KR102044327B1 - 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 소지 강판; 및 소지 강판 상에 위치하는 선상의 세라믹 층을 포함하고, 선상의 세라믹 층은 강판의 압연 방향과 이루는 각이 82 내지 88° 또는 92 내지 98°이다.

Description

방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조 방법{GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET, AND METHOD FOR MANUFACTURING GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET}
방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 소지 강판 상에 압연 방향과 이루는 각을 제어한 선상의 세라믹 층을 형성하여, 철손을 향상시킨 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판이란 Si성분을 함유한 것으로서, 결정립의 방위가 {110}<001> 방향으로 정렬된 집합 조직을 가지고 있어, 압연방향으로 극히 우수한 자기적 특성을 가진 전기강판이다.
특히, 변압기용 철심재료로는 에너지 손실을 줄이기 위하여, 철손이 적은 재료가 요구되고 있다. 철손이 적은 전기강판을 제조하기 위해서는 강판에 장력을 부여하는 것이 유효하므로, 강판에 비하여 열팽창 계수가 적은 재질로 이루어지는 피막을 고온에서 형성함으로써 강판에 장력을 부여하고, 철손을 저감하는 방법들이 시도되고 있다.
방향성 전기강판의 전력 손실을 최소화하기 위하여, 그 표면에 절연피막을 형성하는 것이 일반적이며, 이때 절연피막은 기본적으로 전기 절연성이 높고 소재와의 접착성이 우수하며, 외관에 결함이 없는 균일한 색상을 가져야 한다. 이와 더불어, 최근 변압기 소음에 대한 국제규격 강화 및 관련 업계의 경쟁 심화로 인하여, 방향성 전기강판의 절연피막을 소음을 저감하기 위해, 자기 변형(자왜) 현상에 대한 연구가 필요한 실정이다.
구체적으로, 변압기 철심으로 사용되는 전기강판에 자기장이 인가되면 수축과 팽창을 반복하여 떨림 현상이 유발되며, 이러한 떨림으로 인해 변압기에서 진동과 소음이 야기된다.
일반적으로 알려진 방향성 전기강판의 경우, 강판 및 포스테라이트(Forsterite)계 바탕 피막 위에 절연층을 형성하고 이러한 절연층의 열팽창계수 차이를 이용하여 강판에 인장 응력을 부여함으로써, 철손을 개선하고 자기 변형에 기인한 소음 감소 효과를 도모하고 있지만, 최근 요구되고 있는 고급 방향성 전기강판에서의 소음 수준을 만족시키기에는 한계가 있다.
한편, 방향성 전기강판의 90°자구를 감소시키는 방법으로 습식코팅 방식이 알려져 있다. 여기서 90°자구란, 자계 인가 방향에 대하여 직각으로 향하고 있는 자화를 가지는 영역을 말하며, 이러한 90°자구의 양이 적을수록 자기 변형이 작아진다. 그러나, 일반적인 습식코팅 방식으로는 인장응력 부여에 의한 소음 개선 효과가 부족하고, 코팅 두께가 두꺼운 후막으로 코팅해야 되는 단점이 있어, 변압기 점적율과 효율이 나빠지는 문제점이 있다.
방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조 방법을 제공하고자 한다. 구체적으로, 소지 강판 상에 압연 방향과 이루는 각을 제어한 선상의 세라믹 층을 형성하여, 철손을 향상시킨 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 소지 강판; 및 소지 강판 상에 위치하는 선상의 세라믹 층을 포함하고, 선상의 세라믹 층은 강판의 압연 방향과 이루는 각이 82 내지 88° 또는 92 내지 98°이다.
선상의 세라믹 층은 복수개 존재하며, 복수의 세라믹 층이 강판의 압연 방향을 따라 패턴을 형성할 수 있다.
세라믹 층의 폭은 5.0 내지 30mm일 수 있다.
세라믹 층간의 간격은 2.0 내지 10.0mm일 수 있다.
세라믹 층은 기공도가 1% 이하이다.
세라믹 층은 표면 거칠기가 1㎛ 이하일 수 있다.
세라믹 층의 두께는 0.1 내지 3.5 ㎛일 수 있다.
세라믹 층은 세라믹 분말로 이루어질 수 있다.
세라믹 분말은 Li, B, Ca, Sr, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn 및 Ba 중에서 선택되는 적어도 1종을 성분으로 포함하는 산화물, 질화물, 탄화물 또는 산질화물일 수 있다.
