KR100442567B1 - 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판, 이의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조한 철심과 자기 차폐 장치 - Google Patents

초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판, 이의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조한 철심과 자기 차폐 장치 Download PDF

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Abstract

초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판에 있어서, wt %로, Si: 0.4 % 이하, Ni: 2.0 % 내지 6.0 %, Mn: 0.5 % 이하, P: 0.01 % 내지 0.2 %, 및 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며, 자계 강도가 2500 A/m인 경우의 자속 밀도(B25)는 1.70 T 이상이고, 자계 강도가 5000 A/m일 경우의 자속 밀도(B50)는 1.80 T 이상인 것을 특징으로 하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판을 제공한다.

Description

초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판, 이의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조한 철심과 자기 차폐 장치{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET WITH ULTRA-HIGH MAGNETIC FLUX DENSITY, PRODUCTION METHOD THEREOF AND IRON CORE AND MAGNETIC SHIELDING APPARATUS MADE THEREOF}
본 발명은 전기 장치의 철심(iron core) 재료로 사용되는 무방향성 전기 강판에 관한 것으로, 자속 밀도가 매우 높고 철손(core loss)이 낮고 자기 특성이 아주 우수하며, 우수한 펀칭 가공 특성과 같은 가공성이 우수하며, 상기 무방향성 전기 강판을 사용하여 제조되는 제품에 대해서 우수한 내수성(耐銹性: rust resistance)을 가지는 무방향성 전기 강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 들어서, 전력 및 에너지의 절약과 프레온 가스 방출에 대한 규제를 포함하여 전지구적인 환경 보호에 대한 전세계적인 운동의 와중에, 전기 기계류 및 장치 분야, 특히 회전기(rotating machine) 및 중소형 트랜스포머에 있어서 효율을 증가시키고자 하는 운동이 급속히 확산되고 있다. 이 때문에, 무방향성 전기 강판의 특성, 즉 자속 밀도가 더 높고, 저철손 특성을 개선하고자 하는 요구가 점점 더 강해지고 있다.
무방향성 전기 강판의 철손의 감소를 위하여, 주로 Si 및 Al 첨가에 의해 전기 저항을 증가시키고, 이렇게 함으로 해서, 사용 중에 철심을 구성하는 각각의 강판을 통해서 유동하는 와전류손에 의한 줄 열 손실을 감소시켜 왔다.
그러나, 철심을 포함하고 있는 회전기 또는 장치의 에너지 손실 중에서, 코어를 둘러싸고 감겨 있는 코일 형상의 와이어를 통해서 유동하는 전류에 의해서 초래되는 줄 열 손실인 동손(copper loss)을 무시할 수 없다. 이 동손을 감소시키기 위해서, 코어를 특정 자계 강도까지 여기시키는 데 필요한 전류 밀도를 감소키시는 것이 효과적이며, 따라서 동일한 여기 전류를 사용하여 더 높은 자속 밀도를 나타내는 재료의 개발이 불가피하다. 즉, 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판의 개발이 필요하다.
초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판을 실현하는 것에 의해서, 회전기 및 철심의 양자를 소형화하는 것이 가능해졌으며, 회전기 및 철심이 장착되는 자동차 또는 전기 자동차에 대해서도 전체 본체의 중량 감소를 통해서 동작 중의 에너지 손실을 감소시키는 것이 가능해진다. 또한, 회전기의 경우에 있어서도, 토크가 증가하게 되고, 크기가 작아지게 되었고, 고출력의 회전기가 실현 가능해졌다.
따라서, 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판을 구현할 수만 있다면, 작동 중의 회전기 및 철심의 에너지 손실을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 광범위한 효과가 이들을 포함하고 있는 전체 장비 시스템에 대해서도 평가할 수 없을 정도로 확대된다.
초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판을 제조하는 종래 기술의 방법에 대해서 간략하게 설명하기로 한다. 일본 특허 공보소 62-61644에 따르면, 열간 압연한 이후에 열간 압연의 최종 공정의 온도를 1000 ℃ 이상으로까지 제어하는 것에 의해서 결정 조직을 조대화하고, 또한 냉간 압연하기 전에 결정 구조를 조대화하고 한편으로 최종 어닐링 공정을 생략하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 실제의 최종 열간 압연기에 있어서, 강 코일의 끝부분이 롤에 맞물려 들어갈 때의 압연 속도가 정상적인 압연 상태 하의 압연 속도와 다르기 때문에, 강 코일의 길이 방향에 따르는 불균일한 온도 분포의 제거가 곤란하다는 문제점이 있으며, 따라서 길이 방향을 따라 자기 특성이 변화하게 되었다.
한편으로는, 일본 특개소 54-76422 및 58-136718에 따르면, 열간 압연 강판을 어닐링하는 공정의 추가에 의해서 초래되는 비용의 증가를 억제하기 위한 수단 및 냉간 압연하기 전에 결정 구조를 조대화하기 위한 수단으로서, 700 ℃ 및 1000 ℃ 사이의 고온에서 열간 압연 강판을 코일화하고 내부에 유지된 열을 사용하여 코일 자체를 어닐링하는 자가 어닐링 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이들 특허 공보의 실시예에 따르면 모든 자가 어닐링은 동일한 이유로 α상 영역에서만 수행되며, 냉간 압연하기 전의 결정 구조의 조대화는 제한되었다.
또한, 일본 특허 공보평 8-32927에 따르면, 0.01 % 이하의 C, 0.5 % 내지 3.0 %의 Si, 0.1 % 내지 1.5 %의 Mn, 0.1 % 내지 1.0 %의 Al, 0.005 % 내지 0.016 %의 P 및 0.005 % 미만의 S를 함유하는 강 재료로 구성되는 열간 압연 강판을 산세하고, 이후에 산세된 강판을 5 % 내지 20 %의 냉간 압하율로 냉간 압연하고, 냉간 압연 강판을 0.5 내지 10 분간 850 ℃ 및 1000 ℃ 사이의 온도에서 어닐링하거나, 1 내지 10 시간 동안 750 ℃ 및 850 ℃ 사이의 온도에서 어닐링하고, 그 다음에 최종 어닐링을 적용하는 기술이 개시되어 있다. 이 방법은 종래 기술의 열간 압연 강판 어닐링 방법과 비교하였을 때 자속 밀도의 개선에는 효과적이지 못하였으며, 무방향성 전기 강판의 자기 특성을 개선하기 위한 소비자의 요구에 부합하지 못하였다.
또한, 주로 1차 재결정화 집합조직을 개선하는 것에 의해서 무방향성 전기 강판의 자기 특성을 개선하기 위한 방법으로서, 일본 특개소 55-158252에서와 같이 Sn을 첨가하거나, 일본 특개소 62-180014에서와 같이 Sn 및 Cu를 첨가하거나, 또는 일본 특개소 59-100217 호에서와 같이 Sb를 첨가하여 집합조직을 개선하는 것에 의해서 자기 특성이 우수한 무방향성 전기 강판을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 이들 집합조직 제어 원소, 예를 들어 Sn, Cu, Sb 등을 첨가하는 것에도 불구하고, 자속 밀도가 초 고자속이고 저철손인 무방향성 전기 강판에 대한 수요자의 요구를 만족시킬 수는 없었다.
