KR20200066492A - 자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 중량%로, Si: 2.5내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, C: 0.005%이하(0%를 제외함), S: 0.005%이하(0%를 제외함), N: 0.005%이하(0%를 제외함), Nb: 0.004%이하(0%를 제외함), Ti: 0.004%이하(0%를 제외함), V: 0.004%이하(0%를 제외함), Ta: 0.0005 내지 0.0025%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

Description

자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 {NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET HAVING SUPERIOR MAGNETICPROPERTIES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 모터, 발전기 등 회전기기의 철심재료로 사용되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 전기에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 모터에 주로 사용되는데, 그 과정에서 높은 효율을 발휘하기 위해 무방향성 전기강판의 우수한 자기적 특성을 요구한다. 특히 근래에는 친환경 기술이 주목 받게 되면서 전체 전기에너지 사용량의 과반을 차지하는 모터의 효율을 증가시키는 것이 매우 중요하게 생각되고 있으며, 이에 의해 우수한 자기적 특성을 갖는 무방향성 전기강판의 수요 또한 증가하고 있다.
무방향성 전기강판의 자기적 특성은 주로 철손과 자속밀도로 평가한다. 철손은 특정 자속밀도와 주파수에서 발생하는 에너지 손실을 의미하며, 자속밀도는 특정 자장 하에서 얻어지는 자화의 정도를 의미한다. 철손이 낮을수록 동일한 조건에서 에너지 효율이 높은 모터를 제조할 수 있으며, 자속밀도가 높을수록 모터를 소형화시키거나 구리손을 감소시킬 수 있으므로, 낮은 철손과 높은 자속밀도를 갖는 무방향성 전기강판을 만드는 것이 중요하다.
모터의 작동조건에 다라 고려해야 되는 무방향성 전기강판의 특성 또한 달라지게 된다. 모터에 사용되는 무방향성 전기강판의 특성을 평가하기 위한 기준으로 다수의 모터들이 상용주파수 50Hz에서 1.5T 자장이 인가되었을 때의 철손인 W15/50을 가장 중요하게 여기고 있다. 그러나 다양한 용도의 모터들이 모두 W15/50 철손을 가장 중요하게 여기고 있는 것은 아니며, 주 작동조건에 따라 다른 주파수나 인가자장에서의 철손을 평가하기도 한다. 특히 최근의 전기자동차 구동모터에 사용되는 두께 0.35mm 이하의 무방향성 전기강판에서는 1.0T 또는 그 이하의 저자장과 400Hz 이상의 고주파에서 자기적 특성이 중요한 경우가 많으므로, W10/400 등의 철손으로 무방향성 전기강판의 특성을 평가하게 된다.
무방향성 전기강판의 자기적 특성을 증가시키기 위해 통상적으로 사용되는 방법은 Si 등의 합금원소를 첨가하는 것이다. 이러한 합금원소의 첨가를 통해 강의 비저항을 증가시킬 수 있는데, 비저항이 높아질수록 와전류 손실이 감소하여 전체 철손을 낮출 수 있게 된다. 반면 Si 첨가량이 증가할수록 자속밀도가 열위해지고 취성이 증가하는 단점이 있으며, 일정량 이상 첨가하면 냉각압연이 불가능하여 상업적 생산이 불가능해진다. 특히 전기강판은 두께를 얇게 만들수록 철손이 저감되는 효과를 볼 수 있는데, 취성에 의한 압연성 저하는 치명적인 문제가 된다. 상업적 생산이 가능한 Si의 최대 함량은 대략 3.5 내지 4.0% 정도로 알려져 있으며, 추가적인 강의 비저항 증가를 위해 Al, Mn 등의 원소를 첨가하여 자성이 우수한 최고급 무방향성 전기강판을 생산할 수 있다.
철손을 분리하면 이력손실(Hyteresis loss), 고전 와전류손실(Classical eddy current loss), 이상 와전류손실(Anomalous eddy current loss)의 세 가지로 분류할 수 있다. 이 때 강의 비저항 증가를 통해 얻을 수 있는 효과는 와전류손실의 감소인데, 비저항이 65μ·Ω·cm 이상으로 증가하면 철손 저감 효과가 현저히 감소하는 것으로 알려져 있다. 때문에 고비저항 성분계에서 철손을 감소시키기 위해서는 이력손실을 저감하는 것이 중요하다. 이력손실을 저감하는 방법으로는 자벽 이동을 방해할 수 있는 석출물 및 비금속 개재물의 영향을 억제하는 방법, 잔류 응력을 낮추어주는 방법 또는 자성에 유리한 집합조직을 발달시키는 방법 등이 있다.
