KR101596448B1 - 무방향성 전기강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

무방향성 전기강판 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중량%로 C: 0.010%이하 (0% 제외), Si: 1.5%이하 (0% 제외), Al: 0.5%이하 (0% 제외), Mn: 0.6%이하 (0% 제외), P: 0.2% 이하(0% 제외), N: 0.005%이하 (0% 제외), S: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), 및 잔량의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 높은 무방향성 전기강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

무방향성 전기강판 및 이의 제조방법{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL STEET AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 무방향성 전기강판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저자장영역에서 철손이 낮고 자속 밀도가 높을 뿐만 아니라, 높은 자성을 갖는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 모터 및 발전기 등의 회전기기와 정지기중 소형 변압기의 철심용 재료로 사용되고 있으며, 전기에너지를 회전에너지로 바꾸는데 있어서 에너지손실이 가장 커질 수 있는 부품이어서 전기제품 설계에서 가장 중요한 부품이 된다.
철심은 전기를 부가하여 자기장을 걸어줄 때 가능하면 적은 전기를 사용하고 큰 자속밀도를 얻는 것이 중요하며, 이때 무방향성 전기강판의 철손이 낮으면 전기의 손실도 줄일 수 있다. 전기자동차를 구동하는 모터용 전기강판은 전기자동차의 에너지효율을 결정하는 핵심이며 이는 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판으로 보다 쉽게 확보될 수 있다.
철손은 두께를 낮추거나 합금원소를 많이 첨가하면 낮아질 수도 있지만, 불순물이 적은 청정강으로 제조하거나, 추가적인 원소를 첨가하여 자성을 향상할 수 있는 강으로 제조하기도 하였다. 전자의 경우 제조공정에서 추가공정에 대한 원가가 증가되며, 후자의 경우 추가로 첨가하는 원소에 대한 비용이 증가하게 된다. 또한 제조방법에 있어서도 소둔할 때 소둔온도를 과도하게 높게하거나 가열속도를 높게 설정하고 있다.
무방향성 전기강판에서 요구되는 주요 자기적 특성은 철손이 낮고 자속밀도가 높아야 한다. 이 같은 무방향성 전기강판은 최종 냉간압연된 강판을 소둔하며, 최종 공정이기 때문에 그만큼 중요한 공정이 된다. 냉연판 소둔은 가열하고 균열하는 공정을 거치며, 그 때의 조건들이 강판의 특성을 결정한다. 소재에 맞게 가열시간, 가열온도, 가열속도 및 균열시간과 균열온도를 적절히 해야 한다. 또한 소둔분위기가 산화가 되지 않도록 수소를 사용하여 수소와 질소의 혼합분위기로 하며, 수소의 양을 증가시켜 왔다.
무방향성 전기강판의 최종 제품의 자성은 집합조직의 비율 등에 의해서도 결정될 수 있다. 강판의 표면에서 {100} 집합조직이 자화가 가장 용이하여서 적은 전기에너지에서도 큰 힘을 얻을 수 있으며, {110} 집합조직이 {100} 집합조직에 비하여 상대적으로 자화가 덜 되며, 재결정 조직에서 많이 발견되는 {111} 및 {211} 집합조직은 자화가 용이하지 않다. 무방향성 전기강판을 제조하는 과정에서 가열 조건 등을 조절하여 무방향성 전기 강판의 자성을 향상시키는 방법에 대해서는 구체적으로 알려진 바 없다.
본 발명은 저자장영역에서 철손이 낮고 자속 밀도가 높을 뿐만 아니라, 높은 자성을 갖는 무방향성 전기강판을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 저자장영역에서 철손이 낮고 자속 밀도가 높을 뿐만 아니라, 높은 자성을 갖는 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 중량%로 C: 0.010%이하 (0% 제외), Si: 1.5%이하 (0% 제외), Al: 0.5%이하 (0% 제외), Mn: 0.6%이하 (0% 제외), P: 0.2% 이하(0% 제외), N: 0.005%이하 (0% 제외), S: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), 및 잔량의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 높은 무방향성 전기강판을 제공한다.
15도 이하의 강판 표면의 경각에서 상기 무방향성 전기강판에 포함되는 {100} 집합조직의 부피 분율 및 {110} 집합조직의 부피 분율 간의 차이가 4%이상, 또는 9%이상, 또는 4% 내지 20%일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판은 Sn 및 Sb으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 0.01중량% 내지 0.2중량%로 더 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판은 철손 W15 /50 ≤5.7w/kg 및 자속밀도 B50≥1.71T를 만족할 수 있다.
