미세한 결정립으로 인한 결정 계면적의 증가로 인하여 계면 에너지가 증가되게 되어 결정립이 불안정하게 될 우려가 될 있다. 이러할 경우에는 2차 재결정이 과다하게 낮은 온도에서 일어나 고스 방위를 갖추지 못한 결정립들이 다량 생성되는 바람직하지 못한 결과를 초래할 우려가 있다. 이러한 적절한 결정립 크기는 첨가되는 원소인 억제제의 종류에 따라 달라지게 된다.

또한 상기 1차 재결정된 결정립들이 적절한 온도에서 재결정되어야 방향성 전기강판에 적합한 고스 방위를 가진 결정립들이 우세하게 형성된다. 따라서, 상기 온도까지 결정립을 승온할 필요가 있는데, 승온과정에서 불가피하게 낮은 온도 범위를 경유할 수 밖에 없고 이러한 낮은 온도 범위에서 재결정이 이미 일어나 버린다면 고스 방위가 우세한 결정립을 얻을 수는 없게 된다.

따라서, 적절한 2차 재결정 온도까지는 재결정이 일어나지 않도록 결정립의 성장을 억제하는 수단이 필요하게 된다. 강판의 내부에서 이러한 역할을 하는 수단은 첨가된 성분의 편석이나 석출 등에 의해 구현될 수 있게 되는데, 이러한 역할을 하는 첨가원소를 억제제(inhibitor)라 한다.

상기 억제제는 적절한 2차 재결정 온도에 도달하기 전까지는 석출물이나 편석의 형태로 결정립계 부근에 존재함으로써 결정립이 더 이상 성장하는 것을 억제하고 있다가 적절한 온도(2차 재결정 온도)에 도달하면 용해되거나 분해되어 결정립의 자유로운 성장을 조장하는 역할을 수행한다.

상기와 같은 억제제로 널리 이용되었던 것은 MnS나 MnSe 등과 같은 원소를 들 수 있다.

그런데, MnS를 억제제로 이용하는 방법들은 MnS를 형성하기 위해서 슬라브를 아주 높은 온도로 재가열하여야 한다는 문제가 있다. 즉, 슬라브 내에 존재하는 MnS 등은 편석의 형태 등과 같이 조대한 석출물로 존재하는 경우가 많으므로 방향성 전기강판의 제조에 이용되는 억제제의 역할을 수행할 수가 없다. 따라서, 이들을 재고용시킨 후 미세하게 분포시킬 필요가 있는데, 그러하기 위해서는 슬라브를 이들의 재고용이 일어날 수 있는 온도까지 가열하여야 하는 것이다.

그런데, MnS의 재고용 온도는 열역학적인 평형 상태를 고려한다 하더라도 1300℃ 이상으로서 매우 높은 온도이며, 실제적으로 공업적으로 이용 가능하도록 충분히 빠른 속도로 용해되기 위해서는 이보다 훨씬 높은 온도인 약 1400℃까지 가열할 필요가 있는 것이다.

상기와 같이 높은 온도로 슬라브를 가열할 경우에는 슬라브 가열에 에너지 소모가 심해지고, 슬라브의 표면이 용융되어 버리는 문제가 발생하여 가열로의 보수비가 많이 들 뿐만 아니라 가열로의 수명이 단축되는 문제가 초래될 수 있었다.

따라서, 슬라브의 재가열온도를 감소시킬 수 있는 억제제의 도입이 필요하게 되었다. 이러한 요구에 발맞추어 제공된 억제제가 바로 질화물계 억제제이다. 상기 질화물계 억제제의 장점은 통상의 과정으로 냉연판을 제조한 후 탈탄 소둔과 동시에 또는 탈탄소둔을 거친 이후 상기 냉연판을 질소분위기에 둠으로써 질소가 강판내부로 침투하기 용이한 조건을 형성시킴으로써 침투한 질소가 강판 중의 질화물 형성원소와 반응하여 질화물을 형성하고 상기 질화물이 억제제의 역할을 하게 되는 것이다. 상기 질화물로는 AlN, (Al, Si)N 등과 같은 원소를 들 수 있다.

냉연판의 탈탄 소둔과 동시 또는 그 이후 적절한 온도에서 질화를 실시하면 되므로 가열온도는 통상의 열연시 재가열온도와 유사한 온도로 하면 된다. 방향성 전기강판의 제조분야에서는 이러한 가열패턴을 저온가열이라 한다.

그런데, 상기와 같은 질화법을 이용하는 저온가열 방식 역시 질소만으로는 자성 향상에는 한계가 있다는 단점이 있었다.

방향성 전기강판의 자성을 더욱 향상시키기 위한 방법으로는 상술한 억제제의 역할을 하는 다른 원소를 첨가하여 2차 재결정시 고스 방위로 성장하는 결정립의 분율을 더욱 상승시키는 수단, 1차 재결정시 고스 방위를 가진 결정의 분율을 높여 2차 재결정시 고스 방위를 가진 결정립의 분율을 높이는 수단, 2차 재결정시 사이즈 어드밴티지에 의해 고스 방위를 가지지 못한 큰 결정립이 성장하는 것을 방지하기 위해 1차 재결정된 결정립의 크기를 균일하게 분포하게 하는 수단 등을 사용하는 방법 등이 있다.