석출물이나 비금속 개재물을 제어하여 무방향성 전기강판의 철손을 저감시키는 방법은 이전부터 지속적으로 개발되어 왔다. 종래 기술 중 하나로는, 강 중의 Al 함량을 저감하여 미세한 AlN의 석출을 억제함에 의해 낮은 철손을 얻는 기술이 있다. 또한 다른 종래 기술 중 하나로는, 낮은 Al 함량에 추가로 Si, Al, Mn의 복합산화물로부터 형성되는 개재물의 조성을 제어하여 낮은 철손을 얻는 기술이 있다.
그러나 이러한 방법은 실제 구현하기가 까다롭거나 매우 제한적인 조건에서만 그 효과가 나타나며, 실제 자성을 악화시키는 석출물의 크기에 대한 이해가 부족하여 철손 저감 효과에 한계를 갖는다.
본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. 보다 구체적으로 모터, 발전기 등 회전기기의 철심재료로 사용되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 자성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, C: 0.005%이하(0%를 제외함), S: 0.005%이하(0%를 제외함), N: 0.005%이하(0%를 제외함), Nb: 0.004%이하(0%를 제외함), Ti: 0.004%이하(0%를 제외함), V: 0.004%이하(0%를 제외함), Ta: 0.0005 내지 0.0025%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
강판은 Cu: 0.025%이하(0%를 제외함), B: 0.002%이하(0%를 제외함), Mg: 0.005%이하(0%를 제외함) 및 Zr: 0.005%이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
강판은 20 내지 100nm의 직경을 갖는 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물 중 1종 이상을 포함하고, 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 및 황화물계 석출물 각각의 분포밀도가 0.9개/μm2 이하일 수 있다. 보다 구체적으로 분포밀도는 0.5 개/μm2 이하일 수 있다.
강판의 두께가 0.1 내지 0.3mm일 수 있다.
강판의 평균 결정립 직경이 40 내지 100μm일 수 있다.
강판은 W15/50 철손에서 이력손실이 1.0W/kg 이하이고, W10/400 철손에서 이력손실이 3.8W/kg 이하일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은, 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, C: 0.005%이하(0%를 제외함), S: 0.005%이하(0%를 제외함), N: 0.005%이하(0%를 제외함), Nb: 0.004%이하(0%를 제외함), Ti: 0.004%이하(0%를 제외함), V: 0.004%이하(0%를 제외함), Ta: 0.0005 내지 0.0025%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계; 슬라브를 가열하는 단계; 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 냉연판을 최종 소둔하여 전기강판을 제조하는 단계;를 포함한다.
슬라브는 Cu: 0.025%이하(0%를 제외함), B: 0.002%이하(0%를 제외함), Mg: 0.005%이하(0%를 제외함) 및 Zr: 0.005%이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
강판은 20 내지 100nm의 직경을 갖는 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물 중 1종 이상을 포함하고, 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물 각각의 분포밀도가 0.9개/μm2 이하일 수 있다. 보다 구체적으로 분포밀도는 0.5 개/μm2 이하일 수 있다.
열연판을 제조하는 단계; 이후, 열연판을 열연판 소둔하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 충분히 높은 비저항을 갖도록 Si, Al, Mn 함량을 한정하고, C, N, S, Nb, Ti, V 함량을 제한하면서 Ta의 최적 함량 범위를 제시하여, 자성에 해가 되는 20 내지 100nm의 직경을 갖는 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물 형성을 억제함으로써, 이력손실이 낮은 자성이 우수한 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다.
따라서 이력손실이 낮은 자성이 우수한 최고급 무방향성 전기강판을 사용하는 모터 및 발전기의 효율 향상에 기여할 수 있다.
본 명세서에서, 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.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 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.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 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.