상기 불가피한 불순물은 Cu, Ni, Cr, Zr, Mo, V 을 포함하며, 상기 Cu, Ni, Cr 의 함량은 각각 0.05중량% 이하로 첨가되며, 상기 Zr, Mo, V 의 함량은 각각 0.01중량% 이하로 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명은 중량%로 C: 0.010%이하 (0% 제외), Si: 1.5%이하 (0% 제외), Al: 0.5%이하 (0% 제외), Mn: 0.6%이하 (0% 제외), P: 0.2% 이하(0% 제외), N: 0.005%이하 (0% 제외), S: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), 및 잔량의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 슬라브를 제조하는 단계; 상기 슬라브를 1250℃이하로 가열하고 압연하여 열연 강판을 제조하는 단계; 상기 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연 강판을 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 가열하는 단계를 포함하고, 상기 가열되는 냉연 강판이 750℃ 내지 상기 균열 온도의 온도에 노출되는 시간이 10초 내지 60초인, 무방향성 전기강판의 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기 제조되는 전기 강판은 중량%로 C: 0.010%이하 (0% 제외), Si: 1.5%이하 (0% 제외), Al: 0.5%이하 (0% 제외), Mn: 0.6%이하 (0% 제외), P: 0.2% 이하(0% 제외), N: 0.005%이하 (0% 제외), S: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), 및 잔량의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 높은 특징을 갖는다.
상기 냉연 강판은 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 3℃/sec 내지 25℃/sec의 속도로 가열될 수 있다.
15도 이하의 강판 표면의 경각에서 상기 제조되는 무방향성 전기강판에 포함되는 {100} 집합조직의 부피 분율 및 {110} 집합조직의 부피 분율 간의 차이가 4%이상, 또는 9%이상, 또는 4% 내지 20%일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법은 상기 열연 강판을 800℃이하에서 권취하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법은 상기 열연 강판을 850℃ 내지 1150℃의 온도에서 소둔하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법은 상기 소둔된 열연 강판을 1250℃이하로 가열하고 재압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 저자장영역에서 철손이 낮고 자속 밀도가 높을 뿐만 아니라, 높은 자성을 갖는 무방향성 전기강판 및 상기 무방향성 전기강판을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 무방향성 전기강판 및 무방향성 전기강판의 제조 방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 일 예에 따르면, 중량%로 C: 0.010%이하 (0% 제외), Si: 1.5%이하 (0% 제외), Al: 0.5%이하 (0% 제외), Mn: 0.6%이하 (0% 제외), P: 0.2% 이하(0% 제외), N: 0.005%이하 (0% 제외), S: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), 및 잔량의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 높은 무방향성 전기강판이 제공될 수 있다.
일반적으로 무방향성 전기강판의 최종 소둔로는 연속로에서 소둔되고 있다. 최종 소둔로는 한 개의 전기로 또는 가열속도를 높이기 위하여 초기에는 가스로 직접 가열하면서 판이 지나가는 직화로로 구성하고 그 뒤에 전기로를 붙이는 방식으로 구성되기도 한다.
냉연판 소둔시 가열존은 소재를 균열온도까지 가열하는 구간이며, 계속하여 가열하기 때문에 재료의 결정조직이 끊임없이 변화한다. 상온에서 온도가 올라가면 재결정 핵이 생성하고 자라기 시작하고 성장하며 새로운 결정립으로 대체된다. 그리고 소재의 성분함량에 따라서 결정되는 상변태온도에서는 페라이트상에서 오스테나이트상으로 바뀐다. 오스테나이트상은 페라이트상과는 결정조직이 다르며, 따라서 새로운 재결정이 필요하다.
상기 발명의 일 예의 무방향성 전기강판에서는 Si과 Al의 함량이 각각 1.5%이하, 0.5%이하로 낮아서 상변태가 있으며 100% 페라이트상에서 가열하고 균열하는 것을 대상으로 한다. 이같이 100% 페라이트상에서 소둔한다면, 냉연판을 상온에서 가열한 후 균열온도에 도달하면 새로운 재결정이 생성하고 성장하기 보다는 결정립의 성장만 일어나고 그 성장도 속도가 느려지게 된다.
이 같은 소둔 과정에서 가열존에서는 집합조직 중에서 {100}이 잘 발달되는 것을 관찰하였다. 그런데 재결정이 정지하는 구간인 균열존에 있어서는 그 시간이 증가됨에 따라 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 낮아지는 점이 확인되었다.
