KR20210138072A

KR20210138072A - 방향성 전자 강판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20210138072A
Application number: KR1020217033365A
Authority: KR
Inventors: 유이코 에하시; 유키히로 신가키; 히로카즈 스기하라; 소시 요시모토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2021-11-18
Also published as: KR20240035910A; EP3960887A1; EP3960887A4; JP6813143B1; US20220042137A1; CN113710822B; JPWO2020218328A1; CN113710822A; WO2020218328A1; EP3960887B1

Abstract

mass％ 로, C : 0.020 ∼ 0.10 ％, Si : 2.0 ∼ 4.0 ％, Mn : 0.005 ∼ 0.50 ％ 를 함유하고, Al : 0.010 ％ 미만, N, S 및 Se 를 각각 0.0050 ％ 미만 함유하는 강 슬래브를 1280 ℃ 이하의 온도로 가열한 후, 열간 압연하고, 열연판 어닐링하고, 1 회의 냉간 압연 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연하고, 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링하고, 강판 표면에 어닐링 분리제를 도포한 후, 마무리 어닐링하고, 평탄화 어닐링하여 방향성 전자 강판을 제조할 때, 상기 열연판 어닐링 및 중간 어닐링 중 어느 하나 이상의 어닐링에 있어서, 최고 도달 온도로부터의 냉각 과정의 800 ℃ 에서 300 ℃ 까지를, 평균 냉각 속도 200 ℃/s 이상으로 급속 냉각시킴으로써, 자기 특성이 우수한 방향성 전자 강판을 안정적으로 얻는다.

Description

방향성 전자 강판의 제조 방법

본 발명은, 변압기의 철심 재료 등에 사용하여 적합한 방향성 전자 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

방향성 전자 강판은, 변압기나 발전기 등의 철심 재료로서 사용되는 연자성 재료이며, 철의 자화 용이축인 ＜001＞ 방위가 강판의 압연 방향으로 고도로 갖추어진 결정 조직을 갖기 때문에, 자기 특성이 우수한 것이 특징이다. 상기의 결정 조직은, 방향성 전자 강판의 제조 공정의 마무리 어닐링에 있어서, 이른바 고스 (Goss) 방위라고 칭해지는 {110} ＜001＞ 방위의 결정립을 우선적으로 2 차 재결정시키고, 거대 성장시킴으로써 형성된다.

상기 2 차 재결정을 일으키게 하는 방법으로는, 인히비터라고 불리는 석출물을 이용하는 기술이 일반적으로 사용되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 인히비터로서 AlN 이나 MnS 를 이용하는 방법이, 또, 특허문헌 2 에는, 인히비터로서 MnS 나 MnSe 를 이용하는 방법이 개시되어 있으며, 공업적으로 실용화되어 있다.

그러나, 이들 인히비터를 사용하는 방법은, 안정적으로 2 차 재결정립을 발달시키기에는 매우 유용한 방법이지만, 인히비터를 강 (鋼) 중에 미세 분산시키기 위해서, 1300 ℃ 이상의 고온으로 슬래브를 가열하고, 인히비터 형성 성분을 한 번 고용시키는 것이 필요하다. 또, 인히비터 형성 성분은, 2 차 재결정 후에 있어서는 자기 특성을 열화시키는 원인으로 되기 때문에, 분위기를 제어한 1100 ℃ 이상의 고온하에서, 지철 (地鐵) 중으로부터 인히비터 등의 석출물 및 개재물을 제거하는 순화 처리를 실시할 필요가 있다.

한편, 특허문헌 3 등에는, 인히비터 형성 성분을 함유하지 않는 소재를 사용하여 2 차 재결정을 일으키고, 고스 방위 입 (粒) 을 발달시키는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 인히비터 성분과 같은 불순물을 최대한 배제함으로써, 1 차 재결정립이 갖는 입계 에너지의 입계 방위차각 의존성을 현재화시켜, 인히비터를 사용하지 않고 Goss 방위 입에 2 차 재결정을 일으키게 하는 기술이며, 그 효과는 「텍스처 인히비전 효과」 라고 불리고 있다. 이 방법은, 인히비터의 강 중에 대한 미세 분산이 필요하지 않기 때문에, 필수였던 고온 슬래브 가열도 불필요해지기 때문에, 연료 비용이나 설비의 메인터넌스의 면에서도 큰 메리트를 갖는다.

그러나, 인히비터 형성 성분을 함유하지 않는 소재를 사용하는 방법은, 인히비터를 이용하고 있지 않은 만큼, 집합 조직의 제어가 매우 중요해진다. 집합 조직을 제어하는 기술로는, 예를 들어 특허문헌 4 에는, 열연판 어닐링의 냉각 속도를 빠르게 함으로써 냉각 중에 석출하는 탄화물을 제어하고, 냉간 압연 후의 1 차 재결정 어닐링 판의 집합 조직을 개선하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 특허문헌의 실시예에 있어서의 냉각 속도는 70 ℃/s 까지이고, 100 ℃/s 이상과 같은 급속 냉각은 실시되고 있지 않다. 이것은, 탄화물의 제어에는, 100 ℃/s 미만의 냉각 속도로 충분하다고 생각되고 있었던 것과, 또, 그 이상의 냉각 속도를 실현할 수 있는 냉각 장치가 존재하지 않았기 때문인 것으로 추측된다.

