KR20190078166A - 이방향성 전기강판 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 이방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, Al: 0.0005 내지 0.04%, S: 0.0001 내지 0.003%, Mn: 0.02 내지 1.0%, N: 0.003% 이하(0%를 제외함), C: 0.01%이하(0%를 제외함), Ti:0.01% 이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.005 내지 0.10%을 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
[Mn]/[S] ≥ 60
(식 1에서, [Mn] 및 [S]은 각각 Mn 및 S의 함량(중량%)을 나타낸다.)

Description

이방향성 전기강판 및 그의 제조방법{DOUBLE ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
이방향성 전기강판 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 합금 조성 내에서 Mn 및 S의 비율을 적절히 제어하여, 압연 방향 및 압연 수직 방향의 자성이 매우 우수한 이방향성 전기강판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
전기강판의 자속밀도를 향상시키기 위해서는 강의 집합조직을 향상시켜서 자화방향으로 <100> 축을 평행으로 정렬시키는 방법이 가장 효과적으로 알려져 있으며, 추가로 강의 합금량을 줄여 Fe 원자가 강 중에 차지하는 분율을 향상시킴으로서 포화자속을 순철에 가깝게 함으로써, 자속밀도를 향상시키는 방법이 사용된다. 이중에 방향성 전기강판의 경우 Goss 방위라고 부르는 {110}<001> 방위를 이용하는 것으로 통상적으로 슬라브-열연-열연판 소둔-냉연-1차재결정 중 탈탄-질화-2차 고온소둔 과정을 통해서 얻을 수 있다. 하지만, 이는 압연 방향(Rd 방향)으로만 자성이 우수하고 압연 수직방향(TD 방향)에서는 자성이 극히 열위하여 자화의 방향이 압연방향으로 정해져 있는 변압기 외에는 사용하기 곤란하다. 이 때문에, 이와는 다른 집합조직으로 자화방향과 <100>축을 평행으로 하는 집합조직을 제어한 전기강판의 제조가 요구된다.
회전기기에서의 자화 방향은 통상적으로 판면 내에서 회전하기 때문에, <100>축은 판면에 평행하여야 되는데, 그런 조건하에서의 방위 중 철강재료에서 자주 관찰되는 방위는 {100}<011> 방위이다. 이것은 압연 방향으로부터 45도 압연수직방향(TD방향)으로 틀어진 방향으로 <100>축이 평행하기 때문에, 자화 방향이 판의 압연방향에서 45도일 때 가장 자성이 우수한 특징이 있다. 하지만 이 방위는 냉간압연 안정 방위로 재결정 소둔시에는 모두 사라지게 되는 특징이 있어 전기강판 소재에서 활용되지 않고 있다.
이와 유사하게 {100}<001> 방위가 있는데, 이는 Cube on face 방위로 하여 과거로부터 유용성을 인정받아 왔으나, 교차 압연을 하거나 진공소둔을 하는 등 실제의 대규모 공업생산이 불가능한 기구를 통해 제조하는 방법만이 알려져 있다.
특히 교차압연법은 소재의 연속생산이 불가능한 것에 의하여 활용될 수 없는데, 대형 발전기기의 경우 수m의 직경의 원통형태의 코어를 제조하여야 되기 때문에, 판면에서 코어를 수개~수십개로 분할하여 이를 조립하는 형태로 만들게 되는 공정에 적용할 수 없고, 생산성 또한 극히 낮게 된다.
발전기의 경우, 일반 터빈 발전기는 각 국의 상용 전기 주파수인 50 Hz, 혹은 60 Hz에 맞추어서 전기를 생산하기 때문에 50 Hz 및 60 Hz 에서의 자기적 성질이 중요하나, 풍력발전기 등 회전속도가 느린 발전기에서는 이러한 DC 및 30Hz 이하에서의 자기적 특성이 중요하다.
따라서 상기의 기기에서는 교류자기에서 발생하는 철손보다도, 자화의 정도를 나타내는 자속밀도 특성이 보다 더 중요한 특성이 있는데, 일반적으로 B8 자속밀도로 이를 평가한다. B8 자속밀도는 자장의 강도가 800A/m에서의 강판의 자속밀도 값을 의미하는데, 이는 주로 50Hz의 교류자기에서 측정하지만, 경우에 따라서는 직류에서 측정하거나, 50Hz이하의 주파수에서 측정하기도 한다.
이방향성 전기강판 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다. 구체적으로 합금 조성 내에서 Mn 및 S의 비율을 적절히 제어하여, 압연 방향 및 압연 수직 방향의 자성이 매우 우수한 이방향성 전기강판 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, Al: 0.0005 내지 0.04%, S: 0.0001 내지 0.003%, Mn: 0.02 내지 1.0%, N: 0.003% 이하(0%를 제외함), C: 0.01%이하(0%를 제외함), Ti:0.01% 이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.005 내지 0.10%을 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
[Mn]/[S] ≥ 60
(식 1에서, [Mn] 및 [S]은 각각 Mn 및 S의 함량(중량%)을 나타낸다.)
Sb : 0.001 내지 0.1 중량％ 및 Sn : 0.001 내지 0.1 중량％ 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
Mo: 0.01 중량% 이하, Bi: 0.01 중량% 이하, Pb: 0.01 중량% 이하, Mg: 0.01 중량% 이하, As: 0.01 중량% 이하, Be: 0.01 중량% 이하 및 Sr: 0.01 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
｛100｝<001>로부터 15° 이내의 방위를 갖는 결정립의 면적 분율이 60 내지 99 %일 수 있다.
강판 상에 포스테라이트 층이 형성되고, 포스테라이트 층은 강판 표면으로부터 2㎛이내의 두께인 면적의 분율이 75% 이상일 수 있다.
포스테라이트 층 상에 절연층이 형성되고, 상면 절연층의 두께 및 하면 절연층의 두께가 각각 0.2 내지 8㎛이고, 상면 절연층의 두께 및 하면 절연층의 두께 차이가 상기 하면 절연층의 두께의 50% 이하일 수 있다.
상면 절연층의 평균 조도(Ra)와 상기 하면 절연층의 평균 조도(Ra)가 각각 1㎛ 이하이고, 상면 절연층의 평균 조도(Ra)와 상기 하면 절연층의 평균 조도(Ra)의 차이가 0.3㎛ 이하일 수 있다.
압연 방향과 압연 수직방향의 Br이 모두 1.65T 이상이고, 원주방향의 Br이 1.55 T이상이고, Br은 하기 식 2로 계산된다.
[식 2]
Br= 7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105× [Al]) × B8
(식 2에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si 및 Al의 함량(중량%)을 나타낸다. B8은 800A/m로 유기하였을 때 유도되는 자기장의 강도(Tesla)를 나타낸다.)
1.5T의 자기장이 걸릴 때, 측정 주파수가 0.01Hz 이하에서의 투자율 UDC가 50Hz에서의 투자율 U50의 1.2배 이상일 수 있다.
전기강판을 750℃ 내지 880℃의 온도에서 1 내지 2시간 소둔 후 측정된 Br값이 1.65T 이상일 수 있다. Br은 하기 식 2로 계산된다.
[식 2]
Br= 7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105× [Al]) × B8
(식 2에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si 및 Al의 함량(중량%)을 나타낸다. B8은 800A/m로 유기하였을 때 유도되는 자기장의 강도(Tesla)를 나타낸다.)
압연 방향의 Bh가 1.8T 이상이고, 압연 수직방향의 Bh가 1.7T 이상이고, 원주방향의 Bh가 1.6 T이상이고, Bh은 하기 식 3으로 계산된다.
[식 3]
Bh= 7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105×[Al]) × B25
(식 3에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si 및 Al의 함량(중량%)을 나타낸다. B25은 2500A/m로 유기하였을 때 유도되는 자기장의 강도(Tesla)를 나타낸다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 이방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, Al: 0.0005 내지 0.04%, S: 0.0001 내지 0.003%, Mn: 0.02 내지 1.0%, N: 0.001 내지 0.01%, C: 0.02 내지 0.06%, Ti:0.01% 이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.005 내지 0.10%을 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 제조하는 단계; 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계 및 1차 재결정 소둔된 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함한다.
