KR102105530B1 - 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파철손이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, As: 0.0005 내지 0.02%, Bi: 0.0005 내지 0.01% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 [식 1]을 만족한다.
[식 1]
0.3 ≤ [표면미세결정립경] × [미세립형성두께] × ([As]/[Bi]) ≤ 5.0
식 1에서, [표면미세결정립경]은 전기강판 극표면층의 미세한 결정립의 평균 입경(㎛)을 의미하고, [미세립형성두께]는 미세한 결정립이 형성되는 극표면층의 두께(mm)를 의미하며, [As]는 As의 조성(중량%), [Bi]는 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.

Description

무방향성 전기강판 및 그 제조방법 {NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 모터의 철심에 사용되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 고주파철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
에너지 절약, 미세먼지 발생 저감 및 온실가스 저감 등 지구 환경 개선을 위해 전기에너지의 효율적인 사용이 큰 이슈가 되고 있다. 현재 발전되는 전체 전기에너지의 50% 이상이 전동기에서 소비되고 있기 때문에 전기의 효율적인 사용을 위해서는 전동기의 고효율화가 반드시 필요한 실정이다. 최근, 친환경 자동차(하이브리드, 플러그인하이브리드, 전기차, 연료전지차) 분야가 급격히 발전함에 따라 고효율 구동모터에 대한 관심이 급증하고 있으며, 아울러 가전용 고효율 모터, 중전기용 슈퍼프리미엄 모터 등 고효율화에 대한 인식 및 정부 규제가 지속되고 있어, 효율적인 전기에너지 사용을 위한 요구가 그 어느 때보다 높다고 할 수 있다.
한편, 전동기의 고효율화를 위해서는 소재의 선택부터 설계, 조립, 제어에 이르기까지 모든 영역에서 최적화가 매우 중요하다. 특히 소재 측면에서는 전기강판의 자성특성이 가장 중요하여, 저철손 및 고자속 밀도에 대한 요구가 높다. 철손은 특정 자속밀도와 주파수에서 발생하는 에너지 손실을 의미하며, 자속밀도는 특정 자장 하에서 얻어지는 자화의 정도를 의미한다. 철손이 낮을수록 동일한 조건에서 에너지 효율이 높은 모터를 제조할 수 있으며, 자속밀도가 높을수록 모터를 소형화시키거나 구리손을 감소시킬 수 있다. 이 때, 상용주파수 영역뿐만 아니라 고주파 영역에서도 구동해야 하는 자동차 구동모터나 에어컨 컴프레셔용 모터는 고주파 저철손 특성이 아주 중요하다.
이러한 고주파 저철손 특성을 얻기 위해서 강판의 제조 과정에서는 Si, Al, Mn과 같은 비저항 원소를 다량 첨가해야 하고, 강판 내부에 존재하는 개재물 및 미세 석출물을 적극 제어하여 이들이 자벽 이동을 방해하지 못하도록 해야 한다. 하지만, 개재물 및 미세 석출물 제어를 위해서 불순물 원소인 C, S, N, Ti, Nb, V 등과 같은 원소를 제강에서 극저로 정제하려면 고급 원료를 사용해야 하며, 아울러 2차 정련에 많은 시간이 걸려 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, Si, Al, Mn과 같은 비저항 원소의 다량 첨가 방법 및 불순물 원소의 극저 제어를 위한 연구가 이루어지고 있지만, 이에 대한 실질적인 적용 결과는 미미한 수준이다.
본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. 보다 구체적으로 모터의 철심에 사용되는 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 고주파철손이 낮고 자속밀도가 높은 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, As: 0.0005 내지 0.02%, Bi: 0.0005 내지 0.01% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 [식 1]을 만족한다.
[식 1]
0.3 ≤ [표면미세결정립경] × [미세립형성두께] × ([As]/[Bi]) ≤ 5.0
식 1에서, [표면미세결정립경]은 전기강판 극표면층의 미세한 결정립의 평균 입경(㎛)을 의미하고, [미세립형성두께]는 미세한 결정립이 형성되는 극표면층의 두께(mm)를 의미하며, [As]는 As의 조성(중량%), [Bi]는 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 As와 Bi의 합계는 0.0005 내지 0.025% 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 [식 2]를 만족할 수 있다.