무방향성 전기강판에 있어서, 20 내지 100nm의 직경을 갖는 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물은 자벽이동을 방해하여, 전기강판의 자기적 특성을 열화시키는 효과가 있다. 한편, 강에 함유되는 여러 성분에 더하여 Ta을 적정량 첨가하면 20 내지 100nm의 직경의 석출물 형성을 억제할 수 있다. 따라서 결과적으로 자성이 우수한 무방향성 전기강판을 제조할 수 있다는 점에 주목하도록 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, C: 0.005%이하(0%를 제외함), S: 0.005%이하(0%를 제외함), N: 0.005%이하(0%를 제외함), Nb: 0.004%이하(0%를 제외함), Ti: 0.004%이하(0%를 제외함), V: 0.004%이하(0%를 제외함), Ta: 0.0005 내지 0.0025%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
보다 구체적으로는, Cu: 0.025%이하(0%를 제외함), B: 0.002%이하(0%를 제외함), Mg: 0.005%이하(0%를 제외함) 및 Zr: 0.005%이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로는, 강판은 20 내지 100nm의 직경을 갖는 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물 중 1종 이상을 포함하고, 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 및 황화물계 석출물 각각의 분포밀도가 0.9개/μm2 이하일 수 있다. 보다 구체적으로 분포밀도는 0.5 개/μm2 이하일 수 있다.
먼저, 무방향성 전기강판의 성분을 한정한 이유를 설명한다.
Si: 2.5 내지 3.8 중량%
Si는 재료의 비저항을 높여 철손을 낮추어주는 역할을 하며, 너무 적게 첨가될 경우, 고주파 철손 개선 효과가 부족할 수 있다. 반대로 너무 많이 첨가될 경우 재료의 취성이 증가하여 냉간압연성이 극도로 악화되어 생산성 및 타발성이 급격히 저하될 수 있다. 따라서 전술한 범위에서 Si를 첨가할 수 있다. 보다 구체적으로 Si를 2.7 내지 3.7 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si를 3.0 내지 3.6 중량% 포함할 수 있다.
Al: 0.5 내지 2.5 중량%
Al은 재료의 비저항을 높여 철손을 낮추는 역할을 하며, 너무 적게 첨가되면, 미세 질화물을 형성하여 자성 개선 효과를 얻기 어려울 수 있다. 반대로 너무 많이 첨가될 경우 질화물이 과다하게 형성되어 자성을 열화시키며, 제강과 연속주조 등의 모든 공정상에 문제를 발생시켜 생산성을 크게 저하시킬 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Al을 첨가할 수 있다. 보다 구체적으로 Al을 0.5 내지 2.3 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Al을 0.7 내지 2.0 중량% 포함할 수 있다.
Mn: 0.2 내지 4.5 중량%
Mn은 재료의 비저항을 높여 철손을 개선하고 황화물을 형성시키는 역할을 하며, 너무 적게 첨가되면, 황화물이 미세하게 형성되어 자성 열화를 일으킬 수 있다. 반대로 너무 많이 첨가되면 MnS가 과다하게 석출되고 자성에 불리한 {111}집합조직의 형성을 조장하여 자속밀도가 급격히 감소할 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Mn을 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 Mn을 0.3 내지 4.0 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Mn을 0.7 내지 2.0 중량% 포함할 수 있다.
C: 0.005 중량% 이하(0%를 제외함)
C는 자기시효를 일으키고 기타 불순물 원소와 결합하여 탄화물을 생성하여 자기적 특성을 저하시키므로 낮을수록 바람직하며, 보다 구체적으로는 0.003 중량% 이하로 관리될 수 있다.
N: 0.005 중량% 이하(0%를 제외함)
N은 모재 내부에 미세하고 긴 AlN 석출물을 형성할 뿐 아니라, 기타 불순물과 결합하여 미세한 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하여 철손을 악화시키므로 낮을수록 바람직하며, 보다 구체적으로는 0.003 중량% 이하로 관리될 수 있다.
S: 0.005 중량%이하(0%를 제외함)
S는 미세한 석출물인 MnS 및 CuS를 형성하여 자기특성을 악화시키고 열간가공성을 악화시키기 때문에 낮게 관리하는 것이 좋지만 강중에 필수불가결하게 존재하는 원소로, 보다 구체적으로는 0.003 중량% 이하로 관리되어야 한다.
