KR20150074892A - 방향성 전기강판, 그 제조방법 및 1차 재결정 소둔 설비 - Google Patents

방향성 전기강판, 그 제조방법 및 1차 재결정 소둔 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중량%로, Si: 2.0 내지 4.0%, C: 0.85% 이하(0을 포함하지 않음), 산가용성 Al: 0.015 내지 0.04%, Mn: 0.20% 이하(0을 포함하지 않음), N: 0.01% 이하(0을 포함하지 않음), S: 0.006% 이하(0을 포함하지 않음)를 포함하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔을 생략하거나 실시하고, 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하며, 강판에 대하여 탈탄 및 질화를 순차적 또는 동시에 실시하는 1차 재결정 소둔 공정을 실시 후, 이어 2차 재결정 소둔 공정을 실시하는 방향성 전기강판의 제조 방법에 있어서, 1차 재결정 소둔은 강판을 초급속승온하는 단계, 초급속승온된 강판을 급속승온하는 단계 및 급속승온된 강판을 균열대에 이르기까지 일반승온하는 단계를 포함하되, 초급속승온단계 분위기가 PH2O/PH2≤0.1, 급속승온단계 분위기가 0.2≤PH2O/PH2≤0.6, 균열대 분위기가 0.50≤PH2O/PH2≤0.75 로 각각 유지되는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.
한편, 본 발명은 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비로서, 냉간압연된 강판이 소둔설비의 입구측으로 진입할 때 강판의 상하에 설치되어 소둔설비내의 분위기 가스가 누출되는 것을 방지하는 밀폐롤과, 강판이 통과할 때 250℃/s 이상으로 초급속승온하는 초급속승온로와, 초급속승온로와 연통하며, 강판을 80℃/s 내지 200℃/s로 급속승온하는 급속승온로 및 급속승온로와 연통하며, 급속승온된 강판을 균열대에 이르기까지 50℃/s 이하로 일반승온하는 일반승온로를 포함하는 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비를 제공한다.

