KR101431692B1 - 박물주조를 이용한 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.02% 이하, Si: 4.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.03% 이하, Mn: 0.1~2.0%, Al: 0.3~2.0%, N: 0.003% 이하, Ti: 0.01% 이하, Cu: 1~4% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 전기강판 내의 Cu 석출물의 평균 입경이 100nm이하인 무방향성 전기강판 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

박물주조를 이용한 전기강판 및 그 제조방법{ELECTRICAL STEEL STEETS USING STRIP CASTING AND METHOD FOR MANUFACTURING THD SAME}
본 발명은 박물주조를 이용한 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속 회전기기에 견딜 수 있는 강도가 높고 철손이 낮은 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 효율적 이용에 대한 관심이 고조됨에 따라, 대형발전기나 하이드리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle) 또는 전기자동차(EV; Electric Vehicle)와 같은 친환경 자동차 등의 전기기기에 사용되는 모터의 효율을 증가시키는 노력이 시도되고 있다. 그 일환으로 BLDC 모터와 같이 주파수를 변조하여 일반적인 모터보다 빠른 회전속도를 얻고자 하는 노력이 진행되고 있다.
하이브리드 자동차나 전기자동차의 구동부에 사용되는 모터의 경우 제한된 크기로 큰 출력을 얻을 필요가 있으며, 10,000rpm 이상의 회전속도가 요구된다. 이러한 경우에 모터의 회전자가 받는 원심력은 회전속도의 제곱에 비례하기 때문에 고속 회전시 일반적인 전기강판이 견딜 수 있는 항복강도를 넘게 되고 이는 모터의 안정성 및 내구성을 위협하는 요인으로 작용한다. 따라서, 고속 회전하는 기기의 회전자에는 고강도의 소재를 필요로 한다.
뿐만 아니라, 모터의 회전자로 사용되는 소재의 경우, 강도 이외에도 고주파에 의해 발생하는 와류 손실을 저감시켜야 할 필요가 있는데, 강도를 향상시킬 목적으로 고강도 탄소강이나 일체형 회전자를 만들게 되면 회전자의 와류 손실이 커지게 되어 모터의 전체적인 효율을 저감시키게 된다. 따라서 고강도 특성과 저철손 특성을 모두 만족시킬 수 있는 전기강판의 제조 기술에 대한 연구를 필요로 하게 되었다. 예를 들어, 강에 페라이트 이외의 조직을 형성하여 강도를 향상시킨 기술과, Nb와 V, Cu 등의 합금원소를 첨가시켜 강도를 향상시킨 기술, 냉간압연 또는 추가가공 이전 상태에서의 결정립 크기를 20㎛ 이상으로 제어하여 철손 특성과 강도 특성을 양립시키고자 하는 기술이 제안된 바 있다.
그러나, Cu를 첨가하는 경우, Cu의 낮은 융점에 의해 연속주조 및 열간압연 재가열시 표면에 결함을 발생시키는 문제가 있다. 특히, Cu를 첨가하게 되면 연속주조시 슬라브 표면의 표면 강도를 떨어뜨려 조업 사고를 발생시키게 되어 생산성에 막대한 영향을 주는 문제가 있었다.
