KR101677446B1 - 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

무방향성 전기강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 구현례에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은, 슬라브를 가열한 후 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판을 열연판 소둔을 실시하거나 열연판 소둔을 생략한 후 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연판을 냉연판 소둔하는 단계를 포함하되, 상기 냉연판 소둔하는 단계는 승온단계 및 균열 단계를 포함하며, 상기 승온단계는 10℃/초 이상의 승온속도로 700℃까지 승온되며, 700℃에 도달한 이후는 5℃/초 이상의 승온속도로 균열 온도까지 승온되는 것일 수 있다.

Description

무방향성 전기강판 및 그 제조방법{NON-ORIENTIED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
각종 모터 및 소형 변압기 등의 철심용 재료로 사용되는 무방향성 전기강판은, 에너지 손실 중 가장 가장 큰 부분을 차지하기 때문에 전기제품 설계에서 매우 중요한 부품이다. 이러한 전기 제품의 에너지 손실을 줄이기 위하여 전기강판은 철손이 낮고 자속밀도가 높은 것이 요구된다. 무방향성 전기강판의 철손이 낮으면 자기장을 가할 때 열로 나타나는 에너지 손실을 줄일 수 있으며 또한 자기적 특성 중에서 자속밀도가 높으면 철심 부위의 구리선 저감을 통해 에너지를 절감할 수 있으며, 전기제품의 크기를 줄 일수도 있다.
모터의 소재는 그 사용되는 주파수에 따라서 달라질 수 있다. 특히 100 Hz이하의 일반 상용 주파수 영역에서 사용되는 전기강판은 철손을 낮추고 자속밀도를 높이기 위해서 불순물이 적은 청정강으로 제조하거나, 추가적인 원소를 첨가하여 집합조직을 개선하여 특성을 향상시키는 방법이 있으며 이들을 복합적으로 사용할 수도 있다. 그러나 전자의 경우 제조공정에서 추가공정에 대한 원가가 증가되며, 후자의 경우 추가로 첨가하는 원소에 대한 비용이 증가하게 된다. 철손을 낮추는 방법 중에는 Si이나 Al등 비저항을 증가시키는 원소를 증가하기도 하지만 자속밀도가 감소하는 문제점이 있다. 이와 같이 합금원소를 가능하면 적게 함유하고 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조하기 위한 연구가 필요하다.
선행문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2013-010982호
선행문헌 2: 공개특허공보 제10-2012-0074032호
본 발명의 일 구현례는 무방향성 전기강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 구현례는 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현례에 의한 무방향성 전기강판은, 중량%로, Al:0.0006% 내지 0.0040%, Cu:0.009% 내지 0.03%, Mo:0.009% 내지 0.051%, S:0.001% 내지 0.01% 및 N:0.005%이하(0%를 포함하지 않는다)를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함한다.
상기 전기강판은, 중량%로, C: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다), Si: 0.1% 내지 4.5%, Mn: 1.0%이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.2%이하(0%를 포함하지 않는다), 및, Ti: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다)를 더 포함하고, Sn, Sb, 또는 이들의 조합을 0.01% 내지 0.2% 더 포함할 수 있다.
상기 전기강판의 결정립의 입경은 40㎛ 내지 160㎛ 일 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은, 슬라브를 가열한 후 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판을 열연판 소둔을 실시하거나 열연판 소둔을 생략한 후 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연판을 냉연판 소둔하는 단계를 포함하되, 상기 냉연판 소둔하는 단계는 승온단계 및 균열 단계를 포함하며, 상기 승온단계는 10℃/초 이상의 승온속도로 700℃까지 승온되며, 700℃에 도달한 이후는 5℃/초 이상의 승온속도로 균열 온도까지 승온되는 것일 수 있다.
상기 균열 단계에서 균열 온도는 850℃ 내지 1100℃ 일 수 있다.
상기 슬라브는 중량%로, Al:0.0006% 내지 0.0040%, Cu:0.009% 내지 0.03%, Mo:0.009% 내지 0.051% 및 N:0.005%이하(0%를 포함하지 않는다)를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 슬라브는 중량%로, C: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다), Si: 0.1% 내지 4.5%, Mn: 1.0%이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.2%이하(0%를 포함하지 않는다), 및, Ti: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다)를 더 포함하고, Sn, Sb, 또는 이들의 조합을 0.01% 내지 0.2% 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 냉연판 소둔이 완료된 강판의 결정립의 입경은 40㎛ 내지 160㎛ 일 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의하면 합금원소의 함량이 적으면서도 철손이 낮고 자속밀도가 높으며, 자속밀도의 편차가 적은 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현례들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 구현례들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 구현례들은 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 구현례들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미한다.
