KR20240127406A - 우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서 개시되는 것은, 우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판이다. 상기 무방향성 전기 강판은 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 추가적으로, 다음의 화학 원소를 아래의 질량%로 포함하는데, 즉 0<C≤0.0015%, Si: 0.2-1.8%, Mn: 0.2-0.4%, Al: 0.2-0.6%, V: 0.002-0.005%, 및 N<0.002%를 포함한다. 추가적으로, 본 발명에 추가로 개시되는 것은, 우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판을 위한 제조 방법이다. 상기 제조 방법은 다음 단계, 즉 (1) 제련 및 주조 단계; (2) 열간 압연 단계로서, 상기 열간 압연 이후에 얻어지는 강철 코일이 노멀라이징 어닐링(normalizing annealing) 또는 커버 어닐링(cover annealing)을 거치지 않고, 바로 다음 단계에 진입하는 것인, 단계; (3) 산세척 단계; (4) 냉간 압연 단계; (5) 연속 어닐링 단계로서, 상기 강판은 냉간 압연 이후에 50 내지 5000 ℃/s의 가열 속도로 목표 숙성 온도(target soaking temperature)로 급속 가열되는 것인 단계를 포함한다.

Description

우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판 및 그 제조 방법
본 발명은 강판 및 그 제조 방법, 특히 무방향성 전기 강판(non-oriented electrical steel plate) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래 기술에 있어서, 상기 무방향성 전기 강판은 보통 모터, 발전기, 압축기, 및 고속 모터, 구동 모터, 및 기타 제품에서 사용하기 위한 철 코어(iron core)의 스테이터 및 로터를 제조하는 데 사용된다.
그러나, 최근 몇 년 동안, 사용자 시장에서 높은 효율, 에너지 절감, 및 에너지 소비 감소에 대한 요구가 증가함에 따라, 기존의 무방향성 전기 강판은 점차적으로 시장의 요구를 충족시키지 못하고 있으며, 따라서, 무방향성 전기 강판에 대한 시장의 새로운 기술적 요건을 충족시키기 위해, 높은 자기 유도 및 낮은 철손(iron loss)을 나타내는 무방향성 전기 강판을 개발하는 것이 시급하다.
무방향성 전기 강판에 대해 가능한 최상의 전자기 성능을 달성하기 위해, 일부 연구자는 다수의 연구를 수행해 왔고, 특정 연구 결과를 달성하였지만, 실제 적용 결과는 매우 만족스럽지는 않다.
예를 들어, 2013년 4월 3일자로 공개되었으며 발명의 명칭이 "노멀라이징(normalizing) 없이 높은 자기 유도 및 낮은 철손을 나타내는 산성부식 내성의 무방향성 실리콘 강 및 그 생산 방법”인 중국 특허 출원 공보 제CN103014503A호는, 0.20% 내지 0.45%의 Sn+Cu를 강에 추가함으로써, 완성된 스트립 강(strip steel)의 텍스쳐(texture)가 입자 경계 분리(grain boundary segregation)로 인해 개선되어, 우수한 자기 유도 성능이 달성될 수 있음을 지적하였다. 그러나, Sn 및 Cu는, 강의 제조 비용을 현저히 증가시킬 수 있는 귀금속이며, Cu는 스트립 강의 표면과 관련된 품질 결함을 유발하는 경향이 있다. 따라서, 실용적인 적용 프로세스에 있어서, 상기 특허 출원의 기술적 해법은, 생산 프로세스에 대한 엄격한 요건을 구비하며, 결과적인 제품은 비교적 낮은 코스트 퍼포먼스(cost performance)를 갖는다.
또 다른 예로서, 일본 특허 공개 공보 제10-183227호 및 일본 특허 공개 공보 제2004-169141호는, 적당한 양의 희토류 및 칼슘 합금을 강에 첨가하는 것에 의한 용융 강의 강력한 탈산(deoxidation) 및 탈황(desulfurisation)에 의해 강철 내의 개재물(inclusion)이 제거될 수 있으며 강의 청결도(cleanliness)가 개선될 수 있어, 완성된 스트립 강의 전자기 성능이 효율적으로 그리고 편리하게 개선될 수 있다는 것을 지적하였다. 추가적으로, 전술한 일본 특허 문헌은, 또한, 강철 내의 유해한 원소 C, S, O, N, Nb, V 및 Ti를 감소시키고, 동시에 열간 압연 프로세스에서 높은 탭핑 온도(tapping temperature), 높은 최종 압연 온도, 및 높은 코일링 온도(coiling temperature)를 조합함으로써, 조대 입자를 갖는 열간 압연 강판이 얻어질 수 있으며, 이는 개재물의 조대화(coarsening)에 유리하고, 따라서 완성된 스트립 강의 자기 성능의 개선을 촉진하는 데에 좋은 역할을 한다는 것을 지적하였다. 그러나, 이러한 기술적 해법의 단점은, 열간 압연의 에너지 소비가 높고, 상전이점의 예열 온도 및 마이그레이션(migration)의 현저한 증가로 인해 최종 압연 프로세스의 안정성이 불량하며, 높은 코일링 온도는 쉽게 적색 스케일 결함(red scale defects)을 야기한다는 것이다.
