KR20220085518A - 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

무방향성 전기강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

냉간압연 후, 탈탄소둔 열처리, 최종 소둔 열처리의 온도 및 분위기를 조절하여 전기강판의 텍스쳐(texture)를 최적화함으로써, 낮은 온도에서도 우수한 철손을 확보할 수 있는 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
이 결과, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법은 탈탄소둔 열처리 온도를 780 ~ 920℃로 낮춤으로써 공정상의 비용을 절감할 수 있고, 산화에 대한 위험도를 줄여 불량율을 낮출 수 있다.

Description

무방향성 전기강판 및 그 제조 방법{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTRUING THE SAME}
본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기 강판은 자기 특성에 따라서 방향성 전기 강판과 무방향성 전기 강판으로 나눌 수 있다.
방향성 전기 강판(oriented electrical steel sheet)은 강판의 압연방향으로 자화가 용이하도록 제조하여 압연 방향으로 특히 우수한 자기 특성을 가지므로, 저철손, 고투자율이 요구되는 대형, 중소형 변압기의 철심으로 주로 사용된다.
이에 반하여, 무방향성 전기 강판(non-oriented electrical steel sheet)은 강판의 방향에 관계없이 균일한 자기특성을 갖는다. 이에 따라, 무방향성 전기강판은 리니어 컴프모터, 에어컨 컴프모터 및 청소기용 고속모터 등의 철심으로 주로 사용된다.
최근 에너지절약의 차원에서 전기기기의 효율을 높이고 소형화하려는 추세에 따라, 무방향성 전기 강판에 있어서도 철손을 최대한 낮추기 위한 연구가 진행되고 있다.
KR 공개특허공보 제10-1994-0009347(1994.05.20. 공개)
본 발명의 목적은 냉간압연 후, 탈탄소둔 열처리, 최종 소둔 열처리의 온도 및 분위기를 조절하여 전기강판의 텍스쳐(texture)를 최적화함으로써, 낮은 온도에서도 우수한 철손을 확보할 수 있는 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 H2 가스 분위기의 탈탄소둔 열처리시, 탈탄소둔 열처리 온도를 기존의 1000℃ 이상에서 780 ~ 920℃, 보다 바람직하게는 780 ~ 820℃로 낮추어 미재결정 결정립의 분율을 높여 텍스쳐(texture)가 변화할 수 있는 가능성을 높임과 더불어, 980 ~ 1,020℃의 Ar 가스 분위기에서 최종 소둔 열처리를 수행함으로써, 비용 효율적이면서도 철손이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 탈탄소둔 열처리 온도를 780 ~ 920℃로 낮춤으로써 공정상의 비용을 절감할 수 있고, 산화에 대한 위험도를 줄여 불량율을 낮출 수 있는 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법은 냉간압연 후, 탈탄소둔 열처리, 최종 소둔 열처리의 온도 및 분위기를 조절하여 전기강판의 텍스쳐(texture)를 최적화함으로써, 낮은 온도에서도 우수한 철손을 확보할 수 있는 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법은 H2 가스 분위기의 탈탄소둔 열처리시, 탈탄소둔 열처리 온도를 기존의 1000℃ 이상에서 780 ~ 920℃, 보다 바람직하게는 780 ~ 820℃로 낮추어 미재결정 결정립의 분율을 높여 텍스쳐(texture)가 변화할 수 있는 가능성을 높임과 더불어, 980 ~ 1,020℃의 Ar 가스 분위기에서 최종 소둔 열처리를 수행함으로써, 비용 효율적이면서도 철손이 우수한 전기강판을 제조할 수 있다.
이 결과, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법은 냉간압연 후, 탈탄소둔 열처리와 최종 소둔 열처리의 온도 및 가스 분위기를 조절하여 전기강판의 텍스쳐(texture)를 최적화함으로써, 낮은 온도에서도 1.65 ~ 2.15 W/kg의 철손(W15/50) 및 1.65 ~ 1.80 T의 자속밀도(B50)를 확보할 수 있는 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판은 C : 0.05 중량% 이하, Si : 1.0 ~ 3.5 중량%, Al : 0.2 ~ 0.6 중량%, Mn : 0.02 ~ 0.20 중량%, P : 0.01 ~ 0.20 중량%, S : 0.01 중량% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판은 Cu : 0.03 중량% 이하, Ni : 0.03 중량% 이하, Cr : 0.05 중량% 이하 및 S : 0.01 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판은 0.05 ~ 0.50mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판은 400 ~ 560N/㎟의 인장강도 및 200 ~ 270Hv의 경도를 갖는다.
