KR102218470B1 - 자기적 특성 및 외관형상이 우수한 무방향성 전기강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

자기적 특성 및 외관형상이 우수한 무방향성 전기강판 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중량%로, Si: 2.5∼3.5％, Al: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~3.0%, S: 0.0003~0.005%, Sn: 0.01~0.20%, Ga 및 Ge 중 1종 이상: 각 성분당 0.0003~0.010%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 (1) 내지 (3) 을 만족하며, 미세조직은 페라이트 단상이며, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 60~95㎛ 인 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공한다.
[관계식 (1)]
4.8 ≤ (Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10 ≤ 6.6
[관계식 (2)]
0.5 ≤ [(Mn/55)×(S/32)]×106 ≤ 4.5
[관계식 (3)]
1.6 ≤ [(Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10]/{[(Mn/55)×(S/32)]×106} ≤ 8.0
(여기서 상기 관계식 (1) 내지 (3) 의 합금원소 기호는 각각 그 합금원소의 중량%를 나타낸다.)

Description

자기적 특성 및 외관형상이 우수한 무방향성 전기강판 및 이의 제조방법{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET HAVING EXCELLENT MAGNETIC AND SHAPE PROPERTIES, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 자기적 특성 및 외관형상이 우수한 무방향성 전기강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 지구온난화로 인한 세계 각국 환경규제가 더욱 강화됨에 따라 하이브리드 자동차나 전기 자동차등의 보급이 증가되고 있다. 이로 인해 자동차 구동모터나 발전기 모터용으로 사용되는 무방향성 전기강판에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다.
구동용 모터나 발전기용 모터는, 차량 내의 한정된 공간에 설치할 필요가 있고, 차량 중량을 경감하기 위해, 소형화가 강하게 요구되고 있다. 특히 자동차용 모터 중 구동모터는 일반 모터와는 다르게 저속에서부터 고속에 이르는 모든 영역에서 우수한 전기적 특성을 가져야 한다. 구체적으로 저속이나 가속 시에서는 큰 토크를 내어야 하고, 정속 및 고속주행 시에는 손실이 적어야 하는 등 각 영역에서 적합한 특성이 필요하다. 이러한 특성을 만족하기 위해서는 저속회전 영역에서는 큰 자속밀도 특성을 가져야 하며, 고속회전영역에서는 고주파 철손이 적어야 한다. 아울러 고속회전 시에 발생하는 원심력을 견뎌야 하기 때문에 높은 강도를 갖는 무방향성 전기강판의 개발이 요구된다. 그리고, 모터를 제조함에 있어 소재를 슬리팅(Slitting)하고, 타발 후 적층하여 최종 부품을 제조하게 하기 때문에 폭 방향 두께 편차, 즉 외관 형상 품질이 상당히 중요하다. 따라서, 폭/길이 방향에 대한 두께가 균일할 것이 요구된다.
한편, 자기적 특성을 향상시키는 무방향성 전기강판으로서는, 예를 들면, 특허문헌 1 에는, Si가 4％ 이하인 강에 Co를 0.1∼5％ 첨가한 무방향성 전자 강판이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2 에는 P의 함유량을 0.07∼0.20％, Si의 함유량을 0.17∼3.0％로 하고 열연판 어닐링을 냉각 속도가 느린 상자 어닐링(box annealing)으로 행하고, 마무리 어닐링 시에 집합 조직을 제어함으로써, 고자속 밀도화를 도모하는 기술이 제안되고 있다.
또한, 특허문헌 3 에는, Al의 함유량을 0.017％ 이하로 하여 고자속 밀도화를 도모하는 방법이 제안되고 있다. 특허문헌 4 에는, 전술한 것 이외의 원소로서, Sb나 Sn을 첨가하여, 고자속 밀도화하는 기술이 제안되고 있다. 마지막으로 특허문헌 5 에는 Ti, Nb, V 및 B을 정밀 제어함으로써, 자기적 특성을 향상시키는 기술이 제안되고 있다.
상술한 종래기술들을 살펴보면 무방향성 전기강판의 경우 합금성분을 정밀 제어하여 자기적 특성을 향상시키는 기술들이 대부분이고, 고강도 및 형상 제어와 관련된 연구는 미미한 실정이다.
일본 공개특허공보 2000-129410호 일본 특허공보 제3870893호 일본 특허공보 제4126479호 일본 특허공보 제2500033호 한국 공개특허공보 제10-2016-0078183호
본 발명은 자기적 특성 및 외관형상이 우수한 무방향성 전기강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명 명세서의 전반적인 사항으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은 중량%로, Si: 2.5∼3.5％, Al: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~3.0%, S: 0.0003~0.005%, Sn: 0.01~0.20%, Ga 및 Ge 중 1종 이상: 각 성분당 0.0003~0.010%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 (1) 내지 (3) 을 만족하며, 미세조직은 페라이트 단상이며, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 60~95㎛ 인 무방향성 전기강판을 제공한다.
[관계식 (1)]
4.8 ≤ (Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10 ≤ 6.6
[관계식 (2)]
0.5 ≤ [(Mn/55)×(S/32)]×106 ≤ 4.5
[관계식 (3)]
1.6 ≤ [(Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10]/{[(Mn/55)×(S/32)]×106} ≤ 8.0
(여기서 상기 관계식 (1) 내지 (3) 의 합금원소 기호는 각각 그 합금원소의 중량%를 나타낸다.)
상기 무방향성 전기강판은 중량%로, C 및 N 을 합계로 0.01% 이하 더 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판은 트램프 원소로서, 중량%로, Nb, V, Ti, Mo, Cu, Cr, Ni, Zn, Se, Sb, Zr, W, Ca 및 Mg 으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 그 합계가 0.1% 이하로 더 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판은 비저항이 55~80μΩ·㎝, 자속밀도가 1.56~1.68 T (B50 기준), 고주파 철손이 10~12.5W/kg(W10/400), 40~47W/kg(W10/1000), 투자율(μ10)이 8000 이상일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판은 압연의 수평방향의 항복강도(YS)가 420Mpa 이상이고, 경도가 260 Hv 이하일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판은 폭 방향 두께 편차가 0.5~4.0㎛ 일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, Si: 2.5∼3.5％, Al: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~3.0%, S: 0.0003~0.005%, Sn: 0.01~0.20%, Ga 및 Ge 중 1종 이상: 각 성분당 0.0003~0.010%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 (1) 내지 (3) 을 만족하는 용강을 4.0~7.5mpm(m/min)의 주조속도로 주조하여 박 슬라브를 얻는 단계; 상기 박 슬라브를 조압연 입측 온도가 1000~1200℃가 되도록 조압연하여 10~20 mm 두께의 바(Bar)를 얻는 단계; 상기 바를 900~1200℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 바를 복수의 스탠드로 이루어진 마무리 압연기에서 마무리 압연하되, 마지막 스탠드에서 평균 통판속도가 250~750mpm 이고 입측온도가 680~840℃ 인 조건으로 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 500~660℃ 온도에서 권취하는 단계;를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.
[관계식 (1)]
4.8 ≤ (Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10 ≤ 6.6
[관계식 (2)]
0.5 ≤ [(Mn/55)×(S/32)]×106 ≤ 4.5
[관계식 (3)]
1.6 ≤ [(Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10]/{[(Mn/55)×(S/32)]×106} ≤ 8.0
(여기서 상기 관계식 (1) 내지 (3) 의 합금원소 기호는 각각 그 합금원소의 중량%를 나타낸다.)