다른 방법으로는, 최종 어닐링 가열 공정을 고안한 제조 방법에서의 개선책으로 일본 특개소 57-35626에 개시된 바와 같이 구현되어 있다. 그러나, 이 시도는 철손에서의 개선은 관찰되나, 자속 밀도의 개선에 있어서 별로 효과가 없는 것으로 알려졌다.
이하에서 설명하는 바와 같이, Ni을 첨가하는 것에 의해서 고자속 밀도를 획득하는 세 가지의 공지된 방법이 있다.
일본 특개평 6-271996에는, Ni 외에도 Sn, Sb, Cu 등의 원소를 첨가하는 것에 의해서 자속 밀도가 높고 저철손을 얻는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 실제 제조에서는, 급냉에 의한 응고 이후에 또는 급냉 이후의 Ac3변태 온도 이상의 온도까지 다시 재료를 가열하는 것 중 어느 하나에 의해서, Ar3점에서 Ar1점까지의 2상(two-phase) 영역에서 냉각 속도를 조절해야 하기 때문에 제조 비용을 증가시킨다는 문제점이 있다. 또한, 일본 특개평 8-246108에 따르면, Ni의 첨가에 의해서 구현된 자속 밀도가 높고 이방성이 작은 재료가 개시되어 있다. 그러나, 실제 제조에 있어서는 Ac3온도 이상의 온도까지 재료를 가열하는 최종 어닐링이 필요하며, 따라서 Ni을 첨가한 강의 내부 산화 때문에 철손의 악화가 용이하게 된다는 문제점이 있다. 또한, 일본 특개평 8-109449에 따르면, Ni를 첨가하는 것에 의해서 자속 밀도가 높고 이방성이 적다고 청구하는 재료 및 이의 제조 방법이 개시되어 있다. 그러나, 실제 제조 방법에 있어서, 열간 압연 강판의 어닐링 또는 이의 자가 어닐링은 필수이며, 어닐링 중에 Ni의 내부 산화가 발생함을 고려했을 때 철손의 악화가 용이하게 된다는 문제점이 해결되지 않았다.
상술한 바와 같이, 종래 기술은 저철손일 뿐만 아니라 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판을 제조할 수 없으며, 따라서 무방향성 전기 강판에 대한 상술한 요구 사항을 충족시킬 수 없었다.
본 발명은, 초 고자속 밀도의 Ni가 첨가된 강을 제공하는 것을 특징으로 할 뿐만 아니라, 특별한 열 처리를 필요로 하지 않고도 고자속 밀도와 작은 이방성을 달성할 수 있는 저렴한 공정을 제공하는 것을 특징으로 하며, 이와 같은 특징은 Ni을 제외한 첨가 합금의 양을 감소시키고 P를 첨가하는 것에 의해서 획득된다. 또한, Ni의 내부 산화는 α상 영역에서 저온으로 최종 어닐링을 적용하는 것에 의해서 방지될 수 있으며, 이렇게 함으로 해서, 2500 A/m의 자계 강도에서의 자속 밀도이고 B50보다는 낮은 B25를 1.70 T 이상으로 하고, 이와 동시에 수학식(1)에 의해서 계산되는 자속 밀도인 B25R을 1.65 T 이상으로 하는 것이 최초로 가능하였다
본 발명에 있어서, Ni의 첨가와 Si, Al 및 Mn의 첨가를 조절하는 것은, 특히, 강판 표면층의 녹층(rust layer)의 내부층 부분을 치밀화하여 염화물 이온의 침입을 억제하는 것에 의해서, 염화 나트륨 등에 대한 내해양 기후성을 현저하게 향상시킨다. 또한, 적당한 양의 P를 첨가하는 것에 의해서 Ni의 첨가에 의해서 초래되는 내수성을 추가적으로 향상시킬 수 있다는 것도 밝혀졌다.
또한, 본 발명에 있어서, 종래 기술의 내후성강에 Nb를 첨가하면 무방향성 전기 강판의 자속 밀도가 현저하게 악화되는 것을 새롭게 알 수 있었으며, Nb의 첨가량을 제어하는 것에 의해서 내수성과, 내후성 및 자기 특성까지도 같이 구비하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판을 성공적으로 개발할 수 있었다.
이상의 개발로 인해서, 종래 기술의 무방향성 전기 강판을 처리하는 데 부적절한 해변가에 인접한 환경에 인접한 공장 등과 같은 곳에서도 본 발명에 따른 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판을 가공하고 저장할 수 있게 되었다. 이와 동시에, 운송 중에 녹이 스는 것도 방지되며, 이는 포장을 간단하게 할 수 있다는 장점이 된다.
또한, 자석 스위치 코어의 경우에 있어서, 금속이 노출된 표면의 내수성(rust resistance)은 중요한데, 그 이유는 스위치의 단부면이 스위치가 매번 동작할 때마다 충격에 노출되기 때문이며, 따라서, 요구되는 것은, 스위치가 염화 나트륨 등에 노출되기 쉬운 환경에서 특별한 케이싱 내에 스위치 자체를 둘러싸도록 하는 것과 같은 대책이 필요하다. 그러나, 본 발명에 따른 자속 밀도가 초 고자속이고 내수성을 가지는 무방향성 전기 강판을 채택하는 것에 의해서 기존에는 거의 사용할 수 없었던 부식성 환경 내에서도 자석 스위치를 사용할 수 있게 되었다.
또한, 본 발명에 따른 자속 밀도가 초 고자속이고 내수성을 가지는 무방향성 전기 강판을 채택하는 것에 의해서 자석 스위치가 소형화되었으며, 인력 또한 향상되었는데, 이는 여기 전류 또는 와이어의 권선 횟수가 감소된 경우라고 하더라도 초 고자속 밀도의 효과에 의해서 강한 인력을 획득할 수 있기 때문이다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것이며, 또한 자속 밀도가 초 고자속이고 저철손인 무방향성 전기 강판을 제공하는 것이다.
도 1은 3 %의 Ni을 함유하는 강의 자속 밀도(B25)와 Si 함량 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 2는 본 발명에 따라서 구체화된 제품의 강판 두께의 중심에 위치한 층의 (100) 면의 완전 극점도를 나타내는 간략도.
도 3은 본 발명에 따라서 구체화된 제품의 강판 두께의 1/5의 깊이에 위치한 층의 (100) 면의 완전 극점도를 나타내는 간략도.
본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판에 있어서, wt %로,
Si: 0.4 % 이하,
Ni: 2.0 % 내지 6.0 %,
Mn: 0.5 % 이하,
P: 0.01 % 내지 0.2 %, 및
나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며,
자속 밀도(B25)는 1.70 T 이상이고, 자속 밀도(B50)는 1.80 T 이상인 것을 특징으로 하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판.
(2) 자속 밀도가 초 고자속이고, 자기 이방성이 작은 무방향성 전기 강판에 있어서, wt %로,
Si: 0.4 % 이하,
Ni: 2.0 % 내지 6.0 %,
Mn: 0.5 % 이하,
P: 0.01 % 내지 0.2 %, 및
나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며,
자속 밀도(B25)는 1.70 T 이상이고, 자속 밀도(B50)는 1.80 T 이상이며,
길이 방향으로의 시료만에 대해서 측정된 자속 밀도(B50L)와 교차 방향으로의 시료만에 대해서 측정된 자속 밀도(B50C) 사이의 차이는 350 가우스(Gauss) 이하인 것을 특징으로 하는 자속 밀도가 초 고자속이고, 자기 이방성이 작은 무방향성 전기 강판.