그러나, 최근, 박(薄)강판의 냉각 기술의 개발이 진행되고 있으며, 예를 들어 특허문헌 5 에는, 금속판을 연속적으로 통판 (通板) 하면서 어닐링을 실시하는 연속 어닐링 설비에 있어서, 급랭 ??칭 시에 금속판에 발생하는 형상 불량을 억제하면서, 금속판의 냉각 속도의 저하를 억제할 수 있는 급랭 ??칭 장치가 개시되어 있다. 이 급랭 ??칭 장치는, 급속 냉각시킴으로써 조직을 제어하고, 원하는 강도의 고강도 강판을 얻고자 하는 것이다. 그러나, 방향성 전자 강판에서는, 고강도를 얻을 필요가 없기 때문에, 상기의 급속 냉각이 적용되는 경우는 없었다.

일본 특허공보 소40-015644호 일본 특허공보 소51-013469호 일본 공개특허공보 2000-129356호 일본 공개특허공보 2012-077380호 일본 공개특허공보 2018-066065호

그래서, 본 발명의 목적은, 인히비터 형성 성분을 함유하고 있지 않은 소재를 사용한 방향성 전자 강판의 제조에 상기 급속 냉각 기술을 적용하여, 제조성이나 제조 비용면에서의 우위성을 유지하면서, 자기 특성이 우수한 방향성 전자 강판을 안정적으로 얻을 수 있는 방향성 전자 강판의 제조 방법을 제안하는 것에 있다.

발명자들은, 열연판 어닐링 등의 냉각 속도가, 방향성 전자 강판의 자기 특성에 미치는 영향에 대해서 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 인히비터 형성 성분을 함유하고 있지 않은 소재를 사용한 방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서, 냉간 압연 전의 열연판 어닐링이나 중간 어닐링 등의 냉각 속도를 종래 기술보다 높임으로써, 구체적으로는, 800 ℃ 에서 300 ℃ 까지의 냉각 속도를 200 ℃/s 이상으로 높임으로써, 냉간 압연에 있어서의 전위의 미끄러짐계가 변화하여 1 차 재결정 집합 조직이 개선되는 결과, 자기 특성이 크게 향상되는 것을 알아내어, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, C : 0.020 ∼ 0.10 mass％, Si : 2.0 ∼ 4.0 mass％, Mn : 0.005 ∼ 0.50 mass％ 를 함유하고, 또한, Al : 0.010 mass％ 미만, N, S 및 Se 를 각각 0.0050 mass％ 미만 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 1280 ℃ 이하의 온도로 가열한 후, 열간 압연하여 열연판으로 하고, 열연판 어닐링을 실시한 후, 1 회의 냉간 압연 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연하여 최종 판두께의 냉연판으로 하고, 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링하고, 강판 표면에 어닐링 분리제를 도포한 후, 마무리 어닐링하고, 평탄화 어닐링하는 일련의 공정으로 이루어지는 방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서, 상기 열연판 어닐링 및 중간 어닐링 중 어느 하나 이상의 어닐링에 있어서, 최고 도달 온도로부터의 냉각 과정의 800 ℃ 에서 300 ℃ 까지를, 평균 냉각 속도 200 ℃/s 이상으로 급속 냉각시키는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법을 제안한다.

본 발명의 상기 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 상기 급속 냉각에 이어서, 300 ℃ 에서 100 ℃ 까지를, 평균 냉각 속도를 5 ∼ 40 ℃/s 의 범위에서 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 상기 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 상기 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 500 ∼ 700 ℃ 사이의 승온 속도를 500 ℃/s 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 상기 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 상기 마무리 어닐링의 가열 과정에 있어서, 800 ∼ 950 ℃ 사이의 임의의 온도에서 5 ∼ 200 hr 유지하는 보정 (保定) 처리한 후, 또는, 800 ∼ 950 ℃ 사이를 평균 승온 속도 5 ℃/hr 이하로 가열하여 2 차 재결정을 발현시키고, 추가로, 1100 ℃ 이상의 온도까지 가열하여 2 차 재결정을 완료시킨 후, 그 온도에 2 hr 이상 유지하여 순화 처리하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 상기 방향성 전자 강판의 제조 방법에 사용하는 상기 강 슬래브는, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Cr : 0.01 ∼ 0.50 mass％, Cu : 0.01 ∼ 0.50 mass％, Ni : 0.01 ∼ 0.50 mass％, Bi : 0.005 ∼ 0.50 mass％, B : 0.0002 ∼ 0.0025 mass％, Nb : 0.0010 ∼ 0.0100 mass％, Sn : 0.010 ∼ 0.400 mass％, Sb : 0.010 ∼ 0.150 mass％, Mo : 0.010 ∼ 0.200 mass％, P : 0.010 ∼ 0.150 mass％, V : 0.0005 ∼ 0.0100 mass％ 및 Ti : 0.0005 ∼ 0.0100 mass％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 인히비터 형성 성분을 함유하고 있지 않은 소재를 사용하여, 제조성이나 제조 비용면에서의 우위성을 유지하면서, 자기 특성이 우수한 방향성 전자 강판을, 저렴하게 또한 안정적으로 제조할 수 있기 때문에, 산업상 발휘하는 효과는 크다.

먼저, 본 발명을 발명하는 계기가 된 실험에 대해서 설명한다.

