KR101919528B1 - 방향성 전기강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 중량%로, Si:1.0% 내지 7.0%, C:0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다), In:0.001% 내지 0.5% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함한다.

Description

방향성 전기강판 및 이의 제조방법{ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
방향성 전기강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 경면화 원소를 포함하는 방향성 전기강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판이란 Si성분을 함유한 것으로서, 결정립의 방위가 (110)[001]방향으로 정열된 집합조직을 가지고 있다. 이는 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자 기기 등의 철심 재료로 주로 사용되며, 압연방향으로 극히 우수한 자기적 특성을 이용한 것이다.
최근에는 고 자속밀도급의 방향성 전기강판이 상용화되면서, 철손이 적은 재료가 요구되고 있다. 이는 주로 네 가지의 기술적 방법으로 접근할 수 있는데, i) 방향성 전기강판의 자화용이 축을 포함하고 있는 {110} <001> 결정립 방위를 압연방향으로 정확하게 배향하는 방법, ii) 재료의 박물화 방법, iii) 화학적, 물리적 방법을 통해 마그네틱 도메인을 미세화하는 자구미세화 방법, iv) 표면처리등과 같은 화학적 방법에 의한 표면 물성 개선 또는 표면장력 부여 방법 등이 있다.
전술한 iv) 방법은 방향성 전기강판 표면의 성질을 적극적으로 개선함으로써 소재의 자성을 개선하는 방법이다. 그 대표적인 예로서, 탈탄 소둔 과정에서 필연적으로 생성되는 산화층 및 소둔 분리제 내의 성분과 화학적 반응을 통해 생성되는 베이스 코팅층을 제거하는 방법을 들 수 있다.
베이스 코팅층을 제거하는 기술은 이미 베이스 코팅층이 형성된 통상의 제품을 황산 또는 염산으로 강제적으로 제거하는 방법 및 상기 베이스 코팅층이 생성되는 과정에서 이를 제거 또는 억제하는 기술(이하, 글라스리스 기술이라고도 함)이 제안되었다.
현재까지 상기 글라스리스 기술의 주요 연구 방향은, 소둔 분리제에 염화물을 첨가한 후 고온 소둔공정에서 표면에칭 효과를 이용하는 기술, 그리고 소둔분리제로 Al2O3 분말을 도포한 뒤 고온 소둔공정에서 베이스 코팅층 자체를 형성시키지 않는 기술의 두 가지 방향으로 진행되었다.
이러한 기술의 궁극적인 방향은, 결국 전기강판 제조에 있어서 베이스 코팅층을 의도적으로 방지함으로써, 자성열화를 초래하는 표면 피닝 사이트 (Pinning Site)를 제거하고, 궁극적으로는 방향성 전기강판의 자성을 개선하는 것이다.
이상과 같이 위에서 제안된 두 가지 글라스리스 방법, 즉 베이스 코팅층 생성을 억제하는 방법과 고온소둔 공정에서 베이스 코팅층을 모재로부터 분리하는 기술 모두 탈탄소둔 공정시 수소, 질소 가스와 이슬점 변화를 통해 로내 산화능 (PH2O/PH2)을 매우 낮게 제어해야 한다는 공정상의 문제점을 가지고 있다. 산화능을 낮게 제어하는 이유는 탈탄시 모재 표면에 형성되는 산화층을 최소한으로 하여 베이스코팅층 형성을 최대한 억제하는데 있으며 또한 로내 산화능이 낮을 경우 생성되는 산화층이 대부분 실리카(SiO2) 산화물로 철계 산화물 생성을 억제할 수 있어 고온소둔 후 표면에 철계 산화물을 잔류시키지 않는 장점이 있다. 그러나 이러한 경우 탈탄 불량에 의한 적정 1차 재결정립 크기를 확보하기 어렵고 또한 고온 소둔시 2차 재결정립 성장에도 문제를 발생시킬 수 있기 때문에 탈탄성을 적절히 확보하면서 산화층을 얇게 하기 위해서는 탈탄 공정이 통상재 처리공정 보다 시간이 길어져야 하고 이로 인해 생산성이 저하된다.
