KR102142512B1 - 전기강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 제조 방법은 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판에 형성된 스케일 중 일부를 제거하고, 10nm 두께 이상의 스케일층을 잔류시키는 단계; 스케일층이 잔류하는 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판의 표면에 Si 보강층을 형성하는 단계; 및 냉연판을 소둔하는 단계를 포함한다.

Description

전기강판 및 그 제조 방법{ELECTRICAL STEEL SHEET AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 열연판 제조 후 열연판 표면에 존재하는 스케일을 일부 잔류시키고, Si 보강층을 형성한 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기강판은 변압기, 모터, 전기기용 소재로 사용되는 제품으로서, 기계적 특성 등 가공성을 중요시 하는 일반 탄소강과는 달리, 전기적 특성을 중요시 하는 기능성 제품이다. 요구되는 전기적 특성으로는 철손이 낮을것, 자속밀도, 투자율 및 점적율이 높을 것 등이 있다.
전기강판은 다시 방향성 전기강판과 무방향성 전기강판으로 구분된다. 방향성 전기강판은 2차재결정으로 불리는 비정상 결정립성장 현상을 이용해 Goss 집합조직 ({110}<001> 집합조직)을 강판 전체에 형성시켜 압연방향의 자기적 특성이 뛰어난 전기강판이다. 무방향성 전기강판은 압연판 상의 모든 방향으로 자기적 특성이 균일한 전기강판이다.
무방향성 전기강판의 생산공정으로서, 슬라브(slab)를 제조한 후, 열간 압연, 냉간압연 및 최종소둔을 거쳐 절연코팅층을 형성한다.
방향성 전기강판의 생산공정으로서, 슬라브(slab)를 제조한 후, 열간 압연, 냉간압연, 1차 재결정 소둔, 2차 재결정 소둔을 거쳐 절연코팅층을 형성한다.
전기강판의 생산공정에서 열간 압연 이후, 표면에 발생한 스케일(Scale)을 제거하여 이후에 전개되는 공정의 효율을 개선하는 것이 일반적이었다.
그러나, 산세 후의 강판 표면은 Fe가 다량 존재하고, 이러한 강판의 표면은 OH, O 작용기와 결합력이 크게 작용하지 않게 된다. 이러한 표면에 O, OH성분으로 구성된 산화물을 포함하는 절연코팅층을 형성할 시, 절연코팅층이 균일하게 형성되지 않는 문제 및 강판과 절연코팅층 간의 밀착력이 열화되는 문제가 발생하였다.
전기강판 및 그 제조 방법을 제공한다. 더욱 구체적으로 열연판 제조 후 열연판 표면에 존재하는 스케일을 일부 잔류시키고, Si 보강층을 형성한 전기강판 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 제조 방법은 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판에 형성된 스케일 중 일부를 제거하고, 10nm 두께 이상의 스케일층을 잔류시키는 단계; 스케일층이 잔류하는 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판의 표면에 Si 보강층을 형성하는 단계; 및 냉연판을 소둔하는 단계를 포함한다.
슬라브는 중량%로, C: 0.1% 이하, Si: 6.0% 이하, P: 0.5% 이하, S: 0.005% 이하, Mn: 1.0% 이하, Al: 2.0% 이하, N: 0.005% 이하, Ti: 0.005% 이하, Cr: 0.5% 이하를 포함하고, 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
스케일은 Si: 5 내지 80 중량%, O: 5 내지 80 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
스케일을 잔류시키는 단계에서, 블라스트 방법을 이용하여 입자의 투입량을 강판 면적당 20g/m3 내지 1000g/m3으로 입자의 속도는 0.1 km/s 내지 200km/s로처리할 수 있다. 스케일층을 잔류시키는 단계 이후, 스케일층이 잔류하는 열연판의 조도를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
열연판의 조도를 제어하는 단계에서, 조도를 0.1 내지 2.0nm로 제어할 수 있다.
열연판의 조도를 제어하는 단계는 열연판을 고무로 코팅된 블레이드 사이로 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
고무의 탄성도는 7 내지 45 MPa일 수 있다.
열연판의 조도를 제어하는 단계 이후, 산세하는 단계를 더 포함할 수 있다.
산세하는 단계는 15 중량% 이하의 산 용액에 20 내지 70초간 침지하는 것일 수 있다.