[식 1]
[Mn]/[S] ≥ 60
(식 1에서, [Mn] 및 [S]은 각각 Mn 및 S의 함량(중량%)을 나타낸다.)
슬라브는 하기 식 4를 만족할 수 있다.
[식 4]
[C]/[Si] ≥ 0.0067
(식 4에서, [C] 및 [Si]는 각각 슬라브 내의 C 및 Si의 함량(중량%)을 나타낸다.)
슬라브를 가열하는 단계에서 1100℃ 이상의 시간이 25 내지 50분일 수 있다.
열연판을 제조하는 단계에서, 2 이상의 패스를 포함하고, 최종 패스 및 최종 패스 이전의 패스에서의 압하율이 각각 15 내지 40%이고, 최종 패스 및 최종 패스 이전의 패스에서의 압하율의 합이 55% 이하일 수 있다.
열연판을 제조하는 단계 이후, 열연판을 소둔하는 단계를 더 포함하고, 열연판을 소둔하는 단계에서 1100℃ 이상의 시간이 5 내지 50초일 수 있다.
열연판을 소둔하는 단계 이후, 열연판의 평균 결정립 입경이 100 내지 200㎛일 수 있다.
열연판을 소둔하는 단계 이후, 열연판 1mm2 면적에서, 입경이 0.1㎛ 이상인 석출물의 수가 100 내지 4000개 이고, 입경인 0.5㎛ 초과인 석출물의 수(B)에 대한, 입경이 0.1 내지 0.5㎛인 석출물의 수(A) 비율(A/B)이 1 이상일 수 있다.
열연판을 소둔하는 단계의 온도(T2) 및 슬라브를 가열하는 단계의 온도(T1)가 하기 식 5를 만족할 수 있다.
[식 5]
-200≤T1-T2≤30
슬라브를 가열하는 단계 이후, 열연판을 제조하는 단계까지의 시간이 3 내지 20분이고, 슬라브 가열하는 단계부터 열연판을 제조하는 단계까지의 최대 온도가 열연판 소둔하는 단계의 소둔 온도의 20℃ 이하일 수 있다.
냉연판을 제조하는 단계에서, 압하율이 50 내지 70%일 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계에서 질화량이 0.01 내지 0.023 중량%일 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계 이후, 1차 재결정 소둔된 강판의 평균 결정립 입경이 32 내지 50㎛일 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계 이후, MgO를 포함하는 소둔 분리제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이방향성 전기강판은 합금 조성 내에서 Mn 및 S의 비율을 적절히 제어하여, 압연 방향 및 압연 수직 방향의 자성이 매우 우수하다.
특히, 풍력발전기 등 회전속도가 느린 발전기에 유용하게 사용될 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.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
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 이방향성 전기강판은 본 발명의 일 실시예에 의한 이방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, Al: 0.0005 내지 0.04%, S: 0.0001 내지 0.003%, Mn: 0.02 내지 1.0%, N: 0.003% 이하(0%를 제외함), C: 0.01%이하(0%를 제외함), Ti:0.01% 이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.005 내지 0.10%을 포함한다.
먼저 이방향성 전기강판의 성분 한정의 이유부터 설명한다.
Si: 2.0 내지 6.0 중량%
실리콘(Si)는, 열간압연에서는 오스테나이트를 형성하는 원소로, 슬라브 가열 온도 부근과 열연판 소둔 온도 부근에서 10% 내외의 오스테나이트 분율을 갖게 하기 위하여 첨가량을 제한할 필요가 있다. 또한 2차 재결정 소둔에서는 페라이트 단상이어야 소둔시 2차재결정 미세조직의 형성이 원활하게 일어날 수 있기 때문에 페라이트 단상이 되는 성분으로 제한할 필요가 있다. 순철에서는 2.0 중량% 이상 첨가시 페라이트 단상이 형성되고 이에 C의 첨가를 통하여 오스테나이트 분율을 조절할 수 있기 때문에, Si 함량의 하한을 2.0 중량%로 한정할 수 있다. 또한 6 중량% 초과시 냉간압연이 불가능하기 때문에 이를 제한한다. 보다 구체적으로 Si는 2.2 내지 3.1 중량% 포함될 수 있다. 더욱 구체적으로 자속밀도가 높은 강판을 얻기 위해서는 Si는 2.4 내지 2.9 중량% 포함될 수 있다.
Al: 0.0005 내지 0.04 중량%
알루미늄(Al)은 AlN을 형성하여 2차 재결정의 인히비터로 사용된다. 본 발명의 일 실시예에서는 통상의 방향성 전기강판의 질화 공정 이외의 인히비터 사용시에도 Cube 집합조직을 얻을 수 있기 때문에 Al의 첨가량은 통상의 방향성 전기강판보다 넓은 범위에서 제어될 수 있다. 단, 0.0005 중량% 미만 첨가시에는 강중의 산화물이 크게 증가하여 자성을 열위하게 만들고 또한 2차재결정 온도를 변화시켜 Cube 방위의 형성을 방해하기 때문에 그 하한을 0.0005 중량%로 한다. 0.04 중량%를 초과하면 2차재결정 온도가 크게 증가하여 공업적 생산이 어렵다. 더욱 구체적으로 Al은 0.001 내지 0.003 중량% 포함될 수 있다.
S: 0.0001 내지 0.003 중량%
황(S)는 강중 Cu나 Mn과 결합하여 MnS를 미세하게 형성하고, 미세하게 형성된 석출물은 2차 재결정을 돕기 때문에 그 첨가량을 0.0001 내지 0.003 중량%로 할 수 있다. 과량으로 첨가시에는 S의 편석에 의하여 표면 결함 및 2차재결정 시의 집합조직의 제어가 되지 않기 때문에 0.003중량%로 제한한다.
Mn: 0.02 내지 1.0 중량%
망간(Mn)은 불가피하게 용강에 존재하는 것이지만, 소량 들어가면 석출물로 사용될 수 있고, FeS의 형성 이후에 MnS로 변화하는 원소로 강중 첨가할 수 있다. 단, 1.0% 초과하여 첨가시에는 고온 소둔 중 Mn에 의한 표면결함이 문제가 되기 때문에 그 한계를 1.0%로 한다. 0.02 중량% 미만으로 포함되면, 자성이 열위해 지므로, 그 하한을 0.02 중량%로 한다. 더욱 구체적으로 Mn은 0.05 내지 0.5 중량% 포함될 수 있다.
Mn/S 중량비 : 60 이상
Mn/S는 열간 압연시의 열연 취성을 방지하기 위해 사용되는 수치로, 방향성 전기강판에서는 10 내지 20이 적당한 것으로 알려져 있다. 본 발명에서는 S에 의한 Goss 성장을 억제하기 위하여 충분히 높은 Mn/S 중량비를 유지하는 것이 필요하다. Mn/S 중량비를 제어함으로써 Mn과 S의 결합에 의해서 형성되는 석출물의 형성온도와 크기, 분포를 제어할 수 있으며 Mn/S 중량비를 조절하여 2차 재결정 시에 Cube 집합조직의 강화 및 압연방향과 압연 수직방향의 자속밀도 향상을 유도할 수 있다. 따라서, Mn/S 중량비를 60 이상으로 제어할 수 있다. 더욱 구체적으로 Mn/S 중량비를 130 내지 1000으로 제어할 수 있다.
N: 0.003 중량% 이하
질소(N)는 AlN을 형성하는 원소로 AlN을 인히비터로 사용하므로, 적절한 함량을 확보할 필요가 있다. N을 너무 적게 포함할 시, 냉간압연시에 조직 불균일 변형도를 충분히 증가시켜서 1차재결정 시에 Cube의 성장을 촉진하고 Goss의 성장을 억제할 수 없게 된다. N을 과량으로 포함시, 열연이후의 공정에서 질소확산에 의한 블리스터(blister)와 같은 표면결함을 유발하게 될 뿐만 아니라, 슬라브 상태에서 과잉의 질화물이 형성되기 때문에 압연이 용이하지 못해, 제조단가가 상승하는 원인이 된다. 더욱 구체적으로 N은 0.001 내지 0.003 중량% 포함할 수 있다.
