KR20230096881A - 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, Si : 2.0 내지 6.5%, Al : 0.1 내지 1.3%, Mn : 0.3 내지 2.0% 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 입경이 판 두께의 10% 이하인 결정립의 면적분율이 10.0% 내지 35.0% 이면서, 개수 분율이 15% 내지 55%이다.

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 스케일 제거 시 숏볼 투사량을 높혀, 표면의 누적된 에너지를 증가시켜 압연 방향 및 압연 수직 방향에서 강도를 동시에 시킨 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 전기강판을 만드는 것이 중요하다.
모터의 작동조건에 따라 고려해야되는 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.
또, 모터 코어는, 스테이터 코어와 로터 코어로 나눌 수 있는데, 최근에 있어서의 HEV 구동 모터 등에 대한 소형·고출력화에 대한 요구를 만족시키기 위해서, 스테이터 코어에 사용되는 무방향성 전기 강판에는, 고자속 밀도 그리고 저철손이 우수한 자기 특성이 강하게 요구되게 되었다.
또한, 상기 HEV 구동 모터 등의 소형· 고출력화를 달성하는 수단으로서, 모터의 회전수가 높아지는 경향이 있지만, HEV 구동 모터는 외경이 크기 때문에, 로터 코어에는 큰 원심력이 작용하는 점이나, 구조에 따라서는 로터 코어 브릿지부라고 불리는 매우 좁은 부분 (1 ∼ 2 ㎜) 이 존재하는 점 등에서, 로터 코어에 사용되는 무방향성 전기 강판에는 종래보다 고강도인 것이 요구되게 되었다.
따라서, 모터 코어에 사용되는 무방향성 전기 강판의 특성으로는, 자기 특성이 우수한 것은 물론, 로터 코어용에는 고강도인 것이, 또, 스테이터 코어용에는 보다 고자속 밀도·저철손인 것이 이상적이다. 이와 같이, 동일한 모터 코어에 사용되는 무방향성 전기 강판이어도, 로터 코어와 스테이터 코어에서는 요구되는 특성이 크게 상이하지만, 모터 코어를 제조하는 데 있어서는, 재료 수율을 높이거나 하는 등의 관점에서, 동일한 소재 강판으로부터 로터 코어재와 스테이터 코어재를 동시에 채취하고, 그 후, 각각의 코어재를 적층하여 로터 코어 또는 스테이터 코어로 조립하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 스케일 제거 시 숏볼 투사량을 높혀, 전기강판의 핵 생성 site를 증가시키며, 냉연판 소둔 후 미세결정립을 확보하여, 전기강판의 전 방향 항복강도를 증가시킨 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, Si : 2.0 내지 6.5%, Al : 0.1 내지 1.3%, Mn : 0.3 내지 2.0% 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 입경이 판 두께의 10% 이하인 결정립의 면적분율이 10.0% 내지 35.0% 이면서, 개수 분율이 15% 내지 55%이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Cr: 0.2 중량% 이하(0%를 제외함), Sn: 0.06 중량% 이하(0%를 제외함), 및 Sb: 0.06 중량% 이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 C, N, S, Ti, Nb, 및 V 중 1종 이상을 0.005 중량% 이하 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Cu: 0.01 내지 0.2 중량%, P : 0.100 중량% 이하, B : 0.002 중량% 이하, Mo : 0.01 중량% 이하, Mg : 0.005 중량% 이하 및 Zr : 0.005 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 평균 결정립 입경이 5 내지 50 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 압연 방향으로 측정한 항복 강도 및 압연 수직 방향으로 측정한 항복 강도가 하기 식 1 및 식 2를 만족할 수 있다.
[식 1]
(YP0.2R + YP0.2C) / 2 ≥ 480
[식 2]
│YP0.2R - YP0.2C│ / {(YP0.2R + YP0.2C)/2}≤ 0.025
(식 1 및 식 2에서 YP0.2R는 압연 방향으로 측정한 항복 강도(MPa)를 나타내고, YP0.2C는 압연 수직 방향으로 측정한 항복 강도(MPa)를 나타낸다.)