이러한, 수단을 구현하기 위해 종래 제안된 방법으로는 강판의 성분을 개선하는 방법을 들 수 있다. 즉, 강판에 Sn, Sb, P등과 같은 원소들을 첨가할 경우에는 전기강판의 자성이 크게 향상될 수 있는데, 그 이유는 다음과 같다.

즉, Sb와 Sn은 1차 재결정 집합조직에서 {110}<001> 방위를 가지는 결정립의 분율을 증가시키는 효과가 있을 뿐만 아니라 황화물을 균일하게 석출하게 하는 효과가 있다. 또한, Sb와 Sn의 첨가량이 일정 수준 이상으로 될 경우에는 탈탄 소둔시의 산화반응을 억제하는 효과를 얻을 수 있기 때문에 탈탄소둔시 온도를 보다 상승시킬 수 있으며, 그 결과 방향성 전기강판의 1차 피막 형성을 용이하게 할 수 있다.

또한, 이들 원소는 결정립계에서 석출되어 결정립 성장을 억제할 수 있기 때문에 2차 재결정 입경을 작게할 수 있다는 장점을 얻을 수 있다. 따라서, 2차 재결정립 미세화에 의한 자구 미세화의 효과도 얻을 수 있다.

또한, P는 1차 재결정시 집합조직을 개선하는 효과가 있다고 보고되고 있다. 즉, 1차 재결정시 고스 방위를 가진 결정립의 분율을 높이는 효과를 가진다.

상술한 바와 같은 Sn, Sb, P 등의 원소들은 1종 또는 2종으로만 포함될 경우 원소 간의 상호 작용효과를 예측할 수 없다.

따라서, 본 발명에서는 방향성 전기강판의 성분 중 상기 Sn, Sb, P를 모두 포함하고 이들의 함량을 특정한 범위로 복합적으로 제어하였으며, 부가적으로 P와 Sb의 함량 관계를 적절한 범위로 제어할 때 상승효과가 있음을 확인하였다.

한편, Sn, Sb, P 모두 입계에 편석하는 원소로 입계에 편석되어 입계 접착 에너지(grain boundary cohesive energy)를 감소시켜 입계에 취성을 유발하는 원소들이다. 따라서, 냉간압연 중 입계 취성에 의해 edge crack이 많이 발생하여 압연 생산성이 떨어지는 문제점이 발견되었다.

그러나, 본 발명에 따르면, Zr를 포함함으로써 이를 해결하면서도 자성을 더욱 향상시켜주는 전기강판을 연구하여 본 발명에 이르게 되었다.

먼저, 본 발명의 방향성 전기강판은 약 0.03 내지 약 0.07 중량%의 Sn을 포함한다.

Sn을 포함하면 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, 이는 AlN 입자가 조대화 되고, Si 함량을 증가함에 따라 결정립 성장을 억제하는 효과가 약화되는 것을 보상한다.

따라서, 결과적으로 상대적으로 높은 Si 함유량을 가지고도 {110}<001> 2차 재결정 집합조직의 성공적인 형성이 보증될 수 있다. 즉, {110}<001> 2차 재결정 구조의 완성도를 전혀 약화시키지 않고서도 Si 함유량을 증가시킬 뿐만 아니라 최종 두께를 감소시킬 수 있다.

이러한 Sn의 함량은 약 0.03 내지 약 0.07 중량%인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 Sn의 함량범위를 상기 0.03 내지 0.07 중량%로 제어할 때, 종래에서는 예측할 수 없었던 불연속적이고 현저한 철손 감소 효과를 확인할 수 있다. 또한, Sn 함량이 0.07 중량%를 초과할 경우에는 취성이 증가된다는 문제도 있을 수 있으므로 Sn을 상술한 범위로 제어할 경우에는 취성 향상에도 효과적이다.

본 발명의 방향성 전기강판은 약 0.01 내지 약 0.05 중량%의 Sb를 포함한다.

Sb는 결정립계에 편석하여 1차 재결정립의 과도한 성장을 억제하는 작용이 있다. Sb를 첨가하여 1차 재결정단계에서 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 효과는 Sb를 약 0.01 내지 약 0.05 중량%만큼 함유할 때 종래 문헌에서는 예측할 수 없었을 정도로 크게 향상될 수 있다. Sb는 결정립계에 편석하여 1차 재결정립의 과도한 성장을 억제하는 작용이 있으나 그 함량이 0.01 중량% 미만이면 그 작용이 제대로 발휘되기 어렵고, 0.05 중량%을 초과하여 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.

본 발명의 방향성 전기강판은 약 0.01 내지 약 0.05 중량%의 P를 포함한다.

P는 저온가열 방식의 방향성 전기강판에서 1차 재결정립의 성장을 촉진시키므로 2차 재결정온도를 높여 최종 제품에서 {110}<001> 방위의 집적도를 높인다. 1차 재결정립이 너무 과대할 경우에는 2차 재결정이 불안해지지만 2차 재결정이 일어나는 한 2차 재결정온도를 높이기 위해 1차 재결정립이 큰 것이 자성에 유리하다. 한편 P는 1차 재결정된 강판에서 {110}<001> 방위를 갖는 결정립의 수를 증가시켜 최종 제품의 철손을 낮출 뿐만 아니라, 1차 재결정판에서 {111}<112> 집합조직을 강하게 발달시켜 최종제품의 {110}<001> 집적도를 향상시키므로 자속 밀도도 높아지게 된다. 또한 P는 2차 재결정소둔시 약 1000℃의 높은 온도까지 결정립계에 편석하여 석출물의 분해를 지체시켜 억제력을 보강하는 작용도 가지고 있다.