(3) 자속 밀도가 초 고자속이고, 저철손인 무방향성 전기 강판에 있어서, wt %로,
Si: 0.4 % 이하,
Ni: 2.0 % 내지 6.0 %,
Mn: 0.5 % 이하,
P: 0.01 내지 0.2 %, 및
추가적으로,
C: 0.003 % 이하,
S: 0.003 % 이하,
N: 0.003 % 이하,
Ti + S + N: 0.005 % 이하, 및
나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며,
자속 밀도(B25)는 1.70 T 이상이고, 자속 밀도(B50)는 1.80 T 이상이며,
산세, 냉간 압연 및 어닐링 이후의 철손(W15/50)은 8 W/kg 이하인 것을 특징으로 하는 자속 밀도가 초 고자속이고, 저철손인 무방향성 전기 강판.
(4) 상기 항목 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 자속 밀도(B50)는 1.82 T 이상인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
(5) 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판에 있어서, wt %로,
Si: 0.4 % 이하,
Al: 0.5 % 이하,
Ni: 2.0 % 내지 6.0 %,
Mn: 0.5 % 이하,
P: 0.01 % 내지 0.2 %, 및
나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며,
이하의 수학식(1)에 의해서 한정되는 자속 밀도(B25R)는 1.65 T 이상이고, 이하의 수학식(2)에 의해서 한정되는 자속 밀도(B50R)는 1.75 T 이상인 것을 특징으로 하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판.
B25R= ( B25-L+ 2×B25-22.5+ 2×B25-45+ 2×B25-67.5+ B25-C)/8 ... (1)
여기에서,
B25-L: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 압연 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B25-22.5: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 22.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B25-45: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 45 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B25-67.5: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 67.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B25-C: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 직각인 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B50R= ( B50-L+ 2×B50-22.5+ 2×B50-45+ 2×B50-67.5+ B50-C)/8 ... (2)
여기에서,
B50-L: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 압연 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B50-22.5: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 22.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B50-45: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 45 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B50-67.5: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 67.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B50-C: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 직각인 방향으로 절단한 시료의 측정값.
(6) 자속 밀도가 초 고자속이고, 저철손인 무방향성 전기 강판에 있어서, wt %로,
Si: 0.4 % 이하,
Al: 0.5 % 이하,
Ni: 2.0 % 내지 6.0 %,
Mn: 0.5 % 이하,
P: 0.01 % 내지 0.2 %,
추가적으로,
C: 0.003 % 이하,
S: 0.003 % 이하,
N: 0.003 % 이하,
Ti + S + N: 0.005 % 이하, 및
나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며,
이하의 수학식(1)에 의해서 한정되는 자속 밀도(B25R)는 1.65 T 이상이고, 이하의 수학식(2)에 의해서 한정되는 자속 밀도(B50R)는 1.75 T 이상이며, 산세, 냉간 압연 및 어닐링 이후의 철손(W15/50)은 8 W/kg 이하인 것을 특징으로 하는 자속 밀도가 초 고자속이고, 저철손인 무방향성 전기 강판.
B25R= ( B25-L+ 2×B25-22.5+ 2×B25-45+ 2×B25-67.5+ B25-C)/8 ... (1)
여기에서,
B25-L: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 압연 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B25-22.5: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 22.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B25-45: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 45 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B25-67.5: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 67.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B25-C: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 직각인 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B50R= ( B50-L+ 2×B50-22.5+ 2×B50-45+ 2×B50-67.5+ B50-C)/8 ... (2)
여기에서,
B50-L: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 압연 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B50-22.5: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 22.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B50-45: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 45 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B50-67.5: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 67.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
B50-C: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 직각인 방향으로 절단한 시료의 측정값.
(7) 항목(5) 또는 항목(6)에 있어서, 자속 밀도(B50R)는 1.79 T 이상인 것을 특징으로 하는 자속 밀도가 초 고자속이고, 저철손인 무방향성 전기 강판.
(8) 항목(1) 내지 항목(7) 중 어느 한 항목에 따른 무방향성 전기 강판을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 회전기의 회전자 및 고정자, 리액터, 밸러스트, 초크 코일, EI 코어 및 트랜스포머 중의 하나에서 사용되는 펀칭 가공 특성이 우수한 철심.
(9) 항목(1) 내지 항목(7) 중 어느 한 항목에 따른 무방향성 전기 강판을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 차폐 장치.
(10) 자속 밀도가 초 고자속이고, 단순 큐브 집합 조직으로 구성되는 무방향성 전기 강판에 있어서,
강판 두께의 중심에 위치한 층의 (100) 면의 완전 극점도에서 α= 90°, β= 90° 및 270°의 위치에서 표준화된 강도는 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
(11) 자속 밀도가 초 고자속이고, 단순 큐브 집합 조직으로 구성되는 무방향성 전기 강판에 있어서,
표면으로부터 강판 두께의 1/5에서의 깊이에 위치한 층의 (100) 면의 완전 극점도에서 α= 90°, β= 90° 및 270°의 위치에서 표준화된 강도는 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
(12) 항목(1), 항목(2), 항목(3), 항목(5) 및 항목(6) 중 어느 한 항목에서 한정된 화학 성분을 함유하고, 나머지가 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 슬랩(slab)을 사용하는 단계와,
상기 슬랩을 열간 압연 강판으로 열간 압연하는 단계와,
산세한 이후에 한 차례 상기 강판을 냉간 압연하는 단계와,
이후에 최종 어닐링을 적용하는 단계를 특징으로 하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
(13) 항목(12)에 있어서, α상 영역에서 최종 어닐링을 적용하는 단계를 특징으로 하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
(14) 항목(1) 내지 항목(7) 중 어느 한 항목에 따른 자속 밀도가 초 고자속이고, 내수성이 우수하고, 내후성이 우수한 무방향성 전기 강판에 있어서,
Nb의 함량은 0.005 wt % 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
(15) 내수성과 내후성이 우수한 자석 스위치용의 철심에 있어서,
Nb 함량이 0.005 wt % 이하인 항목(10) 또는 항목(11)에 따른 무방향성 전기 강판 또는 항목(14)에 따른 무방향성 전기 강판 중의 하나를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 내수성과 내후성이 우수한 자석 스위치용의 철심.
본원 발명자들은, 종래에 전례가 없는 초 고자속 밀도를 달성하기 위한 광범위한 연구의 결과, 무방향성 전기 강판의 자기 특성을 개선하기 위해 종래에 첨가되었던 Si, Mn 및 Al과 같은 원소들이 초 고자속 밀도의 획득에 대해서 도리어 불리하다는 사실을 새롭게 알 수 있었다. 또한, 본원 발명자들은 이들 원소가 자속 밀도의 평가 지수로서 종래에 사용되고 있는 5000 A/m의 자계 강도에 있어서의 자속 밀도(B50) 뿐만 아니라, 낮은 자계 강도에서의 자화 특성 또한 악화시킨다는 사실도 새롭게 알 수 있었으며, 이에 따라서 본원 발명을 완성하였다.