먼저 본 발명의 일 구현례에 의한 무방향성 전기강판에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 구현례에 의한 무방향성 전기강판은, 중량%로, Al:0.0006% 내지 0.0040%, Cu:0.009% 내지 0.03%, Mo:0.009% 내지 0.051% 및 N:0.005%이하(0%를 포함하지 않는다)를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 전기강판은, 중량%로, C: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다), Si: 0.1% 내지 4.5%, Mn: 1.0%이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.2%이하(0%를 포함하지 않는다), 및, Ti: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다)를 더 포함하고, Sn, Sb, 또는 이들의 조합을 0.01% 내지 0.2% 더 포함하는 것일 수 있다.
먼저 성분한정의 이유에 대하여 설명한다.
Al은 비저항은 증가되나 자속밀도가 낮아지기 때문에 본 발명의 일 구현례에서는 임의적으로 첨가되지 않을 수 있다. 0.005%초과이면 전기강판에서 자속밀도가 낮아진다. 보다 구체적으로는 0.004%이하일 수 있다.
Cu는 0.03% 초과인 경우 S와 결합하여 미세한 석출물을 만들어 결정립 성장을 억제하여 자성을 열화시킬 수 있다.
Mo는 본 발명의 일 구현례에서 첨가되는 Al 함량에서 투자율의 편차를 감소시키게 된다. 0.009% 미만이면 투자율 편차의 감소효과가 없으며, 0.051% 초과시 첨가량 대비 투자율 편차 감소효과가 떨어질 수 있다.
N는 0.005%초과시 AlN석출물을 형성하여 결정립성장을 억제하여 자성을 열화시킬 수 있다. 보다 구체적으로는 0.003%이하로 첨가될 수 있다.
S는 결정립계에 편석하여 소둔 시 N가 침입하는 것을 방지한다. S의 함량이 0.001% 미만이면 N의 침입이 증가하여 자성이 열화되며, 0.01%초과시 철손이 증가될 수 있다.
C는 0.005% 초과시 최종제품에서 자기시효를 일킬 수 있고, 탄화물을 형성하여 철손을 높일 수 있다.
Si 는 0.1% 미만 첨가시 와류손실이 증가하여 철손이 높아질 수 있으며, 4.5% 초과시 취성이 증가하여 판 파단이 발생할 수 있다.
Mn은 0.2% 이상 첨가되어 결정립을 성장시키고 집합조직을 발달시킬 수 있다. 1.0% 초과시 냉간 압연성이 저하될 수 있다.
P는 비저항을 증가시켜 철손을 낮추며 자성에 유리한 집합조직을 형성하지만, 0.2% 초과시 냉간 압연성이 저하될 수 있다.
Ti는 0.005%초과시 미세한 탄화물이나 질화물을 만들어 자기적 성질에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
Sn 및 Sb는 결정립계에 편석하여 결정립계를 통한 질소의 확산을 억제하며 강중 집합조직을 개선한다. Sn 및 Sb 는 각각 단독으로 첨가되거나 복합으로 첨가될 수 있다. Sn, Sb, 또는 이들의 조합이 0.01% 미만이면 집합조직이 열위하여 자성에 악영향을 미치며, 0.2%초과시 압연성이 저하될 수 있다.
상기 전기강판의 결정립의 입경은 40㎛ 내지 160㎛ 일 수 있다. 40㎛ 미만이면 집합 조직의 성장이 미미하여 철손이 증가하며, 160㎛ 초과시 자속밀도가 낮아지고 투자율 편차가 증가할 수 있다.
상기 전기강판의 투자율 편차는 30%이하일 수 있다. 투자율 편차는 {(압연방향 투자율-압연직각방향 투자율)x100/(압연방향 투자율+압연직각방향 투자율)}이다. 여기서 압연직각방향이란 강판의 폭방향을 의미한다.
본 발명의 일 구현례에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 설명한다.
