KR20160078134A - 무방향성 전기강판 및 그의 제조방법 - Google Patents

무방향성 전기강판 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

무방향성 전기강판의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.005%이하(0% 제외), Si: 1.0~4.0%, Mn: 0.1~1.0%, P: 0.1%이하 (0% 제외), S: 0.001~0.005%, Al: 0.1~0.5%, N: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), Sn 및 Sb: 단독 또는 복합으로 0.02~0.2%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되며, 상기 Mn, Al, C, S, N 및 Ti가 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하고, (0.01~0.5μm크기의 황화물의 개수)/(0.01~0.5μm크기의 탄질화물의 개수)≥1을 만족하는 슬라브를 제공하는 단계; 상기 슬라브를 재가열하고 열간압연하여 열연판을 제공하는 단계; 상기 열연판을 소둔 및 산세한 후 냉간압연하여 냉연판을 제공하는 단계; 및 상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함한다. 단, 상기 황화물은 황 원자(S) 함유 화합물을 의미하고, 상기 탄질화물은 질소 원자(N) 함유 화합물을 의미하고, 상기 [Mn], [Al], [C], [S], [N] 및 [Ti]는 각각 Mn, Al, C, S, N 및 Ti의 첨가량(중량%)을 의미하고, [C]+[N]+[Ti]>0을 만족한다.

Description

무방향성 전기강판 및 그의 제조방법{NON-ORINENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 모터와 같은 회전기기의 철심재료로 사용되는 전기강판에 관한 것으로, 예컨대 친환경자동차용 구동모터에 사용될 수 있는 고주파 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판의 제조에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 전기에너지를 기계적에너지로 변환시키는 기기에 주로 사용되는데, 그 과정에서 높은 효율을 발휘하기 위해 우수한 자기적 특성을 요구한다. 자기적 특성으로는 철손과 자속밀도가 있는데, 철손이 낮으면 에너지 변환과정에서 손실되는 에너지를 줄일 수 있고, 자속밀도가 높으면 동일한 전기에너지로 더 큰 동력을 생산할 수 있으므로, 무방향성 전기강판의 철손이 낮고 자속밀도가 높으면 모터의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 특히 최근에 주목받고 있는 친환경자동차의 구동모터는 저속회전시에는 큰 토크를 내면서 고속회전시에는 에너지 손실을 최소화해야 하므로, 자속밀도가 높으면서 동시에 고주파 철손이 낮은 최고급 무방향성 전기강판에 대한 지속적인 개발이 요구되고 있다. 이 때 말하는 고주파는 400Hz 정도를 의미하지만, 모터가 소형화될수록 회전수가 늘어나므로 더 높은 주파수에서의 특성이 중요하게 취급되며, 이러한 고주파 철손을 저감시키기 위해서는 재료의 고유저항을 증가시키는 것이 중요하다.
무방향성 전기강판에 중요하게 첨가되는 필수 합금원소인 Si, Al, Mn등의 첨가량을 증가시킬 경우 철손을 가장 효율적으로 감소시킬 수 있다. Si, Al, Mn등이 첨가되는 이유는 비저항이 큰 합금 원소로 첨가 시 철손 개선 효과가 크면서 원가 경쟁력이 우수하기 때문이지만 한편으로 비자성 물질이므로 첨가량이 증가할수록 포화 자속밀도를 감소시키기 때문에 자속밀도의 감소를 피할 수 없다는 문제를 가지고 있으며 이에 따라 철손이 낮은 제품은 자속밀도도 낮은 특성을 가지게 되며 반대로 자속밀도가 높은 제품은 철손도 높은 특성을 가지게 된다. 최근에는 소재의 고특성화에 대한 요구가 많아지면서 철손의 감소와 더불어 자속밀도도 높은 소재가 요구되고 있다.
따라서 철손은 낮추면서 자속밀도도 향상시키기 위하여 REM등 특수 첨가원소를 활용하여 집합조직을 개선하여 자기적 성질을 향상시키거나 2회 압연 2회 소둔, 탈탄공정을 이용한 집합조직 개선 등 추가적으로 원가가 증가하는 방법 및 제조 공정을 도입하는 기술 등이 시도되고 있다. 그러나 이러한 기술들은 모두 제조 원가의 상승에 비해 큰 효과를 보여주지 못하고 있으며 또한 대량 생산의 어려움이 따르기 때문에 제조 원가는 크게 상승시키지 않으면서 자속밀도를 획기적으로 높일 수 있는 기술이 필요하다고 할 수 있다.
