KR20190077964A - 방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), N: 0.001 내지 0.05%, Co: 0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 방향성 전기강판이 소개된다.

Description

방향성 전기강판 및 그 제조방법{ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 철손이 낮고, 자속밀도가 우수한 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 압연방향에 대해 강편의 집합조직이 {110}<001>인 고스집합조직(Goss texture)을 나타내고 있어 일방향 혹은 압연방향으로 자기적 특성이 우수한 연자성 재료이다. 이러한 집합조직을 발현하기 위해서는 제강에서의 성분제어, 열간 압연에서의 슬라브 재가열 및 열간압연 공정인자 제어, 열연판 소둔 열처리, 1차 재결정 소둔, 2차 재결정 소둔 등의 복잡한 공정들이 요구되고, 이들 공정 또한 매우 정밀하고 엄격하게 관리되어야 한다.
한편, 고스집합조직을 발현하는 인자중의 하나인 인히비터 즉, 1차 재결정립의 무분별한 성장을 억제하고 2차 재결정 발생시 고스집합조직 만이 성장할 수 있도록 하는 결정립 성장 억제제의 제어 또한 매우 중요하다. 2차 재결정 소둔에서 고스집합조직이 얻어지기 위해서는 2차 재결정이 일어나기 직전까지 모든 1차 재결정립의 성장이 억제되어야 하며, 이를 위한 충분한 억제력을 얻기 위해서는 인히비터의 양이 충분히 많아야 하며, 분포 또한 균일해야 한다.
고온의 최종소둔 공정동안 2차 재결정이 공히 일어나게 하기 위해서 인히비터의 열적 안정성이 우수하여 쉽게 분해되지 않아야 한다. 2차 재결정은 2차 재결정 소둔 시, 1차 재결정립의 성장을 억제하는 인히비터가 적정 온도구간에서 분해되거나 억제력을 잃음으로써 발생하는 현상으로 이 경우, 비교적 고스결정립과 같은 특정한 결정립들이 비교적 단시간 내에 급격히 성장하게 된다.
통상적으로 방향성 전기강판의 품질은 대표적 자기적 특성인 자속밀도와 철손으로 평가될 수 있으며, 고스집합조직의 정밀도가 높을수록 자기적 특성이 우수하다. 또한, 품질이 우수한 방향성 전기강판은 재특성으로 인한 고효율의 전력기기 제조가 가능하여 전력기기의 소형화와 더불어 고효율화를 얻을 수 있다.
방향성 전기강판의 철손을 낮추기 위한 연구개발은 먼저 자속밀도를 높이기 위한 연구개발부터 이루어졌다. 초기의 방향성 전기강판은 MnS를 결정립성장 억제제로 사용하고 2회 냉간 압연법으로 제조하였다. 2차 재결정은 안정적으로 형성되었지만 자속밀도는 그다지 높지 않았고 철손도 높은 편이었다.
결정립 성장 억제력을 향상시키기 위한 다른 방법으로는 Mn, Se 및 Sb를 결정립 성장 억제제로 이용하여 방향성 전기강판을 제조하는 방법이다. 고온 슬라브가열, 열간 압연, 열연판 소둔, 1차 냉간 압연, 중간 소둔, 2차 냉간 압연, 탈탄 소둔, 최종 소둔의 공정으로 이루어지며, 이 방법은 결정립 성장 억제력이 높아 높은 자속밀도를 얻을 수 있는 장점이 있지만 소재자체가 상당히 경하게 되어 1회 냉간 압연이 불가능하게 되어 중간 소둔을 경유하게 되는 2회의 냉간 압연을 행하여 제조원가가 높아진다. 뿐만 아니라 고가의 Se를 사용하기 때문에 제조원가가 높아지는 단점이 있다.