[식 2]
1 ≤ [As]/[Bi] ≤ 10
식 2에서, [As]는 슬라브 내의 As의 조성(중량%), [Bi]는 슬라브 내의 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.
전기강판 두께의 10% 이내의 극표면층에 평균 결정립경의 25% 미만의 미세한 결정립이 존재할 수 있다.
전기강판은 N: 0.0040% 이하(0%를 제외함), C: 0.0040% 이하(0%를 제외함), S: 0.0040% 이하(0%를 제외함), Ti: 0.0040% 이하(0%를 제외함), Nb: 0.0040% 이하(0%를 제외함), V: 0.0040% 이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
전기강판은 비저항이 45μΩ㎝ 이상일 수 있다.
전기강판은 철손(W0.5/10000)이 10W/kg 이하일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은, 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, As: 0.0005 내지 0.02%, Bi: 0.0005 내지 0.01% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 냉연판을 최종 소둔하여 전기강판을 제조하는 단계;를 포함한다.
슬라브는 As와 Bi의 합계는 0.0005 내지 0.025% 일 수 있다.
슬라브는 [식 2]를 만족할 수 있다.
[식 2]
1 ≤ [As]/[Bi] ≤ 10
식 2에서, [As]는 슬라브 내의 As의 조성(중량%), [Bi]는 슬라브 내의 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.
냉연판을 최종 소둔하는 단계;에서, 700℃까지의 가열속도를 10℃/s이상으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 제조방법으로 제조된 냉연강판은 [식 1]을 만족할 수 있다.
[식 1]
0.3 ≤ [표면미세결정립경] × [미세립형성두께] × ([As]/[Bi]) ≤ 5.0
식 1에서, [표면미세결정립경]은 전기강판 극표면층의 미세한 결정립의 평균 입경(㎛)을 의미하고, [미세립형성두께]는 미세한 결정립이 형성되는 극표면층의 두께(mm)를 의미하며, [As]는 슬라브 내의 As의 조성(중량%), [Bi]는 슬라브 내의 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.
슬라브는 N: 0.0040% 이하(0%를 제외함), C: 0.0040% 이하(0%를 제외함), S: 0.0040% 이하(0%를 제외함), Ti: 0.0040% 이하(0%를 제외함), Nb: 0.0040% 이하(0%를 제외함), V: 0.0040% 이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
열연판을 제조하는 단계; 이후, 열연판을 열연판 소둔하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, As와 Bi를 일정 비율로 첨가하여 최종 소둔 시 승온 속도를 최적화하면 표면미세결정립을 조장하여 스킨효과에 따른 고주파영역의 철손을 개선할 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 고속회전에 적합하다.
이러한 무방향성 전기강판을 제조할 수 있는 기술을 제공하여, 친환경 자동차용 모터, 고효율 가전용 모터, 슈퍼프리미엄급 전동기를 제조할 수 있도록 기여할 수 있다.
본 명세서에서, 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.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 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.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 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 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.
무방향성 전기강판의 고주파철손을 개선하기 위해서는 결정립경을 작게 만들어야 하며, 아울러 스킨효과로 인하여 표면층의 결정립을 더욱 미세하게 만들어야 할 필요가 있다. 하지만 강판 내에서 결정립경을 이원화시키는 것은 석출물의 도입 등으로 인해 자성열화를 가져올 수 있다. 본 발명에서는 특수 원소인 As, Bi를 이용하여 표면에 미세한 결정립을 제조하여 생산성이 우수할 뿐만 아니라 고주파철손이 우수한 전기강판을 더욱 쉽게 제조할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 이하 상기 목적을 달성하기 위한 조건을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, As: 0.0005 내지 0.02%, Bi: 0.0005 내지 0.01% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 [식 1]을 만족한다.
[식 1]
0.3 ≤ [표면미세결정립경] × [미세립형성두께] × ([As]/[Bi]) ≤ 5.0
식 1에서, [표면미세결정립경]은 전기강판 극표면층의 미세한 결정립의 평균 입경(㎛)을 의미하고, [미세립형성두께]는 미세한 결정립이 형성되는 극표면층의 두께(mm)를 의미하며, [As]는 As의 조성(중량%), [Bi]는 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.
