KR20230095256A - 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로 Si : 2.5 내지 4.0%, Al : 0.1 내지 1.5%, Mn : 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 평균 결정립 입경이 50 내지 100㎛이고, 입경이 20㎛ 이하인 결정립의 면적 비율이 0.5% 이상이다.

Description

무방향성 전기강판 및 그 제조방법{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명의 일 실시예는 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예는 2회의 열연판 소둔 및 2회의 냉연판 소둔 시 특정 온도 범위에서의 체류 시간 조절을 통해 결정립 입경 분포를 조절함으로써, 자성 및 저온 및 고온에서의 항복 강도를 향상시킨 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 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, 이를 위해 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 전기강판 사용하여 효율과 토크가 우수한 구동모터를 만들 수 있고, 이를 통해 친환경자동차의 주행거리와 출력을 향상시킬 수 있다.
모터의 작동조건에 따라 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 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.
친환경자동차 구동모터용 무방향성 전기강판은 자기적 특성만큼 우수한 강도 또한 요구된다. 친환경차용 구동모터는 주로 회전자에 영구자석을 삽입한 형태로 설계되는데, 영구자석 삽입형 모터가 우수한 성능을 발휘하기 위해서는 영구자석이 최대한 고정자에 가까워지도록 회전자의 바깥쪽에 위치해야 한다. 그러나 모터가 고속으로 회전할 때 전기강판의 강도가 낮으면 회전자에 삽입되어 있는 영구자석이 원심력에 의해 이탈할 수 있으므로, 모터의 성능과 내구성을 확보하기 위해서 높은 강도를 갖는 전기강판이 요구되며, 특히 모터 작동에 따른 온도상승을 고려할 때 170 내지 250℃에서의 우수한 강도가 요구된다.
무방향성 전기강판의 자기적 특성과 강도를 동시에 증가시키기 위해 통상적으로 사용되는 방법은 Si, Al, Mn 등의 합금원소를 첨가하는 것이다. 이러한 합금원소의 첨가를 통해 강의 비저항이 증가하면 와전류 손실이 감소하여 전체 철손을 낮출 수 있다. 또한 합금원소가 철에 치환형 원소로 고용되어 강화효과를 일으켜 강도를 높일 수 있다. 반면 Si, Al, Mn 등의 합금원소 첨가량이 증가할수록 자속밀도가 열위해지고 취성이 증가하는 단점이 있으며, 일정량 이상 첨가하면 냉간압연이 불가능하여 상업적 생산이 불가능해진다. 특히 전기강판은 두께를 얇게 만들수록 고주파 철손이 우수해지게 되는데, 취성에 의한 압연성 저하는 치명적인 문제가 된다.
모터의 설계의도에 따라 자기적 특성은 다소 열화되더라도 강도가 개선된 전기강판을 사용하기도 하는데, 이러한 용도의 전기강판을 제조하기 위한 방법으로는 침입형 원소의 석출을 이용하는 방법과 결정립 크기를 감소시키는 방법이 있다. 주로 모터를 소형화하여 회전속도를 상향시키거나 회전자에 삽입되는 영구자석의 효과를 높이고자 할 때 전기강판의 자기적 특성이 다소 열화되더라도 강도가 현저하게 상향된 전기강판으로 제조된 회전자를 사용한다. 이 때 C, N, S 등 침입형 고용원소가 포함된 미세석출물을 형성시키게 되면 강도 상향 효과는 좋으나 철손이 급격하게 열화되어 오히려 모터의 효율을 저하시킬 수 있는 단점이 있다. 그리고 결정립 크기를 감소시키는 방법은 미재결정부 혼입에 따른 강판 재질 불균일도가 증가하여 양산제품의 품질편차가 커지는 단점이 있다. 이 외에도 자성과 강도를 동시에 개선하기 위해 기존에 제안된 대부분의 기술들이 제조비용 증가, 생산성 및 실수율 하락, 개선효과 미흡 등의 이유로 사용되지 못하고 있다.