＜실험 1＞

C : 0.045 mass％, Si : 3.0 mass％, Mn : 0.05 mass％, Al : 0.0050 mass％, N : 0.0030 mass％ 및 S : 0.0020 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 강을 진공 용해로에서 용제하고, 주조하여 강괴로 한 후, 그 강괴를 1250 ℃ 의 온도로 가열하고, 열간 압연하여 판두께 2.0 ㎜ 의 열연판으로 하였다. 이어서, 상기 열연판에, 최고 도달 온도를 1000 ℃ 로 하는 열연판 어닐링을 실시하였다. 그 때, 열연판 어닐링의 1000 ℃ 로부터 실온까지의 냉각 과정을, 표 1 에 나타낸 바와 같이, 1000 ∼ 800 ℃ 사이, 800 ∼ 300 ℃ 사이 및 300 ∼ 100 ℃ 사이의 3 구간으로 나누고, 각각의 구간의 평균 냉각 속도를 변화시켜 냉각시켰다. 그 후, 냉간 압연하여 판두께 0.23 ㎜ 의 냉연판으로 마무리한 후, 50 vol％ H₂ - 50 vol％ N₂, 노점 50 ℃ 의 습윤 분위기하에서, 균열 온도 850 ℃ × 균열 시간 100 s 의 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링을 실시하였다. 이어서, MgO 를 주체로 하는 어닐링 분리제를 강판 표면에 도포한 후, 800 ℃ ∼ 950 ℃ 사이를 30 ℃/hr 의 승온 속도로 가열 (보정 없음) 하여 2 차 재결정을 발현시키고, 계속해서, 950 ∼ 1050 ℃ 사이를 20 ℃/hr 의 승온 속도로 1200 ℃ 까지 가열하여 2 차 재결정을 완료시킨 후, 수소 분위기하에서 그 온도에 5 hr 유지하는 순화 처리하는 마무리 어닐링을 실시하였다.

이렇게 하여 얻은 마무리 어닐링 후의 강판으로부터 샘플을 채취하고, 자속 밀도 B₈ (800 A/m 으로 여자했을 때의 자속 밀도) 을 JIS C2550 에 기재된 방법으로 측정하고, 그 결과를 표 1 에 병기하였다. 이 결과로부터, 열연판 어닐링의 냉각 과정에 있어서, 800 ℃ 에서 300 ℃ 까지의 평균 속도를 200 ℃/s 이상으로 급속 냉각시킴으로써, 자속 밀도가 크게 향상되는 것을 알 수 있었다.

인히비터 형성 성분을 함유하고 있지 않은 소재를 사용한 경우에, 상기한 바와 같이, 열연판 어닐링의 냉각 과정에서 800 에서 300 ℃ 까지의 평균 냉각 속도를 200 ℃/s 이상으로 높임으로써 자속 밀도가 향상되는 메커니즘은, 아직 충분히 밝혀져 있지는 않지만, 발명자들은 이하와 같이 생각하고 있다.

열연판 어닐링의 냉각 과정의 800 내지 300 ℃ 의 온도역은, 탄화물의 석출 상태에 크게 영향을 미치는 온도역이며, 종래, 고용 C 의 증가 혹은 미세 탄화물의 증가를 목적으로 하여 100 ℃/s 정도까지의 냉각을 실시해 왔다. 그러나, 이번 자기 특성 향상 메커니즘은, 상기 고용 C 혹은 미세 탄화물의 증가에 의한 것과는 상이한 것으로 생각되고 있다.

열연판 어닐링을 실시한 강판은, 탈탄 어닐링 (1 차 재결정 어닐링) 공정 전이고, C 함유량이 높기 때문에, 어닐링에서의 가열에 의해 일부가 역변태를 일으켜, α 상에서 γ 상으로 변화한다. 변태한 γ 상과 주위의 α 상은 결정 구조가 상이하고 (γ 상이 FCC, α 상이 BCC), 열팽창률도 상이하다. 이와 같은 상태로부터, 200 ℃/s 이상으로 급속 냉각을 실시하면, 과냉각에 의해 γ 상은 α 상으로 변태하지 않고, 그대로 수축하여 잔류한다. 그 때문에, 열팽창 계수의 차이에 의해, γ 상과 α 상의 상 계면은, 통상과는 상이한 변형이 발생한다. 그 결과, 다음 공정의 냉간 압연에 있어서의 전위의 미끄러짐계가 변화하고, 1 차 재결정 어닐링 (탈탄 어닐링) 후의 강판의 {411} 방위 입이 증가하고, 집합 조직이 개선됨으로써, 자기 특성이 향상된 것으로 생각되고 있다. 또한, 100 ℃/s 이하의 냉각 속도로도 상 계면에 변형은 발생하는 것으로 생각되지만, 냉각 속도가 느린 만큼, 변형이 해소되기 쉽고, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않았던 것으로 생각된다.

한편, 상기 급속 냉각에 이어지는 300 ℃ 에서 100 ℃ 까지의 냉각에 대해서는, 평균 냉각 속도 5 ∼ 40 ℃/s 의 범위에서 추가적인 자기 특성의 향상이 확인되었다. 이것은, 상기와 같은 완속 냉각을 실시함으로써, 잔류한 γ 상이 마텐자이트 변태를 일으켜 더욱 높은 변형이 도입되어, 1 차 재결정 집합 조직이 보다 개선된 것에 의한 것으로 생각되고 있다. γ 상이 급랭에 의해 마텐자이트 변태하는 것은 주지이지만, 200 ℃/s 이상의 급속 냉각으로 100 ℃ 미만까지 냉각시킨 경우에는, γ 상인 채로 과냉각되기 때문에, 오히려, 마텐자이트 변태조차도 발생하기 어려워진 것으로 생각되고 있다.