철손(W10/1000)이 하기 식 3을 만족할 수 있다.
[식 3]
W10/1000 ≤ 40 + t × 240
(식 3에서 W10/1000은 1000HZ의 주파수로 1.0T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손(W/kg)을 나타내고, t는 강판의 두께(mm)를 나타낸다)
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 두께는 0.10 내지 0.30mm 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조 방법은 중량%로, Si : 2.0 내지 6.5%, Al : 0.1 내지 1.3%, Mn : 0.3 내지 2.0% 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판 표면에 존재하는 스케일을 제거하는 단계; 스케일이 제거된 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 냉연판을 냉연판 소둔하는 단계를 포함하고, 스케일을 제거하는 단계는 숏볼을 15kg/(min·m2) 내지 35kg/(min·m2) 의 양으로 강판에 투사하여 스케일을 제거할 수 있다
숏볼의 재료는 Fe계 합금을 사용할 수 있다.
냉연판 소둔하는 단계는 700 내지 850℃ 온도에서 소둔할 수 있다.
스케일을 제거하는 단계 이전에 열연판 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스케일 제거 시 숏볼 투사량을 높여, 미세 재결정을 다량 형성할 수 있다. 이를 통해 압연 방향(RD방향) 및 압연 수직 방향(TD방향)을 포함하는 전 방향 항복강도가 향상된다.
이를 통하여 친환경 자동차용 모터, 고효율 가전용 모터, 슈퍼 프리미엄급 전동기의 성능을 추가적으로 개선할 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 : 2.0 내지 6.5%, Al : 0.1 내지 1.3%, Mn : 0.3 내지 2.0% 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하에서는 강판 합금 성분 한정의 이유부터 설명한다.
Si: 2.0 내지 6.5 중량%
규소(Si, 실리콘)은 재료의 비저항을 높여 철손을 낮추어주는 역할을 하며, 너무 적게 첨가되는 경우, 고주파 철손 개선 효과가 부족할 수 있다. 반대로 너무 많이 첨가될 경우 재료의 경도가 상승하여 냉간압연성이 극도로 악화되어 생산성 및 타발성이 열위해질 수 있다. 따라서 전술한 범위에서 Si를 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 2.5 내지 5.0 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 3.0 내지 4.0 중량% 포함할 수 있다.
Al : 0.1 내지 1.3 중량%
알루미늄(Al)는 재료의 비저항을 높여 철손을 낮추는 역할을 한다. 너무 적게 첨가되면 고주파 철손 저감에 효과가 없고 질화물이 미세하게 형성되어 자성을 열화시킬 수 있다. 반대로 너무 많이 첨가되면 제강과 연속주조등의 모든 공정상에 문제를 발생시켜 생산성을 크게 저하시킬 수 있다. 따라서 전술한 범위에서 Al을 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.5 내지 1.2 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.7 내지 1.0 중량% 포함할 수 있다.
Mn: 0.3 내지 2.0 중량%
망간 (Mn)은 재료의 비저항을 높여 철손을 개선하고 황화물을 형성시키는 역할하는 원소이다. Mn이 너무 적게 첨가되면, 황화물이 미세하게 석출되어 자성을 저하시킬 수 있다. 반대로 Mn이 너무 많이 첨가되면, 자성에 불리한 {111} 집합조직의 형성을 조장하여 자속밀도가 감소할 수 있다 따라서 전술한 범위에서 Mn을 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 Mn을 0.5 내지 1.5 중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 비저항은 55 내지 80μΩ·cm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Cr: 0.2% 이하(0%를 제외함), Sn: 0.06% 이하(0%를 제외함), 및 Sb: 0.06% 이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
Cr: 0.20 중량% 이하
크롬(Cr)은 재료의 비저항을 높여 철손을 감소시키는 역할을 한다. 따라서 전술한 범위에서 Cr을 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.010 내지 0.10 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.050 내지 0.040 중량% 포함할 수 있다. 전술하였듯이, 추가 원소를 더 포함하는 경우, 잔부인 Fe를 대체하여 포함하게 된다.