상기 주조 중 몰드 플럭스의 염기도 변화가 0.5 이하이고, 점성(1300℃)의 변화가 2.5 이하일 수 있다.
상기 주조 중 몰드 플럭스 내에 Al2O3 픽업량(%)이 35% 이하일 수 있다.
상기 마무리 압연 중, 첫 번째 스탠드의 입측에서 바의 표면에 표면적 1m² 당 10~50ℓ/min의 윤활유을 분사하고, 두 번째 스탠드의 입측에서 바의 표면에 표면적 1m² 당 5~35ℓ/min의 윤활유을 분사할 수 있다.
권취된 상기 열연강판을 산세 처리하고 냉간압연한 후 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
연속 주조 시 박 슬라브의 두께는 80~120mm 일 수 있다.
본 발명에 의하면 비저항이 55~80 μΩ·㎝, 자속밀도가 1.56~1.68 T (B50 기준), 고주파 철손이 10~12.5W/kg(W10/400), 40~47W/kg(W10/1000), 투자율(μ10)이 8000 이상으로 자기적 특성이 우수하고, 폭 방향 두께 편차가 0.5~4.0㎛ 으로 외관 형상이 우수한 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의하면 연주~압연 직결공정에서 고속주조 및 연연속 압연 공정을 통하여 두께가 0.6~1.6mmt 이면서도 두께 편차가 우수한 박물 열연 전기강판의 생산이 가능하므로, 냉간압하율 감소에 따른 고주판 철손 향상 및 최종제품 박물화가 가능한 장점이 있다.
또한 기존 열연밀에 의해 제조된 전기강판 대비 폭 방향 두께 편차가 월등히 우수하므로, 최종 부품 제조 시 치수/형상이 우수하고, 소재를 균일하게 적층 할 수 있어 부품 제조가 용이하다. 또한, 박 슬라브 연주법을 통해 전기로에서 고철 등의 스크랩을 용해한 강을 사용할 수 있어 자원의 재활용성을 높일 수 있다
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 구현례인 발명예 1 의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2 는 관계식 (1) 내지 (3) 의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3 은 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법에 적용 가능한 연주-압연 직결 공정을 위한 설비의 모식도이다.
도 4 는 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법에 적용 가능한 연주-압연 직결 공정을 위한 또 다른 설비의 모식도이다.
여기서 사용되는 전문용어는 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 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
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 일 측면에 따른 무방향성 전기강판에 대하여 자세히 설명한다. 본 발명에서 각 원소를 함량을 나타낼 때 특별히 달리 정하지 아니하는 한, 중량%를 의미한다는 것에 유의할 필요가 있다. 또한, 결정이나 조직의 비율은 특별히 달리 표현하지 아니하는 한 면적을 기준으로 한다.
먼저 본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판의 성분계에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.5∼3.5％, Al: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~3.0%, S: 0.0003~0.005%, Sn: 0.01~0.20%, Ga 및 Ge 중 1종 이상: 각 성분 당 0.0003~0.010%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
Si: 2.5∼3.5％
규소(Si)는 강의 탈산제로서 일반적으로 첨가되지만, 전기강판에 있어서는 전기 저항을 높여 고주파수에서의 철손을 저감하는 효과를 가져오는 중요한 원소이며, 이러한 효과를 얻기 위해서는 2.5％ 이상의 첨가를 필요로 한다. 그러나, 그 함량이 3.5％을 초과하면 항복강도가 너무 높아져 냉간압연 시 압연 부하 증가에 따라 형상 불량이 발생 할 수 있다. 따라서 본 발명에서 Si 함량은 2.5~3.5% 로 제한할 수 있고, 바람직하게는 2.6~3.4% 일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 2.7~3.3% 일 수 있다.
Al: 1.0~3.0%
알루미늄(Al)은 Si와 동일하게 강의 탈산제로서 일반적으로 이용되고 있고, 전기저항을 증가시켜 철손을 저감하는 효과가 큰 원소이기 때문에 1.0% 이상의 첨가가 바람직하다. 그러나, 그 함량이 3.0% 를 초과하면 연속 주조 중에 몰드 플럭스에 픽업(pick-up)되어 몰드 플럭스의 물성이 달라져 윤활이 되지 않아 주조 중단이 발생할 수 있으므로 이를 제한하는 것이 필요하다. 따라서 본 발명에서 Al 함량은 1.0∼3.0% 로 제한할 수 있고, 바람직하게는 1.2~2.8% 일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 1.4~2.6% 일 수 있다.
Mn: 1.0~3.0%
망간(Mn)은 강 중 비저항을 높여 철손을 낮출 수 원소이기 때문에 1.0%이상의 첨가가 바람직하다. 그 함량이 3.0%를 초과하는 경우, 강 중 S등과 결합하여 조대한 MnS 석출물을 형성하여 자구 이동 시에 방해가 되는 미세한 석출물들의 영향을 안정화할 수 있으나, 오스테나이트 안정화 원소이기 때문에 다량 첨가 시 소둔 온도 범위에서 오스테나이트 상이 형성되어 철손 감소를 위한 결정립 크기 증가가 어려울 수 있고, 또한 항복강도가 너무 높아져 냉간압연 시 압연 부하 증가에 따라 형상 불량이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서 Mn 함량은 1.0∼3.0% 로 제한할 수 있고, 바람직하게는 1.2~2.8% 일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 1.4~2.6% 일 수 있다.
S: 0.0003~0.005%
황(S)은 Mn과 반응하여 MnS 등의 황화물을 형성하여 결정립 성장성을 저하시키고 자구이동을 억제하는 역할을 하므로 0.005% 이하로 제어하는 것이 바람직하다. S 은 낮으면 낮을수록 좋으나 탈황비용을 감안하여 그 하한을 0.0003% 이상으로 제한할 수 있다. 따라서 본 발명에서 S 함량은 0.0003∼0.005% 로 제한할 수 있고, 바람직하게는 0.0005~0.004% 일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 0.0007~0.003% 일 수 있다.
Sn: 0.01~0.20%
주석(Sn)은 결정립계 편석원소로써 결정립계를 통한 질소의 확산을 억제하며 자성에 해로운 {111}, {112} 집합조직의 형성을 억제하고 자성에 유리한 {100} 및 {110} 집합조직을 증가시켜 자기적 특성을 향상시키기 위하여 첨가되는 원소이다. 이러한 첨가 효과를 크게 하기 위해서 0.01% 이상 첨가할 수 있지만, 0.20% 초과하여 첨가하면 결정립 성장을 억제하여 자성을 떨어뜨리며 압연성을 열위시키는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서 Sn 함량은 0.01~0.20%로 제한할 수 있고, 바람직하게는 0.02~0.15% 일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 0.04~0.10% 일 수 있다.
Ga 및 Ge 중 1종 이상: 각 성분 당 0.0003~0.010%
갈륨(Ga) 및 게르마늄(Ge)은 강판의 표면 및 결정립계에 편석하여 소둔 시 표면산화를 억제하며 집합조직을 개선하여 자기적 특성을 향상시킨다. 본 발명에서 Ga 및 Ge 중 1종 이상이 포함될 수 있다. 즉, Ga만을 단독으로 포함하거나, Ge만을 단독으로 포함하거나, Ga 및 Ge를 동시에 포함할 수 있다.