＜실험 2＞

C : 0.060 mass％, Si : 3.2 mass％, Mn : 0.1 mass％, Al : 0.080 mass％, N : 0.0045 mass％, S : 0.0010 mass％ 및 Se : 0.0030 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 강을 진공 용해로에서 용제하고, 주조하여 강괴로 한 후, 그 강괴를 1200 ℃ 의 온도로 가열하고, 열간 압연하여 판두께 2.5 ㎜ 의 열연판으로 하였다. 이어서, 상기 열연판에, 최고 도달 온도를 1050 ℃ 로 하는 열연판 어닐링을 실시하고, 1 회째 냉간 압연하여 중간 판두께 1.5 ㎜ 로 하고, 최고 도달 온도를 1050 ℃ 로 하는 중간 어닐링을 실시하였다. 이 때, 상기 중간 어닐링의 1050 ℃ 로부터 실온까지의 냉각 과정에 있어서의 1050 ∼ 800 ℃ 사이의 평균 냉각 속도를 10 ℃/s, 300 ∼ 100 ℃ 의 평균 냉각 속도를 30 ℃/s 로 하고, 상기 온도역간의 800 ∼ 300 ℃ 사이의 평균 냉각 속도를 표 2 와 같이 다양하게 변화시켜 냉각시켰다. 그 후, 2 회째 냉간 압연 (최종 냉간 압연) 하여 최종 판두께 0.20 ㎜ 의 냉연판으로 마무리한 후, 50 vol％ H₂ - 50 vol％ N₂, 노점 60 ℃ 의 습윤 분위기하에서, 균열 온도 860 ℃ × 균열 시간 120 s 의 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링을 실시하였다. 이 때, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 500 ∼ 700 ℃ 사이의 평균 승온 속도를 300 ℃/s, 500 ℃/s 및 1000 ℃/s 의 3 수준으로 변화시켰다. 이어서, 상기 1 차 재결정 어닐링 후의 강판 표면에, MgO 를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포한 후, 800 ∼ 950 ℃ 사이를 30 ℃/hr 의 승온 속도로 가열 (보정 없음) 하여 2 차 재결정을 발현시키고, 계속해서, 950 ∼ 1050 ℃ 사이를 20 ℃/hr 의 승온 속도로 1200 ℃ 까지 가열하여 2 차 재결정을 완료시킨 후, 수소 분위기하에서 그 온도에 5 hr 유지하여 순화 처리하는 마무리 어닐링을 실시하였다.

이렇게 하여 얻은 마무리 어닐링 후의 강판으로부터 샘플을 채취하고, 자속 밀도 B₈ (800 A/m 으로 여자했을 때의 자속 밀도) 을 JIS C2550 에 기재된 방법으로 측정하고, 그 결과를 표 2 에 병기하였다. 이 결과로부터, 중간 어닐링의 냉각 과정에 있어서, 800 ℃ 에서 300 ℃ 까지의 평균 속도를 200 ℃/s 이상으로 급속 냉각시키고, 이어지는 냉간 압연 후의 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 500 ∼ 700 ℃ 사이의 승온 속도를 500 ℃/s 이상으로 함으로써, 자속 밀도가 크게 향상되는 것을 알 수 있었다.

상기와 같이, 중간 어닐링의 냉각 과정에서 800 ℃ 에서 300 ℃ 까지의 평균 냉각 속도를 200 ℃/s 이상으로 높이고, 또한, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에서 500 ∼ 700 ℃ 의 승온 속도를 500 ℃/s 이상으로 함으로써 자속 밀도가 대폭 향상되는 메커니즘은, 아직 충분히 밝혀져 있지는 않지만, 발명자들은 이하와 같이 생각하고 있다.

중간 어닐링의 냉각 과정에서 800 에서 300 ℃ 까지의 평균 냉각 속도를 200 ℃/s 이상으로 높인 경우, γ 상과 α 상의 상 계면에 통상과는 상이한 변형이 발생하는 것으로 생각되는 것은 상기 ＜실험 1＞ 에서 서술한 바와 같다. 이와 같은 상태에서 냉간 압연을 실시하면, 통상과는 상이한 변형대 (變形帶) 가 발생하는 것으로 생각된다. 이 변형대는, 재결정 온도가 높은 {411} 방위 입이 핵 생성하기 쉬운 변형대이며, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 승온 속도를 500 ℃/s 이상이라고 하는 매우 빠른 승온 속도로 함으로써, {411} 방위 입이 보다 증가하여 집합 조직이 개선되어 자기 특성이 대폭 향상된 것으로 생각되고 있다.

본 발명은, 상기의 신규 지견에 기초하여 개발한 것이다.

다음으로, 본 발명의 방향성 전자 강판의 제조에 사용하는 강 소재 (슬래브) 의 성분 조성의 한정 이유에 대해서 설명한다.

C : 0.020 ∼ 0.10 mass％

C 는, 0.020 mass％ 에 미치지 못하면, 주조 시나 열연 시에 조직이 α 단상으로 되기 때문에, 강이 취화 (脆化) 하여, 슬래브에 균열이 발생하거나, 열연 후의 강판 에지에 균열이 발생하거나 하여, 제조에 지장을 초래하게 된다. 한편, 0.10 mass％ 를 초과하면, 탈탄 어닐링에 있어서, 자기 시효가 일어나지 않는 0.005 mass％ 이하로 저감하는 것이 곤란해진다. 따라서, C 는 0.020 ∼ 0.10 mass％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.025 ∼ 0.050 mass％ 의 범위이다.

Si : 2.0 ∼ 4.0 mass％

Si 는, 강의 비저항을 높여, 철손 (鐵損) 을 개선하기 위해서 필요한 원소이지만, 2.0 mass％ 미만에서는 상기 효과가 충분하지 않고, 한편, 4.0 mass％ 를 초과하면, 강의 가공성이 저하되어, 압연하여 제조하는 것이 곤란해진다. 따라서, Si 는 2.0 ∼ 4.0 mass％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 2.5 ∼ 3.8 mass％ 의 범위이다.

Mn : 0.005 ∼ 0.50 mass％

Mn 은, 강의 열간 가공성을 개선하기 위해서 필요한 원소이지만, 0.005 mass％ 미만에서는 상기 효과가 충분하지 않고, 한편, 0.50 mass％ 를 초과해서 첨가하면, 제품판의 자속 밀도가 저하되게 된다. 따라서, Mn 은 0.005 ∼ 0.50 mass％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.03 ∼ 0.20 mass％ 의 범위이다.

