KR20150074296A - 투자율이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 1.5 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.50 중량%의 Mn, 0.0005 내지 0.02 중량%의 Al, 0.001 내지 0.15 중량%의 P, 0.004 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 C, 0.0001 내지 0.01 중량%의 S, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 N, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 Ti, 0.01 내지 0.15 중량%의 Sn, 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 무방향성 전기강판에 따르면, 투자율이 높은 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다.

Description

투자율이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET HAVING SUPERIOR MAGNETIC PERMEABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 투자율이 우수하며, 특히 1T 및 1.5T에서의 투자율이 크게 향상된 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 전기기기의 에너지 효율을 결정하는데 중요한 역할을 하는데, 그 이유는 무방향성 전기강판이 모터, 발전기 등의 회전 기기와 소형 변압기 등의 정지기기에서 철심용 재료로 사용되어 전기적 에너지를 기계적 에너지로 바꾸어 주는 역할을 하기 때문이다.

전기강판의 자기적 특성으로는 철손과 자속밀도를 들 수 있는데, 철손은 에너지 손실이기 때문에 낮을수록 좋다. 한편 자화가 쉽게 되는 성질을 나타내는 투자율이 높은 경우 더 적은 전류를 인가해도 동일한 자속밀도를 얻을 수 있기 때문에, 권선된 구리선에서 발생하는 열인 동손을 감소시킬 수 있어 동손이 큰 기기의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

자속밀도는 주어진 자화힘에서 얻어진 자속밀도 값(단위:T)으로 평가되는데 이 값을 주어진 자화힘(단위:A/m)과 진공에서의 투자율인 μ0=4π*10^{- 7}으로 나눈 값을 투자율로 정의하고 이 값이 클수록 더 적은 자화힘으로 더 높은 자속밀도를 얻을 수 있다.

무방향성 전기강판의 중요한 지표인 철손은 자화에 의한 에너지 손실을 나타내는 값으로, 모터 등 회전기기는 물론 대형 변압기등 정지기기의 전력 효율에 큰 영향을 미치는 요소이다. 특히 저자장 영역에서 사용될 경우에는 발생하는 동손이 적기 때문에 철손이 기기의 전체효율을 좌우하게 된다. 하지만 1.5T 이상까지의 고자장영역에서 사용되는 기기인 소형 모터나 소형 변압기 등에서는 철손만큼 동손이 중요하거나 보다 더 중요할 수 있기 때문에, 동손을 낮출 수 있는 무방향성 전기강판의 사용이 필수적이다.

전기기기의 동손을 개선하기 위해서는 권선된 구리선에 흐르는 전류의 량을 줄어거나 구리선의 길이를 줄여 전기가 흐를 때 도체의 전기 저항에 의해 발생하는 줄 열을 줄여야 한다. 따라서 보다 적은 자화힘에서 높은 자속밀도를 얻을 수 있는 방법으로 철심 재료로 사용되는 무방향성 전기강판의 불순물 저감이나 결정립 크기 향상을 비롯한 다양한 방법이 사용된다. Si이나 Mn 혹은 Al등 강판의 비저항을 향상시켜 유도되는 철손을 감소시키고 이를 통해 철손을 저감시키는 원소들은 포화 자속밀도를 감소시키기 때문에 동손이 큰 기기에서는 사용이 제한된다.

인버터 구동의 AC 모터 등에서는 전기강판이 1.0T 전후의 자속밀도를 갖게끔 자화가 일어나기 때문에 이 부근까지 자화시키기 위한 자화힘을 통해 계산되는 투자율은 전동기기의 효율과 매우 상관관계가 깊다. 또 종래에 무방향성 전기강판의 자기특성을 나타내는 지표로 쓰이는 W15/50 철손은 50Hz 주파수에서 1.5T까지 자화될 때의 에너지 손실로 평가하는데, 고자장 부근에서 사용되는 모터의 효율과 상관관계가 있는 지표로 이때의 투자율도 고자장 영역에서 기동되는 기기에 중요한 의미를 갖는다.

무방향성 전기강판의 자기적 성질 중, 철손을 개선하기 위해서는 전기 저항 증가를 위해 비저항이 큰 합금 원소를 첨가하는 방법이 일반적으로 사용된다. 그러나 합금 원소를 첨가하게 되면 철손은 감소하지만 자속밀도 및 투자율의 감소 역시 피할 수 없다.

따라서 철손을 낮추면서 동시에 자속밀도 및 투자율 특성도 향상시키기 위하여 불순물의 양을 극저화시킨 청정강을 이용하거나 Ti, V 등 미량 합금 원소의 첨가하는 기술 등이 사용되고 있다. 그러나 이러한 기술들은 모두 제조 원가의 상승을 야기하고 있으며, 미세한 석출물의 형성으로 인하여 자성이 저하되는 문제를 해결하지는 못하고 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 철손이 낮고 투자율이 높은 무방향성 전기강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면,

1.5 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.50 중량%의 Mn, 0.0005 내지 0.02 중량%의 Al, 0.001 내지 0.15 중량%의 P, 0.004 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 C, 0.0001 내지 0.01 중량%의 S, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 N, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 Ti, 0.01 내지 0.15 중량%의 Sn, 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 무방향성 전기강판을 제공한다.

