KR20140075274A - 내식성 및 내열성이 우수한 저철손 무방향성 전기강판 제조방법 - Google Patents

내식성 및 내열성이 우수한 저철손 무방향성 전기강판 제조방법 Download PDF

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Abstract

내식성 및 내열성이 우수한 저철손 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.5%, 실리콘(Si) : 1.5~2.8%, 망간(Mn) : 0.05~1.0%, 인(P) : 0.05% 이하, 황(S) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.5~0.9%, 주석(Sn) : 0.01~0.05%, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.2% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강판 모재의 일면 또는 양면에 알루미늄박을 적층하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 냉간압연하여 상기 알루미늄박을 압착하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 결과물을 열처리하여, 상기 알루미늄박의 알루미늄을 상기 냉간압연된 강판 내부로 확산시키는 단계; 및 (d) 용매, 스틸렌 모노머, 아크릴레이트계 물질, 실란계 물질, 알킬 설페이트, 아크릴산, 무기 퍼설페이트를 포함하는 수지 조성물 100 중량부, 인산화합물 30~60 중량부, 산화칼슘 5~20 중량부 및 환원제 5~20 중량부를 포함하는 코팅액을 상기 (c) 단계의 결과물에 도포한 후, 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내식성 및 내열성이 우수한 저철손 무방향성 전기강판 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET WITH HIGH EFFICIENCY USING ALUMINIUM FOIL}
본 발명은 무방향성 전기강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내식성 및 내열성이 우수한 저철손 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기 강판은 자기 특성에 따라서 방향성 전기 강판과 무방향성 전기 강판으로 나눌 수 있다.
방향성 전기 강판(oriented electrical steel sheet)은 강판의 압연방향으로 자화가 용이하도록 제조하여 압연 방향으로 특히 우수한 자기 특성을 가지므로, 저철손, 고투자율이 요구되는 대형, 중소형 변압기의 철심으로 주로 사용된다.
이에 반하여, 무방향성 전기 강판(non-oriented electrical steel sheet)은 강판의 방향에 관계없이 균일한 자기특성을 가지므로, 소형 전동기나 소형 전원 변압기, 안정기 등의 철심 재료로 널리 사용되고 있다.
최근 에너지절약의 차원에서 전기기기의 효율을 높이고 소형화하려는 추세에 따라, 무방향성 전기 강판에 있어서도 철손을 최대한 낮추기 위한 연구가 진행되고 있다.
철손은 철심재료에 의한 전기기기의 에너지 손실을 의미한다. 철손은 일반적으로 자속밀도가 높을수록 낮아진다. 또한, 철손은 제품의 두께, 강내의 불순물의 함량, 비저항, 결정립 크기 등에 의해 좌우되는 것으로서, 철손값이 작아지면 전기기기의 에너지 효율이 높다고 볼 수 있다.
무방향성 전기강판 소재에 있어, 실리콘(Si)의 함량이 높을수록 비저항을 높혀 철손을 낮출 수 있다. 그러나, 3.0중량% 이상의 실리콘이 첨가될 경우, 냉간압연을 수행하기 어렵다. 이에 최근에는 실리콘과 유사한 효과를 발휘할 수 있는 알루미늄(Al)을 첨가시키고 있다. 그러나, 알루미늄 역시 함량이 1.0% 이상으로 높아지면 냉간압연이 어려운 문제점이 있다.
한편, 일반적으로 무방향성 전기 강판의 경우, 표면을 절연 처리하고 있다. 이러한 절연 처리는 주로 무기계 절연 코팅제, 유기계 절연 코팅제, 유/무기 복합 절연 코팅제 등으로 형성된다.
무기계 절연 코팅제는 내열성, 용접성 등이 우수한 장점이 있으나, 코팅층의 경도가 높아 펀칭 가공성 등이 우수하지 못한 단점이 있다. 유기계 절연 코팅제는 강판과의 밀착성이 우수하고, 펀칭 가공성이 우수한 장점이 있으나, 용접시 유기물의 분해가 발생하여, 용접성이 우수하지 못한 단점이 있다. 그리고, 유/무기 복합 절연 코팅제는 유기물과 무기물을 함께 적용함으로써, 무기계 절연 코팅제와 유기계 절연 코팅제의 단점을 보완할 수 있으나, 코팅제의 안정성이 떨어져 코팅 후 내열성 및 내식성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0063187호 (2011.06.10. 공개)에 개시된 저철손 고자속밀도 방향성 전기강판이 있다.