Al : 0.010 mass％ 미만, N, S 및 Se 를 각각 0.0050 mass％ 미만

본 발명은, 인히비터 형성 성분을 함유하고 있지 않은 강 소재를 사용하여 방향성 전자 강판을 제조하기 위해서, 인히비터 형성 성분인 Al, N, S 및 Se 의 함유량은, 극력 저감할 필요가 있다. 그래서, 본 발명에서는, Al : 0.010 mass％ 미만, N, S 및 Se 는 각각 0.0050 mass％ 미만으로 제한한다. 바람직하게는, Al : 0.007 mass％ 미만, N : 0.0040 mass％ 미만, S 및 Se : 각각 0.0030 mass％ 미만이다.

본 발명의 방향성 전자 강판의 제조에 사용하는 강 소재 (슬래브) 는, 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 자기 특성의 향상을 목적으로 하여, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Cr : 0.01 ∼ 0.50 mass％, Cu : 0.01 ∼ 0.50 mass％, Ni : 0.01 ∼ 0.50 mass％, Bi : 0.005 ∼ 0.50 mass％, B : 0.0002 ∼ 0.0025 mass％, Nb : 0.0010 ∼ 0.0100 mass％, Sn : 0.010 ∼ 0.400 mass％, Sb : 0.010 ∼ 0.150 mass％, Mo : 0.010 ∼ 0.200 mass％, P : 0.010 ∼ 0.150 mass％, V : 0.0005 ∼ 0.0100 mass％ 및 Ti : 0.0005 ∼ 0.0100 mass％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 적절히 함유할 수 있다. 상기 각 원소는, 방향성 전자 강판의 자기 특성을 향상시키는 효과를 갖고 있지만, 함유량이 상기 하한값보다 낮으면, 충분한 자기 특성 향상 효과를 얻을 수 없다. 한편, 함유량이 상기 상한값을 초과하면, 2 차 재결정립의 발달이 저해되게 되어, 오히려 자기 특성이 열화 할 우려가 있다.

다음으로, 본 발명의 방향성 전자 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 방향성 전자 강판은, 상기에 설명한 성분 조성을 갖는 강 소재 (슬래브) 를 소정의 온도로 가열한 후, 열간 압연하여 열연판으로 하고, 열연판 어닐링을 실시한 후, 1 회의 냉간 압연 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연하여 최종 판두께의 냉연판으로 하고, 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링을 실시하여, 강판 표면에 어닐링 분리제를 도포한 후, 2 차 재결정시킨 후, 순화 처리하는 마무리 어닐링하고, 평탄화 어닐링하는 일련의 공정으로 이루어지는 방향성 전자 강판의 제조 방법으로 제조할 수 있다.

상기 강 소재 (슬래브) 는, 통상적인 방법의 정련 프로세스에서, 상기에 설명한 성분 조성으로 조정한 강을 용제한 후, 통상적인 방법의 연속 주조법 또는 조괴 - 분해 압연법으로 제조할 수 있다. 또, 100 ㎜ 이하 두께의 박주편 (薄鑄片) 을 직접 주조법으로 제조해도 된다.

이어서, 상기 슬래브는, 소정의 온도로 가열한 후, 소정의 판두께의 열연판으로 하는 열간 압연에 제공한다. 상기 슬래브의 가열 온도는, 본 발명에서는 인히비터 형성 성분을 함유하고 있지 않은 강 소재를 사용하고 있기 때문에, 인히비터를 고용시키기 위한 고온 가열은 불필요하고, 1280 ℃ 이하이면 충분하다. 바람직하게는 1250 ℃ 이하이다. 또, 가열 온도의 하한은, 열간 압연에 있어서의 가공성을 확보할 수 있는 온도이면 되고, 1100 ℃ 이상인 것이 바람직하다.

이어서, 상기 열간 압연하여 얻은 열연판은, 열연판 조직을 완전하게 재결정시키는 목적으로, 열연판 어닐링을 실시한다. 이 열연판 어닐링의 최고 도달 온도는, 상기 효과를 확실하게 얻는 관점에서, 950 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1000 ℃ 이상이다. 한편, 최고 도달 온도가 1150 ℃ 를 초과하면, 열연판 어닐링 후의 결정립이 조대화 (粗大化) 하여, 정립 (整粒) 의 1 차 재결정 조직을 얻는 것이 어려워지므로, 1150 ℃ 이하로 제한한다. 보다 바람직하게는 1100 ℃ 이하이다. 또한, 최고 도달 온도로 유지하는 시간은, 열연판 어닐링의 효과를 충분히 얻기 위해서, 및, 생산성을 확보하는 관점에서 5 ∼ 300 s 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 열연판 어닐링 후의 열연판은, 산 세정하여 탈스케일한 후, 1 회의 냉간 압연 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연하여 최종 판두께의 냉연판으로 한다. 여기서, 2 회 이상의 냉간 압연을 실시할 때에 중간 어닐링에 있어서의 어닐링 온도는, 1000 ∼ 1150 ℃ 의 범위로 하는 것이 바람직하다, 1000 ℃ 미만에서는, 완전하게 재결정시키는 것이 어렵고, 한편, 어닐링 온도가 1150 ℃ 를 초과하면, 어닐링 후의 결정립이 조대화하여, 정립의 1 차 재결정 조직을 얻는 것이 어려워지기 때문이다. 보다 바람직하게는 1020 ∼ 1100 ℃ 의 범위이다. 또한, 중간 어닐링의 균열 시간은, 어닐링 효과를 충분히 얻기 위해서, 및, 생산성을 확보하는 관점에서 5 ∼ 300 s 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 본 발명에 있어서 가장 중요한 것은, 냉간 압연 전의 어닐링에 있어서, 구체적으로는, 열연판 어닐링 및 중간 어닐링 중 어느 하나 이상의 어닐링에 있어서, 최고 도달 온도 (균열 온도) 로부터의 냉각 과정의 800 ∼ 300 ℃ 사이를, 평균 냉각 속도 200 ℃/s 이상의 급속 냉각을 실시할 필요가 있다는 것이다. 전술한 바와 같이, 이 온도역의 평균 냉각 속도를 200 ℃/s 이상으로 함으로써, 냉각 후의 강판 내에 큰 변형이 도입되고, 1 차 재결정 어닐링 후의 강판의 집합 조직이 개선되는 결과, 제품판의 자기 특성을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는 300 ℃/s 이상이다. 이 냉각 속도를 공업적으로 실현하기 위해서는, 전술한 특허문헌 5 에 기재된 바와 같은 물을 제트 분사하는 급속 냉각 장치 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 상한의 냉각 속도는 특별히 규정하지 않지만, 상기 급랭 장치의 상한 냉각 속도는 1200 ℃/s 정도이다.