즉, 무방향성 전기강판의 제조 과정 중의 냉연판 소둔시 가열존의 가열속도와 가열시간도 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 가열하는 시간동안 재결정이 활발히 일어나고 특히 {100} 집합조직 잘 형성됨으로 가열시간을 균열시간 보다 증가시키는 것이 중요하며, 특히 상변태가 있는 Si+Al함량이 1.6% 이하인 강에서는 상온에서 페라이트상 100%인 균열온도까지의 가열시간이 750℃이상에서 페라이트상까지의 균열온도에서의 균열시간인 10초 이상 60초 이하 보다 긴 것이 바람직한 것으로 확인되었다.
이 같은 현상은 특히 S가 0.005%이하(0% 제외) 구간에서 보다 잘 나타났으며, 이것은 결정립계 편석원소인 S가 가열시간 동안 결정립계를 통한 [N]나 [O]의 침입을 억제하여 {100} 집합조직 형성에 가장 용이한 분위기를 형성하는 것으로 조사되었다.
후술하는 무방향성 전기강판의 제조 방법에 기재된 바와 같이, Si+Al의 합이 1.6% 이하이고, S가 0.005%이하(0% 제외)인 성분계에서 가열존의 온도가 상온에서 페라이트상 100%인 균열온도까지의 가열시간이 강의 성분에 따라서 주어지는750℃이상 페라이트상까지의 균열온도에서의 균열시간인 10초 이상 60초 이하 보다 길면 자성이 우수하다는 점이 실험을 통하여 확인되었다.
그리고, 무방향성 전기강판의 제조 방법 중 상기 냉연 강판을 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 가열하는 단계에서는, 냉연 강판은 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 3℃/sec 내지 25℃/sec의 속도로 가열되는 것이 보다 바람직하다는 점도 실험을 통하여 확인되었다.
즉, 이러한 특정 조성을 갖는 슬라브로부터 제조되는 냉연 강판을 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 가열하는 과정에서 상기 가열되는 냉연 강판이 750℃ 내지 상기 균열 온도의 온도에 노출되는 시간이 10초 내지 60초가 되도록 하면 상기 일 구현예의 무방향성 전기강판이 제공될 수 있다.
또한, 상기 냉연 강판을 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 가열하는 과정에서 상기 냉연 강판은 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 3℃/sec 내지 25℃/sec의 속도로 가열될 수 있다.
이와 같이 제조된 무방향성 전기강판은 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 높은 특성을 가질 수 있다.
또한, 15도 이하의 강판 표면의 경각에서 상기 무방향성 전기강판에 포함되는 {100} 집합조직의 부피 분율 및 {110} 집합조직의 부피 분율 간의 차이가 4%이상, 또는 9%이상, 또는 4% 내지 20%일 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 일 예의 무방향성 전기강판은 중량%로 C: 0.010%이하 (0% 제외), Si: 1.5%이하 (0% 제외), Al: 0.5%이하 (0% 제외), Mn: 0.6%이하 (0% 제외), P: 0.2% 이하(0% 제외), N: 0.005%이하 (0% 제외), S: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), 및 잔량의 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성될 수 있다.
상기 일 예의 무방향성 전기강판은 Si를 1.5%이하(0% 제외)로 포함할 수 있다.
상기 Si는 비저항을 증가시켜서 철손중 와류손실을 낮추는 성분이기 때문에 첨가하며, Al과 합하여 결정립을 성장시키서 자성을 결정하는 중요한 원소이다. 1.5중량%를 초과하여 첨가되면 상변태가 발생되어 자성이 나빠진다. 따라서 Si은 1.5%이하로 첨가한다.
상기 일 예의 무방향성 전기강판은 Al를 0.5%이하(0% 제외)로 포함한다.