이상에 비추어, 본 발명자는, 전자기 성능을 개선하고, 철손을 감소시키며, 전기 강의 자기 유도를 개선하는 것을 목표로 하는, 우수한 자기 성능을 나타내는 신규의 무방향성 전기 강판을 설계하고, 이를 획득하고자 한다.
본 발명의 목적들 중의 하나는, 전자기 성능을 개선하고, 철손을 감소시키며, 무방향성 전기 강판의 자기 유도를 개선하는 것을 목표로 하는, 우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판을 제공하는데, 상기 무방향성 전기 강판은 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 추가적으로 다음의 화학 원소를 아래의 질량%로 포함한다.
0<C≤0.0015%, Si: 0.2-1.8%, Mn: 0.2-0.4%, Al: 0.2-0.6%, V: 0.002-0.005%, 및 N<0.002%.
바람직하게는, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판은, 다음의 화학 원소를 아래의 질량%로 포함한다.
0<C≤0.0015%, Si: 0.2-1.8%, Mn: 0.2-0.4%, Al: 0.2-0.6%, V: 0.002-0.005%, 및 N<0.002%; 그리고 Fe 및 불가피한 불순물인 잔부.
본 발명에 따른 무방향성 전기 강판을 위한 화학 원소는, 다음의 원리에 기초하여 설계된다.
C: 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, 강철 내의 C의 함량은 너무 높지 않아야 한다. 본 발명의 강판에 있어서, 강철 내의 C의 함량이 0.0015% 초과인 경우, C는 바람직하게는 Nb 및 Ti와 결합하여 미세한 치수를 갖는 개재물을 형성하고, 이는 강 손실(steel loss)의 증가를 초래할 것이다. 이러한 관점에 있어서, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서 C의 유익한 효과가 충분히 발휘되도록 하기 위해, C의 질량% 함량은 0<C≤0.0015%로 제어된다.
Si: 본 발명에 있어서, Si는, 중간 함량 내지 낮은 함량으로 무방향성 전기 강판에 첨가된다. Si의 함량이 1.8% 초과인 경우, 상기 전기 강판의 제조 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 강철의 자기 유도를 현저하게 저하시킬 것이며, Si의 함량이 0.2% 미만인 경우, 철손을 효과적으로 감소시키는 효과가 달성될 수 없다. 이러한 관점에 있어서, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, Si의 질량% 함량은 0.2% 내지 1.8%로 제어된다.
Mn: 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에 있어서, MnS를 형성하기 위해 적당한 양의 Mn이 S와 함께 첨가되며, 이는 형태(morphology) 및 개재물의 개수를 제어하는 데 유익하고, 자기 성능에 대한 악영향을 효과적으로 감소시킬 수 있어서, 0.2% 이상의 Mn을 첨가하는 것이 필요하며, 다른 한편으로는, 첨가된 Mn의 함량이 0.4% 초과인 경우, 재결정 텍스처(recrystallization texture)는 악화될 것이며, 전기 강판의 자기 유도는 감소될 것이다. 이상에 대한 관점에서 그리고 Mn의 유익한 효과 및 부정적 효과를 고려하면, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에 있어서, Mn의 질량% 함량은 0.2 내지 0.4%이다.
Al: 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에 있어서, 본 발명에 따른 강판을 위한 강철에 첨가되는 Al의 함량이 0.6% 초과인 경우, 전기 강판의 성능은 현저히 저하될 것이며, 다른 한편으로는, 강판에 첨가되는 Al의 함량이 0.2% 미만인 경우, 철손을 감소시키는 양호한 효과가 달성될 수 없다. 이러한 관점에 있어서, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, Al의 질량% 함량은 0.2% 내지 0.6%로 제어된다.
V: 종래의 기술에 있어서, V는 보통 무방향성 전기 강판에 유해한 원소로서 간주되며, V의 함량이 낮을수록 더 양호하다. 그러나, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, V는 중요하고 유익한 원소로서 사용된다. 유해한 개재물의 함량을 최대한 감소시키기 위해 종래의 기술들에서 V의 함량을 최대한 줄이는 것과는 달리, 본 발명에서는, 적절한 양의 V가 의도적으로 첨가되며, 제조 프로세스의 조정 및 N-함유 개재물의 유형과 개수의 제어와 조합하여, Nb, V 및 Ti의 무해한 처리가 최대 범위까지 실현된다. 이러한 방식으로, 우수한 자기 성능 및 개재물의 유형을 제어하기 위한 합리적인 전제 조건을 획득하는 데 유리한 화학 성분들의 매칭(matching) 및 조합이 실현된다.
