KR102271303B1

KR102271303B1 - 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102271303B1
Application number: KR1020190170758A
Authority: KR
Inventors: 이세일; 김용수; 신수용
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2039-12-19

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량 %로, Si:1.5 내지 4.0%, Al:0.0005 내지 0.02%, Mn:0.02 내지 3.0%, Sn:0.005 내지 0.15% 및 P:0.001 내지 0.15% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 오일러 방위각도로 표현되는 (45,10,45)로부터 15˚ 내의 집합조직의 면적 분율이 (0,20,45)로부터 15˚ 내의 집합조직의 면적 분율에 비해 2배 이상 높다.

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 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예는 열연판 소둔 시 냉각 속도 조건과 냉연판 소둔 시 승온 시간 및 균열 시간 관계를 제어함으로써, 특정 집합조직을 다수 형성함으로써, 자속밀도 및 철손 특성을 향상시킨 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

무방향성 전기강판은 모터, 발전기 등의 회전 기기와 소형 변압기 등의 정지 기기에서 철심용 재료로 사용되며 전기기기의 에너지 효율을 결정하는데 중요한 역할을 한다. 특히 회전 기기에 사용되는 경우에 있어서 강판의 압연 방향 및 그 수직 방향의 평균치로 강판의 특성을 대표한다. 그 이유는 강판의 판면 내 이방성을 고려하기 위해서이다.

이러한 전기강판의 특성으로는 대표적으로 철손과 자속밀도를 들 수 있는데 철손은 낮을 수록, 자속밀도는 높을 수록 좋다. 철손은 자화 중 소재에서 발생하는 열 등으로 사라지는 에너지를 나타내며, 철손이 낮을 수록 열로 손실되는 에너지를 줄일 수 있기 때문에 매우 중요하다. 또 자속밀도는 단위 크기의 자기장의 세기하에서 자화되는 정도를 나타내는 값으로 높을수록 같은 에너지로 보다 더 큰 자화를 유도할 수 있기 때문에 이 값이 클수록, 같은 부피의 전기강판에서 보다 더 큰 에너지를 전달할 수 있다.

일반적으로 모터 등에 사용되는 무방향성 전기강판의 자기특성 중 철손은 W15/50을 지표로 하여 50Hz 주파수에서 1.5T 까지 자화될 때의 에너지 손실로 평가하고 자속밀도는 B50를 지표로 하여 5000A/m에서의 전기강판의 자속밀도로 평가한다. 전기 소모를 줄이기 위해 전력기기의 고효율화에 따라 활용이 많아진 2000년 이후에는 전기강판이 1.0 T 이하의 자속밀도를 갖게끔 자화가 일어나기 때문에 저자장 영역에서의 자기특성이 중요해 지고 있기 문에, 전기강판의 자성을 대표하는 값은 기존의 W15/50와 B50와 W10/400 주로 활용하고 있다.

이중, 자속밀도는, 단위 부피에서 자화력으로 평가하기 때문에, 단위 부피의 강판 안의 자화가 쉽게 일어나는 원소, 즉 철 원자의 비율이 매우 중요하다. 일반적으로 무방향성 전기강판에서 주로 활용되는 원소인 Si, Al, Mn의 경우 비자성 원자이기 때문에, 이들의 합금량이 많아짐에 따라 큰 자기장하에서 강판이 최대로 자화되어 갖을 수 있는 포화 자속밀도 값은 낮아지게 되고, 단위 자장 세기하에서 자속밀도 값인 B50도 낮아지게 된다. 하지만, 강판에 유도되는 와류손을 감소시키기 위해 강판의 비저항을 증가시켜야 하기 때문에, 비자성 합금원소인 Si, Al, Mn등의 합금량은 불가피하게 첨가되어야 하고, 이에 따른 자속밀도 저하를 극복하기 위해서는 집합조직을 제어하는 기술이 개발되어 왔다.

철은 단위 격자 구조에서 <100> 축으로는 자화가 매우 작은 자장에서도 손쉽게 포화되는 특성을 갖지만, <111> 축으로는 자화가 매우 어려워서, 수십만 A/m의 큰 자장하에서도 포화되지 않는 자기이방성을 갖고 있다. 따라서 동일한 합금량을 갖는 무방향성 전기강판에서도 자화가 되는 방향과 <100> 축이 얼마나 많이 분포하고 있느냐에 따라 단위 자장 세기 하에서의 자화 값인 B50은 좌우된다.

이중 결정 방위로써 {100} 면으로 집적시킬 경우 판면에서 수직하는 <100>축이 2개 존재하기 때문에 자속밀도 향상에 매우 유리하다. 특히 열간 압연 온도를 낮게하거나 이상역 구간에서 열간압연을 하는 등 {100} 방위의 집적도를 높이기 위한 기술이 개발되고 있다. 구체적으로 상변태 후의 좁은 온도 구간에서 열연 변형을 크게 하여 {100} 방위를 발달하는 방안을 제시하고 있으나, 열연 작업시 조업이 어렵고, 상변태를 하지 않는 강에서의 활용이 불가능한 한계를 갖고 있다.

