KR100702242B1 - 무방향성 전기 강판 제조 방법 - Google Patents

무방향성 전기 강판 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무방향성 전기 강판을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 강 소재는 1250℃ 이하의 재가열 온도로 가열하여 예비 압연한 슬라브 및 직접 주조 스트립 또는 박육 슬라브이고, 상기 강 소재는 중량 %로, C: 0.06% 이하, Si: 0.03% - 2.5%, Al: 0.4% 이하, Mn: 0.05% - 1.0%, S: 0.02% 이하, 및 필요에 따른 기타 합금 원소를 함유하고 잔부가 철과 통상의 기타 수반 성분으로 이루어진다. 상기 강 소재를 1100℃ 이하의 입측 온도에서 마무리 압연 스탠드의 그룹으로 도입하고, 770℃ 이상의 최종 압연 온도(TET)에서 3.5mm 미만의 두께를 가진 열간 스트립으로 열간 압연한다. 그 후 상기 열간 압연 스트립을 최종 압연 온도에 의존하는 권취 온도(THT)에서 권취하고, 산세하고, 산세한 후에 최대 변형율이 85%가 되도록 수 회의 패스로 0.2mm 내지 1mm의 두께의 냉간 압연 스트립으로 냉간 압연한다. 그 후 상기 냉간 압연 스트립을 최종 처리한다. 본 발명에 따른 방법에 의하여, 자기 특성이 개선된 광범위의 고품질 무방향성 전기 강판의 제조가 가능하다.

Description

무방향성 전기 강판 제조 방법{METHOD OF PRODUCING NON-GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL SHEET}
본 발명은 무방향성 전기 강판을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명과 관련하여, "무방향성 전기 강판"이란 용어는, 그 집합조직에 상관없이 DIN EN 10106에서 언급된 판재에 해당하고 손실 이방성(loss anisotropy)이 DIN EN 10106에서 규정된 최고 값을 초과하지 않는 강판 또는 강대를 의미하기 위하여 사용된다. 또한, 본 발명의 범위 내에서, "전기 강판" 및 "전기 강대"는 같은 의미로 사용된다.
이하에서, "J2500" 및 "J5000"은 2,500 A/m 5,000 A/m의 자장 세기에서 자기 편극을 나타내고, "P 1.5"는 1.5 T의 편극과 50 Hz의 주파수에서 자기이력 손실을 나타낸다.
처리 산업에서는 자기 편극치가 종래 강판에 비하여 증가된 무방향성 전기 강판을 필요로 한다. 전계(electric field)의 유도가 중요한 역할을 담당하는 분야에서 특히 무방향성 전기 강판을 필요로 한다. 자기 편극이 증가하면, 자화 요건이 감소된다. 이는, 전기 장비의 작동시 일어나는 상당한 양의 손실을 구성하는 동손의 감소에 의해서도 성취된다. 따라서, 증가된 투자율을 가진 무방향성 전기 강판의 경제 가치는 상당하다.
고투자성의 무방향성 형태의 전기 강판을 위한 요건은, 높은 손실(P1.5 ≥ 5 - 6 W/kg)을 가진 무방향성 전기 강판뿐만 아니라 중간 정도의 손실(3.5 W/kg ≤ P1.5 ≤ 5.5 W/kg) 및 낮은 손실(P1.5 ≤ 3.5)을 가진 강판과도 관련이 있다. 따라서, 자기 특성에 대하여 저Si, 중Si 및 고Si의 모든 범위의 전기 강판을 개선시키기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이 경우에, 2.5 wt% 이하의 Si 함량을 가진 전기 강판의 형태는 그들의 시장 점유에 있어서 특히 중요하다.
