WO2024025245A1 - 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

무방향성 전기강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2024025245A1
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steel sheet
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electrical steel
annealing
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조한혁
강춘구
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현대제철 주식회사
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    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition

Definitions

  • the present invention relates to a non-oriented electrical steel sheet and a method of manufacturing the same, and more specifically to a non-oriented electrical steel sheet with improved magnetic properties and a method of manufacturing the same.
  • Electrical steel sheets can be divided into oriented electrical steel sheets and non-oriented electrical steel sheets depending on their magnetic properties.
  • Oriented electrical steel sheet is manufactured to facilitate magnetization in the rolling direction of the steel sheet and has particularly excellent magnetic properties in the rolling direction, so it is mainly used as the iron core of large, small and medium-sized transformers that require low core loss and high magnetic permeability.
  • non-oriented electrical steel sheets have uniform magnetic properties regardless of the direction of the steel sheet, so they are widely used as iron core materials for small electric motors, small power transformers, and stabilizers.
  • research is being conducted to reduce iron loss as much as possible in non-oriented electrical steel sheets.
  • EVs electric vehicles
  • non-oriented electrical steel which is the iron core material of the motor, has both high magnetic flux density and low iron loss.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a non-oriented electrical steel sheet that simultaneously satisfies high magnetic flux density and low iron loss.
  • the non-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention to solve the above problem has carbon (C): more than 0 and less than 0.003% by weight, silicon (Si): 2.0 to 4.0% by weight, and manganese (Mn): 0.1 to 0.5.
  • Weight% aluminum (Al): 0.3 to 0.9% by weight, phosphorus (P): more than 0 and less than 0.015% by weight, sulfur (S): more than 0 and less than 0.003% by weight, nitrogen (N): more than 0 and less than 0.003% by weight, Titanium (Ti): It is a non-oriented electrical steel sheet containing more than 0 and less than 0.003% by weight and the remaining iron (Fe) and other inevitable impurities, and satisfies Equation 1 below in the final microstructure.
  • [A] is the average number of secondary phase particles in the cross section of a steel plate with an area of 10 x 10 mm 2
  • [B] is the volume fraction of particles with an average size of 2 ⁇ m or more among the secondary phase particles (unit: %)value)
  • the thickness of the non-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention is 0.25 to 0.35 mm, the magnetic flux density (B 50 ) is 1.66T or more, and the iron loss (W 10/400 ) may be 12.5 W/Kg or less.
  • the average grain size of the non-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention may be 80 to 150 ⁇ m.
  • the method of manufacturing a non-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention to solve the above problem is (a) carbon (C): more than 0 and less than 0.003% by weight, silicon (Si): 2.0 to 4.0% by weight, manganese ( Mn): 0.1 to 0.5 wt%, Aluminum (Al): 0.3 to 0.9 wt%, Phosphorus (P): 0 to 0.015 wt%, Sulfur (S): 0 to 0.003 wt% or less, Nitrogen (N): 0 Providing a steel material consisting of 0.003% by weight or less of titanium (Ti): 0 and 0.003% by weight or less of iron (Fe) and other unavoidable impurities; (b) hot rolling the steel; (c) winding the hot-rolled steel and then performing preliminary annealing in the rolled-up state without cooling to room temperature; (d) cold rolling the pre-annealed steel; and (e) performing cold rolling annealing on
  • step (c) may include coiling at a coiling temperature (CT) of 550 to 650°C and annealing at 850 to 950°C for 10 to 30 hours.
  • CT coiling temperature
  • the preliminary annealing treatment may be performed in a batch annealing furnace (BAF: Batch Annealing Furnace) rather than in a continuous annealing device (APL: Annealing and Pickling Line).
  • BAF Batch Annealing Furnace
  • APL Annealing and Pickling Line
  • the hot rolling step includes reheating the steel under reheating temperature (SRT) conditions of 1110 to 1150°C, and hot rolling under finish rolling temperature (FDT) conditions of 860 to 900°C. It may include steps.
  • the step of performing the cold rolling annealing treatment includes annealing and cooling under the conditions of temperature increase rate: 10°C/s or more, annealing temperature: 900 to 1100°C, holding time: 30 to 120 seconds.
  • Speed May include cooling under conditions of 20°C/s or more.
  • the final microstructure achieved after performing steps (a) to (e) satisfies Equation 1 below.
  • [A] is the average number of secondary phase particles in the cross section of a steel plate with an area of 10 x 10 mm 2
  • [B] is the volume fraction of particles with an average size of 2 ⁇ m or more among the secondary phase particles (unit: %)value)
  • FIG. 1 is a flow chart schematically showing a method of manufacturing a non-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention.
  • a non-oriented electrical steel sheet and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
  • the terms described below are terms appropriately selected in consideration of their functions in the present invention, and definitions of these terms should be made based on the content throughout the present specification.
  • Non-oriented electrical steel sheets are manufactured through the following process: steelmaking/rolling ⁇ hot rolling ⁇ heat treatment ⁇ cold rolling ⁇ heat treatment and coating. By optimizing each process condition, electrical steel sheets with excellent magnetic properties can be manufactured.
  • Non-oriented electrical steel sheets are mainly used as materials for transformers and motors, which are rotating devices. Recently, due to environmental issues, demands for environmental preservation and improved energy efficiency are increasing. In particular, in automobiles, internal combustion engines are being distributed to electric vehicles and hybrid vehicles, and there is a need to improve the magnetic properties of non-oriented electrical steel sheets to improve the efficiency of electric vehicle driving motors. Non-oriented electrical steel sheets require magnetic properties with high magnetic flux density and low iron loss.
  • the thickness of the steel sheet In order to reduce iron loss in non-oriented electrical steel sheets, the thickness of the steel sheet must be reduced or the resistivity of the steel sheet must be increased. Reducing the thickness of steel sheets requires high production technology, and productivity decreases during the process. In motor core manufacturing, costs also increase during processing and lamination.
  • high alloy elements such as silicon (Si), aluminum (Al), and manganese (Mn) can be added.
  • Si silicon
  • Al aluminum
  • Mn manganese
  • the addition of these alloy elements makes cold rolling difficult. For example, in the general electrical steel sheet process, if the Si content exceeds 3.5% by weight, fracture occurs during cold rolling, so composition control is necessary. Additionally, in the non-oriented electrical steel sheet process, when Si exceeds 3.5% by weight, there is a problem in that the specific resistance cannot exceed 60 ⁇ cm.
