KR20160044569A - 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판, 이로부터 제조되는 부품, 및 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판, 이로부터 제조되는 부품, 및 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 철 및 불가피한 불순물 외에 (중량%로 나타냈을 때) Si: 2.0 내지 4.5%, Zr: 0.03 내지 0.3%, Al: 2.0%까지, Mn: 1.0%까지, C: 0.01%까지, N: 0.01%까지, S: 0.001%까지, P: 0.015%까지를 함유하는 강철로부터 제조된, 전기 공학적인 적용을 위한 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판에 관한 것이며, 이 경우 상기 전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 미세 구조 내에는 3성분 Fe-Si-Zr 침전물이 존재한다. 본 발명에 따른 전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 미세 구조 내에 존재하는 3성분 Fe-Si-Zr 침전물은, 전자기 특성에 결정적인 영향을 미치지 않으면서 침전물 경화 또는 입자 경화에 의해서, 본 발명에 따른 강철로부터 제조된 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 강도를 증가시킨다. 더 나아가, 본 발명은 이와 같은 전기 강철 스트립 또는 전기 강판을 제조하기 위한 방법과도 관련이 있다.

Description

무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판, 이로부터 제조되는 부품, 및 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판을 제조하기 위한 방법{NON-GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL STRIP OR ELECTRICAL STEEL SHEET, COMPONENT PRODUCED THEREFROM, AND METHOD FOR PRODUCING A NON-GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL STRIP OR ELECTRICAL STEEL SHEET}
본 발명은, 전기 공학적인 적용을 위한 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판, 이와 같은 전기 강철 스트립 또는 전기 강판으로부터 제조되는 전기 공학 부품, 및 전기 강철 스트립 또는 전기 강판을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
전문 용어로 "NO-전기 강철 스트립 또는 전기 강판"으로서도 명명되거나 영어 표현상 "NGO-전기 강판"("NGO" = Non Grain Oriented)으로서도 명명되는 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판은, 회전하는 전기 기계의 철심 내에서 자속(magnetic flux)을 강화하기 위해 사용된다. 이와 같은 강판의 통상적인 사용은 전기 모터 및 발전기이다.
이와 같은 기계의 효율을 높이기 위하여, 작동 중에 각각 회전하는 부품의 가급적 높은 회전수 또는 큰 직경을 얻기 위한 노력이 강구된다. 이와 같은 추세의 결과로서, 본 출원서에서 언급되고 있는 유형의 전기 강철 스트립 또는 전기 강판으로부터 제조된, 전기적으로 관련된 부품은 높은 기계적 하중에 노출되고, 이와 같은 높은 기계적 하중은 현재 사용되고 있는 유형의 NO-전기 강철 스트립에 의해서는 충족될 수 없는 경우가 많다.
US 5,084,112호에는, 적어도 60 kg-f/㎟(약 589 MPa)의 항복 강도를 갖고, 철 및 불가피한 불순물 외에 (중량%로 나타냈을 때) 0.04%까지의 C, 2.0 내지 4.0% 미만의 Si, 2.0%까지의 Al, 0.2%까지의 P 및 "Mn, Ni" 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유하는 강철로부터 제조된 NO-전기 강철 스트립 또는 전기 강판이 공지되어 있으며, 이 경우 Mn과 Ni의 함량 총합은 적어도 0.3% 및 최대 10%이다.
탄질화물의 형성에 의해 강도 증가에 도달하기 위하여, US 5,084,112호에 공지된 강철은 "Ti, V, Nb, Zr" 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유하며, 이때 Ti 또는 V가 존재하는 경우에, 이 강철의 C 함량 %C 및 각각 불가피한 N 함량 %N에 대한 Ti 함량 %Ti 및 V 함량 %V는 조건 [0.4x(%Ti+%V)]/[4x(%C+%N)] < 4.0을 충족해야만 한다. 이 경우에는, 강철 내에 인이 존재하는 것도 강도 증가 효과에 기여한다. 하지만, 더 높은 인 함량의 존재는 경계 되는데, 그 이유는 더 높은 인 함량이 결정 입계 취화(embrittlement)를 불러 일으킬 수 있기 때문이다. 불리한 것으로 간주되는 이와 같은 문제점에 대응하기 위하여, 0.001 내지 0.007%의 추가 B 함량이 제안된다.
