KR100359242B1 - 고자속 밀도 방향성 전기강판의 저온가열식 제조방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 자기특성이 우수한 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조함에 있어서 소강의 C의 함량을 극저로 낮추더라도 미세한 열연조직을 얻을 수 있게 하려는 것이다. 이 발명에 따르면, 고자속밀도 방향성 전기강판의 저온가열식 제조방법이 제공되며, 이러한 방법에서는 용강 속의 C의 양을 저감시키고 적당량의 Zr을 함유시켜 슬랩을 제조한 후, 슬랩을 1,250℃ 이하의 저온에서 가열하여 열간압연을 행하고, 1회의 냉간압연을 하여 최종두께로 한 다음, 탈탄소둔을 행하고 질화소둔을 하여 새로운 석출물을 형성시켜 억제제로 이용한다. 여기에서, 슬랩은 1.0-4.8 중량%의 Si와, 0.005-0.019 중량%의 C와, 0.05-0.2 중량%의 Mn과, 0.01-0.07 중량%의 Zr과, 0.020 중량% 이하의 Al과, 0.007 중량% 이하의 S과, 0.01 중량% 이하의 N 및, 잔부를 이루는 Fe와 불가피한 불순물을 함유한다.

Description

고자속밀도 방향성 전기강판의 저온가열식 제조방법

이 발명은 변압기 등과 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 슬랩 가열온도가 1,250℃ 보다 낮고, 최종제품 두께로 압연이 완료된 후 억제제를 형성시킴에 의해 방향성이 우수한 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

방향성 전기강판은 압연방향으로 {110}〈001〉방위의 집합조직을 갖는 것으로, 제조방법이 고스(N. P. Goss)에게 허여된 미국특허 1,965,559호에 의해 처음으로 제시된 이래, 많은 연구자들에 의해 새로운 제조방법의 발명과 특성향상이 이루어져 왔다. 방향성 전기강판의 제조에는 결정립의 성장을 억제시키는 기능을 하는 억제제가 필수적으로 요구되며, 이러한 억제제로는 미세한 석출물이나 편석원소를 이용한다. 따라서, 방향성 전기강판은 억제제의 효과적인 제어에 의해 1차 재결정립의 성장을 억제시키고, 성장이 억제된 결정립들 중에서 {110}〈001〉방위의 결정립을 선택적으로 성장시켜 얻어진 2차 재결정 조직에 의해 우수한 자기특성을 갖는다.

현재 공업적으로 생산되고 있는 방향성 전기강판은 MnS, MnS+AlN, MnS(Se)+Sb 중 하나를 억제제로 이용하고 있다. 이들 중에서 MnS만을 억제제로 이용하는 방법은 다른 두 방법에 비해 자속밀도가 낮다. 자속밀도가 높은 제품을 철심으로 사용하면 전기기기의 크기를 작게 할 수 있어 기기의 소형화가 가능해지기 때문에, 방향성 전기강판의 제조분야에서 자속밀도를 높이려는 노력이 많이 행해져 왔다.

상기 방법 중 가장 자기특성이 우수한 것은 MnS+AlN을 억제제로 이용하는 방법이며, 고온 슬랩 가열, 열간압연, 석출소둔, 냉간압연, 탈탄소둔, 고온소둔의 공정으로 진행된다. 고온소둔이라 함은 코일상으로 2차 재결정을 일으켜 {110}〈001〉방위의 집합조직을 발달시키는 공정을 말한다. 고온소둔은 어느 억제제를 사용하는 방법에서나 강판끼리의 점착(sticking)을 방지하고, 탈탄소둔시에 강판표면에 형성되어 있는 산화물층과 반응하여 유리질 피막을 형성하도록 하여 절연성을 부여하는 데 도움이 되도록 소둔분리제(MgO가 주성분)를 도포하여 실시하게 된다. 고온소둔에 의해 얻어진 {110}〈001〉방위의 집합조직을 갖는 판에 절연코팅을 함으로써 최종제품으로 된다. MnS(Se)+Sb를 억제제로 이용하는 방법은 고온 슬랩 가열, 열간압연, 석출소둔, 1차 냉간압연, 중간소둔, 2차 냉간압연, 탈탄소둔, 고온소둔의 공정으로 진행된다.