본 발명의 일 실시예예 따르면, 0.15 중량% 0.0001 내지 0.15 중량%의 Sb를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예예 따르면, 상기 무방향성 전기강판에서 상기 Al, Sn, Sb, 및 P는 [Al]<[Sn]+[Sb], 및 [Al]<[Sn]+[P] (단, 여기서 [Al], [Sn], [Sb], [P]는 각각 Al, Sn, Sb, P의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)를 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예예 따르면, 상기 무방향성 전기강판에서 상기 Sn, Sb 및 P는 [Sn]+[Sb]+[P] 는 0.03 내지 0.30 (단, 여기서 [Sn], [Sb], [P]는 각각 Sn, Sb, P의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)을 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예예 따르면, 상기 무방향성 전기강판은 Cu, Ni, 및 Cr를 각각 0.05 중량% 이하로, Zr, Mo, 및 V를 각각 0.01 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예예 따르면, 0.5 mm 또는 그 이하 두께의 무방향성 전기강판에 대하여, 50Hz 교류에서 자속밀도 1.0T 및 1.5T 사인파로 자화하였을 때의 투자율을 μ10과 μ15으로 하고 압연방향과 압연 수직방향의 자성을 측정기(SST)를 이용하여 측정하여 평균하였을 때, μ10은 8000 이상이고 μ15은 1800 이상인 조건을 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예예 따르면, 0.5 mm 또는 그 이하 두께의 무방향성 전기강판에 대하여, 50Hz 교류에서 자속밀도 1.0T 및 1.5T 사인파로 자화하였을 때의 철손을 각 W10/50 과 W15/50으로 하고 압연방향과 압연 수직방향의 자성을 측정기(SST)를 이용하여 측정하여 평균하였을 때, W10/50이 1.5W/kg 이하이고 W15/50은 4.0W/kg 이하인 조건을 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예예 따르면, 0.35 mm 또는 그 이하 두께의 무방향성 전기강판에 대하여, 50Hz 교류에서 자속밀도 1.0T 및 1.5T 사인파로 자화하였을 때의 철손을 각 W10/50 과 W15/50으로 하고 압연방향과 압연 수직방향의 자성을 측정기(SST)를 이용하여 측정하여 평균하였을 때, W10/50이 1.3W/kg 이하이고 W15/50이 3.0W/kg 이하인 조건을 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,

1.5 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.50 중량%의 Mn, 0.0005 내지 0.02 중량%의 Al, 0.001 내지 0.15 중량%의 P, 0.004 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 C, 0.0001 내지 0.01 중량%의 S, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 N, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 Ti, 0.01 내지 0.15 중량%의 Sn, 0.15 중량% 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 열간압연하여 강판을 제조하는 단계;

상기 열간압연된 강판에 대하여 950 내지 1200℃에서 열연판 소둔하는 단계;

상기 열연판 소둔된 강판에 대하여 냉간 압연하는 단계; 및

상기 냉간 압연된 강판에 대하여 950 내지 1120℃에서 냉연판 소둔하는 단계를 포함하며, 상기 열연판 소둔하는 단계와 최종 소둔하는 단계는, 700℃ 미만까지의 온도에서는 적어도 1초 이상을 초당 15℃ 이상의 승온 속도로 하고 700℃ 이상의 온도에서는 적어도 1초 이상을 초당 10℃ 이상의 승온 속도로 승온하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의한 무방향성 전기강판에 따르면, 1T 및 1.5T 에서의 투자율이 높은 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 방향성 전기강판의 제조방법에 따르면 Al, Sn, Sb, P의 첨가량을 제어하고, 열연판 소둔과 냉연판 소둔의 승온 속도를 제어하여 최종 소둔 이후 제품판에서 압연방향과 압연 수직 방향의 자성을 평균하여 W10/50, W15/50 철손으로 하고, 이때의 투자율을 μ10과 μ15이라 할 때, μ10이 8000 이상이고 한편 μ15는 1800 이상으로 철손이 낮고 투자율이 높은 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다.

상기와 같이 제조된 무방향성 전기강판은, 고효율 AC 전동기나 고출력 소형 AC 전동기, AC 인버터 전동기 및 저자장에서 사용되는 대형 변압기와 고자장에서 사용되는 소형 변압기 등의 효율 및 성능을 향상시키기 위한 철심 재료로써 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 대하여 보다 자세하게 설명한다.

본 발명의 무방향성 전기강판은 1.5 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.50 중량%의 Mn, 0.0005 내지 0.02 중량%의 Al, 0.001 내지 0.15 중량%의 P, 0.004 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 C, 0.0001 내지 0.01 중량%의 S, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 N, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 Ti, 0.01 내지 0.15 중량%의 Sn, 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명의 무방향성 전기강판에 포함되는 각 성분 및 수치한정 이유에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 무방향성 전기강판은 약 1.5 내지 약 4.0 중량%의 Si를 포함한다.