높은 투자성의 전기 강판을 제조하기 위한 여러 공정들, 즉 J2500 및 J5000의 값이 높은 전기 강판을 제조하기 위한 공정들이 공지되어 있다. 예를 들면, EP 0 431 502 A2로부터 공지된 방법에 따르면, 중량 %로, 0.025% 이하의 C, 0.1% 미만의 Mn, 0.1 내지 4.4% Si 및 0.1 내지 4.4% Al을 함유한 강 투입 소재를 우선 3.5 mm 이상의 두께로 열간 압연하여 무방향성 전기강판 제조에 이용한다. 이어서, 이와 같이 얻어진 열간 스트립을 86% 이상의 변형 수준으로 재결정 중간 어닐링 없이 냉간 압연하고, 어닐링 처리한다.
공지된 공정에 따라 제조된 스트립은, 특별한 입방 집합조직, 특히 2500 A/m의 자장 세기에서의 J2500가 1.7T를 초과하는 높은 자기 편극 및 낮은 자기 이력 손실을 나타낸다. 그러나, 이러한 성공은 전술한 특별한 성분과 관련되어 있다. 이는 특히, 바람직한 입방 집합조직을 설정하기 위해 필요한 것으로 밝혀진 Mn 함량과 관련이 있다. 공지된 공정에 따르면, 각각 전기 강판의 특성에 중추적으로 영향을 미치는 Si 및 Al 함량의 규정 비율이 유지되어야 한다. 상기 요구 사항들이 관심의 전체 제품의 범위에 대하여 만족되지 않기 때문에, EP 0 431 502 A2에서 개시된 공정은 엄격한 요건 하에서의 강판의 제조에 적용될 뿐이다.
전술된 공정 이외에도, 전기 강판의 특성을 개선하기 위한 다른 방법을 개시하는 기술 문헌도 있다. 예를 들면, 높은 투자성 전기 강판을 제조하기 위해 열연 강대를 중간 어닐링하는 것이 제안되어 있다(EP 0 469 980 B1, DE 40 05 807 C2).
EP 0 434 641 A2에는 "반제품(semi-finished)" 무방향성 강판을 제조하기 위한 공정이 또한 개시되어 있다. 공지된 공정에 따르면, 0.002-0.01% C, 0.2-2.0% Si, 0.001-0.1% S, 0.001-0.006% N, 0.2-0.5% Al, 0.2-0.8% Mn을 함유한 강을 사용하여 슬라브를 주조한다. 상기 슬라브를 1100℃ 내지 1200℃에서 열처리하고, 그 후 최종 열간 압연하며, 여기에서 최종 압연 온도는 830℃ 내지 950℃ 사이이다. 이어서, 열간 스트립을 880℃ 내지 1030℃의 온도에서 30초 내지 120초 동안 어닐링 처리한다. 그 후 어닐링된 열간 스트립을 중간 어닐링 없이 냉간 압연하며, 냉간 압연 중에 70% 내지 85%의 두께 감소가 이루어진다. 마지막으로, 냉간 압연 스트립을 620℃ 내지 700℃에서 30초 내지 120초 동안 재결정 어닐링한다.
EP 0 434 641 A2로부터 공지된 공정에 따라 제조된 그러한 "반제품" 전기 강판은 최종 어닐링 전에 사용자에게 출하되고, 사용자가 변형 가공하고 변형 가공 후에 비로소 마무리 어닐링 처리를 한다. 이러한 방법의 공정에 의하면, 변형 가공 동안의 자기 특성에 대한 품질 손실이 변형 후의 최종 어닐링 처리에 의해 보상된다는 장점이 있다. 그러나, "반제품" 상태로 출하된 전기 강판을 이용하여 구조체 부품을 제조하는 동안에, 사용자가 실시할 어닐링 단계로 인하여 상당한 비용이 발생한다. 또한 EP 0 434 641 A2에 따라 제조된 전기 강판은, 특별한 성분의 강이 사용되고 강판이 "반제품" 상태로 출하되어 사용자가 가공 처리하고 가공 처리 상태에서 어닐링을 실시함에도 불구하고, 통상의 수준을 초과하지 않는 자기 특성을 나타낸다.