본 발명의 실시예들은 구리를 첨가한 용강을 박물주조법을 이용하여 구리 첨가시 발생할 수 있는 조업성 및 표면 열위를 방지함과 동시에 구리 첨가로 인한 자속밀도 열위를 개선한 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.02% 이하, Si: 4.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.03% 이하, Mn: 0.1~2.0%, Al: 0.3~2.0%, N: 0.003% 이하, Ti: 0.01% 이하, Cu: 1~4% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 전기강판 내의 Cu 석출물의 평균 입경이 100nm이하인 무방향성 전기강판이 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서의 전기강판의 점적률은 98%이상이며, 철손(W10/400)이 25W/Kg이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.02% 이하, Si: 4.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.03% 이하, Mn: 0.1~2.0%, Al: 0.3~2.0%, N: 0.003% 이하, Ti: 0.01% 이하, Cu: 1~4% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 용강을 1~3mm의 주조판으로 주조하는 단계; 상기 주조판을 열간압연을 실시하거나 실시하지 않고 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연한 후 최종소둔을 실시하는 단계; 및 상기 최종소둔된 강판을 냉각하는 단계; 를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 주조하는 단계는, 상기 용강을 1100℃까지 30℃/s 이상의 속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하고, 상기 주조단계 이후에 상기 주조판을 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 최종소둔은 900~1100℃에서 이루어지며, 평균 입경이 0.05~0.2mm가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서의 냉각은 600~900℃에서 이루어지며, 냉각속도가 10℃/s이상인 것을 특징으로 하며, 상기 냉각된 강판을 타발한 후 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서의 열처리는 600℃ 이하의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서의 냉간압연은 1회의 냉간압연 또는 중간소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간압연인 것을 특징으로 하며, 전기강판 내의 Cu 석출물의 평균 입경이 100nm 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들은 구리를 포함한 용강을 이용하여 박물주조함으로써, 구리 첨가에 의한 연속주조에 의해 열취화(hot shortness)에 의한 표면 결함 및 조업 실패 가능성을 최소화하여 자성 및 강도를 향상시키는 효과가 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명에 따른 실시예에서는 자성 및 강도가 우수한 무방향성 전기강판을 제조하기 위하여 특히 구리(Cu) 첨가시 발생하는 표면 및 측면 크랙 결함 문제를 해결하기 위하여, 박물주조(strip casting)을 통해 급속냉각을 하고 과열도(끓는점 대비 용강의 온도)를 제어함으로써 구리 첨가에 의한 결함을 제거함으로써, 강도 및 표면 성상이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하도록 한다.
저철손 고강도 무방향성 전기강판을 제조하기 위해 구리(Cu)를 첨가하는 경우에는 소둔온도를 제어함으로써 제품 내에 미세한 구리 단독 석출물을 증가시킴으로써 철손을 향상시킬 수 있으나, 구리 첨가에 의해 표면 크랙이 발생하여 최종 제품표면에 표면 결함이 남는 문제가 있었다.
본 발명에 따른 실시예에서는 상기의 문제를 해결하기 위하여 주조시 급속냉각을 실시하고, 별도의 열간압연을 생략하는 박물주조법을 이용함으로써 구리 첨가에 의한 조업성 및 표면 결함 문제를 해결하였다.
본 발명에 따른 무방향성 전기강판을 제조하기 위하여 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.02% 이하, Si: 4.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.03% 이하, Mn: 0.1~2.0%, Al: 0.3~2.0%, N: 0.003% 이하, Ti: 0.01% 이하, Cu: 1~4% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하는 용강을 쌍롤 박물주조법을 이용하여 1~3mm의 박물로 주조한다. 상기 박물로 주조하는 과정은 1100℃까지 30℃/s 이상의 속도로 냉각속도를 제어한다.
이후, 상기 박물을 제품 두께까지 냉간압연 및 최종소둔을 실시하는데, 상기 냉간압연은 1회의 냉간압연에 의하거나 중간소둔을 실시한 후 2회 이상의 냉간압연을 실시하는 것이 가능하다. 또한, 최종소둔 단계 이후에는 냉각을 실시하는데, 냉각은 600℃~900℃에서 10℃/s이상의 속도로 실시한다. 이후에는 1시간 이상 600℃ 이하의 온도에서 열처리를 실시하여, 제품내의 Cu 석출물의 평균 입경을 100nm이하로 제어되도록 한다.
본 발명에 따른 실시예에서는 박물주조판을 냉간압연하여 최종소둔을 하는 경우, 냉각온도의 속도를 적절하게 제어함으로써 제품내에 100nm이하의 균일한 Cu 석출물을 형성함으로써, W10/400값으로는 Cu 미첨가 대비 철손 열화율이 20%이내이면서 강도는 30%이상 증가되는 특징을 지닌 무방향성 전기강판을 제조할 수 있다.
통상적인 석출물을 활용한 고강도 전기강판의 경우 철손이 3배 정도 증가되며, 결정립 미세화를 통해 철손이 2배정도 증가됨을 고려했을 때, Cu첨가 제품의 철손 증가률은 상당히 적은 편이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예의 무방향성 전기강판의 성분제한 이유에 대하여 설명한다. 특별히 언급하지 않은 한, 이하에서의 함량은 중량 퍼센트를 의미한다.
