KR100470641B1 - Method For Manufacturing Unidirectional Electrical Steel Sheet With High Magnetic Flux Density - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각종 변압기, 전동기, 발전기와 같은 대형 회전기 및 기타 전자기기의 철심재료로 사용되는 일방향성 전기강판 제조방법에 관한 것으로서, 제강공정에서 첨가되는 Al과 N성분을 2차재결정을 일으키는데 필요한 인히비터를 형성할 수 있는 최소한으로 첨가함으로서 스라브의 저온가열을 가능하게 하고, 또한, 열연판소둔 및 냉연후의 탈탄침질처리에 의해 인히비터를 보강하므로서 우수한 고자속밀도 특성을 갖는 일방향성 전기강판을 보다 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a unidirectional electrical steel sheet used as iron core material of large-sized rotary machines such as transformers, electric motors, generators, and other electronic devices. The present invention provides a method for producing secondary recrystallization of Al and N components added in a steelmaking process. By adding as little as possible to form a beater to enable low-temperature heating of the slab, and reinforce the inhibitor by hot-rolled sheet annealing and decarburization after the cold rolling, more unidirectional electrical steel sheet having excellent high magnetic flux density characteristics It is an object of the present invention to provide a method that can be economically manufactured.
본 발명은 고자속밀도 일방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 Si:2.0∼4.0%, 산가용성Al:0.0060∼0.030%, N:0.0030%이하, C:0.025~0.060%, Mn:0.32%이하, Ni:0.02∼0.1%, Cr:0.02∼0.1%, S:0.007%이하를 함유하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 스라브를 제강공정에서 첨가된 AlN의 이론고용온도 이상이면서1000∼1200℃사이로 재가열하여 열간압연한 다음, 열연판을 상기AlN의 이론고용온도이상으로 가열한 다음, 800∼1000℃의 온도까지 서냉한 후, 800∼1000℃의 온도에서 급냉함으로서 인히비터인 균일한 AlN의 미세석출이 일어나도록 열연판소둔을 실시한 후, 열연판을 산세 후에 1회 혹은 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연법으로 두께 0.20∼0.35mm까지 냉간압연하고, 이슬점이 40∼70℃이고 질소이온을 함유하는 수소와 질소의 혼합 개스분위기에서 800∼950℃의 온도로 180초 이상 탈탄과 질화를 동시에 처리하므로서 추가적인 AlN형성으로 인히비터를 보강하고, 이어 MgO를 주성분으로 하는 소둔분리제를 도포한 다음, 마무리 고온소둔을 행하여 고자속밀도 일방향성 전기강판을 제조하는 방법을 그 요지로 한다.According to the present invention, in the method for producing a high magnetic flux density unidirectional electrical steel sheet, Si: 2.0 to 4.0%, acid-soluble Al: 0.0060 to 0.030%, N: 0.0030% or less, C: 0.025 to 0.060%, Mn: Slabs containing 0.32% or less, Ni: 0.02% to 0.1%, Cr: 0.02% to 0.1%, and S: 0.007% or less, and the balance of Fe and other unavoidable impurities are not lower than the theoretical employment temperature of AlN added in the steelmaking process. After reheating between 1200 ° C and hot rolling, the hot rolled plate is heated above the theoretical employment temperature of AlN, then slowly cooled to a temperature of 800-1000 ° C, and then quenched at a temperature of 800-1000 ° C to obtain an homogeneous inhibitor. After the hot-rolled sheet annealing is carried out so that fine precipitation of AlN occurs, the hot-rolled sheet is cold rolled to 0.20 to 0.35mm in thickness by one or two cold rolling methods including intermediate annealing, and the dew point is 40-70 ° C. In a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen containing nitrogen ions, By treating decarburization and nitriding at the same time for more than 180 seconds, reinforce the inhibitor with additional AlN formation, and then apply an annealing separator mainly containing MgO, and then finish high temperature annealing to produce high magnetic flux density unidirectional electrical steel sheet. That's the point.
Description
본 발명은 각종 변압기, 전동기, 발전기와 같은 대형 회전기 및 기타 전자기기의 철심재료로 사용되는 일방향성 전기강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스라브 저온가열이 가능한 고자속밀도 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a unidirectional electrical steel sheet used as iron core materials of large sized rotary machines such as various transformers, electric motors, generators, and other electronic devices, and more particularly, to manufacture high magnetic flux density oriented electrical steel sheets capable of low-temperature heating of slabs. It is about a method.
일반적으로 일방향성 전기강판은 강판면의 결정방위가 (110)면이고 압연방향의 결정방위는 [001]축에 평행하는, 일명 고스 집합조직(Goss texture)을 갖는 결정립들로 이루어져 압연방향으로 자기특성이 우수한 연자성 재료이다. 특히 고자속밀도 방향성 전기강판은 (110) [001] 결정립들의 압연방향에 대한 배향도가 3°이하의 범위에서 정렬되어있기 때문에 자기특성이 매우 우수하다. 방향성 전기강판의 자기특성은 주로 자속밀도와 철손(core loss)으로 표시되는데 자속밀도는 소정의 자장(1000A/m)에 의해 방향성 전기강판내에 유기되는 자속(magnetic flux)의 크기, B10(Tesla)으로 정의되는데, 높은 자속밀도, 즉 우수한 자화특성을 가진 연자성재료는 전기기기의 크기를 줄일 수 있어 유리하다. 철손[W17/50(W/kg)]은 일정 세기(1.7Tesla)의 자장하에서 50Hz의 교류가 흐르는 철심에서 열에너지로 소비되는 전력손실로서, 철손이 작아지면 에너지 효율을 높이게 되어 에너지가 크게 절약된다. 그러한 이유로 에너지 절감차원에서 철손이 낮은 방향성 전기강판에 대한 수요가 증가하고 있다.In general, a unidirectional electrical steel sheet is composed of grains having a Goss texture, which is a crystal orientation of the steel plate surface is (110) plane and the crystal orientation of the rolling direction is parallel to the [001] axis. It is a soft magnetic material with excellent characteristics. In particular, the high magnetic flux density oriented electrical steel sheet has excellent magnetic properties since the orientation of the (110) [001] grains in the rolling direction is aligned in a range of 3 ° or less. The magnetic properties of oriented electrical steel are mainly expressed by magnetic flux density and core loss. The magnetic flux density is the magnitude of magnetic flux induced in the oriented electrical steel sheet by a certain magnetic field (1000A / m), B10 (Tesla). The soft magnetic material having high magnetic flux density, that is, excellent magnetization property, is advantageous because it can reduce the size of an electric device. Iron loss [W17 / 50 (W / kg)] is a power loss consumed as thermal energy in an iron core with 50 Hz alternating current under a magnetic field of constant intensity (1.7 Tesla). . For that reason, demand for directional electrical steel sheets with low iron loss is increasing in order to save energy.
이렇게 방향성 전기강판이 (110)[001]방위의 결정립들로만 이루어지는 것은, 냉간압연후에 열처리로 형성된 1차재결정조직중에서 특정방위, 즉 (110)[001]의 방위를 갖는 결정립들이 비정상적으로 결정성장하여 형성되는데, 이러한 선택적이며 비정상적인 결정립성장을 2차재결정이라고 한다. 우수한 고자속밀도 방향성 전기강판은 (110)[001] 방위의 결정립들에 의한 완전한 2차재결정과 더불어 압연방향으로의 결정립들의 배향도가 뛰어날 때 얻어질 수 있다. The grain-oriented electrical steel sheet is composed of grains in the (110) [001] orientation only. In the primary recrystallized structure formed by heat treatment after cold rolling, grains having a specific orientation, that is, the orientation of (110) [001], grow abnormally. This selective and abnormal grain growth is called secondary recrystallization. An excellent high magnetic flux density oriented electrical steel sheet can be obtained when the degree of orientation of the grains in the rolling direction is excellent with complete secondary recrystallization by grains of the (110) [001] orientation.
완전한 2차재결정을 얻기 위해서는 몇가지 필수조건이 있다.There are several prerequisites for obtaining a complete secondary recrystallization.
첫째 1차재결정조직에 2차재결정의 핵인 (110)[001] 방위의 결정립들이 존재하여야 한다. First, the grains of the (110) [001] orientation, which are the nucleus of the secondary recrystallization, must exist in the primary recrystallization tissue.
일반적으로 (110)[001] 방위의 결정립들은 열간압연시에 전단변형에 의하여 열연판내에 형성되며 냉간압연과 열처리후의 1차재결정조직내에도 존재하게 된다. 냉간압연율이 클수록 (110)[001]방위의 결정립들은 감소하지만, 압연방향으로의 배향도가 극히 우수한 (110)[001]결정립들만 남게되며, 이러한 결정립들이 2차재결정하게 되면 압연방향으로의 배향도가 매우 좋은 고자속밀도의 특성을 얻게된다.In general, grains of the (110) [001] orientation are formed in the hot rolled sheet by shear deformation during hot rolling, and are also present in the primary recrystallized structure after cold rolling and heat treatment. The larger the cold rolling rate, the smaller the grains in the (110) [001] orientation are, but only the (110) [001] grains which are extremely excellent in the orientation in the rolling direction remain. When these grains are secondary recrystallized, the orientation in the rolling direction is also reduced. The good magnetic flux density is obtained.
