KR101707539B1 - 방향성 전자 강판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

mass％로, C: 0.001∼0.10％, Si: 1.0∼5.0％, Mn: 0.01∼0.5％, S 및/또는 Se: 0.01∼0.05％, sol.Al: 0.003∼0.050％ 및 N: 0.0010∼0.020％를 함유하는 강(鋼) 슬래브를 열간 압연하고, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연에 의해 최종 판두께로 하고, 1차 재결정 어닐링을 행한 후, 어닐링 분리제를 도포하여 마무리 어닐링을 행하는 방향성 전자(電磁) 강판의 제조 방법에 있어서, 상기 1차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 550∼700℃ 사이를 평균 승온(昇溫) 속도 40∼200℃/s로 급속 가열함과 함께, 250℃∼550℃ 사이 중 어느 온도역에 있어서 승온 속도 10℃/s 이하로 1∼10초간 유지함으로써, 2차 재결정립의 미세화를 도모하여, 저철손(低鐵損)을 안정되게 실현한 방향성 전자 강판을 얻는다.

Description

방향성 전자 강판의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET}

본 발명은, 철손(鐵損; iron loss) 특성이 우수한 방향성(grain-oriented) 전자(電磁) 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

방향성 전자 강판은, 그 결정 방위(crystal orientation)가 고스(Goss) 방위({110}＜001＞)로 고도로 집적한 연자성(soft magnetic) 재료이며, 주로 변압기의 철심이나 전동기의 철심 등에 이용되고 있다. 그 중에서도, 변압기에 이용되는 방향성 전자 강판에는, 무(無)부하손(no-load loss(energy loss))을 저감하기 위해, 철손이 낮은 것이 강하게 요구되고 있다. 철손을 저감하는 수단으로서는, 판두께의 저감이나, Si 첨가량의 증가, 결정 방위의 배향성 향상, 강판으로의 장력(tension) 부여, 강판 표면의 평활화(smoothening), 2차 재결정 조직의 세립화(refining) 등이 유효하다는 것이 알려져 있다.

상기 수단 중의 2차 재결정립(recrystallized grains)을 세립화하는 기술로서는, 특허문헌 1∼특허문헌 4 등에 명시된 탈탄(decarburization) 어닐링시에 급속 가열하는 방법이나, 탈탄 어닐링 직전에 급속 가열 처리하여, 1차 재결정 집합 조직(texture)을 개선하는 방법 등이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 최종 판두께까지 압연한 냉연 강판을 탈탄 어닐링하기 직전에, P_H2O/P_H2가 0.2 이하의 비산화성 분위기(non-oxidizing atmosphere) 중에서 100℃/s 이상의 가열 속도로 700℃ 이상의 온도까지 가열함으로써 저(低)철손의 방향성 전자 강판을 얻는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3 등에는, 600℃ 이상의 온도역(temperature zone)을 95℃/s 이상의 승온(昇溫) 속도로 800℃ 이상으로 가열하고, 이 온도역의 분위기를 적정하게 제어함으로써 피막(coating) 특성과 자기(magnetic) 특성이 우수한 전자 강판을 얻는 기술이 개시되어 있다.

이들의 급속 가열로 1차 재결정 집합 조직을 개선하는 기술은, 급속 가열의 온도 범위로서 대체로 실온에서 700℃ 이상의 온도 범위에 대하여, 일의적으로 승온 속도를 규정하는 것이다. 이 기술 사상은, 재결정 온도 근방까지를 단시간에 승온함으로써, 통상의 가열 속도이면 우선적으로 형성되는 γ 파이버({111} 섬유 조직)의 발달을 억제하고, 2차 재결정의 핵이 되는 {110}＜001＞ 조직의 발생을 촉진시키는 등, 1차 재결정 집합 조직의 개선을 도모하는 것으로 이해되고 있다. 이 기술의 적용에 의해, 2차 재결정립이 세립화하여, 철손을 개선할 수 있다.

그런데, 상기 급속 가열을 행하는 기술에 있어서는, 특허문헌 5에 개시된 기술과 같이, 압연 조건을 적성으로(properly) 제어함으로써 50℃/s 이상으로 급속 가열의 효과를 발현시킬 수 있는 것도 있지만, 대체로 80℃/s 이상 혹은 더욱 높은 승온 속도로 큰 효과가 얻어진다고 한다. 그러나, 승온 속도를 높이기 위해서는, 유도 가열(induction heating)이나 통전 가열(electric heating) 등의 특수하고 대형의 가열 설비가 필요해지고, 또한, 단시간에 큰 에너지의 투입이 필요해진다는 문제가 있다. 또한, 급속 가열에 의한 급격한 온도 변화에 의해, 강판의 형상이 악화되어, 제조 라인에서 통판성(sheet threading performance)이 저하된다는 문제도 있다.

