KR20220090106A - 방향성 전기강판 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 Si: 2.0 내지 7.0 중량%, 및 Sb: 0.01 내지 0.07 중량% 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 전기강판 기재; 전기강판 기재 표면으로부터 전기강판 기재 내부 방향으로 위치하는 미세립 계면층; 미세립 계면층 상에 위치하는 베이스 코팅층 및 베이스 코팅층 상에 위치하는 절연 코팅층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
([P]x[PS]+[F]x[FS]+[C]x[CS])/-([S]/2) ≥13.0MPa
(식 1에서 [P]는 절연 코팅층의 두께(㎛), [PS]는 절연 코팅층의 잔류 응력(MPa), [F]는 베이스 코팅층의 두께(㎛), [FS]는 베이스 코팅층의 잔류 응력(MPa), [C]는 미세립 계면층의 두께(㎛), [CS]는 미세립 계면층의 잔류 응력(MPa) 및 [S]는 전기강판 기재의 두께(㎛)를 나타낸다.)

Description

방향성 전기강판 및 그의 제조방법{GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
방향성 전기강판 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 절연 코팅층 형성 과정에서 강판에 부여되는 장력을 제어하여, 각층에 부여되는 응력을 조절하고, 서브 결정립(Subgrain boundary) 형성을 억제하여, 자성을 향상시킨 방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 방향성 전기강판이란 강판에 Si성분을 함유한 것으로서, 결정립의 방위가 {110}<001> 방향으로 정렬된 집합 조직을 가지고 있어, 압연방향으로 극히 우수한 자기적 특성을 가진 전기강판을 말한다. 이러한 {110}<001> 집합조직을 얻는 것은 여러 제조 공정의 조합에 의해서 가능하며, 특히 강 슬라브의 성분을 비롯하여, 이를 가열, 열간 압연, 열연판 소둔, 1차 재결정 소둔, 및 2차 재결정 소둔하는 일련의 과정이 매우 엄밀하게 제어되어야 한다. 구체적으로, 방향성 전기강판은 1차 재결정립의 성장을 억제시키고, 성장이 억제된 결정립 중에서 {110}<001> 방위의 결정립을 선택적으로 성장시켜 얻어진 2차 재결정 조직에 의해 우수한 자기특성을 나타내도록 하는 것이므로, 1차 재결정립의 성장 억제제가 보다 중요하다. 그리고 최종 소둔 공정에서는, 성장이 억제된 결정립 중에서 안정적으로 {110}<001> 방위의 집합 조직을 갖는 결정립들이 우선적으로 성장할 수 있도록 하는 것이 방향성전기강판 제조기술에서 주요한 사항 중에 하나이다. 상술한 조건이 충족할 수 있고 현재 공업적으로 널리 이용되고 있는 1차 결정립의 성장 억제제로는 MnS, AlN, 및 MnSe 등이 있다. 구체적으로, 강 슬라브에 함유된 MnS, AlN, 및 MnSe 등을 고온에서 장시간 재가열하여 고용시킨 뒤 열간 압연하고, 이후의 냉각 과정에서 적정한 크기와 분포를 가지는 상기 성분이 석출물로 만들어져 상기 성장 억제제로 이용될 수 있는 것이다. 그러나, 이는 반드시 강 슬라브를 고온으로 가열해야 되는 문제점이 있다. 이와 관련하여, 최근에는 강 슬라브를 저온에서 가열하는 방법으로 방향성 전기강판의 자기적 특성을 개선하기 위한 노력이 있었다. 이를 위해, 방향성 전기강판에 안티몬(Sb) 원소를 첨가하는 방법이 제시되었으나, 최종 고온 소둔 후 결정립 크기가 불균일하고 조대하여 변압기 소음 품질이 열위해지는 문제점이 지적되었다.
한편, 방향성 전기강판의 전력 손실을 최소화하기 위하여, 그 표면에 절연피막(또는 장력 코팅층)을 형성하는 것이 일반적이며, 이때 절연피막은 기본적으로 전기 절연성이 높고 소재와의 접착성이 우수하며, 외관에 결함이 없는 균일한 색상을가져야 한다. 이와 더불어, 최근 변압기 소음에 대한 국제규격 강화 및 관련 업계의 경쟁 심화로 인하여, 방향성 전기강판의 절연피막을 소음을 저감하기 위해, 자기 변형(자왜) 현상에 대한 연구가 필요한 실정이다. 구체적으로, 변압기 철심으로 사용되는 전기강판에 자기장이 인가되면 수축과 팽창을 반복하여 떨림 현상이 유발되며, 이러한 떨림으로 인해 변압기에서 진동과 소음이 야기된다. 일반적으로 알려진 방향성 전기강판의 경우, 강판 및 포스테라이트(Forsterite)계 바탕 피막 위에 절연피막을 형성하고 이러한 절연피막의 열팽창계수 차이를 이용하여 강판에 인장 응력을 부여함으로써, 철손을 개선하고 자기 변형에 기인한 소음 감소 효과를 도모하고 있지만, 최근 요구되고 있는 고급 방향성 전기강판에서의 소음수준을 만족시키기에는 한계가 있다. 한편, 방향성 전기강판의 90° 자구를 감소시키는 방법으로 습식코팅 방식이 알려져 있다. 여기서 90° 자구란, 자계 인가 방향에 대하여 직각으로 향하고 있는 자화를 가지는 영역을 말하며, 이러한 90° 자구의 양이 적을수록 자기 변형이 작아진다. 그러나, 일반적인 습식코팅 방식으로는 인장응력 부여에 의한 소음 개선 효과가 부족하고, 코팅 두께가 두꺼운 후막으로 코팅해야 되는 단점이 있어, 변압기 점적율과 효율이 나빠지는 문제점이 있다.
이 밖에, 방향성 전기강판의 표면에 고장력 특성을 부여하는 방법으로 물리적 증기 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD) 및 화학적 증기 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 등의 진공 증착을 통한 코팅 방식이 알려져 있다. 그러나 이러한 코팅방식은 상업적 생산이 어렵고, 이 방법에 의해 제조된 방향성 전기강판은 절연특성이 열위한 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 한다. 구체적으로 절연 코팅층 형성 과정에서 강판에 부여되는 장력을 제어하여, 각층에 부여되는 응력을 조절하고, 서브 결정립(Subgrain boundary) 형성을 억제하고, 자성을 향상시킨 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 Si: 2.0 내지 7.0 중량%, 및 Sb: 0.01 내지 0.07 중량% 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 전기강판 기재; 전기강판 기재 표면으로부터 전기강판 기재 내부 방향으로 위치하는 미세립 계면층; 미세립 계면층 상에 위치하는 베이스 코팅층 및 베이스 코팅층 상에 위치하는 절연 코팅층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
([P]×[PS]+[F]×[FS]+[C]×[CS])/-([S]/2) ≥13.0MPa
(식 1에서 [P]는 절연 코팅층의 두께(㎛), [PS]는 절연 코팅층의 잔류 응력(MPa), [F]는 베이스 코팅층의 두께(㎛), [FS]는 베이스 코팅층의 잔류 응력(MPa), [C]는 미세립 계면층의 두께(㎛), [CS]는 미세립 계면층의 잔류 응력(MPa) 및 [S]는 전기강판 기재의 두께(㎛)를 나타낸다.)