Sn: 0.06 중량% 이하 및 Sb: 0.06 중량% 이하
주석(Sn)과 안티몬(Sb)은 결정립계에 편석원소로써 결정립계를 통한 질소의 확산을 억제하며 자성에 해로운 {111} 집합조직(texture)를 억제하고 유리한 {100} 집합조직을 증가시켜 자기적 특성을 향상시키기 위하여 첨가한다. Sn과 Sb이 각각 너무 많이 첨가되면 결정립 성장을 방해하여 자성을 떨어트리고 압연성상이 나쁘게 된다. 따라서 전술한 범위에서 Sn, Sb를 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 Sn:0.005 내지 0.050 중량% 및 Sb:0.005 내지 0.050 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Sn:0.01 내지 0.02중량% 및 Sb:0.01 내지 0.02중량% 포함할 수 있다.
강판 모재는 Cu: 0.01 내지 0.2 중량%, P : 0.100 중량% 이하, B : 0.002 중량% 이하, Mo : 0.01 중량% 이하, Mg : 0.005 중량% 이하 및 Zr : 0.005 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
Cu: 0.01 내지 0.20 중량%
구리(Cu)는 Mn과 함께 황화물을 형성시키는 역할을 한다. Cu가 더 첨가되는 경우, 너무 적게 첨가되면 CuMnS가 미세하게 석출되어 자성을 열화시킬 수 있다. Cu가 너무 많이 첨가되면 고온취성이 발생하게 되어 연주나 열연시 크랙을 형성할 수 있다. 더욱 구체적으로 Cu를 0.05 내지 0.10 중량% 포함할 수 있다.
P: 0.100 중량% 이하
인(P)은 재료의 비저항을 높이는 역할을 할 뿐만 아니라, 입계에 편석하여 집합조직을 개선하여 비저항을 증가시키고 철손을 낮추는 역할을 하므로, 추가로 첨가할 수 있다. 다만, P의 첨가량이 너무 많으면 자성에 불리한 집합조직의 형성을 초래하여 집합조직 개선의 효과가 없으며 입계에 과도하게 편석하여 압연성 및 가공성이 저하되어 생산이 어려워질 수 있다. 따라서 전술한 범위에서 P를 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 P를 0.001 내지 0.090 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 P를 0.005 내지 0.085 중량% 포함할 수 있다.
B : 0.002 중량% 이하, Mo : 0.01 중량% 이하, Mg : 0.005 중량% 이하 및 Zr : 0.005 중량% 이하
붕소(B), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg), 지르코늄(Zr)의 경우 불순물 원소들과 반응하여 미세한 황화물, 탄화물 및 질화물을 형성하여 자성에 유해한 영향을 미치므로 이들 함유량을 전술한 것과 같이 제한할 수 있다.
강판 모재는 C, N, S, Ti, Nb, 및 V 중 1종 이상을 0.005 중량% 이하 더 포함할 수 있다.
C: 0.005 중량% 이하
탄소(C)는 많이 첨가될 경우 오스테나이트 영역을 확대하며 상변태 구간을 증가시키고 소둔시 페라이트의 결정립 성장을 억제하여 철손을 높이는 효과를 나타내며, 또한 Ti 등과 결합하며 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용시 자기시효에 의하여 철손을 높인다. 따라서 전술한 범위에서 C을 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 C를 0.003 중량% 이하 포함할 수 있다.