본 발명의 일 실시예는 무방향성 전기강판의 제조 방법을 제공한다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예는 2회의 열연판 소둔 및 2회의 냉연판 소둔 시 특정 온도 범위에서의 체류 시간 조절을 통해 결정립 입경 분포를 조절함으로써, 자성 및 저온 및 고온에서의 항복 강도를 향상시킨 무방향성 전기강판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로 Si : 2.5 내지 4.0%, Al : 0.1 내지 1.5%, Mn : 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 평균 결정립 입경이 50 내지 100㎛이고, 입경이 20㎛ 이하인 결정립의 면적 비율이 0.5% 이상이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Sn 및 Sb 중 1종 이상을 0.006 내지 0.1 중량% 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 C, N, S, Ti, Nb, 및 V 중 1종 이상을 0.005 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 P: 0.05 중량% 이하, B : 0.002 중량% 이하, Mo : 0.01 중량%이하, Mg : 0.005 중량%이하, Zr : 0.005 중량%이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 -40℃와 210℃ 온도에서 인장시험하였을 때 얻어지는 항복강도 YS(-40℃)와 YS(210℃)가 YS(210℃)/YS(-40℃) ≥ 0.71을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si : 2.5 내지 4.0%, Al : 0.1 내지 1.5%, Mn : 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 950 내지 1150℃의 온도 범위에서 70초 이하 동안 소둔하는 제1 열연판 소둔 단계; 열연판을 900℃ 이상 및 950℃ 미만의 온도 범위에서 15초 이상 동안 소둔하는 제2 열연판 소둔 단계; 열연판을 냉간압연 하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판을 900 내지 1100℃의 온도 범위에서 50초 이하 동안 소둔하는 제1 냉연판 소둔 단계; 및 냉연판을 700 내지 850℃의 온도 범위에서 15초 이상 동안 소둔하는 제2 냉연판 소둔 단계;를 포함한다.
슬라브는 Sn 및 Sb 중 1종 이상을 0.006 내지 0.1 중량% 더 포함할 수 있다.
슬라브는 C, N, S, Ti, Nb, 및 V 중 1종 이상을 0.005 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
슬라브는 P: 0.05 중량% 이하, B : 0.002 중량% 이하, Mo : 0.01 중량%이하, Mg : 0.005 중량%이하, Zr : 0.005 중량%이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조 방법은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
|(THA1-THA2) × (TCA1-TCA2)| ≤ 1000
(식 1에서 THA1은 제1 열연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타내고, THA2는 제2 열연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타내고, TCA1은 제1 냉연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타내고, TCA2는 제2 냉연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타낸다.)
열연판을 제조하는 단계 이전에 슬라브를 1200℃ 이하로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
열연판을 제조하는 단계는 800℃ 이상에서 마무리 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 냉연판 소둔 단계 및 제2 냉연판 소둔 단계는 수소(H2) 40 부피% 이하 및 질소 60 부피% 이상 포함하고, 이슬점이 0 내지 -40℃인 분위기 하에서 소둔할 수 있다.
제2 냉연판 소둔 단계 이후, 평균 결정립 입경이 50 내지 100㎛이고, 입경이 20㎛ 이하인 결정립의 면적 비율이 0.5% 이상일 수 있다.
제2 냉연판 소둔 단계 이후, -40℃와 210℃ 온도에서 인장시험하였을 때 얻어지는 항복강도 YS(-40℃)와 YS(210℃)가 YS(210℃)/YS(-40℃) ≥ 0.71을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 철손이 우수하면서 모터 작동온도에서의 항복강도가 우수한 무방향성 전기강판을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 친환경자동차 구동모터의 성능 향상에 기여할 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.
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.
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.
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 Si : 2.5 내지 4.0%, Al : 0.1 내지 1.5%, Mn : 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하에서는 무방향성 전기강판의 성분 한정의 이유부터 설명한다.
Si: 2.5 내지 4.0 중량%
실리콘(Si)은 재료의 비저항을 높여 철손을 낮추어주고 고용강화에 의해 강도를 높여주는 역할을 한다. Si가 너무 적게 첨가될 경우 철손 및 강도 개선 효과가 부족할 수 있다. Si를 너무 많이 첨가할 경우, 재료의 취성이 증가하여 압연생산성이 급격히 저하되고 자성에 유해한 표층부 산화층 및 산화물을 형성할 수 있다. 따라서, Si를 2.5 내지 4.0 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 2.6 내지 3.8 중량% 포함할 수 있다.더욱 구체적으로 2.7 내지 3.7 중량% 포함할 수 있다.
