KR20170098300A

KR20170098300A - 방향성 전자 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20170098300A
Application number: KR1020177020507A
Authority: KR
Inventors: 야스유키 하야카와; 쿠니히로 센다; 타카시 테라시마
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2017-08-29
Also published as: BR112017017403A2; RU2017131904A; RU2688348C2; JPWO2016129015A1; JP6020768B1; BR112017017403B1; MX2017010342A; CA2974618A1; EP3257958A4; EP3257958A1; CA2974618C; WO2016129015A1; WO2016129015A8; EP3257958B1; CN107250403A; KR101973305B1; US20180037966A1; RU2017131904A3; CN107250403B

Abstract

방향성 전자 강판에 대해, 그 성분 조성을, 질량%로, C:0.005% 이하, Si:2.0∼4.5% 및 Mn:0.5% 이하를 포함하고, 또한 Sb와 P를 각각, 0.01%≤[%Sb]≤0.20%, 0.02%≤[%P]≤2.0×[%Sb]를 만족하는 범위로 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로 하고, 압연 직각 방향으로 50㎐에서 1.0T로 여자한 때의 자화력(TD-H₁₀) 및 철손(TD-W₁₀)을 각각, (TD-H₁₀):200A/m 이상, (TD-W₁₀):1.60W/㎏ 이상으로 하는 것에 의해, 트랜스 철손이 뛰어난 방향성 전자 강판을, 공업적으로 안정되게 또한 저렴하게 얻을 수 있다.

Description

방향성 전자 강판 및 그 제조 방법{GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 철손 특성이 뛰어난 방향성 전자 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 뛰어난 자기 특성을 갖는 방향성 전자 강판을 저렴하게 얻고자 하는 것이다.

방향성 전자 강판은, 변압기나 발전기의 철심 재료로서 이용되는 연자성 재료로, 철의 자화 용이축인 <0 0 1> 방위가 강판의 압연 방향으로 고도로 갖추어진 결정 조직을 갖는 것이다. 이러한 집합 조직은, 방향성 전자 강판의 제조 공정 중, 2차 재결정 소둔 시에, 이른바 고스(Goss) 방위로 칭해지는 (1 1 0) [0 0 1] 방위의 결정립을 우선적으로 거대 성장시키는, 2차 재결정을 통해서 형성된다.

종래, 이러한 방향성 전자 강판은, 이하와 같은 공정을 거쳐 제조되어 왔다.

즉, 4.5mass% 이하 정도의 Si와, MnS, MnSe, AlN 등의 인히비터 성분을 함유하는 슬래브를, 1300℃ 이상으로 가열하여, 인히비터 성분을 일단 고용시킨 후, 열간 압연하고, 필요에 따라 열연판 소둔을 실시한 후, 1회 또는 중간 소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연에 의해서 최종 판 두께로 한다. 이어서, 습윤 수소 분위기 중에서 1차 재결정 소둔을 실시하여 1차 재결정 및 탈탄을 행한다. 그 후, 마그네시아(MgO)를 주제로 하는 소둔 분리제를 도포하고 나서, 2차 재결정 및 인히비터 성분의 순화를 위해, 1200℃에서 5h 정도의 최종 마무리 소둔을 행한다(예를 들면, 특허문헌 1, 특허문헌 2, 특허문헌 3).

특허문헌 1: 미국 특허 제1965559호 명세서 특허문헌 2: 특공소40-15644호 공보 특허문헌 3: 특공소51-13469호 공보 특허문헌 4: 특개 2000-129356호 공보 특허문헌 5: 특개 2004-353036호 공보

상술한 바와 같이, 종래의 방향성 전자 강판의 제조 시에는, MnS, MnSe, AlN 등의 석출물(인히비터 성분)을 슬래브 단계에서 함유시키고, 1300℃를 초과하는 고온의 슬래브 가열에 의해, 이들 인히비터 성분을 일단 고용시키고, 후공정에서 미세 석출시키는 것에 의해 2차 재결정을 발현시킨다고 하는 공정이 채용되어 왔다. 이와 같이, 종래의 방향성 전자 강판의 제조 공정에서는, 1300℃를 초과하는 고온에서의 슬래브 가열이 필요하였기 때문에, 그 제조 비용은 매우 높은 것으로 인해, 최근의 제조 비용 저감 요구에 대응할 수 없다고 하는 데 문제를 남겨 두고 있었다.

이에 대하여, 특허문헌 4에서, 이 문제를 해결하는 인히비터 성분을 함유시키지 않아도 2차 재결정할 수 있는 기술(인히비터리스법)이 개발되었다. 이 방법은, 종래의 방향성 전자 강판의 제조 방법과는, 기술 사상을 전혀 달리한다.

즉, 종래의 방향성 전자 강판은, MnS, AlN, MnSe 등 석출물(인히비터)을 이용하여 2차 재결정을 발현시켰던 것에 대하여, 인히비터리스법에서는, 이들 인히비터를 쓰지 않고, 오히려 고순도화하는 것에 의해, 텍스처(집합 조직의 제어)에 의해서 2차 재결정을 발현시키는 기술이다. 이 인히비터리스법에서는, 고온의 슬래브 가열이나 고온 장시간의 2차 재결정 소둔이 불필요하기 때문에, 낮은 비용에서의 방향성 전자 강판의 제조가 가능하게 되었다.

그러나, 인히비터리스법은, 방향성 전자 강판을 낮은 비용으로 제조할 수 있는 이점은 있지만, 자기 특성의 레벨과 안정성은 반드시 충분하다고는 말할 수 없었다.

이 문제를 해결하기 위해서, 발명자들은, 슬래브에 인히비터 성분을 함유시키지 않고 2차 재결정을 발현시키는 기술에 대해서, 더 연구를 진행했다. 그 결과, 슬래브에 인히비터 성분을 함유시키지 않은 경우에 있어서도, 1차 재결정 소둔 후, 2차 재결정 완료 전에, 지철 중의 S량을 증가시키는 것에 의해, 안정적으로 2차 재결정을 발현시킬 수 있는 기술(「증류법(增硫法)」)을 개발하여, 제안했다(특허문헌 5).

