KR20140058935A - 무방향성 전기강판 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

무방향성 전기강판 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%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%, Cu: 0.05%이하, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며, 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S는 6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/{([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102 (상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [P], [Cu], [S]는 각각 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량 퍼센트(wt%)))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 증가시킴으로써 미세한 탄질화물로 인한 결정립 성장 억제와 자벽의 이동 방해 효과 제거를 통해 철손이 낮고 투자율이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 모터, 발전기 등의 회전 기기와 소형 변압기 등의 정지기기에서 철심용 재료로 사용되며 전기기기의 에너지 효율을 결정하는데 중요한 역할을 한다. 최근 에너지의 절감, 전기 기기의 소형화 등에 대한 요구가 증가하고 있는 추세에 비추어 볼 때, 전기기기의 효율을 결정하는 무방향성 전기강판의 특성 개선은 불가피한 상황이다.
전기강판의 특성 중, 철손은 작을수록 좋으며 투자율은 높을수록 좋다. 철손이 작을수록 철심에 전기를 부가하여 자기장을 유도할 때, 열로 손실되는 에너지를 줄일 수 있으며, 투자율이 높을수록 똑같은 에너지로 더 큰 자기장을 유도할 수 있기 때문이다. 따라서 에너지의 절감, 친환경 제품의 수요 증가에 대응하기 위해서는 철손은 낮고 투자율이 우수한 무방향성 전기강판 제조 기술의 개발이 필요하다.
무방향성 전기강판의 자기적 성질 중, 철손을 개선하기 위한 대표적인 방법으로는 크게 두께를 얇게 하는 방법과 Si, Al등의 비저항이 큰 원소를 첨가시키는 방법이 있다. 하지만 두께를 얇게 생산할수록 생산성 저하 및 원가가 증가하는 단점을 가지고 있다. 전기 비저항이 큰 합금 원소인 Si, Al, Mn등을 첨가하여 철손을 낮추는 방법 역시 합금 원소를 첨가하게 되면 포화 자속밀도 감소로 인한 자속밀도의 감소라는 문제를 피할 수 없다. 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 Al, Mn, Cu등과 결합하여 0.05~0.1㎛ 정도의 미세한 탄질화물, 황화물 등의 개재물을 형성하여 결정립의 성장을 억제시키고 자구의 이동을 방해하여 자기적 성질을 저하시킨다. 그 중, 특히 AlN, Ti(C,N)등의 탄질화물은 그 크기가 0.05㎛ 정도로 MnS, CuS, (Mn,CU)S등의 황화물에 비해 더 미세하여 결정립 성장 억제 및 자구 이동 방해 효과가 더 커 자성을 저하시키는 주 요인이라고 할 수 있다.
그러나, 이러한 불순물들은 통상의 제조공정에서는 극저로 관리하기에는 비용이 추가로 발생하며 또한 각 제조 공정에 따라 개재물들이 재용해 및 석출 과정을 거치기 때문에 개재물 자체를 제어하기도 쉽지 않다.
따라서 자성을 향상시키기 위한 방법으로 미량 합금 원소의 첨가를 통해 자기적 성질에 유리한 집합 조직인 {100} 집합조직(texture)을 증가시키고 유해한 집합 조직인 {111} 집합조직(texture)을 감소시키는 방법 등이 대안으로 제시되고 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 공개특허공보 특개평 4-229702는 제강 공정에서 산화물 MnO/SiO2의 형성비를 이용하여 미세한 MnS를 감소시키는 기술을 제시하였으나 탄질화물에 의한 자성 저하 현상은 해결하지 못하였으며 또한 제강 공정에서의 추가적인 비용 증가를 야기하는 문제를 해결하지 못하였다.