Al: 0.1 내지 1.5 중량%
알루미늄(Al)은 재료의 비저항을 높여 철손을 낮추고 고용강화에 의해 강도를 높여주는 역할을 한다. Al이 너무 적게 첨가될 경우 미세 질화물이 형성되어 자성 개선 효과를 얻기 어려울 수 있다. Al이 너무 많이 첨가되면 질화물이 과다하게 형성되어 자성을 열화시키며, 제강과 연속주조 등의 모든 공정상에 문제를 발생시켜 생산성을 크게 저하시킬 수 있다. 따라서, Al을 0.1 내지 1.5 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.3 내지 1.4 중량% 포함할 수 있다.
Mn: 0.1 내지 1.5 중량%
망간(Mn)은 재료의 비저항을 높여 철손을 개선하고 황화물을 형성시키는 역할을 한다. Mn이 너무 적게 첨가될 경우 황화물이 미세하게 형성되어 자성 열화를 일으키며, Mn이 너무 많이 첨가될 경우 미세한 MnS가 과다하게 석출되고 자성에 불리한 {111} 집합조직의 형성을 조장하여 자속밀도가 급격히 감소하게 된다. 따라서, Mn을 0.1 내지 1.5 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.2 내지 1.3 중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Sn 및 Sb 중 1종 이상을 0.006 내지 0.1 중량% 더 포함할 수 있다.
Sn 및 Sb 중 1종 이상: 0.006 내지 0.100 중량%
주석(Sn) 및 안티몬(Sb)은 입계와 표면에 편석하여 재결정 초기에 자성에 유해한 {111} 집합조직의 발달을 지연시키고 내부산화층의 형성을 억제하는 역할을 한다. Sn 및 Sb가 너무 적게 첨가될 경우 전술한 효과가 충분치 않을 수 있다. Sn 및 Sb가 너무 많이 첨가될 경우 표면에 불량을 일으킬 수 있다.따라서, Sn 및 Sb 중 1종 이상을 0.006 내지 0.100 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.010 내지 0.070 중량% 포함할 수 있다. Sn 및 Sb 중 1종 이상이란 Sn 또는 Sb가 단독으로 포함될 경우, 그 단독 함량, Sn 및 Sb가 동시에 포함될 경우, Sn 및 Sb의 합량을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 C, N, S, Ti, Nb, 및 V 중 1종 이상을 0.005 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
C: 0.0050 중량% 이하
탄소(C)는 자기시효를 일으키고 기타 불순물 원소와 결합하여 탄화물을 생성하여 자기적 특성을 저하시키나 전위 이동을 방해하여 강도를 향상한다. C가 너무 많이 포함될 경우, 미세한 탄화물 분율이 증가하여 자성이 열화될 수 있다. 따라서, C를 0.0050 중량% 이하로 포함할 수 있다. C의 하한은 특별히 한정되지 아니하나, 생산성을 고려할 때, 0.0010 중량% 이상 포함할 수 있다. 즉, C를 0.0010 내지 0.0050 중량% 포함할 수 있다.
N: 0.0050 중량% 이하
질소(N)은 모재 내부에 미세한 AlN 석출물을 형성할 뿐 아니라, 기타 불순물과 결합하여 미세한 석출물을 형성하여 결정립 성장을 억제하여 철손을 악화시킨다. 따라서, N을 0.0050 중량% 이하로 포함할 수 있다. N의 하한은 특별히 한정되지 아니하나, N이 강도를 향상시키는데 도움을 주므로, 하한을 0.0003 중량%로 할 수 있다. 즉 N을 0.0003 내지 0.0050 중량% 포함할 수 있다.
S: 0.0050 중량% 이하
황(S)는 미세한 석출물인 MnS 및 CuS를 형성하여 자기특성을 악화시키고 열간가공성을 악화시킨다. 따라서, S를 0.0050 중량% 이하로 포함할 수 있다. S의 하한은 특별히 한정되지 아니하나, S가 자속밀도 향상에 도움을 주므로, 하한을 0.0003 중량%로 할 수 있다. 즉 S를 0.0003 내지 0.0050 중량% 포함할 수 있다.