또한, 고자속밀도의 무방향성 전기강판을 개발하기 위한 방법으로 열간압연을 오스테나이트 구간에서 시행하고 압연 통상보다 빠른 냉각을 통하여 집합조직을 개선하고자 하는 시도가 있었으나, 생산원가가 상승하고 상변태를 하지 않는 강에서 활용이 불가능한 한계를 갖고 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 열연판 소둔 시 냉각 속도 조건과 냉연판 소둔 시 승온 시간 및 균열 시간 관계를 제어함으로써, 특정 집합조직을 다수 형성함으로써, 자속밀도 및 철손 특성을 향상시킨 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 <100>//ND의 면적 분율이 15% 이상일 수 있다.

(여기서, <100>//ND는 <001>축이 압연면 법선 방향과 15˚ 내의 각도를 형성하는 집합조직을 의미한다.)

(45,10,45)로부터 15˚ 내의 집합조직의 분율이 8.0% 이상일 수 있다.

(0,20,45)로부터 15˚ 내의 집합조직의 면적 분율이 4.0% 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 평균 결정립 입경이 60 내지 500㎛일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Sb: 0.001 내지 0.15 중량% 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 C:0.005 중량% 이하, N:0.005 중량% 이하, S: 0.015 중량% 이하 및 Ti: 0.003 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Cu, Ni 및 Cr 중 1종 이상을 각각 0.05중량% 이하 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Zr, Mo 및 V 중 1종 이상을 각각 0.01 중량% 이하 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 하기 식 1로 표시되는 Br값이 1.75 이상이고, 하기 식 2로 표시되는 W값이 110 이하일 수 있다.

[식 1]

[Br] = 7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al]) × [B50]

(식 1에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si, Al의 함량(중량%)이고, [B50]은 압연방향(L)과 압연 수직방향(C)에서 측정한 5000A/m에서의 자화값인 B50의 평균값(Tesla) 이다.)

[식 2]

[W] = [W15/50] × [W10/400] / [T]

(식 2에서, [W15/50]은 50Hz 주파수에서 1.5T 까지 자화될 때의 에너지 손실(W/kg)이고, [W10/400]은 400Hz 주파수에서 1.0T 까지 자화될 때의 에너지 손실(W/kg)이고, [T]는 전기강판의 두께(mm)이다.)

본 발명의 일 실시예에 의한 Si:1.5 내지 4.0%, Al:0.0005 내지 0.02%, Mn:0.02 내지 3.0%, Sn:0.005 내지 0.15% 및 P:0.001 내지 0.15% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 열연판 소둔하는 단계; 열연판 소둔된 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계 및 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함한다.

열연판을 소둔하는 단계 이후, 열연판 소둔 균열 온도로부터 890℃까지 3℃/s 이하의 속도로 냉각하고, 최종 소둔하는 단계에서, 700℃에서부터 950℃까지 승온하는 승온 시간에 비해, 1000℃ 이상의 온도에서 유지하는 유지 시간이 길다.

냉연판을 제조하는 단계 이전 열연판의 표면의 평균 결정립 입경이 120㎛ 이상일 수 있다.

열연판 소둔 하는 단계의 균열 온도는 1000 내지 1150℃이고, 균열 온도에서의 유지 시간은 30 내지 60초일 수 있다.

최종 소둔 하는 단계의 균열 온도는 1000 내지 1150℃일 수 있다.

최종 소둔하는 단계에서, 700℃에서부터 950℃까지 승온하는 승온 시간은 10초 이상 및 40초 미만일 수 있다.

최종 소둔하는 단계에서, 1000℃ 이상의 온도에서 유지하는 유지 시간은 40 내지 120초일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 상변태가 없는 무방향성 전기강판의 열연 공정, 열연판 소둔 공정, 또 냉연 공정 이후의 냉연판 소둔 공정을 제어함으로써 최종 소둔시 강판의 집합조직을 명확하게 자성에 유리한 집합조직으로 집중시켜 자속밀도가 우수하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 고효율 모터 혹은, 고 출력, 고 토크 특성의 모터, 발전기의 코어재료 등에 다양하게 사용될 수 있다.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.

본 발명의 일 실시예에서 강 성분에 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량 %로, Si:1.5 내지 4.0%, Al:0.0005 내지 0.02%, Mn:0.02 내지 3.0%, Sn:0.005 내지 0.15% 및 P:0.001 내지 0.15% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

먼저 무방향성 전기강판의 성분 한정의 이유부터 설명한다.

Si: 1.5 내지 4.0 중량%

실리콘(Si)는 강의 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추는 성분이기 때문에 첨가되는 주요 원소이다. Si가 너무 적게 포함될 경우 원하는 저철손 특성을 얻기 어렵고, 본 발명의 전제조건인 열연공정에서 상변태가 없는 강을 만들기 어렵고, 또한 최종 소둔시에 상변태를 할 수 있는 문제점이 발생한다. 반대로 Si를 너무 많이 포함하는 경우 압연성이 떨어질 수 있다. 따라서, Si의 함량을 1.5 내지 4.0중량%로 한정한다. 더욱 구체적으로 2.0 내지 3.5 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 2.5 내지 3.3 중량% 포함할 수 있다.