슬라브 내에서 N은 0.001 내지 0.1 중량% 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 1차 재결정 소둔 시, 질화하는 과정이 포함되고, 2차 재결정 소둔 시 일부 N이 제거되므로, 슬라브와 최종 제조된 전기강판의 N 함량은 다를 수 있다.
C : 0.01 중량％ 이하
탄소(C)는, 2차 재결정 소둔 후에도 다량 포함되면, 자기 시효를 일으키켜 철손이 크게 증가하기 때문에, 상한은 0.01 중량％로 한다. 더욱 구체적으로는 0.005 중량％ 이하로 조절한다. 더욱 구체적으로 C를 0.0001 내지 0.005 중량% 포함할 수 있다.
슬라브 내에서 C는 0.02 내지 0.06 중량% 포함될 수 있다. 이를 통하여, 열연판내의 응력 집중과 Goss 형성을 억제할 수 있고 석출물을 미세화할 수 있다. 또한 C는 냉간압연시에 조직 불균일 변형도를 증가시켜서 1차 재결정 시에 Cube의 성장을 촉진하고 Goss의 성장을 억제할 수 있다. 단 과량으로 첨가되면 열연판 내의 응력 집중은 해소할 수 있으나 Goss 형성을 억제할 수 없고 석출물의 미세화도 어렵다. 냉간압연시에도 냉간압연성을 크게 열위하게 만들기 때문에, 그 첨가량은 한계를 갖는다. 본 발명의 일 실시예에서 1차 재결정 소둔 시, 탈탄하는 과정이 포함되므로, 슬라브와 최종 제조된 전기강판의 C 함량은 다를 수 있다.
Ti:0.01 중량% 이하
티타늄(Ti)는 TiSiCN 등의 복합 석출물을 형성하거나 산화물을 형성하는 원소로서 0.01 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 또한 고온에서 안정한 석출물과 산화물은 2차재결정에 방해가 되기 때문에 그 첨가량을 0.01 중량% 이하로 할 필요가 있다. 단, 완전히 제거하는 것은 통상의 제강공정에서는 극히 어렵다. 더욱 구체적으로 Ti를 0.005 중량% 이하로 포함할 수 있다.
P: 0.005 내지 0.10 중량%
인(P)는 강의 비저항을 향상시키고 2차 재결정 시에 Cube의 분율을 향상시키는 역할을 하며 냉간압연시에 불균일 변형량도 증가시키기 때문에 적어도 0.005 중량% 이상은 첨가하는 것이 바람직하다. 단, 0.10 중량% 초과하여 첨가시에 냉간압연성이 극히 취약해 지기 때문에 그 첨가량을 제한한다. 더욱 구체적으로 P를 0.01 내지 0.08 중량% 포함될 수 있다.
Sb : 0.001 내지 0.1 중량％ 및 Sn : 0.001 내지 0.1 중량％ 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
Sn 및 Sb: 0.001% 내지 0.1%
주석(Sn)과 안티몬(Sb)는 1차 재결정 집합조직 제어를 위하여 첨가하는 것이 가능한 원소이다. 또한 0.001 중량% 이상 첨가하면 산화층의 형성 두께를 변화하여 압연 수직방향과 압연 방향의 자성 차이를 줄이는 원소이나 0.1 중량% 초과하여 첨가시에는 냉간압연시에 롤에서의 슬립이 크게 증가하므로 이를 제한한다.
Mo: 0.01 중량% 이하, Bi: 0.01 중량% 이하, Pb: 0.01 중량% 이하, Mg: 0.01 중량% 이하, As: 0.01 중량% 이하, Be: 0.01 중량% 이하 및 Sr: 0.01 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
몰리브덴(Mo)는 입계에 편석원소로 추가 첨가시에 전기강판에서의 Si에 의한 입계 취화를 억제하는 효과가 있는 반면에 C와 결합하여 Mo 탄화물 등의 석출물을 형성하여 자성에 악영향을 주기 때문에 0.01 중량% 이하로 제한할 필요가 있다.
비스무스(Bi), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 비소(As), 베릴륨(Be) 및 스트론튬(Sr)은 강중에 산화물, 질화물, 탄화물이 미세하게 형성되는 원소로 2차재결정에 도움을 주는 원소이며, 추가 첨가할 수 있다. 다만 0.01 중량% 초과하여 첨가 시에는 2차 재결정 형성이 불안정해지는 문제를 야기 하기 때문에 그 첨가량을 제한할 필요가 있다.
또한, 본 발명의 이방향성 전기강판은, 전술한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 본 발명의 작용 효과를 저해하지 않는 범위 내이면, 다른 원소의 함유를 배제하는 것은 아니다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에 의한 이방향성 전기강판은 합금 조성을 정밀히 제어하여, 큐브 집합 조직을 다수 형성시킨다. 구체적으로 ｛100｝<001>로부터 15° 이내의 방위를 갖는 결정립의 면적 분율이 60 내지 99 %일 수 있다. 이때 99%를 초과하는 것은 2차 재결정중 불가피하게 형성되는 Island grain의 형성을 억제하고, 또한 석출물을 완전히 제거하는 것을 의미하는데, 이를 위하여서는 고온에서의 소둔시간이 크게 증가하기 때문에 이를 60 내지 99%로 한정한다.
본 발명의 일 실시예에서 강판 상에 포스테라이트 층이 형성되고, 포스테라이트 층은 강판 표면으로부터 2㎛이내의 두께인 면적의 분율이 75% 이상일 수 있다. 방향성 전기강판은 압연방향으로 장력을 부여하기 위하여 포스테라이트(Mg2SiO4)를 포함하는 산화층을 표면에서부터 2 내지 3㎛ 두께로 형성하고 이것과 모재의 열팽창계수 차이를 이용하여 장력을 부여한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예의 경우 압연 방향으로의 장력은 곧 압연수직방향으로의 압축을 의미하므로 이를 극히 줄이는 것이 바람직하다. 2.0 ㎛ 이내의 얇은 산화층은 장력 부여 효과가 극히 떨어지므로 이러한 얇은 산화층을 표면적의 75 면적% 이상 분포함으로써 판 전체에 걸리는 장력을 제거할 수 있다.
포스테라이트 층 상에 절연층이 형성되고, 상면 절연층의 두께 및 하면 절연층의 두께가 각각 0.2 내지 8㎛이고, 상면 절연층의 두께 및 하면 절연층의 두께 차이가 상기 하면 절연층의 두께의 50% 이하일 수 있다. 포스테라이트 층은 강판의 양면(상면 및 하면)에 형성될 수 있고, 그 상면 및 하면에 형성된 포스테라이트 층 상에 절연층이 형성될 수 있다. 상면에 형성된 절연층을 상면 절연층, 하면에 형성된 절연층을 하면 절연층이라 한다. 상면 및 하면의 절연층에 의해 적절한 절연성을 확보할 수 있고, 발전기등에 활용하기 위한 타발성을 확보할 수 있다. 특히, 상면 절연층과 하면 절연층의 두께 차를 제어하여, 타발시에 bur를 억제할 수 있다.
상면 절연층의 평균 조도(Ra)와 상기 하면 절연층의 평균 조도(Ra)가 각각 1㎛ 이하이고, 상면 절연층의 평균 조도(Ra)와 상기 하면 절연층의 평균 조도(Ra)의 차이가 0.3㎛ 이하일 수 있다. 조도가 높은 재료는 타발시에 bur를 억제할 수 없으며 특히 상면과 하면의 조도 차이가 너무 큰 경우, bur를 억제할 수가 없다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이방향성 전기강판은 압연 방향과 압연 수직 방향의 자성이 모두 우수하다. 구체적으로 압연 방향과 압연 수직방향의 Br이 모두 1.65T 이상이고, 원주방향의 Br이 1.55 T이상이고, Br은 하기 식 2로 계산된다.