위에서 본 것처럼, 방향성 전기강판의 제조기술에서는 어떤 종류의 석출물이나 입계 편석원소를 사용할 것이며, 안정적인 {110}〈001〉방위의 집합조직을 얻을 수 있도록 각 공정을 어떻게 구성할 것인지가 중요한 요인이 되고 있다.

석출물들이 억제제로서의 제기능을 하기 위해서 갖추어야 할 조건으로 중요한 것은 다음과 같다. 1차 재결정립을 2차 재결정이 일어나기 직전까지 성장이 억제될 수 있도록 석출물들이 충분한 양과 적절한 크기로 고르게 분포되어 있어야 하고, 2차 재결정이 일어나기 직전의 고온에서도 열적으로 안정해서 쉽게 분해되지 않아야 한다. 이와 같은 조건이 만족되어 현재 공업적으로 이용되는 것이 앞서 언급한 MnS, AlN, MnSe를 이용한 방법이다.

현재 공업적으로 이용되는 각각의 방향성 전기강판의 제조방법은 장단점이 있다. 우선 MnS를 억제제로 이용하는 방법은 M. F. Littmann에 의해 일본특허 공보(소)30-3651호에 제시되어 있다. 이 방법은 중간소둔을 포함한 2회의 냉간압연을 하며, 안정적인 2차 재결정 조직을 얻을 수 있다. 그러나 이 방법으로는 높은 자속밀도를 얻을 수 없으며, 2회의 냉간압연으로 인해 제조비용이 비싸지는 문제가 있다.

MnS+AlN을 이용하여 방향성 전기강판을 제조하는 대표적인 방법은 일본특허 공보(소)40-15644호에 제시되어 있는데, 이 방법에서는 80% 이상의 높은 압하율로 1회 냉간압연하여 방향성 전기강판을 제조한다. 이 방법은 1회 냉간압연을 하며 자속밀도가 높은 제품을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나, 공업적인 생산시에는 제조조건이 매우 엄격하여 각 공정조건을 엄격히 제어해야 한다.

MnS(또는 MnSe)+Sb를 이용하여 방향성 전기강판을 제조하는 대표적인 방법은일본특허 공보(소)51-13469호에 제시되어 있다. 이 방법은 높은 자속밀도를 얻을 수 있으나 2회의 냉간압연을 행하며, 유독성이 있고 고가인 Sb 및 Se와 같은 원소를 사용한다.

또한, 상기 방법들은 위에서 언급한 단점보다 더욱 심각한 근본적인 문제점을 안고 있다. 즉, 각각의 방법에서 원하는 크기와 분포를 갖는 석출물을 얻어 억제제로 이용하기 위해서는 모두 슬랩을 고온으로 재가열하여야 한다. 이는 적어도 MnS나 AlN이 고용되기 위해서 요구되는 온도까지 가열되어야 한기 때문이다. 즉, 소강성분에 함유된 MnS나 AlN 등을 고온에서 장시간 가열하여 고용시켜 열간압연을 한 후, 냉각하는 과정에서 적절한 크기와 분포를 갖는 석출물로 만들어 주어야 된다. MnS를 이용하는 방법은 1,300℃, MnS+AlN을 이용하는 방법은 1,350℃, MnS(또는 MnSe)+Sb를 이용하는 방법은 1,320℃ 이상이 되어야 높은 자속밀도를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 실제로 공업적으로 생산할 때는 슬랩의 크기 등을 고려해서 내부까지 균일한 온도분포를 얻기 위해서 1,400℃에 가까운 온도까지 재가열하고 있는 실정이다.

위와 같이 슬랩을 고온에서 장시간 가열하면, 다음과 같은 문제점이 발생한다.

