KR101587967B1 - 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트, 그로부터 제조된 부품, 및 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트를 제조하는 방법 - Google Patents

무방향성 전기 강 스트립 또는 시트, 그로부터 제조된 부품, 및 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 철 및 불가피한 불순물과 함께, 중량%로, Si: 1.0% 내지 4.5%, Al: 2.0% 이하, Mn: 1.0% 이하, C: 0.01% 이하, N: 0.01% 이하, S: 0.012% 이하, Ti: 0.1% 내지 0.5%, P: 0.1% 내지 0.3%를 함유하고, Ti 함량(%Ti)과 P 함량(%P)의 비(%Ti/%P)에 대하여 1.0 ≤ %Ti/%P ≤ 2.0이 적용되는 강으로 이루어진 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트와, 전기공학적 용도를 위하여 그와 같은 시트 또는 스트립으로부터 제조된 부품은, 증가된 강도 및 그와 동시에 양호한 자기적 물성을 특징으로 한다. 본 발명에 다른 NGO 시트 또는 스트립은, 전술한 조성을 갖는 강으로 이루어진 열간 스트립을 냉간 스트립으로 냉간 압연하고 이 냉간 스트립을 최종 소둔 공정에 의해 소둔함으로써 제조될 수 있다. NGO 스트립 또는 시트의 특정 물성을 특히 강조하기 위하여, 본 발명은 이러한 최종 소둔 공정의 여러 변형예들을 제공한다.

Description

무방향성 전기 강 스트립 또는 시트, 그로부터 제조된 부품, 및 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트를 제조하는 방법{NON-GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL STRIP OR SHEET, COMPONENT PRODUCED THEREFROM, AND METHOD FOR PRODUCING A NON-GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL STRIP OR SHEET}
본 발명은 전기공학적 용도(electrotechnical application)의 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트, 그와 같은 전기 강 스트립 또는 시트로부터 제조된 전기공학적 부품, 및 전기 강 스트립 또는 시트를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
산업계에서 "NGO 전기 강 스트립 또는 시트"라고 지칭되기도 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트는 회전 전기 기계의 철심(iron core) 내의 자속(magnetic flux)을 강화하기 위하여 사용된다. 그와 같은 시트는 전형적으로 전기 모터 및 발전기에 사용된다.
그와 같은 기계의 효율을 향상시키기 위하여, 작동 중에 회전하는 부품들 각각에는 가능한 최고 회전 속도 또는 최대 직경이 요구된다. 이러한 경향에 의하여, 해당 유형의 전기 강 스트립 또는 시트로부터 제조된 전기 관련 부품은, 현재 이용 가능한 유형의 NGO 전기 강 스트립에 의해서는 때로는 충족될 수 없는 높은 기계적 부하에 노출된다.
미국 특허 공보 제US 5,084,112호로부터, 적어도 60kg-f/mm2(대략 589MPa)의 항복점(yield point)을 가지며, 철 및 불가피한 불순물과 함께, (중량%로) 최대 0.04% C, 2.0% 이상 4.0% 미만의 Si, 최대 2.0% Al, 최대 0.2% P 및 그룹 "Mn, Ni" 중에서 적어도 하나의 원소를 함유하고, Mn과 Ni의 합계 함량이 적어도 0.3%이고 최대 10%인 강으로부터 제조된 NGO 전기 강 스트립 또는 시트가 공지되어 있다.
탄질화물(carbon nitride)의 형성에 의해 강도 증가를 얻기 위하여, 상기 공보 제US 5,084,112호로부터 공지된 강은 그룹 "Ti, V, Nb, Zr" 중에서 적어도 하나의 원소를 함유하며, Ti 또는 V가 존재하는 경우에는, 강의 각각 불가피한 N 함량(%N)과 C 함량(%C)에 대하여 Ti의 함량(%Ti)과 V 함량(%V)은 [0.4x(%Ti+%V)]/[4x(%C+%N)] < 4.0의 조건을 만족하여야 한다. 강도-증가 효과는 강 내의 인의 존재에 또한 기인한다. 그러나, 인은 결정립계 취화를 일으킬 수 있으므로, 높은 함량의 인의 존재는 권장되지 않는다. 심각한 것으로 고려되는 이러한 문제에 대처하기 위하여, 0.001% 내지 0.007%의 추가 B 함량이 제안된다.
그와 같이 구성된 강은 상기 공보 제US 5,084,112호에 따라 슬라브로 주조되고, 이어서 열간 스트립으로 열간 압연되고 선택적으로 소둔되고 산세되며, 그 후에 특정 최종 두께를 갖는 냉간 스트립으로 냉간 압연된다. 얻어진 냉간 스트립은 그 후에 재결정 소둔 공정을 거치며, 이 공정에서 적어도 650℃이고 900℃ 미만인 소둔 온도에서 소둔된다.