본 발명에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법은 Si, Al 등의 함량비를 엄격히 제어하고, 탈탄소둔 열처리 및 최종 소둔 열처리에서의 열처리 온도를 낮추고, 가스 분위기를 조절하는 것에 의해 온도를 낮추면서도 저 철손 특성을 발휘할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법은 탈탄소둔 열처리 온도를 780 ~ 920℃, 보다 바람직하게는 780 ~ 820℃로 낮춤으로써 공정상의 비용을 절감할 수 있고, 산화에 대한 위험도를 줄여 불량율을 낮출 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법은 냉간압연 후, 탈탄소둔 열처리와 최종 소둔 열처리의 온도 및 가스 분위기를 조절하여 전기강판의 텍스쳐(texture)를 최적화함으로써, 낮은 온도에서도 1.65 ~ 2.15 W/kg의 철손(W15/50) 및 1.65 ~ 1.80 T의 자속밀도(B50)를 확보할 수 있는 것이다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 시편에 대한 EBSD 측정을 통해 ODF 및 IPF로 분석한 결과를 나타낸 사진이다.
도 3은 실시예 3에 따른 시편에 대한 EBSD 측정을 통해 ODF 및 IPF로 분석한 결과를 나타낸 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따른 시편에 대한 EBSD 측정을 통해 ODF 및 IPF로 분석한 결과를 나타낸 사진이다.
도 5는 비교예 3에 따른 시편에 대한 EBSD 측정을 통해 ODF 및 IPF로 분석한 결과를 나타낸 사진이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 5에 따른 시편들에 대한 EBSD 측정을 통해 ODF 및 IPF로 분석한 결과를 비교하여 나타낸 사진이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 설명하도록 한다.
일반적으로, 무방향성 전기강판은 열간압연 단계, 열연 소둔 열처리 단계, 냉간압연 단계, 탈탄소둔 열처리 단계 및 최종 소둔 열처리 단계의 순서로 진행된다.
여기서, 탈탄소둔 열처리 및 최종 소둔 열처리 각각은 1,000℃ 이상에서 H2 가스 분위기에서 실행된다. 일반적으로, H2 가스 분위기에서 열처리를 하여야 환원성 분위기를 유지하여 산화가 적게 일어나게 하면서 열처리가 가능하게 된다.
다만, 탈탄소둔 열처리 온도 및 최종 소둔 열처리 온도 각각이 1,000℃ 이상으로 수행될 경우, 산화에 대한 위험도가 높을 뿐만 아니라 고온 공정의 적용으로 공정비용이 증가하는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 냉간압연 후, 탈탄소둔 열처리, 최종 소둔 열처리의 온도 및 분위기를 조절하여 전기강판의 텍스쳐(texture)를 최적화함으로써, 낮은 온도에서도 우수한 철손을 갖는 전기강판을 제조하는 것이 가능해질 수 있다.