상기와 같이 구성된 강철은 US 5,084,112호에 따라 슬래브(slab)로 주조되고, 그 다음에는 선택적으로 어닐링되는 핫 스트립(hot strip)으로 열간 압연되며, 그 다음에 산세척(pickling)되고, 그 후에 특정의 최종 두께를 갖는 콜드 스트립(cold strip)으로 냉간 압연된다. 마지막으로, 얻어진 콜드 스트립이 재결정화 어닐링 공정을 거치며, 이 재결정화 어닐링 공정에서는 콜드 스트립이 적어도 650℃, 하지만 900℃ 미만인 어닐링 온도에서 어닐링된다.
강철 내에 Ti와 P 그리고 B, N, C, Mn 및 Ni의 유효 함량이 동시에 존재하는 경우에는, US 5,084,112호에 따라 제조된 NO-전기 강철 스트립 또는 전기 강판이 적어도 70.4 kg-f/㎟(688 MPa)의 항복 강도에 도달하기는 한다. 하지만, 그와 동시에 강판의 두께가 0.5 mm이고, 편광이 1.5 Tesla이며, 주파수가 50 Hz인 경우에는 히스테리시스 손실(P1.5)이 적어도 6.94 W/kg에 달한다. 이와 같이 높은 히스테리시스 손실은 현대의 전기 공학 적용을 위해서는 수용될 수 없다. 또한, 이와 같은 다수의 적용 예에서는 주파수가 더 높은 경우의 히스테리시스 손실이 매우 중요하다.
우수한 전자기 특성을 갖춘 고강도의 무방향성 전기 강판의 기능적으로 신뢰할만한 제조를 가능하게 하도록 의도된 다른 한 가지 방법은 JP 2005 264315 A호에 공지되어 있다. 이와 같은 방법에 의해서 제조된 전기 강판은 대부분 50 용적%까지의 마르텐사이트를 갖는 페라이트 미세 구조를 갖고, 철 및 불가피한 불순물 외에 (중량%로 나타냈을 때) 0.0400%까지의 C, 0.2 내지 6.5%의 Si, 0.05 내지 10.0%의 Mn, 0.30%까지의 P, 0.020%까지의 S, 15%까지의 Al, 0.0400%까지의 N 및 또한 침전물 형성제로서 "Ni, Mo, Ti, Nb, Co 및 W" 그룹으로부터 선택된 하나 또는 2개 또는 그 이상의 원소를 각각 10.0 중량%까지의 함량으로 함유한다. 추가로, 마찬가지로 침전물 형성제로서 강철 내에는 Zr, Cr, B, Cu, Zn, Mg 및 Sn이 각각 10 중량%까지의 함량으로 존재할 수 있다. 강철 내에서 전술된 원소들로부터 형성된 침전물은 20/㎛3 이상의 개수 밀도 및 최대 0.050 ㎛의 직경을 갖는 금속간 화합물의 형태로 존재해야만 한다. 이 경우, 강철의 조성은 각각 Fe, Zr 및 Si의 침전물이 규칙적으로 2진수의 형태로 존재하도록 선택되어 있다.
앞에서 설명된 선행 기술을 배경으로 하는 본 발명의 과제는, 증가한 강도, 특히 더 높은 항복 강도를 갖는 동시에 우수한 자기 특성, 특히 높은 주파수에서 낮은 히스테리시스 손실을 갖는, 전기 공학적인 적용을 위한 NO-전기 강철 스트립 또는 전기 강판 및 이와 같은 전기 강철 스트립 또는 전기 강판으로부터 제조되는 부품을 제공하는 데 있다. 더 나아가서는, 이와 같은 NO-전기 강철 스트립 또는 전기 강판을 제조하기 위한 방법이 제공되어야만 한다.
NO-전기 강철 스트립 또는 전기 강판과 관련하여, 상기 과제는 본 발명에 따라, NO-전기 강철 스트립 또는 전기 강판이 청구항 1에 기재된 조성을 가짐으로써 해결되었다.
그에 상응하게, 전기 공학적인 적용을 위한 부품과 관련된 전술된 과제의 본 발명에 따른 해결책은, 이와 같은 부품이 본 발명에 따른 전기 강판 또는 전기 강철 스트립으로부터 제조되는 데 있다.