Nb, Ti, V: 각 0.004 중량%이하(0%를 제외함)
Nb, Ti, V은 강내 석출물 형성 경향이 매우 강한 원소들이며, 모재 내부에 미세한 탄화물 또는 질화물 또는 황화물을 형성하여 결정립 성장을 억제함으로써 철손을 열화시킨다. 특히 20 내지 100nm 직경을 갖는 Nb, Ti, V를 함유한 탄, 질, 황화물계 석출물은 자성을 크게 열화시키며, Nb, Ti, V 함량이 각 0.004 중량%를 초과하면 20~100nm 직경의 석출물 형성이 조장된다. 따라서 Nb, Ti, V 함량은 각 0.004% 이하, 보다 구체적으로는 0.002% 이하로 관리되어야 한다. 이 때, 석출물의 직경이란 석출물이 점유하는 면적과 동일한 면적의 가상의 원에서, 그 원의 직경을 의미한다.
Ta: 0.0005 내지 0.0025 중량%
Ta는 강내 미량 첨가되면 탄화물을 형성하는 원소로 알려져 있는데, 일반적으로 Nb, Ti, V 등과 함께 복합탄화물을 형성한다. 강내 Ta 함량이 0.0005 내지 0.0025 중량%일 때 탄화물의 크기를 100nm 이상으로 조대화 시키는 효과가 있으므로, 자성에 유해한 20 내지 100nm 직경을 갖는 탄화물의 형성을 억제하게 된다. 뿐만 아니라 20 내지 100nm 크기의 질화물과 황화물의 형성도 억제시킨다. Ta 함량이 너무 많으면 20 내지 100nm 크기의 석출물 분율이 증가하여 자성에 유해하며, 반대로 너무 적으면 20 내지 100nm의 석출물 억제 효과가 나타나지 않는다.
기타 불순물 원소
상기의 원소 외에도 Cu, B, Mg, Zr 등의 불가피하게 혼입되는 불순물이 포함될 수 있다. 이들 원소는 미량이지만 강내 개재물 형성 등을 통한 자성 악화를 야기할 수 있으므로, Cu: 0.025 중량%이하(0%를 제외함), B: 0.002 중량%이하(0%를 제외함), Mg: 0.005 중량%이하(0%를 제외함), Zr: 0.005 중량%이하(0%를 제외함)로 관리되어야 한다.
상기 성분 이외에 본 발명은 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 불가피한 불순물은 해당 기술 분야에서 널리 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 성분 이외에 유효한 성분의 첨가를 배제하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 강판의 두께가 0.1 내지 0.3mm일 수 있다. 또한, 평균 결정립 직경이 40 내지 100μm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, W15/50 철손에서 이력손실이 1.0W/kg 이하이고, W10/400 철손에서 이력손실이 3.8W/kg 이하일 수 있다. 보다 구체적으로 W15/50 철손에서 이력손실이 1.0W/kg 이하일 수 있고, W10/400 철손에서 이력손실이 3.8W/kg 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 자속밀도(B50)가 강판 두께 0.1μm에서는 1.63T 이상, 두께 0.15mm에서는 1.65T 이상, 0.25mm에서는 1.67T 이상, 0.27mm에서는 1.67T 이상, 0.30mm에서는 1.68T 이상일 수 있다. 자속밀도는 두께가 얇아질 수록 낮아지는 값이며, 자속밀도가 높을 시 자동차 모터로 사용시 출발 및 가속시 토크가 우수한 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8 %, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, C: 0.005%이하(0%를 제외함), S: 0.005%이하(0%를 제외함), N: 0.005%이하(0%를 제외함), Nb: 0.004%이하(0%를 제외함), Ti: 0.004%이하(0%를 제외함), V: 0.004%이하(0%를 제외함), Ta: 0.0005 내지 0.0025%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계; 슬라브를 가열하는 단계; 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 냉연판을 최종 소둔하여 전기강판을 제조하는 단계;를 포함한다.
보다 구체적으로, 슬라브는 Cu: 0.025%이하(0%를 제외함), B: 0.002%이하(0%를 제외함), Mg: 0.005%이하(0%를 제외함) 및 Zr: 0.005%이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 강판은 20 내지 100nm의 직경을 갖는 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물 중 1종 이상을 포함하고, 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물 각각의 분포밀도가 0.9개/μm2 이하일 수 있다. 보다 구체적으로 분포밀도는 0.5 개/μm2 이하일 수 있다.