보다 구체적으로는, N: 0.0040% 이하(0%를 제외함), C: 0.0040% 이하(0%를 제외함), S: 0.0040% 이하(0%를 제외함), Ti: 0.0040% 이하(0%를 제외함), Nb: 0.0040% 이하(0%를 제외함), V: 0.0040% 이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로는, As와 Bi의 합계는 0.0005 내지 0.025% 일 수 있다.
보다 구체적으로는, [식 2]를 만족할 수 있다.
[식 2]
1 ≤ [As]/[Bi] ≤ 10
식 2에서, [As]는 슬라브 내의 As의 조성(중량%), [Bi]는 슬라브 내의 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.
먼저, 무방향성 전기강판의 성분을 한정한 이유를 설명한다.
Si: 2.5 내지 3.8 중량%
Si는 재료의 비저항을 높여 철손을 낮추어주는 역할을 하며, 너무 적게 첨가될 경우, 고주파 철손 개선 효과가 부족할 수 있다. 반대로 너무 많이 첨가될 경우 재료의 경도가 상승하여 냉간압연성이 극도로 악화되어 생산성 및 타발성이 열위해질 수 있다. 따라서 전술한 범위에서 Si를 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si를 2.7 내지 3.5 중량% 포함할 수 있다.
Al: 0.5 내지 2.5 중량%
Al은 재료의 비저항을 높여 철손을 낮추는 역할을 하며, 너무 적게 첨가되면, 고주파 철손 저감에 효과가 없고 질화물이 미세하게 형성되어 자성을 열화시킬 수 있다. 반대로 너무 많이 첨가될 경우 제강과 연속주조 등의 모든 공정상에 문제를 발생시켜 생산성을 크게 저하시킬 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Al을 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 Al을 0.5 내지 2.0 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Al을 0.5 내지 1.5 중량% 포함할 수 있다.
Mn: 0.2 내지 4.5 중량%
Mn은 재료의 비저항을 높여 철손을 개선하고 황화물을 형성시키는 역할을 하며, 너무 적게 첨가되면, MnS가 미세하게 석출되어 자성을 열화시킨다. 반대로 너무 많이 첨가되면 자성에 불리한 [111]집합조직의 형성을 조장하여 자속밀도가 급격히 감소할 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Mn을 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 Mn을 0.3 내지 4.0 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Mn을 0.4 내지 3.0 중량% 포함할 수 있다.
As: 0.0005 내지 0.02 중량%
As는 표면층에 편석하여 결정립 성장성을 조절하는 역할을 한다. 기본적으로 본 발명의 일 실시예에서는 종래 기술의 문제점을 해결하고자 주요 첨가 성분인 Si, Al 및 Mn의 범위를 최적화할 뿐 아니라, 특수 첨가 원소인 As 및 Bi를 일정한 비율로 소량 첨가한다. 또한 추후 제조 방법의 설명에서 언급할 최종 소둔 시의 승온 속도까지 제어하여, 표면에 미세립을 형성시켜 자성이 우수한 범위를 한정하였다. 이 때, As이 너무 적게 첨가되면 충분히 편석되지 못하여 결정립성장성을 조장하는 역할을 하지 못할 수 있다. 반대로 너무 많이 첨가되면 강판 전체의 결정립 성장성을 억제하여 자성이 열위해질 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 As를 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 As를 0.001 내지 0.02 중량% 포함할 수 있다.
Bi: 0.0005 내지 0.01 중량%
Bi는 As의 표면편석을 돕는 첨가제 역할을 한다. 너무 적게 첨가되면 As의 표면편석을 도와 소둔공정에서 극표면층에 결정립미세화를 촉진시키는 역할을 할 수 있다. 반대로 너무 많이 첨가되면 미세한 석출물의 형성을 조장하여 철손을 열화시킬 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 Bi를 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 Bi를 0.0007 내지 0.01 중량% 포함할 수 있다.
기타 불술문 원소 C, S, N, Ti, Nb, V: 각 0.004 중량% 이하
N는 Ti, Nb, V과 결합하여 질화물 혹은 탄화물을 형성하고, 그 크기가 미세할수록에 따라 결정립 성장성을 저하시키는 역할이 다르므로 이를 고려하여 그 함량은 전술한 범위에서 첨가할 수 있다.
C는 N, Ti, Nb, V등과 반응하여 미세한 탄화물을 만들어 결정립성장성 및 자구이동을 방해하는 역활을 하며, 자기시효를 일으키므로 전술한 범위에서 첨가할 수 있다.