세라믹 분말은 Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, MgO·Al2O3, 2MgO·SiO2, MgO·SiO2, 2MgO·TiO2, MgO·TiO2, MgO·2TiO2, Al2O3·SiO2, 3Al2O3·2SiO2, Al2O3·TiO2, ZnO·SiO2, ZrO2·SiO2, ZrO2·TiO2, 9Al2O3·2B2O3, 2Al2O3·B2O3, 2MgO·2Al2O3·5SiO2, Li2O·Al2O3· SiO2, Li2O·Al2O3·4SiO2, BaO·Al2O3·SiO2, AlN, SiC, TiC, TiN, BN, ZrN, CrN, BaTiO3, SrTiO3, FeTiO3, MgTiO3, CaO, FeAl2O4, CaTiO3, MgAl2O4, FeTiO4, SrZrO3, Y2O3, CoAl2O4, 및 ZrSiO4 중에서 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있다.
소지 강판 및 세라믹 층 사이에 형성된 금속 산화물 층을 더 포함할 수 있다.
소지 강판은 실리콘(Si): 2.6 내지 5.5중량%, 알루미늄(Al): 0.020 내지 0.040 중량%, 망간(Mn): 0.01 내지 0.20 중량%, 안티몬(Sb), 주석(Sn), 또는 이들의 조합을 0.01 내지 0.15 중량% 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 소지 강판을 제조하는 단계; 및 소지 강판 상에, 압연 방향에 대해 82 내지 88° 또는 92 내지 98°의 각도로 세라믹 분말을 분사하여 선상의 세라믹 층을 형성하는 단계를 포함한다.
소지 강판을 제조하는 단계는, 슬라브를 제조하는 단계; 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간압연 하여 열연강판을 제조하는 단계; 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 냉연강판을 1차 재결정 소둔하는 단계;및 1차 재결정 소둔된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함한다.
1차 재결정 소둔하는 단계 이후, 소둔 분리제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
선상의 세라믹 층을 형성하는 단계에서, 복수개의 선상의 세라믹 층을 형성하고, 복수의 세라믹 층이 강판의 압연 방향을 따라 패턴을 형성할 수 있다.
선상의 세라믹 층을 형성하는 단계는, Ar, H2, N2, 또는 He 중 1 이상을 포함하는 가스를 20 내지 300kW의 출력으로 플라즈마화한 열원에 세라믹 분말을 공급하여 상기 소지 강판에 세라믹 분말을 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
세라믹 분말의 평균 입경은 10 내지 1000 nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 선상의 세라믹 층이 압연 방향과 적절한 각도를 형성하여, 장력 부여 효과와 함께 자구 미세화 효과를 얻을 수 있어, 철손이 현저히 저감된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 절연특성이 우수하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판을 이용하여 소음을 저감한 변압기를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 압연면(ND면)을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 단면을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
또한 별다른 정의가 없는 한 "A 내지 B" 는 A 이상 B 이하인 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 단면을 개략적으로 나타낸다. 도 1에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판(100)은, 소지 강판(10); 및 소지 강판(10) 상에 위치하는 선상의 세라믹 층(30)을 포함한다. 도 1의 방향성 전기강판은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
선상의 세라믹 층(30)은 강판의 압연 방향(RD방향)과 이루는 각(β)이 82 내지 88° 또는 92 내지 98°일 수 있다. 이처럼 선상의 세라믹 층(30)의 각도를 제어함으로써, 장력 부여 효과와 함께 자구 미세화 효과를 극대화 할 수 있다.
선상의 세라믹 층(30)이란 평행 사변형과 유사한 형태를 의미하며, 두 쌍의 대변 중 길이가 보다 긴 장변과 압연 방향(RD방향)이 이루는 각(β)이 82 내지 88° 또는 92 내지 98°일 수 있다. 단변은 압연 방향(RD방향)과 평행하게 형성될 수 있다.
선상의 세라믹 층(30) 및 강판의 압연 방향(RD방향)과 이루는 각(β)이 직각(90°)에 가깝거나, 자구 미세화 효과가 현저히 떨어지게 된다. 또한, 그 각(β)이 88°보다 작거나, 96°보다 큰 경우에도, 자구 미세화 효과가 현저히 떨어지게 된다. 더욱 구체적으로 선상의 세라믹 층(30)은 강판의 압연 방향(RD방향)과 이루는 각(β)이 84 내지 86° 또는 94 내지 96°일 수 있다.
소지 강판(10)은 실리콘(Si): 2.6 내지 5.5중량%, 알루미늄(Al): 0.020 내지 0.040 중량%, 망간(Mn): 0.01 내지 0.20 중량%, 안티몬(Sb), 주석(Sn), 또는 이들의 조합을 0.01 내지 0.15 중량% 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
이하에서는 소지 강판(10) 성분의 한정 이유에 대해 설명한다.