[식 2]
Br= 7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105× [Al]) × B8
(식 2에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si 및 Al의 함량(중량%)을 나타낸다. B8은 800A/m로 유기하였을 때 유도되는 자기장의 강도(Tesla)를 나타낸다.)
대형 발전기의 경우 환형 프레임의 지름이 수 미터이고, T자형의 치(Teeth)로 전기강판을 절단하여 환형 프레임을 형성한다. 이때 T자형의 Teeth 부위를 압연 수직방향으로 하고, 환형의 프레임에 압연방향을 두거나, 반대로 T자형의 Teeth 부위를 압연방향으로 두고, 환형의 프레임에 압연수직 방향을 둘 수 있다. 이러한 설계의 변경은 Teeth의 길이와 환형 프레임의 지름의 길이, 또한 환형 프레임의 폭에 의하여 결정이 된다. 통상 Teeth 부위는 발전기 가동시에 큰 자속이 흐르는 부위이며, 이러한 자속이 환형 부위로 빠져나가게 된다. 이때의 발생하는 에너지를 고려하여, 압연방향과 압연 수직방향을 Teeth 부로 할지 환형부위로 할지를 결정하게 되는데, Br이 모두 1.65T 이상으로 매우 높은 자속밀도를 갖는 재료의 경우, 이러한 압연 방향과 압연 수직방향이 어느 부위에 사용되는 지의 구분이 필요없이, 어느 쪽으로 하더라도 매우 높은 에너지 효율을 갖게 된다. 또한 원주 방향의 Br 자속밀도가 1.55T 이상으로 높게 되면 T자의 Teeth 부위와 환형 프레임의 연결 부위에서의 자속에 의한 에너지 손실이 크게 감소한다. 이를 통하여, 발전기의 효율을 향상시키거나, 환형 프레임의 폭과 Teeth 부위의 크기를 감소시켜 작은 사이즈의 코어로도 높은 효율의 발전기를 만들 수 있다.
압연방향의 Bh가 1.8T이상으로 높고 압연수직방향도 1.7T이상으로 매우 우수한 특성의 전기강판을 사용하는 것에 의하여 설계자속 높은 전기기기, 예를 들어 발전기 혹은 모터에 분할된 코어의 형태 혹은 보다 작은 코어에서 분할하지 않고 사용되는 코어로 가공하는 경우에, 이를 통하여 여자전류의 양을 감소시킴으로서, 전기기기의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
1.5T의 자기장이 걸릴 때, 측정 주파수가 0.01Hz 이하에서의 투자율 UDC가 50Hz에서의 투자율 U50의 1.2배 이상일 수 있다.
발전기 중 기어가 없는 풍력발전기의 경우, 회전자계가 매우 느리기 때문에 통상의 50Hz 투자율보다 0.01Hz 이하의 투자율에 의하여 회로에 흐르는 전류의 값이 크게 영향을 받게 되어 0.01Hz이하의 투자율이 50Hz의 투자율보다 1.2배 이상 높은 경우 전류에 의한 발열이 크게 줄어들어 발전기의 효율이 향상될 수 있다.
전기강판을 750℃ 내지 880℃의 온도에서 1 내지 2시간 소둔 후 측정된 Br값이 1.65T 이상일 수 있다.
[식 2]
Br= 7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105×[Al]) × B8
(식 2에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si 및 Al의 함량(중량%)을 나타낸다. B8은 800A/m로 유기하였을 때 유도되는 자기장의 강도(Tesla)를 나타낸다.)
압연 방향의 Bh가 1.8T 이상이고, 압연 수직방향의 Bh가 1.7T 이상이고, 원주방향의 Bh가 1.6 T이상이고, Bh은 하기 식 3으로 계산된다.
[식 3]
Bh= 7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105×[Al]) × B25
(식 3에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si 및 Al의 함량(중량%)을 나타낸다. B25은 2500A/m로 유기하였을 때 유도되는 자기장의 강도(Tesla)를 나타낸다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 이방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, Al: 0.0005 내지 0.04%, S: 0.0001 내지 0.003%, Mn: 0.02 내지 1.0%, N: 0.001 내지 0.01%, C: 0.02 내지 0.06%, Ti:0.01% 이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.005 내지 0.10%을 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 제조하는 단계; 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계 및 1차 재결정 소둔된 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함한다.
[식 1]
[Mn]/[S] ≥ 60
(식 1에서, [Mn] 및 [S]은 각각 Mn 및 S의 함량(중량%)을 나타낸다.)
이하 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저 슬라브를 제조한다. 슬라브 내의 각 조성의 첨가 비율을 한정한 이유는 전술한 이방향성 전기강판의 조성 한정 이유와 동일하므로, 반복되는 설명을 생략한다. 후술할 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연, 1차 재결정 소둔 2차 재결정 소둔 등의 제조 과정에서 C, N 외의 슬라브의 조성은 실질적으로 변동되지 아니하므로, 슬라브의 조성과 이방향성 전기강판의 조성이 실질적으로 동일하다.
슬라브는 하기 식 4를 만족할 수 있다.
[식 4]
[C]/[Si] ≥ 0.0067
(식 4에서, [C] 및 [Si]는 각각 슬라브 내의 C 및 Si의 함량(중량%)을 나타낸다.)
C가 너무 적게 포함되거나, Si가 너무 과량 포함될 경우, Cube의 성장을 촉진하고 Goss의 성장을 억제하는 것이 어려워 질 수 있다. 더욱 구체적으로 식 4의 좌변은 0.0083 이상일 수 있다.
슬라브는 박물 슬라브법 또는 스트립 캐스팅법을 이용하여 제조할 수 있다. 슬라브의 두께는 200 내지300 mm가 될 수 있다.
다음으로 슬라브를 가열한다.
슬라브를 가열하는 단계에서 1100℃ 이상의 시간이 25 내지 50분일 수 있다.
1100℃ 이상의 시간을 적절히 확보하지 못하면, 열연판의 결정립경을 적절히 확보할 수 없거나, 0.5㎛ 이상의 조대 석출물이 다량 생성되어, 압연 수직 방향에서의 자성을 적절히 확보할 수 없다.
다음으로, 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조한다.
열연판을 제조하는 단계에서, 2 이상의 패스를 포함하고, 최종 패스 및 최종 패스 이전의 패스에서의 압하율이 각각 15 내지 40%이고, 최종 패스 및 최종 패스 이전의 패스에서의 압하율의 합이 55% 이하일 수 있다.
열간압연의 마지막 패스는 열간압연 온도가 가장 낮은 온도로서 압연성이 극히 열위하다. 이러한 온도영역에서 많은 압하율로 압연을 하는 것이 바람직하지 않다. 또한 마지막 두 패스에서 압하율이 커짐에 의하여 열연판의 표면에서 Goss 방위의 결정립의 분율이 크게 증기하는 경향이 있기 때문에 이를 억제하기 위하여, 각 패스에서의 압하율을 10 내지 40% 이하로 하고 두 패스에서의 압하율의 합을 55% 이하로 하는 것이 필요하다.
열간 압연 종료 온도는 950℃ 이하가 될 수 있다. 열간 압연 종료온도가 낮은 것에 의하여 열연판 내부의 연신된 Cube 방위를 갖는 결정립이 보다 많은 에너지를 축적하고, 이에 따라 열연판 소둔시에 Cube의 분율이 증가될 수 있다.
열연판의 두께는 1 내지 2mm가 될 수 있다.
열연판을 제조하는 단계 이후, 열연판을 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
열연판을 소둔하는 단계에서 1100℃ 이상의 시간이 5 내지 50초일 수 있다. 열연판 소둔 후에 미세 석출물을 만들기 위함으로 슬라브에서 형성된 석출물을 보다 조대화 하지 않고, 보다 바림직하게는 보다 미세화하기 위하여 시간을 제한할 필요가 있다.
