KR20170075592A - 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, C:0.005%이하(0%는 제외함), Si:1.0 내지 4.0%, Al:0.15 내지 1.5%, Mn:0.1 내지 1.0%, P:0.2%이하(0%는 제외함), N:0.005%이하(0%는 제외함), S:0.001% 내지 0.006%, Ti:0.005%이하(0%는 제외함), O:0.005%이하(0%는 제외함) 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하고, 석출물 중 산화물의 평균크기가 비산화물의 평균크기에 비해 크다.
[식 1]
Figure pat00007

(단, 식 1에서 [Si], [Al] 및 [Mn]은 각각 Si, Al 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)

Description

무방향성 전기강판 및 그 제조방법{NON-ORIENTIED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 모터, 발전기 등의 회전 기기와 소형 변압기 등의 정지기기에서 철심용 재료로 사용되며 전기기기의 에너지 효율을 결정하는데 중요한 역할을 한다. 따라서 최근 에너지의 절감, 전기 기기의 소형화 등에 대한 요구는 전기기기의 효율 향상을 요구하고 있으며 이는 무방향성 전기강판의 특성 개선에 대한 요구로 이어지고 있다. 전기강판의 특성으로는 대표적으로 철손과 자속밀도를 들 수 있는데 철손은 작고, 자속밀도는 높을 수록 좋은데 이는 철심에 전기를 부가하여 자기장을 유도할 때, 철손이 낮을 수록 열로 손실되는 에너지를 줄일 수 있으며, 자속밀도가 높을수록 똑같은 에너지로 더 큰 자기장을 유도할 수 있기 때문이다. 따라서 에너지의 절감, 친환경 제품의 수요 증가에 대응하기 위해서는 철손은 낮고 자속밀도는 높은 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 두께의 경우 사용되는 제품의 특성에 따라 결정되며 두께가 얇을수록 생산성 저하 및 원가 증가라는 문제를 안고 있다. 일반적인 소재의 전기 비저항 증가를 통한 철손 감소 방법인 비저항이 큰 합금 원소인 Si, Al, Mn등을 첨가하는 방법 역시 합금 원소를 첨가하게 되면 철손은 감소하지만 포화 자속밀도 감소로 인해 자속밀도의 감소 역시 피할 수 없다는 모순을 안고 있다. 또한, Si 첨가량이 4%이상이 되면 가공성이 저하되어 냉간압연이 곤란해져 생산성이 떨어지게 되며 Al, Mn등도 많이 첨가될수록 압연성도 저하되며 경도가 증가하며 가공성도 떨어지게 된다. 따라서 이들 첨가원소를 가장 적절히 첨가하여 원가를 낮추면서도 자성을 향상하도록 하는 기술이 필요하다.
한편, 강 중에는 첨가원소인 Fe, SI, Al, Mn 등과 불가피하게 첨가되는 불순물 원소인 C, S, N, O, Ti 등이 결합하여 미세한 석출물을 형성하여 결정립의 성장을 억제시키고 자구의 이동을 방해하여 자기적 성질을 저하시킨다. 이러한 강중의 석출물에는 탄화물, 질화물, 황화물 및 산화물 등이 있다. 이들은 단독 또는 복합하여 나타나고 있다. 이들 미세한 화합물은 그 크기나 형성 원인에 따라 개재물 또는 석출물로 구분하는데, 개재물은 100nm이상의 크기이어서 결정립 성장에는 큰 영향을 미치지 아니하며, 100nm이하로 발견되는 석출물이 결정립성장을 억제하는 것으로 알려져 있다.
이들 석출물이 미세하면 그만큼 수량이 많아져서 자구의 이동이나 결정립성장을 억제하기 때문에 석출물의 크기를 크게 하거나 또는 둘 이상의 복합 석출물을 만드는 것이 중요하다.
본 발명의 일 실시예는 첨가되는 합금원소량을 한정하고 석출물을 크게 성장하도록 하여서 결정립 성장과 자화 중 자구의 이동을 용이하게 함으로써 자성을 향상시킨 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, C:0.005%이하(0%는 제외함), Si:1.0 내지 4.0%, Al:0.15 내지 1.5%, Mn:0.1 내지 1.0%, P:0.2%이하(0%는 제외함), N:0.005%이하(0%는 제외함), S:0.001% 내지 0.006%, Ti:0.005%이하(0%는 제외함), O:0.005%이하(0%는 제외함) 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하고, 석출물 중 산화물의 평균크기가 비산화물의 평균크기에 비해 크다.