종래의 글라스리스 기술을 통한 저철손 방향성 전기강판 제조시 얇은 산화층으로 인해 고온소둔시 강중에 존재하는 인히비터 (inhibitor)가 표면쪽으로 급격하게 확산 및 소실되어 2차 재결정이 불안해지는 문제를 가지고 있으며, 이러한 문제를 해결하는 방법으로 고온소둔시 분위기 제어 및 승온구간에서의 승온율을 늦추는 서열패턴을 적용함으로써 강중 인히비터가 표면쪽으로 확산되는 것을 억제하는 기술이 제안되었다.
또한 기존의 산화능을 낮게 제어하여 산화층을 최소한으로 형성하여 베이스코팅층 형성을 최대한 억제하는 방법은 고온소둔시 코일 상으로 열처리하는 경우에 있어서는 고온소둔시 코일내의 판의 위치에 따라 다른 이슬점과 온도 거동을 가지며 이때 베이스코팅층 형성에 차이가 있고 이에 따른 글라스리스 정도의 차이가 생겨 판 부분별 편차발생으로 양산화에 큰 문제점이 될 수 있다.
따라서 글라스리스 방법을 통하여 저철손 방향성 전기강판을 제조하기 위해서는 탈탄 공정 및 고온소둔에서의 생산성 저하를 피할 수 없으며 또한 고온소둔공정이 batch 소둔형태로 이루어져 판 폭방향 및 길이방향 편차를 피하기가 어려워 실수율 저하를 피하기가 어렵다.
또한, 소둔 분리제 내에 염화물 등의 첨가물을 첨가하여, 고온 소둔 시, 방출되는 염산에 의해 표면 산화층과 인접하는 지철이 FeCl2 증기가 되어, 박리하는 방법이 제시된다. 그러나, 고온열처리 필요에 의해 코일소둔이 필요하고 승온시 코일에는 온도편차가 발생하게 된다. 이때 소둔분리제에 포함된 수분이 고온으로 갈 때 코일 각 위치별로 다르게 영향을 주어 위치별 표면산화층이 다른 영향을 받게되고 베이스 코팅층 형성 또는 베이스 코팅층의 박리가 다르게 영향을 받아 소둔분리제에 첨가제에 의한 경면형성은 좋은 조건을 찾더라도 코일 모든 위치를 동일한 조건을 만들기 어려워 코일 전체에 균일한 경면화가 원리적으로 구조적으로 어려운 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 방향성 전기강판을 제공하고자 한다. 더욱 구체적으로 경면화 원소를 포함하는 방향성 전기강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 중량%로, Si:1.0% 내지 7.0%, C:0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다), In:0.001% 내지 0.5% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함한다.
Mn:0.005중량% 내지 0.9중량%, Al:0.01 내지 0.1 중량%, N:0.015중량% 내지 0.05중량% 및 S:0.03 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다) 더 포함할 수 있다.
Sb: 0.005 중량% 내지 0.15중량% 및 Sn: 0.005 중량% 내지 0.2 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
P: 0.005중량% 내지 0.075 중량% 및 Cr: 0.005 중량% 내지 0.35 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
결정립 입경이 1mm이하인 결정립의 면적 비율이 10% 이하일 수 있다.
표면 조도(Ra)는 0.8㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si:1.0% 내지 7.0%, C:0.005% 내지 0.10%, In:0.001% 내지 0.5% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함하는 슬라브를 제공하는 단계; 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 1차 재결정 소둔이 완료된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함한다.
슬라브는 Mn:0.005중량% 내지 0.9중량%, Al:0.01 내지 0.1중량%, N:0.02중량% 이하(0%를 포함하지 않는다) 및 S:0.03 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다) 더 포함할 수 있다.
슬라브는 Sb: 0.005 중량% 내지 0.15중량% 및 Sn: 0.005 중량% 내지 0.2 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
슬라브는 P: 0.005중량% 내지 0.075 중량% 및 Cr: 0.005 중량% 내지 0.35 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
2차 재결정 소둔하는 단계에서, 1차 재결정 소둔이 완료된 강판에 소둔 분리제를 도포하고, 2차 재결정 소둔할 수 있다.