냉연판을 제조하는 단계 이후, 스케일층의 두께는 1 내지 100nm일 수 있다.
냉연판의 표면에 Si 보강층을 형성하는 단계는 실리콘 화합물을 포함하는 Si 보강층 형성 조성물을 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
Si 보강층 형성 조성물은 고형분으로 실리콘 화합물 80 내지 99 중량% 및 잔부 알루미늄 화합물을 포함할 수 있다.
실리콘 화합물의 평균 입경은 5 내지 50nm일 수 있다.
Si 보강층을 형성하는 단계에서 Si 보강층은 10 내지 1000nm 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판은 전기강판 기재, 전기강판 기재의 표면으로부터 내부 방향으로 존재하는 스케일층 및 스케일층 상에 위치하는 Si 보강층을 포함한다.
스케일층의 두께는 1 내지 100nm일 수 있다.
스케일층은 Si: 5 내지 80 중량%, O: 5 내지 80 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
Si 보강층은 Si: 80 내지 99 중량% 및 Al: 1 내지 20 중량% 포함할 수 있다.
Si 보강층 상에 위치하는 절연코팅층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 절연코팅층과 스케일층 간의 견고한 결합을 형성하여, 절연코팅층과의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 스케일층 자체에 절연 특성이 존재하여, 절연 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 열연 코일이 대기 상태에 있을 시, 공기 중의 산소로부터 열연판의 산화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, Si 보강층을 형성하여, 스케일층에 형성된 결함을 보강하여, 자성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판의 단면의 모식도이다.
도 2는 실시예에서 산세 이후 강판 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3는 실시예에서 산세 이후 강판 표면의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 비교예에서 열간압연 이후 강판 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 비교예에서 열간압연 이후 강판 표면의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 실시예에서 냉연판 소둔 이후 강판 표면의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 7은 실시예에서 냉연판 소둔 이후 강판 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 8은 실시예에서 냉연판 소둔 이후 강판 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판 제조 방법은 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판에 형성된 스케일 중 일부를 제거하고, 10nm 두께 이상의 스케일층을 잔류시키는 단계; 스케일층이 잔류하는 열연판의 표면에 Si 보강층을 형성하는 단계; 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 냉연판을 소둔하는 단계를 포함한다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조한다.
슬라브의 합금 성분은 특별히 한정되지 아니하며, 전기강판에서 사용되는 합금성분을 모두 사용할 수 있다. 일 예로 슬라브는 중량%로, C: 0.1% 이하, Si: 6.0% 이하, P: 0.5% 이하, S: 0.005% 이하, Mn: 1.0% 이하, Al: 2.0% 이하, N: 0.005% 이하, Ti: 0.005% 이하, Cr: 0.5% 이하를 포함하고, 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
먼저, 슬라브를 가열한다. 슬라브의 가열 온도는 제한되지 않으나, 슬라브를 1300℃이하의 온도로 가열하게 되면 슬라브의 주상정조직이 조대하게 성장되는 것이 방지하여 열간압연 공정에서 판의 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 슬라브의 가열온도는 1050℃ 내지 1300℃ 일 수 있다.
다음으로, 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조한다. 열간 압연 온도는 제한되지 않으며, 일 실시예로 950℃ 이하에서 열연을 종료할 수 있다.
다음으로, 열연판에 형성된 스케일 중 일부를 제거하고, 10nm 두께 이상의 스케일을 잔류시킨다.
열간 압연은 높은 온도에서 수행되기 때문에, 필연적으로 열연판 표면에 스케일이 생성된다. 이 스케일은 자성에 악영향을 주고, 압연시 파단이 발생하여 전부 제거하는 것이 일반적이었다.
본 발명의 일 실시에에서는 스케일층을 10nm 두께 이상으로 의도적으로 잔류시킴으로써, 절연코팅층과의 밀착성을 개선하였으며, 추가적인 절연 특성을 얻을 수 있다. 스케일은 Fe 함량이 강판 기재에 비해 적고, 대신 Si 함량이 비교적 높아, OH, O 성분과 결합력이 크게 작용한다. 따라서, 절연코팅층을 형성할 시, 절연코팅층이 균일하게 형성되고, 밀착력이 향상된다.
또한, 스케일은 O 함량이 강판 기재에 비해 높아, 그 자체로 절연 특성이 부여된다.