다음으로, 본 발명에 있어서 중요한 것은, 상기 800 ∼ 300 ℃ 사이의 급속 냉각에 이어지는 300 ℃ 에서 100 ℃ 까지의 냉각을, 평균 냉각 속도 5 ∼ 40 ℃/s 의 범위로서 실시하는 것이 바람직하다고 하는 것이다. 이에 따라, 어닐링 후의 강판 내의 변형량이 보다 증가하고, 자기 특성을 더욱 개선할 수 있다. 보다 바람직하게는 20 ∼ 40 ℃/s 의 범위이다.

상기 최종 판두께로 한 냉간 압연 후의 강판 (냉연판) 은, 그 후, 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링을 실시한다. 이 1 차 재결정 어닐링은, 탈탄성을 확보하는 관점에서, 균열 온도 800 ∼ 900 ℃ × 균열 시간 50 ∼ 300 s 의 범위에서 실시하는 것이 바람직하다. 또, 이 어닐링 분위기는, 탈탄성을 확보하는 관점에서, 습윤 분위기로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 탈탄 어닐링에 의해, 강판 중의 C 가 0.0050 mass％ 이하로 저감된다. 또, 이 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의, 재결정 온도역인 500 ∼ 700 ℃ 사이를 500 ℃/s 이상으로 승온함으로써, 집합 조직이 더욱 개선되어 자기 특성이 향상된다. 바람직하게는 600 ℃/s 이상이다.

이어서, 상기 1 차 재결정 어닐링의 강판은, 마무리 어닐링으로 포스테라이트 피막을 형성시키는 경우에는, MgO 를 주체로 하는 어닐링 분리제를 강판 표면에 도포한 후, 2 차 재결정을 일으키게 한 후, 순화 처리하는 마무리 어닐링을 실시한다. 한편, 타발 가공성을 중시하여, 포스테라이트 피막을 형성하지 않는 경우에는, 어닐링 분리제를 적용하지 않거나, 실리카나 알루미나 등을 주체로 한 어닐링 분리제를 강판 표면에 도포한 후, 상기한 마무리 어닐링을 실시한다.

여기서, 상기 마무리 어닐링은, 가열 과정에 있어서, 800 ∼ 950 ℃ 사이의 임의의 온도에서 5 ∼ 200 hr 유지하는 보정 처리하거나, 또는, 800 ∼ 950 ℃ 사이를 평균 승온 속도 5 ℃/hr 이하로 가열하여 2 차 재결정을 발현시킨 후, 계속해서, 또는, 일단 700 ℃ 이하까지 강온한 후, 재가열하여, 950 ∼ 1050 ℃ 사이의 온도역을 5 ∼ 35 ℃/hr 의 평균 승온 속도로서 1100 ℃ 이상의 온도까지 가열하여 2 차 재결정을 완료시키고, 추가로 그 후, 그 온도에 2 hr 이상 유지하여 순화 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이 순화 처리에 의해, 강판 중의 Al, N, S 및 Se 는, 불가피적 불순물 레벨까지 저감된다.

상기 800 ∼ 950 ℃ 사이의 바람직한 보정 처리 시간은 50 ∼ 150 hr 이며, 또, 800 ∼ 950 ℃ 사이의 바람직한 평균 승온 속도는 1 ∼ 3 ℃/hr 이다. 또, 순화 처리의 바람직한 온도는 1200 ∼ 1250 ℃, 바람직한 유지 시간은 2 ∼ 10 hr 이다. 또한, 상기 마무리 어닐링의 순화 처리의 분위기는 H₂ 분위기로 하는 것이 바람직하다.

상기 마무리 어닐링 후의 강판은, 미반응의 어닐링 분리제를 제거하기 위해서, 물 세정이나 브러싱, 산 세정 등을 실시한 후, 형상 교정을 위해서 평탄화 어닐링을 실시하는 것이, 철손 저감을 위해서 유효하다. 또, 강판을 적층하여 사용하는 경우에는, 철손을 개선하기 위해서, 평탄화 어닐링 또는 그 전후의 어느 것의 공정에서, 강판 표면에 절연 피막을 피성 (被成) 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 철손을 저감하기 위해서는, 상기 절연 피막에, 장력 부여 피막을 채용하는 것이 바람직하다. 또, 그 때, 바인더를 개재하여 장력 부여 피막을 피성하거나, 물리 증착법이나 화학 증착법으로 무기물을 강판 표층에 증착하고, 장력 부여 피막으로 하거나 하는 방법을 채용해도 된다. 또한, 보다 철손을 저감하기 위해서, 레이저 빔이나 플라즈마 빔 등을 제품판 표면에 조사하여 열 변형이나 충격 변형을 부여하거나, 강판 표면에 홈을 형성하거나 하여, 자구 (磁區) 세분화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