[식 1]
Figure pat00001
(단, 식 1에서 [Si], [Al] 및 [Mn]은 각각 Si, Al 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
석출물 중 산화물이 비산화물에 비해 개수가 많을 수 있다.
Sn 및 Sb를 각각 단독 또는 복합으로 0.01 내지 0.2 중량% 더 포함할 수 있다.
석출물 중 FeO 또는 FeO가 함유된 석출물의 개수가 40% 이상이 될 수 있다.
평균 결정립 입경이 50 내지 180㎛이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, C:0.005%이하(0%는 제외함), Si:1.0 내지 4.0%, Al:0.15 내지 1.5%, Mn:0.1 내지 1.0%, P:0.2%이하(0%는 제외함), N:0.005%이하(0%는 제외함), S:0.001% 내지 0.006%, Ti:0.005%이하(0%는 제외함), O:0.005%이하(0%는 제외함) 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 가열한 후 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;열연판을 권취 후 냉각하는 단계; 열연판을 소둔하고 냉각하는 단계; 열연 소둔판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 냉연판을 최종 소둔하고 냉각하는 단계를 포함하고, 열연판을 권취 후 냉각하는 단계에서 600℃ 이상에서 30분 이상 유지하여 냉각하고, 열연판 소둔하고 냉각하는 단계에서 600℃ 이상에서 5초 이상 냉각하고, 냉연판을 최종 소둔하고 냉각하는 단계에서 600℃ 이상에서 5초 이상 냉각한다.
[식 1]
Figure pat00002
(단, 식 1에서 [Si], [Al] 및 [Mn]은 각각 Si, Al 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
슬라브는 Sn 및 Sb를 각각 단독 또는 복합으로 0.01 내지 0.2 중량% 더 포함할 수 있다.
열연판을 제조하는 단계에서, 슬라브를 1200℃ 이하로 가열할 수 있다.
열연판을 권취 후 냉각하는 단계에서 권취온도는 600 내지 800℃가 될 수 있다.
열연판을 소둔하고 냉각하는 단계에서, 열연판 소둔 온도는 850 내지 1,150℃가 될 수 있다.
열연 소둔판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계에서, 0.1 내지 0.7mm의 두께로 냉간 압연할 수 있다.
열연 소둔판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계에서, 냉간 압연은 1차 냉간압연, 중간 소둔 및 2차 냉간 압연을 포함할 수 있다.
냉연판을 최종 소둔하고 냉각하는 단계에서 소둔시, 소둔의 균열온도는 850 내지 1,100℃가 될 수 있다.
제조된 전기강판의 석출물 중 산화물의 평균크기가 비산화물의 평균크기에 비해 클 수 있다.
석출물 중 산화물이 비산화물에 비해 개수가 많을 수 있다.
석출물 중 FeO 또는 FeO가 함유된 석출물의 개수가 40% 이상일 수 있다.
평균 결정립 입경이 50 내지 180㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 석출물을 크게 성장하도록 하여서 결정립 성장과 자화 중 자구의 이동을 용이하게 함으로써 자성을 향상시킬 수 있다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, C:0.005%이하(0%는 제외함), Si:1.0 내지 4.0%, Al:0.15 내지 1.5%, Mn:0.1 내지 1.0%, P:0.2%이하(0%는 제외함), N:0.005%이하(0%는 제외함), S:0.001% 내지 0.006%, Ti:0.005%이하(0%는 제외함), O:0.005%이하(0%는 제외함) 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하고, 석출물 중 산화물의 평균크기가 비산화물의 평균크기에 비해 크다.
[식 1]
Figure pat00003
(단, 식 1에서 [Si], [Al] 및 [Mn]은 각각 Si, Al 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
본 발명의 일 실시예에서는 무방향성 전기강판의 성분 중에서도 특히 Si, Al, Mn 등의 성분을 정밀하게 조절하여, 석출물이 가능한한 크게 생성되고, 석출물이 단독으로 존재하지 않고 복합적으로 석출하게 함으로서 석출물이 크게 석출하고자 하였다. 또한 석출물 중 산화물의 평균크기가 비산화물의 평균크기에 비해 크게 형성함으로써 자성을 향상시킨다.
본 발명의 일 실시예에서 첨가하는 원소는 Si, Mn, Al, P 또는 필요에 따라 Sn, Sb이며, 모재의 Fe가 있다. 그 외의 첨가되는 원소는 O, C, N, S 등이 있으며 이들은 낮게 관리될 필요가 있다. 이들 원소 N나 C가 다른 원소와 만드는 질화물과 탄화물이 있으며, Al, Mn, Si 및 Fe 등이 O와 만드는 산화물, 그리고 Mn과 Cu가 S와 만드는 황화물 등이 있으며, 이들은 단독 또는 복합하여 발생한다.