Ti, Nb, V: 각각 0.0050중량% 이하
티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)는 강내 석출물 형성 경향이 매우 강하며, 모재 내부에 미세한 탄화물, 질화물 또는 황화물을 형성하여 결정립 성장 및 자벽이동을 억제함으로써 철손을 열화시킨다. 따라서 Ti, Nb, V 함량은 각각 0.0050 중량% 이하일 수 있다. 그 하한은 특별히 한정되지 않으나, 제강 비용으로 인하여 0.0003 중량%로 할 수 있다. 즉, Ti, Nb, V를 각각 0.0003 내지 0.0050 중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 P: 0.05 중량% 이하, B : 0.002 중량% 이하, Mo : 0.01 중량%이하, Mg : 0.005 중량%이하, Zr : 0.005 중량%이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
P : 0.050 중량% 이하
인(P)는 열간가공 특성을 열화시켜 자성개선 대비 생산성이 저하시키는 역할을 한다. 따라서 P를 0.050 중량% 이하로 포함할 수 있다. 그 하한은 특별히 한정되지 않으나, 강판의 표면 및 결정립계에 편석하여 소둔시 표면산화를 억제하고, 결정립계를 통한 원소의 확산을 방해하며, {111}//ND 방위의 재결정을 방해하여 집합조직을 개선시키는 역할을 수행하기도 하므로, 0.005%로 할 수 있다. 즉, P를 0.005 내지 0.050 중량% 포함할 수 있다.
B: 0.002 중량% 이하
붕소(B)를 과량 첨가할 경우, 강내 개재물 형성 등을 통한 자성 악화를 야기할 수 있다. 따라서, B를 0.002 중량% 이하로 포함할 수 있다. 그 하한은 특별히 한정되지 않으나, 제강 비용으로 인하여 0.0001 중량%로 할 수 있다. 즉, B를 0.0001 내지 0.0020 중량% 포함할 수 있다.
Mo: 0.01 중량% 이하
몰리브덴(Mo)은 과량 첨가할 경우, Sn과 P의 편석을 억제하여 집합조직 개선효과가 감소할 수 있다. 따라서, Mo를 0.01 중량% 이하로 포함할 수 있다. 그 하한은 특별히 한정되지 않으나, 표면과 입계에 편석하여 집합조직을 개선시키는 역할을 하므로 0.001 중량% 이상 포함할 수 있다. 즉, Mo를 0.001 내지 0.010 중량% 포함할 수 있다.
Mg: 0.005 중량% 이하
마그네슘(Mg)은 주로 S와 결합하여 황화물을 형성하는 원소이며, 소지철 표면 산화층에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, Mg를 0.005 중량% 이하 포함할 수 있다. 그 하한은 특별히 한정되지 않으나, 제강 비용으로 인하여 0.0001 중량%로 할 수 있다. 즉, Mg를 0.0001 내지 0.0050 중량% 포함할 수 있다.
Zr: 0.005 중량% 이하
지르코늄(Zr)를 과량 첨가할 경우, 강내 개재물 형성 등을 통한 자성 악화를 야기할 수 있다. 따라서, Zr를 0.005 중량% 이하로 포함할 수 있다. 그 하한은 특별히 한정되지 않으나, 제강 비용으로 인하여 0.0001 중량%로 할 수 있다. 즉, Zr를 0.0001 내지 0.0050 중량% 포함할 수 있다.
잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 불가피한 불순물에 대해서는 제강 단계 및 방향성 전기강판의 제조 공정 과정에서 혼입되는 불순물이며, 이는 해당 분야에서 널리 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다. 본 발명의 일 실시예예서 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.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 평균 결정립 입경이 50 내지 100㎛이고, 입경이 20㎛ 이하인 결정립의 면적 비율이 0.5% 이상이다.