구체적으로 스케일은 Si: 5 내지 80 중량%, O: 5 내지 80 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 스케일은 Si: 10 내지 60 중량%, O: 10 내지 60 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 스케일은 Si: 15 내지 40 중량%, O: 15 내지 40 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
스케일을 잔류시키는 방법으로는 특별히 한정하지 아니한다. 일 예로 블라스트 방법을 이용할 수 있다. 블라스트 방법이란 미세 입자를 빠른 속도로 강판과 충돌 시켜 스케일을 제거하는 방법이다. 이 때 미세 입자의 투입량은 강판 면적에 대하여 20g/m3 내지 1000g/m3 일 수 있다. 입자의 속력은 0.1 km/s 내지 200km/s 일 수 있다.
이는 스케일을 전부 제거하는 블라스트 방법에 비해 미세 입자의 투입량 및 속도가 적다. 이처럼 전술한 블라스트 방법에 의해 스케일을 적절한 두께로 잔류시킬 수 있다. 전술한 범위에 비해 크거나 작으면, 적절한 두께의 스케일이 잔류되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 잔류되는 스케일의 두께는 10nm 이상이다. 스케일의 두께는 강판 전체에 걸쳐 불균일 할 수 있으며, 별도의 설명이 없으면 스케일의 두께는 강판 전체 면에 대한 평균 두께를 의미한다. 스케일 두께가 너무 두껍게 잔존할 경우, 자성에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 잔류되는 스케일의 두께는 10nm 내지 300nm일 수 있다. 더욱 구체적으로 잔류되는 스케일의 두께는 30 내지 150nm 일 수 있다.
스케일층을 잔류시키는 단계 이후, 스케일이 잔존하는 열연판의 조도를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 열연판의 조도란 열연판 최표면의 조도 즉, 스케일의 조도를 의미한다. 스케일이 잔존하는 경우, 조도가 매우 커지게 된다. 이는 자성에 악영향을 준다. 따라서, 스케일을 제거하지 않으면서, 조도만을 제어하는 것이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에서 조도 제어를 통해 열연판의 조도를 0.1 내지 2.0nm으로 제어할 수 있다. 조도가 너무 높으면 자성에 악영향을 줄 수 있다. 반대로 조도를 너무 낮게 제어하려고 할 시, 스케일이 모두 제거되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 전술한 범위로 조도를 제어할 수 있다.
조도의 제어 방법으로서, 열연판을 고무로 코팅된 블레이드 사이로 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 고무의 탄성도는 7 내지 45 Mpa가 될 수 있다. 탄성도가 적절치 않을 시, 조도 제어가 어려울 수 있다.
열연판의 조도를 제어하는 단계 이후, 산세하는 단계를 더 포함할 수 있다. 산세를 통해 열연판의 조도를 더욱 제어할 수 있다. 산세 시, 산 용액의 농도가 높거나, 침지 시간이 길어지면, 스케일이 모두 제거되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 15 중량% 이하의 산 용액에 20 내지 70초간 침지할 수 있다.
다음으로, 열연판을 냉간 압연하여, 냉연판을 제조한다. 열연판 두께에 따라 다르게 적용될 수 있으나, 70 내지 95%의 압하율을 적용하여 최종두께가 0.2 내지 0.65mm가 되도록 냉간 압연 할 수 있다. 냉간압연은 1회의 냉간압연에 의하여 실시하거나 혹은 필요에 따라 중간소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간압연을 수행하여 실시하는 것도 가능하다.
냉간 압연 과정에서 스케일층도 같이 압연되어, 두께가 작아지게 된다. 냉간 압연 이후, 스케일층의 두께는 1 내지 100nm가 될 수 있다. 더욱 구체적으로 5 내지 20nm가 될 수 있다.
다음으로, 냉연판의 표면에 Si 보강층을 형성한다. 스케일층은 열간압연 과정에서 공기 중의 산소와 접촉하여 자연스럽게 형성되고, 이후 냉간압연되기 때문에, 강판 기재에 비해, 밀도가 낮고, 결함이 다수 존재한다. 본 발명의 일 실시예에서는 스케일층에 존재하는 결함을 보강함으로써, 강판의 강도 및 자성을 더욱 향상시킨다.