본 발명은 강판 모재의 실리콘(Si) 함량을 2.8중량% 이하로 조절하고, 알루미늄(Al) 함량을 0.9중량% 이하로 조절하여 냉간압연을 용이하게 하면서, 아울러 최종 제조되는 무방향성 전기강판에는 알루미늄 함량이 증가되어 저철손 효과를 얻을 수 있으며, 아울러 내식성 및 내열성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.5%, 실리콘(Si) : 1.5~2.8%, 망간(Mn) : 0.05~1.0%, 인(P) : 0.05% 이하, 황(S) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.5~0.9%, 주석(Sn) : 0.01~0.05%, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.2% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강판 모재의 일면 또는 양면에 알루미늄박을 적층하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 냉간압연하여 상기 알루미늄박을 압착하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 결과물을 열처리하여, 상기 알루미늄박의 알루미늄을 상기 냉간압연된 강판 내부로 확산시키는 단계; 및 (d) 용매, 스틸렌 모노머, 아크릴레이트계 물질, 실란계 물질, 알킬 설페이트, 아크릴산, 무기 퍼설페이트를 포함하는 수지 조성물 100 중량부, 인산화합물 30~60 중량부, 산화칼슘 5~20 중량부 및 환원제 5~20 중량부를 포함하는 코팅액을 상기 (c) 단계의 결과물에 도포한 후, 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 (b) 단계의 냉간압연은 50~70%의 압하율로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c) 단계의 열처리는 상자소둔 방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 열처리는 불활성 가스 분위기에서 850~950℃의 온도로 1~4시간동안 수행되는 것을 제시할 수 있다. 또한, 상기 (b) 단계의 냉간압연은 융점이 상기 (c) 단계의 열처리 온도보다 높은 비금속 물질을 상기 알루미늄박이 적층된 강판 모재의 적어도 일면에 추가로 적층한 상태에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 (c) 단계의 열처리는 융점이 상기 (c) 단계의 열처리 온도보다 높은 비금속 물질을 상기 냉간압연된 결과물의 적어도 일면에 추가로 부착한 상태에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 수지 조성물은 용매 1000 중량부에 대하여, 스틸렌 모노머 200~500 중량부, 아크릴레이트계 물질 400~600 중량부, 실란계 물질 30~60 중량부, 알킬 설페이트 10~50 중량부, 아크릴산 5~20 중량부, 무기 퍼설페이트 1~10중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실란은 이중 결합을 포함하는 제1실란과 3개 이상의 알콕시기를 포함하는 제2실란을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1실란은 비닐 트리메톡시실란 (Vinyl trimethoxysilane), 비닐 트리에톡시실란 (vinyl triethoxysilane), 3-메타아크릴록시프로필 트리메톡시실란 (3-Methacryloxypropyl trimethoxysilane), 비닐 트리클로로실란 (Vinyl trichlorosilane), 3-메타아크릴록시프로필메틸 디메톡시실란 (3-methacryloxypropylmethyl dimethoxysilane), 3-메타아크릴록시프로필메틸 디엑톡시실란 (3-methacryloxypropylmethyl diethoxysilane), 3-메타아크릴록시프로필트리에톡시실란 (3-methacryloxypropyl triethoxysilane) 및 3-아크릴록시프로필 트리메톡시실란 (3-acryloxypropyl trimethoxysilane) 중에서 1종 이상 선택될 수 있다.
또한, 상기 제2실란은 TEOS(Tetraethoxy silane), GPMS(3-glycidoxypropyltrimethoxysilan), MTMS(Methyl trimethoxy silane) 및 (3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane 중 1종 이상 선택될 수 있다.
또한, 상기 아크릴레이트계 물질은 메틸 메타아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트 및 n-부틸 메타아크릴레이트 중에서 1종 이상 선택될 수 있다.