강 내에 유효 함량의 Ti 및 P와, B, N, C, Mn 및 Ni가 동시에 존재하는 경우에, 상기 공보 제US 5,084,112호에 따라 제조된 NGO 전기 강 스트립 또는 시트는 적어도 70.4kg-f/mm2(688MPa)의 항복점을 달성하지만, 그와 동시에 히스테리시스 손실(P1 .5)은 0.5mm의 시트 두께의 경우에 1.5 테슬라(Tesla)의 분극(polarisation)과 50Hz의 주파수에서 적어도 6.94W/kg이다. 그와 같은 높은 히스테리시스 손실은 현재의 전기공학적 용도에 있어서는 허용되지 않는다. 더욱이, 그와 같은 많은 용도의 경우에, 히스테리시스 손실은 더 높은 주파수에서 매우 중요하다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 증가된 강도, 특히 높은 항복점 및 양호한 자기 특성, 특히 높은 주파수에서의 낮은 히스테리시스 손실을 동시에 갖는 NGO 전기 강 스트립 또는 시트와, 그와 같은 시트 또는 스트립으로부터 제조된 전기공학적 용도의 부품을 규정하는 것이다. 또한, 그와 같은 NGO 전기 강 스트립 또는 시트를 제조하기 위한 방법이 규정되어야 한다.
NGO 전기 강 스트립 또는 시트와 관련하여, 이러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 1에 규정된 조성을 갖는 NGO 전기 강 스트립 또는 시트에 의하여 달성된다.
이에 대응하여, 전기공학적 용도의 부품과 관련하여, 본 발명에 따른 전술한 목적은 본 발명에 따른 NGO 전기 강 시트 또는 스트립으로부터 그와 같은 부품을 제조함으로써 달성된다.
마지막으로, 방법과 관련하여, 전술한 목적은 본 발명에 따른 전기 강 스트립 또는 시트를 제조할 때에 청구항 8에 규정된 제조 단계들을 적어도 실시함으로써 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태들은 종속 청구항들에 기재되어 있고, 본 발명의 전체적 사상과 함께 이하에 상세히 설명되어 있다.
본 발명에 따라 구성된 전기공학적 용도의 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트는, (중량%로) 1.0% 내지 4.5% Si, 특히 2.4% 내지 3.4% Si, 최대 2.0% Al, 특히 최대 1.5% Al, 최대 1.0% Mn, 최대 0.01% C, 특히 최대 0,006% C, 특히 바람직하게는 최대 0.005% C, 최대 0.01% N, 특히 최대 0.006% N, 최대 0.012% S, 특히 최대 0.006% S, 0.1% 내지 0.5% Ti, 0.1% 내지 0.3% P 및 잔부로서 철과 불가피한 불순물을 함유하는 강으로부터 제조되며, Ti 함량(%Ti)과 P 함량(%P)의 비(%Ti/%P)에 대해서는 아래와 같이 적용된다.
1.0 ≤ %Ti/%P ≤ 2.0
본 발명은 강도를 증가시키기 위하여 FeTi 인화물(FeTiP)을 이용한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 1.0 중량% 내지 4.5 중량%의 Si 함량, 특히 실용성-지향적 실시 형태에 있어서 2.4 중량% 내지 3.4 중량%의 Si 함량을 함유하는 규소 강은, 미세한 FeTiP 석출물을 형성하고 석출 경화에 의하여 NGO 전기 강 스트립 또는 시트의 강도를 증가시키기 위하여, 티타늄 및 인과 합금화된다.
강 내의 Si, C, N, Si, Ti 및 P의 함량이 각 경우에 (중량%로) 2.4% 내지 3.4% Si, 최대 0.005% C, 최대 0.006% N, 최대 0.006% S, 최대 0.5% Ti 또는 최대 0.3% P로 선택적으로 제한되면, 본 발명에 따라 전기 강 스트립 또는 시트의 합금화의 특히 실용성-지향적 실시 형태가 달성된다. 본 발명에 따른 강 내에는, 최대 2.0% Al 및 최대 1.0% Mn이 추가로 존재할 수 있다.