상기 Si는 강의 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추는 성분이기 때문에 첨가되는 주요 원소로서, 1.5 중량% 미만에서는 저철손 특성을 얻기 어렵고, 1000℃ 이상에서 소둔하면 상변태를 하기 때문에, 1.5 중량% 이상으로 할 필요가 있다. 반면, 4.0 중량%를 초과하여 첨가되면 냉간 압연의 가공이 극도로 어려워지기 때문에 본 발명에서는 Si의 함량을 1.5 내지 4.0 중량%로 한정한다.

본 발명의 무방향성 전기강판은 약 0.01 내지 약 0.50 중량%의 Mn을 포함한다.

상기 Mn은 Si, Al등과 더불어 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 효과가 있기 때문에 기존의 무방향성 전기강판에서는 Mn을 적어도 0.05 중량%이상 첨가함으로써 철손을 개선하려고 하였으나, Mn 첨가량이 증가할수록 포화자속밀도가 감소하기 때문에 일정한 전류가 인가되었을 시의 자속밀도가 감소한다. 따라서 자속밀도 향상 및 개재물에 의한 철손 증가 방지를 위하여 본 발명에서는 Mn 첨가량을 0.01 내지 0.50 중량%로 한정하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.05 내지 0.30 중량%로 Mn함량을 최소화하도록 한다.

본 발명의 무방향성 전기강판은 0.0005 내지 0.02 중량%의 Al을 포함한다.

상기 Al은 제강공정에서 강의 탈산을 위하여 불가피하게 첨가되는 원소로서 일반적인 제강공정에서는 0.01 중량% 이상의 Al이 강중에 존재하게 된다. 하지만 다량 첨가시 포화 자속밀도를 감소시키고 미세한 AlN을 형성시켜 결정립 성장을 억제하여 자성을 저하시키기 때문에 0.0005 내지 0.02 중량%로 한정하고, 보다 바람직하게는 0.01 중량% 이하로 한다. 즉, 비저항 원소로 첨가되는 Al은 미세한 질화물을 형성하여 자성을 열위하게 만드는 원인이 된다. 무방향성 전기강판에서 게재물의 크기가 미세할 경우 자구벽의 이동에 방해가 되어 자성을 열화시키므로 조대한 개재물의 형성 빈도를 높일 필요성이 있다.

이에 따라 본 발명의 무방향성 전기강판은 Si, Mn, Sn, Sb, P를 첨가한 성분계에서 Al의 첨가량을 조절하여 그 첨가량을 0.0005 내지 0.02 중량%로, 보다 바람직하게는 0.0005 내지 0.01 중량%로 하며, 또한 S를 0.0001 내지 0.01 중량%의 범위로 제어함으로써 미세한 AlN 및 MnS 등의 개재물의 생성을 억제하여 자성을 개선하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무방향성 전기강판은 0.001 내지 0.15 중량%의 P를 포함한다.

상기 P는 비저항을 증가시켜 철손을 낮추며 결정립계에 편석함으로써 자성에 유해한 {111} 집합 조직의 형성을 억제하고 유리한 집합조직인 {100}을 형성하나 0.15 중량%를 초과하여 첨가되면 압연성을 저하시키므로 0.001 내지 0.15 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한, P는 강의 판면에서의 {100}면의 표면에너지를 낮추는 원소로 P함량을 보다 많이 함유시킴으로써 표면에 편석되는 P의 량이 많아지고 이에 따라 자성에 유리한 {100}면의 표면에너지를 더욱 낮추어서 소둔 중 자성에 유리한 {100}면을 갖는 결정립의 성장 속도를 향상시키는 것이 가능하다.

본 발명의 무방향성 전기강판은 0.004 중량% 이하의 C를 포함한다. 단, 0 중량%는 제외한다.

C은 많이 첨가될 경우 오스테나이트 영역을 확대하며 상변태 구간을 증가시키고 소둔시 페라이트의 결정립 성장을 억제하여 철손을 높이는 효과를 나타내며, Ti등과 결합하여 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용시 자기시효에 의하여 철손을 높이기 때문에 본 발명에서는 C의 함량을 0.004 중량% 이하로 한정한다.

본 발명의 무방향성 전기강판은 0.0001 내지 0.01 중량%의 S를 포함한다.

S는 자기적 특성에 유해한 MnS, CuS 및 (Cu, Mn)S 등의 황화물을 형성하는 원소이므로 철손의 증가를 억제하기 위하여 낮게 첨가하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 하지만 S가 강의 표면에 편석되었을 때 {100}면의 표면에너지를 낮추는 효과가 있으므로 S의 첨가에 의하여 자성에 유리한 {100}면이 강한 집합조직을 얻을 수 있기도 하다. 단, 0.01 중량%를 초과하여 첨가될 경우는 결정립계의 편석에 의하여 가공성이 크게 저하되고 표면 편석으로 인한 코팅 등의 문제가 있어 그 첨가량을 상기와 같이 제한한다.