본 발명의 일 실시예에서는 석출물을 조대화하고자 하였고, 특히 석출물이 단독이 아닌 복합적으로 석출되도록 함으로써 보다 용이하게 성장시키고자 하였다. 그 중에서 산화물은 추가 원소를 들이지 않고도 가능한 원소이어서 보다 조대화가 용이하였다. 이를 통해 전기강판의 자성이 향상됨을 확인할 수 있었다.
본 발명의 일 실시예에서는 석출물 중에서 산화물이 전체 석출물 개수의 50% 이상이었으며, 산화물 중에서도 특히 FeO가 40% 이상을 차지하였다. 특히 석출물이 복합적으로 석출하는데 산화물의 영향이 크게 작용하였다. 이들 산화물은 제강 작업할 때 O를 낮추었으나 강 중에 산화물로 잔존 또는 소둔 후 석출되는 것으로 판단된다. 황화물은 슬라브 재가열하고 열간압연 후 냉각할 때 상당량 석출되며, 이들은 CuS, MnS 또는 이들의 복합 석출물로 석출되어 나타났다. 하지만 산화물은 황화물 보다는 FeO, Al2O3, SiO2 등의 산화물의 복합 석출물이 많았고, 산화물이 질화물과 탄화물과의 결합은 상대적으로 적다.
본 발명의 일 실시예에서 발생된 석출물 중 산화물은 단독 또는 복합으로 존재하며 평균 크기가 15nm 내지 70nm 이었고, 평균수량은 1mm2당 10,000개에서 400,000개로 확인되었다. 또한 석출물 중 비산화물은 단독 또는 복합하여 평균크기가 10nm 내지 50nm 이고, 평균수량은 1mm2당 5,000개에서 200,000개로 확인되었다.
이처럼 석출물 중 산화물의 평균크기가 비산화물의 평균크기에 비해 크게 형성함으로써 결정립 성장을 용이하게 할 수 있고, 구체적으로 평균 결정립 크기를 50 내지 180㎛로 할 수 있다. 이 때 결정립 크기는 전기강판 분야에서 일반적으로 사용되는 절편법(intercept method)에 의해 측정된 결정립 크기를 의미한다.
무방향성 전기강판의 성분 한정의 이유를 하기에 설명한다.
Si: 1.0 내지 4.0 중량%
실리콘(Si)은 강의 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추는 성분이기 때문에 첨가되는 주요 원소이며 산화물을 쉽게 형성하는 원소이다. Si가 너무 적게 함유되면 저철손 특성을 얻기 어렵고, Si가 너무 많이 첨가되면 냉간압연이 곤란할 수 있다. 따라서 1.0 내지 4.0 중량%로 제한할 수 있다.
Mn:0.1 내지 1.0중량%
망간(Mn)은 Si, Al등과 더불어 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 효과가 있기 때문에 Mn을 적어도 0.1 중량%이상 첨가함으로써 철손을 개선하려는 목적으로 첨가된다. 그러나 Mn 첨가량이 증가할수록 포화자속밀도가 감소하기 때문에 자속밀도가 감소하며 또한 S와 결합하여 미세한 MnS 석출물을 형성하여 결정립 성장을 억제하며 자벽 이동을 방해하여 철손 중 특히 이력 손실을 증가시키는 단점이 있어서 1.0 중량% 이하로 첨가한다.
Al:0.15 내지 1.5중량%
알루미늄(Al)은 제강공정에서 강의 탈산을 위하여 불가피하게 첨가되는 원소로서 비저항을 증가시키는 주요 원소이기 때문에 철손을 낮추기 위하여 많이 첨가되지만 첨가하여 포화 자속밀도를 감소시키는 역할도 한다. 또한 Al 첨가량이 과도하게 적으면 미세한 AlN을 형성시켜 결정립 성장을 억제하여 자성을 저하시킬 수 있다. 또한 Al이 너무 많이 첨가되면 자속밀도가 감소되는 원인이 되므로 그 첨가량을 0.15 내지 1.5 중량%로 제한할 수 있다.
P: 0.2 중량% 이하
인(P)은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추며 결정립계에 편석함으로써 자성에 유해한 집합조직의 형성을 억제하고 유리한 집합조직인 {100}을 형성하나 너무 많이 첨가되면 압연성을 저하시키므로 0.2 중량% 이하로 제한할 수 있다.