미세립 계면층은 평균 결정립경이 0.1 내지 5㎛일 수 있다.
베이스 코팅층의 RD 방향 잔류 응력이 -50 내지 -1500MPa 일 수 있다.
절연 코팅층의 RD 방향 잔류 응력이 -10 내지 -1000MPa일 수 있다.
전기강판 기재는 RD 방향 잔류 응력이 1 내지 50MPa일 수 있다.
미세립 계면층은 RD 방향 잔류 응력이 -10 내지 -1000MPa일 수 있다.
미세립 계면층의 두께는 0.1 내지 5㎛일 수 있다.
베이스 코팅층의 두께는 0.1 내지 15㎛일 수 있다.
절연 코팅층의 두께는 0.1 내지 15㎛일 수 있다.
절연 코팅층은 입경 10nm 이상의 기공을 포함하고, 전기강판 기재는 상기 기공 중심으로부터 RD 방향으로 1500㎛ 이내 영역(A) 및 전기강판 기재 표면으로부터 상기 전기강판 기재 내부 방향으로 50 내지 100㎛ 영역(B)에 서브 결정립이서브 결정립이 존재하고, 서브 결정립서브 결정립은 결정 방위가 {110} <001>로부터 1° 내지 15° 각도를 이루고, ND 단면에서의 서브 결정립서브 결정립의 면적분율이 5% 이하일 수 있다.
서브 결정립은 ND 방향의 결정립 길이(z)에 대한 TD 방향의 결정립 길이(y)의 비율(y/z)이 1.5 이하일 수 있다.
전기강판 기재 표면으로부터 전기강판 기재 내부 방향으로 50 내지 100㎛ 영역(B)에 결정 방위가 {110} <001>로부터 1° 미만인 고스 결정립을 포함하고, ND면에서의 상기 고스 결정립의 평균 입경(LG)에 대한 서브 결정립의 평균 입경(LS)의 비율(LS/LG)이 0.20 이하일 수 있다.
입경 10nm 이상의 기공은 RD 방향으로 1mm 당 1 내지 300 개 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 Si: 2.0 내지 7.0 중량%, 및 Sb: 0.01 내지 0.07 중량% 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 방향성 전기강판 기재를 제조하는 단계; 방향성 전기강판 기재 상에 절연 코팅층 형성 조성물을 도포하는 단계; 및 방향성 전기강판 기재를 열처리하여 방향성 전기강판 기재 상에 절연 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고, 절연 코팅층을 형성하는 단계에서 강판에 부여되는 장력이 0.2 내지 0.7kgf/mm2이고, 강판 전체 길이에 대하여, 장력의 최대 값 (MA)과 최소 값 (MI)이 하기 식 2를 만족한다.
[식 2]
[MI] ≥ 0.5 × [MA]
절연 코팅층을 형성하는 단계는 550 내지 1100℃의 온도로 열처리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 자성에 악영향을 미치는 서브 결정립서브 결정립을 억제하여 자성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 베이스 코팅층, 절연 코팅층 및 미세립 계면층의 잔류 응력이 증가하여 자성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 강판 TD 단면의 모식도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 강판의 전자후방산란회절(EBSD) 사진이다.
도 3은 곡률반경을 이용한 피막장력 계산법을 나타낸 도면이다.
도 4는 잔류 응력의 측정에서 기울기를 나타내는 도면이다.
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.
도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 TD 단면을 모식적으로 나타낸다.
도 1에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판(100)은 전기강판 기재(10) 및 전기강판 기재(10) 상에 위치하는 미세립 계면층(12), 미세립 계면층(12) 상에 위치하는 베이스 코팅층(20) 및 베이스 코팅층(20) 상에 위치하는 절연 코팅층(30)을 포함한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예예 의한 각 구성을 상세히 설명한다.
전기강판 기재(10)는 베이스 코팅층(20) 및 절연 코팅층(30)을 제외한 방향성 전기강판(100)의 일 부분을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서 전기강판 기재(10)의 합금 성분과는 무관하게 절연 코팅층(30) 내의 기공(31) 및 전기강판 기재(10) 내의 서브 결정립(11)에 의해 발현되는 것이다. 보충적으로 전기강판 기재(10)의 합금 성분에 대해 설명한다.
전기강판 기재(10)는 Si: 2.0 내지 7.0 중량%, Sn:0.01 내지 0.10 중량%, Sb: 0.01 내지 0.07 중량%, Al: 0.020 내지 0.040중량%, Mn:0.01 내지 0.20중량%, C: 0.01 중량% 이하, N: 0.005 중량% 이하, 및 S: 0.005중량% 이하 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다
Si: 2.0 내지 7.0중량%
실리콘(Si)은 강의 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 역할을 하는데, Si의 함량이 너무 적은 경우에는 강의 비저항이 작게 되어 철손 특성이 열화되고 2차 재결정 소둔시 상변태구간이 존재하여 2차 재결정이 불안정해지는 문제가 발생할 수 있다. Si의 함량이 너무 많은 경우에는 취성이 커져 냉간압연이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Si의 함량을 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si는 2.5 내지 5.0 중량% 포함될 수 있다.
Sn: 0.01 내지 0.10중량%
주석(Sn)는 결정립계 편석원소로서 결정립계의 이동을 방해하는 원소이기 때문에 결정립 성장 억제제로서 {110}<001>방위의 고스결정립의 생성을 촉진하여 2 차 재결정이 잘 발달하도록 하므로 결정립 성장 억제력 보강에 중요한 원소이다.
만약, Sn함량이 너무 적으면 그 효과가 떨어지고, Sn 함량이 너무 많으면 결정립계 편석이 심하게 일어나 강판의 취성이 커져서 압연시 판파단이 발생하게 된다. 따라서, 전술한 범위에서 Sn의 함량을 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 Sn은 0.02 내지 0.08 중량% 포함될 수 있다.