둘째, (110)[001] 방위의 결정립들이 2차재결정되기 전까지 주변의 다른 방위를 갖는 1차재결정립들의 결정성장이 억제되어야 한다. 일반적으로 결정립의 결정성장을 억제하는데 사용되는 것들은 B, P, Sn와 같은 고용원소 혹은 MnS(Se), AlN, Cu2S, BN과 같은 석출물들로서, 이들은 결정립계에 고용하거나 석출하여 결정립계의 이동을 방해함으로서 결정립들이 성장하지 못하도록 억제하는 효과가 있다. 위와같이 결정립의 성장을 억제하는 고용원소 혹은 석출물을 흔히 인히비터(inhibitor) 한다. 인히비터가 강력한 억제력을 발휘하기 위해서는 적절한 인히비터의 선택과 함께 1차재결정조직내에서의 인히비터의 분포상태가 매우 중요하다. 많은 양의 인히비터가 미세하고 균일하게 분포되어 있을 때에만 1차재결정립들의 성장이 확실히 억제되어 완전한 2차재결정을 얻을수 있다. 이를 위해서 제강단계에서 적정량의 인히비터 원소를 첨가하고, 스라브를 1400℃의 고온으로 가열하여 인히비터인 원소들을 충분히 고용시킨후 후속공정에서 인히비터를 미세하고 균일하게 형성시키는 제조방법이 개발되었었다.Second, crystal growth of primary recrystallized grains with different orientations around them must be suppressed until grains of the (110) [001] orientation are secondary recrystallized. Generally, those used to suppress crystal growth of grains are solid elements such as B, P, and Sn, or precipitates such as MnS (Se), AlN, Cu 2 S, and BN. Interfering has the effect of inhibiting grains from growing. As described above, the employment element or precipitate that inhibits the growth of grains is often inhibited. In order for the inhibitor to exhibit a strong deterrent, the distribution of the inhibitor in the primary recrystallization tissue is very important along with the selection of the appropriate inhibitor. Only when a large amount of inhibitor is finely and uniformly distributed can the growth of the primary recrystallized grains be surely suppressed to obtain a complete secondary recrystallization. To this end, an appropriate amount of inhibitor element was added in the steelmaking step, and a slab was heated to a high temperature of 1400 ° C. to sufficiently dissolve the elements that are inhibitors.
세째, 결정성장이 억제된 다른방위의 결정립들이 (110)[001]결정립들의 2차재결정성장시에 잘 잠식되어야 한다. 많은 연구결과에 따르면, {111}<112>방위의 결정립들이 (110)[001]방위의 결정립들과 약 35°의 대응관계에 있으며, 이러한 결정립들이 (110)[001]결정립주위에 많을때 2차재결정이 안정되게 일어난다고 한다. 따라서 {111}<112>방위의 결정립들을 얻기 위해서는 열연판 소둔으로 조직을 안정화 하고 적절한 냉간압연과 열처리로 균일한 1차재결정조직을 만들어야 한다. 냉간압연율을 높히면 (110)[001]결정립들의 압연방향으로의 배향도가 좋아지지만 반대로 {111}<112>방위의 결정립들이 적어지게 되어 안정된 2차재결정을 형성할수 없다. 또한 높은 냉간압연율은 결정성장 구동력을 증가시켜 재결정립들의 결정성장이 억제되지 않고 정상적인 결정성장으로 2차재결정이 불안정해지게 된다.Third, grains of different orientations in which crystal growth is suppressed should be well encroached upon secondary recrystallization of (110) [001] grains. Many studies have shown that grains in the {111} <112> orientation correspond to grains in the (110) [001] orientation about 35 °, and when these grains are large around the (110) [001] grain, Secondary recrystallization is said to occur stably. Therefore, in order to obtain grains in the {111} <112> orientation, it is necessary to stabilize the structure by hot-rolled sheet annealing and to make uniform primary recrystallized structure by appropriate cold rolling and heat treatment. Increasing the cold rolling rate improves the orientation of the (110) [001] grains in the rolling direction, but on the contrary, the grains in the {111} <112> azimuth become less and cannot form a stable secondary recrystallization. In addition, the high cold rolling rate increases the driving force of crystal growth, so that crystal growth of recrystallized grains is not suppressed, and secondary recrystallization becomes unstable due to normal crystal growth.
이와 같이 완전한 2차재결정을 형성하기 위해서는 배향도가 좋은 (110)[001]결정립과 강력한 인히비터, 그리고 주로{111}<112>방위의 결정립들로 이루어진 균일한1차재결정조직이 필요하다. 때문에, 방향성 전기강판에 대한 많은 연구가 주로 결정립성장 억제효과가 탁월한 인히비터의 선정과, 이러한 인히비터들이 효과적으로 결정립성장을 억제할 수 있도록 하는 전제조건에 집중되어 왔다. 이제까지 MnS, AlN, MnSe, BN등의 석출물들이 인히비터로서 효과적인 것으로 판명되었으며, 이러한 석출물과 함께 석출물들이 결정립성장을 억제할 수 있는 조건, 예를 들어 스라브 재가열온도, 열간압연온도와 권취온도, 그리고 균일한 1차재결정조직을 얻기위한 열연판 소둔조건과 냉간 압연율 및 마무리 고온소둔조건등이 많이 연구되었다.Such a complete secondary recrystallization requires a uniform primary recrystallization structure composed of (110) [001] grains with good orientation, strong inhibitors, and grains mainly in the {111} <112> orientation. Therefore, much research on oriented electrical steel sheet has focused mainly on the selection of inhibitors with excellent grain growth suppression effect and preconditions for enabling such inhibitors to effectively suppress grain growth. So far, precipitates such as MnS, AlN, MnSe, and BN have been found to be effective as inhibitors. Together with these precipitates, the conditions under which the precipitates can inhibit grain growth, such as slab reheating, hot rolling and winding temperatures, and Hot rolled sheet annealing condition, cold rolling rate and finishing hot annealing condition to obtain uniform primary recrystallization structure have been studied.
근래에 와서는 생산성 증대와 제조원가 절감차원에서 스라브의 가열온도를 낮추고 일부 공정을 생략하는 방향으로 개발이 진행되었다. 앞서 설명하였듯이, 완전한 2차재결정을 위해서는 많은 양의 인히비터가 미세하고 균일하게 1차재결정조직에 분포해야 하는데, 이를 위해서는 인히비터가 충분히 고용될수 있는 1400℃의 고온까지 스라브를 가열하여야 한다. In recent years, development has been carried out to lower the heating temperature of the slab and to omit some processes in order to increase productivity and reduce manufacturing costs. As described above, a complete secondary recrystallization requires a large amount of inhibitor to be finely and uniformly distributed in the primary recrystallization structure, which requires heating the slab to a high temperature of 1400 ° C. where the inhibitor can be sufficiently employed.
이와 같은 고온에서의 스라브가열은 단순히 인히비터를 미세하게 석출시키기 위함이지만, 그로 인한 폐해가 매우 크다. The slab heating at such a high temperature is simply to finely deposit the inhibitor, but the damage thereof is very large.
고온의 스라브 가열로 인한 미세조직의 조대화로 최종제품의 자기특성을 저해하는 스트릭(streak)이 발생하며, 열간압연시 엣지크랙(edge crack)이 발생하여 제품의 생산성을 크게 떨어뜨린다. 더우기 고온의 스라브 가열작업으로 스라브 표면에서 페얄라이트(fayalite)라는 산화층이 형성되는데, 이 산화층은 융점이 매우 낮아서 1300℃보다 높은 온도에서는 녹아내리는 현상이 발생한다. 이때 녹아내린 스래그는 가열로내에 축적되어 잦은 가열로 작업불량과 함께 주기적인 가열로 보수가 필요하게 되었다. 이와 같이 스라브 고온가열작업의 어려움과 그에 따른 생산원가의 증가로 각 제철사에서는 스라브 가열온도를 낮추는 연구가 많이 이루어졌다. Coarse microstructure due to high temperature slab heating generates streaks that hinder the magnetic properties of the final product, and edge cracks occur during hot rolling, greatly reducing product productivity. In addition, a high temperature slab heating operation forms an oxide layer called fayalite on the surface of the slab. The oxide layer has a very low melting point and melts at a temperature higher than 1300 ° C. At this time, the molten slag accumulates in the furnace, which requires frequent furnace maintenance and periodic furnace repair. As mentioned above, due to the difficulty of high temperature heating work of slab and the increase in production cost, many studies have been conducted to reduce slab heating temperature at each steel mill.
그 예로서, 일본 특허 공보(평) 1-230721에서는 제조공정중 탈탄소둔후에 암모니아 개스를 사용하여 인히비터인 AlN을 형성시키는 방법에 의해서 고자속밀도의 방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제안하고 있다. As an example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-230721 proposes a method of manufacturing a high magnetic flux density oriented electrical steel sheet by a method of forming an AlN as an inhibitor using ammonia gas after decarbonization annealing during the manufacturing process. .
