KR101842418B1 - 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

중량%로, Si: 2.0 내지 3.5%, Mn: 0.03 내지 0.50%, C: 0.004% 이하(0%는 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), S: 0.003% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판으로서,
상기 전기강판의 (100) 집합조직의 최대면강도는 6 내지 25 이며,
상기 전기강판의 (100) 집합조직내의 <100> 결정방향과 압연방향 사이의 각도가 13° 내지 25° 범위내에서 특정된 하나의 각도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.

Description

무방향성 전기강판 및 그 제조방법{Non-oriented electrical steels and method for manufacturing the same}

본 발명은 무방향성 전기강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 황(S) 성분을 최소화하고, 냉간압연 공정을 제어하여 자성에 유리한 집합조직을 효율적으로 배치함으로써 자성을 향상시킨 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 전기기기의 에너지 효율을 결정하는데 중요한 역할을 하는데, 그 이유는 무방향성 전기강판이 모터, 발전기 등의 회전 기기와 소형 변압기 등의 정지기기에서 철심용 재료로 사용되어 전기적 에너지를 기계적 에너지로 바꾸어 주는 역할을 하기 때문이다.

전기강판의 자기적 특성으로는 철손과 자속밀도를 들 수 있는데, 철손은 에너지 손실이기 때문에 낮을수록 좋다. 한편 자화가 쉽게 되는 성질을 나타내는 자속밀도 특성이 높은 경우 더 작은 전류를 인가해도 동일한 자속밀도를 얻을 수 있기 때문에, 권선된 구리선에서 발생하는 열인 동손을 감소시킬 수 있어서 자속밀도 특성은 높을수록 좋다.

일반적으로 무방향성 전기강판의 자기적 성질 중, 철손을 개선하기 위해서는 전기저항 증가를 위해 비저항이 큰 합금 원소인 Si, Al, Mn등을 첨가하는 방법이 사용된다. 그러나 합금 원소를 첨가하게 되면 철손은 감소하지만 포화 자속밀도 감소로 인해 자속밀도의 감소 역시 피할 수 없게 된다. 더구나, 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)의 첨가량이 많아지면 냉간압연이 곤란해져 생산성이 떨어지게 되고 경도도 증가하여 가공성도 떨어지게 된다.

집합조직의 개선을 통해 자성특성을 효과적으로 향상시키는 방법으로는 미량 합금 원소를 이용하는 방법이 있다. 이를 이용하여 유해한 집합 조직인 판면에 대해 수직방향으로 <111>축이 평행한 결정립의 분율을 감소시키거나 불순물의 양을 극저화시켜 청정강을 제조할 수 있다.

그러나, 이러한 기술들은 모두 제조원가의 상승을 야기하고 대량생산의 어려움이 따르기 때문에 제조원가는 크게 상승시키지 않으면서 자성 개선 효과가 탁월한 기술이 필요한 실정이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 일본 공개특허 2012-112015호, 일본 공개특허 2011-179027호 및 대한민국 공개특허 제1998-026183호에서는 지속적인 노력이 있었으나, 자성저하, 비용증가 또는 생산성 저하 등의 문제가 있었다.

또한, 알루미늄(Al)은 실리콘(Si), 망간(Mn)과 함께 전기 비저항을 증가시키는 주요 원소로 와류 손실을 낮춰 철손을 감소시키는 역할도 하지만 강 중 질소(N)등과 결합하여 미세한 개재물을 형성하여 자성을 저하시키는 주 요인이 되며, 또한 페라이트 상의 성장을 억제하는 역할을 하므로 자성을 저하시키는 요인이 되기도 한다.

하지만 강 중 알루미늄(Al)의 첨가량을 제어하여 자속밀도를 향상하는 기술은 거의 없다. 일본공개특허 2004-292829호는 알루미늄(Al)이 0.0005% 이하, 실리콘(Si)이 0.7~1.5%에서의 자성향상에 대한 보고가 있으나, 강 중 0.0005% 미만의 소량의 알루미늄(Al)을 정련하기 위한 제조상의 어려움과 낮은 실리콘(Si) 함량에 따라 고급 전기강판으로의 적용에는 어려움이 있었다.