본 발명에 따른 기술적 해법에 있어서, 강철 내의 V의 함량이 0.002% 미만인 경우, C 및 N을 고정시키는 양호한 효과가 달성될 수 없으며, V의 개재물은 다양하고 크기가 작게 되며, 다른 한편으로는, 강철 내의 V의 함량이 너무 높고, 0.005%를 초과하는 경우, C 및 N과 함께 V에 의해 형성되는 개재물의 개수가 크게 증가할 것이며, 이는 입자 성장을 강력하게 방해하고, 강철의 자기 성능을 저하시킬 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서 V의 유익한 효과가 발휘되도록 하기 위해, V의 질량% 함량은 0.002% 내지 0.005%로 제어된다.
N: 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, 유해한 불순물 원소로서, N의 함량은 너무 높지 않아야 한다. 강철에서의 N의 함량이 0.002% 초과인 경우, Nb, V, Ti, Al 및 다른 원소와 함께 N에 의해 형성되는 개재물의 개수가 크게 증가하여, 입자 성장을 강력하게 방해하고 강철의 자기 성능을 저하시킨다. 이러한 관점에 있어서, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, N의 질량% 함량은 N<0.002%를 충족하도록 제어된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, 불가피한 불순물 중에서, Nb 및 Ti는 Nb≤0.002%, 및 Ti≤0.002%를 충족한다.
본 발명의 전술한 기술적 해법에 있어서, Nb 및 Ti 양자 모두는 강철의 불가피한 불순물 원소이며, 강철의 불순물 원소의 함량은, 기술적 조건이 허용하는 경우, 가능한 한 낮게 제어되어야 한다.
Nb: 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, Nb의 함량이 0.002% 초과인 경우, 강철 내의 NbN 개재물이 비정상적으로 증가하여, 이로 인해 완성된 강판의 철손이 급격하게 증가하는 결과를 초래한다. 따라서, 본 발명에 있어서, 불순물 원소 Nb는, Nb≤0.002%를 만족시키기 위해 엄격하게 제어될 필요가 있다.
Ti: 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, Ti의 함량이 0.002% 초과인 경우, 강철 내의 TiN 개재물이 비정상적으로 증가하여, 이로 인해 완성된 강판의 철손이 급격하게 증가하는 결과를 초래한다. 따라서, 본 발명에 있어서, 불순물 원소 Ti는, Ti≤0.002%를 만족시키기 위해 엄격하게 제어될 필요가 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판은, 주된 개재물로서 N-함유 개재물을 포함하며, 상기 N-함유 개재물은, 개별적인 VN 및 AlN 및/또는 복합물인 VN, AlN, NbN 및 TiN을 포함한다.
"복합물"과 관련하여, 용어 "개별적인"은 상이한 개재물들이 상호 도핑되지 않은 상태를 지칭한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, N-함유 개재물은 200 내지 500 nm의 크기를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, VN 대 N 함유 개재물의 체적 분율비는 0.85 이상이다.
본 발명에 있어서, 유익한 원소인 V의 함량은, 미세한 크기의 NbN 및 TiN 개재물 대신에 비교적 가능한 최대로 큰 크기의 VN 개재물을 형성하기 위해, 0.002% 내지 0.005%로 제어된다. 본 발명에서, Nb, V, Ti의 미세한 크기의 NbN 함유 개재물, TiN 함유 개재물, C 함유 개재물 등의 형성을 방지하기 위해, C의 함량은 엄격하게 0<C≤0.0015%로 제한되고, 실제 생산 프로세스에서, C의 함량은, 제조 난이도의 관점에서, 보다 바람직하게는 0<C≤0.0010%로 제어될 수 있다. 전술한 화학 원소들의 조건 및 강철에서의 Al의 함량이 0.2 내지 0.6%인 조건 하에서, N 함유 개재물은 완성된 강판의 자기 성능을 제한하는 주요 인자가 된다.
따라서, 본 발명에서, 바람직하게는, 비-VN 유형 개재물의 발생을 감소시키기 위해, 강철 내의 VN 대 N-함유 개재물의 체적 분율비를 0.85 이상으로 제한할 필요가 있다. 여기에서의 조정의 주요한 원리는, 강철에서 V의 함량을 조절하는 것이며, 이에 의해 강철에서의 모든 N-함유 개재물에서의 VN-함유 개재물의 비율을 조절하는 것이다. 추가적으로, 0.2% 내지 0.6%인, 강철 내의 Al의 높은 함량으로 인해, 다수의 AlN 개재물이 강철 내에 형성될 수 있다. 충돌, 결합 및 부동(floating) 이후에, 비교적 작은 크기의 AlN 개재물은 강철에 남아 VN 개재물과 결합할 수 있으며, 이에 따라 복합 개재물의 크기를 증가시키고 복합 개재물로 인해 야기되는 악영향을 감소시킨다.
