KR101649324B1 - 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 무방향성 전기강판은, 중량%로 Si:4.0%이하, Mn:0.1~1.0%, Al:0.45 ~1.7%, C:0.005%이하, P:0.1%이하, S:0.003%이하, N:0.003%이하, Ti:0.005%이하, Sn:0.08%미만, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하되, Sn의 함량은 Al 함량에 따라 아래 식1을 만족하는 범위로 이루어진 것을 특징으로 한다.
[식 1] 800 > Sn(ppm) > 285 × Al(wt%) - 125
본 발명은 고급 무방향성 전기강판에서 Al함량에 따라 Sn의 투입량을 최적화하고 최종소둔시 노점을 제어함으로써 질화 및 산화물 양을 제어하여 철손을 줄임으로써, 모터 철심으로 사용시에 에너지 손실을 줄일 수 있다.

Description

철손이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법{Non-oriented electrical steel sheets having excellent magnetic property and Method for manufacturing the same}
본 발명은 모터, 변압기와 같은 전기기기의 철심으로 사용되는 자성이 우수한 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 철손이 낮은 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전 세계적으로 계속되고 있는 공업화에 따라 모터와 변압기의 수요가 증가하고 있으며, 특히, 환경오염 방지와 에너지 절감이 요구됨에 따라 고 효율, 고 부가가치 모터 및 변압기의 수요가 점차 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 모터와 변압기의 철심 재료로 사용 되는 전기강판의 효율 증가를 위한 노력이 진행되고 있다.
전기강판의 효율 증가를 위해, 기존에는 Si 합금원소를 증가시킴으로써 자화값의 증가 및 여기 전류에 의한 철손을 감소시켜 왔으며, 최근에는 압연성 열위에 따른 Si 투입량의 한계 때문에 Al 합금원소를 증가시킴으로써 철손을 감소시켜왔다.
하지만, Al의 증가와 S와 같은 불순물 원소의 감소는 표면의 반응성을 높임으로써 최종소둔시 표층하에 Al계 질화물 및 산화물을 생성하여 오히려 철손을 악화시키는 현상이 발견되어 왔다. 따라서, 이에 의한 철손 열화를 방지하기 위해 미량원소를 투입하거나, 표면 Al혹은 Si농화층을 만들거나, S의 함량을 조절하는 등의 연구가 진행되어 왔다.
예를 들면, 일본 공개특허 1998-183310호와 2001-140018에는 산세를 충분히 하여 표면 조도를 향상시킴으로써, 치밀한 1㎛ 내외의 Al이나 Si농화층을 만들어서 표층하 질화물을 억제하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 일본특허 2006-241563에는 650도까지 노내 수증기 분압비를 0.3이상 0.5 이하로 하되, 650도 이상의 소정의 소둔 균열 온도에서는 수증기 수소 분압비를 0.1~0.3 사이로 조절하여 2~20nm의 SiO2 및 MnO층을 만들어서 표층하 석출물을 막아 철손을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
또한, 일본특허 1998-317111과 2000-328207에는 S의 함량에 따라 미량원소를 투입하여 표층하 질화를 막는 기술이 개시되어 있는데, S가 10ppm 이하일때 Sb나 Sn을 투입하여 Al계 산화물을 형성하여 질화물을 막아 철손을 향상시키고자 했다.
하지만, 표층에 Al 농화층을 형성하는 기술의 경우에는 Al 농화층에 의한 질소흡수가 진행되어, 코팅 밀착성을 열위시킬 가능성이 크고, 농화층을 만들기 위해서는 Al을 증가시켜야 하는데, 이 때 발생하는 인성저하에 의한 작업성 문제가 발생하기 쉽다.
또한, 초반에 수증기 수소 분압비를 조절하여 SiO2층을 만들어 철손을 향상시키는 기술의 경우, 수소가 투입되는 연속 가열대에서 분압이 다른 영역을 설정함으로써 설비 운영에 있어 어려움이 있다.