그리고, 무방향성 전기강판에서 자성에 영향을 미치는 인자 중에서 결정립이 커지면 철손이 낮아지지만, 이때 자화특성에 용이한 집합조직이 발달되지 않으면 철손을 높이고 자속밀도를 낮추기 때문에 집합조직이 보다 중요하다. 집합조직 중에는 자화가 용이한 결정의 방위가 많이 함유된 판면에 대해 결정립의 {100}면이 평행한 것이 바람직하며, {111}면이나 {211}면은 낮은 것이 바람직하다. 또한, 집합조직 중에는 판면에 대해 {110}면은 {100}면이 판면에 평행한 것에 비하면 자기적 특성에 불리하지만, 판면에 대해 {111}면 혹은 {112}면에 평행한 것에 비하면 유리하다.

일본공개특허 2012-112015호, 일본공개특허 2011-179027호 대한민국 공개특허 제1998-026183호 일본공개특허 2004-292829호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보다 상세하게는 황(S) 성분을 최소화하고, 냉간압연 공정을 제어하여 자성에 유리한 집합조직을 효율적으로 배치함으로써 자성특성이 향상된 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.0 내지 3.5%, Mn: 0.03 내지 0.50%, C: 0.004% 이하(0%는 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), S: 0.003% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판으로서, 상기 전기강판의 (100) 집합조직의 최대면강도는 6 내지 25 이며, 상기 전기강판의 (100) 집합조직내의 <100> 결정방향과 압연방향 사이의 각도가 13° 내지 25° 범위내에서 특정된 하나의 각도를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, 상기 전기강판의 두께는 0.05 내지 0.30 mm 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, 상기 전기강판은 압연방향으로의 철손 (W_15/50/kg)이 1.75 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, 상기 전기강판은 평균 결정립직경이 200 내지 440 μm 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조방법은 중량%로, Si: 2.0 내지 3.5%, Mn: 0.03 내지 0.50%, C: 0.004% 이하(0%는 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), S: 0.003%이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1200℃ 이하로 재가열하는 단계; 재가열된 상기 슬라브를 열간압연하여 열연판을 얻는 단계; 상기 열연판을 950 내지 1150℃로 가열 후 냉각하는 열연판 소둔 단계; 소둔한 열연판을 중간소둔을 포함하지 않는 1단 냉간압연하여 냉연판을 얻는 단계; 및 상기 냉연판을 환원성 가스 분위기에서 950 내지 1150℃ 에서 최종 소둔하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조방법에 있어, 상기 최종 소둔 시, 소둔 시간은 30 내지 300초 일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 따르면, 황(S) 성분을 최소화하고, 냉간압연 공정을 제어하여 자성에 유리한 집합조직을 효율적으로 배치함으로써 자성특성을 향상시킨 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 S의 함량이 0.0005%로 고정될 때, 무방향성 전기강판(D3 강종)의 두께 증가에 따른 {100} 집합조직의 면강도 변화를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1(가)의 두 종류의 결정들로 구성된 (100)[250] 집합조직을 EBSD상에서 엣치핏 형태로 나타낸 도면이다. 이 경우, {100} 면내에 존재하는 <100> 결정방향과 압연방향사이의 각이 21.8°를 나타낸다.
도 3은 무방향성 전기강판의 두께가 0.2 mm로 고정될 때, S의 첨가량 증가에 따른 {100} 집합조직의 면강도 변화를 나타내는 도면이다.
도 4는 0.1 mm 두께를 가지는 무방향성 전기강판(D4 강종)의 {100} 집합조직 중에서 (001)[490] 집합조직을 나타내는 도면이다. 이 경우, {100} 면내에 존재하는 <100> 결정방향과 압연방향사이의 각이 최대(23.96°)가 되는 것(표 2의 D4)을 나타낸다.
도 5는 0.2 mm 두께를 가지는 무방향성 전기강판(D5 강종)의 열처리 후 강판내부에 형성된 다량의 미세한 MnS 석출물을 나타내는 투과전자현미경(TEM) 조직 및 MnS 석출물임을 확인하는 EDS (Energy-dispersive-spectroscope) 분석결과이다.
도 6은 실시예 4에 따른 무방향성 전기강판(D6 강종)의 {100} 집합조직 중에서 중에서 (001)[140] 집합조직을 나타내는 도면이다. 이 경우, {100} 면내에 존재하는 <100> 결정방향과 압연방향 사이의 각이 최소(14.04°)가 되는 것을 나타낸다.

이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.