한편, 일본 공개특허공보 특개평 5-105955는 슬라브에 존재하는 MnS, AlN등이 슬라브 재가열시 재고용 되는 것을 방지하기 위하여 분위기제어형 전기식 가열로를 사용하는 방법을 제시하였으나 장시간이 필요하며 추가적인 비용의 증가를 야기하여 생산성의 저하 문제를 해결하지 못하였다. 또한 일본 공개특허공보 특개소 55-158252호, 62-180014, 59-100217는 Sn, Cu, Sb등을 첨가하여 집합조직을 개선하여 자성을 향상시킬 수 있는 제조방법을 제시하였으나 결정립계 편석 원소인 Sn, Sb등에 의한 결정립 성장 억제 효과로 인해 철손의 감소가 불충분 하며, 미세한 개재물로 인한 자성의 저하 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 자성이 저하되는 문제를 해결하지는 못하였다.
또한 대한민국 특허공개공보 특 1998-026183호는 V과 Sn을 첨가하여 응력제거 소둔 후 철손이 낮은 무방향성 전기강판의 제조 방법을 제시하였으나 역시 V을 첨가하고 Al이 많이 첨가되어 석출물의 형성에 의해 자성이 미흡하였다.
본 발명은 강의 합금 원소 중 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 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%, Cu: 0.05%이하, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며, 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S는 6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/{([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102 (상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [P], [Cu], [S]는 각각 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량 퍼센트(wt%)))을 만족한다.
상기 전기강판 내 존재하는 0.01~0.5㎛의 크기의 개재물 중 (탄질화물의 개수)/(황화물의 개수)가 0.3이하 일 수 있다. 상기 탄질화물은 AlN, Ti(C,N)을 포함하며, 상기 황화물은 MnS, CuS, (Mn,Cu)S를 포함할 수 있다.
상기 Mn과 P는 [Mn] < [P] ([Mn], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족할 수 있다.
상기 Mn이 0.01~0.05%일 수 있다.
상기 성분계에서Sb 또는 Sn 중 적어도 하나를 0.01~0.2%를 더 포함할 수 있다.
상기 전기강판의 미세조직 내에 결정립의 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 따른 무방향성 전기강판의 제조방법은 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%, Cu: 0.05%이하, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며, 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S는 6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/{([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102 (상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [P], [Cu], [S]는 각각 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량 퍼센트(wt%)))을 만족하는 슬라브를 제공하는 단계, 상기 슬라브를 1,200℃ 이하로 가열한 후 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계, 상기 열연판을 권취하여 공냉시키는 단계, 상기 공냉된 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계, 및 상기 냉연판을 냉연판 소둔하는 단계를 포함한다.
상기 열연강판을 850~1200℃ 온도범위에서 열연판 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전기강판 내 존재하는 0.01㎛이상 0.5㎛이하의 개재물 중 (탄질화물의 개수)/(황화물의 개수)가 0.3 이하일 수 있다. 상기 탄질화물은 AlN, Ti(C,N)을 포함하며, 상기 황화물은 MnS, CuS, (Mn,Cu)S를 포함할 수 있다.
상기 Mn과 P는 [Mn] < [P] ([Mn], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족할 수 있다.
상기 Mn이 0.01~0.05%일 수 있다.
상기 슬라브는 Sb 또는 Sn 중 적어도 하나를 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 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판에 의하면 일반적으로 첨가하는 Mn 대비 그 첨가량을 감소시켜 0.01~0.2%로 첨가되도록 하는 동시에, Al, Ti, C, N, Cu, S의 첨가량을 관리하여 6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/ {([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102의 조성식(상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [P], [Cu], [S]는 각각 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량 퍼센트(wt%))을 만족한다면 바늘형(needle-like) 또는 입방체형(cubic type)으로 형성되는 미세한 AlN 또는 Ti(C,N)등의 탄질화물 형성이 억제되고 MnS, CuS 또는 (Mn,Cu)S의 조대한 황화물로 형성되어 0.01~0.5㎛ 크기의 개재물 중 탄질화물의 개수/황화물의 개수비가 0.3이하로 되어 결정립 성장과 자구벽의 이동이 원활해져 자성이 향상된다.
