KR20210001053A - 방향성 전기강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조 방법은 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판에 형성된 스케일 중 일부를 제거하고, 10 nm 두께 이상의 스케일층을 잔류시켜 스케일층이 잔류하는 열연판을 제조하는 단계; 상기 스케일층이 잔류하는 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 상기 냉연판을 탈탄 소둔하여 탈탄 소둔된 냉연판을 제조하는 단계; 상기 탈탄 소둔된 냉연판 표면에 소둔 분리제를 도포하여 금속 산화물층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 산화물 층이 형성된 강판을 최종 소둔하는 단계를 포함하고, 상기 소둔 분리제는 산화마그네슘 (MgO) 또는 수산화마그네슘(MgOH)과 불화물을 포함한다.

Description

방향성 전기강판 및 그 제조 방법{GRAIN OREINTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 열연판 제조 후 열연판 표면에 존재하는 스케일을 일부 잔류시키고, 산화피막을 형성한 방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기강판은 변압기, 모터, 전자기기용 소재로 사용되는 제품으로서, 기계적 특성 등 가공성을 중요시 하는 일반 탄소강과는 달리, 전기적 특성을 중요시 하는 기능성 제품이다. 요구되는 전기적 특성으로는 철손이 낮을 것, 자속밀도, 투자율 및 점적율이 높을 것 등이 있다.
전기강판은 다시 방향성 전기강판과 무방향성 전기강판으로 구분된다. 방향성 전기강판은 2차 재결정으로 불리는 비정상 결정립성장 현상을 이용해 Goss 집합조직 ({110}<001> 집합조직)을 강판 전체에 형성시켜 압연방향의 자기적 특성이 뛰어난 전기강판이다. 무방향성 전기강판은 압연판 상의 모든 방향으로 자기적 특성이 균일한 전기강판이다.
무방향성 전기강판의 생산공정으로서, 슬라브(Slab)를 제조한 후, 열간 압연, 냉간압연 및 최종소둔을 거쳐 절연코팅층을 형성한다.
방향성 전기강판의 생산공정으로서, 슬라브(Slab)를 제조한 후, 열간 압연, 예비 소둔, 냉간 압연, 탈탄 소둔, 최종 소둔을 거쳐 절연코팅층을 형성한다.
방향성 전기강판의 생산공정에서 예비 소둔과 냉간 압연 공정 사이에 열연 공정에서 발생하는 표면 스케일 (Scale) 을 제거하여 이후에 전개되는 공정의 효율을 개선하는 공정이 존재하는 데 이를 산세 공정이라고 한다.
그러나, 산세 후의 강판 표면은 Fe가 다량 존재하고, 이러한 강판의 표면은 O, OH 작용기와 결합력이 크게 작용하지 않게 된다. 이러한 표면에 O, OH성분으로 구성된 산화물을 포함하는 절연코팅층을 형성할 시, 절연코팅층이 균일하게 형성되지 않는 문제 및 강판과 절연코팅층 간의 밀착력이 열화되는 문제가 발생하였다.
방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공한다. 더욱 구체적으로 열연판 제조 후 열연판 표면에 존재하는 스케일을 일부 잔류시키고, 산화피막을 형성한 방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 방향성 전기강판 기재; 상기 방향성 전기강판 기재 상에 위치하는 스케일층; 및 스케일층 상에 위치하는 금속 산화물 층을 포함하고, 상기 금속 산화물 층은 포스테라이트 화합물을 포함하며, 상기 금속 산화물 층은 F 함량이 0.1 내지 3 중량%이다.
상기 금속 산화물 층은 포스테라이트 화합물을 포함하는 제1상과 Si로 구성되는 2상을 포함하며, 상기 제1상은 금속 산화물 층 100 면적%에 대하여 5 면적% 초과 95 면적% 미만으로 포함되고, 제2상은 금속 산화물 층 100 면적%에 대하여 3 면적% 초과 20 면적% 미만으로 포함될 수 있다.
상기 금속 산화물 층 상에 위치하는 절연코팅층을 더 포함할 수 있다.
상기 금속 산화물 층은 산화마그네슘 (MgO) 을 1 중량% 이하로 포함할 수 있다. 구체적으로는 0.5 내지 0.9 중량% 포함하는 것이 가능하다.
상기 스케일층은 중량%로 Si 1 내지 80 중량%, O: 1 내지 80 중량% 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조 방법은, 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판에 형성된 스케일 중 일부를 제거하고, 두께 10 nm 이상의 스케층을 잔류시켜 스케일층이 잔류하는 열연판을 제조하는 단계; 상기 스케일층이 잔류하는 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하여 1차 재결정 소둔된 냉연판을 제조하는 단계; 상기 1차 재결정 소둔된 냉연판에 소둔분리제를 도포하는 단계; 및 상기 소둔분리제가 도포된 냉연판을 2차 재결정 소둔 단계를 포함하고, 상기 소둔 분리제는 산화마그네슘 (MgO) 또는 수산화마그네슘(MgOH)과 불화물을 포함한다.