또한, 본 명세서에서 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1 ppm 은 0.0001 중량%이다.

본 발명에서 사용되는 용어 “{100} 집합조직”은 무방향성 전기강판의 판면에 평행한 면을 의미한다. 여기서, 무방향성 전기강판의 판면이란 강판의 압연방향(RD 방향)을 x축 폭방향(TD 방향)을 y축이라 할 때 xy 면을 의미한다. {100} 집합조직의 측정은 강판의 표면에서의 R(Rolling), T(Transverse), N(Vertical) 조건에서 ND 방향 결정방위도를 기준으로 EBSD(Electron Backscatter Diffraction)를 이용하여 각 방위별 면강도를 방위 분포함수(orientation distribution function, ODF)를 이용하여 계산 및 분석하였다.

본 발명에서 사용되는 용어 “{100} 집합조직의 면강도”는 어떠한 집합 조직을 가지지 않는 랜덤한 조직의 강도(intensity) 1을 기준으로 할 때의 상대강도를 의미한다. 집합 조직을 가지지 않는 랜덤한 조직의 강도(intensity)는 분말형태의 강으로부터 구해졌다. 예컨대, {100} 집합조직의 최대면강도는 방위 분포 함수 이미지(ODF image, φ₂=45° degree section)에서 나타난 방위 중에서 최대의 면강도를 나타내는 방위의 면강도를 의미한다.

본 발명에 따른 무방향성 전기강판은 Si 및 Mn을 첨가한 성분계에서 S를 0.003 중량% 이하로 제어함으로써 S와 P의 표면 편석으로 인한 {111} 결정립 성장을 최소화하고, 미세한 MnS 등의 개재물 생성을 되도록 억제하여 {100} 면강도를 최대화하여 자성특성을 개선할 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.0 내지 3.5%, Al: 0.03% 이하(0%는 제외), Mn: 0.03 내지 0.50%, C: 0.004% 이하(0%는 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), S: 0.003% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전기강판의 두께는 0.05 내지 0.30 mm 이고, 상기 전기강판의 {100} 집합조직의 최대면강도는 6 내지 25 이며, 상기 전기강판의 {100} 집합조직내의 <100> 결정방향과 압연방향 사이의 각도가 13° 내지 25° 범위내에서 특정된 하나의 각도를 나타낼 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전기강판은 압연방향으로의 철손 (W_15/50/kg)이 1.75 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전기강판의 평균 결정립직경은 반드시 한정하는 것은 아니지만, 본 발명이 목적으로 하는 효과 달성을 위하여 그 평균 결정립직경이 140 내지 440 ㎛ 인 것이 좋고, 바람직하게는 두께가 0.1 mm인 경우 200 ㎛ 이상, 두께가 0.2 mm인 경우 300 내지 440 ㎛ 인 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 상기 무방향성 전기강판에 첨가되는 비저항 원소인 알루미늄(Al)은 미세한 질화물을 형성하여 자성을 열위하게 만드는 원인이 된다. 무방향성 전기강판 등록특허 10-1632890에서 개재물의 크기가 미세할 경우 자구벽의 이동에 방해가 되어 자성을 열화시키므로 조대한 개재물의 형성빈도를 높일 필요성이 있다. 또 AlN은 소둔 중 결정립계를 고정시켜 결정립의 성장을 억제하는 역할을 한다.

본 발명의 일 실시예에서는, 첨가하는 원소 중 S는 첨가량이 많은 경우, Mn과 결합하여 MnS를 형성하여 철손에 악영향을 줄 뿐만 아니라 {100}면 및 {110}면의 표면에너지를 높여서 소둔 중 판면에 {111} 면이 평행한 결정립의 성장을 촉진하여 자성을 저해한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, S를 제어하여 자성에 바람직한 판면에 나란한 집합조직인 {100} 면강도를 6 이상으로 하였다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다.

Si: 2.0 내지 3.5 중량%

상기 Si는 강의 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추는 성분이기 때문에 첨가되는 주요 원소로서, 2.0% 미만에서는 저철손 특성을 얻기 어렵고, 3.5%를 초과하여 첨가되면 냉간 압연시 판파단이 일어나기 때문에 본 발명에서는 Si를 2.0~3.5중량%로 한정한다.

