KR20230095258A - 방향성 전기강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방향성 전기강판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 중량 %로, Si: 2.0 내지 6.0 wt%, 산가용성 Al: 0.005 내지 0.04 wt%, Mn: 0.01 내지 0.2 wt%, N: 0.01 wt% 이하, P: 0.0005 내지 0.045 wt%, S: 0.010 wt% 이하, Sb: 0.01 내지 0.05 wt%, C: 0.005 wt% 이하, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Cr: 0.01 내지 0.2 wt%, Cu: 0.031 내지 0.25 wt%, Mo: 0.01 내지 0.05 wt%로 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족할 수 있다.
<식 1>
0.03 〈 [Sn] 〈 │√[Cu] + [Sb] - 0.32 │
(상기 식 1에서, [Sn], [Cu], 및 [Sb]는 각각 Sn, Cu, 및 Sb의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, │ │는 절대값을 의미한다)

Description

방향성 전기강판 및 이의 제조방법{GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
전기강판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방향성 전기강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 압연방향에 대해 강편의 집합조직이 {110}<001>인 고스집합조직(Goss texture)을 나타내고 있어 일방향 혹은 압연방향으로 자기적 특성이 우수한 연자성 재료이며, 이러한 집합조직을 발현하기 위해서는 제강에서의 성분제어, 열간 압연에서의 슬라브 재가열 및 열간압연 공정인자 제어, 열연판 소둔 열처리, 냉간 압연, 1차 재결정 소둔, 2차 재결정 소둔 등의 복잡한 공정들이 요구되고, 이들 공정 또한 매우 정밀하고 엄격하게 관리되어야 한다.
상기 공정에 있어서, 상기 고스집합조직을 발현하는 인자 중 하나인 인히비터(Inhibitor), 예를 들어 1차 재결정립의 무분별한 성장을 억제하고 상기 인히비터가 적정 온도구간에서 분해되거나 억제력을 잃음으로써 발생하는 현상인 2차 재결정 발생 시 고스집합조직만이 성장할 수 있도록 하는 결정립 성장 억제제의 제어 또한 중요하다. 최종 소둔에서 상기 고스집합조직이 얻어지기 위해 2차 재결정이 일어나기 직전까지 모든 1차 재결정립의 성장이 억제되어야 하며, 이를 위한 충분한 억제력을 얻기 위해서는 상기 성장 억제제의 양이 충분히 많아야하며, 분포가 균일해야 한다. 또한, 상기 2차 재결정이 고온의 최종소둔 공정동안 일어나기 위해서, 인히비터의 열적 안정성이 우수하여 용이하게 분해되지 않아야한다.
상기 방향성 전기강판의 품질은 자속밀도와 철손으로 평가될 수 있으며, 고스집합조직의 정밀도가 높을수록 자기적 특성이 우수하다. 상기 자속밀도가 우수하고, 상거 철손이 적어 품질이 우수한 방향성 전기강판은 고효율의 전력기기 제조가 가능하여, 전력기기의 소형화 및 고효율화를 얻을 수 있다.
이러한 품질이 우수한 방향성 전기강판을 제조하기 위하기 위해, 소강 내 Si 함유량을 증대시킴으로써 저철손화를 제공하였으나, 냉간압연성의 한계에 봉착하는 문제가 있고, 상기 문제를 극복하기 위해 침규를 활용하거나 적정온도 범위에서의 가열을 통해 온간압연을 실시하는 기술을 시도하고 있다.
상기 침규를 활용하는 방법에 있어서, SiCl4 가스를 화학증착법으로 강판에 침규처리하거나 분말야금법을 통해 강판에 침규처리하는 방법들은 기술구현에 있어서 고가의 설비투자 및 규소의 높은 함량으로 인한 목표 두께의 달성이 어려운 문제가 있다. 상기 적정온도 범위에서의 가열을 통한 온간압연을 실시하는 기술에 있어서, 가열로와 같은 부대설비가 필요하여 상업성이 없는 문제가 있다.
또한, 전기강판의 자기적 특성을 향상시키는 방법으로서, 석출물에 의한 결정립성장 억제력을 활용하는 기술과 달리 석출물과 유사한 수준의 억제력 효과를 얻을 수 있는 합금원소를 첨가함으로써 2차 재결정 고온소둔 실시 후 고스집합조직의 분율을 증가시키는 기술, 1차 재결정 소둔과정에서 1차 재결정 집합조직 중 고스집합조직의 분율을 높여 2차 재결정 고온 소둔 후 상기 고스집합조직의 2차재결정 미세조직 분율을 증가시키는 기술, 1차 재결정 미세조직의 조직불균일화에 기인되어 자기적 특성 향상에 전혀 도움이 되지 않는 집합 조직이 성장하지 못하도록 1차 재결정된 결정립의 크기를 균일하게 분포하게 하는 기술을 활용할 수 있다.
상기 기술 중 강판에 합금성분을 첨가하는 방법에 있어서, 1회 냉간압연에 의해 결정성장의 억제력 약화를 보강하기 위해 붕소(B) 및 티타늄(Ti)를 첨가하는 것을 제안하였으나, 상기 붕소의 경우 미소량 첨가에 의해 제강단계에서 제어가 용이하지 못하며, 상기 붕소를 첨가한 후 강중에서 조대한 BN이 형성되기 쉬우며, 상기 티타늄도 고용온도가 1,300℃ 이상인 TiN 또는 TiC를 형성함에 따라, 2차 재결정 후에도 존재하여 철손이 증가하는 문제가 있다.
결정립 성장 억제제로 셀레늄(Se) 및 붕소(B)를 첨가하는 것을 제안하였으나, 첨가된 상기 붕소의 효과는 소강 내 질소(N)이 적당량 포함되어야만 효과가 있고, 상기 질소가 10ppm 미만에서는 효과가 없는 문제가 있다. 결정립 성장 억제제로 MnSe 및 Sb를 첨가하는 경우, 결정립 성장 억제력이 높아 높은 자속밀도를 얻을 수 있으나, 소재 자체가 약해져 1회 냉간압연이 불가능하게 되어 중간소든을 경유할 경우 2회의 냉간압연을 행하여 제조원가가 높아지고, 고가의 Se를 사용함으로써 제조원가가 높아지는 문제가 있다.