  • Si, Al, and Mn which increase resistivity
  • Si, Al, and Mn which increase resistivity
  • APL Annealing and Pickling Line
  • the non-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention contains carbon (C): more than 0 and less than 0.003% by weight, silicon (Si): 2.0 to 4.0% by weight, manganese (Mn): 0.1 to 0.5% by weight, and aluminum (Al). ): 0.3 to 0.9% by weight, phosphorus (P): more than 0 and less than 0.015% by weight, sulfur (S): more than 0 and less than 0.003% by weight, nitrogen (N): more than 0 and less than 0.003% by weight, titanium (Ti): 0 Exceeding 0.003% by weight or less, the remainder consists of iron (Fe) and other unavoidable impurities.
  • Carbon (C) is an element that increases iron loss by forming carbides such as TiC and NbC.
  • Silicon (Si) is a major added element that increases resistivity and reduces eddy current loss. If the amount of silicon added is low, less than 2.0% by weight, it becomes difficult to obtain the desired low iron loss value, and as the amount added, permeability and magnetic flux density decrease. Additionally, if the amount of silicon added exceeds 4.0% by weight, brittleness increases, making cold rolling difficult and productivity decreasing.
  • Mn Manganese
  • the manganese content exceeds 0.5% by weight the reduction in iron loss is small compared to the addition amount, but cold rolling properties are significantly reduced.
  • Aluminum (Al) is a major added element that, along with silicon, increases resistivity and lowers eddy current loss. Aluminum meets nitrogen and induces AlN precipitation. If the aluminum content is less than 0.3% by weight, it is difficult to expect the above-mentioned effect, and if the aluminum content exceeds 0.9% by weight, cold rolling properties are reduced, magnetic flux density is reduced, and magnetic properties are deteriorated.
  • Phosphorus (P) greater than 0 and less than or equal to 0.015% by weight
  • Phosphorus (P) is a grain boundary segregation element that develops texture. If the phosphorus content exceeds 0.015% by weight, grain growth is suppressed due to the segregation effect, magnetic properties are deteriorated, and cold rolling properties are deteriorated.
  • S Sulfur
  • S Sulfur
  • Nitrogen (N) increases iron loss by forming precipitates such as AlN, TiN, and NbN, and suppresses grain growth, so its addition is limited to 0.003% by weight or less. If the nitrogen content exceeds 0.003% by weight, the problem of increased iron loss occurs.
  • Titanium (Ti) suppresses grain growth by forming fine precipitates such as TiC and TiN.
  • the magnetic properties deteriorate as titanium is added, so the addition is limited to as low as possible and limited to 0.003% by weight or less. If the titanium content exceeds 0.003% by weight, the problem of magnetic properties deterioration occurs.
  • the non-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention having the alloy element composition satisfies Equation 1 below in the final microstructure.
  • [A] is the average number of secondary phase particles in the cross section of a steel plate with an area of 10 x 10 mm 2
  • [B] is the volume fraction of particles with an average size of 2 ⁇ m or more among the secondary phase particles (unit: %) value.
  • the secondary phase particles may include inclusion particles and/or precipitate particles.
  • the non-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention having the above-described composition has a thickness of 0.25 to 0.35 mm, a magnetic flux density (B 50 ) of 1.66T or more, and a core loss (W 10/400 ) of 12.5 W/Kg or less. You can. Additionally, the average grain size of the non-oriented electrical steel sheet may be 80 to 150 ⁇ m.
  • the mechanical properties of non-oriented electrical steel are yield strength (YP): 400 MPa or more and tensile strength (TS): 500 MPa or more.
  • FIG. 1 is a flow chart schematically showing a method of manufacturing a non-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention.
  • the method for manufacturing a non-oriented electrical steel sheet is (a) carbon (C): more than 0 and 0.003% by weight or less, silicon (Si): 2.0 to 4.0% by weight, manganese ( Mn): 0.1 to 0.5 wt%, Aluminum (Al): 0.3 to 0.9 wt%, Phosphorus (P): 0 to 0.015 wt%, Sulfur (S): 0 to 0.003 wt% or less, Nitrogen (N): 0 Providing a steel material consisting of 0.003% by weight or less of titanium (Ti): 0 and 0.003% by weight or less of iron (Fe) and other unavoidable impurities (S10); (b) hot rolling the steel (S20); (c) winding the hot-rolled steel and then performing preliminary annealing in the rolled-up state without cooling to room temperature (S30); (d) cold rolling the pre-annealed steel (S40); and
  • the composition of the steel material in the step of providing the steel material (S10) was described in detail previously.
  • the steel may have the shape of a slab.
  • the step of hot rolling the steel (S20) may include reheating the steel under reheating temperature (SRT) conditions of 1110 to 1150°C and hot rolling under finish rolling temperature (FDT) conditions of 860 to 900°C. there is.
  • SRT reheating temperature
  • FDT finish rolling temperature
  • the slab reheating temperature exceeds 1150°C, precipitates such as carbon (C), sulfur (S), and nitrogen (N) in the slab are re-dissolved, and fine precipitates are generated during the subsequent rolling and annealing process, suppressing grain growth and reducing magnetism. It may deteriorate. If the slab reheating temperature is less than 1110°C, the rolling load increases.
  • the thickness of hot rolled steel can be 1.8 to 2.6 mm. As the thickness of the hot-rolled sheet increases, the cold rolling reduction rate increases and the texture becomes inferior, so it is desirable to set the thickness to 2.6 mm or less.
  • the step (S30) of performing preliminary annealing treatment in the coiled state without winding the hot rolled steel material to room temperature includes winding at a coiling temperature (CT) of 550 to 650°C and 10 minutes at 850 to 950°C. It may include annealing for ⁇ 30 hours. After the annealing heat treatment, the steel sheet is cooled to room temperature. Steel sheets cooled to room temperature are subjected to a subsequent cold rolling process after the oxide layer formed on the surface is removed through a pickling solution.
  • CT coiling temperature
  • CT coiling temperature
  • the annealing temperature is lower than 850°C or the annealing time is less than 10 hours even in the appropriate annealing temperature range (850 to 950°C)
  • fine inclusions such as carbides and nitrides are formed from the surface layer of the steel sheet, and the inclusions are sufficiently If it does not grow, the final product's magnetic properties will be inferior.
  • the grain growth is not sufficient, fine grains are formed, resulting in inferior magnetism in the final product.
  • the annealing temperature exceeds 950°C or the annealing time exceeds 30 hours even within the appropriate annealing temperature range (850 to 950°C), not only inclusion distribution but also grains grow excessively, resulting in severe grain size deviation and oxidation. This happens a lot and has a negative impact on the final product.