전술한 공지의 방법들 모두는, 특별한 조성의 소재를 필요로 하고 엄격히 준수하여야 하는 공정 파라미터와 공정 단계에 의존한다는 공통점이 있다. 결과적으로 공지의 방법들은, 균일한 제조 공정에 기초하여 비용 효율적으로 제조된 광범위의 고품질 전기 강판을 제공하기에는 적합하지 않다.
마지막으로 EP 0 263 413 A2에는 마무리 어닐링된 무방향성 전기 강판의 제조 방법이 개시되어 있으며, 이 방법에 있어서는, 강판 제조에 사용하는 슬라브를 1150℃ 미만의 온도로 가열하고, Al과 Si의 함량이 정확하게 조절된 강 합금을 사용한다. EP 0 263 413 A2에는 열간 스트립 어닐링이 개시되어 있지 않으며, 따라서 이러한 조업에 통상 수반되는 비용이 상기 공지의 방법에서는 발생하지 않는 것으로 추정할 수 있다. 그러나, 예열 온도의 한정 및 강 성분의 설정에 대한 엄격한 규정의 요건으로 인하여, EP 0 263 413 A2에 따라 제조될 수 있는 전기 강판 제품의 범위가 크게 제한된다.
전술한 바와 같은 종래 기술을 감안하여, 본 발명의 목적은 자기 특성이 개선된 광범위의 고품질 무방향성 전기 강판을 제조할 수 있는 방법를 제시하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 재가열 목표 온도(TZBR)에 대응하여 최대 편차 ±20℃로 가열하여 예비 압연한 슬라브 또는 직접 사용되는 주조 스트립이나 박육 슬라브로서의 강 소재는, 중량 %로 0.06% 이하의 C, 0.03 - 2.5% Si, 0.4% 이하의 Al, 0.05 - 1.0% Mn, 0.02% 이하의 S를 함유하고 필요에 따라 P, Sn, Sb, Zr, V, Ti, N 및/또는 B의 기타 합금 원소들을 1.5wt% 이하의 함량으로 함유하며, 잔부가 Fe 및 통상의 기타 수반 원소로 이루어진다. 재가열된 슬라브의 목표 온도(TZBR)는 아래와 같다.
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TZBR [℃] = 1,195 ℃ + 12.716 × (GSi + 2GAl)
여기에서 TZBR : 재가열된 슬라브의 목표 온도
GSi : 중량%로 Si 함량
GAl : 중량%로 Al의 함량
상기 강 소재를 1100℃ 이하의 입측 온도에서 마무리 압연 스탠드의 그룹으로 도입하고, 770℃ 이상의 최종 압연 온도(TET)에서 3.5mm 미만의 두께를 가진 열간 스트립으로 열간 압연하고, 아래와 같이 설정된 권취 온도(THT)에서 ±10℃의 최대 편차로 상기 열간 스트립을 권취한다.
THT [℃] = 154 - 1.8 αt + 0.577 TET + 111 d/d0
여기에서 d0 : 열간 스트립의 기준 두께로서 3mm
d : mm로 표현된 열간 스트립의 실제 두께
t : s(초)로 표현된 열간 압연의 종료와 권취 사이의 시간
α : 냉각 인자(factor)로서 0.7 s-1- 1.3 s-1
그 후 열간 스트립 어닐링을 실시하지 않고 열간 스트립을 산세(pickling)하고, 산세한 후, 전체 변형이 최대 85%가 되도록 수 회의 패스로 0.2mm - 1mm 두께의 냉간 스트립으로 냉간 압연하고, 상기 냉간 스트립을 최종 처리한다.
압연 종료 온도에 기초한 냉각은, 공기 중에서 이루어지거나 물이 함께 사용되어 공기 중에서 이루어질 수 있다. 기준 두께(d0)는 각 냉각 인자가 결정된 시편의 두께를 나타낸다.
