KR20140058934A

KR20140058934A - 무방향성 전기강판 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20140058934A
Application number: KR1020120125419A
Authority: KR
Inventors: 배병근; 박준수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-15

Abstract

무방향성 전기강판 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 무방항성 전기강판은 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.005%이하, Si:1.0~4.0%, Al:0.1~1.5%, Mn:0.01~0.1%, P:0.02~0.3%, N:0.005%이하, S:0.001~0.005%, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며, 상기 C, S, N, Ti는 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014 (상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족하고, 이력손실, 고전적 와류손실, 이상적 와류손실 및 두께는 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}≤5(상기 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 강판의 두께(mm)를 의미함)을 만족한다.

Description

무방향성 전기강판 및 그의 제조방법{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEETS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 무방향성 전기강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강의 첨가 성분을 최적으로 설정하여 결정립 성장과 자벽의 이동을 방해하는 미세한 개재물 생성을 억제하고 보다 조대한 개재물을 생성시킴으로써 철손 그 중 특히, 이력손실이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 모터, 발전기 등의 회전 기기와 소형 변압기 등의 정지기기에서 철심용 재료로 사용되어 전기적 에너지를 기계적 에너지로 바꾸어 주는 역할을 하기 때문에 전기기의 에너지 효율을 결정하는데 중요한 역할을 한다. 최근 에너지의 절감, 전기 기기의 소형화 등에 대한 요구가 증가하면서 무방향성 전기강판의 특성 개선이 필요한 상황이다.

전기강판의 자기적 특성이 우수하다는 것은 철손이 작고, 자속밀도가 높다는 것을 의미한다. 철심에 전기를 부가하여 자기장을 유도할 때, 철손이 낮을수록 열로 손실되는 에너지를 줄일 수 가 있으며, 자속밀도가 높을수록 같은 에너지양으로 더 큰 자기장을 유도할 수 있다.

무방향성 전기강판의 자기적 성질 중, 철손은 이력손실 (hysteresis loss), 고전적 와류손실 (classical eddy current), 그리고 이상적 와류손실 (anomalous eddy current loss)로 구성되는데 일반적으로 철손을 저감시키기 위해서 비저항이 큰 합금 원소인 Si, Al, Mn등을 첨가하여 전기저항을 증가시킴으로써 고전적 와류 손실을 감소시키는 방법이 사용된다.

그러나 합금 원소를 첨가하게 되면 철손은 감소하지만 포화 자속밀도 감소로 인해 자속밀도의 감소 역시 피할 수 없게 된다. 또한, Si 첨가량이 4%이상이 되면 가공성이 저하되어 냉간압연이 곤란해져 생산성이 떨어지게 되며 Al, Mn등도 많이 첨가될수록 압연성도 저하되며 경도가 증가하며 가공성도 떨어지게 된다.

한편, 강 중에 필연적으로 첨가되는 불순물 원소인 C, S, N, Ti 등은 Mn, Cu, Al, Ti등과 결합하여 0.05㎛ 정도의 미세한 개재물을 형성하여 결정립의 성장을 억제시키고 자구의 이동을 방해하여 자기적 성질을 저하시킨다. 이러한 불순물들에 의한 개재물은 이력 손실과 이상적 와류손실을 증가시키는 주 요인이지만 통상의 제조공정에서는 극저로 관리하기가 어려우며 또한 각 제조 공정에 따라 개재물들이 재용해 및 석출 과정을 거치기 때문에 개재물 자체를 제어하기도 쉽지 않다.

따라서 철손은 낮추면서 자속밀도도 향상시키기 위하여 미량 합금 원소의 첨가를 통해 자기적 성질에 유리한 집합 조직인 {100} 집합조직(texture)을 증가시키고 유해한 집합 조직인 {111} 집합조직(texture)을 감소시키거나 불순물의 양을 극저화시켜 청정강을 제조하는 기술 등이 사용되고 있다.