상기 산화마그네슘 및 수산화마그네슘의 함량 100 중량부에 대하여 불화물을 0.5 내지 2 중량부 포함할 수 있다. 구체적으로는, 0.1 내지 2 중량부, 보다 구체적으로는 0.5 내지 1.5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 불화물은 암모늄플루오라이드 (NH4F), CaF2, NaF, 및 MgF2 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 슬라브는 중량%로, Si: 1.0 내지 4.0%, C: 0.03 내지 0.09 중량%, Al: 0.015 내지 0.040%, Mn: 0.04 내지 0.15%, N: 0.001 내지 0.005%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함)를 포함하고, 잔부로 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 스케일층을 잔류시키는 단계는 회전속도가 300 내지 2500 rpm, 포함된 입자의 양을 300 내지 800 kg/min, 입자의 크기는 0.10 내지 0.8 cm, 기판의 이동 속도는 20 내지 60 mpm으로 하여 열연판을 블라스트 처리하는 단계일 수 있다.
상기 스케일층을 잔류시키는 단계는, 스케일층이 잔류한 열연판의 표면 조도 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열연판의 표면 조도를 제어하는 단계에서, 조도를 1.0 내지 2.5로 제어할 수 있다. 구체적으로 1.3 내지 2.4, 보다 구체적으로는 2.0 내지 2.3일 수 있다.
상기 표면 조도를 제어하는 단계는 스케일층이 잔류한 열연판을 고무로 코팅된 블레이드 사이로 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고무의 탄성도는 1 내지 5일 수 있다.
상기 스케일 층을 잔류시키는 단계 이후에, 상기 산세하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 산세하는 단계는 농도가 5 내지 18 중량%인 산 용액에 20 내지 140초간 침지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 냉간 압연하는 단계 이후, 스케일층의 두께는 5 내지 100 nm일 수 있다.
상기 1차 재결정 소둔 단계는 온도가 600 내지 950℃일 수 있다.
상기 소둔 분리제는 도포량이 1 내지 20 g/m2일 수 있다.
상기 2차 재결정 소둔은 1차 승온 구간 온도가 650 내지 850℃이고, 2차 승온 구간 온도가 850 내지 1250℃이며, 각 승온 구간의 승온 속도는 15 ℃/hr일 수 있다.
상기 방향성 전기강판 제조방법은 절연 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 내부 스케일층 및 금속 산화물 층으로 이루어진 방향성 전기강판을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 금속 산화물 층을 포함하는 방향성 전기강판은 코일로 권취 시에 융착이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 금속 산화물 층은 강판과의 열팽창 차이에 의한 장력을 부여하여 철손을 감소시키는 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 금속 산화물 층을 포함하는 방향성 전기강판은 절연성이 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 내부 스케일 층위에 포스테라이트 (Mg2SiO4) 화합물을 포함하는 금속 산화물 층을 균일하게 형성시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 금속 산화물 층 위에 절연 코팅층을 균일하게 형성시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 금속 산화물 층 및 그 위에 절연 코팅까지 포함하는 3단층의 전기 강판을 도시한 것이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에서 산세 이후 강판 단면의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 3는 본 발명의 비교예에서 산세 이후 강판 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 본 발명의 산세 이후 열연판 표면을 EPMA로 측정한 결과이다. 좌측은 본 발명의 일 비교예이고, 우측은 본 발명 일 실시예이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에서 냉연판 소둔 이후 강판 표면의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 금속 산화물층의 XRD 분석 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제조된 금속 산화물층의 XRD 분석 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 비교예에서 제조된 금속 산화물층의 XRD 분석 결과이다.
도 9은 본 발명의 일 비교예에서 제조된 금속 산화물층의 XRD 분석 결과이다.
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.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
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.
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.
또한, 본 개시의 스케일층(20)은 전기강판 제조 과정에서 생성된 스케일층을 의미한다. 예를 들어, 본 개시의 스케일층(20)은 전기강판 제조 과정 중 열간압연 단계에서 생성된 스케일층을 의미할 수 있다.
도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판(100)의 단면을 개략적으로 나타낸다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 구조를 설명한다. 도 1의 방향성 전기강판은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 방향성 전기강판의 구조를 다양하게 변형할 수 있다.
도 1에 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판(100)은 방향성 전기강판 기재(10)의 표면으로부터 내부 방향으로 존재하는 스케일층(20)을 포함한다. 이처럼 스케일층(20)을 포함함으로써, 금속 산화물 층(30)과 스케일층(20) 간의 견고한 결합을 형성하여, 금속 산화물 층(30)과의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 스케일층(20) 자체에 절연 특성이 존재하여, 절연 특성을 향상시킬 수 있다. 금속 산화물 층(30)은 포스테라이트 화합물을 포함하며, 상기 금속 산화물 층은 F 함량이 0.1 내지 3 중량%일 수 있다.