이러한 효과는 P의 함량을 약 0.01 내지 약 0.05 중량%의 범위로 할 경우에 종래 문헌에서는 전혀 예측할 수 없었던 현저한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 상술한 P의 효과가 제대로 발휘되려면 적어도 0.01 중량% 이상이 필요하고, P가 0.05 중량%를 초과하게 되면 1차 재결정립의 크기가 오히려 감소되어 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 취성을 증가시켜 냉간압연성을 저해하기 때문이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방향성 전기강판은 [P]+0.5[Sb]가 0.0370 내지 0.0630의 범위일 수 있다. 여기서 [P]와 [Sb]는 각각 P와 Sb의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다.

본 발명의 발명자들의 실험결과에 따르면, 각각의 원소를 첨가하는 경우 외에도 상기 [P]+0.5[Sb]를 상술한 범위로 제어할 경우에 더욱 철손향상 효과가 뛰어났다. 그 이유는 상기 원소들이 함께 첨가되어 상승효과를 거둘 수 있으며, 그 상승효과가 상기 수식 범위를 충족할 때 다른 수치범위에 비하여 불연속적으로 최대화되기 때문인 것으로 판단된다. 따라서, 각각의 성분범위를 제어하는 외에도 상기 [P]+0.5[Sb]를 상술한 범위로 제어하는 것이 보다 바람직하다.

P와 Sb의 중량%가 상기와 같은 관계를 만족할 때, 1차 재결정립의 크기가 가장 적합한 범위로 얻어질 수 있다. 또한 P와 Sb는 서로의 함량 범위를 함께 제어할 경우 또다른 임계적 상승 효과를 유발할 수 있으므로 P와 Sb의 함량은 하나의 수식으로 제어될 필요가 있으며, 그 범위가 0.0370 내지 0.0630인 것이 가장 바람직할 수 있다.

본 발명의 방향성 전기강판은 약 0.01 내지 약 0.10 중량%의 Zr을 포함한다.

Zr은 본 발명의 핵심이 되는 합금 원소로써 자기적 성질뿐만 아니라 압연성 또한 향상시켜주는 역할을 한다. Zr은 탄화물 형성 원소이지만 고온의 열연판소둔 과정에서 탄소가 강중에 용해되고 열연판소둔후 강판을 급랭하기 때문에 냉간압연 직전의 열연판소둔후 입계에 편석상태로 존재하게 된다.

Zr은 철 입계에 편석되어 입계 접착 에너지를 강하게 증가시키는 원소로써 Zr이 철 입계에 편석될 경우 입계 취성이 완화되어 압연 중 발생되어 판파단을 유발하는 edge crack의 발생을 현저하게 감소시킬 수 있다. 따라서 Sn, Sb, P등의 입계 접착 에너지를 낮추어 입계 취성을 유발하는 원소들에 입계 에너지를 강하게 높여주는 Zr을 첨가하게 되면 입계 취성이 완화되어 압연중 edge crack이 발생하지 않아 압연성이 향상되게 된다.

뿐만 아니라, 탈탄열처리 후 Zr은 입계에 편석되어 강력한 보조 억제제로 작용하여 1차 재결정 미세조직의 입자크기가 균일해질 뿐만 아니라 2차 재결정 개시온도를 증가시켜 자기적 특성을 개선한다.

이러한 Zr의 효과가 제대로 발휘되려면 0.01 중량% 이상이 필요하다. 그러나, Zr의 함량이 0.10 중량%를 초과하게 되면 1차 재결정립이 너무 미세해질 뿐만 아니라 일부 Zr이 탄화물을 형성시키게 되어 오히려 자성 및 압연성이 나쁘게 된다. 따라서, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr을 첨가하게 되면 압연성이 획기적으로 향상될 뿐만 아니라 최종 제품의 자기적 특성이 월등히 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

이러한 본 발명의 방향성 전기강판은, 상술한 바와 같은 원소를 동일하게 포함하는 강 슬라브, 즉, 0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브로부터 제조될 수 있다.

또한, 상기 강 슬라브 및 이로부터 제조되는 방향성 전기강판에는 상술한 성분 이외에도, Si, Mn, Al 등과 같이 전기강판에서 통상 사용되는 성분들과 기타 불가피하게 포함되는 불순성분이 추가적으로 포함된다. 그러나, 이들의 성분은 통상의 전기강판에서 포함되는 종류의 성분과 그 함량 범위로부터 용이하게 유추하여 본 발명의 전기강판에 적용할 수 있으므로, 반드시 그 성분을 한정할 필요는 없으며, 상기 Sn, Sb 및 P와 이들간의 관계, 및 Zr을 상술한 범위로 한정하는 것이 중요하다.

예를 들어, 본 발명의 방향성 전기강판은 0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr 외에도, 2.0 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.20중량%의 Mn, 0.020 내지 0.040 중량%의 산가용성 Al, 0.04 내지 0.07 중량%의 C, 0.001 내지 0.0055 중량%의 N, 0.0010 내지 0.0055 중량%의 S 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브로부터 제조될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 방향성 전기강판의 성분계에 적합한 Si, Mn, Al 등의 보다 바람직한 예를 이하에서 표시하고 그 이유에 대하여 간략히 설명한다.

