KR920008692B1 - 고자속밀도 방향성 전기강판의 자기적 특성 안정화 제조법. - Google Patents

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Description

고자속밀도 방향성 전기강판의 자기적 특성 안정화 제조법.

본 발명은 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세히는 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조에 있어서 고온소둔전에 소둔분리제의 첨가물을 조정한 후 단축 2차개결정처리를 행하는 예비판정시험을 행하여 이 경과에 따라 고온소둔시 로내 N₂분율을 결정한 후 고온소둔을 실시함으로써 고자속도밀도 방향성 전기강판의 자기적 특성이 극히 안정한 제품의 제조방법에 관한것이다.

고자속밀도 방향성 전기강판이란 통상의 방향성 전기 강판에 비하여 자속밀도가 높고, 철손이 극히 낮은 것을 특징으로 하는 것으로 자속밀도가 B10 기준으로 1.89(Tesla)이상을 말하는데 이와같이 높은 자속밀도는 결정립의 방위를 (11)[001]에 고도로 정열시킴으로서 가능하며 ,이 제품은 고급전기기기 및 변압기의 철심재료로 사용된다.

이러한 고자속밀도로 방향성 전기강판은 일반적으로 2-4％의 규소와 입성장 억제제로 AIN및 MnS을 함유하는 강을 이용하여(열간압연)-(예비소둔)-(1회 또는 소둔이 낀2회 냉간압연)-(탈탄소둔)-(소둔분리제도표)-(고온소둔)-(장력코팅)등의 공정을 통해서 제조되는데, 여기서 고온소둔 공정은 소둔분리제도 도포된 MgO 와 소재표면에 형성된 산화물과 반응하여 유리질의 절연피막을 형성하여 전기절연성을 부여하고, 최종제품에서 소재를 불필요한 S나 N성분을 제거하는 공정으로, 가장 중요한 목적은 자기적 특성을 갖게 되는 2차 재결정 형성을 완성시켜 제품의 자기적 특성을 부여하는 공정이다.

A1N을 입성장 억제제로 사용하는 상기 고자속밀도 제품은 A1 및 N성분의 적정제어 및 관리에 의하여 최종제품의 자기적특성이 결정되는데, 이 Al및 N성분은 송강시 적정조정에서부터 시작하여 이후 모든 공정관리에 있어서 관리중심이 되고 있다.

상기 A1 및 N의 두성분의 관리는 열연 재가열시 A1N의 고용정도, 석출상태 및 형상, 예비소둔에서의 A1N의 석출상태 및 표면 N의 변화, 탈탄소둔시 표면산화층 변호, 이에 따른 고온소둔시 N흡수량 제어등 Al 및 N성분의 최적관리를 위한 여러가지 기술들이 제안되고 있다.

지금까지의 공지의 주요기술은 UPS3,159,511호와 같이 소강성분중의 A1 과 N의 량을 한정하는 기술, USP3,846,187호 및 3,636,579호와 같이 열연 및 예비소둔시 석출물 제어기술, 일특개소 55-21531호 등과 같이 고온소둔시 가열조건을 제어하여 2차 재결정을 안정화시키는 방법 등 많은 공정기술들이 개발 이용되고 있는 실정이다. 그러나, 아직까지 AIN석출물의 공정별 정량화 평가가 어렵고, 또한 공정별 이론적 해석이 어려워 동일성분, 동일조건의 작업코일에서도 야금학적특성의 변화가 민감하게 변해서 생산제품별로 자기적 특성이 편차가 커서 자기적 특성의 안정된 생산이 가장 큰 문제점으로 대두되고 있는 실정이다.