또한, 열연판을 제조하는 단계; 이후, 열연판을 열연판 소둔하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 전술한 조성을 만족하는 슬라브를 준비한다. 슬라브 내의 각 조성의 첨가 비율을 한정한 이유는 전술한 무방향성 전기강판의 조성 한정 이유와 동일하므로, 반복되는 설명을 생략한다. 후술할 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연, 최종 소둔 등의 제조 과정에서 슬라브의 조성은 실질적으로 변동되지 아니하므로, 슬라브의 조성과 무방향성 전기강판의 조성은 실질적으로 동일하다.
다음으로, 제조된 슬라브를 가열한다. 가열함으로써 후속되는 열간압연 공정을 원활히 수행하고, 슬라브를 균질화 처리할 수 있다. 보다 구체적으로, 가열은 재가열을 의미할 수 있다. 이 때, 슬라브 가열 온도는 1100 내지 1250 ℃일 수 있다. 슬라브의 가열 온도가 너무 높으면 석출물이 재용해되어 열간압연 이후 미세하게 석출될 수 있다.
다음으로, 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조한다. 열간압연의 마무리 압연 온도는 750℃ 이상일 수 있다.
열연판을 제조하는 단계 이후, 열연판을 열연판 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때 열연판 소둔 온도는 850 내지 1150℃일 수 있다. 열연판 소둔 온도가 너무 낮으면 조직이 성장하지 않거나 미세하게 성장하여 자속밀도의 상승 효과가 적으며, 반대로 열연판 소둔 온도가 너무 높으면 자기특성이 오히려 열화되고, 판형상의 변형으로 인해 압연작업성이 나빠질 수 있다. 더욱 구체적으로 온도범위는 950 내지 1125℃일 수 있다. 더욱 구체적으로 열연판의 소둔온도는 900 내지 1100℃일 수 있다. 열연판 소둔은 필요에 따라 자성에 유리한 방위를 증가시키기 위하여 수행되는 것이며, 생략도 가능하다.
다음으로, 열연판을 산세하고 소정의 판두께가 되도록 냉간압연하여 냉연판을 제조한다. 열연판 두께에 따라 다르게 적용될 수 있으나, 70 내지 95%의 압하율을 적용할 수 있으며, 최종두께가 0.1 내지 0.6mm가 되도록 냉간압연하여 냉연판을 제조할 수 있다. 보다 구체적으로 최종두께가 0.1 내지 0.3mm가 되도록 냉간압연하여 냉연판을 제조할 수 있다.
다음으로, 냉연판을 최종 소둔하여 전기강판을 제조한다. 최종 소둔 온도는 800 내지 1050℃가 될 수 있다. 최종 소둔 온도가 너무 낮으면 재결정이 충분히 발생하지 못하고, 최종 소둔 온도가 너무 높으면 결정립의 급격한 성장이 발생하여 자속밀도와 고주파 철손이 열위해 질 수 있다. 더욱 구체적으로 900 내지 1000℃의 온도에서 최종 소둔할 수 있다. 최종 소둔 과정에서 전 단계인 냉간압연 단계에서 형성된 가공 조직이 모두(즉, 99% 이상) 재결정될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
실시예
실험실에서 진공용해하여 표 1과 같은 성분으로 강괴를 제조하였다. 이를 1150℃로 재가열하고 780℃의 마무리온도로 열간압연하여, 판두께 2.0mm의 열연판을 제조하였다. 열간압연된 열연판은 1030℃에서 100초간 열연판 소둔 후, 산세 및 냉간압연하여 두께를 0.15, 0.25, 0.27, 0.30mm로 만들고 1000℃에서 110초간 재결정 소둔을 시행하였다.