마지막으로, 방법과 관련된 전술된 과제는, 본 발명에 따른 전기 강철 스트립 또는 전기 강판을 제조할 때 적어도 청구항 11에 기재된 작업 단계들이 실행됨으로써 해결되었다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 기재되어 있고, 일반적인 본 발명의 사상과 마찬가지로 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
이로써, 본 발명에 따라 얻어진, 전기 공학적인 적용을 위한 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판은, (중량%로 나타냈을 때) 2.0 내지 4.5%의 Si, 0.03 내지 0.3%의 Zr, 그리고 선택적으로는 추가로 2.0%까지의 Al, 특히 1.5%까지의 Al, 1.0%까지의 Mn, 0.01%까지의 C, 특히 0.006%까지의, 특히 바람직하게는 0.005%까지의 C, 0.01%까지의 N, 특히 0.006%까지의 N, 0.01%까지의 S, 특히 0.006%까지의 S, 0.015%까지의 P, 특히 0.006%까지의 P, 및 나머지로서 철 및 불가피한 불순물로 이루어진 강철로부터 제조되었다.
이 경우, 본 발명을 위해 결정적인 사실은, 전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 미세 구조 내에 3성분의(ternary) Fe-Si-Zr-침전물이 존재한다는 것이다. 이와 같은 침전물은 침전물 경화 또는 입자 경화에 의해서 본 발명에 따른 강철의 강도를 증가시킨다.
문헌들[Materials Science International Team, MSIT®, 및 Du, Yong, Xiong, Wei, Zhang, Weiwei, Chen, Hailin, Sun, Weihua: Iron - Silicon - Zirconium. Effenberg, Guenter, Ilyenko, Svitlana (ed.). SpringerMaterials - The Landolt-Boernstein Database. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. DOI: 10.1007/978-3-540-70890-2_29 Crystallographic and Thermodynamic Data]에 기술된 바와 같이, 철, 지르코늄 및 규소로부터 형성된 3성분 침전물은 6개의 상이한 상(phase)으로 나타난다.
강도를 더욱 증가시키기 위해서는, 관련 Fe-Si-Zr-침전물을 이들의 공간적인 팽창에 대하여 가급적 미세하게 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 이들의 평균 직경은 본 발명에 따라 바람직하게는 100 nm보다 훨씬 아래에 놓여 있다. 이와 같이 작은 Fe-Si-Zr-침전물은, 모터 구조 등에 적용하기 위해 중요한 높은 주파수 범위에서 자기 특성을 현저히 악화시키지 않으면서, 본 발명에 따른 유형의 NO-전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 강도를 뚜렷하게 증가시킨다. 따라서, 본 발명에 따라 강도 증가를 위해 이용되는 Fe-Si-Zr-침전물은 블로흐 벽(Bloch wall)의 작은 크기로 인해 이 벽의 이동을 단지 약간만 방해하고, 그에 상응하게 덜 단단한 종래의 전기 강철 스트립 및 전기 강판에 비해 히스테리시스 손실(P1.0 및 P1.5)을 기껏해야 약간만 증가시킨다. 블로흐 벽은, 상이하게 자화되는 자기 구역(magnetic domain)들 사이에 있는 전이 영역(transitional region)이다.
본 발명에 따른 무방향성 전기 강판은, Fe-Si-Zr-침전물의 목표로 한 형성이 이루어지도록 설정된 함량으로 Si 및 Zr을 구비한다. 이 목적을 위해 한 편으로는 적어도 2.0 중량%의 Si가 필요하며, 이때 Fe-Si-Zr-침전물은 Si 함량이 적어도 1.6 중량%, 특히 적어도 2.4 중량%인 경우에 특히 기능적으로 신뢰할만하게 원하는 빈도수 및 분포로 설정된다. 본 발명에 따른 NO 전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 특성에 미치는 부정적인 영향을 피하기 위하여, Si 함량은 최대 4.5 중량%로 제한되며, 이 경우 최적으로는 Si 함량이 3.5 중량%, 특히 3.4 중량%의 상한치를 초과하지 않는다.
원하는 3성분 Zr 침전물이 형성되도록 하기 위해서는, 적어도 0.03 중량%의 함량이 필요하다. 이와 같은 효과가 특히 신뢰할만하게 나타나도록 하기 위해서는, 적어도 0.07 중량%의 Zr, 특히 적어도 0.08 중량%의 Zr이 본 발명에 따른 강철에 첨가될 수 있다. Zr의 함량이 0.3 중량% 이상인 경우에는, Zr이 충분한 함량으로 존재함으로 인해서 야기되는 특성 개선의 결정적인 증가가 전혀 관찰될 수 없다. 이때, 본 발명에 따른 전기 강철 스트립 또는 전기 강판 내에서 이루어지는 Zr의 최적의 작용은, Zr 함량이 최대 0.25 중량%로 제한된 경우에 달성된다.