또한, S함량이 10ppm이하일 때 Sb나 Sn과 같은 미량원소를 투입하여 표층하 질화를 막아 철손을 저감시키는 일본공개특허 1998-317111호와 같은 기술의 경우, S량이 10ppm보다 더 적을 때에 Sb, Sn에 의한 철손 저감효과가 현저히 확인되는 것으로 기재하고 있으나, 본 발명자가 실험한 바에 의하면 S함량이 10ppm보다 더 적게 함유되는 소재에 Sb, Sn등의 원소를 투입하는 경우 철손의 현저한 저감이 일어나지 않고, 다만, Sb, Sn등의 원소를 투입하는 것에 기인하는 효과만 나타나는 것으로 확인되었다. 여기에서 철손저감효과가 나타나는 것은 S함량의 저감에 의한 것 보다는 강판표면부에 농화하여 질소의 흡착을 억제하는 Sb, Sn등의 원소를 투입하는 것에 기인하는 것인 바, 따라서 이러한 특허기술은 잘못된 가정하에서 도출된 것이어서 현장에서 적용될 수 없는 문제가 있고,
표층하 질화를 발생시키는 주된 원인에 대해서도 질화층의 생성억제에만 초점을 맞추어서 질화층의 생성을 억제하는 원소 즉, Sb, Sn등의 원소에 대하여만 기재하고 있을 뿐, 강 내부의 Al함량과 소둔분위기 조건 등이 질화층의 생성에 어떠한 작용을 하는지에 대하여는 구체적으로 명시하고 있지 않아 현저한 철손저감 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있었다.
JP 1998-183310 A 1998.07.14. JP 2001-140018 A 2001.05.22. JP 2006-241563 A 2006.09.14. JP 1998-317111 A 1998.12.02. JP 2000-328207 A 2000.11.28.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 최종 소둔과정에서 발생하는 표층하 질화 및 산화물에 의한 자성 열화를 막기 위해, 노점을 낮게 제어하고, Al에 따라 Sn을 적정량으로 투입함으로써 자성이 우수한 특히, 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, Al이 포함된 무방향성 전기강판의 Sn양을 Al함량과 연계하여 투입하고, 최종소둔로의 노점을 제어함으로써, 최종 제품판의 표층하 질화 및 산화물을 억제하여 철손이 낮은 무방향성 전기강판을 얻도록 하는데 특징이 있다.
본 발명의 철손이 낮은 무방향성 전기강판은, 중량%로 Si:4.0%이하, Mn:0.1~1.0%, Al:0.45 ~1.7%, C:0.005%이하, P:0.1%이하, S:0.003%이하, N:0.003%이하, Ti:0.005%이하, Sn:0.08%미만, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하되, Sn의 함량은 Al 함량에 따라 아래 식1을 만족하는 범위로 이루어진 것을 특징으로 한다.
[식 1] 800 > Sn(ppm) > 285 × Al(wt%) - 125
또한, 상기 강판은, GDS(Glow discharge Spectroscopy)로 관찰했을 때 표층하 질소 분율의 최대값이 5% 이하인 것을 특징으로 하고,
또한, 상기 강판은 GDS로 관찰했을 때 표층하 산소 분율이 50%인 깊이가 0.1㎛ 미만인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법은, 슬라브를 재가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔, 냉간압연, 최종 소둔하는 통상의 공정에 의해 완성되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 상기 슬라브는 청구항 1기재의 성분조성으로 이루어지고, 상기 최종소둔은 수소와 질소로 구성된 분위기로 내에서 실시하되, 노점이 -10도 미만이 되도록 관리하는 것을 특징으로 하며, 상기 열연판 소둔은 소둔직후 산세조에서 표층의 스케일을 벗겨내는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 고급 무방향성 전기강판에서 Sn의 투입량을 Al함량에 따라 최적화하고 최종소둔시 노점을 관리하여 질화 및 산화물 양을 제어하여 철손을 줄임으로써, 모터 철심으로 사용시에 에너지 손실을 줄일 수 있다.
또한, Sn이 필요 이상으로 첨가됨으로 인한 자성의 열화 및 합금첨가 비용의 상승을 방지함으로서 무방향성 전기강판의 품질을 높이고 제조단가를 절감할 수 있다.