상기한 증류법을 사용하여, 지철 중의 S량을 증가시키는 것에 의해, 입계에 편석하는 S량이 증가하는 결과, Goss 방위 이외의 방위를 둘러싸는 입계의 이동이 더 억제되어, 2차 재결정이 안정화함과 아울러, 2차립의 Goss 방위로의 첨예성이 증가하여, 자기 특성을 향상시킬 수 있었다.

그러나, 증류 약제의 다량 첨가에 따라, 2차 재결정 소둔 중의 산화 반응이 지나치게 발생하는 것에 기인하여, 광채 또는 성에로 칭해지는 하지 피막 결손부를 생기게 한다는 문제가 있었다.

또한, 주지하는 바와 같이, 변압기의 철심으로는, 주로 일방향성 전자 강판이 이용되고 있는데, 그 철심 구조에 의해 적철심 변압기와 권철심 변압기로 대별된다.

적철심 변압기는, 원하는 형상으로 절단한 강판을 적층하는 것에 의하여 철심을 형성하는 것이다. 한편, 권철심 변압기는, 원하는 폭으로 슬릿한 강스트립을 감아 겹치는 것에 의해 철심을 형성하는 것이다. 대용량용의 변압기로는 오로지 적철심 변압기가 사용되고 있다.

그런데, 변압기에 요구되는 중요한 특성으로서 변압기 철손을 들 수 있다. 이 변압기 철손은, 변압기 철심이 여자된 때에 생기는 에너지 손실이고, 이것이 커지면 전력 손실이 커지게 되기 때문에, 될 수 있는 한 저감하는 것이 필요하게 된다.

그러나, 강판의 트랜스로의 가공에 따라, 철손이 열화하는 경우가 있다.

예를 들면, 강판을 반송하기 위한 핀치 롤이나 강판의 길이를 계측하기 위한 측정 롤을 강판에 눌러 댄 경우, 낮은 철손이 유지될 수 없게 되는 사례가 생기는 경우가 있다. 그 때문에, 선 모양 흠 등의 자구 세분화 효과로 낮은 철손화가 이루어지고 있는 강판을 사용하여 트랜스를 형성해도, 철손치는 기대한 만큼 낮아지지 않는 경우가 있다. 특히 적철심 트랜스에 사용하는 경우에는, 철심 가공 후에 응력제거 소둔을 행하지 않기 때문에, 철손치의 열화나 소음 증대 등의 문제가 우려된다.

종래의 증류 약제를 첨가하는 기술에 관해서는, 하지 피막의 형성에 어려움이 있었기 때문에, 트랜스로의 가공에 따른 변형의 영향이 크고, 트랜스 철손이 열화해 버린다고 하는 문제도 있었다.

본 발명은, 상기 문제를 유리하게 해결하는 것으로, 방향성 전자 강판의 제조 시, 고온의 슬래브 가열을 실시할 필요가 없고, 낮은 비용으로 자기 특성이 뛰어난 방향성 전자 강판을 제조할 수 있고, 게다가 트랜스 가공에 따른 변형의 영향을 저감하여 트랜스 철손을 효과적으로 개선한 방향성 전자 강판을, 그 유리한 제조 방법과 함께 제안하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 상기 문제를 해결하기 위해서, 슬래브에 인히비터 성분을 함유시키지 않고 2차 재결정을 발현시키고, 증류 처리에 의해 자기 특성을 향상시키는 기술에 대해서, 면밀한 검토를 거듭했다.

그 결과, 침류 처리를 행한 경우에도, 소재 성분을 적정화하는 것에 의하여, 안정적으로 양호한 하지 피막 형성을 실현할 수 있는 기술을 개발했다.

이하, 본 발명을 유래하는 데에 이른 실험 결과에 대해 설명한다. 또한, 성분에 관한 「%」표시는 특별히 단정짓지 않는 한 질량%를 의미하는 것으로 한다.

실험 1

질량%로, Si:3.3%, C:0.03%, Mn:0.07%, S:0.002%, Al:0.006% 및 N:0.003%를 함유하고, 또한 P와 Sb를 P:0∼0.2%, Sb:0∼0.2%의 범위로 함유하는 규소강 슬래브를, 1220℃에서 30분 가열 후, 열간 압연에 의해 2.5㎜ 두께의 열연판으로 하고, 1025℃, 1분간의 열연판 소둔 후, 냉간 압연에 의해 최종 판 두께로 했다.

이어서, 1차 재결정 소둔 후, MgO를 주제로 하고, 황산마그네슘을 10% 함유하는 소둔 분리제를, 1차 재결정판에 12.5g/㎡ 도포하여 건조했다. 그 후, 승온 속도:15℃/h, 분위기 가스:900℃까지 N₂가스, 900℃ 이상은 H₂가스, 균열처리:1160℃, 5h의 조건으로 2차 재결정 소둔을 실시했다.

P 첨가량, Sb 첨가량과 자속 밀도와의 관계에 대해서 조사한 결과를, 도 1에 나타낸다.

도 1에 따르면, P의 단독 첨가로는 자속 밀도의 향상 효과를 바랄 수 없고, 오히려 P 첨가에 의해 자속 밀도는 열화하는 경향이 있었다. Sb를 첨가한 경우, P의 첨가량이 Sb 첨가량까지는 P의 첨가에 대해서 자속 밀도가 향상하고, 그보다도 P 첨가량이 늘면 자속 밀도가 완만하게 저하하는 결과가 얻어졌다. 즉, Sb를 P와 동등 정도까지 첨가함으로써, P 첨가에 의한 자속 밀도 향상 효과가 얻어지는 것을 알았다.

P와 Sb의 복합 첨가 효과에 관해서는 반드시 분명하지는 않지만, 발명자들은 다음과 같이 추정하고 있다.

P는 입계 편석 원소이며, 입계로부터의 재결정핵 생성을 억제하고, 립 내로부터의 재결정핵 형성을 촉진함으로써, 1차 재결정 집합 조직 중의 고스 방위를 증가시키는 작용이 있고, 2차 재결정핵의 형성을 안정시켜서 자기 특성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나, P 첨가에 의해, 2차 재결정 소둔 시에 있어서의 표면 산화가 촉진되고, 침류 효과를 방해함과 동시에 정상적인 하지 피막 형성을 방해한다고 하는 악영향이 있다.