구체적으로 냉연판의 표면에 Si 보강층을 형성하는 단계는 실리콘 화합물을 포함하는 Si 보강층 형성 조성물을 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 실리콘 화합물은 Si를 포함하는 화합물이면 제한 없이 사용할 수 있다. 예컨데, 실리카, 실리케이트 및 실란 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 실리콘 화합물을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 실리콘 화합물은 실리카일 수 있다.
실리콘 화합물의 평균 입경은 5 내지 50nm일 수 있다. 적절한 입경의 실리콘 화합물을 사용할 시, Si 보강층 형성 조성물 내에서 분산이 용이하게 이루어지고, 균일한 Si 보강층을 형성할 수 있다. 더욱 구체적으로 실리콘 화합물의 평균 입경은 10 내지 30nm일 수 있다.
Si 보강층 형성 조성물은 고형분으로 실리콘 화합물 80 내지 99 중량% 및 잔부 알루미늄 화합물을 포함할 수 있다. 알루미늄 화합물이 첨가될 시,표면 강도 강화 에서 유리하다. 알루미늄 화합물은 예컨데, 알루미나를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si 보강층 형성 조성물은 고형분으로 실리콘 화합물 85 내지 95 중량% 및 잔부 알루미늄 화합물을 포함할 수 있다.
Si 보강층 형성 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다. 용매는 물 또는 유기 용매를 포함할 수 있다. 유기 용매로는 에탄올, 이소프로판올 등을 포함할 수 있다.
Si 보강층 형성 조성물 도포 이후, 강판을 가열하여, Si 보강층을 형성할 수 있다. Si 보강층은 10 내지 1000nm 두께로 형성될 수 있다. Si 보강층의 두께가 너무 얇으면, Si 보강층 형성에 의한 효과를 충분히 달성하기 어렵다. Si 보강층의 두께가 너무 두꺼우면, 전기강판 제조 이후, 전기강판을 제조하는 제품의 생산 과정 중 타발 공정에서 Si 보강층에 균열이 발생할 수 있다.
전술하였듯이, Si 보강층은 냉연판 제조 이후, 소둔 전에 형성되는 것으로서, Si 보강층 형성 조성물에 실리콘 화합물 외에 수지 등을 포함하지 않는다.
다음으로, 냉연판을 소둔 한다. 이 때, 무방향성 전기강판 또는 방향성 전기강판 용도에 따라 냉연판을 소둔하는 공정이 상이하다.
구체적으로 무방향성 전기강판을 제조 하는 경우, 850 내지 1050℃의 온도로 30초 내지 3분 동안 소둔할 수 있다. 균열 온도가 너무 높으면 결정립의 급격한 성장이 발생하여 자속밀도와 고주파 철손이 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 900 내지 1000℃의 균열 온도에서 최종 소둔할 수 있다. 최종 소둔 과정에서 전 단계인 냉간압연 단계에서 형성된 가공 조직이 모두(즉, 99% 이상) 재결정될 수 있다.
방향성 전기강판을 제조 하는 경우, 냉간압연 된 냉연판을 1차 재결정 소둔한다. 1차 재결정 소둔 단계에서 고스 결정립의 핵이 생성되는 1차 재결정이 일어난다. 1차 재결정 소둔 과정에서 강판의 탈탄 및 질화가 이루어질 수 있다. 탈탄 및 질화를 위하여 수증기, 수소 및 암모니아의 혼합 가스 분위기 하에서 1차 재결정 소둔 할 수 있다.
질화를 위해 암모니아 가스를 사용하여 강판에 질소이온을 도입하여 주석출물인 (Al,Si,Mn)N 및 AlN등의 질화물을 형성하는데 있어, 탈탄을 마치고 질화처리하거나, 혹은 탈탄과 동시에 질화처리를 같이 할 수 있도록 동시에 질화처리를 행하거나, 혹은 질화처리를 우선 행한 후 탈탄을 행하는 방법 어느 것이나 본 발명의 효과를 발휘하는데 문제가 없다.
1차 재결정 소둔은 800 내지 900℃의 온도 범위에서 실시될 수 있다.
다음으로, 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판을 2차 재결정 소둔한다. 이 때, 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판에 소둔 분리제를 도포한 후, 2차 재결정 소둔할 수 있다. 이 때, 소둔 분리제는 특별히 제한하지 아니하며, MgO를 주 성분으로 포함하는 소둔 분리제를 사용할 수 있다.