Si: 2.6 내지 5.5중량%
실리콘(Si)은 강의 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 역할을 하는데, Si의 함량이 너무 적은 경우에는 강의 비저항이 작게 되어 철손 특성이 열화되고 고온소둔시 상변태구간이 존재하여 2차 재결정이 불안정해지는 문제가 발생할 수 있다. Si의 함량이 너무 많은 경우에는 취성이 커져 냉간압연이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Si의 함량을 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si는 2.6 내지 4.3 중량% 포함될 수 있다.
Al: 0.020 내지 0.040중량%
알루미늄(Al)은 최종적으로 AlN, (Al,Si)N, (Al,Si,Mn)N 형태의 질화물로 되어 억제제로 작용하는 성분이다. Al의 함량이 너무 적은 경우에는 억제제로서 충분한 효과를 기대하기 어렵다. 또한, Al의 함량이 너무 많은 경우에는 Al계통의 질화물이 너무 조대하게 석출, 성장하므로 억제제로의 효과가 부족해질 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Al의 함량을 조절할 수 있다.
Mn: 0.01 내지 0.20중량%
Mn은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 효과가 있으며, Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로서 1차재결정립의 성장을 억제하여 2차재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. 그러나 Mn의 함량이 너무 많은 경우, 열연도중 오스테나이트 상변태를 촉진하므로 1차 재결정립의 크기를 감소시켜 2차 재결정을 불안정하게 한다. 또한, Mn의 함량이 너무 적은 경우, 오스테나이트 형성 원소로서 열연 재가열시 오스테나이트 분율을 높여 석출물들의 고용량을 많게 하여 재석출시 석출물 미세화와 MnS 형성을 통한 1차 재결정립이 너무 과대하지 않게 하는 효과가 불충분하게 일어날 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Mn의 함량을 조절할 수 있다.
Sb, Sn 또는 이들의 조합: 0.01 내지 0.15중량%
Sb 또는 Sn는 결정립계 편석원소로서 결정립계의 이동을 방해하는 원소이기 때문에 결정립 성장 억제제로서 {110}<001>방위의 고스결정립의 생성을 촉진하여 2차 재결정이 잘 발달하도록 하므로 결정립 크기 제어에 중요한 원소이다. 만약, Sb 또는 Sn을 단독 또는 복합 첨가한 함량이 너무 적으면 그 효과가 떨어지는 문제가 생길 수 있다. Sb 또는 Sn을 단독 또는 복합 첨가한 함량이 너무 많으면 결정립계 편석이 심하게 일어나 강판의 취성이 커져서 압연시 판파단이 발생할 수 있다.
방향성 전기강판의 소음은 자기변형에 기인한 진동에서 유발되므로 소음특성을 개선하기 위해서는 강판에 고온소둔 결정립 크기를 미세화하여 90° 자구를 감소시키는 방법이 있다. 그러나, 통상적인 방향성 전기강판 제조방법에서는 결정립 크기가 크고 불균일하여 소음개선 효과가 불충분하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소지 강판(10)는 Sb 또는 Sn를 단독 또는 복합 첨가하여 고온소둔 결정립 크기는 10 내지 60mm 범위로 제어하여 변압기 소음개선 효과가 우수하다. 결정립 크기가 너무 작을 경우, 자속밀도가 열위하므로 변압기 등의 제품으로 생산하기에 충분하지 않다. 그리고, 결정립 크기가 너무 클 경우 자기변형이 심해져 저소음 변압기 제작이 어렵게 된다. 이 때 결정립 크기는 절편법(intercept method)을 사용하여 측정한 원상당 직경을 의미한다.
도 2에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에서 세라믹 층(30)은 소지 강판(10) 상에 위치한다. 도 2에서 나타나듯이, 세라믹 층(30)과 소지 강판(10) 사이에 금속 산화물 층(20)이 더 형성될 수 있으며, 이 경우, 세라믹 층(30)은 금속 산화물 층(20) 상에 형성된다. 금속 산화물 층(20)은, 포스테라이트를 포함할 수 있다. 금속 산화물 층(20)이 필수 구성은 아니며, 금속 산화물 층(20)을 제거 또는 억제하여, 소지 강판(10) 상에 세라믹 층(30)이 직접 형성될 수도 있다.
도 2에서는 소지 강판(10)의 일면 상에 금속 산화물 층(20) 및 세라믹 층(30)이 형성되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 소지 강판(10)의 양면에 금속 산화물 층(20) 및 세라믹 층(30)이 형성되는 것도 가능하다.