또한, 상기 환원제는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 프로필렌 글리콜(Propylene glycol), 글리세린(Glycerine) 및 부틸 카비톨(Butyl carbitol) 중에서 1종 이상 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법에 의하면, 실리콘 및 알루미늄의 함량을 제한하여 냉간압연성을 확보하고, 아울러 알루미늄박(Al foil)을 이용하여 열처리시에 알루미늄이 강판 내부로 확산되도록 한다. 이에 따라, 최종 제조되는 무방향성 전기강판의 알루미늄의 함량이 증대될 수 있으며, 그 결과 저철손 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법에 의하면, 수지 조성물에 스틸렌 모노머, 아크릴레이트계 물질, 실란계 물질 등을 포함하는 코팅액을 이용하여 절연 코팅층을 형성한 결과, 내식성 및 내열성이 향상될 수 있었다.
이에 따라, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 무방향성 전기 강판의 경우, 내식성과 내열성이 우수하고, 아울러 저철손 효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 내식성 및 내열성이 우수한 저철손 무방향성 전기강판 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법은 알루미늄박 적층 단계(S110), 냉간압연 단계(S120), 열처리 단계(S130) 및 절연 코팅 단계(S140)를 포함한다.
알루미늄박 적층 단계(S110)에서는 강판 모재의 일면 또는 양면에 알루미늄박을 적층한다.
알루미늄박의 경우, 후술하는 열처리 단계(S130)에서 알루미늄의 두께방향으로의 균일한 확산을 위해서, 강판 모재 양면에 적층되어 있는 것이 보다 바람직하다.
알루미늄박의 적층은 접착제를 이용한 방식, 롤을 이용한 방식 등이 이용될 수 있다.
한편, 강판 모재는 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.5%, 실리콘(Si) : 1.5~2.8%, 망간(Mn) : 0.05~1.0%, 인(P) : 0.05% 이하, 황(S) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.5~0.9%, 주석(Sn) : 0.01~0.05%, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.2% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 것이 바람직하다.
이하, 상기 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.
일반적으로 강판의 소재에 포함되는 탄소(C)는 고용 상태로 철(Fe) 원자 격자구조 내에 존재하다가 성형과정에서 이동하여 전위 부분에 자리 잡음으로서 전위의 이동을 방해하여 제품의 성형특성을 악화시키며, 특히 0.5중량%를 초과하여 과다 첨가시 자기시효현상에 의하여 무방향성 전기강판의 자기적 특성이 열화될 수 있다. 다만, 탄소 함량을 0.001중량% 미만으로 조절하기 위해서는 제강 단계에서 비용 소요가 커질 수 있다.
이러한 점을 고려할 때, 탄소는 강판 모재 전체 중량의 0.001~0.5중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
실리콘(Si)은 비저항을 높혀 철손을 낮추는데 기여한다.
상기 실리콘은 강판 모재 전체 중량의 1.5~2.8중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 1.5중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 실리콘의 첨가량이 2.8중량%를 초과하는 경우, 강판의 취성이 증가하여 냉간압연시 강판이 손상될 우려가 있다.
망간(Mn)은 재가열시 석출물의 고용온도를 낮추며 열간압연시 소재 양 끝 부분에 생성되는 크랙을 방지하는 역할을 한다.
상기 망간은 강판 모재 전체 중량의 0.05~1.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간의 첨가량이 0.05 중량% 미만일 경우 열간압연시 크랙에 의한 불량이 발생할 위험이 높아진다. 반대로, 망간의 첨가량이 1.0중량%를 초과할 경우에는 절연 코팅층의 밀착성이 저하될 수 있다.
인(P)의 경우, 과다하게 포함되면 철(Fe)의 확산이 억제되어 과도한 합금화 온도를 필요로 하게 되고, 이러한 온도 상승에 따라 감마-합금상 생성이 촉진되어 파우더링 현상을 야기하는 요인이 되기도 한다.
이러한 점을 고려하여, 상기 인의 함량을 강판 모재 전체 중량의 0.05중량% 이하로 제한하였다.
황(S)은 망간(Mn)과 유화물의 석출물을 형성하는 역할을 하나, 황의 함량이 과다하면 열연공정에서 재가열시 중심편석부의 고용 및 확산이 어려워질 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 상기 황의 함량을 강판 모재 전체 중량의 0.01중량% 이하로 제한하였다.
