KR20230125156A - 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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신수용
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Abstract

본 발명은 중량%로, Si: 2.10 내지 3.80%, Mn: 0.001 내지 0.600%, Al: 0.001 내지 0.600%, P: 0.001 내지 0.100%, C: 0.0005 내지 0.0100%, S: 0.001 내지 0.010%, N: 0.0001 내지 0.010%, Ti: 0.0005 내지 0.0050%, Sn: 0.001 내지 0.080%, Sb: 0.001 내지 0.080%, Se: 0.0005 내지 0.0030% 및 Ge: 0.0003 내지 0.0010% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판으로서, 철손 및 자속밀도 특성이 우수하며, 강도가 낮은 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다.

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. 더욱 구체적으로 본 발명은 합금 성분을 제어하여 석출물을 선택적으로 형성 및 제어하여 석출물에 의한 영향을 최소화하여, 집합 조직을 개선하고, 그로 인해 자속밀도와 철손이 우수하며, 강도가 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전기강판은 변압기, 모터, 전기기용 소재로 사용되는 제품으로서, 기계적 특성 등 가공성을 중요시 하는 일반 탄소강과는 달리, 전기적 특성을 중요시 하는 기능성 제품이다. 요구되는 전기적 특성으로는 철손이 낮을 것, 자속밀도, 투자율 및 점적율이 높을 것 등이 있다.
전기강판은 다시 방향성 전기강판과 무방향성 전기강판으로 구분된다. 방향성 전기강판은 2차재결정으로 불리는 비정상 결정립 성장 현상을 이용해 Goss 집합조직 ({110}<001> 집합조직)을 강판 전체에 형성시켜 압연방향의 자기적 특성이 뛰어난 전기강판이다. 무방향성 전기강판은 압연판 상의 모든 방향으로 자기적 특성이 균일한 전기강판이다.
무방향성 전기강판의 생산공정으로서, 슬라브(slab)를 제조한 후, 열간압연, 냉간압연 및 최종소둔을 거쳐 절연코팅층을 형성한다.
방향성 전기강판의 생산공정으로서, 슬라브(slab)를 제조한 후, 열간압연, 예비 소둔, 냉간 압연, 탈탄 소둔, 최종 소둔을 거쳐 절연코팅층을 형성한다.
이중 무방향성 전기강판은 모든 방향으로 균일한 자기적 특성을 가지고 있어 일반적으로 모터코어, 발전기의 철심, 전동기, 소형 변압기의 재료로 사용된다. 무방향성 전기강판의 대표적인 자기적 특성은 철손과 자속밀도로, 무방향성 전기강판의 철손이 낮을수록 철심이 자화되는 과정에서 손실되는 철손이 감소하여 효율이 향상되며, 자속밀도가 높을수록 똑같은 에너지로 더 큰 자기강을 유도할 수 있으며, 같은 자속밀도를 얻기 위하여는 적은 전류를 인가해도 되기 때문에 동손을 감소시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
무방향성 전기강판의 자기적 특성을 증가시키기 위해 통상적으로 사용되는 방법은 Si 등의 합금원소를 첨가하는 것이다. 이러한 합금원소의 첨가를 통해 강의 비저항을 증가시킬 수 있는데, 비저항이 높아질수록 와전류 손실이 감소하여 전체 철손을 낮출 수 있게 된다. 반면 Si 첨가량이 증가할수록 자속밀도가 열위해지고 취성이 증가하는 단점이 있으며, 일정량 이상 첨가하면 냉간압연이 불가능하여 상업적 생산이 불가능해진다. 특히 전기강판은 두께를 얇게 만들수록 철손이 저감되는 효과를 볼 수 있는데, 취성에 의한 압연성 저하는 치명적인 문제가 된다. 상업적 생산이 가능한 Si의 최대 함량은 대략 3.5~4.0% 정도로 알려져있으며, 추가적인 강의 비저항 증가를 위해 Al, Mn 등의 원소를 첨가하여 자성이 우수한 최고급 무방향성 전기강판을 생산할 수 있다. 실제 모터의 사용에 있어서는 그 용도에 따라서 철손과 자속밀도를 동시에 요구하는 경우가 있어, 비저항을 높아 철손이 낮음과 동시에 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판을 필요로 한다.
