KR102464576B1 - 무방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

무방향성 전기강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중량 %당 인장강도 증가 효과가 작은 Mn 첨가량을 최소화하고, 인장강도 증가 효과가 큰 Al 첨가량을 최대화하여 높은 인장강도를 유지하되, 강판내 결정립 중에서 자성특성에 우수한 {100} 집합조직의 면강도를 증가시키면서 인장강도 증가효과를 해치지 않도록 평균 결정립 크기를 적절히 조절할 수 있도록 냉간압연 공정 및 열처리 시간을 짧게 제어하여 높은 인장강도 및 자성 특성이 향상된 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

무방향성 전기강판 및 그 제조방법 {Non-oriented electrical steels and method for manufacturing the same}
본 발명은 무방향성 전기강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중량 %당 인장강도 증가 효과가 작은 Mn 첨가량을 최소화하고, 인장강도 증가 효과가 큰 Al 첨가량을 최대화하여 높은 인장강도를 유지하되, 강판내 결정립 중에서 자성특성에 우수한 {100} 집합조직의 면강도를 증가시키면서 인장강도 증가효과를 해치지 않도록 평균 결정립 크기를 적절히 조절할 수 있도록 냉간압연 공정 및 열처리 시간을 짧게 제어하여 높은 인장강도 및 자성 특성이 향상된 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
무방향성 전기강판의 특성이 전기기기의 에너지 효율을 결정하는데 있어 중요한 역할을 하는 이유는 무방향성 전기강판이 모터, 발전기 등의 회전 기기와 소형 변압기 등의 정지기기에 철심용 재료로 사용되어 전기적 에너지를 기계적 에너지로 바꾸어 주는 역할을 하기 때문이다.
전기강판의 자기적 특성으로는 철손과 자속밀도를 들 수 있는데, 철손은 에너지 손실이기 때문에 낮을수록 좋다. 한편, 자속밀도는 외부자장 하에서 자화되는 정도를 나타내는데, 자속밀도가 높은 경우 더 작은 전류를 인가해도 동일한 자속밀도를 얻을 수 있기 때문에, 권선된 구리선에서 발생하는 동손을 감소시킬 수 있어서 자속밀도 특성은 높을수록 좋다.
일반적으로, 무방향성 전기강판의 자기적 성질 중 철손저감을 위해서 전기저항 및 비저항 증가 효과가 큰 Si, Al, Mn 등이 첨가된다. Si, Al, Mn에 있어서, 중량 %당 비저항 증가효과는 Si이 제일 크고 Mn이 제일 작으며 Al은 중간 정도의 효과를 나타낸다.
또한, 집합조직에 있어 <100> 자화 용이 결정방향을 포함하는 {100} 면강도를 높이고 {111} 면이나 {211} 면의 면강도를 낮추어 자속밀도를 높이고 철손을 낮추는 것이 바람직하다.
최근, 전기자동차 구동모터의 파워가 증가하고 있는 추세 속에서, 모터코어의 자성특성 향상뿐만 아니라, 인장강도 증가에 의한 피로강도를 높이는 노력이 이루어지고 있다. 일반적으로, 금속내의 결정립 크기(직경)가 감소할 수록 경도, 인장강도 및 피로강도(Fatigue limit: 피로한)가 증가한다는 것은 널리 알려진 사실이다(비특허 문헌 1-3). 여기서, 피로강도/인장강도
Figure 112022056139282-pat00001
0.5이다. 따라서, 피로강도를 높이기 위해서는 결정립 크기가 작아야 하는데, 냉연판을 장시간 소둔시, {100}면이 {111}과 {110} 결정립들을 잠식하면서 성장하기 때문에, {100} 집합조직의 면강도가 90%이상으로 증가하더라도, 평균 결정립 크기가 극도로 조대화되기 때문에 상기에 기술된 피로강도 저하를 피할 수 없다. 따라서, 피로강도를 높이기 위해서는 냉연판 최종 열처리 온도에서 열처리 시간을 짧게 하여 결정립 크기를 무한정 작게 하여야 하나, 이러한 경우 짧은 열처리 시간으로 인해 {100} 결정립들에 의한 {111}과 {110} 결정립들의 잠식시간이 너무 짧기 때문에 자성특성에 유리한 {100} 집합조직의 면강도는 감소할 수 밖에 없다.