본 발명에 따라 전기 강철 스트립 또는 전기 강판으로 이루어지는 강철은 또 다른 합금 원소들의 함량을 함유할 수 있으며, 이들 합금 원소는 자체 특성을 설정하기 위해 공지된 방식으로 첨가된다. 이 목적을 위해 적합한 원소들에는 특히 본원에서 지시된 함량으로 존재하는 Al 및 Mn이 속한다.
본 발명이 강도 증가를 위해 반드시 탄화물, 질화물 또는 탄질화물에 의존할 필요가 없기 때문에, 본 발명에 따른 전기 강판 또는 전기 강철 스트립의 C 함량 및 N 함량은 최소로 될 수 있다. 이와 같은 방식에 의해서는, 높은 C 함량 또는 N 함량의 결과로서 나타날 수 있는 자기 시효(magnetic aging)의 위험이 예방되었다.
본 발명에 따른 조성의 결과로서, 본 발명에 따라 구성된 전기 강철 스트립 또는 전기 강판은 0.5 mm의 두께, 1.0 Tesla의 편광 및 400 Hz의 주파수에서 최대 65 W/kg의 히스테리시스 손실(P1.0/400)을 갖는다. 그와 달리, 두께가 0.35 mm이고, 편광이 1.0 Tesla이며, 주파수가 400 Hz인 경우에, 본 발명에 따라 구성된 전기 강철 스트립은 최대 45 W/kg의 히스테리시스 손실(P1.0/400)을 갖는다. 그와 동시에, 본 발명에 따라 구성된 전기 강철 스트립 또는 전기 강판은, 강도 증가를 위한 조치가 전혀 취해지지 않은, 종래 방식으로 구성된 전기 강철 스트립 또는 전기 강판에 비해, 규칙적으로 적어도 20 MPa만큼의 항복 강도의 증가에 도달한다. 이때, 강도는 침전물의 미세도(fineness)에 따라 증가한다. 100 내지 200 MPa의 강도 증가는 더 미세화된 침전물에서 가능하다.
본 발명에 따른 방법은, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 기능적으로 신뢰할만한 제조를 가능하게 하도록 설계되었다.
이 목적을 위해, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판을 위해 앞에서 설명된 방식으로 구성된 핫 스트립이 제공되며, 이 핫 스트립은 그 다음에 냉간 압연되고, 냉간 압연된 스트립으로서 최종 어닐링 공정을 거친다. 최종 어닐링 후에 얻어진 최종 어닐링 처리된 콜드 스트립이 본 발명에 따라 구성되고 형성된 전기 강철 스트립 또는 전기 강판이며, 이와 같은 전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 강도는 미세 구조 내에 Fe-Si-Zr 침전물이 존재함으로써 종래의 NO 전기 강판 또는 전기 강철 스트립에 비해 뚜렷하게 개선되고, 그렇기 때문에 이와 같은 전기 강철 스트립 또는 전기 강판은 특히 실제 사용시에 높은 동적 하중에 노출되는 전기 부품 및 하위 부품(subassembly)을 제조하기에 적합하다.
본 발명에 따라 제공되는 핫 스트립의 제조는 전반적으로 종래 방식으로 이루어질 수 있다. 이 목적을 위해, 먼저 본 발명에 따른 규정에 상응하는 조성을 갖는 강철 용융물(Si: 2.0 내지 4.5 중량%, Zr: 0.03 내지 0.3 중량%, Al: 2.0 중량%까지, Mn: 1.0 중량%까지, C: 0.01 중량%까지, N: 0.01 중량%까지, S: 0.01 중량%까지, P: 0.015 중량%까지, 나머지는 철 및 불가피한 불순물)이 용융되어 예비 재료로 주조될 수 있으며, 종래 방식의 제조에서 이 예비 재료는 슬래브 또는 얇은 슬래브일 수 있다. 본 발명에 따른 침전물 형성 과정이 응고 후에 비로소 진행되기 때문에, 강철 용융물을 주조된 스트립으로 주조하고, 그 다음에 이 주조된 스트립이 핫 스트립으로 열간 압연되는 것도 원칙적으로는 가능하다.