먼저 슬라브를 제공한다. 상기 슬라브는 중량%로, Al:0.0006% 내지 0.0040%, Cu:0.009% 내지 0.03%, Mo:0.009% 내지 0.051% 및 N:0.005%이하(0%를 포함하지 않는다)를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 슬라브는 중량%로, C: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다), Si: 0.1% 내지 4.5%, Mn: 1.0%이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.2%이하(0%를 포함하지 않는다), 및, Ti: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다)를 더 포함하고, Sn, Sb, 또는 이들의 조합을 0.01% 내지 0.2% 더 포함하는 것일 수 있다. 슬라브의 성분한정의 이유는 무방향성 전기강판에서의 성분한정의 이유와 같다.
이후, 상기 슬라브를 가열한다. 슬라브를 가열시 가열 온도는 1250℃이하일 수 있다. 1250℃ 초과시 AlN, MnS등의 석출물이 과도하게 재고용되어 열간압연시 미세한 석출물로 석출될 수 있다.
이후, 상기 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조한다. 열연판 제조시 마무리압연은 페라이트상에서 종료할 수 있으며 판형상 교정을 위하여 최종 압하율은 20%이하로 실시할 수 있다.
이후 열연판은 필요에 따라 열연판 소둔을 실시하거나 열연판 소둔을 생략할 수 있다. 열연판 소둔을 실시하는 경우 소둔온도는 850 내지 1150℃에서 10분 이하일 수 있다.
이후 열연판을 냉간 압연하여 0.1mm 내지 0.7mm 두께의 냉연판을 제조한다.
이후 상온까지 냉각된 냉연판을 냉연판을 냉연판 소둔한다. 상기 냉연판 소둔하는 단계는 승온단계 및 균열 단계를 포함한다. 상기 승온단계는 10℃/초 이상의 승온속도로 700℃까지 승온되는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 10℃/초 내지 30℃/초일 수 있다. 이러한 범위를 만족하는 경우, 결정립이 균일하여 철손이 낮고 및 자속밀도 편차가 적은 전기강판을 제조할 수 있다. 또한, 승온속도가 10℃/초 미만일 경우 냉연판 소둔시 결정립의 성장이 미미하여 철손이 열위될 수 있다.
상기 승온단계에서 700℃에 도달한 이후는 5℃/초 이상의 승온속도로 균열 온도까지 승온되는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 700℃ 후에는 10℃/초 내지 20℃/초 승온속도를 가질 수 있다. 10℃/초 내지 20℃/초 승온속도를 가짐으로써 결정립이 균일하여 자성이 향상될 수 있다. 승온속도가 5℃/초 미만이면 결정립 성장이 불충분하여 철손이 저하될 수 있다.
또한, 700℃ 전의 승온속도가 700℃ 후의 승온속도 보다 5℃/초 내지 10℃/초 빠를 수 있다, 700℃ 전의 승온속도가 700℃ 후의 승온속도 보다 5℃/초 내지 10℃/초 빠르게 유지하여 결정립의 크기가 균일해지고 자성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 균열 단계에서 균열 온도는 850℃ 내지 1100℃ 일 수 있다. 850℃ 미만이면 결정립의 성장이 미흡하여 철손이 저하될 수 있고, 1100℃ 초과시 결정립이 과도하게 성장하여 자성이 저하될 수 있다.
상기 냉연판 소둔시 결정립의 성장이 일어나게된다. 이때 소둔 온도와 소둔 시간을 조절하여 강판의 결정립의 크기가 40㎛ 내지 160㎛ 이 되도록 할 수 있다. 40㎛ 미만이면 집합 조직의 성장이 미미하여 철손이 증가하며, 160㎛ 초과시 자속밀도가 낮아지고 투자율 편차가 증가할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
하기 표 1과 같이 조성을 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하였다. 상기 슬라브를 1150℃까지 가열하고, 2.5mm의 두께로 열간 압연한 후 650℃에서 권취하였다. 공기 중에서 냉각한 열연강판은 1050℃에서 5분간 소둔 후 산세한 다음 0.35mm 두께로 냉간압연하고 상온까지 냉각하였다. 이후, 표2와 같은 조건에서 냉연판 소둔 한 후 자기적 특성을 조사하였다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.
Figure 112014126011392-pat00001
상기 표1에서 조성의 함량은 중량%이다.