Description

방향성 전기강판, 그 제조방법 및 1차 재결정 소둔 설비 {GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND MANUFACTURING METHOD AND PRIMARY RECRYSTALLIZATION ANNEALING FACLILITY THEROF}
본 발명은 방향성 전기강판, 그 제조방법 및 1차 재결정 소둔 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기적 특성 및 표면 특성이 매우 우수한 방향성 전기강판과 그 제조방법 및 상기 방향성 전기강판을 1차 재결정 소둔하는 1차 재결정 소둔 설비에 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.
일반적으로 방향성 전기강판의 자기적 특성은 철손과 여자 특성에 의해 평가되는데, 철손이 낮아질수록 전기 기기에 적용 시 발생하는 열에너지를 감소시켜 소비전력을 절약할 수 있고, 여자 특성이 높아질수록 자속밀도가 높아지는 바, 기기의 소형화에 유용하다.
특히, 전기강판의 자속밀도를 높이기 위한 방안으로 인히비터로 AlN과 MnS을 사용하여 2차 재결정 시 Goss 방위 결정립의 집적도를 높이는 공정을 수행한다. 하지만, 이 방법은 생성된 2차 재결정립의 크기가 조대하므로 전기강판의 철손을 낮추는 효과는 미미하다. 이에 따라, 2차 재결정립의 크기를 조밀하게 형성시켜 전기강판의 철손을 낮출 수 있도록 1차 재결정 소둔 과정에서 승온속도를 높이는 방법을 사용하고 있다.
다만, 일반적인 탈탄소둔 공정은 1단 급속승온 방식을 사용하고 있어 자성 향상에 한계가 있고, 2단 또는 3단으로 승온속도를 제어하는 방식 또한 실제 최종 사상소둔 시 코일 전장에 걸쳐 소지금속이 노출되는 무도금 현상(Bare Spot)이나, 상기 소지금속의 노출로 인한 양 끝단부의 변색, 얼룩 등 피막결함이 발생할 수 있으며, 코일 밴딩 시 피막 박리 현상이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 1차 재결정 소둔 공정의 승온속도와 분위기 제어를 통해 우수한 자기적 특성을 안정적으로 확보하는 동시에 양호한 표면품질을 확보할 수 있는 방향성 전기강판, 그 제조방법 및 1차 재결정 소둔 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 중량%로, Si: 2.0 내지 4.0%, C: 0.85% 이하(0을 포함하지 않음), 산가용성 Al: 0.015 내지 0.04%, Mn: 0.20% 이하(0을 포함하지 않음), N: 0.01% 이하(0을 포함하지 않음), S: 0.006% 이하(0을 포함하지 않음)를 포함하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔을 생략하거나 실시하고, 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하며, 상기 강판에 대하여 탈탄 및 질화를 순차적 또는 동시에 실시하는 1차 재결정 소둔 공정을 실시 후, 이어 2차 재결정 소둔 공정을 실시하는 방향성 전기강판의 제조 방법에 있어서, 상기 1차 재결정 소둔은 상기 강판을 초급속승온하는 단계, 상기 초급속승온된 강판을 급속승온하는 단계 및 상기 급속승온된 강판을 균열대에 이르기까지 일반승온하는 단계를 포함하되, 상기 초급속승온단계 분위기가 PH2O/PH2≤0.1, 상기 급속승온단계 분위기가 0.2≤PH2O/PH2≤0.6, 상기 균열대 분위기가 0.50≤PH2O/PH2≤0.75 로 각각 유지되는 방향성 전기강판의 제조방법이 제공된다.
이 때, 상기 방향성 전기강판의 제조방법은 일반승온단계로부터 상기 균열대에 이르기까지 PH2O/PH2가 0.35≤PH2O/PH2≤0.75로 유지될 수 있다.
이 때, 상기 1차 재결정 소둔 공정 이후의 상기 강판 외부 철감람석(Fe2SiO4) 중량이 상기 강판 내부 실리카(SiO2) 중량의 5 내지 20%로 유지될 수 있다.
이 때, 상기 1차 재결정 소둔 공정 중, 상기 강판이 상온에서부터 균열대에 이르기까지 상기 강판 내 잔류 탄소량은 상기 방향성 전기강판 슬라브의 소강성분 탄소량의 35% 미만일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비로서, 냉간압연된 강판이 상기 소둔설비의 입구측으로 진입할 때 상기 강판의 상하에 설치되어 상기 소둔설비내의 분위기 가스가 누출되는 것을 방지하는 밀폐롤; 상기 강판이 통과할 때 250℃/s 이상으로 초급속승온하는 초급속승온로; 상기 초급속승온로와 연통하며, 상기 강판을 80℃/s 내지 200℃/s로 급속승온하는 급속승온로; 및 상기 급속승온로와 연통하며, 상기 급속승온된 강판을 균열대에 이르기까지 50℃/s 이하로 일반승온하는 일반승온로를 포함하는 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비를 제공한다.