무방향성 전기강판으로 모터코어, 발전기의 철심, 전동기, 소형변압기 등을 제조하는 공정을 살펴보면 펀칭, 타발 등의 가공 과정을 거친다. 통상의 고효율 무방향성 전기강판은 비저항 원소인 Si와 Al의 함량이 높아 그 경도가 높다. 이러한 특성은 펀칭, 타발에 필요한 금형의 손상을 가져오며, 전기강판의 가공 비용의 상승으로 이어진다.
본 발명의 일 실시예에서는 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공한다. 더욱 구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 Se, Ge를 첨가하여, 석출물을 선택적으로 형성 및 제어하여 집합 조직을 개선하고, 그로 인해 자속밀도와 철손이 우수하면서도, 강도가 낮은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.10 내지 3.80%, Mn: 0.001 내지 0.600%, Al: 0.001 내지 0.600%, Se: 0.0005 내지 0.0030% 및 Ge: 0.0003 내지 0.0010% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판은 중량%로 P: 0.001 내지 0.100%, C: 0.0005 내지 0.0100%, S: 0.001 내지 0.010%, N: 0.0001 내지 0.010%, Ti: 0.0005 내지 0.0050%, Sn: 0.001 내지 0.080%, Sb: 0.001 내지 0.080%를 더 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판은 Cu, Ni 및 Cr 중 1종 이상을 각각 0.07 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판은 Zr, Mo 및 V 중 1종 이상을 각각 0.01 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판 두께의 1/2 내지 1/3 영역을 EBSD으로 실험할 때, ODF상에서 압연방향을 기준으로 <112> 방향을 바라보고 있는 {111}면의 강도가 랜덤(Random) 방위 대비 2.5 이하일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 평균결정립경(㎛) 대비 {인장강도(MPa)-항복강도(MPa)}의 비가 1.10 내지 1.40일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 평균결정립경은 80 내지 130㎛일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 항복강도는 350 내지 400MPa일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 인장강도는 490 내지 550MPa일 수 있다.
본 발명 일 구현예에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법은 중량%로, Si: 2.10 내지 3.80%, Mn: 0.001 내지 0.600%, Al: 0.001 내지 0.600%, Se: 0.0005 내지 0.0030% 및 Ge: 0.0003 내지 0.0010% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; 상기 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬라브는 P: 0.001 내지 0.100%, C: 0.0005 내지 0.0100%, S: 0.001 내지 0.010%, N: 0.0001 내지 0.010%, Ti: 0.0005 내지 0.0050%, Sn: 0.001 내지 0.080%, Sb: 0.001 내지 0.080%를 더 포함할 수 있다.
상기 열연판을 제조하는 단계 이후, 상기 열연판을 900 내지 1195℃의 온도에서 40 내지 100초 동안 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계는 850 내지 1080℃의 온도에서 60 내지 150초 동안 소둔하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 집합조직이 개선되어 철손과 자속밀도가 우수하면서 강도가 낮은 무방향성 전기강판을 제공할 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.
무방향성 전기강판의 철손을 낮추기 위하여 첨가하는 비저항 원소, 예컨대 Si, Al, Mn은 재료의 포화자속밀도를 낮출 수 있다. 또한, 이들 원소가 첨가됨에 따라 강판의 강도가 증가하게 되고, 이로 인하여 타발시 금형의 수명을 단축시키는 문제가 있어왔다.
이에, 무방향성 전기강판에서 철손을 낮추면서 자속밀도를 높임과 동시에 낮은 강도를 가질 수 있도록 집합조직의 개선이 필요하지만, 통상의 철강생산 공정에서 구현이 어려웠는바, 본 발명은 이를 개선하고자 한다.
이하, 각 단계에 대하여 구체적으로 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.10 내지 3.80%, Mn: 0.001 내지 0.600%, Al: 0.001 내지 0.600%, P: 0.001 내지 0.100%, C: 0.0005 내지 0.0100%, S: 0.001 내지 0.010%, N: 0.0001 내지 0.010%, Ti: 0.0005 내지 0.0050%, Sn: 0.001 내지 0.080%, Sb: 0.001 내지 0.080%, Se: 0.0005 내지 0.0030% 및 Ge: 0.0003 내지 0.0010% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하에서는 무방향성 전기강판의 성분 한정의 이유부터 설명한다.