(1)사용열량이 많아 제조원가가 비싸고,

(2)슬랩의 표면부가 용융상태에 이르러 흘러내리게 되므로, 가열로의 보수비가 많이 들며 수명이 단축되고,

(3)슬랩의 표면에 발달되어 있는 응고조직인 주상정이 조대하게 성장하고,후속되는 열간압연 공정에서 판의 폭방향으로 깊은 크랙(crack)을 발생시켜 실수율을 현저하게 저하시킨다.

상기와 같은 이유로 슬랩 재가열온도를 낮추어 방향성 전기강판을 제조하는 것은 제조원가와 실수율 측면에서 많은 효과를 가져올 수 있다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해서 고용온도가 높은 MnS를 억제제로 이용하지 않는 방법들이 최근에 많이 연구되고 있다. 이는 소강성분에 포함되어 있는 원소들로부터 억제제를 전적으로 의존하지 아니 하고, 제조공정 중의 적당한 곳에서 석출물을 만들어 줌으로써 가능해진다. 이러한 방법은 일본특허 공보(평)1-230721, 일본특허 공보(평)1-283324에 제시된 것처럼 질화처리에 의해 이루어진다. 질화처리방법에는 질화능이 있는 화합물을 함유하는 소둔분리제를 강판에 도포하는 것, 고온소둔공정의 승온기간 동안 질화능이 있는 가스를 분위기 가스 내에 포함시키는 것, 탈탄공정에서 균열처리 후 질화능이 있는 가스분위기에서 강판을 질화하는 것이 있다.

또한, 질화의 시점에 관한 대표적인 방법이 일본특허 공보(평)2-228425호에 제시되어 있는데, 열간압연된 후, 또는 최종 냉간압연전의 판에 행하는 질화공정에 의해 질소를 강(鋼) 속에 넣어 석출물을 만들어 주는 방법이 있고, 일본특허 공보(평)2-294428호에 제시되어 있는 것처럼 냉간압연이 완료된 후 행하는 탈탄소둔시 질화와 탈탄을 행하는 것이 있다. 그러나, 이 방법의 경우에는 2차 재결정이 불안정하게 되는 문제점이 있어, 일본특허 공보(평)3-2324호에서 일본특허 공보(평)2-294428호를 개량하여 탈탄소둔을 우선적으로 행하고 결정립의 크기가 어느 정도 이상으로 성장한 후, 암모니아 가스에 의해 질화를 행하는 방법을 제시하고 있다.

위의 모든 방법은 암모니아 가스에 의한 질화로 암모니아가 약 500℃ 이상에서 분해되어 발생되는 질소를 강판 내부로 넣어주는 방법을 이용하고 있다. 이는 강판내부로 들어간 질소가 이미 강 속에 존재하고 있는 원소인 Al, Si 등과 반응해서 질화물을 형성하게 하고, 이러한 질화물을 억제제로 이용하고자 하는 것이다. 이 때, 형성된 질화물 중에서 억제제로 이용되는 것은 AlN 과 (Al, Si)N으로 주로 Al계통의 질화물이다.

즉, 종래의 방향성 전기강판의 제조방법에서는 슬랩을 저온으로 가열하고 강판 속의 질화능이 있는 물질이나 가스를 이용하여 질화하게 함으로써 강판내부에 석출물을 형성시키고 있다. 그러나, 이들 방법은 모두 약 0.050%의 탄소를 함유하고 있는 강판을 탈탄소둔시켜 탄소를 제거한 후 질소를 넣어주는 것이므로, 기존의 제조공정에 새로운 공정의 추가가 불가피하다. 특히, 가스를 이용하여 질화하는 방법은 새로운 설비의 도입이나 기존 설비의 대폭적인 개선에 의하여 달성될 수 있는 것이다. 또한, 질화능이 있는 화합물을 소둔분리제에 첨가하는 방법은 강판의 표면에 형성되는 포스테라이트 층에 다량의 결함을 유발하여 제품이 불량화할 정도로 심각한 문제를 안고 있다. 그리고, 소강 속에 함유된 S나 N의 양이 비교적 높아 의도하지 않은 MnS나 AlN이 열간압연 후에 많이 생성된다. 이는 탈탄소둔 후의 1차 재결정입도가 작아지게 하므로, 원활하게 2차 재결정 조직을 얻기 위해서는 매우 강력한 억제제가 필요하게 된다. 따라서, 작고 미세한 석출물을 균일하게 형성시킬 수 있어야만 2차 재결정 조직을 얻을 수 있게 된다. 이는 탈탄소둔 후 입도를 매우좁은 범위로 엄밀히 제어하여야 하고, 질화후의 질화량도 엄밀히 제어하여야 하므로 공업적인 제조가 용이하지 않게 된다.