S는 황화물을 형성하여 결정립 성장성을 열위시키므로 전술한 범위에서 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 C, S, N, Ti, Nb 및 V를 각각 0.003 중량% 이하로 포함할 수 있다.
상기 성분 이외에 본 발명은 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 상기 성분 이외에 유효한 성분의 첨가를 배제하는 것은 아니다.
다음으로, 무방향성 전기강판의 성분 원소간 첨가 비율을 한정한 이유를 설명한다.
[As]+[Bi]: 0.0005 내지 0.025, [As]/[Bi]: 1 내지 10
[As]+[Bi]는 일정량이상 존재하여 극표면층에 편석하면 되므로, As 혹은 Bi 중 1종만 존재하면 되며, 그 합계가 너무 많으면 미세한 석출물형성으로 결정립 성장성이 극히 열위하게 될 수 있다. 또한 [As]/[Bi]비를 한정하는 이유는 너무 작은 범위에서는 극표면편석이 충분하게 발생하지 않아 결정립 조장이 어려울 수 있다. 반대로 너무 큰 범위에서는 Bi의 촉매역할이 없어 표면미세결정립경을 거의 생성하지 못하므로 그 비율을 한정할 수 있다.
0.3 ≤[표면미세결정립경(μm)]×[미세립형성두께(mm)]×([As]/[Bi])≤ 5.0
소둔시 형성되는 표면미세결정립경과 미세립형성두께는 [As]/[Bi]의 비율에 의존함을 찾아내어 수식화 하였다. 너무 작은 범위에서는 미세립이 거의 형성되지 않을 수 있다. 반대로 너무 큰 범위에서는 표면 미세결정립이 조대화되어 평균결정립과 거의 동일해지므로 그 이내의 범위에서 관리되어야 한다. 여기서, [표면미세결정립경]은 전기강판 극표면층의 미세한 결정립의 평균 입경(㎛)을 의미하고, [미세립형성두께]는 미세한 결정립이 형성되는 극표면층의 두께(mm)를 의미하며, [As]는 As의 조성(중량%), [Bi]는 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.
보다 구체적으로, [표면미세결정립경]은 전기강판 극표면층에 존재하는 평균 결정립경의 25% 미만의 크기인 미세결정립의 크기를 의미할 수 있다. 더욱 구체적으로, [표면미세결정립경]은 13μm 이상일 수 있다. 더욱 구체적으로, 15μm 내지 20㎛일 수 있다.
보다 구체적으로, [미세립형성두께]는 전기강판 두께의 10% 이내의 미세결정립이 존재하는 극표면층을 의미할 수 있다. 더욱 구체적으로, [미세립형성두께]는 11μm 이상일 수 있다. 더욱 구체적으로, 15μm 내지 30㎛일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 전기강판 두께의 10% 이내의 극표면층에 평균 결정립경의 25% 미만의 입경을 갖는 미세한 결정립이 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 비저항이 45μΩ㎝ 이상일 수 있다. 보다 구체적으로는, 53μΩ㎝ 이상일 수 있다. 더욱 구체적으로는, 64μΩ㎝ 이상일 수 있다. 상한은 특별히 제한되지 않으나, 100 μΩ·㎝ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 고주파 철손(W0.5/10000)이 10W/kg 이하일 수 있다. 보다 구체적으로는, 9W/kg 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로는, 8.5W/kg 이하일 수 있다. 하한은 특별히 제한되지 않으나, 7.0W/kg 이상일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 고주파 철손이 매우 낮기 때문에, 특히 자동차 모터로 사용할 시 고속주행에서 연비가 우수하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 철손(W10/400)이 15.5W/kg 이하일 수 있다. 보다 구체적으로는, 14.8W/kg 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은, 자속밀도(B50)가 1.63T 이상 일 수 있다. 자속밀도가 1.63T 인 경우는 자동차 모터로 사용시 출발 및 가속시 토크가 우수한 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은 중량%로 Si: 2.5 내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, As: 0.0005 내지 0.02%, Bi: 0.0005 내지 0.01% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계; 슬리브를 가열하는 단계; 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 냉연판을 최종 소둔하여 전기강판을 제조하는 단계;를 포함하고, 냉연판을 최종 소둔하는 단계;에서, 700 ℃까지의 가열속도를 10 ℃/s이상으로 한다. 이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 전술한 조성을 만족하는 슬라브를 준비한다. 슬라브 내의 각 조성의 첨가 비율을 한정한 이유는 전술한 무방향성 전기강판의 조성 한정 이유와 동일하므로, 반복되는 설명을 생략한다. 후술할 열간압연, 열연판 소둔, 냉간압연, 최종 소둔 등의 제조 과정에서 슬라브의 조성은 실질적으로 변동되지 아니하므로, 슬라브의 조성과 무방향성 전기강판의 조성은 실질적으로 동일하다.