소둔 분리제는 고형분으로 MgO 또는 Al2O3만을 포함할 수 있다.
2차 재결정 소둔하는 단계 후, 강판 표면에 형성된 베이스 코팅층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
1차 재결정 소둔이 완료된 강판은 N을 0.015중량% 내지 0.05중량% 포함할 수 있다.
2차 재결정 소둔하는 단계는 가열 단계 및 균열 단계를 포함하고, 균열 단계는 900 내지 1250℃의 온도로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 특정 소둔분리제의 종류나 특성을 제어하거나 소둔분리제에 특정 첨가제를 함유시키지 않고 표면을 경면과 같이 미려하게 만들어 자구이동을 쉽게 하여 자성을 개선시킬 수 있다.
베이스 코팅층이 제거된 방향성 전기강판은 자구이동의 제한하는 주된 요소가 제거 될수 있어 방향성 전기강판의 철손을 향상 시킬 수 있으며, 베이스 코팅층에 의한 가공성 열화를 방지할 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. 또한 고스(goss) 결정립이란 결정방위가 {110}<001>로부터 15도 이내의 방위를 갖는 결정립을 의미한다.
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.
본 발명은 방향성 전기강판 내에 특정 성분을 첨가하여 이 성분이 금속기지층과 베이스 코팅층 계면에 편석하고 이러한 편석된 금속 물질에 의해 베이스 코팅 박리를 일으켜 경면화를 이루는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 중량%로, Si:1.0% 내지 7.0%, C:0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다), In:0.001% 내지 0.5% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함한다. 조성을 한정한 이유는 하기와 같다.
실리콘(Si)은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철심손실(core loss) 즉, 철손을 낮추는 역할을 한다. Si함량이 너무 적은 경우 비저항이 감소하여 철손특성이 열화되고, 과잉 함유시에는 강의 취성이 커져 냉간압연이 어려워 진다. 본 발명에서 Si함량을 슬라브에 함유하는 것 만으로 제한하지는 않는다. 분말 도포나 표면 증착후 확산 방법으로 제조 하여 최종 강판 내에서 Si를 전술한 범위만큼 함유하더라도 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다. 따라서, Si를 1.0 중량% 내지 7.0 중량% 포함한다. 더욱 구체적으로 2.0 중량% 내지 4.5 중량% 포함할 수 있다.
탄소(C)는 제조 공정에는 필요하나 최종 제품에서는 해로운 역할을 한다. 제조시에 오스테나이트 안정화 원소로서, 900℃ 이상의 온도에서 상변태를 일으켜 연주과정에 발생하는 조대한 주상정 조직을 미세화하는 효과와 더불어 Sulfur의 슬라브 중심편석을 억제한다. 또한 냉간압연 중에 강판의 가공경화를 촉진하여 강판내에 {110}<001>방위의 2차재결정 핵 생성을 촉진하기도 한다. 따라서 첨가량에 큰 제약은 없으나 슬라브에 0.005 중량% 미만으로 함유되면 상변태 및 가공경화 효과를 얻을 수 없고, 0.10 중량%를 초과하여 첨가하게 되면 열연 엣지-크랙(edge-crack) 발생으로 작업상에 문제점과 아울러 냉간압연 후 탈탄소둔시 탈탄공정의 부하가 발생하므로 슬라브내의 첨가량은 0.005 내지 0.10 중량%가 바람직하다.
탄소는 1차 재결정 소둔 과정에서 탈탄이 일어나며, 최종 제조되는 전기강판 내에는 50ppm이하로 그 함량이 줄어든다. 보다 바람직하게는 30ppm이하로 줄인다.
그러므로 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판에서 탄소는 중량 %로 0.005%이하로 한정한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법에 있어서는 탄소는 슬라브에서 0.005 내지 0.10 중량%로 포함한다.