S: 0.005중량% 이하
황(S)는 모재 내부에 미세한 황화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하여 철손을 약화시키므로 가능한 한 낮게 첨가하는 것이 바람직하다. S가 다량 포함될 경우, Mn등과 결합하여 석출물을 형성하거나 열간압연 중 고온 취성을 유발할 수 있다. 따라서, S를 0.005 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 구체적으로 S를 0.0030 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 S를 0.0001 내지 0.0030 중량% 더 포함할 수 있다.
N: 0.005 중량% 이하
질소(N)는 Al, Ti 등과 강하게 결합함으로써 질화물을 형성하여 결정립성장을 억제하며, 석출될 경우 자구 이동을 방해하기 때문에 적게 함유시키는 것이 바람직하다. 따라서 전술한 범위에서 N을 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 N을 0.003 중량% 이하로 포함할 수 있다.
Ti, Nb, V: 0.005 중량% 이하
티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 바나듐(V) 등도 강력한 탄질화물 형성 원소이기 때문에 가능한 첨가되지 않는 것이 바람직하며 각각 0.01중량%이하로 함유되도록 한다.
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 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.
본 발명의 일 실시예에 의한 강판은 미세립 결정을 강판 내에 확보하여 기계적 강도를 향상시키고 동시에 자성을 적절히 확보한다. 구체적으로 입경이 판 두께의 10% 이하인 결정립의 면적분율이 10.0% 내지 35.0% 이면서, 개수 분율이 15% 내지 55%가 될 수 있다. 입경이 판 두께의 10% 이하인 결정립은 기계적 강도를 향상에 도움을 준다. 한편, 미세 결정립의 면적 분율만 확보하거나 또는 개수 분율만을 확보할 경우, 가공성면에서 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 입경이 판 두께의 10% 이하인 결정립의 면적분율이 15% 내지 35%이면서, 개수 분율이 15% 내지 55%가 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 결정립의 입경 및 면적/개수 분율은 강판의 압연면(ND면)과 평행한 면을 기준으로 측정할 수 있다. 측정 두께 위치에 따라 결정립의 입경 및 면적/개수 분율이 변동되지는 않으나, 구체적인 측정 두께 위치는 강판 두께의 1/2 위치일 수 있다. 결정립의 입경은 결정립과 동일한 면적을 갖는 가상의 원을 가정하여 그 원의 직경을 결정립의 입경으로 볼 수 있다. 미세 재결정 입경의 하한은 특별히 한정되지 않으나, 측정 한계치인 0.1㎛이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 평균 결정립 입경이 5 내지 50㎛일 수 있다. 평균 결정립 입경이 너무 작으면, 자성면에서 열위하며, 가공성에서 열위하다. 평균 결정립 입경이 너무 크면, 기계적 강도 면에서 열위할 수 있다. 더욱 구체적으로 평균 결정립 입경이 10 내지 40 ㎛일 수 있다. 결정립 입경을 조절하는 방법으로 열연판의 스케일 제거 시 숏볼의 투사량을 상향하여 재결정시 핵생성 site 증가시킴으로써, 미세 재결정의 분율을 확보할 수 있다. 이에 대해서는 후술할 무방향성 전기강판의 제조 방법에서 상세히 설명하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 압연 방향으로 측정한 항복 강도 및 압연 수직 방향으로 측정한 항복 강도가 하기 식 1 및 식 2를 만족할 수 있다.
[식 1]
(YP0.2R + YP0.2C) / 2 ≥ 480
[식 2]
│YP0.2R - YP0.2C│ / {(YP0.2R + YP0.2C) /2}≤ 0.025
(식 1 및 식 2에서 YP0.2R는 압연 방향으로 측정한 항복 강도(MPa)를 나타내고, YP0.2C는 압연 수직 방향으로 측정한 항복 강도(MPa)를 나타낸다.)
식 1 및 식 2를 만족한다는 의미는 압연 방향 및 압연 수직 방향에서 측정한 항복 강도가 모두 우수하다는 의미이며, 이는 무방향성 전기강판을 이용하여 모터의 철심, 특히 회전자를 제조할 때, 회전자의 강도를 확보할 수 있어, 유용하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 철손(W10/1000)이 하기 식 3을 만족할 수 있다.