[C: 0.02%이하]
탄소(C)는 집합조직을 개선하고 강도를 증가시키는 효과가 있으나, 최종 제품에서 자기시효를 일으켜서 사용 중 자기적 특성을 저하시키므로 본 발명에 따른 실시예에서는 0.02중량% 이하로 함유되도록 한다. 탄소의 함량이 낮을수록 자기적 특성에 유리하므로, 본 발명에 따른 실시예에서는 0.01중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.005중량%로 제한하는 것이 좋다.
[Si: 4.0% 이하]
규소(Si)는 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류 손실을 낮추는 성분으로서 첨가한다. 다만, Si이 4.0%를 초과하여 함유되면 냉간 압연성이 떨어져 판파단이 일어나기 때문에 본 발명에 따른 실시예에서는 Si 함량을 4.0중량% 이하로 제한한다.
[P: 0.1% 이하]
인(P)은 비저항을 증가시키고, 집합조직을 개선하여 자성을 향상시키기 위하여 첨가한다. 다만, 과다 첨가시에는 냉간 압연성이 악화되기 때문에 본 발명에 따른 실시예에서는 P의 함량을 0.1중량% 이하로 제한한다.
[S: 0.03% 이하]
황(S)은 미세한 석출물인 MnS 및 CuS를 형성하여 자기특성을 악화시키기 때문에 낮게 관리해야 하므로, 본 발명에 따른 실시예에서는 S 함량을 0.03중량% 이하로 제한한다.
[Mn: 0.1~2.0%]
망간(Mn)은 0.1% 미만으로 첨가되면 미세한 MnS 석출물을 형성하여 결정성장을 억제하며, 그에 따라 자성을 악화시킨다. 따라서 0.1% 이상으로 첨가하여, MnS 석출물이 조대하게 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, Mn을 0.1% 이상으로 첨가하면 S 성분이 보다 미세한 석출물인 CuS로 석출되는 것을 막아 자성의 열화를 방지할 수 있다. 그러나, Mn이 과도하게 첨가되면 오히려 자성을 떨어뜨리기 때문에 본 발명에 따른 실시예에서는 Mn의 함량을 0.1~2.0중량%로 제한한다.
[Al:0.3~2.0%]
알루미늄(Al)은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는데 유효한 성분이다. Al이 0.3% 미만으로 첨가되면, AlN이 미세하게 석출하여 자성이 열화되고, Al이 2.0%를 초과하여 첨가되면 가공성이 열화되므로, 본 발명에 따른 실시예에서는 Al 함량을 0.3~2.0중량%로 제한한다.
[N:0.003% 이하]
질소(N)는 모재 내부에 미세하고 긴 AlN 석출물을 형성하여 결정립 성장을 억제하여 철손을 열위시키므로 가급적 적게 함유시키는 것이 바람직하며, 본 발명에 따른 실시예에서는 N 함량을 0.003중량% 이하로 제한한다.
[Ti:0.01% 이하]
티타늄(Ti)은 미세한 TiN과 TiC 석출물을 형성하여 결정립 성장을 억제하여 강도를 증가시키나, 본 발명에 따른 실시예에서는 Cu 석출물에 의한 강도 향상을 목적으로 하기 때문에 이에 의한 효과를 사용하지 않는다. 따라서, Ti 첨가에 의한 자성 열화를 최소화해야 한다. Ti가 0.01%를 초과하여 함유되는 경우, 많은 미세한 석출물이 발생하여 집합조직을 나쁘게 하여 자성을 악화시키므로, 본 발명에 따른 실시예에서는 Ti 함량을 0.01% 이하로 제한한다.