한편, Sb는 표면 편석 원소이고, 2차 재결정 소둔 시의 산화를 억제함으로써, 산화량을 적정화하여, 2차 재결정 발현과 하지 피막 형성을 안정화시키는 작용이 있다. 즉, P 첨가에 의한 악영향을 완화하는 작용이 있다.

따라서, 전술한 P 첨가에 의한 집합 조직 개선 효과를 발휘시키기 위해서는, Sb와 P의 복합 첨가가 매우 유효하다고 생각된다.

또한, 증류에 의해 자기 특성이 향상하는 현상은, 슬래브 중에 인히비터 성분을 함유하지 않은 강의 경우에 특유한 현상이다. 즉, 강 중에 AlN이나 MnS 등의 인히비터(추출물)가 존재하지 않는 경우, 1차 재결정 조직 중의 Goss 방위립을 둘러싸는 입계는, 다른 방위의 립을 둘러싸는 입계에 비해서 이동도가 크고, 그 결과 Goss 방위가 우선 성장(2차 재결정)하는 것이다.

1차 재결정 후에 지철 중의 S량을 증가시키는 것에 의해, 자기 특성이 향상하는 이유는 반드시 분명하지는 않지만, 발명자들은 다음과 같이 생각하고 있다.

지철 중의 S량을 증가시키면, 입계에 편석하는 S량이 증가하는 결과, Goss 방위 이외의 방위를 둘러싸는 입계의 이동이 더 억제되어, 2차 재결정이 안정화함과 아울러, 2차립의 Goss 방위에의 첨예성이 증가하기 때문이라고 생각된다. 게다가, 마찬가지로, 입계에 편석하는 경향이 강한 원소인 P와 S가 공존함으로써 자기 특성 개선 효과가 한층 높아졌기 때문이라고 생각된다.

또한, 발명자들은, 트랜스 가공에 따른 변형의 영향을 저감하는 방법에 관하여, 평탄화 소둔의 분위기 조건을 검토함으로써, 압연 직각 방향에의 자기 특성이 변화하는 것, 및 압연 직각 방향의 자기 특성과 트랜스 가공에 따른 변형의 영향과의 사이에 매우 높은 상관 관계가 있다는 지견을 얻었다.

그리고, 이하에 설명하는 바와 같이, 변형의 영향을 저감하는 데 있어서 유효한 압연 직각 방향의 자기 특성의 바람직한 범위를 찾아내어, 본 발명을 완성시키기에 이른 것이다.

실험 2

질량%로, Si:3.3%, C:0.03%, Mn:0.07%, S:0.002%, Al:0.006%, N:0.003%, P:0.05% 및 Sb:0.05%를 함유하는 규소 강판 슬래브를, 1220℃에서 30분 가열 후, 열간 압연에 의해 2.5㎜ 두께의 열연판으로 하고, 1025℃, 1분간의 열연판 소둔 후, 냉간 압연에 의해 최종 판 두께로 했다.

이어서, 1차 재결정 소둔 후, MgO을 주제로 하여, 황산마그네슘을 10% 함유하는 소둔 분리제를, 1차 재결정판에 12.5g/㎡ 도포하여 건조했다. 그 후, 승온 속도:15℃/h, 분위기 가스:900℃까지 N₂가스, 900℃ 이상은 H₂, 균열 처리:1160℃, 5h의 조건으로 2차 재결정 소둔을 실시했다.

또한, 콜로이달 실리카와 인산마그네슘을 주성분으로 하는 절연 코팅을 도포한 뒤, 표 1에 나타내는 조건으로, 평탄화 소둔의 균열 온도(균열 시간 10초) 및 소둔 분위기 중의 H₂ 분압(나머지는 N₂ 분위기)을 변경하는 실험을 행했다.

얻어진 제품의 압연 방향 및 압연 직각 방향의 자기 특성을 측정했다. 압연 방향에 있어서는, 50㎐에서 1.7T로 여자한 때의 철손(W₁₇ _/50), 압연 직각 방향에 있어서는, 50㎐에서 1.0T로 여자한 때의 자화력(TD-H₁₀) 및 철손(TD-W₁₀)을 측정했다. 변형 감수성에 대해서는, 지름:100㎜, 폭:50㎜의 스틸 롤로 이루어지는 측정 롤을 롤 압하력:1.5㎫(15㎏f/㎝)로 누르면서 통판한 때의 철손 W₁₇ _/ ₅₀값의 변화량(ΔW)으로 평가했다.

얻어진 결과를 표 1에 병기한다.

또한, 도 2(a), (b)에, 압연 방향의 철손(W_17/50)에 미치는 평탄화 소둔 온도의 영향과 소둔 분위기 중의 H₂ 분압의 영향을 정리하여 나타낸다.

도 2에 따르면, 압연 방향의 철손(W_17/50)에는 평탄화 소둔 온도의 영향이 크고, 철손을 개선하기 위해서는 830℃ 이상으로 할 필요가 있음을 알 수 있다. 또한, 철손(W_17/50)에는 평탄화 소둔 분위기의 H₂ 분압의 영향이 거의 없는 것을 알 수 있다.

다음으로, 도 3(a), (b)에, 측정 롤 압하시의 철손 열화량(ΔW)에 미치는 평탄화 소둔 온도의 영향과 소둔 분위기 중의 H₂ 분압의 영향을 정리하여 나타낸다.

도 3에 따르면, 측정 롤 압하시의 철손 열화량(ΔW)에도 평탄화 소둔 온도의 영향이 크고, 철손 열화량을 저감하기 위해서는 820℃ 이상으로 할 필요가 있음을 알 수 있다. 또한, 철손 열화량(ΔW)에는 평탄화 소둔 분위기의 H₂ 분압의 영향도 크고, 수소 분위기를 도입하지 않는 경우에는 측정 롤 압하시의 철손 열화량(ΔW)이 매우 커지게 되는 것이 판명되었다.