본 발명의 일 실시예예서는 평균 결정립 입경을 50 내지 100㎛로 확보하여, 자성을 향상시킬 수 있다. 특히 고주파 철손을 향사시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 결정립 입경이란 결정립 면적과 동일한 면적을 갖는 가상의 원을 가정하여 그 원의 직경을 의미한다. 평균 결정립 입경은 (측정면적÷결정립개수)0.5로 계산할 수 있다. 결정립 입경은 압연수직방향 단면(TD면)과 평행한 면을 기준으로 측정할 수 있다. 더욱 구체적으로 평균 결정립경이 60 내지 95㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 입경이 20㎛ 이하인 결정립의 면적 비율이 0.5% 이상이다. 입경이 작은 미세결정립을 다량 확보함으로써, 강도를 향상시킬 수 있으며, 특히 고온에서의 항복 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 평균 결정립 입경 및 미세 결정립 면적 비율을 동시에 확보함으로써, 자성과 함께 강도를 동시에 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 -40℃와 210℃ 온도에서 인장시험하였을 때 얻어지는 항복강도 YS(-40℃)와 YS(210℃)가 YS(210℃)/YS(-40℃) ≥ 0.710을 만족할 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 값이 0.710 내지 0.730일 수 있다.
항복강도 YS(-40℃)은 450 내지 550 MPa가 될 수 있다. 항복강도 YS(210℃)는 325 내지 400 MPa가 될 수 있다.
이처럼, 특정 온도 조건에서 항복강도를 확보함으로써, 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판을 이용하여 친환경 자동차 구동용 모터를 제조할 시, 넓은 온도영역에서 안정적인 고속회전이 가능하게 되어 모터의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
구체적으로 무방향성 전기강판의 철손(W10/400)이 12.5W/kg이하, 자속밀도(B50)이 1.650T이상이 될 수 있다. 철손(W10/400)은 400HZ의 주파수로 1.0T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손이다. 자속밀도(B50)는 5000A/m의 자기장에서 유도되는 자속밀도이다. 더욱 구체적으로 무방향성 전기강판의 철손(W10/400)이 10.0 내지 12.0W/kg, 자속밀도(B50)이 1.660 내지 1.680T가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 제1 열연판 소둔 단계; 열연판을 제2 열연판 소둔 단계; 열연판을 냉간압연 하여 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판을 제1 냉연판 소둔 단계; 및 냉연판을 제2 냉연판 소둔 단계;를 포함한다.
먼저, 슬라브를 열간압연한다.
슬라브의 합금 성분에 대해서는 전술한 무방향성 전기강판의 합금성분에서 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다. 무방향성 전기강판의 제조 과정에서 합금 성분이 실질적으로 변동되지 않으므로, 무방향성 전기강판과 슬라브의 합금 성분은 실질적으로 동일하다.
구체적으로 슬라브는 중량%로, Si : 2.5 내지 4.0%, Al : 0.1 내지 1.5%, Mn : 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
그 밖의 추가 원소에 대해서는 무방향성 전기강판의 합금성분에서 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
슬라브를 열간압연하기 전에 가열할 수 있다. 슬라브의 가열 온도는 제한되지 않으나, 슬라브를 1200℃이하로 가열할 수 있다. 슬라브 가열 온도가 너무 높으면, 슬라브 내에 존재하는 AlN, MnS등의 석출물이 재고용된 후 열간압연 및 소둔시 미세 석출되어 결정립 성장을 억제하고 자성을 저하시킬 수 있다.
다음으로, 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조한다. 열연판 두께는 2 내지 2.3mm가 될 수 있다. 열연판을 제조하는 단계에서 마무리 압연 온도는 800℃ 이상일 수 있다. 구체적으로 800 내지 1000℃ 일 수 있다. 열연판은 700℃ 이하의 온도에서 권취될 수 있다.
열연판을 제조하는 단계 이후, 제1 열연판 소둔 한다. 이 때, 열연판을 950 내지 1150℃의 온도 범위에서 70초 이하 동안 소둔한다. 전술한 온도 범위에서는 열연판의 재결정 및 입성장을 통해 최적의 결정립 크기를 형성한다. 따라서, 이 온도 범위 구간에서의 체류 시간을 짧게 함으로써, 강판의 결정립 크기를 적절하게 제어하여 우수한 강도와 자성을 동시에 확보할 수 있다. 더욱 구체적으로 열연판을 950 내지 1150℃의 온도 범위에서 35 내지 65초 동안 소둔할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 강판을 소둔하는 온도는 강판 표면의 온도를 의미한다.