Si은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철심손실(core loss) 즉, 철손을 낮추는 역할을 한다. Si 함량이 2.0 중량% 미만인 경우 비저항이 감소하여 철손 특성이 열화되며, 4.0 중량%을 초과하여 과잉 함유시에는 강의 취성이 커져 냉간압연이 극히 어려워지고 2차 재결정형성이 불안정해진다. 따라서 Si의 함량 범위는 약 2.0 내지 약 4.0 중량%가 적합할 수 있다.

Al은 최종적으로 AlN, (Al, Si)N, (Al, Si, Mn)N 형태의 질화물로 되어 억제제로 작용하는 성분으로서, 그 함량이 0.020 중량% 미만인 경우에는 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없고, 너무 높은 경우에는 Al계통의 질화물이 너무 조대하게 석출, 성장하므로 억제제로의 효과가 부족해진다. 그러므로 Al의 함량을 약 0.020 내지 약 0.040 중량%가 적합할 수 있다. 상기 Al은 산가용성 Al의 형태로 포함될 수 있다.

Mn은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 효과도 있으며, Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al, Si, Mn)N의 석출물을 형성하거나, MnS를 형성하여 1차 재결정립의 성장을 억제하여 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. 그러나 0.20 중량%를 초과하여 첨가시에는 열연도중 오스테나이트 상변태를 촉진하므로 1차 재결정립의 크기를 감소시켜 2차 재결정을 불안정하게 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 0.01 중량% 이상 포함하는 것이 필요하다. 그러므로, Mn의 함량 범위는 약 0.01 중량% 내지 약 0.20 중량%가 적합할 수 있다.

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 0.04 중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다. 그러나 함량이 과다하면 조대한 탄화물이 생성되고 탈탄시 제거가 곤란해진다. 이러한 관점에서 C는 약 0.04 내지 약 0.07 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 N은 Al 등과 반응하여 결정립을 미세화시키는 원소이다. 이들 원소들이 적절히 분포될 경우에는 상술한 바와 같이 냉간압연이후 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 최종 소둔 과정에서 제거하는데도 많은 시간이 소요되므로 바람직하지 않다. 다만 후술하는 바와 같이 슬라브 재가열시 고용되는 질소의 함량이 0.001 중량% 이상이 되어야 할 것이므로 재고용될 수 있는 비율을 감안하여 상기 질소 함량은 약 0.001 내지 약 0.0055 중량%인 것이 바람직하다.

S는 0.0055 중량%를 초과하여 함유되면 열간압연 슬라브 가열시 재고용되어 미세하게 석출하므로 1차 재결정립의 크기를 감소시켜 2차 재결정 개시 온도를 낮추어 자성을 열화시킨다. 또한 최종 소둔 공정의 2차 균열구간에서 고용 상태의 S를 제거하는데 많은 시간이 소요되므로 방향성 전기강판의 생산성을 떨어뜨린다. 한편 S함량이 0.0055 중량% 이하일 경우에는 냉간압연전의 초기 결정립크기가 조대해지는 효과가 있으므로 1차 재결정 공정에서 변형 밴드에서 핵생성되는 {110}<001> 방위를 갖는 결정립의 수가 증가되며, 이에 따라 2차 재결정립의 크기를 감소시켜 최종 제품의 자성을 향상시킬 수 있다. S는 MnS를 형성하여 1차 재결정립 크기에 어느 정도 영향을 주므로 0.001 중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서 S는 약 0.0010 내지 0.0055 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

상술한 성분 외에도 방향성 전기강판에 포함되는 다양한 성분들이 본 발명의 전기강판의 합금성분으로 포함될 수 있는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 이해할 수 있을 것이다. 통상 알려진 성분의 조합과 그 적용은 당연히 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방향성 전기강판은 2차 재결정립, 즉, 고스 방위의 결정립의 평균 크기가 약 1 내지 약 3cm일 수 있다.

또한, 상기 방향성 전기강판을 이루는 결정립 중 고스 방위로부터 벗어난 정도가 약 3도 이내로 하는 것이 우수한 철손을 확보하기 위해 바람직하다.

상술한 본 발명의 전기강판은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 전기강판 제조방법에 의해 제조될 수도 있지만, 하기 제조방법을 통하여 제조하는 것이 보다 바람직하다.

즉, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브에 대해 열간압연, 열연판 소둔 및 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하는 단계;

상기 냉간압연된 강판에 대하여 800 내지 950℃의 온도 범위에서 탈탄 소둔 및 질화 소둔을 실시하는 단계; 및

상기 탈탄 소둔 및 질화 소둔된 강판에 대하여 최종 소둔하는 단계를 포함하고,

상기 최종 소둔 단계가 1차 균열 단계, 승온 단계, 및 2차 균열 단계를 포함하며, 상기 승온 단계에서 승온 속도를 초기에는 18 내지 75℃/hr의 속도로 승온한 후 900 내지 1020℃의 온도 범위에서 승온 속도를 10 내지 15℃/hr의 속도로 변경하여 승온하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.

이하, 상기 본 발명의 방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 설명한다. 이하에서 특별히 설명하지 않는 조건은 통상의 조건에 준하는 것으로 한다.

먼저, 본 발명의 방향성 전기강판의 상술한 바대로, 0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 준비하여 이로부터 제조된다.