2차 재결정 소둔의 목적은 크게 보면 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 탈탄시 형성된 산화층과 MgO의 반응에 의한 유리질 피막형성으로 절연성 부여, 자기특성을 해치는 불순물의 제거에 있다. 2차 재결정 소둔의 방법으로는 2차 재결정이 일어나기 전의 승온 구간에서는 질소와 수소의 혼합가스로 유지하여 입자성장 억제제인 질화물을 보호함으로써 2차 재결정이 잘 발달되도록 하고, 2차 재결정 완료 후에는 100% 수소분위기에서 장시간 유지하여 불순물을 제거하도록 한다.
이후, 절연코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 두께를 얇게 형성하는 것을 제외하고는 일반적인 방법을 사용하여 절연층을 형성할 수 있다. 구체적으로 폴리에폭시, 폴리우레탄, 폴리 에틸렌, 폴리프로필렌, 전분계 바이오 플라스틱, 리그닌계 바이오 플라스틱 등 유기코팅 용액으로 코팅 후 건조할 수 있다. 절연코팅층 형성 방법에 대해서는 전기강판 기술 분야에서 널리 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판(100)의 단면을 개략적으로 나타낸다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판의 구조를 설명한다. 도 1의 전기강판은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 전기강판의 구조를 다양하게 변형할 수 있다.
도 1에 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판(100)은 전기강판 기재(10)의 표면으로부터 내부 방향으로 존재하는 스케일층(20) 및 스케일층(20) 상에 위치하는 Si 보강층(30)을 포함한다. 이처럼 스케일층(20)을 포함함으로써, 절연코팅층(40)과 스케일층(20) 간의 견고한 결합을 형성하여, 절연코팅층(40)과의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 스케일층(20) 자체에 절연 특성이 존재하여, 절연 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, Si 보강층(30)으로 인하여 스케일층(20) 내에 존재하는 결함을 보강하여, 자성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 각 구성별로 상세하게 설명한다.
먼저, 전기강판 기재(10)는 전기강판에서 사용되는 합금성분을 모두 사용할 수 있다. 일 예로 전기강판 기재(10)는 중량%로, C: 0.1% 이하, Si: 6.0% 이하, P: 0.5% 이하, S: 0.005% 이하, Mn: 1.0% 이하, Al: 2.0% 이하, N: 0.005% 이하, Ti: 0.005% 이하, Cr: 0.5% 이하를 포함하고, 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
스케일층(20)은 전기강판 기재(10)의 표면으로부터 내부 방향으로 존재한다. 스케일층(20)의 두께는 1 내지 100nm가 될 수 있다. 더욱 구체적으로 5 내지 20nm가 될 수 있다. 스케일층(20)이 너무 얇으면, 전술한 스케일층(20)의 존재로 인해 발생하는 절연코팅층(40)과의 밀착성을 향상 및 절연 특성을 향상 효과를 적절히 얻기 어렵다. 또한, 스케일층(20)이 너무 두꺼우면, 오히려 자성에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 스케일층(20)의 두께는 1 내지 100nm가 될 수 있다. 더욱 구체적으로 5 내지 20nm가 될 수 있다.
스케일층(20)은 Si: 5 내지 80 중량%, O: 5 내지 80 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 스케일은 Si: 10 내지 60 중량%, O: 10 내지 60 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 스케일은 Si: 15 내지 40 중량%, O: 15 내지 40 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
스케일층(20)은 Fe 함량이 전기강판 기재(10)에 비해 적고, 대신 Si 함량이 비교적 높아, OH, O 성분과 결합력이 크게 작용한다. 따라서, 절연코팅층(40)을 형성할 시, 절연코팅층(40)이 균일하게 형성되고, 밀착력이 향상된다. 또한, 스케일층(20)은 O 함량이 전기강판 기재(10)에 비해 높아, 그 자체로 절연 특성이 부여된다.
도 1에서는 스케일층(20) 표면(즉, 스케일층(20)과 Si 보강층(30) 간의 계면)이 평평하게 표현되어 있으나, 실질적으로는 도 7과 같이 매우 거칠게 형성된다. 이러한 스케일층(20)은 조도가 0.01 내지 0.5nm일 수 있다. 조도가 너무 높으면 자성에 악영향을 줄 수 있다. 반대로 조도를 너무 낮게 제어하려고 할 시, 스케일층(20)이 모두 제거되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 전술한 범위로 스케일층(20)의 조도를 제어할 수 있다.