인듐(In)은 본 발명의 일 실시예에서 경면화 원소로서 중요한 원소이다. In은 베이스 코팅층을 형성해가는 온도에서 금속 모재와 베이스 코팅층의 계면에 편석한다. In이 계면에 편석함으로써, 베이스 코팅층과 금속 모재간의 차이를 일으키게 된다. 이는 강판 전체에서 발생하는 현상이므로, 코일 형태로 고온소둔하더라도 코일 전체에 동일한 편석과 분리를 일으켜 균일한 경면화가 가능하다. In은 경면화 원소로서, 편석 경향이 강하고, 응고점이 낮으며, Fe와 선팽창계수가 차이가 크고, 응고시 수축량이 크기 때문에 경면화 원소로서 적절히 활용될 수 있다. Ba, Y, Sn, Sb 등도 편석을 잘하는 원소이기는 하나, 다른 요건을 갖추지 못하여 경면화 효과는 발휘되지 아니한다.
In이 0.001 중량% 미만으로 포함되면, 경면화 효과가 발휘되기 어렵다. In이 0.5 중량% 초과하여 포함하면, 압연성을 해치고, 압연 크랙이 증가할 수 있다. 더욱 구체적으로 In은 0.005 내지 0.3 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.01 중량% 내지 0.1 중량% 포함할 수 있다.
망간(Mn)은 비저항 원소로서 자성을 개선하는 효과가 있으나 너무 많이 함유하면 2차재결정 후 상변태를 일으켜 자성에 나쁜 영향을 주므로 Mn을 더 포함하는 경우, 0.005 내지 0.9 중량%로 제한한다.
알루미늄(Al)은 최종적으로 AlN, (Al,Si)N, (Al,Si,Mn)N 등의 형태의 질화물로 되어 억제제로 작용하는 성분으로서, 그 함량이 0.01 중량% 미만인 경우에는 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없고, 너무 높은 경우에는 Al계통의 질화물이 너무 조대하게 석출, 성장하므로 억제제로의 효과가 부족해진다. 그러므로 Al더 포함하는 경우, 그 함량을 0.01 내지 0.1 중량%로 정한다. 더욱 바람직하게는 Al의 함량을 0.01 내지 0.05 중량%로 포함할 수 있다.
질소(N)은 슬라브 내에 0.02 중량% 초과로 함유 되면 1차 재결정립의 크기가 작아져 2차 재결정 개시온도를 낮추고 이는 {110}<001> 방위가 아닌 결정립들도 2차 재결정을 일으키므로 자성을 열화시키고, 최종소둔공정의 2차균열구간에서 N을 제거하는데 많은 시간이 소요되므로 생산성이 높은 방향성 전기강판을 제조하는데 어려움이 있다. 그러므로 슬라브 내의 N은 0.02 중량% 이하로 정한다. 더욱 구체적으로 슬라브 내에 N은 0.06 중량% 이하 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 1차 재결정 소둔 과정에서 침질이 일어나, 1차 재결정 소둔 후, N의 함량이 0.015중량% 내지 0.05중량%이 될 수 있다. 즉, 최종 방향성 전기강판 내의 N의 함량은 0.015중량% 내지 0.05중량%가 될 수 있다.
황(S)은 너무 많이 첨가되면 열간압연시 크랙이 발생 되므로 S를 더 포함하는 경우, 0.03 중량%이하로 함유하는 것이 바람직하다.
안티몬(Sb)와 주석(Sn)은 저온 편석원소로서 기존 석출물의 보조하는 역할로서 집적도 개선에 좋은 영향을 준다. Sb: 0.005 중량% 내지 0.15중량% 및 Sn: 0.005 중량% 내지 0.2 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 Sb: 0.01 중량% 내지 0.06중량% 및 Sn: 0.02 중량% 내지 0.1 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
인(P)는 저온가열 방식의 방향성 전기강판에서 1차 재결정립의 성장을 촉진시키므로 2차 재결정온도를 높여 최종 제품에서 {110}<001> 방위의 집적도를 높인다. 한편 P는 1차 재결정판에서 {110}<001> 방위를 갖는 결정립의 수를 증가시켜 최종제품의 철손을 낮출 뿐만 아니라, 1차 재결정판에서 {111}<112> 집합조직을 강하게 발달시켜 최종제품의 {110}<001> 집적도를 향상시키므로 자속밀도도 높아지게 된다. 또한 P는 2차 재결정소둔시 약 1000℃의 높은 온도까지 결정립계에 편석하여 석출물의 분해를 지체시켜 억제력을 보강하는 작용도 가지고 있다. P의 이러한 작용이 제대로 발휘되려면 0.005 중량% 이상이 필요하다. 그러나 P가 0.075 중량% 초과하게 되면 1차 재결정립의 크기가 오히려 감소되어 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라 취성을 증가시켜 냉간압연성을 저해한다. 그러므로 P를 더 포함하는 경우, 0.005 중량% 내지 0.075중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 P를 0.0015 중량% 내지 0.05 중량%를 함유할 수 있다.