또한, 본원 발명자들은 소량의 P를 첨가하면 자속 밀도가 개선되고 이방성을 감소시키는 데 효과적이라는 것을 알았으며, 부가적으로 특정 수준 이상으로 강재(steel material)의 순도를 유지하는 것에 의해서 종래에는 실현될 수 없었던, 초 고자속 밀도와 저철손 모두를 동시에 달성할 수 있다는 것도 새롭게 알 수 있었다.
또한, 본원 발명자들은 종래에 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판의 제조에 있어서 필수적이라고 판단되었던 열간 압연 강판의 열 처리가 철손을 개선한다는 관점에서 보았을 때, 오히려 불리하다는 사실을 새롭게 알았으며, 최적의 제조 공정을 발견하게 되었다.
먼저, 화학 성분을 이하에서 설명하기로 하며, 각각의 화학 성분의 함량은wt %로 표시되어 있다.
Si의 함량은 0.4 % 이하로 제어되는데, 그 이유는 Si가 본 발명에 따른 제품의 자속 밀도를 악화시키고 이에 대해서 불리하기 때문이다.
Al의 함량은 기본적으로는 불가피한 불순물의 수준까지 제어되는데, 그 이유는 Al이 본 발명에 본 발명에 따른 제품의 자속 밀도를 악화시키고 이에 대해서 불리하기 때문이다. 그러나, 0.5 % 이하의 Al의 함량은 특히 저철손이 필요한 경우에 허용된다.
본 발명은 종래 기술에서 전기 저항을 확보하기 위해서 무방향성 전기 강판에 첨가되었던 Si 및 Al이, Ni가 첨가된 강에 있어서 낮은 자계에서 고자속 밀도를 획득하는데 현저하게 불리하다는 새로운 사실에 기초하여 완성되었다.
낮은 자계에서 Ni가 첨가된 무방향성 전기 강판의 자속 밀도에 대한 Si의 유해함에 대해서는 이하 실험에 기초하여 설명하기로 한다.
Si 함량이 가변적이고, 0.0008 % 내지 0.0009 %의 C, 0.1 %의 Mn, 0.001 %의 sol-Al, 3.0 %의 Ni, 0.07 %의 P, 0.0005 % 내지 0.0007 %의 S, 0.0006 % 내지 0.0008 %의 N 및 0.0006 % 내지 0.0008 %의 Ti를 함유하고 있는 강 시료를 용해하고 슬랩으로 주조하였다. 이 때, 본 발명에 따라서 획득된 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판의 특성이 0.005 T 이내에서 변화하고 있음을 확인하였고, 또한 상술한 범위 이내에서 제어되는 경우에 Si를 제외하고는 상술한 화학 성분에 의해서는 거의 영향을 받지 않음을 확인하였다.
두께 2.5 mm로 슬랩은 열간 압연하고, 산세한 이후에 종래 기술의 방법으로 두께가 0.5 mm인 냉간 압연 강판으로 제조하였다. 엡스타인(Epstein) 시료는 30 초간 750 ℃에서 최종 어닐링에 노출시킨 이후에 강판으로부터 절단하였으며, 이후에 자속 밀도(B25)를 측정하였다.
측정 결과는 도 1에 도시하였다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 낮은 자계에서의 자속 밀도(B25)는 Si 함량이 0.4 %를 초과할 때 1.70 T 이하로 급격하게 감소하게 된다. 마찬가지로, Al도 낮은 자계에서의 자속 밀도(B25)의 개선에 매우 불리하며, 따라서, Al 함량을 0.5 % 이하, 바람직하게는 0.3 % 이만으로 제어할 필요가 있다.
추가적인 연구 결과로, Si+2Al의 전체량을 0.5 % 이하로 제어하여 낮은 자계에서의 보다 고자속 밀도(B25)를 획득하는데 바람직하다는 것을 확인하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서, Si 및 Al의 함량을 0.4 % 이하 및 0.5 % 이하로 각각 제어할 필요가 있다. 이 때, 본 발명에 따라서 획득된 자속 밀도가 0.005 T 이내에서 변화하고 있음을 확인하였고, 또한 상술한 범위 이내에서 제어되는 경우에 Si를 제외하고는 상술한 화학 성분에 의해서는 거의 영향을 받지 않음을 확인하였다.
P는 본 발명에서 1.80 T 이상의 초 고자속 밀도(B50)를 달성하는데 필요하며, 0.01 % 내지 0.2 % 범위의 양이 첨가되므로, 상술한 것에 추가하여, 단지 L 방향의 시료에 대해서 측정된 자속 밀도(B50L)와, 단지 C 방향의 시료에 대해서 측정된 자속 밀도(B50C) 사이의 차이, 즉 L 방향 및 C 방향의 자속 밀도(B50)의 차이는 350 가우스(Gauss) 이하가 된다.
P 함량은 0.01 % 이상으로 한정되는데, 그 이유는 P 함량이 0.01 % 이하인 경우에 L 방향 및 C 방향의 자속 밀도(B50)의 차이가 350 가우스 이하가 되지 않기 때문이다. 또한, P 함량은 0.2 % 이하로 한정되는데, 그 이유는 P 함량이 0.2 %를 초과하는 경우에 자속 밀도가 악화되기 때문이다.
C 함량은 0.003 % 이하로 제어할 필요가 있는데, 그 이유는 자기 시효(magnetic aging)가 발생하고, 또한 C 함량이 0.003 %를 초과하는 경우 사용 중에 철손이 악화하기 때문이다.
본 발명에 따르면, 초 고자속 밀도와 저철손 모두는 S 및 N의 함량을 감소시키는 것에 의해서 동시에 획득할 수 있다. S 및 N은 열간 압연 공정에서의 가열 중에 슬랩 내로 부분적으로 재용해되어, 열간 압연 공정 중에 MnS 및 AlN의 미립자로 다시 석출되고, 최종 어닐링 중에 결정립의 성장을 억제하며, 철손을 악화시킨다. 따라서, 이들의 함량은 0.003 % 이하로 각각 제어할 필요가 있다.
Ti 함량을 제어하여, 전체 Ti, S 및 N의 함량을 0.005 % 이하로 할 필요가 있는데, 그 이유는 Ti가 질화물 및 황화물을 형성하고, 제품의 철손을 악화시키기 때문이다.
본 발명에 따르면, Nb의 함량을 0.005 wt % 이하로 제어할 필요가 있다. Nb는 그 함량이 0.005 wt % 이상인 경우에 자속 밀도를 현저하게 악화시키게 된다.따라서, Nb 함량은 0.005 wt % 미만으로 한정된다.
본 발명에 따른 무방향성 전기 강판의 자속 밀도에 미치는 Ni의 효과를 조사하기 위해서, 이하의 실험을 수행하였다.