Mn: 0.03 내지 0.50 중량%

상기 Mn은 Si, Al등과 더불어 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 효과가 있기 때문에 기존의 무방향성 전기강판에서는 Mn을 적어도 0.5% 초과로 첨가함으로써 철손을 개선하려고 하였으나, Mn 첨가량이 증가할수록 포화자속 밀도가 감소하기 때문에 일정한 전류가 인가되었을 시의 자속밀도가 감소한다. 따라서 자속밀도 향상 및 개재물에 의한 철손 증가 방지를 위하여 본 발명의 일실시예에서는 Mn 첨가량을 0.03 내지 0.5%로 한정하는 것이 바람직하다.

C: 0.004 중량% 이하(0%는 제외)

C가 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 본 발명에서는 C의 함량을 0.004% 이하로 한정한다.

S: 0.003% 중량% 이하(0%는 제외),

S는 자기적 특성에 유해한 MnS, CuS 및 (Cu,Mn)S 등의 황화물을 형성하는 원소이므로 낮게 첨가하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 하지만 S가 강의 표면에 편석되었을 때 {100}면의 표면에너지를 낮추는 효과가 있으므로 S의 첨가에 의하여 자성에 유리한 {100}면이 강한 집합조직을 얻을 수 있다. 이때 S의 첨가량이 0.003%를 초과하여 첨가될 경우에는 다량의 S이 표면에 편석되어 {111}면의 표면에너지가 낮아지기 때문에 {111} 결정립 성장을 촉진한다. 또한, S의 첨가량이 0.003%를 초과하여 첨가될 경우에는 어느정도의 {100} 면강도가 나타날 지라도, 자성특성을 해치는 MnS 석출물이 부가적으로 과다하게 석출하고 최종적으로 자구벽(Domain wall)의 이동을 방해하여 자성을 열위하게 하기 때문에 반드시 S: 0.003% 이하(0%는 제외)로 첨가량을 제한한다.

N: 0.004 중량% 이하(0%는 제외)

N는 Al, Ti등과 강하게 결합함으로써 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하는 등 자성에 해로운 원소이므로 적게 함유시키는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 0.004 중량% 이하로 한정한다.

P: 0.15% 이하(0%는 제외)

상기 P는 비저항을 증가시켜 철손을 낮추며 결정립계에 편석함으로써 자성에 유해한 {111} 집합 조직의 형성을 억제하고 유리한 집합조직인 {100}을 형성하나 0.15%를 초과하여 첨가되면 집합조직의 향상 효과가 감소하고 압연시 판파단의 위험성이 높아지기 때문에, 본 발명의 일 실시예에서는 P의 첨가량을 0.15% 이하로 한정하고, 바람직하게는 0.005%이하로 한정 할 수 있다.

상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

이하에서는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상기와 같이 조성되는 전 열처리 온도 영역에서 페라이트상을 나타내는 무방향성 전기강판 강 슬라브는 1200℃ 이하로 재가열한 다음 열간압연 한다. 상기 재가열 온도가 1200℃ 초과할 경우 슬라브 내에 존재하는 AlN, MnS등의 석출물이 재고용된 후 열간압연시 미세 석출되어 결정립 성장을 억제하고 자성을 저하시키므로 재가열 온도는 1200℃ 이하로 제한한다.

다음으로, 재가열된 상기 슬라브를 열간압연하여 열연판을 얻는다.

상기와 같이 제조된 열연판은 950 내지 1150℃로 가열 후 냉각하는 열연판 소둔을 하고 산세한 다음, 중간소둔을 포함하지 않는 1차 냉간압연하고 마지막으로 냉연판 소둔을 한다.

상세하게, 열연판소둔은 자성개선을 위하여 실시하고, 열연판 소둔온도는 950 내지 1150℃ 로 한다. 만약, 상기 열연판 소둔온도가 950℃ 보다 낮으면 결정립 성장이 불충분하며, 1150℃ 를 초과하는 경우에는 결정립이 과도하게 성장하고 판의 표면 결함이 과다해진다.

통상의 방법으로 소둔한 열연판은 산세 후 냉간압연한다.