무방향성 전기강판에 대한 종래기술 중 일본 공개특허 2006-265720은 압연 방향의 자기 특성이 우수한 무방향성 전기강판의 제조를 위하여 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연, 냉연판 소둔의 공정에 추가로 압하율 3~10%로 스킨패스 압연을 하고 다시 소둔하는 공정을 제시하였다. 이는 추가 공정으로 인한 원가의 상승 문제를 가지고 있다.
일본 공개특허 2007-177282는 고자속밀도의 무방향성 전기강판을 개발하기 위한 방법으로 소정의 열간압연 온도와 냉각속도 범위를 제시하고 있으나, 제시된 냉각속도를 제어하기 위해서는 추가 설비가 필요하여 원가 상승이 야기된다는 단점이 있다.
또한 일본 공개특허 2009-102739는 집합조직 향상을 통한 자성 개선을 위하여 강중의 산화물계 개재물 안의 MnO와 SiO2의 조성 중량비(MnO/SiO2)를 0.43이하로 하며 열간압연 시 마무리압연을 강철과 롤 사이의 마찰계수가 0.2이하이면서 마무리 압연 온도가 700℃이상의 페라이트 단상영역에서 실시 후 열연판 소둔, 냉간압연, 냉연판 소둔 하는 방법을 제시하였는데 이 때, 열연판 두께를 1.0mm이하로 제어하여야 하기 때문에 생산성이 떨어져 상업적인 생산이 어렵다.
일본 공개특허 2008-127612는 자기적 특성을 향상시키기 위하여 열연판으로 중간 소둔을 포함하는 2회압연 2회 소둔하는 방법을 제시하였으나 생산성이 떨어져 제조 비용이 증가하게 된다. 대한민국 공개특허 1997-0043173 역시 Sn을 첨가하고 냉간압연 시 중간소둔을 포함하여 2회 압연하는 방법을 제시하였는데 이 역시 제조 비용의 증가에 비해 자성의 향상이 다소 부족한 상황이다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실제 제강공정의 작업성을 높이고 비용을 증가시키지 않으면서도 친환경자동차용 구동모터에 사용될 수 있는 고주파 철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 강의 합금 원소 중 C, Si, Mn, P, S, Al, N, Ti, Sn 및 Sb 첨가량의 적정 범위, 그리고 Mn, Al, C, S, N 및 Ti 첨가량의 적정 비율을 제시함으로써 자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중량%로, C: 0.005%이하(0% 제외), Si: 1.0~4.0%, Mn: 0.1~1.0%, P: 0.1%이하 (0% 제외), S: 0.001~0.005%, Al: 0.1~0.5%, N: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), Sn 및 Sb: 단독 또는 복합으로 0.02~0.2%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되며, 상기 Mn, Al, C, S, N 및 Ti가 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하고, (0.01~0.5μm크기의 황화물의 개수)/(0.01~0.5μm크기의 탄질화물의 개수)≥1을 만족하는 무방향성 전기강판을 제공한다. 단, 상기 황화물은 황 원자(S) 함유 화합물을 의미하고, 상기 탄질화물은 질소 원자(N) 함유 화합물을 의미하고, 상기 [Mn], [Al], [C], [S], [N] 및 [Ti]는 각각 Mn, Al, C, S, N 및 Ti의 첨가량(중량%)을 의미하고, [C]+[N]+[Ti]>0을 만족한다.
상기 황화물은 MnS, CuS, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 탄질화물은 AlN, TiCN, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 0.01~0.5μm크기의 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판은 불순물 첨가 원소인 Cu, Ni 및 Cr이 각 0.05중량%이하로 함유되고, 불순물 첨가 원소인 Zr, Mo 및 V가 0.01중량% 이하로 함유될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 중량%로, C: 0.005%이하(0% 제외), Si: 1.0~4.0%, Mn: 0.1~1.0%, P: 0.1%이하 (0% 제외), S: 0.001~0.005%, Al: 0.1~0.5%, N: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), Sn 및 Sb: 단독 또는 복합으로 0.02~0.2%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되며, 상기 Mn, Al, C, S, N 및 Ti가 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하고, (0.01~0.5μm크기의 황화물의 개수)/(0.01~0.5μm크기의 탄질화물의 개수)≥1을 만족하는 슬라브를 제공하는 단계; 상기 슬라브를 재가열하고 열간압연하여 열연판을 제공하는 단계; 상기 열연판을 소둔 및 산세한 후 냉간압연하여 냉연판을 제공하는 단계; 및 상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.
단, 상기 황화물은 황 원자(S) 함유 화합물을 의미하고, 상기 탄질화물은 질소 원자(N) 함유 화합물을 의미하고, 상기 [Mn], [Al], [C], [S], [N] 및 [Ti]는 각각 Mn, Al, C, S, N 및 Ti의 첨가량(중량%)을 의미하고, [C]+[N]+[Ti]>0을 만족한다.