이러한 제강 단계에서 용강 내에 합금원소를 첨가할 시에는 Si, Al 및 Mn을 우선 첨가한 후, As 또는 Bi 중 1종 이상을 투입한 후, Ar 가스 등을 이용하여 5분 이상의 충분한 Bubbling을 실시하여 As와 Bi가 반응할 수 있도록 할 수 있다. 그 후, 제어된 용강을 연속 주조 공정에서 응고시켜 슬라브를 제조할 수 있다.
다음으로, 제조된 슬라브를 가열한다. 가열함으로써 후속되는 열간압연 공정을 원활히 수행하고, 슬라브를 균질화 처리할 수 있다. 보다 구체적으로, 가열은 재가열을 의미할 수 있다. 이 때, 슬라브 가열 온도는 1100 내지 1250 ℃일 수 있다. 슬라브의 가열 온도가 너무 높으면 석출물이 재용해되어 열간압연 이후 미세하게 석출될 수 있다.
다음으로, 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조한다. 열간압연의 마무리 압연 온도는 800℃ 이상일 수 있다.
열연판을 제조하는 단계 이후, 열연판을 열연판 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때 열연판 소둔 온도는 850 내지 1150℃일 수 있다. 열연판 소둔 온도가 너무 낮으면 조직이 성장하지 않거나 미세하게 성장하여 자속밀도의 상승 효과가 적으며, 반대로 열연판 소둔 온도가 너무 높으면 자기특성이 오히려 열화되고, 판형상의 변형으로 인해 압연작업성이 나빠질 수 있다. 더욱 구체적으로 온도범위는 950 내지 1125℃일 수 있다. 더욱 구체적으로 열연판의 소둔온도는 900 내지 1100℃일 수 있다. 열연판 소둔은 필요에 따라 자성에 유리한 방위를 증가시키기 위하여 수행되는 것이며, 생략도 가능하다.
다음으로, 열연판을 산세하고 소정의 판두께가 되도록 냉간압연하여 냉연판을 제조한다. 열연판 두께에 따라 다르게 적용될 수 있으나, 70 내지 95%의 압하율을 적용하여 최종두께가 0.2 내지 0.65 mm가 되도록 냉간압연하여 냉연판을 제조 할 수 있다.
다음으로, 냉연판을 최종 소둔하여 전기강판을 제조한다. 최종 소둔 온도는 800 내지 1050℃가 될 수 있다. 최종 소둔 온도가 너무 낮으면 재결정이 충분히 발생하지 못하고, 최종 소둔 온도가 너무 높으면 결정립의 급격한 성장이 발생하여 자속밀도와 고주파 철손이 열위해 질 수 있다. 더욱 구체적으로 900 내지 1000℃의 온도에서 최종 소둔할 수 있다. 최종 소둔 과정에서 전 단계인 냉간압연 단계에서 형성된 가공 조직이 모두(즉, 99% 이상) 재결정될 수 있다.
냉연판을 최종 소둔하는 단계에서, 700℃까지의 가열속도를 10℃/s이상으로 제어할 수 있다. 이는 특수 첨가 원소의 표면 편석을 통하여 극표면 미세립을 조장하기 위한 것이다. 극표면층은 강판 두께의 10%이내를 의미할 수 있고, 미세립은 평균 결정립경의 25%미만의 크기의 미세한 결정립경을 의미한다. 더욱 구체적으로 13 내지 35℃/s 이상으로 제어할 수 있다.
이후, 700℃ 초과 내지 전술한 최종 소둔 온도까지는 10 내지 30℃/s 의 속도로 가열할 수 있다.