C:0.005 중량% 이하
탄소(C)는 많이 첨가될 경우 오스테나이트 영역을 확대하며 상변태 구간을 증가시키고 소둔 할 때 페라이트의 결정립성장을 억제하여 철손을 높이는 효과를 나타내며, 또한 Ti등과 결합하여 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용 시 자기시효에 의하여 철손을 높이기 때문에 0.005 중량% 이하로 제한할 수 있다.
N:0.005 중량% 이하
질소(N)는 Al, Ti등과 강하게 결합함으로써 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하는 등 자성에 해로운 원소이므로 적게 함유시키는 것이 바람직하며, 0.005 중량% 이하로 제한할 수 있다.
S:0.001 내지 0.006중량%
황(S)은 자기적 특성에 유해한 MnS, CuS 및 (Cu,Mn)S 등의 황화물을 형성하는 원소이므로 가능한 한 낮게 첨가하는 것이 바람직하다. 하지만 너무 적게 첨가될 경우 오히려 집합조직 형성에 불리하여 자성이 저하될 수 있다. 또한 너무 많이 첨가될 경우는 미세한 황화물의 증가로 인해 자성이 열위해질 수 있다. 따라서 0.001 내지 0.006 중량%로 제한할 수 있다.
Ti:0.005 중량% 이하
티타늄(Ti)은 미세한 탄화물과 질화물을 형성하여 결정립성장을 억제하며 많이 첨가될 수록 증가된 탄화물과 질화물로 인해 집합 조직도 열위하게 되어 자성이 나빠지게 된다. 따라서 0.005 중량% 이하로 제한할 수 있다.
O : 0.005 중량% 이하
산소(O)는 여러가지 산화물을 만들어 결정립성장을 억제하기 때문에 가능한 낮게 함유시킬 수 있다. 따라서 0.005 중량% 이하로 제한할 수 있다.
Sn, Sb: 0.01 내지 0.2중량%
주석(Sn)과 안티몬(Sb)은 결정립계에 편석원소로써 결정립계를 통한 질소의 확산을 억제하며 자성에 해로운 {111} 집합조직을 억제하고 유리한 {100}집합조직을 증가시켜 자기적 특성을 향상시키기 위하여 첨가하며, Sn 및 Sb 각각 단독 또는 그 합이 너무 많이 첨가하면 결정립 성장을 억제하여 자성을 떨어뜨리고 압연성상이 나빠질 수 있다. 따라서, Sn 또는 Sb를 포함하는 경우, Sn 및 Sb 각각 단독 또는 그 합으로 0.01 내지 0.2 중량%로 제한할 수 있다.
특히 본 발명의 일 실시예에서는 첨가원소 중에서 Si, Mn, Al을 하기 식 1을 만족하도록 조절함으로써 Mn함량이 높지 않으면서 Si함량이 높은 조건을 갖도록 하며 Al도 상당량 함유시켜 AlN 등을 억제하도록 하였다.
[식 1]
Figure pat00004
(단, 식 1에서 [Si], [Al] 및 [Mn]은 각각 Si, Al 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, C:0.005%이하(0%는 제외함), Si:1.0 내지 4.0%, Al:0.15 내지 1.5%, Mn:0.1 내지 1.0%, P:0.2%이하(0%는 제외함), N:0.005%이하(0%는 제외함), S:0.001% 내지 0.006%, Ti:0.005%이하(0%는 제외함), O:0.005%이하(0%는 제외함) 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 가열한 후 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 권취 후 냉각하는 단계; 열연판을 소둔하고 냉각하는 단계; 열연 소둔판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 냉연판을 최종 소둔하고 냉각하는 단계를 포함하고, 열연판을 권취 후 냉각하는 단계에서 600℃ 이상에서 30분 이상 유지하여 냉각하고, 열연판 소둔하고 냉각하는 단계에서 600℃ 이상에서 5초 이상 냉각하고, 냉연판을 최종 소둔하고 냉각하는 단계에서 600℃ 이상에서 5초 이상 냉각한다.
본 발명의 일 실시예에서는 열연판 제조 후, 열연판 소둔 후, 냉연판 소둔 후 냉각할 때 천천히 냉각하여 석출물이 성장하는 시간을 갖도록 하여 자성을 향상하고자 하였다.
이하에서는 각 단계별로 공정을 설명한다.
먼저 슬라브를 가열한 후 열간 압연하여 열연판을 제조한다. 각 조성의 첨가 비율을 한정한 이유는 전술한 무방향성 전기강판의 한정 이유와 동일하다. 후술할 열간 압연, 열연판 소둔, 냉간 압연, 최종 소둔 등의 과정에서 슬라브의 조성은 실질적으로 변동되지 아니하므로, 슬라브의 조성과 무방향성 전기강판의 조성이 실질적으로 동일하다.