이 때, 상기 초급속승온로의 분위기는 PH2O/PH2≤0.1 이고, 상기 급속승온로의 분위기는 0.2≤PH2O/PH2≤0.6 이며, 상기 균열대의 분위기는 0.50≤PH2O/PH2≤0.75 로 각각 제어될 수 있다.
이 때, 상기 급속승온로는 습윤 분위기 가스를 상기 급속승온로로 공급하는 적어도 하나 이상의 습윤 분위기 가스 제어장치; 및 4%이상의 수소를 상기 급속승온로로 공급하는 적어도 하나 이상의 수소 공급 장치를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 일반승온로는 상기 급속승온로측 분위기 가스의 유입을 차단하는 분위기 가스 차단 장치; 및 상기 급속승온로측 분위기 가스를 상기 일반승온로 외부로 배출시키는 가스 배출 장치를 포함할 수 있다.
이 때, 상기와 같은 1차 재결정 소둔설비에 의해 1차 재결정된 방향성 전기강판이 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기와 같은 방향성 전기강판의 제조방법에 의해 제조된 방향성 전기강판이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 중량%로, Si: 2.0 내지 4.0%, C: 0.85% 이하(0을 포함하지 않음), 산가용성 Al: 0.015 내지 0.04%, Mn: 0.20% 이하(0을 포함하지 않음), N: 0.01% 이하(0을 포함하지 않음), S: 0.006% 이하(0을 포함하지 않음)를 포함하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔을 생략하거나 실시하고, 냉간압연을 실시하며 1차 재결정 소둔을 실시하여, 상기 1차 재결정 소둔 공정 이후에 강판의 외부 철감람석(Fe2SiO4) 중량이 상기 강판 내부 실리카(SiO2) 중량의 5 내지 20%인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판이 제공된다.
이 때, 상기 1차 재결정 소둔은 상기 강판을 초급속승온하는 단계, 상기 초급속승온된 강판을 급속승온하는 단계 및 상기 급속승온된 강판을 균열대에 이르기까지 일반승온하는 단계를 포함하되, 상기 초급속승온단계 분위기가 PH2O/PH2≤0.1, 상기 급속승온단계 분위기가 0.2≤PH2O/PH2≤0.6, 상기 균열대 분위기가 0.50≤PH2O/PH2≤0.75 로 각각 유지될 수 있다.
이 때, 상기 일반승온단계로부터 상기 균열대에 이르기까지 PH2O/PH2가 0.35≤PH2O/PH2≤0.75로 유지될 수 있다.
이 때, 상기 1차 재결정 소둔 공정 중, 상기 강판이 상온에서부터 균열대에 이르기까지 상기 강판 내 잔류 탄소량은 상기 방향성 전기강판 슬라브의 소강성분 탄소량의 35% 미만일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판 제조방법, 1차 재결정 소둔 설비는 1차 재결정 소둔 과정에서 각각의 승온단계 내의 분위기 가스 분율을 정밀 제어함으로써 자기적 특성과 표면품질이 매우 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 재결정 소둔로 중 일 부분을 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판의 제조방법은 중량%로, Si: 2.0 내지 4.0%, C: 0.85% 이하(0을 포함하지 않음), 산가용성 Al: 0.015 내지 0.04%, Mn: 0.20% 이하(0을 포함하지 않음), N: 0.01% 이하(0을 포함하지 않음), S: 0.006% 이하(0을 포함하지 않음)를 포함하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 방향성 전기강판 슬라브를 가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔을 생략하거나 실시하고, 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하며, 상기 강판에 대하여 탈탄 및 질화를 순차적 또는 동시에 실시하는 1차 재결정 소둔 공정을 실시 후, 이어 2차 재결정 소둔 공정을 실시한다.
이 때, 본 발명은 1차 재결정 소둔 과정에서 상기 강판을 초급속승온하는 단계, 초급속승온된 강판을 급속승온하는 단계 및 급속승온된 강판을 균열대에 이르기까지 일반승온하는 단계의 3단 승온방식을 거치며, 초급속승온단계 분위기가 PH2O/PH2≤0.1, 급속승온단계 분위기가 0.2≤PH2O/PH2≤0.6, 균열대 분위기가 0.50≤PH2O/PH2≤0.75 로 각각 유지되고, 일반승온단계로부터 상기 균열대에 이르기까지 PH2O/PH2는 0.35≤PH2O/PH2≤0.75로 유지될 수 있다.