또한, 도 4(a), (b)에, 압연 직각 방향에 있어서의 철손(TD-W₁₀)에 미치는 평탄화 소둔 온도의 영향과 소둔 분위기 중의 H₂ 분압의 영향을 정리하여 나타낸다.

도 4에 따르면, 압연 직각 방향의 철손(TD-W₁₀)에는 평탄화 소둔 온도의 영향이 크고, 고온화할수록 압연 직각 방향의 철손(TD-W₁₀)이 증대하는 것을 알 수 있다. 또한, 압연 직각 방향의 철손(TD-W₁₀)에는 평탄화 소둔 분위기의 H₂ 분압의 영향은 거의 없는 것을 알 수 있다.

또한, 도 5에, 압연 직각 방향에 있어서의 자화력(TD-H₁₀)에 미치는 평탄화 소둔 온도의 영향과 소둔 분위기 중의 H₂ 분압의 영향을 정리하여 나타낸다.

도 5에 따르면, 압연 직각 방향의 자화력(TD-H₁₀)에는 평탄화 소둔 온도의 영향이 크고, 고온화할수록 압연 직각 방향의 자화력(TD-H₁₀)이 증대하는 것을 알 수 있다. 또한, 수소 분위기의 영향도 크고, 수소 분위기를 도입하지 않는 경우에는, 압연 직각 방향의 자화력(TD-H₁₀)이 감소하는 것을 알 수 있다.

이상의 실험으로부터, 평탄화 소둔 온도와 평탄화 소둔 분위기의 수소 분압이, 압연방향에서의 철손(W₁₇ _/50), 측정 롤 압하시의 철손 열화량(ΔW), 압연 직각 방향의 철손(TD-W₁₀), 압연 직각 방향의 자화력(TD-H₁₀)에 영향을 주는 것이 분명해졌으므로, 다음으로 그들 사이의 상관 관계에 대해서 조사했다.

도 6에, 압연 직각 방향의 철손(TD-W₁₀)과 압연 방향의 철손(W_17/50)과의 관계에 대해서 조사한 결과를 나타낸다.

도 6에 따르면, 압연 직각 방향의 철손이 증가하면, 압연 방향의 철손은 오히려 감소하고, 압연 직각 방향의 철손(TD-W₁₀)을 1.6W/㎏ 이상으로 하는 것이 압연 방향의 철손(W_17/50)의 개선에 유효한 것을 알 수 있다. 앞서 게재한 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 압연 직각 방향의 철손은 평탄화 소둔 온도를 높이면 증대했다. 형상 교정에 따른 변형이 잔류한 경우, 180°자구 구조의 안정성이 저하하여, 압연 직각 방향의 철손이 증대한 것이라고 생각된다.

즉, 압연 직각 방향의 철손은 잔류 변형의 지표라고도 생각된다.

따라서, 도 6 및 도 4의 결과부터, 압연 방향 철손을 개선하기 위해서는, 압연 직각 방향의 철손을 1.6W/㎏ 이상으로 하도록, 평탄화 소둔 온도를 830℃ 이상으로 높일 필요가 있음을 알 수 있다.

다음으로, 도 7에, 압연 직각 방향의 자화력(TD-H₁₀)과 압연 방향의 철손 열화량(ΔW)과의 관계를 나타낸다.

도 7에 따르면, 압연 직각 방향의 자화력이 증대하면, 측정 롤 압하시의 철손 열화량(ΔW)이 감소하는 것을 알 수 있다. 앞서 게재한 도 5에 나타낸 바와 같이, 압연 직각 방향의 자화력은, 평탄화 소둔 온도를 높이는 것, 및 수소 분위기를 도입함으로써 증대한다.

즉, 압연 직각 방향의 자화력은 피막 장력의 지표가 된다.

따라서, 도 7 및 도 5의 결과로부터, 측정 롤 압하시의 철손 열화량(ΔW)을 0.01W/㎏ 이하의 낮은 레벨로 억제하기 위해서는, 압연 직각 방향의 자화력(TD-H₁₀)을 200A/m 이상으로 하도록, 평탄화 소둔 온도를 810℃ 이상, 바람직하게는 830℃ 이상으로 높이고, 또한 평탄화 소둔 분위기 중에 0.30% 이상의 수소를 도입할 필요가 있음을 알 수 있다.

평탄화 소둔 온도를 높이는 것 및 수소 분위기를 도입하는 것은, 인산염을 주체로 한 코팅 중의 수분을 감소시킴으로써, 코팅 피막 장력이 강화되어 있는 것으로 추정된다.

본 발명은, 상술한 2개의 실험 결과를 기초로, 더욱 검토를 거듭한 끝에 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 구성은 다음과 같다.

1. 질량%로, C:0.005% 이하, Si:2.0∼4.5% 및 Mn:0.5% 이하를 포함하고, 또한 Sb와 P를 각각, 0.01%≤[%Sb]≤0.20%, 0.02%≤[%P]≤2.0×[%Sb]를 만족하는 범위로 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로 이루어지며, 또한 압연 직각 방향으로 50㎐, 1.0T로 여자한 때의 자화력(TD-H₁₀) 및 철손(TD-W₁₀)이 각각, (TD-H₁₀)≥200A/m, (TD-W₁₀)≥1.60W/㎏인 방향성 전자 강판.

2. 또한 질량%로, Ni:0.005∼1.50%, Sn:0.03∼0.20%, Cu:0.02∼0.50%, Cr:0.02∼0.50%, Mo:0.01∼0.50% 및 Nb:0.002∼0.01% 중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유한 조성에 따른 상기 1 기재의 방향성 전자 강판.