이 방법이 공업적으로 적용되기 위해서는 다음과 같은 2가지 문제점이 선결되어야 한다. 첫째는 기존 설비를 크게 변경시키지 않는 범위의 공정개선이 필요하다. 이는 제조원가의 저렴화와 아울러 새로운 기술의 적용성을 제고시키기 위한 것이다. 둘째는 공정의 제어가 비교적 넓은 범위에서 행해져도 안정적인 방향성 전기강판의 제조가 가능하여야 한다. 이는 제품의 실수율에 큰 영향을 미치는 것으로 궁극적으로 제조원가와 관련된다.

이 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것이며, 자기특성이 우수한 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조함에 있어서 소강의 C의 함량을 극저로 낮추더라도 미세한 열연조직을 얻을 수 있게 하려는 것이다.

도 1 - 이 발명에 따르는 성분계의 입성장 억제제기능을 하는 석출물을 나타낸 사진

위와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따르면, 고자속밀도 방향성 전기강판의 저온가열식 제조방법이 제공되며, 이러한 방법에서는 용강 속의 C의 양을 저감시키고 적당량의 Zr을 함유시켜 슬랩을 제조한 후, 슬랩을 1,250℃ 이하의 저온에서 가열하여 열간압연을 행하고, 1회의 냉간압연을 하여 최종두께로 한 다음, 탈탄소둔을 행하고 질화소둔을 하여 새로운 석출물을 형성시켜 억제제로 이용한다.

여기에서, 슬랩은 1.0-4.8 중량%의 Si와, 0.005-0.019 중량%의 C와, 0.05-0.2 중량%의 Mn과, 0.01-0.07 중량%의 Zr과, 0.020 중량% 이하의 Al과, 0.007중량% 이하의 S과, 0.01 중량% 이하의 N 및, 잔부를 이루는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하며, 열간압연하기 전의 슬랩의 재가열은 1,050-1,250℃의 온도로 행해진다.

[발명의 양호한 실시예에 대한 설명]

이하, 이 발명에 따른 고자속밀도 방향성 전기강판의 저온가열식 제조방법의 양호한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 이 실시예에 따라 제조되는 고자속밀도 방향성 전기강판의 성분에 대하여 설명한다. 아래의 설명에서 함량의 단위인 %는 별도의 언급이 없는 한 중량%를 의미한다.

Si는 강의 비저항을 높여 주어 철손특성을 현저하게 개선하는 원소로서, 방향성 전기강판의 제조에 반드시 들어가는 원소이다. 그 첨가량은 여러 가지 제한 요소에 의해 결정되며, 실용화된 제품에서는 약 2.95-3.5%정도가 함유되어 있는 것이 일반적이다. 그 상한은 공업적으로 냉간압연을 안정적으로 할 수 있는 정도로 정해진다. 특수하고 엄밀히 제어된 압연법에서는 약 4.5%의 Si가 함유된 강도 압연이 가능한 것으로 알려져 있다. Si의 함량이 1.0% 이하인 경우에는 그 첨가효과가 미미하여 큰 의미가 없다. 그러므로, 이 실시예에서는 Si함량을 1.0-4.8%로 설정한다.