상기 열연판의 소둔은 10℃/s 이하의 승온속도와 950~1150℃의 균열온도에서 실시할 수 있다.
상기 냉연판의 두께는 0.10mm~0.70mm일 수 있다.
상기 최종소둔은 900~1100℃의 온도에서 실시할 수 있다.
상기 제조방법에 따르면, 최종소둔한 강판의 평균 결정립 크기가 50~150㎛일 수 있다.
본 발명은 무방향성 전기강판에서 비저항을 증가시켜 철손을 개선하기 위해 필수적으로 첨가되는 Si, Al 및 Mn의 첨가량을 각각 소정 수준으로 한정하고 또한 황화물 및 탄질화물을 형성하는 C, S, N 및 Ti를 직접적으로 제어함으로써, 추가 공정이나 원가 상승 없이 자성이 획기적으로 향상된 자성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 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.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무방향성 전기강판 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 또한 본 발명에서 %는 특별한 언급이 없는 한 모두 중량%를 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.005%이하(0% 제외), Si: 1.0~4.0%, Mn: 0.1~1.0%, P: 0.1%이하 (0% 제외), S: 0.001~0.005%, Al: 0.1~0.5%, N: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), Sn 및 Sb: 단독 또는 복합으로 0.02~0.2%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되며, 상기 Mn, Al, C, S, N 및 Ti가 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하고, (0.01~0.5μm크기의 황화물의 개수)/(0.01~0.5μm크기의 탄질화물의 개수)≥1을 만족하는 슬라브를 제공하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 황화물은 황 원자(S) 함유 화합물을 의미하고, 상기 탄질화물은 질소 원자(N) 함유 화합물을 의미하고, 상기 [Mn], [Al], [C], [S], [N] 및 [Ti]는 각각 Mn, Al, C, S, N 및 Ti의 첨가량(중량%)을 의미하고, [C]+[N]+[Ti]>0을 만족한다.
이하, 본 발명을 구성하는 성분 원소의 범위와 그 성분 원소 간의 첨가 비율을 한정한 이유에 대하여 설명한다.
[Si: 1.0~4.0%]
Si은 강의 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추기 위해 첨가되는 주요 원소로 저철손의 특성을 얻기위해서는 2%이상 첨가되어야 한다. 한편 첨가량이 증가할수록 자속밀도를 감소시키는 원소이기 때문에 첨가량이 많을수록 고자속밀도의 특성을 얻기 어려우며, Si이 4%이상 첨가될 경우, 자속밀도가 열위하게 되며 상업적인 생산이 어렵기 때문에 그 첨가량을 4%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
[Mn: 0.1~1.0% ]
Mn은 Si, Al등과 더불어 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 원소이면서 집합조직을 향상시키는 원소이기도 한다. 하지만 너무 과도하게 첨가될 경우 자속밀도가 크게 감소하므로 그 첨가량을 0.1~1.0%로 제한한다.
[Al: 0.1~0.5%]
Al은 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 역할을 하며 또한 자기 이방성을 감소시켜 압연 방향과 압연수직 방향의 자성 편차를 감소시키기 때문에 첨가된다. 하지만 첨가량이 증가함에 따라 자속밀도가 크게 감소하므로 그 첨가량을 0.1~0.5%로 제한한다.
[P: 0.1% 이하 (0% 제외)]
P는 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 역할을 하는 것으로도 알려져 있으며 결정립계에 편석하여 집합조직을 향상시키는 역할도 하지만 과도하게 첨가될 경우 결정립 성장을 억제하며 냉간압연성도 열위하게 하므로 0.1%이하로 첨가한다.
[C: 0.005% 이하(0% 제외)]
C은 Ti 등과 결합하여 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용 시 자기시효에 의하여 철손을 높이기 때문에 0.005%이하로 한다.
[S: 0.001~0.005% ]
S는 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 함유토록 한다.
[N: 0.005% 이하(0% 제외)]
N는 Al, Ti등과 강하게 결합함으로써 질화물을 형성하여 결정립성장을 억제하는 등 자성에 해로운 원소이므로 적게 함유시키는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 0.005% 이하로 제한한다.
[Ti: 0.005% 이하(0% 제외)]
Ti는 미세한 탄화물과 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하며 많이 첨가될 수록 증가된 탄화물과 질화물로 인해 집합 조직도 열위하게 되어 자성이 나빠지게 되므로 본 발명에서는 0.005%이하로 제한한다.