방향성 전기강판이 Sb 및 P를 포함하는 경우, 0.0370 = [P] + 0.5 * [Sb] = 0.0630 (여기서 [P]와 [Sb]는 각각 P 및 Sb 원소의 함량(중량%)을 의미한다)를 만족할 수 있다. 전술한 관계식을 만족하는 경우 방향성 전기강판의 철손 및 자속밀도가 더욱 향상될 수 있다. [P] + 0.5 * [Sb]의 함량을 전술한 범위로 제어할 경우에 더욱 철손 향상 효과가 우수할 수 있다. 그 이유는 원소들이 함께 첨가되어 상승효과를 거둘 수 있으며, 또한, 상승효과가 수식 범위를 충족할 때 다른 수치범위에 비하여 불연속적으로 최대화 되기 때문이다. 따라서, 각각의 성분범위를 제어하고, 아울러 [P] + 0.5 * [Sb]를 전술한 범위로 제어할 수 있다.
크롬(Cr)은 페라이트 확장원소로 1차 재결정립을 성장시키는 작용이 있으며, 1차 재결정판에서 {110}<001> 방위의 결정립을 증가시킨다. Cr의 이러한 작용이 유효해지기 위해서는 0.005 중량% 이상이 필요하지만 너무 많이 첨가되면 동시 탈탄, 질화공정에서 강판의 표면 부에 치밀한 산화층을 형성하여 침질을 방해하게 된다. 그러므로 Cr을 더 포함하는 경우, 그 함량은 0.005 내지 0.35 중량%로 정한다. 더욱 구체적으로 Cr은 0.03 내지 0.2 중량%를 포함할 수 있다.
기타 Ti, Ca 같은 성분들은 강중에서 산소와 반응하여 산화물을 형성하게 되므로 강력 억제하는 것이 필요함에 따라서 각각의 성분별로 0.005% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.
전술한 조성은 절연 피막 등 별도의 코팅층을 제외한 소지 강판 내에서의 함량을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 결정립 입경이 1mm이하인 결정립의 면적 비율이 10% 이하가 될 수 있다. 이러한 조직 특성에 의해 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 자성이 더욱 향상된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 표면 조도(Ra)가 0.8㎛ 이하일 수 있다. 전술하였듯이, 경면화 원소인 In을 적정량 첨가함으로써, In이 계면에 편석함으로써, 베이스 코팅층과 금속 모재간의 차이를 일으켜, 베이스 코팅층을 원활하게 제거할 수 있고, 그 결과, 표면 조도(Ra)가 작아지게 된다. 표면 조도(Ra)가 작아짐으로써, 자구이동을 쉽게 하여 자성이 더욱 향상된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si:1.0% 내지 7.0%, C:0.005% 내지 0.10%, In:0.001% 내지 0.5% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함하는 슬라브를 제공하는 단계; 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 1차 재결정 소둔이 완료된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함한다. 이하에서는 각 단계별로 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판의 제조방법은, 먼저, 중량%로, Si:1.0% 내지 7.0%, C:0.005% 내지 0.10%, In:0.001% 내지 0.5% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함하는 슬라브를 제공한다. 또한, 슬라브는 Mn:0.005중량% 내지 0.9중량%, Al:0.01 내지 0.1중량%, N:0.02중량% 이하(0%를 포함하지 않는다) 및 S:0.03 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다) 더 포함할 수 있다. 또한, 슬라브는 Sb: 0.005 중량% 내지 0.15중량% 및 Sn: 0.005 중량% 내지 0.2 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 슬라브는 P: 0.005중량% 내지 0.075 중량% 및 Cr: 0.005 중량% 내지 0.35 중량% 중 1종 이상을 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.