먼저, 이하에서는 방향성 전기강판 슬라브의 각 원소 함량을 한정하는 이유에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판 슬라브가 Si 을 2.0 내지 4.0중량% 포함하는데, Si은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 역할을 한다. Si함량이 2.0중량% 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 실시예에서는 방향성 전기강판 슬라브가 C를 0.85% 이하로 포함하는데, C는 냉간압연 후 탈탄소둔과정에서 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 강판 내에 존재하기 때문에 전기강판을 제조하기 위한 강 슬라브, 열연강판 및 냉연강판(냉간압연 직후의 강판)에서는 소정 범위로 포함될 수 있다. 특히, C는 본 발명에서 대상으로 하는 방향성 전기강판의 자기적 특성 향상에 크게 도움이 되지 않는 성분이므로 가급적 제거하는 것이 바람직하나, 압연과정에서는 일정수준 이상 포함되어 있을 경우 강의 오스테나이트 변태를 촉진하여 열간압연시 열간압연 조직을 미세화시켜서 균일한 미세조직이 형성되는 것을 도와주는 효과가 있으므로 본 발명에서는 0.85중량%로 제어된다.
본 발명에 따른 실시예에서는 방향성 전기강판 슬라브가 산가용성 Al 을 0.015~0.04중량% 포함하는데, Al은 최종적으로 AlN, (Al,Si)N, (Al,Si,Mn)N 형태의 질화물로 되어 억제제로 작용하는 성분으로서, 그 함량이 0.015중량% 이하인 경우에는 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없고, 너무 높은 경우에는 Al계통의 질화물이 너무 조대하게 석출, 성장하므로 억제제로의 효과가 부족해진다. 그러므로 Al의 함량을 0.015~0.04중량%로 한정한다.
본 발명에 따른 실시예에서는 방향성 전기강판 슬라브가 Mn을 0.20중량% 이하로 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 한정한다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판 슬라브가 N을 0.01중량% 이하로 포함하는데, 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 최종 소둔 과정에서 제거하는데도 많은 시간이 소요되므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 N 함량의 상한은 0.01중량%으로 한정한다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판 슬라브가 S를 0.006중량% 이하로 포함하는데, S는 0.006%이상 함유되면 열간압연 슬라브 가열시 재고용되어 미세하게 석출하므로 1차 재결정립의 크기를 감소시켜 2차 재결정 개시온도를 낮추어 자성을 열화시킨다. 또한 최종 소둔 공정의 2차균열구간에서 고용상태의 S를 제거하는데 많은 시간이 소요되므로 방향성 전기강판의 생산성을 떨어뜨린다. 한편, S함량이 0.006% 보다 낮은 경우에는 냉간압연 전의 초기 결정립 크기가 조대해지는 효과가 있으므로 1차 재결정공정에서 변형밴드에서 핵생성되는 Goss 방위를 갖는 결정립의 수가 증가된다. 그러므로 2차 재결정립의 크기를 감소시켜 최종제품의 자성을 향상시키므로 S는 0.006% 이하로 정한다.
한편, 본 발명은 1차 재결정 소둔 과정에서 상기 강판을 초급속승온하는 단계, 초급속승온된 강판을 급속승온하는 단계 및 급속승온된 강판을 균열대에 이르기까지 일반승온하는 단계를 거치는 3단 승온방식에 있어, 각 단계의 노내 분위기 가스 산화능 제어를 통해 우수한 자기적 특성과 양호한 표면품질을 갖는 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 1차 재결정 소둔 공정에 대하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판 제조장치와 함께 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 재결정 소둔로 중 일 부분을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비(10)는 밀폐롤(100), 초급속승온로(200), 급속승온로(300) 및 일반승온로(400)를 포함한다. 이 때, 냉간압연된 강판은 도 1의 화살표 방향을 따라 순차적으로 밀폐롤(100), 초급속승온로(200), 급속승온로(300) 및 일반승온로(400)를 통과한다.
밀폐롤(100)은 냉간압연된 강판이 상기 1차 재결정 소둔설비(10)내로 진입할 때 상기 소둔설비(10) 입구 쪽으로 분위기 가스가 누출되는 것을 차단한다. 이 때, 밀폐롤(100)를 통과한 강판은 도 1에 도시된 바와 같이 인접한 초급속승온로(200)로 연속하여 이동하게 된다.
초급속승온로(200)는 밀폐롤(100)로부터 이송되어온 강판을 상온에서 400℃ 내지 500℃의 온도까지 승온속도 250℃/s 이상으로 가열할 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에서 초급속승온로(200) 내 분위기 가스는 PH2O/PH2가 0.1 이하로 유지되도록 제어될 수 있다. 초급속승온로(200) 내 PH2O/PH2가 0.1 보다 낮으면 수소폭발온도 620℃보다 낮은 온도에서 열처리 함으로서 폭발의 위험성이 있다. 따라서, 초급속승온단계의 PH2O/PH2는 0.1 이하로 한정한다.