본 발명의 무방향성 전기강판은 0.003 중량% 이하의 N을 포함한다. 단, 0 중량%는 제외한다.

N는 Al, Ti등과 강하게 결합함으로써 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하는 등 자성에 해로운 원소이므로 적게 함유시키는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 0.003 중량% 이하로 한정한다.

본 발명의 무방향성 전기강판은 0.003 중량% 이하의 Ti을 포함한다. 단, 0 중량%는 제외한다.

Ti는 미세한 탄화물과 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하며 많이 첨가될수록 증가된 탄화물과 질화물로 인해 집합조직도 열위하게 되어 자성이 나빠지게 되므로 본 발명에서는 0.003 중량% 이하로 한정한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 무방향성 전기강판은 0.01 내지 0.15 중량%의 Sn을 포함한다.

Sn은 결정립계에 편석하여 결정립계를 통한 질소의 확산을 억제하며 집합조직을 개선하기 때문에 첨가한다. Sn이 0.01 중량% 미만으로 첨가되면 상기의 효과를 기대하기 어렵고, 0.15 중량%를 초과하여 첨가되면 압연성상이 나빠지기 때문에 Sn의 함량은 0.01 내지 0.15 중량%로 제한한다.

본 발명의 무방향성 전기강판은 0.0001 내지 0.15 중량% 이하의 Sb를 더 포함할 수 있다.

Sb는 결정립계에 편석하여 결정립계를 통한 질소의 확산을 억제하며 집합조직을 개선하기 때문에 첨가하는 원소로서, 0.0001 중량% 미만으로 포함되면 그 효과를 기대하기 어렵고, 0.15 중량%를 초과하여 첨가되면 압연성상이 나빠지기 때문에 Sb의 함량은 0.15 중량% 이하로 제한한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 조성에서 상기 Sn, Sb 및 P는 [Sn]+[Sb]+[P]는 0.03 내지 0.30을 만족할 수 있다. 단, 여기서 [Sn], [Sb], [P]는 각각 Sn, Sb, P의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다.

상기 Sn, Sb 및 P는 결정립계에 편석원소로써 결정립계를 통한 질소의 확산을 억제하며 최종 소둔시 결정립계의 이동 속도를 제어하는 역할을 통하여 자성에 유리한 결정립의 성장을 도와 최종 제품판의 저자장 영역에서 높은 자속밀도 특성을 부여한다. 이때 Sn, Sb, P는 그 합이 0.30 중량%를 초과하여 첨가하면 결정립 성장을 억제하여 철손을 크게 증가시키고, 또 석출물량이 크게 늘어 철손을 증가시키는 문제가 있고, 또 냉간 압연시 압연성도 나빠지기 때문에 Sn, Sb 및 P의 함량의 합은 0.03 내지 0.30 중량%로 한정한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 Al, Sn, Sb, 및 P는 [Al]<[Sn]+[Sb], 및 [Al]<[Sn]+[P]를 만족할 수 있다. 단, 여기서 [Al], [Sn], [Sb], [P]는 각각 Al, Sn, Sb, P의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다.

이와 같이 Al, Sn, Sb, 및 P은 각각의 함량 범위를 만족하면서 부가적으로 각 원소 간의 함량 관계를 적절한 범위로 제어할 때 자성이 더욱 향상되는 상승 효과를 얻을 수 있다.

상기 원소 외에 제강 공정에서 불가피하게 첨가되는 원소를 더 포함할 수 있으나, Cu, Ni, 및 Cr의 경우 불순물 원소들과 반응하여 미세한 황화물, 탄화물 및 질화물을 형성하여 자성에 유해한 영향을 미치므로 본 발명의 무방향성 전기강판에 있어서, Cu, Ni, 및 Cr 함유량을 각각 0.05 중량% 이하로 제한한다.

또한, Zr, Mo, 및 V 등도 강력한 탄질화물 형성 원소이기 때문에 가능한 첨가되지 않는 것이 바람직하며, 본 발명의 무방향성 전기강판에 있어서, Zr, Mo, 및 V의 함량은 각각 0.01 중량% 이하로 함유되도록 한다.

상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

상술한 본 발명의 무방향성 전기강판은, μ10이 8000 이상이고 μ15이 1800이상일 수 있다.

이때, 자성의 측정은 0.5 mm 또는 그 이하 두께의 무방향성 전기강판에 대하여, 50Hz 교류에서 자속밀도 1.0T 및 1.5T의 사인파로 본 발명의 무방향성 전기강판을 자화하였을 때의 에너지 손실을 각 W10/50, W15/50 철손으로 하고, 이때의 투자율을 μ10과 μ15로 하여 압연 방향과 압연 수직방향으로 각각 측정한 후 평균한 값을 W10/50, W15/50, μ10과 μ15으로 할 때, 본 발명의 무방향성 전기강판의 자성 측정값의 평균값이, μ10이 8000 이상이고 한편 μ15는 1800 이상인 조건을 만족할 수 있다.