일본공개특허공보 평07-062436호 일본공개특허공보 평10-298653호 일본공개특허공보 2003-027194호 일본공개특허공보 2000-204450호 일본공개특허공보 평07-062437호

본 발명은, 종래 기술에 있어서의 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 1차 재결정 어닐링에 있어서의 승온 속도가, 종래 기술과 같이 80℃/s 이상으로 높은 경우는 보다 높은 승온 속도와 동등한 효과를 얻고, 80℃/s 미만의 비교적 낮은 경우에 있어서도 급속 가열의 효과를 발현시킴으로써, 종래 기술에 비해 보다 효율적으로 2차 재결정립의 미세화를 도모하고, 따라서, 저철손의 방향성 전자 강판을 안정되게 얻을 수 있는 제조 방법을 제안하는 것에 있다.

발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 1차 재결정 어닐링에 있어서의 히트 사이클(heat cycle)의 존재 방식, 특히, 승온 속도(가열 패턴)에 대해서, 여러가지 관점에서 검토를 행했다. 전술한 바와 같이, 1차 재결정 어닐링에 있어서의 승온 과정에 있어서 약 700℃의 온도까지 급속 가열하는 목적은, γ 파이버({111} 섬유 조직)의 재결정이 우선적으로 진행되기 쉬운 온도역인 550℃, 580℃와 같은 온도 범위를 단시간에 통과시킴으로써, 고스 조직(Goss structure) {110}＜001＞의 재결정을 상대적으로 촉진시키는 것에 있다고 생각할 수 있다.

이에 대하여, 승온 과정에 있어서의 {222}(종래, {111}과 등가임)가 우선적으로 발달하는 550∼700℃의 온도역보다도 낮은 온도역은, 조직의 회복이나 전위의 폴리곤화(polygonization of dislocation)가 발생하여, 전위 밀도(dislocation density)는 저하되기는 하지만, 재결정이 발생하는 데에는 충분하지 않다. 그 때문에, 상기 온도역에서 장시간 유지(keeping)해도 {222}의 재결정은 거의 진행되지 않는다. 그러나, 상기 온도역에서는, 변형이 축적된 조직일수록 전위 밀도가 대폭으로 저하되기 때문에, 단시간의 유지에 의해 1차 재결정 집합 조직에 큰 변화가 발생하고, 2차 재결정립의 미세화 효과를 효과적으로 발현시킬 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, C: 0.001∼0.10mass％, Si: 1.0∼5.0mass％, Mn: 0.01∼0.5mass％, S 및 Se 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종: 합계 0.01∼0.05mass％, sol.Al: 0.003∼0.050mass％ 및 N: 0.0010∼0.020mass％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성의 강 슬래브(steel slab)를 열간 압연하고, 열연판 어닐링을 행한 후 또는 행하는 일 없이, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연에 의해 최종 판두께로 한 후, 1차 재결정 어닐링을 행하고, 그 후, 어닐링 분리제(separator)를 도포하여 마무리 어닐링을 행하는 방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서, 상기 1차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 550∼700℃ 사이를 평균 승온 속도 40∼200℃/s로 급속 가열함과 함께, 380℃∼550℃ 사이 중 어느 온도역에 있어서 승온 속도 10℃/s 이하로 1∼10초간 유지하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법이다.

본 발명의 방향성 전자 강판의 제조 방법에 있어서의 상기 강 슬래브는, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Cu: 0.01∼0.2mass％, Ni: 0.01∼0.5mass％, Cr: 0.01∼0.5mass％, Sb: 0.01∼0.1mass％, Sn: 0.01∼0.5mass％, Mo: 0.01∼0.5mass％, Bi: 0.001∼0.1mass％, Ti: 0.005∼0.02mass％, P: 0.001∼0.05mass％ 및 Nb: 0.0005∼0.0100mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 1차 재결정 어닐링의 승온 과정에 있어서의 승온 속도가 비교적 낮은 경우에 있어서도, 높은 승온 속도로 급속 가열하는 종래 기술과 동등 또는 그 이상의 2차 재결정립의 미세화 효과를 발현시킬 수 있기 때문에, 저철손의 방향성 전자 강판을 용이하고 또한 안정적으로 얻는 것이 가능해진다.