[식 3]
W10/1000 ≤ 40 + t × 240
(식 3에서 W10/1000은 1000HZ의 주파수로 1.0T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손(W/kg)을 나타내고, t는 강판의 두께(mm)를 나타낸다)
더욱 구체적으로 하기 식을 만족할 수 있다.
W10/1000 ≤ 30 + t × 150
이 때, 철손은 압연 방향(RD 방향) 및 압연 수직 방향(TD 방향)에서 측정한 철손의 평균 값일 수 있다. 더욱 구체적으로 철손(W10/1000)은 55 내지 70W/kg일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 두께는 0.10 내지 0.30mm 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판 표면에 존재하는 스케일을 제거하는 단계; 스케일이 제거된 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 냉연판을 냉연판 소둔하는 단계를 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 : 2.0 내지 6.5%, Al : 0.1 내지 1.3%, Mn : 0.3 내지 2.0% 및 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 1100 내지 1250℃로 가열할 수 있다. 슬라브 가열 온도가 너무 높으면, 자성을 해치는 석출물이 재용해되어 열간압연 후 미세하게 석출될 수 있다.
다음으로, 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조한다. 열연판 두께는 2 내지 3.0mm가 될 수 있다.
열연판을 제조하는 단계 이후, 열연판을 열연판 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다. 열연판 소둔은 상변태가 없는 고급 전기강판을 제조함에 있어서는 실시하는 것이 바람직하며, 최종소둔판의 집합조직을 개선하여 자속밀도를 향상시키는데 유효하다.
이 때, 열연판을 소둔하는 단계는 850 내지 1200℃의 온도에서 소둔할 수 있다. 열연판 소둔 온도가 너무 낮으면, 미만이면 조직이 성장하지 않거나 미세하게 성장하여 자속밀도의 상승 효과를 기대하기 어렵게 된다. 열연판 소둔온도가 너무 높아지면 오히려 자기특성이 열화되고, 판형상의 변형으로 인해 압연작업성이 나빠질 수 있다. 열연판 소둔은 필요에 따라 자성에 유리한 방위를 증가시키기 위하여 수행되는 것이며, 생략도 가능하다. 소둔된 열연판을 산세할 수 있다.
다음으로, 열연판 표면에 존재하는 스케일을 제거한다. 본 발명의 일 실시예에서는 숏볼 블라스팅을 이용하여 스케일을 제거하되, 숏볼의 투사량을 높임으로써, 재결정시 핵생성 site 증가로 인하여 미세 재결정의 분율을 확보할 수 있다.
스케일을 제거하는 단계는 숏볼을 15 내지 35kg/(min·m2) 의 양으로 강판에 투사하여 스케일을 제거하는 단계를 포함한다. 숏볼의 투사량이 너무 적으면, 핵생성 site가 충분히 확보되지 못하고, 미세 재결정을 충분히 확보하기 어렵다. 반대로 숏볼의 투사량이 너무 많으면, 강판 표면이 다량 손상되므로, 상한을 적절히 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 17 내지 30kg/(min·m2)양으로 강판에 투사할 수 있다. 면적당 동일한 양을 투사하더라도 그 투사되는 시간 길이에 따라 미세결정립 확보에 차이가 발생하기 때문에, 본 발명의 일 실시예에서는 시간 및 면적에 따른 투사량을 정의한다.
숏볼의 평균 입도는 0.1 내지 1㎜ 이고, 1초 내지 60초 동안 투사할 수 있다. 더욱 구체적으로 숏볼의 평균 입도는 0.3 내지 0.8㎜ 이고, 5초 내지 30초 동안 투사할 수 있다. 숏볼의 평균 입도 및 숏볼 투사 시간 또한 표면 핵생성 site에 영향을 줄 수 있다.
숏볼의 재료는 특별히 제한되지 않으나, Fe계 합금을 사용할 수 있다.