급속승온로(300)는 초급속승온로(200)로부터 유입되는 상기 강판을 상기 초급속승온단계의 온도로부터 750℃이내까지 승온속도를 80℃/s 이상 200℃/s 이하로 가열할 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에서는 급속승온로(300)의 분위기 가스는 PH2O/PH2를 0.2 이상 0.6 이하로 유지되도록 제어될 수 있다. 급속승온단계에서 PH2O/PH2가 0.2 미만이면 강판 표층부에 형성되는 실리카 산화막의 형성량이 부족하게 되고, 0.6을 초과하면, 강판 표층부에 매우 치밀하고 두꺼운 실리카 산화막이 형성되어서, 보다 고온에서 형성되는 산화물의 형성을 방해하게 된다. 따라서, 급속승온단계의 PH2O/PH2는 0.2 이상 0.6 이하로 한정한다.
한편, 급속승온로(300)에는 상기 급속승온단계 내 PH2O/PH2의 유지를 위한 추가적인 구성을 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 급속승온로(300)는 습윤 분위기 가스 제어장치(310) 및 수소 공급 장치(320)를 더 포함한다.
습윤 분위기 가스 제어장치(310)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 급속승온로(300)내에 수증기를 공급할 수 있다. 즉, 습윤 분위기 가스 제어장치(310)는 급속승온단계 중 분위기 가스에 포함된 수증기 분율을 제어할 수 있다.
수소 공급 장치(320)는 도 1에 도시된 바와 같이 급속승온로(300)내에 수소 가스를 공급할 수 있다. 이 때, 수소 공급 장치(320)로부터 공급되는 수소 가스는 분위기 가스의 수소 분율을 제어할 수 있을 정도의 농도를 포함해야 하며, 본 발명에서는 4% 이상 10% 이하의 수소를 포함하는 수소 가스가 공급되나, 반드시 이러한 농도 범위로 한정되는 것은 아니다.
한편, 습윤 분위기 가스 제어장치(310) 및 수소 공급 장치(320)는 각각 2 이상의 복수 기가 급속승온로(300)와 연결될 수 있다. 이를 통해, 각각의 장치에 문제가 발생한 경우에도 급속승온단계의 PH2O/PH2는 0.2 이상 0.6 이하가 되도록 제어할 수 있다.
일반승온로(400)는 상기 급속승온로(300)를 통해 승온된 강판이 균열대인 830℃ 내지 880℃ 에 도달할 때까지 50℃/s 이하로 가열할 수 있다. 이 때, 일반승온로(400) 내에서는 균열대에 도달한 강판의 PH2O/PH2가 0.5 내지 0.75로 제어될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 균열대에 도달하기까지 강판의 PH2O/PH2가, 균열대에 도달한 강판의 PH2O/PH2 수준의 약 70% 이상, 즉 0.35 내지 0.75로 유지될 수 있다.
일반승온단계 에서 균열대 도달까지의 PH2O/PH2가 0.35 미만일 경우, 일반승온단계에서 공급되는 산소의 확산속도가 낮아서 강판 내부 침투가 원활하지 못하다. 그 결과, 탈탄반응이 충분히 일어나지 못하게 되므로, PH2O/PH2의 하한을 각각 상기와 같이 한정한다. 또한, 일반승온단계에서 균열대 도달까지의 PH2O/PH2가 0.75를 초과할 경우, 실리카 산화물이나 강판의 표층부에 형성되는 산화제일철(FeO)이 강판 내부로 산소가 확산되는 것을 방해하여 탈탄반응을 지연시키고 산화물의 두께를 얇게 형성시킨다. 따라서, PH2O/PH2의 상한을 상기와 같이 한정한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 강판이 상온에서부터 균열대로 승온될 때까지 상기 강판 내에 잔류하는 탄소량은 상기 방향성 전기강판 슬라브의 소강성분 탄소량 대비 35% 미만으로 조절될 수 있다. 즉, 슬라브 소강성분의 탄소 함량 대비 상온에서부터 균열대로 승온될 때까지의 강판 내 잔류 탄소 함량이 35% 미만으로 조절될 수 있다. 상온에서부터 균열대로 승온될 때까지 강판 잔류 탄소량이 소강성분 탄소량의 85% 이상일 경우 미세조직이 페라이트와 오스테나이트 2상 영역으로 분리되어 탄소 배출이 어려워지고, 결정립 내 탄소의 불균일성으로 인해 1차 재결정 크기가 기준 크기보다 크거나 작게 형성될 수 있는 바, 상기와 같이 잔류 탄소량의 비율을 한정한다.
한편, 도 1를 다시 참조하면, 일반승온로(400)는 급속승온로(300)로부터 급속가열된 강판과 함께 유입되는 일부 분위기가스를 차단 및 배출시킬 수 있도록 분위기 가스 차단 장치(410) 및 가스 배출 장치(420)를 포함할 수 있다.
분위기 가스 차단 장치(410)는 급속승온로(300)와 인접하는 일반승온로(400) 내부에 설치되어 강판과 함께 급속승온단계의 분위기 가스가 유입되는 것을 차단할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 분위기 가스 차단 장치(410)는 도 1에 도시된 바와 같은 막형 구조체로 형성되나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이를 통해, 급속승온단계와 일반승온단계의 PH2O/PH2를 각각 용이하게 제어할 수 있다.