따라서, 강철 내에 형성되는 VN 개재물의 개수가 너무 적으면, AlN 개재물과의 합성 효과가 달성될 수 없다. 이러한 경우에 있어서, AlN 개재물은 크기가 작고, 부동에 의해 제거될 수 없으며, 강철 내에 남게 되고, VN 개재물의 개수가 너무 많으면, AlN 개재물과의 합성에 더하여, 개별적인 AlN이 강철에 남게 되며, VN 개재물의 개수 증가에 따라 VN 개재물에 의해 야기되는 악영향은 증가할 것이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서, 철손 P15/50은 4.2 W/kg 이하이고, 자기 유도 B50은 1.73T 이상이다.
이에 따라, 본 발명의 또 다른 목적은, 간단하고 실현 가능하며 우수한 자기 성능을 갖는, 전술한 무방향성 전기 강판을 위한 제조 방법을 제공하는 것이다. 이러한 제조 방법에 의해, 우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판이 획득될 수 있으며, 상기 전기 강판은 4.2W/kg 이하의 철손 P15/50 및 1.73T 이상의 자기 유도 B50를 나타낸다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 다음의 단계를 포함하는, 우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판을 위한 제조 방법을 제공한다.
(1) 제련 및 주조 단계.
(2) 열간 압연 단계로서, 열간 압연 이후에 얻어지는 강철 코일은 노멀라이징 어닐링(normalizing annealing) 또는 커버 어닐링(cover annealing)을 거치지 않고, 바로 다음 단계에 도입되는 것인 단계.
(3) 산세척된(acid pickled) 강판을 얻기 위한 산세척 단계.
(4) 냉간 압연 강판을 얻기 위한 냉간 압연 단계.
(5) 연속 어닐링 단계로서, 상기 냉간 압연 강판은, 50 내지 5000 ℃/s의 가열 속도로 목표 숙성 온도(target soaking temperature)로 급속 가열되는 것인 단계.
본 발명에 있어서, 본 발명자는 강철의 화학적 조성의 설계를 최적화하고, 합리적인 제조 프로세스를 정의한다. 제련 및 주조 후에 얻어지는 연속 주조 슬래브는 열간 압연 이후에 노멀라이징 어닐링 또는 커버 어닐링을 필요로 하지 않고, 상기 연속 주조 슬래브는, 바로 산세척 및 냉간 압연을 거친 이후에, 급속 가열 기능을 갖는 전자기 유도 장치 내에서 연속적으로 어닐링될 수 있어서, 본 발명의 설계에 의해 요구되는 전자기 성능이 달성될 수 있게 된다. 본 발명에 있어서, 강철의 제조 비용 및 기술적 난이도를 증가시키지 않는 원리를 이용하면, 열간 압연, 산세척, 및 냉간 압연에 대한 특별한 요건이 존재하지 않는다.
종래의 기술에서, 비록 노멀라이징 어닐링 또는 커버 어닐링을 요구하지 않는 일부 기술적 해법이 존재하지만, 이러한 기술적 해법에 의해 준비되는 강철은 대부분 고실리콘강(high-silicon steel)이며, 이러한 강철에서의 Si의 함량은 높다는 것에 주목해야 하고. 이상에 설명된 통상적인 기술과는 달리, 본 발명의 강철에서의 Si는 단지 0.2 내지 1.8%이어서, 중간실리콘강(medium silicon steel) 내지 저실리콘강(low silicon steel)이며, 중간실리콘강 내지 저실리콘강이 사용되는 경우 노멀라이징 어닐링 또는 커버 어닐링이 요구되지 않는다.
본 발명의 제강 프로세스에 있어서, 강철의 화학적 조성을 설계할 때 엄격한 제어가 요구되며, 강철 내의 V의 함량은 특히 제어되어야 한다. 제련 및 주조 이후에 강철 잉곳이 얻어질 수 있으며, 열간 압연 이후에, 상기 강철 잉곳은 노멀라이징 어닐링 또는 커버 어닐링을 필요로 하지 않고, 산세척 및 녹 제거 처리 이후에, 산세척된 강은, 한 번에 목표 냉간 압연 두께로 냉간 압연될 수 있고, 급속 가열 기능을 갖는 전자기 유도 장치 내에서 연속적으로 어닐링되며, 어닐링 분위기는 H2 및 N2의 혼합 가스로 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 제조 방법의 단계(5)에 있어서, 급속 가열 기능을 갖는 전자기 유도 장치는 종방향 자력 또는 횡방향 자력에 국한되지 않지만, 전자기 유도 장치의 가열 용량은, 연속적인 어닐링 도중에, 목표 숙성 온도로 냉간 압연 강판을 신속하게 가열한다는 요건을 충족할 필요가 있다. 상기 목표 숙성 온도는 일반적으로 500 내지 1100℃일 수 있고, 가열을 위한 시작 온도는 숙성 온도 미만의 온도, 예컨대 실온일 수 있다. 본 발명에서의 냉간 압연 강판의 가열 속도는, 종래의 연속 어닐링 장비의 가열 속도보다 1 내지 30 ℃/s 만큼 더 높은, 50 내지 5000 ℃/s로 제어된다. 그러나, 일부 실시예에 있어서, 상기 가열 속도는, 완성된 강판의 생산 및 실제 품질 요건에 따라, 80 내지 550 ℃/s로 제어될 수 있다.