도 1은 Al 킬드 강(Al-killed steel)에 있어서의 어닐링 시간과 재결정립의 수에 미치는 어닐링 온도의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 2는 550∼700℃ 사이의 승온 속도와 철손의 관계에 미치는 가열 패턴의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 3은 가열 패턴이 {110} 인버스 강도(inverse intensity)에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

우선, 본 발명을 개발하기에 이른 실험에 대해서 설명한다.

＜실험 1＞

C: 0.05mass％, Si: 3.4mass％, Mn: 0.05mass％, Al: 0.020mass％, N: 0.0100mass％, S: 0.0030mass％, Se: 0.01mass％, Sb: 0.01mass％, Ti: 0.001mass％, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성의 강 슬래브를 열간 압연하여 열연판(hot rolled sheet)으로 하고, 열연판 어닐링을 행하고, 1100℃의 중간 어닐링을 사이에 둔 2회의 냉간 압연에 의해 최종 판두께 0.30㎜의 냉연판(cold rolled sheet)으로 한 후, 이 냉연판(코일) 길이 방향, 폭방향의 중앙부로부터, L: 300㎜×C: 100㎜의 시험편을 30매 절출(cut out)했다.

이어서, 상기의 시험편에, 통전 가열 장치를 이용하여, 여러 가지의 승온 속도로 700℃의 온도로 가열 후, 30℃/s로 800℃까지 가열하고, 습수소(wet hydrogen) 분위기 중에서 60초간 유지하는 탈탄 어닐링을 겸한 1차 재결정 어닐링을 행했다. 또한, 상기 1차 재결정 어닐링에 있어서의 가열은, 실온에서 700℃까지를 일정한 승온 속도로 연속적으로 승온하고, 700℃에서 800℃ 사이를 일정한 승온 속도로 가열하는 가열 패턴 1과, 상기 700℃까지의 가열 도중 450℃에서 3초간 유지하는 가열 패턴 2 및 상기 700℃까지의 가열 도중 450℃의 온도에서 15초간 유지하는 가열 패턴 3의 3개의 패턴으로 행했다. 또한, 가열 패턴 2, 3에 있어서의 승온 속도는, 상기 유지하기 전후의 승온 속도를 말하며, 가열 패턴 2, 3에 있어서의 분위기 조건 등은 모두 가열 패턴 1과 동일하게 했다.

이어서, 1차 재결정(탈탄) 어닐링 후의 시험편 표면에, MgO를 주성분으로 하는 어닐링 분리제를 도포하고, 1150℃×10시간의 2차 재결정 어닐링(마무리 어닐링)을 행한 후, 인산염계의 절연 장력 코팅(phosphate-based insulating tension coating)을 도포·소성(baking)했다.

이와 같이 하여 얻은 마무리 어닐링 후의 시험편에 대해서, SST(단판 시험기)를 이용하여 철손 W_17/50(상용 주파수 50Hz로 자속 밀도 1.7T까지 여자(勵磁)했을 때의 철손)을 측정하고, 그 결과를 도 2에 나타냈다. 이 도면으로부터, 가열 도중의 450℃에서 3초간 유지하는 가열 패턴 2의 경우에는, 연속 승온하는 가열 패턴 1의 경우보다도 양호한 철손이 얻어지고 있으며, 예를 들면, 가열 패턴 2의 경우에는 승온 속도 40℃/s로도 가열 패턴 1의 승온 속도 80℃/s와 동등한 철손이 얻어지고 있다. 이에 대하여, 가열 도중의 450℃에서 15초간 유지하는 가열 패턴 3의 경우에는, 모든 시험편에서 철손 W_17/50이 1.10W/㎏ 이상이 되고(도시하지 않음), 또한 승온 속도가 100℃/s 이상에서는, 2차 재결정 자체가 발생하지 않았다.