Figure 112014126011392-pat00002
1) 철손(W15/50)은 50Hz주파수에서 1.5 Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 직각방향의 평균 손실(W/kg)임.
2) 자속밀도(B50)은 5000A/m로 유기하였을 때 유도되는 자기장의 강도임
3) 투자율은 1.5Tesla에서의 자속밀도에서 유도되는 투자율임.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 성분범위를 만족하는 발명강(1~4)을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 의한 제조조건으로 제조한 발명재(A~D)는 철손이 낮고 자속밀도가 높으며, 투자율 편차가 낮게 나타났음을 알 수 있다. 비교재A는 발명강이어도 소둔 시 가열속도가 낮아 결정립성장이 미흡하며, 자성이 미흡하며 투자율 편차도 높다. 비교재B도 발명강이지만 소둔온도가 낮으며, 700℃까지 가열속도도 낮아 결정립성장이 미흡하며, 자성은 철손이 높아서 에너지 손실이 많다. 비교재C~F는 강명칭에서 비교강1~4로 성분계가 본 발명의 성분범위를 만족하지 않아서 자성이 미흡하며 투자율편차도 높은 것을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 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 (11)

  1. 중량%로, Al: 0.0006% 내지 0.0040%, Cu: 0.009% 내지 0.03%, Mo: 0.009% 내지 0.051%, S: 0.001% 내지 0.01%, N: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다), C: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다), Si: 0.1% 내지 4.5%, Mn: 1.0%이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.2%이하(0%를 포함하지 않는다), 및, Ti: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다)를 포함하고, Sn, Sb, 또는 이들의 조합을 0.01% 내지 0.2% 더 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하고,
    투자율 편차가 30%이하인 무방향성 전기강판.
    (단, 투자율 편차는 {(압연방향 투자율-압연직각방향 투자율)x100/(압연방향 투자율+압연직각방향 투자율)}이다.
    여기서 압연직각방향이란 강판의 폭방향을 의미한다.)
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기강판의 결정립의 입경은 40㎛ 내지 160㎛ 인 무방향성 전기강판.
  4. 중량%로, Al: 0.0006% 내지 0.0040%, Cu: 0.009% 내지 0.03%, Mo: 0.009% 내지 0.051%, S: 0.001% 내지 0.01%, N: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다), C: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다), Si: 0.1% 내지 4.5%, Mn: 1.0%이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.2%이하(0%를 포함하지 않는다), 및, Ti: 0.005%이하(0%를 포함하지 않는다)를 포함하고, Sn, Sb, 또는 이들의 조합을 0.01% 내지 0.2% 더 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 가열한 후 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연판을 냉연판 소둔하는 단계를 포함하되,
    상기 냉연판 소둔하는 단계는 냉연판 승온단계 및 냉연판 균열 단계를 포함하며,
    상기 냉연판 승온단계는 10℃/초 이상의 승온속도로 700℃까지 승온되며, 700℃에 도달한 이후 5℃/초 이상의 승온속도로 균열 온도까지 승온되고,
    상기 균열 온도에서 상기 냉연판 균열 단계가 수행되고,
    제조된 무방향성 전기강판의 투자율 편차가 30%이하인 무방향성 전기강판의 제조방법.
    (단, 투자율 편차는 {(압연방향 투자율-압연직각방향 투자율)x100/(압연방향 투자율+압연직각방향 투자율)}이다.
    여기서 압연직각방향이란 강판의 폭방향을 의미한다.)
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 균열 단계에서 균열 온도는 850℃ 내지 1100℃인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉연판 소둔이 완료된 강판의 결정립의 입경은 40㎛ 내지 160㎛ 인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉연판 승온단계는, 700℃ 전후를 기준으로,
    700℃ 전에는 10℃/초 내지 30 ℃/초 승온속도를 가지고,
    700℃ 후에는 10℃/초 내지 20℃/초 승온속도를 가지는 것인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉연판 승온단계는, 700℃ 전후를 기준으로,
    700℃ 전의 승온속도와 700℃ 후의 승온속도가 동일한 것인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉연판 승온단계는, 700℃ 전후를 기준으로,
    700℃ 전의 승온속도가 700℃ 후의 승온속도 보다 5℃/초 내지 10℃/초 빠른 것인 무방향성 전기강판의 제조방법.
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