Ge만을 단독으로 포함하는 경우, Ge가 0.0003 내지 0.010% 포함될 수 있다. Ga만을 단독으로 포함하는 경우, Ga가 0.0003 내지 0.010% 포함될 수 있다. Ga 및 Ge 중 1종 이상이 너무 적게 첨가되면 상술한 효과를 얻기 어려운 반면, 너무 많이 첨가되면 결정립계에 편석되어 재료의 인성을 저하시켜 자성개선 대비 생산성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한 Ga 및 Ge 를 동시에 포함하는 경우 Ga를 0.0003 내지 0.010% 포함할 수 있고, Ge를 0.0003 내지 0.010% 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, Ga를 0.005~0.008% 및 Ge를 0.005~0.008%를 포함할 수 있으며, 보다 더 바람직하게는, Ga를 0.007~0.005% 및 Ge를 0.007~0.005%를 포함할 수 있다.
본 발명은, 상술한 강 조성 이외에 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 불가피한 불순물은 통상의 철강 제조공정에서 의도되지 않게 혼입될 수 있는 것으로, 이를 전면 배제할 수는 없으며, 통상의 철강제조 분야의 기술자라면 그 의미를 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 본 발명은, 앞서 언급한 강 조성 이외의 다른 조성의 첨가를 전면적으로 배제하는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판은 상술한 성분계 범위를 만족함과 동시에, Si, Mn, Al, S, Sn, Ga 및 Ge 함량이 하기 관계식 (1) 내지 (3)을 만족할 수 있다.
[관계식 (1)]
4.8 ≤ (Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10 ≤ 6.6
[관계식 (2)]
0.5 ≤ [(Mn/55)×(S/32)]×106 ≤ 4.5
[관계식 (3)]
1.6 ≤ [(Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10]/{[(Mn/55)×(S/32)]×106} ≤ 8.0
(여기서 상기 관계식 (1) 내지 (3) 의 합금원소 기호는 각각 그 합금원소의 중량%를 나타낸다.)
도 2는 상기 관계식 (1) 내지 (3) 의 관계를 그래프로 나타낸 것이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판의 합금조성은 상기 관계식 (1) 내지 (3) 에 의해 경계 지어지는 발명영역에 속하도록 선택되며, 이를 통해 본 발명이 목표로 하는 자기적 특성, 외관 형상 및 기타 항복강도 등의 물성을 확보할 수 있다.
관계식 (1) 은 외관 형상 및 항복강도에 관련된 성분 관계식이다. 상기 관계식 (1) 의 값이 6.6 을 초과할 경우 열연재의 항복강도가 너무 높아져 냉간압연 시 압연부하 증가에 따른 통판성 불량으로 최종 제품의 외관 형상 품질이 열위할 수 있다. 반면에 상기 관계식 (1) 의 값이 4.8 미만인 경우 성분 함량이 낮아 목표로 하는 비저항 및 최종제품의 항복강도가 달성되지 않을 수 있다. 따라서 본 발명에서 상기 관계식 (1) 의 범위를 4.8~6.6 으로 제한할 수 있으며, 바람직하게는 4.9~6.5 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 5.0~6.4 일 수 있다.
관계식 (2) 는 무방향성 전기강판의 자기적 특성을 확보하기 위한 성분 관계식이다. 좀 더 구체적으로 무방향성 전기강판의 결정입도는 철손에 직접적으로 영향을 미치는데, 관계식 (2) 는 상기 결정입도에 영향을 미치는 황화물(예를 들어 MnS 등)의 제어를 위한 관계식이다. 상기 관계식 (2) 의 값이 4.5 를 초과할 경우 MnS 등의 황화물이 많이 형성되어 결정립 성장성을 저하시키고 자구이동을 억제하는 역할을 하여 고주파 철손에 악영향을 끼칠 수 있다. 반면에 탈황 비용 및 비저항을 확보하기 위하여 최소한 0.5 이상을 만족시킬 필요가 있다. 따라서 본 발명에서 상기 관계식 (2) 의 범위를 0.5~4.5 로 제한할 수 있으며, 바람직하게는 0.6~4.0 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.7~3.5 일 수 있다.
한편 관계식 (3) 은 본 발명이 목표로 하는 자기적 특성, 외관 형상 및 기타 물성을 모두 확보하기 위해 규정된 성분 관계식이다. 즉 관계식 (3) 은 관계식 (1) 과 관계식 (2) 를 동시에 만족하기 위한 추가적인 조건을 나타낸다. 상기 관계식 (3) 의 값이 8.0 를 초과할 경우 열연재의 항복강도가 너무 높아져 냉간압연 시 압연부하 증가에 따른 통판성 불량으로 최종제품의 외관 형상 품질이 열위 할 수 있다. 반면에 그 값이 1.6 미만인 경우 성분 함량이 낮아 목표로 하는 비저항 및 최종제품의 항복강도를 만족하지 않을 수 있고, MnS 등의 황화물을 많이 형성하여 결정립 성장성을 저하시키고 자구이동을 억제하는 역할을 하여 고주파 철손에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 발명에서 상기 관계식 (3) 의 범위를 1.6~8.0 으로 제한할 수 있으며, 바람직하게는 1.8~7.5 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 2.0~7.0 일 수 있다.
상술한 합금조성 이외에 무방향성 전기강판은, 중량%로, C 와 N의 합계가 0.01% 이하가 되도록 더 포함할 수 있고, 트램프 원소로서 Nb, V, Ti, Mo, Cu, Cr, Ni, Zn, Se, Sb, Zr, W, Ca 및 Mg등으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 그 합계가 0.1% 이하가 되도록 더 포함할 수 있다.
C 와 N 을 그 합계가 0.01% 을 초과하여 포함하는 경우에는 탄/질화물, 황화물 등이 형성되어 철손이 열위해질 수 있다.
트램프 원소는 제강공정에서 원료로 사용하는 스크랩, 래들(Ladle) 및 턴디쉬(Tundish) 내화물 등에서 비롯된 불순물 원소로서, 그 합계가 0.1%를 초과하는 경우에는 고온에서 액화되어 연주성을 악화시키거나, 석출물을 형성하여 철손을 악화시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판은 미세조직이 페라이트 단상 조직일 수 있다. 이때 상기 페라이트 조직의 평균 결정립 크기는 60~95㎛ 일 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 구현례인 발명예 1 의 미세조직을 광학 현미경으로 관찰한 사진이다. 도 1 을 참조하면 페라이트의 결정립 크기가 매우 조대한 것을 확인할 수 있다. 상기 페라이트의 평균 결정립 크기가 60㎛ 미만인 경우 결정립이 충분히 성장하지 못하여 자기적 특성이 열화되며, 반면에 평균 결정립 크기가 95㎛를 초과하는 경우에는 자속밀도가 낮아질 수 있다. 따라서 본 발명에서 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 60~95㎛ 로 제한할 수 있으며, 바람직하게는 65~90㎛ 일 수 있고, 보다 바람직하게는 70~85㎛ 일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판의 두께는 0.10~0.30mm 일 수 있다. 상기 두께가 0.10mm 미만일 경우 생산성이 저하될 수 있고, 반면에 두께가 0.30mm 를 초과하는 경우 고주파 철손의 저감 효과가 작을 수 있고, 폭 방향 두께 편차가 열위할 수 있다. 따라서 본 발명에서 무방향성 전기강판의 두께는 0.10~0.30mm 로 제한할 수 있고, 바람직하게는 0.15~0.27mm 일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.17~0.25mm 일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판의 비저항은 55~80μΩ·㎝일 수 있다. 비저항은 당해 기술분야에서 통상적으로 이용하는 측정방법을 이용하여 쉽게 측정할 수 있으므로 그 측정방법에 대해서는 특별히 한정하지 않을 수 있다. 다만 일 례로서 면저항측정기(4 point probe system)를 이용하여 측정할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비저항 값은 바람직하게는 57~79μΩ·㎝ 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 60~78μΩ·㎝ 일 수 있다.