이와 더불어 미세한 탄질화물의 비율이 감소함으로써 투자율도 우수한 철손이 낮고 투자율이 우수한 무방향성 전기강판을 제공하는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 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 무방향성 전기강판에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 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%, Cu: 0.05%이하, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며, 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S는 6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/{([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102 (상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [P], [Cu], [S]는 각각 상기Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량 퍼센트(wt%)))을 만족한다.
무방향성 전기강판의 개재물은 크기가 미세하여 결정립 성장을 억제하고 자구벽의 이동을 방해함으로써 자성을 열위시킨다. 이러한 개재물은 AlN, Ti(C,N)등의 탄질화물과 MnS, CuS, 또는 이들의 복합 황화물인 (Mn,Cu)S등의 황화물이 있다.
특히 AlN, Ti(C,N)등의 탄질화물의 경우 그 크기가 황화물에 비해 더욱 미세하며 또한 개재물 형상이 구형(spherical type)이 아닌 침상형(needle-like) 또는 입방체형(cubic type)으로서 결정립 성장 억제력이 매우 크기 때문에 자성을 저하시키는 주요인이 된다.
따라서 자성의 열화가 최소화되도록 이러한 미세한 AlN, Ti(C,N)등의 탄질화물의 형성 비율을 억제하고 조대한 개재물의 형성 빈도를 높일 필요성이 있다.
무방향성 전기강판의 성분 중Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S가 6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/ {([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102 (상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [Cu], [S]는 각각 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량 퍼센트(wt%)))을 만족하도록 제어될 경우 침상형(needle-like) 또는 입방체형(cubic type) 형태로 미세하게 형성되던 탄질화물의 형성 비율이 감소하고 구형(spherical type)의 MnS, CuS 또는 (Mn,Cu)S등의 조대한 황화물의 형성 비율이 증가하여 0.01㎛이상 0.5㎛이하의 개재물 중 (AlN, Ti(C,N)의 탄질화물의 개수)/(MnS, CuS, 또는 (Mn,Cu)S의 황화물의 개수)가 0.3이하가 된다.
이와 같이 개재물의 분포밀도를 조정함으로써 철손이 낮고 투자율이 우수한 무방향성 전기강판을 얻을 수 있다.
Mn은 페라이트형성을 억제하는 원소이며, 반면에 Al과 P는 페라이트상을 확장하는 원소이어서 페라이트 형성원소인 Al과 P를 증가시킴으로써 열간압연 및 소둔시 안정된 페라이트상에서 작업이 가능하여지며, P는 결정립계에 편석하여 자성에 유리한 {100} 집합조직(texture)을 잘 발달시켜서 자성을 향상시키고 있다.
또한 Mn, P를 [Mn]<[P]([M], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족하도록 제어하는 것이 바람직하다. Mn함량을 P함량보다 높게하면 MnS 석출물은 보다 억제됨으로써 자성이 향상된다. 더욱 바람직하게는 Mn함량을 0.01~0.05 중량%로 감소시킴으로써 MnS 석출물은 더 억제되어 자성이 보다 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판에서 Mn과 P는 [Mn]<[P]이며, Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S는 하기 식1을 만족하도록 한정되는데 그 이유는 Al, Ti과 C, N의 양은 AlN, Ti(C,N)등의 탄질화물의 크기 및 분포에 큰 영향을 미치며 Mn, Cu, S의 양은 MnS, CuS, 또는 (Mn,Cu)S등의 황화물의 분포와 크기를 결정하는데 중요하기 때문이다.
[식1]
6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/{([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102 (상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [P], [Cu], [S]는 각각 상기Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량퍼센트(wt%))
따라서 Al, Ti, C, N과 Mn, Cu, S의 첨가량 비율은 탄질화물과 황화물의 분포 및 크기 형성에 있어서 매우 중요한 영향을 미친다. 상기 식의 값이 6*10-1보다 작거나 2*102보다 큰 경우는 침상형(needle-like) 또는 입방체형(cubic type)의 미세한 AlN, Ti(C,N)의 형성 비율이 높아지며, 개재물이 조대화되지 않아 결정립 성장이 억제되고 자구 이동이 방해를 받아 자성이 저하된다.