가스 및(또는) 전기 가열, 저속 가열(일반적으로 30 ℃/s 미만)을 사용하는 종래의 어닐링 방법과 비교하면, 본 발명은, 연속적인 어닐링을 위해 급속 가열 기능을 갖는 전자기 유도 가열 장치를 채택하여, 단시간에 규정된 목표 숙성 온도로의 냉간 압연 강판의 신속한 가열을 실현한다. 급속 가열을 사용하는 목적은, 연속적인 어닐링 도중에 냉간 압연 강판의 회복(recovery)을 효과적으로 억제하여, 냉간 압연 강판의 잔류 변형 에너지 저장분이 재결정화 이전에 상당히 증가될 수 있도록 하는 것이고, 이는, 핵형성을 위한 구동력의 축적 및 증가를 유발할 수 있으며, 큰 각도의 입자 경계의 이동 및 핵형성을 촉진할 수 있다. 동시에, 결정 핵의 바람직한 배향도 또한 감소되며, 최종적으로 <111>//ND 재결정 텍스처 성분 강도가 감소될 수 있다. 따라서, 연속적인 어닐링 방법은, 강철이 더 높은 자기 유도 및 더 낮은 철손을 나타내도록 할 수 있다.
냉간 압연 강판의 급속 가열 및 연속 어닐링 도중에, 핵형성 및 성장을 위한 구동력을 더욱 증가시키기 위해, 최종 재결정 효과를 개선하고 제어하기 위해, 그리고 연속적인 어닐링 이후에 조대 입자 구조와 낮은 비율의 유해 입자 배향을 보장하기 위해, 또한, 급속 가열 어닐링의 가열 속도를 50 ℃/s 내지 5000 ℃/s로 적절하게 제한하는 것이 필요하다. 급속 가열의 가열 속도가 너무 느리고 가열 속도가 50 ℃/s 미만인 경우, 냉간 압연 변형의 에너지 저장분이 너무 빨리 방출되며, 이는 후속하는 유리한 텍스처 제어에 도움이 되지 않고, 급속 가열 속도가 너무 빠르고 가열 속도가 5000 ℃/s 초과인 경우, 장비 용량에 대한 요건이 너무 높으며, 비용이 고가이고, 이는, 냉간 압연 스트립이 고온 스테이지에 너무 오래 체류하게 하여 불량한 입자 구조 균일도를 초래할 것이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 단계(5)에서, 목표 숙성 온도는 500 내지 1100 ℃이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 단계 (5)에서, 냉간 압연 강판은, 80 내지 550 ℃/s의 가열 속도로 목표 숙성 온도까지 신속하게 가열된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 단계 (2)에서, 열간 압연 도중에, 주조 슬래브가 노 내에 체류하는 시간은 120 내지 360 분으로 제어되고, 초기 압연 온도는 1000 내지 1250 ℃로 제어되며, 최종 압연 온도는 650 내지 1000 ℃로 제어되고, 코일링 온도는 550 내지 950 ℃로 제어된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 단계(2)에서, 열간 압연 강판의 목표 두께는 0.8 내지 3.5 mm로 제어되며, 단계(4)에서, 산세척된 강판은 한번에 목표 냉간 압연 두께로 냉간 압연된다.
종래의 기술과 비교하면, 본 발명에 따라 우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판 및 이를 위한 제조 방법은 다음과 같은 장점 및 유익한 효과를 갖는데, 종래의 기술과는 달리, 본 발명의 제강 과정에서, V는 유익한 원소로서 취해지고, V의 함량은 의도적으로 조정된다.
본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에 있어서, 본 발명자는 화학 원소 조성비를 최적화하고, 제련 및 주조 이후에 얻어지는 연속 주조 슬래브는 노멀라이징 어닐링 또는 커버 어닐링을 필요로 하지 않으며, 냉간 압연된 강판이 비교적 빠른 가열 속도로 목표 숙성 온도까지 신속하게 가열되게 보장하기 위해, 산세척 및 냉간 압연된 직후에 신속하게 가열될 수 있어서, 이에 따라 본 발명에서 설계되는 전자기 성능 요건이 달성될 수 있다.