또한 상기 무방향성 전기강판의 자속밀도는 1.56~1.68T(B50)일 수 있다. 바람직하게는 1.57~1.67T(B50)일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1.58~1.66T(B50)일 수 있다. 여기서 자속밀도(B50)는 5000A/m의 자기장에서 유도되는 자속밀도를 나타내며, 그 측정방법의 비제한적인 일례로서 압연방향과 압연 수직방향의 자성을 측정기(예를 들어 Epstein tester)를 이용하여 수 회 측정한 후 이를 평균함으로써 상기 자속밀도(B50)값을 구할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판의 W10/400의 고주파 철손은 10.00~12.50W/kg 일 수 있고, 바람직하게는 10.10~12.00W/kg일 수 있으며, 보다 바람직하게는 10.20~11.50W/kg일 수 있다. 또한 W10/1000의 고주파 철손은 40~47W/kg 일 수 있고, 바람직하게는 41~46W/kg일 수 있으며, 보다 바람직하게는 42~45W/kg일 수 있다. 여기서 W10/400와 W10/1000의 고주파 철손은 각각 400Hz 및 1000Hz 주파수에서 1.0Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 직각방향의 평균 손실(W/kg)이다.
본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판의 투자율(μ10)은 압연방향과 압연 수직방향의 자성을 측정기(예를 들어 Epstein tester)를 이용하여 수 회 측정한 후 이를 평균하였을 때, 8000 이상일 수 있다. 여기서 투자율(μ10)은 50Hz 교류에서 자속밀도 1.0T 사인파로 자화하였을 때의 투자율을 말한다. 상기 투자율은 8100 이상인 것이 바람직하고, 8200 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판의 항복강도(Yield Strength, YS)는 압연의 수평방향(L 방향)의 값이 420MPa 이상일 수 있고, 바람직하게는 425MPa 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 430MPa 이상일 수 있다.
한편 무방향성 전기강판의 경도는 260Hv 이하일 수 있고, 바람직하게는 255Hv 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 250Hv 이하일 수 있다. 상기 경도는 비커스 경도기를 이용하여 압연방향(L방향) 1/4t (t=강판두께) 지점에서 500gf의 하중으로 5회 측정 후 평균함으로써 구할 수 있으나, 이 측정방법에 제한되는 것은 아니다.
상기 무방향성 전기강판의 폭 방향 두께 편차는 0.5~4.0μm 일 수 있고, 바람직하게는 0.6~3.5μm 일 수 있으며, 보다 바람직하게는, 0.8~3.0μm 일 수 있다. 상기 폭 방향 두께 편차는 작으면 작을수록 좋으므로 그 하한은 별도로 한정하지 않을 수 있으나, 공정상 어려움을 고려하여 0.5μm 이상으로 한정할 수 있다. 반면에 편차가 4.0μm를 초과할 경우 구동모터를 제조함에 있어 소재를 슬리팅(Slitting)하고, 타발 후 적층시 적층불량 및 실수율이 감소 할 수 있다. 여기서 상기 폭 방향 두께 편차는 전기강판의 폭 방향에서 최대 두께와 최소 두께의 차이를 의미한다.
본 발명의 일 측면인 무방향성 전기강판을 프레스 타발 후 100~200장 적층하여 가정용 모터의 고정자(Stator) 부품을 제조하였을 때, 그 부품의 높이 편차가 100μm 이하일 수 있다. 만약 부품의 높이 편차가 100μm 를 초과하면 수동으로 소재를 추가 적층해야 하기 때문에 생산성 및 제조단가가 증가 할 수 있다. 상기 높이 편차는 바람직하게는 80μm 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 60μm 이하일 수 있다.
한편 무방향성 전기강판을 프레스 타발 후 100~300장 적층하여 가정용 모터 회전자(Rotor) 부품을 제조하였을 때, 그 부품의 높이 편차가 90μm 이하일 수 있다. 만약 부품의 높이 편차가 90μm 를 초과하면 수동으로 소재를 추가 적층해야 하기 ‹š문에, 생산성 및 제조단가가 증가 할 수 있다. 상기 높이 편차는 바람직하게는 80μm 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 70μm 이하일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판을 프레스 타발 후 100~300장 적층하여 자동차 EV(Electric Vehicle, 전기자동차)용 회전자(Rotor) 부품을 제조하였을 때, 그 부품의 높이 편차가 300μm 이하일 수 있다. 만약 부품의 높이 편차가 300μm 를 초과하면 수동으로 소재를 추가 적층해야 하기 때문에, 생산성 및 제조단가가 증가 할 수 있다. 상기 높이 편차는 바람직하게는 250μm 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 200μm 이하일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판을 프레스 타발 후 100~300장 적층하여 자동차 HEV(Hybrid Electric Vehicle, 하이브리드 자동차)용 회전자(Rotor) 부품을 제조하였을 때, 그 부품의 높이 편차가 400μm 이하일 수 있다. 만약 부품의 높이 편차가 400μm 를 초과하면 수동으로 소재를 추가 적층해야 하기 때문에, 생산성 및 제조단가가 증가 할 수 있다. 상기 높이 편차는 바람직하게는 350μm 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 300μm 이하일 수 있다.
다음으로 본 발명의 다른 일 측면에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에 대해 설명한다. 다만 이하에서 설명하는 제조방법은 모든 가능한 실시형태 중 하나의 실시형태일 뿐이며, 본 발명의 구멍확장성이 우수한 고강도 강판이 반드시 이하의 제조방법으로 제조되어야 함을 의미하는 것은 아니다.
먼저 본 발명의 제조방법의 일 실시형태에서 적용된 연주-압연 직결공정을 위한 설비에 대해 자세히 설명한다.
통상적으로 기존 열연밀 공정에서는 저속 주조를 통해 200mmt이상의 슬라브(Slab)를 생산하고, 이렇게 생산된 슬라브를 가열로에서 재가열하여 1매 단위로 배치(batch) 형태로 열간압연하여 두께를 감소시킨다. 하지만 이러한 형태의 배치 압연의 경우 슬라브 매 장마다 압연기에 탑(Top)부가 치입되고 테일(Tail)부가 압연기를 빠져나와야 하기 때문에 하나의 스트립 내에서 압연 속도차가 심하고, 이로 인해 압연부하가 불균일하여 형상이 우수한 박물 열연 전기강판을 제조함에 있어 한계가 많다.
이와 같은 한계를 극복하기 위하여 본 발명에서는 최근 주목을 받고 있는 새로운 철강 제조공정인 소위 박 슬라브를 이용하는 제조공정(미니밀 공정), 구체적으로는 연주~압연 직결공정을 적용하였다. 연주~압연 직결공정은 등속·등온의 공정 특성상 스트립(Strip)의 폭 및 길이방향으로의 온도편차가 작기 때문에 재질편차가 우수하고, 박물 열연 전기강판을 제조할 수 있는 잠재 능력을 지닌 공정으로 주목 받고 있다. 그 이유는 매 코일마다 배치형태로 압연되는 기존의 공정과는 달리 연주~압연 직경 공정의 경우 최초 코일만 탑부가 발생하여 치입을 하고 최종 코일만 테일부가 발생하여 압연기를 빠져나가므로 이러한 조업 사고를 획기적으로 줄일 수 있으며 등속·등온 압연을 통해 제품을 생산하므로 기존 배치재 대비 두께, 폭 치수가 우수하며, 판 크라운(Crown) 편차가 작다는 장점을 갖는다.