Si: 2.10 내지 3.80 중량%
실리콘(Si)은 강의 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추기 위해 첨가되는 주요 원소이다. Si가 너무 적게 첨가되면, 철손이 열화되는 문제가 발생한다. 따라서, Si의 함량을 높이는 것이 철손 측면에서는 유리하지만, Si가 너무 많이 첨가되면, 가격 경쟁력이 저하되고, 자속밀도가 크게 감소하며, 가공성에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전술한 범위로 Si를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si를 2.10 내지 3.80 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si를 2.50 내지 3.20중량% 포함할 수 있다.
Mn: 0.001 내지 0.600 중량%
망간(Mn)은 Si, Al등과 더불어 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 원소이면서 황화물을 형성하고, 집합조직을 향상시키는 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 범위로 Mn을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Mn을 0.005 내지 0.600 중량% 또는 0.050 내지 0.350중량%로 포함할 수 있다.
Al: 0.001 내지 0.600 중량%
알루미늄(Al)은 Si과 함께 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 중요한 역할을 하며 또한 압연성을 개선하거나 냉간압연 시 작업성을 좋게 한다. Al이 너무 적게 첨가되면, 고주파 철손 저감에 효과가 없고 AlN의 석출 온도가 낮아져 질화물이 미세하게 형성되어 자성을 저하시킬 수 있다. 반대로, Al이 너무 많이 첨가되면, 질화물이 과다하게 형성되어 자성을 열화시키며, 제강과 연속주조 등의 모든 공정상에 문제를 발생시켜 생산성을 크게 저하시킬 수 있다. 따라서, 전술한 범위로 Al을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Al을 0.005 내지 0.600 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Al을 0.070 내지 0.450중량% 포함할 수 있다.
Se: 0.0005 내지 0.0030 중량%
셀레늄(Se)는 편석원소로 결정립계에 편석함으로써 결정립계 강도를 저하시키고 전위가 결정립계에 고착되는 현상을 억제한다. 이를 통해 석출물을 형성할 수 있는 조건을 줄여 석출물을 제어하는데 기여할 수 있다. Se가 너무 적게 포함될 경우, 전술한 역할을 기대하기 어렵다. Se를 과량으로 포함할 경우, 오히려 자성을 열화시킬 수 있다. 따라서, Se를 전술한 범위로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Se를 0.0005 내지 0.0020 중량% 포함할 수 있다.
Ge: 0.0003 내지 0.0010 중량%
게르마늄(Ge) 또한, Se와 마찬가지로, 편석원소로서 극미량의 첨가만으로도 S, C, N계 석출물의 거동에 영향을 줘 석출물을 제어하는데 기여한다. Ge가 너무 적게 포함될 경우, 전술한 역할을 기대하기 어렵다. Ge를 과량으로 포함할 경우, 오히려 자성을 열화시킬 수 있다. 따라서, Ge를 전술한 범위로 포함할 수 있다. 구체적으로 Ge를 0.0003 내지 0.0010중량% 포함할 수 있다.
P: 0.001 내지 0.100 중량%
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 0.080 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 P를 0.010 내지 0.080 중량% 포함할 수 있다.
Sn: 0.001 내지 0.080 중량%
주석(Sn)은 결정립계 및 표면에 편석하여 재료의 집합조직을 개선하고 표면 산화를 억제하는 역할을 하므로 자성을 향상시키기 위해 추가로 첨가할 수 있다. Sn이 너무 많이 첨가되면, 결정립계 편석이 심해져 표면 품질이 열화되고, 경도가 상승하여 냉연판 파단을 일으켜 압연성이 저하될 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Sn을 첨가할 수 있다.
Sb: 0.001 내지 0.080 중량%
안티몬(Sb)은 결정립계 및 표면에 편석하여 재료의 집합조직을 개선하고 표면 산화를 억제하는 역할을 하므로 자성을 향상시키기 위해 추가로 첨가할 수 있다. Sb가 너무 많이 첨가되면, 결정립계 편석이 심해져 표면 품질이 열화되고, 경도가 상승하여 냉연판 파단을 일으켜 압연성이 저하될 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Sb를 첨가할 수 있다. 다만, Sb 첨가량이 너무 적으면 집합조직 개선 및 표면 산화 억제 효과를 기대할 수 없다.