따라서, 이러한 목적을 동시에 달성하기 위해서는, 평균 결정립 크기를 적절하게 조절하여 자성특성에 유리한 {100} 집합조직의 면강도를 확보하고, Mn 첨가량은 최소화하고 Al 첨가량을 최대화하여 인장강도를 극대화하여야 한다.
비특허 문헌 1: N.J. Petch, "The cleavage strength of polycrystals", J. Iron and Steel Inst., 1953년 25-28페이지 비특허 문헌 2: 김건호, "저탄소강재(SM25C)의 피로크랙 전파거동에 미치는 결정립 크기의 영향", 한국박용기학회지, 2002년, 76-81페이지. 비특허 문헌 3: "강의 열처리", 기전연구사, 1979년 189페이지
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보다 상세하게는 강판내 결정립 중에서 자성특성에 유리하도록 {100} 집합조직의 면강도를 확보하고, 평균 결정립 크기를 적절하게 조절하며, Mn 첨가량은 최소화하고, Al 첨가량을 최대화하여 높은 인장강도를 나타내고 자성특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.6% 초과 4% 이하, Al: 0.6%초과 2% 이하, Nb: 0.001% 초과 0.005% 이하, Mn: 0.1% 미만(0% 제외), S: 0.01% 미만(0% 제외), C: 0.004% 이하(0% 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), P: 0.01% 미만(0% 제외), V: 0.005% 미만(0% 제외), Mo: 0.003% 미만(0% 제외), Ti: 0.03% 이하(0% 제외), Sb: 0.015% 미만(0% 제외), Sn: 0.005% 미만(0% 제외), Cu: 0.04 중량% 이하(0% 제외), Bi: 0.0005% 미만(0% 제외), As: 0.0005% 미만(0% 제외), Ga: 0.002% 미만(0% 제외), O: 0.005% 이하(0% 제외)와 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 하기 관계식 1, 2, 3 및 4 를 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[관계식 1]
[Sb]+[Sn]+[P]<0.02(0은 제외)
[관계식 2]
[Bi]+[Ga] < 0.002(0은 제외)
[관계식 3]
3 ≤ {100}max ≤ 10
[관계식 4]
0 ≤ ({110}max /{100}max) ≤ 1.5
(상기 관계식 1 및 2 에서, [Sb], [Sn], [P], [Bi]와 [Ga]는 각각 Sb, Sn, P, Bi 및 Ga의 함량(중량%)을 나타내고,
상기 관계식 3 및 4 에서, {100}max와 {110}max는 각각 {100} 또는 {110} 방위의 면이 강판면과 15°이내에서 평행한 {100} 또는 {110} 집합조직의 최대집합조직강도를 나타내며, 이때 강판면이란 전기강판의 압연방향을 x축, 폭방향을 y축이라 할 때, xy면을 의미한다.)