본 발명의 화학 원소 설계 아이디어는 종래의 기술과는 완전히 다르며, 전술한 제조 방법은 간단하고 실현 가능하며, 이에 따라 제작되는 무방향성 전기 강판은 높은 자기 유도 및 낮은 철손의 특성을 갖고, 상기 철손 P15/50은 4.2W/kg 이하이며, 상기 자기 유도 B50은 1.73T 이상이다.
도 1은, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서의, 완성된 강판의 철손 P15/50과, 강철 내에서의 질화바나듐(VN) 대 N-함유 개재물의 체적 분율비(volume fraction ratio) 사이의 관계를 개략적으로 도시한다.
도 2는, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서의, 급속 가열의 가열 속도와 완성된 강판의 자기 유도 B50 사이의 관계를 개략적으로 도시한다.
도 3은, 예 3의 완성된 무방향성 전기 강판의 미세 구조의 사진이다.
도 4는, 비교예 2의 비교 강철의 미세 구조의 사진이다.
본 발명에 따른 우수한 자기 성능을 갖는 무방향성 전기 강판 및 이를 위한 제조 방법이, 첨부 도면 및 특정 예를 참조하여 추가로 설명되고 제시될 것이다. 그러나, 이러한 설명 및 예시는, 본 발명의 기술적 해법에 대한 부당한 제한을 구성하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
예 1 내지 예 6 및 비교예 1 내지 비교예 3
예 1 내지 예 6의 무방향성 전기 강판 및 비교예 1 내지 비교예 3의 비교 강판의 화학 원소들의 질량%가 표 1에 제시되어 있다.
[표 1] (중량%, 잔부는 Fe이며, Nb 및 Ti 이외의 다른 불가피한 불순물이 존재함)
예 1 내지 예 6의 무방향성 전기 강판 및 비교예 1 내지 비교예 3의 비교 강판은 모두 다음 단계에 의해 준비되었다.
(1) 표 1에 제시된 화학적 조성을 이용하여 강 재료의 제련 및 주조를 수행하는 단계로서, 제강 프로세스에서, 설계된 목적을 달성하기 위해 탈탄(decarburization)이 우선시되며, 이어서 탈산 및 합금화가 수행되고, V의 함량은, 화학적 조성 설계 요건을 만족시키는 용융 강을 얻기 위해, 강철 재료에서의 C, N, Nb 및 Ti의 함량에 따라 목표 범위로 조정되며, 이때, 상기 용융 강은 특정 크기를 갖는 강철 잉곳으로 주조되는 것인 단계.
(2) 열간 압연 단계로서, 열간 압연 도중에, 상기 강철 잉곳을 주조함으로써 얻어지는 슬래브의 체류 시간이 120 내지 360 분으로 제어되고, 초기 압연 온도는 1000 내지 1250 ℃로 제어되며, 최종 압연은 650 내지 1000 ℃로 제어되고, 코일링 온도는 550 내지 950 ℃로 제어되고, 상기 열간 압연은 2회 내지 8회의 패스(pass)로 수행되며, 열간 압연 강판의 목표 두께는 0.8 내지 3.5 mm로 제어되고, 열간 압연 이후에 얻어지는 강철 코일은 노멀라이징 어닐링 또는 커버 어닐링을 거치지 않고 다음 단계로 직접 도입되는 것인 단계.
(3) 산세척된 강판을 얻기 위해 산세척을 수행하는 단계.
(4) 산세척된 강판의 냉간 압연 단계로서, 산세척된 강판은, 한 번에 0.50 mm의 목표 냉간 압연 두께로 냉간 압연되는 것인 단계.
(5) 연속 어닐링 단계로서, 냉간 압연된 강판은, 전자기 유도 급속 가열 장치를 갖춘 연속 어닐링 장비에 의해, 50 내지 5000 ℃/s의 가열 속도로, 실온으로부터 500 내지 1100 ℃의 목표 숙성 온도로 급속히 가열되고, 예를 들어 10 내지 120 초의 기간 동안 숙성되며, 상기 가열 속도는 더욱 바람직하게는 80 ℃/s 내지 550 ℃/s로 제어될 수 있고, 상기 어닐링 도중에, 어닐링 분위기는 H2 및 N2의 혼합된 가스로 제어될 수 있는 것인 단계.
본 발명에서, 예 1 내지 예 6의 화학적 조성 및 관련 프로세스 파라미터는 모두 본 발명의 설계 사양의 제어 요건을 충족한다는 점을 유념해야 한다. 그러나, 비교예 1 내지 비교예 3에서는, 적어도 하나의 화학적 조성 또는 프로세스 파라미터가 본 발명의 설계 요건을 충족하지 않는다.
전술한 제조 공정에서의 예 1 내지 예 6의 무방향성 전기 강판 및 비교예 1 내지 비교예 3의 비교 강판의 특정 프로세스 파라미터가 표 2에 제시되어 있다.