C: 0.0005 내지 0.0100 중량%
탄소(C)는 Ti, Nb등과 결합하여 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용 시 자기시효에 의하여 철손이 높아져 전기기기의 효율을 감소시킬 수 있다. 더욱 구체적으로 C를 0.0010 내지 0.0030 중량%로 더 포함할 수 있다.
S: 0.001 내지 0.010중량%
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 0.0100 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 구체적으로 S를 0.001 내지 0.005중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
N: 0.0001 내지 0.010중량%
질소(N)는 Al, Ti 등과 결합하여 모재 내부에 미세하고 긴 석출물을 형성할 뿐만 아니라, 기타 불순물과 결합하여 미세한 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하는 등 철손을 악화시키므로 적게 함유시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는 N을 0.010 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 N을 0.0001 내지 0.10중량%로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 N을 0.0005 내지 0.002 중량% 더 포함할 수 있다.
Ti: 0.0005 내지 0.0050중량%
티타늄(Ti)은 강내 석출물 형성 경향이 매우 강한 원소로, 모재 내부에 미세한 탄화물 또는 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하므로, 많이 첨가될수록 탄화물과 질화물이 많이 형성되어 철을 악화시키는 등 자성을 열위하게 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 Ti을 0.0050 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Ti을 0.0005 내지 0.0030중량% 이하로 더 포함할 수 있다
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Cu, Ni 및 Cr 중 1종 이상을 각각 0.07 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 또한 추가적으로, As를 포함할 수 있고, 이때 As의 함량은 0.0002 내지 0.001%일 수 있다.
제강 공정에서 불가피하게 첨가되는 원소인 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr)의 경우 불순물 원소들과 반응하여 미세한 황화물, 탄화물 및 질화물을 형성하여 자성에 유해한 영향을 미치므로 이들 함유량을 각각 0.07 중량% 이하로 제한한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Zr, Mo 및 V 중 1종 이상을 각각 0.01 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 등은 강력한 탄질화물 형성 원소이기 때문에 가능한 첨가되지 않는 것이 바람직하며 각각 0.01 중량%이하로 함유되도록 한다.
제강 공정에서 불가피하게 첨가되는 원소인 Cu, Ni, Cr의 경우 불순물 원소들과 반응하여 미세한 황화물, 탄화물 및 질화물을 형성하여 자성에 유해한 영향을 미치므로 이들 함유량을 각각 0.07중량%이하로 제한한다. 또한 Zr, Mo, V등도 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 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.
전술하였듯이, Si, Mn, Al, Se, Ge의 첨가량을 적절히 제어함으로써, 석출물을 선택적으로 형성 및 제어하여 집합 조직을 개선할 수 있다.
구체적으로 강판 두께의 1/2 내지 1/3 영역을 EBSD 시험할 때, ODF상의 {111}<112>의 강도(Intensity)가 랜덤(Random) 방위 대비 2.5 이하일 수 있다. 무방향성 전기강판의 자화는 자화 방향을 기준으로 그 결정면의 방향이 <100>일 때 가장 유리하고, <110>, <111>의 순서로 유리하다. 따라서 자화에 불리한 방위인 {111}<112>의 비율을 줄이게 되면 강판을 구성하고 있는 결정립들의 방위가 자화에 유리한 방향으로 구성되어 자성이 향상된다. 더욱 구체적으로 ODF상의 {111}<112>의 강도가 랜덤 방위 대비 1.0 내지 2.5일 수 있다. ODF상의 {111}<112>의 강도가 랜덤 방위 대비 1.5 내지 2.2일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 평균 결정립경은 80 내지 130㎛일 수 있다. 구체적으로 평균 결정립경은 90 내지 125㎛ 또는 100 내지 125㎛일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 항복강도는 350 내지 400 MPa 일 수 있다. 구체적으로 항복강도는 350 내지 380MPa 일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 인장강도는 490 내지 550 MPa 일 수 있다. 구체적으로 항복강도는 500 내지 510MPa 일 수 있다.