즉, 본 발명에서는 H2 가스 분위기의 탈탄소둔 열처리시, 탈탄소둔 열처리 온도를 기존의 1000℃ 이상에서 780 ~ 920℃, 보다 바람직하게는 780 ~ 820℃로 낮추어 미재결정 결정립의 분율을 높여 텍스쳐(texture)가 변화할 수 있는 가능성을 높임과 더불어, 980 ~ 1,020℃의 Ar 가스 분위기에서 최종 소둔 열처리를 수행함으로써, 비용 효율적이면서도 철손이 우수한 전기강판을 제조할 수 있게 된다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 C : 0.05 중량% 이하, Si : 1.0 ~ 3.5 중량%, Al : 0.2 ~ 0.6 중량%, Mn : 0.02 ~ 0.20 중량%, P : 0.01 ~ 0.20 중량%, S : 0.01 중량% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며, 1.65 ~ 2.15 W/kg의 철손(W15/50) 및 1.65 ~ 1.80 T의 자속밀도(B50)를 갖는다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 1.70 ~ 1.90 W/kg의 철손(W15/50) 및 1.65 ~ 1.80 T의 자속밀도(B50)를 갖는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 Cu : 0.03 중량% 이하, Ni : 0.03 중량% 이하 및 Cr : 0.05 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 0.05 ~ 0.50mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 무방향성 전기강판의 두께가 0.05mm 미만일 경우에는 리니어 컴프모터, 에어컨 컴프모터 및 청소기용 고속모터 등의 철심으로 사용할 시 형상 불량을 유발할 수 있으므로 바람직하지 못하다. 반대로, 무방향성 전기강판의 두께가 0.50mm를 초과할 경우에는 (100)면의 집합조직을 다량 확보할 수 없어 자속밀도가 열화되므로 바람직하지 않다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 400 ~ 560N/㎟의 인장강도 및 200 ~ 270Hv의 경도를 갖는다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 다량 첨가될 경우 오스테나이트 영역을 확대하며 상변태 구간을 증가시키고 최종 소둔 열처리시 페라이트의 결정립 성장을 억제하여 철손을 열화시킨다. 또한, 탄소(C)는 최종제품에서 전기제품으로 가공 후 사용시 자기시효에 의하여 철손을 높이기 때문에 0.05 중량% 이하의 함량비가 함유되도록 제어하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추기 위해 첨가된다.
실리콘(Si)은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 전체 중량의 1.0 ~ 3.5 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 2.5 ~ 3.2 중량%를 제시할 수 있다. 실리콘(Si)의 첨가량이 1.0 중량% 미만으로 소량 첨가될 시에는 저철손 특성을 얻기 어렵고 압연방향의 투자율 향상이 곤란하다. 또한, 실리콘(Si)의 첨가량이 3.5 중량%를 초과하여 과도하게 첨가되면 자속밀도의 저하를 초래하여 모터의 토크가 저하되거나 동손이 증가하고, 취성 증가로 냉간압연시 균열 또는 판파단이 발생할 수 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 실리콘(Si)과 함께 무방향성 전기강판의 철손을 낮추는데 기여한다.
알루미늄(Al)은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.6 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 0.3 ~ 0.5 중량%를 제시할 수 있다. 알루미늄(Al)의 첨가량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 충분히 발휘하기 어렵다. 반대로, 알루미늄(Al)의 첨가량이 0.6 중량%를 초과하여 과도하게 첨가되면 자속밀도의 저하를 초래하여 모터의 토크가 저하되거나 동손이 증가한다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 재가열시 석출물의 고용온도를 낮추며 열간압연시 소재 양 끝 부분에 생성되는 크랙을 방지하는 역할을 한다.
망간(Mn)은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.20 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 첨가량이 0.02 중량% 미만일 경우에는 열간압연시 크랙에 의한 불량이 발생할 위험이 높아진다. 반대로, 망간(Mn)의 첨가량이 0.20 중량%를 초과할 경우에는 롤 하중이 증가하여 냉간 압연성이 열화되므로 바람직하지 않다.
인(P)
인(P)은 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 역할을 한다.
인(P)은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.20 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 인(P)의 첨가량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 결정립이 과도 증가되어 자성편차가 커지는 문제가 있다. 반대로, 인(P)의 첨가량이 0.20 중량%를 초과하여 과도하게 첨가될 경우에는 냉간 압연성을 저하시킬 수 있으므로 바람직하지 않다.
황(S)
황(S)은 망간(Mn)과 반응하여 미세한 석출물인 MnS를 형성하여 결정립 성장을 억제시키는 경향이 있으므로, 가능한 최소량을 갖도록 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 황(S)은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 전체 중량의 0.01 중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
구리(Cu)
구리(Cu)는 집합조직을 개선하며, 미세한 CuS 석출을 억제하고, 산화나 부식에도 견디기 때문에 첨가한다. 다만, 구리(Cu)의 첨가량이 0.03 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 강판 표면에 균일을 야기할 수 있으므로, 바람직하지 못하다. 따라서, 구리(Cu)는 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 전체 중량의 0.03 중량% 이하의 함량비로 제어하는 것이 바람직하다.