상기 Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는데 유효한 성분이어서 필요시 첨가한다. Al함량이 0.5%이상으로 첨가되면 첨가량에 비하여 자성 개선이 되지않으며, 또한 상변태온도가 없어짐으로 발명의 범위를 벗어난다. 따라서 Al함량은 0.5%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 일 예의 무방향성 전기강판은 C를 0.010%이하, 또는 0.005%이하(0% 제외)로 포함한다. 상기 C은 최종제품에서 자기시효를 일으키며, 탄화물도 형성하여 사용 중 철손을 높임으로 0.010%이하, 또는 0.005%이하(0% 제외)로 함유한다. C는 많이 첨가될 경우 오스테나이트 영역을 확대하며 상변태 구간을 증가시키고, 소둔시 페라이트의 결정립 성장을 억제하여 철손을 높이는 효과를 나타내며, Ti등과 결합하여 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용시 자기시효에 의하여 철손을 높이기 때문에 C의 함량을 0.010%이하로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 일 예의 무방향성 전기강판은 S를 0.005%이하(0% 제외), 또는 0.001중량% 내지 0.005중량%를 포함할 수 있다. 상기 S는 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 결정립의 성장을 억제하여 철손을 높임으로 낮게 관리하는 것이 유리하기 때문에 일반적으로 낮게 관리하지만, 본 발명에서는 이것은 결정립계 편석원소인 S가 가열시간 동안 결정립계를 통한 [N]나 [O]의 침입을 억제하여 {100} 집합조직 형성에 가장 용이한 분위기를 형성하기 위하여 최소 0.001% 이상 첨가하고 결정립의 성장을 돕기 위하여 0.005%이하로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 일 예의 무방향성 전기강판은 N을 0.005%이하 (0% 제외)로 포함할 수 있다. 상기 N 는 미세하고 긴 AlN석출물을 형성하여 결정립성장을 억제하므로 적게 함유시키며, 상기 무방향성 전기강판이 N을 0.005중량% 이하로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 일 예의 무방향성 전기강판은 Ti을 0.005%이하(0% 제외)로 포함할 수 있다. 상기 Ti는 미세한 탄화물이나 질화물 등의 석출물을 만들어 결정립성장을 억제하기 때문에 상기 무방향성 전기강판이 Ti를 0.005%이하로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 일 예의 무방향성 전기강판은 P를 0.2% 이하(0% 제외)로 포함할 수 있다. 상기 P는 비저항을 증가시켜 철손을 낮추므로 첨가하기도 하지만, P는 과다하면 냉간압연성이 나빠짐으로 0.2중량% 이하로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 일 예의 무방향성 전기강판은 Mn을 0.6%이하(0% 제외) 또는 0.01 내지 0.6중량%로 포함하는 것이 바람직하다. 상기Mn은 집합조직을 발달시키며, 미세한 석출물인 MnS의 발생을 억제할 수 있다. 상기 Mn의 함량이 0.6 중량% 초과하여 포함시 상변태온도가 발생될 수 있으며, 또한 첨가량에 비해 철손의 감소량이 작으며 냉간압연성을 해칠 수 있다.
한편, 상기 일 예의 무방향성 전기강판에 포함되는 상기 불가피한 불순물은 Cu, Ni, Cr, Zr, Mo, V 을 포함하며, 상기 Cu, Ni, Cr 의 함량은 각각 0.05중량% 이하로 첨가되며, 상기 Zr, Mo, V 의 함량은 각각 0.01중량% 이하로 첨가될 수 있다.
상기 원소 외에 제강 공정에서 불가피하게 첨가되는 원소인 Cu, Ni, Cr의 경우 불순물 원소들과 반응하여 미세한 황화물, 탄화물 및 질화물을 형성하여 자성에 유해한 영향을 미치므로 이들 함유량은 각각 0.05중량%이하로 한정한다. 또한, Zr, Mo, V 도 강력한 탄질화물 형성 원소이기 때문에 가능하면 첨가되지 않는 것이 이들 함량을 각각 0.01중량%이하인 것이 바람직하다. 상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.
상술한 바와 같이, 상기 무방향성 전기강판은 저자장영역에서 철손이 낮고 자속 밀도가 높으며, 구체적으로 상기 무방향성 전기강판은 50Hz주파수에서 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 손실인 철손 W15 /50 ≤5.7w/kg을 만족하며, 5000A/m의 자기장을 부가하였을 때 유도되는 자속밀도의 크기인 자속밀도 B50≥1.71T를 만족한다.