이하에서는 각 구성별로 상세하게 설명한다.
먼저, 방향성 전기강판 기재 (10)는 방향성 전기강판에서 사용되는 합금 성분을 모두 사용할 수 있다. 일 예로 방향성 전기강판 기재 (10)는 중량%로 중량%로, Si: 1.0 내지 4.0%, C: 0.03 내지 0.09 중량%, Al: 0.015 내지 0.040%, Mn: 0.04 내지 0.15%, N: 0.001 내지 0.005%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함)를 포함하고, 잔부로 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
스케일층 (20)은 방향성 전기강판 기재 (10)의 표면으로부터 내부 방향으로 존재한다. 스케일층 (20)의 두께는 5 내지 100 nm일 수 있다. 더욱 구체적으로 5 내지 20 nm가 될 수 있다. 스케일층(20)이 너무 얇으면 전술한 스케일층(20)의 존재로 인해 발생하는 금속 산화물 층 (30)과의 밀착성 및 절연 특성 향상 효과를 얻기 힘들다. 또한, 스케일층(20)이 너무 두꺼우면 오히려 자성에 악형향을 줄 수 있다.
스케일층(20)은 중량%로 Si: 1 내지 80 중량%, 및 O: 1 내지 80 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 스케일층(20)은 Si: 5 내지 40 중량%, 및 O: 5 내지 40 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
스케일층(20)은 Fe 함량이 방향성 전기강판 기재(10)에 비해 적고, 대신 Si 함량이 비교적 높아, OH, O 성분과 결합력이 크게 작용한다. 따라서, 금속 산화물 층(30)을 형성할 시, 금속 산화물 층(30)이 균일하게 형성되고, 밀착력이 향상된다. 또한, 스케일층(20)은 O 성분 함량이 방향성 전기강판 기재(10)에 비해 높아, 그 자체로 절연 특성이 부여된다.
도 1에서는 스케일층(20) 표면(즉, 스케일층(20)과 금속 산화물 층(30) 간의 계면)이 평평하게 표현되어 있으나, 실질적으로는 매우 거칠게 형성된다. 이러한 스케일층(20)은 조도가 1.0 내지 2.5일 수 있다. 구체적으로, 1.3 내지 2.4, 보다 구체적으로 2.0 내지 2.3일 수 있다. 조도가 너무 높으면 자성에 악영향을 줄 수 있다. 반대로 조도를 너무 낮게 제어하려고 할 시, 스케일층(20)이 모두 제거되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 전술한 범위로 스케일층(20)의 조도를 제어할 수 있다.
도 1의 금속 산화물 층(30)은 F를 0.1 내지 3 중량% 포함할 수 있다. F는 소둔 분리제 내에 포함되는 불화물로부터 유래되며, 이 불화물은 포스테라이트 화합물 형성 반응 시 중간 산물의 생성을 억제하여 금속 산화물 층(30)을 균일하게 형성하는 역할을 한다. F가 너무 적게 포함될 시 반응이 일어나지 않았을 가능성이 있고, 너무 많이 포함될 시, 과도한 응고 현상으로 인하여 표면 도포가 고르지 않을 수 있다. 더욱 구체적으로 F를 0.1 내지 1 중량%로 포함할 수 있다. 이 때, F는 GC-mass spectroscopy 방법으로 측정할 수 있다.
도 1의 금속 산화물 층(30)은 포스테라이트 화합물을 포함하는 제1상과 Si를 포함하는 제2상을 포함하며, 상기 제1상은 금속 산화물 층(30) 100 면적%에 대하여 5 면적% 초과 95 면적% 미만으로 포함되고, 상기 제2상은 금속 산화물 층(30) 100 면적%에 대하여 3 면적% 초과 20 면적% 미만으로 포함될 수 있다.
도 1의 금속 산화물 층(30)은 산화마그네슘 (MgO) 또는 수산화마그네슘(MgOH)을 1 중량% 이하로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는, 0.5 내지 0.9 중량%의 범위로 포함할 수 있다. 금속 산화물 층(30) 내에는 포스테라이트 화합물로 반응하지 못한 산화 마그네슘이 가급적 적게 포함되는 것이 표면 성분의 균일도 면에서 유리하다. 전술하였듯이, 소둔 분리제 내에 불화물을 적정량 포함함으로써, 금속 산화물 층(30) 내에 미반응된 산화 마그네슘을 획기적으로 감소할 수 있다.