결정립 성장 억제를 위한 기술로서, 주석(Sn)과 크롬(Cr)을 복합 첨가하고 1,200℃ 이하의 온도에서 슬라브를 가열, 열간압연, 중간소둔, 1회 또는 2회 냉간압연, 탈탄소둔 후 암모니아 가스를 사용하여 질화처리하는 방법은 산가용성 알루미늄(Al)과 소강 질소함량에 따라 열연판 소둔 온도를 엄격하게 제어함으로써 열연판 소둔 공정이 복잡해질 뿐만 아니라, 산소친화력이 강한 크롬(Cr)로 인해 탈탄질화 소둔공정에서 형성되는 산화층이 상당히 치밀하게 형성되기 때문에 탈탄이 용이하지 못하고 질화가 어려워 입계편석 원소인 상기 주석에 의해서도 탈탄과 질화가 용이하지 못한 문제가 있다.
결정 성장 억제제로 구리(Cu)를 첨가하는 경우, 상기 구리에 의한 석출물의 크기 제어 기능으로 몰리브덴(Mo)을 제공하고 있을 뿐, 주석이나 망간의 함유량에 의해서도 석출물이 조대화되고 불균일해지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 자기적 특성 향상의 한계를 해결하여 자성을 향상시킨 방향성 전기강판을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 이점을 갖는 방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 방향성 전기강판은 중량 %로, Si: 2.0 내지 6.0 wt%, 산가용성 Al: 0.005 내지 0.04 wt%, Mn: 0.01 내지 0.2 wt%, N: 0.01 wt% 이하, P: 0.0005 내지 0.045 wt%, S: 0.010 wt% 이하, Sb: 0.01 내지 0.05 wt%, C: 0.005 wt% 이하, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Cr: 0.01 내지 0.2 wt%, Cu: 0.031 내지 0.25 wt%, Mo: 0.01 내지 0.05 wt%로 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족할 수 있다.
<식 1>
0.03 〈 [Sn] 〈 │√[Cu] + [Sb] - 0.32 │
(상기 식 1에서, [Sn], [Cu] 및 [Sb]는 각각 Sn, Cu 및 Sb의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, │ │는 절대값을 의미한다)
일 실시예에서, 방향성 전기강판은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
<식 2>
│√[Cu] - 0.2 │ 〈 0.3
(상기 식 2에서, [Cu]는 Cu의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, │ │는 절대값을 의미한다)
일 실시예에서, 방향성 전기강판은 투자율이 15000 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 방향성 전기강판의 제조 방법은 중량 %로, Si: 2.0 내지 6.0 wt%, 산가용성 Al: 0.005 내지 0.04 wt%, Mn: 0.01 내지 0.2 wt%, N: 0.01 wt% 이하, P: 0.0005 내지 0.045 wt%, S: 0.010 wt% 이하, Sb: 0.01 내지 0.05 wt%, C: 0.02 내지 0.08 wt%, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Cr: 0.01 내지 0.2 wt%, Cu: 0.031 내지 0.25 wt%, Mo: 0.01 내지 0.05 wt%로 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 가열하는 단계, 가열된 상기 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계, 열처리를 통해 얻어진 상기 열연강판을 냉간 압연하는 단계, 냉간 압연을 통해 얻어진 냉연강판을 1차 재결정시키는 단계, 및 1차 재결정 단계를 거친 상기 냉연강판을 2차 재결정시키는 단계를 포함할 수 있다.
<식 1>
0.03 〈 [Sn] 〈 │√[Cu] + [Sb] - 0.32 │
(상기 식 1에서, [Sn], [Cu], 및 [Sb]는 각각 Sn, Cu, 및 Sb의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, │ │는 절대값을 의미한다)
일 실시예에서, 상기 슬라브를 재가열하는 단계는 1,250 ℃ 이하에서 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 열연강판을 제조하는 단계 이후, 상기 열연강판을 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 열연강판을 열처리하는 단계는 1,000 내지 1,150 ℃에서 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 열연강판을 냉간 압연한 후, 1차 냉간 압연을 거친 냉연 강판을 중간 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 중간 소둔하는 단계 이후에, 2차 냉간 압연 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 1차 재결정시키는 단계는 냉간 압연을 통해 얻어진 냉연강판을 탈탄소둔 및 질화처리를 동시에 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 2차 재결정 시키는 단계는 상기 1차 재결정이 완료되는 탈탄소둔 온도 이상 1,230 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판은 안티몬, 주석, 및 구리의 함량을 제어함으로써, 철손과 자속밀도가 동시에 향상되어 자기적 특성이 우수한 방향성 전기강판을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방향성 전기강판의 제조 방법은 상기 이점을 갖는 방향성 전기강판을 제조할 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 방향성 전기강판은 중량 %로, Si: 2.0 내지 6.0 wt%, 산가용성 Al: 0.005 내지 0.04 wt%, Mn: 0.01 내지 0.2 wt%, N: 0.01 wt% 이하, P: 0.005 내지 0.045 wt%, S: 0.010 wt% 이하, Sb: 0.01 내지 0.05 wt%, C: 0.005 wt% 이하, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Cr: 0.01 내지 0.2 wt%, Cu: 0.03 내지 0.25 wt%, Mo: 0.01 내지 0.05 wt%로 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
하기에서는 합금 성분 한정 이유를 설명한다. 이하 중량 %를 %로 표현한다.
Si : 2.0 내지 6.0 %
실리콘(Si)은 전기강판의 기본 조성으로 소재의 비저항을 증가시켜 철손(core loss)을 낮추는 역할을 한다. 상기 실리콘의 함량은 2.0 내지 6.0 %일 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘의 함량은 2.0 내지 5.0 %일 수 있다. 상기 실리콘의 함량은 상기 범위를 만족함으로써, 방향성 전기강판은 2차 재결정 형성이 안정해지고, 자기적 특성이 우수하며 작업성이 우수할 수 있다.
상기 실리콘의 함량이 과도하게 많은 경우, 탈탄질화 소둔 시 SiO2 및 Fe2SiO4 산화층이 과하고 치밀하게 형성되어 탈탄거동을 지연시켜 페라이트와 오스테나이트간 상변태가 탈탄질화 소둔 처리동안 지속적으로 발생하고, 1차 재결정 집합조직이 심하게 훼손될 수 있다. 또한, 상치밀하게 형성된 상기 산화층의 형성에 따라 탈탄거동 지연효과로 질화거동이 지연되어 (Al, Si, Mn)N 및 AlN과 같은 질화물이 충분히 형성되지 못하여, 고온소둔 시 2차 재결정에 필요한 충분한 결정립 억제력을 확보할 수 없게 될 수 있다. 상기 실리콘의 함량이 더욱 과도한 경우, 전기강판의 기계적 특성인 취성이 증가하고, 인성이 감소하여 압연과정 중 판파단 발생율이 증가하고, 판간 용접성이 열위하게 됨으로써 용이한 작업성을 확보할 수 없는 문제가 있다.