또한, 0.5 mm 또는 그 이하 두께의 본 발명의 무방향성 전기강판에서 W10/50이 1.5W/kg 이하이고 W15/50은 4.0W/kg 이하일 수 있다. 또한, 0.35 mm 또는 그 이하 두께의 본 발명의 무방향성 전기강판에서 W10/50이 1.3W/kg 이하이고 W15/50이 3.0W/kg 이하이고, 그 이하 두께의 시편에서 W10/50이 1W/kg 이하이고 W15/50이 2.3W/kg 이하일 수 있다.

상술한 본 발명의 무방향성 전기강판은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 전기강판 제조방법에 의해 제조될 수도 있지만, 하기 제조방법을 통하여 제조하는 것이 보다 바람직하다.

즉, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 본 발명의 무방향성 전기강판의 제조방법은 1.5 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.50 중량%의 Mn, 0.0005 내지 0.02 중량%의 Al, 0.001 내지 0.15 중량%의 P, 0.004 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 C, 0.0001 내지 0.01 중량%의 S, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 N, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 Ti, 0.01 내지 0.15 중량%의 Sn, 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 열간압연하여 강판을 제조하는 단계;

상기 열간압연된 강판에 대하여 950 내지 1200℃에서 열연판 소둔하는 단계;

상기 열연판 소둔된 강판에 대하여 냉간 압연하는 단계; 및

상기 냉간 압연된 강판에 대하여 950 내지 1120℃에서 냉연판 소둔하는 단계를 포함하며, 상기 열연판 소둔하는 단계와 최종 소둔하는 단계는, 700℃ 미만까지의 온도에서는 적어도 1초 이상을 초당 15℃ 이상의 승온 속도로 하고 700℃ 이상의 온도에서는 적어도 1초 이상을 초당 10℃ 이상의 승온 속도로 승온하는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기 본 발명의 무방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하에서 특별히 설명하지 않는 조건은 통상의 조건에 준하는 것으로 한다.

먼저, 본 발명의 무방향성 전기강판은 상술한 바대로, 1.5 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.50 중량%의 Mn, 0.0005 내지 0.02 중량%의 Al, 0.001 내지 0.15 중량%의 P, 0.004 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 C, 0.0001 내지 0.01 중량%의 S, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 N, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 Ti, 0.01 내지 0.15 중량%의 Sn, 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 준비하여 이로부터 제조된다.

또한, 상기 슬라브는 0.0001 내지 0.15 중량%의 Sb를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 슬라브는 상기 Al, Sn, Sb, 및 P는 [Al]<[Sn]+[Sb], 및 [Al]<[Sn]+[P] (단, 여기서 [Al], [Sn], [Sb], [P]는 각각 Al, Sn, Sb, P의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)를 만족할 수 있다.

또한, 상기 슬라브는 Sn, Sb 및 P는 [Sn]+[Sb]+[P] 는 0.03 내지 0.30 (단, 여기서 [Sn], [Sb], [P]는 각각 Sn, Sb, P의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)을 만족할 수 있다.

또한, 상기 슬라브는 Cu, Ni, 및 Cr를 각각 0.05 중량% 이하로, Zr, Mo, 및 V를 각각 0.01 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.

상기 슬라브에 포함되는 원소 및 함량에 대한 보다 상세한 설명은 상기 무방향성 전기강판에서 상술한 바와 같다.

상기와 같이 조성되는 무방향성 전기강판 슬라브는 약 1250℃ 이하로 재가열한 다음 열간압연한다. 상기 재가열 온도가 1250℃ 이상일 경우 슬라브 내에 존재하는 AlN, MnS 등의 석출물이 재고용된 후 열간압연시 미세 석출되어 결정립 성장을 억제하고 자성을 저하시키므로 재가열 온도는 약 1250 이하로 제한한다.

열연을 실시하고, 열연판은 약 750℃ 이하에서 권취하고, 공기 중에서 냉각한다. 권취 냉각된 열연판은 열연판 소둔을 하고 산세한 다음, 냉간압연하고 마지막으로 최종 냉연판 소둔을 한다.

상기 열연판 소둔은 자성 개선을 위하여 소둔하는 것이며, 열연판 소둔 온도는 약 950 내지 약 1200℃로 한다. 만약, 상기 열연판 소둔 온도가 950℃ 보다 낮으면 결정립 성장이 불충분하며, 1200℃를 초과하는 경우에는 결정립이 과도하게 성장하고 판의 표면 결함이 과다해지므로 본 발명의 일 실시예에서의 소둔 온도는 950 내지 1200℃로 한다. 상기 열연판 소둔하는 단계는, 5분 이내로 수행할 수 있다.

통상의 방법으로 산세한 열연판 또는 소둔한 열연판은 냉간압연한다.

상기 냉간 압연은 0.5 mm의 이하의 두께로 최종 압연하며, 필요시 1차 냉간 압연과 중간 소둔 후 2차 냉간 압연할 수 있으며, 최종 압하율은 50 내지 95%의 범위로 한다.

최종 냉간 압연된 강판은 최종 냉연판 소둔을 실시한다. 냉연판을 소둔하는 최종 소둔 공정에서 소둔시 냉연판 소둔의 온도는 약 950 내지 약 1120℃로 한다.