  • the APL (Annealing and Pickling Line) process of annealing and pickling a hot-rolled sheet has a temperature increase rate of 20°C/s or more, annealing temperature: more than 950°C to 1100°C or less, and holding time: 30°C. It may include annealing under the condition of ⁇ 120 seconds, cooling under the condition of cooling rate: 30°C/s or more, and pickling treatment.
  • the preliminary annealing treatment is not performed in a continuous annealing and pickling line (APL) but in a batch annealing furnace (BAF). ) is characterized in that it is performed in.
  • the entire coil is heated simultaneously due to the nature of the process in which each coil is charged into the furnace and processed, so material deviation may occur due to temperature deviation inside and outside the coil. Therefore, this temperature deviation can be minimized by applying a relatively long heat treatment time.
  • the batch annealing furnace (BAF) process can be performed in a 100% nitrogen atmosphere.
  • the advantage of the batch annealing furnace (BAF) process is that heat treatment conditions can be optimized according to the temperature and time characteristics when performing the heating, holding, and cooling annealing processes, and production costs are reduced compared to continuous annealing processes (APL, ACL, etc.). It has the advantage of saving money and reducing oxidation of steel sheets.
  • the cold rolling step (S40) includes cold rolling under the condition of a reduction ratio of 80 to 85%, and the thickness of the steel after cold rolling may be 0.35 mm or less.
  • Cold rolling is the final cold rolling of the pickled hot-rolled sheet to a thickness of 0.25 mm or more and 0.35 mm or less.
  • warm rolling can be performed by raising the plate temperature to 150 to 200°C.
  • the step of performing the cold rolled annealing treatment is the ACL (Annealing and Coating Line) step of final annealing the cold rolled sheet, temperature increase rate: 10°C/s or more, annealing temperature: 900 to 1100°C, holding time: 30 to 30°C. It may include annealing under the condition of 120 seconds and cooling under the condition of cooling rate: 20°C/s or more.
  • Cold rolling annealing is performed with the cold rolled sheet obtained after cold rolling.
  • the temperature that derives the optimal grain size is applied considering the improvement of iron loss and mechanical properties.
  • heating is performed under mixed atmosphere conditions to prevent surface oxidation and nitriding. The surface condition becomes smoother through a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen. If the cold rolling annealing temperature is less than 900°C, the grain size may be fine and hysteresis loss may increase, and if the cold rolling annealing temperature exceeds 1100°C, the grain size may become coarse and eddy current loss may increase.
  • a coating process can be performed after final annealing. This is done to improve punchability and secure insulation.
  • Equation 1 The final microstructure of the non-oriented electrical steel sheet implemented by performing the above-described steps satisfies Equation 1 below.
  • [A] is the average number of secondary phase particles in the cross section of a steel plate with an area of 10 x 10 mm 2
  • [B] is the volume fraction of particles with an average size of 2 ⁇ m or more among the secondary phase particles (unit: %) value.
  • the secondary phase particles may include inclusion particles and/or precipitate particles.
  • the non-oriented electrical steel sheet implemented by performing the above-described steps has a thickness of 0.25 to 0.35 mm, a magnetic flux density (B 50 ) of 1.66T or more, and an iron loss (W 10/400 ) of 12.5 W/Kg or less. Additionally, the average grain size of the non-oriented electrical steel sheet may be 80 to 150 ⁇ m.
  • the mechanical properties of non-oriented electrical steel are yield strength (YP): 400 MPa or more and tensile strength (TS): 500 MPa or more.
  • the composition of the non-oriented electrical steel sheet according to the experimental example is carbon (C): more than 0 and less than 0.003% by weight, silicon (Si): 2.0 to 4.0% by weight, manganese (Mn): 0.1 to 0.5% by weight.
  • Table 2 shows the process conditions and physical properties in the method of manufacturing a non-oriented electrical steel sheet according to an experimental example of the present invention.
  • the slab having the composition in Table 1 was heated to 1140°C and hot rolled at a finish rolling temperature of 880°C to produce a hot rolled sheet with a thickness of 2.0 mm.
  • heat treatment was continuously performed under various temperature conditions in Table 2.
  • cold rolling was performed to create a cold-rolled sheet with a thickness of 0.25 mm, and final annealing was performed at 975°C for 50 seconds.
  • the final product was manufactured through a coating process.
  • the final annealing atmosphere temperature was conducted in a mixed atmosphere of 30% hydrogen and 70% nitrogen.
  • the temperature increase rate was 20°C/s and the cooling rate was 30°C/s. Meanwhile, the distribution of inclusions in the final annealed material was observed for each specimen.
  • the iron loss and magnetic flux density values were measured in the L direction parallel to the rolling direction and the C direction perpendicular to the rolling direction using a SST (Single Sheet Tester) and then calculated as the average values.
  • the Z value is the calculation result of 0.00172 ⁇ [A] - 0.0266 ⁇ [B].
  • [A] is an indicator of the total number of inclusions in the final annealed material and is the average number of secondary phase particles in the cross section of the steel sheet with an area of 10 x 10 mm 2
  • [B] is the volume fraction of coarse inclusions. As an indicator, it is the volume fraction (unit: %) of particles with an average size of 2 ⁇ m or more among the secondary phase particles.
  • Experimental Examples 4, 7, and 10 are examples of the present invention and satisfy the conditions of annealing at 850 to 950°C for 10 to 30 hours in the batch annealing furnace (BAF) annealing (S30) step of Figure 1. do. In this case, it can be confirmed that the Z value is less than 2, and the iron loss (W 10/400 ) is less than 12.5W/Kg.
  • Experimental Examples 1 and 2 are not satisfactory as they fall below the annealing temperature range of 850 to 950°C in the batch annealing furnace (BAF) annealing (S30) step of FIG. 1, and Experimental Example 12 is not satisfied with the batch annealing of FIG. 1.
  • the annealing temperature range of 850 to 950°C is not satisfied and is therefore not satisfactory.
  • Experimental Examples 3, 6, and 9 satisfy the annealing temperature range of 850 to 950°C in the batch annealing furnace (BAF) annealing (S30) step of Figure 1, but are less than the annealing time of 10 to 30 hours.
  • Experimental Example 1 Experimental Example 2, Experimental Example 3, Experimental Example 5, Experimental Example 6, Experimental Example 8, Experimental Example 9, and Experimental Example 11 are the same as those of the above Examples (Experimental Example 4, Experimental Example 7).
  • the average number of secondary phase particles is large compared to Experimental Example 10).
  • Experimental Examples 1, 2, and 12 did not satisfy the annealing temperature range of 850 to 950°C, and compared to the above Examples (Experimental Examples 4, 7, and 10), the average secondary phase particles The volume fraction of particles larger than 2 ⁇ m is low.