상기 냉간압연은 0.05 내지 0.3 mm의 두께로, 소둔한 열연판을 냉간압연의 각 패스마다 판면에 평행하게 180도 회전시킨 후 냉간압연을 수행하되, 중간소둔을 포함하지 않는 1단 냉간압연할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 냉간압연은 냉간압연의 각 패스마다 압연방향을 다르게 하여 냉간압연을 수행하게 된다. 예컨대, 1단 냉간압연은 복수회 패스를 수행할 수 있으며, 각 단위 패스마다 교대로 열연판의 일단 또는 타단을 압연방향으로 냉간압연을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판은 자성에 유리한 집합조직을 효율적으로 배치함으로써 자성특성을 향상시킬 수 있다.

이후, 통상의 방법으로소둔한 열연판은 산세 후 냉간압연한다.

상세하게, 상기 냉간압연은 0.10mm에서 0.35mm의 두께로, 중간소둔을 포함하지 않는 1차 냉간압연한다.

다음으로, 최종 냉간압연된 강판은 환원성 가스 분위기에서 냉연판 소둔을 최종 실시한다. 냉연판을 소둔하는 공정에서 소둔시 냉연판 소둔의 균열온도는 950 내지 1150℃ 로 한다.

상세하게, 상기 냉연판 소둔온도가 950℃ 보다 낮은 경우에는 결정립의 성장이 미흡하고 재결정이 일어나기 위해 필요한 시간이 길어 공정상 실현하기 어려우며, 1150℃ 초과에서는 결정립이 과도하게 성장하며, 석출물들이 고온에서 재고용된 후 냉각 중 미세하게 석출되어 자성에 나쁜 영향을 미칠 수 있기 때문에 냉연판의 균열온도는 950 내지 1150℃ 로 한다.

한편 이때 소둔시간을 30 내지 300초 범위로 제한함이 보다 바람직한데, 이는 30초 미만에서 소둔하면 결정립성장이 불충분하여 자기적 특성이 열화되며, 300초를 초과하면 생산성이 나빠지기 때문이다.

이와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조방법은 전 열처리 온도구간에서 페라이트 조직을 나타내는 강판을 이용하여 진공이 아닌 환원성 가스 분위기에서 열처리가 이루어지므로 짧은 시간에 쉽고 저렴하게 {100} 결정방위 형성이 용이하다.

한편, 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.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같은 조성의 슬라브(slab)를 1150℃ 로 가열하고, 2.5mm의 두께로 열간압연하였다. 공기 중에서 냉각한 열연강판은 1050℃ 에서 2분간 소둔하고, 산세한 다음 0.1 mm 두께로 냉간압연 패스마다 방향을 180도 회전하는 중간소둔을 포함하지 않는 1차 냉간 압연하였고, 냉연판에 대한 최종 소둔은 75%수소+25%질소의 환원성 가스 분위기에서 1050℃ 에서 120초간 실시하였다.

각각의 시편에 대하여 EBSD를 이용하여 5 mm × 12 mm 영역에서 집합조직 및 면강도를 조사하였고, 자성측정기를 이용하여 철손 및 자속밀도를 압연방향으로 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

표 2에서 보는 바와 같이, 0.1 mm 두께를 가지는 D1 내지 D4 강종들의 {100} 면강도는 6 이상을 나타내고 있어서, 철손이 1.75 Watt 이하를 나타내었다. 그러나, S의 함량이 0.003%를 초과하는 D5 강종은 지극히 낮은 {100} 면강도로 인해 0.1 mm의 얇은 두께에도 불구하고, 철손이 매우 높았다. D4 강종은 도 4와 같이 (001)[490] 집합조직을 나타내고, {100} 면내의 <100> 결정방향과 압연방향이 이루는 각이 23.96°(=tan^-1(4/9)/3.141592 x 180°)를 이룬다.

또한, Al 이 첨가된 D7 강종의 경우, S의 첨가량이 D3와 같이 낮을지라도 소량의 Al 첨가에 의해 {100} 면강도는 6 미만으로 급격히 줄어든다. 이것은 소량 첨가된 Al이 열처리 중 강판 표면에 Al₂O₃ 산화막을 형성시켜 이러한 산화막이 {100} 결정립들의 선택적 결정성장을 방해하기 때문이다.

[실시예 2]

상기 표 1과 같은 조성의 슬라브(slab)를 1150℃ 로 가열하고, 2.5mm의 두께로 열간압연하였다. 공기 중에서 냉각한 열연강판은 1050℃ 에서 2분간 소둔하고, 산세한 다음 0.2 mm 두께로 냉간압연 패스마다 방향을 180도 회전하는 중간소둔을 포함하지 않는 1차 냉간 압연하였고, 냉연판에 대한 최종 소둔은 75%수소+25%질소의 환원성 가스 분위기에서 1050℃ 에서 120초간 실시하였다.