[Sn과 Sb가 단독 또는 복합: 0.02~0.2%]
상기 Sn 및 Sb는 결정립계 편석원소로써 결정립계를 통한 질소의 확산을 억제하며 자성에 해로운 {111}, {112} 집합조직의 형성을 억제하고 자성에 유리한 {100} 및 {110} 집합조직을 증가시켜 자기적 특성을 향상시키기 위하여 첨가하며, 0.02%이하로 첨가하면 그 효과가 미미하며 0.2%이상 첨가하면 결정립 성장을 억제하여 자성을 떨어뜨리며 압연성을 열위시키므로 그 첨가량은 0.02~0.2%로 첨가한다.
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 0.05%이하로 제한한다. 또한 Zr, Mo, V등도 강력한 탄질화물 형성 원소이기 때문에 가능한 첨가되지 않는 것이 바람직하며 각각 0.01%이하로 함유되도록 한다.
상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.
Mn과 Al은 첨가량이 증가할 경우, 기본적으로 철손을 감소시키는 효과는 동일하지만 본 발명의 범위에서 Al은 첨가량이 증가함에 따라 자속밀도를 크게 열위시키는 반면, Mn은 자속밀도를 크게 열위시키지 않는다. 따라서 본 발명자들은 [Mn]/[Al]≥1이 되도록 Mn, Al 성분을 첨가시켜 저철손이면서 고자속밀도 특성을 가질 수 있다. 또한 C, S, N, Ti는 불가피하게 첨가되는 불순물원소나 황화물 또는 탄질화물을 형성하여 자화시 자구의 이동을 방해하며 결정립 성장을 억제시켜 자성을 열위시키므로, 그 첨가량을 적절히 제어해야 한다는 점을 착안하여 본 발명을 완성하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 Mn, Al, C, S, N, Ti가 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7의 조성식(상기 [Mn], [Al], [C], [S], [N], [Ti]는 각각 Mn, Al, C, S, N, Ti의 첨가량(중량%))을 만족하도록 제어된다
본 발명은 상기 C, S, N, Ti가 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7의 조성식(상기 [C], [S], [N], [Ti]는 각각 C, S, N, Ti의 첨가량(중량%))을 만족하여 황화물과 탄질화물의 분포를 적정하게 제어함으로써, 철손이 낮고 자속밀도가 매우 높은 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다.
상기 성분으로 제어된 무방향성 전기강판 강 슬라브는 1200℃ 이하로 재가열한 다음 열간압연한다. 재가열 온도가 1200℃이상일 경우 슬라브 내에 존재하는 AlN, MnS등의 석출물이 재고용된 후 열간압연 시 미세 석출되어 결정립 성장을 억제하고 자성을 저하시키므로 재가열 온도는 1200℃이하로 제한한다. 열간압연 시 사상압연에서의 마무리압연은 페라이트상에서 종료하며 판형상 교정을 위하여 최종 압하율은 20%이하로 실시한다.
상기와 같이 제조된 열연판은 700℃이하에서 권취하고, 공기중에서 냉각한다. 권취 냉각된 열연판은 열연판 소둔을 하며, 열연판 소둔 시 승온속도를 10℃/s이하, 균열온도를 950~1150℃로 실시한다. 열연판 소둔 시 승온속도가 10℃/s이상 또는 균열 온도가 950℃보다 낮으면 결정립 성장이 불충분하여 냉간압연 후 소둔 시 자성에 유리한 집합조직을 얻기가 쉽지 않으며, 1150℃를 초과하는 경우에는 결정립이 과도하게 성장하고 판의 표면 결함이 과다해지므로 승온속도를 10℃/s이하, 균열온도는 950~1150℃로 한다.
소둔한 열연판은 통상의 방법으로 산세 후 냉간압연한다. 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. 냉연판 소둔 시 소둔온도는 900~1100℃로 한다. 냉연판 소둔온도가 900℃이하에서는 결정립의 성장이 미흡하며 자성에 해로운 집합 조직인 {111} 텍스쳐가 증가하며, 1100℃이상에서는 결정립이 과도하게 성장하여 자성에 나쁜 영향을 미칠 수 있기 때문에 냉연판의 균열온도는 900~1100℃로 한다.