3. 질량%로, C:0.08% 이하, Si:2.0∼4.5% 및 Mn:0.5% 이하를 함유함과 아울러, S, Se 및 O를 각각 50ppm 미만, N을 60ppm 미만, sol.Al을 100ppm 미만으로 억제하고, 또한 Sb와 P를 각각, 0.01%≤[%Sb]≤0.20%, 0.02%≤[%P]≤2.0×[%Sb]를 만족하는 범위로 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로 이루어지는 강 슬래브를, 필요에 따라 재가열 후, 열간 압연하고, 필요에 따라 열연판 소둔을 실시한 후, 1회 또는 중간 소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉연 압연을 실시하여 최종 판 두께로 하고, 이어서 탈탄·1차 재결정 소둔 후, MgO를 주체로 하는 소둔 분리제를 도포하고 나서, 2차 재결정 소둔을 실시하고, 또한 평탄화 소둔을 실시하는 방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서,

상기 소둔 분리제 중에, 황산마그네슘을 2.0∼15.0mass% 함유시킴과 아울러,

평탄화 소둔 온도를 830℃ 이상, 또한 평탄화 소둔 분위기 중의 H₂ 분압을 0.3% 이상으로 하여,

압연 직각 방향으로 50㎐에서 1.0T로 여자한 때의 자화력(TD-H₁₀) 및 철손(TD-W₁₀)을 각각, (TD-H₁₀)≥200A/m, (TD-W₁₀)≥1.60W/㎏으로 한 방향성 전자 강판의 제조 방법.

이리하여, 본 발명에 따르면, 트랜스 철손이 뛰어난 방향성 전자 강판을, 공업적으로 안정되게 또한 저렴하게 제조하는 것이 가능하게 되어, 그 공업적 가치는 매우 높다.

[도 1] P 첨가량, Sb 첨가량과 자속 밀도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 2] 압연 방향의 철손(W_17/50)에 미치는 평탄화 소둔 온도와 소둔 분위기 중의 H₂ 분압의 영향을 나타내는 그래프이다.
[도 3] 측정 롤 압하시의 철손 열화량(ΔW)에 미치는 평탄화 소둔 온도와 소둔 분위기 중의 H₂ 분압의 영향을 나타내는 그래프이다.
[도 4] 압연 직각 방향에 있어서의 철손(TD-W₁₀)에 미치는 평탄화 소둔 온도와 소둔 분위기 중의 H₂ 분압의 영향을 나타내는 그래프이다.
[도 5] 압연 직각 방향에 있어서의 자화력(TD-H₁₀)에 미치는 평탄화 소둔 온도와 소둔 분위기 중의 H₂ 분압의 영향을 나타내는 그래프이다.
[도 6] 압연 직각 방향의 철손(TD-W₁₀)과 압연 방향의 철손(W_17/50)과의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 7] 압연 직각 방향의 자화력(TD-H₁₀)과 압연 방향의 철손 열화량(ΔW)과의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

우선, 본 발명에 있어서 강 슬래브의 성분 조성을 상기 범위로 한정한 이유에 대해 설명한다.

C:0.08% 이하

C는, 1차 재결정 집합 조직을 개선하는 데 유용한 원소이지만, 함유량이 0.08%를 초과하면 오히려 1차 재결정 집합 조직의 열화를 초래하므로, C량은 0.08% 이하로 한정했다. 자기 특성의 관점에서 바람직한 첨가량은, 0.01∼0.06%의 범위가 적절하다. 또한, 요구되는 자기 특성의 레벨이 별로 높지 않은 경우에는, 1차 재결정 소둔에 있어서의 탈탄을 생략 또는 간략화하기 위해, C를 0.01% 이하로 해도 된다.

또한, 최종적인 제품판에서는 자기 시효를 방지하기 위해 C량을 0.005% 이하로 저감하는 것이 필수이다.

Si:2.0∼4.5%

Si는, 전기 저항을 높이는 것에 의해 철손을 개선하는 유용 원소이므로, 2.0% 이상 함유시키는 것으로 했다. 그러나, C 함유량이 4.5%를 초과하면 냉간 압연성이 현저히 열화하므로, Si량의 상한은 4.5%로 했다. 또한, 요구되는 철손 레벨에 따라서는, Si를 첨가하지 않아도 된다.

Mn:0.5% 이하

Mn은, 제조시에 있어서의 열간 가공성을 향상시키는 효과가 있지만, 함유량이 0.5%를 초과한 경우에는, 1차 재결정 집합 조직이 악화하여 자기 특성의 열화를 초래하므로, Mn량은 0.5% 이하로 한정했다. Mn량의 적절한 하한은 0.05%이다.

S, Se 및 O:각각 50ppm 미만

S, Se 및 O량이 각각 50ppm 이상이 되면, 2차 재결정이 곤란하게 된다. 이 이유는, 조대한 산화물이나, 슬래브 가열에 의해서 조대화한 MnS, MnSe가, 1차 재결정 조직을 불균일하게 하기 때문이다. 따라서, S, Se 및 O는 모두, 50ppm 미만으로 억제하는 것으로 했다.

N:60ppm 미만

N도, S나 Se, O와 마찬가지로, 과잉으로 존재하면, 2차 재결정을 곤란하게 한다. 특히 N량이 60ppm 이상이 되면, 2차 재결정이 생기기 어려워지고, 자기 특성이 열화하므로, N은 60ppm 미만으로 억제하는 것으로 했다.

sol.Al:100ppm 미만

Al도 또한, 과잉으로 존재하면 2차 재결정을 곤란하게 한다. 특히, sol.Al량이 100ppm을 초과하면 저온 슬래브 가열 조건에서는 2차 재결정하기 어려워지고, 자기 특성이 열화하므로, Al은 sol.Al량으로 100ppm 미만으로 억제하는 것으로 했다.

Sb 및 P를 각각, 0.01%≤[%Sb]≤0.20%, 0.02%≤[%P]≤2.0×[%Sb]

본 발명에서는, Sb와 P를 각각, 상기를 만족하는 범위에서 복합 함유시키는 것이 중요하다. Sb와 P를 상기 범위에서 복합하여 첨가함으로써, 본 발명에서 기대한 증류 효과가 효과적으로 발휘되고, 게다가 표면 산화에 의한 자성 열화도 억제되는 것에서, 코일 전체 길이에 걸쳐 양호한 자기 특성과 하지 피막 특성을 얻을 수 있다. Sb나 P량이, 상기 범위보다 낮은 경우에는 효과가 없고, 한편 높은 경우에는, 자성이 열화할 뿐만 아니라, 하지 피막의 형성도 곤란하게 된다.