열간 압연 전에 각 Si 및 Al 함량에 따라 조절된 열처리를 슬라브에 실시하면, 석출 조직이 개선되고, 이에 따라 본 발명에 따라 제조된 강판의 자기 특성이 개선된다.
마무리 압연 전에 슬라브를 수 회의 패스로 20mm - 65mm의 두께까지 예비 압연하는 것이 바람직하다. 상기 방법을 통해, 3.5mm 미만의 스트립 두께로 연속 마무리 압연하는 동안 성취될 변형 레벨이 낮고, 따라서 전기 강판의 우수한 자기 특성을 용이하게 발현시킬 수 있다. 이와 관련하여, 슬라브를 예비 압연하는 동안 25%를 초과하지 않은 패스당 압하율이 가장 바람직하다. 이러한 공정에 의하여, 특히 우수한 자기 특성을 가진 전기 강판을 또한 용이하게 제조할 수 있다. 4회 이상의 패스로 예비 압연함으로써 더욱 개선시키는 것이 가능하다. 이러한 단계에 의하여, 소망하는 높은 자기 편극(magnetic polarization)의 관점에서 바람직한 구조의 형성을 부가적으로 촉진할 수 있다.
본 발명을 실시할 경우에, 열연 중의 최종 압연 온도를 다음과 같이 설정된 최종 압연 목표 온도(TZET) 아래로 떨어지지 않도록 하고 최대 편차를 ±20℃로 함으로써, 달성될 수 있는 결과를 더욱 개선시킬 수 있다.
TZET [℃] = 790℃ + 40 × (GSi + 2GAl)
여기에서 TZET : 최종 압연 목표 온도
GSi : 중량 %로 Si 함량
GAl : 중량 %로 Al의 함량
또한, 수 회의 패스로 마무리 압연을 실시하고 패스 수가 증가할수록 변형 레벨을 50%에서 5%로 감소시키면, 자기 구조의 관점에서 바람직할 수 있는 구조의 형성에 있어서 유리하다.
본 발명에 의하면, 각 공정 단계를 특정 조건으로 조절, 특히 예비 가열 온도를 Si와 Al 함량의 함수로서 조절하고 권취 온도를 각 냉각 거동과 최종 압연 온도의 함수로서 조절함으로써, 열간 스트립 어닐링이 필요하지 않더라도 자기 특성이 개선된 전기 강판을 제조하는 것이 가능하다. 본 발명을 실시할 경우, 종래 조성의 강재를 사용하여, 자기 특성에 부여된 엄격한 요건을 만족하는 전기 강판을 단일 공정 단계로 제조하는 것이 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 하나의 본질적인 태양은 권취 온도의 선정과 관련이 있고, 권취 온도는 본 발명에 따라서 이러한 목적을 위해 제공되는 조건에 기초하여 설정되어야 한다. 이와 같이 결정된 권취 온도가 준수된다면, 재료의 조직은 각 최종 압연 온도에 대해 조절되어 균질화된다. 이는 자기 이력 손실과 자기 편극에 관계하여 본 발명에 따라 제조된 전기 강판의 특성을 개선한다. 이와 관련하여, 최종 압연 목표 온도 범위를 측정하기 위해 전술한 규정도 특히 중요하다. 만약, 최종 압연 온도가 상기 규정에 의해 기술된 범위 내에 해당하도록 선택된다면, 권취 온도와 최종 압연 온도는 서로 최적으로 조절된다. 이와 같은 최적의 조절에 의하여, 다음 단계에서 바람직한 자기 조직을 부여하기 위해 사용될 수 있는 열간 스트립을 얻을 수 있다.
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본 발명에 따라서 제조된 전기 강판은, 합금은 동일하지만 종래 공정에 따라 제조된 전기 강판에 비하여 개선된 자기 특성을 나타낸다. 각 경우에, 자기 편극은 상당히 증가된다. 이를 위한 공정 단계의 추가나 합금 조성의 변경을 필요로 하지 않는다. 본 발명에 따라 제조된 저Si 강종일지라도, 종래 공정에 있어서는 고비용의 열간-밴드 어닐링의 사용을 통해서만 달성될 수 있는 자기 특성을 갖는다.