Al:0.0005 내지 0.0200 중량%

알루미늄(Al)은 Si와 유사하게 강판의 비저항을 높여 철손을 감소하는 목적으로 첨가되는 성분이다. Al은 제강공정에서 강의 탈산을 위하여 불가피하게 첨가되는 원소로서, Al을 0.0005 중량% 미만으로 함유하기는 어렵다. Al을 너무 많이 포함하는 경우 자속밀도를 저하시킬 수 있다. 또한, 미세한 AlN 등의 질화물을 형성시켜 결정립 성장을 억제하여 자성을 저하시킬 수 있다. 따라서, Al의 함량을 0.0005 내지 0.02 중량%로 한정한다. 더욱 구체적으로 0.0010 내지 0.015 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.0015 내지 0.01 중량% 포함할 수 있다.

Mn : 0.02 내지 3.00 중량％

망간(Mn)은 Si, Al등과 더불어 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 효과가 있다. Mn이 너무 적게 첨가되면, 전술한 효과를 충분히 얻을 수 없다. 반대로 Mn이 첨가될 수록 포화자속밀도가 감소하기 때문에 첨가량을 제한할 필요가 있다. 또 Mn이 다량 첨가되면 본 발명의 전제조건인 열연 공정 중 상변태가 없는 강을 만들기 어려워 질 수 있다. 이러한 발명의 사상에 따라, 자속밀도 향상 및 개재물에 의한 철손 증가 방지를 위하여 본 발명에서는 Mn 첨가량을 0.02 내지 3.0% 중량%로 한정한다. 더욱 구체적으로 0.05 내지 2.0 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.1 내지 1.0 중량% 포함할 수 있다.

Sn:0.005 내지 0.150 중량%

주석(Sn, 틴)은 소둔시 결정립계에 편석하는 원소로써 자성에 유해한 {111} 집합 조직의 형성을 억제하는 원소이다. Sn이 너무 적게 포함되면 전술한 효과를 적절히 얻을 수 없다. Sn을 너무 많이 포함하면 열간 및 냉간 압연 공정에서 표면 결함을 비롯한 압연성의 저하를 야기할 수 있다. 따라서, Sn의 함량을 0.005 내지 0.15 중량%로 한정한다. 더욱 구체적으로 0.010 내지 0.10 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.05 내지 0.10 중량% 포함할 수 있다.

P:0.001 내지 0.150 중량%

인(P)는 비저항을 증가시켜 철손을 낮추며 결정립계에 편석함으로써 자성에 유해한 {111} 집합 조직의 형성을 억제하고 유리한 집합조직인 {100}을 형성하는 원소이다. P가 너무 적게 포함되면, 전술한 효과를 적절히 얻을 수 없다. P가 너무 많이 포함되면, 냉간 압연성을 저하시킬 수 있다. 따라서, P의 함량을 0.001 내지 0.15 중량%로 한정한다. 더욱 구체적으로 0.005 내지 0.100 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.01 내지 0.05 중량% 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Sb를 0.005 내지 0.15 중량% 더 포함할 수 있다.

Sb:0.005 내지 0.150 중량%

안티몬(Sb)는 Sn과 유사하게 소둔시 결정립계에 편석하는 원소로써 자성에 유해한 {111} 집합 조직의 형성을 억제하고 <411>||ND 집합조직을 강화하는 효과가 있다. Sb가 너무 적게 포함되면, 효과를 적절히 얻을 수 없다. Sb를 너무 많이 포함하면 냉간 압연 전 산세 공정에서 강판 표면 품질의 저하를 야기하고 또한 압연성의 저하를 야기할 수 있다. 따라서, Sb의 함량을 0.005 내지 0.15 중량%로 한정한다. 더욱 구체적으로 0.010 내지 0.10 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.05 내지 0.10 중량% 포함할 수 있다.

C:0.005 중량% 이하

탄소(C)은 많이 첨가될 경우 오스테나이트 영역을 확대하며 상변태가 일어나는 온도 구간을 증가시키며, 최종 소둔 시 페라이트의 결정립 성장을 억제하여 철손을 높아지는 영향이 있다. 또한 Ti등과 결합하여 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용 시 자기시효에 의하여 철손을 높일 수 있다. 따라서, C를 더 포함하는 경우, 0.005 중량% 이하로 첨가량을 제한한다. 더욱 구체적으로 0.003 중량% 이하로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.0001 내지 0.003 중량% 포함할 수 있다.

N:0.005 중량% 이하

질소(N)는 Al, Ti등과 강하게 결합함으로써 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하는 등 자성에 해로운 원소이므로 이를 더 포함하는 경우, 적게 함유시킬 수 있다. 특히 Al, Ti, Nb등과 결합하여 강의 재결정을 지연시켜 결정 성장에 불리하기 때문에 이를 더 포함하는 경우, 이의 상한을 제한할 수 있다. 따라서, N를 더 포함하는 경우, 0.005 중량% 이하로 첨가량을 제한한다. 더욱 구체적으로 0.003 중량% 이하로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.0001 내지 0.003 중량% 포함할 수 있다.

S: 0.015 중량% 이하

황(S)는 자기적 특성에 유해한 MnS, CuS 및 (Cu,Mn)S 등의 황화물을 형성하는 원소이므로 철손의 증가를 억제하기 위하여 낮게 첨가하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 하지만 S가 강의 표면에 편석되었을 때 {100}면의 표면에너지를 낮추는 효과가 있으므로 S의 첨가에 의하여 자성에 유리한 {100}면이 강한 집합조직을 얻을 수 있기도 하다. 다만, 너무 많이 첨가하면, 결정립계의 편석에 의하여 가공성이 크게 저하되고 표면 편석으로 인한 문제가 발생할 수 있다. 따라서, S를 더 포함하는 경우, 0.015 중량% 이하로 첨가량을 제한한다. 더욱 구체적으로 0.0008 내지 0.015 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.0010 내지 0.0100 중량% 포함할 수 있다.