본 발명은, 강도를 증가시키기 위하여, 이러한 목적으로 일반적으로 이용되는 탄질화물 대신에 FeTi 인화물을 이용한다. 이러한 방식으로, 한편으로는, 높은 C 및/또는 N 함량으로 인하여 발생할 수 있는 자기 시효(magnetic aging)가 방지될 수 있다. 충분한 절대량의 Ti 및 P 각각의 동시 존재와 함께, P 함량(%P)에 대한 Ti 함량(%Ti)의 비가 청구항 1에 규정된 비를 동시에 만족하는 것이 필수적이며, 이에 따라 본 발명에 따른 전기 강 스트립 또는 시트의 인 함량에 대한 티타늄의 함량의 비는 각 경우에 1.0 이상이고 그와 동시에 2.0 이하이다. 충분히 높은 강도와 함께 양호한 전자기 특성이 또한 보장될 수 있도록, Ti 및 P의 함량과 이들의 비에 대하여 본 발명에 따라 규정된 좁은 범위를 유지함에 의해서만, 본 발명에 따라 구성된 전기 강 시트 또는 스트립이 FeTiP 입자의 충분한 수와 충분한 분포를 가질 수 있다. 본 발명에 따라 %P에 대한 %Ti의 비를 설정함으로써, 한편으로는, 본 발명에 따른 전기 강 스트립 또는 시트 내에 취화를 일으키는 인의 유해 과잉(damaging excess)이 방지되고, 다른 한편으로는, 본 발명에 따라 규정된 비에 의하여 티타늄의 지나친 과잉(inordinate excess)이 또한 방지된다. 그와 같은 Ti 과잉은 전기 강 스트립 또는 시트의 자기 특성에 악영향을 미치는 티타늄 질화물의 형성을 초래할 수 있다.
본 발명은, Ti 및 P의 함량이 가급적 낮은 편차를 갖고 1.55의 화학량론 비에 해당하면, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강 시트 또는 스트립 내에 본 발명에 따라 활용되는 Ti 및 P의 동시 존재의 최대 효과가 달성될 수 있다는 지견으로부터 전개된다. 따라서, 이러한 지견을 고려함과 동시에 실용적으로 특히 중요한 본 발명의 실시 형태는, Ti 함량(%Ti)과 P 함량(%P)의 비(%Ti/%P)에 대하여 적용하기 위하여, 다음과 같이 규정한다.
1.43 ≤ %Ti/%P ≤ 1.67
본 발명에 따른 강 조성에 의하여 형성될 수 있는 FeTiP 입자는, 0.1㎛보다 훨씬 작은 직경을 안정적으로 갖는다. 이는, 이종 원자(foreign atom), 전위, 결정립계 또는 다른 상(phase)의 입자와 같은 격자 결함(lattice imperfection)의 수에 따라 재료의 강도가 증가하더라도, 이러한 격자 결함이 재료의 자기 특성 값에 악영향을 미친다는 효과를 고려한다. 본질적으로 공지된 바와 같이, 입자 크기가 블로호 벽(Bloch wall) 두께(자화가 다른 자구(magnetic domain)들 사이의 천이 영역)의 범위 내에 있을 때에, 즉 대략 0.1㎛일 때에, 악영향은 가장 크다. 강도를 증가시키기 위하여 본 발명에 따라 상당히 작은 입자들이 이용되므로, 이러한 악영향은 크더라도 본 발명에 따른 전기 강 시트 내에서 현저하게 최소화된 형태로 발생한다. 0.1㎛보다 훨씬 큰 FeTiP 입자들이 때로는 본 발명에 따른 재료 내에 존재할 수도 있다. 그러나, 이 입자들이 본 발명에 따른 제품의 물성에 최대한으로 영향을 미치더라도, 그 영향은 무시할 정도이다.
본 발명에 따른 조성의 합금에 있어서, 높은 함량의 탄소 또는 질소와 함께 탄질화물을 형성함으로써 강도를 증가시키기 위하여 일반적으로 합금화되는 Nb, Zr 또는 V와 같은 미세-합금 원소들은 더 이상 필요하지 않다. 높은 함량의 C와 N은, 실제 사용 중에 재료의 바람직하지 않은 자기 시효를 수반하므로, 그에 따른 조성의 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트의 자기 특성에 악영향을 미친다. 따라서, 본 발명에 따르면, 강도의 증가는 자기 시효를 일으키는 탄소 및/또는 질소의 존재에 의해 보조되는 것이 아니라, 입자 경화에 의하여, 즉 FeTiP 석출물의 존재에 의하여 달성된다.
그에 따라, 본 발명에 따른 조성의 전기 강 스트립 또는 시트는, 1.0 테슬라의 분극과 400Hz의 주파수에서, 0.5mm의 전기 강 밴드(band) 또는 시트의 두께에 대해서는 최대 65W/kg이고 0.35mm의 두께에 대해서는 최대 45W/kg인 히스테리시스 손실(P1.0/400)을 안정적으로 갖는다. 그와 동시에, 유효 함량의 Ti 및 P를 함유하지 않지만 그 외의 관점에서 본 발명에 따른 합금에 상응하는 함량의 기타 합금 원소를 함유하는 종래 구성의 합금에 비하여, 적어도 60MPa의 항복점 증가를 안정적으로 달성한다.
본 발명에 따른 방법은, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트가 신뢰적으로 제조되는 것을 가능하게 하도록 설계된다.