선상의 세라믹 층(30)은 강판의 압연 방향(RD방향)과 이루는 각(β)이 82 내지 88° 또는 92 내지 98°일 수 있다. 이처럼 선상의 세라믹 층(30)의 각도를 제어함으로써, 장력 부여 효과와 함께 자구 미세화 효과를 극대화 할 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타나듯이, 선상의 세라믹 층(30)은 복수개 존재하며, 복수의 세라믹 층(30)이 강판의 압연 방향(RD방향)을 따라 패턴을 형성할 수 있다. 패턴을 형성한다는 것은 일정의 폭(w)을 갖는 복수의 세라믹 층(30)이 일정의 간격(d)을 형성하는 것을 반복하는 것을 의미한다.
세라믹 층(30)의 폭(w)은 5.0 내지 30mm일 수 있다. 폭(w)이 너무 작으면, 장력부여에 의한 철손개선 효과가 미미하고, 다수의 코팅노즐을 형성하여야 하기 때문에 공정이 복잡해 지는 문제가 발생할 수 있다. 폭(w)이 너무 작으면, 자구 미세화 효과가 열위될 수 있다. 따라서 전술한 범위로 세라믹 층(30)의 폭(w)을 제어할 수 있다. 구체적으로 세라믹 층(30)의 폭(w)은 8 내지 20mm일 수 있다. 구체적으로 세라믹 층(30)의 폭(w)은 선상의 세라믹 층(30)을 형성하는 평행 사변형에서 장변간의 거리를 의미한다.
세라믹 층(30) 간의 간격(d)은 2.0 내지 10.0mm일 수 있다. 간격(d)이 너무 작으면, 일부 영역에서 세라믹 층의 이중으로 형성되어 표면조도를 거칠게 하고 변압기 제작시 점적율이 열화되는 문제가 발생할 수 있다. 기존 레이저 조사를 이용해 강판의 일부 영역을 제거하는 기술은 절연코팅층 박리를 유발하여 절연성이 열위하기 때문에 재코팅를 실시해야 되는 문제가 있다. 또한 고객사 열처리 공정을 거치면 철손개선 효과가 사라지기 때문에 사용제약이 있는 문제가 있다. 세라믹 층(30) 간의 간격(d)이 넓다는 의미에서 강판의 판면 전체에 세라믹 코팅을 형성하고, 이를 제거하는 네거티브형 공정과는 근본적으로 상이하다. 네거티브형 공정의 경우, 본 발명의 일 실시예와 같이 세라믹 층(30) 간의 간격(d)을 넓게 형성할 수 없다. 간격(d)이 너무 넓을 경우, 목적하는 자구 미세화 효과를 적절히 얻기 어렵다. 더욱 구체적으로 세라믹 층(30) 간의 간격(d)은 3 내지 7mm일 수 있다. 세라믹 층(30) 간의 간격이란 인접한 선상의 세라믹 층(30)에서 평행 사변형에서 장변간의 거리를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서 세라믹 분말을 분사하여 세라믹 층(30)을 형성할 수 있으며, 이와 같이 형성된 세라믹 층(30)은 기공도가 매우 작고, 소지 강판(10) 또는 금속 산화물 층(20)과의 밀착성이 매우 우수하다. 구체적으로 세라믹 층(30)은 기공도가 1% 이하이다. 여기서 기공도란 세라믹 층(30) 단면 전체 면적에 대하여, 기공이 차지하는 면적 분율을 의미한다.
세라믹 분말을 분사하여 세라믹 층(30)을 형성하는 방법으로 형성된 세라믹 층(30)은 표면 거칠기(Ra)가 또한 매우 작다. 세라믹 층(30)은 표면 거칠기(Ra)를 작게 형성함으로써, 점적율을 향상시킬 수 있으며, 변압기 무부하손이 저하되는 문제를 방지할 수 있다. 구체적으로 세라믹 층(30)의 표면 거칠기는 1㎛ 이하일 수 있다.
세라믹 층(30)의 두께(C)는 0.1 내지 3.5 ㎛일 수 있다. 세라믹 층(30)의 두께(C)가 너무 얇으면, 세라믹 층에 의해 방향성 전기강판의 표면에 발생되는 장력의 크기가 작아 철손 저감 효과 및 절연 효과가 불충분할 수 있다. 반면에, 세라믹 층(30)의 두께(C)가 너무 두꺼우면, 세라믹 층(30)의 밀착성이 낮아지고, 박리가 일어날 수 있다. 더욱 구체적으로 세라믹 층(30)의 두께(C)는 1 내지 3㎛일 수 있다.