이에 본 발명자는 공정별 A1 및 N 의 거동을 집중적으로 실험하고 검토한 바 고온소둔 공정시 2차 재결정이 일어나는 온도에서의 AIN의 석출상태 및 량에 의해 2차 재결정시 자기적 특성에 유리한(11))[001]방위입자의 선택적 성장유도가 결정되는데, 상기 AIN의 석출상태 및 양은 2차 재결정의 입성장이 시가되기 직전 온도인 900-920℃경에서의 상태가 가장 중요함을 확인하였다. 또한 이의 최종관리는 제강에서 열연공정을 거쳐 탈탄공정에 이르러 상당부분의 정량적인 평가가 가능하지만 이후 고온소둔공정 시 로내 분위기 가스인 N₂에 의하여 소재로 흡수되는 N양에 이하여 최종 결정되고 있다. 따라서 여러공정에 의하여 복합적으로 영향을 받는 인자를 제어하기 위해서는 최종공정 바로 전상태에서 특성을 정확히 평가하여 이의 결과에 따라 마지막처리공정의 조건을 조정하면 자기적특성이 안정된 고자속 밀도 방향성 전기강판을 제조할 수 있다는데 착안하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명의 목적은 예비단축 시험을 통해 그 결과에 따라 고온 소둔시 N₂가스분율을 조정함으로써, 자기적특성이 안정된 고자속밀도 방향성 전기강판의 자기적 특성이 안정한 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적달성을 위해 본 발명은 전기강판을 열간압연, 예비소둔, 1회 또는 소둔이 낀2회냉간압연, 탈탄소둔, 소둔분리제 도포, 고온 소둔 및 장력코팅하여 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 탈탄소둔판에 소둔분리제를 도포한 후 25％ N₂+75％H₂분위기하에서 20℃/hr의 송온속도로 가열하여 600-1100℃온도구간에서 2차 재결정 소둔을 실시하고 이 소재의 결정립중 미립자의 유무를 확인하는 예비판정시험을 실시한 다음, 이 결과에 따라 상기 고온소둔시, 600-1200℃온도구간에서 N₂가스함량을 조절하여 통상의 고온소둔을 실시함을 구성의 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 출발소재는 Si : 2.8-3.5％, Mn : 0.060-0.095％, S : 0.015-0.033％, sol.Al : 0.015-0.036％, N : 0.004-0.009％ 및 기타 잔부의 Fe로 구성된 소강성분의 고자속밀도급 방향성 전기 강판으로 이후 공지의 1200-1300℃의 열간압연과 1100-1150℃의 석출소둔 및 1회 또는 소둔이 낀 2회의 냉간압엽으로 최종 두께로 조정한 후, 800-900℃의 습윤 부위기에서 탈탄소둔을 행하여 표면의 산하층을 형성시킨다.

이 표면에 MgO 100g, TiO₂5g, Na₂B₄O₇0.3g의 조성을 갖는 소둔분리제를 도포하고, 2차 재결정을 위한 고온소둔을 실시하여 최종자기적특성을 부여시킨다. 여기서 공지의 2차 재결정형성을 위한 고온소둔공정을 살펴보면 온도 600-1200℃까지 승온속도 15-25℃/hr 속도로 가열, 소둔하여 2차 재결정 및 유리질 그라스층을 형성하고 이어 1200℃에서 20시간 가열하여 최종제품에 불필요한 S 및 N 성분을 제거한 후 냉각하여 고온소둔공정이 종결된다. 이때의 분위기 가스는 상온 -1200℃까지 25％N₂+75％H₂이며, 이후 1200℃의 가열 및 냉각시는 100％ H₂분위기에서 소둔을 한다. 이때 입성장 억제제인 A1 및 N, 또는 이들 복합의 AIN석출물에 의하여 2차 재결정형성에 의한 자기적특성이 학립되는데, 이때 용존 Al에 비하여 N량이 부족하여 2차 재결정 성정억제력이 부족시 생성되는 결정립은 충분히 성장치 못해 다량 미립자가 존재하여 전체적으로 자기적 특성을 악화시킨다. 또한 용존 Al에 비하여 N량이 과잉시, 입성장억제력이 너무 커서 2차 재결정은 고온에서 시작해 갑자기 성장을 완료함으로써 자기적 특성이 불리한 방위을 갖는 결정립이 성장되어 결국 자성이 급격히 나빠진다.