이 방법의 경우에는 제강단계에서 강력한 인히비터로서의 AlN을 형성시키지 않기 때문에 스라브 재가열온도를 대폭 낮출수 있고, 탈탄소둔이후에 암모니아 개스를 사용한 독립적이며 추가적인 침질소둔으로 인히비터인 AlN을 도입시켜 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법이다. Since this method does not form AlN as a strong inhibitor in the steelmaking stage, the slab reheating temperature can be drastically reduced, and after decarbonization annealing, an independent and additional immersion annealing with ammonia gas is introduced to introduce the AlN as an inhibitor. It is a method of manufacturing a density oriented electrical steel sheet.
이러한 제조방법의 특징은 스라브를 인히비터가 완전히 고용되는 1400℃의 고온으로 가열하는 기존의 고자속밀도 방향성 전기강판 제조방법과는 다르게 인히비터가 완전히 고용되지 않는 1200℃의 낮은 온도에서 스라브를 가열하여 열간압연한 다음 최종 냉간압연공정과 고온소둔공정 사이의 공정에서 암모니아 개스를 사용하여 질화처리 함으로서 2차재결정에 필요한 인히비터를 도입하는 것이 그 특징이다. This manufacturing method is characterized in that the slab is heated at a low temperature of 1200 ° C. where the inhibitor is not completely employed, unlike the conventional high flux density oriented electrical steel sheet manufacturing method in which the slab is heated to a high temperature of 1400 ° C. where the inhibitor is completely employed. It is hot-rolled and then nitrided using ammonia gas in the process between the final cold rolling process and the high temperature annealing process to introduce the inhibitor necessary for secondary recrystallization.
즉, 기존의 제조방법과 크게 대별되는 점은 스라브 가열단계에서 인히비터를 완전히 고용시키지 않는다는 것이다. That is, the major difference from the existing manufacturing method is that the inhibitor is not completely employed in the slab heating step.
제강공정에서 주요성분이 첨가와 함께 인히비터의 주성분인 Al과 N성분의 함량이 조정된 다음 스라브가 만들어지는데 이때 인히비터인 AlN이 조대하게 성장하게 된다. 이렇게 조대하게 성장된 AlN을 다시 강속에 고용시키기 위해서 고온으로 스라브를 가열하는 방식이 기존의 고자속밀도 방향성 전기강판을 제조하는 방법이었고, 일본 특허 공보(평) 1-230721에서 제안한 방법은 스라브내의 조대하게 성장한 AlN을 완전히 고용시키지 않고 열간압연이 가능한 온도로만 스라브를 가열해서 열간압연하고 최종 냉간압연후에 암모니아개스를 사용한 질화처리로 2차재결정에 필요한 인히비터 AlN을 형성시킨다는 것이다. In the steelmaking process, with addition of the main components, the contents of Al and N components, which are the main components of the inhibitor, are adjusted, and then a slab is made. At this time, the AlN, which is an inhibitor, grows coarsely. The method of heating the slab at high temperature in order to solidify such coarsely grown AlN into the steel was a method of manufacturing a conventional high magnetic flux density oriented electrical steel sheet, and the method proposed in Japanese Patent Publication No. 1-230721 was The slab is heated only to a temperature that can be hot rolled without completely coagulating AlN grown coarse, and nitriding with ammonia gas after final cold rolling forms the inhibitor AlN necessary for secondary recrystallization.
이와 같은 방법은 스라브내에서 이미 조대한 AlN을 형성하고 남은 반응하지 않은 산가용성 Al이 후공정에서 질화처리로 도입되는 N성분과 반응하여 인히비터인 AlN을 형성시키는 제조방법으로 제강공정에서 첨가한 Al함량중 일부만을 사용하여 인히비터를 형성시킨 방법인 것이다. This method is a manufacturing method in which AlN is already formed in the slab and the remaining unreacted acid-soluble Al reacts with the N component introduced into the nitriding process in a later step to form AlN, an inhibitor, which is added in the steelmaking process. It is a method of forming an inhibitor using only a part of Al content.
한편, 일본 공개 특허 84-056522에는 약 0.006∼0.026wt%의 산가용성 Al 및 0.003∼0.013wt%의 N를 함유시켜 인히비터를 완전히 고용시키지 않는 온도로 스라브를 가열하여 AlN을 조대한 석출물형태로 존재시키는 방향성전기강판의 제조방법이 제시되어 있다. On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 84-056522 contains about 0.006 to 0.026 wt% of acid-soluble Al and 0.003 to 0.013 wt% of N to heat the slab to a temperature at which the inhibitor is not completely dissolved to form AlN as a coarse precipitate. A method for producing a grain-oriented electrical steel sheet is presented.
상기한 방법의 경우에는 통상적으로 제강단게를 거친 강중의 N 의 함유량이 30ppm 이하라는 점을 고려하면 N를 추가로 첨가하는 공정을 필요로하므로 제조공정이 복잡하고 생산성측면에서도 불리한 문제점이 있다In the case of the method described above, considering the fact that the content of N in the steel which has undergone the steelmaking step is 30 ppm or less, a process of additionally adding N is required, which leads to a complicated manufacturing process and disadvantages in terms of productivity.
한편, 인히비터인 AlN을 스라브 가열할 때에 완전히 고용시키지 않은 상태로 가열하여 열간압연하게 되면 조대한 AlN이 그대로 열연판에 존재하게 되는데 이러한 경우 조대한 AlN이 인히비터 역할을 하게되는 미세한 AlN의 석출을 억제하거나 2차재결정이 일어나는 고온소둔중에 미세한 AlN을 잠식하며 성장할 가능성이 매우 커서 불안정한 2차재결정을 일으키기가 쉽다. 따라서 이와 같은 현상을 억제하기 위하여 상기한 방법에서는 복잡한 열연판소둔과 탈탄소둔 후에 적정 결정립크기를 유지하여야하는 매우 까다로운 제조공정이 요구된다.On the other hand, when the AlN, which is an inhibitor, is heated in a state in which it is not completely dissolved in the slab, and is hot rolled, coarse AlN remains in the hot rolled plate. In this case, fine AlN is precipitated in which the coarse AlN serves as an inhibitor It is very easy to cause unstable secondary recrystallization because it is very likely to grow by eroding fine AlN during high temperature annealing where secondary recrystallization occurs. Therefore, in order to suppress such a phenomenon, the above-described method requires a very difficult manufacturing process to maintain the appropriate grain size after complex hot-rolled sheet annealing and decarbonization annealing.
본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 행하게 된 것으로서, 본 발명은 제강공정에서 첨가되는 Al과 N성분을 2차재결정을 일으키는데 필요한 인히비터를 형성할 수 있는 최소한으로 첨가함으로서 스라브의 저온가열을 가능하게 하고, 또한, 열연판소둔 및 냉연후의 탈탄침질처리에 의해 인히비터를 보강하므로서 우수한 고자속밀도 특성을 갖는 일방향성 전기강판을 보다 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.The present inventors have conducted research and experiments to solve the above-mentioned problems of the prior art, and based on the results, the present invention provides secondary recrystallization of Al and N components added in the steelmaking process. By adding as little as possible the required inhibitor, the slab can be heated at low temperature, and the unidirectional electrical steel sheet having excellent high magnetic flux density characteristics by reinforcing the inhibitor by hot-rolled sheet annealing and decarburization-precipitation treatment after cold rolling. To provide a method to manufacture more economically, the purpose is.