이러한 목적으로, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강 시트 또는 스트립에 대하여 전술된 방식으로 구성된 열간 스트립이 우선 제공되고, 이어서 냉간 압연되고 냉간 압연 스트립으로서 최종 소둔 공정을 거친다. 최종 소둔 후에 얻어진 최종 소둔 냉간 스트립은 본 발명에 따른 조성으로 구성된 전기 강 스트립 또는 시트를 나타낸다.
본 발명에 따라 제공된 열간 스트립은 최대로 가능한 정도로 일반적인 방법으로 제조될 수 있다. 이러한 목적으로, 본 발명에 따른 규정에 해당하는 조성 중량%로 Si: 1.0% 내지 4.5%, Al: 최대 2.0%, Mn: 최대 1.0%, C: 최대 0.01%, N: 최대 0.01%, S: 최대 0.012%, Ti: 0.1% 내지 0.5% 및 P: 0.1% 내지 0.3%을 함유하고, 잔부는 철 및 불가피한 불순물이며, Ti 함량(%Ti)과 P 함량(%P)의 비(%Ti/%P)에 대하여 1.0 ≤ %Ti/%P ≤ 2.0이 적용되는 강 용탕이 용해될 수 있고, 일반적인 제조의 경우에 슬라브 또는 박슬라브일 수 있는 반-마무리 제품으로 주조될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 석출물 형성 공정은 응고 후에 실시되므로, 강 용탕은 원론적으로 주조 스트립으로 주조된 후에 열간 스트립으로 열간 압연될 수도 있다.
그와 같은 방식으로 제조된 반-마무리 제품은 그 후에 1020℃ 내지 1300℃의 반-마무리 제품 온도로 유지될 수 있다. 이러한 목적으로, 반-마무리 제품은 필요하다면 재-가열되거나, 주조 열을 이용하여 각 목표 온도에서 유지된다.
그와 같은 방식으로 가열된 반-마무리 제품은 그 후에 전형적으로 1.5mm 내지 4mm, 특히 2mm 내지 3mm의 두께를 갖는 열간 스트립으로 열간 압연될 수 있다. 열간 압연은 1000℃ 내지 1150℃의 열간-압연 개시 온도에서 본질적으로 공지된 방식으로 개시되고, 700℃ 내지 920℃, 특히 780℃ 내지 850℃의 열간-압연 종료 온도에서 종료된다.
얻어진 열간 스트립은 그 후에 권취 온도까지 냉각되고 코일로 권취될 수 있다. 권취 온도는, 후에 실시되는 냉간 압연과 관련된 문제들을 방지하기 위하여, Fe-Ti 인화물의 석출이 방지되도록 이상적으로 선정된다. 실용적으로, 이러한 목적을 위한 권취 온도는 예를 들면 최대 700℃이다.
선택적인 구성으로서, 열간 스트립은 열간-스트립 소둔 공정을 거칠 수 있다.
제공된 열간 스트립은 전형적으로 0.15mm 내지 1.1mm, 특히 0.2mm 내지 0.65mm 범위의 두께를 갖는 냉간 스트립으로 냉간 압연될 수 있다.
마지막의 최종 소둔 온도는 강도 증가를 위하여 본 발명에 따라 이용되는 FeTiP 입자의 형성에 결정적인 기여를 한다. 그와 동시에, 최종 소둔 공정의 소둔 조건을 변경함으로써, 더 높은 강도 또는 더 낮은 히스테리시스 손실을 위하여 재료 물성을 선택적으로 최적화하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 제1 변형예에 따라, 최종 소둔 중에 연속 소둔로 내에서 완료되는 2-단계 단-시간 소둔 공정(two-stage short-term annealing process)에 냉간 스트립을 통과시킴으로써, 390MPa 내지 550MPa의 범위의 항복점 및 0.35mm의 스트립 두께에서 27W/kg 미만이고 0.5mm의 스트립 두께에서 47W/kg 미만인 히스테리시스 손실(P1.0/400)을 갖는 본 발명에 따른 무방향성 전기 강 시트 또는 스트립이 특히 신뢰적으로 얻어질 수 있는데, 냉간 스트립은 우선 제1 소둔 단계(d.1)에서 적어도 900℃ 최대 1150℃의 소둔 온도에서 1초 내지 100초의 소둔 시간 동안 소둔된 후에, 제2 소둔 단계(d.2)에서 500℃ 내지 850℃의 소둔 온도에서 30초 내지 120초의 소둔 시간 동안 소둔된다. 이러한 변형예에 있어서, 이미 존재할 수 있는 FeTiP 석출물은 제1 소둔 단계(d.1)에서 용해되고 미세조직의 완전 재결정이 일어난다. 제2 소둔 단계(d.2)에서는, 목표로 하는 FeTiP 입자의 석출이 일어난다.