Sb: 0.01 내지 0.05중량%
안티몬(Sb)는 {110}<001>방위의 고스결정립의 생성을 촉진하는 원소로서, 그 함량이 Sb 함량이 너무 적은 경우에는 고스결정립 생성 촉진제로서 충분한 효과를 기 대할 수 없고, Sb 함량이 너무 많으면 표면에 편석되어 산화층 형성을 억제하고 표 면불량이 발생하게 된다. 따라서, 전술한 범위에서 Sb의 함량을 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 Sb는 0.02 내지 0.04 중량% 포함될 수 있다.
Al : 0.020 내지 0.040 중량%
알루미늄(Al)은 최종적으로 AlN, (Al,Si)N, (Al,Si,Mn)N 형태의 질화물로 되어 억제제로 작용하는 원소이다. Al 함량이 너무 적은 경우에는 억제제로서 충분한 효과를 기대할 수 없다. 반면에 Al 함량이 너무 많은 경우에는 Al계통의 질화물이 너무 조대하게 석출 및 성장하므로 억제제로의 효과가 부족해진다. 따라서, 전술한 범위에서 Al의 함량을 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 Al은 0.020 내지 0.030 중량% 포함될 수 있다.
Mn: 0.01 내지 0.20중량%
망간(Mn)은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 효과가 있으며, Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로서 1차 재결정립의 성장을 억제하여 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. 그러나 Mn의 함량이 너무 많은 경우, 열연 도중 오스테나이트 상변태를 촉진하므로 1차 재결정립의 크기를 감소시켜 2차 재결정을 불안정하게 한다. 또한, Mn의 함량이 너무 적은 경우, 오스테나이트 형성 원소로서 열연 재가열시 오스테나이트 분율을 높여 석출물들의 고용량을 많게 하여 재석출시 석출물 미세화와 MnS 형성을 통한 1차 재결정립이 너무 과대하지 않게 하는 효과가 불충분하게 일어날 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Mn의 함량을 조절할 수 있다.
C: 0.010 중량% 이하
탄소(C)는 본 발명에 따른 실시예에서 방향성 전기강판의 자기적 특성 향 상에 크게 도움이 되지 않는 성분이므로 가급적 제거하는 것이 바람직하다. 그러나, 일정수준 이상 포함되어 있을 경우 압연과정에서는 강의 오스테나이트 변태를 촉진하여 열간압연시 열간압연 조직을 미세화시켜서 균일한 미세조직이 형성 되는 것을 도와주는 효과가 있다. 슬라브 내 C 함량은 0.04중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다. 그러나 C 함량이 과다하면 조대한 탄화물이 생성되고 탈탄시 제 거가 곤란해지므로 0.07 중량% 이하일 수 있다. 1차 재결정 소둔 과정에서 탈탄이 이루어지며, 탈탄 후 최종 제조되는 방향성 전기강판 기재 내에는 0.005 중량% 이하로 포함된다.
N: 0.005 중량% 이하
질소(N)는 Al 등과 반응하여 결정립을 미세화시키는 원소이다. 이들 원소 들이 적절히 분포될 경우에는 상술한 바와 같이 냉간압연 이후 조직을 적절히 미세 하게 하여 적절한 1차 재결정 입도를 확보하는데 도움이 될 수 있다. 그러나, 그 함량이 과도하면 1차 재결정립이 과도하게 미세화되고 그 결과 미세한 결정립으로 인하여 2차 재결정시 결정립 성장을 초래하는 구동력이 커져서 바람직하지 않은 방 위의 결정립까지 성장할 수 있다. 또한, N 함량이 과다하면 최종 소둔 과정에서 제 거하는데도 많은 시간이 소요되므로 바람직하지 않다. 따라서, 질소 함량의 상한은 0.005 중량%로 할 수 있다. 1차 재결정 공정 과정에서 침질로 인해 질소량이 증가할 수 있으며, 이 경우 2차 재결정 소둔 과정에서 다시 제거되므로, 슬라브 및 최종 방향성 전기강판 기재(10) 내의 질소량이 동일할 수 있다.
S: 0.005중량% 이하
황(S) 함량이 0.005 중량% 초과인 경우에는 열간압연 슬라브 가열시 재고 용되어 미세하게 석출하므로 1차 재결정립의 크기를 감소시켜 2차 재결정 개시온도 를 낮추어 자성을 열화시킨다. 또한, 최종소둔공정의 2차 균열구간에서 고용상태의 S를 제거하는데 많은 시간이 소요되므로 방향성 전기강판의 생산성을 떨어뜨린다. 한편 S함량이 0.005% 이하로 낮은 경우에는 냉간압연전의 초기 결정립크기가 조대 해지는 효과가 있으므로 1차 재결정공정에서 변형밴드에서 핵생성되는 {110}<001> 방위를 갖는 결정립의 수가 증가된다. 그러므로 2차 재결정립의 크기를 감소시켜 최종제품의 자성을 향상시키기 위하여 S함량은 0.005 중량% 이하인 것이 바람직하 다.
나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 불가피한 불순물이란 제강 및 방향성 전기강판 제조 공정에서 불가피하게 첨가되는 원소이며, 이는 널리 알려져 있으므로, 불가피한 설명은 생략한다. 본 발명의 일 실시예에서 전술한 합금 성분 외에 원소의 추가를 배제하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 사상을 해치지 않는 범위 내에서 다양하게 포함될 수 있다. 추가 원소를 더 포함하는 경우 잔부인 Fe를 대체하여 포함한다.
전기강판 기재(10)는 RD 방향 잔류 응력이 1 내지 50MPa일 수 있다. 이러한 범위의 잔류 응력이 존재하는 이유는 전기강판 기재(10) 상부에 존재하는 베이스 코팅층(20)과 절연 코팅층(30) 때문이다. 전술한 범위의 잔류 응력이 존재함으로써, 소지철에 피막장력을 부여하여 자성이 향상된다. 구체적으로 전기강판 기재(10)는 RD 방향 잔류 응력이 16.0 내지 30.0 MPa일 수 있다. 전기강판 기재(10)의 잔류 응력은 후술할 미세립 계면층(12), 베이스 코팅층(20) 및 절연 코팅층(30)과의 잔류 응력의 합을 0으로 만드는 값으로 구할 수 있다.