슬라브를 가열로에 장입하여 1,200℃ 이하로 가열할 수 있다. 가열 온도가 너무 높을 경우 슬라브 내에 존재하는 AlN, MnS등의 석출물이 재고용된 후 열간 압연 시 미세 석출되어 결정립 성장을 억제하고 자성을 저하시킬 수 있다. 더욱 구체적으로 1,050℃ 내지 1,200℃에서 가열할 수 있다.
가열된 슬라브는 1.4mm 내지 3mm로 열간 압연하여 열연판으로 제조된다. 열간 압연할 때 사상압연에서의 마무리압연은 페라이트상에서 종료하며 판형상 교정을 위하여 최종 압하율은 20%이하로 실시한다.
다음으로 열연판을 권취 후 냉각한다. 열연판은 600℃ 내지 800℃의 온도에서 권취하고, 공기중이나 별도의 노에 넣어서 냉각한다. 냉각할 때의 온도는 600℃ 이상에서 적어도 30분 이상 유지될 수 있도록 한다. 온도가 너무 낮거나 시간이 짧게 유지되면 석출물의 성장이 어려워 미세하게 석출될 수 있다. 더욱 구체적으로 600 내지 800℃의 온도에서 30분 내지 3시간 동안 유지될 수 있다.
다음으로 열연판을 소둔하고 냉각한다. 자성개선을 위하여 열연판을 소둔하는 것이며, 열연판 소둔 온도는 850 내지 1,150℃로 한다. 열연판 소둔 온도가 너무 낮으면 결정립 성장이 불충분할 수 있다. 열연판 소둔 온도가 너무 높으면 결정립이 과도하게 성장하고 판의 표면 결함이 과다해 질 수 있다.
열연판 소둔 후 냉각할 때 냉각은 급냉하지 않고 600℃ 이상에서 5초 이상 유지한다. 냉각할 때 온도가 너무 낮거나, 유지 시간이 짧으면 석출물이 조대화가 어렵고 판이 휠 수도 있다. 더욱 구체적으로 냉각시 온도는 600 내지 800℃가 될 수 있고, 5 내지 30초간 유지할 수 있다.
열연판 소둔 후 산세할 수도 있다.
다음으로, 열연 소둔판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조한다. 냉간 압연은 0.1mm에서 0.7mm의 두께로 최종 압연하며, 필요시 1차 냉간압연, 중간소둔, 2차 냉간 압연할 수 있으며, 최종 압하율은 50 내지 95%의 범위로 할 수 있다.
다음으로, 냉연판을 최종 소둔하고 냉각한다. 냉연판을 소둔하는 공정에서 소둔할 때 냉연판 소둔의 균열온도는 850 내지 1,100℃로 한다. 냉연판 소둔온도가 850℃이하에서는 결정립의 성장이 미흡하여 자성에 해로운 집합 조직인 {111} 집합조직이 증가하며, 1100℃이상에서는 결정립이 과도하게 성장하여 자성에 나쁜 영향을 미칠 수 있기 때문에 냉연판의 균열온도는 850 내지 1100℃로 한다.
냉연판 소둔 후 냉각할 때 냉각은 급냉하지 않고 600℃ 이상에서 5초 이상 유지한다. 냉각할 때 온도가 너무 낮거나, 유지 시간이 짧으면 미세한 석출물이 단독으로 석출될 수 있다. 더욱 구체적으로 냉각시 온도는 600 내지 800℃가 될 수 있고, 5 내지 30초간 유지할 수 있다.
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.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
진공 용해를 통하여 하기 표 1 및 표 2와 같이 조성되는 강괴를 제조하여 Si, Al, Mn의 중량%의 양이 식 1을 만족하는 발명강 A1에서 A7까지, 그리고 식 1을 만족하지 못하는 A8에서 A12까지 비교강을 용해하였다.
진공용해강 A1 내지 A7은 Si, Al, Mn 함량이 발명의 범위로 제조하고 각 강괴는 1120℃에서 가열하고, 2.2mm의 두께로 열간압연한 후 권취하고 표 2에서와 같이 대기 중에서 서냉하여 권취하고 냉각한 열연강판은 5분간 질소 분위기에서 소둔하고, 질소와 산소가 혼재하는 분위기의 600℃ 이상 온도에서 서냉하고 최종 물을 뿌려 급냉하였다. 소둔한 열연판은 산세한 다음 0.35mm 두께로 냉간압연하고, 냉연판의 최종 소둔은 수소 30%와 질소 70%의 분합분위기에서 2분간 소둔하였다. 냉각대는 수소 40%와 질소의 분위기에서 냉각하였다. 최종 소둔판은 각각의 시편에 대하여 산화물, 황화물, 탄화물, 질화물 및 그 복합 석출물의 크기 및 수량을 조사하였고 결정립 및 자성을 측정하여 하기 표 3에 정리하였다.