[Cu:1~4%]
구리(Cu)는 강 중에 단독 석출상으로 존재하여 강도를 증가시키는 주요 원소이다. Cu의 함량이 1%미만인 경우에는 그 효과가 미미하며, 4% 초과인 경우에는 석출물의 크기가 조대화되고, 강도가 감소하며, 자성도 열위해지기 때문에 본 발명에 따른 실시예에서는 1~4중량%로 제한한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.02% 이하, Si: 4.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.03% 이하, Mn: 0.1~2.0%, Al: 0.3~2.0%, N: 0.003% 이하, Ti: 0.01% 이하, Cu: 1~4% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 용강을 쌍롤 박물주조설비를 이용하여 1~3mm의 박물로 직접 박물주조한다. 이때, 주조시 주조속도, 끓는점과 용강온도 차이에 기초한 롤 표면 재질 등은 작업성을 고려하여 선택하고, Cu의 녹는점 온도인 1100℃부근까지 30℃/s이상의 속도로 냉각시킨다.
이는 연속주조 또는 열연판 재가열시 Cu의 녹는점이 1080℃로 Fe보다 현저히 낮기 표면에 Cu첨가에 의해 결함이 생기기 때문이다. 게다가, Cu는 용강 응고 온도에서 1100℃ 부근까지는 Fe내에 고용이 안되고, Fe대비 산화력이 떨어지기 때문에 액상으로 표면이나 결정립 계면에 존재함으로써 주조시 응고 쉘의 기계적 특성을 저하시켜 조업 중 슬라브를 파괴시키거나, 열연판 재가열시 표면에 크랙을 발생시키는 원인이 된다. 따라서, 용강 내의 Cu가 표면이나 결정립 계면에 확산되는 시간을 감소시킴으로써 이러한 현상을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예의 박물주조법에서는 박물주조후 두께가 얇아 용강에서 1100℃ 근처까지 냉각되는 속도를 30℃/s이상으로 제어할 수 있으며, 나아가 박물주조 후, 열연판 재가열 소둔이 필요가 없기 때문에 Cu 석출에 의한 표면 열화를 근본적으로 방지할 수 있다. 이 때, 상기 박물의 두께가 3mm를 초과하면 냉각속도가 저감될 수 있고, 이후 냉각압연시 냉연률이 증가하여 자성에 악영향을 줄 수 있는 반면, 두께가 1mm 미만인 경우에는 자성 및 냉각속도 측면에서는 유리하나, 조업생산이 늦어 생산성이 떨어지고 나아가 작업안정성이 나빠지므로 본 발명에 따른 실시예에서는 박물주조판의 두께를 1~3mm로 한정한다.
본 발명에 따른 실시예에서는 상기 박물주조 이후 집합조직 개선의 목적으로 주조판 소둔을 할 수 있고, 생략할 수도 있다. 일반적인 열연판의 경우에는 압연조직이 그대로 남아 있어 이를 냉간압연 할 경우 자성에 불리한 집합조직인 <111> 집합조직이 늘어날 가능성이 있으나, 주조판의 경우에는 자성에 유리한 <001>집합조직이 많을 뿐만 아니라 결정립 크기가 조대하여 냉간압연 전 별도의 소둔이 필요없다. 그러나, 주조판 산세를 쉽게 하거나, 박물주조시 중간열간압연 등의 영향으로 미세화된 결정립들을 성장시키기 위하여 소둔을 실시할 수도 있다.
상기와 같이 주조판 소둔을 실시하거나 또는 생략한 다음, 이를 산세하고, 냉간압연하여 원하는 판두께의 냉연판을 제조한다. 냉간압연은 1회의 냉간압연에 의하여 실시하거나 또는 필요에 따라 중간소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간압연을 실시하는 것도 가능하다.
이후에는 냉간압연된 냉연판을 최종소둔한다. 본 발명에 따른 실시예의 최종소둔시에는 표면의 산화를 방지하기 위해 수소를 5%이상 첨가하고 노점(dew point)를 영하로 관리한다. 철손을 최적화시키기 위해 결정립 크기를 0.05~0.2mm크기가 되도록 소둔하며 이때의 소둔온도는 900~1100℃이고 시간은 작업성 등을 고려하여 5분 이내가 된다. 일반적으로 강도 증가를 위해서는 열처리 온도를 약 700℃까지 낮춰 결정립의 입경을 미세화함으로써 강도를 향상시키는데, 본 발명에 따른 실시예에서는 소둔온도를 낮추면 철손이 나빠지고, 구리를 단독으로 석출시킴으로써 강도를 증가시키는 것이므로 상기 온도 범위에서 소둔을 실시한다. 또한, 최종소둔시의 결정립의 크기가 만약 0.05mm보다 작거나 0.2mm보다 크다면 철손이 나빠지므로 본 발명에 따른 실시예에서는 최종소둔시의 결정립의 크기를 0.05~0.2mm로 한정한다.