＜실험 2＞

실험 1에서 얻은 냉연 코일의 동일 위치에서 동일 치수의 시험편을 채취하고, 통전 가열 장치를 이용하여, 실온에서 700℃까지를 어닐링 속도 100℃/s로 연속하여 가열하는 조건과, 실온에서 700℃까지를 어닐링 속도 100℃/s로 가열할 때, 가열 도중의 400℃, 500℃, 600℃ 중 어느 온도에서 3초간 유지하는 조건으로 가열한 후, 700℃에서 800℃까지 승온 속도 30℃/s로 가열하고, 습수소 분위기 중에서 60초간 유지하는 탈탄 어닐링을 겸한 1차 재결정 어닐링을 행했다. 이렇게 하여 얻어진 1차 재결정 어닐링판에 대해서, X선 회절법(X-ray diffractometry)으로 인버스 강도를 측정한 결과, 도 3에 나타낸 것처럼 400℃ 및 500℃로 유지한 경우에는, 600℃로 유지한 경우나, 40℃/s로 연속 가열한 경우와 비교하여 {110} 인버스 강도가 높고, 100℃/s로 급속 가열했을 때와 동등 이상인 것, 즉, 2차 재결정시에 핵(nuclei)이 되는 Goss 방위({110}＜001＞)립(grain)의 재결정이 촉진되고 있는 것이 확인되었다.

이러한 현상이 일어나는 메커니즘(mechanism)에 대해서, 이하와 같이 생각하고 있다.

일반적으로, 재결정을 일으키는 구동력은 변형 에너지(strain energy)이다. 즉, 변형 에너지의 해방은, 변형 에너지가 높은 부분에 있어서 발생하기 쉽다고 생각되고 있으며, 기술문헌(시로이와, 테라사키, 코다마, 「Al 킬드 강에서의 등온 어닐링 중의 재결정 거동」, 일본 금속 학회지, 제35권, 제1호, p.20)에 있어서 인정된 {222}가 우선적으로 재결정한다는 현상은, {222} 조직에 높은 변형 에너지가 축적되어 있는 것을 나타내고 있다(도 1 참조).

여기에서, 냉연한 강판을, 전위가 폴리곤화하고, 변형 에너지가 감소하여 조직이 회복되는 온도역에 단시간 유지한 경우에는, 다른 결정 방위에 비해 변형 에너지가 높은 {222}에 있어서 변형 에너지의 감소는 커진다. 그 결과, 회복이 일어나는 온도로 유지한 경우에는, 조직에 의한, 변형 에너지 축적의 차이는 상실되고, 재결정시에 있어서의 {222} 조직의 우선 성장성은 저하된다. 이러한 가열 도중에 유지했을 때의 효과는, 1차 재결정 어닐링 후에 형성되는 집합 조직의 관점에서 보면, 높은 승온 속도로 급속 가열한 효과와 동일하다.

한편, 조직이 회복되는 온도역에서 필요 이상으로 유지한 경우에는, 변형 에너지가 저하되어, {222} 조직의 재결정이 발생하기 위한 구동력이 대폭으로 저하된다. {222} 조직은, Goss립에 잠식되는 조직으로서 일정량 존재하고 있을 필요가 있기 때문에, 과잉으로 {222} 조직이 억제됨으로써, 2차 재결정에 충분한 1차 재결정 조직이 얻어지지 않았을 가능성이 높다. 따라서, 비교적 승온 속도가 늦은 경우에서는, 조직 회복 온도역에 매우 단시간 유지한 경우에만, 승온 속도가 높은 경우와 동등한 효과가 얻어진 것이라고 생각되고, 승온 속도가 높은 경우도, 또한 승온 속도가 높은 조건과 동등한 효과가 얻어진 것이라고 생각된다.

다음으로, 본 발명이 대상으로 하는 방향성 전자 강판의 성분 조성에 대해서 설명한다.

C: 0.001∼0.10mass％

C는, 고스 방위 결정립의 발생에 유용한 성분이며, 이러한 작용을 유효하게 발현시키기 위해서는 0.001mass％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, C를 0.10mass％를 초과하여 함유하면, 탈탄 어닐링에 있어서 탈탄 불량을 일으킬 우려가 있다. 따라서, C는 0.001∼0.10mass％의 범위로 한다. 바람직하게는 0.01∼0.08mass％의 범위이다.

Si: 1.0∼5.0mass％

Si는, 강의 전기 저항(electrical resistance)을 높여 철손을 저하시키는 효과가 있어, 적어도 1.0mass％의 함유를 필요로 한다. 한편, 5.0mass％를 초과하는 첨가는, 냉간 압연 하는 것을 곤란하게 한다. 따라서, Si는 1.0∼5.0mass％의 범위로 한다. 바람직하게는 2.0∼4.5mass％의 범위이다.