세라믹 층(30)은 세라믹 분말로 이루어질 수 있다. 세라믹 분말은 Li, B, Ca, Sr, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn 및 Ba 중에서 선택되는 적어도 1종을 성분으로 포함하는 산화물, 질화물, 탄화물 또는 산질화물일 수 있다. 더욱 구체적으로 세라믹 분말은 Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, MgO·Al2O3, 2MgO·SiO2, MgO·SiO2, 2MgO·TiO2, MgO·TiO2, MgO·2TiO2, Al2O3·SiO2, 3Al2O3·2SiO2, Al2O3·TiO2, ZnO·SiO2, ZrO2·SiO2, ZrO2·TiO2, 9Al2O3·2B2O3, 2Al2O3·B2O3, 2MgO·2Al2O3·5SiO2, Li2O·Al2O3· SiO2, Li2O·Al2O3·4SiO2, BaO·Al2O3·SiO2, AlN, SiC, TiC, TiN, BN, ZrN, CrN, BaTiO3, SrTiO3, FeTiO3, MgTiO3, CaO, FeAl2O4, CaTiO3, MgAl2O4, FeTiO4, SrZrO3, Y2O3, CoAl2O4, 및 ZrSiO4 중에서 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있다.
세라믹 분말의 평균 입경은 10 내지 1000nm가 될 수 있다. 세라믹 분말의 입경이 너무 작으면, 세라믹 층(30)의 형성이 곤란해 질 수 있다. 세라믹 분말의 입경이 너무 크면, 표면조도가 거칠어져 표면 결함이 발생할 수 있다. 따라서 세라믹 분말의 입경을 전술한 범위로 조절할 수 있다.
세라믹 분말은 구형, 판상형, 및 침상형을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나 이상의 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 소지 강판을 제조하는 단계; 및 소지 강판 상에, 압연 방향에 대해 82 내지 88° 또는 92 내지 98°의 각도로 세라믹 분말을 분사하여 선상의 세라믹 층을 형성하는 단계를 포함한다.
이하 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
소지 강판을 제조하는 단계는, 슬라브를 제조하는 단계; 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간압연 하여 열연강판을 제조하는 단계; 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 냉연강판을 1차 재결정 소둔하는 단계;및 1차 재결정 소둔된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함한다.
슬라브를 제조하는 단계에서 슬라브는 실리콘(Si): 2.6 내지 5.5중량%, 알루미늄(Al): 0.020 내지 0.040 중량%, 망간(Mn): 0.01 내지 0.20 중량%, 안티몬(Sb), 주석(Sn), 또는 이들의 조합을 0.01 내지 0.15 중량% 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. 슬라브의 성분에 대해서는 전술한 방향성 전기강판의 설명과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
슬라브를 가열하는 단계는 슬라브를 열간압연 하기 이전에 먼저 1200 ℃ 이하로 가열할 수 있다. 또한, 열간 압연 이후에 제조된 열연강판을 소둔할 수 있다. 또한, 1차 재결정 소둔 시, 탈탄 또는 탈탄 및 침질할 수 있다. 이러한 공정은 통상의 공정에 따르므로 자세한 설명은 생략한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 조성을 갖는 슬라브를 열간 압연- 냉간 압연- 1차 재결정 소둔- 2차 재결정 소둔하는 일련의 공정에서, 2차 재결정 소둔 후 결정립의 평균 입경은 10 내지 60 mm의 범위를 충족하도록 공정 조건을 제어할 수 있다.
1차 재결정 소둔 이후, 2차 재결정 형성을 위한 2차 재결정 소둔시 소지 강판(10)간의 상호 융착(sticking)방지를 위해 소둔 분리제를 도포한다. 이 때, 소둔 분리제 성분 내에 MgO, Al2O3 등을 포함함으로써, 소지 강판(10) 상에 금속 산화물 층(20)을 형성할 수 있다. 소둔 분리제는 일반적으로 알려진 조성물을 제한 없이 사용할 수 있다.
2차 재결정 소둔 단계는 소둔분리제가 도포된 강판에 대해, 600 내지 750℃에서 1차 균열하는 단계, 5 내지 20℃/s로 승온하는 단계 및 950 내지 1300℃에서 2차 균열하는 단계를 포함할 수 있다. 1차 균열하는 단계 및 승온하는 단계는 수소 10 내지 60 부피% 및 잔부 질소 분위기에서 수행할 수 있고, 2차 균열하는 단계는 90 부피% 이상의 수소 분위기에서 수행할 수 있다.
다음으로, 소지 강판(10)에 세라믹 분말을 분사하여 세라믹 층(30)을 형성한다. 소지 강판(10) 상에 금속 산화물 층(20)이 형성된 경우, 금속 산화물 층(20) 상에 세라믹 분말을 분사한다. 세라믹 층(30)을 형성하는 방법으로, 플라즈마 스프레이 코팅(Plasma spray), 고속화염 스프레이 코팅(High velocity oxy fuel), 에어로졸 디포지션(Aerosol deposition), 저온 스프레이 코팅(Cold spray)의 방법을 적용할 수 있다.