다음으로, 열연판을 제2 열연판 소둔 한다. 이 때, 열연판을 900℃ 이상 및 950℃ 미만의 온도 범위에서 15초 이상 동안 소둔한다. 제1 열연판 소둔 단계에서 적정 크기의 입경을 갖는 미세 조직을 형성하고, 제2 열연판 소둔하는 단계에서 미세석출물을 성장시키게 되는데, 전술한 온도 범위에서는 열연판 내에 미세한 크기로 존재하는 질화물, 황화물 등이 재고용되지 않으면서 성장하게 된다. 따라서, 이 온도 범위 구간에서의 체류 시간을 길게 함으로써, 수십 nm의 미세한 석출물 분율을 저감할 수 있다. 더욱 구체적으로 열연판을 900℃ 이상 및 950℃ 미만의 온도 범위에서 20 내지 60초 동안 소둔할 수 있다.
다음으로, 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조한다. 냉간압연은 0.1mm 내지 0.35mm의 두께로 최종 압연한다. 냉간압연하는 단계에서 압하율을 85% 이상으로 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 압하율은 85 내지 95%일 수 있다. 압하율이 너무 낮을 경우, 강판 폭방향으로의 두께 차이가 발생할 수 있다.
다음으로, 냉연판을 제1 냉연판 소둔 한다. 이 때, 냉연판을 900 내지 1100℃의 온도 범위에서 50초 이하 동안 소둔한다. 전술한 온도 범위에서는 냉연판의 재결정 및 입성장을 통해 최적 결정립경을 갖는 미세조직을 만든다. 따라서, 이 온도 범위 구간에서의 체류 시간을 짧게 함으로써, 우수한 강도와 자성을 동시에 갖는 미세조직을 형성 할 수 있다. 더욱 구체적으로 냉연판을 900 내지 1100℃의 온도 범위에서 30 내지 50초 동안 소둔할 수 있다.
다음으로, 냉연판을 제2 냉연판 소둔 한다. 이 때, 냉연판을 700 내지 850℃의 온도 범위에서 15초 이상 동안 소둔한다. 제2 냉연판 소둔 단계에서 적절한 크기의 결정립 크기를 갖는 미세 조직을 유지하면서, 자성을 열화시키는 미세한 석출물을 조대화시키고 강판의 냉각과정에서 발생하는 판 내부 응력을 감소시킬 수 있다. 따라서, 이 온도 범위 구간에서의 체류 시간을 길게 함으로써, 동일한 미세조직을 가지면서도 철손을 개선할 수 있다. 더욱 구체적으로 냉연판을 700 내지 850℃의 온도 범위에서 20 내지 50초 동안 소둔할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조 방법은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
|(THA1-THA2) × (TCA1-TCA2)| ≤ 1000
(식 1에서 THA1은 제1 열연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타내고, THA2는 제2 열연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타내고, TCA1은 제1 냉연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타내고, TCA2는 제2 냉연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타낸다.)
식 1을 만족하도록 각 소둔 단계의 체류 시간을 조절할 시, 적절한 평균 결정립 입경 및 미세 결정립 분율을 확보할 수 있으며, 이는 무방향성 전기강판의 강도 및 자성 향상으로 이어진다.
제1 냉연판 소둔 단계 및 제2 냉연판 소둔 단계는 냉연판을 수소(H2) 40 부피% 이하 및 질소 60 부피% 이상 포함하고, 이슬점이 0 내지 -40℃인 분위기 하에서 소둔할 수 있다. 구체적으로 수소 5 내지 40 부피% 및 질소 60 내지 95 부피% 포함하는 분위기에서 소둔할 수 있다. 제2 냉연판 소둔 과정에서 냉간압연 단계에서 형성된 가공 조직이 모두(즉, 99% 이상) 재결정될 수 있다.
최종 소둔 후, 절연피막을 형성할 수 있다. 상기 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기 복합피막으로 처리될 수 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제로 처리하는 것도 가능하다.
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
표 1 및 표 2 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 성분으로 슬라브를 제조하였다. 이를 1150℃로 가열하고 880℃의 마무리온도로 열간압연하여, 판두께 2.0m의 열연판을 제조하였다. 열간압연된 열연판은 표 2의 조건으로 제1 및 제2 열연판 소둔 후, 냉간압연하여 두께를 0.25mm로 만들었다. 이를 표 2의 조건으로 제1 및 제2 냉연판 소둔하였다.