Figure pat00001
t i : 각 층의 두께
σ i : 각 층의 잔류 응력
i : 베이스 코팅층/미세립 계면층/기지강판
도 1에서 나타나듯이, 전기강판 기재(10) 표면으로부터 전기강판 기재 내부 방향으로 미세립 계면층(12)이 존재할 수 있다. 이 미세립 계면층(12)은 평균 결정립경이 0.1 내지 5㎛일 수 있다. 미세립 계면층(12)은 표면에너지 불균일에 의한 영향이 원인으로 형성된다.
미세립 계면층(12)의 두께는 0.1 내지 5㎛일 수 있다. 미세립 결정층(12)이 너무 두꺼우면, 자성을 열화시켜 그 두께를 얇게하는 것이 유리하다. 더욱 구체적으로 미세립 계면층(12)의 두께는 0.5 내지 3㎛일 수 있다.
미세립 계면층(12)은 RD 방향 잔류 응력이 -10 내지 -1000MPa일 수 있다. 이 때 음의 부호는 미세립 계면층(12)이 전기강판 기재(10)에 부여하는 응력을 의미한다. 더욱 구체적으로 미세립 계면층(12)은 RD 방향 잔류 응력이 -100 내지 -500MPa일 수 있다. 더욱 구체적으로 미세립 계면층(12)은 RD 방향 잔류 응력이 -400 내지 -500MPa일 수 있다.
도 1에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판(100)은 전기강판 기재(10) 및 절연 코팅층(30) 사이에 위치하는 베이스 코팅층(20)을 포함할 수 있다.
베이스 코팅층(20)은 1차 재결정 과정에서 형성된 산화층이 소둔 분리제 내의 성분과 반응하여 코팅층을 이룬다. 베이스 코팅층(20)은 절연 코팅층(30)과 전기강판 기재(10) 간의 밀착성을 향상시키고, 또한, 절연 코팅층(30)과 함께 방향성 전기강판(100)에 절연성을 부여한다.
베이스 코팅층(20) 성분에 대해 특별히 제한되지는 아니하나, 소둔 분리제 성분에 MgO가 포함된 경우, 포스테라이트(Mg2SiO4)를 포함할 수 있다.
베이스 코팅층(20)의 두께는 0.1 내지 15㎛일 수 있다. 베이스 코팅층(20)의 두께가 너무 얇으면 전술한 절연 역할 및 절연 코팅층(30)과의 밀착성 향상 역할을 충분히 수행할 수 없다. 베이스 코팅층(20)이 너무 두꺼우면, 점적율이 낮아지고, 또한 절연 코팅층(30)과의 밀착성이 떨어질 수 있다. 더욱 구체적으로 베이스 코팅층(20)의 두께는 0.5 내지 3㎛일 수 있다.
베이스 코팅층(20)의 RD 방향 잔류 응력이 -50 내지 -1500MPa일 수 있다. 더욱 구체적으로 -500 내지 -1000MPa 일 수 있다. 더욱 구체적으로 -760 내지 -1000MPa 일 수 있다.
도 1에 나타나듯이, 절연 코팅층(30)은 베이스 코팅층(20) 상에 위치한다. 절연 코팅층(30)은 방향성 전기강판(100) 에 절연성을 부여하고, 아울러 전기강판 기재(10)에 장력을 부여하여 철손을 향상시키는 역할을 한다.
절연 코팅층(30)은 전기 강판(100) 표면에 절연성을 부여할 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로 인산염 (H3PO4)을 포함할 수 있다.
절연 코팅층(30)은 용매를 포함하는 절연 코팅층 형성 조성물을 강판 상에 도포한 후, 열처리하는 방식으로 형성한다. 이 때, 용매가 고온에서 휘발하면서 절연 코팅층(30) 내에는 불가피하게 기공(31)이 일부 형성된다. 기공(31)은 해당 부분에 아무 것도 존재하지 않는 상태 즉, 빈 공간을 의미한다.
입경 10nm 이상의 기공은 RD 방향으로 1mm 당 1 내지 300 개 존재할 수 있다. 더욱 구체적으로 1mm 당 1 내지 30 개 존재할 수 있다. 이 때 기공의 입경은 ND면, 또는 TD면 기준으로 측정할 수 있다. 기공의 개수는 TD면을 기준으로 측정할 수 있다.
입경 10nm 이상의 기공 1개당 1 내지 30개의 서브 결정립이 존재한다. 전술하였듯이, 기공(31) 하부의 영역(A, B)에 서브 결정립(11)가 존재하지 않을 수 있고, 2개 이상의 서브 결정립(11)가 존재하는 것도 가능하다. 그러나, 기공(31) 하부의 영역(A, B) 외에 서브 결정립(11)는 존재하지 않을 수 있다.
절연 코팅층(30)의 두께는 0.1 내지 15㎛일 수 있다. 절연 코팅층(30)의 두께가 너무 얇으면 전술한 절연 역할을 충분히 수행할 수 없다. 절연 코팅층(30)이 너무 두꺼우면, 점적율이 낮아지고, 또한 강판 기재(10)와의 밀착성이 떨어질 수 있다. 더욱 구체적으로 절연 코팅층(30)의 두께는 1.0 내지 5.0㎛일 수 있다.
절연 코팅층(30)의 RD 방향 잔류 응력이 -10 내지 -1000MPa일 수 있다. 더욱 구체적으로 -70 내지 -500MPa 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
([P]×[PS]+[F]×[FS]+[C]×[CS])/-([S]/2) ≥13.0MPa
(식 1에서 [P]는 절연 코팅층의 두께(㎛), [PS]는 절연 코팅층의 잔류 응력(MPa), [F]는 베이스 코팅층의 두께(㎛), [FS]는 베이스 코팅층의 잔류 응력(MPa), [C]는 미세립 계면층의 두께(㎛), [CS]는 미세립 계면층의 잔류 응력(MPa) 및 [S]는 전기강판 기재의 두께(㎛)를 나타낸다.)
식 1의 의미는 방향성 전기강판의 압연방향에 대한 인장응력을 의미한다. 예컨데 식 1의 좌변이 너무 작으면 자성이 열위한 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 식 1의 좌변이 14.0 내지 21.0일 수 있다.
절연 코팅층(30)은 용매를 포함하는 절연 코팅층 형성 조성물을 강판 상에 도포한 후, 열처리하는 방식으로 형성한다. 이 때, 용매가 고온에서 휘발하면서 절연 코팅층(30) 내에는 불가피하게 기공(31)이 일부 형성된다.