더욱 구체적으로 Ar, H2, N2, 또는 He 중 1 이상을 포함하는 가스를 20 내지 300kW의 출력으로 플라즈마화한 열원에 세라믹 분말을 공급하여 소지 강판(10)에 세라믹 분말을 분사하는 플라즈마 스프레이 코팅방법을 사용할 수 있다.
플라즈마화한 열원에 세라믹 분말 및 용매의 혼합물 서스펜션 형태로 공급하여 세라믹 층(30)을 형성할 수 있다. 이 때, 용매는 물 또는 알코올이 될 수 있다.
세라믹 분말은 Li, B, Ca, Sr, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn 및 Ba 중에서 선택되는 적어도 1종을 성분으로 포함하는 산화물, 질화물, 탄화물 또는 산질화물일 수 있다.
세라믹 분말은 Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, MgO·Al2O3, 2MgO·SiO2, MgO·SiO2, 2MgO·TiO2, MgO·TiO2, MgO·2TiO2, Al2O3·SiO2, 3Al2O3·2SiO2, Al2O3·TiO2, ZnO·SiO2, ZrO2·SiO2, ZrO2·TiO2, 9Al2O3·2B2O3, 2Al2O3·B2O3, 2MgO·2Al2O3·5SiO2, Li2O·Al2O3· SiO2, Li2O·Al2O3·4SiO2, BaO·Al2O3·SiO2, AlN, SiC, TiC, TiN, BN, ZrN, CrN, BaTiO3, SrTiO3, FeTiO3, MgTiO3, CaO, FeAl2O4, CaTiO3, MgAl2O4, FeTiO4, SrZrO3, Y2O3, CoAl2O4, 및 ZrSiO4 중에서 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있다.
세라믹 분말의 입경은 10 내지 1000nm가 될 수 있다. 세라믹 분말의 입경이 너무 작으면, 세라믹 층의 형성이 곤란해 질 수 있다. 세라믹 분말의 입경이 너무 크면, 표면조도가 거칠어져 표면 결함이 발생할 수 있다. 따라서 세라믹 분말의 입경을 전술한 범위로 조절할 수 있다.
세라믹 분말은 구형, 판상형, 및 침상형을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나 이상의 형태일 수 있다.
이 때, 압연 방향에 대해 82 내지 88° 또는 92 내지 98°의 각도(β)로 세라믹 분말을 분사하여 선상의 세라믹 층(30)을 형성할 수 있다. 또한, 복수개의 세라믹 층을 형성하고, 복수의 세라믹 층이 강판의 압연 방향을 따라 패턴을 형성할 수 있다.
선상의 세라믹 층(30)에 대해서는 방향성 전기강판의 설명과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
실리콘(Si)을 3.4 중량%, 알루미늄(Al): 0.03 중량%, 망간(Mn):0.05 중량% 안티몬(Sb)을 0.04 중량%, 주석(Sn)을 0.09 중량%, 및 니켈(Ni)을 0.02중량%, 탄소(C)를 0.06 중량%, 질소(N)를 40 중량ppm 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 준비하였다.
슬라브를 1150℃ 에서 220분간 가열한 뒤 2.3mm 두께로 열간 압연하여, 열연강판을 제조하였다.
열연강판을 1120℃까지 가열한 후 920℃ 에서 95초간 유지한 후, 물에 급냉하여 산세한 다음, 0.27mm 두께로 냉간 압연하여, 냉연판을 제조하였다.
냉연판을 850℃ 로 유지 된 노(Furnace) 속에 투입한 뒤, 74 부피%의 수소와 25 부피%의 질소 및 1 부피%의 건조한 암모니아 가스 혼합 분위기에 180초간 유지하여, 탈탄 침질 및 1차 재결정 소둔을 동시에 수행하여, 1차 재결정 소둔된 강판을 제조하였다. 산화 마그네슘(MgO)을 주성분으로 하는 소둔 분리제를 롤을 이용하여 1차 재결정 소둔된 강판에 도포한 후, 2차 재결정 소둔하였다.
2차 재결정 소둔시 1차 균열온도는 700℃, 2차 균열온도는 1200℃로하였고, 승온구간의 온도구간에서는 15℃/hr로 하였다. 또한, 1200℃까지는 질소50 부피% 및 수소 50 부피%의 혼합 기체 분위기로 하였고, 1200℃ 도달한 후에는 100 부피%의 수소 기체 분위기에서 20시간 유지한 다음 노냉(furnace cooling)하였다.
그 뒤, 아르곤(Ar) 가스를 250kW의 출력으로 플라즈마화한 열원에 세라믹 분말을 공급하여, 하기 표 1에 정리한 각도(β)로 분사하였다. 세라믹 층의 간격은 4.5mm, 폭은 9mm, 두께는 0.6㎛로 형성하였다.