그러나 이러한 기술들은 모두 제조 원가의 상승을 야기하고 대량 생산의 어려움이 따르기 때문에 제조 원가는 크게 상승시키지 않으면서 자성 개선 효과가 탁월한 기술이 필요하다고 할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 지속적인 노력이 있었으며 많은 기술들이 개발되었다. 무방향성 전기강판에 대한 종래기술 중 일본 특개소 55-158252호, 특개소62-180014 호, 특개소59-100217 호는 Sn, Cu, Sb등을 첨가하여 집합조직을 개선하여 자성을 향상시킬 수 있는 제조방법을 제시하였으나 결정립계 편석 원소인 Sn, Sb등에 의한 결정립의 성장을 억제하는 효과로 인해 철손의 감소가 불충분 하며, 미세한 개재물로 인한 이력손실 및 이상적 와류 손실의 증가 문제는 해결하지 못하였다.

일본 공개특허공보 특개2000-160306호는 산화물과 개재물의 형성을 감소시키기 위하여 Al과 O를 낮추고 불순물원소인 S를 증가시킨 가공성이 좋은 무방향성 전기강판의 제조 방법을 제시하였으나 역시 미세한 석출물 증가로 이력손실 및 이상적 와류 손실이 증가하는 문제를 해결하지는 못하였다.

또한 대한민국 공개특허공보 특1998-026183호는 V과 Sn을 첨가하여 응력제거 소둔후 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조 방법을 제시하였으나 역시 V을 첨가하고 Al이 많이 첨가되어 석출물의 형성에 의해 자성이 미흡하였다. 일본 공개특허공보 특개2006-124800호에서는 REM을 첨가하여 개재물을 조대화시키는 방법을 제시하고 있으나, 불순물을 극히 낮게 제어하도록 하고 있어 제강단계에서 비용의 증가가 발생하는 단점이 있다.

본 발명의 강의 합금 원소중 Mn, Al, C, S, N, Ti의 성분을 최적으로 관리하여 미세한 게재물의 형성을 억제하고 조대한 개재물의 분포밀도를 높임으로써 이력손실이 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판은 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.005%이하, Si:1.0~4.0%, Al:0.1~1.5%, Mn:0.01~0.1%, P:0.02~0.3%, N:0.005%이하, S:0.001~0.005%, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며, 상기 C, S, N, Ti는 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014 (상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 중량 퍼센트(%)를 의미함)을 만족하고, 이력손실, 고전적 와류손실, 이상적 와류손실 및 두께가 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}≤5(상기 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 두께(mm)를 의미함)을 만족한다.

상기 Mn과 P는 [Mn] < [P] ([Mn], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)일 수 있다.

상기 Mn은 이 0.01~0.05%일 수 있다.

상기 성분계에서 Sb 또는 Sn 중 적어도 하나가 0.1~0.2 %를 더 포함할 수 있다.

상기 전기강판의 미세조직내의 결정립 크기는 50~180㎛일 수 있다.

상기 불가피하게 첨가되는 불순물은 Cu, Ni, Cr, Zr, Mo, V를 포함하며,

상기 Cu, Ci, Cr은 각각 0.05%이하이며, 상기 Zr, Mo, V는 각각 0.01%이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판 제조방법은 중량 퍼센트(%)로, C: 0.005%이하, Si:1.0~4.0%, Al:0.1~1.5%, Mn:0.01~0.1%, P:0.02~0.3%, N:0.005%이하, S:0.001~0.005%, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며,

상기 C, S, N, Ti는 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014 (상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 중량 퍼센트(%)를 의미함)을 만족하고,

이력손실, 고전적 와류손실, 이상적 와류손실 및 두께가 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}≤5(상기 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 두께(mm)를 의미함)을 만족하는 슬라브를 제공하는 단계, 상기 슬라브를 1,200℃ 이하로 가열한 후 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계, 상기 열연판을 권취하여 공냉시키는 단계, 상기 열연판을 산세한 후 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연판을 냉연판 소둔하는 단계를 포함한다.

상기 공냉된 열연판을 850~1200℃ 온도범위에서 열연판 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 Mn과 P는

[Mn] < [P] ([Mn], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족할 수 있다.

상기 Mn는 0.01~0.05%일 수 있다.

상기 슬라브는 Sb 또는 Sn 중 적어도 하나가 0.01~0.2%를 더 포함할 수 있다.

상기 냉연강판을 제조하는 단계는 1차 냉간압연 또는 1차 냉간압연 후 중간소둔 및 2차 냉간압연을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 냉연판 소둔 온도는 850~1200℃일 수 있다.

상기 냉연판 소둔이 완료된 전기강판의 미세조직내의 결정립 크기는 50~180㎛일 수 있다.