결정립 성장 억제력을 향상하기 위한 또 다른 제안으로 Sn과 Cr을 복합으로 첨가하고, 슬라브가열 열처리하여 열간 압연, 중간 소둔, 1회 또는 2회 냉간 압연, 탈탄 소둔 후, 질화처리하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법이 있다. 그러나 이 경우, 저철손 고자속밀도의 박물 방향성 전기강판을 제조하기 위한 매우 엄격한 제조기준 즉, 산가용성 Al과 소강 질소함량에 따라 열연판 소둔온도를 엄격히 제어함으로써 열연판 소둔공정이 복잡해질 뿐만 아니라 산소친화력이 강력한 Cr으로 인해 탈탄질화 소둔공정에서 형성되는 산화층이 상당히 치밀하게 형성되므로 탈탄이 용이하지 못하고 질화가 잘 되지 않는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 Co의 첨가를 통해 철의 자화를 증가시켜 자속밀도를 향상시키고, 비저항을 증가시켜 철손을 감소시킴으로써 자성이 우수한 방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.01% 이하(0%를 제외함), N: 0.01% 이하(0%를 제외함), Co: 0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
Al: 0.005 내지 0.04%, Mn: 0.01 내지 0.2%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함), P: 0.005 내지 0.045%, Sn: 0.03 내지 0.08%, Sb: 0.01 내지 0.05% 및 Cr: 0.01 내지 0.2%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조방법은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.02 내지 0.08%, N: 0.01% 이하(0%를 제외함), Co: 0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; 상기 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 상기 1차 재결정 소둔된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함한다.
상기 슬라브는, Al: 0.005 내지 0.04%, Mn: 0.01 내지 0.2%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함), P: 0.005 내지 0.045%, Sn: 0.03 내지 0.08%, Sb: 0.01 내지 0.05% 및 Cr: 0.01 내지 0.2%를 더 포함할 수 있다.
상기 슬라브를 가열하는 단계에서, 1250℃ 이하로 가열할 수 있다.
상기 1차 재결정 소둔하는 단계에서, 800 내지 950℃로 1차 재결정 소둔할 수 있다.
상기 2차 재결정 소둔하는 단계에서, 상기 1차 재결정 소둔 온도 이상, 1210℃ 이하의 온도에서 2차 재결정을 완료할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 및 제조방법은 Co의 함량 제어를 통해 철의 자화를 증가시켜 자속밀도를 향상시키고, 비저항을 증가시켜 철손을 감소시킴으로써 자성이 우수한 효과를 기대할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
방향성 전기강판
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.01% 이하(0%를 제외함), N: 0.01% 이하(0%를 제외함), Co: 0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
먼저, 하기에서는 방향성 전기강판의 성분 한정 이유를 설명한다.
Si: 2.0 내지 6.0%
실리콘(Si)은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철손(core loss)을 낮추는 역할을 한다. Si이 너무 적게 첨가될 경우, 비저항이 감소로 와전류손이 증가하여 철손 특성이 저하되고, 탈탄 질화 소둔시 페라이트와 오스테나이트 간 상변태가 활발하게 되어 1차 재결정 집합조직이 심하게 훼손된다. 또한, 고온 소둔 시, 페라이트와 오스테나트 간 상변태가 발생하게 되어 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 {110}<001>집합조직이 심하게 훼손된다.
반면, Si이 너무 많이 첨가될 경우, 탈탄 질화 소둔 시, SiO2 및 Fe2SiO4 산화층이 과하고 치밀하게 형성되어 탈탄 거동을 지연시킬 수 있다. 이에 따라 페라이트와 오스테나이트 간 상변태가 탈탄 질화 소둔 동안 지속적으로 일어나게 되어 1차 재결정 집합조직이 심하게 훼손될 수 있다. 상술한 치밀한 산화층 형성에 따른 탈탄 거동 지연효과로 질화 거동이 지연되어 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 등의 질화물이 충분히 형성되지 못하게 되므로 고온 소둔 시, 2차 재결정에 필요한 충분한 결정립 억제력을 확보할 수 없게 될 수 있다.
또한, 전기강판의 기계적 특성인 취성이 증가하고, 인성이 감소하여 압연과정 중, 판파단 발생율이 심화되고, 판간 용접성이 저하되어 용이한 작업성을 확보할 수 없게 된다. 결과적으로, Si 함량을 상기 소정의 범위로 제어하지 않으면 2차 재결정 형성이 불안정해져 자기적 특성이 심각하게 훼손되고, 작업성이 악화될 수 있다.