종래의 방법에서는 Al이 최종적으로 AlN 및 (Al,Si)N 형태의 질화물로 되어 억제제로 작용하였다. 그러나, 이 실시예에서는 억제제와 관련하여 Al이 이용되지는 않는다. 다만, Al도 Si와 마찬가지로 강의 비저항을 증가시키는 원소이므로 첨가하는 것이 유리하다. Al의 함량이 0.020%를 넘으면, 질소와 결합하여 AlN 석출물이 생성되어 1차 재결정입도가 작아지게 하므로, 2차 재결정의 발달이 불안정해진다. 또한, 질화후 AlN의 석출물이 많이 생성되면 전체적으로 억제력이 너무 커지고, 그에 따라, 결정입도에 따른 적절한 억제력이라는 힘의 균형이 깨져 2차 재결정의 발달이 어려워진다. 따라서, 이 실시예에서는 Al의 함량을 0.020%로 정한다.

C는 열간압연 조직을 미세화시키기 위하여 첨가하는 원소이지만, 열간압연시 제 기능을 한 후에는 불순물로 되어 자기적 특성에 악영향을 미치므로 제거되어야 한다. 3%의 Si가 함유된 경우, 약 0.018%의 C를 함유하면 열간압연시 α- γ변태가 일어나 열간압연조직을 미세화시키는 기능을 할 수 있다. Si양이 증가하면 C의 함량도 증가시켜야 제기능을 할 수 있다. 이러한 관점에서 본다면, C의 함량의 하한을 0.020% 이상이어야 할 것이다. 한편, C는 최종제품에 남아 있게 되면 자기시효를 일으켜 변압기 등의 전기기기의 특성을 열화시키는 원소이므로, 최종제품에서는 0.003% 이하로 엄격히 관리되고 있다. 따라서, 방향성 전기강판의 제조에는 탈탄공정이 반드시 들어가게 되며, 탈탄의 용이성 측면에서는 소강의 C의 양이 낮아야 유리하다. 그런데, 이 발명에서처럼 Zr이 첨가되면 C의 양을 낮추어도 열연조직이 미세화 된다. 따라서, 이 실시예에서는 C의 함량을 0.005-0.019%로 정한다.

Mn은 전기저항을 높여주고 철손을 낮추는 효과가 있는 성분이다. 그러나, 그 함량이 너무 많으면 자속밀도의 저하를 초래한다. 그러므로, 이 실시예에서는 Mn의 함량을 0.05-0.2%로 정한다.

Zr은 이 발명의 특징적인 원소 중의 하나이며, 강 속에 고용상태로 유지되어있다가, 슬랩이 최종 제품두께로 냉간압연된 후, 질화공정에서 암모니아 가스의 분해에 의해 강 속에 들어간 질소와 결합하여 억제제로 작용한다. 그 양이 0.01%이하로 되면 억제제의 양이 부족하여 안정적인 2차 재결정 조직을 얻을 수 없고, 0.07%를 넘으면 질화물이 조대해져 안정적인 2차 재결정 조직을 얻을 수 없다. 따라서, 이 실시예에서는 Zr의 함량을 0.01-0.07%로 정한다.

N는 동시적인 탈탄 및 질화과정에서 보강되므로, 용해시에는 불순물로 들어가는 양이면 충분하다. 질소의 첨가로 인한 악영향은 그다지 발견되지 않았지만, 0.01%를 초과하는 경우에는 강 속에 함유되어 있는 Al과 반응하여 조대한 AlN의 석출물을 형성함으로써 1차 재결정입도가 작아지게 한다. 따라서, 이 실시예에서는 N의 함량을 0.01% 이하로 정한다.

S은 편석이 심한 원소로 열간작업성을 위하여는 가능한 한 함유되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 제강시 S의 함량을 극저로 낮추기 위해서는 탈황공정 등으로 인해 추가비용이 들게 된다. 따라서, S은 의도적이 아닌 불가피적 불순물로 함유되는 원소의 일종이다. 그런데, S의 함량이 0.007%를 넘으면 강 속에 포함되어 있는 Mn과 반응하여 MnS로 합성됨으로써 1차 재결정립이 작아지게 하므로, S의 함량은 0.007% 이하로 유지되는 것이 바람직하다.