또한, 평균결정립경(㎛) 대비 {인장강도(MPa)-항복강도(MPa)} 의 비가 1.10 이상 1.40 이하일 수 있다. 평균결정립경이 작아지는 경우 강도가 증가하지만, 자성이 열화될 수 있다. 본 발명에서는 철손의 열화가 적으면서도 강도가 낮아 가공성을 개선하고자 하는 것이다. 따라서 강도와의 관계에서 평균 결정립경을 제어할 필요가 있다. 더욱 구체적으로, 상기 비는 1.10 내지 1.39이거나, 1.10 내지 1.30 일 수 있다.
전술하였듯이, Si, Mn, Al, Se, Ge의 첨가량을 적절히 제어함으로써, 석출물을 선택적으로 형성 및 제어하여 집합 조직을 개선함으로써 자성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로 무방향성 전기강판의 철손(W15/50)이 2.20W/kg 이하일 수 있다 구체적으로, 2.10W/kg 이하일 수 있다. 철손(W15/50)은 50Hz의 주파수로 1.5T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손이다. 더욱 구체적으로 전기강판의 철손(W15/50)이 2.00 W/kg 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로 전기강판의 철손(W15/50)이 1.80 내지 1.95 W/kg 일 수 있다. 이때 자성 측정 기준은 강판 0.27 내지 0.35 mm 두께일 수 있다.
본 발명 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계 및 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함한다.
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: 2.10 내지 3.80%, Mn: 0.001 내지 0.600%, Al: 0.001 내지 0.600%, P: 0.001 내지 0.100%, C: 0.0005 내지 0.0100%, S: 0.001 내지 0.010%, N: 0.0001 내지 0.010%, Ti: 0.0005 내지 0.0050%, Sn: 0.001 내지 0.080%, Sb: 0.001 내지 0.080%, Se: 0.0005 내지 0.0030% 및 Ge: 0.0003 내지 0.0010% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
그 밖의 추가 원소에 대해서는 무방향성 전기강판의 합금성분에서 설명하였으므로 중복되는 설명은 생략한다.
슬라브를 열간압연 하기 전에 슬라브를 가열할 수 있다. 슬라브 가열 온도는 제한되지 않으나, 슬라브를 1150 내지 1250℃의 온도 범위에서 0.1 내지 1시간 동안 가열할 수 있다. 슬라브 가열 온도가 너무 높으면, 슬라브 내에 존재하는 AlN, MnS 등의 석출물이 재고용된 후 열간압연 및 소둔시 미세석출되어 결정립 성장을 억제하고 자성을 저하시킬 수 있다. 구체적으로 1100 내지 1200℃의 온도 범위에서 0.5 내지 1시간 동안 가열하는 단계일 수 있다.
다음으로, 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조한다. 열연판 두께는 1.6 내지 2.5mm일 수 있다. 구체적으로 열연판의 두께는 1.6 내지 2.3mm일 수 있다. 열연판을 제조하는 단계에서 마무리 압연 온도는 790 내지 890℃일 수 있다. 열연판은 580 내지 680℃의 온도에서 권취될 수 있다.
상기 열연판을 제조하는 단계 이후, 열연판을 열연판 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 열연판 소둔 온도는 900 내지 1195℃, 소둔시간은 40 내지 100초일 수 있다. 열연판 소둔 온도가 너무 낮으면, 조직이 성장하지 않거나 미세하게 성장하여 냉간압연 후 소둔 시 자성에 유리한 집합조직을 얻기가 쉽지 않다. 열연판 소둔 온도가 너무 높으면 재결정립이 과도하게 성장하고 판의 표면 결함이 과다해 질 수 있다. 열연판 소둔은 필요에 따라 자성에 유리한 방위를 증가시키기 위하여 수행되는 것으로, 생략할 수도 있다. 소둔된 열연판을 산세할 수 있다.
다음으로, 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조한다. 냉연판의 두께는 0.27 내지 0.35mm일 수 있다. 구체적으로 냉연판의 두께는 0.27 내지 0.30mm일 수 있다. 냉연판의 두께가 두꺼우면 철손이 열위해질 수 있다. 상기 냉간압연하는 단계는 1회의 냉간압연을 행하는 단계일 수 있다. 최종 압하율은 72 내지 88%의 범위로 할 수 있다.