본 발명은 고자속밀도 일방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 Si:2.0∼4.0%, 산가용성Al:0.0060∼0.030%, N:0.0030%이하, C:0.025~0.060%, Mn:0.32%이하, Ni:0.02∼0.1%, Cr:0.02∼0.1%, S:0.007%이하를 함유하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 스라브를 제강공정에서 첨가된 AlN의 이론고용온도 이상이면서1000∼1200℃사이로 재가열하여 열간압연한 다음, 열연판을 상기AlN의 이론고용온도이상으로 가열한 다음, 800∼1000℃의 온도까지 서냉한 후, 800∼1000℃의 온도에서 급냉함으로서 인히비터인 균일한 AlN의 미세석출이 일어나도록 열연판소둔을 실시한 후, 열연판을 산세 후에 1회 혹은 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연법으로 두께 0.20∼0.35mm까지 냉간압연하고, 이슬점이 40∼70℃이고 질소이온을 함유하는 수소와 질소의 혼합 개스분위기에서 800∼950℃의 온도로 180초 이상 탈탄과 질화를 동시에 처리하여 추가로 미세한 AlN을 형성시켜 인히비터를 보강하고, 이어 MgO를 주성분으로 하는 소둔분리제를 도포한 다음, 마무리 고온소둔을 행하여 고자속밀도 일방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.According to the present invention, in the method for producing a high magnetic flux density unidirectional electrical steel sheet, Si: 2.0 to 4.0%, acid-soluble Al: 0.0060 to 0.030%, N: 0.0030% or less, C: 0.025 to 0.060%, Mn: Slabs containing 0.32% or less, Ni: 0.02% to 0.1%, Cr: 0.02% to 0.1%, and S: 0.007% or less, and the balance of Fe and other unavoidable impurities are not lower than the theoretical employment temperature of AlN added in the steelmaking process. After reheating between 1200 ° C and hot rolling, the hot rolled plate is heated above the theoretical employment temperature of AlN, then slowly cooled to a temperature of 800-1000 ° C, and then quenched at a temperature of 800-1000 ° C to obtain an homogeneous inhibitor. After the hot-rolled sheet annealing is carried out so that fine precipitation of AlN occurs, the hot-rolled sheet is cold rolled to 0.20 to 0.35mm in thickness by one or two cold rolling methods including intermediate annealing, and the dew point is 40-70 ° C. In a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen containing nitrogen ions, Decarburizing and nitriding at the same time for more than 180 seconds at the same time to form additional fine AlN to reinforce the inhibitor, apply annealing separator mainly containing MgO, and then finish high temperature annealing to perform high magnetic flux density unidirectional electrical steel sheet It relates to a method of manufacturing.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점들을 개선시키기 위하여 연구를 거듭한 결과2차재결정에 필요한 인히비터를 형성시키는데 필요한 최소한의 산가용성 Al과 N함량을 제강공정에서 도입하여 추가의 합금철 투입량을 억제함으로서 생산원가를 낮추고, 또한 AlN을 완전히 고용시킨 후 재석출 시켜서 인히비터를 최대한 사용하고 최종두께에서 실시하는 탈탄과 질화처리에 의해서 도입되는 질소이온에 의한 추가적인 AlN석출물 형성에 의한 인히비터 보강으로 강력한 인히비터에 의한 우수한 고자속밀도의 일방향성 전기강판을 보다 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제안하게 된 것이다. The present inventors have conducted extensive research to improve the above-mentioned problems of the prior art, and introduced the minimum acid-soluble Al and N contents required to form the inhibitors required for secondary recrystallization in the steelmaking process to obtain additional ferroalloy input. By suppressing the production cost and lowering the AlN completely and reprecipitating it to make the most of the inhibitor and strengthening the inhibitor by forming additional AlN precipitate by nitrogen ion introduced by decarburization and nitriding treatment performed at the final thickness It is to propose a method that can be more economically produced a high magnetic flux density unidirectional electrical steel sheet by a strong inhibitor.
즉, 본 발명은 고자속밀도 일방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 제강공정에서 2차재결정 형성에 중요한 역할을 하는 인히비터의 주 구성원소인 Al성분을 0.0060∼0.030wt%, 그리고 N성분을 0.0001∼0.0030 wt % 첨가함으로써 이들 성분이 반응하여 형성하는 AlN석출물들이 최소 1000℃이상의 스라브 가열로도 완전히 고용되도록 성분설계하고 전기강판 스라브의 가열을 1000∼1200℃사이의 저온에서 수행함으로써 스라브 저온가열과 인히비터인 AlN을 완전고용을 확보하고 후공정인 열연판 소둔에서 역시 Al과 N성분 첨가량에 의한 AlN의 완전고용온도 이상의 온도로 가열한 다음, 800∼1000℃의 온도까지 서냉한 후, 800∼1000℃의 온도에서 급냉함으로서 미세한 AlN형성으로 인히비터의 결정성장억제력을 향상시키게 된다.That is, the present invention is a method of manufacturing a high magnetic flux density unidirectional electrical steel sheet, 0.0060 ~ 0.030wt%, and N component of 0.0060 to 0.030wt%, which is the main component of the inhibitor which plays an important role in the formation of secondary recrystallization in the steelmaking process By adding ˜0.0030 wt%, the AlN precipitates formed by reacting these components are designed to be completely dissolved in the slab heating furnace at least 1000 ℃ and the slab heating is performed by heating the steel sheet slab at a low temperature between 1000∼1200 ℃. After securing the complete employment of the inhibitor AlN in the hot-rolled sheet annealing, which is also a post-process, the AlN was heated to a temperature higher than the complete employment temperature of AlN by addition of Al and N components, and then slowly cooled to a temperature of 800-1000 ° C. By quenching at a temperature of 1000 ℃ to form a fine AlN to improve the crystal growth inhibition of the inhibitor.
아울러 최종두께에서 실시하는 탈탄과 질화처리에 의해서 도입되는 질소이온에 의해서 추가적인 AlN석출물을 형성시킴으로서 AlN 인히비터를 보강하는 것이 본 발명의 특징이다.In addition, it is a feature of the present invention to reinforce the AlN inhibitor by forming additional AlN precipitates by nitrogen ions introduced by the decarburization and nitriding treatment performed at the final thickness.
일반적으로 방향성 전기강판에서 인히비터로 많이 사용되는 AlN의 완전고용에 관련된 연구는 많이 진행되어 왔으며, 특히 Iwayama에 의해서 잘 정립되었고 AlN의 이론고용온도는 다음과 같이 정의된다.In general, a lot of research has been conducted on the full employment of AlN, which is widely used as an inhibitor in oriented electrical steel sheets. In particular, it is well established by Iwayama and the theoretical employment temperature of AlN is defined as follows.
Log [Alwt%][Nwt%] = - 10062/ T + 2.72 (T: Kelvin temperature) Log [Alwt%] [Nwt%] =-10062 / T + 2.72 (T: Kelvin temperature)
상기의 관계식은 방향성 전기강판 제조시에 첨가되는 Al과 N함량을 이용하여 스라브 제조할 때에 형성된 AlN이 스라브가열에서 완전히 고용될 수 있는 온도를 예측하는데 중요하게 사용되고 있다. 그러므로 본 발명은 이 관계식으로부터 저온스라브 가열이 가능하면서도 제강공정에서 첨가된 Al과 N이 스라브가열에서 완전 고용됨으로써 2차재결정 형성전의 미세조직에 균일하고 미세한 AlN 석출물 분포를 부여하는데 있다. 더욱이 냉간압연 이후의 소둔공정에서 탈탄과 동시에 침질처리를 통하여 추가의 질소성분을 강판 내부에 투입할 수 있기 때문에 제강공정에서의 질소 첨가량을 크게 저감하는 것이 가능하다. 본 발명자들의 연구 결과 제강공정에서 질소 첨가량을 0.0030wt%이하로 저감하게 되면 AlN의 이론 고용온도를 1200℃이하로 낮출 수 있고 스라브 가열후에 열간압연도 가능하다는 것을 확인하였다. 질소 첨가량을 0.0030wt%이하로 관리할 때의 Al의 함량은 최대 0.0300wt%으로 그 이상의 첨가량은 AlN 이론고용온도가 1200℃이상으로 높아지기 때문에 1200℃이하의 저온의 스라브 가열로서는 AlN의 완전 고용을 이룰 수 없게 된다. 이렇게 제강공정에서 첨가되는 Al과 N성분의 함량을 최적화 함으로서 인히비터 고용에 필요한 스라브 가열온도를 1000~1200℃까지 낮추어 스라브 저온가열과 함께 인히비터 완전고용에 따른 미세한 AlN석출물 형성으로 보다 안정된 2차재결정과 우수한 고자속밀도의 일방향성 전기강판을 제조할 수가 있다.The above relation is importantly used to predict the temperature at which AlN formed during slab production can be completely dissolved in slab heating by using Al and N content added during the production of grain-oriented electrical steel sheet. Therefore, the present invention provides a uniform and fine AlN precipitate distribution to the microstructure before secondary recrystallization by allowing Al and N to be completely dissolved in slab heating while allowing low-temperature slab heating from this relationship. In addition, since an additional nitrogen component can be introduced into the steel sheet through the decarburization and at the same time in the annealing process after cold rolling, it is possible to greatly reduce the amount of nitrogen added in the steelmaking process. As a result of the study, the inventors confirmed that reducing the amount of nitrogen added to 0.0030 wt% or less in the steelmaking process can lower the theoretical solid solution temperature of AlN to 1200 ° C. or below, and also hot roll after slab heating. When the nitrogen content is controlled below 0.0030wt%, the Al content is up to 0.0300wt%, and since the AlN theoretical employment temperature rises above 1200 ℃, the complete solid solution of AlN is not required for low temperature slab heating below 1200 ℃. It will not be possible. By optimizing the content of Al and N added in the steelmaking process, the slab heating temperature required for the employment of the inhibitor is lowered to 1000 ~ 1200 ° C, and the slab low temperature heating and the formation of fine AlN precipitates according to the full employment of the inhibitor make the secondary stable. It is possible to manufacture unidirectional electrical steel sheets with recrystallization and excellent high magnetic flux density.