상기 실리콘의 함량이 과도하게 적은 경우, 비저항이 감소하게 되어 와전류손이 증가하여 철손 특성이 열화되고, 탈탄질화소둔 시 페라이트와 오스테나이트간 상변태가 활발하게 되어, 1차 재결정 집합조직이 심하게 훼손된다. 또한, 고온 소둔 시, 페라이트와 오스테나이트 간 상변태가 발생하게 됨에 따라, 2차 재결정이 불안정해질 뿐만 아니라, {110} 고스집합조직이 심하게 훼손되는 문제가 있다.
Al : 0.005 내지 0.04 중량%
알루미늄(Al)은 열간압연과 열연강판 소둔 시 미세하게 석출된 AlN 이외에도 냉간 압연 이후의 소둔 공정에서 암모니아 가스에 의해 도입되는 질소 이온이 강중에 고용 상태로 존재하는 Al, Si, Mn과 결합하여 (Al, Si, Mn)N 및 AlN 형태의 질화물을 형성함으로써 강력한 결정립 성장 억제제 역할을 수행하게 된다. 상기 알루미늄의 함량은 0.005 내지 0.04 중량%일 수 있다.
상기 알루미늄의 함량이 과도하게 많은 경우, 조대한 질화물을 형성함으로써 결정립 성장 억제력이 열위되는 문제가 있다. 상기 알루미늄의 함량이 과도하게 적은 경우, (Al, Si, Mn)N 및 AlN 형태의 질화물의 결정립 성장 억제제의 개수 및 부피가 상당히 낮아 결정립 성장 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없는 문제가 있다.
Mn : 0.01 내지 0.2 중량%
망간(Mn)은 Si과 동일하게 비저항을 증가시켜 와전류손을 감소시킴으로써 전체 철손을 감소시키는 효과도 있으며, 소강상태에서 S와 반응하여 Mn계 황화물을 만들뿐만 아니라 Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로써 1차 재결정립의 성장을 억제하여 2차 재결정을 일으키는데 중요한 원소이다. 또한, 상기 망간은 황(S)와 반응하여 황화물(MnS)을 형성할 수 있고, 상기 황화물은 구리 황화물(CuS)의 형성, 크기, 분산에 기여하는 효과를 가진다. 상기 망간의 함량은 0.01 내지 0.2 %일 수 있다.
상기 망간의 함량이 과도하게 많은 경우, 강판 표면에 Fe2SiO4 이외에 (Fe, Mn) 및 Mn 산화물이 다량 형성되어 고온 소둔 중에 형성되는 베이스코팅 형성을 방해하여 표면 품질을 저하시키게 되고, 고온소둔 공정에서 페라이트와 오스테나이트간 상변태를 유발하기 때문에 집합조직이 심하게 훼손되어 자기적 특성이 크게 열화되는 문제가 있다. 또한, 상기 망간의 함량이 과도하게 많은 경우, 상기 황과의 관계에서, 상기 구리 황화물이 매우 미세하고 과량으로 형성되어 인히비터 효과가 과도하게 강해짐에 따라, 적절한 시기에 고스(Goss) 방위 결정립의 2차 재결정을 방해함으로써 자기적 특성이 과대해져, 안정적인 2차 재결정을 일으키는데 문제가 있다.
상기 망간의 함량이 과도하게 적은 경우, (Al,Si,Mn)N의 석출물이 형성되는 개수 및 부피가 낮기 때문에, 결정립 성장 억제제로의 충분한 효과를 기대할 수 없는 문제가 있다. 또한, 상기 망간의 함량이 과도하게 적은 경우, 상기 황과의 관계에서, 상기 구리 황화물이 조대하고 불균일하게 형성되어 상기 구리 황화물에 의한 인히비터 효과가 과소하게 되는 문제가 있다.
N : 0.01 % 이하
질소(N)는 알루미늄과 반응하여 질화 알루미늄(AlN)을 형성하는 중요한 원소이다. 상기 질소를 통해 (Al, Si, Mn)N, AlN, (Si, Mn)N과 같은 질화물을 형성하기 위해 추가로 필요한 질소는 냉간 압연 이후의 소둔 공정에서 암모니아 가스를 활용하여 강중에 질화처리를 실시하여 보강할 수 있다.
상기 질소의 함량은 0.01 % 이하일 수 있다. 상기 질소의 함량이 과도하게 많은 경우, 열연이후의 공정에서 질소확산에 의한 블리스터(Blister), 예를 들어 표면결함을 초래하고, 슬라브 상태에서 질화물이 과도하게 많이 형성되기 때문에, 압연이 어려워 공정의 복잡도가 높아지고, 제조단가가 상승하는 문제가 있다.
C: 0.02~0.08 %
탄소(C)은 페라이트 및 오스테나이트간 상변태를 일으켜 결정립을 미세화시키고 연신율을 향상시키는데 기여하는 원소로서, 취성이 강해 압연성이 좋지 않은 전기강판의 압연성 향상을 위해 필수적인 원소이다. 다만, 최종 제조되는 방향성 전기강판에 잔존하게 될 경우 자기적 시효효과로 인해 형성되는 탄화물을 강판 내에 석출시켜 자기적 특성을 악화시키는 원소이다. 따라서, 최종 제조되는 방향성 전기강판에서는 C를 0.01 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 C를 0.005 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
슬라브 내에서 상기 탄소의 함량은 0.02 내지 0.08 %일 수 있다. 슬라브 내에 상기 탄소의 함량이 과도하게 많은 경우, 탈탄소둔 공정에서 충분한 탈탄 효과를 얻을 수 없어, 별도의 공정이나 설비를 필요로하는 문제가 있고, 충분한 탈탄 효과를 얻을 수 없기 때문에 상변태현상으로 인한 2차 재결정 집합조직이 심하게 훼손되고, 최종제품을 전력기기에 적용 시 자기시효에 의한 자기적 특성의 열화 현상을 초래하는 문제가 있다.
상기 슬라브 강 내에 상기 탄소의 함량이 과도하게 적은 경우, 오스테나이트 간 상변태가 충분히 일어나지 않기 때문에 슬라브 및 열간압연 미세조직의 불균일화를 야기하게 되며 이로 인해 냉간압연성을 저하시키는 문제가 있다.
S: 0.010 % 이하
황(S)은 망간 황화물(MnS) 또는 구리 황화물(CuS)의 석출물들이 슬라브내에서 형성되어 결정립성장을 억제하는 역할을 한다. 상기 황의 함량은 0.010 % 이하일 수 있다.