이와 같이 제조된 예비 재료는 그 다음에 1020 내지 1300℃에 달하는 예비 재료 온도로 될 수 있다. 이 목적을 위해, 예비 재료는 필요한 경우 재가열되거나 주조 열을 이용하여 개별 목표 온도에서 유지된다.
이와 같이 가열된 예비 재료는 그 다음에 통상 1.5 내지 4 mm, 특히 2 내지 3 mm의 두께를 갖는 핫 스트립으로 열간 압연될 수 있다. 이때, 열간 압연 공정은 공지된 방식으로, 가공 라인(finishing roll line) 내에서의 열간 압연 출발 온도가 1000 내지 1150℃인 경우에 시작되고, 700 내지 920℃, 특히 780 내지 850℃의 열간 압연 최종 온도로 종료된다.
얻어진 핫 스트립은 그 다음에 권취 온도(coiling temperature)까지 냉각되어 코일로 권취될 수 있다. 이때, 권취 온도는 이상적으로, 그 다음에 실시되는 냉간 압연 공정에서의 문제점을 피하기 위해, 강도를 증가시키는 입자의 침전이 이 시점에 계속해서 피해지도록 선택된다. 실제로, 이 목적을 위해 권취 온도는 예를 들어 최고 700℃에 달한다.
핫 스트립은 선택적으로 핫 스트립 어닐링 공정을 거칠 수 있다.
제공되는 핫 스트립은 통상 0.15 내지 1.1 mm, 특히 0.2 내지 0.65 mm의 범위 안에 있는 두께를 갖는 콜드 스트립으로 냉간 압연된다.
최후의 최종 어닐링은, 본 발명에 따라 강도 증가를 위해 이용되는 Fe-Si-Zr 입자의 형성에 결정적인 기여를 한다. 이 경우에, 선택적으로 더 높은 강도를 위해 또는 더 낮은 히스테리시스 손실을 위해 재료 특성을 최적화하는 것은 최종 어닐링의 어닐링 조건의 변경에 의해서 가능하다.
350 내지 500 MPa의 범위 안에 있는 항복 강도, 및 스트립 두께가 0.3 mm인 경우에는 35 W/kg보다 작고, 스트립 두께가 0.5 mm인 경우에는 45 W/kg보다 작은 히스테리시스 손실(P1.0/400)을 갖는 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판 또는 전기 강철 스트립은, 본 발명에 따라 구성된 콜드 스트립이 최종 어닐링 공정의 진행 중에 연속으로 실행되는 2단계의 어닐링 공정을 거침으로써, 특히 기능적으로 신뢰할만한 방식으로 얻어질 수 있다.
제1 단계에서는, 콜드 스트립이 900 내지 1150℃의 어닐링 온도에서 1 내지 300초 동안 어닐링된다. 그 다음에 이어서, 제2 어닐링 단계에서는 콜드 스트립이 50 내지 120초 동안 600 내지 800℃의 온도에서 유지된다. 그 다음에, 콜드 스트립이 100℃ 아래의 온도까지 냉각된다. 앞에서 설명된 방식으로 실시되는 최종 어닐링의 경우에, 제1 어닐링 단계에서는 이미 존재할 수 있는 Fe-Si-Zr 침전물이 용해되고, 미세 구조의 완전한 재결정화가 달성된다. 그 다음의 또 다른 어닐링 단계에서는, Fe-Si-Zr 입자의 의도된 침전이 이루어진다.
또한, 얻어진 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판 재료는 최종적으로 종래의 응력 제거 어닐링(stress relieving annealing) 공정을 거칠 수 있다. 최종 처리자에 의해 실행되는 처리 절차에 따라, 이 응력 제거 어닐링은 계속해서 본 발명에 따른 NO 전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 제조자에 의해 권취 상태에서 실시될 수 있거나, 먼저 최종 처리자에 의해 처리된 블랭크(blank)가 본 발명에 따른 방식으로 제조된 전기 강철 스트립 또는 전기 강판으로부터 절단될 수 있고, 그 다음에 이 블랭크가 응력 제거 어닐링 공정을 거친다.
이하에서는, 본 발명이 실시예들에 의해서 상세하게 설명된다.
도 1은, 이하에서 설명되는 방식으로 제조된 전기 강철 스트립 및 전기 강판의 최종 어닐링 공정 중의 목표 온도 프로파일이 도시된 다이어그램을 보여준다.