한편, 보다 안정되고 우수한 고자속밀도를 얻기 위해서는 억제력이 강하고 미세한 AlN 인히비터를 강판내에 균일하게 분포시켜야 하는데 앞서 스라브 가열공정에서 인히비터의 완전고용만으로는 미세하고 균일한 AlN 인히비터 분포를 확보하기에는 다소 불안정하다. 왜냐하면 1000~1200℃의 스라브 가열로 AlN을 완전고용시키지만 스라브를 열간압연하는 공정에서 일부분이 석출을 시작함으로서 석출물의 분포가 불균일해지는 가능성이 있기 때문이다. On the other hand, in order to obtain a more stable and excellent high magnetic flux density, it is necessary to distribute the AlN inhibitors with a strong suppression force evenly in the steel sheet. Unstable This is because the AlN is completely employed by the slab heating at 1000-1200 ° C, but the deposition of the precipitate may be uneven due to the partial precipitation of the slab in the hot rolling process of the slab.
그러므로, 열간압연판을 다시 가열하여 열연중에 형성되었을 수 있는 석출물들을 다시 재고용시키고 급냉을 실시하여 아주 미세한 석출물을 만들 필요가 있다. 물론 열연판에는 열연중에 미처 재결정되지 않은 부분이 존재하여 매우 불균일한 미세조직을 갖고 있기 때문에 미세조직을 균일하게 만들기 위해서도 소둔을 실시할 필요가 있다. 그래서 본 발명자들은 AlN의 성분설계로 스라브 가열온도를 1000~1200℃의 저온으로 가열하면서도 AlN이 완전히 고용되도록 스라브를 가열하여 열간압연한 다음 공정에서 열연판을 다시 첨가된 Al과 N성분이 반응하여 형성한 AlN의 석출물들이 재고용할 수 있는 온도 이상으로 가열한 다음 미세한 석출물들이 생성되는 800∼1000℃의 온도까지 서냉한 후, 800∼1000℃의 온도에서 급냉하는 방법을 개발하게 이른것이다. Therefore, it is necessary to reheat the hot rolled plate to re-employ the precipitates which may have been formed during hot rolling, and to quench them to make very fine precipitates. Of course, since the hot rolled sheet has a portion that is not recrystallized during hot rolling and has a very uneven microstructure, it is necessary to perform annealing to make the microstructure uniform. Therefore, the present inventors heat the slab by heating the slab to a low temperature of 1000-1200 ° C. by designing AlN and hot rolling the slab so that AlN is completely dissolved. The AlN precipitates formed were heated above the reusable temperature, and then cooled slowly to a temperature of 800 to 1000 ° C. where fine precipitates were formed, and then quenched at a temperature of 800 to 1000 ° C.
이렇게 열연판 소둔을 실시하면 균일한 미세조직과 아주 미세하고 균일한 AlN 석출물들의 분포를 확보할 수가 있기 때문에 고자속밀도의 자기특성을 갖는 일방향성 전기강판을 제조할 수가 있게 된다. 만약 열연판 소둔온도가 AlN의 이론고용온도 보다 낮은 온도에서 열처리 하게 되면 열연중에 형성된 AlN이 조대하게 성장하여 불균일한 석출물분포를 형성함으로써 불안정한 2차재결정과 열위한 자속밀도 특성을 얻게 된다. The hot-rolled sheet annealing ensures a uniform microstructure and a very fine and uniform distribution of AlN precipitates, thereby making it possible to manufacture a unidirectional electrical steel sheet having high magnetic flux density magnetic properties. If the hot-rolled sheet annealing temperature is lower than the theoretical employment temperature of AlN, the AlN formed during the hot rolling grows coarsened to form a non-uniform precipitate distribution, resulting in unstable secondary recrystallization and heat flux density characteristics.
한편, 제강공정에서 첨가한 산가용성 Al과 N이 충분히 반응하여 미세한 AlN을 형성한 후에는 N과 반응하지 않은 산가용성 Al이 남게 된다. 따라서 최종두께에서 실시하는 탈탄과 질화처리를 통하여 도입되는 질소이온이 남아있는 상가용성Al과 반응하여 AlN을 형성하므로서 앞에서 열연판소둔에서 생성되어 결정립성장을 억제하는 미세한 AlN인히비터를 보강하여 안정된 2차재결정과 우수한 자기특성을 확보하게 된다. On the other hand, after the acid-soluble Al added in the steelmaking process and N sufficiently reacts to form fine AlN, acid-soluble Al that does not react with N remains. Therefore, the nitrogen ions introduced through the decarburization and nitriding at the final thickness react with the remaining phase soluble Al to form AlN, thereby reinforcing the fine AlN inhibitor which is generated in the hot-rolled sheet annealing to suppress grain growth. Vehicle recrystallization and excellent magnetic properties are secured.
이하, 본 발명의 성분 및 그 성분범위의 한정이유에 대하여 설명한다.Hereinafter, the reason for limitation of the component of this invention and its component range is demonstrated.
Si는 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철심손실(core loss) 즉, 철손을 낮추는 역할을 한다. Si함량이 2.0wt%미만인 경우에는 비저항이 감소하여 철손특성이 열화되며, 4.0wt%이상으로 과잉 함유시에는 강의 취성이 커져 냉간압연이 극히 어려워지고 2차재결정형성이 불안정해지므로 적정 Si의 함량은 2.0∼4.0wt%가 바람직하다.Si is a basic composition of electrical steel sheet to increase the specific resistance of the material serves to lower the core loss (core loss). If the Si content is less than 2.0wt%, the resistivity decreases and the iron loss characteristics deteriorate. If the content is over 4.0wt%, the iron content becomes excessively brittle, making the cold rolling extremely difficult and unstable secondary recrystallization. Silver is preferably 2.0 to 4.0 wt%.
Al성분은 N과 함께 AlN의 석출물을 형성하여 결정립성장을 억제하는 인히비터의 주요 구성원소로, 총량적인 Al함량보다는 N과 반응하여 AlN을 형성할 수 있는 산가용성의 Al함량이 중요하다. 산가용성 Al이 0.030wt%이상 초과하게 되면 열연판에 조대한 연신립의 비율이 상대적으로 크게 증가한다. 그러므로 연신립을 재결정시키기 위한 열연판 가열온도가 1200℃이상으로 증가하게 된다. 이와 같은 열처리는 열연판에 존재하는 석출물의 분포상태에 영향을 주어 1차재결정 조직이 균일해지지 않으며 {112}<110>집합조직이 발달하게 된다. 이와 같은 집합조직은 {110}<001>성분의 2차재결정형성에 도움을 주지 못한다. 또한 냉간압연이후의 동시탈탄과 질화처리시에 투입되는 N성분과 반응하여 AlN을 형성할 때에 불균일한 석출물분포를 형성하게 되어 2차재결정이 불안정하게 일어나게 된다. 산가용성 Al함량이 0.0060wt%미만인 경우에는 결정립의 성장을 억제하기에 충분한 석출물이 원초적으로 형성되지 못할 뿐만 아니라 추가적인 질화처리에 의해서도 인히비터 보강이 어려우므로 2차재결정이 불안정해지게 된다.The Al component is a major component of the inhibitor that forms grains of AlN and suppresses grain growth with N. The Al content of acid solubility that reacts with N to form AlN is important rather than the total amount of Al. When the acid-soluble Al exceeds 0.030 wt%, the ratio of coarse stretched grains to the hot rolled sheet increases relatively. Therefore, the hot rolled plate heating temperature for recrystallization of the stretched grains is increased to 1200 ° C. or more. Such heat treatment affects the distribution of precipitates in the hot rolled sheet, so that the primary recrystallization structure is not uniform and the {112} <110> aggregate structure is developed. Such aggregates do not contribute to secondary recrystallization of the {110} <001> component. In addition, when AlN is formed by reacting with the N component introduced during the simultaneous decarburization and nitriding treatment after cold rolling, a non-uniform precipitate distribution is formed, resulting in unstable secondary recrystallization. If the acid-soluble Al content is less than 0.0060wt%, not only precipitates sufficient to inhibit the growth of crystal grains are formed in the first place, but secondary recrystallization becomes unstable because it is difficult to reinforce the inhibitor by further nitriding.
N은 산가용성 Al과 반응하여 AlN석출물을 형성함으로서 1차재결정립의 성장을 억제하는 인히비터의 구성원소이기 때문에 2차재결정 형성에 있어서 필수적인 성분이다. 본 발명의 특징중에 하나가 이 N성분을 0.0030wt%이하로 낮춤으로서 스라브 재가열을 1000~1200℃의 저온에서 실시할 수 있고 AlN의 완전재고용을 통하여 억제력이 매우 강한 미세한 AlN석출물을 형성할 수가 있는 것이다. 따라서 제강공정에서 N성분을 0.0030wt% 이상 첨가할 필요가 없다. 왜냐하면 억제력이 강한 미세한 AlN 석출물의 추가형성은 냉간압연이후의 공정인 동시 탈탄과 질화처리를 통하여 N성분을 투입함으로써 용이하게 행할 수가 있기 때문이다. 만약 0.0030wt% 이상 첨가하는 경우에는 저온 스라브가열에 의해서 AlN의 완전고용을 이룰 수 없게 되고, 조대한 AlN을 형성하여 결정립성장 억제효과가 떨어지게 된다. 따라서 N성분은 0.0030wt%이하로 첨가하고 후공정인 동시탈탄과 질화공정에서 추가의 N성분을 투입하는 것이 바람직하다.N is an essential component in the formation of secondary recrystallization because it is a member of the inhibitor that reacts with acid-soluble Al to form AlN precipitates to inhibit the growth of primary recrystallized grains. One of the characteristics of the present invention is that by lowering this N component to 0.0030 wt% or less, the slab reheating can be performed at a low temperature of 1000 to 1200 ° C., and the AlN precipitate can be formed very strong through the complete re-incorporation of AlN. will be. Therefore, it is not necessary to add more than 0.0030wt% of N component in the steelmaking process. This is because the addition of fine AlN precipitates with strong inhibitory power can be easily performed by adding N component through simultaneous decarburization and nitriding treatment, which is a process after cold rolling. If more than 0.0030wt% is added, it is impossible to achieve full employment of AlN by low-temperature slab heating, and coarse AlN is formed to decrease grain growth inhibition effect. Therefore, it is preferable to add N component below 0.0030wt%, and to add an additional N component in the post-processing simultaneous decarburization and nitriding process.