도 1은 무방향성 전기강판의 철손 저감효과를 얻을 수 있는 Al 함량과 Sn 투입량의 상관관계를 나타낸 그래프,
도 2는 Al 함량과 Sn의 투입량에 따른 무방향성 전기강판의 철손을 나타낸 그래프,
도 3은 Al 함량과 Sn의 투입량 및 최종소둔시 노점에 따른 무방향성 전기강판의 철손을 2.2(W/Kg) 미만인 것과, 2.2(W/Kg) 초과인 것으로 구분하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
Si, Al 및 Mn을 함유하는 무방향성 전기강판에서 N은 소둔 중 강판 내부로 침입하여 질화물을 형성하고 결정립 성장을 억제하여 집합조직 발달을 저해하는 불순물 원소로 알려져 있다.
본 발명자는 N의 강중 침입을 억제함으로써 자성이 우수한 고급 무방향성 전기강판을 제조하고자 다양한 합금원소가 자성에 미치는 종류별 영향에 대하여 연구한 결과, Sn을 첨가함으로써 얻게 되는 자성 향상의 효과는 일정하지 않고 강내 성분 함량, 특히 Al의 함량에 따라 좌우되는 것으로 조사되었다.
이에 착안하여 본 발명자는 무방향성 전기강판의 Al의 함량이 Sn의 투입량에 따른 자성 향상의 효과에 미치는 영향에 대해 확인하고자 다양한 합금성분에 대하여 거듭 실험을 수행하였으며, 그 결과 0.45~1.7%의 Al을 함유하는 성분계로 이루어진 무방향성 전기강판에서 Sn의 투입에 의한 자성 향상의 효과는 Al 함량에 따라 크게 좌우되며, Sn을 Al 함량에 대하여 특정 조건식을 만족하도록 첨가시킴으로써 표층하 질화물의 형성을 제어할 수 있고, 그에 따라 우수한 철손을 안정적으로 확보할 수 있음을 최초로 발견하여 본 발명을 완성할 수 있었다.
본 발명은 중량%로 Si:4.0%이하, Mn:0.1~1.0%, Al:0.45~1.7%, C:0.005%이하, P:0.1%이하, S:0.003%이하, N:0.003%이하, Ti:0.005%이하, Sn:0.08%미만, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유한 무방향성 전기강판으로써, Sn의 함량은 Al 함량에 따라 아래 식1을 만족하는 범위로 이루어진 것을 특징으로 한다.
[식 1] 800 > Sn(ppm) > 285 × Al(wt%) - 125
먼저, 본 발명의 성분제한 이유부터 살펴본다. 이하, 함량은 중량%이다.
[C: 0.005% 이하]
C는 최종제품에서 자기시효를 일으켜서 사용 중 자기적 특성을 저하시키므로 0.005중량% 이하로 함유하며, C의 함량이 낮을수록 자기적 특성에 바람직하므로 최종제품에서는 0.003중량% 이하로 제한하는 것이 더욱 바람직하다.
[Si: 4.0% 이하]
Si는 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추는 성분으로서, 4.0% 를 초과하여 첨가하면 냉간압연성이 떨어져 판파단이 일어나기 때문에 4.0% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
[P: 0.1% 이하]
P는 비저항을 증가시키고, 집합조직을 개선하여 자성을 향상시키기 위하여 첨가한다. 과다하게 첨가된 경우 냉간압연성이 악화되기 때문에 0.1% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
[S: 0.003% 이하]
S는 미세한 석출물인 MnS 및 CuS를 형성하고 결정립성장을 억제하여 자기특성을 악화시키기 때문에 낮게 관리하는 것이 바람직하므로 그 함량을 0.003% 이하로 제한한다.
[Mn: 0.1~1.0%]
Mn이 0.1% 미만으로 존재하면 미세한 MnS 석출물이 형성되어 결정립성장을 억제시킴으로서 자성을 악화시킨다. 따라서 0.1%이상 존재하게 되는 경우, 조대한 MnS가 형성되고, 또한 S성분이 보다 미세한 석출물인 CuS로 석출되는 것을 막을 수있다. 그러나 Mn이 증가하는 경우 자성을 떨어뜨리기 때문에 1.0% 이하로 첨가한다.