상기 전기강판의 미세조직내의 결정립 크기는 50~180㎛인 것이 바람직하다. 또한, 상기 전기강판의 미세조직 내에 페라이트(ferrite) 결정립의 크기는 50~180㎛ 이다. 페라이트 결정립의 크기가 증가하는 경우 철손 중 이력손실이 감소하므로 유리하나 철손 중 와류손실은 증가하므로, 이러한 철손을 가장 적게하는데 바람직한 결정립의 크기는 50~180㎛이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 성분의 함량을 한정한 이유는 다음과 같다.
Si:1.0~3.5 중량%
규소(Si)는 강의 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추는 성분이기 때문에 첨가되는 주요 성분로서, 1.0중량% 이하에서는 저철손 특성을 얻기 어렵고, 3.5중량%를 초과하여 첨가되면 냉간 압연시 판재의 파단이 일어나기 때문에 1.0~3.5중량%로 한정한다.
Mn:0.01~0.1 중량%
망간(Mn)은 Si, Al등과 더불어 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 효과가 있기 때문에 기존의 무방향성 전기강판에서는 Mn을 적어도 0.1중량%이상 첨가함으로써 철손을 개선하려는 목적으로 첨가된다. 그러나 Mn 첨가량이 증가할수록 포화자속밀도가 감소하기 때문에 자속밀도가 감소하며 또한 S와 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 중량%로 함유토록 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 Mn의 함량을 낮추면 미세한 석출물이 감소되어 자성이 향상됨으로 0.01~0.05 중량%로 함유되도록 한다.
Al:0.1~1.5 중량%
알루미늄(Al)은 제강공정에서 강의 탈산을 위하여 불가피하게 첨가되는 성분로서 비저항을 증가시키는 주요 성분이기 때문에 철손을 낮추기 위하여 많이 첨가되지만 첨가시 포화 자속밀도를 감소시키는 역할도 한다. 또한 Al 첨가량이 0.1중량% 이하로 과도하게 적으면 미세한 AlN을 형성시켜 결정립 성장을 억제하여 자성을 저하시키며, 1.5중량% 이상 첨가되면 자속밀도가 감소되는 원인이 되므로 그 첨가량을 0.1~1.5중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
P:0.02~0.3 중량%
P는 비저항을 증가시켜 철손을 낮추며 결정립계에 편석함으로써 자성에 유해한 {111} 집합 조직의 형성을 억제하고 유리한 집합조직인 {100}을 형성하나 0.3중량%이상 첨가되면 압연성을 저하시키므로 0.02~0.3중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한 필요한 경우 Mn 보다 P를 많이 첨가하여 [Mn]<[P]가 되도록 함으로써 안정된 페라이트상에서 제조됨으로써 자성이 보다 바람직할 수 있다.
C:0.005 중량% 이하
C은 많이 첨가될 경우 오스테나이트(austenite) 영역을 확대하며 상변태 구간을 증가시키고 소둔 시 페라이트의 결정립 성장을 억제하여 철손을 높이는 효과를 나타내며, 또한 Ti등과 결합하여 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용 시 자기시효에 의하여 철손을 높이기 때문에 0.005중량%이하로 한다.
S:0.001~0.005 중량%
S는 자기적 특성에 유해한 MnS, CuS 및 (Cu,Mn)S 등의 황화물을 형성하는 성분이므로 가능한 한 낮게 첨가하는 것이 바람직하다. 하지만 0.001중량% 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 0.001~0.005중량%로 한정한다.
N:0.005 중량% 이하
N는 Al, Ti등과 강하게 결합함으로써 질화물을 형성하여 결정립성장을 억제하는 등 자성에 해로운 원소이므로 적게 함유시키는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 0.005중량% 이하로 한정하였다.