[표 2]
예 1 내지 예 6의 무방향성 전기 강판 및 비교예 1 내지 비교예 3의 비교 강판의 완제품은, 각각, 샘플링되었으며, 관찰 및 분석되었다. 상기 예의 강 및 상기 비교예의 강에는 개재물이 존재하며, 주요 개재물은 N-함유 개재물인 것으로 확인되었다. 추가적인 분석 및 테스트를 통해, 상기 예의 강판 및 상기 비교예의 강판에서의 N-함유 개재물의 평균 크기 및 특정 조성을 획득하였으며, 관련 관찰 및 분석 결과가 아래의 표 3에 열거된다.
[표 3]
전술한 개재물에 대한 관찰 및 분석이 완료된 이후에, 예 1 내지 예 6의 무방향성 전기 강판 및 비교예 1 내지 비교예 3의 비교 강판을 다시 샘플링하고, 상기 강판의 자기 유도 B50 및 철손 P15/50을 테스트하였으며, 테스트 결과는 아래의 표 4에 열거된다.
관련 성능 테스트 절차는 다음과 같다.
자기 유도 B50 시험: 국가 표준 GB/T 3655-2008에 따라, 철손 성능 시험은 엡스타인 프레임 방법에 의해 수행되었다. 테스트 온도는 20 ℃의 일정한 온도였고, 샘플 크기는 30 mm×300 mm이었으며, 타겟 질량은 0.5 kg이었다. 상기 예 및 상기 비교예의 강판들의 자기 유도 B50가 본 시험을 통해 얻어졌다.
철손 P15/50 시험: 국가 표준 GB/T 3655-2008에 따라, 철손 성능 시험은 엡스타인 프레임 방법에 의해 수행되었다. 테스트 온도는 20 ℃의 일정한 온도였고, 샘플 크기는 30 mm×300 mm이었으며, 타겟 질량은 0.5 kg이었다. 상기 예 및 상기 비교예의 철손 P15/50이 본 시험을 통해 얻어졌다.
상기 예 1 내지 예 6의 무방향성 전기 강판 및 상기 비교예 1 내지 비교예 3의 비교 강판의 자기 유도 B50 및 철손 P15/50의 테스트 결과가 표 4에 제시되어 있다.
[표 4]
상기 표 4에 제시한 바와 같이, 본 발명에서, 예 1 내지 예 6의 무방향성 전기 강판은, 1.74 내지 1.80 T의 범위에 속하는 자기 유도 B50 및 3.2 내지 4.2 W/kg의 범위에 속하는 철손 P15/50을 나타내는데, 이들 모두는 비교예 1 내지 비교예 3의 비교 강판의 자기 유도 및 철손보다 명백하게 우수하다. 비교예 1 내지 비교예 3은 본 발명의 기술적 해법에 명시된 조건을 충족하지 않기 때문에, 이에 의해 생성되는 기술적 효과는 본 발명의 기술적 효과보다 열등하다.
도 1은, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서의 완성된 강판의 철손 P15/50과, 강철에서의 VN 대 N-함유 개재물의 체적 분율비 사이의 관계를 개략적으로 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 강철에서의 VN 대 N-함유 개재물의 체적 분율비가 증가함에 따라, 통상적인 가열 및 급속 가열 양자 모두를 행하는 도중에 완성된 강판의 철손 P15/50이 감소하지만. 급속 가열되었던 완성된 강판의 철손 P15/50은 현저히 빠르게 감소하며, 강철에서의 VN 대 N-함유 개재물의 체적 분율비가 85% 이상에 도달하면, 급속 가열되었던 완성된 강판의 철손 P15/50은 4.2 W/kg 미만일 수 있고, 이는 본 발명의 설계 요건을 충족한다.
도 2는, 본 발명에 따른 무방향성 전기 강판에서의 급속 가열의 가열 속도와 완성된 강판의 자기 유도 B50 사이의 관계를 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무방향성 전기 강판에서의 급속 가열의 가열 속도가 증가함에 따라, 완성된 무방향성 전기 강판의 자기 유도가 점진적으로 증가하고, 50 내지 5000 ℃/s의 범위 내에서 안정적으로 유지되며, 설계 하한이 1.73T인 본 발명의 제어 요건을 충족하고, 5000 ℃/s를 초과한 이후에, 완성된 무방향성 전기 강판의 자기 유도는 1.73T의 상기 제어 하한보다 낮게, 급속하게 악화되며, 본 발명에서 설계된 자기 유도에 관한 제어 요건을 충족하지 못한다.
도 3은, 예 3의 완성된 무방향성 전기 강판의 미세구조의 사진이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 예 3의 실시예에서, 무방향성 전기 강판의 미세구조는 완전히 재결정화되었으며, 재결정화된 입자들은 모두 조대하고 발전된 입자 크기를 갖는 비교적 균일한 등축 입자이다.