기공(31)이 10nm 이상으로 커지게 되면, 강판에 부여되는 응력이 기공(31) 하부에 집중되어 서브 결정립(11)이 형성된다. 이는 방향성 전기강판의 주 결정립인 고스 결정립에 비해 자성에 불리한 영향을 끼치며, 최대한 억제하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서는 기공(31) 및 서브 결정립(11) 간의 위치 상관관계 및 서브 결정립(11) 형성 원인을 분석하여 서브 결정립(11)의 형성을 최대한 억제하고자 한다.
도 1에서는 기공(31) 및 서브 결정립(11)에 대해 모식적으로 표현되어 있다.
도 1에서 나타나듯이, 기공(31) 하부에 서브 결정립(11)가 존재한다. 강판 기재(10) 내의 모든 서브 결정립(11)는 기공(31) 하부의 특정 영역에 존재한다. 다만 모든 기공(31) 하부에 서브 결정립(11)가 존재하는 것은 아니며, 하부에 서브 결정립(11)가 존재하지 않는 기공(31)이 있을 수 있다.
도 1에서 나타나듯이, 전기강판 기재(10) 내에 서브 결정립(11)가 존재한다.
서브 결정립(11)는 결정 방위가 {110} <001>로부터 1° 내지 15° 각도를 이루는 점에서, 서브 결정립을 제외한 나머지 고스 결정립과 구분된다. 구체적으로 고스 결정립은 결정 방위가 {110} <001>로부터 1° 미만이다. 결정 방위는 밀러 지수(Miller index)에 의해 표시된다.
본 발명의 일 실시예에서 서브 결정립(11)는 기공(31) 하부에 위치한다. 구체적으로 기공 중심으로부터 RD 방향으로 1500㎛ 이내 영역(A) 및 상기 전기강판 기재 표면으로부터 전기강판 기재 내부 방향으로 50 내지 100㎛ 영역(B)에 서브 결정립(11)가 존재한다. 도 1에 A 영역 및 B 영역으로 정의되는 위치를 점선 사각형으로 표시하였다. 구체적으로 서브 결정립(11)의 모든 영역이 A 영역 및 B 영역으로 정의되는 위치에 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 전술한 영역에만 서브 결정립(11)가 존재하고, 나머지 부분에는 서브 결정립(11)가 존재하지 않는다.
본 발명의 일 실시예예서 이러한 서브 결정립(11)를 억제함으로써 자성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 ND 단면에서의 서브 결정립의 면적분율이 5% 이하일 수 있다. 서브 결정립(11)의 면적 분율이 너무 크면 이로 인하여 자성이 열화되게 된다. 더욱 구체적으로 ND 단면에서의 서브 결정립의 면적분율이 0.1 내지 5%일 수 있다. 더욱 구체적으로 1 내지 3%일 수 있다. ND 단면이란, ND 방향과 수직한 면을 의미한다.
서브 결정립(11)의 입경은 1 내지 500nm로서, 입경으로도 나머지 고스 결정립과 구분이 가능하다. 구체적으로 서브 결정립을 제외한 고스 결정립의 평균 입경은 5 내지 100mm 일 수 있다. 이 때 결정립 ND 단면에서의 입경이다. 더욱 구체적으로 서브 결정립(11)의 입경은 10 내지 250nm이고, 서브 결정립을 제외한 고스 결정립의 평균 입경은 10 내지 50mm 일 수 있다.
ND 단면에서의 고스 결정립의 평균 입경(LG)에 대한 서브 결정립의 평균 입경(LS)의 비율(LS/LG)이 0.20 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로 0.10 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 입경은 해당 입경의 면적과 동일한 면적을 갖는 가상의 원의 직경을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 방향성 전기강판 기재를 제조하는 단계; 방향성 전기강판 기재 상에 절연 코팅층 형성 조성물을 도포하는 단계; 및 방향성 전기강판 기재를 열처리하여 방향성 전기강판 상에 절연 코팅층 형성 조성물을 형성하는 단계를 포함한다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저 방향성 전기강판 기재를 제조한다. 이 때, 방향성 전기강판 기재(10) 상에는 베이스 코팅층(20)이 형성된 방향성 전기강판 기재(10)를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 절연 코팅층을 형성하는 단계에서 강판에 부여되는 장력을 조절하는 것에 기술적 특징이 있으며, 방향성 전기강판의 제조 방법은 기존에 알려진 다양한 방법을 사용할 수 있다.
이하에서는 절연 코팅층을 형성하기 전 방향성 전기강판 기재의 제조 방법의 일 예를 설명한다.
방향성 전기강판 기재의 제조 방법은 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계; 및 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판을 2차 재결정 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
슬라브는 Si: 2.0 내지 7.0 중량%, Sn:0.01 내지 0.10 중량%, Sb: 0.01 내지 0.07 중량%, Al: 0.020 내지 0.040중량%, Mn:0.01 내지 0.20중량%, C: 0.04 내지 0.07중량%, N: 10 내지 50 중량ppm, S: 0.001~0.005중량%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
먼저, 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조한다.
이하에서는 슬라브 합금 성분에 대해서는 C의 함량을 제외하고는 전기강판 기재(10)의 합금 성분과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
열연판을 제조하는 단계 이전에 슬라브를 1230℃ 이하로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 단계를 통해 석출물을 부분 용체화할 수 있다. 또한, 슬라브의 주상정조직이 조대하게 성장되는 것이 방지되어 후속 열간압연 공정에서 판의 폭 방향으로 크랙이 발생되는 것을 막을 수 있어 실수율이 향상 된다. 슬라브 가열온도가 너무 높으면, 슬라브의 표면부 용융으로 가열로를 보수하고 가열로 수명이 단축될 수 있다. 더욱 구체적으로 1130 내지 1200℃로 슬라브를 가열할 수 있다. 슬라브를 가열하지 않고, 연속 주조되는 슬라브를 그대로 열간압연하는 것도 가능하다.
열연판을 제조하는 단계에서 열간압연에 의하여 두께 1.8 내지 2.3mm의 열연판을 제조할 수 있다.
열연판을 제조한 이후, 열연판을 열연판 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다. 열연판 소둔하는 단계는 950 내지 1,100℃ 온도까지 가열한 후, 850 내지 1,000℃온도에서 균열한 다음 냉각하는 과정에 의하여 수행할 수 있다.
다음으로, 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조한다.
냉간압연은 1회 강냉간압연을 통하여 수행되거나, 복수의 패스를 통해 수행될 수 있다. 압연 중 1회 이상 200 내지 300℃의 온도에서 온간압연을 통하여 패스에이징 효과를 주며, 최종 두께 0.14 내지 0.25mm로 제조될 수 있다. 냉간압연된 냉연판은 1차 재결정 소둔 과정에서 탈탄과 변형된 조직의 재결정 및 침질 가스를 통한 침질처리를 수행하게 된다.