[Al:0.45~1.7%]
Al은 비저항을 증가시켜 와류손실을 낮추는데 유효한 성분이다. 0.45% 미만의 경우 AlN이 미세석출하여 자성이 악화되고, 또한 1.7%를 초과한 경우 가공성이 열화되므로, 1.7% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
[N:0.003% 이하]
N은 모재 내부에 미세하고 긴 AlN 석출물을 형성하여 결정립성장을 억제하므로 적게 함유시키며, 본 발명에서는 0.003% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
[Ti:0.005% 이하]
Ti는 미세한 TiN, TiC의 석출물을 형성시켜 결정립 성장을 억제하며, 0.005%를 초과하여 첨가되는 경우 많은 미세한 석출물이 발생하여 집합조직을 나쁘게 하여 자성을 악화시킨다.
[Sn:0.08% 미만]
Sn은 표면 석출원소로서 강판표층부에 농화하여 질소의 흡착을 억제하고, 결과적으로 결정립의 성장을 방해하지 않아 철손을 낮추는 역할을 하며, Sn의 양이 800ppm이상으로 지나치게 많을 경우 결정립 성장 지연 등으로 인해 오히려 자성이 악화되므로 0.08% 미만으로 한정한다.
상기 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 피할 수 없는 불순물로 이루어진다.
위와 같은 조성으로 된 슬라브를 열간 압연, 권취, 열연판 소둔을 한후 산세, 냉간 압연한 후, 최종소둔을 하여 완성하게 된다. 이 때, 열연판 소둔은 상변태가 없는 고급 전기강판을 대상으로 최종 소둔판의 집합조직을 향상시키기 위해 실시하며, 소둔 직후 산세조에서 표층의 스케일을 벗겨내어 표면 품질을 확보하게 된다.
냉간압연 후 표면에 존재하는 압연유를 탈지하고 최종 소둔을 하게 되는데, 이 과정은 최종제품을 만들어내는 것으로 표면 품질이 중요하기 때문에 수소와 질소로 구성된 분위기로 내에서 소둔하게 된다. 최종소둔시 수소가 포함되기 때문에 Fe나 Si계 산화물들은 대부분 환원하게 되며, 일부 Al이 산화 혹은 질화된다. 일반적으로 Al산화물은 표층에 분포되어 있고, Al 질화물은 각진 덩어리를 이루어 표층 및 표층하에 분포하게 되는데, 두 경우 모두 자기 도메인의 이동을 방해하여 철손에 안좋은 영향을 주며, 추후 코팅 밀착성도 열위하게 만든다. Al 산화물의 경우에는 노점이 낮게 관리되면 억제되는데, 특히 최종소둔시 노점을 -10도 미만으로 관리하는 경우 산소 분압을 낮추어 산화물이 거의 발생하지 않도록 할 수 있다.
하지만, 최종소둔시 노점이 일정 온도 이하로 떨어질 경우, 상대적인 흡질에 의한 질화물 형성 가능성은 증가하게 된다. 특히, 최종소둔시 노점이 낮고, Al함량이 비교적 높으며, S가 적어 표면 반응성이 좋은 경우 표층하에 질소가 침투하여 자성을 열위시킨다. 따라서, Sn과 같이 표면 석출 원소를 첨가할 경우 표면 반응성을 떨어뜨려, 추가적인 질화를 방지함으로써 자성을 향상시킬 수 있다.
강내부에 Al이 0.45% 미만일 경우에는 흡질 현상이 거의 발생하지 않으나, Al이 이보다 높으면 높을수록 표면 반응성을 떨어뜨리는 것에 의한 자성 향상 효과의 유효성이 높아지기 때문에, 다음과 같은 (식 1)과 같이 Al함량에 따라 Sn의 투입량을 늘림으로써 우수한 자성을 확보할 수 있다. 다만, Sn의 투입량이 800ppm이상으로 지나치게 많을 경우 결정립 성장 지연 등으로 인해 오히려 자성이 악화된다.