한편, 발명의 다른 예에 따르면, 중량%로 C: 0.010%이하 (0% 제외), Si: 1.5%이하 (0% 제외), Al: 0.5%이하 (0% 제외), Mn: 0.6%이하 (0% 제외), P: 0.2% 이하(0% 제외), N: 0.005%이하 (0% 제외), S: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), 및 잔량의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하는 단계; 상기 슬라브를 1250℃이하로 가열하고 압연하여 열연 강판을 제조하는 단계; 상기 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연 강판을 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 가열하는 단계를 포함하고, 상기 가열되는 냉연 강판이 750℃ 내지 상기 균열 온도의 온도에 노출되는 시간이 10초 내지 60초인 무방향성 전기강판의 제조 방법이 제공된다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법에 따르면, 상술한 발명의 일 예의 무방향성 전기강판이 제공될 수 있다. 즉, 상기 제조 방법에 따라 제조되는 전기 강판은 중량%로 C: 0.010%이하 (0% 제외), Si: 1.5%이하 (0% 제외), Al: 0.5%이하 (0% 제외), Mn: 0.6%이하 (0% 제외), P: 0.2% 이하(0% 제외), N: 0.005%이하 (0% 제외), S: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), 및 잔량의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 높은 특징을 갖는다.
상기 조성을 갖는 슬라브로부터 제조되는 냉연 강판을 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 가열하는 과정에서 상기 가열되는 냉연 강판이 750℃ 내지 상기 균열 온도의 온도에 노출되는 시간이 10초 내지 60초가 되도록 하면 상기 일 구현예의 무방향성 전기강판이 제공될 수 있다.
또한, 상기 냉연 강판을 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 가열하는 과정에서 상기 냉연 강판은 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 3℃/sec 내지 25℃/sec의 속도로 가열될 수 있다.
이와 같이 제조된 무방향성 전기강판은 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 높은 특성을 가질 수 있다.
또한, 15도 이하의 강판 표면의 경각에서 상기 무방향성 전기강판에 포함되는 {100} 집합조직의 부피 분율 및 {110} 집합조직의 부피 분율 간의 차이가 4%이상, 또는 9%이상, 또는 4% 내지 20%일 수 있다.
상술한 조성을 갖는 슬라브를 1250℃이하로 가열하고 압연하면 열연 강판이 제조될 수 있다. 상기 압연(열간압연)하는 방법으로는, 조압연하고 사상압연을 실시하며, 사상압연의 마무리압연은 페라이트상에서 종료하며 판형상 교정을 위하여 최종 합하율은 30%이하로 실시한다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법은 상기 열연 강판을 800℃이하에서 권취하는 단계를 더 포함할 수 있다. 필요시 상기 열연 강판을 850℃ 내지 1150℃의 온도에서 열연판 소둔을 할 수 있다.
상기 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판으로 제조될 수 있다.
이때 상기 열연 강판은 산세 후 냉간 압연 될 수 있다. 상기 냉간 압연은 0.35mm에서 0.70mm의 두께로 최종 압연 한다. 필요시 1차 냉간압연후 중간소둔후 2차 냉간압연할 있다. 최종 냉간압연된 강판은 연속소둔로에서 가열하고 이어서 균열소둔한다.
상기 냉간 압연된 강판은 연속소둔로에서 소둔한다. 소둔로는 한 개의 전기로 또는 가열속도를 높이기 위하여 초기에는 가스로 직접가열하면서 판이 지나가는 직화로로 구성하고 그 뒤에 전기로를 붙이는 방식으로 구성되기도 한다.
상기 냉연 강판을 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 가열될 수 있으며, 상기 가열되는 냉연 강판이 750℃ 내지 상기 균열 온도의 온도에 노출되는 시간이 10초 내지 60초 일 수 있다.
상기 균열 온도는 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 시점의 온도를 의미하며, 구체적으로 상기 제조 방법에서 소둔 중 가열구간이 끝나고 균열대로 이동후 최고 온도일 수 있다.
상기 균열 과정에서 결정립의 재결정의 핵이 생성하고 성장하고, 균열대에 들어가서는 초기는 {100}과 {110}가 발생하다가 시간이 결과함에 따라 {110}이 많아진다. 상기 가열 온도의 범위는 상온에서 균열온도까지이며, 상기 균열 온도는 750℃이상 100% 페라이트상으로 존재하는 가장 높은 온도까지이다. 100% 페라이트상의 최대온도는 강의 성분에 따라 달라진다. 가열시간은 가열하는 시간동안의 시간이며, 균열시간은 균열하는 시간동안의 시간이다.
상기 냉연 강판을 소둔하면 재결정의 핵이 생성되며, 페라이트가 100% 영역인 온도까지 온도가 상승함에 따라 판면에 나란한 {100}면이 {110} 보다 많이 발생되며 오스테나이트 상으로의 상변태가 되거나 균열시간이 과도하게 되면 {110}이나 자성에 해로운 {111}면이 많이 발생된다. 따라서 가열온도는 상온에서 100% 페라이트상의 최고 온도까지 할 수 있다. 또한 이때의 상온에서 100% 페라이트상 온도에서의 시간이 가열시간이다. 또한 균열온도는 750℃에서 100% 페라이트상까지의 온도이며, 이때의 유지시간이 균열시간이다. 750℃이하의 온도에서 재결정이 미흡하여 결정립이 미세할 수 있으며, 100% 페라이트상 보다 온도가 올라가면 오스테나이트상이 발생하여 자성에 해로운 {111} 면이 많이 발생된다.