만약, 상기 냉연판 소둔 온도가 950℃ 보다 낮은 경우에는 저철손을 얻기 위한 충분한 크기의 결정립을 얻기 위해 필요한 시간이 길어 공정상 실현하기 어려우며, 1120℃ 이상에서는 소둔 중의 판상이 고르지 못하고 석출물들이 고온에서 재고용된 후 냉각 중 미세하게 석출되어 자성에 나쁜 영향을 미칠 수 있기 때문에 본 발명의 일 실시예에서의 냉연판의 균열온도는 950 내지 1120℃로 한다. 상기 냉연판 소둔하는 단계는, 5분 이내로 수행할 수 있다.

또한 상기 냉간 압연하는 단계는 1차 냉간 압연 또는 중간 소둔을 사이에 두고 2회 이상으로 수행할 수 있다.

열연판 소둔 단계와 냉연판 소둔 단계에서는, 700℃ 미만까지 적어도 1초 이상을 초당 15℃ 이상의 승온 속도로 하고 700℃ 이상의 온도에서는 적어도 1초 이상 초당 10℃ 이상으로 승온하는 것을 특징으로 한다.

700℃까지 지속적으로 초당 15℃ 미만의 승온 속도로 승온하면 재료 내의 회복이 과하게 일어나 재결정시의 결정립이 미세화되고 소둔의 시간이 길어지며, 700℃ 이상에서 지속적으로 초당 10℃ 미만의 승온 속도로 승온하면, 재결정시에 자성에 바람직한 집합조직인 {100} 및 {110}면이 판면에 평행한 섬유조직을 얻기가 어려워지기 때문에 승온 속도를 이와 같이 한정한다.

한편, 냉연판 소둔 후 강판의 결정립 평균 크기는 약 30 내지 약 300㎛일 수 있다.

상기 소둔판은 절연 피막처리 후 출하될 수 있다. 상기 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기 복합피막으로 처리될 수 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제로 처리하는 것도 가능하다. 상기 강판은 가공 후 그대로 사용할 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

실시예 1

하기 표 1과 같은 조성의 슬라브(slab)를 1150℃에서 가열하고, 2.5 mm의 두께로 열간압연하고 650℃에서 권취하였다. 공기 중에서 냉각한 열연강판은 1100℃에서 3분간 소둔하고, 산세한 다음 0.35 mm 두께로 냉간압연하고, 냉연판 소둔은 1050℃에서 1분간 최종 소둔을 하여 무방향성 전기강판을 제조하였다.

여기서 열연판 소둔하는 단계에서 온도 상승 조건은, 700℃까지는 16℃/s, 700℃이후에는 13℃/s로 온도 상승 속도를 변화시켰다. 또한, 냉연판 소둔하는 단계에서 온도 상승 조건은, 700℃까지는 20℃/s, 700℃이후에는 15℃/s로 온도 상승 속도를 변화시켰다.

실시예 2 내지 7

슬라브의 조성을 달리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무방향성 전기강판을 제조하였다.

비교예 1 내지 8

슬라브의 조성을 달리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무방향성 전기강판을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 8의 조성을 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서 표시하지 않은 C, S, N, 및 Ti의 함량은 20 ± 5 ppm 이었다.

No.	Si	Mn	P	Al	Sn	Sb
실시예 1	2.5	0.15	0.01	<0.003	0.02	0.02
실시예 2	2.5	0.15	0.05	0.005	0.03	-
실시예 3	2.5	0.25	0.05	0.004	0.05	0.01
실시예 4	2.5	0.25	0.01	0.015	0.09	-
실시예 5	2.5	0.35	0.05	<0.003	0.05	0.01
실시예 6	2	0.25	0.01	0.005	0.05	-
실시예 7	3	0.25	0.05	<0.003	0.05	-
비교예 1	2.5	0.35	0.01	0.05	0.02	-
비교예 2	2.5	0.25	0.01	0.5	0.03	-
비교예 3	2.5	0.15	0.05	0.78	-	-
비교예 4	2.5	0.35	0.01	0.27	-	-
비교예 5	2.5	0.15	0.01	0.45	0.03	0.03
비교예 6	2.5	0.05	0.01	0.52	0.05	-
비교예 7	2.5	0.1	0.05	0.3	-	0.03
비교예 8	2.5	0.15	0.01	0.12	0.08	-

상기 표 1에서, Si, Mn, P, Al, Sn 및 Sb의 함량 단위는 중량% 이다.

상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 8의 전기강판에서, 압연방향과 압연 수직방향을 5도 이내로 정확히 맞추어 가로와 세로가 각 6cm 인 시편을 5장 이상 채취하였다. 채취된 시편에 대하여 단판자성측정기(SST)를 이용하여 W10/50, W15/50 철손 및 μ10, μ15 투자율을 하기와 같은 방법으로 측정하여 평균값을 구하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

1) 철손(W_10/50, W_15/50)은 50Hz 교류 주파수에서 각 1.0Tesla 및 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 손실(W/kg)이다.