도 3 에는 본 발명의 무방향성 전기강판 제조에 적용 가능한 연주-압연 직결공정을 위한 설비의 모식도가 도시되어 있다.
도 3 에 나타난 바와 같이, 연주-압연 직결 설비는 크게 연속주조기(100), 조압연기(400), 마무리 압연기(600)로 구성된다. 상기 연주-압연 직결 설비는 제 1 두께의 박 슬라브(Slab)(a)를 생산하는 고속 연속주조기(100)와, 상기 박 슬라브를 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께의 바(Bar)(b)로 압연시키는 조압연기(400), 상기 제 2 두께의 바를 제 3 두께의 스트립(c)으로 압연시키는 마무리 압연기(600), 상기 스트립을 권취하는 권취기(900)를 포함할 수 있다.
추가로, 상기 조압연기(400) 앞에 조압연 스케일 브레이커(300)(Roughing Mill Scale Breaker, 이하 'RSB')와 마무리 압연기(600) 앞에 마무리 압연 스케일 브레이커(500)(Finishing Mill Scale Breaker, 이하 'FSB')를 포함할 수 있으며, 상기 RSB 및 FSB 가 구비되는 경우 강판 표면 스케일 제거가 용이하여 후공정에서 표면품질이 우수한 전기강판의 생산이 가능하다.
또한, 연주~압연 직결공정을 적용하는 경우 등온·등속압연이 가능하여 강판 폭, 길이 방향 온도 편차가 현저히 낮아 Run Out Table(700)(이하 "ROT" 또는 "런아웃 테이블")에서 정밀 냉각제어가 가능하여 외관 형상이 우수한 박물 열연 전기강판의 생산이 가능하다. 이렇게 압연 및 냉각이 완료된 스트립은 고속전단기(800)에 의해 절단되고, 권취기(900)에 의해 권취되어 제품으로 생산될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판의 제조에 적용 가능한 연주-압연 직결 설비의 다른 모식도이다. 도 4 에 도시된 연주-압연 직결 설비는 도 3 에 도시된 설비와 구성이 대부분 동일하나, 조압연기(400) 앞에 박 슬라브를 추가로 가열하는 가열기(200')가 구비되어 있다는 점에 차이가 있다. 도 4 의 연주-압연 직결 설비의 경우 슬라브 엣지 온도 확보가 용이하여 엣지 결함 발생이 낮아져 표면 품질 확보에 유리하다. 또한 조압연기 이전에 슬라브 1매 이상의 길이만큼의 공간을 확보하고 있어, 배치(Batch)식 압연도 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 무방향성 전기강판은 도 3 및 도 4 에 도시된 연주-압연 직결 설비에서 모두 생산이 가능하며, 어느 하나의 설비에 의해서만 생산될 수 있는 것으로 제한되는 것은 아니다.
이하 본 발명의 다른 일 측면에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에 대해 각 단계별로 상세히 설명한다.
연속주조 단계
상술한 합금조성을 가지며, 관계식 (1) 내지 (3) 을 만족하는 용강을 연속주조하여 제 1 두께의 박 슬라브 (a) 를 얻는다.
이때 상기 연속주조의 주조속도는 4.0~7.5mpm(m/min) 일 수 있다.
연주-압연 직결 공정에서는 고속주조와 압연 과정이 연결되어 이루어지기 때문에 목표 압연 온도를 확보하기 위해 일정 이상의 주조속도가 요구되며, 보다 구체적으로는 4.0mpm 이상의 주조속도를 확보하는 것이 바람직하다. 만일 주조속도가 4.0mpm 미만일 경우 몰드 플럭스에 Al 의 픽업(Pick-up)량이 증가하여 몰드 플럭스의 물성을 변화시켜 윤활작용이 감소되어 주조중단이 발생 할 수 있다. 한편, 주조속도가 7.5mpm 을 초과하는 경우에는 용강 탕면 불안정에 의해 조업 성공율이 저감될 수 있다. 따라서 본 발명에서 주조속도는 4.0~7.5mpm 으로 제한할 수 있다. 또한 상기 주조속도의 하한은 4.5mpm 일 수 있고, 경우에 따라서는 5.0mpm 일 수 있으며, 상기 주조속도의 상한은 7.0mpm 일 수 있고, 경우에 따라서는 6.5mpm 일 수 있다.
상기 박 슬라브(a)의 두께(제 1 두께)는 80~120mm 일 수 있다.
상기 박 슬라브의 두께가 120mm 를 초과하는 경우에는 고속주조가 어려울 뿐만 아니라, 조압연 시 압연 부하가 증가하게 된다. 반면에 상기 박 슬라브의 두께가 80mm 미만인 경우에는 주편의 온도 하락이 급격하게 일어나 균일한 조직을 형성하기 어렵다. 주편의 온도 하락을 방지하게 위해 부가적으로 가열 설비를 설치할 수 있으나, 이는 생산 원가를 향상시키는 요인이 되므로, 가능한 배제하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에서 상기 박 슬라브의 두께는 80~120mm 로 제어할 수 있다. 또한 상기 박 슬라브 두께의 하한은 85mm 일 수 있고, 경우에 따라서는 89mm 일 수 있으며, 상기 박 슬라브 두께의 상한은 115mm 일 수 있고, 경우에 따라서는 110mm 일 수 있다.
연속주조 중 몰드 플럭스의 염기도 변화가 0.5 이하이고, 점성(1300℃)의 변화가 2.5 이하 일 수 있다.
만일 몰드 플럭스의 염기도와 점성의 변화가 각각 0.5 및 2.5 를 초과할 경우 융점이 상승하고, 윤활이 잘되지 않아 주조중단이 발생할 수 있다. 따라서 몰드 플럭스의 염기도 변화는 0.5 이하인 것이 바람직하고, 점성의 변화는 2.5 이하인 것이 바람직하다. 한편 상기 염기도 변화는 0.45 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.40 이하인 것이 보다 더 바람직하다. 또한 상기 점성의 변화는 2.0 이하인 것이 보다 바람직하며, 1.5 이하인 것이 보다 더 바람직하다.
연속 주조 중 몰드 플럭스 내 Al2O3 픽업량(%)이 35% 이하일 수 있다.
상기 몰드 플럭스 내 Al2O3 픽업량이 35%를 초과할 경우 몰드 플럭스 내의 융점이 올라가 점성 증가에 따른 윤활 문제가 야기되어 주조중단이 발생 할 수 있다. 따라서 상기 몰드 플럭스 내 Al2O3 픽업량은 35% 이하인 것이 바람직하며, 30% 이하인 것이 보다 바람직하고, 25% 이하인 것이 보다 더 바람직하다.
조압연 단계
이후 상기 박 슬라브를 조압연하여 제 2 두께의 바(b)를 얻는다. 상기 제 2 두께는 10~20mm 일 수 있다. 바의 두께가 10mm 미만일 경우 마무리 압연 시 온도 확보가 어려울 수 있고, 반면에 그 두께가 20mm 를 초과할 경우 마무리압연 시 압연하중 증가에 따라 1.6mmt 이하의 박물 열연재 생산이 어려울 수 있다.
조압연 시 조압연 입측 온도는 1000~1200℃ 일 수 있고, 조압연 출측 온도는 900℃ 이상일 수 있다. 조압연 입측 온도가 1000℃ 미만인 경우에는 조압연 하중이 증가될 수 있고 바의 에지부에 크랙이 발생할 수 있다. 반면에 1200℃초과인 경우에는 열연 스케일(scale)이 잔존하여 열연 표면 품질이 저하될 수 있다. 조압연 출측 온도가 900℃ 미만인 경우에는 마무리 압연 온도를 확보하기 어려울 수 있다.