C는 0.02wt%이상 첨가되면 강의 오스테나이트변태를 촉진하여 열연시 열간압연조직을 미세화시키고 아울러 AlN의 고용과 석출을 촉진시켜 인히비터로서의 효과를 상승시키는 성분이지만, 최종제품에 잔류하게 되면 탄화물을 형성하여 자성열화를 초래하므로 필수적으로 탈탄공정을 통하여 최종제품에서는 30ppm이하로 관리하여야 한다. 본 발명에서는 스라브를 저온가열 하므로 탄소의 역할이 크게 중요하지 않기 때문에 탄소의 함량이 0.025wt%이상만 첨가해도 탄소의 효과를 충분히 볼 수가 있다. 그러나 탄소함량이 0.060wt%이상인 경우에는 탈탄에 걸리는 시간이 장시간 소요되고 또한 질화처리가 과잉의 탄소에 의해서 방해받게 되어, 인히비터의 보강이 불안정해지게 되어 충분한 탈탄과 질화처리가 이루어지지 않게 된다.C is added to 0.02wt% or more to promote the austenite transformation of steel to refine the hot-rolled structure during hot rolling, and to promote the solid solution and precipitation of AlN to enhance the effect as an inhibitor, but when it remains in the final product, Because it forms a magnetic deterioration, it must be managed to 30ppm or less in the final product through decarburization process. In the present invention, because the slab is heated at a low temperature, the role of carbon is not very important, and therefore, even if the carbon content is added only 0.025 wt% or more, the effect of carbon may be sufficiently seen. However, when the carbon content is more than 0.060wt%, the decarburization takes a long time and the nitriding treatment is hindered by excess carbon, and the reinforcement of the inhibitor becomes unstable, so that sufficient decarburization and nitriding treatment is not performed. .
Mn은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 효과가 있으며, 스라브 가열시에 오스테나이트 변태를 촉진하여 AlN의 고용을 용이하게 하는 원소이다. 그러나 0.32%이상 첨가시에는 미량의 S와 결합하여 조대한 MnS를 형성하는데, AlN이 주로 조대한 MnS의 주위에 착석출하는 경향이 있기 때문에 AlN의 고른 석출형성을 방해한다.Mn has the effect of reducing the iron loss by increasing the specific resistance similar to Si, and promotes austenite transformation during slab heating to facilitate the solid solution of AlN. However, when 0.32% or more is added, coarse MnS is formed by combining with a small amount of S. Since AlN tends to precipitate around coarse MnS, it prevents even precipitation formation of AlN.
S는 Mn과 결합해서 유화물을 형성하여 결정립성장을 억제하는 효과가 있는 성분이지만, 과도하게 첨가되면 스라브 가열시에 중심부에 편석되어 미세조직에 악영향을 미치게 된다. 또한 Mn과 결합하여서 조대한 석출물을 만들게 되면 AlN의 고른 석출을 방해하므로 본 발명에서는 0.007%이하로 관리하는 것이 바람직하다.S is an ingredient that combines with Mn to form an emulsion to suppress grain growth, but when added excessively, S is segregated in the center part during slab heating and adversely affects the microstructure. In addition, when coarse precipitates are combined with Mn to prevent even precipitation of AlN, the present invention is preferably managed at 0.007% or less.
Cr은 열간압연시 변형된 결정입자의 재결정을 지연시켜 {110}<001>성분의 발달을 촉지시키는 효과가 있고, 고온소둔중 안정된 포스테라이트층을 형성하는데 도움을 준다. Cr이 0.02%이하면 첨가효과를 얻을 수가 없고, 0.20%이상 첨가하게 되면 열연판에 연신립조직이 많이 존재하게 되며 냉간압연시 심한 가공경화로 인하여 냉간압연이 어려워진다.Cr delays the recrystallization of the deformed crystal grains during hot rolling, thereby promoting the development of the {110} <001> component, and helps to form a stable forsterite layer during high temperature annealing. If Cr is less than 0.02%, the effect of addition cannot be obtained. If more than 0.20% of Cr is added, a large amount of stretched tissue exists in the hot rolled plate, and cold rolling becomes difficult due to severe work hardening during cold rolling.
Ni은 탄소와 Mn과 같이 오스테나이트 형성원소로서 인히비터인 AlN의 고른 석출과 균일한 열연조직을 형성하는데 도움을 준다. Cr과 같이 0.02%이하면 첨가효과를 얻을 수가 없고, 0.10%이상 첨가하게 되면 냉간압연시 심한 가공경화로 인하여 냉간압연이 어려워지며, 고가의 합금이므로 원가상승을 초래하므로 0.10%이하로 첨가하는 바람직하다. Ni is an austenite forming element such as carbon and Mn, and helps to form evenly precipitated and uniform hot rolled structure of the inhibitor AlN. If it is less than 0.02% like Cr, addition effect is not obtained, and if it is added more than 0.10%, cold rolling becomes difficult due to severe work hardening during cold rolling, and it is desirable to add it to 0.10% or less because it is an expensive alloy. Do.
본 발명의 강성분은 이상과 같으며 그 외는 Fe 및 불가피한 미량의 불순물로 구성된다. 상기와 같은 성분의 강재는 통상의 여하한 용해법, 조괴법, 연주법 등을 이용하여 제조한 경우에도 본 발명의 소재로 사용할 수 있다.The steel components of the present invention are as described above, and the other components are composed of Fe and inevitable trace impurities. The steel material of the above components can be used as a raw material of the present invention even when manufactured using any conventional dissolution method, ingot method, performance method, or the like.
이하, 제조조건에 대하여 설명한다.Hereinafter, manufacturing conditions are demonstrated.
전술한 성분들로 구성된 전기강판의 스라브의 가열온도는 1000~1200℃로서 이와 같은 저온의 스라브 가열온도는 제강공정에서 첨가하는 Al과 N성분의 함량을 조절함으로써 가능하게 된다. 무엇보다 중요한 본 발명의 특징은 이와 같은 저온의 스라브가열에도 불구하고 인히비터인 AlN을 완전히 고용시킴으로서 2차재결정 형성에 필요한 강력한 결정성장 억제력을 갖는 미세한 AlN석출물을 얻을 수가 있다는 것이다. 1200℃이상으로 스라브를 가열하게 되면, 고온산화에 의해 스라브 표면부가 용융되어 흘러내림으로서 가열로의 수명을 크게 단축시키고, 스라브 가열설비의 고장을 일으킨다. 또한 필요이상의 에너지를 사용하기 때문에 생산원가 측면에서도 불리하다. 1000℃이하의 가열온도는 열간압연 중에 압연부하가 매우 커지게 되어 압연자체가 어렵고, AlN의 고용이 잘 이루어지지 않기 때문에 열연판과 1차재결정판의 미세조직이 매우 불안정해지게 된다. 따라서 이상과 같은 스라브 재가열조건에서 가열된 전기강판 스라브는 최적의 압연율을 고려하여 2.6∼1.5 mm의 두께로 열간압연하고 600℃이하의 온도에서 권취하는 것이 바람직하다.The heating temperature of the slab of the electrical steel sheet composed of the above-described components is 1000 ~ 1200 ℃ such low temperature slab heating temperature is possible by controlling the content of Al and N components added in the steelmaking process. The most important feature of the present invention is that in spite of such low temperature slab heating, by fully employing the inhibitor AlN, fine AlN precipitates having a strong crystal growth inhibition necessary for secondary recrystallization can be obtained. When the slab is heated to 1200 ° C. or higher, the slab surface portion melts and flows down due to high temperature oxidation, which greatly shortens the life of the heating furnace and causes a failure of the slab heating equipment. It is also disadvantageous in terms of production cost because it uses more energy than necessary. The heating temperature of 1000 ° C. or less causes the rolling load to become very large during hot rolling, making the rolling itself difficult, and since the AlN is not well dissolved, the microstructure of the hot rolled sheet and the primary recrystallization sheet becomes very unstable. Therefore, the steel sheet slab heated under the slab reheating conditions as described above is preferably hot rolled to a thickness of 2.6 to 1.5 mm in consideration of the optimum rolling rate and wound at a temperature of 600 ° C. or lower.