다음으로 전술한 슬라브를 가열 한다. 슬라브 가열 온도는 1000℃ 내지 1280℃일 수 있다. 슬라브 가열온도가 높아지면 강판 제조비용이 상승되며, 슬라브의 표면부 용융으로 가열로를 보수하고 가열로 수명이 단축될 수 있다. 아울러, 슬라브를 1,280℃이하의 온도로 가열하게 되면 슬라브의 주상정조직이 조대하게 성장되는 것이 방지되어 후속 열간압연 공정에서 판의 폭 방향으로 크랙이 발생되는 것을 막을 수 있어 실수율을 향상시킬 수 있다.
다음으로 가열이 완료된 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조한다. 열간압연은 최종 냉간압연단계에서 적정한 압연율을 적용하여 최종 제품두께로 제조할 수 있도록 열간압연에 의하여 1.5~4.0mm 두께의 열연판으로 제조할 수 있다. 열연 종료 온도를 950℃ 이하로 하고 냉각을 물에 의해 급랭하여 600℃ 이하에서 권취할 수 있다.
다음으로 필요에 따라 열연판을 열연판 소둔한다. 1000℃ 내지 1200℃ 온도에서 소둔할 수 있다.
다음으로 열연판을 냉간 압연을 실시하여 냉연판을 제조한다. 냉간압연은 리버스(Reverse) 압연기 혹은 텐덤(Tandom) 압연기를 이용하여 1회 또는 다수의 냉간압연 혹은 중간소둔을 포함하는 다수의 냉간압연법으로 하여 최종제품 두께의 냉연판이 제조되도록 실시한다. 냉간압연은 1회 강압연을 통하여 최종 두께 0.1 내지 0.5mm, 보다 구체적으로는 0.15 내지 0.35mm로 제조될 수 있다.
다음으로 냉연강판을 1차 재결정 소둔한다. 이 때, 탈탄이 동시에 일어나게 된다. 1차 재결정 소둔은 탈탄이 잘 일어나도록 750℃ 이상의 온도에서 30초 이상 유지함으로서 강판의 탄소함량을 0.005 중량% 이하 보다 구체적으로는 0.0030 중량%이하로 감소시킬 수 있다. 이와 동시에 강판 표면에 적정량의 산화층을 형성시키게 된다. 탈탄과 더불어 변형된 냉간압연 조직은 재결정하게 되고 적정크기까지 결정성장하게 되는데, 이때 재결정립이 성장할 수 있도록 소둔 온도과 균열시간을 조정하면 된다.
1차 재결정 소둔 과정에서 침질이 이루어질 수 있다. 질소량이 너무 적으면 2차 재결정이 어려우므로 슬라브 성분내 질소량이 150ppm이하일 경우 침질을 통해 질소함량을 150ppm이상으로 질화하고 질화량이 너무 많으면 질소 방출구 결함이형성되므로 최대 500ppm 이하로 침질 한다. 즉, 1차 재결정 소둔이 완료된 강판은 N을 0.015중량% 내지 0.05중량% 포함한다.
다음으로, 1차 재결정 소둔이 완료된 강판을 2차 재결정 소둔을 실시한다. 2차 재결정 소둔은 적정한 승온율로 승온하여 {110}<001> Goss 방위의 2차재결정을 일으키는 가열 단계 및 균열 단계를 포함한다. 균열 단계에서의 온도는 900 내지 1250℃가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 2차 재결정 소둔이 배치(Batch) 형태로 이루어져, 1차 재결정 소둔이 완료된 강판에 소둔 분리제를 도포하고, 2차 재결정 소둔할 수 있다. 기존에 글라스리스 공정의 경우, MgO 또는 Al2O3를 주성분으로 하는 소둔 분리제에 염화물 등의 첨가제를 첨가하였으나, 본 발명의 일 실시예에서는 강판 자체에 경면화 원소를 포함시킴으로써, 염화물 등의 첨가제를 사용하지 않고도, 원활한 베이스 코팅층의 분리가 가능하다. 즉, 소둔 분리제는 고형분으로 MgO 또는 Al2O3만을 포함할 수 있다.