[식 1] 800 > Sn(ppm) > 285 × Al(wt%) - 125
강판 표층을 단시간에 분석하기 위한 방법으로 GDS(Glow Discharge Spectroscopy)와 같은 표면 증발을 통해 깊이에 따른 원소의 함량을 분석하는 방법이 있다. 무방향성 전기강판의 표층을 GDS로 관찰할 경우, 위 조건에 따라 제작된 경우 표층의 질소함량 최대치는 5% 이하였다. 산소의 경우는 최대값이 대부분 표면에서 100%로 관찰되며 이후 깊이에 따라 급속히 감소하는 경향이 있는데, 따라서 산소함량의 최대값보다는 깊이에 따라 얼마나 빠르게 감소하는가가 의미가 있다. Sn을 Al함량에 따라 [식 1]에 따라 적절하게 첨가하여 자성이 우수한 경우 산소함량이 50%가 되는 시점이 0.1um 미만, 더욱 바람직하기로는 0.08㎛ 이하였다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
중량%로, C:0.0030%, P:0.012%, S:0.0003~0.0036%, N:0.0013%, Mn:0.17%, Ti:0.0015% 및 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물과 표1과 같이 Al, Si, Sn으로 조성되는 슬라브를 1130℃로 재가열한 다음 2.3mm로 열간압연하여 열간압연강판을 제조하였다. 이 때, 비저항 차이에 의해 발생하는 철손 차이를 없애기 위해 Al+Si 값은 4.1~4.3(wt%) 범위내로 유지하였다. 상기 열간압연된 강판을 650℃에서 권취 후 공기중에서 냉각하고 1040℃에서 2분 동안 열연판 소둔을 실시한 후 산세후에 0.35mm로 냉간압연을 실시하였으며, 노점을 -42~-2도까지 변화해가며, 1040℃에서 50초 동안 수소 20%, 질소 80% 분위기로 최종 소둔을 실시한 후 강판의 자성 및 표면 분석을 실시하였다. 강판의 자성측정은 60X60mm2 크기 단판 측정기를 이용하여 압연 방향과 압연 직각 방향으로 측정하여 평균내었으며, GDS를 이용하여 표층으로부터 깊이에 따른 질소와 산소의 분율을 측정하여 강판 표면을 분석하였다.
표 1은 최종소둔시 노점과 제강성분에 따른 강판의 철손 및 표면 분석결과이다.
시료
번호 		1)노점
(℃) 		제강성분 2)표층하
질소분율
최대값(%) 		3)산소 50%
침투깊이
(μm) 		철손
(W15/50,W/Kg)
구분
Al(wt%) Si(wt%) Sn(ppm) S(ppm)
1 -41 0.45 3.70 10 7 5 0.051 2.15 발명재1
2 -40 0.46 3.65 120 8 4 0.047 2.16 발명재2
3 -40 0.81 3.41 0 7 10.5 0.051 2.35 비교재1
4 -40 0.82 3.42 55 6 9 0.062 2.32 비교재2
5 -41 0.80 3.38 90 5 7.5 0.058 2.30 비교재3
6 -42 0.83 3.40 120 6 4 0.053 2.19 발명재3
7 -40 0.82 3.40 200 7 2.5 0.049 2.12 발명재4
8 -40 1.21 3.03 150 8 7 0.051 2.35 비교재4
9 -40 1.09 3.08 210 7 3.5 0.047 2.13 발명재5
10 -40 1.23 3.01 304 4 3 0.049 2.10 발명재6
11 -40 1.45 2.66 150 5 6.5 0.051 2.31 비교재5
12 -40 1.55 2.71 320 7 3 0.051 2.16 발명재7
13 -40 1.54 2.70 800 5 3 0.051 2.31 비교재6
14 -40 1.50 2.65 1000 3 3.5 0.050 2.32 비교재7
15 -25 0.46 3.65 120 5 3.5 0.069 2.10 발명재8
16 -26 0.80 3.38 90 7 7 0.070 2.31 비교재8
17 -22 0.82 3.40 200 6 2 0.073 2.13 발명재9
18 -23 1.21 3.03 150 8 6.5 0.069 2.34 비교재9
19 -18 1.09 3.08 210 6 4 0.071 2.19 발명재10