자기 변형량은 1 사이클(cycle)의 정현파 자기장을 생성시켜, 시간영역의 자기변형량을 푸리에 변환을 통해, 로그(log) 스케일로 변환 후 가청 대역의 응답성(A-가중 데시벨, A-weighted decibels)을 반영하고, 주파수 응답을 합산하여 하기 표 1에 정리하였다.
소음은 방향성 전기강판 상단 20cm 위에 마이크로폰을 설치하여 실시간 모니터링하여 측정하였다.
Single sheet 측정법을 이용하여 1.7Tesla, 50Hz 조건에서 철손을 측정하였고, 800A/m의 자기장 하에서 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)를 측정하였다. 각 철손값은 조건별 평균을 나타낸 것이다. 자속밀도 및 철손을 하기 표 1에 정리하였다.
구분 각(β, °) 세라믹 종류 측정조건: 1.7T 50Hz
자기 변형량
(λPP ,nm)		 소음(λdBA, dBA) W17/50 (W/kg) B8 (T)
비교예1 세라믹층 없음 1010 57.9 0.947 1.920
비교예2 90 TiO2 325 55.3 0.848 1.918
실시예1 88 TiO2 315 54.5 0.810 1.918
실시예2 86 TiO2 248 52.7 0.770 1.920
실시예3 84 TiO2 298 53.6 0.795 1.918
실시예4 82 TiO2 318 55.0 0.840 1.918
비교예3 90 Y2O3 320 54.5 0.855 1.919
실시예5 88 Y2O3 308 53.2 0.802 1.918
실시예6 86 Y2O3 250 52.2 0.750 1.918
실시예7 84 Y2O3 277 53.2 0.790 1.917
실시예8 82 Y2O3 320 53.8 0.812 1.917
표 1에서 나타나듯이, 비교예 1 내지 비교예 3 보다 실시예 1 내지 8의 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 이는 세라믹 층이 강판의 압연 방향과 적절한 각도(β)를 갖기 때문에 발생한 것임을 확인할 수 있다.
실험예 2
실리콘(Si)을 3.4 중량%, 알루미늄(Al): 0.03 중량%, 망간(Mn): 0.10 중량%, 안티몬(Sb)을 0.05 중량% 및 주석(Sn)을 0.05 중량% 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 준비하였다.
슬라브를 1150℃ 에서 220분간 가열한 뒤 2.3mm 두께로 열간 압연하여, 열연강판을 제조하였다.
열연강판을 1120℃까지 가열한 후 920℃ 에서 95초간 유지한 후, 물에 급냉하여 산세한 다음, 0.23mm 두께로 냉간압연하여, 냉연판을 제조하였다.
냉연판을 850℃ 로 유지 된 노(Furnace) 속에 투입한 뒤, 이슬점 온도 및 산화능을 조절하고, 수소, 질소, 및 암모니아 혼합 기체 분위기에서 탈탄 침질 및 1차 재결정 소둔을 동시에 수행하여, 탈탄 소둔된 강판을 제조하였다.
이후, MgO가 주성분인 소둔분리제에 증류수를 혼합하여 슬러리를 제조하고, 롤(Roll) 등을 이용하여 슬러리를 탈탄 소둔된 강판에 도포한 후, 최종 소둔하였다.
최종 소둔시 1차 균열온도는 700℃, 2차 균열온도는 1200℃로 하였고, 승온구간의 온도구간에서는 15℃/hr로 하였다. 또한, 1200℃까지는 질소 25 부피% 및 수소 75 부피%의 혼합 기체 분위기로 하였고, 1200℃ 도달한 후에는 100 부피%의 수소 기체 분위기에서 15시간 유지한 다음 노냉(furnace cooling)하였다.
그 뒤, 아르곤(Ar) 가스를 200kW의 출력으로 플라즈마화한 열원에 세라믹 분말을 분사였다. 금속 산화물 층 상에 선상의 세라믹 층과 압연방향이 이루는 각(β)이 86°으로 10mm 코팅 폭 및 5mm 코팅 간격으로 1.5㎛ 두께의 세라믹 층을 형성하였다.