본 발명에 따라 마무리 어닐링되어 "충분히 마무리된" 전기 강판을 제조하기 위해 필요한 최종 어닐링을 연속 노에서 실행하는 것이 바람직하다. 이 때, 최종 어닐링은 780℃ 이상의 최종 어닐링 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 온도는 1100℃ 이하로 설정되어야 하고, 여기에서 최종 어닐링 온도는 Si와 Al 함량의 합계의 함수로서 다음과 같이 결정될 수 있다.
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y = GSi + GAl
y ≤ 1.2 : TA[℃] ≥ 780
y > 1.2 : TA[℃] ≥ 780 + 120(y-1.2)
여기에서 TA : 최종 어닐링 온도
GSi : 중량 %로 Si 함량
GAl : 중량 %로 Al 함량
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또한, 최대 최종 어닐링 온도에서 유지 시간을 30초 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
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도 1은 본 발명에 따른 전기 강판 제조동안 행해진 단계를 나타내는 플로우차트이다.
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이하에서, 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전기 강판의 제조에 있어서, 규정된 조성의 강으로부터 우선 슬라브를 제조한다. 전기 강판 1 내지 8의 실시예의 각 조성을 표 1 및 표 2에 나타내었다.
그 후, 상기 슬라브를 1250℃까지의 재가열 온도 TZBR로 재가열한다. 이 경우에, ±20℃의 최대 편차를 가진 재가열 온도를 각 합금의 Si와 Al 함량 GSi, GAl의 함수로서 아래의 식에 따라 각각 결정한다.
TZBR[℃] = 1,195 ℃ + 12.716 × (GSi + 2GAl)
이러한 방법으로 재가열한 슬라브를 수 회의 패스로 20mm - 65mm의 두께로 예비 압연하고, 패스마다의 압하율을 25% 이하로 하며, 1100℃ 이하의 입측 온도 TAT에서 마무리 압연 스탠드의 그룹으로 도입한다. 마무리 압연에 의해, 두께가 3.5mm 미만인 열간 스트립으로 열간 압연하고, 패스의 수가 증가함에 따라 변형 레벨을 50%에서 5%로 감소시킨다.
그 후 마무리 압연 열간 스트립을 권취한다. 각 스트립을 열간 압연 후에 권취하는 온도(THT)를 다음 식에 따라 계산하며, 허용 가능한 편차를 10℃ 이하로 한다.
THT [℃] = 154 - 1.8αt + 0.577 TET + 111 d/d0
실시예에서 열간 스트립의 기준 두께(d0)를 3mm로 설정하였고, 열간 압연 스트립의 실제 두께는 2.75mm와 3.1mm 사이에서 변하였다. 냉각 인자(α)는 0.7s-1 내지 1.3s-1의 범위이었다. 열간 압연 종료와 권취 사이의 시간(t)은 10초와 25초 사이 또는 8초와 30초 사이로 측정되었다. 마무리 압연 스탠드의 그룹의 끝에서의 최종 압연 온도(TET)와 각각의 구체적으로 달성된 권취 온도(THT)를 각 실시예에 대하여 표 1과 표 2에 나타내었다.
권취 후, 열간 스트립을 열간 스트립 어닐링 없이 우선 산세 욕조를 통과시켰고, 산세한 후, 전체 변형 레벨이 85% 이하가 되도록 수회의 패스에 의해 0.2mm - 1mm 두께의 냉간 스트립으로 냉간 압연하였다.
마지막으로, 전기 강판을 연속 노에서 마무리-어닐링하였다. 이 때 성취된 최대 온도(TSG)를 표 1과 표 2에 나타내었다.