Ti: 0.003 중량% 이하

티타늄(Ti)는 미세한 탄화물과 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하며 많이 첨가될수록 증가된 탄화물과 질화물로 인해 집합조직도 열위하게 되어 자성이 나빠진다. 따라서, Ti를 더 포함하는 경우, 0.003 중량% 이하로 한정한다. 더욱 구체적으로 0.0001 내지 0.003 중량% 포함할 수 있다.

기타 불순물

전술한 원소 외에도 불가피하게 혼입되는 불순물이 포함될 수 있다. 잔부는 철(Fe)이며, 전술한 원소 외 추가 원소가 첨가될 시, 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함한다.

불가피하게 첨가되는 불순물은 Cu, Ni, Cr, Zr, Mo, V 등이 될 수 있다.

구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr)은 철강제조 공정에서 불가피하게 첨가될 수 있으며, Cu, Ni, Cr은 불순물 원소들과 반응하여 미세한 황화물, 탄화물 및 질화물을 형성하여 자성에 유해한 영향을 미치므로 이들 함유량을 각각 0.05중량%이하로 제한한다.

또한 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 등도 강력한 탄질화물 형성 원소이기 때문에 가능한 첨가되지 않는 것이 바람직하며 각각 0.01중량%이하로 함유되도록 한다.

본 발명의 일 실시예에서는 특정한 집합조직의 집중을 통하여 자성을 개선한다. 따라서 정량적으로 집합조직의 집중의 정도를 표현하는 것이 매우 중요하다. 통상 결정재료의 집합조직을 표시할 때 사용되는 방법인 X-ray를 사용한 Pole figure로부터 계산된 ODF 상에서의 집합조직 분율로 표시하거나 EBSD 방법을 이용하여 계산된 집합조직의 분율로 결정재료의 집합조직을 표시한다. X-ray의 경우 EBSD 보다 대면적을 측정하는 것에 유리하기 때문에, 통계상 강판의 집합조직 특성을 보다 적합하게 표현할 수 있지만, 측정의 정밀도는 EBSD에 비해 나쁘다. 따라서, 본 발명에서 집합조직의 표현을 EBSD 방법을 활용하여, 최종 소둔판에서 재결정된 결정립경 5000개 이상을 조사하여 분율을 계산한 것으로 집합조직의 수치를 계산하였다. 하지만 이것이 실질적으로 측정방법을 한정 짓는 것이 아니라, 측정의 정확도를 위하여 편리성을 위해 측정방법을 제안한 것이고, 분율의 계산에서 X-ray 및 중성자 회절을 이용하는 방법 등도 사용될 수 있다.

Fe 원자의 경우 결정자기 이방성을 갖고 있어 <100> 결정축에 비하여 <111> 결정축이 포화 자화되는 것이 수천배 이상 크기가 큰 자장이 필요하기 때문에, <100> 결정축이 자화 방향에 평행하는 집합조직을 많이 갖는 무방향성 전기강판의 경우 자속밀도 특성이 우수하다. 특히 오일러 방위 각도로 (45,0,45)로 표현되는 (통상 Cube 방위라고 표현되는) 집합조직이 무방향성 전기강판에서 매우 자성이 뛰어나다. 하지만 통상의 공정을 통하여 이러한 Cube 방위의 집적도가 높은 무방향성 전기강판을 생산하는 것은 어렵다.

따라서 본 발명에서는 열연 공정 및 소둔 공정의 제어를 통하여 오일러 방위 각도로 (45,10,45)의 집적도를 개선하는 한편 (0,20,45)의 집적도를 낮추는 것으로 (45,10,45)/(0,20,45)의 비가 2 이상으로 우수한 자속밀도 특성을 갖는 무방향성 전기강판을 만드는 기술을 제안하였다. 이때 오일러 방위로 나타낸 (45,10,45) 방위는 (225,10,45) 와 같이 결정 구조의 대칭에 따른 동일 방위를 모두 대표하며, (0,20,45) 방위도 이와 동일하게 대칭을 고려하여 나타낸 대표 방위이다. 또 각 방위로 대표되는 집합조직의 집적도는 통상적인 방법과 동일하게 각 방위에서 15 ˚ 이내의 분율을 더한 것으로 한다. 이때 (45,10,45) 와 (0,20,45)와 중복되어 계산되는 방위는 각 방위에 중복되게 계산한다. 분율은 구체적으로 면적 분율을 의미하며, 이 때 압연면(ND면)과 평행한 면을 그 기준으로 할 수 있다. 더욱 구체적으로 (45,10,45)/(0,20,45)의 비가 2.0 내지 3.0 일 수 있다.

(45,10,45)로부터 15˚ 내의 집합조직의 분율이 8.0% 이상일 수 있다. 더욱 구체적으로 8.5% 내지 10.0%일 수 있다.