2) 투자율(μ10, μ15)은 50Hz주파수에서 각 1.0Tesla 및 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 투자율이다.

No.	W10/50	W15/50	μ10	μ15
실시예 1	1	2.07	9010	3350
실시예 2	1.02	2.15	8540	3070
실시예 3	1.03	2.09	8910	3410
실시예 4	0.95	2.06	9270	3250
실시예 5	1	2.11	8710	3170
실시예 6	1.1	2.43	11520	4370
실시예 7	0.83	1.94	8520	3120
비교예 1	1.14	2.55	7010	1090
비교예 2	1.09	2.41	7390	1210
비교예 3	1.15	2.45	7130	980
비교예 4	1.18	2.55	6950	950
비교예 5	1.1	2.33	6900	1130
비교예 6	1.09	2.33	7530	1250
비교예 7	1.15		7090	1150
비교예 8	1.04	2.23	8030	1450

표 1 및 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1 내지 8은 Al의 함량이 본 발명의 조건의 상한인 0.02 중량%를 초과하며, 비교예 3 및 4는 Sn이 포함되지 않아 본 발명의 조건을 벗어난다. 이들 비교예들은 μ10 및 μ15 의 투자율이 낮은 특성을 나타내었다.

한편, 실시예들의 경우, μ10의 투자율은 8000을 넘고 μ15의 투자율은 1800이상으로 매우 높은 투자율을 보였다.

실시예 8 내지 10

상기 실시예 6의 조성을 갖는 슬라브를 이용하여 열연판 소둔 및 냉연판 소둔의 조건을 하기 표 3과 같이 달리하여 무방향성 전기강판을 제조하였다.

비교예 9 내지 12

상기 실시예 6의 조성을 갖는 슬라브를 이용하여 열연판 소둔 및 냉연판 소둔의 조건을 하기 표 3과 같이 달리하여 무방향성 전기강판을 제조하였다.

상기 실시예 8 내지 10 및 비교예 9 내지 12에서의 열연판 소둔 및 냉연판 소둔의 조건을 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 각각의 제조방법으로 제조된 무방향성 전기강판에 대해 μ10의 투자율 및 μ15의 투자율을 하기 방법으로 측정하여 하기 표 3에 함께 나타내었다.

1) 투자율(μ10, μ15)은 50Hz주파수에서 각 1.0Tesla 및 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 투자율이다.

2) 최대 승온속도(℃/s)는 해당하는 온도범위에서 승온시 시간-온도의 그래프 하에서 적어도 1초 이상 시간에서의 최대 승온속도를 나타내었다.

No.	700℃ 미만 온도 1초간 최대 승온속도 (단위; ℃/s)		700℃ 이상 온도 1초간 최대 승온속도 (단위; ℃/s)		μ10	μ15
	열연판 소둔	냉연판 소둔	열연판 소둔	냉연판 소둔
실시예 8	16	20	13	15	11200	4130
실시예 9	18	20	15	17	11000	3970
실시예 10	15	25	13	20	11530	4210
비교예 9	10	15	5	0.1	7300	1310
비교예 10	13	16	3	3	6200	1150
비교예 11	15	23	8	9	6500	1190
비교예 12	15	20	14	5	6400	1195

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따른 실시예 8 내지 10은 모두 8000 이상의 μ10의 투자율 및 1800 이상의 μ15의 투자율을 나타내었다.

열연판의 소둔 온도는 실제 생산 공정에서의 효율과 직접적인 연관관계를 갖고 있지만, 상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이 자성과도 상관 관계가 있는 것으로 볼 수 있다. 특히 700℃ 이상의 온도에서의 승온 속도에 따라 자성에 영향을 주는 것으로 판단된다. 또 냉연판의 승온 속도는 매우 중요하고, 700℃ 이상의 온도에서의 승온 속도가 투자율에 미치는 영향이 크기 때문에 본 발명의 제조방법의 조건에 따라, 700℃ 미만에서는 적어도 1초 이상 초당 15℃ 이상으로 승온시키고 700℃ 이상에서는 적어도 1초 이상 초당 10℃ 이상으로 승온시킬 때 투자율이 우수한 무방향성 전기강판을 얻는 것이 가능하다.

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 (20)

1.5 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.50 중량%의 Mn, 0.0005 내지 0.02 중량%의 Al, 0.001 내지 0.15 중량%의 P, 0.004 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 C, 0.0001 내지 0.01 중량%의 S, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 N, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 Ti, 0.01 내지 0.15 중량%의 Sn, 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 무방향성 전기강판.

제 1 항에 있어서,
상기 Al, Sn, Sb, 및 P는 [Al]<[Sn]+[Sb], 및 [Al]<[Sn]+[P] (단, 여기서 [Al], [Sn], [Sb], [P]는 각각 Al, Sn, Sb, P의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)를 만족하는 무방향성 전기강판.

제 2 항에 있어서,
상기 Sn, Sb 및 P는 [Sn]+[Sb]+[P] 는 0.03 내지 0.30 (단, 여기서 [Sn], [Sb], [P]는 각각 Sn, Sb, P의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)을 만족하는 무방향성 전기강판.