바 가열 단계
조압연을 통해 제조한 바를 900~1200℃의 온도범위로 가열한다. 박물 열연 전기강판을 안정적으로 생산하는 동시에 표면품질을 확보하기 위해서는 마무리 압연 전의 바 가열 온도를 정밀 제어하는 것이 필요하다.
만일 가열온도가 900℃ 미만일 경우 마무리 압연 출측 온도가 낮게 되고, 이로 인해 압연부하가 급격히 증가하여 통판성 불량으로 판파단이 발생 할 수 있다. 반면에 가열온도가 1200℃를 초과하는 경우 스케일이 과다 생성되어 표면 품질이 열위할 수 있다. 따라서 바 가열온도는 900~1200℃ 로 제한할 수 있으며, 950~1150℃로 제한하는 것이 보다 바람직하며, 1000~1100℃로 제한하는 것이 보다 바람직하다.
마무리 압연 단계
이후 조압연을 통해 제조된 바를 마무리 압연(Finish rolling Mill, FM)하여 열연강판(또는 이하 '스트립'이라고도 함)을 얻을 수 있다. 상기 마무리 압연은 복수의 스탠드(예를 들어 3~6개의 스탠드)로 이루어진 마무리 압연기에서 행할 수 있다.
마무리 압연 시 첫 번째 압연기에서는 900~1200℃ 의 온도범위에서 압연을 행하는 것이 바람직하다. 즉 다시 말해서 첫 번째 압연기에서의 입측 온도가 900~1200℃ 일 수 있다. 상기 마무리 압연시 첫 번째 압연기에서의 온도가 1200℃를 초과할 경우 고온연성이 너무 높아, 장력제어가 어려워 판파단이 발생할 수 있고, 스케일이 다량 생성되어 표면품질이 저하될 수 있다. 반면에, 첫 번째 압연기에서의 온도가 900℃ 미만일 경우에는 고온강도가 높아 압연 부하 상승으로 폭 방향 두께 편차가 심해질 수 있고, 마지막 압연기에서의 입측 온도를 확보할 수 없다. 따라서, 마무리 압연시 첫 번째 압연기에서의 압연 온도범위는 900~1200℃ 일 수 있고, 보다 바람직하게는 950~1150℃ 일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 1000~1100℃ 일 수 있다.
이때, 압연하중이 제일 큰 첫 번째 압연기(스탠드) 입측에서 바의 표면(표면적 1m²)에 10~50ℓ/min의 윤활유를 뿌려 바 표면과 첫 번째 압연기 롤간의 마찰계수를 감소시킴으로써 압연 하중을 감소시킬 수 있고, 이를 통해 두께 편차(크라운, Crown)를 감소시킬 수 있다. 다만 상기 윤활유의 양이 10ℓ/min 미만일 경우 상기 효과가 미미할 수 있으며, 반면에 윤활유를 50ℓ/min 초과하여 뿌릴 경우 윤활유 사용이 많아 제조원가가 상승할 수 있다. 따라서, 마무리 압연 시 첫 번째 압연기 입측에서 분사되는 윤활유의 양은 10~50ℓ/min 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 15~45ℓ/min이며, 보다 더 바람직하게는 20~40ℓ/min일 수 있다.
한편 압연하중이 큰 두 번째 압연기(스탠드) 입측에서 바의 표면(표면적 1m²)에 5~35ℓ/min의 윤활유를 뿌려 바 표면과 두 번째 압연기 롤간의 마찰계수를 감소시킴으로써 압연 하중을 감소시킬 수 있고, 이를 통해 두께 편차(크라운, Crown)를 감소시킬 수 있다. 다만 상기 윤활유의 양이 5ℓ/min 미만일 경우 상기 효과가 미미할 수 있으며, 반면에 윤활유를 35ℓ/min 초과하여 뿌릴 경우 윤활유 사용이 많아 제조원가가 상승할 수 있다. 따라서, 마무리 압연 시 두 번째 압연기 입측에서 분사되는 윤활유의 양은 5~35ℓ/min 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 10~30ℓ/min이며, 보다 더 바람직하게는 15~25ℓ/min일 수 있다.
마지막 압연기(스탠드)에서의 평균 통판속도는 250~750mpm(m/min)일 수 있다. 마지막 압연기에서의 통판속도는 주조속도와 최종 열연 제품의 두께와 직결될 수 있으며, 이때 열연강판(또는 이하 '스트립'이라고도 함)의 두께가 0.6~1.6mm, 보다 바람직하게는 0.7~1.5mm, 보다 더 바람직하게는 0.8~1.4mm가 되도록 행할 수 있다.
상기 마지막 압연기에서의 평균 통판속도가 750mpm 초과인 경우에는 판파단과 같은 조업 사고가 일어날 수 있으며, 등온·등속 압연이 어려워 균일한 온도가 확보되지 않아 재질 및 두께 편차가 발생될 수 있다. 반면에, 평균 통판속도가 250mpm 미만인 경우에는 마지막 압연 속도가 너무 느려 물질 밸런스(Mass balance)와 열 밸런스(Heat balance)에 문제가 생겨 연연속압연을 행하기가 어려울 수 있다.
또한 마지막 압연기에서의 입측온도가 680~840℃일 수 있다. 마지막 압연기에서의 입측온도가 840℃를 초과 할 경우 마무리 압연 후 스케일이 성장하여 표면품질이 열위 할 수 있으며, 반면에 680℃ 미만일 경우 압연하중 증가에 따라 통판성이 불안정할 수 있고, 온도가 낮을 시 재결정이 충분히 일어나지 않을 수 있다. 따라서 본 발명에서 마지막 압연기에서의 입측온도는 680~840℃로 제한할 수 있으며, 바람직하게는 700~820℃이고, 보다 더 바람직하게는 720~800℃ 일 수 있다.
권취 단계
마무리 압연을 통해 제조된 열연 전기강판을 500~660℃ 온도에서 권취한다. 권취온도가 500℃ 미만인 경우에는 항복강도가 너무 높아 냉간압연 시 압연부하가 증가하여 통판성 불량으로 폭 방향 두께 편차가 열위할 수 있고, 반면에 660℃를 초과하는 경우에는 항복강도는 낮아 냉간압연시 형상 제어에는 유리하지만, 2차 스케일이 발생하여 조도 및 표면 백색도 등의 품질이 열위 할 수 있다.
산세/냉간압연/소둔 단계
권취 후 권취된 열연강판에 대해 산세, 냉간압연 및 소둔 단계를 통해 최종적으로 무방향성 전기강판을 제조 할 수 있다.
본 발명에서 산세, 냉간압연, 소둔공정은 일반적으로 사용되는 방법이라면 모두 적용 가능하므로, 그 구체적인 상세 조건에 대하여 특별히 제한하지 않는다. 다만 비제한적인 일 구현례로서 통상적인 조건으로 산세한 후 냉연 압연기에서 0.1~0.3mmt 두께의 전기강판을 제조한 뒤 통상적인 소둔조건(예를 들어 라인 스피드(Line Speed): 120mpm, 소둔온도: 980℃)으로 소둔하여 자기적 특성 및 외관형상이 우수한 무방향성 전기강판을 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예 1)
하기 표 1 의 합금조성을 갖는 용강을 준비한 뒤, 도 3 의 연주-압연 직결 공정을 적용하여 연연속압연 모드로, 하기 표 2 에 기재된 제조조건으로 1.4mm 두께의 열연강판(Hot Rolled, 이하 'HR' 이라고도 함)을 제조하였다. 이후 냉간압연 및 소둔(라인 스피드(Line Speed): 170mpm, 소둔온도: 850℃ 적용)을 거쳐 최종 0.25mmt의 냉연강판(Cold Rolled, 이하 'CR' 이라고도 함)을 제조하였다.