(0,20,45)로부터 15˚ 내의 집합조직의 면적 분율이 4.0% 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로 2.0 내지 3.8% 일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 (45,10,45) 및 (0,20,45) 방위가 포함되어 있는 <100>//ND fiber 방위(<100>방향이 압연면 법선 방향(ND방향)에 평행한 정도)를 갖는 결정립의 최소 면적 분율을 15% 이상으로 하는 것을 또한 제한하고 있다. 이때 분율의 계산은 통상의 정도와 같이 ND||<100> 방위에서 15 ˚ 이내의 방위의 합으로 계산한다. 본 발명에서 15% 이상으로 제한하는 이유는 그 이하에서는 (45,10,45)과 (0,20,45)의 비율의 차가 크더라도 실제 강판에서 각 방위의 분율이 자속밀도에 영향을 미칠만큼 각 방위가 의미 있게 존재하지 않기 때문이다. 더욱 구체적으로 <100>//ND의 면적 분율이 15 내지 25%일 수 있다.

전기강판의 미세조직 내에 평균 결정립경은 60 내지 500㎛ 일 수 있다. 결정립경이 너무 작으면 이력손이 크게 증가하여 철손이 악화된다. 또한 미세석출물과 편석에 의한 효과로 자속밀도 개선을 위해서는 적절한 결정립경을 갖는 것이 바람직하다. 다만, 결정립경이 너무 클 경우, 소둔 후 코팅한 제품에서 타발시 가공에 문제가 있을 수 있다. 더욱 구체적으로 평균 결정립경은 120 내지 200㎛ 일 수 있다.

무방향성 전기강판을 이루는 결정립은 냉간압연 공정에서 가공된 미재결정 조직이 최종 소둔 공정에서 재결정된 재결정 조직으로 이루어져 있으며, 재결정된 조직이 99 부피% 이상이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 전술하였듯이, 자성이 우수하다.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 강판의 자속밀도를 평가하기 위하여, 강판의 밀도를 고려한 자속 밀도(Br) 값을 이용한다. 이를 구하기 위해 강판의 5000A/m에서의 자속밀도 값을 압연방향과 압연수직방향에서 측정하여 평균낸 값을 [B50]으로 하고, 7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al] 의 식에서 도출된 값을 강판의 밀도로 계산하여, 하기의 식을 이용해서 Br을 도출한다.

[식 1]

[Br] = 7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al]) × [B50]

본 발명의 일 실시예에서는 Br이 1.75 이상으로 매우 높은 자속밀도 값을 가질 수 있다. 통상의 자속밀도 값이 아닌 밀도를 고려한 이유는, 강 중 Si 및 Al의 첨가량이 증가함에 따라 강 내 철 원자 분율이 감소하고 이에 따라 포화자속이 감소하는 것을 고려하여야 집합조직에 의한 자속밀도 향상을 고려할 수 있기 때문이다.

강 중의 Al량이 본 발명의 범위를 만족할 때 Al은 N과 결합하여 미세한 석출물을 형성하게 된다. 이러한 미세석출물은 결정립계에 분포하였을 시에, 결정성장을 어렵게 하고, 자성에 불리한 집합조직인 <111>//ND 방위가 강한 집합조직이 강화되게 끔 하는 효과가 있다. 이와 반대로 소둔 중 결정립계에 편석하는 원소인 Sn, P는 자성에 유리한 <100>//ND 방위가 강한 집합조직 및 <110>//ND 방위가 강한 집합조직이 강화되게끔 하는 효과가 있다. S는 Mn등과 결합하여 MnS등이 석출되는 효과가 있으나 AlN보다 석출물의 크기가 크기 때문에, 재결정에 미치는 효과는 보다 작다. 또한 Mn 등과 결합하지 않아 황화물로 석출되지 않은 S는 결정립계에 편석하여, 자성에 유리한 <100>//ND 방위를 형성하는데 도움이 된다.

더욱 구체적으로 Br값은 1.750 내지 1.775 이다. 더욱 구체적으로 Br값은 1.750 내지 1.765 이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 강판의 철손을 평가하기 위하여, 강판의 두께를 고려한 철손(W) 값을 이용한다.

[식 2]

[W] = [W15/50] × [W10/400] / [T]

W값은 110 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로 W 값은 90 내지 110일 수 있다. 더욱 구체적으로 93 내지 108.0일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 Si:1.5 내지 4.0%, Al:0.0005 내지 0.02%, Mn:0.02 내지 3.0%, Sn:0.005 내지 0.15% 및 P:0.001 내지 0.15% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 열연판 소둔하는 단계; 열연판 소둔된 열연판을 냉간압연 하는 단계 및 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함한다.

이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.

먼저 슬라브를 열간압연 한다. 슬라브 내의 각 조성의 첨가 비율을 한정한 이유는 전술한 무방향성 전기강판의 조성 한정 이유와 동일하므로, 반복되는 설명을 생략한다. 후술할 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연, 최종소둔 등의 제조 과정에서 슬라브의 조성은 실질적으로 변동되지 아니하므로, 슬라브의 조성과 무방향성 전기강판의 조성이 실질적으로 동일하다.

슬라브는 전로나 탈가스 처리 장치 등으로, 적합한 성분 조성의 강을 용제하고, 연속 주조나 조괴-분괴 압연 등으로 제조할 수 있다.