상기 불가피하게 첨가되는 불순물은 Cu, Ni, Cr, Zr, Mo, V를 포함하며, 상기 Cu, Ci, Cr은 각각 0.05%이하이며, 상기 Zr, Mo, V는 각각 0.01%이하일 수 있다.

본 발명에 의하면, 강의 합금 성분 중 Mn 첨가량을 오히려 감소시켜 0.01~0.2%로 첨가되도록 하는 동시에 Al의 첨가량을 0.1~1.5%로 제어하고, C, S, N, Ti가 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014의 조성식(상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 첨가량(중량 퍼센트(wt%)))을 만족하도록 제어하여 이력손실이 낮은 자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조공정도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 방향성 전기강판에 대하여 설명하기로 한다.

또한 본 발명에서 성분원소의 화학조성에 대한 표시는 특별한 설명이 없는 모두 중량 퍼센트(wt%)를 의미한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.005%이하, Si:1.0~4.0%, Al:0.1~1.5%, Mn:0.01~0.1%, P:0.02~0.3%, N:0.005%이하, S:0.001~0.005%, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며, 상기 C, S, N, Ti는 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014 (상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 중량 퍼센트(%)를 의미함)을 만족하고, 이력손실, 고전적 와류손실, 이상적 와류손실 및 두께가 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}≤5(상기 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 두께(mm)를 의미함)을 만족한다.

일반적으로 Mn은 Al, Si과 더불어 강의 비저항을 증가시켜 철손중에서 고전적 와류손실을 감소시키기 때문에 무방향성 전기강판 제조에 있어서 적어도 0.1%이상 첨가되어 왔다.

그러나, Mn은 S와 결합하여 MnS의 석출물을 형성하고, 불순물 원소인 S는 Cu와 결합하여 CuS 또는 Cu₂S를 형성한다. 즉 S는 Mn, Cu와 결합하여 황화물을 형성하며, 이러한 황화물은 MnS 또는 CuS이거나 (Mn, Cu)S 복합개재물이다. 형성되는 개재물은 황화물 뿐 아니라, N은 Al과, Ti은 C, N과 결합하여 각각 AlN, Ti(C,N) 개재물을 형성한다.

무방향성 전기강판의 개재물은 일반적으로 그 크기가 0.05㎛정도로 미세하여 결정립 성장을 억제하고 자구벽의 이동을 방해함으로써 철손중에 특히 이력손실을 열위하게 하는 주요인이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 Mn과 Al을 각각 0.01~0.1%, 0.1~1.5%로 제어하고, C, S, N, Ti는 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014 (상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족하도록 제어한다.

또한, [Mn]<[P] ([Mn], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트를 의미함)를 만족하도록 Mn 보다 P를 높게 첨가하면 MnS 석출물은 보다 억제됨으로써 자성이 우수한 무방향성 전기강판을 제공한다. 더 나아가 Mn함량을 0.01~0.05%로 감소시킴으로써 MnS 석출물은 더욱 억제되어 자성이 더욱 향상될 수 있다.

Mn은 페라이트 형성을 억제하는 성분이나, 반면에 Al과 P는 페라이트 상을 확장하는 성분이므로 Al과 P의 함량을 증가시킴으로써 열간압연 및 소둔시 안된된 페라이트상에서 작업이 가능하여지며, P는 결정립계에 편석하여 자성에 유리한 {100}집합조직을 잘 발달시켜서 자성을 향상시킬 수 있다.

또한, Sb 또는 Sn 중 적어도 하나가 0.1~0.2%를 더 포함될 수 있다.

이때 강은 미세한 개재물의 생성이 억제되어 철손 중 특히 이력손실이 감소하여 이력손실, 고전적 와류손실, 이상적 와류손실 및 두께가 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}≤5(상기 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 두께(mm)를 의미함)을 만족하게 되며, 이러한 성분의 제어를 통한 미세한 개재물의 형성 억제를 통해 이력 손실이 감소되어 자성이 우수한 무방향성 전기강판을 얻을 수 있다.

이하에서는 이와 같이 무방향성 전기강판의 화학조성을 한정한 이유에 대하여 설명한다.