또한, 상기 P와 Sb의 함량 관계가 [P]+0.5[Sb]가 0.0370 내지 0.0630(단, 여기서 [P]와 [Sb]는 각각 P와 Sb의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)를 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 강 슬라브는 2.0 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.20중량%의 Mn, 0.020 내지 0.040 중량%의 산가용성 Al, 0.04 내지 0.07 중량%의 C, 0.001 내지 0.0055 중량%의 N 및 0.0010 내지 0.0055 중량%의 S를 더 포함할 수 있다.

상기 강 슬라브에 포함되는 원소 및 함량에 대한 보다 상세한 설명은 상기 방향성 전기강판에서 상술한 바와 같다.

냉간압연된 강판을 제조하는 과정까지는 통상의 제조과정에 따라 제조한다. 즉, 상술한 원소를 포함하는 강 슬라브를 열간압연한 후 열연판소둔하고 이후 냉간압연하는 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 방법 중 하나를 적절히 선택하고, 필요한 경우 적절한 변형을 가하여 적용함으로써 실시가능하다. 또한, 산세 등의 통상의 전기강판의 열연 및 냉연과정에서 요구되는 부가적인 공정도 당연히 포함되어 적용될 수 있다.

다만, 강 슬라브를 열간압연하기 위해서 재가열할 때에는 가열 온도를 적절히 조절하여 고용되는 N과 S가 불완전 용체화되도록 하는 것이 바람직하다. 특히, N의 함량의 경우에는 약 10 내지 약 40 ppm이 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 총 N의 함량을 적절한 범위로 제어하는 것이 중요한 것이 아니라 재가열시 재고용되어 냉각시 석출되는 질화물의 양을 제어하는 것이 중요하기 때문에 재가열시 고용되는 N의 함량을 적절한 범위가 되도록 제어한다.

즉, 석출되는 질화물의 양에 따라 결정립의 미세화 정도가 달라지게 되는데, 결정립이 너무 미세화될 경우에는 고스 방위에 유사하지 않은 방위를 가지는 결정립까지 성장해 버릴 가능성이 크고 반대로 결정립이 너무 조대화되면 2차 재결정시 바람직하지 않은 결정립이 제거되지 못할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 상기 고용되는 N의 함량을 약 10 내지 약 40 ppm 정도의 범위로 정하는 것이 바람직하다.

상기 고용되는 N의 함량을 제어하기 위한 슬라브 재가열 온도는 강중에 포함된 Al 함량을 고려하여 설정될 수 있는데, 본 발명에서 바람직하게 포함될 수 있는 Al 함량을 고려하면 상기 가열 온도는 약 1050 내지 약 1250℃인 것이 보다 바람직하다.

이후, 냉간압연까지의 과정은 상술한 바와 같이 통상의 방법을 적절히 선택하여 적용하면 되므로 자세한 설명을 생략한다.

다만, 본 발명의 대상인 방향성 전기강판을 제조하기 위한 열연강판의 두께는 통상 약 1.8 내지 약 3.5 mm 이며 냉연강판의 두께는 약 0.18 내지 약 0.35 mm인 것이 일반적이며, 열연판소둔을 위해서는 약 1000 내지 약 1200℃까지 가열하여 약 850 내지 약 950℃에서 균열처리한 후 냉각하는 방법을 취하는 것이 보다 바람직하다. 상기와 같은 과정을 겪을 경우 열간압연 후 또는 열연판소둔후의 석출물 평균크기는 약 300 내지 약 3000Å 이다.

냉간압연된 강판에 대해, 이후 탈탄 소둔과 최종 소둔을 수행하게 되는데 이에 대하여 상세히 설명한다.

냉간압연된 강판은 암모니아, 수소, 및 질소의 혼합가스 분위기에서 탈탄 소둔 및 질화 소둔을 실시한다. 상기와 같은 탈탄 소둔 및 질화 소둔 방식은 종래의 질화 소둔 방식을 적용함으로써 용이하게 적용될 수 있다.

질화 소둔은 탈탄 소둔과 동시에 이루어질 수도 있으며 탈탄 소둔이 종료한 후 별도의 과정으로 이루어질 수도 있다. 탈탄 소둔을 먼저 실시하고 이후에 질화 소둔을 실시하는 방법에 의하면 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 있지만, 탈탄 소둔과 질화 소둔을 동시에 실시하면 상기 AlN이나 (Al, Si)N이 동시에 형성되므로 긴 처리시간을 요하지 않는다는 장점이 있다. 따라서, 탈탄 소둔과 질화 소둔을 동시에 실시하는 방법이 보다 바람직하다.

그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 탈탄 소둔 이후에 질화 소둔 실시하는 방법 역시 본 발명의 유리한 특성을 갖춘 전기강판을 제조하는데 여전히 유효하게 사용할 수 있다. 즉, 상술한 동시 탈탄 질화 방법은 제조에 보다 간편하고 유용할 뿐 본 발명의 전기강판이 상기 동시 탈탄 질화에 의해 제조된 것으로만 한정되지는 않는 것이다.