상기 균열시간은 10초 이상 60초 이하로 한다. 10초 보다 짧으면 결정립 성장이 미흡하며, 60초 보다 많아지면 {110}나 {111}이 많이 생성될 수 있어서 균열시간은 10초 이상 60초 이하로 한다. 또한 이러한 균열시간은 가열시간 보다는 짧게 되도록 온도와 소둔시간의 관계를 설정한다. 균열시간이 가열시간 보다 길어지면 자성에 불리한 {110}가 {100} 보다 많아지기 때문이다. 따라서 균열시간은 10초 이상 60초 이하로 하며, 가열시간 보다는 짧게 소둔한다.
한편, 상기 냉연 강판은 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 3℃/sec 내지 25℃/sec의 속도로 가열될 수 있다. 상기 냉연 강판 가열시의 속도가 3℃/sec 이하이면, 가열시간이 과도하게 걸리면서 {100} 생성분율이 적을 수 있다. 또한, 상기 냉연 강판 가열시의 속도가 25℃/sec이상이면 에너지 소모가 많으면서 그 효과는 오히려 감소할 수 있다.
상기 소둔 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조할 수 있다. 상기 냉간압연은 0.10mm에서 0.70mm의 두께로 최종 압연한다. 필요시 1차 냉간압연과 중간소둔을 사이에 둔 2회 이상의 냉간압연을 실시할 수 있으며, 최종 압하율은 50~95%의 범위로 한다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법은 상기 소둔된 열연 강판을 1250℃이하로 가열하고 재압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 소둔판은 절연피막처리 후 고객사로 출하된다. 상기 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기 복합피막으로 처리될 수 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제로 처리하는 것도 가능하다. 고객사는 강판을 가공 후 그대로 사용할 수 있다.
상기 슬라브는Sn 및 Sb으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 0.01중량% 내지 0.2중량%로 더 포함할 수 있다.
상기 슬라브에 첨가되는 불가피한 불순물은 Cu, Ni, Cr, Zr, Mo, V 을 포함하며, 상기 Cu, Ni, Cr 의 함량은 각각 0.05중량% 이하로 첨가되며, 상기 Zr, Mo, V 의 함량은 각각 0.01중량% 이하로 첨가될 수 있다.
상기 발명의 일 예의 제조 방법에 의하여 제공되는 무방향성 전기강판은 철손 W15 /50 ≤5.7w/kg 및 자속밀도 B50≥1.71T를 만족할 수 있다.
본 발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 7: 슬라브 및 무방향성 전기강판의 제조]
하기 표 1과 같은 조성의 슬라브(slab)를 1,180℃에서 가열하고, 2.5mm의 두께로 열간압연하고 660℃에서 권취하였다. 공기 중에서 냉각한 열연강판은 산세한 다음 0.5mm 두께로 냉간압연하고, 표2와 같이 소둔하였다. 가열시 마지막 가열존의 온도는 균열온도와 동일하게 하였고, 대기온도는 20℃ 기준이었다.
각각의 시편에 대하여 EBSD(Electron Backscatter Diffraction)를 이용하여 집합조직을 조사하였고, 자성측정기를 이용하여 철손 및 자속밀도를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
슬라브의 조성
강종 C Si Mn P S Al N Ti Sn Sb
발명강1 25 0.41 0.21 0.08 0.0035 0.001 12 8 0.02
발명강2 35 0.82 0.51 0.05 0.0025 0.002 13 12 0.06 0.02
발명강3 28 1.42 0.15 0.01 0.0021 0.23 11 11 0.03
비교강1 26 1.41 0.16 0.02 0.0059 0.25 12 14 0.03
비교강2 29 0.83 0.14 0.03 0.0008 0.28 11 15
비교강3 30 0.42 0.21 0.04 0.0065 0.002 15 13 0.04
발명강4 32 1.22 0.22 0.02 0.0012 0.25 18 13
발명강5 22 1.41 0.40 0.04 0.0024 0.31 14 12 0.03 0.02
발명강6 24 0.22 0.21 0.11 0.0027 0.35 10 12 0.04 0.05
발명강7 21 0.24 0.23 0.09 0.0045 0.30 10 9
발명강8 26 1.21 0.19 0.03 0.0020 0.25 11 8 0.03
비교강4 22 1.23 0.20 0.03 0.0064 0.23 15 11
상기 표 1에서 성분 함량의 단위는 중량%이다. 다만 C, N, 및 Ti의 함량 단위는 ppm이다. 상기 표에서 발명강은 발명의 성분범위를 만족하고 있으며, 비교강1~3은 S가 과도하게 많게 첨가되었고, 비교강2는 S가 낮게 함유되었다.