상기 소둔판은 절연 피막 처리될 수 있다. 상기 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기 복합피막으로 처리될 수 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제로 처리하는 것도 가능하다. 이와 같이 제조된 강판은 가공 후에 그대로 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, C: 0.005%이하(0% 제외), Si: 1.0~4.0%, Mn: 0.1~1.0%, P: 0.1%이하 (0% 제외), S: 0.001~0.005%, Al: 0.1~0.5%, N: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), Sn 및 Sb: 단독 또는 복합으로 0.02~0.2%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되며, 상기 Mn, Al, C, S, N 및 Ti가 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하고, (0.01~0.5μm크기의 황화물의 개수)/(0.01~0.5μm크기의 탄질화물의 개수)≥1을 만족한다. 여기서, 상기 황화물은 황 원자(S) 함유 화합물을 의미하고, 상기 탄질화물은 질소 원자(N) 함유 화합물을 의미하고, 상기 [Mn], [Al], [C], [S], [N] 및 [Ti]는 각각 Mn, Al, C, S, N 및 Ti의 첨가량(중량%)을 의미하고, [C]+[N]+[Ti]>0을 만족한다.
상기 황화물은 MnS, CuS, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 탄질화물은 AlN, TiCN, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 0.01~0.5μm크기의 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상일 수 있다.
여기서, 불순물 첨가 원소인 Cu, Ni 및 Cr이 각 0.05중량%이하로 함유되고, 불순물 첨가 원소인 Zr, Mo 및 V가 0.01중량% 이하로 함유 될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 첨가하는 중요 원소는 Si, Al, Mn과 P, Sn 및 Sb이다. 철손을 낮추기 위한 가장 보편적인 방법은 강의 비저항을 증가시키는 것이며 이를 위해 Si, Al, Mn이 첨가된다. 하지만 Fe에 Si, Al, Mn등이 첨가되면 포화자속밀도가 감소하는 현상은 피할 수 없다. 따라서, 저철손 고자속밀도 무방향성 전기강판에서는 Si, Al, Mn등을 첨가하여 낮은 철손을 유지하면서 성분계에 따라 주어진 강의 포화자속밀도 대비 주어진 인가 자장에서 얼마나 최대한의 자속밀도 특성을 나타낼 수 있는지가 중요하다고 할 수 있다. 하지만 Si, Al, Mn은 그 첨가량에 따라 자속밀도를 감소시키는 효과가 다르며, 또한 Al, Mn의 경우, 적정 첨가량을 제어한다면 철손은 감소시키면서도 자속밀도의 열위 현상을 최소화 할 수 있고 Mn첨가량이 Al첨가량보다 많을 경우 철손과 자속밀도가 보다 우수한 것을 확인하였으며 이를 위하여 상기 Al과 Mn은 [Mn]/[Al]≥1 의 조성식(상기 [Al], [Mn]은 각각 Al, Mn의 첨가량(중량%))을 만족하도록 첨가될 필요가 있다.
한편, P, Sn, Sb는 입계 편석원소로써 재결정 시 결정립계에 편석하여 결정립계에서의 자성에 불리한 {111} 집합조직 형성을 억제하는 효과를 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 집합조직을 향상시키기 위해서는 P, Sn, Sb를 효과적으로 활용하는 것이 자성을 향상시키는 방법이 될 수 있다. 하지만 입계 편석 원소의 첨가량이 과도할 경우 결정립 성장이 억제되어 원하는 결정립을 얻기 어렵기 때문에, 적정 첨가량을 제어할 필요가 있다.
또한, 무방향성 전기강판에는 불가피하게 첨가되는 불순물 원소로 C, S, N, Ti등이 존재한다. S는 Mn, Cu 등과 단독 또는 복합으로 황화물을 형성하며, N은 Al과 질화물을 형성하며 C, Ti 등과 더불어 단독 또는 복합으로도 탄질화물을 형성하는데 이들 황화물 또는 탄질화물은 전기강판의 자화 시 자구의 이동을 억제하며 결정립 성장을 억제하여 자성을 저하시키는 역할을 하므로 극력제어하는 것이 필요하며 또한 그 크기와 분포를 제어함으로써 자성에 미치는 영향을 최소화 할 필요가 있다. 특히, 크기가 미세할 경우 자성을 저하시키는 효과도 크며, 구형의 황화물에 비하여 육면체구조를 가지는 미세한 탄질화물의 경우 자성을 저하시키는 효과가 더 크므로 이를 제어할 필요가 있다. 제강, 열간압연 각 공정들이 황화물 및 탄질화물의 거동에 영향을 미치지만 열연판 소둔 공정 역시 고온에서 열처리 되므로 적정한 조건으로 소둔 조건을 제어할 필요가 있다.