알루미늄(Al)은 상기 실리콘과 함께 무방향성 전기강판의 철손을 낮추는데 기여한다. 상기 알루미늄은 강판 모재 전체 중량의 0.5~0.9중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 첨가량이 0.5중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과를 충분히 발휘하기 어렵다. 반대로, 알루미늄의 첨가량이 0.9중량%를 초과하면 압연성이 크게 저하되는 문제점이 있다.
주석(Sn)은 자기특성에 유해한 (111)면 강도를 감소시켜 자속밀도를 높이는데 기여한다.
상기 주석은 강판 모재 전체 중량의 0.01~0.05중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 주석의 첨가량이 0.01중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 주석의 첨가량이 0.05중량%를 초과하는 경우, 더 이상의 자속밀도 향상 효과없이 강도 등 기타 기계적 특성을 저하시킬 수 있다.
니켈(Ni)은 전기강판의 철손을 감소시키며 자속밀도를 향상시키는데 기여한다.
상기 니켈은 강판 모재 전체 중량의 0.01~0.2중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈의 첨가량이 0.01중량% 미만인 경우 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 니켈의 첨가량이 0.2중량%를 초과하여 과다한 경우, 압연성을 저하시킬 수 있다.
다음으로, 냉간압연 단계(S120)에서는 알루미늄박이 적층된 강판 모재를 냉간압연한다. 냉간압연 과정에서 알루미늄박은 강판 모재에 압착된다.
냉간압연은 50~70%의 압하율로 수행하는 것이 바람직하다. 냉간압연의 압하율이 50% 미만일 경우는 철손이 증가할 수 있으며, 알루미늄박의 압착력이 저하될 수 있다. 반대로, 압하율이 70%를 초과할 경우에는 고스 집합 조직이 크게 증가하여 방향성을 가질 수 있다.
다음으로, 열처리 단계(S130)에서는 냉간압연된 결과물을 열처리하여, 결정립을 성장시키고 자속밀도를 향상시킨다.
이때, 열처리 과정에서 알루미늄박의 알루미늄 성분이 냉간압연된 강판 내부로 확산되어, 최종 제조되는 무방향성 전기강판의 알루미늄의 함량을 증대시킨다. 이러한 알루미늄 함량 증대에 의하여, 저철손 효과가 향상될 수 있다.
이때, 열처리는 알루미늄의 충분한 확산을 위하여, 연속소둔 방식보다는 상자소둔 방식으로 수행하는 것이 보다 바람직하다.
상자소둔 방식으로 열처리를 수행할 경우, 열처리는 850~950℃에서 1~4시간동안 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 열처리는 강판 표면의 불필요한 산화를 방지하기 위해, 불활성 기체 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 850℃ 미만이거나 열처리 시간이 1시간 미만인 경우, 충분한 결정립 성장을 기대하기 어렵다. 반대로, 열처리 온도가 950℃를 초과하거나 열처리 시간이 4시간을 초과하는 경우, 더 이상의 효과 향상없이 무방향성 전기강판 생산 비용만 증대될 수 있다.
한편, 상기와 바와 같이, 상자소둔 방식으로 열처리를 수행할 경우, 열처리 온도가 알루미늄의 융점(대략 660℃)보다 높기 때문에 알루미늄이 용융되어 권취된 강판이 들러붙을 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 융점이 열처리 온도보다 높은 비금속 물질을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 비금속 물질은 융점이 1100℃ 이상인 실리카 섬유를 제시할 수 있다.
고융점 비금속 물질을 알루미늄박이 적층된 강판 모재의 일면 또는 양면에 추가로 적층한 상태에서 냉간압연할 수 있다. 또한, 고융점 비금속 물질을 냉간압연된 결과물의 일면 또는 양면에 추가로 부착한 상태에서 열처리할 수도 있다.
다음으로, 절연 코팅 단계(S140)에서는 용매, 스틸렌 모노머, 아크릴레이트계 물질, 실란계 물질, 알킬 설페이트, 아크릴산, 무기 퍼설페이트를 포함하는 수지 조성물 100 중량부, 인산화합물 30~60 중량부, 산화칼슘 5~20 중량부 및 환원제 5~20 중량부를 포함하는 코팅액을 상기 열처리된 강판에 도포한 후, 건조시켜 절연 코팅층을 형성한다.