다음으로, 냉연판을 1차 재결정 소둔한다.
1차 재결정 소둔 과정에서 탈탄 또는 침질할 수 있다.
1차 재결정 소둔 단계는 800 내지 900℃의 온도에서 수행될 수 있다. 온도가 너무 낮으면, 1차 재결정이 이루어지지 않거나, 침질이 원활히 이루어지지 않을 수 있다. 온도가 너무 높으면, 1차 재결정이 너무 크게 성장하여, 자성을 열위시키는 원인이 될 수 있다.
탈탄을 위해 산화능(PH2O/PH2)이 0.5 내지 0.7인 분위기에서 수행될 수 있다. 탈탄에 의해 강판은 탄소를 0.005 중량% 이하 더욱 구체적으로는 0.003 중량% 이하로 포함할 수 있다.
다음으로, 1차 재결정 소둔이 완료된 냉연판에 소둔 분리제를 도포하고, 2차 재결정 소둔한다. 소둔 분리제로는 다양한 분리제를 사용할 수 있다. 일 예로 MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 도포할 수 있다. 이 때, 2차 재결정 소둔 후 포스테라이트를 포함하는 베이스 코팅층(20)이 형성된다.
2차 재결정 소둔의 목적은 크게 보면 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 자기특성을 해치는 불순물의 제거에 있다. 2차 재결정 소둔의 방법으로는 2차 재결정이 일어나기 전의 승온구간에서는 질소와 수소의 혼합가스로 유지하여 입자성장 억제제인 질화물을 보호함으로써 2차 재결정이 잘 발달되도록 하고, 2차 재결정 완료 후에는 100% 수소분위기에서 장시간 유지하여 불순물을 제거하도록 할 수 있다.
2차 재결정 소둔 단계 이후, 평탄화 소둔 공정을 포함할 수 있다.
다시 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 공정에 대한 설명으로 돌아오면, 방향성 전기강판 기재 및 베이스 코팅층 상에 절연 코팅층 형성 조성물을 도포한다. 본 발명의 일 실시예에서 절연 코팅층 형성 조성물은 다양하게 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 일 예로 인산염을 포함하는 절연 코팅층 형성 조성물을 사용할 수 있다.
다음으로, 방향성 전기강판 기재를 열처리하여 방향성 전기강판 기재 및 베이스 코팅층(20) 상에 절연 코팅층을 형성한다.
이 때, 열처리 과정에서 용매가 고온에서 휘발하면서 절연 코팅층(30) 내에는 불가피하게 기공(31)이 일부 형성된다. 이 때, 강판에 부여되는 응력이 기공(31) 하부에 집중되어 서브 결정립(11)가 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서는 절연 코팅층을 형성하는 과정에서 강판에 부여되는 장력을 조절함으로써, 서브 결정립(11)의 형성을 최대한 억제한다.
구체적으로 절연 코팅층을 형성하는 단계에서 강판에 부여되는 장력이 0.20 내지 0.70 kgf/mm2이다.
이 때, 강판에 부여되는 장력이 너무 작으면, 표면에 스크레치가 발생되어 내식성이 열위하여 문제가 발생할 수 있다. 강판에 부여되는 장력이 너무 크면, 서브 결정립(11)가 다량 형성되어, 자성에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 더욱 구체적으로 0.20 내지 0.50 kgf/mm2일 수 있다. 더욱 구체적으로 0.3 내지 0.47kgf/mm2일 수 있다. 이 때, 장력은 열처리 공정 출측에서 측정한 강판 길이 방향으로의 평균 장력이다.
절연 코팅층을 형성하는 단계에서 강판의 길이 방향(RD 방향)에 따라 부여되는 장력이 상이할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 강판 전체 길이에 대하여, 장력의 최대 값 (MA)과 최소 값 (MI)의 차이를 최소화 하여 각 층에 적용되는 잔류 응력이 적절히 조절되고, 서브 결정립(11)의 형성을 억제할 수 있다.
구체적으로 강판 전체 길이에 대하여, 장력의 최대 값 (MA)과 최소 값 (MI)이 하기 식 2를 만족한다.
[식 2]
[MI] ≥ 0.5 × [MA]
식 2를 만족하지 못하고, 강판의 길이 방향(RD 방향)에 따라 장력의 편차가 크게 존재하는 경우, 국부적으로 불균일성이 증가하여 잔류 응력이 적절히 조절되지 못하며, 서브 결정립(11)가 다량 형성된다.
종래의 경우, 평탄화 소둔 공정에서 라인 스피드(Line Speed)의 변화 폭이 크기 때문에 강판의 길이 방향(RD 방향)에 따라 장력의 편차가 크게 존재하여 국부적으로 불균일성이 증가하는 문제가 있다. 상세하게는 평탄화 소둔 입측에서 선행 코일 Tail부와 후행 코일 Top부를 접합하기 위해 라인 스피드를 최소화하여 레이저 용접을 실시한다. 용접이 완료되면 최종 제품의 생산성 향상을 위해 라인 스피드를 상향하여 고속으로 작업하기 때문에 장력 편차가 크게 존재한다. 보다 상세하게는 라인 스피드 변화에 따라 브리드 롤(Bridle Roll)과 허스 롤(Hearth Roll)의 속도 변화 폭이 커지게 되어 평탄화 소둔 시 필연적으로 수반되는 고온에서 강판의 길이 방향(RD 방향)에 따라 장력 편차가 크게 존재하며, 국부적인 불균일성이 증가하여 잔류 응력이 적적히 조절되지 못하는 문제점이 있어 장력의 최소 값 (MI)이 0.5×[MA] 미만일 수 밖에 없었다.
장력의 최대 값 (MA)과 최소 값 (MI)의 차이를 줄이는 방법은 여러 가지가 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는, 예컨데 브리들 롤(Bridle Roll)제어와 허스 롤(Hearth Roll)의 속도를 제어하는 방법을 사용할 수 있다. 상세하게는 브리들 롤 제어는 장력계(Tension Meter) 값을 추종하여 피드백 장력을(Feedback Tension) 제어하는 방법이다. 보다 상세하게는 장력의 최대 값과 최소 값의 차이를 줄이기 위해 브리들 롤의 속도를 제어하는 방법이다. 또한 상세하게는 허스 롤 제어는 브리들 롤 속도 추종 피드포워드(Feedforward Tension) 제어하는 방법이다. 보다 상세하게는 장력의 최대 값과 최소 값의 차이를 줄이기 위해 허스 롤의 속도가 높아지면서 장력을 낮추는 제어 하는 방법으로 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 평탄화 소둔 공정에서 라인 스피드가 변동되더라도 장력을 특정 범위로 조절하면서 동시에 최대 값 (MA)과 최소 값 (MI)의 차이를 줄일 수 있다.