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, 압연방향으로의 인장강도는 485 ㎫ 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, 압연방향으로의 자속밀도(B50)는 1.60 Tesla 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, 압연방향으로의 철손(W15/50)은 2.40 W/kg 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, 최종 소둔 후 평균 결정립 크기는 70 내지 350 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, Si, Al, Nb, Mn, S, C, N, P, V, Mo, Ti, As, Sb, Sn, Cu, Bi, Ga, O 및 Fe를 제외한 나머지 원소 성분의 합량은 1% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조방법은 a) 중량%로, Si: 2.6% 초과 4% 이하, Al: 0.6%초과 2% 이하, Nb: 0.001% 초과 0.005% 이하, Mn: 0.1% 미만(0% 제외), S: 0.01% 미만(0% 제외), C: 0.004% 이하(0% 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), P: 0.01% 미만(0% 제외), V: 0.005% 미만(0% 제외), Mo: 0.003% 미만(0% 제외), Ti: 0.03% 이하(0% 제외), Sb: 0.015% 미만(0% 제외), Sn: 0.005% 미만(0% 제외), Cu: 0.04 중량% 이하(0% 제외), Bi: 0.0005% 미만(0% 제외), As: 0.0005% 미만(0% 제외), Ga: 0.002% 미만(0% 제외), O: 0.005% 이하(0% 제외)와 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1200℃ 이하로 가열하는 단계; b) 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; c) 상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 d) 상기 냉연판을 최종소둔하여 상기 관계식 1, 2, 3 및4 를 만족하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판을 제조하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, 냉연판 최종소둔 온도는 860 내지 1150℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, 냉연판 최종소둔 시간은 15 내지 300초일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판에 있어, 냉연판 최종소둔 분위기는 환원성 또는 비산화성 분위기일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조방법에 따르면, 강판내 결정립 중에서 자성특성에 유리하도록 {100} 집합조직의 면강도를 확보하고, 결정립 크기를 적절히 조절하며, 인장강도를 극대화할 수 있도록 Mn 첨가량은 최소화하고 Al 첨가량을 최대로 늘려서 피로강도 및 자성특성이 우수한 무방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 실시예 6 에 따라 최종소둔된 강판에 대한 방위분포함수(ODF: orientation distribution function)이다.
이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한, 본 명세서에서 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "{100} 면"은 전기강판을 구성하는 결정립의 결정학적 {100}면이 전기강판의 판면에 평행한 면을 의미한다. 여기서, 전기강판의 판면이란 강판의 압연방향(RD 방향)을 x축 폭방향(TD 방향)을 y축이라 할 때 xy 면을 의미한다.
{100} 집합조직 및 평균 결정립 크기(직경)의 측정은 EBSD(Electron Backscatter Diffraction)를 이용하여 각 방위별 면강도를 방위 분포함수(orientation distribution function, ODF)를 이용하여 계산 및 분석하였다.
본 발명에서 사용되는 용어 "{100} 집합조직의 면강도"는 어떠한 집합 조직을 가지지 않는 무질서한 조직의 강도(Intensity) 1을 기준으로 할 때의 상대강도를 의미한다. 또한, {100}의 최대집합조직강도({100}max)는 방위 분포 함수 이미지(ODF image, φ2=45º degree section)에서 나타난 {100} 집합조직에서 나타나는 집합조직강도 중 최대강도를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 2.6% 초과 4% 이하, Al: 0.6%초과 2% 이하, Nb: 0.001% 초과 0.005% 이하, Mn: 0.1% 미만(0% 제외), S: 0.01% 미만(0% 제외), C: 0.004% 이하(0% 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), P: 0.01% 미만(0% 제외), V: 0.005% 미만(0% 제외), Mo: 0.003% 미만(0% 제외), Ti: 0.03% 이하(0% 제외), Sb: 0.015% 미만(0% 제외), Sn: 0.005% 미만(0% 제외), Cu: 0.04 중량% 이하(0% 제외), Bi: 0.0005% 미만(0% 제외), As: 0.0005% 미만(0% 제외), Ga: 0.002% 미만(0% 제외), O: 0.005% 이하(0% 제외)와 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 하기 관계식 1, 2, 3 및 4 를 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[관계식 1]
[Sb]+[Sn]+[P]<0.02(0은 제외)
[관계식 2]
[Bi]+[Ga] < 0.002(0은 제외)
[관계식 3]
3 ≤ {100}max ≤ 10
[관계식 4]
0 ≤ ({110}max /{100}max) ≤ 1.5
(상기 관계식 1 및 2 에서, [Sb], [Sn], [P], [Bi]와 [Ga]는 각각 Sb, Sn, P, Bi 및 Ga의 함량(중량%)을 나타내고,
상기 관계식 3 및 4 에서, {100}max와 {110}max는 각각 {100} 또는 {110} 방위의 면이 강판면과 15°이내에서 평행한 {100} 또는 {110} 집합조직의 최대집합조직강도를 나타내며, 이때 강판면이란 전기강판의 압연방향을 x축, 폭방향을 y축이라 할 때, xy면을 의미한다.)