각 시편에 대한 열연판소둔 1차 및 2차 균열시간, 최종소둔 1차 및 2차 균열시간, 평균 결정립 직경, 직경이 20㎛ 이하인 결정립의 면적률, YS(-40℃), YS(210℃), YS(210℃)/YS(-40℃), W10/400 철손, B50 자속밀도를 표 3에 정리하였다.
각 성분함량은 ICP 습식분석법으로 측정하였다.
결정립의 평균 입경 및 면적률은 시편의 TD 단면을 연마하여 100mm2 이상의 면적이 되도록 EBSD로 측정 후, OIM software의 Merge 기능으로 병합하고 Grain Size (diameter) 기능으로 계산하였을 때 나오는 Average Number와 Area fraction 값을 사용하였다.
-40℃와 210℃에서의 인장시험은 ISO6892-2 규격에 의거하여 시험하였다. 자속밀도, 철손 등의 자기적 특성은 각각의 시편에 대해 너비 60mm × 길이 60mm × 매수 5매의 시편을 절단하여 Single sheet tester로 압연방향과 압연수직방향을 측정하고 그 평균값을 나타내었다. 이 때, W10/400은 400Hz의 주파수로 1.0T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손이고, B50은 5000A/m의 자기장에서 유도되는 자속밀도를 의미한다.
시편번호 Si
[%]		 Al
[%]		 Mn
[%]		 Sn
[ppm]		 Sb
[ppm]		 C
[ppm]		 N
[ppm]		 S
[ppm]		 Ti
[ppm]		 Nb
[ppm]		 V
[ppm]
A1 2.7 1.4 0.5 190 270 17 24 29 24 19 19
A2 2.7 1.4 0.5 230 350 32 24 17 13 12 12
A3 2.7 1.4 0.5 390 260 16 7 11 16 28 17
A4 2.7 1.4 0.5 360 220 42 31 13 10 6 27
B1 3.2 0.5 1.3 410 390 29 34 22 28 32 30
B2 3.2 0.5 1.3 320 180 28 24 30 26 13 25
B3 3.2 0.5 1.3 140 420 42 20 18 27 14 22
B4 3.2 0.5 1.3 420 160 40 25 31 19 21 28
C1 3.5 0.8 0.2 160 120 42 14 18 23 9 34
C2 3.5 0.8 0.2 110 280 32 29 14 35 17 27
C3 3.5 0.8 0.2 120 90 17 21 8 18 21 21
C4 3.5 0.8 0.2 210 490 27 11 16 14 35 30
D1 3.7 0.3 0.6 140 430 23 31 33 13 18 10
D2 3.7 0.3 0.6 100 400 22 10 33 27 10 9
D3 3.7 0.3 0.6 190 480 20 30 29 20 19 31
D4 3.7 0.3 0.6 380 120 18 28 13 14 25 35
시편번호 열연판소둔
균열 시간		 냉연판 소둔
균열 시간		 식 1 값
1차
[s]		 2차
[s]		 1차
[s]		 2차
[s]
A1 65 30 61 20 1435
A2 86 15 45 20 1775
A3 65 30 45 20 875
A4 55 45 40 20 200
B1 61 14 43 35 376
B2 61 35 43 10 858
B3 61 35 43 35 208
B4 48 40 39 40 8
C1 63 12 45 12 1683
C2 91 25 45 25 1320
C3 63 25 45 25 760
C4 42 50 35 25 80
D1 65 30 42 8 1190
D2 65 14 69 30 1989
D3 65 30 42 30 420
D4 39 55 31 30 16
시편번호 결정립 항복강도(YS) YS(210℃)
/YS(-40℃)		 W10/400
[W/kg]		 B50
[T]		 비고
평균
직경
[μm]		 ≤20μm
면적률
[%]		 -40℃
[MPa]		 210℃
[MPa]
A1 111 0.16 441 305 0.692 11.5 1.671 비교예
A2 106 1.12 445 303 0.681 11.4 1.673 비교예
A3 78 1.04 454 326 0.718 11.5 1.673 발명예
A4 75 1.43 455 328 0.721 11.6 1.672 발명예
B1 81 0.37 466 333 0.715 12.8 1.673 비교예
B2 43 1.09 468 333 0.712 12.7 1.675 비교예
B3 80 1.23 464 338 0.728 11.4 1.672 발명예
B4 81 1.07 467 339 0.726 11.3 1.676 발명예
C1 34 1.21 505 360 0.713 12.9 1.674 비교예
C2 109 0.32 498 348 0.699 11.4 1.673 비교예
C3 66 0.91 503 366 0.728 11.6 1.675 발명예
C4 62 1.42 505 365 0.723 11.5 1.674 발명예
D1 36 0.39 504 359 0.712 12.8 1.674 비교예
D2 116 0.21 497 343 0.69 11.6 1.672 비교예
D3 91 1.24 508 365 0.719 11.6 1.673 발명예
D4 87 1.12 506 367 0.725 11.4 1.673 발명예
표 1 내지 표 3에 나타나듯이 제1, 제2 열연판 소둔, 제1, 제2 냉연판 소둔 체류 시간이 적절히 조절된 A3, A4, B3, B4, C3, C4, D3, D4는 우수한 W10/400 철손과 함께 높은 YS(210℃)/YS(-40℃)가 나타났다.