석출물의 크기, 종류 및 분포를 분석하기 위한 방법으로는 시편으로부터 추출된 carbon replica를 TEM으로 관찰하며 EDS로 분석하는 방법을 사용하였다. TEM 관찰은 치우침이 없이 무작위로 선택된 영역으로 EDS spectrum을 통하여 석출물의 종류를 분석하였다.
철손(W15/50)은 50Hz주파수에서 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 손실(W/kg)로 측정하였다.
자속밀도(B50)는 5000A/m의 자기장을 부가하였을 때 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)로 측정하였다.
구분 C Si Al Mn P S N Ti Sn Sb
A1 0.0025 1.56 0.25 0.42 0.031 0.0024 0.0014 0.0002 0.026 0.012
A2 0.0028 2.64 0.22 0.4 0.036 0.0021 0.0021 0.0015 0.019 0
A3 0.0025 2.82 0.82 0.8 0.045 0.0028 0.0014 0.0017 0 0
A4 0.0022 2.95 0.78 0.62 0.055 0.0021 0.0012 0.0016 0 0
A5 0.0025 2.82 1.3 0.45 0.032 0.0015 0.0025 0.0011 0 0.031
A6 0.0028 2.91 0.32 0.52 0.031 0.0018 0.0021 0.0011 0.024 0.021
A7 0.0022 3.3 0.25 0.4 0.035 0.0032 0.0026 0.0015 0.036 0.015
A8 0.0021 0.52 0.002 0.45 0.031 0.0024 0.0014 0.0002 0.026 0.012
A9 0.0026 1.43 0.25 0.62 0.045 0.0001 0.0015 0.0019 0.025 0.031
A10 0.0023 2.24 0.12 0.72 0.055 0.0032 0.0018 0.0021 0 0.019
A11 0.0027 2.51 0.45 0.9 0.023 0.0035 0.0021 0.0021 0.035 0
A12 0.0029 2.96 0.74 1.3 0.019 0.0019 0.0019 0.0025 0.043 0
강종 식 1 만족 여부 권취후 냉각 열연판소둔 냉연판소둔 비고
온도(℃) 시간(분) 소둔온도(℃) 600℃이상 유지 시간(초) 소둔온도(℃) 600℃이상 유지 시간(초)
A1 O 700 60 900 10 900 8 발명강1
A2 O 650 60 1000 12 1030 15 발명강2
A3 O 650 60 1000 10 1030 15 발명강3
A4 O 650 60 1000 7 1030 15 발명강4
A5 O 650 60 1000 7 1050 15 발명강5
A6 O 650 60 1000 10 1050 15 발명강6
A7 O 650 60 1000 10 1050 15 발명강7
A8 X 700 60 900 10 900 8 비교강1
A9 X 700 60 900 12 900 8 비교강2
A10 X 650 60 1000 12 1050 15 비교강3
A11 X 650 60 1000 12 1050 15 비교강4
A12 X 650 60 1000 12 1050 15 비교강5
강종 결정립크기
(㎛)		 석출물 중 산화물 석출물 중
FeO비율(%)		 석출물 중 비산화물 철손 (W15/50) W/kg 자속밀도 (B50) Tesla 비고
크기(nm) 비율(%) 크기(nm) 비율(%)
A1 60 45 55 45 40 45 3.72 1.78 발명강1
A2 80 48 60 50 43 40 2.21 1.73 발명강2
A3 87 60 62 54 45 38 2.12 1.71 발명강3
A4 120 65 65 48 46 35 1.85 1.69 발명강4
A5 120 58 70 55 45 30 1.92 1.68 발명강5
A6 110 45 72 62 40 28 1.95 169 발명강6
A7 160 48 70 55 35 30 1.93 1.68 발명강7
A8 40 32 35 28 38 65 6.43 1.71 비교강1
A9 45 33 40 35 38 60 4.52 1.69 비교강2
A10 60 31 35 32 37 65 2.52 1.66 비교강3
A11 65 22 40 36 39 60 2.54 1.65 비교강4
A12 70 28 45 30 35 55 2.32 1.62 비교강5
표 1 내지 표 3에서 나타나듯이, A1 내지 A7은 전기강판의 조성 범위 및 식 1을 만족하고 있으며, 석출물 중 산화물의 크기가 비산화물의 크기에 비해 큰 것을 확인할 수 있으며, 결정립도 잘 성장되었고, 철손 및 자속밀도도 우수함을 확인할 수 있다. 반면, A8 내지 A12는 전기강판의 조성 범위 및 식 1을 만족하지 아니하며, 일부는 석출물 중 산화물의 크기가 비산화물의 크기에 비해 작은 것을 확인할 수 있다. 따라서 철손 및 자속밀도가 열악함을 확인할 수 있다.