가스 배출 장치(420)는 도 1에 도시된 바와 같이 일반승온로(400) 측에 설치되되, 급속승온로(300)와 분위기 가스 차단 장치(410) 사이에 위치할 수 있다. 이를 통해, 강판과 함께 일부 유입되어 분위기 가스 차단 장치(410)측으로 이동하는 급속승온단계 분위기 가스를 일반승온로(400) 외부로 배출할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 중량%로, Si: 2.0 내지 4.0%, C: 0.85% 이하(0을 포함하지 않음), 산가용성 Al: 0.015 내지 0.04%, Mn: 0.20% 이하(0을 포함하지 않음), N: 0.01% 이하(0을 포함하지 않음), S: 0.006% 이하(0을 포함하지 않음)를 포함하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔을 생략하거나 실시하고, 냉간압연을 실시하며 상기 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔 설비(10)를 이용해 1차 재결정 소둔을 실시하여 방향성 전기강판을 제조할 수 있다. 이 때, 상기 제조된 방향성 전기강판은, 1차 재결정 소둔 공정 이후 강판의 외부 철감람석(Fe2SiO4) 중량이 강판 내부 실리카(SiO2) 중량의 5 내지 20% 일 수 있다. 즉, 1차 재결정 소둔 공정이 완료된 강판의 습식분석 시 강판 내부 실리카(SiO2) 대비 철감람석(Fe2SiO4) 중량이 5 내지 20%를 차지할 수 있다. 철감람석(Fe2SiO4) 중량이 강판 내부 실리카(SiO2) 중량의 20%를 초과할 경우, 강판의 최종 사상 소둔시 포스테라이트(Mg2SiO4)를 형성하게 된다. 상기 포스테라이트(Mg2SiO4)가 형성된 강판은 피막의 장력이 충분치 않아 철손 증가, 피막 밀착성 악화 등의 문제점을 야기하므로, 상기와 같이 실리카(SiO2) 대비 철감람석(Fe2SiO4) 비율을 한정한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 1차 재결정 소둔 공정 중 3단 연속 승온 구간 각각의 분위기 제어를 통해 자성과 표면품질이 우수한 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
[실험예 1]
중량%로 Si: 2.0~4.0%, 산가용성 Al: 0.020~0.040%, Mn: 0.20%이하(0을 포함하지 않음), N: 0.0055% 이하(0을 포함하지 않음), C: 0.04~0.85%, S: 0.0055% 이하(0을 포함하지 않음) 및 Cr: 0.05~0.35%를 함유하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 방향성 전기강판의 슬라브를 불완전 용체화되는 온도로 재가열하고, 열간압연한 후 1100℃이상의 온도로 가열한 후 910℃에서 90초간 유지하고 물에 급냉하여 산세한 다음, 0.30mm 두께로 냉간압연하였다.
냉간 압연된 강판을 상온에서 550℃까지에서 30℃/s, 540℃/s로, 550℃ ~700℃사이에서 승온속도 30, 150, 280℃/s로 하고, 노내 산화능을 변화시켰다. 이 후 700℃에서 탈탄소둔온도인 850℃까지는 30℃/s의 승온속도로 승온시킨 후, 균일한 수소 및 질소의 혼합가스의 습윤 분위기에서 소둔을 행하였다.
각각의 시험 조건에 대해서 잔류 탄소량, 산화층량 및 산화층 두께를 측정한 결과는 표 1과 같다.
승온속도 산화능(PH20/PH2) 잔류
탄소량
(ppm)		 산화층량
(ppm)		 산화층
두께 (μm)
상온~550℃
(℃/sec)		 550℃~700℃
(℃/sec)		 상온℃~
550℃		 550℃~
700℃
실시예 1 30 30 0.01 0.01 38 524 1.9
실시예 2 30 150 0.01 0.01 5 1120 4.2
실시예 3 30 150 0.01 0.4 18 904 3.5
실시예 4 560 30 0.01 0.01 29 558 2.0
실시예 5 560 30 0.01 0.4 35 1253 4.2
실시예 6 560 150 0.01 0.4 8 870 3.8
비교예 1 560 150 0.01 0.01 6 932 4.1
비교예 2 30 30 0.4 0.4 10 852 3.5
한편, 상기 제조된 강판 위에 MgO 100 중량부에 대해서 TiO2 5 중량부, Na2B4O7 0.3 중량부를 첨가한 소둔분리제를 수온 10℃로 교반한 슬러리를 건조 후의 중량으로 한 면당 6.0g/m2의 비율로 도포하고 건조한 후, 코일상태로 권취하였다.
이어서, 1200℃X20hr의 조건으로 최종 사상소둔 한 후, 연속 라인에서 절연피막제로서, 인산 Al과 콜로이달 실리카를 주성분으로 하는 용액을 도포한 후, 850℃에서 소둔처리를 행하였다.
상기 실험예 1에 의해서 얻어진 자기특성과 피막특성은 표 2와 같다.