  • the non-oriented electrical steel sheet and its manufacturing method according to the technical idea of the present invention have been described.
  • the hot rolled annealing heat treatment process is performed in a batch annealing furnace (BAF: Batch Annealing Furnace) rather than in a continuous annealing device (APL: Annealing and Pickling Line), but by adjusting the appropriate temperature and holding time. It was confirmed that the structure can be controlled and the magnetic properties of the final annealed material can be improved.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 탄소(C): 0 초과 0.003 중량% 이하, 실리콘(Si): 2.0 ~ 4.0 중량%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.3 ~ 0.9 중량%, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.003 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.003 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판이며, 최종 미세조직에서 하기 수식1을 만족한다. 수식1: 0.00172[A] - 0.0266[B] < 2.0 (단, 상기 [A]는 10 x 10 mm2 면적의 강판 단면에서의 이차상 입자의 평균 개수이고, 상기 [B]는 상기 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율(단위: %)값임)

Description

무방향성 전기강판 및 그 제조 방법
본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기 특성을 개선한 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기강판은 자기 특성에 따라서 방향성 전기강판과 무방향성 전기강판으로 나눌 수 있다. 방향성 전기강판(oriented electrical steel sheet)은 강판의 압연방향으로 자화가 용이하도록 제조하여 압연 방향으로 특히 우수한 자기 특성을 가지므로, 저철손, 고투자율이 요구되는 대형, 중소형 변압기의 철심으로 주로 사용된다. 이에 반하여, 무방향성 전기강판(non-oriented electrical steel sheet)은 강판의 방향에 관계없이 균일한 자기특성을 가지므로, 소형 전동기나 소형 전원 변압기, 안정기 등의 철심 재료로 널리 사용되고 있다. 최근 에너지 절약의 차원에서 전기 기기의 효율을 높이고 소형화하려는 추세에 따라, 무방향성 전기강판에 있어서도 철손을 최대한 낮추기 위한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, 지구온난화 방지를 위한 이산화탄소 배출량의 저감 정책에 의하여 기존의 내연기관 자동차가 전기자동차(EV)로 빠르게 대체되고 있다. 전기자동차(EV)는 저속 또는 가속 시에는 큰 토크를 내어야 하고, 정속 및 고속 주행 시에는 고속회전(200Hz이상)하기 때문에, 모터의 철심 재료인 무방향성 전기강판은 높은 자속밀도와 낮은 철손을 동시에 만족해야 한다.
선행기술문헌으로 대한민국 특허공개번호 제2015-0001467A호가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 높은 자속밀도와 낮은 철손을 동시에 만족하는 무방향성 전기강판을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 탄소(C): 0 초과 0.003 중량% 이하, 실리콘(Si): 2.0 ~ 4.0 중량%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.3 ~ 0.9 중량%, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.003 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.003 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판이며, 최종 미세조직에서 하기 수식1을 만족한다.
수식1: 0.00172[A] - 0.0266[B] < 2.0
(단, 상기 [A]는 10 x 10 mm2 면적의 강판 단면에서의 이차상 입자의 평균 개수이고, 상기 [B]는 상기 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율(단위: %)값임)
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 무방향성 전기강판의 두께는 0.25 ~ 0.35mm이며, 자속밀도(B50)는 1.66T 이상이고, 철손(W10/400)은 12.5W/Kg이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 무방향성 전기강판의 평균 결정립 입경은 80 ~ 150㎛일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0 초과 0.003 중량% 이하, 실리콘(Si): 2.0 ~ 4.0 중량%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.3 ~ 0.9 중량%, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.003 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.003 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공하는 단계;(b) 상기 강재를 열간 압연하는 단계; (c) 상기 열간 압연된 강재를 권취한 후 상온으로 냉각하지 않고 권취된 상태로 예비 소둔 처리를 수행하는 단계; (d) 상기 예비 소둔 처리된 강재에 대하여 냉간 압연하는 단계; 및 (e) 상기 냉간 압연된 강재에 대하여 냉연 소둔 처리를 수행하는 단계;를 포함한다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법에서, 상기 (c) 단계는 550 ~ 650℃의 권취 온도(CT)에서 권취하는 단계 및 850 ~ 950℃에서 10 ~ 30시간 동안 어닐링 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법에서, 상기 예비 소둔 처리는 연속 소둔 장치(APL: Annealing and Pickling Line)에서 수행되지 않고 배치 어닐링 퍼니스(BAF: Batch Annealing Furnace)에서 수행될 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법에서, 상기 열간 압연하는 단계는 상기 강재를 1110 ~ 1150℃의 재가열온도(SRT) 조건으로 재가열하는 단계, 860 ~ 900℃의 마무리 압연 온도(FDT) 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법에서, 상기 냉연 소둔 처리를 수행하는 단계는 승온 속도: 10℃/s 이상, 어닐링 온도: 900 ~ 1100℃, 유지 시간: 30 ~ 120초의 조건으로 어닐링 하는 단계 및 냉각 속도: 20℃/s 이상인 조건으로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법에서, 상기 (a) 내지 (e) 단계를 수행한 후 구현된 최종 미세조직은 하기 수식1을 만족한다.
수식1: 0.00172[A] - 0.0266[B] < 2.0
(단, 상기 [A]는 10 x 10 mm2 면적의 강판 단면에서의 이차상 입자의 평균 개수이고, 상기 [B]는 상기 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율(단위: %)값임)
본 발명의 실시예에 따르면, 높은 자속밀도와 낮은 철손을 동시에 만족하는 무방향성 전기강판과 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 무방향성 전기강판의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
일반적으로 무방향성 전기강판의 자기적 특성에 영향을 미치는 요인으로는 화학적 조성, 강판의 두께, 미세조직, 절연 코팅층 그리고 집합조직 등이 있다. 이러한 다양한 요인들은 무방향성 전기강판 제조 공정 조건에 영향을 받는다. 무방향성 전기강판은 제강/연주→열연→열처리→냉연→열처리 및 코팅의 과정을 거쳐 제조되고 있으며, 이러한 각각의 공정조건 최적화를 통하여 우수한 자기적 특성을 가지는 전기강판을 제조할 수 있다.
무방향성 전기강판은 주로 변압기 및 회전 기기인 모터 등의 소재로 사용되고 있다. 최근, 환경 이슈로 인하여 환경보존 및 에너지효율 향상에 대한 요구가 증대되고 있다. 특히 자동차에서는 내연기관에서 전기 자동차 및 하이브리드 자동차로 보급되고 있으며, 전기 자동차 구동용 모터의 효율 향상에 대한 무방향성 전기강판의 자기적 특성 향상이 요구 되고 있다. 무방향성 전기강판에서는 높은 자속밀도와 낮은 철손을 가지는 자기적 특성이 요구되고 있다.