도 1 및 2에서 나타나듯이, 금속 산화물 층(30) 상에는 절연코팅층(40)이 더 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 금속 산화물 층(30)이 적절히 형성되었기 때문에, 절연코팅층(40)의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 절연코팅층(40)의 두께를 얇게 형성하더라도 충분한 절연성을 확보할 수 있게 된다. 구체적으로 절연코팅층(40)의 두께는 3 내지 5㎛가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판 제조 방법은 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판에 형성된 스케일 중 일부를 제거하고, 10 nm 두께 이상의 스케일층을 잔류시켜 스케일층이 잔류하는 열연판을 제조하는 단계; 상기 스케일층이 잔류하는 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하여 1차 재결정 소둔된 냉연판을 제조하는 단계; 상기 1차 재결정 소둔된 냉연판에 소둔분리제를 도포하는 단계; 및 상기 소둔분리제가 도포된 냉연판을 2차 재결정 소둔 단계를 포함하고, 상기 소둔 분리제는 산화마그네슘 (MgO) 또는 수산화마그네슘(MgOH)과 불화물을 포함한다.
상기 산화마그네슘 및 수산화마그네슘의 함량 100 중량부에 대하여 불화물을 0.5 내지 2 중량부 포함할 수 있다. 구체적으로는, 0.1 내지 2 중량부, 보다 구체적으로는 0.5 내지 1.5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 불화물은 암모늄플루오라이드 (NH4F), CaF2, NaF 및 MgF2 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 슬라브의 합금 성분은 특별히 한정되지 아니하며, 전기 강판에서 사용되는 합금성분이면 모두 사용할 수 있다. 일 예로는 슬라브는 중량%로, Si: 1.0 내지 4.0%, C: 0.03 내지 0.09 중량%, Al: 0.015 내지 0.040%, Mn: 0.04 내지 0.15%, N: 0.001 내지 0.005%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함)를 포함하고, 잔부로 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
먼저, 슬라브를 가열한다. 슬라브의 가열온도는 제한되지 않으나, 슬라브를 1300℃ 이하의 온도로 가열하게 되면 슬라브의 주상정 조직이 조대하게 성장되는 것이 방지되어 열간압연 공정에서 판의 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 슬라브의 가열온도는 1050 내지 1300℃일 수 있다.
다음으로, 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조한다. 열간압연 온도는 제한되지 않으며, 일 실시예로 950℃ 이하에서 열연을 종료할 수 있다.
다음으로, 열연판에 형성된 스케일 중 일부를 제거하여 10 nm 두께 이상의 스케일을 잔류시킨다. 구체적으로는 10 내지 300 nm, 보다 구체적으로는 30 nm 내지 150 nm일 수 있다.
열간압연은 높은 온도에서 수행되기 때문에, 필연적으로 열연판 표면에 스케일이 형성된다. 이 스케일은 자성에 악영향을 주고, 압연시 슬립(slip)이 발생할 수 있기 때문에 전부 제거하는 것이 일반적이었다.
본 발명의 일 실시예에서는 스케일층을 10 nm 두께 이상으로 의도적으로 잔류시킴으로써, 금속 산화물 층과의 밀착성을 개선하였으며, 추가적인 절연 특성을 얻을 수 있었다. 스케일은 Fe 함량이 강판기재에 비하여 적고, 대신 Si 함량이 비교적 높아, OH, O 성분과 결합력이 크게 작용한다. 일반적인 방법과 같이 스케일을 모두 제거하는 경우에는 표면에 Fe만 존재하게 된다. Fe는 소둔분리제인 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘과의 친밀도가 매우 낮으므로, 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘이 Fe 표면에 효과적으로 도포되지 못한다. 그러나, Si는 O와의 결합력이 커, 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘과의 친밀도도 매우 높다. 따라서, 내부스케일에 SiO2가 포함되어 있으므로, 내부 스케일을 잔류시킬 경우에는 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘이 효과적으로 도포될 수 있다.
또한, 스케일은 그 자체로 O 성분 함량이 강판 기재에 비해 높아, 그 자체로 절연 특성이 부여된다.
또한, 열연판의 스케일층을 잔류시킨 후, 표면에 잔류하는 스케일층은 2개 이상의 상으로 이루어 질 수 있다. 제1상은 SiO2를 포함할 수 있고, 제2상은 Al, Ti, Cu, Cr, Ni, Ca, Zn, Na, K, Mo, In, Sb, Ba, Bi, 또는 Mn 중에서 선택되는 금속의 산화물 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
스케일을 잔류시키는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 일 예로 회전속도는 300 내지 2500 rpm, 포함된 입자의 양은 300 내지 800 kg/min, 입자 ball의 크기는 0.1 내지 0.8 cm, 및 기판의 이동 속도는 20 내지 60 mpm인 블라스트 방법을 이용하여 처리할 수 있다. 블라스트 방법이란 미세 입자를 빠른 속도로 강판과 충돌시켜 스케일을 제거하는 방법이다. 이 때 미세입자의 속도는 0.5 내지 200 km/s일 수 있다.
이는 스케일을 전부 제거하는 블라스트 방법에 비하여 입자의 양이 작은 조건이다. 이처럼 전술한 블라스트 방법에 의해 스케일을 적절한 두께로 잔류시킬 수 있다. 전술한 범위에 비해 크거나 작으면, 스케일이 모두 제거되는 등 적절한 두께의 스케일을 잔류시킬 수 없다.