절연 코팅층을 형성하는 단계에서 열처리 온도는 550 내지 1100℃일 수 있다. 전술한 온도에서 기공(31)이 적게 발생하며, 절연 코팅층(30)의 잔류 응력이 적절히 부여될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
Si: 3.4 중량%, Sn: 0.05 중량%, Sb: 0.02 중량%, Al: 0.02 중량%, Mn: 0.10 중량%, C: 0.05 중량%, N: 0.002 중량%, 및 S: 0.001 중량% 포함하고, 나머지 성분은 잔부 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 함유하는 강재를 진공용해한 후 잉곳을 만들고, 이어서 1150℃ 온도에서 210분 가열한 후 열간압연하여 2.0mm 두께의 열연판을 제조하였다. 산세한 후 0.220mm 두께로 냉간압연 하였다.
냉간압연된 판은 약 800 내지 900℃의 온도로 50v% 수소 및 50v% 질소의 습윤 분위기와 암모니아 혼합가스 분위기 속에서 유지하여 탄소함량이 30ppm이하, 총 질소함량이 130ppm 이상 증가 되도록 탈탄, 질화 소둔 열처리하였다.
이 강판에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 코일상으로 최종소둔하였다. 최종소둔은 1200℃ 까지는 25 v% 질소 및 75v% 수소의 혼합분위기로 하였고, 1200℃ 도달 후에는 100% 수소분위기에서 10 시간 이상 유지후 노냉하였다.
이 강판에 인산염 및 실리카를 포함하는 절연 코팅층 형성 조성물을 도포하고, 약 820℃ 온도에서 2시간 열처리하여 절연 코팅층을 형성하였다.
절연 코팅층 형성 시 출측 평균 장력을 하기 표 1과 같이 조절하였다.
제조된 방향성 전기강판의 기공, 서브 결정립, 그 외 결정립 특성을 표 1에 정리하였으며, 계면층, 베이스 코팅층 및 절연 코팅층의 특성 및 철손을 표 2에 정리하였다.
서브 결정립의 위치는 모두 기공 하부의 특정 영역에만 존재함을 확인하였다.
기공 개수는 10nm 이상 입경의 기공만 측정하였다.
서브 결정립 분율은 단위면적당 부피에 대해 전자후방산란회절(EBSD) 방식으로 측정하였다.
철손 및 자속밀도는 절연 코팅층 형성 직후 및 응력 제거 소둔을 가정한 820℃ 온도로 2시간 열처리 한 이후 철손(W17/50) 및 자속밀도(B8)을 측정하였다. Single sheet 측정법을 이용하여 1.7Tesla, 50Hz 조건에서 철손을 측정하였다. 또한, 800A/m의 자기장에서 유도되는 자속밀도를 측정하였다.
절연 코팅층의 잔류 응력은 3D 곡률 측정장비 (ATOS core 45)를 이용하여 측정하였다. 한쪽 측면의 절연 코팅층만을 제거하고, 강판의 휘어지는 양을 측정하는 방식으로 측정하였다.
절연성은 ASTM A717 국제규격에 따라 Franklin 측정기를 활용하여 코팅상부를 측정하였다.
내식성은 JIS Z2371 국제규격에 따라 35℃, 5% NaCL, 8시간 조건에서 표면에 생성된 녹발생 면적을 나타낸다. 아래 도식은 곡률반경을 이용한 피막장력 계산법이다(참고문헌 M. Bielawski et all., Surf. & Coat. Techno., 200 (2006) 2987). 3D 스캐너 전용 소프트웨어를 이용하여 측정된 이미지로부터 피막장력을 계산 할 수 있다. 인산염 코팅층 제거 전(R2)과 제거 후(R1) 시편에 대한 R 값을 측정 할 수 있다.
Figure pat00002
베이스 코팅층 및 미세립 계면층의 잔류 응력은 방사광 XRD 장비를 이용하여 측정하였다. X-선 잔류응력 측정방법은 결정립의 격자면간 거리를 변형률 게이지로 이용하는 방법이다. 시료가 응력 상태에 있으면 응력 방향과 결정면의 상대 각도에 따라 격자면간 거리에 변화가 발생된다. 인장 방향에 평행한 격자면 즉 ψ = 0°인 격자면간 거리는 포아송 효과로 응력이 zero일 때 보다 작고, 인장 방향에 기울어진 ψ 각도를 가진 격자면간 거리는 응력이 zero일 때 보다 크다고 할 수 있다. X-선 잔류응력은 Tilting 각도 Ψ에 따른 peak shift를 측정한다. 따라서 X-선 잔류응력 계산은 sin2Ψ 법을 따르며 하기 식과 같이 표현 할 수 있다.