Mn: 0.01∼0.5mass％

Mn은, 강의 열간 가공성의 향상에 유효할 뿐만 아니라, S나 Se가 존재하는 경우에는, MnS나 MnSe 등의 석출물(precipitate)을 형성하여 인히비터(inhibitor; 입성장(粒成長) 억제제)로서의 기능을 갖는 원소이다. 상기 효과는, 0.01mass％ 이상 함유시킴으로써 얻어진다. 한편, 0.5mass％를 초과하는 첨가는, MnS나 MnSe 등의 석출물을 고용(dissolving)시키는 데에 필요한 슬래브 가열 온도가 고온이 되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, Mn은 0.01∼0.5mass％의 범위로 한다. 바람직하게는 0.01∼0.10mass％의 범위이다.

S 및 Se의 1종 또는 2종: 합계 0.01∼0.05mass％

S 및 Se는, Mn이나 Cu와 결합하여 MnS, MnSe, Cu_2-xS, Cu_2-xSe를 형성하고, 강 중의 분산 제2상(secondary dispersion phase)으로서 인히비터의 작용을 발휘하는 유용 성분이다. 이들 S, Se의 합계의 함유량이 0.01mass％에 미치지 못하면, 그 첨가 효과가 없고, 한편, 0.05mass％를 초과하면, 슬래브 가열시의 고용이 불완전해질 뿐만 아니라, 제품 표면의 결함의 원인도 된다. 따라서, 단독 첨가 또는 복합 첨가 중 어느 경우도 합계로 0.01∼0.05mass％의 범위로 한다.

sol.Al: 0.003∼0.050mass％

Al은, 강 중에서 AlN을 형성하여 분산 제2상으로서 인히비터의 작용을 하는 유용한 성분이지만, 첨가량이 0.003mass％에 미치지 못하면 충분한 석출량을 확보할 수 없어, 상기 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 0.050mass％를 초과하여 첨가하면, AlN의 고용에 필요한 슬래브 가열 온도가 고온이 됨과 함께, 열연 이후의 열처리에 의해서도 AlN이 조대화(coarsened)되어, 인히비터로서의 작용이 상실된다. 따라서, Al은, sol.Al로서 0.003∼0.050mass％의 범위로 한다. 바람직하게는 0.01∼0.04mass％의 범위이다.

N: 0.0010∼0.020mass％

N은, Al과 AlN을 형성하여, 인히비터로서의 작용을 발휘하는 데 필요한 성분이다. 그러나, 첨가량이 0.0010mass％를 하회하면, AlN의 석출이 불충분하고, 한편, 0.020mass％를 초과하면 첨가하면, 슬래브 가열시에 팽창 등이 발생하게 된다. 따라서, N은 0.001∼0.020mass％의 범위로 한다.

본 발명이 대상으로 하는 방향성 전자 강판에 있어서 상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 본 발명의 방향성 전자 강판은, 상기 필수로 하는 성분 외에, 자기 특성의 향상을 목적으로 하여, Cu: 0.01∼0.2mass％, Ni: 0.01∼0.5mass％, Cr: 0.01∼0.5mass％, Sb: 0.01∼0.1mass％, Sn: 0.01∼0.5mass％, Mo: 0.01∼0.5mass％, Bi: 0.001∼0.1mass％, Ti: 0.005∼0.02mass％, P: 0.001∼0.05mass％ 및 Nb: 0.0005∼0.0100mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다.

이들은, 결정립계나 표면에 편석(segregation)하거나, 혹은, 탄질화물(carbonitride)을 형성하거나 함으로써, 보조적인 인히비터로서의 작용을 갖는 원소이며, 이들 원소를 첨가함으로써, 2차 재결정 과정의 고온역에서의 1차립의 조대화를 억제할 수 있다. 그러나, 첨가량이 상기 범위의 하한값 미만에서는 상기 첨가 효과가 작고, 반대로, 상기 범위의 상한값을 초과하면 피막의 외관 불량이나 2차 재결정 불량이 발생하기 쉬워진다.

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

본 발명의 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 전술한 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 열간 압연하고, 열연판 어닐링을 행한 후 또는 행하는 일 없이, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연을 행하여 최종 판두께로 한 후, 1차 재결정 어닐링을 행하고, 그 후, 어닐링 분리제를 도포하여 2차 재결정 어닐링을 행하는 일련의 공정으로 이루어지는 제조 방법이다.