다음으로, 냉연판을 최종 소둔한다. 냉연판을 최종 소둔하는 공정에서 소둔 온도는 통상적으로 무방향성 전기강판에 적용되는 온도면 크게 제한은 없다. 무방향성 전기강판의 철손은 결정립 크기와 밀접하게 연관되므로 850 내지 1080℃에서 60 내지 150초 동안 최종 소둔할 수 있다. 온도가 너무 낮을 경우 결정립이 너무 미세하여 이력손실이 증가하며, 온도가 너무 높을 경우에는 결정립이 너무 조대하여 와류손이 증가하여 철손이 열위하게 될 수 있다. 구체적으로 상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계는 1040 내지 1060℃에서 60 내지 120초 동안 행해질 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 제조방법은 최종 소둔된 냉연판에 절연피막을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기 복합피막으로 처리될 수 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제로 처리하는 것도 가능하다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1
하기 표 1과 같은 조성의 슬라브를 1150℃까지 가열하였다. 이후 1.8mm 2.3mm 혹은 2.5mm의 두께로 열간 압연하고 650℃에서 권취하였다. 공기 중에서 냉각한 열연강판은 열연판 소둔을 900 내지 1100℃에서 40~80초 실시하였다.
강종　 Si Mn Al P C S N Ti Se Ge
A 3.18 0.305 0.225 0.008 0.0015 0.0012 0.0010 0.0023 0.0017 0.0002
B 3.04 0.205 0.422 0.037 0.0021 0.0018 0.0016 0.0007 0.0009 0.0041
C 2.98 0.049 0.237 0.045 0.002 0.0014 0.0016 0.0012 0.0017 0.0008
D 3.07 0.138 0.117 0.023 0.001 0.0050 0.0007 0.0015 0.0011 0.0005
E 2.81 0.314 0.078 0.067 0.0026 0.0023 0.0017 0.001 0.0013 0.0021
F 3.21 0.145 0.107 0.009 0.0021 0.0014 0.0015 0.0008 0.0002 0.0011
G 3.15 0.172 0.214 0.008 0.0015 0.0011 0.0013 0.0012 0.0019 0.0001
소둔된 열연판을 산세한 다음 0.27mm, 0.30mm, 0.35mm 두께로 냉간 압연하였다. 이후 냉연판을 소둔온도 980~1060℃에서 50~120초간 최종 소둔하여 최종 소둔판을 제조하였다.제조된 최종 소둔판의 철손 W15/50 및 자속밀도 B50, 집합조직 상의 특징을 하기 표 2에 나타내었다.
각각의 측정방법은 하기와 같다.
제조된 최종 소둔판을 L방향 (압연방향) 및 C방향 (압연수직방향)으로부터 자성측정을 위한 길이 305mm 폭 30mm의 엡스타인 시험편으로 형성하였다.
또한 집합조직을 측정하기 위하여 5mm x 5mm 영역을 EBSD을 이용하여 관찰하였다.
인장시험은 JIS 13-A 규격으로 측정하였으며, 이때 연신율 0.2% 까지는 인장시편에 30MPa/s의 힘을 가하면서, 0.2% 이상의 연신율에서는 0.007/s 의 변형율을 가하면서 시험을 진행한다.
하기 표 2에서 I{111}<112>는 강판 두께의 1/2 내지 1/3 영역을 EBSD 시험의 랜덤(Random) 방위 대비 ODF상의 {111}<112>의 강도(Intensity)를 나타낸 것이다.