제 3항에 있어서,
0.0001 내지 0.15 중량%의 Sb를 더 포함하는 무방향성 전기강판.

제 3 항에 있어서,
Cu, Ni, 및 Cr를 각각 0.05 중량% 이하로 더 포함하는 무방향성 전기강판.

제 5 항에 있어서,
Zr, Mo, 및 V를 각각 0.01 중량% 이하로 더 포함하는 무방향성 전기강판.

제 6 항에 있어서,
0.0001 내지 0.15 중량%의 Sb를 더 포함하는 무방향성 전기강판.

제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
0.5 mm 또는 그 이하 두께의 무방향성 전기강판에 대하여, 50Hz 교류에서 자속밀도 1.0T 및 1.5T 사인파로 자화하였을 때의 투자율을 μ10과 μ15으로 하고 압연방향과 압연 수직방향의 자성을 측정기(SST)를 이용하여 측정하여 평균하였을 때, μ10은 8000 이상이고 μ15은 1800 이상인 무방향성 전기강판.

제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
0.5 mm 또는 그 이하 두께의 무방향성 전기강판에 대하여, 50Hz 교류에서 자속밀도 1.0T 및 1.5T 사인파로 자화하였을 때의 철손을 각 W10/50 과 W15/50으로 하고 압연방향과 압연 수직방향의 자성을 측정기(SST)를 이용하여 측정하여 평균하였을 때, W10/50이 1.5W/kg 이하이고 W15/50은 4.0W/kg 이하인 무방향성 전기강판.

제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
0.35 mm 또는 그 이하 두께의 무방향성 전기강판에 대하여, 50Hz 교류에서 자속밀도 1.0T 및 1.5T 사인파로 자화하였을 때의 철손을 각 W10/50 과 W15/50으로 하고 압연방향과 압연 수직방향의 자성을 측정기(SST)를 이용하여 측정하여 평균하였을 때, W10/50이 1.3W/kg 이하이고 W15/50이 3.0W/kg 이하인 무방향성 전기강판.

1.5 내지 4.0 중량%의 Si, 0.01 내지 0.50 중량%의 Mn, 0.0005 내지 0.02 중량%의 Al, 0.001 내지 0.15 중량%의 P, 0.004 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 C, 0.0001 내지 0.01 중량%의 S, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 N, 0.003 중량% 이하(단, 0 중량%는 제외)의 Ti, 0.01 내지 0.15 중량%의 Sn, 및 잔부의 Fe를 포함하고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 열간압연하여 강판을 제조하는 단계;
상기 열간압연된 강판에 대하여 950 내지 1200℃에서 열연판 소둔하는 단계;
상기 열연판 소둔된 강판에 대하여 냉간 압연하는 단계; 및
상기 냉간 압연된 강판에 대하여 950 내지 1120℃에서 냉연판 소둔하는 단계를 포함하며,
상기 열연판 소둔하는 단계와 냉연판 소둔하는 단계는, 700℃ 미만까지의 온도에서는 적어도 1초 이상을 초당 15℃ 이상의 승온 속도로 하고 700℃ 이상의 온도에서는 적어도 1초 이상을 초당 10℃ 이상의 승온 속도로 승온하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법.

제 11 항에 있어서,
상기 슬라브는 Al, Sn, Sb, 및 P는 [Al]<[Sn]+[Sb], 및 [Al]<[Sn]+[P] (단, 여기서 [Al], [Sn], [Sb], [P]는 각각 Al, Sn, Sb, P의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)를 만족하는 무방향성 전기강판의 제조방법.

제 12 항에 있어서,
상기 슬라브는 Sn, Sb 및 P는 [Sn]+[Sb]+[P] 는 0.03 내지 0.30 (단, 여기서 [Sn], [Sb], [P]는 각각 Sn, Sb, P의 함량을 중량%로 나타낸 것을 의미한다)을 만족하는 무방향성 전기강판의 제조방법.

제 13 항에 있어서,
상기 슬라브는 0.0001 내지 0.15 중량%의 Sb를 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.

제 13 항에 있어서,
상기 슬라브는 Cu, Ni, 및 Cr를 각각 0.05 중량% 이하로, Zr, Mo, 및 V를 각각 0.01 중량% 이하로 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.

제 15 항에 있어서,
상기 슬라브는 0.0001 내지 0.15 중량%의 Sb를 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.

제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열연판 소둔하는 단계는, 5분 이내로 수행하는 무방향성 전기강판의 제조방법.

제 17 항에 있어서,
상기 냉연판 소둔하는 단계는, 5분 이내로 수행하는 무방향성 전기강판의 제조방법.

제 18 항에 있어서,
상기 냉간 압연하는 단계는 1차 냉간 압연 또는 중간 소둔을 사이에 두고 2회 이상으로 수행하는 무방향성 전기강판의 제조방법.

제 19 항 있어서,
냉연판 소둔 후 강판의 결정립 평균 크기는 30 내지 300㎛인 무방향성 전기강판의 제조방법.