C: 0.01% 이하
탄소(C)는 페라이트 및 오스테나이트 간 상변태를 일으켜 결정립을 미세화시키고, 연신율을 향상시키는데 기여하는 원소로서 취성이 강해 압연성이 좋지 않은 전기강판의 압연성 향상을 위해 필수적인 원소이다.
다만, 최종제품에 잔존하게 될 경우, 자기적 시효효과로 인해 형성되는 탄화물을 제품판 내에 석출시켜 자기적 특성을 악화시키는 원소이기 때문에 적정한 함량으로 제어될 수 있다.
슬라브 내에 첨가되는 C의 함량은 0.02 내지 0.08%로 첨가된다. 상술한 Si 함량의 범위에서 슬라브에 C가 0.02% 미만으로 함유될 경우, 페라이트와 오스테나이트 간 상변태가 충분히 일어나지 않아 슬라브 및 열간압연 미세조직의 불균일화를 야기하게 되며 이로 인해 냉간 압연성까지 해칠 수 있다.
반면, 열연판 소둔 열처리 후, 강판 내에 존재하는 잔류탄소에 의해 냉간 압연 중, 전위의 고착을 활성화시켜 전단변형대를 증가시켜 고스핵의 생성장소를 증가킬 수 있다. 이에 따라 1차 재결정 미세조직의 고스결정립 분율을 증가시키게 되므로 C가 많을수록 이로울 것 같으나, 상술한 Si함량의 범위에서 슬라브에 C가 0.08%를 초과하여 함유될 경우, 별도의 공정이나 설비를 추가하지 않는다면 탈탄 소둔 공정에서 충분한 탈탄을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 이로 인해 야기되는 상변태 현상으로 인해 2차 재결정 집합조직의 심하게 훼손되게 되고, 최종제품을 전력기기에 적용 시, 자기시효에 의한 자기적 특성의 열화현상을 초래할 수 있다.
C는 1차 재결정 소둔 과정에서 탈탄이 일어나며, 최종 방향성 전기강판 내의 C의 함량은 0.01 중량% 이하가 된다.
N: 0.01% 이하
질소(N)는 Al과 반응하여 AlN 을 형성하는 중요한 원소로서 슬라브 내에 첨가되는 N의 함량은 0.01% 이하로 첨가된다. 0.01%를 초과하여 함유될 경우, 열간 압연 이후의 공정에서 질소확산에 의한 Blister라는 표면결함을 초래하고, 슬라브 상태에서 질화물이 너무 많이 형성되기 때문에 압연이 어려워져 이후의 공정이 복잡해지고, 제조단가가 상승하는 원인이 될 수 있다.
한편, (Al,Si,Mn)N, AlN, (Si,Mn)N 등의 질화물을 형성하기 위해 추가로 필요한 N은 냉간 압연 이후의 소둔공정에서 암모니아가스를 이용하여 강중에 질화처리를 실시하여 보강한다. 최종 방향성 전기강판 내의 N의 함량은 0.01% 이하가 된다.
Co: 0.005 내지 0.1%
코발트(Co)는 철의 자화를 증가시켜 자속밀도를 향상시키는데 효과적인 합금 원소임과 동시에 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 합금원소이다.
Co 함량이 0.005% 미만일 경우, 자속밀도 향상효과가 미미하며, 충분한 철손 감소 효과를 기대할 수 없다. 반면, Co 함량이 0.1%을 초과할 경우, 가격적으로 고가여서 제조원가가 상승되며, 오스테나이트 상변태량이 증가하여 미세조직, 석출물 및 집합조직에 부정정인 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 Al: 0.005 내지 0.04%, Mn: 0.01 내지 0.2%, S: 0.01% 이하, P: 0.005 내지 0.045%, Sn: 0.03 내지 0.08%, Sb: 0.01 내지 0.05% 및 Cr: 0.01 내지 0.2%를 더 포함할 수 있다.