이때의 극표면 미세립의 결정립경의 확인은 광학현미경을 이용할 수 있고, 관찰면은 압연수직방향의 단면(TD면)이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
실시예
하기 표 1과 같이 조성되고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하였다. 슬라브의 불순물 C, S, N 및 Ti는 모두 0.003%로 제어하였다. 슬라브를 1150℃로 가열하고, 850℃의 열간 마무리온도로 열간압연하여, 판두께 2.0mm의 열연판을 제조하였다. 열간압연된 열연판은 1100℃에서 4분간 열연판 소둔 후, 산세 및 냉간압연하여 두께를 0.25mm로 만들고 표 2의 온도 범위 및 승온 속도로 최종 소둔을 시행하였다. 따라서 표 2에 기재된 바와 같이, 80 내지 100μm의 평균 결정립경의 소둔판을 제작하였다. 이때의 극표면 미세립의 결정립경의 확인은 광학현미경을 이용할 수 있고, 관찰면은 압연수직방향의 단면(TD)이다.
각 시편에 대한 비저항, 자속밀도(B50), 철손(W10/400) 및 고주파철손(W0.5/100000)을 하기 표 3에 나타내었다. 이러한 자기적 성질은 Single Sheet tester를 이용하여 압연방향 및 수직방향의 평균값으로 결정하였다. 이 때, B50은 5000A/m의 자기장에서 유도되는 자속밀도이고, W10/400은 400Hz의 주파수로 1.0T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손을 의미하며, W0.5/100000은 100000Hz의 주파수로 0.05T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손을 의미한다.
발명의 범위에 속하는 강종의 경우, 두께 약 15μm 이상의 미세표면층이 형성되었으며, 표면미세립의 직경도 약 15μm 이상이 되었다. 이 경우 고주파 철손이 우수하다.
구분 Si
(%)		 Al
(%)		 Mn
(%)		 As
(%)		 Bi
(%)		 As+Bi
(%)		 As/Bi
1 2.8 0.5 0.5 0.005 0.001 0.006 5
2 2.8 0.5 0.5 0.004 0.005 0.009 0.8
3 2.8 0.5 0.5 0.01 0.001 0.011 10
4 3.1 0.7 1.5 0.02 0.01 0.03 2
5 3.1 0.7 1.5 0.025 0.01 0.035 2.5
6 3.1 0.7 1.5 0.015 0.02 0.035 0.75
7 3.1 0.7 1.5 0.01 0.003 0.013 3.3
8 3.1 0.7 1.5 0.005 0.003 0.008 1.7
9 2.7 1.5 2.5 0.005 0.003 0.008 1.7
10 2.7 1.5 2.5 0.005 0.0003 0.0053 16.7
11 2.7 1.5 2.5 0.02 0.003 0.023 6.7
12 2.8 0.8 1.8 0.0004 0.0003 0.0007 1.3
13 2.8 0.8 1.8 0.005 0.003 0.008 1.7
14 2.8 0.8 1.8 0.005 0.003 0.008 1.7
15 3.2 0.005 1.1 0.0012 0.0015 0.0027 0.8
구분 최종 소둔 시 700℃까지의 승온 속도
(℃/s)		 최종 소둔온도
(℃)		 강판두께
(mm)		 평균결정립경
(μm)		 미세립형성두께
(mm)		 표면미세결정립경
(μm)		 표면결정립경*표면층두께*As/Bi 비고
1 15 970 0.25 85 0.018 17 1.53 발명예
2 20 1000 0.25 96 0.012 5 0.05 비교예
3 30 980 0.25 89 0.025 18 4.50 발명예
4 12 1050 0.25 86 0.01 7 0.14 비교예
5 15 1070 0.25 82 0.009 10 0.23 비교예
6 17 1070 0.25 88 0.012 9 0.08 비교예
7 8 960 0.25 90 0.007 6 0.14 비교예
8 15 980 0.25 95 0.018 19 0.57 발명예
9 25 970 0.25 97 0.021 19 0.67 발명예
10 25 940 0.25 88 0.006 5 0.50 비교예
11 25 950 0.25 86 0.027 17 3.06 발명예
12 20 960 0.25 92 0.009 7 0.08 비교예
13 5 970 0.25 88 0.011 8 0.15 비교예
14 25 950 0.25 82 0.034 16 0.91 발명예
15 28 990 0.25 89 0.008 8 0.05 비교예
구분 비저항 B50
(T)		 W10/400
(W/kg)		 W0.5/100000
(W/kg)		 비고
1 53 1.65 14.5 7.25 발명예
2 53 1.62 15.7 10.95 비교예
3 53 1.66 14.2 8.42 발명예
4 65 1.62 16.8 11.25 비교예
5 65 1.61 17.6 10.94 비교예
6 65 1.61 16.5 10.54 비교예
7 65 1.62 15.8 11.25 비교예
8 65 1.64 14.8 7.89 발명예
9 75 1.65 13.9 8.26 발명예
10 75 1.61 16.2 10.56 비교예
11 75 1.64 13.8 7.26 발명예
12 64 1.62 16.8 11.12 비교예
13 64 1.61 16.7 10.46 비교예
14 64 1.63 14.7 8.12 발명예
15 56 1.62 15.9 11.66 비교예
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 (13)

  1. 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, As: 0.0005 내지 0.02%, Bi: 0.0005 내지 0.01% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 [식 1]을 만족하는 무방향성 전기강판.