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 7의 제조 조건 및 최종 제조된 전기강판의 물성
구분 강종 가열속도
(℃/sec)		 가열
시간(sec)		 균열
온도
(℃)		 균열
시간
(sec)		 {100}
분율
(%)		 {110}
분율
(%)		 철손
W15 /50
(W/kg)		 자속밀도
B50
(Tesla)
실시예 1 발명강1 16.6 50 850 40 28 23 5.5 1.79
실시예 2 발명강1 21.5 40 880 30 30 22 5.2 1.81
실시예 3 발명강2 17.6 50 900 40 32 19 4.5 1.78
실시예 4 발명강3 13.0 70 930 50 33 20 3.7 1.76
비교예 1 발명강3 27.2 25 700 30 23 26 4.3 1.72
비교예 2 발명강3 13.6 50 700 60 25 28 4.4 1.73
비교예 3 비교강1 15.2 60 930 70 20 26 4.3 1.69
비교예 4 비교강2 17.6 50 900 40 18 30 5.2 1.72
비교예 5 비교강3 20.8 40 850 40 21 28 6.3 1.73
실시예 5 발명강4 15.2 60 930 40 35 23 3.5 1.78
실시예 6 발명강5 11.5 80 940 60 32 22 3.6 1.77
실시예 7 발명강6 11.9 70 850 50 28 20 5.2 1.79
실시예 8 발명강7 20.5 40 840 30 32 18 5.3 1.80
실시예 9 발명강8 15.0 60 920 50 35 23 3.5 1.78
비교예 6 발명강8 16.7 60 1020 50 23 27 4.2 1.73
비교예 7 비교강4 15.2 60 930 50 25 29 4.5 1.73
1) 철손(W15/50)은 50Hz주파수에서 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 손실(W/kg)임.
2) 자속밀도(B50)은 5000A/m의 자기장을 부가하였을 때 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)임.
상기 표2에 나타난 바와 같이, 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 비교예 대비하여 자성이 양호하게 조사되었다. 또한 실시예의 무방향성 전기강판에서는 판면에 대해 평행한 {100}면 분율이 {110}면 분율 보다 높게 나타났으며, 비교예에 비하여 향상된 자성을 갖는다는 점이 확인되었다.
이에 반하여, 비교예1에서는 발명강1을 사용하였음에도 냉연판 소둔시 가열속도가 높고 균열시간도 가열시간 대비 길어서 자기적 특성이 낮게 나타났다.
또한, 비교예2에서는 소둔온도가 낮고 균열시간이 길어서 자기적 특성이 저조한 것으로 확인되었다.
비교예 3, 4 및 5는 S성분이 높은 비교강 1,2 및 3을 사용하였으며, {100}면 분율이 {110}면 분율 보다 낮게 나타났으며, 상대적으로 낮은 자성을 갖는다는 점이 확인되었다.
비교예6은 소둔온도가 오스테나이트상을 포함하고 있어서 자기적 특성이 상대적으로 낮으며, 비교예7은 과도하게 높은 S성분을 포함한 비교재4를 사용하여 소둔조건이 양호함에도 불구하고 자기적 특성이 낮아지며 {100} 분율이 {110} 대비 낮게 나타난 점이 확인되었다.
[ 실시예 10 내지 12 및 비교예 8 내지 9: 슬라브 및 무방향성 전기강판의 제조]
중량%로, C: 0.0024%, Si: 1.02%, Mn:0.18%, P: 0.025%, S: 0.0025%, Al: 0.28%, N: 0.0013%, Ti: 0.0011%, Sn: 0.05%, 나머지Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1,150℃로 재가열한 다음 열간압연하고, 2.3mm 두께의 열연강판으로 제조하고, 680℃로 권취한 후 냉각하였다.