본 발명에서 제안하는 범위로 Sn, Sb, P, Zr을 제어할 경우에는 종래의 성분계에 비하여 크기 인자가 다르게 작용하므로 이를 고려할 필요가 있다. 즉, 성분을 상술한 범위로 제어할 경우에는 1차 재결정립의 크기를 미세하게 할 뿐만 아니라 동일한 1차 재결정의 크기 조건하에서는 2차 재결정이 잘 일어나지 않도록 하는 효과도 발생하게 된다. 1차 재결정립의 크기가 미세화되면 2차 재결정이 잘 일어나는 효과를 가지나 이들 원소는 동일한 결정립도 하에서는 2차 재결정이 잘 일어나지 않도록 하는 효과도 가지므로 이들 효과들 중 어떠한 효과가 더욱 우세하게 작용하는지에 따라 전체적으로 2차 재결정이 용이하게 일어나는지 아니면 종래의 경우보다 용이하지 않게 일어나는지를 결정한 후 이를 탈탄소둔 조건에 적용할 필요가 있는 것이다.

상기 1차 재결정의 미세화에 따른 2차 재결정 구동력 증가효과가 더욱 우세하기 때문에 상기 원소를 첨가할 경우에는 1차 재결정된 조직의 크기가 너무 미세화되지 않도록 탈탄 소둔 온도(즉, 1차 재결정 온도)를 조절할 필요가 있다. 따라서 탈탄 소둔 온도는 통상의 경우보다 약 10 내지 약 30℃정도 높은 온도인 약 800 내지 약 950℃ 정도로 설정할 필요가 있다. 온도가 낮을 경우에는 충분한 탈탄소둔 효과가 발생하지 않을 뿐만 아니라 결정립이 미세한 상태로 유지되어 2차 재결정시 바람직하지 못한 방위의 결정이 성장할 우려가 있으며, 반대로 온도가 너무 높으면 1차 재결정된 결정립이 과다하게 성장될 우려가 있다.

본 발명의 방향성 전기강판의 제조방법에서, 1차 재결정립의 크기가 약 15 내지 약 25㎛ 정도가 되도록 제어할 수 있다. 또한, Sn, Sb, P, Zr을 함유하지 않는 성분계에 비하여 이슬점이 약 2 내지 약 4℃ 정도 낮도록 약 50 내지 약 70℃ 정도로 하는 것이 산화층 관리에 유리하며 최종 제품의 결정립 방위제어나 철손향상에 보다 유리하다.

상기 탈탄 소둔을 거친 강판은 MgO를 포함하는 소둔 분리제를 도포한 후 권취하고 최종 소둔함으로써 고스 방위의 결정립이 우세하게 분포하는 전기강판으로 제조할 수 있다.

상기 최종 소둔의 과정을 설명하면, 먼저 권취된 강판에 도포된 소둔분리제의 수분을 제거하기 위해 1차 균열 단계를 거치고 이후 이미 1차 재결정된 강판을 2차 재결정시키기 위해 승온하는 승온 단계와, 이후 재결정을 더욱 진행시키는 동시에 강 중의 불순물을 제거하기 위한 2차 균열 단계를 포함한다.

이때, 종래에는 좁은 온도에서 순간적으로 억제제가 재용해되고 그에 따라 결정립 성장의 장벽이 없어지면서 2차 재결정이 좁은 온도범위에서 시작하도록 하기 위해서는 승온 속도를 매우 느리게 제한하여 승온을 행하였으며, 이후 불순물을 제거하기 위한 2차 균열시간을 장시간으로 설정하였다. 이러한 종래의 조업방식은 생산성 저하의 큰 원인이 되었으므로 본 발명자들은 이러한 문제를 해결하기 위하여 다각도로 원인을 분석한 결과 1차 균열후 승온시 승온속도를 2단계로 나누어 적용하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.

즉, 승온시 억제제가 용해되는 온도 이하의 온도까지는 빠르게 승온하더라도 2차 재결정이 일어나지 않으므로 2차 재결정 거동에 별 영향을 미치지 않으므로 빠른 승온 속도를 적용하고 2차 재결정이 일어나는 온도부터는 종래와 유사한 느린 냉각속도로 승온하면 동일한 2차 재결정 효과를 얻을 수 있으면서도 소요시간이 감소되어 생산성 향상에 효과적인 것이다.

본 발명에서는 승온 속도를 달리 적용하는 기준 온도를 약 900 내지 약 1020℃로 정한다. 즉, 1차 균열 후에는 빠른 승온 속도로 강판을 승온하다가 상기 온도 범위에서 2차 재결정을 고려한 느린 승온 속도로 승온 속도를 변경하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초기의 빠른 승온 속도 구간의 승온 속도는 약 18 내지 약 75℃/hr로 정하고 2차 재결정을 고려한 느린 승온 속도를 약 10 내지 약 15℃/hr의 범위로 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 이미 설명하였듯이 억제제로서 작용하는 질소의 재고용되는 양을 제한하고 전체 S의 함량도 0.0055 중량% 이하로 제한함으로써 이들 성분의 제거에 소요되는 시간도 종래 방법에 비하여 보다 짧게 할 수 있다는 장점이 있다.

이때, 상기 1차 균열 온도와 2차 균열 온도는 통상의 균열 온도에서 크게 벗어나지 않는 범위로 제어하면 되므로 특별히 제한하지 않는다. 다만, 통상적인 1차 균열 온도의 예로서는 약 650 내지 약 850℃의 온도범위를 들 수 있으며, 통상적인 2차 균열 온도의 예로서는 약 1150 내지 약 1250℃의 범위를 들 수 있으며, 이들 온도범위는 강판의 성분이 달라지거나 본 발명의 핵심적인 특징 외의 다른 사소한 부분을 변경함에 따라 약간씩 변경하여 적용될 수 있다.