상기 황의 함량이 과도하게 많은 경우, 상기 황은 주조 시 슬라브 중심부에 편석하여 이후 열연공정에서 상기 망간 황화물 또는 상기 구리 황화물의 석출물들이 균일하게 석출되지 못하기 때문에, 미세조직이 불균일해지는 문제가 있다. 또한, 상기 황의 함량이 과도하게 많은 경우, 상기 망간 황화물 또는 상기 구리 황화물의 형성이 불안정하게 발생하기 때문에, 후술한 주석(Sn) 또는 안티몬(Sb)에 의한 황화물 제어가 용이하지 못하는 문제가 있다.
P: 0.0005 내지 0.045 %
인(P)은 결정립계에 편석하여 결정립계의 이동을 방해하고 동시에 결정립 성장을 억제하는 보조적인 역할이 가능하며, 미세조직 측면에서 {110}<001> 집합조직을 개선하는 효과가 있다. 상기 인의 함량은 0.0005 내지 0.045 %일 수 있다.
상기 인의 함량이 과도하게 많은 경우, 전기강판의 취성이 증가하기 때문에 압연성이 열위되는 문제가 있다. 상기 인의 함량이 과도하게 적은 경우, 상기 인의 첨가로 인한 결정립계 이동을 방해하고 동시에 결정립 성장을 억제할 수 있는 효과가 발현되지 않는 문제가 있다.
Cr: 0.01 내지 0.2 %
크롬(Cr)은 열연 강판 소둔 판 내에 경질상의 형성을 촉진함으로써 냉간 압연 시 고스(Goss) 집합 조직의 {110}<001>의 형성을 촉진하고, 탈탄소둔 과정 중 탄소(C)의 탈탄을 촉진함으로써, 상기 탄소의 함량이 높을 경우 발생할 수 있는 문제인 오스테나이트 상변태 유지시간이 길어져 집합조직이 훼손되는 현상의 발생을 방지할 수 있도록 오스테나이트 상변태 유지시간을 감소시키는 역할을 한다. 또한, 상기 크롬(Cr)은 탈탄소둔 과정 중 형성되는 표면의 산화층 형성을 촉진시킴으로써 결정립 성장 보조 억제제로 사용되는 합금 원소 중 주석(Sn) 및 안티몬(Sb)으로 인한 산화층 형성이 저해되는 문제를 극복할 수 있다. 상기 크롬의 함량은 0.01 내지 0.2 %일 수 있다.
상기 크롬의 함량이 과도하게 많은 경우, 탈탄 소둔 과정 중 산화층 형성 시 보다 치밀한 산화층이 형성되도록 조장함으로써, 산화층 형성이 열위하게 되고 탈탄 및 침질까지 방해하는 문제가 있다. 또한, 상기 크롬의 함량이 과도한 경우, 상기 크롬은 고가의 합금 원소이기 때문에, 비경제적인 문제가 있다. 상기 크롬의 함량이 과도하게 적은 경우, 전술한 오스테나이트 상변태 유지시간을 감소시키는 효과나, 산화층 형성이 저해되는 문제를 해결하는 효과가 미비한 문제가 있다.
Cu: 0.031 내지 0.25 %
구리(Cu)는 열연 시 전단변형을 촉진 시켜 고스(Goss) 방위 결정립의 분율을 증대시키는 효과가 있을 뿐만 아니라, 황화물을 형성하여 결정립 성장 억제력을 향상시켜 Goss 방위 결정립의 2차 재결정 시 집적도를 증대시키는 역할을 한다. 황화물 형성 시, 구리 황화물 단독으로 석출되는 경우도 있으나, 소강 내 망간이 함유되어 있는 경우, 망간 황화물의 석출에도 영향을 미치며, 소강 내 알루미늄이 함유되어 있는 경우, 알루미늄 질화물에도 영향을 미칠 수 있다.
상기 구리는 구리 황화물이 우선 석출되면서 망간 황화물이나 알루미늄 질화물의 기지로 작용하게 되어 함유량에 따라 상기 망간 황화물 또는 상기 알루미늄 질화물의 거동에 영향을 미치게되는 것이다. 상기 구리의 함량은 0.031 내지 0.25 %일 수 있다.
이에 따라, 구리는 적정 함량을 포함할 경우, 2차 재결정이 안정화되고 상기 2차 재결정이 일어난 고스(Goss) 방위 결정립의 집적도가 향상됨으로써, 고온소둔 후 제품판의 투자율이 향상될 수 있다. 상기 구리는 적정 함량을 포함하지 못하는 경우, 석출물이 조대하고 불균일하게 석출됨으로써 결정립 성장 억제력이 불균일해져 상기 고스 방위 결정립의 2차 재결정이 불안정해지거나 2차 재결정이 일어난 상기 고스 방위 결정립의 집적도가 열위해지는 문제가 있다.
구체적으로, 상기 구리의 함량이 과도하게 많은 경우, 상기 구리 황화물이 과도하게 조대해짐으로써, 결정립 성장 억제력이 열위해지는 문제가 있다. 상기 구리의 함량이 과도하게 적은 경우, 상기 고스 방위 결정립의 분율 증대의 목표로 한 효과가 발현되지 않는 문제가 있으며, 망간 황화물이나 알루미늄 질화물의 석출물의 석출에 미치는 영향이 낮은 문제가 있다.
Mo: 0.01 내지 0.05 %
몰리브덴(Mo)은 입계편속원소인 동시에 기지금속인 철(Fe) 보다 상대적으로 크고 융점이 2,600 ℃ 정도로 매우 높아 결정립 성장 억제력이 상당히 강하기 때문에, 고온 소둔 시 고스 방위 결정립의 2차 재결정 및 고스 방위 결정립의 집적도 향상에 효과적인 원소이다. 열간 압연 시 전단변형을 촉진시켜 열연 집합조직 내 고스(Goss) 방위 결정립 분율을 증대시키는 효과가 있다. 상기 몰리브덴의 함량은 0.01 내지 0.05 %일 수 있다.
상기 몰리브덴의 함량이 과도하게 많은 경우, 탈탄 소둔 과정에서 표층부에서의 편석이 너무 강해져 적절한 산화층 형성을 방해하고 1차 재결정 미세조직을 과도하게 미세하게 하는 문제가 있다. 상기 몰리브덴의 함량이 과도하게 적은 경우, 전술한 몰리브덴 첨가에 따른 효과가 발현되지 않는 문제가 있다.
Sb : 0.01 내지 0.05 중량%
안티몬(Sb)는 결정립계에 편석하여 결정립과 구리 황화물과 망간 황화물과 같은 석출물의 성장을 억제하여 미세하게 석출시키는 효과가 있고, 2차 재결정을 안정화시키는 효과가 있다. 그러나 융점이 낮아서 1차 재결정 소둔 중 극표층부로의 확산 및 농화가 용이하여 탈탄, 산화층 형성 및 질화에 의한 침질을 방해하는 효과가 있다.