니켈(Ni)
니켈(Ni)은 집합조직을 개선하며, Cu와 함께 첨가하여 S가 미세한 CuS로 석출하는 것을 억제하며, 산화나 부식에도 견디기 때문에 첨가한다. 다만, 니켈(Ni)의 첨가량이 0.03 중량%를 초과할 경우에는 다량 첨가에도 불구하고 집합조직을 개선하는 효과가 미미하여 비경제적이므로 바람직하지 않다. 따라서, 니켈(Ni)은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 전체 중량의 0.03 중량% 이하의 함량비로 제어하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 비저항을 높여 철손을 개선하면서도 재료의 강도를 상승시키지 않는 역할을 한다. 다만, 크롬(Cr)의 첨가량이 0.05 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 자성에 불리한 집합조직의 발달을 촉진시켜 자속밀도를 감소시키는 문제가 있다. 따라서, 크롬(Cr)은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 전체 중량의 0.05 중량% 이하의 함량비로 엄격히 제어하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조 방법은 열간압연 단계(S110), 열연 소둔 열처리 단계(S120), 냉간압연 단계(S130), 탈탄소둔 열처리 단계(S140) 및 최종 소둔 열처리 단계(S140)를 포함한다.
열간압연
열간압연 단계(S110)에서는 C : 0.05 중량% 이하, Si : 1.0 ~ 3.5 중량%, Al : 0.2 ~ 0.6 중량%, Mn : 0.02 ~ 0.20 중량%, P : 0.01 ~ 0.20 중량%, S : 0.01 중량% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열한 후, 열간압연한다.
여기서, 강 슬라브는 Cu : 0.03 중량% 이하, Ni : 0.03 중량% 이하 및 Cr : 0.05 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 단계에서, 상기의 조성을 갖는 강 슬라브를 가열로에 장입하여 재가열하는 과정에서 열간압연을 용이하게 하기 위해서는 강의 재가열 온도를 1,050℃ 이상으로 실시하는 것이 바람직하다. 다만, 강의 재가열 온도가 1,250℃를 초과할 경우에는 MnS 등과 같은 철손 특성에 해로운 석출물이 재용해되어 열간압연 후 미세한 석출물이 과도하게 발생하는 경향이 있다. 이러한 미세한 석출물은 결정립 성장을 방해하여 철손 특성을 열화시키므로 바람직하지 않다. 따라서, 강의 재가열 온도는 1,050 ∼ 1,250℃에서 1 ~ 3시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 본 단계에서, 열간압연된 강판에 산화층이 과다하게 발생하지 않도록 하기 위해 마무리 열간압연 온도는 800 ~ 950℃ 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
여기서, 열간압연된 강판은 산화층이 과도하게 발생되지 않으면서 결정립 성장에 저해되지 않도록 650 ~ 800℃의 온도에서 권취한 후, 공기 중에서 코일 상태로 냉각시킬 수 있다.
열연 소둔 열처리
열연 소둔 열처리 단계(S120)에서는 열간압연된 강판을 열연 소둔 열처리하고, 산세한다.
이러한 열연 소둔 열처리는 열간압연된 강판 중심부의 연신립을 재결정시키고 강판의 두께방향으로 균일한 결정립이 분포하도록 유도하기 위한 목적으로 실시된다.
열연 소둔 열처리는 850 ~ 1,000℃ 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 열연 소둔 열처리 온도가 850℃ 미만일 경우에는 균일한 결정립 분포가 얻어지지 않아 자속밀도 및 철손 개선 효과가 미흡할 수 있다. 반대로, 열연 소둔 열처리 온도가 1,000℃를 초과할 경우에는 자성에 불리한 (111)면 집합조직이 증가하여 자속밀도가 열화된다.
냉간압연
냉간압연 단계(S130)에서는 산세된 강판을 55% 이하의 압하율로 냉간압연한다.
본 단계에서, 냉간압연은 0.05 ~ 0.50mm의 두께로 최종 압연한다. 냉간압연된 강판의 두께가 0.05mm 미만일 경우에는 리니어 컴프모터, 에어컨 컴프모터 및 청소기용 고속모터 등의 철심으로 사용할 시 형상 불량을 유발할 수 있으므로 바람직하지 못하다. 반대로, 냉간압연된 강판의 두께가 0.50mm를 초과할 경우에는 (100)면의 집합조직을 다량 확보할 수 없어 자속밀도가 열화되므로 바람직하지 않다.