본 발명에서 황화물 및 탄질화물의 크기, 종류 및 분포를 분석하기 위한 방법으로는 시편으로부터 추출된 탄소 주형(carbon replica)을 TEM으로 관찰하며 EDS로 분석하는 방법이 사용되었다. TEM 관찰은 치우침이 없이 무작위로 선택된 영역으로 0.01~0.5 ㎛크기의 황화물 또는 탄질화물이 명확히 관찰되는 배율로 설정 후 적어도 100장 이상의 이미지로 촬영하여 나타나는 모든 황화물 및 탄질화물의 크기 및 분포를 측정하였고, 또한 EDS 스펙트럼을 통하여 유화물 중 MnS, CuS 단독 그리고 (Mn,Cu)S 복합 황화물 및 AlN 및 TiCN 단독 그리고 복합 탄질화물을 분석하였다. 본 발명에서 개재물의 크기 및 분포를 분석함에 있어서 0.01㎛이하의 개재물의 경우 관찰 및 측정에 어려움이 있을뿐더러 자성에 미치는 영향이 작고, 또한 0.5㎛이상의 SiO2, Al2O3와 같은 산화물들도 관찰되었으나 자성에 미치는 영향이 작아서 본 발명의 분석 대상에는 포함시키지 않았다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 통하여 제공되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명이 속하는 분야의 통상 지식을 가진 자가 본 발명을 충분히 이해하여 완전히 개시할 수 있도록 도움을 주기 위한 것이며, 이하의 실시예와 상이한 형태로도 충분히 본 발명이 구현될 수 있다.
[ 실시예 1]
진공 용해를 통하여 하기 표 1과 같이 조성되는 강괴를 제조하여 Si, Mn, Al, C, S, N, Ti의 양을 변화시켜 성분원소의 영향을 보고자 하였다. 각 강괴는 1160℃에서 가열하고, 2.4mm의 두께로 열간압연한 후 권취하였다. 공기 중에서 권취하고 냉각한 열연강판을 승온속도 8 ℃/s, 균열온도를 1050℃에서 열연판 소둔 후, 산세한 다음 0.50mm 두께로 냉간압연하고, 냉연판 소둔을 940~1070℃에서 90초간 하였다. 각각의 시편에 대하여 0.01~0.5 ㎛크기의 Mn과 Cu 단독 황화물 및 이들의 복합황화물 또는 Al, Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수 및 크기를 TEM, EDS를 통해 측정하였으며 그레인(grain) 크기를 절단법(intercept method)을 사용하여 측정하였고 철손(W15 /50)과 자속밀도(B50)를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Figure pat00001
Figure pat00002
1) 철손(W15/500)은 50Hz주파수에서 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 손실(W/kg)임.
2) 자속밀도(B50)은 5000A/m의 자기장을 부가하였을 때 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)임.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 Mn, Al, C, S, N, Ti가 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7의 조성식(상기 [Mn], [Al], [C], [S], [N], [Ti]는 각각 Mn, Al, C, S, N, Ti의 첨가량(중량%))을 만족한 강종 A1, A2, A3, A6, A7, A8, A11, A12는 0.01~0.5μm크기의 황화물과 탄질화물에 대하여 (Mn과 Cu의 단독황화물 또는 이들의 복합 황화물의 개수)/(Al과 Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수)≥1 및 0.01~0.5 ㎛크기의 Mn과 Cu의 단독 또는 복합 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상을 만족하고 결정립 크기도 50~150㎛를 만족하여 그 결과 철손 W15/50과 자속밀도 B50이 우수하게 나타났다.
반면, A4와 A9는 Mn, Al, C, S, N, Ti가 각각 관리범위는 만족하였으나 상기 조성식 [Mn]/[Al]≥1을 만족하지 못하였고 0.01~0.5μm크기의 황화물과 탄질화물에 대하여 (Mn과 Cu의 단독황화물 또는 이들의 복합 황화물의 개수)/(Al과 Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수)≥1을 만족하지 못하여 그 결과 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다.
A5는 Mn, Al, C, S, N, Ti가 각각 관리범위는 만족하였으나 상기 조성식 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하지 못하였고 0.01~0.5μm크기의 Mn과 Cu의 단독 또는 복합 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상을 만족하지 못하였고 그 결과 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다.
A10은 Mn, Al, C, S, N, Ti가 각각 관리범위는 만족하였으나 상기 조성식 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하지 못하였고 0.01~0.5μm크기의 황화물과 탄질화물에 대하여 (Mn과 Cu의 단독황화물 또는 이들의 복합 황화물의 개수)/(Al과 Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수)≥1과 0.01~0.5μm크기의 Mn과 Cu의 단독 또는 복합 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상을 모두 만족하지 못하였고 그 결과 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다.