발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 >

실시예 1

Si: 3.2wt%, C: 0.055wt%, Mn: 0.01wt%, S: 0.0048wt%, Sol-Al: 0.028wt%, N: 0.0045wt%, Sn: 0.038wt%, P: 0.033wt%, Sb: 0.031wt%, Zr: 0.012wt%와, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 함유하는 방향성 전기강판을 진공 용해한 후 잉곳을 제조하고, 이어서 1200℃의 온도로 가열한 다음 두께 2.3 mm로 열간압연하였다.

열연판은 1050℃의 온도로 가열한 후 950℃에서 180초간 유지하고 물에 급냉하였다. 열연판소둔을 한 강판은 산세한 후 0.23 mm 두께로 1회 냉간압연하고, 냉간압연된 강판은 870℃의 온도로 습한 수소와 질소 및 암모니아 혼합 가스 분위기 속에서 180초간 유지하여 질소함량이 200 ppm이 되도록 동시 탈탄 질화 소둔 열처리하였다.

이와 같이 탈탄 및 질화소둔한 강판에 MgO를 주성분으로 하는 소둔분리제를 도포한 다음 코일상으로 권취한 상태에서 최종 소둔하였다. 최종 소둔시 1차 균열온도는 700℃, 2차 균열온도는 1200℃로 하였고, 승온 구간의 승온 조건은 700 내지 950℃의 온도 구간에서는 45℃/hr, 950 내지 1200℃의 온도 구간에서는 15℃/hr로 하였다. 한편 1200℃에서의 균열시간은 15시간으로 하여 처리하였다. 최종 소둔은 1200℃ 까지는 25% 질소와 75% 수소의 혼합 분위기로 하였고, 1200℃ 도달 후에는 100% 수소분위기에서 10 시간 이상 유지 후 노냉하여 최종 방향성 전기강판을 제조하였다.

실시예 2 내지 8

Zr의 함량을 다르게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방향성 전기강판을 제조하였다.

비교예 1 내지 6

Zr의 함량을 다르게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방향성 전기강판을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 6의 Zr의 함량은 하기 표 1에 나타내었다.

또한, 상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 6의 방향성 전기강판의 자기적 특성 평가를 위해 W17/50과 B8을 측정하였고 냉간 압연성 평가를 위해 냉간 압연 후 edge crack 발생 빈도(시편 1m당 발생된 edge crack의 개수)를 측정하여 그 값들을 하기 표 1에 나타내었다.

구분	Zr 함량 (wt%)	철손 (W17/50, W/kg)	자속밀도 (B8,Tesla)	Edge crack 발생 빈도 (개수/m)
실시예 1	0.012	0.886	1.916	12
실시예 2	0.025	0.878	1.915	8
실시예 3	0.034	0.856	1.923	7
실시예 4	0.048	0.832	1.929	0
실시예 5	0.062	0.801	1.935	0
실시예 6	0.073	0.825	1.932	0
실시예 7	0.085	0.856	1.928	0
실시예 8	0.098	0.892	1.919	0
비교예 1	0	0.928	1.897	51
비교예 2	0.005	0.923	1.893	42
비교예 3	0.110	0.920	1.902	25
비교예 4	0.121	0.929	1.896	28
비교예 5	0.132	0.932	1.892	33
비교예 6	0.143	0.937	1.889	45

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 Zr을 0.01 내지 0.10중량%로 첨가한 실시예 1 내지 8이 Zr을 첨가하지 않거나, 상기 범위를 벗어나도록 첨가한 비교예 1 내지 6과 비교할 때 자기적 특성 및 냉간 압연성이 현저히 향상되었음을 알 수 있다.

실시예 9

Si: 3.22wt%, C: 0.053wt%, Mn: 0.098wt%, S: 0.0045wt%, Sol-Al: 0.029wt%, N: 0.0047wt%, Sn: 0.052wt%, P: 0.041wt%, Sb: 0.039wt%, Zr: 0.018wt%, 잔부 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 함유하는 방향성 전기강판을 진공 용해한 후 잉곳을 제조하고, 이어서 1200℃의 온도로 가열한 다음 두께 2.3 mm로 열간압연하였다.

열연판은 1050℃의 온도로 가열한 후 950℃에서 180초간 유지하고 물에 급냉하였다. 열연판소둔을 한 강판은 산세한 후 0.23 mm 두께로 1회 강냉간압연하고, 냉간압연된 강판은 870℃의 온도로 습한 수소와 질소 및 암모니아 혼합 가스 분위기 속에서 180초간 유지하여 질소함량이 200 ppm이 되도록 동시 탈탄 질화 소둔열처리하였다.

이와 같이 탈탄 및 질화소둔한 강판에 MgO를 주성분으로 하는 소둔분리제를 도포한 다음 코일상으로 권취한 상태에서 최종 소둔하였다. 최종 소둔시 1차 균열온도는 700℃, 2차 균열온도는 1200℃로 하였고, 승온 구간의 승온 조건은 700 내지 950℃의 온도 구간에서는 45℃/hr, 950 내지 1200℃의 온도 구간에서는 15℃/hr로 하였다. 한편 1200℃에서의 균열시간은 15시간으로 하여 처리하였다. 최종 소둔은 1200℃ 까지는 25% 질소와 75% 수소의 혼합 분위기로 하였고, 1200℃ 도달 후에는 100% 수소분위기에서 10시간 이상 유지 후 노냉하여 최종 방향성 전기강판을 제조하였다.