0.05 %의 P, 0.07 %의 Si, 0.12 %의 Mn, 0.001 %의 T-Al, 15 ppm의 C, 17 ppm의 N, 16 ppm의 S, 및 10 ppm 내지 7 %까지 변화하는 Ni를 포함하는 강재(steel material)를 정련에 의해서 제조하고, 최종 열간 압연 공정에서 두께 2.7 mm의 강판을 생산하였다. 열간 압연된 강판을 산세하고, 두께 0.5 mm로 냉간 압연하였으며, 탈지하고 이후에 20 초간 750 ℃에서 어닐링하였다. 강판으로부터 취한 엡스타인 시료를 사용하여 자기 특성을 측정하였다.
측정 결과, Ni 함량이 2.0 % 미만인 경우에, 자속 밀도(B50)는 1.80 T에 도달하지 못하였으며, 자속 밀도를 개선하고자 하는 효과가 달성되지 못하였으나, Ni 함량이 6.0 %를 초과하게 되는 경우에는, 이와 반대로, 자속 밀도가 감소하였으며, 따라서, Ni 함량은 2.0 % 내지 6.0 %까지 한정된다.
1.82 T 이상의 초 고자속 밀도를 달성하기 위해서는, Ni 함량을 3.0 % 내지 6.0 %까지로 제어하는 것이 보다 더 바람직하다.
다음으로, 공정 조건에 대해서 이하에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
컨버터에서 정련한 이후에 잉곳 주조 및 슬랩 압연 또는 연속 주조법 중의 하나에 의해서 상술한 화학 성분을 가지는 강 슬랩을 제조한다. 공지된 방법으로 강 슬랩을 가열한다. 이들 강 슬랩을 소정의 두께로 열간 압연하였다.
초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판을 생산하기 위한 종래 기술의 방법에 있어서 필수적이었던 열간 압연된 강판의 어닐링을 필요로 하지 않는다. 본 발명에 따른 화학 조성을 가진 무방향성 전기 강판은 열간 압연한 이후에 스트립 강판을 냉각하고, 이후에 코일화하고, 산세하고, 강 스트립을 냉간 압연하고, α 영역 내의 재결정화 어닐링을 강 스트립에 적용하는 것에 의해서 초 고자속 밀도를 제공할 수 있었다. 이 때, 재결정화 어닐링 온도가 Ac1점을 초과한다면, B25R은 1.65 T 이하까지 감소하게 된다.
본 발명의 특징은, 제품 강판의 집합조직에 있어서 단순 큐브(just cube) 방위의 성분이 우세하다는 것이다. 즉, 본 발명은 강판 두께의 중심에 위치한 층 및 강판 두께의 1/5의 깊이에 위치한 층으로부터 취한 시료를 사용하여 반사법 및 침투법에 의해서 도시한 (100) 면의 극점도에서 α= 90°, β= 90° 및 270°의 위치에서 표준화된 강도가 0.5 이상인 것을 특징으로 한다. 이와 같은 특징 때문에, 초 고자속 밀도, 즉, 2500 A/m의 낮은 자계에서의 자속 밀도인 B25가 1.70 T 이상이고, 5000 A/m의 높은 자계에서의 자속 밀도인 B50이 1.80 T 이상이며, 또한 B50에서 350 가우스(Gauss)의 낮은 이방성을 가지는 무방향성 전기 강판을 획득하는 것이 가능해진다.
<제 1 실시예>
표 1에 나타낸 화학 성분을 포함하고 있는 무방향성 전기 강판용의 슬랩을 종래 기술의 방법에 의해서 가열하고, 열간 압연에 의해서 두께 2.7 mm의 강판으로 가공하였다. 이후에 강판을 산세하고, 냉간 압연에 의해서 두께 0.50 mm의 강판으로 가공하였다. 연속 어닐링 노 내에서 20 초간 750 ℃에서 강판을 어닐링하였다. 이후에 강판을 엡스타인(Epstein) 시료로 절단하였고, 이들의 자기 특성을 측정하였다. 본 발명에 따른 화학 조성 및 비교예에 따른 화학 조성은 표 1에 나타내었으며, 자기 특성의 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
표 1 및 표 2로부터 명백한 바와 같이, 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판, 보다 상세하게는 적절한 양의 Ni을 첨가하고, 적절한 처리 조건하에서 강판을 처리하는 것에 의해서 1.80 T 이상의 자속 밀도(B50)를 가지거나, 3.0 % 이상의 양의 Ni를 첨가하는 것에 의해서 1.82 T 이상의 자속 밀도(B50)를 가지는 강판을 실현하는 것이 가능해진다. 또한, Si, Mn 및 Al의 첨가량을 감소시키는 것에 의해서, 낮은 자계에서의 자속 밀도인 B25를 1.70 T 이상으로까지 개선시켰다.
성분 C Si Ni Mn P S sol-Al N Ti 비고
1 0.0017 0.07 0.1 0.12 0.05 0.0011 0.001 0.0011 0.0011 비교예
2 0.0015 0.07 1.0 0.12 0.05 0.0008 0.001 0.0009 0.0010 비교예
3 0.0015 0.07 2.0 0.11 0.05 0.0008 0.001 0.0009 0.0011 본발명
4 0.0014 0.07 3.0 0.12 0.05 0.0008 0.001 0.0009 0.0011 본발명
5 0.0018 0.07 4.0 0.12 0.05 0.0009 0.001 0.0008 0.0012 본발명
6 0.0016 0.07 6.5 0.11 0.05 0.0011 0.001 0.0011 0.0011 비교예
성분: wt%
조성 W15/50(W/kg) B25(T) B50(T) 비고
1 8.54 1.690 1.770 비교예
2 7.42 1.725 1.798 비교예
3 7.31 1.730 1.819 본발명
4 6.90 1.742 1.844 본발명
5 7.60 1.754 1.856 본발명
6 9.11 1.695 1.790 비교예
<제 2 실시예>
표 3에 나타낸 화학 성분을 포함하고 있는 무방향성 전기 강판용의 슬랩을 종래 기술의 방법에 의해서 가열하고, 열간 압연에 의해서 두께 2.5 mm의 강판으로 가공하였다. 이후에 강판을 산세하고, 냉간 압연에 의해서 두께 0.50 mm의 강판으로 가공하였다. 연속 어닐링 노 내에서 30 초간 750 ℃에서 강판을 어닐링하였다. 이후에 강판을 엡스타인 시료로 절단하였고, 이들의 자기 특성을 측정하였다. 자속 밀도를 측정할 때, L 및 C 방향으로 절단된 통상의 시료의 측정에 부가하여 L 방향으로 절단한 엡스타인 시료만에 대해서 측정된 자속 밀도(B50L)와, C 방향으로 절단한 엡스타인 시료만에 대해서 측정된 자속 밀도(B50C) 사이의 차이(B50LC)를 측정하여 자속 밀도의 이방성을 조사하였다.
본 발명에 따른 화학 조성 및 비교예에 따른 화학 조성은 표 3에 나타내었으며, 자기 특성의 측정 결과는 표 4에 나타내었다.
표 3 및 표 4로부터 명백한 바와 같이, 자속 밀도가 초 고자속이고 자기 이방성이 작은 강재를 실현하는 것이 가능해지며, 여기에서 작은 자계에서의 자기 특성인 B25는 Si, Mn 및 Al의 첨가량을 감소시켜 개선시켰고, 자속 밀도의 이방성 지수인 B50LC는 P의 첨가량을 0.01 % 내지 0.2 %의 범위로 제어하는 것에 의해서 350 가우스 이하로 감소시켰다.