Al: 0.005 내지 0.04%
알루미늄(Al)은 열간 압연과 열연판 소둔 시에 미세하게 석출된 AlN 이외에도 냉간 압연 이후의 소둔공정에서 암모니아가스에 의해서 도입된 질소이온이 강중에 고용상태로 존재하는 Al, Si, Mn과 결합하여 (Al,Si,Mn)N 및 AlN 형태의 질화물을 형성함으로써 강력한 결정립 성장 억제제의 역할을 수행할 수 있다.
Al 함량이 0.005% 미만일 경우, 질화물이 형성되는 개수와 부피가 상당히 낮은 수준이기 때문에 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없고, Al 함량이 0.04%를 초과할 경우, 조대한 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제력이 떨어질 수 있다.
Mn: 0.01 내지 0.2wt%
망간(Mn)은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 와전류손을 감소시킴으로써 전체 철손을 감소시키는 원소이다. 소강상태에서 S와 반응하여 Mn계 황화물을 만들 뿐만 아니라 Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로써 1차 재결정립의 성장을 억제하여 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. Mn 함량이 0.01% 미만일 경우, 석출물이 형성되는 개수와 부피가 낮은 수준이기 때문에 억제제로서의 충분한 효과를 기대할 수 없고, Mn 함량이 0.2%를 초과할 경우, 강판 표면에 Fe2SiO4 이외에 (Fe, Mn) 및 Mn 산화물이 다량 형성되어 고온 소둔 중에 형성되는 베이스코팅 형성을 방해하므로 표면품질을 저하시킬 수 있다. 고온 소둔공정에서 페라이트와 오스테나이트 간 상변태를 유발하기 때문에 집합조직이 심하게 훼손되어 자기적 특성이 크게 저하될 수 있다.
S: 0.01% 이하
황(S)은 함량이 0.01%를 초과할 경우, MnS의 석출물들이 슬라브 내에서 형성되어 결정립성장을 억제하게 되며, 주조 시, 슬라브 중심부에 편석하여 이후 공정에서의 미세조직을 제어하기가 어렵다. 따라서 MnS를 결정립성장 억제제로서 사용하지 않을 경우, S가 불가피하게 들어가는 함량 이상으로 첨가하지 않을 수 있다.
P: 0.005 내지 0.045%
인(P)은 결정립계에 편석하여 결정립계의 이동을 방해하고, 동시에 결정립 성장을 억제하는 보조적인 역할이 가능하며, 미세조직 측면에서 {110}<001>집합조직을 개선하는 효과가 있다.
P 함량이 0.005% 미만일 경우, 첨가효과가 미미하며, P 함량이 0.045%를 초과할 경우, 취성이 증가하여 압연성이 크게 나빠질 수 있다.
Sn: 0.03 내지 0.08%
주석(Sn)은 P와 마찬가지로 결정립계 편석원소로서 결정립계의 이동을 방해하는 원소이기 때문에 결정립 성장 억제제로서 알려져 있다. 본 발명의 소정의 Si함량 범위에서는 고온 소둔 시, 원활한 2차 재결정 거동을 위한 결정립 성장 억제력이 부족하기 때문에 결정립계에 편석함으로써 결정립계의 이동을 방해하는 Sn이 반드시 필요하다.
Sn 함량이 0.03% 미만일 경우, 자기적 특성의 향상 효과가 미미하였다. 반면, Sn 함량이 0.08%를 초과할 경우, 1차 재결정 소둔 구간에서 승온속도를 조절하거나 일정시간 유지하지 않으면 결정립 성자 억제력이 너무 강하여 안정적인 2차 재결정을 얻을 수 없다.
Sb: 0.01 내지 0.05%
안티몬(Sb)은 P와 같이 결정립계에 편석하여 결정립의 성장을 억제하는 효과가 있고, 2차 재결정을 안정화시키는 효과가 있다. 그러나 융점이 낮아서 1차 재결정 소둔 중, 표면으로의 확산이 용이하여 탈탄이나 산화층형성 및 질화에 의한 침질을 방해하는 효과가 있다. 따라서 Sb를 일정 수준 이상으로 첨가하면 탈탄을 방해하고 베이스코팅의 기초가 되는 산화층 형성을 억제하기 때문에 첨가의 상한이 있다.