본 단계에서, 냉간압연은 55% 이하의 압하율, 보다 바람직하게는 45 ~ 50%의 압하율로 수행하는 것이 바람직하다. 만일, 냉간압연의 압하율이 55%를 초과할 경우에는 (111)면 집합조직이 강하게 발달하게 되고, 자기적 특성이 우수한 (100)면 집합조직의 분율이 감소하는 문제가 있다.
따라서, (111)면 집합조직의 생성은 억제하고, (100)면의 집합조직의 생성을 높여서 자기적 특성을 개선하기 위해서는 냉간압연 공정에서의 압하율을 55% 이하의 압하율로 엄격히 제어하는 것이 바람직하다.
여기서, 냉간압연의 압하율은 (초기 강판 두께 - 최종 강판 두께) / (초기 강판 두께) × 100 에 해당한다. 여기서, 초기 강판은 열간압연된 강판이고, 최종 강판은 냉간압연된 강판을 의미한다.
탈탄소둔 열처리
탈탄소둔 열처리 단계(S140)에서는 냉간압연된 강판을 780 ~ 920℃의 온도 조건으로 탈탄소둔 열처리한다.
본 단계에서, 탈탄소둔 열처리는 780 ~ 820℃ 조건으로 H2 가스 분위기에서 1 ~ 60분 동안 실시하는 것이 보다 바람직하다.
탈탄소둔 열처리 온도가 780℃ 미만이거나, 탈탄소둔 열처리 시간이 1분 미만일 경우에는 탄소의 확산이 매우 느려서 탈탄이 잘 이루어지지 못하는 문제가 있다. 반대로, 탈탄소둔 열처리 온도가 920℃를 초과하거나, 탈탄소둔 열처리 시간이 60분을 초과할 경우에는 표면에 급격한 산화층 형성으로 역시 탈탄이 잘 이루어지지 않으며, 또한 고온으로의 급격한 가열로 인하여 결정성장이 조대하게 일어나면서 재결정조직이 불균일하게 되며 불안정한 2차 재결정을 형성한다.
최종 소둔 열처리
최종 소둔 열처리 단계(S150)에서는 탈탄소둔 열처리된 강판을 980 ~ 1,020℃의 온도 조건으로 최종 소둔 열처리한다.
본 단계에서, 최종 소둔 열처리는 Ar 가스 분위기에서 980 ~ 1,020℃ 조건으로 1 ~ 30분 동안 실시하는 것이 바람직하다.
최종 소둔 열처리 온도가 980℃ 미만이거나, 최종 소둔 열처리 시간이 1분 미만일 경우에는 강판 내부의 P 및 S가 표면으로 충분히 확산되지 못하여 (100)면의 강도 강화 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 최종 소둔 열처리 온도가 1,020℃를 초과하거나, 최종 소둔 열처리 시간이 30분을 초과할 경우에는 고스 텍스쳐(Goss texture) 부근의 강도가 높아지는데 기인하여 철손이 높아지는 문제가 있다.
상기의 과정(S110 ~ S150)에 의해 제조되는 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 Si, Al 등의 함량비를 엄격히 제어하고, 탈탄소둔 열처리 및 최종 소둔 열처리에서의 열처리 온도를 낮추고, 가스 분위기를 조절하는 것에 의해 온도를 낮추면서도 저 철손 특성을 발휘할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 무방향성 전기강판은 탈탄소둔 열처리 온도를 780 ~ 920℃, 보다 바람직하게는 780 ~ 820℃로 낮춤으로써 공정상의 비용을 절감할 수 있고, 산화에 대한 위험도를 줄여 불량율을 낮출 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 무방향성 전기강판은 냉간압연 후, 탈탄소둔 열처리와 최종 소둔 열처리의 온도 및 가스 분위기를 조절하여 전기강판의 텍스쳐(texture)를 최적화함으로써, 낮은 온도에서도 1.65 ~ 2.15 W/kg의 철손(W15/50) 및 1.65 ~ 1.80 T의 자속밀도(B50)를 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 무방향성 전기강판은 400 ~ 560N/㎟의 인장강도 및 200 ~ 270Hv의 경도를 갖는다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시편 제조
표 1에 기재된 조성 및 표 2에 기재된 공정 조건으로 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 5에 따른 시편을 제조하였다. 여기서, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 5에 따른 시편들은 표 1에 기재된 조성을 갖는 강 슬라브를 1,150℃에서 재가열하고, 860℃에서 마무리 열간압연한 후, 910℃에서 열연소둔 열처리하고, 50%의 압하율로 냉간압연한 후, 표 2에 기재된 탈탄소둔 열처리 및 최종 소둔 열처리 조건으로 각각 수행하여 제조하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
2. 물성 평가
표 3은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 5에 따른 시편들에 대한 철손 및 자속밀도 측정 결과를 나타낸 것이고, 표 4는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 5에 따른 시편들에 대한 기계적 물성 값을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 이때, 철손 W15/50은 50Hz의 교류에서 철심에 1.5 Tesla의 자속밀도를 유도하였을 때 열 등으로 소모되는 에너지 손실량이고, 자속밀도 B50은 5000A/m의 여자력에서 유기되는 값이다.