무방향성 전기강판에서 철손을 감소시키기 위해서는 강판 두께를 감소시키거나 강판의 비저항을 증가시켜야 한다. 강판 두께를 낮게 하려면 높은 생산 기술이 요구되며, 공정 중 생산성이 저하되게 된다. 모터 코어 제작에서도 가공 및 적층시에도 비용이 증가하게 된다. 강판의 비저항을 높이기 위해 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 망간(Mn) 등 고합금 원소를 첨가할 수 있다. 하지만 이러한 합금 원소의 첨가는 냉간 압연을 어렵게 하는바, 예를 들어, 일반 전기강판 공정에서는 Si의 함량이 3.5중량%를 초과하는 경우 냉간 압연중 파단이 일어나게 되어 성분 조절이 필요하다. 또한, 무방향성 전기강판 공정에서 Si이 3.5 중량%를 넘는 경우 고유저항이 60 μΩ·㎝를 넘을 수 없는 문제점이 있다.
고효율 전기 자동차용 무방향성 전기강판이 요구하는 높은 자속밀도와 낮은 철손을 만족하며, 비저항을 높이기 위해서는, 최적의 합금 조절과 고도의 공정 기술이 필요하다.
최적의 합금 조절 측면에서는 비저항을 높이는 Si, Al, Mn이 주요 합금 원소이며, 이 합금들의 조합 뿐만 아니라 냉간 압연성을 향상 시킬 수 있는 Cr, Cu, Ni 등의 원소들이 고려되고 있으나 자기적 성질 및 기계적 성질을 변화시키므로 최적의 조건을 찾는데 어려움이 있다.
무방향성 전기강판의 제조 공정 측면에서는 3.5중량%를 초과하는 실리콘을 함유하는 무방향성 전기강판의 자속밀도와 철손을 향상시키기 위해서는 APL(Annealing and Pickling Line, 소둔 및 산세 라인) 공정이 필수적이라고 알려져 있다. 가열 속도 제어로 집합조직을 향상시킬 수 있으나 미세조직 불균일에 의한 자성 열위 현상이 발생하여, 중간 공정인 APL에서부터 열연조직의 미세조직 제어가 필요하다.
본 발명에서는, 양산 가능한 공정 조건을 통해 열연 소둔재 미세조직을 제어하여 높은 자속밀도 및 낮은 철손값을 가지는 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 대해 서술하고자 한다.
이하에서는 자기 특성을 개선한 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법의 구체적인 내용을 제공하고자 한다.
강판
본 발명의 일 실시예에 따르는 무방향성 전기강판은 탄소(C): 0 초과 0.003 중량% 이하, 실리콘(Si): 2.0 ~ 4.0 중량%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.3 ~ 0.9 중량%, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.003 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.003 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다. 이하에서는, 상기 무방향성 전기강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명한다.
탄소(C): 0 초과 0.003 중량% 이하
탄소(C)는 TiC, NbC 등 탄화물을 형성하여 철손을 증가시키는 원소로 적을수록 바람직하며 0.003 중량% 이하로 제한한다. 탄소 함량이 0.003 중량%를 초과하는 경우 자기 시효를 일으켜서 자기 특성을 떨어트리며 0.003 중량% 이하에서는 자기시효 현상이 억제된다.
실리콘(Si): 2.0 ~ 4.0 중량%
실리콘(Si)은 비저항을 증가시켜서 와전류 손실을 낮추는 성분으로 주요 첨가 원소이다. 실리콘 첨가량이 2.0 중량% 미만으로 낮으면 원하는 저철손 값을 얻기 어려워지며, 첨가량이 증가할수록 투자율 및 자속밀도가 감소하게 된다. 또한 실리콘 첨가량이 4.0 중량%를 초과하면 취성이 증가하여 냉간 압연이 어렵게 되어 생산성이 저하된다.
망간(Mn): 0.1 ~ 0.5 중량%
망간(Mn)은 실리콘과 함께 비저항을 증가시키며 집합조직을 향상시킨다. 망간은 0.1 중량% 미만에서는 미세한 MnS 석출물을 형성하여 결정립 성장을 억제하고 0.5 중량%를 초과하여 첨가하면 조대한 MnS 석출물이 형성되어 자속밀도가 감소되는 등 자기적 성질이 열화된다. 나아가, 망간 함량이 0.5 중량%를 초과하는 경우 첨가량에 비해 철손 감소량이 적은 반면 냉간 압연성 저하가 현저하게 발생한다.
알루미늄(Al): 0.3 ~ 0.9 중량%
알루미늄(Al)은 실리콘과 함께 비저항을 증가시켜서 와전류 손실을 낮추는 성분으로 주요 첨가 원소이다. 알루미늄은 질소와 만나 AlN 석출을 유도한다. 알루미늄의 함량이 0.3 중량% 미만인 경우 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 알루미늄의 함량이 0.9 중량%를 초과하는 경우 냉간 압연성 저하가 발생하며, 자속밀도가 감소되어 자기적 성질이 열화된다.
인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하
인(P)은 결정립계 편석 원소로 집합 조직을 발달시키는 원소이다. 인의 함량이 0.015 중량%를 초과하는 경우 편석 효과로 결정립 성장 억제, 자성기적 성질이 열화되며 냉간 압연성 저하가 발생한다.
황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하
황(S)은 MnS, CuS 등 석출물을 형성하여 철손을 증가시키며, 결정립 성장을 억제시키므로 가능한 낮게 첨가하며 0.003 중량% 이하로 제한한다. 황의 함량이 0.003 중량%를 초과하면 철손이 증가하는 문제점이 나타난다.
질소(N): 0 초과 0.003 중량% 이하
질소(N)는 AlN, TiN, NbN 등 석출물을 형성하여 철손을 증가시키며, 결정립 성장을 억제시키므로 가능한 낮게 첨가하며 0.003 중량% 이하로 제한한다. 질소의 함량이 0.003 중량%를 초과하면 철손이 증가하는 문제점이 나타난다.
티타늄(Ti): 0 초과 0.003 중량% 이하
티타늄(Ti)은 TiC, TiN 등 미세한 석출물을 형성하여 결정립 성장을 억제시킨다. 티타늄이 첨가할수록 자기적 성질이 열위되므로 가능한 낮게 첨가하며 0.003 중량% 이하로 제한한다. 티타늄의 함량이 0.003 중량%를 초과하면 자기적 성질이 열화되는 문제점이 나타난다.