상기 최종소둔 후 900℃에서 600℃로 냉각되는 과정에서 냉각속도를 10℃/s이상으로 제어하는데, 냉각속도가 10℃/s 미만인 경우 Cu 석출물이 100nm이상으로 조대하게 석출되며, Cu 석출물이 조대화될 경우 철손 및 강도가 열위하게 되므로, 본 발명에 따른 실시예에서는 최종소둔 후 냉각시 냉각속도를 10℃/s이상으로 유지한다.
만약, 석출물이 100nm보다 크면, 자기 도메인 벽의 두께보다 석출물의 크기가 커지기 때문에 자기 도메인의 이동에 큰 장애가 발생하여 철손이 증가하게 되고, 나아가 크기가 커질 경우 전체적인 석출물의 양이 감소하고 전위의 이동에 대한 억제력이 감소하여 강도가 작아지게 된다.
최종소둔된 제품은 타발 및 적층 이후, 타발면의 응력해소를 통해 자성을 향상시키기 위해 열처리 과정을 거치는 경우가 있는데, 이 때 600℃ 이상으로 1시간 이상 열처리 할 경우 Cu 석출물이 조대화되어 철손이 열화되고 강도가 떨어진다. 따라서 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 열처리시 온도를 600℃이하로 제한함으로써 제품이 가진 저철손 고강도 특성을 유지하도록 한다.
이하에서는 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
중량 퍼센트로, 하기 표 1에 나타낸 것과 같은 조성의 합금성분과 표 2에 나타난 Cu를 포함하며 기타 불순물로 이루어지는 용강을 슬라브 연속주조 또는 박물주조를 통하여 표 2에 나타난 것과 같은 두께로 주조하였다. 슬라브로 연속주조한 경우에는 이를 다시 1150℃로 재가열한 다음, 2.1mm로 열간압연하여 열연판을 제조하였으며, 650℃에서 권취한 후, 공기중에서 냉각하고 1040℃에서 2분 동안 열연판 소둔을 실시하였다. 이어서, 열연판을 산세한 후, 0.35mm 두께가 되도록 냉간압연을 실시하였다. 박물주조를 한 경우에는 주조직후 650℃에서 권취한 후, 공기중에서 냉각하고, 산세한 후 0.35mm 두께가 되도록 냉간압연을 실시하였다. 위 두 가지의 다른 조건을 거쳐 만들어진 냉연판은 수소 20%, 질소 80%의 분위기조건하에서 결정립 크기가 0.1mm가 되도록 소둔하였으며, 이후 최종 제품판을 적층하여 점적률을 측정하였다. 상기 점적률(Space Factor)이란 정해진 공간 면적 중 유효한 부분의 면적이 차지하는 비율을 의미하는 것으로 전기강판의 경우에는 전기강판을 코어 형태로 타발 가공하여 다수 개를 적층시킬 때의 코어간 밀착성을 의미한다. 보다 구체적으로는 다수 개의 전기강판을 적층하였을 때 적층 높이 중 전기강판이 차지하는 비율을 의미한다. 따라서 전기강판의 표면에 돌기가 형성되어 있는 경우에는 점적률이 그만큼 낮아지게 된다.
표 2의 냉각속도는 1500℃에서 1100℃까지 슬라브 또는 주조판이 냉각되는 속도를 의미하며, 표면 크랙 깊이는 슬라브 또는 주조판이 완전 냉각후 표면에 발생한 크랙의 깊이를 의미한다. 최종 제품판 점적률은 30mmX305mm 최종소둔판을 압연방향 20매, 직각방향 20매를 적층했을 때 실제높이 중 소재가 차지하는 양을 측정하여 그 분율로 측정하였다.
하기 표 1에서 각각의 성분 함량의 단위는 중량 퍼센트(wt%)이다.