인산니켈, 인산망간 등의 인산화합물과 산화칼슘은 상호 반응하여 내식성 향상에 기여한다. 상기 인산화합물의 경우 수지 조성물 100 중량부 대비 30~60 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 상기 산화칼슘의 경우, 수지 조성물 100 중량부 대비 5~20 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 인산화합물 및 산화칼슘은 상기 제시된 첨가 범위에서 용액안정성 저하를 방지하면서 내식성 부여에 충분한 화합물을 형성하며, 미반응된 인산화합물 혹은 산화칼슘이 석출되는 것을 방지할 수 있다.
환원제는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 글리세린(Glycerine), 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 부틸 카비톨(Butyl carbitol) 등을 1종 이상 사용할 수 있다. 환원제의 첨가량은 수지 조성물 100 중량부 대비 5~20 중량부인 것이 바람직하다. 환원제의 첨가량이 5 중량부 미만일 경우 내식성이 저하될 수 있다. 반대로 환원제의 첨가량이 20 중량부를 초과하는 경우 코팅액 내에서 환원 반응이 진행되어, 용액 안정성이 저하될 수 있다.
상기 수지 조성물은 물, 알코올, 아세톤 등의 용매 1000 중량부에 대하여, 스틸렌 모노머 200~500 중량부, 아크릴레이트계 물질 400~600 중량부, 실란계 물질 30~60 중량부, 알킬 설페이트 10~50 중량부, 아크릴산 5~20 중량부, 무기 퍼설페이트 1~10중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
스틸렌 모노머는 절연 코팅층의 경도를 향상시키고, 광택을 부여하는 역할을 한다. 상기 스틸렌 모너머는 용매 1000 중량부에 대하여, 200~500 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 스틸렌 모노머의 함량이 200 중량부 미만이면, 코팅층의 경도 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 스틸렌 모노머의 함량이 500 중량부를 초과하면 코팅층의 경도가 높아져서 열처리된 강판과의 밀착성이 저하될 수 있다.
아크릴레이트계 물질은 코팅층에 광택 및 평활성, 부착성을 부여하며, 내스크래치성 향상에 기여한다.
이러한 아크릴레이트계 물질은 지방족 그룹을 갖는 아크릴레이트를 이용할 수 있으며, 그 예로, 메틸 메타아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트 및 n-부틸 메타아크릴레이트 중에서 1종 이상을 제시할 수 있다.
상기 아크릴레이트계 물질은 용매 1000 중량부에 대하여, 400~600 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 아크릴레이트계 물질의 함량이 400 중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 아크릴레이트계 물질의 함량이 600 중량부를 초과하는 경우 점도를 과도하게 상승시키고, 용액 안정성을 저하시킬 수 있다.
실란계 물질은 이중결합을 갖는 제1실란과 3 이상의 알콕시기를 갖는 제2실란을 혼용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제1실란의 알콕시기와 제2실란이 축합반응을 하여, 내식성 및 내열성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 제1실란은 비닐 트리메톡시실란 (Vinyl trimethoxysilane), 비닐 트리에톡시실란 (vinyl triethoxysilane), 3-메타아크릴록시프로필 트리메톡시실란 (3-Methacryloxypropyl trimethoxysilane), 비닐 트리클로로실란 (Vinyl trichlorosilane), 3-메타아크릴록시프로필메틸 디메톡시실란 (3-methacryloxypropylmethyl dimethoxysilane), 3-메타아크릴록시프로필메틸 디엑톡시실란 (3-methacryloxypropylmethyl diethoxysilane), 3-메타아크릴록시프로필트리에톡시실란 (3-methacryloxypropyl triethoxysilane) 및 3-아크릴록시프로필 트리메톡시실란 (3-acryloxypropyl trimethoxysilane) 중에서 1종 이상 선택될 수 있다.