한편 A13은 Mn, Al, C, S, N, Ti가 각각 관리범위는 만족하였으나 상기 조성식 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 모두 만족하지 못하였고 0.01~0.5μm크기의 황화물과 탄질화물에 대하여 (Mn과 Cu의 단독황화물 또는 이들의 복합 황화물의 개수)/(Al과 Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수)≥1과 0.01~0.5μm크기의 Mn과 Cu의 단독 또는 복합 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상을 모두 만족하지 못하였기 때문에 그 결과 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다.
[ 실시예 2]
진공 용해를 통하여 하기 표 3과 같이 조성되는 강괴를 제조하였다. 이 때, 성분 및 열연판 소둔 시 가열속도와 균열온도 및 냉연판 소둔 가 자성에 미치는 영향을 보고자 하였다. 각 강괴는 1190℃에서 가열하고, 2.3mm의 두께로 열간압연한 후 권취하였다. 공기 중에서 권취하고 냉각한 열연강판을 가열속도와 균열온도를 다르게 하여 소둔 후, 산세한 다음 0.50mm 두께로 냉간압연하고, 냉연판 소둔을 90초로 실시하되 온도를 바꾸어 최종 소둔을 하였다. 각각의 시편에 대하여 0.01~0.5㎛ 크기의 Mn과 Cu 단독 황화물 및 이들의 복합황화물 또는 Al, Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수 및 크기를 TEM, EDS를 통해 측정하였으며 grain size를 intercept method를 사용하여 측정하였고 철손(W15/50)과 자속밀도(B50)를 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
Figure pat00003
Figure pat00004
1) 철손(W15/500)은 50Hz주파수에서 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 손실(W/kg)임.
2) 자속밀도(B50)은 5000A/m의 자기장을 부가하였을 때 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)임.
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 Mn, Al, C, S, N, Ti가 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7의 조성식(상기 [Mn], [Al], [C], [S], [N], [Ti]는 각각 Mn, Al, C, S, N, Ti의 첨가량(중량%))을 만족하고 열연판 소둔시 승온속도 10℃/s이하, 균열온도 950~1150℃를 만족하고 냉연판 소둔온도 900~1100℃를 만족한 강종 B1, B2, B3, B4, B6, B9, B12, B13은 0.01~0.5μm크기의 황화물과 탄질화물에 대하여 (Mn과 Cu의 단독황화물 또는 이들의 복합 황화물의 개수)/(Al과 Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수)≥1 및 0.01~0.5μm크기의 Mn과 Cu의 단독 또는 복합 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상을 만족하고 결정립 크기도 50~150㎛를 만족하여 그 결과 철손 W15/50과 자속밀도 B50이 우수하게 나타났다.
반면, B5는 Mn, Al, C, S, N, Ti가 각각 관리범위는 만족하였고 상기 조성식 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하였으나 열연판 소둔시 승온속도 10℃/s이하를 만족하지 못하였고 0.01~0.5μm크기의 황화물과 탄질화물에 대하여 (Mn과 Cu의 단독황화물 또는 이들의 복합 황화물의 개수)/(Al과 Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수)≥1을 만족하지 못하였기 때문에 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다.
B7은 Mn, Al, C, S, N, Ti가 각각 관리범위는 만족하였고 상기 조성식 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하였으나 열연판 소둔시 승온속도 10℃/s이하 및 균열온도 950~1150℃를 만족하지 못하였고 그 결과 0.01~0.5μm크기의 황화물과 탄질화물에 대하여 (Mn과 Cu의 단독황화물 또는 이들의 복합 황화물의 개수)/(Al과 Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수)≥1 및 0.01~0.5μm크기의 Mn과 Cu의 단독 또는 복합 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상을 만족하지 못하였기 때문에 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다.
한편, B8은 Mn, Al, C, S, N, Ti가 각각 관리범위는 만족하였고 상기 조성식 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하였으나 열연판 소둔시 균열온도 950~1150℃ 및 냉연판 소둔 온도 900~1100℃를 만족하지 못하였고 그 결과 0.01~0.5μm크기의 황화물과 탄질화물에 대하여 (Mn과 Cu의 단독황화물 또는 이들의 복합 황화물의 개수)/(Al과 Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수)≥1을 만족하지 못하였고 결정립 크기도 50~150㎛를 만족하지 못하였기 때문에 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다.
또한, B10은 Mn, Al, C, S, N, Ti가 각각 관리범위는 만족하였지만 상기 조성식 [Mn]/[Al]≥1을 만족하지 못하였고 열연판 소둔시 균열온도 950~1150℃도 만족하지 못하여 0.01~0.5μm크기의 황화물과 탄질화물에 대하여 (Mn과 Cu의 단독황화물 또는 이들의 복합 황화물의 개수)/(Al과 Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수)≥1 및 0.01~0.5μm크기의 Mn과 Cu의 단독 또는 복합 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상을 만족하지 못하였기 때문에 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다.