이하에서 설명되는 테스트들은 각각 실험실 조건하에서 실시되었다. 이 경우에는, 먼저 본 발명에 따라 구성된 2개의 강철 용융물(Zr1 및 Zr2) 및 2개의 기준 용융물(Ref1 및 Ref2)이 용융되었고, 블록으로 주조되었다. 이들 용융물(Zr1, Zr2, Ref1, Ref2)의 조성이 표 1에 기재되어 있다. Zr의 유효 함량이 각각 부족하다는 것을 제외하고, 그리고 또한 자체 함량의 통상적인 허용 오차의 범주 안에서도, 기준 용융물(Ref1)의 합금 원소는 본 발명에 따른 용융물(Zr1)과 일치하고, 기준 용융물(Ref2)의 합금 원소는 본 발명에 따른 용융물(Zr2)과 일치한다.
블록은 1250℃에 달하는 온도로 되었고, 1020℃의 열간 압연 출발 온도 및 840℃의 열간 압연 최종 온도로써 2 mm 두께의 핫 스트립으로 열간 압연되었다. 개별 핫 스트립은 620℃의 권취 온도(Tcoil)까지 냉각되었다. 그 다음에, 권취 상태에서의 전형적인 냉각 공정이 시뮬레이팅되었다.
그 다음에 이어서, 본 발명에 따른 강철 합금(Zr1, Zr2)으로 이루어진 핫 스트립의 몇 가지 샘플 및 기준 강철(Ref1, Ref2)의 몇 가지 샘플이 2시간의 기간에 걸쳐 740℃의 온도에서 핫 스트립 어닐링 공정을 거쳤고, 그 후에 각각 0.5 mm 또는 0.3 mm의 최종 두께를 갖는 콜드 스트립이 냉간 압연되었다.
그와 달리, 본 발명에 따른 강철 합금(Zr1, Zr2) 및 기준 강철(Ref1, Ref2)로 이루어진 핫 스트립의 또 다른 샘플들은 각각 핫 스트립 어닐링 공정 없이 0.3 mm 또는 0.5 mm 두께의 콜드 스트립으로 냉간 압연되었다.
냉간 압연 후에는 각각 한 번의 최종 어닐링이 이루어졌으며, 이 최종 어닐링에서는 개별 콜드 스트립 샘플이 먼저 10 K/s의 가열 속도로 105초의 기간에 걸쳐 실온으로부터 1090℃의 어닐링 온도까지 가열되었다. 그 다음에 이들 샘플이 15초의 기간에 걸쳐 어닐링 온도에 유지되었고, 그 후에 20 K/s의 냉각 속도로 700℃에 달하는 중간 온도까지 냉각되었다. 이 중간 온도에서는 샘플들이 60초에 걸쳐 유지되었다. 그 다음에는 2개 단계의 냉각이 이루어졌으며, 이 냉각 단계에서는 먼저 샘플이 서서히 5℃/s의 냉각 속도로 580℃의 제2 중간 온도까지 냉각되었고, 제2 중간 온도에 도달한 후에는 가속되어 30℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각되었다.
표 2에는 기계적인 그리고 자기적인 특성들, 즉 상부 항복 강도(ReH), 하부 항복 강도(ReL), 인장 강도(Rm), 인장 강도(Rm)에 대한 평균 항복 강도(Re)의 비율(Re/Rm), 균일 팽창(Ag), 50 Hz의 주파수에서 각각 측정된 히스테리시스 손실 [P1.0(편광이 1.0 T인 경우의 히스테리시스 손실) 및 P1.5(편광이 1.5 T인 경우의 히스테리시스 손실)], 그리고 마찬가지로 50 Hz에서 각각 측정된 개별 편광[J2500(자장 강도가 2500 A/m인 경우의 편광) 및 J5000(자장 강도가 5000 A/m인 경우의 편광)], 그리고 본 발명에 따른 강철(Zr1 또는 Zr2) 및 기준 강철(Ref1 또는 Ref2)로 이루어지고 핫 스트립 어닐링 공정을 거친 0.5 mm 두께의 샘플에 대해 400 Hz 또는 1 KHz의 주파수에서 각각 검출된 히스테리시스 손실[P1.0(편광이 1.0 T인 경우의 히스테리시스 손실)]이 기재되어 있다.
표 3에는, 본 발명에 따른 강철(Zr1 또는 Zr2) 및 기준 강철(Ref1 또는 Ref2)로 이루어지고 핫 스트립 어닐링 공정을 거치지 않은 0.5 mm 두께의 샘플에 대한 동일한 데이터가 기재되어 있다.