숏볼 투사 이후, 산세액에 침지함으로써 투사량을 높인 강판의 표면을 매끄럽게 만들 수 있다. 산세액은 특별히 제한되지 않으며, 염산을 사용할 수 있다. 산세액의 농도 및 침지 시간이 너무 낮거나 짧으면, 투사량을 높인 강판의 조도가 높아져, 표면의 문제가 발생할 수 있다. 반대로 산세액의 농도 및 침지 시간이 너무 높거나 길면, 강판 표면이 다량 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 산세액에 10 내지 60초 침지하여 산세할 수 있다.
다음으로, 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조한다. 냉간압연은 0.15mm 내지 0.65mm의 두께로 최종 압연한다. 필요시 1차 냉간압연과 중간소둔 후 2차 냉간압연할 수 있으며, 최종 압하율은 50 내지 95%의 범위로 할 수 있다.
다음으로, 냉연판 소둔한다. 냉연판 소둔은 강판 단면에서의 결정립 크기가 5 내지 50 ㎛가 되도록 700 내지 850℃범위 내에서 10 내지 1000초 동안 실시한다. 냉연판 소둔 온도가 너무 낮으면 결정립이 작아 철손이 열화될 수 있다. 온도가 너무 높으면 결정립이 조대화되어 기계적 강도가 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 740내지 820℃ 범위에서 소둔 할 수 있다.
냉연판 소둔 후 강판은 냉간압연으로 가공된 조직을 80 면적% 이상 재결정할 수 있다.
다음으로, 냉연판 소둔 후, 절연 피막을 형성할 수 있다. 상기 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기 복합피막으로 처리될 수 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제로 처리하는 것도 가능하다. 예컨데 금속 인산염 40 내지 70 중량% 및 실리카 0.5 내지 10 중량% 포함하는 절연 피막 형성 조성물을 도포하여 형성할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실시예
하기 표 1, 표 2 및 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성된 슬라브를 제조하였다. 슬라브를 1150℃로 가열하고, 850℃에서 열간 마무리 압연하여 판두께 2.3mm의 열연판을 제작하였다. 열간압연된 열연판은 1100℃에서 4분간 소둔하였다. 다음 평균 직경 0.5㎛의 강철 숏볼을 하기 표 3에 정리된 투사량 및 시간으로 블라스팅하여 스케일을 제거하고, 산세하였다. 그 뒤 냉간압연하여 판두께를 0.27mm로 한 후, 800℃에서 5분간 냉연판 소둔하였다.
이 때 각 성분함량은 ICP 습식분석법으로 측정하였다. 결정립의 평균 직경, 미세립의 면적분율 및 개수분율은 시편의 TD 단면을 연마하여 100mm2 이상의 면적이 되도록 EBSD로 측정 후, OIM software의 Merge 기능으로 병합하고 Grain Size (diameter) 기능으로 계산하였을 때 나오는 Average, Area fraction, Number fraction 값을 사용하였다.
항복강도는 ISO 6892-1,2 규격에 의거하여 시험하였다. 철손 등의 자기적 특성은 각각의 시편에 대해 너비 60mm × 길이 60mm × 매수 5매의 시편을 절단하여 Single sheet tester로 압연방향과 압연수직방향을 측정하였다.