아래에서는 이 실시예에 따른 고자속밀도 방향성 전기강판의 저온가열식 제조방법을 공정별로 상세히 설명한다.

이 실시예에서는 열간압연전의 슬랩의 가열온도를 1,050-1,250℃로 정한다. 가열온도가 1,050℃ 이하인 경우에는 열간압연시 작업이 어려워지고, 1,250℃ 이상인 경우에는 자기적 특성에는 크게 영향이 없으나, 이 발명의 목적이자 특성인 슬랩의 저온가열의 장점이 미미해지기 때문이다. 즉, 가열온도는 가능한 한 낮추되 열간압연작업이 곤란하지 않을 1,050℃ 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. AlN이나 MnS를 억제제로 이용하는 종래의 방향성 전기강판의 제조방법에서는 열간압연공정이 최종제품의 특성을 좌우하였다. 이는 슬랩의 고온가열에 의해 AlN이나 MnS를 고용시킨 후, 열간압연시 재석출시켜 크기와 분포를 조절하여야 하기 때문이다. 그러나, 이 실시예에서는 슬랩이 최종제품 두께로 냉간압연된 후에 억제제를 형성시키므로, 석출물을 제어하기 위한 슬랩의 고온가열이 요구되지 않는다.

열간압연된 판은 900-1150℃의 범위에서 소둔된다. 종래에는 열연판소둔시 석출물의 부분고용과 재석출이 일어나서 안정한 석출물 분포를 얻기 위하여 1,100-1,150℃에서 유지한 후 약 900℃에 도달하면 급냉하는 방법을 사용하였다. 그러나, 이 발명은 석출물의 관점을 고려하지 않아도 되므로 열연조직의 균일화와 산세성 향상을 위해서 900-1,150℃의 범위에서 소둔을 행하며, 냉각방법은 엄밀한 제어를 요구하지 않는다.

다음에 소둔된 판은 산세하여 냉간압연을 행한다. 이 때, 중간소둔 없이 1회의 압연에 의해서 최종 두께로 압연되는 것이 바람직하다.

최종제품두께로 냉간압연된 판은 탈탄과 1차 재결정을 위하여 소둔된다. 탈탄은 습한 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서 행해지며, 이 때의 수소분압과 증기압에 의하여 탈탄능이 결정된다.

탈탄된 판은 암모니아가 포함된 분위기에서 소둔함으로써 질화된다. 질화는건조한 암모니아 가스를 노내에 넣어주어 분해되어 나온 질소가 강판의 내부로 들어가는 방법을 이용한다. 탈탄소둔후의 최종적인 탄소량은 20ppm 이하로 낮아지고, 질화소둔후의 질화량은 소둔시간과 암모니아 농도를 변화시킴으로써 원하는 양으로 조절된다. 질화소둔온도는 850-950℃로 하고 암모니아 양은 체적분율로 약 0.1-5.0%의 범위에서 소둔시간을 조절함으로써 강 속의 질소량은 100-1,000ppm으로 용이하게 변화된다.

탈탄과 질화를 동일한 노내에서 행하는 경우에는, C의 제거와 질화가 동시에 이루어진다. 이 때, 소둔로내의 분위기는 습한 수소와 질소의 혼합분위기에 건조한 소량의 암모니아 가스를 투입시켜서 조성된다. 이 과정에서 강판의 탄소는 제거되고, 암모니아 가스의 분해에 의해 생긴 질소는 강판의 내부로 들어가게 된다. 강판의 내부에 들어가는 질소의 양은 소둔온도, 소둔시간, 분위기중의 암모니아 분율에 의해 영향을 받으며, 소강성분에 따라 적절한 질소량으로 제어된다.