본 발명의 일 실시에에서 열연판에 잔류되는 스케일의 두께는 10 nm 이상이다. 스케일의 두께는 강판 전체에 걸쳐 불균일 할 수 있으며, 별도의 설명이 없으면, 스케일의 두께는 강판 전체면에 대한 평균 두께를 의미한다. 스케일 두께가 너무 두껍게 잔존할 경우, 자성에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 잔류되는 스케일의 두께는 10 내지 300 nm일 수 있다. 더욱 구체적으로, 잔류되는 스케일의 두께는 30 내지 150 nm일 수 있다.
다음으로, 스케일이 잔존하는 열연판의 조도를 제어한다. 이 때, 열연판의 조도한 열연판 최표면의 조도, 즉, 스케일의 조도를 의미한다. 스케일이 잔존하는 경우, 조도가 매우 커지게 된다. 이는 자성에 악영향을 준다. 따라서, 스케일을 제거하지 않으면서, 조도만을 제어하는 것이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에서 조도 제어하는 단계를 통하여 열연판의 조도를 1.0 내지 2.5로 제어할 수 있다. 구체적으로 1.3 내지 2.4, 보다 구체적으로 2.0 내지 2.3일 수 있다. 조도가 너무 높으면 자성에 악영향을 줄 수 있다. 반대로 조도를 너무 낮게 제어하려고 하는 경우에는, 스케일이 모두 제거되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전술한 범위로 조도를 제어할 수 있다.
조도의 제어 방법으로서, 열연판을 고무로 코팅된 블레이드 사이로 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 고무의 탄성도는 1 내지 5일 수 있다. 구체적으로, 1 내지 3, 보다 구체적으로 1 내지 2일 수 있다. 탄성도가 범위를 벗어나는 경우에는 원하는 범위로의 조도 제어가 어려울 수 있다.
열연판의 조도를 제어하는 단계 이후, 산세하는 단계를 더 포함할 수 있다. 산세를 통해 열연판의 조도를 더욱 제어할 수 있다. 산세 시, 산 용액의 농도가 높거나, 침지 시간이 길어지면, 스케일이 모두 제거되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 온도가 65 내지 76℃인 16 중량% 이하의 산 용액에 20 내지 120초간 침지할 수 있다.
다음으로, 열연판을 냉간 압연하여, 냉연판을 제조한다 열연판 두께에 따라 다르게 적용될 수 있으나, 압하율 70 내지 95%를 적용하여 최종두께가 0.2 내지 0.65 mm가 되도록 냉간 압연할 수 있다. 냉간 압연은 1회의 냉간 압연으로 실시하거나, 혹은 필요에 따라 중간 소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연을 실시하는 것도 가능하다.
냉간 압연 과정에서 스케일층도 같이 압연되어 두께가 작아지게 된다. 냉간 압연 이후, 스케일층의 두께는 5 내지 100 nm가 될 수 있다. 더욱 구체적으로, 2 내지 20 nm가 될 수 있다.
다음으로, 냉간압연 된 냉연판을 1차 재결정 소둔한다. 1차 재결정 소둔 단계에서 고스 결정립의 핵이 생성되는 1차 재결정이 일어난다. 1차 재결정 소둔 과정에서 강판의 탈탄 및 질화가 이루어질 수 있다. 탈탄 및 질화를 위하여 수증기, 수소 및 암모니아의 혼합 가스 분위기 하에서 1차 재결정 소둔 할 수 있다.
질화를 위해 암모니아 가스를 사용하여 강판에 질소이온을 도입하여 주 석출물인 (Al,Si,Mn)N 및 AlN등의 질화물을 형성하는데 있어, 탈탄을 마치고 질화처리하거나, 혹은 탈탄과 동시에 질화처리를 같이 할 수 있도록 동시에 질화처리를 행하거나, 혹은 질화처리를 우선 행한 후 탈탄을 행하는 방법 어느 것이나 본 발명의 효과를 발휘하는데 문제가 없다.
1차 재결정 소둔은 600 내지 950
Figure pat00001
의 온도 범위에서 실시될 수 있다. 구체적으로 750 내지 870
Figure pat00002
의 온도 범위에서 실시될 수 있다.
1차 재결정 소둔 단계에서, 산소친화도가 높은 스케일내의 Si는 산소와 반응하여 SiO2를 형성한다. 또한, 1차 재결정 소둔 단계에서 산소가 점차 강판 내로 침투하면서, Fe계 산화물 (Fe2SiO4)등도 형성된다. 즉, 1차 재결정 소둔 단계 이후 강판 표면에는 SiO2 및 Fe계 산화물을 포함하는 산화막이 형성된다.
다음으로, 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판을 2차 재결정 소둔한다. 이 때, 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판에 소둔 분리제를 도포한 후, 2차 재결정 소둔할 수 있다. 이 때, 소둔 분리제는 특별히 제한하지 아니하며, 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘을 주 성분으로 하고 불화물를 더 포함하는 소둔 분리제를 사용할 수 있다. 불화물은 암모늄 플루오라이드 (NH4F), CaF2, NaF 및 MgF2로 이루어진 군 중에서 선택된 것일 수 있다.