슬라브를 열간압연하기 전에 슬라브를 가열로에 장입하여 1,100 내지 1,250℃로 가열 한다. 1,250℃를 초과하는 온도에서 가열시 슬라브 내에 존재하는 AlN, MnS등의 석출물이 재고용된 후 열간압연시 미세 석출되어 결정립 성장을 억제하고 자성을 저하할 수 있다.

슬라브가 가열되면, 2.0 내지 3.5mm로 열간압연을 실시하고, 열간압연 된 열연판을 권취한다. 열간압연시 사상압연에서의 마무리 압연은 페라이트상 영역에서 종료한다. 또한, 열간압연시 Si, Al, P 등의 페라이트상 확장 원소를 다량 첨가하거나, 페라이트상을 억제하는 원소인 Mn, C등을 적게 함유되도록 할 수 있다. 이와 같이 페라이트상에서 압연하면 집합조직 중에서 {100}면이 많이 형성 되며, 이에 따라 자성을 향상시킬 수 있다.

열연판을 제조하는 단계 이후, 열연판을 열연판 소둔한다. 이 때 열연판 소둔 단계의 균열 온도는 1,000 내지 1,150℃이고, 균열 온도에서의 유지 시간은 30 내지 60초 일 수 있다.

열연판소둔 온도가 너무 작으면 조직이 성장하지 않거나 미세하게 성장하여 자속밀도의 상승 효과가 적으며, 소둔온도가 너무 높으면 자기특성이 오히려 저하되고, 판형상의 변형으로 인해 압연작업성이 나빠질 수 있다.

열연판을 소둔하는 단계 이후, 열연판 소둔 균열 온도로부터 890℃까지 3℃/s 이하의 속도로 냉각한다. 전술한 속도로 냉각하여, 열연판의 판 중심부와 판 표면의 집합조직이 전기강판의 자성에 유리하게 형성된다. 특히 냉각속도의 제어에 의하여 열연판 소둔시에 불가피하게 거치게 되는 표면의 산화층을 탈락시키기 위하여 표면을 가공하는 공정 및 연속소둔로의 굴곡부의 통과 등을 통하여 표면부에 위치한 조대한 결정립에 변형이 부여되고, 이러한 변형에 가공경화된 표면을 냉간에서 압연함으로써 냉간 압연이 종료된 후에 원하는 집합조직을 얻을 수 있다. 구체적으로 열연판 소둔 균열 온도로부터 890℃까지 1.0 내지 3.0℃/s의 속도로 냉각할 수 있다. 더욱 구체적으로 2.0 내지 3.0℃/s의 속도로 냉각할 수 있다.

냉간압연 하는 단계 이전 열연판의 표면부의 평균 결정립 입경이 120㎛ 이상일 수 있다. 이처럼 열연판의 평균 결정립 입경을 크게 형성한 후에 냉간 압연함으로써, 표면부에 위치한 조대한 결정립에 변형이 부여되고, 이러한 변형에 가공경화된 표면을 냉간에서 압연함으로써 냉간 압연이 종료된 후에 원하는 집합조직을 얻을 수 있다. 이 때, 표면이란 열연판 최표면에서부터 두께방향으로 100㎛까지의 깊이를 의미한다. 더욱 구체적으로 열연판의 표면부의 평균 결정립 입경이 120㎛ 내지 200㎛일 수 있다.

다음으로, 열연판을 소정의 판두께가 되도록 냉간 압연한다. 열연판 두께에 따라 다르게 적용될 수 있으나, 50 내지 95%의 압하율을 적용하여 최종두께가 0.2 내지 0.5mm가 되도록 냉간 압연 할 수 있다. 냉간압연은 1회의 냉간압연에 의하여 실시하거나 혹은 필요에 따라 중간소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간압연을 수행하여 실시하는 것도 가능하다.

냉간압연된 냉연판은 최종 소둔(냉연판 소둔)한다. 냉연판을 최종 소둔하는 공정에서 소둔시 균열온도는 1,000 내지 1,150℃로 한다.

냉연판 소둔온도가 너무 낮은 경우에는 저철손을 얻기 위한 충분한 크기의 결정립을 얻기 어려울 수 있다. 소둔 온도가 너무 높을 경우, 소둔 중의 판상이 고르지 못하고 석출물들이 고온에서 재고용된 후 냉각 중 미세하게 석출되어 자성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 최종 소둔하는 단계에서, 700℃에서부터 950℃까지 승온하는 승온 시간에 비해, 1000℃ 이상의 온도에서 유지하는 유지 시간이 길다. 이처럼 최종 소둔 단계의 승온 시간 및 유지 시간을 조절함으로써, (45,10,45) 방위의 분율이 (0,20,45) 방위의 분율보다 2배 높은 집합조직을 얻을 수 있다. 이때 승온 시에 자성에 유리한 (45,10,45)분율은 감소하는 경향이 있는 반면 1000℃ 이상의 온도에서는 (45,10,45)분율이 증가하고 반면에 (0,20,45)의 분율은 감소하는 경향이 있기 때문에, 유지 시간을 승온 시간 보다 길게 할 필요가 있다.

구체적으로, 최종 소둔하는 단계에서, 700℃에서부터 950℃까지 승온하는 승온 시간은 10초 이상 및 40초 미만일 수 있다.