이상, 필수 성분에 대해 설명했지만, 본 발명에서는, 공업적으로 보다 안정되게 자기 특성을 개선하는 성분으로서, 이하의 원소를 적당히 함유시킬 수 있다.

N:0.005∼1.50%

Ni는, 열연판 조직의 균일성을 높이는 것에 의해, 자기 특성을 개선하는 작용이 있고, 그러기 위해서는 0.005% 이상 함유시키는 것이 바람직하지만, 함유량이 1.50%를 초과하면 2차 재결정이 곤란하게 되고, 자기 특성이 열화한다. 그래서, Ni는 0.005∼1.50% 범위로 함유시키는 것이 바람직하다.

Sn:0.03∼0.20%

Sn은, 2차 재결정 소둔 중의 강판의 질화나 산화를 억제하고, 양호한 결정 방위를 가지는 결정립의 2차 재결정을 촉진하여 자기 특성, 특히 철손 특성을 효과적으로 향상시키는 작용이 있고, 그러기 위해서는 0.03% 이상 함유시키는 것이 바람직하지만, 0.20%를 초과하여 함유되면 냉간 압연성의 열화를 초래한다. 그래서, Sn은 0.03∼0.20% 범위로 함유시키는 것이 바람직하다.

Cu:0.02∼0.50%

Cu는, 2차 재결정 소둔 중의 강판의 질화나 산화를 억제하고, 양호한 결정 방위를 가지는 결정립의 2차 재결정을 촉진하여 자기 특성을 효과적으로 향상시키는 유용 원소이고, 그 목적을 위해서는 0.02% 이상 함유시키는 것이 바람직하지만, 0.50%를 초과하여 함유되면 냉간 압연성이 열화한다. 그래서, Cu는 0.02∼0.50% 범위로 함유시키는 것이 바람직하다.

Cr:0.02∼0.50%

Cr은, 포스테라이트 하지 피막의 형성을 안정화시키는 작용이 있고, 그러기 위해서는 0.02% 이상 함유시키는 것이 바람직하지만, 한편으로 함유량이 0.50%를 초과하면 2차 재결정이 곤란하게 되고, 자기 특성이 열화한다. 그래서, Cr은 0.02∼0.50% 범위로 함유시키는 것이 바람직하다.

Mo:0.01∼0.50%

Mo는, 고온 산화를 억제하고, 스캡으로 불리는 표면 결함의 발생을 감소시키는 작용이 있고, 그러기 위해서는 0.01% 이상 함유시키는 것이 바람직하지만, 함유량이 0.50%를 초과하면 냉간 압연성이 열화한다. 그래서, Mo는 0.01∼0.50% 범위로 함유시키는 것이 바람직하다.

Nb:0.002∼0.01%

Nb는, 1차 재결정립의 성장을 억제하고, 양호한 결정 방위를 가지는 결정립의 2차 재결정을 촉진하여 자기 특성을 향상시키는 유용 원소이며, 그러기 위해서는 0.002% 이상 함유하는 것이 바람직하지만, 0.01%를 초과하여 함유되면 지철 중에 잔류하여 철손을 열화시킨다. 그래서, Nb는 0.002∼0.01%의 범위로 함유시키는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 제조 방법에 대해서 설명한다.

상기의 성분 조성 범위로 조정한 강 슬래브를, 재가열하는 일 없이 혹은 재가열한 뒤, 열간 압연에 제공한다. 또한, 슬래브를 재가열하는 경우에는, 재가열 온도는 1000℃ 이상, 1300℃ 이하 정도로 하는 것이 바람직하다고 하는 것은, 1300℃를 초과하는 슬래브 가열은, 슬래브 중에 인히비터를 포함하지 않는 본 발명에서는 무의미하고, 비용 상승이 될 뿐만 아니라 결정립의 거대화에 의해 자기 특성은 크게 열화한다. 한편 1000℃ 미만에서는, 압연 하중이 높아지고, 압연이 곤란하게 된다.

이어서, 열연판에, 필요에 따라 열연판 소둔을 실시한 후, 1회의 냉간 압연 또는 중간 소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연을 실시하여, 최종 냉연판으로 한다. 이 냉간 압연은, 상온에서 행해도 되고, 상온보다 높은 온도 예컨대 250℃ 정도로 강판 온도를 올려서 압연하는 온간 압연으로 해도 된다.

이어서, 최종 냉간 압연판에 탈탄·1차 재결정 소둔을 실시한다.

이 탈탄·1차 재결정 소둔의 제1 목적은, 압연 조직을 가지는 냉간 압연판을 1차 재결정시키고, 2차 재결정에 최적인 1차 재결정 집합 조직으로 조정하는 것이다. 그러기 위해서는, 1차 재결정 소둔의 소둔 온도는 800℃ 이상, 950℃ 미만 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이때의 소둔 분위기는, 습수소 질소(wet hydrogen nitrogen) 분위기 혹은 습수소 아르곤 분위기로 하는 것이 바람직하다.

제2 목적은, 탈탄이다. 제품판 중에 탄소가 0.005% 초과로 포함되면, 철손이 열화하므로, 탄소는 0.005% 이하까지 저감하는 것이 바람직하다.

제3 목적은, 포스테라이트(forsterite)를 주체로 하는 하지 피막의 원료가 되는 Si0₂의 내부 산화층으로 이루어지는 서브 스케일을 형성하는 것이다. 여기서, 탈탄 소둔의 전단 온도는 800℃ 미만이면 산화 반응, 탈탄 반응이 충분히 진행되지 않고 필요한 산화량과 탈탄을 완료시킬 수 없다.

상기 탈탄·1차 재결정 소둔 후, 강판의 표면에 마그네시아(MgO)를 주체로 하는 소둔 분리제를 도포한다. 그리고, 1차 재결정 소둔 후부터 2차 재결정이 완료되는 동안에, 지철 중의 S량을 증가시키는 증류 처리에 의한 자기 특성 향상을 목표로 하기 위해, MgO를 주체로 하는 소둔 분리제 중에 황산마그네슘을 첨가한다.