2차 재결정 소둔 단계에서는, 1차 재결정 소둔단계에서 형성된 SiO2 및 Fe계 산화물을 포함하는 산화막이 소둔 분리제의 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘과 반응한다. 이러한 반응은 금속 산화물층 중의 포스테라이트 화합물을 형성하는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 나타낼 수 있다. 포스테라이트 화합물은 고온 소둔 과정에서 2차 재결정이 안정적으로 일어나게 하는데 도움을 줄 수 있다. 이하에서는 불화물이 암모늄 플루오라이드인 경우를 예로 들어 설명한다.
[화학식 1]
2Mg(OH)2 + SiO2 → Mg2SiO4(포스테라이트) + 2H2O
[화학식 2]
2MgO + SiO2 → Mg2SiO4 (포스테라이트)
소둔분리제에 더 포함될 수 있는 불화물인 암모늄 플루오라이드는 하기 화학식 3, 및 화학식 4의 반응을 통하여 MgSiO3, Mg3Si4O10(OH)2 등의 중간 산물을 막고 층의 모든 물질이 포스테라이트 (Mg2SiO4)로 균일한 물질이 형성되게 해준다.
[화학식 3]
Mg3Si4O10(OH)2 + MgO→4MgSiO3 + H2O
[화학식 4]
MgO + MgSiO3→Mg2SiO4
소둔 분리제에서 암모늄 플루오라이드는 산화마그네슘 및 수산화마그네슘 100 중량부에 대해 0.5 내지 2 중량부로 포함될 수 있다. 구체적으로 암모늄 플루오라이드는 산화마그네슘 및 수산화마그네슘 100 중량부에 대하여 0.1 내지 2 중량부, 보다 구체적으로는 0.5 내지 1.5 중량부로 포함될 수 있다. 소둔 분리제는 슬러리 상태로, 산화마그네슘 및 수산화마그네슘 100 중량부에 대하여 400 내지 1500 중량부의 물을 포함할 수 있다.
소둔 분리제의 도포량은 1 내지 20 g/m2일 수 있다. 보다 구체적으로는 1 내지 15 g/m2일 수 있다. 소둔 분리제의 도포량이 너무 적으면, 금속 산화물층 형성이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 반면, 소둔 분리제의 도포량이 너무 많으면, 2차 재결정에 악영향을 미칠 수 있다.
다음으로, 소둔 분리제가 도포된 강판을 2차 재결정 소둔한다. 2차 재결정 소둔의 목적은 크게 보면 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 탈탄시 형성된 산화층과 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘의 반응에 의한 포스테라이트 화합물을 포함하는 금속 산화물층 형성으로 절연성 부여, 자기특성을 해치는 불순물의 제거에 있다.
2차 재결정 소둔시 1차 승온 구간의 온도는 650 내지 850℃, 2차 승온 구간의 온도는 850 내지 1250℃로 할 수 있다. 승온 구간에서의 승온 속도는 15 ℃/hr일 수 있다. 또한, 1차 승온구간에서는 질소 20 내지 30 부피%와 수소 70 내지 80 부피%의 혼합가스로 유지하여 입자성장 억제제인 질화물을 보호함으로써 2차 재결정이 잘 발달되도록 하고, 2차 승온까지 완료한 후에는 100 부피% 수소분위기에서 15시간 동안 유지한 후 노냉하여 불순물을 제거하도록 한다.
이후, 금속 산화물층 위에 절연 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 절연을 형성하는 방법으로서, 피막상에 세라믹 분말, 용액, 졸을 분사하여 세라믹 층을 형성할 수 있다. 구체적으로 플라즈마 스프레이 코팅(Plasma spray), 고속화염 스프레이 코팅(High velocity oxy fuel), 에어로졸 디포지션(Aerosol deposition), 저온 스프레이 코팅(Cold spray)의 방법을 적용할 수 있다.
세라믹 졸 및 용액 에 금속 인산염을 포함하는 세라믹 층 형성 조성물을 도포하여 세라믹 층을 형성하는 방법을 사용할 수 있다.
세라믹 층 형성 이후, 필요에 따라 자구 미세화를 수행할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1- 스케일층의 잔존에 따른 비교
실시예1 - 스케일 층을 잔존시킨 경우
실리콘 (Si)을 3.4 중량%로 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 준비하였다.
슬라브를 2.3 mm 두께로 열간 압연하여 열연판을 제조하였다.
열연판을 Shot Blaster를 이용하여 강판 이동속도 30 mpm, 입자 사용량 700 kg/min, 입자 ball 크기 0.6cm, 회전속도 2250 rpm으로 처리하여 약 50 nm두께의 스케일층을 잔류시켰다. 이후, 탄성도 약 1 내지 2의 고무로 코팅된 블레이드 사이를 통과 시켜 표면 조도를 약 2.0 내지 2.3으로 제어하였다. 이후, 약 72℃ 온도의 염산 용액(농도 약 16 중량%)로 약 120초간 침지하여 산세처리하였다. 이후, 세정을 실시하였다.