전술한 2-단계 단-시간 소둔 공정 후에 얻어진 무방향성 전기 강 시트 또는 스트립의 강도 수준을 더욱 향상시키기 위하여, 2-단계 단-시간 소둔 공정 후에, 벨-형 소둔로(bell-type annealing furnace) 내에서 550℃ 내지 660℃의 온도에서 0.5h 내지 20h의 소둔 시간에 걸쳐서 냉간 스트립이 소둔되는 장-시간 소둔 공정이 실시될 수 있다. 이러한 추가적인 장-시간 소둔 공정에 의하여 얻어질 수 있는 항복점의 증가는 안정적으로 적어도 50MPa이다.
본 발명에 따른 방법의 제2 변형예에 따라, 연속 소둔로 내에서 750℃ 내지 900℃의 소둔 온도에서 20초 내지 250초의 소둔 시간 동안 냉간 스트립이 소둔되는 단-시간 소둔 공정으로서 최종 소둔을 실시함으로써, 0.35mm 두께의 전기 강 또는 스트립에 대하여 500MPa 내지 800MPa의 항복점 및 45W/kg 미만의 히스테리시스 손실(P1.0/400)을 갖는 무방향성 강 시트 또는 스트립이 제조될 수 있다. 그와 같은 실시에 있어서, 낮은 소둔 온도로 인하여, 미세조직의 완전 재결정은 달성되지 않는다. 그러나, 바람직한 강도-증가 FeTiP 석출물이 형성된다.
본 발명에 따른 제3 변형예에 따라, 벨-형 소둔로 내에서 600℃ 내지 850℃의 소둔 온도에서 0.5h 내지 20h에 이르는 소둔 시간에 걸쳐서 냉간 스트립이 소둔되는 장-시간 소둔 공정으로서 최종 소둔을 실시함으로써, 0.35mm 두께의 전기 강 시트 또는 스트립에 대하여 500MPa 내지 800MPa 범위의 항복점 및 45W/kg 미만의 히스테리시스 손실(P1.0/400)을 갖는 무방향성 전기 강 시트를 제조하기 위한 대안적 가능성이 얻어질 수 있다. 이러한 변형예에 있어서, 완전히 재결정된 미세조직이 발생하지는 않는다. 그러나, 전술한 제1 변형예에 따라 제조된 무방향성 전기 강 시트 또는 스트립 내에 존재하는 FeTiP 석출물보다 미세한 FeTiP 석출물이 형성된다. 여기에 설명된 본 발명에 따른 방법의 제3 변형예에 의하여, 전술한 제2 변형예에 비하여 히스테리시스 손실의 개선이 이루어질 수 있다.
선택적으로, 본 발명에 따른 방법의 제3 변형예에 있어서, 장-시간 소둔 공정 후에, 연속 소둔로 내에서 750℃ 내지 900℃에서 20초 내지 250초의 소둔 시간에 걸쳐서 각각의 냉간 스트립이 소둔되는 또 다른 단-시간 소둔 공정이 실시될 수도 있다. 재결정도(degree of recrystallisation)는 이러한 추가적인 단-시간 소둔 공정에 의하여 향상될 수 있다. 그 결과, 히스테리시스 손실의 개선이 예상될 수 있다.
후속적인 단-시간 소둔 공정에서 재결정이 개시되도록, 전위 밀도를 증가시킴으로써 임계 에너지를 도입하기 위하여, 본 발명에 따른 방법의 제3 변형예의 실시 중에 장-시간 소둔 공정과 단-시간 소둔 공정 사이에, 선택적 구성으로서, 적어도 0.5%이고 최대 12%인 변형도(degree of deformation)의 성형 작업에 의하여 냉간 스트립이 성형될 수 있다. 일반적으로 추가적인 냉간-압연으로서 실시되는 그와 같은 성형 단계는, 본 발명에 따른 방법의 이러한 변형예의 종료 시에 얻어진 무방향성 전기 강 시트 또는 스트립의 평탄도를 향상시키는 데에 또한 기여한다. 냉간 성형의 변형도가 1% 내지 8%이면, 선택적으로 추가로 실시된 냉간 성형에 의해 얻어지는 효과가 특히 신뢰적으로 달성될 수 있다.
일반적인 방식으로 실시되는 평탄화 패스(planishing pass)가 최종 소둔 공정에 추가될 수 있다.
또한, 얻어진 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트는 최종적으로 일반적인 응력-제거 소둔 공정을 거칠 수 있다. 최종 처리 장소에서의 처리 절차에 의존하여, 이러한 응력-제거 소둔 공정은 NGO 전기 강 스트립 또는 시트의 제조 장소에서 코일 내에서 계속 실시될 수 있거나, 본 발명에 따라 제조된 전기 강 스트립 또는 시트로부터 최종 처리 장소에서 처리된 블랭크가 우선 분리되고 그 후에 응력-제거 소둔 공정을 거칠 수도 있다.
본 발명은 예시적 실시 형태에 의하여 이하에 더욱 상세히 설명되어 있다.