여기서, 황산마그네슘의 첨가량이 2.0%가 되지 않으면 자기 특성 향상 효과는 불충분하다. 한편, 황산마그네슘의 첨가량이 15.0%를 초과하면 립 성장이 지나치게 억제되고, 역시 자기 특성 향상 효과가 불충분하게 되는 외에, 하지 피막의 형성에도 불리하게 된다.

또한, 본 발명에 있어서 「마그네시아 주체」란, 소둔 분리제 중에 마그네시아를 50% 이상 함유하는 것을 의미한다. 또한, 이 소둔 분리제 중에는, 소량이면, 늘 쓰는 방법에 따라 Na₂S₂0₃나 Ti0₂ 등의 부(副)성분을 첨가해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

그 후, 2차 재결정 소둔을 행한다. 이 2차 재결정 소둔 중에 황산마그네슘이 분해되어, 증류 효과를 발휘하고, 고스 방위에 고도로 집적한 결정 조직으로 되어, 양호한 자기 특성이 얻어진다.

또한, 2차 재결정 소둔은, 일본 특허 제4321120호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 승온 속도를 30℃/H 이하로 하여 S를 지철 중에 확산시키는 것이 유효하다. 또한, 소둔 분위기는, N₂, Ar 또는 이들의 혼합 가스의 어느 것이나 적합하다. 다만, 2차 재결정 완료까지는, H₂를 분위기 가스로 하여 사용하지 않는다고 하는 것은, 소둔 분리제 중의 S가 H₂S(가스)로서 계 밖으로 튀어나와, 특히 코일의 에지에 있어서 증류의 효과가 작아지기 때문이다.

상기의 2차 재결정 소둔 후, 강판 표면에, 또한 절연 피막을 도포, 소부한다. 이러한 절연 피막의 종류에 대해서는, 특별히 한정되지 않으며, 종래 공지의 모든 절연 피막이 적합하다. 예를 들면, 특개소50-79442호 공보나 특개소48-39338호 공보에 기재되어 있는 인산염-크롬산염-콜로이달 실리카를 함유하는 도포액을 강판에 도포하고, 평탄화 소둔을 겸하여 소부하는 방법 등이 적당하다.

이어서, 평탄화 소둔을 실시하는데, 본 발명에서는, 이 평탄화 소둔이 중요하다.

우선, 평탄화 소둔 온도는 830℃ 이상으로 높일 필요가 있다. 평탄화 소둔 온도가 830℃ 미만이면 형상 교정을 위한 변형이 잔류하고, TD 방향의 철손이 저하하고, 동시에 RD 방향의 철손도 열화한다. 제품판에 있어서, RD 방향의 철손이 열화하지 않기 위한 TD 방향의 철손은 1.60W/㎏ 이상이다.

또한, 평탄화 소둔 분위기 중에 0.30% 이상의 수소를 도입할 필요가 있다. 분위기 중의 수소 분압이 0.30% 미만이면, 코팅 피막 장력이 저하하고, TD 방향의 자화력이 감소하기 때문에, 트랜스 가공에 따른 변형 부여에 의한 트랜스 철손의 열화량이 커지게 된다. 트랜스 가공에 따른 변형 부여에 의한 철손 열화량을 감소시켜서, 트랜스 철손을 개선하기 위해서는, 제품판에 있어서 TD 방향으로 1.0T로 여자한 때의 자화력을 200A/m 이상으로 할 필요가 있다.

실시예

실시예 1

C:0.03%, Si:3.5%, Mn:0.08%, sol.Al:75ppm, N:45ppm, S:30ppm, Se:1ppm, 0:9ppm, P:0.06% 및 Sb:0.10%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로 이루어지는 연주 슬래브를, 1230℃로 재가열 후, 열간 압연에 의해 판 두께:2.5㎜의 열연판으로 한 후, 1050℃에서 10초의 열연판 소둔을 실시했다. 이어서, 200℃에서의 냉간 압연에 의해, 판 두께:0.27㎜으로 한 후, 500∼700℃ 사이의 승온 속도를 20℃/s로 하고, H₂:55%, N₂:45%, 이슬점:55℃의 분위기 중에서 850℃, 120s의 탈탄을 겸하는 1차 재결정 소둔을 실시했다. 이 소둔 후의 C량은 30ppm이었다.

얻어진 1차 재결정 소둔판에서 샘플을 채취하고, MgO를 주제로 하여, 표 2에 나타내는 비율로 황산마그네슘을 포함하는 소둔 분리제를, 판면에 12.5g/㎡ 도포하고, 건조했다. 이어서, 승온 속도:15℃/h로 800℃까지, 800℃에서 850℃ 사이를 2.0℃/h로 승온하고, 850℃에서 50시간 보정(retaining)한 후, 1160℃까지 5.0℃/h로 승온하고 5h 균열하는 조건으로 2차 재결정 소둔을 실시했다. 분위기 가스로서는 850℃까지 N₂ 가스, 850℃ 이상은 H₂ 가스를 사용했다.

상기 조건에서 얻어진 2차 재결정 소둔판의 표면에, 인산염-크롬산염-콜로이달 실리카를, 질량비로 3:1:3의 비율로 함유하는 처리액을 도포한 후, 평탄화 소둔을 표 2에 나타내는 조건으로 실시했다.

그 후, 얻어진 제품판의 자기 특성을 조사했다. 자기 특성은, 압연 방향으로 800A/m로 여자한 때의 자속 밀도 B₈ 및 50㎐에서 1.7T까지 교류로 여자한 때의 철손 W_17/50, 압연 직각 방향으로 50㎐에서 1.0T로 여자한 때의 자화력(TD-H₁₀) 및 철손(TD-W₁₀) 및 변형 감수성으로 평가했다.

또한, 변형 감수성은, 지름:100㎜, 폭:50㎜의 스틸 롤로 이루어지는 측정 롤을 롤 압하력:1.5㎫(15㎏f/㎝)로 누르면서 통판한 때의 철손 W₁₇ _/ ₅₀값의 변화량(ΔW)으로 평가했다.