도 2 에서는 산세 이후 강판 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타내었다. 도 2에서 나타나듯이, 스케일층이 흰색 부분으로 표시되며, 스케일층이 잔류함을 확인할 수 있다.
산세 된 열연판 표면을 EPMA로 측정한 결과 Si함량이 다량으로 존재함을 확인할 수 있다 (도 4의 박막 사전 처리).
그 뒤 냉간 압연하여 판 두께를 0.23 mm로 하였다. 냉간 압연 이후의 냉연판의 단면을 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타나듯이, 냉간압연 이후에도 스케일층이 15 내지 20 nm로 잔존함을 확인할 수 있었다.
비교예 1-스케일 완전 제거
실리콘 (Si)을 3.4 중량%로 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 준비하였다.
슬라브를 2.3 mm 두께로 열간 압연하여 열연판을 제조하였다.
열연판을 Shot Blaster를 이용하여 강판 이동 속도 30 mpm, 회전속도 2250 rpm, 사용한 입자 양 1500 kg/min, 입자 ball 크기 0.6cm 로 처리하여 스케일층을 모두 제거하였다. 이후, 약 82℃ 온도의 염산 용액(농도 약 16 중량%)로 약 120초간 침지하여 산세처리하였다. 이후, 세정을 실시하였다.
도 3에서는 산세 이후 강판 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타내었다. 도 3에서 나타나듯이, 스케일층이 모두 제거됨을 확인할 수 있었다.
산세 된 열연판 표면을 EPMA로 측정한 결과 Si함량이 미량으로 존재함을 확인할 수 있다 (도 4의 일반).
그 뒤 냉간 압연하여 판 두께를 0.23 mm로 하였다.
비교예 2-스케일 다량 존재
실리콘 (Si)을 3.4 중량%로 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 준비하였다.
슬라브를 2.3mm 두께로 열간 압연하여 열연판을 제조하였다.
열연판을 Shot Blaster를 이용하여 강판 이동속도 30 mpm, 입자 사용량 500 kg/min, 회전속도 2250 rpm, 입자 ball 크기 0.6cm로 처리하여 두께가 약 800 nm인 스케일층을 잔류시켰다. 이후, 약 65℃ 온도의 염산 용액(농도 약 7 중량%)로 약 60초간 침지하여 산세처리하였다. 이후, 세정을 실시하였다.
그 뒤 냉간 압연하여 판 두께를 0.23 mm로 하였다.
실험예 2 - 암모늄 플루오라이드 첨가에 따른 비교
실시예 2 - 암모늄 플루오라이드 1 중량부 사용 및 2차 승온 1000℃
실시예 1의 냉연판에 다음의 과정으로 금속 산화물층을 형성하였다.
실시예 1의 냉연판을 NH3 가스분위기 하에서 850
Figure pat00003
온도에서 1차 재결정 소둔하였다.
1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판에 수산화마그네슘 및 암모늄 플루오라이드를 포함하는 소둔 분리제를 도포하였다. 암모늄 플루오라이드는 수산화마그네슘 100 중량부에 대하여 1 중량부로 포함되었다. 물은 수산화마그네슘 100 중량부에 대하여 85 중량부로 포함되었다.
그 다음, 소둔 분리제가 도포된 냉연판을 2차 재결정 소둔하였다. 2차 재결정 소둔시 1차 승온은 온도 650℃에서 온도 850℃까지 승온속도 15℃/hr로 승온하였고, 2차 승온은 온도 850℃에서 온도 1000℃까지 이루어졌고, 승온 속도는 15 ℃/hr이었다. 또한, 1차 승온은 질소 20 부피%, 수소 80 부피% 분위기하에서 진행하였고, 2차 승온 이후 100 부피% 수소 분위기 하에서 15시간 동안 유지한 후 노냉하여 불순물을 제거하였다. 형성된 금속 산화물층을 XRD 분석하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.
실시예 3- 암모늄 플루오라이드 1 중량부 사용 및 2차 승온 1200℃
암모늄 플루오라이드를 산화마그네슘 100 중량부에 대하여 1 중량부를 사용하고, 2차 승온을 1200℃까지 실시한 것 외에는 실시예 2과 동일하게 금속 산화물층을 형성하였다. 형성된 금속 산화물층을 XRD 분석하여 그 결과를 도 7에 나타내었다.
비교예 3 - 암모늄 플루오라이드 무첨가, 2차 승온 1000℃
소둔 분리제가 암모늄 플루오라이드를 함유하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2과 동일하게 금속 산화물층을 형성하였다. 형성된 금속 산화물층을 XRD 분석하여 그 결과를 도 8에 나타내었다.