조성 C Si Ni Mn P S sol-Al N Ti 비고
7 0.0014 0.07 3.5 0.11 0.005 0.0009 0.001 0.0008 0.0011 비교예
8 0.0013 0.07 3.5 0.11 0.025 0.0009 0.001 0.0009 0.0010 본발명
9 0.0014 0.07 3.5 0.11 0.051 0.0008 0.001 0.0008 0.0010 본발명
10 0.0014 0.07 3.5 0.12 0.070 0.0009 0.001 0.0008 0.0011 본발명
11 0.0014 0.07 3.5 0.12 0.150 0.0008 0.001 0.0009 0.0011 본발명
12 0.0013 0.07 3.5 0.11 0.250 0.0008 0.001 0.0008 0.0012 비교예
성분: wt %
조성 W15/50(W/kg) B25(T) B50(T) B50LC차이(가우스) 비고
7 6.94 1.699 1.803 750 비교예
8 6.92 1.742 1.843 320 본발명
9 6.91 1.743 1.842 256 본발명
10 6.93 1.744 1.842 230 본발명
11 6.90 1.745 1.844 275 본발명
12 6.91 1.698 1.799 270 비교예
<제 3 실시예>
제 2 실시예에 있어서의 제 9 번의 화학적 조성을 가지는 제품 시료를 사용하여 각각 X 선 투과 측정법 및 X 선 반사 측정법에 적합한 시료를 강판 두께의 중심에 위치한 부분 및 표면으로부터 강판 두께의 1/5의 깊이에 위치한 부분으로부터 취하고, (100) 면의 완전 극점도를 만들었다.
도 2는 강판 두께의 중심에 위치한 층으로부터 취한 시료의 (100) 면의 완전 극점도를 나타내며, 도 3은 표면으로부터 강판 두께의 1/5의 깊이에 위치한 층으로부터 취한 시료의 (100) 면의 완전 극점도를 나타낸 것이다.
이들 도면으로부터 알 수 있는 것은, α= 90°, β= 90° 및 270°의 위치에서의 강도가 랜덤(random) 강도에 대한 비율로 환산하여 0.5 이상이라는 것이다. 이와 같은 특징 때문에, 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판, 즉, 2500 A/m의 낮은 자계에서의 자속 밀도인 B25가 1.70 T 이상이고, 5000 A/m의 높은 자계에서의 자속 밀도인 B50이 1.80 T 이상이며, 또한 B50에서 350 가우스의 낮은 이방성을 가지는 무방향성 전기 강판을 획득하는 것이 가능해진다.
<제 4 실시예>
표 5에 나타낸 화학 성분을 포함하고 있는 무방향성 전기 강판용의 슬랩을 종래 기술의 방법에 의해서 가열하고, 열간 압연에 의해서 두께 2.7 mm의 강판으로 가공하였다. 이후에 강판을 산세하고, 냉간 압연에 의해서 두께 0.50 mm의 강판으로 가공하였다. 연속 어닐링 노 내에서 20 초간 α상 범위 내의 온도에서 강판을 어닐링하였다. 이후에 강판을 각각의 각도로 엡스타인 시료로 절단하였고, 이들의 자기 특성을 측정하였다. 본 발명에 따른 화학 조성 및 비교예에 따른 화학 조성은 표 5에 나타내었으며, 자기 특성의 측정 결과는 표 6에 나타내었다.
표 5 및 표 6으로부터 명백한 바와 같이, 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판, 보다 상세하게는 적절한 양의 Ni을 첨가하는 것에 의해서 및 강판을 적절한 처리 조건 하에서 처리하는 것에 의해서 1.75 T 이상의 자속 밀도(B50R)를 가지고 철손(W15/50)이 8.0 이하인 무방향성 전기 강판을 획득하는 것이 가능해진다. 또한, 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판, 즉, Ni의 함량을 3.0 % 이상 첨가하는 것에 의해서 자속 밀도(B50R)가 1.79 T 이상인 무방향성 전기 강판을 실현하는 것이 가능해진다. 또한, Si, Mn 및 Al의 첨가량을 감소시키는 것에 의해서, 낮은 자계에서의 자속 밀도인 B25R은 1.65 T 이상으로 개선된다. 이 때, 상술한 B50R및 B25R은 상술한 수학식(1) 및 수학식(2)에 의해서 획득되는 값이다.
조성 C Si Ni Mn P S sol-Al N Ti 비고
13 0.0015 0.07 0.1 0.12 0.09 0.0008 0.001 0.0009 0.0009 비교예
14 0.0013 0.07 2.0 0.11 0.08 0.0008 0.001 0.0009 0.0009 본발명
15 0.0012 0.07 3.0 0.12 0.08 0.0007 0.001 0.0008 0.0009 본발명
16 0.0013 0.07 4.0 0.12 0.08 0.0006 0.001 0.0009 0.0008 본발명
17 0.0012 0.07 5.0 0.12 0.07 0.0008 0.001 0.0008 0.0008 본발명
18 0.0013 0.07 6.0 0.11 0.07 0.0009 0.001 0.0008 0.0008 본발명
19 0.0014 0.07 7.0 0.11 0.07 0.0009 0.001 0.0009 0.0009 비교예
성분: wt %
조성 W15/50(W/kg) B25R(T) B50R(T) 비고
13 8.637 1.637 1.732 비교예
14 7.398 1.690 1.789 비교예
15 7.012 1.706 1.806 본발명
16 8.890 1.729 1.831 본발명
17 8.950 1.735 1.835 본발명
18 7.010 1.740 1.841 본발명
19 10.120 1.695 1.790 비교예
<제 5 실시예>
표 7에 나타낸 화학 성분을 포함하고 있는 무방향성 전기 강판용의 슬랩을 종래 기술의 방법에 의해서 가열하고, 열간 압연에 의해서 두께 2.5 mm의 강판으로 가공하였다. 이후에 강판을 산세하고, 냉간 압연에 의해서 두께 0.50 mm의 강판으로 가공하였다. 연속 어닐링 노 내에서 30 초간 표 8에서 나타낸 온도에서 강판을 어닐링하였다. 이후에 강판을 각각의 각도로 엡스타인 시료로 절단하였고, 이들의 자기 특성을 측정하였다. 본 발명에 따른 화학 조성 및 비교예에 따른 화학 조성은 표 7에 나타내었으며, 자기 특성의 측정 결과는 표 8에 나타내었다.
표 7 및 표 8로부터 명백한 바와 같이, α+의 이상 영역 또는상 영역 내의 온도에서 어닐링을 수행하는 것과 비교하였을 때, α 상 영역 내에서 최종 어닐링하는 온도 범위를 제어하는 것에 의해서 자속 밀도(B50R및 B25R)가 개선된다. 보다 상세하게는, B25R은 α상 영역 내의 최종 어닐링의 온도 범위를 제어하는 것에 의해서 개선된다.
이 때, 상술한 B25R및 B50R은 상술한 수학식(1) 및 수학식(2)에 의해서 획득된 값이다.