또한, 슬라브의 두께를 Tslab으로 하고 상기 열연판의 두께를 Thot-coil로 할 때 슬라브를 가열 하는 단계에서 슬라브의 소둔 시간 중 1100℃ 이상에서의 소둔 시간이 열연판 소둔하는 단계에서 1100℃ 이상에서의 열연판 소둔 시간보다 2×Tslab/Thot-coil 배 이상, 4×Tslab/Thot-coil 배 이하로 짧게 실시할 수 있다. 이는 슬라브에서 형성되는 석출물의 크기를 보다 미세화 하기 위함으로 슬라브는 열연판 보다 판의 두께가 두껍기 때문에 미세한 석출물을 두께방향으로 보다 균일하게 얻기 어렵다. 따라서 시간 제한을 통하여서 슬라브에서 형성되는 석출물이 조대화되는 것을 억제할 수 있다.
열연판을 소둔하는 단계 이후, 열연판의 평균 결정립 입경이 100 내지 200㎛일 수 있다. 결정립경이 조대화 되면, 압연시에 형성되는 Shear band에 의하여 Goss 방위의 결정립핵이 형성될 가능성이 많아지므로 그 크기를 200㎛ 이하로 제한할 필요가 있다. 결정립경은 표준의 결정립경 측정법으로 동일한 체적의 구를 가정하여, 그 구의 직경을 측정하는 방식으로 측정할 수 있다.
열연판을 소둔하는 단계 이후, 열연판 1mm2 면적에서, 입경이 0.1㎛ 이상인 석출물의 수가 100 내지 4000개 이고, 입경인 0.5㎛ 초과인 석출물의 수(B)에 대한, 입경이 0.1 내지 0.5㎛인 석출물의 수(A) 비율(A/B)이 1 이상일 수 있다.
석출물의 개수를 적절히 확보하여야, Cube 집합조직을 얻을 수 있기 때문이다. 또한, 조대 석출물 및 미세 석출물의 비율이 적절히 형성되어야, 2차 재결정이 원활히 이루어져, 압연 방향 및 압연 수직 방향에서의 자성이 모두 우수해 질 수 있다.
열연판을 소둔하는 단계의 소둔 온도는 1000 내지 1200℃일 수 있다.
열연판을 소둔하는 단계의 온도(T2) 및 슬라브를 가열하는 단계의 온도(T1)가 하기 식 5를 만족할 수 있다.
[식 5]
-200≤T1-T2≤30
상기 식 5를 만족하지 못하는 경우, 열연판에서 조대 석출물이 다량 발생하여, 압연 수직 방향에서의 자성이 열화될 수 있다.
슬라브를 가열하는 단계 이후, 열연판을 제조하는 단계까지의 시간이 3 내지 20분이고, 슬라브 가열하는 단계부터 열연판을 제조하는 단계까지의 최대 온도가 열연판 소둔하는 단계의 소둔 온도의 20℃ 이하일 수 있다.
슬라브를 가열하는 단계 이후, 열연판을 제조하는 단계까지의 시간을 적절히 유지하고, 아울러, 슬라브 가열하는 단계부터 열연판을 제조하는 단계까지의 최대 온도가 열연판 소둔하는 단계의 소둔 온도의 관계를 제어함으로써, 출물의 크기는 극히 미세화 되어 2차재결정이 유리해 질 수 있다.
냉연판을 제조하는 단계에서, 압하율이 50 내지 70%일 수 있다. 압하율이 너무 높을 시, GOSS 결정이 다수 형성되는 문제가 있다. 압하율이 너무 낮을 시, 최종 제조되는 강판의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계에서 질화량이 0.01 내지 0.023 중량%일 수 있다. 질화량이 적절히 확보되지 않는 경우, 2차 재결정이 원활히 형성되지 않아, 자성이 열화되는 문제가 발생할 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계 이후, 1차 재결정 소둔된 강판의 평균 결정립 입경이 32 내지 50㎛일 수 있다. 1차 재결정 소둔된 강판의 평균 결정립 입경을 적절히 확보하지 못하는 경우, 2차 재결정이 원활히 형성되지 않아, 자성이 열화되는 문제가 발생할 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계 이후, MgO를 포함하는 소둔 분리제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
소둔 분리제 도포에 의해 형성되는 포스테리아트 층에 대해서는 전술한 것과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
표 1 및 표 2에서 나타내는 성분 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 제조하고, 1150℃에서 가열 후 열간압연하여 1.6mm의 두께의 열연코일을 제조하여 1100℃ 내지 1140℃에서 30초간 소둔하고 900℃에서 90초간 소둔 후에 급냉한 열연소둔판을 압하율 63%까지 냉간 압연하였다.
냉간압연한 판은 0.02 wt%로 질화하여 이슬점 60℃ 수소 75% 분위기에서 탈탄하는 1차 재결정 소둔공정을 거쳐서 결정립경을 36㎛가 되도록 하였다. 이후, MgO 성분을 포함하는 소둔분리제를 도포한 후에 시간당 20℃의 승온속도로 1200℃까지 승온 한 후 20시간 동안 2차 재결정 소둔을 실시하였다. 냉각된 판은 MgO 소둔분리제를 제거한 후에 절연코팅을 실시하고 자성을 측정하여 표 3에 정리하였다. 자성 측정 후에 800℃에서 2시간 소둔 후에 자성을 재측정한 결과를 표 3에 나타내었다.
시편
(중량%)		 Si Al S Mn N C Ti P Mn/S C/Si
A1 2.69 0.028 0.0009 0.143 0.0028 0.025 0.002 0.05 158 0.0093
A2 2.77 0.028 0.0009 0.144 0.0027 0.025 0.002 0.045 152 0.009
A3 2.53 0.029 0.0009 0.142 0.0028 0.023 0.002 0.049 156 0.0091
A4 2.65 0.028 0.0009 0.144 0.0029 0.024 0.002 0.049 156 0.0091
A5 2.79 0.028 0.0009 0.146 0.0028 0.022 0.002 0.048 162 0.0079
A6 2.74 0.028 0.0009 0.146 0.0029 0.028 0.002 0.045 159 0.0102
A7 2.71 0.028 0.0009 0.076 0.0029 0.023 0.002 0.047 84 0.0085
A8 2.75 0.028 0.001 0.281 0.0029 0.023 0.002 0.046 284 0.0084
A9 2.63 0.006 0.0009 0.149 0.0029 0.025 0.002 0.048 158 0.0095
A10 2.36 0.029 0.0009 0.149 0.003 0.023 0.002 0.046 158 0.0097
A11 3 0.027 0.0009 0.15 0.0029 0.025 0.002 0.046 162 0.0083
A12 2.64 0.027 0.0009 0.142 0.003 0.023 0.002 0.064 156 0.0087
A13 2.78 0.026 0.001 0.137 0.003 0.023 0.002 0.019 139 0.0083
A14 2.64 0.029 0.001 0.145 0.0028 0.023 0.014 0.046 153 0.0087
A15 2.77 0.027 0.0047 0.046 0.0028 0.024 0.002 0.046 10 0.0087
A16 2.53 0.026 0.0009 0.14 0.0028 0.014 0.002 0.049 149 0.0055
A17 2.6 0.028 0.0009 0.143 0.0029 0.08 0.002 0.049 152 0.0308
A18 2.8 0.028 0.0009 0.135 0.0028 0.023 0.002 0.047 147 0.0082
A19 2.72 0.028 0.001 0.147 0.0027 0.025 0.002 0.046 148 0.0092
A20 2.68 0.028 0.001 0.148 0.0028 0.024 0.002 0.045 151 0.009
A21 2.65 0.028 0.001 0.147 0.0029 0.024 0.002 0.046 153 0.0091
A22 2.79 0.026 0.001 0.139 0.0029 0.024 0.002 0.046 140 0.0086
A23 2.77 0.026 0.001 0.149 0.0029 0.025 0.002 0.046 153 0.009
A24 2.77 0.026 0.0009 0.149 0.003 0.024 0.002 0.047 162 0.0087
시편
(중량%)		 Sn Sb Mo Bi Pb Mg As Be Sr