비교예 4 - 암모늄 플루오라이드 무첨가, 2차 승온 1200℃
소둔 분리제가 암모늄 플루오라이드를 함유하지 않고, 2차 승온 온도를 1200℃까지 하는 것 외에는 실시예 2과 동일하게 금속 산화물층을 형성하였다. 형성된 금속 산화물층을 XRD 분석하여 그 결과를 도 9에 나타내었다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
100: 방향성 전기강판
10 : 방향성 전기강판 기재
20 : 스케일 층
30 : 금속 산화물층
40 : 절연코팅

Claims (20)

  1. 방향성 전기강판 기재;
    상기 방향성 전기강판 기재 상에 위치하는 스케일층; 및
    스케일층 상에 위치하는 금속 산화물층을 포함하고,
    상기 금속 산화물층은 포스테라이트 화합물을 포함하며,
    상기 금속 산화물 층의 F 함량이 0.1 내지 3 중량%인, 방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물층은 포스테라이트 화합물을 포함하는 제1상과 Si로 구성되는 2상을 포함하며,
    상기 제1상은 금속 산화물층 100 면적%에 대하여 5 면적% 초과 95 면적% 미만으로 포함되고, 제2상은 금속 산화물층 100 면적%에 대하여 3 면적% 초과 20 면적% 미만으로 포함되는, 방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물층 상에 위치하는 절연코팅층을 더 포함하는, 방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물층은 산화마그네슘 (MgO) 을 1.0 중량% 이하로 포함하는 방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스케일층을 잔류시키는 단계에서, 잔류한 스케일층은 중량%로 Si 1 내지 80 중량%, O: 1 내지 80 중량%및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는, 방향성 전기강판.
  6. 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판에 형성된 스케일 중 일부를 제거하고, 두께 10 nm 이상의 스케일층을 잔류시켜 스케일층이 잔류하는 열연판을 제조하는 단계;
    상기 스케일층이 잔류하는 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하여 1차 재결정 소둔된 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 1차 재결정 소둔된 냉연판에 소둔분리제를 도포하는 단계; 및
    상기 소둔분리제가 도포된 냉연판을 2차 재결정 소둔 단계를 포함하고,
    상기 소둔 분리제는 산화마그네슘 (MgO) 또는 수산화마그네슘(MgOH)과 불화물을 포함하는, 방향성 전기강판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산화마그네슘 및 수산화마그네슘의 함량 100 중량부에 대하여 불화물을 0.5 내지 2 중량부 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 불화물은 암모늄플루오라이드 (NH4F), CaF2, NaF, 및 MgF2로 이루어진 군 중에서 1종 이상을 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 슬라브는 중량%로, Si: 1.0 내지 4.0%, C: 0.03 내지 0.09 중량%, Al: 0.015 내지 0.040%, Mn: 0.04 내지 0.15%, N: 0.001 내지 0.005%, S: 0.01% 이하(0%를 제외함)를 포함하고, 잔부로 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 스케일층을 잔류시키는 단계는 회전속도가 300 내지 2500 rpm, 포함된 입자의 양을 300 내지 800 kg/min, 입자의 크기는 0.10 내지 0.8 cm, 기판의 이동 속도는 20 내지 60 mpm으로 하여 열연판을 블라스트 처리하는 단계인, 방향성 전기강판의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 스케일층을 잔류시키는 단계는, 스케일층이 잔류한 열연판의 표면 조도 제어하는 단계를 더 포함하는, 방향성 전기강판의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열연판의 표면 조도를 제어하는 단계에서, 조도를 1.0 내지 2.5로 제어하는, 방향성 전기강판의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 표면 조도를 제어하는 단계는 스케일층이 잔류한 열연판을 고무로 코팅된 블레이드 사이로 통과시키는 단계를 포함하는, 방향성 전기강판의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고무의 탄성도는 1 내지 5인, 방향성 전기강판의 제조방법.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 스케일 층을 잔류시키는 단계 이후에, 상기 산세하는 단계를 더 포함하는, 방향성 전기강판의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 산세하는 단계는 농도가 5 내지 18 중량%인 산 용액에 20 내지 120초간 침지하는 단계를 포함하는, 방향성 전기강판의 제조방법.
  17. 제6항에 있어서,
    상기 냉간 압연하는 단계 이후, 스케일층의 두께는 5 내지 100 nm인, 방향성 전기강판의 제조방법.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔 단계는 온도가 600 내지 950℃인, 방향성 전기강판의 제조방법.
  19. 제6항에 있어서,
    상기 소둔 분리제는 도포량이 1 내지 20 g/m2인, 방향성 전기강판의 제조방법.
  20. 제6항에 있어서,
    상기 2차 재결정 소둔은
    1차 승온 구간 온도가 650 내지 850℃이고,
    2차 승온 구간 온도가 850 내지 1250℃이며,
    각각의 승온 속도는 15 ℃/hr인, 방향성 전기강판 제조방법.
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