[표 3]
Figure pat00003
[표 4]
Figure pat00004
표 1 내지 표 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 3에 따른 시편들의 경우, 낮은 온도에서 탈탄소둔 열처리가 실시되었음에도 불구하고, 목표값에 해당하는 1.65 ~ 2.15 W/kg의 철손(W15/50) 및 1.65 ~ 1.80 T의 자속밀도(B50)를 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.
특히, H2 가스 분위기에서 800℃로 낮추어 탈탄소둔 열처리하고, Ar 가스 분위기에서 1,000℃ 조건으로 최종소둔 열처리를 실시한 실시예 1의 경우, 1.87 W/Kg의 철손(W15/50) 값을 나타내어 가장 낮은 값을 나타내는 것을 확인하였다. 이는 탈탄소둔 열처리 온도를 800℃로 낮추어 미재결정 결정립의 분율이 높아져 텍스쳐(texture)가 변화한 것에 기인한 것으로 판단된다.
아울러, 실시예 1 ~ 3에 따른 시편들의 경우, 목표값에 해당하는 400 ~ 560N/㎟의 인장강도 및 200 ~ 270Hv의 경도를 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 비교예 1 ~ 5에 따른 시편들은 인장강도 및 경도는 목표값을 만족하였으나, H2 가스 분위기에서 최종 소둔 열처리를 실시한 비교예 1 ~ 3에 따른 시편들의 경우, 실시예 1 ~ 3에 따른 시편들에 비하여 철손 값이 증가하는 경향을 나타내었다.
아울러, 비교예 4에 따른 시편의 경우에는 900℃에서 최종 소둔 열처리가 수행되는데 기인하여, 결정립 크기가 너무 작아 철손이 큰 것으로 판단된다.
또한, 비교예 5에 따른 시편의 경우에는 1,100℃에서 최종 소둔 열처리를 수행하는데 기인하여, 결정립 크기는 커졌으나 고스 텍스쳐(Goss texture) 부근의 강도가 높아져 철손이 높아진 것으로 판단된다.
3. 미세조직 분석
도 2는 실시예 1에 따른 시편에 대한 EBSD 측정을 통해 ODF 및 IPF로 분석한 결과를 나타낸 사진이고, 도 3은 실시예 3에 따른 시편에 대한 EBSD 측정을 통해 ODF 및 IPF로 분석한 결과를 나타낸 사진이다. 또한, 도 4는 비교예 1에 따른 시편에 대한 EBSD 측정을 통해 ODF 및 IPF로 분석한 결과를 나타낸 사진이고, 도 5는 비교예 3에 따른 시편에 대한 EBSD 측정을 통해 ODF 및 IPF로 분석한 결과를 나타낸 사진이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 최종 소둔 열처리에서의 분위기가 전기강판의 텍스쳐(texture) 형성에 차이를 주는 것을 확인할 수 있다.
실시예 1 및 3에 따른 시편들과 같이, H2 가스 분위기에서는 상대적으로 균일한 텍스쳐(texture)가 분포된다. 반면, 비교예 1 및 3에 따른 시편들과 같이, Ar 가스 분위기에서는 γ-파이버(γ-fiber)와 큐브 텍스쳐(cube texture) 부근의 강도가 강하게 형성되었다.
그리고, Ar 가스 분위에서 최종 소둔 열처리했을 때는 900℃의 H2 가스 분위기에서 탈탄소둔 열처리한 강판의 γ-파이버(γ-fiber)가 강하게 형성된 것을 확인할 수 있는데, 이는 재결정 차이에 의해 최종 소둔 열처리 단계에서 γ-파이버(γ-fiber)가 강하게 형성되고, 이로 인해서 철손의 저하가 일어난 것으로 생각된다.