A1 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A2 0.03 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A3 0.005 0.03 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A4 0.03 0.03 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A5 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A6 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A7 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A8 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A9 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A10 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A11 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A12 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A13 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A14 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A15 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A16 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A17 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A18 0.005 0.005 0.025 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A19 0.005 0.005 0.003 0.012 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A20 0.005 0.005 0.003 0.001 0.011 0.0005 0.005 0.00005 0.00005
A21 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.021 0.005 0.00005 0.00005
A22 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.022 0.00005 0.00005
A23 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.025 0.00005
A24 0.005 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0005 0.005 0.00005 0.013
시편 압연방향 Br
(T)		 압연수직 방향 Br
(T)		 원주방향 Br
(T)		 압연방향 Bh
(T)		 압연수직 방향 Bh
(T)		 원주방향 Bh
(T)		 UDC U50 2시간 소둔후 엡스타인 Br
(T)		 비고
A1 1.75 1.73 1.68 1.85 1.83 1.7 9400 6954 1.74 발명예
A2 1.708 1.717 1.669 1.847 1.825 1.652 9126 7229 1.713 발명예
A3 1.693 1.673 1.627 1.851 1.799 1.634 8828 6968 1.683 발명예
A4 1.683 1.709 1.612 1.848 1.801 1.629 8962 7348 1.696 발명예
A5 1.693 1.667 1.624 1.893 1.796 1.633 8804 6870 1.68 발명예
A6 1.735 1.658 1.672 1.883 1.765 1.607 8964 7304 1.696 발명예
A7 1.706 1.659 1.72 1.918 1.8 1.599 8826 7082 1.683 발명예
A8 1.716 1.699 1.713 1.898 1.844 1.601 9076 7134 1.708 발명예
A9 1.717 1.664 1.676 1.876 1.875 1.575 8909 7145 1.691 발명예
A10 1.742 1.701 1.674 1.919 1.838 1.553 9217 7218 1.722 발명예
A11 1.726 1.673 1.626 1.914 1.813 1.513 8997 7221 1.7 발명예
A12 1.684 1.634 1.626 1.905 1.853 1.486 8586 6520 1.659 발명예
A13 1.682 1.626 1.616 1.882 1.886 1.443 8540 6993 1.654 발명예
A14 1.73 1.574 1.541 1.821 1.717 1.436 2353 2674 0.88 비교예
A15 1.732 1.649 1.477 1.809 1.776 1.415 2531 2317 1.092 비교예
A16 1.688 1.595 1.443 1.783 1.748 1.357 2384 2641 0.903 비교예
A17 1.651 1.542 1.391 1.758 1.634 1.404 2672 2577 1.037 비교예
A18 1.585 1.524 1.405 1.672 1.708 1.371 2704 2557 1.057 비교예
A19 1.542 1.502 1.475 1.623 1.721 1.345 2328 2345 0.993 비교예
A20 1.575 1.539 1.47 1.633 1.748 1.402 2577 2426 1.062 비교예
A21 1.543 1.553 1.477 1.596 1.743 1.46 2669 2564 1.041 비교예
A22 1.511 1.551 1.426 1.65 1.662 1.398 2672 2306 1.159 비교예
A23 1.494 1.428 1.409 1.718 1.623 1.395 2681 2474 1.084 비교예
A24 1.49 1.445 1.384 1.659 1.62 1.451 2439 2403 1.015 비교예
표 1 내지 표 3에 나타난 것과 같이, 본 발명의 합금 조성을 만족하는 발명예는 자성이 우수함을 확인할 수 있다. 반면, 본 발명의 합금 조성을 만족하지 못하는 비교예는 자성이 열악함을 확인할 수 있다.
실험예 2
실시예 1의 A1시편을 소둔분리제를 제거하지 아니하고, 하기 표 4와 같이, 두께 분율을 제어하고, 상면 절연 코팅 및 하면 절연 코팅을 형성하여, 자성을 측정하여 하기 표 5에 정리하였다.
시편명 포스테라이트 층 표면 2㎛ 이하 두께 분율(면적%) 상면 절연층 두께
(㎛)		 하면 절연층두께
(㎛)		 두께차이
(㎛)		 상면조도
(㎛)		 하면조도
(㎛)		 조도차이
(㎛)
B1 80 9.5 3.3 6.2 0.5 0.4 0.1
B2 80 3.2 9 5.8 0.5 0.4 0.1
B3 80 2.1 1.8 0.3 0.5 0.4 0.1
B4 10 3.5 2.5 1 0.5 0.4 0.1
B5 80 2.1 1.8 0.3 1.1 0.9 0.2
B6 80 3.5 2.5 1 0.9 0.4 0.5
B7 50 2.1 1.8 0.3 0.5 0.4 0.1
B8 100 2.1 1.8 0.3 0.5 0.4 0.1
시편명 압연방향 Br(T) 압연수직 방향 Br(T) 원주방향 Br(T) 압연방향 Bh(T) 압연수직 방향 Bh(T) 원주방향 Bh(T) 비고
B1 1.76 1.61 1.59 1.85 1.7 1.65 비교예
B2 1.76 1.58 1.57 1.85 1.68 1.65 비교예
B3 1.76 1.74 1.65 1.85 1.83 1.75 발명예
B4 1.73 1.53 1.54 1.85 1.63 1.6 비교예
B5 1.76 1.45 1.46 1.85 1.55 1.55 비교예
B6 1.76 1.55 1.55 1.85 1.64 1.64 비교예
B7 1.74 1.7 1.63 1.84 1.81 1.75 발명예
B8 1.77 1.73 1.65 1.87 1.85 1.78 발명예
표 4 및 표 5에 나타나듯이, 포스테라이트 층의 두께 분율, 상면 및 하면 절연층의 두께 및 조면 범위를 만족하는 발명예는 자성이 우수함을 확인할 수 있다. 반면, 포스테라이트 층의 두께 분율, 상면 및 하면 절연층의 두께 및 조면 범위를 만족하지 못하는 비교예는 압연 수직 방향의 자성이 특히 열화됨을 확인할 수 있다.
실험예 3
중량%로 Si: 2.8%, Al: 0.029%, S: 0.001%, Mn: 0.15%, N: 0.003%, C:0.025%, Ti:0.002%, P:0.05%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 제조하였다. 슬라브를 1150℃에서 가열 후 열간압연하여 1.6mm의 두께의 열연코일을 제조하여 1100℃ 내지 1140℃에서 30초간 소둔하고 900℃에서 90초간 소둔 후에 급냉한 열연소둔판을 하기 표 6에 기재된 압하율로 냉간 압연하였다.
냉간압연한 판은 하기 표 6에 기재된 것과 같이, 질화하거나 질화하지 않는 채로 이슬점 60도 수소 75% 분위기에서 탈탄하는 소둔공정을 거쳐서 하기 표 1에 기재된 평균 결정립경이 되도록 하였다. 질화하지 않은 1차 재결정 시편은 질소 100% 분위기에서 승온속도 10℃/s로 온도를 상향하여 1150℃에서 30분간 소둔을 실시하였고 질화한 시편은 MgO 성분을 주로하는 소둔분리제를 도포한 후에 시간당 20℃의 승온속도로 1200℃까지 승온 한 후 20시간 동안 2차 재결정 소둔을 실시하였다. 두 소둔 공정에서 나온 소재는 모두 절연코팅을 부착하여 자성과 Cube의 분율을 측정하였다.