Si: 1.0~4.0 중량%

상기 규소(Si)는 강의 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추는 성분이기 때문에 첨가되는 성분이다. 1.0 중량%이하로 함유할 경우, 저철손 특성을 얻기 어렵고, 4.0 중량%를 초과하여 첨가되면 냉간 압연시 판파단이 일어나기 때문에 1.0~4.0 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn:0.01~0.1중량%

상기 망간(Mn)은 Si, Al등과 더불어 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 효과가 있기 때문에 기존의 무방향성 전기강판에서는 Mn을 적어도 0.1%이상 첨가함으로써 철손을 개선하려는 목적으로 첨가된다.

그러나 Mn 첨가량이 증가할수록 포화자속밀도가 감소하기 때문에 자속밀도가 감소하며 또한 S과 결합하여 미세한 MnS 개재물을 형성하여 결정립 성장을 억제하며 자벽 이동을 방해하여 철손 중 특히 이력 손실을 증가시키는 단점이 있다.

따라서 자속밀도 향상 및 개재물에 의한 철손 증가 방지를 위하여 Mn 첨가량을 0.01~0.1%로 제한하며, 바람직하게는 Mn의 함량을 낮추면 미세한 석출물이 감소되어 자성이 향상됨으로 0.01~0.05%로 한정한다.

Al:0.1~1.5중량%

상기 알루미늄(Al)은 제강공정에서 강의 탈산을 위하여 불가피하게 첨가되는 원소로서 비저항을 증가시키는 주요 원소이기 때문에 철손을 낮추기 위하여 많이 첨가되지만 첨가시 포화 자속밀도를 감소시키는 역할도 한다. 또한 Al 첨가량이 0.1%이하로 과도하게 적으면 미세한 AlN을 형성시켜 결정립 성장을 억제하여 자성을 저하시키며, 1.5%이상 많이 첨가되면 자속밀도가 감소되는 원인이 되므로 그 첨가량을 0.1~1.5%로 한정하는 것이 바람직하다.

P:0.02~0.3중량%

상기 인(P)은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추며 결정립계에 편석함으로써 자성에 유해한 {111} 집합 조직의 형성을 억제하고 유리한 집합조직인 {100}을 형성하나 0.2%이상 첨가되면 압연성을 저하시키므로 0.02~0.2중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한 필요한 경우 Mn 보다 P를 많이 첨가하여 [Mn] < [P] ([Mn], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트를 의미함)를 만족하도록 함으로써 안정된 페라이트상에서 제조됨으로써 자성이 보다 바람직할 수 있다.

C:0.005중량% 이하

상기 탄소(C)는 많이 첨가될 경우 오스테나이트 영역을 확대하며 상변태 구간을 증가시키고 소둔시 페라이트의 결정립 성장을 억제하여 철손을 높이는 효과를 나타내며, 또한 Ti등과 결합하여 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용시 자기시효에 의하여 철손을 높이기 때문에 0.005%이하로 한정한다.

S:0.001~0.005중량% 이하

상기 황(S)은 자기적 특성에 유해한 MnS, CuS 및 (Cu,Mn)S 등의 황화물을 형성하는 원소이므로 가능한 한 낮게 첨가하는 것이 바람직하다. 하지만 0.001%이하로 첨가될 경우 오히려 집합조직 형성에 불리하여 자성이 저하되기 때문에 0.001%이상 함유토록 하며 또한 0.005%이상 첨가될 경우는 미세한 황화물의 증가로 인해 자성이 열위해지므로 0.001~0.005%로 한정한다..

N:0.005중량% 이하

상기 질소(N)는 Al, Ti등과 강하게 결합함으로써 질화물을 형성하여 결정립성장을 억제하는 등 자성에 해로운 원소이므로 적게 함유시키는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 0.005중량% 이하로 한정한다.

Ti:0.005중량% 이하

상기 티타늄(Ti)은 미세한 탄화물과 질화물을 형성하여 결정립성장을 억제하며 많이 첨가될 수록 증가된 탄화물과 질화물로 인해 집합 조직도 열위하게 되어 자성이 나빠지게 되므로 본 발명에서는 0.005%이하로 한정한다.