표 4에는, 본 발명에 따른 강철(Zr2) 및 기준 강철(Ref2)로 이루어지고 핫 스트립 어닐링 공정을 거친 0.3 mm 두께의 샘플에 대한 상응하는 값들이 기재되어 있는 한편, 표 5에는, 본 발명에 따른 강철(Zr2) 및 기준 강철(Ref2)로 이루어지고 핫 스트립 어닐링 공정을 거치지 않은 0.3 mm 두께의 샘플에 대한 상응하는 값들이 기재되어 있다.
본 발명에 따라 구성되고 처리된 샘플의 경우에는 기준 강철(Ref)로부터 제조된 샘플에 비해 하부 항복 강도(ReL)가 각각 20 내지 80 MPa만큼 더 높다는 사실이 드러났다. 그와 달리, 핫 스트립 어닐링 공정을 거친 샘플과 핫 스트립 어닐링 공정을 거치지 않은 샘플 간에는 중대한 차이가 존재하지 않는다.
50 Hz의 주파수에서는, 본 발명에 따른 강철로부터 제조된 샘플이 기준 강철로부터 제조된 샘플보다 약간 더 높은 히스테리시스 손실을 갖는다. 그와 달리, 본 발명에 따른 강철이 사용되도록 규정된 적용예들을 위해서 특별히 중요한 더 높은 400 Hz 및 1 KHz의 주파수에서는, 본 발명에 따른 샘플의 히스테리시스 손실과 기준 샘플의 히스테리시스 손실 간에 차이가 거의 없다.
따라서, 본 발명에 의해서는, 비싸거나 구하기 어려운 합금 원소가 제공될 필요가 없거나 복잡한 제조 절차가 수행될 필요가 없이, 강도가 뚜렷하게 증가한 상태에서 최적의 자기 특성을 갖는, 전기 기계에 적용하기 위해 규정된 전기 강판 및 전기 강철 스트립이 제공될 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005

Claims (11)

  1. 철 및 불가피한 불순물 외에 (중량%로 나타냈을 때)
    Si: 2.0 내지 4.5%,
    Zr: 0.03 내지 0.3%,
    Al: 2.0%까지,
    Mn: 1.0%까지,
    C: 0.01%까지,
    N: 0.01%까지,
    S: 0.001%까지,
    P: 0.015%까지
    를 함유하는 강철로부터 제조된, 전기 공학적인 적용을 위한 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판으로서, 전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 미세 구조 내에 3성분 Fe-Si-Zr 침전물이 존재하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판.
  2. 제1항에 있어서, Si 함량은 적어도 2.5 중량%인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, Si 함량은 최대 3.5 중량%인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, Zr 함량은 적어도 0.08 중량%인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, Zr 함량은 최대 0.25 중량%인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, C 함량은 최대 0.006 중량%인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, N 함량은 최대 0.006 중량%인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, S 함량은 최대 0.006 중량%인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 강철 스트립 또는 전기 강판의 두께가 0.5 mm인 경우에, 편광이 1.0 Tesla이고 주파수가 400 Hz인 경우에는 히스테리시스 손실(P1.0/400)이 최대 65 W/kg에 달하며, 두께가 0.3 mm인 경우에는 히스테리시스 손실이 최대 45 W/kg에 달하는 것을 특징으로 하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따라 형성된 전기 강철 스트립 또는 전기 강판으로부터 제조된, 전기 공학적인 적용을 위한 부품.
  11. 자체 미세 구조 내에 3성분 Fe-Zr-Si 침전물을 구비하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 다음과 같은 작업 단계들:
    a) 철 및 불가피한 불순물 외에 (중량%로 나타냈을 때)
    Si: 2.0 내지 4.5%,
    Zr: 0.03 내지 0.3%,
    Al: 2.0%까지,
    Mn: 1.0%까지,
    C: 0.01%까지,
    N: 0.01%까지,
    S: 0.01%까지,
    P: 0.015%까지
    를 함유하는 강철로 이루어진 핫 스트립을 제공하는 단계;
    b) 핫 스트립을 콜드 스트립으로 냉간 압연하는 단계, 및
    c) 콜드 스트립을 최종 어닐링하는 단계를 포함하는, 무방향성 전기 강철 스트립 또는 전기 강판을 제조하기 위한 방법.
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