한편, 도 6은 실시예 1 및 비교예 5에 따른 시편들에 대한 EBSD 측정을 통해 ODF 및 IPF로 분석한 결과를 비교하여 나타낸 사진이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 5에 따른 시편들에서 알 수 있듯이, Ar 가스 분위기에서도 최종 소둔 열처리 온도에 의해 철손 특성이 변화함을 알 수 있다.
즉, 1,000℃에서 최종 소둔 열처리를 수행한 실시예 1에 따른 시편의 경우, 1,100℃에서 최종 소둔 열처리를 수행한 비교예 5에 비하여, 결정립 크기가 감소하는데 기인하여 철손이 낮아진 것으로 판단된다.
반면, 비교예 5에 따른 시편의 경우에는 1,100℃에서 최종 소둔 열처리가 수행되는데 기인하여, 결정립 크기는 커졌으나 고스 텍스쳐(Goss texture) 부근의 강도가 높아져 철손이 높아진 것으로 생각된다.
위의 실험 결과를 토대로 알 수 있듯이, 탈탄소둔 열처리 온도를 기존의 1,000℃에서 780 ~ 920℃로 낮추어 미재결정 결정립의 분율을 높여 텍스쳐(texture)가 변화할 수 있는 가능성을 높이고, 980 ~ 1,020℃에서 Ar 가스 분위기에서 최종 소둔 열처리함으로써 비용 효율적이면서도 철손이 우수한 전기강판을 생산할 수 있음을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
S110 : 열간압연 단계
S120 : 열연 소둔 열처리 단계
S130 : 냉간압연 단계
S140 : 탈탄소둔 열처리 단계
S150 : 최종 소둔 열처리 단계

Claims (10)

  1. (a) C : 0.05 중량% 이하, Si : 1.0 ~ 3.5 중량%, Al : 0.2 ~ 0.6 중량%, Mn : 0.02 ~ 0.20 중량%, P : 0.01 ~ 0.20 중량%, S : 0.01 중량% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열한 후, 열간압연하는 단계;
    (b) 상기 열간압연된 강판을 열연 소둔 열처리하고, 산세하는 단계;
    (c) 상기 산세된 강판을 냉간압연하는 단계;
    (d) 상기 냉간압연된 강판을 780 ~ 920℃의 온도 조건으로 탈탄소둔 열처리하는 단계; 및
    (e) 상기 탈탄소둔 열처리된 강판을 980 ~ 1,020℃의 온도 조건으로 최종 소둔 열처리하는 단계;
    를 포함하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 강 슬라브는
    Cu : 0.03 중량% 이하, Ni : 0.03 중량% 이하 및 Cr : 0.05 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    상기 전기강판은
    0.05 ~ 0.50mm의 두께를 갖는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 탈탄소둔 열처리는
    780 ~ 820℃ 조건으로 H2 가스 분위기에서 1 ~ 60분 동안 실시하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    상기 최종 소둔 열처리는
    Ar 가스 분위기에서 1 ~ 30분 동안 실시하는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후,
    상기 전기강판은
    1.65 ~ 2.15 W/kg의 철손(W15/50) 및 1.65 ~ 1.80 T의 자속밀도(B50)를 갖는 무방향성 전기강판 제조 방법.
  7. C : 0.05 중량% 이하, Si : 1.0 ~ 3.5 중량%, Al : 0.2 ~ 0.6 중량%, Mn : 0.02 ~ 0.20 중량%, P : 0.01 ~ 0.20 중량%, S : 0.01 중량% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며,
    1.65 ~ 2.15 W/kg의 철손(W15/50) 및 1.65 ~ 1.80 T의 자속밀도(B50)를 갖는 무방향성 전기강판.
  8. 제7항에 있어서,
    Cu : 0.03 중량% 이하, Ni : 0.03 중량% 이하 및 Cr : 0.05 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전기강판은
    0.05 ~ 0.50mm의 두께를 갖는 무방향성 전기강판.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전기강판은
    400 ~ 560N/㎟의 인장강도 및 200 ~ 270Hv의 경도를 갖는 무방향성 전기강판.
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