(중량%) Si Al Mn Cr Sn Sb
1 3.2 1.1 0.6 0.015 0.01 0.05
2 3.7 0.9 0.9 0.020 0.01 0.04
3 3.2 0.7 1.2 0.025 0.02 0.06
4 4.0 0.3 1.8 0.035 0.02 0.04
5 2.9 1.0 2 0.040 0.03 0.03
6 3.0 1.2 1.7 0.045 0.03 0.02
7 3.8 1.0 1.4 0.500 0.03 0.01
8 4.0 0.8 1.1 0.055 0.06 0.03
9 1.8 1.3 0.3 0.010 0.01 0.06
10 6.7 0.4 0.5 0.055 0.06 0.01
11 2.1 0.08 1.5 0.030 0.02 0.05
12 1.7 1.5 1.8 0.035 0.02 0.04
13 3.2 0.6 0.2 0.035 0.02 0.04
14 3.8 0.9 2.3 0.025 0.02 0.06
15 2.5 0.9 0.9 0.020 0.01 0.04
16 3.0 0.7 1.2 0.025 0.02 0.06
17 3.5 0.5 1.5 0.030 0.02 0.05
18 3.2 1.2 1.7 0.045 0.03 0.02
19 2.8 1.0 1.4 0.500 0.03 0.01
(중량%) C N S Ti Nb V
1 0.002 0.003 0.001 0.004 0.001 0.005
2 0.003 0.001 0.003 0.003 0.005 0.003
3 0.001 0.005 0.003 0.003 0.005 0.003
4 0.003 0.001 0.005 0.002 0.003 0.002
5 0.004 0.002 0.005 0.002 0.003 0.001
6 0.001 0.004 0.005 0.001 0.001 0.001
7 0.002 0.005 0.002 0.001 0.002 0.002
8 0.003 0.001 0.002 0.005 0.003 0.002
9 0.001 0.005 0.001 0.004 0.001 0.005
10 0.005 0.003 0.004 0.005 0.005 0.003
11 0.002 0.003 0.003 0.003 0.005 0.002
12 0.003 0.001 0.005 0.002 0.003 0.002
13 0.003 0.001 0.005 0.002 0.003 0.002
14 0.001 0.005 0.003 0.003 0.005 0.003
15 0.003 0.001 0.003 0.003 0.005 0.003
16 0.001 0.005 0.003 0.003 0.005 0.003
17 0.002 0.003 0.003 0.003 0.005 0.002
18 0.001 0.004 0.005 0.001 0.001 0.001
19 0.002 0.005 0.002 0.001 0.002 0.002
비고 숏볼투사량
(kg/min·㎡)		 숏볼 투사 시간
(초)		 미세 재결정
면적 분율(%)		 미세 재결정
개수 분율(%)		 평균 결정립 입경(㎛)
1 25 55 25 55 13.1
2 30 50 30 50 9.6
3 35 45 35 45 8.3
4 31 35 31 35 12.5
5 29 30 29 30 6.9
6 27 25 27 25 7.9
7 25 20 25 20 9.4
8 23 15 23 15 6.7
9 20 60 20 60 23.8
10 19 5 냉간압연 불가
11 17 3 17 3 0.4
12 15 1 15 1 0.2
13 18 4 18 4 0.3
14 24 12 14 12 0.3
15 11 28 11 28 0.3
16 38 32 38 32 16.7
17 40 36 40 36 18.9
18 30 0.5 30 0.5 0.7
19 25 70 20 70 14.8
비고 YP0.2R YP0.2C 식 1 식 2 자속밀도 철손
(W10/1000, W/kg)
　 (MPa) (MPa) (B50, T)
1 527 532 530 0.009443 1.67 65.4
2 573 585 579 0.020725 1.66 66.2
3 519 530 525 0.020972 1.66 70.3
4 591 602 597 0.018441 1.65 62.7
5 475 486 481 0.022893 1.67 69.8
6 534 545 540 0.020389 1.65 65.4
7 552 560 556 0.014388 1.65 63.8
8 622 623 623 0.001606 1.65 62.1
9 391 399 395 0.020253 1.65 81.2
10 냉간압연 불가
11 384 392 388 0.020619 1.64 85.4
12 421 427 424 0.014151 1.64 80.2
13 457 468 463 0.023784 1.66 77.6
14 468 472 470 0.008511 1.63 75.9
15 453 451 452 0.004425 1.65 83.1
16 499 517 508 0.035433 1.65 74.3
17 545 507 526 0.072243 1.64 83.2
18 554 568 561 0.024955 1.65 68
19 498 502 500 0.008 1.65 70.6
표 1 내지 표 4에 나타난 바와 같이, 합금 성분, 숏볼 투사량이 적절히 조절된 실시예는 미세 재결정을 충분히 확보하여 강도가 우수하며, 압연 방향과 압연 수직 방향의 항복강도가 편차가 작음을 확인할 수 있다.