포스테라이트 피막 외관
밀착성
자기특성

B8(T)
W17/50(W/kg)

실시예 1
내/외권부 Scale결함, 내권부 Edge 변색 극심
X
1.89
1.09

실시예 2
내/외권부 Scale 극심, 내권부 Edge 변색 극심
X
1.91
0.98

실시예 3
외권부 Edge Scale 다소 존재, 광택 있음
○
1.91
0.98

실시예 4
내/외권부 Scale 극심, 내권부 Edge 변색 극심
▽
1.88
1.12

실시예 5
내/외권부 Scale 다소 존재하며, 피막 얇음
○
1.89
1.10

실시예 6
내/외권부 검은 회색으로 균일함, 광택 있음
◎
1.93
0.96

비교예 1
내/외권부 Scale 극심, 내권부 Edge 변색 극심
X
1.93
0.97

비교예 2
외권부 Edge Scale 다소 존재, 광택 있음
○
1.91
0.99
* 물성판정: 매우 우수 ◎, 양호 ○, 보통 △, 불량 ▽, 매우 불량 X
표 1의 상온에서 550℃까지의 산화능은 0.01을 유지하고, 550℃에서 700℃까지의 승온속도가 높으면서 산화능을 높게 유지한 경우(실시예 3과 실시예 6)가 잔류 탄소량 및 산화층량과 두께가 양호한 것을 알 수 있었으며, 이러한 실시예가 자기적 특성 및 표면특성이 우수한 결과를 나타내었다.
[실험예 2]
중량%로 Si: 2.0~4.0%, Sn: 0.03~0.07%, Sb: 0.01~0.05%, 그리고 P: 0.01%~0.075%을 함유하는 방향성 전기강판 소재를 열연, 소둔, 냉연을 실시하여 최종 두께가 0.23mm이 되도록 가공하였다.
각각의 시험 조건에 대해서 잔류 탄소량, 산화층량, 산화층 두께 및 철감람석과 실리카의 비율을 측정한 결과는 표 3과 같다.
승온속도 산화능(PH2O/PH2) 잔류
탄소량
(ppm)		 산화층량
(ppm)		 산화층
두께(μm)		 Fe2SiO4/
SiO2 比
상온~550℃
(℃/sec)		 550~700℃
(℃/sec)		 상온℃~
550℃		 550℃~
700℃
실시예 1 560 30 0.01 0.01 25 722 1.9 29
실시예 2 560 30 0.01 0.5 8 1320 4.1 8
실시예 3 560 30 0.01 0.8 43 913 3.5 32
실시예 4 560 150 0.01 0.1 7 688 2.0 22
실시예 5 560 150 0.01 0.5 7 953 3.8 15
실시예 6 560 150 0.01 0.8 9 930 2.9 19
비교예 1 560 150 0.01 0.01 8 944 2.3 25
이후 연속소둔 라인에서 각각의 승온구간별 산화능과 재로시간을 변경하여 소둔처리하고, 소둔분리제로서 MgO 100중량부에 대해서 TiO2 5중량부, Na2B4O7 0.3중량부를 첨가한 소둔분리제를 수온 10℃의 혼합 탱크 중에서 교반을 실시하였다. 이 슬러리를 건조 후의 중량으로 한 면당 6.0g/m2의 비율로 도포하고 건조한 후, 코일상태로 권취하였다. 이어서, 실험예 1과 마찬가지로 1200℃X20hr의 조건으로 최종 사상소둔한 후, 연속 라인에서 절연피막제로서, 인산Al과 콜로이달 실리카를 주성분으로 하는 용액을 도포한 후, 850℃에서 소둔처리를 행하였다.
상기 실험예 2에 의해서 얻어진 자기특성과 피막특성은 표 4와 같다.

포스테라이트 피막 외관
밀착성
자기특성

B8(T)
W17/50(W/kg)

실시예 1
외권부 Scale 극심, 내권부 붉은 변색, Scale 극심
X
1.89
0.92

실시예 2
외권부 Scale발생, 광택 없음
○
1.90
0.86

실시예 3
외권부 Scale 극심, 전체적으로 색상 불균일
X
1.85
0.95

실시예 4
내/외권부 Scale 극심, 내권 Edge부 붉은 변색 발생
▽
1.89
0.88

실시예 5
전체적으로 검은 회색으로 균일하고 광택 있음
◎
1.93
0.81

실시예 6
광택 있으나, 전체적으로 색상 불균일
○
1.91
0.85

비교예 1
외권부 Scale 극심, 내권부 붉은 변색, Scale 극심
X
1.91
0.85
*물성판정: 매우 우수 ◎, 양호 ○, 보통 △, 불량 ▽, 매우 불량 X
상기와 같이 550℃에서 700℃까지 승온속도를 150℃/s로 유지하면서 산화능을 0.5로 유지한 실시예 5가 매우 우수한 자기적 특성과 표면 특성을 나타내었다. 이를 통해, 방향성 전기강판의 1차 재결정 공정 중 550℃에서 700℃까지 온도영역에서의 산화능의 변화에 따라 탈탄소둔판의 산화층량, 두께 및 철감람석(Fe2SiO4)과 실리카(SiO2) 비율 제어가 가능하다는 결과를 얻었다.
한편, 산화능이 너무 낮으면, 초기 표층부에 형성되는 실리카(SiO2)량이 적어서 균열구간에서 주로 형성되는 철감람석(Fe2SiO4)량이 많아지고, 반대로 산화능이 너무 높으면, 초기 표층부에 형성되는 산화물이 실리카(SiO2)가 아니고, 철감람석(Fe2SiO4)이 형성되기 때문에 탈탄소둔 시 실리카(SiO2)와 철감람석(Fe2SiO4)의 구성비의 불균일성이 발생하는 현상 또한 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10: 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비
100: 밀폐롤 200: 초급속승온로
300: 급속승온로 310: 습윤 분위기 가스 제어장치
320: 수소 공급 장치 400: 일반승온로
410: 분위기 가스 차단 장치 420: 가스 배출 장치

Claims (13)