Cu:0.05 중량% 이하
Cu는 단독으로 또는 Mn과 같이 S와 결합하여 황화물을 형성함으로써 결정립 성장을 억제하고 자구 이동을 방해하기 때문에 적게 함유시키는 것이 바람직하며 본 발명에서는 0.05중량%이하로 한정한다.
Ti:0.005 중량% 이하
Ti는 미세한 탄화물과 질화물을 형성하여 결정립성장을 억제하며 많이 첨가될 수록 증가된 탄화물과 질화물로 인해 집합 조직도 열위하게 되어 자성이 나빠지게 되므로 본 발명에서는 0.005중량%이하로 한정한다
Sn 또는 Sb중 적어도 어느 하나 이상:0.01~0.2 중량%
상기 Sn과 Sb는 결정립계에 편석원소로써 결정립계를 통한 질소의 확산을 억제하며 자성에 해로운 {111} texture를 억제하고 유리한 {100} texture를 증가시켜 자기적 특성을 향상시키기 위하여 첨가하며, Sn과 Sb 단독 또는 그 합이 0.2중량%이상 첨가하면 결정립 성장을 억제하여 자성을 떨어뜨리고 압연성상이 나빠지기 때문에 Sn 또는 Sb 적어도 하나를 0.01~0.2중량%로 첨가한다.
상기 성분 외에 제강 공정에서 불가피하게 첨가되는 원소인 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 0.01 중량%이하로 함유되도록 한다.
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 제조방법은 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%, Cu: 0.05%이하, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며, 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S는 6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/{([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102 (상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [P], [Cu], [S]는 각각 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량 퍼센트(wt%)))을 만족하는 슬라브를 1200℃이하로 가열한 후 압연하여 열연강판을 제조한다.(S10, S20)
열간압연단계의 전처리과정으로서 슬라브를 가열로에 재가열하게 되는데, 상기 가열온도가 1200℃이상일 경우 슬라브 내에 존재하는 AlN, Ti(C,N), MnS등의 석출물이 재고용된 후 열간압연 시 미세 석출되어 결정립 성장을 억제하고 자성을 저하시키므로 재가열 온도는 1200℃이하로 한정한다. 열간압연 시 사상압연에서의 마무리압연은 페라이트상(ferrite phase)에서 종료하며 판형상 교정을 위하여 최종 압하율은 20%이하로 실시한다.
상기와 같이 제조된 열연강판은 700℃이하에서 권취하고, 공기중에서 냉각한다.(S30) 권취 냉각된 열연판은 필요시 열연판 소둔을 하고 산세하고 냉간압연하고(S40) 마지막으로 냉연판소둔을 한다.
열연판 소둔(S31)은 자성 개선을 위하여 필요할 경우에 열연판을 소둔하는 것이며, 열연판 소둔온도는 850~1150℃로 한다. 열연판 소둔온도가 850℃보다 낮으면 결정립 성장이 불충분하며, 1150℃를 초과하는 경우에는 결정립이 과도하게 성장하고 판의 표면 결함이 과다해지므로 소둔온도는 850~1150℃로 한정한다.
통상의 방법으로 산세 한 열연판 또는 소둔한 열연판은 냉간압연한다.(S40)
냉간압연은 0.10mm에서 0.70mm의 두께로 최종 압연한다. 필요시 1차 냉간압연과 중간소둔 후 2차 냉간압연할 수 있으며, 최종 압하율은 50~95%의 범위로 한다.
최종 냉간압연된 강판은 냉연판 소둔한다.(S50) 냉연판을 소둔하는 공정에서 소둔시 냉연판 소둔의 균열온도는 850~1100℃로 한다. 냉연판 소둔온도가 850℃이하에서는 결정립의 성장이 미흡하여 자성에 해로운 집합 조직인 {111} 집합조직(texture)이 증가하며, 1100℃이상에서는 결정립이 과도하게 성장하여 자성에 나쁜 영향을 미칠 수 있기 때문에 냉연판의 균열온도는 850~1100℃로 한다.
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 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.