최종 소둔된 강판은 절연피막처리 될 수 있다. 절연층 형성 방법에 대해서는 무방향성 전기강판 기술 분야에서 널리 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 구체적으로 절연층 형성 조성물로서, 크롬계(Cr-type)나 무크롬계(Cr-free type)중 어느 것이든 제한되지 않고 사용 가능하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

전로에서 취련한 용강을 탈가스 처리하여 중량%로, 하기 표 1 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강을 용제한 후, 연속 주조하여 200mm 두께의 슬라브를 제조하였다. 슬라브를 1150℃에서 가열한 후에 2.5mm의 두께가 되도록 열간압연을 실시하였다. 열간 압연 후에 열연판 소둔을 실시하였다. 열연판 소둔은 1100℃에서 40초 유지하였으며, 이후 냉각시에 890℃ 까지 냉각에 있어서 평균 냉각속도를 하기 표 2와 같이 조절하였다. 이후 냉각하고 표면의 산화층을 제거한 후에 냉간압연을 실시하였다. 냉간압연 시의 강판의 두께를 0.2mm, 0.25mm, 0.3mm, 0.35mm로 하였다. 이를 1050℃에서 표 2의 시간 동안 최종 소둔을 실시하였고, 이때 700℃에서 950℃까지의 승온시간을 표 2에 표시하였다.

이로부터, 폭 60 ㎜ × 길이 60 ㎜ 의 SST 시험편을 압연 방향 (L 방향) 및 압연 수직 방향 (C 방향) 으로부터 잘라내어, IEC 60404-3 에 준거하여 철손 W15/50, W10/400 및 자속 밀도 B50을 각각 측정하고, 그 결과를 표 3에 표기하였다.

강종 (중량%)	Si	Al	Mn	P	Sn	Sb	S	C	N	Ni	Cr
1	3.0	0.003	0.2	0.04	0.07	0.0006	0.0033	0.002	0.002	0.01	0.01
2	2.7	0.002	0.15	0.03	0.04	0.02	0.0056	0.001	0.001	0.02	0.02
3	3.35	0.005	0.06	0.013	0.06	0.0007	0.0038	0.004	0.0029	0.004	0.04
4	2.1	0.003	0.32	0.063	0.09	0.0005	0.0046	0.002	0.0035	0.02	0.03
5	2.8	0.03	0.21	0.026	0.035	0.0006	0.0033	0.003	0.0035	0.015	0.01
6	3.1	0.003	0.21	0.023	0.001	0.026	0.0041	0.002	0.0012	0.006	0.02

	강종	열연판 소둔 후 냉각 속도 (℃/s)	열연판 표면 결정립 입경 (㎛)	냉연판 두께 (mm)	700℃에서 950℃까지의 승온시간 (초)	1000℃ 이상 유지 시간 (초)	최종 소둔 후 결정립 입경 (㎛)
실시예 1	1	2.5	148	0.2	15	40	123
실시예 2	2	2.5	145	0.25	15	40	127
실시예 3	3	2.5	133	0.3	15	40	135
실시예 4	4	2.5	125	0.35	15	40	161
비교예 1	5	2.5	61	0.25	15	40	96
비교예 2	6	2.5	109	0.25	15	40	101
비교예 3	1	3.5	95	0.2	40	40	85
비교예 4	2	3.5	95	0.25	40	40	96
비교예 5	3	3.5	96	0.3	40	40	93
비교예 6	4	3.5	95	0.35	40	40	102
비교예 7	1	3.5	135	0.2	25	20	53
비교예 8	2	3.5	133	0.25	25	20	59
비교예 9	3	3.5	135	0.3	25	20	51
비교예 10	4	3.5	136	0.35	25	20	58
비교예 11	1	2.5	143	0.2	50	30	84
비교예 12	2	2.5	145	0.25	50	30	73
비교예 13	3	3.5	101	0.3	35	40	96
비교예 14	4	3.5	112	0.35	35	40	109

	(45,10,45) 분율 (면적%)	(0,20,45) 분율 (면적%)	<100>//ND 분율 (면적%)	Br	W	W15/50 (W/kg)	W10/400 (W/kg)
실시예 1	9.1	3.5	20	1.751	94.4	1.7	11.1
실시예 2	9.5	3.4	21	1.756	97.9	1.84	13.3
실시예 3	9.4	3.6	21	1.754	101.5	1.88	16.2
실시예 4	9.3	3.5	20	1.765	107.6	2.08	18.1
비교예 1	5.1	3.2	12	1.713	119	2.14	13.9
비교예 2	4.1	2.9	11	1.729	118.2	2.11	14.0
비교예 3	4.5	3.5	13	1.712	130.1	2.15	12.1
비교예 4	4.7	3.4	12	1.72	113.4	2.1	13.5
비교예 5	5.1	3.6	12	1.725	123.2	2.1	17.6
비교예 6	5.5	3.5	13	1.729	122.6	2.2	19.5
비교예 7	4.3	4.1	11	1.705	124.2	2.16	11.5
비교예 8	4.2	3.9	12	1.715	113.0	2.19	12.9
비교예 9	4.7	3.8	12	1.718	125.6	2.23	16.9
비교예 10	5.1	3.4	11	1.722	117.9	2.28	18.1
비교예 11	4.8	3.6	13	1.712	153.6	2.31	13.3
비교예 12	5.3	4.1	12	1.723	127.5	2.26	14.1
비교예 13	4.2	3.5	10	1.719	112.9	2.13	15.9
비교예 14	5.6	3.6	8	1.728	111.7	2.26	17.3

표 1 내지 표 3에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 합금 성분 및 제조 공정을 모두 만족하는 실시예는 특유의 집합 조직 특성을 만족하고, 자속밀도 및 철손이 모두 우수함을 확인할 수 있다.