실시예 2
진공 용해를 통하여 하기 표 4 및 표 5와 같이 조성되는 강괴를 제조하여 Si, Al, Mn의 중량%의 양이 식 1을 만족하는 발명강 A13에서 A15까지 용해하였다.
각 강괴는 1120℃에서 가열하고, 2.2mm의 두께로 열간압연한 후 권취하고 표 5에서와 같이 대기 중에서 서냉하여 권취하고 냉각한 열연강판은 5분간 질소 분위기에서 소둔하고, 질소와 산소가 혼재하는 분위기의 600℃ 이상 온도에서 서냉하고 최종 물을 뿌려 급냉하였다. 소둔한 열연판은 산세한 다음 0.35mm 두께로 냉간압연하고, 냉연판의 최종 소둔은 수소 30%와 질소 70%의 분합분위기에서 2분간 소둔하였다. 냉각대는 수소 40%와 질소의 분위기에서 냉각하였다. 최종 소둔판은 각각의 시편에 대하여 산화물, 황화물, 탄화물, 질화물 및 그 복합 석출물의 크기 및 수량을 조사하였고 결정립 및 자성을 측정하여 하기 표 6에 정리하였다.
구분 C Si Al Mn P S N Ti Sn Sb
A13 0.0035 2.12 0.31 0.2 0.032 0.0044 0.0025 0.0013 0 0.035
A14 0.0024 2.52 0.26 0.21 0.043 0.0022 0.0029 0.0011 0.041 0
A15 0.0021 3.12 0.51 0.8 0.045 0.0045 0.0022 0.0009 0.031 0
강종 식 1 만족 여부 권취후 냉각 열연판소둔 및 냉각 냉연판소둔 및 냉각 비고
온도(℃) 시간(분) 소둔온도(℃) 600℃이상 유지(초) 소둔온도(℃) 600℃이상 유지시간
A13 O 650 50 950 12 980 10 발명강8
A13 O 650 50 800 2 980 2 비교강6
A14 O 620 80 1020 10 1020 11 발명강9
A14 O 620 80 1020 2 1020 11 비교강7
A14 O 620 1 1020 2 900 2 비교강8
A14 O 520 80 1020 2 1020 2 비교강9
A15 O 650 30 1020 15 1020 12 발명강10
A15 O 650 1 1020 2 1020 2 비교강10
A15 O 650 30 1020 2 1020 2 비교강11
강종 결정립크기 (㎛) 석출물 중 산화물 석출물 중
FeO비율(%)		 석출물 중 비산화물 철손 (W15/50) W/kg 자속밀도 (B50) Tesla 비고
크기(nm) 비율(%) 크기(nm) 비율(%)
A13 75 47 68 52 35 32 2.81 1.75 발명강8
A13 45 30 41 35 38 59 3.52 1.72 비교강6
A14 78 52 65 45 46 35 2.23 1.71 발명강9
A14 60 28 38 38 35 62 2.52 1.68 비교강7
A14 40 31 35 35 35 65 2.43 1.67 비교강8
A14 60 28 36 32 36 64 2.61 1.68 비교강9
A15 120 65 80 57 38 20 2.11 1.71 발명강10
A15 72 25 45 35 33 55 2.43 1.65 비교강10
A15 67 21 42 36 33 58 2.64 1.63 비교강11
표 4 내지 표 6에서 나타나듯이, 비교강에 비하여 발명강은 권취 후 냉각시간을 충분히 주었고, 열연판 및 냉연판을 소둔 후 600℃ 이상에서 시간을 충분히 주어서 FeO 산화물을 비롯한 산화물의 형성이 잘 되어서 결정립이 잘 성장하였고 자성이 우수함을 확인할 수 있다.