본 발명의 실시예에서의 개재물의 크기, 종류 및 분포를 분석하기 위한 방법으로는 시편으로부터 추출된 탄소 주형(carbon replica)을 투과전자현미경(TEM)으로 관찰하며 EDS로 분석하는 방법이 사용되었다. TEM 관찰은 치우침이 없이 무작위로 선택된 영역으로 0.01㎛ 크기 이상의 개재물이 명확히 관찰되는 배율로 설정 후 적어도 100장 이상의 이미지로 촬영하여 나타나는 모든 개재물의 크기, 형상 및 분포를 측정하였고, 또한 EDS spectrum을 통하여 개재물의 종류를 분석하였다. 본 발명에서 개재물의 크기 및 분포를 분석함에 있어서 0.01㎛ 이하의 개재물의 경우 관찰 및 측정에 어려움이 있을 뿐 만 아니라 자성에 미치는 영향이 작고, 또한 1㎛ 이상의 SiO2, Al2O3와 같은 산화물들도 관찰되었으나 자성에 미치는 영향이 작아서 본 발명의 분석 대상에는 포함시키지 않았다.
진공 용해를 통하여 하기 표 1과 같이 조성되는 강괴를 제조하여 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 양을 변화시켜 그 영향을 보고자 하였다. 각 강괴는 1170℃에서 가열하고, 2.3mm의 두께로 열간압연한 후 권취하였다. 공기 중에서 권취하고 냉각한 열연강판은 1020℃에서 5분간 소둔하고, 산세한 다음 0.35mm 두께로 냉간압연하고, 냉연판 소둔은 1020℃에서 120초간 최종 소둔을 하였다.
강종 C Si Mn P S Al N Ti Cu Sn Sb
A1 0.0031 1.4 0.01 0.07 0.0013 0.35 0.0015 0.0019 0.020 0.03
A2 0.0025 1.3 0.07 0.08 0.0012 0.36 0.0017 0.0009 0.005 0.04 0.03
A3 0.0026 1.4 0.10 0.11 0.0035 0.45 0.0018 0.0007 0.011 0.05 0.02
A4 0.0020 1.3 0.55 0.03 0.0055 0.35 0.0015 0.0019 0.030 0.03 0.03
A5 0.0018 1.9 0.15 0.02 0.0036 0.01 0.0015 0.0011 0.025 0.08 0.02
A6 0.0017 2.1 0.06 0.07 0.0034 0.56 0.0016 0.0010 0.014 0.03
A7 0.0021 1.9 0.03 0.04 0.0031 0.46 0.0020 0.0020 0.012 0.02 0.02
A8 0.0031 2.0 0.01 0.037 0.0032 0.47 0.0019 0.0010 0.011 0.03 0.03
A9 0.0031 2.5 0.04 0.015 0.0011 1.84 0.0026 0.0028 0.001 0.05 0.03
A10 0.0030 2.4 0.09 0.06 0.0035 0.31 0.0018 0.0013 0.020 0.07
A11 0.0026 2.5 0.07 0.07 0.0026 1.40 0.0020 0.0014 0.016 0.05 0.05
A12 0.0023 3.0 0.02 0.041 0.0011 1.32 0.0013 0.0007 0.017 0.08
A13 0.0024 3.1 0.03 0.072 0.0011 1.45 0.0010 0.0009 0.011 0.03 0.04
A14 0.0025 3.0 0.02 0.011 0.0011 1.75 0.0025 0.0015 0.015 0.02
각각의 시편에 대하여 AlN, Ti(C,N)등의 탄질화물과 MnS, CuS 또는 (Mn,Cu)S등의 황화물의 크기, 개수와 철손 및 투자율을 측정하였고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
강종 {([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/ {([Mn]+[Cu])*[S]} 0.01~0.5㎛ 크기의 개재물 중 탄질화물 개수/황화물
개수		 철손
W15/50		 투자율
U1.5		 비고
A1 44.5 0.28 2.10 3510 발명예
A2 16.8 0.15 2.13 3500 발명예
A3 5.1 0.25 2.17 4500 발명예
A4 0.4 0.31 2.73 1450 비교예
A5 0.1 0.45 2.54 1010 비교예
A6 7.3 0.24 2.03 2100 발명예
A7 14.5 0.3 2.01 2010 발명예
A8 35.0 0.27 2.02 1990 발명예
A9 232.9 0.34 2.35 1490 비교예
A10 3.9 0.27 1.98 1930 발명예
A11 28.8 0.2 1.95 1850 발명예
A12 116.8 0.27 1.83 1990 발명예
A13 109.4 0.21 1.79 1850 발명예
A14 227.5 0.38 2.25 960 비교예
상기 표2에서, 철손(W15/50)은 50Hz주파수에서 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 손실(W/kg)이고, 투자율(U1.5)는 1.5Tesla에서의 자속밀도에서 유도되는 압연 방향과 압연방향 수직 방향의 평균 투자율이다.