주조과정 중에 몰드 플럭스의 염기도 변화 및 Al2O3 픽업량은 주조 시작부터 일정 시간(10분) 간격으로 몰드 플럭스를 채취한 후 XRF(X선 형광 분석법)를 이용하여 성분분석(SiO2, CaO 및 Al2O3 등)하여 측정하였고, 몰드 플럭스의 점성변화는 주조과중에 채취한 몰드 플럭스를 비스코메타(1300℃ 측정) 장비를 이용하여 측정하였다.
고주파 철손, 자속밀도 및 투자율은 시편에 대해 305mm×30mm 크기로 압연방향 3매, 압연수직방향 3매의 시편을 절단하여 Epstein tester로 3회 측정한 후 평균하였다.
페라이트의 평균 결정립 사이즈(Ferrite Grain Size, FGS)는 광학현미경을 이용하여 500배의 배율로 10군데를 랜덤(Random)으로 촬영한 후, Line-intercept 방법으로 측정한 평균값을 표 3 에 기재하였다.
항복강도는 JIS 5호 시편을 이용하여 압연방향(L방향)으로 측정하였고, 경도는 비커스 경도기를 이용하여 압연방향(L방향) 1/4t (t=소재두께) 지점에서 500gf의 하중으로 5회 측정 후 평균하였다.
구분 강종 화학성분(wt.%) 관계식
Si Mn Al Sn S Ga Ge (1) (2) (3)
발명강 1 3.29 2.02 1.19 0.062 0.0009 0.0005 0.0007 5.5 1.0 5.4
발명강 2 3.15 1.75 1.70 0.050 0.0010 0.0006 0.0007 5.8 1.0 5.8
발명강 3 2.90 2.00 2.00 0.075 0.0011 0.0007 0.0008 6.0 1.3 4.8
발명강 4 3.40 1.50 1.50 0.055 0.0020 0.0008 0.0010 5.7 1.7 3.3
비교강 5 3.60 2.60 1.75 0.075 0.0013 0.0011 0.0015 6.7 1.9 3.5
비교강 6 2.40 1.50 0.70 0.060 0.0011 0.0020 0.0015 3.9 0.9 4.2
비교강 7 3.25 0.85 0.90 0.055 0.0024 0.0011 0.0020 4.6 1.2 4.0
비교강 8 3.15 3.56 1.05 0.074 0.0023 0.0015 0.0017 6.0 4.7 1.3
비교강 9 3.30 2.00 3.15 0.064 0.0012 0.0015 0.0020 7.5 1.4 5.5
비교강 10 3.15 2.01 1.55 0.070 0.0058 0.0020 0.0055 5.8 6.6 0.9
비교강 11 3.05 2.01 1.00 0.074 0.0015 0.0150 0.0150 5.1 1.7 3.0
구분 강종 슬라브두께
(mm)		 주속
(mpm)		 열연코일두께
(mm)		 몰드플럭스 바
두께
(mm)		 바
가열
온도
(℃)		 마무리 압연 마무리
압연
온도
(℃)		 권취
온도
(℃)
△염기도 △점성 첫번째
압연기
입측
온도
(℃)		 첫번째
압연기
입측
윤활유량
((ℓ/min)/㎡)		 두번째
압연기
입측
윤활유량
((ℓ/min)/㎡)
발명예1 1 95 5.8 1.4 0.30 1.53 16 1093 1065 35 25 788 605
발명예2 2 95 5.8 1.4 0.41 1.94 16 1082 1069 35 25 775 590
발명예3 3 95 5.8 1.4 0.48 2.15 16 1082 1063 35 25 779 582
발명예4 4 95 5.8 1.4 0.43 1.81 16 1081 1053 35 25 776 588
비교예1 5 95 5.8 1.4 0.45 1.98 16 1090 1058 35 25 785 591
비교예2 6 95 5.8 1.4 0.21 1.21 16 1097 1061 35 25 783 588
비교예3 7 95 5.8 1.4 0.26 1.32 16 1088 1061 35 25 782 588
비교예4 8 95 5.8 1.4 0.28 1.45 16 1101 1061 35 25 777 581
비교예5 9 95 5.8 1.4 0.79 3.03 16 1097 1060 35 25 782 566
비교예6 10 95 5.8 1.4 0.45 1.82 16 1093 1061 35 25 779 575
비교예7 11 95 5.8 1.4 0.31 1.45 16 1105 1066 35 25 781 581
구분 강종 Al2O3
픽업량
(%)		 비저항
(μΩ·㎝)		 최종제품
두께
(mm)		 자속밀도
(B50,T)		 고주파철손
(W/kg)		 투자율
(μ10)		 결정립
사이즈
(μm)		 YS
(MPa)		 경도
(Hv)		 두께
편차
평균
(μm)
(W10/400) (W10/1000)
발명예1 1 12 68 0.25 1.62 11.17 44 8483 75 440 235 2.8
발명예2 2 17 71 0.25 1.62 11.10 43 8601 76 437 233 2.5
발명예3 3 21 73 0.25 1.63 11.25 44 8751 78 432 229 2.3
발명예4 4 18 70 0.25 1.61 11.16 43 8501 74 442 241 2.9
비교예1 5 20 85 0.25 1.62 10.65 42 8756 78 454 266 4.3
비교예2 6 8 52 0.25 1.63 13.30 48 7810 66 415 202 1.8
비교예3 7 10 53 0.25 1.64 13.12 48 8410 74 438 238 2.7
비교예4 8 12 73 0.25 1.62 11.05 43 8479 75 451 263 4.2
비교예5 9 36 88 0.25 주조 중단 발생
비교예6 10 17 71 0.25 1.64 12.56 48 7516 62 439 239 3.6
비교예7 11 12 67 0.25 1.55 12.65 49 7652 69 435 235 2.8
상기 표 1 내지 표 3 에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 제안하는 합금성분, 관계식 (1) 내지 (3) 및 공정조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 4는 목표로 하는 고주파 철손, 투자율, 결정립사이즈, 항복강도(YS), 경도 및 두께편차 평균을 만족함을 알 수 있다.
그러나, 합금성분, 관계식(1) 내지 (3) 및 공정조건을 만족하지 않는 비교예 1 내지 7 은 목표로 하는 물성들이 열위함을 알 수 있다.
도 1 은 발명예 1 의 광학현미경 대표 조직사진을 나타나며, 페라이트 결정립 사이즈가 상당히 조대함을 알 수 있고, 결정립은 자성에 중요한 인자로 평균 사이즈가 60~95㎛를 만족하는 것을 확인할 수 있다.
(실시예 2)
표 1 의 발명강 4 에 대해 최종 제품인 무방향성 전기강판의 폭방향 두께 편차에 미치는 바 두께, 바 가열온도 및 마무리압연/권취 조건에 대해 검토하였으며, 구체적인 조업조건 및 결과는 표 4 에 나타내었다.