반면, A1, A2, C2, D2는 열연판소둔과 냉연판소둔의 1차 균열시간이 범위를 벗어나 평균 결정립 직경이 100μm를 초과하거나 직경 20μm 이하의 결정립 면적률이 0.5%보다 낮았기 때문에 YS(210℃)/YS(-40℃) 값이 낮게 나타났다.
또한, B1, B2, C1, D1은 열연판소둔과 냉연판소둔의 2차 균열시간이 범위를 벗어나, 평균 결정립 직경이 50μm를 넘지 못하거나 직경 20μm 이하의 결정립 면적률이 0.5%보다 낮고, 잔류응력이나 미세석출물이 적절히 제어되지 못하였기 때문에 W10/400이 열위한 특성을 나타내었다.
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 (10)

  1. 중량%로 Si : 2.5 내지 4.0%, Al : 0.1 내지 1.5%, Mn : 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    평균 결정립 입경이 50 내지 100㎛이고, 입경이 20㎛ 이하인 결정립의 면적 비율이 0.5% 이상인 무방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    Sn 및 Sb 중 1종 이상을 0.006 내지 0.1 중량% 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    C, N, S, Ti, Nb, 및 V 중 1종 이상을 0.005 중량% 이하로 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    P: 0.05 중량% 이하, B : 0.002 중량% 이하, Mo : 0.01 중량%이하, Mg : 0.005 중량%이하, Zr : 0.005 중량%이하 중 1종 이상을 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    -40℃와 210℃ 온도에서 인장시험하였을 때 얻어지는 항복강도 YS(-40℃)와 YS(210℃)가 YS(210℃)/YS(-40℃) ≥ 0.71을 만족하는 무방향성 전기강판.
  6. 중량%로, Si : 2.5 내지 4.0%, Al : 0.1 내지 1.5%, Mn : 0.1 내지 1.5%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 950 내지 1150℃의 온도 범위에서 70초 이하 동안 소둔하는 제1 열연판 소둔 단계;
    상기 열연판을 900℃ 이상 및 950℃ 미만의 온도 범위에서 15초 이상 동안 소둔하는 제2 열연판 소둔 단계;
    상기 열연판을 냉간압연 하여 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 냉연판을 900 내지 1100℃의 온도 범위에서 50초 이하 동안 소둔하는 제1 냉연판 소둔 단계; 및
    상기 냉연판을 700 내지 850℃의 온도 범위에서 15초 이상 동안 소둔하는 제2 냉연판 소둔 단계;를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    하기 식 1을 만족하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
    [식 1]
    |(THA1-THA2) × (TCA1-TCA2)| ≤ 1000
    (식 1에서 THA1은 제1 열연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타내고, THA2는 제2 열연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타내고, TCA1은 제1 냉연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타내고, TCA2는 제2 냉연판 소둔 단계에서 체류 시간(초)을 나타낸다.)
  8. 제6항에 있어서,
    상기 열연판을 제조하는 단계 이전에 슬라브를 1200℃ 이하로 가열하는 단계를 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 열연판을 제조하는 단계는 800℃ 이상에서 마무리 압연하는 단계를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 냉연판 소둔 단계 및 상기 제2 냉연판 소둔 단계는 수소(H2) 40 부피% 이하 및 질소 60 부피% 이상 포함하고, 이슬점이 0 내지 -40℃인 분위기 하에서 소둔하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
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