상기 표2에 나타난 바와 같이, [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [Cu], [S] 및 6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/{([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102의 조성식(상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [Cu], [S]는 각각 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량퍼센트(wt%)))을 만족하는 강종 A1~A3, A6~A7, A10~A13은 0.01~0.5㎛ 크기의 개재물 중 탄질화물의 개수/황화물의 개수비가 0.3이하였으며 그 결과 철손이 낮고 투자율이 우수하게 나타났다.
반면, A4, A5, A9, A14는 각각 Mn과 S, Mn과 Al, P와 Al, P와 Al등이 관리 범위를 벗어나 상기 조성식을 만족하지 못하였고 0.01~0.5㎛ 크기의 개재물 중 탄질화물의 개수/황화물의 개수의 비도 0.3이상으로 미세한 탄질화물에 의해 결정립 성장이 억제되고 자구벽 이동이 방해를 받아 그 결과 철손과 투자율이 열위하게 나타났다.
중량 퍼센트(wt%)로, C:0.0029%, Si:3.1%, Al:0.55%, Mn:0.05%, P:0.07%, N:0.0015%, S:0.0016%, Cu:0.02%, Ti:0.0015%, Sn:0.05%, Sb: 0.03%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되고, 상기 {([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/ {([Mn]+[Cu])*[S]}=21.7인 강을 진공용해하고 하기 표 3과 같이 열연판소둔온도와 냉여판 소둔온도를 변경하여 제조하였다. 이때, 열연판 소둔 및 냉연판 소둔 온도가 AlN, Ti(C,N)등 탄질화물과 MnS, CuS, 또는 (Mn,Cu)S등의 황화물 분포와 자성에 미치는 영향을 보고자 하였다. 각 강괴는 1110℃에서 가열하고, 2.4mm의 두께로 열간압연한 후 권취하였다. 공기 중에서 권취하고 냉각한 열연강판은 4분간 소둔하고, 산세한 다음 0.35mm 두께로 냉간압연하고, 냉연판 소둔은 각각의 온도에서 2분간 최종 소둔을 하였다. 각각의 시편에 대하여 AlN, Ti(C,N)등의 탄질화물과 MnS, CuS 또는 (Mn,Cu)S등의 황화물의 크기, 개수와 철손 및 투자율을 측정하였다.
강종 열연판
소둔온도
(℃)		 냉연판
소둔온도
(℃)		 0.01~0.5㎛ 크기의 개재물 중 탄질화물 개수/황화물 개수 철손
W15/50		 투자율
U1.5		 비고
B1 800 1000 0.32 2.15 1020 비교예
B2 1250 950 0.35 2.23 1170 비교예
B3 1100 1120 0.38 2.36 1120 비교예
B4 1000 1050 0.25 1.85 1820 발명예
B5 1100 950 0.26 1.83 1900 발명예
B6 1100 1000 0.28 1.78 1920 발명예
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [Cu], [S] 및 6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/{([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102의 조성식(상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [Cu], [S]는 각각 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량%))과 열연판 소둔온도와 냉연판 소둔 온도를 만족하는 강에서 제조조건을 달리하여도 0.01~0.5㎛ 크기의 개재물 중 탄질화물의 개수/황화물의 개수비가 0.3이상이 될 수 있음을 보여준다.