Sn 또는 Sb:0.01~0.2중량%

상기 주석(Sn) 또는 안티몬(Sb)는 결정립계에 편석원소로써 결정립계를 통한 질소의 확산을 억제하며 자성에 해로운 {111} 집합조직(texture)을 억제하고 유리한 {100} 집합조직(texture)을 증가시켜 자기적 특성을 향상시키기 위하여 첨가하며, Sn과 Sb 중 어느 하나 또는 그 합이 0.2%이상 첨가하면 결정립 성장을 억제하여 자성을 떨어뜨리고 압연성상이 나빠지기 때문에 Sn, Sb 중 적어도 어느 하나를 0.01~0.2중량%로 한정한다.

상기 원소 외에 제강 공정에서 불가피하게 첨가되는 원소인 Cu, Ni, Cr의 경우 불순물 원소들과 반응하여 미세한 황화물, 탄화물 및 질화물을 형성하여 자성에 유해한 영향을 미치므로 이들 함유량을 각각 0.05중량%이하로 한정한다. 또한 Zr, Mo, V등도 강력한 탄질화물 형성 원소이기 때문에 가능한 첨가되지 않는 것이 바람직하며 각각 0.01중량%이하로 한정한다.

본 발명에서 C, S, N, Ti의 함유량은 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014의 조성식(상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 첨가량(중량%))을 만족하도록 한정한다. 한정이유는 불순물 원소인 C, S, N, Ti는 Mn, Al 등과 결합하여 미세한 개재물을 형성하여 철손 그 중, 특히 이력손실을 증가시키는 주 요인이기 때문에 가능한 한 함유량을 낮게 제어하는 것이 바람직하지만 이 경우 제강 공정에서의 비용이 증가하기 때문에 Mn, Al을 각각 0.01~0.1%, 0.1~1.5%로 제어한다면 C, S, N, Ti가 상기의 관계식에 포함될 경우 큰 비용의 증가 없이 미세한 개재물의 생성이 억제될 수 있기 때문이다.

또한, 상기의 관계식을 만족할 경우 철손 중 특히 이력손실이 감소하여, 이력손실, 고전적 와류손실, 이상적 와류손실 및 두께가 하기 식을 을 만족하도록 한정된다.

[식]

([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}≤5(상기 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 강판의 두께(mm)를 의미함)

상기 식으로 한정되는 이유는 미세한 개재물은 이력손실을 증가시키는 주 요인이기도 하지만 자구벽 이동 에너지에 관련된 이상적 와류손실을 증가시키는 요인이 되기도 하며 고전적 와류손실의 경우 두께에 영향을 많이 받기 때문에 두께에 의한 영향을 고려해야 하기 때문이다.

상기 성분 관계식이 0.004보다 작거나 0.014보다 큰 경우는 개재물이 조대화되지 않고 미세한 개재물들의 분포밀도가 증가하여 결정립 성장을 억제하고 자구 이동을 방해하는 등 이력손실 및 이상적 와류손실을 증가시켜 이력손실, 고전적 와류손실, 이상적 와류손실 및 두께(mm)의 식인 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}가 5이상이 되어 자성이 열위하게 된다.

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

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조공정도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에서는 중량 퍼센트(%)로, C:0.005%이하, Si:1.0~4.0%, Al:0.1~1.5%, Mn:0.01~0.1%, P:0.02~0.3%, N:0.005%이하, S:0.001~0.005%, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며, 상기 C, S, N, Ti는 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014 (상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 중량 퍼센트(%)를 의미함)을 만족하고, 이력손실, 고전적 와류손실, 이상적 와류손실 및 두께가 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}≤5(상기 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 두께(mm)를 의미함)을 만족하는 슬라브를 1200℃이하로 가열한 후 압연하여 열연강판을 제조한다.(S10, S20)

열간압연단계의 전처리과정으로서 슬라브를 가열로에 장입하여 재가열하게 되는데, 상기 가열온도가 1,200℃ 이상일 경우 슬라브 내에 존재하는 AlN, MnS등의 석출물이 재고용된 후 열간압연시 미세 석출되어 결정립 성장을 억제하고 자성을 저하시키므로 재가열 온도는 1200℃이하로 한정한다.

슬라브 재가열후 열간압연을 하는데 조업조건의 통상의 방법에 따라 행해지며, 열간압연시 사상압연에서 마무리압연은 페라이트상(ferrite phase)에서 종료하며 판형상 교정을 위하여 최종 압하율을 20%이하로 실시한다.