상기의 열연판은 대부분의 AlN들이 고용된 상태로 존재하게 되지만, 일부의 AlN은 열연후 냉각과정에서 석출하게 되며, 이러한 석출물들은 이후의 열처리공정에서 계속 성장할 가능성이 크다. 또한 열간압연후의 미세조직은 두께 방향으로 매우 불균일한 미세조직을 이루고 있다. 특히, 열연판 중심부에는 열간압연중에 압연방향으로 길게 연신된 결정립들이 존재하게 되는데 이와 같은 연신립조직은 2차재결정조직을 형성하지 않는다. 그러므로 이와 같은 열연판에 균일한 미세조직을 부여하고 또한 강력한 결정성장억제력을 갖는 미세한 AlN을 형성하기 위하여 열연판 예비소둔을 실시하여야 한다. 본 발명의 특징중에 하나가 미세하고 균일한 AlN석출물을 형성하기 위하여 제강공정에서 첨가된 Al과 N성분이 반응하여 형성되는 AlN의 이론고용온도 이상으로 열연판을 가열한 후에 AlN이 미세하게 석출하는 800∼1000℃의 온도까지 서냉한 후, 800∼1000℃의 온도에서 급냉함으로써 강력한 석출물 분포를 형성하는 것이다. 상기와 같은 이론고용온도 이상으로 열연판을 가열하지 않으면 열간압연중에 형성된 AlN이 재고용되지 않게 되고 계속 성장을 하게 되는데 이 때문에 AlN 인히비터의 결정성장억제력이 떨어지게 되어 2차재결정이 불안정하게 된다. 따라서 열연판의 소둔은 제강공정에서 첨가된 Al과 N성분이 반응하여 형성되는 AlN의 이론고용온도 이상으로 가열함으로써 석출된 AlN를 재고용시킨 다음 AlN이 미세하게 석출하기 시작하는 800∼1000℃의 온도에서 급냉하는 것이 바람직하다. 이와 같은 열연판의 소둔온도를 수치적으로 규정한다면, 상기 발명성분계의 스라브가열온도인 1000~1200℃로 한정하는 것이 바람직하며, 반드시 소둔온도는 앞에서 설명한 것과 같이, 제강공정에서 첨가된 Al과 N성분이 반응하여 형성되는 AlN의 이론고용온도 이상이어야 한다. 일단 이론고용온도 이상으로 가열한 다음에는800∼1000℃, 바람직하게는 900∼950℃, 보다 바람직하게는 950℃의 온도까지 서냉한 후, 이 온도에서 급냉하게 되는데 1000℃ 이상의 온도에서 급냉하게 되면 미세한 AlN석출이 일어나지 않게 된다. 그렇게 되면 냉간압연후 동시 탈탄과 질화공정에서 재결정되는 결정립들중에 2차재결정의 핵인 {110}<001>의 결정립들이 감소하게 된다.The hot rolled sheet is present in a state in which most of the AlN is dissolved, but some AlN is precipitated during the cooling process after hot rolling, these precipitates are likely to continue to grow in the subsequent heat treatment process. In addition, the microstructure after hot rolling has a very nonuniform microstructure in the thickness direction. In particular, there are crystal grains elongated in the rolling direction during hot rolling in the center of the hot rolled sheet. Such stretched grains do not form a secondary recrystallized structure. Therefore, in order to give a uniform microstructure to such a hot rolled sheet and to form fine AlN having a strong crystal growth inhibitory power, hot rolled sheet preannealing should be performed. One of the characteristics of the present invention is that AlN precipitates finely after heating the hot rolled sheet above the theoretical employment temperature of AlN formed by reacting Al and N components added in the steelmaking process to form a fine and uniform AlN precipitate. After cooling slowly to the temperature of 800-1000 degreeC, it rapidly cools at the temperature of 800-1000 degreeC, and forms a strong precipitate distribution. If the hot rolled plate is not heated above the theoretical employment temperature as described above, the AlN formed during hot rolling is not reusable and continues to grow. As a result, the crystal growth inhibitory power of the AlN inhibitor is lowered and the secondary recrystallization becomes unstable. Therefore, the annealing of the hot-rolled sheet is a temperature of 800 ~ 1000 ℃ to re-use the AlN precipitated by heating above the theoretical employment temperature of AlN formed by the reaction of Al and N component added in the steelmaking process and then AlN begins to precipitate fine It is preferable to quench at. If the annealing temperature of such a hot rolled sheet is numerically defined, it is preferable to limit the slab heating temperature of the inventive component system to 1000-1200 ° C, and the annealing temperature must be Al and N added in the steelmaking process as described above. It should be above the theoretical employment temperature of AlN formed by the reaction of the components. Once heated above the theoretical employment temperature, it is slowly cooled to a temperature of 800 to 1000 ° C., preferably 900 to 950 ° C., more preferably 950 ° C., and then quenched at this temperature. Fine AlN precipitation does not occur. This reduces the grains of {110} <001>, the nuclei of secondary recrystallization, among the grains recrystallized in the simultaneous decarburization and nitriding after cold rolling.
반대로, 800℃이하의 온도에서 급냉하게 되면 이미 AlN들이 석출하여 성장하게 되므로 강력한 인히비터를 얻을 수 없게 된다. 그러므로 이론고용온도 이상으로 가열한 다음에는 , 800∼1000℃의 온도에서 급냉하여 미세한 AlN이 석출하도록 하여야 한다. 이렇게 소둔된 열연판은 산세를 하고 최종두께 0.20∼0.35mm까지 1회 혹은 중간소둔을 포함하는 2회 냉간압연법을 사용하여 압연한다. 0.2mm이하로의 냉간압연은 과도한 변형응력으로 작업성이 떨어지며, 결정성장구동력이 매우 커지게 되어 인히비터로서 조절하기가 곤란하다. 0.35mm이상의 두께로 냉간압연하게 되면 (110)[001]방향으로의 배향도가 떨어지며, 두께가 두꺼워지면 철손이 나빠지기 때문에 바람직하지 못하다.On the contrary, when quenched at a temperature of 800 ° C. or lower, AlN is already precipitated and grown, and thus a strong inhibitor cannot be obtained. Therefore, after heating above theoretical employment temperature, it should be quenched at a temperature of 800 ~ 1000 ℃ to precipitate fine AlN. The hot rolled sheet thus annealed is pickled and rolled by one cold rolling method including one time or intermediate annealing up to a final thickness of 0.20 to 0.35 mm. Cold rolling below 0.2mm is inferior in workability due to excessive deformation stress, and the crystal growth driving force becomes very large, making it difficult to control as an inhibitor. Cold rolling to a thickness of 0.35 mm or more is not preferable because the orientation in the (110) [001] direction is lowered, and the iron loss worsens when the thickness is thick.
최종두께로 냉간압연된 압연판은 이슬점이 40∼70℃이고 질소이온을 함유하는 수소와 질소의 혼합개스분위기에서 800∼950℃의 온도로 180초 이상 유지하여 탈탄과 질화가 동시에 수행되도록 열처리하므로서 강판에 도입되는 질소이온에 의해서 추가적인 미세한 AlN을 형성하여 인히비터를 보강한다. 이미 본 발명자들은 동시 탈탄과 질화처리 방법에 대하여 특허출원한 바 있다.(한국특허출원제96-63078호) The cold rolled sheet to the final thickness has a dew point of 40 ~ 70 ℃, heat treatment to perform decarburization and nitriding at the same time by maintaining the temperature of 800 ~ 950 ℃ for more than 180 seconds in a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen containing nitrogen ions Nitrogen ions introduced into the steel sheet form additional fine AlN to reinforce the inhibitor. The present inventors have already filed a patent for a simultaneous decarburization and nitriding treatment method. (Korean Patent Application No. 96-63078)
탈탄과 질화처리에 의해서 강판에 도입되는 질소이온의 함량은 50-500ppm이 적당하다.The content of nitrogen ions introduced into the steel sheet by decarburization and nitriding is suitably 50-500 ppm.
질소이온의 함량이 50ppm이하이면 추가로 형성되는 AlN의 석출량이 적어서 인히비터 보강의 의미가 없고, 500ppm을 넘게 되면 산가용성 Al과 반응하지 않은N 성분들이 많아져서 2차 재결정직전에 형성되는 포스테라이트 코팅층의 발달을 저해하여 표면품질을 떨어뜨리게 된다.If the content of nitrogen ion is less than 50ppm, there is no meaning of reinforcement of inhibitor due to the small amount of precipitated AlN formed, and if it exceeds 500ppm, N-component which is not reacted with acid-soluble Al increases and is formed just before secondary recrystallization. It inhibits the development of the light coating layer and degrades the surface quality.
탈탄과 질화처리온도가 800℃이하인 경우에는 탈탄이 곤란하고, 950℃이상의 온도는 1차재결정조직이 조대화하기 때문에 2차재결정이 불안정해진다. 또한 이슬점이 40℃이하로 낮거나, 유지시간이 180초 이내가 되면 탈탄이 제대로 이루어지지 않게 된다. When the decarburization and nitriding treatment temperature is 800 ° C. or lower, decarburization is difficult. Secondary recrystallization becomes unstable because a temperature of 950 ° C. or higher coarsens the primary recrystallization structure. In addition, if the dew point is lower than 40 ℃ or the holding time is less than 180 seconds decarburization is not made properly.