상기 안티몬의 함량은 0.01 내지 0.05 %일 수 있다. 구체적으로, 상기 안티몬의 함량은 0.011 내지 0.049 % 일 수 있다. 상기 함량 범위에서, 상기 구리 황화물과 상기 망간 황화물을 미세화시켜 고스 방위 결정립의 2차 재결정을 강화시키는 효과가 있다. 또한, 상기 함량 범위에서 2차 재결정이 안정화되고 2차 재결정이 일어난 고스 방위 결정립의 집적도가 향상됨으로써, 고온 소둔 후 제품판의 투자율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
상기 안티몬의 함량이 과도하게 많은 경우, 상기 탈탄, 산화층 형성, 및 질화에 의한 침질을 방해하는 문제가 심화되는 문제가 있다. 상기 안티몬의 함량이 과도하게 적은 경우, 상기 황화물들의 미세화 효과가 발현되지 않는 문제가 있다.
Sn: 0.03 내지 0.08 %
주석(Sn)은 결정립계 편석원소로서 결정립계의 이동을 방해하고 열연강판 집합조직에서 고스 방위 결정립의 분율을 증가시키는 효과가 있다. 또한, 상기 주석은 전술한 안티몬과 유사하게, 구리 황화물, 망간 황화물, 및 알루미늄 질화물을 미세화시키는 효과가 있으며, 구체적으로, 상기 황화물들을 균일하게 분산 석출시키는 효과가 있다. 또한, 알루미늄 질화물의 석출 시 미세하고 균일하게 석출시키는 효과가 있다.
상기 주석의 함량은 0.03 내지 0.08 %일 수 있다. 상기 주석은 상기 함량 범위를 만족함으로써, 2차 재결정이 안정화되고, 2차 재결정이 일어난 상기 고스 방위 결정립의 집적도가 향상됨으로써, 고온 소둔 후, 제품판의 투자율이 향상되는 효과가 있다.
상기 주석의 함량이 과도하게 많은 경우, 결정립 성장 억제력이 과도하게 강해져 안정적인 2차 재결정을 얻을 수 없는 문제가 있다. 상기 주석의 함량이 과도하게 적은 경우, 구리 황화물, 망간 황화물, 또는 알루미늄 황화물이 조대하고 불균일하게 석출되는 문제가 있다.
잔부로 철(Fe)를 포함한다. 또한, 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 불가피한 불순물은 제강 및 방향성 전기강판의 제조 과정에서 불가피하게 혼입되는 불순물을 의미한다. 불가피한 불순물에 대해서는 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.
일 실시예에서, 방향성 전기강판은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
<식 1>
0.03 〈 [Sn] 〈 │√[Cu] + [Sb] - 0.32│
(상기 식 1에서, [Cu], [Sn] 및 [Sb]는 각각 Cu, Sn 및 Sb의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, │ │는 절대값을 의미한다)
상기 식 1은 방향성 전기강판의 원소 중 구리 및 주석에 대한 관계식을 나타낸 것이다. 상기 식 1의 범위를 만족함으로써, 황화물을 포함하는 석출물들을 미세하고 균일하게 석출시킬 수 있는 이점이 있고, 상기 식 1의 범위를 만족하지 못함으로써, 황화물을 포함한 석출물들이 조대하고 불균일하게 석출되어 집적도가 높은 고스(Goss) 방위 결정립을 안정적으로 확보할 수 없는 문제가 있다.
일 실시예에서, 방향성 전기강판은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
<식 2>
│√[Cu] - 0.2 │ ≤ 0.3
(상기 식 2에서, [Cu]는 Cu의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, l l는 절대값을 의미한다)
상기 식 2은 방향성 전기강판의 원소 중 구리 원소의 함량에 대한 관계식이다. 상기 식 2의 범위를 만족함으로써, 2차 재결정이 안정화되고 상기 2차 재결정이 일어난 고스(Goss) 방위 결정립의 집적도가 향상됨으로써, 고온소둔 후 제품판의 투자율이 향상되는 이점이 있다. 상기 식 2의 범위를 만족하지 못하는 경우, 구리의 함량이 많아져, 상기 구리 황화물이 과도하게 조대해짐으로써, 결정립 성장 억제력이 열위해지는 문제가 있다.
일 실시예에서, 방향성 전기강판은 투자율이 15000 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방향성 전기강판의 제조 방법은 슬라브를 가열하는 단계, 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계, 상기 열연강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계, 냉연강판을 1차 재결정 소둔하는 단계, 및 1차 재결정 소둔한 냉연강판을 2차 재결정소둔하는 단계를 포함한다.
먼저, 슬라브를 가열한다. 슬라브의 합금 조성에 대해서는 방향성 전기강판의 합금 조성과 관련하여 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다. 구체적으로 슬라브는 중량 %로, Si: 2.0 내지 6.0 wt%, 산가용성 Al: 0.005 내지 0.04 wt%, Mn: 0.01 내지 0.2 wt%, N: 0.01 wt% 이하, P: 0.005 내지 0.045 wt%, S: 0.010 wt% 이하, Sb: 0.01 내지 0.05 wt%, C: 0.03 내지 0.25 wt%, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Cr: 0.01 내지 0.2 wt%, Cu: 0.03 내지 0.25 wt%, Mo: 0.01 내지 0.05 wt%로 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
다시 제조 방법에 대한 설명으로 돌아오면, 슬라브를 가열 시, 1250℃ 이하로 가열할 수 있다. 이로 인해 고용되는 Al과 N, M과 S의 화학당량적 관계에 따라 Al계 질화물이나 Mn계 황화물의 석출물이 불완전용체화 내지 완전용체화되도록 할 수 있다.
다음으로, 슬라브의 가열이 완료되면 열간 압연을 행하여 열연 강판을 제조한다. 열연 강판의 두께는 1.0 내지 3.5mm가 될 수 있다.
이후, 열연판 소둔을 실시할 수 있다. 열연 강판 소둔하는 단계에서 균열 온도는 800 내지 1300℃가 될 수 있다. 열연 강판 소둔을 실시하면, 열연 강판의 불균일한 미세조직과 석출물을 균질화 할 수 있으나, 이를 생략하는 것도 가능하다.
다음으로, 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판을 제조한다. 냉간 압연하는 단계는 1회의 냉간 압연 또는 중간 소둔을 포함한 2회 이상의 냉간 압연을 실시할 수 있다. 냉연 강판의 두께는 0.1 내지 0.5 mm가 될 수 있다.