상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 최종 미세조직에서 하기 수식1을 만족한다.
수식1: 0.00172[A] - 0.0266[B] < 2.0
여기에서, 상기 [A]는 10 x 10 mm2 면적의 강판 단면에서의 이차상 입자의 평균 개수이고, 상기 [B]는 상기 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율(단위: %)값이다. 최종 미세조직에서 상기 이차상 입자는 개재물 입자 및/또는 석출물 입자를 포함할 수 있다.
상술한 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 두께가 0.25 ~ 0.35mm이며, 자속밀도(B50)는 1.66T 이상이고, 철손(W10/400)은 12.5W/Kg이하일 수 있다. 또한, 상기 무방향성 전기강판에서 평균 결정립 입경은 80 ~ 150㎛일 수 있다. 무방향성 전기강판의 기계적 특성은 항복강도(YP): 400MPa 이상, 인장강도(TS): 500MPa 이상이다.
이하에서는 상술한 조성 및 물성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 설명한다.
무방향성 전기강판의 제조 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 무방향성 전기강판의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 무방향성 전기강판의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0 초과 0.003 중량% 이하, 실리콘(Si): 2.0 ~ 4.0 중량%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.3 ~ 0.9 중량%, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.003 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.003 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공하는 단계(S10); (b) 상기 강재를 열간 압연하는 단계(S20); (c) 상기 열간 압연된 강재를 권취한 후 상온으로 냉각하지 않고 권취된 상태로 예비 소둔 처리를 수행하는 단계(S30); (d) 상기 예비 소둔 처리된 강재에 대하여 냉간 압연하는 단계(S40); 및 (e) 상기 냉간 압연된 강재에 대하여 냉연 소둔 처리를 수행하는 단계(S50);를 포함한다.
상기 강재를 제공하는 단계(S10)에서 강재의 조성에 대해서는 앞에서 상세하게 설명하였다. 상기 강재는 슬라브의 형상을 가질 수 있다.
상기 강재를 열간 압연하는 단계(S20)는 강재를 1110 ~ 1150℃의 재가열온도(SRT) 조건으로 재가열하는 단계, 860 ~ 900℃의 마무리 압연 온도(FDT) 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
슬라브 재가열온도를 1150℃를 초과하는 경우 슬라브 내 탄소(C), 황(S), 질소(N) 등의 석출물이 재고용되어 추후 압연 및 소둔 공정에 미세한 석출물들이 발생하여 결정립 성장을 억제하고 자성이 열화될 수 있다. 슬라브 재가열온도가 1110℃ 미만이면 압연부하가 증가하게 된다.
열간 압연된 강재의 두께는 1.8 ~ 2.6mm일 수 있다. 열연판 두께가 두꺼울수록 냉간 압연 압하율이 증가하게 되어 집합조직이 열위되므로 두께를 2.6mm 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 열간 압연된 강재를 권취한 후 상온으로 냉각하지 않고 권취된 상태로 예비 소둔 처리를 수행하는 단계(S30)는 550 ~ 650℃의 권취 온도(CT)에서 권취하는 단계 및 850 ~ 950℃에서 10 ~ 30시간 동안 어닐링 하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 어닐링 열처리 후에 강판을 상온까지 냉각한다. 상온까지 냉각된 강판은 표면에 형성된 산화층을 산세액을 통해 제거한 후 후속의 냉각압연 공정을 실시한다.
권취 온도(CT)가 550℃ 미만인 경우 회복 및 재결정이 충분하지 않고 전위 밀도 및 축적에너지가 너무 높고, 권취 온도(CT)가 650℃를 초과하는 경우 냉각 중 높은 Si, Al, Mn 등으로 인해 산화가 많이 발생하여 산세성이 나빠질 수 있다. 또한 회복 및 재결정이 충분히 일어나 전위 밀도 및 축적 에너지가 감소하여 APL 후 미세조직 및 집합조직이 열위해 진다.
권취후 상온으로 냉각 한 후 BAF 열처리를 하는 경우, 권취 후 상온으로 냉각 시 저온에서 미세한 석출물이 다량 발생하여 추후 공정에도 영향을 끼쳐 자기적 성질에 악영향을 미친다. 한편, 권취 후 상온으로 냉각하지 않고 BAF 열처리 시 미세한 석출물이 생성되기 전에 열처리가 되어 조대한 석출물들의 비율이 높아질 것으로 예상된다.
한편, 상기 어닐링 온도가 850℃ 보다 낮거나 또는 상기 적정 어닐링 온도 범위(850 ~ 950℃)에서도 어닐링 시간이 10시간 미만인 경우에는 탄화물, 질화물 등 미세한 개재물들이 강판의 표면층에서부터 형성이 되며, 개재물들이 충분히 성장하지 않아 최종 제품 자성이 열위하게 된다. 또한, 결정립 성장이 충분하지 않아 미세한 결정립들이 형성하게 되어 최종 제품에 자성이 열위하게 된다.
반면 어닐링 온도가 950℃를 초과하거나 또는 상기 적정 어닐링 온도 범위(850 ~ 950℃)에서도 어닐링 시간이 30시간을 초과하는 경우에는 개재물 분포뿐만 아니라 결정립이 과도하게 성장하여 결정립 크기 편차가 심해지고 산화가 많이 발생하여 최종 제품에 악영향을 끼치게 된다.
한편, 본 발명의 비교예로서, 열연판을 소둔 및 산세하는 APL(Annealing and Pickling Line) 공정은, 승온 속도: 20℃/s 이상, 어닐링 온도: 950℃ 초과 ~ 1100℃ 이하, 유지 시간: 30 ~ 120초의 조건으로 어닐링 하는 단계, 냉각 속도: 30℃/s 이상인 조건으로 냉각하는 단계 및 산세 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조 방법에서, 상기 예비 소둔 처리는 소둔 및 산세하는 연속 소둔 장치(APL: Annealing and Pickling Line)에서 수행되지 않고 배치 어닐링 퍼니스(BAF: Batch Annealing Furnace)에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
배치 어닐링 퍼니스(BAF) 공정에서는 권취된 코일 단위로 퍼니스 내에 장입하여 처리하는 공정 특성으로 코일 전체를 동시에 가열하므로 코일 내외부 온도편차로 인한 재질편차가 발생할 수 있다. 따라서, 열처리 시간을 비교적 장시간 적용하여 이러한 온도편차를 최소화할 수 있다. 배치 어닐링 퍼니스(BAF) 공정은 질소 100% 분위기에서 수행할 수 있다.