그리고, 제2실란은 TEOS(Tetraethoxy silane), GPMS(3-glycidoxypropyltrimethoxysilan), MTMS(Methyl trimethoxy silane) 및 (3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane 중 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 실란계 물질은 용매 1000 중량부에 대하여, 30~60로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 용매 1000중량부에 대하여, 제1실란 15~30중량부, 제2실란 15~30중량부가 포하되는 것을 제시할 수 있다. 실란계 물질의 첨가량이 30 중량부 미만일 경우, 소재와의 부착력, 내식성, 내열성 향상이 불충분하다. 반대로, 실란의 첨가량이 60 중량부를 초과하는 경우, 부착성 등의 더 이상의 효과 향상없이 경제성이 저하될 수 있다.
알킬 설페이트는 음이온 계면 활성제로서 작용한다. 알킬 설페이트는 친수기가 음이온에 해리하며, 표면 장력을 저하시켜 에멀젼 형태의 수지 조성물 합성을 용이하게 한다.
이러한 알킬 설페이트는 용매 1000 중량부에 대하여, 10~50 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 알킬 설페이트의 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 수지 조성물의 합성 과정에서 안정성을 확보할 수 없다. 반대로, 알킬 설페이트의 함량이 50 중량부를 초과하여 첨가되면 코팅액의 에멀전 입자 사이즈가 지나치게 작아지며, 내식성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
아크릴산은 반응 안정성, 용액 안정성 등에 기여한다.
상기 아크릴산은 용매 1000 중량부에 대하여, 5~20 중량부로 사용되는 것이 바람직하다 아크릴산의 함량이 5 중량부 미만일 경우, 용액 안정성 등의 효과가 불충분하다. 반대로, 아크릴산의 함량이 물 1000 중량부 대비 20 중량부를 초과하는 경우 점도가 과도하게 상승하고, 내수성이 저하되는 문제점이 있다.
무기 퍼설페이트는 중합 개시제로서의 역할을 한다.
이러한 무기 퍼설페이트는 암모늄 퍼설페이트, 포타슘 퍼설페이트 등이 이용될 수 있다.
상기 무기 퍼설페이트는 용매 1000중량부에 대하여, 1~10중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 무기 퍼설페이트의 사용량이 1 중량부 미만일 경우, 반응 시간이 과다하게 길어지는 문제점이 있다. 반대로, 무기 퍼설페이트의 사용량이 10 중량부를 초과하는 경우, 급격한 반응에 의하여 반응안정성이 저하된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 무방향성 전기강판 제조
아래와 같은 조건으로, 실시예 1~3 및 비교예 1~2에 따른 무방향성 전기강판을 제조하였다.
실시예 1
중량%로, C : 0.003%, Si : 2.5%, Mn : 0.4%, P : 0.01%, S : 0.005%, Al : 0.6%, Sn : 0.02%, Ni : 0.05% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 열연강판의 양면에 두께 50㎛의 알루미늄박(동부 알미늄 제조)을 적층한 후 실리카 섬유(한솔신소재 제조)를 부착하고, 60%의 압하율로 냉간압연하였다.
이후, 냉간압연된 강판을 권취한 상태에서 900℃에서 3시간동안 상자소둔 방식으로 열처리를 수행하였다. 이때, 열처리는 질소 분위기 하에서 수행하였다.
이 후, 열처리된 강판 표면에 수지 조성물 100 중량부, 인산니켈 40 중량부, 산화칼슘 10 중량부 및 부틸카비톨 10 중량부로 이루어진 코팅액을 롤 코터를 이용하여 코팅한 후, 건조로에서 건조하여 절연 코팅층을 형성하였다.
이때, 수지 조성물은 물 1000 중량부에 대하여, 스틸렌 모노머 200~500 중량부, n-부틸 아크릴레이트 500 중량부, 3-메타아크릴록시프로필 트리메톡시실란 20중량부, TEOS 20중량부, 소듐 C12-18알킬 설페이트 30 중량부, 아크릴산 10 중량부, 암모늄 퍼설페이트 5중량부로 이루어졌다.
실시예 2
중량%로, C : 0.005%, Si : 2.0%, Mn : 0.8%, P : 0.02%, S : 0.005%, Al : 0.8%, Sn : 0.03%, Ni : 0.1% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 열연강판의 양면에 두께 50㎛의 알루미늄박(동부 알미늄 제조)을 적층한 후 실리카 섬유(한솔신소재 제조)를 부착하고, 60%의 압하율로 냉간압연하였다.