강종 Si Al Mn C N S Ti P
A 3.1 1.1 0.2 0.003 0.002 0.0015 0.002 0.01
B 1.9 0.3 0.2 0.004 0.002 0.0015 0.003 0.02
시편번호 강종 Cu함량
(중량%)		 주조판
두께(mm)		 냉각속도
(℃/s)		 표면 크랙 깊이(㎛) 최종 제품판 점적률(%) 비고
1 A 1.2 2.1 90 3 98.5 발명재1
2 A 3.1 2.1 90 2 98.8 발명재2
3 A 2 250
(슬라브)		 0.5 34 96.2 비교재1
4 A 2 2 10 8 97.2 비교재2
5 A 2 2.1 18 7 97.5 비교재3
6 A 2 2 28 6 97.8 비교재4
7 A 2 2 50 2 98.5 발명재3
8 A 2 2.1 90 1 98.6 발명재4
9 B 1.2 2.1 90 4 98.5 발명재5
10 B 3.1 2.1 90 3 98.7 발명재6
11 B 2 250
(슬라브)		 0.5 32 96.1 비교재5
12 B 2 2 20 9 97.3 비교재6
13 B 2 2.1 18 8 97.4 비교재7
14 B 2 2 28 6 97.2 비교재8
15 B 2 2 50 1 98.1 발명재7
16 B 2 2.1 90 1 98.3 발명재8
표 2의 결과로부터, 슬라브로 주조한 경우에는 표면에 깊은 크랙이 발생하여 최종 제품판의 점적률이 나빠지는 것을 알 수 있고, 박물주조한 경우로 냉각속도를 30℃/s이상으로 한 경우에는 점적률이 98% 이상인 것을 알 수 있다.
비교재 1의 경우, 통상적인 슬라브 연속주조를 하였으며 이때의 슬라브 냉각속도는 0.5℃/s였고, 이때 표면에는 30㎛ 이상의 깊이를 가진 크랙홈이 발생하였고, 추후 열연판 재가열 과정에서 더욱 확대되었다. 이 크랙홈은 추후 냉간압연이 진행된 이후에도 결함으로 남아 점적률이 비교적 낮게 되는 원인이 되었다.
비교재 2~4, 6~8의 경우, 냉각속도가 30℃/s 이하로 표면에 Cu에 의한 크랙홈이 관찰되었으며 이에 의해 냉간압연 및 최종소둔후에도 결함으로 남아 점적률이 98%미만이 되었다. 발명재 1~8까지는 표면 크랙에 의한 결함이 적어 일반적인 전기강판 점적률인 98%를 넘게 된 것을 알 수 있다. 따라서, 통상적인 슬라브 연속주조에 의한 방법을 사용하였을 경우 Cu가 포함되면 표면 결함이 발생하는 원인이 되나 박물주조시 냉각속도를 30℃/s 이상으로 조업을 진행하였을 경우 Cu를 포함하여 작업하여도 무방한 것을 알 수 있다.
중량 퍼센트로, 상기 표 1의 A에 나타낸 것과 같은 조성의 합금성분과 표 3에 나타난 Cu를 포함하며 기타 불순물로 이루어지는 용강을 박물주조를 통하여 2.1mm 두께로 주조하였다. 주조직후 650℃에서 권취한 후, 공기중에서 냉각하고, 산세한 후 0.35mm 두께가 되도록 냉간압연을 실시하였다. 냉연판은 수소 20%, 질소 80%의 분위기조건하에서 결정립 크기가 0.1mm가 되도록 소둔하였으며, 최종 소둔후 냉각시 900℃에서 600℃까지의 소둔온도를 표 3의 조건으로 냉각하였다. 최종 제품판은 표 3의 조건으로 2시간 동안 100% 질소분위기 조건에서 열처리하였다. 소둔 후 제품판에 있는 Cu석출물의 평균 크기를 분석하기 위해 TEM을 이용하여 5000배의 배율로 10시야를 관찰하였다.
자성은 60X60mm2 크기의 단판 측정기를 이용하여 압연 방향과 압연 직각 방향으로 측정하고 이를 평균하여 구하였으며, 항복강도는 KS 13B 규격의 시편을 제작하여 인장실험을 실시하고 0.2% 오프셋(offset)에서의 값으로 결정하였다.