반면, 비교강 6은 열연판소둔 온도가 낮으며 냉각할 때 600℃이상 유지시간이 짧았으며 석출물 중 산화물의 크기가 작으며 그 수량도 작았다. 비교강 7도 열연판 소둔후 냉각시간이 짧아서 석출물 중 산화물이 크기가 비산화물에 비하여 상대적으로 작고 수량이 적었으며, FeO 산화물의 비율도 40%이하로 낮았다. 비교강 8은 권취 후 냉각을 수냉하여 빨리 냉각하였고, 열연판 소둔한 후 600℃이상에서 냉각시간이 짧았으며 냉연판 소둔후 시간도 짧아서 석출물 중 FeO를 비롯한 산화물의 형성이 미흡하여 철손이 상대적으로 높고 자속밀도가 낮다. 비교강 9도 성분은 만족하지만 권취온도가 낮으며, 열연판 소둔 후 냉각시 소둔시간이 짧아서 FeO를 비롯한 산화물 단독 또는 복합 석출물의 크기가 작고 그 수도 비산화물에 비하여 적어서 결정립의 크기도 작고 자성이 저조함을 확인할 수 있다. 비교강 10은 권취 후 냉각을 물속에 급냉하고 비교강 11과 함께 열연판 및 냉연판 소둔 후 냉각시간을 짧게한 결과 석출물 중 FeO비율이 낮고 산화물의 형성이 적어서 결정립이 작고 자성이 미흡한 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 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.

Claims (17)

  1. 중량%로, C:0.005%이하(0%는 제외함), Si:1.0 내지 4.0%, Al:0.15 내지 1.5%, Mn:0.1 내지 1.0%, P:0.2%이하(0%는 제외함), N:0.005%이하(0%는 제외함), S:0.001% 내지 0.006%, Ti:0.005%이하(0%는 제외함), O:0.005%이하(0%는 제외함) 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 식 1을 만족하고,
    석출물 중 산화물의 평균크기가 비산화물의 평균크기에 비해 큰 무방향성 전기강판.
    [식 1]
    Figure pat00005

    (단, 식 1에서 [Si], [Al] 및 [Mn]은 각각 Si, Al 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 석출물 중 산화물이 비산화물에 비해 개수가 많은 무방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    Sn 및 Sb를 각각 단독 또는 복합으로 0.01 내지 0.2 중량% 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    석출물 중 FeO 또는 FeO가 함유된 석출물의 개수가 40% 이상인 무방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    평균 결정립 입경이 50 내지 180㎛인 무방향성 전기강판.
  6. 중량%로, C:0.005%이하(0%는 제외함), Si:1.0 내지 4.0%, Al:0.15 내지 1.5%, Mn:0.1 내지 1.0%, P:0.2%이하(0%는 제외함), N:0.005%이하(0%는 제외함), S:0.001% 내지 0.006%, Ti:0.005%이하(0%는 제외함), O:0.005%이하(0%는 제외함) 및 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 가열한 후 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 권취 후 냉각하는 단계;
    상기 열연판을 소둔하고 냉각하는 단계;
    열연 소둔판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연판을 최종 소둔하고 냉각하는 단계를 포함하고,
    상기 열연판을 권취 후 냉각하는 단계에서 600℃ 이상에서 30분 이상 유지하여 냉각하고,
    상기 열연판 소둔하고 냉각하는 단계에서 600℃ 이상에서 5초 이상 냉각하고,
    상기 냉연판을 최종 소둔하고 냉각하는 단계에서 600℃ 이상에서 5초 이상 냉각하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
    [식 1]
    Figure pat00006

    (단, 식 1에서 [Si], [Al] 및 [Mn]은 각각 Si, Al 및 Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬라브는 Sn 및 Sb를 각각 단독 또는 복합으로 0.01 내지 0.2 중량% 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 열연판을 제조하는 단계에서, 상기 슬라브를 1200℃ 이하로 가열하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 열연판을 권취 후 냉각하는 단계에서 권취온도는 600 내지 800℃인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 열연판을 소둔하고 냉각하는 단계에서, 열연판 소둔 온도는 850 내지 1,150℃인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 열연 소둔판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계에서, 0.1 내지 0.7mm의 두께로 냉간 압연하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 열연 소둔판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계에서, 상기 냉간 압연은 1차 냉간압연, 중간 소둔 및 2차 냉간 압연을 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 냉연판을 최종 소둔하고 냉각하는 단계에서 소둔시, 소둔의 균열온도는 850 내지 1,100℃인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  14. 제6항에 있어서,
    제조된 전기강판의 석출물 중 산화물의 평균크기가 비산화물의 평균크기에 비해 큰 무방향성 전기강판의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 석출물 중 산화물이 비산화물에 비해 개수가 많은 무방향성 전기강판의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    석출물 중 FeO 또는 FeO가 함유된 석출물의 개수가 40% 이상인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서,
    평균 결정립 입경이 50 내지 180㎛인 무방향성 전기강판의 제조방법.
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