이하에 설명된 테스트들은 실험실 조건 하에서 각각 실시되었다. 우선, 본 발명에 따른 조성의 강 용탕(TiP)과 참조 용탕(Ref)이 용해되고 슬라브로 주조된다. 용탕(TiP 및 Ref)의 조성은 표 1에 기재되어 있다. 참조 용탕의 경우에, 용탕에 존재하지 않는 유효 함량의 Ti와 P를 제외하면, 합금 원소뿐만 아니라 그 함량도 통상의 공차 한계 내에서 본 발명에 따른 용탕(TiP)에 상응한다.
슬라브는 1250℃의 온도로 유지되고, 1020℃의 열간-압연 초기 온도와 840℃의 열간-압연 최종 온도의 조건으로 2mm 두께의 열간 스트립으로 열간 압연되었다. 각각의 열간 스트립은 권취 온도(Tcoil)까지 냉각되었다. 그 후에, 코일 내에서 전형적인 냉각이 모사되었다.
본 발명에 따른 강 합금(TiP)로 이루어진 열간 스트립의 3개의 샘플 및 참조 강(Ref)으로 이루어진 열간 스트립의 하나의 샘플이 그 후에 740℃의 온도에서 2h의 시간에 걸쳐서 열간-스트립 소둔 공정에 의해 소둔되었고, 그 후에 0.5mm 또는 0.35mm의 최종 두께를 갖는 냉간 스트립으로 냉간 압연되었다.
대조를 위하여, 본 발명에 따른 강 합금(TiP)으로 이루어진 열간 스트립의 2개의 추가 샘플 및 참조 강(Ref)으로 이루어진 열간 스트립의 추가 샘플이 각 경우에 소둔 없이 0.5mm 두께의 냉간 스트립으로 냉간 압연되었다.
그 후에, 각 경우에 2-단계 최종 소둔 공정이 실시되었다. 제1 소둔 단계에서, 샘플 내에 함유된 Ti 및 P가 대부분 용해되도록, 샘플들은 1100℃로 가열되었고 이 온도에서 15초 동안 유지되었다. 그 후에 FeTiP의 석출 온도(Tprec)보다 명확히 낮은 온도(Tlow)에서 제2 소둔 단계가 실시되었다. 이러한 방식으로, 평균 0.01㎛ 내지 0.1㎛ 크기의 바람직한 미세 FeTi 인화물의 석출물이 형성되었다.
0.5mm의 두께까지 냉간 압연된 샘플들에 대하여 각 경우에 권취 온도(Tcoil) 및 온도(Tlow)가 표 2에 기재되어 있고, 0.35mm의 두께까지 냉간 압연된 샘플에 대해서는 표 3에 기재되어 있다. 또한, 표 2와 표 3에는, 각 경우에 샘플들에 대하여 샘플의 횡방향 및 종방향으로 측정된 상부 항복점(ReH), 하부 항복점(ReL), 인장 강도(Rm), 히스테리시스 손실 P1 .0(1.0T의 분극에서의 히스테리시스 손실)과 P1 .5(1.5T의 분극에서의 히스테리시스 손실) 및 분극 J2500(2500A/m의 자계 강도에서의 분극)과 J5000(5000A/m의 자계 강도에서의 분극)이 기재되어 있으며, 상기 히스테리시스 손실과 분극 각각은 50Hz에서 측정되었고, 히스테리시스 손실(P1 .0)(1.0T의 분극에서의 히스테리시스 손실)은 400Hz 및 1kHz 주파수 각각에서도 측정되었다.
하부 항복점(ReL)은 각 경우에 참조 강(Ref)으로부터 제조된 샘플에 비하여 본 발명에 따른 조성으로 처리된 샘플의 경우에 60MPa 내지 100MPa만큼 더 높다는 것이 밝혀졌다. 이와는 대조적으로, 열간-스트립 소둔 공정이 실시되어 제조된 샘플과 실시되지 않은 샘플들 사이에는 현저한 차이가 존재하지 않았다. 권취 온도 또는 온도(Tlow)의 변동도 기계적 물성에 현저한 영향을 미치지 않는다.
50Hz의 주파수에서, 본 발명에 따른 강으로부터 제조된 샘플들은, 참조 강으로부터 제조된 샘플들에 비하여 약간 더 높은 히스테리시스 손실(P1.5)을 나타내며, 0.5mm 두께의 시트에 대해서는 3.9W/kg 내지 4.8W/kg이고 0.35mm 두께의 시트에 대해서는 3.7W/kg 미만이다. 여기에서, 권취 온도도 현저한 영향을 미치지는 않는다.