도 1에서 나타나듯이, 스케일층(20) 상에는 Si 보강층(30)이 위치한다. 본 발명의 일 실시예에서 Si 보강층(30)에 의해 스케일층(20)에 존재하는 결함이 제거되므로, 자성을 더욱 향상시킬 수 있다.
Si 보강층(30)의 두께는 10 내지 1000nm일 될 수 있다. Si 보강층(30)이 너무 얇으면, 전술한 Si 보강층(30)의 존재로 인해 발생하는 자성 향상 효과를 적절히 얻기 어렵다. 또한, Si 보강층(30)이 너무 두꺼우면, 냉간압연 과정에서 Si 보강층(30)에 균열이 발생하여 오히려 자성에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, Si 보강층(30)의 두께는 10 내지 500nm가 될 수 있다. 더욱 구체적으로 10 내지 200nm가 될 수 있다.
Si 보강층(30)은 Si: 80 내지 99 중량%, Al: 1 내지 20 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si 보강층(30)은 Si: 85 내지 95 Al: 5 내지 45 중량%을 포함할 수 있다. Si 및 Al은 Si 보강층 형성 조성물로부터 유래될 수 있다. 그 밖의 Fe, O 등의 성분들은 소둔 과정에서 스케일층(20)으로부터 확산되거나, 공기로부터 확산될 수 있다.
도 1에서 나타나듯이, Si 보강층(30) 상에 절연코팅층(40)을 더 포함할 수 있다. 스케일층(20) 및 Si 보강층(30)이 적절히 형성되었기 때문에, 절연코팅층(40)의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 절연코팅층(40)의 두께를 얇게 형성하더라도 충분한 절연성을 확보할 수 있게 된다. 구체적으로 절연코팅층(40)의 두께는 0.7 내지 1.0㎛가 될 수 있다. 절연코팅층(40)에 대해서는 전기강판 기술 분야에서 널리 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실리콘(Si)을 3.4 중량%, 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 준비하였다.
슬라브를 1130℃ 에서 가열한 뒤 2.3mm 두께로 열간 압연하여, 열연판을 제조하였다.
열연판을 Shot Blaster를 이용하여 미세 입자 투입량 약 650g/m3, 투입 속도 약 50 km/s으로 제어하여, 약 100nm두께의 스케일층을 잔류시켰다. 이후, 탄성도 약 30 Mpa의 고무로 코팅된 Blade 사이를 통과 시켜 표면 조도를 약 1.5nm으로 제어하였다. 이후, 약 70℃ 온도의 염산 용액(약 15wt%)로 약 50초간 침지하여 산세처리하였다. 이후, 세정을 실시하였다.
도 2에서는 산세 이후 강판 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타내었다. 도 2에서 나타나듯이, 스케일층이 흰색 부분으로 표시되며, 스케일층이 잔류함을 확인할 수 있다.
도 3에서는 산세 이후 강판 표면의 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타내었다. 도 3에서 나타나듯이, 깃털 모양의 스케일층이 강판 표면을 덮고 있는 것을 확인할 수 있다.
스케일층은 약 50nm 두께이며, 조도가 약 0.1nm임이 확인되었다. 또한, 스케일층의 합금 성분을 TEM-FIB로 분석하였다. Si:35.25 중량%, O: 34.02 중량% 및 잔부 Fe 및 불순물임을 확인하였다.
Si 보강층 형성 조성물을 제조하였다. Silica Sol 40 wt%을 포함하고, pH 3.75인 황산 분산액 (Levasil Akzonobel 제품)을 준비하였다. SiO2 입자들의 평균 입경은 약 27.2㎚이었다. 또한, 상기 분산액에는 약 0.2 wt%의 Al2O3가 첨가되었다. 상기 분산액(약 210g)은 에탄올(약 829.5g) 및 이소프로판올(약 819g)이 혼합된 용매에 희석되었다. 상기 희석된 분산액은 약 24시간 동안 교반되었다. 이후, 상기 희석된 분산액은 3층의 셀룰로오스 필터 페이퍼(기공 사이즈는 약 2㎛, 0.8㎛, 0.2㎛)에 의해서, 2기압의 압력으로 필터링되었다. 상기 분산액을 스케일층이 존재하는 열연판에 코팅하고 건조하였다.