  1. 중량%로, Si: 2.0 내지 4.0%, C: 0.85% 이하(0을 포함하지 않음), 산가용성 Al: 0.015 내지 0.04%, Mn: 0.20% 이하(0을 포함하지 않음), N: 0.01% 이하(0을 포함하지 않음), S: 0.006% 이하(0을 포함하지 않음)를 포함하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔을 생략하거나 실시하고, 냉간압연을 실시하여 강판을 제조하며, 상기 강판에 대하여 탈탄 및 질화를 순차적 또는 동시에 실시하는 1차 재결정 소둔 공정을 실시 후, 이어 2차 재결정 소둔 공정을 실시하는 방향성 전기강판의 제조 방법에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔은 상기 강판을 초급속승온하는 단계, 상기 초급속승온된 강판을 급속승온하는 단계 및 상기 급속승온된 강판을 균열대에 이르기까지 일반승온하는 단계를 포함하되,
    상기 초급속승온단계 분위기가 PH2O/PH2≤0.1, 상기 급속승온단계 분위기가 0.2≤PH2O/PH2≤0.6, 상기 균열대 분위기가 0.50≤PH2O/PH2≤0.75 로 각각 유지되는 방향성 전기강판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일반승온단계로부터 상기 균열대에 이르기까지 PH2O/PH2가 0.35≤PH2O/PH2≤0.75로 유지되는 방향성 전기강판의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔 공정 이후의 상기 강판 외부 철감람석(Fe2SiO4) 중량이 상기 강판 내부 실리카(SiO2) 중량의 5 내지 20%로 유지되는 방향성 전기강판의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔 공정 중, 상기 강판이 상온에서부터 균열대에 이르기까지 상기 강판 내 잔류 탄소량은 상기 방향성 전기강판 슬라브의 소강성분 탄소량의 35% 미만인 방향성 전기강판의 제조방법.
  5. 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비로서,
    냉간압연된 강판이 상기 소둔설비의 입구측으로 진입할 때 상기 강판의 상하에 설치되어 상기 소둔설비내의 분위기 가스가 누출되는 것을 방지하는 밀폐롤;
    상기 강판이 통과할 때 250℃/s 이상으로 초급속승온하는 초급속승온로;
    상기 초급속승온로와 연통하며, 상기 강판을 80℃/s 내지 200℃/s로 급속승온하는 급속승온로; 및
    상기 급속승온로와 연통하며, 상기 급속승온된 강판을 균열대에 이르기까지 50℃/s 이하로 일반승온하는 일반승온로;
    를 포함하는 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 초급속승온로의 분위기는 PH2O/PH2≤0.1 이고, 상기 급속승온로의 분위기는 0.2≤PH2O/PH2≤0.6 이며, 상기 균열대의 분위기는 0.50≤PH2O/PH2≤0.75 로 각각 제어되는 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 급속승온로는 습윤 분위기 가스를 상기 급속승온로로 공급하는 적어도 하나 이상의 습윤 분위기 가스 제어장치; 및
    4%이상의 수소를 상기 급속승온로로 공급하는 적어도 하나 이상의 수소 공급 장치;
    를 포함하는 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 일반승온로는 상기 급속승온로측 분위기 가스의 유입을 차단하는 분위기 가스 차단 장치; 및
    상기 급속승온로측 분위기 가스를 상기 일반승온로 외부로 배출시키는 가스 배출 장치;
    를 포함하는 방향성 전기강판의 1차 재결정 소둔설비.
  9. 제5항 내지 제8항에 따른 소둔설비에 의해 1차 재결정된 방향성 전기강판.
  10. 중량%로, Si: 2.0 내지 4.0%, C: 0.85% 이하(0을 포함하지 않음), 산가용성 Al: 0.015 내지 0.04%, Mn: 0.20% 이하(0을 포함하지 않음), N: 0.01% 이하(0을 포함하지 않음), S: 0.006% 이하(0을 포함하지 않음)를 포함하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔을 생략하거나 실시하고, 냉간압연을 실시하며 1차 재결정 소둔을 실시하여,
    상기 1차 재결정 소둔 공정 이후에 강판의 외부 철감람석(Fe2SiO4) 중량이 상기 강판 내부 실리카(SiO2) 중량의 5 내지 20%인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔은 상기 강판을 초급속승온하는 단계, 상기 초급속승온된 강판을 급속승온하는 단계 및 상기 급속승온된 강판을 균열대에 이르기까지 일반승온하는 단계를 포함하되,
    상기 초급속승온단계 분위기가 PH2O/PH2≤0.1, 상기 급속승온단계 분위기가 0.2≤PH2O/PH2≤0.6, 상기 균열대 분위기가 0.50≤PH2O/PH2≤0.75 로 각각 유지되는 방향성 전기강판.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 일반승온단계로부터 상기 균열대에 이르기까지 PH2O/PH2가 0.35≤PH2O/PH2≤0.75로 유지되는 방향성 전기강판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔 공정 중, 상기 강판이 상온에서부터 균열대에 이르기까지 상기 강판 내 잔류 탄소량은 상기 방향성 전기강판 슬라브의 소강성분 탄소량의 35% 미만인 방향성 전기강판.
KR1020130163098A 2013-12-24 2013-12-24 방향성 전기강판, 그 제조방법 및 1차 재결정 소둔 설비 KR20150074892A (ko)

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WO2019132173A1 (ko) * 2017-12-26 2019-07-04 주식회사 포스코 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조 방법
JP2019167568A (ja) * 2018-03-22 2019-10-03 日本製鉄株式会社 方向性電磁鋼板の製造方法
JP2019167567A (ja) * 2018-03-22 2019-10-03 日本製鉄株式会社 方向性電磁鋼板の製造方法

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