실시예 10 내지 16

Zr의 함량을 다르게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 9와 동일한 방법으로 방향성 전기강판을 제조하였다.

비교예 7 내지 12

Zr의 함량을 다르게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 9와 동일한 방법으로 방향성 전기강판을 제조하였다.

상기 실시예 9 내지 16 및 비교예 7 내지 12의 Zr의 함량은 하기 표 2에 나타내었다.

또한, 상기 실시예 9 내지 16 및 비교예 7 내지 12의 방향성 전기강판의 자기적 특성 평가를 위해 W17/50과 B8을 측정하였고 냉간 압연성 평가를 위해 냉간 압연 후 edge crack 발생 빈도(시편 1m당 발생된 edge crack의 개수)를 측정하여 그 값들을 하기 표 2에 나타내었다.

구분	Zr 함량 (wt%)	철손 (W17/50, W/kg)	자속밀도 (B8,Tesla)	Edge crack 발생 빈도 (개수/m)
실시예 9	0.018	0.871	1.919	11
실시예 10	0.026	0.832	1.926	9
실시예 11	0.042	0.808	1.932	6
실시예 12	0.057	0.798	1.938	0
실시예 13	0.068	0.812	1.933	0
실시예 14	0.076	0.828	1.929	0
실시예 15	0.091	0.843	1.927	3
실시예 16	0.097	0.882	1.918	4
비교예 7	0	0.938	1.896	63
비교예 8	0.002	0.933	1.894	58
비교예 9	0.008	0.920	1.901	42
비교예 10	0.117	0.911	1.904	29
비교예 11	0.128	0.921	1.893	32
비교예 12	0.141	0.937	1.889	47

상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 Zr을 0.01 내지 0.10중량%로 첨가한 실시예 9 내지 16이 Zr을 첨가하지 않거나, 상기 범위를 벗어나도록 첨가한 비교예 7 내지 12와 비교할 때 자기적 특성 및 냉간 압연성이 현저히 향상되었음을 알 수 있다.

이상 실시예를 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. 0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 방향성 전기강판.
   
2. 제1항에 있어서,
   [P]+0.5[Sb]가 0.0370 내지 0.0630 (단, 여기서 [P]와 [Sb]는 각각 P와 Sb의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)인 방향성 전기강판.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 방향성 전기강판은 2.0 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.20중량%의 Mn, 0.020 내지 0.040 중량%의 산가용성 Al, 0.04 내지 0.07 중량%의 C, 0.001 내지 0.0055 중량%의 N, 0.0010 내지 0.0055 중량%의 S를 더욱 포함하는 강 슬라브로부터 제조되는 방향성 전기강판.
   
4. 제1항에 있어서,
   고스 방위의 결정립의 평균 크기가 1 내지 3cm인 방향성 전기강판.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 방향성 전기강판을 이루는 결정립 중 고스 방위로부터 벗어난 정도가 3도 이내인 방향성 전기강판.
   
6. 0.03 내지 0.07 중량%의 Sn, 0.01 내지 0.05 중량%의 Sb, 0.01 내지 0.05 중량%의 P, 0.01 내지 0.10 중량%의 Zr 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브에 대해 열간압연, 열연판 소둔 및 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하는 단계;
   상기 냉간압연된 강판에 대하여 800 내지 950℃의 온도 범위에서 탈탄 소둔 및 질화 소둔을 실시하는 단계; 및
   상기 탈탄 소둔 및 질화 소둔된 강판에 대하여 최종 소둔하는 단계를 포함하고,
   상기 최종 소둔 단계가 1차 균열 단계, 승온 단계, 및 2차 균열 단계를 포함하며, 상기 승온 단계에서 승온 속도를 초기에는 18 내지 75℃/hr의 속도로 승온한 후 900 내지 1020℃의 온도 범위에서 승온 속도를 10 내지 15℃/hr의 속도로 변경하여 승온하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 강 슬라브 및 방향성 전기강판은 [P]+0.5[Sb]가 0.0370 내지 0.0630(단, 여기서 [P]와 [Sb]는 각각 P와 Sb의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)인 방향성 전기강판의 제조방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 강 슬라브는 2.0 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.20중량%의 Mn, 0.020 내지 0.040 중량%의 산가용성 Al, 0.04 내지 0.07 중량%의 C, 0.001 내지 0.0055 중량%의 N 및 0.0010 내지 0.0055 중량%의 S를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
   
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 강 슬라브를 열간압열하기 위해 재가열하는 단계는, 재고용되는 질소의 함량이 10 내지 40 ppm이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 제조방법.
   
10. 제6항에 있어서,
    상기 강 슬라브를 열간압열하기 위해 재가열하는 단계는, 상기 강 슬라브를 1050 내지 1250℃의 온도 범위로 가열하는 방향성 전기강판의 제조방법.
    
11. 제6항에 있어서,
    상기 탈탄 소둔 및 질화 소둔된 강판에 있어서, 1차 재결정립의 크기를 15 내지 25㎛로 제어하는 방향성 전기강판의 제조방법.
    
12. 제6항에 있어서,
    상기 최종 소둔 단계에 있어서, 2차 균열 단계의 온도는 1150 내지 1250℃인 방향성 전기강판의 제조방법.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 탈탄 소둔 및 질화 소둔을 실시하는 단계 후에 최종 소둔 전에 소둔 분리제를 도포하는 단계를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.