Figure pat00003
출측 장력 식 2 만족 여부 서브 결정립 면적 분율(%)
(kgf/mm2)
실시예 1 0.20 O 0.01
실시예 2 0.34 O 0.01
실시예 3 0.42 O 0.06
실시예 4 0.44 O 0.22
실시예 5 0.46 O 0.03
실시예 6 0.48 O 0.17
실시예 7 0.58 O 0.50
실시예 8 0.60 O 1.12
실시예 9 0.70 O 1.21
비교예 1 0.55 X 8.82
비교예 2 0.10 O 9.10
비교예 3 0.77 O 9.05
비교예 4 0.86 O 11.52
비교예 5 0.95 O 22.30
비교예 6 0.70 X 33.50
미세립 계면층
평균 결정립경 2.5㎛		 베이스 코팅층 절연 코팅층 강판 기재 식 1 좌변
(MPa)
두께
(㎛)		 RD 방향 잔류 응력
(MPa)		 두께
(㎛)		 RD 방향 잔류 응력
(MPa)		 두께
(㎛)		 RD 방향 잔류 응력
(MPa)		 두께
(㎛)		 RD 방향 잔류 응력
(MPa)
실시예 1 1.4 -480 1.1 -914 1.9 -325 220 20.6 20.86
실시예 2 1.4 -477 1.1 -895 1.9 -312 220 2.01 20.41
실시예 3 1.4 -441 1.1 -868 1.9 -267 220 18.6 18.9
실시예 4 1.4 -414 1.1 -867 1.9 -272 220 18.4 18.64
실시예 5 1.4 -481 1.1 -858 1.9 -169 220 17.4 17.62
실시예 6 1.4 -467 1.1 -870 1.9 -149 220 16.9 17.22
실시예 7 1.4 -454 1.1 -853 1.9 -94 220 15.7 15.93
실시예 8 1.4 -427 1.1 -833 1.9 -82 220 14 15.18
실시예 9 1.4 -415 1.1 -780 1.9 -77 220 14.2 14.41
비교예 1 1.4 -247 1.1 -523 1.9 -37 220 8.8 9.01
비교예 2 1.4 -345 1.1 -752 1.9 -55 220 9.7 12.86
비교예 3 1.4 -315 1.1 -524 1.9 -45 220 9.9 10.03
비교예 4 1.4 -245 1.1 -447 1.9 -26 220 7.9 8.04
비교예 5 1.4 -194 1.1 -398 1.9 -7 220 6.4 6.57
비교예 6 1.4 -190 1.1 -225 1.9 -6 220 4.7 4.77
철손(W17/50, W/kg) 자속밀도(B8, T) 절연(mA) 내식성
실시예 1 0.735 1.935 35 -
실시예 2 0.739 1.935 55 -
실시예 3 0.752 1.934 30 -
실시예 4 0.753 1.935 35 -
실시예 5 0.76 1.933 42 -
실시예 6 0.761 1.932 32 -
실시예 7 0.772 1.928 55 -
실시예 8 0.77 1.93 55 -
실시예 9 0.782 1.927 42 0.7
비교예 1 0.847 1.921 95 5.5
비교예 2 0.844 1.922 360 8.2
비교예 3 0.843 1.923 277 7.7
비교예 4 0.912 1.915 345 9
비교예 5 0.998 1.88 678 15
비교예 6 1.052 1.876 850 42.3
표 1 내지 표 3에 나타나듯이, 절연 코팅층 형성 과정에서 장력을 적절하게 제어한 경우, 식 1 값이 7.0MPa를 초과하고, 서브 결정립이 억제되고, 미세립 계면층, 베이스 코팅층 및 절연 코팅층의 잔류 응력이 증가하며, 자성, 절연성 및 내식성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 반면, 절연 코팅층 형성 과정에서 장력을 적절히 제어하지 못한 경우, 잔류 응력이 적절히 부여되지 못하고, 서브 결정립이 다량 형성되며, 자성, 절연성 또는 내식성이 열위한 것을 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.
100: 방향성 전기강판, 10: 전기강판 기재,
11: 서브 결정립, 12: 미세립 계면층,
20: 베이스 코팅층, 30: 절연 코팅층,
31: 기공

Claims (14)

  1. Si: 2.0 내지 7.0 중량%, 및 Sb: 0.01 내지 0.07 중량% 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 전기강판 기재;
    상기 전기강판 기재 표면으로부터 전기강판 기재 내부 방향으로 위치하는 미세립 계면층;
    상기 미세립 계면층 상에 위치하는 베이스 코팅층 및
    상기 베이스 코팅층 상에 위치하는 절연 코팅층을 포함하고,
    하기 식 1을 만족하는 방향성 전기강판.
    [식 1]
    ([P]×[PS]+[F]×[FS]+[C]×[CS])/-([S]/2) ≥13.0MPa
    (식 1에서 [P]는 절연 코팅층의 두께(㎛), [PS]는 절연 코팅층의 잔류 응력(MPa), [F]는 베이스 코팅층의 두께(㎛), [FS]는 베이스 코팅층의 잔류 응력(MPa), [C]는 미세립 계면층의 두께(㎛), [CS]는 미세립 계면층의 잔류 응력(MPa) 및 [S]는 전기강판 기재의 두께(㎛)를 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세립 계면층은 평균 결정립경이 0.1 내지 5㎛인 방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 코팅층의 RD 방향 잔류 응력이 -50 내지 -1500MPa인 방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연 코팅층의 RD 방향 잔류 응력이 -10 내지 -1000MPa인 방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기강판 기재는 RD 방향 잔류 응력이 1 내지 50MPa인 방향성 전기강판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미세립 계면층은 RD 방향 잔류 응력이 -10 내지 -1000MPa인 방향성 전기강판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미세립 계면층의 두께는 0.1 내지 5㎛인 방향성 전기강판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 코팅층의 두께는 0.1 내지 15㎛인 방향성 전기강판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연 코팅층의 두께는 0.1 내지 15㎛인 방향성 전기강판.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절연 코팅층은 입경 10nm 이상의 기공을 포함하고,
    상기 전기강판 기재는 상기 기공 중심으로부터 RD 방향으로 1500㎛ 이내 영역(A) 및 상기 전기강판 기재 표면으로부터 상기 전기강판 기재 내부 방향으로 50 내지 100㎛ 영역(B)에 서브 결정립이 존재하고,
    서브 결정립은 결정 방위가 {110} <001>로부터 1° 내지 15° 각도를 이루고,
    ND 단면에서의 서브 결정립의 면적분율이 5% 이하인 방향성 전기강판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 서브 결정립은 ND 방향의 결정립 길이(z)에 대한 TD 방향의 결정립 길이(y)의 비율(y/z)이 1.5 이하인 방향성 전기강판.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전기강판 기재 표면으로부터 상기 전기강판 기재 내부 방향으로 50 내지 100㎛ 영역(B)에 결정 방위가 {110} <001>로부터 1° 미만인 고스 결정립을 포함하고,
    ND면에서의 상기 고스 결정립의 평균 입경(LG)에 대한 서브 결정립의 평균 입경(LS)의 비율(LS/LG)이 0.20 이하인 방향성 전기강판.
  13. Si: 2.0 내지 7.0 중량%, 및 Sb: 0.01 내지 0.07 중량% 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 방향성 전기강판 기재를 제조하는 단계;
    상기 방향성 전기강판 기재 상에 절연 코팅층 형성 조성물을 도포하는 단계; 및
    상기 방향성 전기강판 기재를 열처리하여 방향성 전기강판 기재 상에 절연 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 절연 코팅층을 형성하는 단계에서 강판에 부여되는 장력이 0.2 내지 0.70kgf/mm2이고,
    강판 전체 길이에 대하여, 장력의 최대 값 (MA)과 최소 값 (MI)이 하기 식 2를 만족하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
    [식 2]
    [MI] ≥ 0.5 × [MA]
  14. 제13항에 있어서,
    절연 코팅층을 형성하는 단계는 550 내지 1100℃의 온도로 열처리하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
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