    [식 1]
    0.3 ≤ [표면미세결정립경] × [미세립형성두께] × ([As]/[Bi]) ≤ 5.0
    (식 1에서, [표면미세결정립경]은 전기강판 극표면층의 미세한 결정립의 평균 입경(㎛)을 의미하고, [미세립형성두께]는 미세한 결정립이 형성되는 극표면층의 두께(mm)를 의미하며, [As]는 As의 조성(중량%), [Bi]는 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 As와 Bi의 합계는 0.0005 내지 0.025%인 무방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    하기 [식 2]를 만족하는 무방향성 전기강판.
    [식 2]
    1 ≤ [As]/[Bi] ≤ 10
    (식 2에서, [As]는 슬라브 내의 As의 조성(중량%), [Bi]는 슬라브 내의 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기강판 두께의 10% 이내의 극표면층에 평균 결정립경의 25% 미만의 미세한 결정립이 존재하는 무방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    N: 0.0040% 이하(0%를 제외함), C: 0.0040% 이하(0%를 제외함), S: 0.0040% 이하(0%를 제외함), Ti: 0.0040% 이하(0%를 제외함), Nb: 0.0040% 이하(0%를 제외함), V: 0.0040% 이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함하는 무방향성 전기강판.
  6. 제1항에 있어서,
    비저항이 45μΩ㎝ 이상인 무방향성 전기강판.
  7. 제1항에 있어서,
    철손(W0.5/10000)이 10W/kg 이하인 무방향성 전기강판.
  8. 중량%로, Si: 2.5 내지 3.8%, Al: 0.5 내지 2.5%, Mn: 0.2 내지 4.5%, As: 0.0005 내지 0.02%, Bi: 0.0005 내지 0.01% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계;
    상기 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연판을 최종 소둔하여 전기강판을 제조하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계;에서, 700℃까지의 가열속도를 10℃/s이상으로 하는 무방향성 전기강판의 제조방법이되,
    상기 전기강판은 [식 1]을 만족하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
    [식 1]
    0.3 ≤ [표면미세결정립경] × [미세립형성두께] × ([As]/[Bi]) ≤ 5.0
    (식 1에서, [표면미세결정립경]은 전기강판 극표면층의 미세한 결정립의 평균 입경(㎛)을 의미하고, [미세립형성두께]는 미세한 결정립이 형성되는 극표면층의 두께(mm)를 의미하며, [As]는 As의 조성(중량%), [Bi]는 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.)
  9. 제8항에 있어서,
    상기 슬라브의 As와 Bi의 합계는 0.0005 내지 0.025% 인 무방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 슬라브는 [식 2]를 만족하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
    [식 2]
    1 ≤ [As]/[Bi] ≤ 10
    (식 2에서, [As]는 슬라브 내의 As의 조성(중량%), [Bi]는 슬라브 내의 Bi의 조성(중량%)을 의미한다.)
  11. 제8항에 있어서,
    상기 슬라브는 N: 0.0040% 이하(0%를 제외함), C: 0.0040% 이하(0%를 제외함), S: 0.0040% 이하(0%를 제외함), Ti: 0.0040% 이하(0%를 제외함), Nb: 0.0040% 이하(0%를 제외함), V: 0.0040% 이하(0%를 제외함) 중 1종 이상을 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 열연판을 제조하는 단계; 이후,
    상기 열연판을 열연판 소둔하는 단계;를 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법.
  13. 삭제
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