이후, 냉간압연된 강판을 권취한 상태에서 880℃에서 4시간동안 상자소둔 방식으로 열처리를 수행하였다. 이때, 열처리는 아르곤 분위기 하에서 수행하였다.
이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 절연 코팅층을 형성하였다.
실시예 3
중량%로, C : 0.02%, Si : 2.8%, Mn : 0.2%, P : 0.01%, S : 0.005%, Al : 0.6%, Sn : 0.02%, Ni : 0.05%및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 열연강판의 양면에 두께 50㎛의 알루미늄박(동부 알미늄 제조)을 적층한 후, 65%의 압하율로 냉간압연하였다.
이후, 냉간압연된 강판 양면에 실리카 섬유(한솔신소재 제조)를 부착하여 권취한 상태에서, 920℃에서 3시간동안 상자소둔 방식으로 열처리를 수행하였다. 이때, 열처리는 질소 분위기 하에서 수행하였다.
이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 절연 코팅층을 형성하였다.
비교예 1
중량%로, C : 0.005%, Si : 2.5%, Mn : 0.8%, P : 0.02%, S : 0.005%, Al : 0.8%, Sn : 0.03%, Ni : 0.1% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 열연강판을 60%의 압하율로 냉간압연하였다.
이후, 냉간압연된 강판을 권취한 상태에서 900℃에서 4시간동안 상자소둔 방식으로 열처리를 수행하였다. 이때, 열처리는 질소 분위기 하에서 수행하였다.
이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 절연 코팅층을 형성하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 강 조성을 가지며, 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄박 적층, 냉간압연 및 열처리된 조건으로 열처리된 강판 표면에, 일반적으로 무방향성 전기강판의 표면에 행해지고 있는 유무기복합코팅인 C-6 코팅을 수행하였다.
2. 물성평가
(1) 물성평가 방법
1) 철손
철손은 자속밀도 1.7T 및 주파수 50Hz 에서의 철손값(W/kg)을 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다.
2) 내식성
내식성은 ASTM B117에 규정한 방법에 의거하여 시간의 경과에 따른 적청 발생율을 확인하여 내식성을 측정하고, 다음 기준으로 평가하였다.
우수 : 적청발생이 72시간 이상에서 발생
양호 : 적청발생이 48시간 이상~72시간 미만에서 발생
불량 : 적청발생이 48시간 미만에서 발생
3) 절연성
절연성은 절연 코팅된 무방향성 전기강판의 전기전도율을 측정하였으며 300 PSI 압력하에서 입력 0.5V, 1.0A의 전류를 통하였을 때의 수납 전류값(10-3 amps)으로 나타내었다.
4) 굴곡성
굴곡성은 절연 코팅된 무방향성 전기강판을 10mmΦ 맨드럴 봉을 이용하여 굴곡하고 굴곡된 부위에 점착테이프를 붙였다 떼어서 절연피막의 탈락을 확인하여 다음 기준으로 평가하였다.
우수 : 10mmΦ 에서 절연피막 탈락율 0%
양호 : 10mmΦ 에서 절연피막 탈락율 5% 이하
불량 : 10mmΦ 에서 절연피막 탈락율 5% 이상
5) SRA 특성
SRA(Stress Relief Annealing) 특성은 절연 코팅된 무방향성 전기강판을 적층하여 질소 분위기에서 750℃에서 2시간 열처리한 후 굴곡성 평가방법과 동일한 방법으로 평가하였다.
(2) 물성평가 결과
상기의 실시예 1~3 및 비교예1~2에 따라 제조된 무방향성 전기강판을 시료로 사용하여 철손, 내식성, 절연성, 굴곡성 및 SRA 특성을 평가한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00001
표 1을 참조하면, 알루미늄박을 이용한 실시예 1~3의 경우, 그렇지 않은 비교예 1에 비하여 철손이 현저히 낮아진 것을 볼 수 있다. 실시예 1~3 및 비교예 1에서 다른 요인이 거의 비슷함을 고려할 때, 이러한 실시예 1~3의 낮은 철손은 제조된 무방향성 전기강판 내의 알루미늄 함량 증가에 기인한 것으로 볼 수 있고, 이는 열처리시 알루미늄박의 알루미늄이 강판 내부로 확산되었기 때문이라 볼 수 있다.