조성 C Si Ni Mn P S sol-Al N Ti
20 0.0012 0.003 2.0 0.11 0.056 0.0009 0.030 0.0009 0.0008
21 0.0013 0.002 3.0 0.11 0.051 0.0008 0.031 0.0008 0.0009
22 0.0011 0.003 4.0 0.12 0.050 0.0009 0.032 0.0008 0.0009
성분: wt %
조성 최종 어닐링 온도(℃) 최종 어닐링 조건 B25R(T) B50R(T) 비고
20 750 α상 영역 1.692 1.789 본발명
20 835 α+이상 영역 1.665 1.776 비교예
20 880 상 영역 1.644 1.769 비교예
21 750 α상 영역 1.707 1.807 본발명
21 790 α+이상 영역 1.670 1.786 비교예
21 850 상 영역 1.647 1.777 비교예
22 720 α상 영역 1.730 1.834 본발명
22 770 α+이상 영역 1.675 1.815 비교예
22 850 상 영역 1.648 1.799 비교예
<제 6 실시예>
표 9에 나타낸 화학 성분을 포함하고 있는 무방향성 전기 강판용의 슬랩을 종래 기술의 방법에 의해서 가열하고, 열간 압연에 의해서 두께 2.5 mm의 강판으로 가공하였다. 이후에 강판을 산세하고, 냉간 압연에 의해서 두께 0.50 mm의 강판으로 가공하였다. 연속 어닐링 노 내에서 30 초간 750 ℃에서 강판을 어닐링하였다. 이후에 강판을 엡스타인 시료로 절단하였고, 이들의 자기 특성을 측정하였다. 자기 특성의 측정 결과는 표 10에 나타내었다. 이후에 코팅되지 않은 제품 강판으로부터, 폭 40 mm, 길이 100 mm, 두께 0.5 mm의 시료를 노출 시험용으로 절단하였으며, 폭 60 mm, 길이 80 mm, 두께 0.5 mm의 시료를 염수 분무 시험용으로 절단하였다.
노출 시험은 길이 방향으로 45°의 각도로 경사지도록 시료를 위치시키는 것에 의해서 일년 동안 0.5 mmd(mg/dm2/일)의 염수 부착율로 수행하였다. 그 결과는 표 11에 나타내어 놓았다. 또한, 염수 분무 시험법은 JIS Z2371에 의해서 한정된 것과 같은 농도로 염화 나트륨 5 % 용액을 사용하여 5 시간 동안 35 ℃의 분무 온도에서 수행되었으며, 강 표면 상의 녹의 발생 여부를 검사하였다. 그 결과는 표 12에 도시되어 있다.
표 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 강재(steel material)는 B25에서 1.70 T 이상 및 B50에서 1.82 T 이상의 우수한 높은 자속 밀도를 나타낸다.
표 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 제 24 번 및 제 25 번의 화학 조성을 가지는 강재는 노출 시험에서 비교예의 강재 보다 우수한 내수성(rust resistance)을 나타낸다. 또한, 표 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 제 24 번 및 제 25 번의 화학 조성을 가지는 강재는 염수 분무 시험에서 비교예의 강재보다 우수한 내수성을 나타낸다.
조성 C Si Ni Mn P S sol-Al N Ti Nb 비고
23 10 0.070 0.5 0.12 0.071 8 10 8 9 10 비교예
24 11 0.070 3.0 0.12 0.075 7 10 7 8 10 본발명
25 0 0.069 4.0 0.12 0.075 6 10 8 7 10 본발명
각각의 화학 성분은 wt %로 표시하였으며, C, S, sol-Al, N, Ti 및 Nb는 ppm으로 표시하였다.
조성 W15/50 B25 B50 비고
23 8.595(Wk/g) 1.631(T) 1.731(T) 비교예
24 6.995 1.710 1.831 본발명
25 6.880 1.730 1.832 본발명
조성 부식 속도 (mdd) 비고
23 155 비교예
24 20 본발명
25 15 본발명
조성 녹 발생 유무
23 녹 발생
24 녹이 발생하지 않음
25 녹이 발생하지 않음
<제 7 실시예>
표 13에 나타낸 화학 성분을 포함하고 있는 무방향성 전기 강판용의 슬랩을 종래 기술의 방법에 의해서 가열하고, 열간 압연에 의해서 두께 2.5 mm의 강판으로 가공하였다. 이후에 강판을 산세하고, 냉간 압연에 의해서 두께 0.50 mm의 강판으로 가공하였다. 연속 어닐링 노 내에서 30 초간 750 ℃에서 강판을 어닐링하였다.
이후에 강판을 엡스타인 시료로 절단하였고, 이들의 자기 특성을 측정하였다. 자기 특성의 측정 결과는 표 14에 나타내었다.
표 13으로부터, 자속 밀도(B25)는 Si 함량이 0.4 %를 초과하는 경우에 현저하게 감소함을 알 수 있다.
조성 C Si Ni Mn P S sol-Al N Ti
26 0.008 0.070 2.0 0.11 0.075 0.0007 0.0010 0.0006 0.0008
27 0.008 0.110 2.0 0.12 0.075 0.0008 0.0010 0.0007 0.0009
28 0.007 0.250 2.0 0.12 0.075 0.0007 0.0010 0.0006 0.0009
29 0.008 0.451 2.0 0.12 0.075 0.0006 0.0010 0.0007 0.0009
30 0.009 0.069 3.0 0.12 0.070 0.0005 0.0010 0.0007 0.0008
31 0.008 0.121 3.0 0.11 0.070 0.0006 0.0010 0.0005 0.0009
32 0.009 0.271 3.0 0.12 0.070 0.0008 0.0010 0.0007 0.0008
33 0.009 0.460 3.0 0.12 0.070 0.0007 0.0010 0.0008 0.0007
34 0.009 0.70 4.0 0.11 0.070 0.0007 0.0010 0.0007 0.0008
35 0.008 0.150 4.0 0.12 0.069 0.0008 0.0010 0.0006 0.0009
36 0.007 0.333 4.0 0.12 0.070 0.0007 0.0010 0.0007 0.0008
37 0.009 0.445 4.0 0.12 0.070 0.0008 0.0010 0.0007 0.0008
성분: wt %
(주) 화학 성분 열의 밑줄 친 번호는 비교예를 표시.
조성 W15/50 B25 B50 비고
26 7.397 1.731 1.819 본발명
27 7.402 1.729 1.819 본발명
28 7.410 1.724 1.819 본발명
29 7.673 1.672 1.818 비교예
30 6.998 1.744 1.845 본발명
31 7.002 1.742 1.845 본발명
32 7.012 1.737 1.843 본발명
33 7.100 1.678 1.840 비교예
34 6.881 1.755 1.860 본발명
35 6.890 1.751 1.856 본발명
36 6.950 1.745 1.854 본발명
37 7.001 1.690 1.859 비교예
따라서 본 발명에 따르면, wt %로, Si: 0.4 % 이하, Ni: 2.0 % 내지 6.0 %, Mn: 0.5 % 이하, P: 0.01 % 내지 0.2 %, 및 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며, 자계 강도가 2500 A/m인 경우의 자속 밀도(B25)는 1.70 T 이상이고, 자계 강도가 5000 A/m일 경우의 자속 밀도(B50)는 1.80 T 이상인 것을 특징으로 하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판 및 이의 제조 방법이 제공된다.