다음으로, 냉연 강판을 1차 재결정 소둔한다. 이 때, 1차 재결정 소둔하는 단계는 탈탄 단계 및 질화 단계를 포함할 수 있다. 상기 탈탄 단계 및 상기 질화 단계는 순서와 무관하게 수행할 수 있다. 예를 들어, 탈탄 단계 이후, 침질 단계를 수행하거나, 침질 단계 이후, 탈탄 단계를 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 냉간 압연을 통해 얻어진 냉연강판을 탈탄소둔 및 질화처리를 동시에 실시하여 1차 재결정시키는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 탈탄 단계 및 침질 단계를 동시에 수행할 수 있다. 상기 탈탄 단계에서 C를 0.01 중량% 이하로 탈탄할 수 있다. 더욱 구체적으로 C를 0.005 중량% 이하로 탈탄할 수 있다.
상기 질화 단계는 강판 내 질화를 위한 것으로서, 강판에 질소 이온을 도입하는 단계로서, 결정 성장 억제제인 (Al, Si, Mn)N 또는 AlN과 같은 석출물을 석출하는 단계이다. 상기 질화 단계를 거쳐 방향성 전기강판의 질소가 0.01 % 이하가 되도록 질화할 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계에 있어서, 소둔 온도는 800 내지 950 ℃ 범위내에서 열처리할 수 있다. 상기 소둔 온도의 범위가 상한 값을 벗어나는 경우, 재결정립들이 조대하게 성장하여 결정 성장 구동력이 저하됨에 따라, 안정된 2차 재결정이 형성되지 못하는 문제가 있다. 상기 소둔 온도의 범위가 하한 값을 벗어나는 경우, 탈탄 시 과도하게 시간이 소요되는 문제가 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계는 질소, 수소, 및 이들의 혼합 가스 분위기에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 분위기는 암모니아 가스 분위기일 수 있다. 상기 가스 분위기는 습윤 분위기 또는 건조 분위기에서 행해질 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계 이후, 강판에 소둔 분리제를 도포할 수 있다. 예를 들어, 상기 소둔 분리제로서, MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 사용할 수 있다. 소둔 분리제에 대해서는 널리 알려져 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
다음으로, 1차 재결정 소둔한 냉연 강판을 2차 재결정 소둔 한다.
2차 재결정 소둔의 목적은 크게 보면 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 1차 재결정 소둔 시 형성된 산화층과 MgO의 반응에 의한 유리질 피막형성으로 절연성 부여, 자기특성을 저해하는 불순물을 제거하는 것이다. 2차 재결정 소둔의 방법으로는 2차 재결정이 일어나기 전의 승온구간에서는 질소와 수소의 혼합가스로 유지하여 입자성장 억제제인 질화물을 보호함으로써 2차 재결정이 잘 발달할 수 있도록 하고, 2차 재결정이 완료된 후 균열 단계에서는 100% 수소분위기에서 장시간 유지하여 불순물을 제거한다.
2차 재결정 소둔하는 단계는 900 내지 1,250 ℃의 온도에서 2차 재결정이 완료될 수 있다. 구체적으로, 상기 2차 재결정 소둔하는 단계는 1,230 ℃ 이하의 온도에서 2차 재결정이 완료될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 철손 및 자속밀도 특성이 특히 우수하다. 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 자속밀도(B8)이 1.90 T 이상이고, 철손(W17/50)이 0.80 W/kg 이하일 수 있다. 상기 자속밀도(B8)은 800A/m의 자기장하에서 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)이고, 철손(W17/50)은 1.7 Tesla 및 50 Hz 조건에서 유도되는 철손의 크기(W/kg)이다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 6
Si: 3.4 wt%, C: 0.061 wt%, S: 0.004 wt%, N: 0.004 wt%, Sol-Al: 0.030 wt%, Sb: 0.030 wt%, Sn 0.045 wt%, P : 0.030 wt%, Cr 0.04 wt%, Mo 0.02 wt% 및 Cu 함유량을 하기 표 1과 같이 변화시키고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 방향성 전기강판을 진공 용해한 후, 잉곳을 제조한 후 1,150 ℃의 온도로 가열한 후, 두께 2.3 mm로 열간 압연하였다. 열간 압연에 의해 제조된 열연 강판은 1,050 ℃의 온도로 가열한 후, 물에 급냉하였다.
가열된 상기 열연 강판인 열연강판 소둔 판은 산세한 후, 0.23 mm 두께로 1회 냉간 압연한다. 냉간 압연하는 단계를 거친, 냉연 강판을 860 ℃의 온도로 습윤 분위기의 수소, 질소, 및 암모니아 혼합가스 분위기에서 200 초간 유지하여 질소함량이 180 ppm이 되도록 동시 탈탄질화 소둔 열처리하였다.
냉연 강판에 소둔 분리제인 MgO를 도포하여 최종 소둔하였고, 최종 소둔은 1,200 ℃까지는 25% 질소 + 75 % 수소의 혼합 분위기로 수행하였고, 1,200 ℃ 도달 후에, 100 % 수소 분위기에서 10 시간 이상 유지한 후, 노냉하였다. 하기 표 1은 Cu 함유량의 변화에 따른, 실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 6의 철손, 자속밀도, 및 투자율과 같은 자기적 특성, 식 1, 및 식 2의 값을 나타낸다.
상기 식 1 및 상기 식 2는 다음과 같다
<식 1>
0.03 〈 [Sn] 〈 │√[Cu] + [Sb] - 0.32 │
(상기 식 1에서, [Cu] 및 [Sb]는 각각 Cu 및 Sb의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, │ │는 절대값을 의미한다)
<식 2>
│√[Cu] - 0.2 │ 〈 0.3
(상기 식 2에서, [Cu]는 Cu의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, │ │는 절대값을 의미한다)
강종 Cu함유량 (wt%) 철손 자속밀도 투자율 식 1 식 2 비고
비교재1 0 0.90 1.88 9870 0.2 0.06 비교예1
비교재2 0.01 0.86 1.90 14235 0.1 0.04 비교예2
비교재3 0.02 0.90 1.90 14953 0.05 0.08 비교예3
발명재1 0.031 0.79 1.92 23200 0.02 0.11 실시예1
발명재2 0.05 0.79 1.91 16526 0.02 0.16 실시예2
발명재3 0.07 0.79 1.93 21336 0.06 0.20 실시예3
발명재4 0.09 0.80 1.92 16352 0.1 0.24 실시예4
발명재5 0.11 0.79 1.93 16502 0.13 0.27 실시예5
발명재6 0.13 0.78 1.91 21466 0.16 0.30 실시예6
발명재7 0.15 0.79 1.91 21408 0.18 0.32 실시예7
발명재8 0.17 0.77 1.94 21115 0.21 0.35 실시예8
발명재9 0.19 0.77 1.91 23504 0.23 0.37 실시예9
발명재10 0.21 0.80 1.94 20975 0.25 0.39 실시예10
발명재11 0.23 0.80 1.91 21010 0.27 0.41 실시예11
비교재4 0.25 0.88 1.90 14377 0.3 0.44 비교예4
비교재5 0.27 0.88 1.89 12189 0.31 0.45 비교예5
비교재6 0.29 0.90 1.90 9450 0.33 0.47 비교예6
상기 표 1을 살펴보면, Cu 함유량이 0.03 내지 0.23 wt%로 함유될 경우, 철손과 자속밀도가 비교예들과 대비하여, 현저하게 우수하고, 투자율이 15,000 이상으로 투자율에서도 현격한 차이가 있음을 확인할 수 있다.