시편번호 강종 Cu 함량
(중량%)		 최종소둔 후 냉각속도 (℃/s) 열처리 온도
(℃)		 Cu 석출물 크기 (nm) W10/400
(W/Kg)		 항복
강도
(Mpa)		 비고
1 A 0.5 15 - 30 19 430 비교재1
2 A 1.2 15 - 40 20 550 발명재1
3 A 2.5 15 - 45 21 650 발명재2
4 A 3.8 15 - 90 25 720 발명재3
5 A 4.2 15 - 120 29 700 비교재2
6 A 2 5 - 105 28 550 비교재3
7 A 2 8 - 101 26 540 비교재4
8 A 2 11 - 60 21 630 발명재4
9 A 2 15 - 50 20 642 발명재5
10 A 2 15 400 55 21 670 발명재6
11 A 2 15 500 60 22 720 발명재7
12 A 2 15 600 100 26 560 비교재5
13 A 2 15 700 150 35 450 비교재6
상기 표 3의 결과로부터, Cu함량이 1~4%일 때, 그리고 최종소둔 후 냉각속도가 10℃/s이상이고, 열처리 온도가 600℃ 이하이며, 석출물 크기가 100nm이하인 경우에 항복강도 및 철손이 최적화됨을 알 수 있었다.
비교재 1은 석출물의 크기는 미세하나 Cu의 함량이 적어 500MPa미만의 강도를 가지게 됨으로써 고강도강으로 사용할 수 없었으며, 비교재 2는 Cu함량이 4%를 초과하여 Cu 석출물이 지나치게 조대화되어 강도는 높으나 철손이 25W/Kg이상으로 높았다. 비교재 3~4는 Cu함량은 적정하나 최종소둔시 냉각속도가 10℃/s미만으로 석출물이 조대화되어 강도 및 철손이 열위해졌으며, 비교재 5~6은 열처리 온도가 지나치게 높아 같은 이유로 특성이 열위해졌다.
발명재 1~7은 최종소둔 후 냉각속도 및 열처리 온도가 적정하여 550MPa이상으로 Cu 미첨가시에 비해 30%이상 강도가 향상되었으며, 철손도 25W/Kg이하로 양호하였다.
이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.02% 이하 (0%를 포함하지 않음), Si: 4.0% 이하 (0%를 포함하지 않음), P: 0.1% 이하 (0%를 포함하지 않음), S: 0.03% 이하 (0%를 포함하지 않음), Mn: 0.1~2.0%, Al: 0.3~2.0%, N: 0.003% 이하 (0%를 포함하지 않음), Ti: 0.01% 이하 (0%를 포함하지 않음), Cu: 1~4% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 전기강판 내의 Cu 석출물의 평균 입경이 100nm이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기강판의 점적률이 98%이상인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    철손(W10/400)이 25W/Kg이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  4. 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.02% 이하 (0%를 포함하지 않음), Si: 4.0% 이하 (0%를 포함하지 않음), P: 0.1% 이하 (0%를 포함하지 않음), S: 0.03% 이하 (0%를 포함하지 않음), Mn: 0.1~2.0%, Al: 0.3~2.0%, N: 0.003% 이하 (0%를 포함하지 않음), Ti: 0.01% 이하 (0%를 포함하지 않음), Cu: 1~4% 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 용강을 1~3mm의 주조판으로 주조하는 단계;
    상기 주조판을 열간압연을 실시하거나 실시하지 않고 냉간압연하는 단계;
    상기 냉간압연한 후 최종소둔을 실시하는 단계; 및
    상기 최종소둔된 강판을 냉각하는 단계;
    를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주조하는 단계는,
    상기 용강을 1100℃까지 30℃/s 이상의 속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 주조단계 이후에 상기 주조판을 소둔하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 최종소둔은 900~1100℃에서 이루어지며, 평균 입경이 0.05~0.2mm가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 냉각은 600~900℃에서 이루어지며, 냉각속도가 10℃/s이상인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 냉각된 강판을 타발한 후 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열처리는 600℃ 이하의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  11. 제4항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 냉간압연은 1회의 냉간압연 또는 중간소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간압연인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  12. 제4항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 전기강판 내의 Cu 석출물의 평균 입경이 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
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