열연판은 산세하고 0.5mm의 두께로 냉간압연하고, 냉연판 소둔은 질소75%, 수소 25%에서 표3과 같이 소둔하였다. 가열시 마지막 가열존의 균열온도 보다 10℃ 낮게 하였고, 대기온도 30℃ 기준으로 하였다.
각각의 시편에 대하여 EBSD(Electron Backscatter Diffraction)를 사용하여 결정립 크기의 최다 빈도수를 대표값으로하여 결정립 평균 크기를 산정하였고, 집합조직을 측정하여 판면에 평행한 {100}면과 {110}면의 분율을 측정하였다. 또 자성측정기를 이용하여 철손 및 자속밀도를 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 10 내지 12 및 비교예 8 내지 9의 제조 조건 및 최종 제조된 전기강판의 물성
구분 가열속도(℃/sec) 650℃이상
가열시간(sec)		 균열
온도(℃)		 균열
시간(sec)		 {100}
분율(%)		 {110}
분율(%)		 철손
W15 /50
(W/kg)		 자속밀도
B50
(Tesla)
실시예10 23.1 35 830 50 30 20 3.9 1.75
실시예11 20.8 40 850 30 32 21 4.2 1.79
실시예12 19.6 45 900 20 33 19 4.1 1.78
비교예 8 17.6 50 900 80 21 26 2.41 1.73
비교예 9 29.4 35 1050 30 22 27 2.51 1.72
상기 표3에 나타난 바와 같이, 실시예 10 내지 12는 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 높게 나타난 점이 확인되었다.
이에 반하여, 비교예 8 및 9는 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 낮게 나타나서 자기적 특성이 열위하다는 점이 확인되었으며, 또한 실시예에 비하여 낮은 철속 및 자속 밀도를 갖는다는 점이 확인되었다.

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 중량%로 C: 0.010%이하 (0% 제외), Si: 1.5%이하 (0% 제외), Al: 0.5%이하 (0% 제외), Mn: 0.6%이하 (0% 제외), P: 0.2% 이하(0% 제외), N: 0.005%이하 (0% 제외), S: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), 및 잔량의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하는 단계;
    상기 슬라브를 1250℃이하로 가열하고 압연하여 열연 강판을 제조하는 단계;
    상기 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연 강판을 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 가열하는 단계를 포함하되,
    상기 가열되는 냉연 강판이 750℃ 내지 상기 균열 온도의 온도에 노출되는 시간이 10초 내지 60초이고,
    상온에서 페라이트상 100%인 균열온도까지의 가열시간이 750℃ 이상에서 100% 페라이트상이 생성되는 균열온도까지의 균열시간인 10초 이상 및 60초 이하보다 길며,
    상기 가열된 냉연 강판의 15도 이하의 강판 표면의 경각(grain boundary misorientation angle)에서 {100} 집합조직의 부피 분율이 {110}집합조직의 부피 분율에 비하여 보다 높되,
    상기 {100} 집합조직의 부피 분율 및 {110} 집합조직의 부피 분율 간의 차이가 4%이상인, 무방향성 전기강판의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉연 강판은 상온에서 100%페라이트 상이 생성되는 균열온도까지 3℃/sec 내지 25℃/sec의 속도로 가열되는, 무방향성 전기강판의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열연 강판을 800℃이하에서 권취하는 단계를 더 포함하는, 무방향성 전기강판의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열연 강판을 850℃ 내지 1150℃의 온도에서 소둔하는 단계를 포함하는, 무방향성 전기강판의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소둔된 열연 강판을 1250℃이하로 가열하고 재압연하는 단계를 더 포함하는, 무방향성 전기강판의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제7항에 있어서,
    상기 15도 이하의 강판 표면의 경각에서 상기 {100} 집합조직의 부피 분율 및 상기 {110} 집합조직의 부피 분율 간의 차이가 9%이상인, 무방향성 전기강판의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 슬라브는Sn 및 Sb으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 0.01중량% 내지 0.2중량%로 더 포함하는, 무방향성 전기강판의 제조방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판은 철손 W15 /50 ≤5.7w/kg 및 자속밀도 B50≥1.71T를 만족하는, 무방향성 전기강판의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 슬라브에 첨가되는 불가피한 불순물은 Cu, Ni, Cr, Zr, Mo, V 을 포함하며, 상기 Cu, Ni, Cr 의 함량은 각각 0.05중량% 이하로 첨가되며, 상기 Zr, Mo, V 의 함량은 각각 0.01중량% 이하로 첨가되는 무방향성 전기강판의 제조방법.
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