또한, 표 1과 표 2에는 각 실시예의 자기 특성이 나타나 있다.
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Figure 112005003665155-pct00009
Figure 112005003665155-pct00010
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Claims (31)

  1. - 강 소재는, 중량 %로,
    C: 0.06% 이하,
    Si: 0.03% - 2.5%,
    Al: 0.4% 이하,
    Mn: 0.05% - 1.0%,
    S: 0.02% 이하, 및
    철 및 불가피한 불순물을 잔부로서 함유하며,
    - TZBR : 재가열된 슬라브의 목표 온도,
    GSi : 중량 %로 Si 함량
    GAl: 중량 %로 Al의 함량이라고 할 때,
    TZBR [℃] = 1,195 ℃ + 12.716 × (GSi + 2GAl)
    로 설정된 재가열 목표 온도(TZBR)에 대응하여 ±20℃의 최대 편차로 가열하여 예비 압연한 슬라브를 강 소재로 사용하거나,
    - 직접 주조한 스트립이나 박육 슬라브를 강 소재로 사용하고,
    - 상기 강 소재를 1100℃ 이하의 입측 온도에서 마무리 압연 스탠드의 그룹으로 도입하고, 770℃ 이상의 최종 압연 온도(TET)에서 3.5mm 미만의 두께를 가진 열간 스트립으로 열간 압연하고,
    - d0: 열간 스트립의 기준 두께로서 3mm
    d: mm로 표현된 열간 스트립의 실제 두께
    t: s(초)로 표현된 열간 압연 종료와 권취 사이의 시간
    α: 냉각 인자로서 0.7 s-1 - 1.3 s-1 이라고 할 때,
    THT[℃] = 154 - 1.8αt + 0.577 TET + 111 d/d0
    로 설정된 권취 온도(THT)에서 ±10℃의 최대 편차로 상기 열간 스트립을 권취하고,
    - 그 후 상기 열간 스트립을 산세하고, 산세한 후, 전체 변형 레벨이 85% 이하가 되도록 0.2mm - 1mm의 두께의 냉간 스트립으로 냉간 압연하고,
    - 상기 냉간 스트립을 최종 처리하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강 소재는 슬라브이고, 상기 슬라브를 마무리 압연 전에 수 회의 패스로 20mm - 65mm의 두께까지 예비 압연하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬라브를 예비 압연하는 동안, 패스당 압하율은 25%를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 예비 압연은 네 패스 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    열간 압연 중의 최종 압연 온도(TET)는 최대 편차가 ±20℃이고 아래와 같이 설정된 최종 압연 목표 온도(TZET)에 상응하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
    TZET [℃] = 790℃ + 40 × (GSi + 2GAl)
    여기에서 TZET: 최종 압연 목표 온도
    GSi: 중량 %로 Si 함량
    GAl: 중량 %로 Al의 함량
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    수 회의 패스로 마무리 압연을 실시하고, 패스 수가 증가할수록 변형 레벨을 50%에서 5%로 감소시키는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    연속로에서의 최종 어닐링을 780℃ 이상의 최종 어닐링 온도(TA)에서 실시하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 최종 어닐링 온도(TA)를 1100℃ 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 최종 어닐링 온도(TA)를 다음과 같은 Si와 Al의 합계의 함수로 설정하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
    y = GSi + GAl
    y ≤ 1.2 : TA[℃] ≥ 780
    y > 1.2 : TA[℃] ≥ 780 + 120(y-1.2)
    여기에서 TA: 최종 어닐링 온도
    GSi: 중량 %로 Si 함량
    GAl: 중량 %로 Al 함량
  10. 제7항에 있어서,
    최대 어닐링 온도(TA)에서의 유지 시간을 30초 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 강 소재는 P, Sn, Sb, Zr, V, Ti, N 및 B를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 기타 합금 첨가 원소를 합계 1.5중량% 이하의 함량으로 함유하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강판의 제조 방법.
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