20 -23 1.45 2.66 150 7 6 0.072 2.33 비교재10
21 -21 1.55 2.71 320 5 2.5 0.069 2.21 발명재11
22 -10 0.45 3.70 0 6 4 0.120 2.31 비교재11
23 -8 0.46 3.65 120 4 2.5 0.170 2.35 비교재12
24 -4 0.81 3.41 0 6 4.5 0.160 2.33 비교재13
25 -5 0.80 3.38 90 6 4 0.180 2.31 비교재14
26 -5 0.83 3.40 120 5 3.5 0.170 2.31 비교재15
27 -5 0.82 3.40 200 7 2.5 0.180 2.32 비교재16
28 -6 1.21 3.03 150 8 4.5 0.210 2.35 비교재17
29 -5 1.09 3.08 210 5 3 0.180 2.32 비교재18
30 -2 1.23 3.01 304 8 2.5 0.170 2.31 비교재19
31 -8 1.45 2.66 150 4 4 0.170 2.33 비교재20
32 -6 1.60 2.70 250 6 4.5 0.200 2.41 비교재21
33 -5 1.55 2.71 320 5 3 0.170 2.40 비교재22
34 -5 1.50 2.65 400 6 3.5 0.170 2.41 비교재23
35 -40 0.82 3.39 196 9 2.1 0.043 2.12 발명재12
36 -41 0.79 3.40 180 15 2.3 0.045 2.13 발명재13
37 -41 0.81 3.42 189 25 2.2 0.046 2.09 발명재14
38 -42 0.80 3.39 210 28 2.1 0.043 2.15 발명재15
39 -41 0.82 3.43 190 35 2.5 0.042 2.35 비교재24
40 -40 1.21 2.96 250 8 2.5 0.042 2.10 발명재16
41 -40 1.22 3.01 245 11 2.4 0.044 1.98 발명재17
42 -40 1.18 3.10 220 15 2.4 0.045 2.03 발명재18
43 -40 1.23 3.02 230 26 2.3 0.043 2.00 발명재19
44 -40 1.22 3.03 250 33 2.3 0.044 2.31 비교재25
45 -40 1.15 3.00 0 9 9.8 0.045 2.28 비교재26
46 -40 1.22 3.02 0 15 11.2 0.043 2.31 비교재27
47 -40 1.21 2.95 0 30 10.1 0.044 2.32 비교재28
48 -22 0.82 3.30 130 9 2.3 0.074 2.11 발명재20
49 -22 0.81 3.31 150 15 2.4 0.072 2.10 발명재21
50 -22 0.83 3.35 140 26 2.3 0.074 2.12 발명재22
51 -22 0.82 3.30 0 9 9 0.071 2.28 비교재29
52 -21 0.81 3.31 0 15 8.5 0.069 2.29 비교재30
53 -19 0.83 3.35 0 26 9 0.074 2.30 비교재31
54 -15 1.11 3.08 250 13 4.1 0.076 1.96 발명재23
55 -16 1.12 3.08 240 25 3.8 0.075 2.15 발명재24
56 -14 1.20 3.08 260 36 3.9 0.074 2.32 비교재32
1) Chilled mirror type의 노점계로 측정한 최종소둔로 노점
2) GDS로 측정했을 때, 질소의 깊이 분포 그래프에서 최대 질소량
3) GDS로 측정했을 때, 산소의 분율이 50%가 되는 깊이
비교재 11~23은 최종소둔시 노점이 -10도 이상인 경우로서, 표층하 질화물의 양은 적어지지만 산화물이 강판 표층으로부터 깊이 침투하여 철손이 열화되며, 이는 도 3의 도시에서 확인할 수 있다.
최종소둔시 노점이 -10도 보다 낮은 경우에는 합금성분에 따라 철손이 변하게 된다. 발명재 1,2와 같이 Al함량이 0.45% 정도로 상대적으로 작은 경우에는 표층하 질소값이 낮아지고 철손이 향상된다. 이는 Al양이 적으면 강내에서 질화물의 대부분을 차지하는 AlN이 형성될 확률이 줄어들기 때문이다.