그 뒤 냉간압연하여 판두께를 0.25mm로 한 후 최종소둔을 실시하였다.
강판의 표면을 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타나듯이, 깃털 모양의 스케일층 대신 균일한 Si 보강층이 형성됨을 확인할 수 있다.
강판 단면을 도 7 및 도 8에 나타내었다.
도 7 및 도 8에 나타나듯이, 냉간압연 및 최종소둔 이후에도 스케일층이 잔존하고, Si 보강층이 존재하는 것을 확인할 수 있다.
Si 보강층의 합금 성분을 TEM-FIB로 분석하였다. Si:90 중량%, Al: 10 중량%임을 확인하였다.
비교예 1
실리콘(Si)을 3.4 중량%, 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 준비하였다.
슬라브를 1130℃ 에서 가열한 뒤 2.3mm 두께로 열간 압연하여, 열연판을 제조하였다.
열연판을 Shot Blaster를 이용하여 미세 입자 투입량 1300g/m3, 투입 속도 50km/s으로 제어하여, 스케일층을 전부 제거하였다. 이후, 약 80℃ 온도의 염산 용액(약 30wt%)로 약 100초간 침지하여 산세처리하였다. 이후, 세정을 실시하였다.
도 4에서는 산세 이후 강판 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타내었다. 도 4에서 나타나듯이, 스케일층이 모두 제거됨을 확인할 수 있다.
도 5에서는 산세 이후 강판 표면의 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타내었다. 도 5에서 나타나듯이, 깃털 모양의 스케일층이 존재하지 아니하고, 강판 상에 스크레치만이 확인된다.
그 뒤 냉간압연하여 판두께를 0.25mm로 한 후 최종소둔을 실시하였다.
비교예 2
실리콘(Si)을 3.4 중량%, 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 준비하였다.
슬라브를 1130℃ 에서 가열한 뒤 2.3mm 두께로 열간 압연하여, 열연판을 제조하였다.
열연판을 Shot Blaster를 이용하여 미세 입자 투입량 약 80g/m3, 투입 속도 약 50km/s로 제어하여, 약 500nm 두께의 스케일층을 잔류시켰다. 이후, 약 70℃ 온도의 염산 용액(약 15wt%)로 약 50초간 침지하여 산세처리하였다. 이후, 세정을 실시하였다. 그 뒤 냉간압연하여 판두께를 0.25mm로 한 후 최종소둔을 실시하였다. 냉간압연 이후 약 250nm의 스케일층이 확인되었다.
실험예 1 : 녹 생성 확인
실시예 및 비교예에서 열연판의 산세 및 세정 이후, 냉간압연 전에 열연판을 권취하여 하기 표 1의 시간 동안 방치하였다.
2 포인트에서 광택을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 광택은 ASTM D 523 광택 계를 사용하여 반사광을 입사광과 동일한 각도로 수광할 때 빛의 강도를, 굴절률 1.567의 유리 표면 광택을 100으로 한 비율로 나타내었다. 이 때 각도는 60 ˚로 설정하였다.
실시예 비교예 1 비교예 2
세정 직후 71 72 80 86 89
1일 후 50 46 47 57 61
2일 후 50 49 46 55 65
표 1에서 나타나듯이, 세정 직후에는 스케일층의 존재하는 실시예가 비교예에 비해 광택도가 떨어졌다. 그러나, 1일후, 2일후에는 실시예는 스케일층에 의해 녹 생성이 방지된 반면, 비교예는 녹이 생성되어, 광택도가 현저히 떨어진 것을 확인할 수 있다.
실험예 2 : 절연성 측정
실시예 및 비교예에서 최종 소둔 이후, 3 포인트에서 강판의 절연성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한 1㎛ 두께의 절연코팅층을 형성한 이후, 절연성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 절연특성은 ASTM A717 국제규격에 따라 Franklin 측정기를 활용하여 측정하였다.
또한, 밀착성은 시편을 180° 구부릴 때에 피막박리 존재 유무로 판단하였다. 현미경 x100 관찰시 아예 없으면 매우 양호, x100에 3개 이하 defect /5cmx5cm을 양호로 표시하였다.