Sb 함량이 0.01% 미만일 경우, 결정립 성장 억제효과가 미미하였다. 반면, Sb 함량이 0.05%를 초과할 경우, 결정립 성장 억제효과 및 표면으로의 확산이 심해져 오히려 안정적인 2차 재결정이 얻어지지 않을뿐더러 표면품질까지 나빠질 수 있다.
Cr: 0.01 내지 0.2%
크롬(Cr)은 열연판소둔판 내 경질상의 형성을 촉진하여 냉간 압연 시, {110}<001>집합조직의 형성을 촉진하고, 탈탄 소둔과정 중, C의 탈탄을 촉진함으로써 집합조직이 훼손되는 현상을 방지할 수 있도록 오스테나이트 상변태 유지시간을 감소시킬 수 있다. 탈탄 소둔과정 중, 형성되는 표면의 산화층 형성을 촉진시킴으로써 결정립 성장 보조 억제제로 사용되는 합금원소 중, Sn과 Sb로 인해 산화층 형성이 저해되는 단점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
Cr 함량이 0.01% 미만일 경우, 아예 없는 경우보다 상기의 효과가 미미하였다. Cr 함량이 0.2%를 초과할 경우, 탈탄 소둔과정 중, 오히려 산화층 형성이 열위하게 되고, 탈탄 및 침질까지 방해할 수 있다.
방향성 전기강판 제조방법
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조방법은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.02 내지 0.08%, N: 0.01% 이하(0%를 제외함), Co: 0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계, 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계, 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계, 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계 및 1차 재결정 소둔된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조방법에서 슬라브는 Al: 0.005 내지 0.04%, Mn: 0.01 내지 0.2%, S: 0.01% 이하, P: 0.005 내지 0.045%, Sn: 0.03 내지 0.08%, Sb: 0.01 내지 0.05% 및 Cr: 0.01 내지 0.2%를 더 포함할 수 있다.
슬라브의 조성에 대해서는 전술한 방향성 전기강판의 조성 한정 이유에 대해 구체적으로 설명하였으므로, 중복되는 설명을 생략한다. 방향성 전기강판의 제조 과정에서 C, N을 제외한 나머지 성분들은 실질적으로 변동되지 않는다.
먼저, 슬라브를 가열한다. 슬라브를 재가열 시, 1250℃ 이하로 가열할 수 있다. 이로 인해 고용되는 Al과 N, M과 S의 화학당량적 관계에 따라 Al계 질화물이나 Mn계 황화물의 석출물이 불완전용체화 내지 완전용체화되도록 할 수 있다.
다음으로, 슬라브의 가열이 완료되면 통상의 열간 압연을 행하고, 열연판의 두께는 1.0 내지 3.5mm가 되도록 한다. 이후, 열연판 소둔을 실시하거나 혹은 생략한 후, 1회의 냉간 압연 내지 중간소둔을 포함한 2회이상의 냉간 압연을 실시하고, 냉연판의 두께는 0.1 내지 0.5mm가 되도록 한다.
냉간 압연된 강판은 탈탄과 변형된 조직의 재결정 및 암모니아가스를 사용한 질화처리를 수행하게 된다. 그리고 암모니아가스를 사용하여 강판에 질소이온을 도입하여 억제제인 (Al,Si,Mn)N, AlN 등을 석출하는데 있어서 탈탄 및 재결정을 마치고 암모니아가스를 사용하여 질화처리하거나 혹은 탈탄과 동시에 질화처리를 같이 할 수 있도록 암모니아가스를 동시에 사용하는 방법 어느 것이나 본 발명의 효과를 발휘하는데 문제가 없다. 탈탄처리와 재결정 및 질화처리에 있어서 강판의 소둔온도는 800 내지 950℃의 범위에서 열처리할 수 있다.
강판의 소둔온도가 800℃ 미만일 경우, 탈탄하는데 시간이 많이 걸리게 되며, 950℃를 초과할 경우, 재결정립들이 조대하게 성장하여 결정성장 구동력이 떨어지므로 안정된 2차 재결정이 형성되지 않는다. 그리고 소둔시간은 본 발명의 효과를 발휘하는데 크게 문제가 되지 않지만 생산성을 감안하여 5분 이내로 조절할 수 있다.