한편, 배치 어닐링 퍼니스(BAF) 공정의 장점으로는 가열, 유지, 냉각 소둔 공정을 진행시 온도 및 시간을 특성에 맞게 열처리 조건 최적화가 가능하며 연속소둔 공정(APL, ACL 등)에 비해 생산 비용을 절감하며 강판의 산화를 저감할 수 있다는 이점이 있다.
상기 냉간 압연하는 단계(S40)는 압하율: 80 ~ 85%의 조건으로 냉간 압연하는 단계를 포함하며, 냉연 후 강재의 두께는 0.35mm 이하일 수 있다. 냉간 압연은 산세한 열연판을 0.25mm 이상 0.35mm 이하의 두께로 최종 냉간 압연한다. 압연성을 부여하기 위하여 판 온도를 150 ~ 200℃로 상승시켜 온간 압연할 수 있다.
상기 냉연 소둔 처리를 수행하는 단계(S50)는 냉연판을 최종 소둔 하는 ACL(Annealing and Coating Line) 단계이며, 승온 속도: 10℃/s 이상, 어닐링 온도: 900 ~ 1100℃, 유지 시간: 30 ~ 120초의 조건으로 어닐링 하는 단계, 냉각 속도: 20℃/s 이상인 조건으로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
냉연 소둔은 냉간 압연 후 얻어진 냉연판을 가지고 진행한다. 철손 향상 및 기계적 성질을 고려하여 최적의 결정립 크기를 도출하는 온도를 적용한다. 냉연 소둔에서 표면 산화 및 질화를 방지하기 위하여 혼합 분위기 조건으로 가열한다. 질소 및 수소의 혼합 분위기를 통해 표면 상태를 더욱 매끄럽게 한다. 냉연 소둔 온도가 900℃ 미만이면 결정립 크기가 미세하여 이력 손실이 증가할 수 있고, 냉연 소둔 온도가 1100℃를 초과하면 결정립 크기가 조대해지고 와전류 손실이 증가하게 된다.
최종 소둔 후 코팅 공정을 실시할 수 있다. 타발성 향상 및 절연성을 확보하고자 실시한다.
상술한 단계들을 수행하여 구현한 무방향성 전기강판의 최종 미세조직은 하기 수식1을 만족한다.
수식1: 0.00172[A] - 0.0266[B] < 2.0
여기에서, 상기 [A]는 10 x 10 mm2 면적의 강판 단면에서의 이차상 입자의 평균 개수이고, 상기 [B]는 상기 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율(단위: %)값이다. 최종 미세조직에서 상기 이차상 입자는 개재물 입자 및/또는 석출물 입자를 포함할 수 있다.
상술한 단계들을 수행하여 구현한 무방향성 전기강판은 두께가 0.25 ~ 0.35mm이며, 자속밀도(B50)는 1.66T 이상이고, 철손(W10/400)은 12.5W/Kg이하일 수 있다. 또한, 상기 무방향성 전기강판에서 평균 결정립 입경은 80 ~ 150㎛일 수 있다. 무방향성 전기강판의 기계적 특성은 항복강도(YP): 400MPa 이상, 인장강도(TS): 500MPa 이상이다.
실험예
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 다음의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 다음의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 시편의 조성
본 실험예에서는 표 1의 합금 원소 조성(단위: 중량%)을 가지는 시편들을 제공한다.
C Si Mn Al P S N Ti Bal.
0.0019 3.31 0.32 0.77 0.0055 0.0015 0.0017 0.0012 Fe
표 1을 참조하면, 실험예에 따른 무방향성 전기강판의 조성은 탄소(C): 0 초과 0.003 중량% 이하, 실리콘(Si): 2.0 ~ 4.0 중량%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.3 ~ 0.9 중량%, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.003 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.003 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)을 만족한다.
2. 공정 조건 및 물성 평가
표 2는 본 발명의 실험예에 따른 무방향성 전기강판의 제조 방법에서 공정 조건 및 물성을 나타낸 것이다. 표 1의 조성을 가지는 슬라브를 1140℃로 가열하고 마무리 압연 온도 880℃ 조건으로 열간압연 실시 후 2.0mm 두께를 가지는 열연판을 제조하였다. 열간압연이 끝나고 연속적으로 표 2의 다양한 온도 조건에서 열처리를 진행하였다. 이후 냉간압연하여 0.25mm의 두께를 가지는 냉연판을 만들고 최종 소둔을 975℃에서 50초 동안 진행하였다. 그 후 코팅 공정을 통해 최종제품을 제조하였다. 최종 소둔 분위기 온도는 수소 30% 및 질소 70%의 혼합분위기에서 실시했다. 이때 승온속도는 20℃/s, 냉각속도는 30℃/s로 진행 하였다. 한편, 각 시편에 대하여 최종소둔재의 개재물 분포를 관찰하였다. 최종 제품의 자성 측정은 SST(Single Sheet Tester)를 통해 철손값과 자속밀도 값을 압연방향과 평행한 L방향과 압연방향과 수직한 C방향에서 측정 후 평균값으로 구하였다.
표 2에서 Z값은 0.00172×[A] - 0.0266×[B]의 계산 결과이다. 여기에서, 상기 [A]는 최종소둔재의 총 개재물 개수를 나타내는 지표로서 10 x 10 mm2 면적의 강판 단면에서의 이차상 입자의 평균 개수이고, 상기 [B]는 조대한 개재물 부피분율을 나타내는 지표로서 상기 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율(단위: %)값이다.