시편 냉연판두께
(mm)		 냉간압하율 1차 재결정 결정립경
(㎛)		 질화
실시 여부		 질화량
(wt%)		 큐브
분율
(면적%)		 압연방향 Br
(T)		 압연수직 방향 Br
(T)		 원주방향 Br
(T)		 비고
C1 0.85 47% 35 O 0.02% 55 1.64 1.62 1.61 비교예
C2 0.8 50% 35 O 0.02% 84 1.73 1.7 1.61 발명예
C3 0.7 56% 36 O 0.02% 88 1.72 1.69 1.62 발명예
C4 0.6 63% 37 O 0.02% 99 1.75 1.71 1.64 발명예
C5 0.5 69% 35 O 0.02% 80 1.67 1.66 1.63 발명예
C6 0.35 78% 35 O 0.02% 32 1.76 1.43 1.49 비교예
C7 0.64 60% 37 X - 45 1.67 1.65 1.57 비교예
C8 0.6 63% 35 X - 35 1.64 1.63 1.57 비교예
표 6에서 나타나듯이, 냉간압하율 및 질화량 범위를 만족하는 발명예는 큐브 조직을 적절히 확보하고, 자성이 우수함을 확인할 수 있다. 반면, 냉간 압하율을 적절히 제어하지 못하거나, 질화하지 않은 경우, 압연 수직 방향의 자성이 열화되거나, 원주방향에서의 자성이 열화됨을 확인할 수 있다.
실험예 4
중량%로 Si: 2.8%, Al: 0.029%, S: 0.001%, Mn: 0.15%, N: 0.003%, C:0.025%, Ti:0.002%, P:0.05%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 제조하였다. 슬라브를 하기 표 7의 온도로 가열 후 열간압연하여 1.6mm의 두께의 열연코일을 제조하엿다. 이 때, 열간 압연 종료 온도를 표 7에 정리하였다.
이후, 하기 표 7의 온도로 소둔하고, 소둔한 열연판의 평균 결정립경, 석출물을 하기 표 7에 정리하였다. 석출물은 직경 0.1㎛ 이상인 석출물을 기준으로 개수를 측정하였으며, 임의의 1m×1m 면적내의 석출물 개수를 측정하였다.
이후, 열연소둔판을 압하율 63%까지 냉간 압연하였다.
냉간압연한 판은 0.02 wt%로 질화하여 이슬점 60℃ 수소 75% 분위기에서 탈탄하는 1차 재결정 소둔공정을 거쳐서 결정립경을 하기 표 7과 같이 되도록 하였다. 이후, MgO 성분을 포함하는 소둔분리제를 도포한 후에 시간당 20℃의 승온속도로 1200℃까지 승온 한 후 20시간 동안 2차 재결정 소둔을 실시하였다. 절연코팅을 실시하고 자성을 측정하여 표 8에 정리하였다.
시편 슬라브 가열온도
(T1, ℃)		 열간압연 종료온도
(℃)		 슬라브 가열 1100℃ 이상 시간, (분) 열연판 소둔온도
(T2, ℃)		 열연판 소둔시 1100℃ 이상 시간
(초)		 열연판 결정립경
(㎛)		 석출물수
(개/mm2)		 0.1~0.5㎛
석출물수
(개/mm2)		 0.5㎛ 초과 석출물수
(개/mm2)		 1차 재결 정립경
(㎛)
D1 1150 780 30 1140 30 120 955 853 102 27
D2 1150 850 35 1130 30 100 734 543 191 31
D3 1130 750 30 1130 30 100 1033 943 90 31
D4 1150 930 35 1100 30 80 654 312 342 34
D5 1100 910 20 1130 30 100 432 135 297 35
D6 1100 960 20 1100 30 80 54 21 33 32
D7 1130 730 30 1130 60 350 7 3 4 34
D8 1150 740 35 1150 3 150 6542 5463 1079 38
D9 1150 780 35 1140 30 100 1020 754 266 37
D10 1150 920 35 1140 30 100 354 193 161 36
시편 압연방향 Br 압연수직 방향 Br 원주방향 Br 압연방향 Bh 압연수직 방향 Bh 원주방향 Bh 비고
D1 1.72 1.46 1.45 1.83 1.55 1.54 비교예
D2 1.71 1.54 1.52 1.81 1.65 1.63 비교예
D3 1.7 1.43 1.45 1.8 1.54 1.53 비교예
D4 1.73 1.42 1.47 1.83 1.52 1.53 비교예
D5 1.72 1.43 1.48 1.82 1.55 1.54 비교예
D6 1.66 1.56 1.54 1.75 1.65 1.66 비교예
D7 1.54 1.48 1.49 1.66 1.57 1.55 비교예
D8 1.73 1.54 1.55 1.85 1.65 1.64 비교예
D9 1.73 1.72 1.65 1.88 1.86 1.75 발명예
D10 1.74 1.71 1.63 1.9 1.88 1.75 발명예
표 7 내지 표 8에 개시된 것과 같이, 1차 재결정 지름을 적절히 확보하지 못한 D1-D4, D6, D7은 압연 수직 방향의 자성이 열화되고, 원주방향의 자성도 좋지 않음을 확인할 수 있다.
특히 D4는 가열 온도가 열연판 소둔 온도에 비해 크게 높아 열연판 결정립경이 작고, 조대 석출물이 다량 생성되어, 자성이 열화됨을 확인할 수 있다. 또한, D5, D6는 슬라브 가열하는 단계에서, 1100℃ 이상의 시간을 확보하지 못하여, 석출물이 적절히 석출되지 않거나, 조대 석출물이 다량 생성됨어, 자성이 열화됨을 확인할 수 있다. D7 및 D8은 열연판 소둔 시간이 너무 길거나 짧아, 석출물이 너무 적게 생기거나, 너무 다량 생겨, 자성이 열화되는 것을 확인할 수 있다.
실험예 5
중량%로 Si: 2.8%, Al: 0.029%, S: 0.001%, Mn: 0.15%, N: 0.003%, C:0.025%, Ti:0.002%, P:0.05%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 제조하였다. 슬라브를 1150℃에서 가열 후 열간압연하여 1.6mm의 두께의 열연코일을 제조하였다. 슬라브 제조 후, 열간 압연 종료 시간을 하기 표 9에 정리하였다. 슬라브 가열하는 단계부터 열연판을 제조하는 단계까지의 최대 온도를 표 9에 정리하였다. 열간 압연 시, 최종 패스의 압하율 및 최종 패스 전 패스의 압하율을 표 9에 정리하였으며, 최종 패스 및 그 전 패스의 압하율의 합을 하기 표 9에 정리하였다. 1100℃ 내지 1140℃에서 30초간 소둔하고 900℃에서 90초간 소둔 후에 급냉한 열연소둔판을 압하율 63%까지 냉간 압연하였다.
냉간압연한 판은 0.02 wt%로 질화하여 이슬점 60℃ 수소 75% 분위기에서 탈탄하는 1차 재결정 소둔공정을 거쳐서 결정립경을 하기 표 7과 같이 되도록 하였다. 이후, MgO 성분을 포함하는 소둔분리제를 도포한 후에 시간당 20℃의 승온속도로 1200℃까지 승온 한 후 20시간 동안 2차 재결정 소둔을 실시하였다. 절연코팅을 실시하고 자성을 측정하여 표 10에 정리하였다.
시편 슬라브 제조 후 열간압연 시간(분) 최대온도(℃) 열연판 소둔온도
(℃)		 최종 패스 압하율(%) 최종 패스 전 패스 압하율(%) 압하율 합계(%)
E1 10 1100 1130 15 30 45
E2 10 1100 1130 20 30 50
E3 10 1100 1130 50 50 100
E4 10 1100 1130 30 40 70
E5 40 1100 1130 15 30 45
E6 10 1070 1130 10 20 30
시편 압연방향 Br(T) 압연수직 방향 Br(T) 원주방향 Br(T) 압연방향 Bh(T) 압연수직 방향 Bh(T) 원주방향 Bh(T) 비고
E1 1.76 1.74 1.7 1.86 1.81 1.76 발명예
E2 1.8 1.8 1.72 1.95 1.81 1.75 발명예
E3 1.65 1.45 1.47 1.75 1.55 1.53 비교예
E4 1.65 1.48 1.5 1.75 1.58 1.57 비교예
E5 1.69 1.43 1.45 1.78 1.53 1.54 비교예
E6 1.67 1.51 1.53 1.72 1.61 1.61 비교예
표 9 및 표 10에 나타나듯이, 모든 조건을 만족하는 발명예는 자성이 우수함을 확인할 수 있다. 반면, E3는 열간 압연에서의 최종 패스 및 최종 패스 전 패스의 압하율이 높아, 자성이 열위한 것을 확인할 수 있다. E4는 열간 압연에서의 최종 패스 및 최종 패스 전 패스의 압하율 합이 높아 자성이 열위함을 확인할 수 있다. E5는 슬라브 제조 후 열간 압연까지의 시간이 길어 자성이 열위함을 확인할 수 있다. E6는 슬라브 제조 후 열간압연의 최대 온도가 열연판 소둔 온도에 비해 높고, 최종 패스 압하율이 낮아, 자성이 열위함을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 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 (24)

  1. 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, Al: 0.0005 내지 0.04%, S: 0.0001 내지 0.003%, Mn: 0.02 내지 1.0%, N: 0. 003% 이하(0%를 제외함), C: 0.01%이하(0%를 제외함), Ti:0.01% 이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.005 내지 0.10%을 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 이방향성 전기강판.