질화소둔 또는 동시적인 탈탄 및 질화소둔 후, 강판의 표면에 MgO를 주성분으로 하는 소둔분리제를 도포하여 코일로 감긴 상태에서 고온소둔을 행한다. 고온소둔은 2차 재결정 조직을 발달시키는 승온구간과 불순물을 제거하는 순화소둔 구간으로 이루어진다. 승온구간의 승온속도는 석출물의 재배열이 일어나기 때문에 중요하다. 경험적으로 승온속도가 너무 빠르면 2차 재결정이 불안정해진다. 반면에, 승온속도가 너무 느리면 소둔시간이 길어져 비경제적이다. 따라서, 바람직한 승온속도는 10-40℃/hr 이다. 승온과정에서는 억제제로 사용되는 질화물의 유실을 방지하기 위하여 질소가 포함된 분위기를 유지해 주는 것이 바람직하고, 순화소둔은 환원분위기에서 유지하여 강 속의 유해원소를 제거하는 과정이므로 100% 수소를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 이 발명의 특징을 야금학적으로 설명하면 다음과 같다.

이 발명에서 억제제로 이용되는 석출물의 형성에 대해서 설명한다. 이 발명의 성분계는 Si, Mn, Al, Zr이 함유되어 있으므로, 열연후에는 이들의 단독 또는 복합형태의 질화물이나 탄화물이 형성될 수 있다. 실제로 슬랩 내부에는 주조시 생성된 석출물이 존재하게 되는데, 이는 조대한 Zr(C, N)이 대부분이다. 위에서 언급한 원소들이 생성하는 석출물에 대한 열역학적인 반응 우선순위로 비교해 보면 Zr의 질화물이 형성되고, 다음으로 Al의 질화물이 형성된다. 또한 Zr은 탄화물을 형성하는 원소이므로, 소강 속의 C와 반응하여 ZrC를 형성한다. 이들의 형성 엔탈피를 비교해 보면 ZrN이 -88Kcal, AlN이 -76.1Kcal, ZrC가 -48.27Kcal이다. 즉, ZrN이 우선적으로 생성되고 AlN, ZrC순으로 생성된다. 그러나, 앞서 언급한 것처럼 열연판 상태의 석출물은 Zr(C, N)이 대부분이다. 이는 우선적으로 ZrN이 생성되면 C가 주위에 모여들어 Zr(C, N)으로 되는 것으로 생각된다. 그러나, 이 단계에서 질소의 함량은 0.006%이하로 낮으므로, AlN은 거의 형성되지 않는다. 열연판 상태에서 관찰되는 다른 석출물은 불순물로 함유된 S와 결합한 조대한 MnS가 있다. 그러나, 열연판에 존재하는 석출물이 직접적으로 억제제로 이용되는 것이 아니므로 큰 의미는 없다. 다만, 이 석출물들은 탈탄소둔시 1차 재결정립의 입도에 영향을 주기 때문에 적절히 제어되어야 한다. 실질적으로 억제제로 이용되는 석출물은 질화후에 형성된 석출물이다.

질화후의 석출물의 종류와 크기는 열연판 상태와는 다르다. 질화 이전 공정인 탈탄공정에서 강 속의 C의 함량이 20ppm 이하로 되므로, 탄화물이나 탄질화물은 거의 관찰되지 않는다.

이 발명에서는, 동시적인 탈탄 및 질화소둔공정에서 질소를 넣어주면, 앞서 비교한 형성엔탈피로 인해, 질소가 강 속의 Zr과 우선적으로 반응하여 ZrN을 형성하며, 이 것이 억제제로 사용된다. 이 때, 만일 소강의 Al함량이 높아 AlN으로 반응하지 않은 Al이 남아 있어도 ZrN이 우선적으로 석출한다.