반면, Al을 다량 포함하거나, Sn을적게 포함하는 비교예 1 및 2는 집합 조직 특성을 만족하지 못하고, 자속밀도 및 철손이 모두 비교적 열위함을 확인할 수 있다.

또한, 열연판 소둔 후 냉각 속도 및 최종 소둔 시 승온 시간 및 유지 시간을 만족하지 못하는 비교예 3 내지 6 집합 조직 특성을 만족하지 못하고, 자속밀도 및 철손이 모두 비교적 열위함을 확인할 수 있다.

또한, 최종 소둔 시 승온 시간 및 유지 시간을 만족하지 못하는 비교예 7 내지 12는 집합 조직 특성을 만족하지 못하고, 자속밀도 및 철손이 모두 비교적 열위함을 확인할 수 있다.

또한, 열연판 소둔 후 냉각 속도를 만족하지 못하는 비교예 13 및 14는 집합 조직 특성을 만족하지 못하고, 자속밀도 및 철손이 모두 비교적 열위함을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기 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

중량 %로, Si:1.5 내지 4.0%, Al:0.0005 내지 0.02%, Mn:0.02 내지 3.0%, Sn:0.005 내지 0.15% 및 P:0.001 내지 0.15% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
오일러 방위각도로 표현되는 (45,10,45)로부터 15˚ 내의 집합조직의 면적 분율이 (0,20,45)로부터 15˚ 내의 집합조직의 면적 분율에 비해 2배 이상 높은 무방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
<100>//ND의 면적 분율이 15% 이상인 무방향성 전기강판.
(여기서, <100>//ND는 <001>축이 압연면 법선 방향과 15˚ 내의 각도를 형성하는 집합조직을 의미한다.)
제1항에 있어서,
상기 (45,10,45)로부터 15˚ 내의 집합조직의 분율이 8.0% 이상인 무방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
상기 (0,20,45)로부터 15˚ 내의 집합조직의 면적 분율이 4.0% 이하인 무방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
평균 결정립 입경이 60 내지 500㎛인 무방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
Sb: 0.001 내지 0.15 중량% 더 포함하는 무방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
C:0.005 중량% 이하, N:0.005 중량% 이하, S: 0.015 중량% 이하 및 Ti: 0.003 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 무방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
Cu, Ni 및 Cr 중 1종 이상을 각각 0.05중량% 이하 더 포함하는 무방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
Zr, Mo 및 V 중 1종 이상을 각각 0.01 중량% 이하 더 포함하는 무방향성 전기강판.
제1항에 있어서,
하기 식 1로 표시되는 Br값이 1.75 이상이고, 하기 식 2로 표시되는 W값이 110 이하인 무방향성 전기강판.
[식 1]
[Br] = 7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al]) × [B50]
(식 1에서, [Si] 및 [Al]은 각각 Si, Al의 함량(중량%)이고, [B50]은 압연방향(L)과 압연 수직방향(C)에서 측정한 5000A/m에서의 자화값인 B50의 평균값(Tesla) 이다.)
[식 2]
[W] = [W15/50] × [W10/400] / [T]
(식 2에서, [W15/50]은 50Hz 주파수에서 1.5T 까지 자화될 때의 에너지 손실(W/kg)이고, [W10/400]은 400Hz 주파수에서 1.0T 까지 자화될 때의 에너지 손실(W/kg)이고, [T]는 전기강판의 두께(mm)이다.)
중량 %로, Si:1.5 내지 4.0%, Al:0.0005 내지 0.02%, Mn:0.02 내지 3.0%, Sn:0.005 내지 0.15% 및 P:0.001 내지 0.15% 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계;
상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계;
열연판 소둔된 열연판을 냉간 압연하여 냉연판을 제조하는 단계 및
상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함하고,
상기 열연판을 소둔하는 단계 이후, 열연판 소둔 균열 온도로부터 890℃까지 3℃/s 이하의 속도로 냉각하고,
상기 최종 소둔하는 단계에서, 700℃에서부터 950℃까지 승온하는 승온 시간에 비해, 1000℃ 이상의 온도에서 유지하는 유지 시간이 긴 무방향성 전기강판의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 냉연판을 제조하는 단계 이전 열연판의 표면의 평균 결정립 입경이 120㎛ 이상인 무방향성 전기강판의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 열연판 소둔 하는 단계의 균열 온도는 1000 내지 1150℃이고, 균열 온도에서의 유지 시간은 30 내지 60초인 무방향성 전기강판의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 최종 소둔 하는 단계의 균열 온도는 1000 내지 1150℃인 무방향성 전기강판의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 최종 소둔하는 단계에서, 700℃에서부터 950℃까지 승온하는 승온 시간은 10초 이상 및 40초 미만인 무방향성 전기강판의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 최종 소둔하는 단계에서, 1000℃ 이상의 온도에서 유지하는 유지 시간은 40 내지 120초인 무방향성 전기강판의 제조 방법.