B1, B2와 B3은 각각 열연판 소둔 온도와 냉연판 소둔온도가 본 발명의 범위를 벗어나 0.01~0.5㎛ 크기의 개재물 중 탄질화물의 개수/황화물의 개수비가 0.3이상으로 나타났고 그 결과 철손과 투자율이 열위하게 나타나고 있다.
이상 첨부된 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 (19)

  1. 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%, Cu: 0.05%이하, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며,
    상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S는
    6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/{([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102 (상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [P], [Cu], [S]는 각각 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량 퍼센트(wt%)))
    을 만족하는 무방향성 전기강판.
  2. 제1항에서,
    상기 전기강판 내 존재하는 0.01~0.5㎛의 크기의 개재물 중 (탄질화물의 개수)/(황화물의 개수)가 0.3이하 인 무방향성 전기강판.
  3. 제2항에서,
    상기 탄질화물은 AlN, Ti(C,N)을 포함하며, 상기 황화물은 MnS, CuS, (Mn,Cu)S를 포함하는 무방향성 전기강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 Mn과 P는
    [Mn] < [P] ([Mn], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족하는 무방향성 전기강판.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 Mn이 0.01~0.05%인 무방향성 전기강판.
  6. 제4항에서,
    Sb 또는 Sn 중 적어도 하나를 0.01~0.2%를 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 전기강판의 미세조직 내에 결정립의 크기는 50~180㎛ 인 무방향성 전기강판.
  8. 제6항에서,
    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 전기강판.
  9. 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%, Cu: 0.05%이하, Ti: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하며,
    상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S는
    6*10-1={([Al]+[Ti])*([C]+[N])}/{([Mn]+[Cu])*[S]}=2*102 (상기 [Al], [Ti], [C], [N], [Mn], [P], [Cu], [S]는 각각 상기 Al, Ti, C, N, Mn, Cu, S의 첨가량(중량 퍼센트(wt%)))을 만족하는 슬라브를 제공하는 단계;
    상기 슬라브를 1,200℃ 이하로 가열한 후 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 권취하여 공냉시키는 단계;
    상기 공냉된 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연판을 냉연판 소둔하는 단계
    를 포함하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  10. 제9항에서,
    상기 공냉된 열연판을 850~1200℃의 온도범위에서 열연판 소둔하는 단계를 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  11. 제9항에서,
    상기 전기강판 내 존재하는 0.01㎛이상 0.5㎛이하의 개재물 중 (탄질화물의 개수)/(황화물의 개수)가 0.3 이하인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  12. 제11항에서,
    상기 탄질화물은 AlN, Ti(C,N)을 포함하며, 상기 황화물은 MnS, CuS, (Mn,Cu)S를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,
    상기 Mn과 P는
    [Mn] < [P] ([Mn], [P]는 각각 Mn, P의 중량 퍼센트(wt%)를 의미함)을 만족하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  14. 제13항 중 어느 한 항에서,
    상기 Mn이 0.01~0.05%인 무방향성 전기강판 제조방법.
  15. 제14항 중 어느 한 항에서,
    상기 슬라브는 Sb 또는 Sn 중 적어도 하나를 0.01~0.2%를 더 포함하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  16. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,
    상기 냉연강판을 제조하는 단계는 1차 냉간압연 또는 1차 냉간압연 후 중간소둔 및 2차 냉간압연을 실시하는 단계를 포함하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  17. 제16항에서,
    상기 냉연판 소둔 온도는 850~1200℃인 무방향성 전기강판 제조방법.
  18. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에서
    상기 냉연판 소둔이 완료된 전기강판의 미세조직내의 결정립 크기는 50~180㎛인 무방향성 전기강판 제조방법.
  19. 제15항에서,
    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 제조방법.
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