이와는 대조적으로, 400Hz 및 1kHz의 더 높은 주파수에서는, 본 발명에 따른 샘플들과 참조 샘플들에 대한 히스테리시스 손실(P1.0)은 서로 매우 근접한다. 여기에서, 700℃의 더 높은 온도(Tlow)로 처리된 샘플들은, 0.5mm 두께의 시트의 경우에, 참조 재료보다도 작은 히스테리시스 손실(P1.0)을 나타내며, 400Hz에서 39W/kg 미만이고 1kHz에서 180W/kg 미만이다. 0.35mm 두께의 시트의 경우에는, 참조 재료와 동일한 히스테리 손실이 각 경우에 얻어졌다.
일련의 추가 테스트에서, 강(TiP2)이 용해되어 슬라브로 주조되었으며, 그 조성이 표 4에 기재되어 있다. 강(TiP2)의 경우에, P 함량(%P)에 대한 Ti 함량(%Ti)의 비율(%Ti/%P)은 %Ti/%P = 1.51이다.
슬라브는 1250℃까지 재-가열되고 이어서 2.1mm 또는 2.4mm의 열간 스트립 두께를 갖는 열간 스트립으로 열간 압연되었다. 열간 압연 초기 온도는 각 경우에 1020℃이었고, 열간 압연 최종 온도는 각 경우에 840℃이었다. 얻어진 열간 스트립은 그 후에 620℃의 권취 온도에서 권취되었다.
그 후에, 미리 열간-스트립 소둔이 실시되지 않는 방식으로 얻어진 열간 스트립은 0.35mm 두께의 냉간 스트립으로 냉간 압연되었다.
그와 같은 방식으로 얻어진 냉간 스트립의 샘플들은 여러 변형예의 최종 소둔 공정에 의해 소둔되었다.
제1 변형예에 있어서는, 2-단계 단-시간 소둔 공정이 연속 소둔로 내에서 완료된다. 단-시간 소둔 공정의 제1 단계에서는, 각 경우에 표 5에 기재된 소둔 시간(tG1)이 준수되었고, 표에 또한 기재된 각각의 최대 소둔 온도(Tmax1)가 도달되었으며, 제2 단계는 각 경우에 표 5에 마찬가지로 기재된 소둔 시간(tG2)에 완료되었고 최대 소둔 온도(Tmax2)가 표에 또한 기재되어 있다. 그와 같은 방식으로 최종 소둔되어 얻어진 NGO 전기 강 시트 샘플들에 대하여 횡방향(Q)과 종방향(L)으로 측정된 기계적 및 자기적 특성들이 표 5에 또한 기록되어 있다.
제1 변형예에 따라 최종 소둔된 샘플들 중 하나는 그 후에 벨-형 소둔로 내에서 추가로 장-시간 소둔 공정에 의해 소둔되었다. 공정 중에 준수된 소둔 시간(tGH) 및 최대 소둔 온도(TmaxH)가 표 6에 기재되어 있다. 그와 같은 방식으로 추가로 장-시간 소둔되어 얻어진 NGO 전기 강 시트에 대하여 횡방향(Q)과 종방향(L)으로 측정된 기계적 및 자기적 특성들이 표 6에 또한 기재되어 있다. 항복점(Re)과 인장 강도(Rm)의 명확한 증가가 추가적인 장-시간 소둔 공정에 의해 달성될 수 있으며, 자기 특성은 현저하게 저하하지는 않는 것으로 밝혀졌다.
최종 소둔 공정의 제2 변형예에서는, 냉간 스트립의 샘플들이 벨-형 소둔로 내에서 여러 온도(TmaxH)에서 소둔 시간(tGH)에 걸쳐서 장-시간 소둔 공정에 의해 소둔되었다. 상기 온도(TmaxH) 및 각 소둔 시간(tGH)이 표 7에 기재되어 있다. 그와 같은 방식으로 장-시간 소둔되어 얻어진 NGO 전기 강 시트 샘플들에 대하여 횡방향(Q) 및 종방향(L)으로 측정된 기계적 및 자기적 특성이 표 7에 또한 기록되어 있다.
최종 소둔 공정의 제3 변형예에서는, 냉간 스트립의 샘플들이 연속 소둔로 내에서 여러 온도(TmaxD)에서 소둔 시간(tGD)에 걸쳐서 1-단계 단-시간 소둔 공정에 의해 소둔되었다. 상기 온도(TmaxD) 및 각각의 소둔 시간(tGD)은 표 8에 기재되어 있다. 그와 같은 방식으로 1-단계 단-시간 소둔되어 얻어진 NGO 전기 강 시트 샘플들에 대하여 횡방향(Q) 및 종방향(L)으로 측정된 기계적 및 자기적 특성들이 표 8에 또한 기록되어 있다.