구분 세라믹 분말 자기특성 소음
(dBa)
W17 /50(W/kg) B8(T)
실시예 9 Al2O3 0.70 1.930 43.2
실시예 10 SiO2 0.77 1.925 44.5
실시예 11 ZrO2 0.72 1.915 44.5
실시예 12 MgO·Al2O3 0.75 1.909 45.0
실시예 13 MgO·SiO2 0.78 1.917 45.1
실시예 14 2MgO·TiO2 0.75 1.920 46.2
실시예 15 9Al2O3·2B2O3 0.68 1.941 41
실시예 16 BaTiO3 0.77 1.920 45
실시예 17 SrTiO3 0.78 1.915 46
실시예 18 FeTiO3 0.85 1.923 50
실시예 19 MgTiO3 0.81 1.908 51
실시예 20 CaO 0.83 1.900 49
실시예 21 FeAl2O4 0.83 1.901 50
표 2에서 나타나듯이, 세라믹 분말의 종류와 무관하게 우수한 자성 및 소음 저감 특성이 나타남을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
100: 방향성 전기강판, 10: 소지 강판,
20: 금속 산화물 층, 30: 세라믹 층

Claims (18)

  1. 소지 강판; 및
    상기 소지 강판 상에 위치하는 선상의 세라믹 층을 포함하고,
    상기 선상의 세라믹 층은 강판의 압연 방향과 이루는 각이 82 내지 88° 또는 92 내지 98°이며,
    상기 선상의 세라믹 층은 복수개 존재하며, 복수의 세라믹 층이 강판의 압연 방향을 따라 패턴을 형성하는 방향성 전기강판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 층의 폭은 5.0 내지 30mm인 방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 층간의 간격은 2.0 내지 10.0mm인 방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 층은 기공도가 1% 이하인 방향성 전기강판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 층은 표면 거칠기가 1㎛ 이하인 방향성 전기강판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 층의 두께는 0.1 내지 3.5 ㎛인 방향성 전기강판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 층은 세라믹 분말로 이루어지는 방향성 전기강판.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 세라믹 분말은 Li, B, Ca, Sr, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn 및 Ba 중에서 선택되는 적어도 1종을 성분으로 포함하는 산화물, 질화물, 탄화물 또는 산질화물인 방향성 전기강판.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 세라믹 분말은 Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, MgO·Al2O3, 2MgO·SiO2, MgO·SiO2, 2MgO·TiO2, MgO·TiO2, MgO·2TiO2, Al2O3·SiO2, 3Al2O3·2SiO2, Al2O3·TiO2, ZnO·SiO2, ZrO2·SiO2, ZrO2·TiO2, 9Al2O3·2B2O3, 2Al2O3·B2O3, 2MgO·2Al2O3·5SiO2, Li2O·Al2O3· SiO2, Li2O·Al2O3·4SiO2, BaO·Al2O3·SiO2, AlN, SiC, TiC, TiN, BN, ZrN, CrN, BaTiO3, SrTiO3, FeTiO3, MgTiO3, CaO, FeAl2O4, CaTiO3, MgAl2O4, FeTiO4, SrZrO3, Y2O3, CoAl2O4, 및 ZrSiO4 중에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 방향성 전기강판.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 소지 강판 및 상기 세라믹 층 사이에 형성된 금속 산화물 층을 더 포함하는 방향성 전기강판.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 소지 강판은 실리콘(Si): 2.6 내지 5.5중량%, 알루미늄(Al): 0.020 내지 0.040 중량%, 망간(Mn): 0.01 내지 0.20 중량%, 안티몬(Sb), 주석(Sn), 또는 이들의 조합을 0.01 내지 0.15 중량% 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것인 방향성 전기강판.
  13. 소지 강판을 제조하는 단계; 및
    상기 소지 강판 상에, 압연 방향에 대해 82 내지 88° 또는 92 내지 98°의 각도로 세라믹 분말을 분사하여 선상의 세라믹 층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 선상의 세라믹 층은 복수개 존재하며, 복수의 세라믹 층이 강판의 압연 방향을 따라 패턴을 형성하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 소지 강판을 제조하는 단계는,
    슬라브를 제조하는 단계;
    상기 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 슬라브를 열간압연 하여 열연강판을 제조하는 단계;
    상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
    상기 냉연강판을 1차 재결정 소둔하는 단계;및
    1차 재결정 소둔된 강판을 2차 재결정 소둔하는 단계;를 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔하는 단계 이후, 소둔 분리제를 도포하는 단계를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 선상의 세라믹 층을 형성하는 단계에서,
    복수개의 세라믹 층을 형성하고, 복수의 세라믹 층이 강판의 압연 방향을 따라 패턴을 형성하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 선상의 세라믹 층을 형성하는 단계는,
    Ar, H2, N2, 또는 He 중 1 이상을 포함하는 가스를 20 내지 300kW의 출력으로 플라즈마화한 열원에 세라믹 분말을 공급하여 상기 소지 강판에 세라믹 분말을 분사하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 세라믹 분말의 평균 입경은 10 내지 1000 nm인 방향성 전기강판의 제조 방법.
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