시편　 열연판 소둔 온도 (℃) 냉연판 두께
(mm)		 최종소둔온도 (℃) 철손 W15/50
(W/kg)		 I{111}<112> 결정립경
(㎛)		 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 (인장강도-항복강도)/결정립경
A1 1020 0.27 1020 2.04 2.7 92 398 536 1.50
A2 1020 0.3 1040 2.13 2.5 105 395 537 1.35
A3 1020 0.35 1040 2.31 2.6 104 395 544 1.43
B1 1040 0.3 1040 2.16 2.8 107 378 532 1.44
B2 1040 0.35 1040 2.41 3.1 102 391 534 1.40
B3 1080 0.35 1000 2.32 2.6 104 390 536 1.40
C1 1080 0.3 980 2.05 2.4 82 388 502 1.39
C2 1080 0.3 1000 2.08 2.3 88 384 503 1.35
C3 1080 0.3 1020 1.96 2.1 91 378 501 1.35
C4 1080 0.3 1040 1.95 2 102 375 499 1.22
C5 1080 0.3 1060 1.91 2 112 374 499 1.12
D1 1020 0.27 1060 1.92 1.8 115 362 495 1.16
D2 1080 0.27 1060 1.84 1.8 124 354 496 1.15
D3 1020 0.35 1060 2.13 2.1 122 360 501 1.16
D4 1060 0.35 1040 2.11 2 115 362 498 1.18
D5 1060 0.35 1060 2.07 1.9 127 358 499 1.11
E1 1080 0.27 1040 1.85 1.8 107 376 503 1.19
E2 1080 0.27 1060 1.83 1.9 118 370 500 1.10
E3 1080 0.3 1060 1.89 2 115 352 499 1.28
E4 1080 0.3 1040 1.92 2.1 109 367 501 1.23
E5 1080 0.35 1040 1.97 2 118 378 511 1.13
F1 1020 0.35 1020 2.13 2.3 92 388 510 1.33
F2 1040 0.35 1020 2.13 2.2 95 383 508 1.32
F3 1060 0.35 1020 2.11 2.1 98 379 508 1.32
F4 1080 0.35 1020 2.09 2.1 102 375 504 1.26
F5 1080 0.35 1040 2.03 1.9 108 367 499 1.22
G1 1060 0.27 1000 1.98 2.1 97 378 503 1.29
G2 1060 0.27 1020 1.92 2.1 102 376 497 1.19
G3 1060 0.3 1000 2.03 2 100 376 495 1.19
G4 1060 0.35 1000 2.15 2 103 372 493 1.17
G5 1080 0.35 1000 2.13 1.9 107 368 492 1.16
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기분야에서 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 (14)

  1. 중량%로, Si: 2.10 내지 3.80%, Mn: 0.001 내지 0.600%, Al: 0.001 내지 0.600%, Se: 0.0005 내지 0.0030% 및 Ge: 0.0003 내지 0.0010% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는, 무방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판은 중량%로 P: 0.001 내지 0.100%, C: 0.0005 내지 0.0100%, S: 0.001 내지 0.010%, N: 0.0001 내지 0.010%, Ti: 0.0005 내지 0.0050%, Sn: 0.001 내지 0.080%, Sb: 0.001 내지 0.080%를 더 포함하는, 무방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판은 Cu, Ni 및 Cr 중 1종 이상을 각각 0.07 중량% 이하로 더 포함하는, 무방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판은 Zr, Mo 및 V 중 1종 이상을 각각 0.01 중량% 이하로 더 포함하는, 무방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판 두께의 1/2 내지 1/3 영역을 EBSD으로 실험할 때, ODF상에서 압연방향을 기준으로 <112> 방향을 바라보고 있는 {111}면의 강도가 랜덤(Random) 방위 대비 2.5 이하인, 무방향성 전기강판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판의 평균결정립경(㎛) 대비 {인장강도(MPa)-항복강도(MPa)}의 비가 1.10 내지 1.40인, 무방향성 전기강판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판의 평균결정립경은 80 내지 130㎛인, 무방향성 전기강판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판의 항복강도는 350 내지 400MPa인, 무방향성 전기강판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판의 인장강도는 490 내지 550MPa인, 무방향성 전기강판.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판의 철손(W15/50)은 2.20W/kg 이하인, 무방향성 전기강판.
  11. 중량%로, Si: 2.10 내지 3.80%, Mn: 0.001 내지 0.600%, Al: 0.001 내지 0.600%, Se: 0.0005 내지 0.0030% 및 Ge: 0.0003 내지 0.0010% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함하는, 무방향성 전기강판의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 슬라브는 P: 0.001 내지 0.100%, C: 0.0005 내지 0.0100%, S: 0.001 내지 0.010%, N: 0.0001 내지 0.010%, Ti: 0.0005 내지 0.0050%, Sn: 0.001 내지 0.080%, Sb: 0.001 내지 0.080%를 더 포함하는, 무방향성 전기강판의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 열연판을 제조하는 단계 이후, 상기 열연판을 900 내지 1195℃의 온도에서 40 내지 100초 동안 소둔하는 단계를 더 포함하는, 무방향성 전기강판의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계는 850 내지 1080℃의 온도에서 60 내지 150초 동안 소둔하는 것인, 무방향성 전기강판의 제조방법.


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