    [식 1]
    [Mn]/[S] ≥ 60
    (식 1에서, [Mn] 및 [S]은 각각 Mn 및 S의 함량(중량%)을 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서,
    Sb : 0.001 내지 0.1 중량％ 및 Sn : 0.001 내지 0.1 중량％ 중 1종 이상을 더 포함하는 이방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    Mo: 0.01 중량% 이하, Bi: 0.01 중량% 이하, Pb: 0.01 중량% 이하, Mg: 0.01 중량% 이하, As: 0.01 중량% 이하, Be: 0.01 중량% 이하 및 Sr: 0.01 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 이방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    ｛100｝<001>로부터 15° 이내의 방위를 갖는 결정립의 면적 분율이 60 내지 99 %인 이방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 강판 상에 포스테라이트 층이 형성되고, 상기 포스테라이트 층은 강판 표면으로부터 2㎛이내의 두께인 면적의 분율이 75% 이상인 이방향성 전기강판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 포스테라이트 층 상에 절연층이 형성되고, 상면 절연층의 두께 및 하면 절연층의 두께가 각각 0.2 내지 8㎛이고,
    상기 상면 절연층의 두께 및 상기 하면 절연층의 두께 차이가 상기 하면 절연층의 두께의 50% 이하인 이방향성 전기강판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상면 절연층의 평균 조도(Ra)와 상기 하면 절연층의 평균 조도(Ra)가 각각 1㎛ 이하이고,
    상기 상면 절연층의 평균 조도(Ra)와 상기 하면 절연층의 평균 조도(Ra)의 차이가 0.3㎛ 이하인 이방향성 전기강판.
  8. 제1항에 있어서,
    압연 방향과 압연 수직방향의 Br이 모두 1.65T 이상이고, 원주방향의 Br이 1.55 T이상이고, Br은 하기 식 2로 계산되는 이방향성 전기강판.
    [식 2]
    Br= 7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105× [Al]) × B8
    (식 2에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si 및 Al의 함량(중량%)을 나타낸다. B8은 800A/m로 유기하였을 때 유도되는 자기장의 강도(Tesla)를 나타낸다.)
  9. 제1항에 있어서,
    1.5T의 자기장이 걸릴 때, 측정 주파수가 0.01Hz 이하에서의 투자율 UDC가 50Hz에서의 투자율 U50의 1.2배 이상인 이방향성 전기강판.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전기강판을 750℃ 내지 880℃의 온도에서 1 내지 2시간 소둔 후 측정된 Br값이 1.65T 이상이고, Br은 하기 식 2로 계산되는 이방향성 전기강판.
    [식 2]
    Br= 7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105× [Al]) × B8
    (식 2에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si 및 Al의 함량(중량%)을 나타낸다. B8은 800A/m로 유기하였을 때 유도되는 자기장의 강도(Tesla)를 나타낸다.)
  11. 제1항에 있어서,
    압연 방향의 Bh가 1.8T 이상이고, 압연 수직방향의 Bh가 1.7T 이상이고, 원주방향의 Bh가 1.6 T이상이고, Bh은 하기 식 3으로 계산되는 이방향성 전기강판.
    [식 3]
    Bh= 7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105×[Al]) × B25
    (식 3에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si 및 Al의 함량(중량%)을 나타낸다. B25은 2500A/m로 유기하였을 때 유도되는 자기장의 강도(Tesla)를 나타낸다.)
  12. 중량%로, Si: 2.0 내지 6.0%, Al: 0.0005 내지 0.04%, S: 0.0001 내지 0.003%, Mn: 0.02 내지 1.0%, N: 0.001 내지 0.01%, C: 0.02 내지 0.06%, Ti:0.01% 이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.005 내지 0.10%을 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 제조하는 단계;
    상기 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계 및
    1차 재결정 소둔된 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 포함하는 이방향성 전기강판의 제조 방법.
    [식 1]
    [Mn]/[S] ≥ 60
    (식 1에서, [Mn] 및 [S]은 각각 슬라브 내의 Mn 및 S의 함량(중량%)을 나타낸다.)
  13. 제12항에 있어서,
    상기 슬라브는 하기 식 4를 만족하는 이방향성 전기강판의 제조 방법.
    [식 4]
    [C]/[Si] ≥ 0.0067
    (식 4에서, [C] 및 [Si]는 각각 슬라브 내의 C 및 Si의 함량(중량%)을 나타낸다.)
  14. 제12항에 있어서,
    상기 냉연판을 제조하는 단계에서, 압하율이 50 내지 70%인 이방향성 전기강판의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔하는 단계에서, 질화량이 0.01 내지 0.023 중량%인 이방향성 전기강판의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔하는 단계 이후, 1차 재결정 소둔된 강판의 평균 결정립 입경이 32 내지 50㎛인 이방향성 전기강판의 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 열연판을 제조하는 단계 이후, 열연판을 소둔하는 단계를 더 포함하고, 상기 열연판을 소둔하는 단계의 온도(T2) 및 슬라브를 가열하는 단계의 온도(T1)이 하기 식 5를 만족하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
    [식 5]
    -200≤T1-T2≤30
  18. 제17항에 있어서,
    상기 슬라브를 가열하는 단계에서, 1100℃ 이상의 시간이 25 내지 50분인 이방향성 전기강판의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 열연판을 소둔하는 단계에서 1100℃ 이상의 시간이 5 내지 50초인 이방향성 전기강판의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 열연판을 소둔하는 단계 이후, 열연판의 평균 결정립 입경이 100 내지 200㎛인 이방향성 전기강판의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 열연판을 소둔하는 단계 이후, 열연판 1mm2 면적에서, 입경이 0.1㎛ 이상인 석출물의 수가 100 내지 4000개 이고,
    입경인 0.5㎛ 초과인 석출물의 수(B)에 대한, 입경이 0.1 내지 0.5㎛인 석출물의 수(A) 비율(A/B)이 1 이상인 방향성 전기강판의 제조 방법.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 열연판을 제조하는 단계 이후, 열연판을 소둔하는 단계를 더 포함하고,
    상기 슬라브를 가열하는 단계 이후, 상기 열연판을 제조하는 단계까지의 시간이 3 내지 20분이고, 슬라브 가열하는 단계부터 열연판을 제조하는 단계까지의 최대 온도가 열연판 소둔하는 단계의 소둔 온도의 20℃ 이하인 이방향성 전기강판의 제조 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 열연판을 제조하는 단계에서, 2 이상의 패스를 포함하고, 최종 패스 및 최종 패스 이전의 패스에서의 압하율이 각각 15 내지 40%이고, 상기 최종 패스 및 최종 패스 이전의 패스에서의 압하율의 합이 55% 이하인 이방향성 전기강판의 제조 방법.
  24. 제12항에 있어서,
    상기 1차 재결정 소둔하는 단계 이후, MgO를 포함하는 소둔 분리제를 도포하는 단계를 더 포함하는 이방향성 전기강판의 제조 방법.
KR1020170179929A 2017-12-26 2017-12-26 이방향성 전기강판 및 그의 제조방법 KR102009834B1 (ko)

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