B11은 Mn, Al, C, S, N, Ti가 각각 관리범위는 만족하였지만 상기 조성식 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하지 못하였고 열연판 소둔시 승온속도 10℃/s이하 을 만족하지 못하여 0.01~0.5μm크기의 Mn과 Cu의 단독 또는 복합 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상을 만족하지 못하였기 때문에 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다.
한편, B14는 Mn, Al, C, S, N, Ti가 각각 관리범위는 만족하였지만 상기 조성식 [Mn]/[Al]≥1과 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하지 못하였고 열연판 소둔시 승온속도 10℃/s이하 및 균열온도 950~1150℃를 모두 만족하지 못하여 0.01~0.5μm크기의 황화물과 탄질화물에 대하여 (Mn과 Cu의 단독황화물 또는 이들의 복합 황화물의 개수)/(Al과 Ti의 단독 탄질화물 또는 이들의 복합 탄질화물의 개수)≥1 및 0.01~0.5μm크기의 Mn과 Cu의 단독 또는 복합 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상을 만족하지 못하였기 때문에 철손과 자속밀도가 열위하게 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.

Claims (11)

  1. 중량%로, C: 0.005%이하(0% 제외), Si: 1.0~4.0%, Mn: 0.1~1.0%, P: 0.1%이하 (0% 제외), S: 0.001~0.005%, Al: 0.1~0.5%, N: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), Sn 및 Sb: 단독 또는 복합으로 0.02~0.2%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되며, 상기 Mn, Al, C, S, N 및 Ti가 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하고, (0.01~0.5μm크기의 황화물의 개수)/(0.01~0.5μm크기의 탄질화물의 개수)≥1을 만족하는 무방향성 전기강판.
    단, 상기 황화물은 황 원자(S) 함유 화합물을 의미하고, 상기 탄질화물은 질소 원자(N) 함유 화합물을 의미하고, 상기 [Mn], [Al], [C], [S], [N] 및 [Ti]는 각각 Mn, Al, C, S, N 및 Ti의 첨가량(중량%)을 의미하고, [C]+[N]+[Ti]>0을 만족한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 황화물은 MnS, CuS, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 탄질화물은 AlN, TiCN, 또는 이들의 조합을 포함하는 무방향성 전기강판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 0.01~0.5㎛크기의 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상인 무방향성 전기강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    불순물 첨가 원소인 Cu, Ni 및 Cr이 각 0.05중량%이하로 함유되고, 불순물 첨가 원소인 Zr, Mo 및 V가 각 0.01중량% 이하로 함유되는 무방향성 전기강판.
  5. 중량%로, C: 0.005%이하(0% 제외), Si: 1.0~4.0%, Mn: 0.1~1.0%, P: 0.1%이하 (0% 제외), S: 0.001~0.005%, Al: 0.1~0.5%, N: 0.005%이하(0% 제외), Ti: 0.005%이하(0% 제외), Sn 및 Sb: 단독 또는 복합으로 0.02~0.2%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되며, 상기 Mn, Al, C, S, N 및 Ti가 [Mn]/[Al]≥1 및 [S]/([C]+[N]+[Ti])≤0.7을 만족하고, (0.01~0.5μm크기의 황화물의 개수)/(0.01~0.5μm크기의 탄질화물의 개수)≥1을 만족하는 슬라브를 제공하는 단계;
    상기 슬라브를 재가열하고 열간압연하여 열연판을 제공하는 단계;
    상기 열연판을 소둔 및 산세한 후 냉간압연하여 냉연판을 제공하는 단계; 및
    상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함하는
    무방향성 전기강판의 제조방법.
    단, 상기 황화물은 황 원자(S) 함유 화합물을 의미하고, 상기 탄질화물은 질소 원자(N) 함유 화합물을 의미하고, 상기 [Mn], [Al], [C], [S], [N] 및 [Ti]는 각각 Mn, Al, C, S, N 및 Ti의 첨가량(중량%)을 의미하고, [C]+[N]+[Ti]>0을 만족한다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열연판의 소둔은 10℃/s 이하의 승온속도와 950~1150℃의 균열온도에서 실시하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉연판의 두께는 0.10mm~0.70mm인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 최종소둔은 900~1100℃의 온도에서 실시하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 황화물은 MnS, CuS, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 질화물은 AlN, TiCN, 또는 이들의 조합을 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 0.01~0.5μm크기의 황화물의 평균 크기가 0.15㎛이상인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    최종소둔한 강판의 평균 결정립 크기가 50~150㎛인 무방향성 전기강판의 제조방법.
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