따라서, 본 발명은, 철과 불가피한 불순물과 함께, (중량%로) Si: 1.0% 내지 4.5%, Al: 최대 2.0% , Mn: 최대 1.0%, C: 최대 0.01%, N: 최대 0.01%, S: 최대 0.012%, Ti: 0.1% 내지 0.5%, P: 0.1% 내지 0.3%를 함유하고, Ti의 함량(%Ti)과 P 함량(%P)의 비에 대하여 1.0 ≤ %Ti/%P ≤ 2.0이 적용되는 강으로 이루어진 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트 및 그와 같은 시트 또는 스트립으로 제조된 전기공학적 용도의 부품은, 증가된 강도 및 그와 동시에 양호한 자기 특성을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 NGO 시트 또는 스트립은, 전술한 조성을 갖는 강으로 이루어진 열간 스트립을 냉간 스트립으로 냉간 압연하고 이 냉간 스트립을 최종 소둔 공정에 의해 소둔함으로써 제조될 수 있다. NGO 스트립 또는 시트의 특정 물성을 특히 강조하기 위하여, 본 발명은 이러한 최종 소둔 공정의 여러 변형예를 제공한다.
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Claims (15)

  1. 전기공학적 용도의 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트로서,
    철 및 불가피한 불순물과 함께, 중량%로
    Si: 1.0% 내지 4.5%,
    Al: 2.0% 이하,
    Mn: 1.0% 이하,
    C: 0.01% 이하,
    N: 0.01% 이하,
    S: 0.012% 이하,
    Ti: 0.1% 내지 0.5%,
    P: 0.1% 내지 0.3%로 구성되고,
    Ti 함량(%Ti)과 P 함량(%P)의 비(%Ti/%P)에 대하여
    1.43 ≤ %Ti/%P ≤ 1.67이 적용되는 강으로부터 제조된 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    Si 함량은 2.4 중량% 내지 3.4 중량%인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    C 함량은 최대 0.006 중량%인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    N 함량은 최대 0.006 중량%인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    S 함량은 최대 0.006 중량%인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트.
  6. 제1항에 있어서,
    1.0 테슬라의 분극과 400Hz의 주파수에서의 히스테리시스 손실(P1.0/400)은 전기 강 스트립 또는 시트의 0.5mm의 두께에 대하여 최대 65W/kg이고, 0.35mm의 두께에 대해서는 최대 45W/kg인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    무방향성 전기 강 스트립 또는 시트가 전기 기계의 부품을 제조하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트.
  8. a) 철 및 불가피한 불순물과 함께, 중량%로
    Si: 1.0% 내지 4.5%,
    Al: 2.0% 이하,
    Mn: 1.0% 이하,
    C: 0.01% 이하,
    N: 0.01% 이하,
    S: 0.012% 이하,
    Ti: 0.1% 내지 0.5%,
    P: 0.1% 내지 0.3%로 구성되고,
    Ti 함량(%Ti)과 P 함량(%P)의 비(%Ti/%P)에 대하여
    1.43 ≤ %Ti/%P ≤ 1.67이 적용되는 강으로 이루어진 열간 스트립을 제공하는 단계와,
    b) 열간 스트립을 냉간 스트립으로 냉간 압연하는 단계와,
    c) 냉간 스트립을 최종 소둔하는 단계가 실시되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    최종 소둔 중에 냉간 스트립은 연속 소둔로에서 완료되는 2-단계 단-시간 소둔 공정을 거치며,
    d.1) 우선, 제1 소둔 단계에서 최소 900℃이고 최대 1150℃인 소둔 온도에서 1초 내지 100초의 소둔 시간 동안 소둔되고, 그 후에,
    d.2) 제2 소둔 단계에서 500℃ 내지 850℃의 소둔 온도에서 30초 내지 120초의 소둔 시간 동안 소둔되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    냉간 스트립은, 단-시간 소둔 공정의 제2 단계 후에, 벨-형 소둔로 내에서 550℃ 내지 660℃의 소둔 온도에서 0.5h 내지 20h의 소둔 시간에 걸쳐서 장-시간 소둔 공정에 의해 소둔되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    냉간 스트립의 최종 소둔은, 냉간 스트립이 연속 소둔로 내에서 750℃ 내지 900℃의 소둔 온도에서 20초 내지 250초 동안 소둔되는 단-시간 소둔 공정으로서 실시되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    냉간 스트립의 최종 소둔은, 냉간 스트립이 벨-형 소둔로 내에서 600℃ 내지 850℃의 소둔 온도에서 0.5h 내지 20h에 이르는 소둔 시간 동안 소둔되는 장-시간 소둔 공정으로서 실시되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    최종 소둔은 장-시간 소둔 공정 후에 실시되는 단-시간 소둔 공정을 추가로 포함하며, 단-시간 소둔 공정에 있어서 냉간 스트립은 750℃ 내지 900℃의 온도에서 20초 내지 250초의 소둔 시간 동안 연속 소둔로를 통과하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    냉간 스트립은, 장-시간 소둔 공정과 단-시간 소둔 공정 사이에, 성형 공정에 의해 최소 0.5%이고 최대 12%인 변형도로 성형되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기 강 스트립 또는 시트 제조 방법.
  15. 삭제
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