실시예 12 내지 23 및 비교예 7 내지 14
Si: 3.42 wt%, C: 0.063 wt%, S: 0.005 wt%, N: 0.005 wt%, Sol-Al: 0.029 wt%, Sn: 0.045 wt%, P: 0.031 wt%, Cr: 0.039 wt%, Mo: 0.011 wt% 및 Sb와 Cu의 함유량을 하기 표 2과 같이 변화시키고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 방향성 전기강판을 진공 용해한 후, 잉곳을 제조한 후 1,145 ℃의 온도로 가열한 후, 두께 2.2 mm로 열간 압연하였다. 열간 압연에 의해 제조된 열연 강판은 1,060 ℃의 온도로 가열한 후, 물에 급냉하였다.
가열된 상기 열연 강판인 열연강판 소둔 판은 산세한 후, 0.23 mm 두께로 1회 냉간 압연한다. 냉간 압연하는 단계를 거친, 냉연 강판을 870 ℃의 온도로 습윤 분위기의 수소, 질소, 및 암모니아 혼합가스 분위기에서 200 초간 유지하여 질소함량이 190 ppm이 되도록 동시 탈탄질화 소둔 열처리하였다.
냉연 강판에 소둔 분리제인 MgO를 도포하여 최종 소둔하였고, 최종 소둔은 1,200 ℃까지는 25% 질소 + 75 % 수소의 혼합 분위기로 수행하였고, 1,200 ℃ 도달 후에, 100 % 수소 분위기에서 10 시간 이상 유지한 후, 노냉하였다. 하기 표 2는 Sb 및 Cu 함유량의 변화에 따른, 실시예 12 내지 23 및 비교예 7 내지 14의 철손, 자속밀도, 및 투자율과 같은 자기적 특성, 식 1, 및 식 2의 값을 나타낸다.
강종 Sb 함유량 Cu 함유량 철손 자속밀도 투자율 식 1 식 2 비고
비교재7 0 0.05 0.90 1.89 12028 0.02 0.13 비교예7
발명재12 0.011 0.05 0.80 1.91 16695 0.02 0.14 실시예12
발명재13 0.03 0.05 0.79 1.93 21369 0.02 0.16 실시예13
발명재14 0.049 0.05 0.80 1.94 23585 0.02 0.18 실시예14
비교재8 0.08 0.05 0.88 1.90 14546 0.02 0.21 비교예8
비교재9 0 0.11 0.89 1.88 9779 0.13 0.24 비교예9
발명재15 0.01 0.05 0.77 1.94 23617 0.02 0.14 실시예15
발명재16 0.03 0.11 0.80 1.92 18927 0.13 0.27 실시예16
발명재17 0.0049 0.11 0.77 1.91 16670 0.13 0.29 실시예17
비교재10 0.08 0.11 0.88 1.90 14615 0.13 0.32 비교예10
비교재11 0 0.17 0.90 1.90 14183 0.21 0.32 비교예11
발명재18 0.011 0.05 0.80 1.93 21118 0.02 0.14 실시예18
발명재19 0.03 0.17 0.78 1.91 16537 0.21 0.35 실시예19
발명재20 0.049 0.17 0.80 1.93 21272 0.21 0.37 실시예20
비교재12 0.08 0.17 0.90 1.89 11939 0.21 0.40 비교예12
비교재13 0 0.23 0.85 1.88 9731 0.27 0.38 비교예13
발명재21 0.011 0.05 0.79 1.94 23258 0.02 0.14 실시예21
발명재22 0.03 0.23 0.77 1.92 18679 0.27 0.41 실시예22
발명재23 0.049 0.23 0.79 1.91 16631 0.27 0.43 실시예23
비교재14 0.08 0.23 0.89 1.90 14383 0.27 0.46 비교예14
상기 표 2를 살펴보면, Sb 함유량이 본 발명의 범위를 만족하는 실시예들은 비교예들과 대비하여, 자속밀도가 현저히 우수하고, 투자율이 15,000 이상으로, 현저한 차이를 보이고 있음을 확인할 수 있다.
실시예 24 내지 35 및 비교예 15 내지 26
Si: 3.45 wt%, C: 0.061 wt%, S: 0.005 wt%, N: 0.004 wt%, Sol-Al: 0.029 wt%, Sb 0.03 wt%, P: 0.033 wt%, Cr: 0.045 wt%, Mo: 0.02 wt% 및 Sn과 Cu의 함유량을 하기 표 3과 같이 변화시키고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 방향성 전기강판을 진공 용해한 후, 잉곳을 제조한 후 1,150 ℃의 온도로 가열한 후, 두께 2.2 mm로 열간 압연하였다. 열간 압연에 의해 제조된 열연 강판은 1,040 ℃의 온도로 가열한 후, 물에 급냉하였다.
가열된 상기 열연 강판인 열연강판 소둔 판은 산세한 후, 0.23 mm 두께로 1회 냉간 압연한다. 냉간 압연하는 단계를 거친, 냉연 강판을 865 ℃의 온도로 습윤 분위기의 수소, 질소, 및 암모니아 혼합가스 분위기에서 200 초간 유지하여 질소함량이 200 ppm이 되도록 동시 탈탄질화 소둔 열처리하였다.
냉연 강판에 소둔 분리제인 MgO를 도포하여 최종 소둔하였고, 최종 소둔은 1,200 ℃까지는 25% 질소 + 75 % 수소의 혼합 분위기로 수행하였고, 1,200 ℃ 도달 후에, 100 % 수소 분위기에서 10 시간 이상 유지한 후, 노냉하였다. 하기 표 2는 Sb 및 Cu 함유량의 변화에 따른, 실시예 24 내지 35 및 비교예 15 내지 26의 철손, 자속밀도, 및 투자율과 같은 자기적 특성, 식 1, 및 식 2의 값을 나타낸다.