얻어진 결과를 표 2에 병기한다. 또한, 자속 밀도 B₈은 1.94T 이상, 철손 W_17/50은 0.82W/㎏ 이하, ΔW는 0.005W/㎏ 이하이면, 이들의 특성이 뛰어나다고 말할 수 있다.

이 표로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 따라, P와 Sb를 복합 첨가한 소재를 사용하고, 또한 MgO를 주체로 해서, 황산마그네슘을 2.0% 이상 함유하는 소둔 분리제를 도포하여 2차 재결정 소둔함으로써, 양호한 자속 밀도를 얻을 수 있었다. 또한, 평탄화 소둔 온도를 830℃ 이상으로 높임으로써, TD 방향의 철손은 1.60W/㎏ 이상으로 되고, 그 결과, 압연 방향의 철손도 양호하게 되었다. 또한, 평탄화 소둔 분위기에 0.30% 이상의 수소 분위기를 도입함으로써, 압연 직각 방향으로 1.0T로 여자한 때의 자화력을 200A/m 이상 확보할 수 있고, 그 결과, 트랜스 가공에 따른 변형 부여에 의한 철손 열화량을 작게 할 수 있었다.

실시예 2

표 3에 나타내는 여러 가지 성분으로 이루어지는 연주 슬래브를, 1230℃로 재가열 후, 열간 압연에 의해 판 두께:2.2㎜의 열연판으로 한 후, 1050℃에서 10초의 열연판 소둔을 실시했다. 이어서, 200℃에서의 냉간 압연에 의해, 판 두께:0.23㎜로 한 후, 500∼700℃ 사이의 승온 속도를 20℃/s로 하여, H₂:55%, N₂:45%, 이슬점:55℃의 분위기 중에서 850℃, 120s의 탈탄 소둔을 실시했다. 탈탄 소둔 후의 C량은 30ppm이었다.

탈탄 소둔판에서 샘플을 채취하고, MgO를 주제로 해서, 표 4에 나타내는 비율로 황산마그네슘을 포함하는 소둔 분리제를, 판면에 12.5g/㎡ 도포하고, 건조했다. 이어서, 승온 속도:15℃/h로 800℃까지, 800℃에서 850℃ 사이를 2.0℃/h로 승온하고, 850℃에서 50시간 보정한 후, 1160℃까지 5.0℃/h로 승온하고 5h 균열하는 조건으로 2차 재결정 소둔을 실시했다. 분위기 가스로서는 850℃까지 N₂ 가스, 850℃ 이상은 H₂ 가스를 사용했다.

상기 조건에서 얻어진 2차 재결정 소둔판의 표면에, 인산염-크롬산염-콜로이달 실리카를, 질량비로 3:1:3의 비율로 함유하는 처리액을 도포하고, 평탄화 소둔을 표 4에 나타내는 조건으로 실시했다.

그 후, 얻어진 제품판의 자기 특성을 조사했다. 자기 특성의 평가 방법은, 실시예 1의 경우와 동일하다.

얻어진 결과를 표 4에 병기한다.

표 4로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 따라, 적정량의 P와 Sb를 복합 첨가한 소재를 사용하고, 또한 MgO를 주제로 해서, 황산마그네슘을 2.0% 이상 함유하는 소둔 분리제를 도포하여 2차 재결정 소둔을 실시하고, 또한 본 발명에 따른 적정 조건으로 평탄화 소둔 조건을 실시하는 것에 의해, 양호한 자속 밀도가 얻어질 뿐만 아니라, 트랜스 가공에 따른 변형 부여에 의한 철손 열화량을 작게 할 수 있었다.

Claims

질량%로, C:0.005% 이하, Si:2.0∼4.5% 및 Mn:0.5% 이하를 포함하고, 또한 Sb와 P를 각각, 0.01%≤[%Sb]≤0.20%, 0.02%≤[%P]≤2.0×[%Sb]를 만족하는 범위로 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로 이루어지며, 또한 압연 직각 방향으로 50㎐에서 1.0T로 여자한 때의 자화력(TD-H₁₀) 및 철손(TD-W₁₀)이 각각, (TD-H₁₀)≥200A/m, (TD-W₁₀)≥1.60W/㎏인 방향성 전자 강판.
청구항 1에 있어서,
또한 질량%로, Ni:0.005∼1.50%, Sn:0.03∼0.20%, Cu:0.02∼0.50%, Cr:0.02∼0.50%, Mo:0.01∼0.50% 및 Nb:0.002∼0.01% 중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유한 조성에 따른 방향성 전자 강판.
질량%로, C:0.08% 이하, Si:2.0∼4.5% 및 Mn:0.5% 이하를 함유함과 아울러, S, Se 및 O를 각각 50ppm 미만, N을 60ppm 미만, sol.Al을 100ppm 미만으로 억제하고, 또한 Sb와 P를 각각, 0.01%≤[%Sb]≤0.20%, 0.02%≤[%P]≤2.0×[%Sb]를 만족하는 범위로 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로 이루어지는 강 슬래브를, 필요에 따라 재가열 후, 열간 압연하고, 필요에 따라 열연판 소둔을 실시한 후, 1회 또는 중간 소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉연 압연을 실시하여 최종 판 두께로 하고, 이어서 탈탄·1차 재결정 소둔 후, MgO를 주체로 하는 소둔 분리제를 도포하고 나서, 2차 재결정 소둔을 실시하고, 또한 평탄화 소둔을 실시하는 방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서,
상기 소둔 분리제 중에, 황산마그네슘을 2.0∼15.0mass% 함유시킴과 아울러,
평탄화 소둔 온도를 830℃ 이상, 또한 평탄화 소둔 분위기 중의 H₂ 분압을 0.3% 이상으로 하여, 압연 직각 방향으로 50㎐에서 1.0T로 여자한 때의 자화력(TD-H₁₀) 및 철손(TD-W₁₀)을 각각, (TD-H₁₀)≥200A/m, (TD-W₁₀)≥1.60W/㎏으로 한 방향성 전자 강판의 제조 방법.