각 시편에 대한 탄화물 분포밀도, 질화물 분포밀도, 황화물 분포밀도, W15/50 철손, W10/400 철손, W15/50의 이력손실 (Wh15/50), W10/400의 이력손실 (Wh10/400), B50 자속밀도를 표 2에 나타내었다. 여기에서 탄화물, 질화물, 황화물은 모두 직경 20 내지 100nm의 석출물을 의미한다. 자속밀도, 철손 등의 자기적 특성은 각각의 시편에 대해 너비 60mm * 길이 60mm * 매수 5매의 시편을 절단하여 Single sheet tester로 압연방향과 압연수직방향으로 측정하여 평균값을 나타내었다. 이 때, W10/400은 400Hz의 주파수로 1.0T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손이고, W10/50은 50Hz의 주파수로 1.0T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손이며, B50은 5000A/m의 자기장에서 유도되는 자속밀도를 의미한다.
Wh15/50와 Wh10/400는 각각의 시편에 대해 너비 60mm * 길이 60mm * 매수 5매의 시편을 절단하여 DC 자성측정기로 1.5T와 1.0T에서의 손실에너지량을 mJ/kg 단위로 측정하고 주파수 50Hz와 400Hz를 각각 곱한 후 5매의 측정값을 평균하여 결과를 얻었다. 이 때 측정속도는 50mT/s를 적용하였다.
시편번호 Si
(%)		 Al
(%)		 Mn
(%)		 C
(ppm)		 S
(ppm)		 N
(ppm)		 Nb
(ppm)		 Ti
(ppm)		 V
(ppm)		 Ta
(ppm)
A1 3.0 2.0 1.0 57 10 34 11 29 15 14
A2 3.0 2.0 1.0 71 25 28 13 28 21 17
A3 3.0 2.0 1.0 31 31 29 10 32 18 12
A4 3.0 2.0 1.0 44 29 11 9 26 19 18
B1 3.2 1.2 1.5 27 60 14 21 11 32 7
B2 3.2 1.2 1.5 34 75 10 18 13 27 15
B3 3.2 1.2 1.5 36 11 11 17 10 33 18
B4 3.2 1.2 1.5 31 38 16 18 8 26 8
C1 3.2 1.0 2.0 41 41 82 28 25 9 21
C2 3.2 1.0 2.0 27 22 59 30 21 14 20
C3 3.2 1.0 2.0 26 36 21 29 28 14 21
C4 3.2 1.0 2.0 43 38 38 27 24 12 17
D1 3.4 0.7 1.1 36 26 36 48 15 21 18
D2 3.4 0.7 1.1 21 14 27 17 51 17 15
D3 3.4 0.7 1.1 37 37 32 19 20 15 18
D4 3.4 0.7 1.1 39 43 31 22 23 17 11
E1 3.6 1.5 0.7 29 8 37 19 25 45 20
E2 3.6 1.5 0.7 40 31 26 18 29 19 39
E3 3.6 1.5 0.7 36 22 21 12 21 15 13
E4 3.6 1.5 0.7 33 31 29 15 26 18 15
시편번호 두께
[mm]		 탄화물
분포밀도
[개/mm2]		 질화물
분포밀도
[개/mm2]		 황화물
분포밀도
[개/mm2]		 W15/50
[W/kg]		 W10/400
[W/kg]		 Wh15/50
[W/kg]		 Wh10/400
[W/kg]		 B50
[T]		 비고
A1 0.15 2.42 0.41 0.37 1.95 9.94 1.32 4.16 1.62 비교예
A2 3.58 0.37 0.45 1.97 10.01 1.35 4.18 1.62 비교예
A3 0.34 0.36 0.42 1.66 8.54 0.98 3.78 1.65 발명예
A4 0.38 0.44 0.39 1.67 8.48 0.97 3.77 1.65 발명예
B1 0.25 0.41 0.41 2.75 2.03 12.43 1.35 4.16 1.63 비교예
B2 0.37 0.37 2.81 2.04 12.37 1.38 4.17 1.63 비교예
B3 0.35 0.43 0.35 1.77 10.57 0.97 3.75 1.67 발명예
B4 0.42 0.37 0.36 1.78 10.63 0.96 3.74 1.67 발명예
C1 0.39 4.21 0.39 2.04 12.29 1.34 4.11 1.63 비교예
C2 0.31 3.98 0.35 2.02 12.45 1.33 4.13 1.63 비교예
C3 0.32 0.35 0.42 1.76 10.61 0.95 3.75 1.67 발명예
C4 0.37 0.32 0.37 1.76 10.59 0.95 3.71 1.67 발명예
D1 0.27 2.15 0.42 0.43 2.04 13.34 1.33 4.18 1.63 비교예
D2 2.31 0.45 0.45 2.06 13.41 1.38 4.16 1.63 비교예
D3 0.37 0.38 0.41 1.79 11.76 0.96 3.72 1.67 발명예
D4 0.35 0.43 0.39 1.80 11.67 0.97 3.74 1.67 발명예
E1 0.30 2.65 0.38 0.43 2.07 14.23 1.36 4.13 1.64 비교예
E2 1.01 0.44 0.31 2.05 14.31 1.35 4.12 1.64 비교예