각각의 시편에 대하여 EBSD를 이용하여 5 mm × 12 mm 영역에서 집합조직 및 면강도를 조사하였고, 자성측정기를 이용하여 철손 및 자속밀도를 압연방향으로 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

표 3에서 보는 바와 같이, 0.2 mm 두께의 강종들의 {100} 면강도가 6 이상을 나타내고 있어서, 철손이 1.71 Watt 이하를 나타내었다. 그러나, 0.2 mm 두께에서 S의 함량이 0.003%를 초과하는 강종은 5 이하의 낮은 {100} 면강도를 나타내어 철손이 1.86 Watt로 높게 나타났다. D5 강종의 경우, 표 3 및 도 3(다)에 나타낸 바와 같이 {100} 면강도는 5 이상일 지라도, 1.86 Watt의 높은 철손을 나타내고 있다. 이것은 도 5와 같이 S가 과다하게 첨가될 경우 {100} 면강도의 증가 뿐만 아니라, 추가적으로 미세한 MnS 석출물이 다량 강판내부에 형성되고, 이러한 석출물들은 자구벽(Domain wall)의 이동을 강력하게 방해하기 때문에 철손을 증가시키는 요인으로 작용한다.

[실시예 3]

상기 표 1과 같은 조성의 슬라브(slab)를 1150℃ 로 가열하고, 2.5mm의 두께로 열간압연하였다. 공기 중에서 냉각한 열연강판은 1050℃ 에서 2분간 소둔하고, 산세한 다음 0.35 mm 두께로 냉간압연 패스마다 방향을 180도 회전하는 중간소둔을 포함하지 않는 1차 냉간 압연하였고, 냉연판에 대한 최종 소둔은 75%수소+25%질소의 환원성 가스 분위기에서 1050℃ 에서 120초간 실시하였다.

각각의 시편에 대하여 EBSD를 이용하여 5 mm × 12 mm 영역에서 집합조직 및 면강도를 조사하였고, 자성측정기를 이용하여 철손 및 자속밀도를 압연방향으로 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

[표 4]

표 4에서 보는 바와 같이, 0.35 mm 두께를 가지는 무방향성 전기강판은 강종의 조성에 관계없이 철손이 1.75 watt를 초과하는 것을 알 수 있다. 한편, D1, D2 강종의 경우 {100} 면강도가 6.1 또는 6.6을 가지더라도, 평균 결정립직경이 약 500 ㎛를 초과하여서 철손이 2 이상으로 증가하는 것을 알 수 있다.

[실시예 4]

상기 표 1과 같은 조성의 슬라브(slab)를 1,150로 가열하고, 2.5mm의 두께로 열간압연하였다. 공기 중에서 냉각한 열연강판은 1,050에서 2분간 소둔하고, 산세한 다음 0.35 mm 두께로 냉간압연 패스마다 방향을 180도 회전하는 중간소둔을 포함하지 않는 1차 냉간 압연하였고, 냉연판에 대한 최종 소둔은 75%수소+25%질소의 환원성 가스 분위기에서 1050에서 300초간 실시하였다.

각각의 시편에 대하여 EBSD를 이용하여 5 mm x 12 mm 영역에서 집합조직 및 면강도를 조사하였고, 자성측정기를 이용하여 철손 및 자속밀도를 압연방향으로 측정하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

[표 5]

표 5에서 보는 바와 같이 D6 강종은 낮은 철손과 우수한 자속밀도를 나타낸다. 또한, 이들은 도 6에서 보는 바와 같이 (001)[140] 집합조직을 나타내고, {100} 면내에 존재하는 <100> 결정방향과 압연방향 사이의 각이 14.04°(=tan^-1(1/4)/3.141592 × 180°)를 나타낸다.