실시예 1

표 3 에 나타낸 성분 조성을 갖고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 슬래브를 연속 주조법으로 제조하고, 1280 ℃ 의 온도로 재가열한 후, 열간 압연하여 판두께 2.2 ㎜ 의 열연판으로 하고, 그 열연판에 1050 ℃ × 20 s 의 열연판 어닐링을 실시하였다. 그 때, 열연판 어닐링의 냉각 과정에 있어서의 800 ∼ 300 ℃ 사이 및 300 ∼ 100 ℃ 사이의 평균 냉각 속도를 표 4 에 나타낸 바와 같이 변화시켰다. 그 후, 1 회의 냉간 압연으로, 최종 판두께 0.23 ㎜ 의 냉연판으로 한 후, 60 vol％ H₂ - 40 vol％ N₂ 로 노점 55 ℃ 의 습윤 분위기하에서, 830 ℃ × 150 s 의 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링을 실시하였다. 이 때, 가열 과정의 500 ∼ 700 ℃ 사이의 평균 승온 속도는 200 ℃/s 로 하였다.

이어서, 상기 1 차 재결정 어닐링 후의 강판 표면에, MgO 를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포한 후, 800 ℃ ∼ 950 ℃ 사이를 30 ℃/hr 의 승온 속도로 가열 (보정 없음) 하여 2 차 재결정을 발현시키고, 계속해서, 950 ∼ 1050 ℃ 사이를 20 ℃/hr 의 승온 속도로 1200 ℃ 까지 가열하여 2 차 재결정을 완료시킨 후, 수소 분위기하에서 그 온도에 10 hr 유지하는 순화 처리하는 마무리 어닐링을 실시하였다.

이렇게 하여 얻은 마무리 어닐링 후의 강판으로부터 시험편을 채취하고, 자속 밀도 B₈ (800 A/m 으로 여자했을 때의 자속 밀도) 을 JIS C2550 에 기재된 방법으로 측정하고, 그 결과를 표 4 에 병기하였다. 표 4 로부터, 본 발명에 적합한 성분 조성을 갖는 강 소재를 사용하고, 또한, 본 발명에 적합한 조건으로 열연판 어닐링에 있어서 급속 냉각시킨 강판은, 모두 우수한 자속 밀도를 갖고, 특히 열연판 어닐링의 800 ∼ 300 ℃ 사이의 냉각 속도가 빠른 강판일수록, 자속 밀도가 우수한 것을 알 수 있다.

실시예 2

C : 0.049 mass％, Si : 3.5 mass％, Mn : 0.069 mass％, sol. Al : 0.0070 mass％, N : 0.0035 mass％ 및 S : 0.0010 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 슬래브를 연속 주조법으로 제조하고, 1230 ℃ 의 온도로 재가열한 후, 열간 압연하여 판두께 2.0 ㎜ 의 열연판으로 하고, 그 열연판에 950 ℃ × 20 s 의 열연판 어닐링을 실시하였다. 그 후, 1 회째 냉간 압연으로, 중간 판두께 1.3 ㎜ 로 하고, 1060 ℃ × 60 s 의 중간 어닐링을 실시한 후, 2 회째 냉간 압연하여 최종 판두께 0.20 ㎜ 의 냉연판으로 하였다. 그 때, 열연판 어닐링 및 중간 어닐링의 냉각 과정에 있어서의 800 ∼ 300 ℃ 사이 및 300 ∼ 100 ℃ 사이의 평균 냉각 속도를 표 5 에 나타낸 바와 같이 변화시켰다. 이어서, 상기 냉연판에, 55 vol％ H₂ - 45 vol％ N₂ 로 노점 60 ℃ 의 습윤 분위기하에서, 850 ℃ × 60 s 의 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링을 실시하였다. 이 때, 가열 과정의 500 ∼ 700 ℃ 사이의 평균 승온 속도는 400 ℃/s 로 하였다.

이어서, 상기 1 차 재결정 어닐링 후의 강판 표면에, MgO 를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포한 후, 800 ℃ ∼ 950 ℃ 사이를 25 ℃/hr 의 승온 속도로 가열 (보정 없음) 하여 2 차 재결정을 발현시키고, 계속해서, 950 ∼ 1050 ℃ 사이를 20 ℃/hr 의 승온 속도로 1225 ℃ 까지 가열하여 2 차 재결정을 완료시킨 후, 수소 분위기하에서 그 온도에 10 hr 유지하는 순화 처리하는 마무리 어닐링을 실시하였다.

이렇게 하여 얻은 마무리 어닐링 후의 강판으로부터 시험편을 채취하고, 자속 밀도 B₈ (800 A/m 으로 여자했을 때의 자속 밀도) 을 JIS C2550 에 기재된 방법으로 측정하고, 그 결과를 표 5 에 병기하였다. 표 5 로부터, 본 발명에 적합한 성분 조성을 갖는 강 소재를 사용하여, 본 발명에 적합한 조건으로 열연판 어닐링 및/또는 중간 어닐링을 실시한 강판은, 모두 자속 밀도가 우수한 것을 알 수 있다.