상기 강 슬래브의 제조 방법은, 특별히 제한은 없고, 종래 공지의 정련 프로세스에서 전술한 성분 조성의 강을 용제(melting)하여, 연속 주조법(continuous casting method), 조괴-분괴압연법(ingot making-blooming method) 등으로 제조할 수 있다.

상기 강 슬래브는, 그 후, 열간 압연에 제공하지만, 열간 압연에 앞서는 슬래브의 재가열 온도는, 인히비터 성분을 완전히 고용시킬 필요가 있는 점에서 1300℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

열간 압연한 열연판은, 열연판 어닐링을 행한 후, 혹은 열연판 어닐링을 행하는 일 없이, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연에 의해, 최종 판두께의 냉연판으로 한다. 또한, 상기 열간 압연 이후부터 냉간 압연까지의 제조 조건에 대해서는, 특별히 제한은 없으며, 상법(usual manner)에 준하여 행하면 좋다.

이어서, 상기의 최종 판두께로 한 냉연판은, 1차 재결정 어닐링을 행한다. 1차 재결정 어닐링에 있어서의 가열은, 550∼700℃ 사이를 평균 승온 속도 40∼200℃/s로 급속 가열하는 것 외에, 그 전단계로서, 250∼550℃ 사이 중 어느 온도역에서 10℃/s 이하의 승온 속도를 1∼10초간 유지하는 것이 필요하다.

여기에서, 급속 가열하는 온도역을 550∼700℃의 범위로 하는 이유는, 전술한 기술문헌에 개시되어 있는 바와 같이, 이 온도역은, {222}가 우선 재결정되는 온도 범위이며, 이 온도 범위를 급속 가열함으로써, 2차 재결정의 핵이 되는 {110}＜001＞ 방위의 발생을 촉진할 수 있고, 그 결과, 2차 재결정 조직을 세립화하여, 철손이 개선되기 때문이다.

또한, 상기 온도 범위의 평균 승온 속도를 40∼200℃/s로 하는 이유는, 40℃/s 미만에서는 철손의 개선 효과가 충분하지 않고, 한편, 200℃/s보다 높게 해도, 철손 개선 효과가 포화되기 때문이다.

또한, 250∼550℃ 사이의 어느 온도역에서 10℃/s 이하의 승온 속도를 1∼10초간 유지하는 이유는, 연속적으로 승온하는 종래 기술에 비해, 낮은 승온 속도로 550∼700℃ 사이를 가열해도, 철손의 개선 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 또한, 상기 10℃/s 이하의 승온 속도는, 강판 온도가 250∼550℃의 범위로부터 벗어나지 않는 한, 부(negative)의 승온 속도가 되어도 좋다.

즉, 본 발명은, 전위 밀도의 저하가 발생하고, 또한, 재결정이 일어나지 않는 온도역에서 단시간 유지함으로써, {222}의 재결정 우위성을 저하시키는 것을 기술 사상으로 하고 있다. 따라서, 전위의 이동을 거의 예상할 수 없는 250℃ 미만에서는 상기 효과는 얻어지지 않고, 한편, 550℃를 초과하면 {222}의 재결정이 발생하기 시작하기 때문에, 550℃ 초과의 온도에서 유지해도 {110}＜001＞ 방위의 발생을 촉진할 수 없다. 또한, 유지 시간에 대해서는, 1초 미만에서는 유지하는 효과가 충분하지 않고, 한편, 10초를 초과하면 회복이 지나치게 진행하여 2차 재결정 불량을 일으킬 우려가 있다.

또한, 최종 냉간 압연 후의 강판에 행하는 1차 재결정 어닐링은, 통상, 탈탄 어닐링과 겸하여 실시되는 경우가 많다. 본 발명에 있어서도 탈탄 어닐링과 겸한 1차 재결정 어닐링으로 해도 좋다. 즉, 본 발명에 적합한 승온 속도로 소정 온도까지 가열한 후, 예를 들면, P_H2O/P_H2가 0.1 이상의 분위기하에서 탈탄 어닐링을 행해도 좋다. 또한, 상기 어닐링이 불가능한 경우는, 비산화성 분위기하에서 본 발명에 적합한 승온 속도로 1차 재결정 어닐링한 후, 상기 분위기하에서 별도 탈탄 어닐링을 행해도 좋다.