도 4는 비교예 2의 비교 강철의 미세 구조의 사진이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 비교예 2의 실시예에서, 비교 강철의 미세구조는 완전히 재결정화되었지만, 재결정화된 입자에서의 등축 입자의 비율은 낮고, 크기는 미세하며, 입자 크기 분포는 비교적 분산된다. 입자 크기가 더 큰 입자은 비정상적으로 성장된 "아일랜드 그레인(island grain)"이다.
본 발명의 다양한 특징들의 조합은, 청구범위 또는 실시예에서 설명된 것에 한정되지 않으며, 본 발명의 모든 특징들은, 서로 모순되지 않는 한, 자유롭게 조합되거나 또는 임의의 방식으로 조합될 수 있다는 것에 주목해야 한다.
또한, 이상에 제시된 예는 단지 본 발명의 특정 실시예라는 점에 주목해야 한다. 본 발명이 상기 예에 국한되지 않는다는 것은 명백하며, 본 발명의 개시에 기초하여 용이하게 실시 또는 대체하기 위한 유사한 변형 또는 수정은 당업자에게 명백할 것이고, 이들 모두는 청구범위의 범위 내에 속한다.

Claims (10)

  1. 무방향성 전기 강판으로서,
    상기 무방향성 전기 강판은 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    추가적으로, 다음의 화학 원소를 아래의 질량%로 포함하며, 즉
    0<C≤0.0015%;
    Si: 0.2-1.8%;
    Mn: 0.2-0.4%;
    Al: 0.2-0.6%;
    V: 0.002-0.005%; 및
    N<0.002%
    를 포함하는 것인 무방향성 전기 강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무방향성 전기 강판은 다음의 화학 원소를 아래의 질량%로 포함하며, 즉
    0<C≤0.0015%;
    Si: 0.2-1.8%;
    Mn: 0.2-0.4%;
    Al: 0.2-0.6%;
    V: 0.002-0.005%; 및
    N<0.002%
    를 포함하고,
    잔부는 Fe 및 불가피한 불순물인 것인, 무방향성 전기 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 불가피한 불순물은 Nb<0.002% 및 Ti<0.002%를 만족하는 것인, 무방향성 전기 강판.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무방향성 전기 강판은, 주요한 개재물(inclusion)로서, N-함유 개재물을 포함하고, 상기 N-함유 개재물은, 개별적인 VN, AlN, 및/또는 복합물인 VN, AlN, NbN 및 TiN을 포함하는 것인, 무방향성 전기 강판.
  5. 제4항에 있어서, 상기 N-함유 개재물은 200 내지 500 nm의 크기를 갖는 것인, 무방향성 전기 강판.
  6. 제4항에 있어서, 상기 무방향성 전기 강판은, VN 대 N-함유 개재물의 체적 분율비가 0.85 이상인 것인, 무방향성 전기 강판.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무방향성 전기 강판은 4.2W/kg 이하의 철손 P15/50 및 1.73T 이상의 자기 유도 B50을 나타내는 것인, 무방향성 전기 강판.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 무방향성 전기 강판을 위한 제조 방법으로서, 다음 단계,
    (1) 제련 및 주조 단계;
    (2) 열간 압연 단계로서, 열간 압연 이후에 획득되는 강철 코일이 노멀라이징 어닐링(normalizing annealing) 또는 커버 어닐링(cover annealing)을 거치지 않고서 바로 다음 단계로 진입되는 것인, 단계;
    (3) 산세척된 강판을 얻기 위한 산세척 단계;
    (4) 냉간 압연 강판을 얻기 위해 상기 산세척된 강판을 냉간 압연하는 단계; 및
    (5) 연속 어닐링 단계로서, 상기 냉간 압연된 강판은 50 내지 5000 ℃/s의 가열 속도로 목표 숙성 온도(target soaking temperature)로 가열되는 것인, 단계
    를 포함하는 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 단계(5)는, 아래의 조건, 즉
    상기 목표 숙성 온도는 500 내지 1100 ℃인 것;
    상기 냉간 압연된 강판은, 80 내지 550 ℃/s의 가열 속도로 목표 숙성 온도로 가열되는 것
    중 적어도 하나를 만족하는 것인 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 단계(2)는, 아래의 조건, 즉
    열간 압연 도중에, 노에서 슬래브를 주조하는 시간이 120 내지 360 분으로 제어되고, 초기 압연 온도가 1000 내지 1250 ℃로 제어되며, 최종 압연 온도는 650 내지 1000 ℃로 제어되고, 코일링 온도(coiling temperature)는 550 내지 950 ℃로 제어되는 것;
    열간 압연된 강판은, 0.8 내지 3.5 mm의 목표 두께를 갖도록 제어되는 것; 및/또는
    상기 단계(4)에서, 산세척된 강판은 한 번에 목표 냉간 압연 두께로 냉간 압연되는 것
    중 적어도 하나를 만족하는 것인 제조 방법.
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