도 1은 S의 함량이 0.0005%로 고정될 때, 무방향성 전기강판(D3 강종)의 두께 증가에 따른 {100} 집합조직의 면강도 변화를 나타내는 도면이다. 상세하게, 도 1에서 (가), (나), (다)는 D3 강종에 따른 무방향성 전기강판을 EBSD로 관찰하고 그 결과 얻어진 방위분포함수(ODF, Orientation Distribution Function)를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 두께가 얇을수록 같은 열처리 조건에서도 강력한 {100} 집합조직을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 이러한 현상은 표면 편석 농도가 같을지라도, 두께가 두꺼워 질 수록, {100} 결정립들의 선택적 결정성장 속도가 느려지고, 이로 인해 {100} 면강도 증가가 느려지기 때문으로 사료된다.

0.1 mm의 두께를 가지는 D3 강종에 대한 도 1(가) 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판은 두 종류의 (001)[-2-50] 및 (001)[2-50] 결정립으로 구성되며, 이들의 <100> 결정방향은 압연방향에 대해서 각각 21.8°로 서로 상반되게 기울어져 있다.

도 3은 무방향성 전기강판의 두께가 0.2 mm로 고정될 때, S의 첨가량 증가에 따른 {100} 집합조직의 면강도 변화를 나타내는 도면이다. 상세하게, 도 3에서 (가)는 D3 강종, (나)는 D4 강종, (다)는 D5 강종에 따른 무방향성 전기강판을 EBSD로 관찰하고 그 결과 얻어진 방위분포함수(ODF, Orientation Distribution Function)를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, S의 함량이 증가할수록 {100} 면강도는 감소하고, {100} 면 이외의 고 지수 (hk0)면의 강도가 증가함을 알 수 있다. 이것은 S의 함량이 증가 할수록, 표면에 편석하는 S의 농도가 증가하여 {100} 면의 선택적 결정성장 대신, 고 지수 면의 선택적 결정성장이 활발해지기 때문이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 강력한 {100} 면강도를 얻기 위해서는 S의 함량을 0.003% 이하로 낮추고, 강판 두께 또한 0.05 내지 0.30 mm로 얇게 하여야 함을 알 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 1단 냉간압연 강판을 열처리시 {110} 집합조직 면은 강판내에 거의 존재하지 않는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 {100} 집합조직의 최대면강도는 6 내지 25 이며, 최대면강도를 나타내는 {100} 집합조직내의 <001> 결정방향이 압연방향과 이루는 각도가 13° 내지 25° 범위내에서 특정된 하나의 각도 인 것을 알 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 그 두께가 0.05 내지 0.30 mm 에서 철손 등의 자성특성이 향상되는 것을 알 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 {110} 집합조직의 최대면강도는 0 이거나 1 이하인 것을 알 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 무방향성 전기강판은 {110} 집합조직을 거의 포함하지 않고 최대면강도는 6 내지 25를 나타내므로, 자성특성이 우수하며 고성능 모타 코아 제작시 무방향성 전기강판이 가지고 있는 자성 특성이 유지될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

1. 중량%로, Si: 2.0 내지 3.5%, Mn: 0.03 내지 0.50%, C: 0.004% 이하(0%는 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), S: 0.003% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판으로서,
   상기 전기강판의 (100) 집합조직의 최대면강도는 6 내지 25 이며,
   상기 전기강판의 (100) 집합조직내의 <100> 결정방향과 압연방향 사이의 각도가 13° 내지 25° 범위내에서 특정된 하나의 각도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 전기강판의 두께는 0.05 내지 0.30 mm 인 무방향성 전기강판.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전기강판은
   압연방향으로의 철손 (W_15/50/kg)이 1.75 이하인 무방향성 전기강판.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 전기강판은
   평균 결정립직경이 140 내지 440 ㎛ 인 무방향성 전기강판.
   
5. 중량%로, Si: 2.0 내지 3.5%, Mn: 0.03 내지 0.50%, C: 0.004% 이하(0%는 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), S: 0.003%이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1200℃ 이하로 재가열하는 단계;
   재가열된 상기 슬라브를 열간압연하여 열연판을 얻는 단계;
   상기 열연판을 950 내지 1150℃로 가열 후 냉각하는 열연판 소둔 단계;
   소둔한 열연판을 중간소둔을 포함하지 않는 1단 냉간압연하여 냉연판을 얻는 단계; 및
   상기 냉연판을 환원성 가스 분위기에서 950 내지 1150℃ 에서 최종 소둔하는 단계를 포함하는 무방향성 전기강판 제조방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 최종 소둔 시, 소둔 시간은 30 내지 300초 인 무방향성 전기강판 제조방법.
   

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