이 발명에 따른 방법에서의 동시적인 탈탄 및 질화후의 석출물을 관찰한 결과, 다수의 ZrN이 형성된 것을 알 수 있었다. 도 1은 동시적인 탈탄 및 질화후의 고온소둔과정의 약 900℃에서의 석출물을 살펴본 현미경사진이다. 발견된 석출물의 크기는 수백Å 정도의 것이 많았다. 그 밖의 석출물로는 열연판에서부터 존재하고 있던 조대한 MnS, 질화후 생긴 것으로 추정되는 (Si, Mn)N, 열연판의 소둔후 미세화된 단독의 AlN 등이 관찰되나 그 수는 적다. 따라서, 이 발명에 따라 제조된 강판에서의 주된 석출물은 ZrN이며, 이 질화물이 억제제로 작용하는 것으로 추정된다.

아래에서는 이 발명에 따른 방법에 의해 제조된 강판에 대하여 행해진 실험에 대하여 설명하겠다.

이 실험에서는 0.017%의 C와, 3.15%의 Si와, 0.09%의 Mn과, 0.006%의 S과, 0.013%의 Al과, 0.0065%의 N 및, 잔부를 이루는 Fe와 불가피한 원소를 함유하고, 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이 Zr을 함유한 각각의 전기강판 슬랩을 1,200℃로가열한 후, 열간압연하여 판두께가 2.3mm인 열연판을 얻었다. 이 열연판을 1,120℃에서 2분간 소둔하며 100℃의 물에 급냉하고 산세한 후에 0.30mm의 두께로 냉간압연하였다.

[표 1]

냉간압연된 판은 875℃로 유지된 노 속에서 노점(霑点)온도가 48℃인 25%의 H₂와 75%의 N₂로 이루어진 혼합가스와 건조한 NH₃를 함유시킨 분위기에서 155초 동안 동시적인 탈탄 및 질화를 행하였다. 이 때, NH₃가스는 0.3 체적%로 하였다. 이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 최종 고온소둔을 행하였다. 고온소둔은 25%의 N₂와75%의 H₂로 이루어진 분위기에서 15℃/hr의 승온속도로 1,200℃까지 가열하고, 1,200℃ 도달후 100%의 H₂로 이루어진 분위기에서 10시간 유지하였다.

표 1에 나타낸 바와 같은 Zr의 첨가량 변화에 따라 얻어진 각 실험예의 강판의 자기특성은 표 2와 같다. 자기특성은 1,000A/m의 자장하에서 시편에 유도되는 자속밀도(B₁₀)를 측정하였다.

[표 2]

표 2에 보이듯이, Zr이 첨가되지 않은 비교예 1에서는 방향성 전기강판을 얻을 수 없고, 이 발명의 양호한 실시예에서 정한 범위내의 Zr이 첨가된 발명예 1 내지 4의 경우에서 양호한 전기강판을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

위에서 알 수 있는 바와 같이, 이 발명에 따르면, 소강의 C의 함량을 극저로 낮추더라도 미세한 열연조직을 얻을 수 있고, 동시적인 탈탄 및 질화에 의해 ZrN을 형성시켜 결정립성장의 억제제로 이용함으로써 자기특성이 우수한 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조할 수 있다.

Claims (1)

1. 전기강판 슬랩을 가열하여 열간압연하고, 열간압연판을 소둔한 다음, 1회의 냉간압연에 의해 최종두께를 얻고, 탈탄과 질화를 동시에 행하여 억제제를 형성시킨 후, 강판 표면에 소둔분리제를 도포하여 고온소둔을 함으로써 고자속밀도를 갖는 방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 슬랩은 1.0-4.8 중량%의 Si와, 0.005-0.019 중량%의 C와, 0.05-0.2 중량%의 Mn과, 0.01-0.07 중량%의 Zr과, 0.020 중량% 이하의 Al과, 0.007 중량% 이하의 S과, 0.01 중량% 이하의 N 및, 잔부를 이루는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하며,

   최종두께로 압연된 슬랩에서 탈탄 및 질화처리를 동시에 행하여 ZrN석출물을 형성하고,

   열간압연하기 전의 슬랩의 재가열은 1,250℃ 이하의 저온에서 행해지는 것을 특징으로 하는 고자속밀도 방향성 전기강판의 저온식 제조방법.