이에 본 발명의 고온소둔공정에 있어서, 공정중 소재의 N흡수는 850℃경부터 서서히 진행되어 온도가 높을수록 흡수 속도는 급격히 증가해 통해 150-160ppm에 이르며, 이때2차 재결정이 형성되는 온도로 900-920℃영역에서의 소재의 AIN의 상태 및 양이 자기적 특성의 결정에 가장 중요한 부분이 되고 있으며, 950℃ 이상에서 표화되어 1000-1050℃ 이상에서는 도리어 소재로부터 빠져나와 최종제품에서는 50ppm이하로 떨어지게 된다. 따라서 이 고온소둔공정중에서의 N량의 거동은 소재의 자기적특성을 결정하는 데 중요성이 있게된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 근간의 제품의 주어진 야금학적 특성에 따라 고온소둔시 흡수를 적정화하여 2차 재결성시 최적 N량을 갖도록 하기 위해 이후 변화의 인자가 되는 로내N₂분율을 정함을 목적으로 단축 2차 재결정 열처리를 향하는 예비판정기술이다. 이 방법은 소둔분리제의 조성물을 변화시켜서 고온 소둔시의 N의 흡수량은 조절함으로써 통상의 소둔분리제 조성에서의 로내 분위기 N₂량 변화에 의한 흡수량 조절과 일치하는 조건을 도출한 것이다.

이하, 상기 예비판정방법에 대해 상세히 설명한다.

이에 따라 예비판정을 위해 하기표 1의 고온소둔조건으로 고온소둔후, 생성된 2차 재결정의 결정립중 미립자 존재여부를 하기표 1의 판정표에 나타낸다.

[표 1]

상기 표 1의 예비판정결과에 따라 실제 공정에서의 고온소둔시, 상온 -1200℃(600-1200℃ 포함)의 온도구간에서의 분위기(H₂: N₂)비율을 하기표 2에 나타낸다.

[표 2]

상기 예비판정법을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

생산중인 탈탄소둔판에 조성이 다른 상기 표 1의 5종의 소둔분리제를 도포하여 실험실적으로 온도 600-1100℃까지, 25％N₂+75％H₂의 분위기, 승온속도 15℃/hr의 단축2차 재결정 열처리를 실시후, 각 경우 소재의 결정립중 미립자의 존재여부를 관찰하여 판정함으로서 이후 실제 생산시의 소둔 분리제 조성을 MgO100g, TiO₂5g, Na₂B₄O₇0.3g으로 한 경우의 분위기중 N2분율을 얼마로 해야하는냐를 제공해주는 기술이다.

이를 일례를 들어 설명하면 상기 표1의 첨가제 조성 No.1에서 일부의 미립자 존재시, 상기 표2에서 보면 실제생산시 고온소둔에서 N흡수량이 큰 조건인 분위기중 N₂가 40％로 조종하면 우수한 자기적 특성의 제품생산이 가능하고, 첨가제 조성 No.5에서조차 미립자가 전혀 없는 완전 결정립상태에서는 고온소둔시 100％ H₂분위기에서 행하여야만 우수한 특성의 제품이 가능함을 알수 있다.

이 단축예비판정 시험은 생산시 연속라인의 탈탄소둔공정과 단일처리식인 고온 소둔공정과의 소재 흐름의 불균일로 불가피하게 대기중에서 적치 대기하는 1-3일 사이에 시험이 가능하다. 또한 실제 생산시 600℃까지 가열하는데 소요되는 자체시간을 고려한다면 시간지연의 문제점은 거의 없으며, 또한 이 예비판정법의 실시시기는 동일조성, 동일작업조건으로 제품을 생산시는 로트별 1회정도로 조건의 판정이 가능하고, 공정중의 작업조건의 변화가 많을 경우는 코일마다 실시하여 고온소둔 조건의 조정이 필요하게 된다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예]

[표 3]

상기 표 3의 3가지 조성을 갖는 고자속밀도 방향성 전기강판의 스라브를 공지의 방법으로 열간압연, 예비소둔, 냉간압연을 통해0.30mmt의 최종두께로 조정후, 850℃의 습윤분위기에서 탈탄소둔을 행하여 표면산화층을 형성후 MgO 100g, TiO₂5g, Na₂B₄O₇0.3g의 조성을 가진 소둔분리제를 도포하였다. 이 탈탄판의 일부를 7×35cm로 절단해 표면의 소둔분리제를 닦아내고 다시에 TiO₂및 Na₂B₄O₇의 량을 변화시킨 상기 표 1의 5종의 소둔분리제를 도포하여 실험실적으로 600-1100℃의 온도, 75％ H₂+25％N₂의 분위기, 승온속도 20℃/hr의 속도로 예비판정 단축2차 재결정소든을 실시하고 소재의 결정립중 미립자의 존재를 확인하여 하기 표4에 나타내었다.