Claims (15)

  1. 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판에 있어서,
    wt %로,
    Si: 0.4 % 이하,
    Ni: 2.0 % 내지 6.0 %,
    Mn: 0.5 % 이하,
    P: 0.01 % 내지 0.2 %, 및
    나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며,
    자속 밀도(B25)는 1.70 T 이상이고, 자속 밀도(B50)는 1.80 T 이상인 것을 특징으로 하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판.
  2. 자속 밀도가 초 고자속이고, 자기 이방성이 작은 무방향성 전기 강판에 있어서,
    wt %로,
    Si: 0.4 % 이하,
    Ni: 2.0 % 내지 6.0 %,
    Mn: 0.5 % 이하,
    P: 0.01 % 내지 0.2 %, 및
    나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며,
    자속 밀도(B25)는 1.70 T 이상이고, 자속 밀도(B50)는 1.80 T 이상이며,
    길이 방향으로의 시료만에 대해서 측정된 자속 밀도(B50L)와 교차 방향으로의 시료만에 대해서 측정된 자속 밀도(B50C) 사이의 차이는 350 가우스(Gauss) 이하인 것을 특징으로 하는 자속 밀도가 초 고자속이고, 자기 이방성이 작은 무방향성 전기 강판.
  3. 자속 밀도가 초 고자속이고, 철손이 적은 무방향성 전기 강판에 있어서,
    wt %로,
    Si: 0.4 % 이하,
    Ni: 2.0 % 내지 6.0 %,
    Mn: 0.5 % 이하,
    P: 0.01 내지 0.2 %, 및
    추가적으로,
    C: 0.003 % 이하,
    S: 0.003 % 이하,
    N: 0.003 % 이하,
    Ti + S + N: 0.005 % 이하, 및
    나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며,
    자속 밀도(B25)는 1.70 T 이상이고, 자속 밀도(B50)는 1.80 T 이상이며,
    산세, 냉간 압연 및 어닐링 이후의 철손(W15/50)은 8 W/kg 이하인 것을 특징으로 하는 자속 밀도가 초 고자속이고, 저철손인 무방향성 전기 강판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 자속 밀도(B50)는 1.82 T 이상인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
  5. 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판에 있어서,
    wt %로,
    Si: 0.4 % 이하,
    Al: 0.5 % 이하,
    Ni: 2.0 % 내지 6.0 %,
    Mn: 0.5 % 이하,
    P: 0.01 % 내지 0.2 %, 및
    나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며,
    이하의 수학식(1)에 의해서 한정되는 자속 밀도(B25R)는 1.65 T 이상이고, 이하의 수학식(2)에 의해서 한정되는 자속 밀도(B50R)는 1.75 T 이상인 것을 특징으로 하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판.
    B25R= ( B25-L+ 2×B25-22.5+ 2×B25-45+ 2×B25-67.5+ B25-C)/8 ... (1)
    여기에서,
    B25-L: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 압연 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B25-22.5: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 22.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B25-45: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 45 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B25-67.5: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 67.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B25-C: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 직각인 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B50R= ( B50-L+ 2×B50-22.5+ 2×B50-45+ 2×B50-67.5+ B50-C)/8 ... (2)
    여기에서,
    B50-L: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 압연 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B50-22.5: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 22.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B50-45: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 45 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B50-67.5: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 67.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B50-C: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 직각인 방향으로 절단한 시료의 측정값.
  6. 자속 밀도가 초 고자속이고, 저철손인 무방향성 전기 강판에 있어서,
    wt %로,
    Si: 0.4 % 이하,
    Al: 0.5 % 이하,
    Ni: 2.0 % 내지 6.0 %,
    Mn: 0.5 % 이하,
    P: 0.01 % 내지 0.2 %,
    추가적으로,
    C: 0.003 % 이하,
    S: 0.003 % 이하,
    N: 0.003 % 이하,
    Ti + S + N: 0.005 % 이하, 및
    나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 포함하며,
    이하의 수학식(1)에 의해서 한정되는 자속 밀도(B25R)는 1.65 T 이상이고, 이하의 수학식(2)에 의해서 한정되는 자속 밀도(B50R)는 1.75 T 이상이며, 산세, 냉간 압연 및 어닐링 이후의 철손(W15/50)은 8 W/kg 이하인 것을 특징으로 하는 자속 밀도가 초 고자속이고, 저철손인 무방향성 전기 강판.
    B25R= ( B25-L+ 2×B25-22.5+ 2×B25-45+ 2×B25-67.5+ B25-C)/8 ... (1)
    여기에서,
    B25-L: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 압연 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B25-22.5: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 22.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B25-45: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 45 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B25-67.5: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 67.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B25-C: 자계 강도가 2500 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 직각인 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B50R= ( B50-L+ 2×B50-22.5+ 2×B50-45+ 2×B50-67.5+ B50-C)/8 ... (2)
    여기에서,
    B50-L: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 압연 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B50-22.5: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 22.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B50-45: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 45 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B50-67.5: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 67.5 도의 각도로 경사진 방향으로 절단한 시료의 측정값.
    B50-C: 자계 강도가 5000 A/m일 때의 자속 밀도로, 강판 표면 상의 압연 방향에 대해서 직각인 방향으로 절단한 시료의 측정값.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 자속 밀도(B50R)는 1.79 T 이상인 것을 특징으로 하는 자속 밀도가 초 고자속이고, 저철손인 무방향성 전기 강판.
  8. 삭제
  9. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 무방향성 전기 강판을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 차폐 장치.
  10. 자속 밀도가 초 고자속이고, 단순 큐브 집합조직으로 구성되는 무방향성 전기 강판에 있어서,
    강판 두께의 중심에 위치한 층의 (100) 면의 완전 극점도에서 α= 90°, β= 90° 및 270°의 위치에서 표준화된 강도는 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
  11. 자속 밀도가 초 고자속이고, 단순 큐브 집합조직으로 구성되는 무방향성 전기 강판에 있어서,
    표면으로부터 강판 두께의 1/5에서의 깊이에 위치한 층의 (100) 면의 완전 극점도에서 α= 90°, β= 90° 및 270°의 위치에서 표준화된 강도는 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
  12. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 5 항, 및 제 6 항 중 어느 한 항에서 한정된 화학 성분을 함유하고, 나머지가 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 슬랩을 사용하는 단계와,
    상기 슬랩을 열간 압연 강판으로 열간 압연하는 단계와,
    산세한 이후에 한 차례 상기 강판을 냉간 압연하는 단계와,
    이후에 최종 어닐링을 적용하는 단계를 특징으로 하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, α상 영역에서 최종 어닐링을 적용하는 단계를 특징으로 하는 초 고자속 밀도의 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 자속 밀도가 초 고자속이고, 내수성이 우수하고, 내후성이 우수한 무방향성 전기 강판에 있어서,
    Nb의 함량은 0.005 wt % 미만인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판.
  15. 내수성과 내후성이 우수한 자석 스위치용의 철심에 있어서,
    Nb 함량이 0.005 wt % 미만인 제 10 항 또는 제 11 항에 따른 무방향성 전기 강판을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 내수성과 내후성이 우수한 자석 스위치용의 철심.
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