탈탄 질화 소둔된 강판을 탈탄 질화 소둔 열처리가 종료되기 직전 내지 이후, 환원성 분위기에서 강판의 표면에 형성된 외부산화층에 존재하는 산화층 중 일부 내지 전부를 환원시켜 제거한 후, 강판에 MgO를 기본으로 하는 소둔분리제를 도포한다. 이후, 장시간 최종 소둔하여 2차 재결정을 일으킴으로써 강판의 {110}면이 압연면에 평행하고, <001>방향이 압연방향에 평행한 {110}<001> 집합조직을 형성시킬 수 있다.
이후, 2차 재결정 소둔하는 단계에서 1차 재결정 소둔 온도 이상, 1210℃ 이하의 온도에서 2차 재결정을 완료할 수 있다. 2차 재결정 소둔의 목적은 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 탈탄 시에 형성된 산화층과 MgO의 반응에 의한 유리질 피막형성으로 절연성 부여 및 자기특성을 해치는 불순물의 제거이다. 2차 재결정 소둔은 2차 재결정이 일어나기 전의 승온구간에서 질소와 수소의 혼합가스로 유지하여 입자성장 억제제인 질화물을 보호함으로써 2차 재결정이 잘 발달할 수 있도록 하고, 2차 재결정이 완료된 후, 100% 수소분위기에서 장시간 유지하여 불순물을 제거한다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
중량%로, C: 0.05%, N: 0.0042%, Al: 0.028wt%, P: 0.028wt%, S: 0.004wt%, Sn: 0.07wt%, Sb: 0.028wt%, Cr: 0.03wt%를 포함하고, 하기의 표 1과 같이 Si 및 Co를 함유하는 슬라브를 1150℃의 온도로 가열한 다음, 두께 2.3mm로 열간 압연하였다. 열연판은 1085℃의 온도로 가열한 후, 920℃에서 160초 동안 유지하고 물에 급냉하였다. 열연판 소둔 이후, 산세한 다음, 0.23mm 두께로 1회 압연하였다. 냉간 압연된 판은 860℃의 온도로 습한 수소와 질소 및 암모니아 혼합가스분위기 속에서 200초간 유지하여 탄소함량이 30ppm, 질소함량이 170ppm이 되도록 동시 탈탄 질화 소둔 열처리하였다.
이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 2차 재결정 소둔하였고, 2차 재결정 소둔은 1200℃까지는 25%질소+75%수소의 혼합분위기로 하였고, 1200℃ 도달후에는 100%수소분위기에서 10시간 이상 유지 후, 노냉하였다. 각각의 조건에 대하여 자기적 특성을 측정한 값은 하기의 표 1과 같다.