철손(W15/50)은 주파수 50Hz의 자기장을 1.5Tesla까지 교류로 자화시켰을 때 나타나는 전력 손실을 의미한다.
실시예 비교예 1 비교예 2
절연코팅층 형성 전 절연특성(mA) 910 850 880 990 990 990 990
절연코팅층 형성 후 절연특성(mA) 90 120 100 300 320 310 300
밀착성(mmφ) 매우양호 매우양호 매우양호 양호 양호 양호 양호
철손(W15/50, W/kg) 13.5 13.6 13.4 15.2 15.5 15.5 16.5
표 2에 나타나듯이, 스케일층 및 Si 보강층이 존재하는 실시예가 비교예 1에 비해 절연특성이 우수하고, 밀착성이 향상됨을 확인할 수 있다. 더 나아가 철손도 향상됨을 확인할 수 있다. 스케일층이 너무 많이 잔류된 비교예 2는 철손이 매우 열위됨을 확인할 수 있다.
본 발명은 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: 전기강판
10 : 전기강판 기재
20 : 스케일층
30 : Si 보강층
40 : 절연코팅층

Claims (17)

  1. 전기강판 기재
    상기 전기강판 기재의 표면으로부터 내부 방향으로 존재하는 스케일층 및
    상기 스케일층 상에 위치하는 Si 보강층을 포함하고,
    상기 전기강판 기재는 중량%로, C: 0.1% 이하, Si: 6.0% 이하, P: 0.5% 이하, S: 0.005% 이하, Mn: 1.0% 이하, Al: 2.0% 이하, N: 0.005% 이하, Ti: 0.005% 이하, Cr: 0.5% 이하를 포함하고, 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    상기 스케일층의 두께는 1 내지 100nm인 전기강판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스케일층은 Si: 5 내지 80 중량%, O: 5 내지 80 중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Si 보강층은 Si: 80 내지 99 중량%, Al: 1 내지 20 중량% 포함하는 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 Si 보강층 상에 위치하는 절연코팅층을 더 포함하는 전기강판.
  6. 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판에 형성된 스케일 중 일부를 제거하고, 10nm 내지 300nm 두께의 스케일층을 잔류시키는 단계;
    상기 스케일층이 잔류하는 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 냉연판의 표면에 Si 보강층을 형성하는 단계; 및
    냉연판을 소둔하는 단계를 포함하고,
    상기 슬라브는 중량%로, C: 0.1% 이하, Si: 6.0% 이하, P: 0.5% 이하, S: 0.005% 이하, Mn: 1.0% 이하, Al: 2.0% 이하, N: 0.005% 이하, Ti: 0.005% 이하, Cr: 0.5% 이하를 포함하고, 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 전기강판의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스케일층을 잔류시키는 단계에서, 블라스트 방법을 이용하여 입자의 투입량을 강판 면적당 20g/m3 내지 1000g/m3으로 입자의 속도는 0.1 km/s 내지 200km/s로 처리하는 전기강판의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 스케일층을 잔류시키는 단계 이후, 스케일층이 잔류하는 열연판의 조도를 제어하는 단계를 더 포함하는 전기강판의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열연판의 조도를 제어하는 단계에서, 조도를 0.1 내지 2.0nm로 제어하는 전기강판의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 열연판의 조도를 제어하는 단계는 열연판을 고무로 코팅된 블레이드 사이로 통과시키는 단계를 포함하는 전기강판의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고무의 탄성도는 7 내지 45 Mpa 인 전기강판의 제조 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 스케일 층을 잔류시키는 단계 이후, 산세하는 단계를 더 포함하는 전기강판의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 산세하는 단계는 15 중량% 이하의 산 용액에 20 내지 70초간 침지하는 단계를 포함하는 전기강판의 제조 방법.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 Si 보강층을 형성하는 단계는 실리콘 화합물을 포함하는 Si 보강층 형성 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 전기강판의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 Si 보강층 형성 조성물은 고형분으로 실리콘 화합물 80 내지 99 중량% 및 잔부 알루미늄 화합물을 포함하는 전기강판의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 실리콘 화합물의 평균 입경은 5 내지 50nm인 전기강판의 제조 방법.
  17. 제6항에 있어서,
    상기 Si 보강층을 형성하는 단계에서 Si 보강층은 10 내지 1000nm 두께로 형성되는 전기강판의 제조 방법.
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