강종 Sn함유량 Cu함유량 철손 자속밀도 투자율 식 1 식 2 비고
비교재15 0 0.05 0.88 1.89 12300 0.02 0.16 비교예15
비교재16 0.01 0.05 0.80 1.94 23437 0.02 0.16 비교예16
발명재24 0.033 0.05 0.79 1.94 23670 0.02 0.16 발명예24
발명재25 0.052 0.05 0.80 1.91 16677 0.02 0.16 발명예25
발명재26 0.075 0.05 0.78 1.94 23615 0.02 0.16 발명예26
비교재17 0.084 0.05 0.90 1.89 11563 0.02 0.16 비교예17
비교재18 0 0.11 0.89 1.90 14270 0.13 0.27 비교예18
비교재19 0.011 0.11 0.77 1.93 20995 0.13 0.27 비교예19
발명재27 0.032 0.11 0.79 1.92 19018 0.13 0.27 발명예27
발명재28 0.051 0.11 0.77 1.92 19125 0.13 0.27 발명예28
발명재29 0.074 0.11 0.79 1.94 23409 0.13 0.27 발명예29
비교재20 0.083 0.11 0.86 1.90 14114 0.13 0.27 비교예20
비교재21 0 0.17 0.90 1.90 13944 0.21 0.35 비교예21
비교재22 0.01 0.17 0.79 1.94 23462 0.21 0.35 비교예22
발명재30 0.036 0.17 0.79 1.91 16553 0.21 0.35 발명예30
발명재31 0.05 0.17 0.79 1.94 23395 0.21 0.35 발명예31
발명재32 0.079 0.17 0.79 1.93 21199 0.21 0.35 발명예32
비교재23 0.086 0.17 0.85 1.88 10110 0.21 0.35 비교예23
비교재24 0 0.23 0.87 1.88 9775 0.27 0.41 비교예24
비교재25 0.01 0.23 0.78 1.94 23216 0.27 0.41 비교예25
발명재33 0.031 0.23 0.79 1.92 18691 0.27 0.41 발명예33
발명재34 0.054 0.23 0.77 1.92 19243 0.27 0.41 발명예34
발명재35 0.0792 0.23 0.78 1.94 23362 0.27 0.41 발명예35
비교재26 0.0813 0.23 0.85 1.90 14165 0.27 0.41 비교예26
상기 표 3을 살펴보면, Sn의 함유량이 본 발명의 범위를 만족하는 실시예들은 비교예들과 대비하여, 자속밀도가 현저히 우수하고, 투자율이 15,000 이상으로, 현저한 차이를 보이고 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 방향성 전기강판의 자기적 특성 향상의 한계를 해결하기 위해, 자성을 개선할 수 있는 합금 원소로 구성된 성분계, 구체적으로, Cu, Sb, 및 Sn을 포함하는 합금 원소의 성분 함량을 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 구현예 및/또는 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 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 중량 %로, Si: 2.0 내지 6.0 wt%, 산가용성 Al: 0.005 내지 0.04 wt%, Mn: 0.01 내지 0.2 wt%, N: 0.01 wt% 이하, P: 0.0005 내지 0.045 wt%, S: 0.010 wt% 이하, Sb: 0.01 내지 0.05 wt%, C: 0.005 wt% 이하, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Cr: 0.01 내지 0.2 wt%, Cu: 0.031 내지 0.25 wt%, Mo: 0.01 내지 0.05 wt%로 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 식 1을 만족하는 방향성 전기강판.
    <식 1>
    0.03 〈 [Sn] 〈 │√[Cu] + [Sb] - 0.32 │
    (상기 식 1에서, [Cu] 및 [Sb]는 각각 Cu 및 Sb의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, │ │는 절대값을 의미한다)
  2. 제1 항에 있어서,
    하기 식 2를 만족하는 방향성 전기강판.
    <식 2>
    │√[Cu] - 0.2 │ 〈 0.3
    (상기 식 2에서, [Cu]는 Cu의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, │ │는 절대값을 의미한다)
  3. 제1 항에 있어서,
    투자율이 15000 이상인 방향성 전기강판.
  4. 중량 %로, Si: 2.0 내지 6.0 wt%, 산가용성 Al: 0.005 내지 0.04 wt%, Mn: 0.01 내지 0.2 wt%, N: 0.01 wt% 이하, P: 0.0005 내지 0.045 wt%, S: 0.010 wt% 이하, Sb: 0.01 내지 0.05 wt%, C: 0.02 내지 0.08 wt%, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Sn: 0.03 내지 0.08 wt%, Cr: 0.01 내지 0.2 wt%, Cu: 0.031 내지 0.25 wt%, Mo: 0.01 내지 0.05 wt%로 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 식 1을 만족하는 슬라브를 가열하는 단계;
    가열된 상기 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
    열처리를 통해 얻어진 상기 열연강판을 냉간 압연하는 단계;
    냉간 압연을 통해 얻어진 냉연강판을 1차 재결정시키는 단계; 및
    1차 재결정 단계를 거친 상기 냉연강판을 2차 재결정시키는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
    <식 1>
    0.03 〈 [Sn] 〈 │√[Cu] + [Sb] - 0.32 │
    (상기 식 1에서, [Sn], [Cu] 및 [Sb]는 각각 Sn, Cu 및 Sb의 중량%를 의미하고, √는 제곱근을 의미하며, │ │는 절대값을 의미한다)
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 슬라브를 재가열하는 단계는 1,250 ℃ 이하에서 수행하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 열연강판을 제조하는 단계 이후,
    상기 열연강판을 열처리하는 단계를 포함하며,
    상기 열연강판을 열처리하는 단계는 1,000 내지 1,150 ℃에서 수행하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 열연강판을 냉간 압연한 후, 1차 냉간 압연을 거친 냉연 강판을 중간 소둔하는 단계를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 중간 소둔하는 단계 이후에, 2차 냉간 압연 단계를 더 포함하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 1차 재결정시키는 단계는 냉간 압연을 통해 얻어진 냉연강판을 탈탄소둔 및 질화처리를 동시에 수행하는 방향성 전기강판의 제조 방법.
  10. 제4 항에 있어서,
    상기 2차 재결정 시키는 단계는 상기 1차 재결정이 완료되는 탈탄소둔 온도 이상 1,230 ℃ 이하의 온도에서 수행되는 방향성 전기강판의 제조 방법.
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