한편, 이슬점이 70℃이상이면 1차재결정판의 표면산화층이 두껍게 형성되므로 고온소둔중에 형성되는 포스테라이트층의 형성이 불안정해진다. 질화처리는 질소이온을 만들수 있는 모든 종류의 개스, 예를 들어 암모니아와 같은 개스를 사용하여 강판표면에 질소이온이 고착하여 질화물을 형성하면 된다. 이와같이 단독의 소둔로에서 탈탄과 질화를 동시에 수행하면 생산성과 설비효율측면에서 큰 장점을 갖게 된다.On the other hand, if the dew point is 70 ° C or higher, the surface oxide layer of the primary recrystallization plate is formed thick, so that the formation of the forsterite layer formed during high temperature annealing becomes unstable. Nitriding treatment uses all kinds of gases capable of producing nitrogen ions, for example, gas such as ammonia, to form nitrides by fixing nitrogen ions on the surface of steel sheet. In this way, if decarburization and nitriding are performed simultaneously in a single annealing furnace, there are great advantages in terms of productivity and equipment efficiency.
상기와 같이 탈탄과 질화처리가 된 1차재결정판은 소둔분리제인 MgO를 도포하고 최종마무리 소둔을 시행한다. 마무리 소둔은 고자속밀도특성을 얻기위해서 10∼20℃/hr의 승온율로 1100-1250℃, 바람직하게는 1200℃까지 승온하여 10시간 이상 균열한다. 이때의 분위기 개스는 양호한 포스테라이트층의 형성과 강판의 불순물제거를 위해서 건조한 수소개스나 혹은 수소와 질소의 혼합개스를 사용하는 것이 좋다.As described above, the first recrystallization plate subjected to decarburization and nitriding is coated with MgO, an annealing separator, and subjected to final finishing annealing. In order to obtain high magnetic flux density characteristics, the finish annealing is performed at a temperature rising rate of 10 to 20 ° C./hr to 1100-1250 ° C., preferably to 1200 ° C., to be cracked for 10 hours or more. At this time, in order to form a good forsterite layer and to remove impurities from the steel sheet, it is preferable to use dry water extraction or a mixed gas of hydrogen and nitrogen.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
실시예 Example
중량%로 Si:3.12%, C:0.05%, Mn:0.2%, S:0.005%, Cr:0.05%, Ni:0.05%를 함유하고 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 성분계를 기본으로 하여 하기 표 1과 같이 산가용성Al과 N의 함량을 변화시켜 첨가하고 용해하여 스라브를 제조하였다. 스라브 가열온도는 하기 표1 과 같이 첨가된 Al과 N의 이론고용온도를 계산하여 이론 고용온도보다 높은 온도와 낮은 온도에서 스라브 가열을 실시하고 열간압연하여 2.3mm두께의 열연판을 만들었다. 열연판 소둔은 하기 표 1과 같이 각각의 열연판에 대해서 이론 고용온도이상으로 가열한 경우와 그보다 낮은 온도로 가열한 다음 ,950℃까지 서냉한 후, 950℃에서 급냉시켜 AlN이 석출되도록 하였다. 이와 같이 소둔된 열연판은 산세를 거쳐 두께 0.30mm까지 강 냉간압연한 다음, 이슬점 52℃이고 암모니아가 분해되어 얻어지는 질소이온을 함유하는 질소와 수소의 혼합개스 분위기에서 875℃의 온도에서 180초 동안 탈탄과 질화처리를 동시에 수행하였다. 고온소둔은 50%질소를 함유하는 수소개스 분위기에서 15℃/hr의 승온율로 1200℃까지 승온하여 20시간 균열함으로서 2차재결정을 형성시켰다. The following table is based on the component system containing Si: 3.12%, C: 0.05%, Mn: 0.2%, S: 0.005%, Cr: 0.05%, Ni: 0.05% by weight and the balance of Fe and other unavoidable impurities Slab was prepared by changing the content of acid-soluble Al and N as shown in 1 and adding and dissolving the same. The slab heating temperature was calculated by calculating the theoretical employment temperature of Al and N added as shown in Table 1 below to perform slab heating at a temperature higher and lower than the theoretical solid solution temperature and to hot roll to make a 2.3 mm thick hot rolled sheet. The hot-rolled sheet annealing was heated to or above the theoretical solid solution temperature for each hot-rolled sheet as shown in Table 1 and then heated to a temperature lower than that, then cooled slowly to 950 ℃, and then quenched at 950 ℃ to AlN precipitate. The hot rolled sheet thus annealed is cold rolled to 0.30 mm in thickness after pickling, and then 180 seconds at a temperature of 875 ° C. in a mixed gas atmosphere containing nitrogen ions obtained by decomposition of ammonia at a dew point of 52 ° C. Decarburization and nitriding were carried out simultaneously. The high temperature annealing formed a secondary recrystallization by heating up to 1200 degreeC by the temperature rising rate of 15 degree-C / hr in the water atmosphere containing 50% nitrogen, and cracking for 20 hours.
상기와 같이 제조된 방향성전기강판에 대하여 자속밀도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Magnetic flux density was measured for the grain-oriented electrical steel sheet manufactured as described above, and the results are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타난 바와같이, 산가용성 Al의 함량이 0.03wt%를 초과하는 경우에는 1200℃의 스라브가열로는 AlN이 완전히 재고용되지 않기 때문에 자속밀도가 열위함을 알 수 있다. As shown in Table 1, when the content of the acid-soluble Al exceeds 0.03wt%, it can be seen that the magnetic flux density is inferior because AlN is not completely re-used by slab heating at 1200 ° C.
또한, 산가용성 Al의 함량과 N성분의 함량이 관리범위에 적중하여 이론고용온도 이상으로 스라브를 재가열해서 AlN이 완전고용을 이루어도 열연판의 예비소둔온도가 AlN의 이론고용온도 이하인 경우에는 자속밀도가 다소 떨어지는 것을 알 수 있다. In addition, even if the content of acid-soluble Al and the content of N component hit the management range and reheat the slab above the theoretical employment temperature, and the complete heating of AlN occurs, the preanneal temperature of the hot-rolled sheet is less than the theoretical employment temperature of AlN. It can be seen that the density is somewhat lower.
그리고 비록 이론고용온도 이상으로 스라브를 가열한다 하여도 제강공정에서 첨가되는 산가용성 Al의 함량이 0.005wt%처럼 극히 낮은 경우에는 미세하게 석출하는 AlN의 석출량이 매우 적기 때문에 우수한 자속밀도가 얻어지지 않음을 알 수 있다. And even if the slab is heated above the theoretical employment temperature, when the content of acid-soluble Al added in the steelmaking process is extremely low, such as 0.005 wt%, the finely deposited AlN precipitates are very small and thus excellent magnetic flux density is not obtained. It can be seen.
그러나, 산가용성 Al과 N의 함량이 관리범위에 잘 적중하고 스라브가열과 열연판 예비소둔을 첨가된 AlN의 이론고용온도이상에서 수행한 경우(발명재 1-5)에는 미세한 AlN의 석출물 분포를 확보하여 우수한 고자속밀도 일방향성 전기강판을 제조할 수 있음을 알 수 있다.However, when the content of acid-soluble Al and N was well within the control range and the slab heating and hot-rolled sheet annealing were performed above the theoretical employment temperature of AlN (Inventive Materials 1-5), fine AlN precipitate distribution was observed. It can be seen that it is possible to manufacture an excellent high magnetic flux density unidirectional electrical steel sheet.
상술한 바와 같이, 본 발명은 스라브 가열시 저온 스라브가열이 가능하면서도 AlN의 완전고용이 가능하도록 제강공정에 첨가되는 Al과 N성분의 최적 첨가량을 설계함으로서 저온 스라브가열로 일반 탄소강의 스라브 가열작업과의 상호 간섭이 없이 연속적으로 스라브 저온가열하고, Al과 N성분의 첨가량을 최소화하여 생산원가 감소와 함께 AlN완전고용에 의한 강력한 억제력을 갖는 미세한 AlN석출물을 형성하도록 함으로써 안정적으로 고자속밀도 일방향성 전기강판을 제조할수가 있어 종래기술보다는 훨씬 제조가 용이하면서 생산성이 높은 고자속밀도 일방향성 전기강판의 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다. As described above, the present invention is to design the optimum amount of Al and N components added to the steelmaking process to enable low-temperature slab heating at the time of slab heating and to fully employ AlN, so that the slab heating operation of general carbon steel and low-temperature slab heating Slab heating at low temperature continuously without mutual interference, minimizing the amount of Al and N components, reducing production cost and forming fine AlN precipitates with strong suppression ability by AlN full employment. Since the steel sheet can be manufactured, it is much easier to manufacture than the prior art, and there is an effect of providing a method of manufacturing a high magnetic flux density unidirectional electrical steel sheet having high productivity.
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