Si (wt%) Co (wt%) 철손
(W17/50, W/kg)		 자속밀도
(B8, Tesla)		 구분
3.33 0 0.828 1.9 비교예1
3.33 0.0045 0.829 1.904 비교예2
3.33 0.0136 0.795 1.927 발명예1
3.33 0.0237 0.789 1.932 발명예2
3.33 0.048 0.776 1.936 발명예3
3.33 0.0981 0.782 1.939 발명예4
3.33 0.116 0.879 1.899 비교예3
3.33 0.14 0.87 1.892 비교예4
3.33 0.208 0.866 1.881 비교예5
3.33 0.283 0.866 1.88 비교예6
3.38 0 0.824 1.902 비교예7
3.38 0.0035 0.83 1.901 비교예8
3.38 0.0143 0.788 1.931 발명예5
3.38 0.0233 0.78 1.927 발명예6
3.38 0.0473 0.778 1.934 발명예7
3.38 0.082 0.784 1.937 발명예8
3.38 0.117 0.872 1.899 비교예9
3.38 0.147 0.874 1.894 비교예10
3.38 0.21 0.875 1.881 비교예11
3.38 0.284 0.874 1.871 비교예12
3.41 0 0.821 1.903 비교예13
3.41 0.0033 0.846 1.90 비교예14
3.41 0.0143 0.784 1.93 발명예9
3.41 0.0241 0.778 1.922 발명예10
3.41 0.0474 0.764 1.939 발명예11
3.41 0.0836 0.778 1.933 발명예12
3.41 0.11 0.864 1.899 비교예15
3.41 0.151 0.859 1.892 비교예16
3.41 0.172 0.86 1.881 비교예17
3.41 0.283 0.855 1.878 비교예18
3.43 0 0.822 1.903 비교예19
3.43 0.0042 0.855 1.897 비교예20
3.43 0.0132 0.788 1.93 발명예13
3.43 0.0243 0.779 1.924 발명예14
3.43 0.0479 0.759 1.932 발명예15
3.43 0.0901 0.778 1.934 발명예16
3.43 0.118 0.855 1.898 비교예21
3.43 0.15 0.85 1.892 비교예22
3.43 0.19 0.868 1.884 비교예23
3.43 0.284 0.863 1.874 비교예24
3.46 0 0.814 1.902 비교예25
3.46 0.0033 0.853 1.899 비교예26
3.46 0.0131 0.783 1.935 발명예17
3.46 0.025 0.771 1.93 발명예18
3.46 0.0476 0.774 1.939 발명예19
3.46 0.0893 0.775 1.937 발명예20
3.46 0.114 0.856 1.899 비교예27
3.46 0.157 0.858 1.896 비교예28
3.46 0.194 0.864 1.886 비교예29
3.46 0.241 0.865 1.88 비교예30
상기 표 1에서 철손(W17/50)은 50Hz주파수에서 1.7Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연수직방향의 평균 손실(W/kg)이고, 자속밀도(B8)은 800A/m의 자기장을 부가하였을 때, 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)이다.
상기 표 1에서 확인할 수 있는 것과 같이, 발명예 1 내지 20의 경우, 본 발명의 조성범위를 모두 만족하고, Co의 함량이 0.005 내지 0.1 중량%를 만족하였으며, 철손 및 자속밀도가 우수한 효과를 보였다.
반면, 비교예 1, 비교예 2, 비교예 7, 비교예 8, 비교예 13, 비교예 14, 비교예 19, 비교예 20. 비교예 25 및 비교예 26의 경우, Co의 함량이 0.005% 미만 첨가되어 철손 및 자속밀도가 발명예보다 좋지 못한 결과를 나타냈다.
한편, 비교예 3 내지 6, 비교예 9 내지 12, 비교예 15 내지 18, 비교예 21 내지 24, 비교예 27 내지 30의 경우, Co의 함량이 0.1%을 초과하여 철손 및 자속밀도가 발명예보다 좋지 못한 결과를 나타냈다.
본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (7)

  1. 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.005% 이하(0%를 제외함), N: 0.001 내지 0.05%, Co: 0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    Al: 0.005 내지 0.04%, Mn: 0.01 내지 0.2%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함), P: 0.005 내지 0.045%, Sn: 0.03 내지 0.08%, Sb: 0.01 내지 0.05% 및 Cr: 0.01 내지 0.2%를 더 포함하는 방향성 전기강판.
  3. 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, C: 0.02 내지 0.08%, N: 0.01% 이하(0%를 제외함), Co: 0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및
    상기 1차 재결정 소둔된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬라브는,
    Al: 0.005 내지 0.04%, Mn: 0.01 내지 0.2%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함), P: 0.005 내지 0.045%, Sn: 0.03 내지 0.08%, Sb: 0.01 내지 0.05% 및 Cr: 0.01 내지 0.2%를 더 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 슬라브를 가열하는 단계에서,
    1250℃ 이하로 가열하는 방향성 전기강판 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔하는 단계에서,
    800 내지 950℃로 1차 재결정 소둔하는 방향성 전기강판 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 2차 재결정 소둔하는 단계에서,
    상기 1차 재결정 소둔 온도 이상, 1210℃ 이하의 온도에서 2차 재결정을 완료하는 방향성 전기강판 제조방법.
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