또한, 본 발명에서 제시한 조건을 만족하는 실시예 1~3 및 비교예 1의 경우, 내식성, 절연성, 굴곡성 및 SRA 특성이 모두 우수하였다. 반면, 일반적인 C-6 절연코팅이 수행된 비교예 2의 경우 내식성, SRA 특성 등의 불량이 발생하였다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 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.
S110 : 알루미늄박 적층 단계
S120 : 냉간 압연 단계
S130 : 열처리 단계
S140 : 절연 코팅 단계

Claims (14)

  1. (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.5%, 실리콘(Si) : 1.5~2.8%, 망간(Mn) : 0.05~1.0%, 인(P) : 0.05% 이하, 황(S) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.5~0.9%, 주석(Sn) : 0.01~0.05%, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.2% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강판 모재의 일면 또는 양면에 알루미늄박을 적층하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 냉간압연하여 상기 알루미늄박을 압착하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계의 결과물을 열처리하여, 상기 알루미늄박의 알루미늄을 상기 냉간압연된 강판 내부로 확산시키는 단계; 및
    (d) 용매, 스틸렌 모노머, 아크릴레이트계 물질, 실란계 물질, 알킬 설페이트, 아크릴산, 무기 퍼설페이트를 포함하는 수지 조성물 100 중량부, 인산화합물 30~60 중량부, 산화칼슘 5~20 중량부 및 환원제 5~20 중량부를 포함하는 코팅액을 상기 (c) 단계의 결과물에 도포한 후, 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 냉간압연은
    50~70%의 압하율로 수행되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 열처리는
    상자소둔 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열처리는
    불활성 가스 분위기에서 850~950℃의 온도로 1~4시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 냉간압연은
    융점이 상기 (c) 단계의 열처리 온도보다 높은 비금속 물질을 상기 알루미늄박이 적층된 강판 모재의 적어도 일면에 추가로 적층한 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비금속 물질은
    실리카 섬유인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 열처리는
    융점이 상기 (c) 단계의 열처리 온도보다 높은 비금속 물질을 상기 냉간압연된 결과물의 적어도 일면에 추가로 부착한 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수지 조성물은
    용매 1000 중량부에 대하여, 스틸렌 모노머 200~500 중량부, 아크릴레이트계 물질 400~600 중량부, 실란계 물질 30~60 중량부, 알킬 설페이트 10~50 중량부, 아크릴산 5~20 중량부, 무기 퍼설페이트 1~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 실란계 물질은
    이중 결합을 포함하는 제1실란 및 3개 이상의 알콕시기를 포함하는 제2실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1실란은
    비닐 트리메톡시실란 (Vinyl trimethoxysilane), 비닐 트리에톡시실란 (vinyl triethoxysilane), 3-메타아크릴록시프로필 트리메톡시실란 (3-Methacryloxypropyl trimethoxysilane), 비닐 트리클로로실란 (Vinyl trichlorosilane), 3-메타아크릴록시프로필메틸 디메톡시실란 (3-methacryloxypropylmethyl dimethoxysilane), 3-메타아크릴록시프로필메틸 디엑톡시실란 (3-methacryloxypropylmethyl diethoxysilane), 3-메타아크릴록시프로필트리에톡시실란 (3-methacryloxypropyl triethoxysilane) 및 3-아크릴록시프로필 트리메톡시실란 (3-acryloxypropyl trimethoxysilane) 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2실란은
    TEOS(Tetraethoxy silane), GPMS(3-glycidoxypropyltrimethoxysilan), MTMS(Methyl trimethoxy silane) 및 (3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane 중 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 아크릴레이트 물질은
    메틸 메타아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트 및 n-부틸 메타아크릴레이트 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 환원제는
    에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 프로필렌 글리콜(Propylene glycol), 글리세린(Glycerine) 및 부틸 카비톨(Butyl carbitol) 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 기재된 방법으로 제조된 무방향성 전기 강판.
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