이렇게 소둔 분리제를 도포하고, 2차 재결정 소둔을 하는 경우, 표면 산화물과 소둔분리제가 반응하여, 베이스 코팅층이 형성된다. MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포할 경우, Mg2SiO4등 Mg를 주성분으로하는 산화물 코팅층이 형성되고, Al2O3를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포할 경우, Al을 주성분으로 하는 산화물 코팅층이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서는 이러한 베이스 코팅층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전술하였듯이, 본 발명의 일 실시예에서 강판 내에 경면화 원소인 In을 적정량 첨가함으로써, 베이스 코팅층을 원활하게 제거할 수 있고, 제거 후, 강판의 표면 조도를 낮출 수 있다. 제거하는 방법으로는 물리적 방법 또는 화학적 방법을 사용할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
중량%로 Si:3.2%, C:0.052%을 포함하고 하기 표 1에 정리된 것과 같이 In을 추가로 첨가하고 잔부를 이루는 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 강 슬라브를 제조하였다. 강 슬라브를 열간압연하여 2.6 mm의 열연판을 만든 다음, 열연판 소둔 및 산세 후 최종두께인 0.3mm 두께로 냉간압연을 하였다.
냉연판을 승온한 후, 50부피% 수소와 50 부피 % 질소를 동시 투입하여 형성한 노점온도 63 내지 67℃의 혼합분위기에서 850℃온도로 120초간 유지하여 동시 탈탄 질화 처리하여 탄소를 30ppm이하로, 질소를 300ppm으로 하였다.
이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 2차 재결정 소둔하였다. MgO는 물과 혼합하여 슬러리 상태로 도포하였으며 별도의 첨가제를 첨가하지 않았다. 2차 재결정 소둔은 1200℃까지의 온도구간에서는 25%질소+75%수소의 혼합분위기로, 시간당 15℃로 승온하고, 1200℃에서 100%수소분위기에서 15시간 동안 균열 처리하고 노냉하였다. 강판 표면에 형성된 포스테라이트 층을 산세로 제거하였다.
각각의 조건에 대하여 측정한 표면의 광택도는 표 1과 같다. 광택도 측정은 Horiba 사의 측정기를 이용하여 반사각 60°에서 표면에 반사된 빛의 양을 측정였다. 광택도가 20 미만인 경우, 불량, 20 내지 200인 경우, 우수, 200 초과인 경우, 매우 우수로 표시하였다. 또한, 표면 조도(Ra)를 측정하여 하기 표 1에 정리하였다.
비고 In함량
(중량%)		 광택도 조도(Ra:㎛)
비교재1 0 불량 0.67
발명재1 0.06 매우 우수 0.097
발명재2 0.1 매우 우수 0.078
발명재3 0.15 매우 우수 0.089
발명재4 0.2 매우 우수 0.066
발명재5 0.24 매우 우수 0.082
발명재6 0.30 매우 우수 0.066
비교재2 0.55 압연 크랙 발생
표 1에서 나타나듯이, In을 적정 범위로 함유한 발명재 1 내지 발명재 6의 광택도가 매우 우수하며, 표면 조도 또한 0.1㎛이하 값으로 매우 우수하였다. 사람 얼굴을 비추면 비출정도로 매우 우수한 경면이 얻어졌다.
실시예 2
중량%로 Si:3.0%, C:0.051%, Mn:0.09%, Al:0.029%, N:0.0040% 및 S: 0.005%, 인듐 (In) 및 Sb를 표2와 같이 변화시키고 그리고 잔부를 이루는 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 방향성 전기강판의 슬라브를 준비하였다. 이 슬라브를 1150℃ 온도에서 90분간 가열한 후, 열간압연을 하고 580℃까지 급랭하여 580℃에서 1시간 동안 소둔하여 로냉하여 열간압연하여 2.3mm 두께의 열연판을 제조하였다.