E3 0.39 0.42 0.34 1.82 12.57 0.97 3.72 1.68 발명예
E4 0.41 0.39 0.36 1.82 12.63 0.96 3.71 1.68 발명예
표 1 및 표 2에 나타나듯이, 합금 성분이 적절히 제어된 A3, A4, B3, B4, C3, C4, D3, D4, E3, E4는 20 내지 100nm 직경의 탄화물, 질화물, 황화물 분포밀도가 모두 0.9개/μm2 이하로 양호하였으므로, 자기적 특성이 모두 우수하게 나타났다. 반면 A1, A2는 C 함량이 다량이어서 자성에 유해한 크기의 탄화물의 분포밀도가 증가하였으므로 이력손실 증가에 의해 철손이 불량하고 자속밀도도 열위하였다. B1, B2는 S 함량, C1, C2는 N 함량이 본 발명의 범위를 초과하여 각각 자성에 유해한 크기의 황화물과 질화물의 분포밀도가 증가하였으므로 철손과 자속밀도가 열위하였다. D1, D2, E1은 각각 Nb, Ti, V가 본 발명의 범위를 초과하여 자성에 유해한 크기의 탄화물의 분포밀도가 0.9개/μm2 를 초과하여 증가하였기 때문에 철손과 자속밀도가 열위하게 나타났다. E2는 Ta 함량이 본 발명의 범위를 벗어나서 자성에 유해한 크기의 탄화물 분포가 증가하여 철손과 자속밀도가 열위하였다.
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 (10)

  1. 중량%로, Si: 2.5내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, C: 0.005%이하(0%를 제외함), S: 0.005%이하(0%를 제외함), N: 0.005%이하(0%를 제외함), Nb: 0.004%이하(0%를 제외함), Ti: 0.004%이하(0%를 제외함), V: 0.004%이하(0%를 제외함), Ta: 0.0005 내지 0.0025%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    Cu: 0.025%이하(0%를 제외함), B: 0.002%이하(0%를 제외함), Mg: 0.005%이하(0%를 제외함) 및 Zr: 0.005%이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강판은 20 내지 100nm의 직경을 갖는 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물 중 1종 이상을 포함하고,
    상기 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 및 황화물계 석출물 각각의 분포밀도가 0.9개/μm2 이하인 무방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강판의 두께가 0.1 내지 0.3mm인 무방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    평균 결정립 직경이 40 내지 100μm인 무방향성 전기강판.
  6. 제1항에 있어서,
    W15/50 철손에서 이력손실이 1.0W/kg 이하이고, W10/400 철손에서 이력손실이 3.8W/kg 이하인 무방향성 전기강판.
  7. 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8 %, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, C: 0.005%이하(0%를 제외함), S: 0.005%이하(0%를 제외함), N: 0.005%이하(0%를 제외함), Nb: 0.004%이하(0%를 제외함), Ti: 0.004%이하(0%를 제외함), V: 0.004%이하(0%를 제외함), Ta: 0.0005 내지 0.0025%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계;
    상기 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연판을 최종 소둔하여 전기강판을 제조하는 단계;
    를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 슬라브는 Cu: 0.025%이하(0%를 제외함), B: 0.002%이하(0%를 제외함), Mg: 0.005%이하(0%를 제외함) 및 Zr: 0.005%이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 강판은 20 내지 100nm의 직경을 갖는 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물 중 1종 이상을 포함하고,
    상기 탄화물계 석출물, 질화물계 석출물 또는 황화물계 석출물 각각의 분포밀도가 0.9개/μm2 이하인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 열연판을 제조하는 단계; 이후,
    상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계;를 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
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