상기와 같이 제조된 열연판을 700℃이하에서 권취하고, 공기중에서 냉각한다.(S30) 권취 냉각된 열연판은 필요시 열연판 소둔(S31)을 하고 산세하고 냉간압연(S40)을 하고 마지막으로 냉연판 소둔을 한다.

열연판 소둔(S31)은 열연판의 중심부의 연신립을 재결정시키고 강판두께방향으로 결정립분포를 얻기 위해 이루어진다. 열연판 소둔(S31)은 자성 개선을 위하여 필요할 경우에 이루어진다. 열연판 소둔 온도는 850~1200℃인 것이 바람직하다. 열연판 소둔온도가 850℃보다 낮으면 결정립 성장이 불충분하며, 1200℃를 초과하는 경우에는 결정립이 과도하게 성장하고 판의 표면 결함이 과다해지므로 소둔온도는 850~1200℃로 한정한다.

통상의 방법으로 산세한 열연판 또는 소둔하고 산세한 열연판을 냉간압연한다.(S40) 냉간압연은 0.10~0.70mm의 두께로 최종 압연한다. 필요시 1차 냉간압연과 중간소둔 후 2차압연을 할 수 있으며, 최종 압하율은 50~95%의 범위로 실시한다.

최종 냉간압연된 강판은 냉연판 소둔한다.(S50) 냉연판을 소둔하는 공정에서 소둔시 냉연판 소둔온도는 850~1100℃로 한다. 냉연판 소둔온도가 850℃이하에서는 결정립의 성장이 미흡하여 자성에 해로운 집합 조직인 {111} 집합조직(texture)이 증가하며, 1,100℃이상에서는 결정립이 과도하게 성장하여 자성에 나쁜 영향을 미칠 수 있기 때문에 본 발명의 따른 실시예의 냉연판의 소둔온도는 850~1100℃로 한정한다.

이후의 상기 소둔판은 절연피막처리 후 수요가로 출하된다. 상기 절연피막은 유기질, 무기질 복합피막으로 처리될 수 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제로 처리하는 것도 가능하다. 제조공정을 통하여 변형이 해소된 상태로 출하되므로 수요가가 응력제거소둔을 하지 않고 사용할 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 무방항성 전기강판 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

진공 용해를 통하여 하기 표 1과 같이 조성되는 강괴를 제조하여 C, S, N, Ti의 양을 변화시켜 그 영향을 보았다. 각 강괴는 1150℃에서 가열하고, 2.3mm의 두께로 열간압연한 후 권취하였다. 공기 중에서 권취하고 냉각한 열연강판은 1050℃에서 5분간 소둔하고, 산세한 다음 0.35mm 두께로 냉간압연하고, 냉연판은 1050℃에서 2분간 소둔하였다.

강종	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Ti	Sn	Sb
A1	0.0025	0.9	0.05	0.07	0.0035	0.01	0.0015	0.0015	0.035
A2	0.0035	1.1	0.07	0.15	0.0030	0.31	0.0014	0.0014		0.042
A3	0.0027	1.4	0.06	0.12	0.0035	0.35	0.0018	0.0016	0.052
A4	0.0028	1.5	0.03	0.04	0.0036	0.45	0.0027	0.0020		0.032
A5	0.0030	1.5	0.10	0.15	0.0035	0.38	0.0019	0.0021
A6	0.0038	2.1	0.03	0.07	0.0045	0.35	0.0034	0.0033	0.02	0.025
A7	0.0026	2.0	0.05	0.06	0.0024	0.31	0.0025	0.0018	0.029	0.026
A8	0.0029	2.1	0.07	0.12	0.0023	0.48	0.0018	0.0016	0.045
A9	0.0018	2.1	0.07	0.10	0.0024	0.55	0.0008	0.0008	0.056
A10	0.0031	2.5	0.09	0.10	0.0011	0.82	0.0025	0.0025	0.08
A11	0.0025	2.4	0.07	0.08	0.0012	0.75	0.0032	0.0020		0.052
A12	0.0038	2.4	0.04	0.05	0.0056	0.50	0.0021	0.0045		0.037
A13	0.0018	2.9	0.06	0.80	0.0045	1.20	0.0015	0.0012	0.035
A14	0.0031	3.0	0.05	0.07	0.0015	1.50	0.0013	0.0021	0.035	0.024
A15	0.0053	3.1	0.03	0.04	0.0043	0.90	0.0023	0.0053	0.034	0.053
A16	0.0030	3.2	0.01	0.11	0.0015	0.50	0.0020	0.0015	0.052
A17	0.0030	3.4	0.05	0.06	0.0016	0.35	0.0018	0.0030