반면, 합금 성분이 적절히 조절되지 않은 예는 미세 재결정이 적절히 형성되지 못하고, 항복 강도 수치가 열위함을 확인할 수 있다.
또한, 숏볼 투사량이 적은 예는 미세 재결정이 적절히 형성되지 못하고, 항복 강도 수치가 열위함을 확인할 수 있다.
또한, 숏볼 투사량이 과한 예는 미세 재결정이 다수 형성되어, 항복 강도 이방성이 열위함을 확인할 수 있다.
또한, 숏볼 투사 시간이 너무 짧거나 너무 긴 예는 강종 1 내지 8에 비해 항복 강도 및 자성 특성이 비교적 열위함을 확인할 수 있다.
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 (12)

  1. 중량%로, Si : 2.0 내지 6.5%, Al : 0.1 내지 1.3%, Mn : 0.3 내지 2.0% 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    입경이 판 두께의 10% 이하인 결정립의 면적분율이 10.0% 내지 35.0% 이면서, 개수 분율이 15% 내지 55%인 무방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    Cr: 0.2 중량% 이하(0%를 제외함), Sn: 0.06 중량% 이하(0%를 제외함), 및 Sb: 0.06 중량% 이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    C, N, S, Ti, Nb, 및 V 중 1종 이상을 0.005 중량% 이하 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    Cu: 0.01 내지 0.2 중량%, P: 0.100 중량% 이하, B : 0.002 중량% 이하, Mo : 0.01 중량% 이하, Mg : 0.005 중량% 이하 및 Zr : 0.005 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    평균 결정립 입경이 5 내지 50 ㎛인 무방향성 전기강판.
  6. 제1항에 있어서,
    압연 방향으로 측정한 항복 강도 및 압연 수직 방향으로 측정한 항복 강도가 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 무방향성 전기강판.
    [식 1]
    (YP0.2R + YP0.2C) / 2 ≥ 480
    [식 2]
    │YP0.2R - YP0.2C│ / {(YP0.2R + YP0.2C) /2}≤ 0.025
    (식 1 및 식 2에서 YP0.2R는 압연 방향으로 측정한 항복 강도(MPa)를 나타내고, YP0.2C는 압연 수직 방향으로 측정한 항복 강도(MPa)를 나타낸다.)
  7. 제1항에 있어서, 철손(W10/1000)이 하기 식 3을 만족하는 무방향성 전기강판.
    [식 3]
    W10/1000 ≤ 40 + t × 240
    (식 3에서 W10/1000은 1000HZ의 주파수로 1.0T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손(W/kg)을 나타내고, t는 강판의 두께(mm)를 나타낸다)
  8. 중량%로, Si : 2.0 내지 6.5%, Al : 0.1 내지 1.3%, Mn : 0.3 내지 2.0% 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판 표면에 존재하는 스케일을 제거하는 단계;
    상기 스케일이 제거된 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연판을 냉연판 소둔하는 단계를 포함하고,
    상기 스케일을 제거하는 단계는 숏볼을 15 내지 35kg/(min·m2)양으로 강판에 투사하여 스케일을 제거하는 단계를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 숏볼의 평균 입도는 0.1 내지 1㎜ 이고, 1초 내지 60초 동안 투사하는 무방향성 전기강판의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 숏볼의 재료는 Fe계 합금인 무방향성 전기강판의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 냉연판 소둔하는 단계는 700 내지 850℃ 온도에서 소둔하는 무방향성 전기강판의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 스케일을 제거하는 단계 이전에 열연판 소둔하는 단계를 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조 방법.
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