상기의 조건을 충족하여 1차 재결정 어닐링한 강판은, 그 후, 강판 표면에 어닐링 분리제를 도포·건조한 후, 2차 재결정시키는 마무리 어닐링을 행한다. 상기 어닐링 분리제로서는, 예를 들면, MgO를 주성분으로 하고, 필요에 따라서 TiO₂ 등을 적절히 첨가한 것이나, SiO₂나 Al₂O₃을 주성분으로 한 것 등을 이용할 수 있다. 또한, 마무리 어닐링의 조건은, 특별히 제한은 없으며, 상법에 준하여 행하면 좋다.

마무리 어닐링 후의 강판은, 그 후, 강판 표면에 절연 피막을 도포·소성하거나, 혹은, 강판 표면에 절연 피막을 도포한 후, 소성과 형상 교정을 겸한 평탄화(flattening) 어닐링을 행하여 제품으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 절연 피막의 종류에 대해서는, 특별히 제한은 없지만, 강판 표면에 인장 장력(tensile tension)을 부여하는 절연 피막을 형성하는 경우에는, 일본공개특허공보 소50-79442호나 일본공개특허공보 소48-39338호 등에 개시된 인산염-크롬산-콜로이달 실리카(phosphate-chromic acid-colloidal silica)를 함유하는 도포액을 이용하고, 800℃ 정도로 소성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 어닐링 분리제로서, SiO₂나 Al₂O₃을 주성분으로 하는 것을 이용하는 경우에는, 마무리 어닐링 후의 강판 표면에는 포스테라이트(forsterite) 피막이 형성되지 않기 때문에, 재차 MgO를 주성분으로 하는 물 슬러리(aqueous slurry)를 도포하고, 포스테라이트 피막을 형성하는 어닐링을 행하고 나서, 절연 피막을 형성해도 좋다.

상기에 설명한 본 발명의 제조 방법에 의하면, 제품 코일의 거의 전체 길이에 걸쳐 안정적으로 2차 재결정 조직을 세립화하여, 양호한 철손 특성을 부여할 수 있다.

실시예 1

C: 0.04mass％, Si: 3.3mass％, Mn: 0.03mass％, S: 0.008mass％, Se: 0.01mass％, Al: 0.03mass％, N: 0.01mass％, Cu: 0.03mass％ 및 Sb: 0.01mass％를 함유하는 강 슬래브를 1350℃로 40분 가열 후, 열간 압연하여 판두께 2.2㎜의 열연판으로 하고, 1000℃×2분의 열연판 어닐링을 행한 후, 1100℃×2분의 중간 어닐링을 사이에 두는 2회의 냉간 압연에 의해 최종 판두께 0.23㎜의 냉연 코일로 하고, 전해 에칭(electrolytic etching)하여 강판 표면에 압연 방향과 90°의 방향으로 깊이 20㎛의 선 형상 홈을 형성하는 자구(magnetic domain) 세분화 처리를 행했다.

이와 같이 하여 얻은 냉연 코일의 길이 방향 및 폭방향의 중앙부로부터, L: 300㎜×C: 100㎜의 시료를 채취하고, 실험실에서, 유도 가열 장치를 이용하여 탈탄 어닐링을 겸한 1차 재결정 어닐링을 행했다. 또한, 이 1차 재결정 어닐링에서는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 실온(RT)으로부터 700℃의 사이를 일정한 승온 속도 20∼300℃/s로 연속적으로 가열하는 패턴(No. 1, 2, 9, 11, 13)과, 상기 온도 사이의 가열 도중의 T1∼T2 사이를 소정의 승온 속도로 소정 시간 가열하는 패턴(No. 3∼8, 10, 12)의 2종류의 패턴으로 가열한 후, 700℃에서 820℃까지를 승온 속도 40℃/s로 가열하여, 습수소 분위기 중에서 820℃×2분간의 탈탄을 행했다.

이어서, 상기 1차 재결정 어닐링 후의 시료에, MgO를 주성분으로 하여, TiO₂를 5mass％ 첨가한 어닐링 분리제를 물 슬러리 형상으로 하여 도포·건조한 후, 최종 마무리 어닐링을 행하고, 인산염계의 절연 장력 코팅을 도포·소성하여, 방향성 전자 강판으로 했다.

이렇게 하여 얻은 각 시료에 대해서, 단판 자기 측정법(single sheet magnetic testing method; SST)으로 철손 W_17/50을 측정한 후, 산세정(pickling)하여 강판 표면의 절연 피막 및 포스테라이트 피막을 벗겨내어, 2차 재결정립의 입경(particle size)을 측정했다. 또한, 철손 특성의 측정은, 1가열 조건당 20매에 대해서 행하고, 평균값으로 평가했다. 또한, 2차 재결정의 입경은, 300㎜ 길이의 시험편에 대하여 선분법(linear analysis)을 이용하여 측정했다.