각각의 시편에 대하여 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때 주파수에 따른 철손을 측정하여 손실분리를 통해 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}의 (상기 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 hysteresis loss, anomalous eddy current loss, classical eddy current loss, thickness(mm))값을 측정하였으며, 자속밀도와 함께 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

강종	{[C]+[S]+[N]+[Ti]}	([W_h]+[W_a])/ {[W_e]*(0.35/[t])²}	철손 W15/50	자속밀도 B50	비고
A1	0.009	5.3	3.20	1.73	비교예
A2	0.009	4.1	2.70	1.79	발명예
A3	0.010	4.3	2.85	1.81	발명예
A4	0.011	4.1	2.82	1.95	발명예
A5	0.011	4.5	2.78	1.78	발명예
A6	0.015	5.1	3.02	1.67	비교예
A7	0.009	4.8	2.57	1.75	발명예
A8	0.009	4.3	2.67	1.77	발명예
A9	0.006	4.3	2.71	1.76	발명예
A10	0.009	4.2	2.21	1.75	발명예
A11	0.009	4.2	2.15	1.76	발명예
A12	0.016	5.2	2.45	1.67	비교예
A13	0.009	4.1	2.08	1.75	발명예
A14	0.008	4.1	1.78	1.73	발명예
A15	0.017	5.5	2.31	1.66	비교예
A16	0.008	4.5	1.82	1.73	발명예
A17	0.009	4.6	1.75	1.72	발명예

상기 표2에서 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실(hysteresis loss), 이상적 와류손실(anomalous eddy current loss), 고전적 와류손실(classical eddy current loss), 두께(thickness(mm))이고, 철손(W_15/50)은 50Hz주파수에서 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 손실(W/kg)이다. 그리고, 자속밀도(B₅₀)는 5000A/m의 자기장을 부가하였을 때 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)를 나타낸다.

상기 표2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 [Mn], [Al], [C], [S], [N], [Ti] 및 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014의 조성식(상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 첨가량(중량%))을 만족하거나, 이를 만족하면서 Mn과 P가 [Mn]<[P]를 만족하는 발명의 범위의 강종 A2~A5, A7~A11, A13, A14, A16, A17은 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}가 5이하로 나타났고 그 결과 철손이 낮고 자속밀도도 높게 나타났다.

반면에, 반면, A1, A6, A12, A15는 발명의 범위를 만족하지 못하여 자성이 열위하였다.

A1은 Si과 Al함량이 발명의 범위를 만족하지 못하여 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014는 만족하나 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}가 5이상이었다.

또한 A6, A12, A15는 S, C, N, Ti가 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014 범위를 벗어났으며, ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}가 5이상으로 나타남으로써 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다.

중량%로, C: 0.0026%, Si: 3.12%, Mn:0.04%, P: 0.09%, S: 0.0025%, Al: 0.55%, N: 0.0013%, Ti: 0.0011%, Sn:0.05%, Sb:0.05%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃에서 가열하고, 2.1mm의 두께로 열간압연한 후 공기중에서 권취하였다. 냉각한 열연강판은 표3의 온도로 5분간 소둔하고, 산세한 다음 0.30mm 두께로 냉간압연하고, 냉연판 소둔은 2분간 최종 소둔을 하였다.

각각의 시편에 대하여 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때 주파수에 따른 철손을 측정하여 손실분리를 통해 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}([W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 두께(mm)를 의미함)값을 측정하였으며, 자속밀도와 함께 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

강종	열연판 소둔온도 (℃)	냉연판 소둔온도 (℃)	([W_h]+[W_a])/ {[W_e]*(0.35/[t])²}	철손 W15/50	자속밀도 B50	비고
B1	800	1000	5.4	2.25	1.66	비교예
B2	1250	950	5.5	2.13	1.67	비교예
B3	1050	1150	5.1	2.26	1.67	비교예
B4	1000	1050	4.6	1.82	1.74	발명예
B5	1080	950	4.2	1.80	1.75	발명예

상기 성분계를 열연판 소둔 및 냉연판 소둔 조건을 변경할 결과, 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때 주파수에 따른 철손을 측정하여 손실분리를 통해 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}([Wh], [Wa], [We], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 두께(mm)를 의미함)값과 본 발명의 일 실시예 따른 열연판 소둔온도와 냉연판 소둔온도의 범위를 만족하는 B4, B5 및 B5는 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}([Wh], [Wa], [We], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 두께(mm)를 의미함)의 값이 5이하를 만족하며, 철손이 낮고 자속밀도가 높게 나타났다.