[표 4]

상기 표 4에 나타난 바와 같이 소강 No.1에서는 상기표 1의 판정 3의 조건과 일치하였고, 소강 No.2에서는 판정 1의 조건과 일치하였을며, 소강No.3에서는 판정 5의 조건에 일치하였다. 특히, 각 경우 결정립중 미립자의 존재정도가 세가지 조성에서 모두 조금씩 달랐다. 따라서 상기 표 2의 고온소둔 조건은 소강No.1의 경우 80％H₂+20％ N₂가 최적상태이고, 성분 2의 경우에는 100％ H₂분위기에서, 또 성분3에서는 70％ H₂+30％ N₂가 가장 적정한 조건임을 알수 있다.

이 판정결과에 따라 소간 No.1의 소재는 종래 방법인 25％ N₂의 경우와 본 판정의 최적 돌출결과인 20％ N₂분위기하에서 고온소둔을 실시하였고, 소강 No.2 의 소재는 공지의 25％ N₂및 본 판정결과인 100％H₂분위기에서, 또 소강 No.3의 경우는 25％ N₂및 30％ N₂의 경우에서 고온소둔을 실시한 후 그 결과 자기적 특성을 평가하여 하기 표 5에 나타내었다.

[표 5]

상기 표 5에 나타난 바와 같이 공지의 기술인 종래재는 25％ N2 분위기에서의 자기적 특성은 자속밀도의 경우 1.689-1.865T로 낮고 불균일하며,또한 철손은 1.65-1.15W/Kg으로 높고 불안정함을 알수 있으나, 본 발명재는 제품별 분위기 N2량을 조정한 경우 3성분 공히 자속밀도 1.902-1.914 T로 높고 철손은 1.04-1.12W/Kg으로 낮으면 특성 또한 균일하고 우수하여 본 발명의 예비판정에 의한 고온소둔 방법을 적용시 자기적 특성이 안정한 고자속밀도 방향성 전기강판 제조가 가능함을 알수 있다. 상술한 바와 같이, 본발명은 소강성분에서 출발하여 열간압연에서 탈탄소둔에 이르기까지의 미묘한 공정변화에 따라 민감한 자기적 특성변화를 본 발명의 고온소둔조건의 예비판정법을 적용함으로서, 고자속밀도 방향성 전기강판의 자성을 최적상태로 향상시키고 또한 제품마다 편차가 없는 안정된 제품의 생산을 하게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량％로, Si : 2.8-3.5％, Mn : 0.060-0.095％, S : 0.015-0.035％, Sol.Al : 0.015-0.036％, N : 0.004-0.012％, 함유된 전기강판 스라브를 열간압연하고 석출소둔 처리후 최종두께로 냉간압연하고, 습윤분위기에서 탈탄소둔을 행한 후, MgO100에 대하여 TiO₂3-5중량％, Na₂B₄O₇0.1-1.0중량％ 포함한 소둔분리제를 표면에 도포하고, 600-1200℃의 구간에서는 H₂와 N₂의 혼합가스에서 15-25℃의 승온속도로 이어 1200℃에서 H₂분위기하에서 20시간 가열후 냉각하는 고온소둔을 행하는 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 상기 고온소둔천, 소둔분리제가 도포된 판재의 일부를 전달하여 25％N₂+75％ H₂의 분위기하에서 20℃/hr 의 승온 속도로 600-1100℃범위까지 가열하는 2차 재결정소둔을 실시한 다음 이소재의 결정립중 미립자의 유뮤를 확인한 수 이 결과에 따라 고온소둔시 상기 600-1200℃온도 구간에서 H₂와 N₂의 가스비를 100-60; 0-40 범위로 조절하여 상기 고온소둔을 실시하는 것을 특징을 하는 고자속밀도 방향성 전기강판의 자기적특성 안정화제조방법.