구분 열연판 열처리 조건(S30) 최종소둔재개재물분석 최종소둔재
자성측정		 Z값
열처리 방법 소둔 온도 소둔 시간 [A] [B] W10/400
실험예1 BAF 700 12h 2497 29.1 13.8 3.52
실험예2 BAF 800 24h 2003 30.8 13.2 2.63
실험예3 BAF 850 6h 1911 41.7 12.7 2.18
실험예4 BAF 850 24h 1764 46.3 12.3 1.80
실험예5 BAF 850 60h 2150 56.1 13.0 2.21
실험예6 BAF 900 6h 1992 42.5 12.8 2.30
실험예7 BAF 900 24h 1531 56.7 11.9 1.13
실험예8 BAF 900 60h 2088 47.3 12.9 2.33
실험예9 BAF 950 6h 2011 43.9 12.8 2.29
실험예10 BAF 950 24h 1806 47.3 12.3 1.85
실험예11 BAF 950 60h 1834 40.2 12.9 2.09
실험예12 BAF 1000 24h 2372 25.1 13.9 3.41
실험예4, 실험예7, 실험예10은, 본 발명의 실시예로서, 도 1의 배치 어닐링 퍼니스(BAF) 소둔(S30) 단계에서 850 ~ 950℃에서 10 ~ 30시간 동안 어닐링 하는 조건을 만족한다. 이 경우, 상기 Z값은 2보다 작으며, 철손(W10/400)은 12.5W/Kg이하임을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 실험예1, 실험예2는 도 1의 배치 어닐링 퍼니스(BAF) 소둔(S30) 단계에서 850 ~ 950℃인 어닐링 온도 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 실험예12는 도 1의 배치 어닐링 퍼니스(BAF) 소둔(S30) 단계에서 850 ~ 950℃인 어닐링 온도 범위를 상회하여 만족하지 못한다. 한편, 실험예3, 실험예6, 실험예9는 도 1의 배치 어닐링 퍼니스(BAF) 소둔(S30) 단계에서 850 ~ 950℃인 어닐링 온도 범위를 만족하지만 어닐링 시간인 10 ~ 30시간을 하회하여 만족하지 못하며, 실험예5, 실험예8, 실험예11은 도 1의 배치 어닐링 퍼니스(BAF) 소둔(S30) 단계에서 850 ~ 950℃인 어닐링 온도 범위를 만족하지만 어닐링 시간인 10 ~ 30시간을 상회하여 만족하지 못한다.
요컨대, 실험예1, 실험예2, 실험예3, 실험예5, 실험예6, 실험예8, 실험예9, 실험예11은, 실험예12는 상기 실시예(실험예4, 실험예7, 실험예10) 대비 이차상 입자의 평균 개수가 많다. 또한, 실험예1, 실험예2, 실험예12는 850 ~ 950℃인 어닐링 온도 범위를 만족하지 못하는바, 상기 실시예(실험예4, 실험예7, 실험예10) 대비 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율이 낮다.
상술한 실험예1, 실험예2, 실험예3, 실험예5, 실험예6, 실험예8, 실험예9, 실험예11, 실험예12는, 본 발명의 비교예로서, 상기 Z값은 2보다 크며, 철손(W10/400)은 12.5W/Kg를 초과함을 확인할 수 있다.
예를 들어, 실험예8 대비 실험예10을 비교하면, 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율값인 [B]가 동일하더라도, 최종소둔재의 개재물 개수를 나타내는 지표로서 10 x 10 mm2 면적의 강판 단면에서의 이차상 입자의 평균 개수인 [A]가 더 적은 경우, Z값이 2보다 작아지고 철손(W10/400)이 낮아짐을 확인할 수 있다.
또한, 실험예11 대비 실험예10을 비교하면, 최종소둔재의 개재물 개수를 나타내는 지표로서 10 x 10 mm2 면적의 강판 단면에서의 이차상 입자의 평균 개수인 [A]가 비슷하여도, 조대한 개재물 부피분율을 나타내는 지표로서 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율값인 [B]가 더 큰 경우, Z값이 2보다 작아지고 철손(W10/400)이 낮아짐을 확인할 수 있다.
지금까지 본 발명의 기술적 사상에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 설명하였다. 무방향성 전기강판 제조 공정에서 열연 소둔 열처리 공정을 연속 소둔 장치(APL: Annealing and Pickling Line)에서 수행하지 않고 배치 어닐링 퍼니스(BAF: Batch Annealing Furnace)에서 수행하되, 적절한 온도와 유지 시간을 조절하여 미세조직을 제어할 수 있으며, 최종 소둔재의 자기적 성질을 향상 시킬 수 있음을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 탄소(C): 0 초과 0.003 중량% 이하, 실리콘(Si): 2.0 ~ 4.0 중량%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.3 ~ 0.9 중량%, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.003 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.003 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판이며,
    최종 미세조직에서 하기 수식1을 만족하는,
    무방향성 전기강판.
    수식1: 0.00172[A] - 0.0266[B] < 2.0
    (단, 상기 [A]는 10 x 10 mm2 면적의 강판 단면에서의 이차상 입자의 평균 개수이고, 상기 [B]는 상기 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율(단위: %)값임)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기강판의 두께는 0.25 ~ 0.35mm이며, 자속밀도(B50)는 1.66T 이상이고, 철손(W10/400)은 12.5W/Kg이하인 것을 특징으로 하는,
    무방향성 전기강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판의 평균 결정립 입경이 80 ~ 150㎛인 것을 특징으로 하는,
    무방향성 전기강판.
  4. (a) 탄소(C): 0 초과 0.003 중량% 이하, 실리콘(Si): 2.0 ~ 4.0 중량%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.3 ~ 0.9 중량%, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.003 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.003 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공하는 단계;
    (b) 상기 강재를 열간 압연하는 단계;
    (c) 상기 열간 압연된 강재를 권취한 후 상온으로 냉각하지 않고 권취된 상태로 예비 소둔 처리를 수행하는 단계;
    (d) 상기 예비 소둔 처리된 강재에 대하여 냉간 압연하는 단계; 및
    (e) 상기 냉간 압연된 강재에 대하여 냉연 소둔 처리를 수행하는 단계;를 포함하는,
    무방향성 전기강판의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 550 ~ 650℃의 권취 온도(CT)에서 권취하는 단계 및 850 ~ 950℃에서 10 ~ 30시간 동안 어닐링 하는 단계를 포함하는,
    무방향성 전기강판의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 예비 소둔 처리는 연속 소둔 장치(APL: Annealing and Pickling Line)에서 수행되지 않고 배치 어닐링 퍼니스(BAF: Batch Annealing Furnace)에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
    무방향성 전기강판의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 열간 압연하는 단계는 상기 강재를 1110 ~ 1150℃의 재가열온도(SRT) 조건으로 재가열하는 단계, 860 ~ 900℃의 마무리 압연 온도(FDT) 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함하는,
    무방향성 전기강판의 제조 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉연 소둔 처리를 수행하는 단계는 승온 속도: 10℃/s 이상, 어닐링 온도: 900 ~ 1100℃, 유지 시간: 30 ~ 120초의 조건으로 어닐링 하는 단계 및 냉각 속도: 20℃/s 이상인 조건으로 냉각하는 단계를 포함하는,
    무방향성 전기강판의 제조 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 (a) 내지 (e) 단계를 수행한 후 구현된 최종 미세조직은 하기 수식1을 만족하는,
    무방향성 전기강판의 제조 방법.
    수식1: 0.00172[A] - 0.0266[B] < 2.0
    (단, 상기 [A]는 10 x 10 mm2 면적의 강판 단면에서의 이차상 입자의 평균 개수이고, 상기 [B]는 상기 이차상 입자 중 평균크기가 2㎛ 이상인 입자의 부피분율(단위: %)값임)
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