반면 열연판 소둔온도나 냉연판 소둔온도 중에서 하나라도 만족하지 못한 경우 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}([Wh], [Wa], [We], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 두께(mm)를 의미함)의 값이 5를 초과할 수 있어서 자성이 미흡한 것으로 나타났다.

이상 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

중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.005%이하, Si:1.0~4.0%, Al:0.1~1.5%, Mn:0.01~0.1%, P:0.02~0.3%, N:0.005%이하, S:0.001~0.005%, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며,
상기 C, S, N, Ti는
0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014 (상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족하고,
이력손실, 고전적 와류손실, 이상적 와류손실 및 두께는 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}≤5(상기 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 강판의 두께(mm)를 의미함)을 만족하는 무방향성 전기강판.
제1항에서,
상기 Mn과 P는
[Mn] < [P] ([Mn], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족하는 무방향성 전기강판
제2항에서,
상기 Mn이 0.01~0.05%인 무방향성 전기강판.
제3항에서
Sb 또는 Sn 중 적어도 하나를 0.01~0.2%를 더 포함하는 무방향성 전기강판.
제1항에서,
상기 전기강판의 미세조직내의 결정립 크기는 50~180㎛인 무방향성 전기강판.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
상기 불가피하게 첨가되는 불순물은 Cu, Ni, Cr, Zr, Mo, V를 포함하며,
상기 Cu, Ci, Cr은 각각 0.05%이하이며, 상기 Zr, Mo, V는 각각 0.01%이하인 무방향성 전기 강판.
중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.005%이하, Si:1.0~4.0%, Al:0.1~1.5%, Mn:0.01~0.1%, P:0.02~0.3%, N:0.005%이하, S:0.001~0.005%, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며,
상기 C, S, N, Ti는 0.004={[C]+[S]+[N]+[Ti]}=0.014 (상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족하고,
이력손실, 고전적 와류손실, 이상적 와류손실 및 두께는 ([W_h]+[W_a])/{[W_e]*(0.35/[t])²}≤5(상기 [W_h], [W_a], [W_e], [t]는 각각 이력손실, 이상적 와류손실, 고전적 와류손실, 두께(mm)를 의미함)을 만족하는 슬라브를 제공하는 단계;
상기 슬라브를 1,200℃ 이하로 가열한 후 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계;
상기 열연판을 권취하여 공냉시키는 단계;
상기 열연판을 산세한 후 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및
상기 냉연판을 냉연판 소둔하는 단계를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
제7항에서,
상기 공냉된 열연판을 850~1200℃ 온도범위에서 열연판 소둔하는 단계를 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
제7항에서,
상기 Mn과 P는
[Mn] < [P] ([Mn], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트를 의미함)을 만족하는 무방향성 전기강판 제조방법.
제9항에서,
상기 Mn이 0.01~0.05%인 무방향성 전기강판 제조방법.
제10항에서,
상기 슬라브는 Sb 또는 Sn 중 적어도 하나를 0.01~0.2%를 더 포함하는 무방향성 전기강판 제조방법.
제8항에서,
상기 냉연강판을 제조하는 단계는 1차 냉간압연 또는 1차 냉간압연 후 중간소둔 및 2차 냉간압연을 실시하는 단계를 포함하는 무방향성 전기강판 제조방법.
제12항에서,
상기 냉연판 소둔 온도는 850~1200℃인 무방향성 전기강판 제조방법.
제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,
상기 냉연판 소둔이 완료된 전기강판의 미세조직내의 결정립 크기는 50~180㎛인 무방향성 전기강판 제조방법.
제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,
상기 불가피하게 첨가되는 불순물은 Cu, Ni, Cr, Zr, Mo, V를 포함하며,
상기 Cu, Ni, Cr은 각각 0.05%이하이며, 상기 Zr, Mo, V는 각각 0.01%이하인 무방향성 전기 강판 제조방법.