구분 강종 슬라브
두께
(mm)		 주속
(mpm)		 열연
코일
두께
(mm)		 몰드플럭스
 바
두께
(mm)		 바
가열
온도
(℃)		 마무리압연
 마무리
압연
온도
(℃)		 권취
온도
(℃)		 두께
편차
평균
(μm)
△
염기도		 △
점성		 첫번째
압연기
입측
온도
(℃)		 첫번째
압연기
입측
윤활유량
((ℓ/min)/㎡)		 두번째
압연기
입측
윤활유량
((ℓ/min)/㎡)
발명예5 4 95 5.8 1.4 0.43 1.81 16 1081 1053 35 25 776 588 2.4
발명예6 4 90 6.2 1.3 0.40 1.72 16 1092 1059 40 30 779 601 2.2
발명예7 4 96 6.0 1.2 0.41 1.75 15 1089 1064 45 30 781 589 1.9
발명예8 4 96 5.8 1.2 0.45 1.85 14 1097 1068 40 35 785 605 1.8
발명예9 4 90 6.4 1.4 0.35 1.64 15 1089 1059 40 30 778 594 2.0
비교예8 4 90 6.4 1.4 0.42 1.80 22 1075 1074 15 10 781 610 4.3
비교예9 4 90 6.4 1.4 0.42 1.80 16 890 880 30 25 670 510 5.8
비교예10 4 90 6.4 1.4 0.42 1.80 16 1080 1061 5 30 680 601 4.9
비교예11 4 90 6.4 1.4 0.42 1.80 16 1075 1059 25 0 780 588 5.0
비교예12 4 90 6.4 1.4 0.42 1.80 16 1085 1069 20 20 789 450 4.5
상기 표 4 에서 알 수 있듯이 본 발명에서 제시하는 바 두께/가열온도 및 마무리압연/권취 조건을 모두 만족하는 발명예 5 내지 9는 최종 제품인 무방향성 전기강판의 폭 방향 두께 편차가 우수한 것을 확인할 수 있다.
반면에 본 발명에서 제시하는 제조조건을 만족하지 않는 비교예 8 내지 12 는 목표로 하는 폭 방향 두께 편차를 만족하지 않음을 알 수 있다.
(실시예 3)
실시예 2 의 발명예 5 와 비교예 9 의 스트립을 프레스 타발한 후 수백장을 적층하여 가정용 모터 회전자(Rotor), 자동차 EV(전기자동차)용 회전자(Rotor) 및 자동차 HEWV(하이브리드 자동차)용 회전자(Rotor) 부품을 제작한 후 부품의 높이 편차를 비교하였으며, 그 결과를 표 5 에 나타내었다.
구분 강종 제품
두께
편차
평균
(μm)		 가정용 모터 자동차용 모터
고정자
(Stator)		 회전자
(Rotor)		 EV용 회전자(Rotor) HEV용 회전자(Rotor)
적층매수
(EA)		 높이편차
(μm)		 적층매수
(EA)		 높이편차
(μm)		 적층매수
(EA)		 높이편차
(μm)		 적층매수
(EA)		 높이편차
(μm)
발명예5 4 2.4 150 45 150 56 140 166 140 205
비교예9 4 5.8 150 108 150 96 140 306 140 436
상기 표 5 에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 제안하는 조건을 모두 만족하여 제조된 발명예 5 는 최종 부품제작 시에도 높이 편차가 우수하나, 비교예 9 는 최종 부품제작 시에도 부품 높이 편차가 열위하며, 이로 인해 목표로 하는 부품 높이 편차를 만족하지 못함을 알 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의기술자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 연속주조기
200, 200` 가열기
300 조압연 스케일 브레이커 (RSB)
400 조압연기
500 마무리 압연 스케일 브레이커 (FSB)
600 마무리 압연기
700 런아웃 테이블
800 고속전단기
900 권취기
a 박 슬라브
b 바
c 스트립

Claims (13)

  1. 중량%로, Si: 2.5∼3.5％, Al: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~3.0%, S: 0.0003~0.005%, Sn: 0.01~0.20%, Ga 및 Ge 중 1종 이상: 각 성분당 0.0003~0.010%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 관계식 (1) 내지 (3) 을 만족하며,
    미세조직은 페라이트 단상이며,
    상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 60~95㎛ 인 무방향성 전기강판.
    [관계식 (1)]
    4.8 ≤ (Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10 ≤ 6.6
    [관계식 (2)]
    0.5 ≤ [(Mn/55)×(S/32)]×106 ≤ 4.5
    [관계식 (3)]
    1.6 ≤ [(Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10]/{[(Mn/55)×(S/32)]×106} ≤ 8.0
    (여기서 상기 관계식 (1) 내지 (3) 의 합금원소 기호는 각각 그 합금원소의 중량%를 나타낸다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    중량%로, C 및 N 을 합계로 0.01% 이하 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    트램프 원소로서, 중량%로, Nb, V, Ti, Mo, Cu, Cr, Ni, Zn, Se, Sb, Zr, W, Ca 및 Mg 으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 그 합계가 0.1% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    두께가 0.10~0.30 mm 인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    비저항이 55~80 μΩ·㎝, 자속밀도가 1.56~1.68 T (B50 기준), 고주파 철손이 10~12.5W/kg(W10/400), 40~47W/kg(W10/1000), 투자율(μ10)이 8000 이상인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    압연의 수평방향의 항복강도(YS)가 420Mpa 이상이고, 경도가 260 Hv 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  7. 제 1 항에 있어서
    폭 방향 두께 편차가 0.5~4.0㎛ 인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  8. 중량%로, Si: 2.5∼3.5％, Al: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~3.0%, S: 0.0003~0.005%, Sn: 0.01~0.20%, Ga 및 Ge 중 1종 이상: 각 성분당 0.0003~0.010%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 (1) 내지 (3) 을 만족하는 용강을 4.0~7.5mpm(m/min)의 주조속도로 주조하여 박 슬라브를 얻는 단계;
    상기 박 슬라브를 조압연 입측 온도가 1000~1200℃가 되도록 조압연하여 10~20 mm 두께의 바(Bar)를 얻는 단계;
    상기 바를 900~1200℃로 가열하는 단계;
    상기 가열된 바를 복수의 스탠드로 이루어진 마무리 압연기에서 마무리 압연하되, 마지막 스탠드에서 평균 통판속도가 250~750mpm 이고 입측온도가 680~840℃ 인 조건으로 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
    500~660℃ 온도에서 권취하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 마무리 압연 중, 첫 번째 스탠드의 입측에서 바의 표면에 표면적 1m² 당 10~50ℓ/min의 윤활유을 분사하고,
    두 번째 스탠드의 입측에서 바의 표면에 표면적 1m² 당 5~35ℓ/min의 윤활유을 분사하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
    [관계식 (1)]
    4.8 ≤ (Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10 ≤ 6.6
    [관계식 (2)]
    0.5 ≤ [(Mn/55)×(S/32)]×106 ≤ 4.5
    [관계식 (3)]
    1.6 ≤ [(Si+Al)+(Mn+Sn)/2+(Ga+Ge)/10]/{[(Mn/55)×(S/32)]×106} ≤ 8.0
    (여기서 상기 관계식 (1) 내지 (3) 의 합금원소 기호는 각각 그 합금원소의 중량%를 나타낸다.)
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 주조 중 몰드 플럭스의 염기도 변화가 0.5 이하이고, 점성(1300℃)의 변화가 2.5 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 주조 중 몰드 플럭스 내에 Al2O3 픽업량(%)이 35% 이하인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제 8 항에 있어서,
    권취된 상기 열연강판을 산세 처리하고 냉간압연한 후 소둔하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    연속 주조 시 박 슬라브의 두께는 80~120mm 인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
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