Al함량이 높아지는 경우에는 Al과 Sn의 양에 따라 표층하 질소 최대값이 변하게 되는데, Al이 증가하고, Sn이 감소할수록 표층하 질소 값이 증가하게 되는 경향을 나타낸다. Al이 0.8%인 경우 Sn값이 120ppm이상, Al이 1.2%인 경우 200ppm이상, Al이 1.5%인 경우 250ppm이상인 경우 자성이 양호하게 나왔다. Al양이 증가함에 따라 적정 Sn양이 증가하는 것은 Al이 많아짐에 따라 흡질이 더 잘 발생하기 때문이다.
이러한 점에 기초하여 실험결과를 맞춤계산한 결과, 도 1의 도시와 같이 Sn의 투입량이 285×Al(wt%)-125 보다 큰 값일 때 우수한 자성을 가지게 되는 것으로 확인되었다. 자성이 우수한 발명재의 경우 대체로 표층하 질소 최대값이 5%이하이고, 산소 침투 깊이는 0.1um 미만인 것으로 나타났다.
도 2는 Al 함량과 Sn의 투입량에 따른 무방향성 전기강판의 철손을 나타낸 그래프이다. 도 2의 도시와 같이, Sn의 투입량(ppm)이 285×Al(wt%)-125 보다 큰 본 발명의 범위에서는 철손이 2.1(W/Kg) 정도로 낮았으나, Sn의 투입량(ppm)이 285×Al(wt%)-125 보다 작아 본 발명의 범위에서 벗어난 경우에서는 철손이 2.3(W/Kg) 이상으로 높아지는 것으로 조사되었다.
비교재 6, 7과 같이 Sn이 800ppm이상인 경우에는 오히려 자성이 악화되는 경향이 나타나게 되는데 이는 Sn이 결정립 성장성을 해치기 때문인 것으로 생각된다.
비교재 25~32번에서, 노점이 -10도 미만으로 낮아 흡질이 되기 쉬운 조건하에서, Sn이 미 첨가되었을 경우, 표층하 질소 최대값은 S 함량과 관련 없이 높게 나타났으며, 자성은 모두 열위하였다. 다만, 발명재 12~24번에서 S가 30ppm이하의 범위에서는 S의 함량과 상관없이 Sn 첨가량이 285×Al(wt%)-125 보다 높은 경우 자성이 모두 우수하였다.
이러한 결과로부터 Al이 0.45%이상 함유된 성분계의 무방향성 전기강판에서 S가 흡질에 미치는 영향은 크지 않으며, 다만 S는 재고용 등의 과정에서 생성되는 미세석출물로 인해 자성이 열화되지 않도록 30ppm이하로 관리하는 것으로 충분하고, Sn을 Al함량에 따라 결정되는 적정량으로 투입함으로써 표층 질화물의 형성이 억제되어 극히 우수한 철손 특성을 갖는 무방향성 전기강판의 제조가 가능함을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 중량%로 Si:4.0%이하(0% 제외), Mn:0.1~1.0%, Al:0.45~1.7%, C:0.005%이하, P:0.1%이하(0% 제외), S:0.003%이하, N:0.003%이하, Ti:0.005%이하, Sn:0.08%미만(0% 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물을 함유하되,
    GDS 관찰시 표층하 질소 분율의 최대값이 5% 이하이며, 표층하 산소 분율이 50%인 깊이가 0.1㎛ 미만을 만족하도록, Sn의 함량이 Al 함량에 따라 아래 식1을 만족하는 범위로 함유되는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판.
    [식 1] 800 > Sn(ppm) > 285 × Al(wt%) - 125
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 슬라브를 재가열하고 열간압연한 후, 열연판소둔, 냉간압연, 최종소둔하는 통상의 공정에 의해 완성되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,
    상기 슬라브는 청구항 1기재의 성분조성으로 이루어지고, 상기 최종소둔은 수소와 질소로 구성된 분위기로 내에서 실시하되, 노점이 -10도 미만이 되도록 관리하는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열연판 소둔은 소둔직후 산세조에서 표층의 스케일을 벗겨내는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조방법.
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