실시예 3

실시예 2 와 동일하게, C : 0.049 mass％, Si : 3.5 mass％, Mn : 0.069 mass％, sol. Al : 0.0070 mass％, N : 0.0035 mass％ 및 S : 0.0010 mass％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 슬래브를 연속 주조법으로 제조하고, 1280 ℃ 의 온도로 재가열한 후, 열간 압연하여 판두께 2.5 ㎜ 의 열연판으로 하고, 그 열연판에 1000 ℃ × 60 s 의 열연판 어닐링을 실시하였다. 그 때, 열연판 어닐링의 냉각 과정에 있어서의 800 ∼ 300 ℃ 사이 및 300 ∼ 100 ℃ 사이의 평균 냉각 속도를 표 6 에 나타낸 바와 같이 변화시켰다. 그 후, 1 회째 냉간 압연으로, 중간 판두께 1.8 ㎜ 로 하고, 1080 ℃ × 60 s 의 중간 어닐링을 실시한 후, 2 회째 냉간 압연하여 최종 판두께 0.23 ㎜ 의 냉연판으로 하였다. 그 때, 중간 어닐링의 냉각 과정에 있어서의 800 ∼ 100 ℃ 사이의 평균 냉각 속도는 40 ℃/s 로 하였다.

이어서, 상기 냉연판에, 55 vol％ H₂ - 45 vol％ N₂ 로 노점 58 ℃ 의 습윤 분위기하에서, 850 ℃ × 100 s 의 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링을 실시하였다. 이 때, 가열 과정의 500 ∼ 700 ℃ 사이의 평균 승온 속도는 표 6 에 기재된 바와 같이 변화시켰다. 이어서, 상기 1 차 재결정 어닐링 후의 강판 표면에, MgO 를 주체로 하는 어닐링 분리제를 도포한 후, 2 차 재결정을 완료시킨 후, 수소 분위기하에서 1225 ℃ 의 온도로 10 hr 유지하여 순화 처리하는 마무리 어닐링을 실시하였다. 그 때, 마무리 어닐링의 2 차 재결정을 완료시킬 때까지의 가열 조건 (800 ∼ 950 ℃ 사이의 2 차 재결정을 발현시킬 때까지의 가열 조건, 그 후의 680 ℃ 까지의 강온 유무, 950 ∼ 1050 ℃ 사이의 평균 승온 속도) 을 표 6 에 나타낸 바와 같이 변화시켰다.

이렇게 하여 얻은 마무리 어닐링 후의 강판으로부터 시험편을 채취하고, 자속 밀도 B₈ (800 A/m 으로 여자했을 때의 자속 밀도) 을 JIS C2550 에 기재된 방법으로 측정하고, 그 결과를 표 6 에 병기하였다. 표 6 으로부터, 마무리 어닐링의 가열 과정의 800 ∼ 950 ℃ 사이에서 5 hr 이상의 보정 처리를 실시하거나, 800 ∼ 950 ℃ 사이를 5 ℃/s 이하로 승온함으로써, 그 후의 680 ℃ 까지의 강온 유무에 상관없이, 제품판의 자속 밀도가 보다 향상되는 것을 알 수 있다. 또, 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 500 ∼ 700 ℃ 사이의 평균 승온 속도를 500 ℃/s 이상으로 높임으로써 자속 밀도가 더욱 향상되는 것을 알 수 있다.

Claims

C : 0.020 ∼ 0.10 mass％, Si : 2.0 ∼ 4.0 mass％, Mn : 0.005 ∼ 0.50 mass％ 를 함유하고, 또한, Al : 0.010 mass％ 미만, N, S 및 Se 를 각각 0.0050 mass％ 미만 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 강 (鋼) 슬래브를 1280 ℃ 이하의 온도로 가열한 후, 열간 압연하여 열연판으로 하고, 열연판 어닐링을 실시한 후, 1 회의 냉간 압연 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연하여 최종 판두께의 냉연판으로 하고, 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링하고, 강판 표면에 어닐링 분리제를 도포한 후, 마무리 어닐링하고, 평탄화 어닐링하는 일련의 공정으로 이루어지는 방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서,
상기 열연판 어닐링 및 중간 어닐링 중 어느 하나 이상의 어닐링에 있어서, 최고 도달 온도로부터의 냉각 과정의 800 ℃ 에서 300 ℃ 까지를, 평균 냉각 속도 200 ℃/s 이상으로 급속 냉각시키는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 급속 냉각에 이어서, 300 ℃ 에서 100 ℃ 까지를, 평균 냉각 속도를 5 ∼ 40 ℃/s 의 범위에서 냉각시키는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 탈탄 어닐링을 겸한 1 차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 500 ∼ 700 ℃ 사이의 승온 속도를 500 ℃/s 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한에 있어서,
상기 마무리 어닐링의 가열 과정에 있어서, 800 ∼ 950 ℃ 사이의 임의의 온도에서 5 ∼ 200 hr 유지하는 보정 (保定) 처리한 후, 또는, 800 ∼ 950 ℃ 사이를 평균 승온 속도 5 ℃/hr 이하로 가열하여 2 차 재결정을 발현시키고, 추가로, 1100 ℃ 이상의 온도까지 가열하여 2 차 재결정을 완료시킨 후, 그 온도에 2 hr 이상 유지하여 순화 처리하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강 슬래브는, 상기 성분 조성에 더하여 추가로,
Cr : 0.01 ∼ 0.50 mass％,
Cu : 0.01 ∼ 0.50 mass％,
Ni : 0.01 ∼ 0.50 mass％,
Bi : 0.005 ∼ 0.50 mass％,
B : 0.0002 ∼ 0.0025 mass％,
Nb : 0.0010 ∼ 0.0100 mass％,
Sn : 0.010 ∼ 0.400 mass％,
Sb : 0.010 ∼ 0.150 mass％,
Mo : 0.010 ∼ 0.200 mass％,
P : 0.010 ∼ 0.150 mass％,
V : 0.0005 ∼ 0.0100 mass％ 및
Ti : 0.0005 ∼ 0.0100 mass％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.