이 열연판을 1,050℃이상의 온도로 가열한 후 910℃에서 80초간 유지하고 끓는 물에 급냉하여 산세하였다. 이어서 0.30mm 두께로 냉간 압연하였다. 냉연판을 승온한 후, 50부피% 수소와 50 부피 % 질소를 동시 투입하여 형성한 노점온도 63 내지 67℃의 혼합분위기에서 850℃온도로 120초간 유지하여 동시 탈탄 질화 처리하여여 탄소를 30ppm이하로, 질소를 300ppm으로 하였다.
이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 2차 재결정 소둔하였다. MgO는 물과 혼합하여 슬러리 상태로 도포하였으며 별도의 첨가제를 첨가하지 않았다. 2차 재결정 소둔은 1200℃까지의 온도구간에서는 25%질소+75%수소의 혼합분위기로, 시간당 15℃로 승온하고, 1200℃에서 100%수소분위기에서 15시간 동안 균열 처리하고 노냉하였다. 강판 표면에 형성된 포스테라이트 층을 산세로 제거하였다. 제조된 강판을 single sheet 측정법을 이용하여 50Hz에서 1.7Tesla로 자화될 때까지의 철손(W17 /50)을 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.
구 분 In 함량
(중량 %)		 Sb 함량
(중량 %)		 철손(W17 /50)
비교재3 0 0 1.05
발명재7 0.005 0 0.98
발명재8 0.01 0 0.96
발명재9 0.02 0 0.93
발명재10 0.038 0 0.93
발명재11 0.05 0 0.98
발명재12 0.1 0 0.99
비교재4 0.55 0 2.2
발명재13 0.01 0.031 0.96
발명재14 0.02 0.028 0.92
발명재15 0.04 0.030 0.93
발명재16 0.09 0.029 0.97
비교재5 0.54 0.030 압연불량
표 2에서 나타나듯이, In을 적정 범위로 함유한 발명재 7 내지 발명재 12의 광택도가 매우 우수하며, In과 함께 Sb를 더 포함하는 발명재 13 내지 16의 경우, 자성이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 중량%로, Si:1.0% 내지 7.0%, C:0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다), In:0.001% 내지 0.5% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함하는 방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    Mn:0.005중량% 내지 0.9중량%, Al:0.01 내지 0.1 중량%, N:0.015중량% 내지 0.05중량% 및 S:0.03 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다) 더 포함하는 방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    Sb: 0.005 중량% 내지 0.15중량% 및 Sn: 0.005 중량% 내지 0.2 중량% 중 1종 이상을 더 포함하는 방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    P: 0.005중량% 내지 0.075 중량% 및 Cr: 0.005 중량% 내지 0.35 중량% 중 1종 이상을 더 포함하는 방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    결정립 입경이 1mm이하인 결정립의 면적 비율이 10% 이하인 방향성 전기강판.
  6. 제1항에 있어서,
    표면 조도(Ra)는 0.8㎛ 이하인 방향성 전기강판.
  7. 중량%로, Si:1.0% 내지 7.0%, C:0.005% 내지 0.10%, In:0.001% 내지 0.5% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함하는 슬라브를 제공하는 단계;
    상기 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 소둔이 완료된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계;
    를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 슬라브는 Mn:0.005중량% 내지 0.9중량%, Al:0.01 내지 0.1중량%, N:0.02중량% 이하(0%를 포함하지 않는다) 및 S:0.03 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다) 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 슬라브는 Sb: 0.005 중량% 내지 0.15중량% 및 Sn: 0.005 중량% 내지 0.2 중량% 중 1종 이상을 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 슬라브는 P: 0.005중량% 내지 0.075 중량% 및 Cr: 0.005 중량% 내지 0.35 중량% 중 1종 이상을 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 2차 재결정 소둔하는 단계에서, 1차 재결정 소둔이 완료된 강판에 소둔 분리제를 도포하고, 2차 재결정 소둔하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소둔 분리제는 고형분으로 MgO 또는 Al2O3만을 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 2차 재결정 소둔하는 단계 후, 강판 표면에 형성된 베이스 코팅층을 제거하는 단계를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔이 완료된 강판은 N을 0.015중량% 내지 0.05중량% 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 2차 재결정 소둔하는 단계는 가열 단계 및 균열 단계를 포함하고, 상기 균열 단계는 900 내지 1250℃의 온도로 수행되는 방향성 전기강판의 제조방법.
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