상기 측정의 결과를 표 1에 병기했다. 이 결과로부터, 본 발명에 적합한 조건으로 1차 재결정 어닐링을 행한 강판은, 2차 재결정 입경이 작고, 또한, 철손 특성도 양호한 것, 특히, RT∼700℃ 사이의 승온 속도가 낮은 50℃/s의 경우에는 철손 저감 효과가 큰 것을 알 수 있다.

실시예 2

표 2에 나타낸 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 1400℃로 60분 가열 후, 열간 압연하여 판두께 2.3㎜의 열연판으로 하고, 1100℃×3분의 열연판 어닐링을 행한 후, 도중에 200℃ 이상으로 코일에 권취(coiling)하는 처리를 포함하는 온간 압연(warm rolling)에 의해 최종 판두께 0.23㎜의 냉연판으로 하고, 전해 에칭하여 강판 표면에 선 형상 홈을 형성하는 자구 세분화 처리를 행했다.

이어서, 마찬가지로 표 2에 나타낸 여러 가지의 승온 속도로 실온에서 750℃까지 가열하고, 750에서 840℃까지를 승온 속도 10℃/s로 가열하고 나서, P_H2O/P_H2＝0.3의 습수소 분위기 중에서 2분간 유지하는 탈탄 어닐링을 겸한 1차 재결정 어닐링을 행한 후, MgO를 주성분으로 하여, TiO₂를 10mass％ 첨가한 어닐링 분리제를 물 슬러리 형상으로 하여 도포·건조하고, 코일에 권취하여, 최종 마무리 어닐링을 행한 후, 인산염계의 절연 장력 코팅을 도포하고, 소성과 형상 교정을 겸한 평탄화 어닐링을 행하여 방향성 전자 강판의 제품 코일로 했다.

이렇게 하여 얻은 제품 코일의 길이 방향, 폭방향 중앙부로부터 L: 320㎜×C: 30㎜의 크기의 시험편을 채취하고, 엡스타인 시험(Epstein test)으로 철손 W_17/50을 측정하고, 그 결과를 표 2에 병기했다. 표 2로부터, 1차 재결정 어닐링의 가열을 본 발명에 적합한 조건으로 가열을 행한 No. 3∼6, 10∼12 및 15∼18의 강판은, 모두 철손 특성이 우수한 것을 알 수 있다.

본 발명의 기술은, 박(薄)강판의 집합 조직 제어에도 적용할 수 있다.

Claims (2)

1. C: 0.001∼0.10mass％, Si: 1.0∼5.0mass％, Mn: 0.01∼0.5mass％, S 및 Se 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종: 합계 0.01∼0.05mass％, sol.Al: 0.003∼0.050mass％ 및 N: 0.0010∼0.020mass％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성의 강(鋼) 슬래브(slab)를 열간 압연하고, 열연판 어닐링(hot band annealing)을 행한 후 또는 행하는 일 없이, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연에 의해 최종 판두께로 한 후, 1차 재결정 어닐링을 행하고, 그 후, 어닐링 분리제를 도포하여 마무리 어닐링을 행하는 방향성 전자(電磁) 강판의 제조 방법에 있어서,
   상기 1차 재결정 어닐링의 가열 과정에 있어서의 550∼700℃ 사이를 평균 승온(昇溫) 속도 40∼200℃/s로 급속 가열함과 함께, 실온(RT)으로부터 700℃까지의 가열 중, 실온(RT)으로부터 유지 온도까지의 승온 속도를 30℃/s 이상으로 함과 함께, 380℃∼550℃ 사이의 어느 온도역에 있어서만 승온 속도 10℃/s 이하로 1∼7초간 유지(keeping)하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 강 슬래브는, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Cu: 0.01∼0.2mass％, Ni: 0.01∼0.5mass％, Cr: 0.01∼0.5mass％, Sb: 0.01∼0.1mass％, Sn: 0.01∼0.5mass％, Mo: 0.01∼0.5mass％, Bi: 0.001∼0.1mass％, Ti: 0.005∼0.02mass％, P: 0.001∼0.05mass％ 및 Nb: 0.0005∼0.0100mass％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 제조 방법.
   

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