이처럼, 중량% 당 고용강화 효과를 극대화 할 수 있는 Al 첨가량을 최대화함으로써 하여 인장강도를 증가시키고, 자성특성에 우수한 {100} 집합조직의 면강도를 증가시키되 인장강도를 해치지 않도록 평균 결정립 크기를 적절히 조절할 수 있도록 냉간압연 공정 및 열처리 시간을 짧게 제어하여 인장강도 및 자성 특성을 향상시킨 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다.
보다 바람직하게, 관계식 3은 7 ≤ {100}max ≤ 9를 만족할 수 있으며, 관계식 4는 0 ≤ {110}max/{100}max ≤ 1.2을 만족할 수 있고, 이때, 3 ≤ {110}max ≤ 8일 수 있다. 더욱 바람직하게, 관계식 3은 7.5 ≤ {100}max ≤ 9를 만족할 수 있으며, 관계식 4는 0.5 ≤ {110}max/{100}max ≤ 1을 만족할 수 있고, 이때, 4 ≤ {110}max ≤ 6일 수 있다. 이와 같은 범위에서 보다 우수한 자성 특성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 평균 결정립 크기는 70 내지 350 ㎛일 수 있으며, 보다 좋게는 70 내지 200 ㎛, 더욱 좋게는 70 내지 100 ㎛ 일 수 있다. 상기 관계식 3 및 4 를 만족하면서, 평균 결정립 크기가 상기 범위를 만족함으로써 보다 우수한 자속밀도를 확보할 수 있다.
구체적인 일 예시로, 본 발명의 일 예에 따른 무방향성 전기강판은 압연방향으로의 자속밀도(B50)가 1.60 Tesla 이상, 보다 바람직하게는 1.74 Tesla 이상일 수 있으며, 더욱 좋게는 1.76 Tesla 이상일 수 있다. 이때 자속밀도(B50)의 상한은 특별히 한정하진 않으나 예를 들면 2.0 Tesla일 수 있다.
아울러, 상기 언급한 바와 같이, 평균 결정립 크기가 커지면 전기강판의 인장강도 및 피로강도가 감소하나, 본 발명은 Al의 첨가량을 최대화하여 우수한 자속밀도를 유지하면서 인장강도 및 피로강도를 향상시킬 수 있다. 구체적인 일 예시로, 본 발명의 일 예에 따른 무방향성 전기강판은 압연방향으로의 인장강도가 485 ㎫ 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 무방향성 전기강판은 압연방향으로의 철손(W15/50)이 2.4 W/kg 이하, 보다 바람직하게는 2.0 W/kg 이하일 수 있으며, 더욱 좋게는 1.7 W/kg 이하일 수 있다. 이때 철손(W15/50)의 하한은 특별히 한정하진 않으나 예를 들면 0.1 W/kg일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다.
Si: 2.6 중량% 초과 4 중량% 이하
상기 Si는 강의 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추는 성분이기 때문에 첨가되는 주요 원소로서, 2.6% 미만에서는 저철손 특성을 얻기 어렵고, 4%를 초과하여 첨가되면 냉간 압연시 판파단이 일어나기 때문에 본 발명에서는 Si를 2.6% 초과 4% 이하로 한정한다.
Al: 0.6 중량% 초과 2 중량% 이하
상기 Al은 고용강도를 높이고 비저항을 높이는 합금원소로서 인장강도 및 비저항 증가를 위해서는 최소한 0.6% 초과하여 첨가되어야 하고, 2%를 초과하여 첨가되는 경우에는, 강도 증가 및 다량의 AlN 석출물 형성에 의해 냉간압연시 판파단의 위험이 있으므로, 본 발명에서는 Al의 첨가량을 0.6% 초과 2% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
Nb: 0.001 중량% 초과 0.005 중량% 이하
상기 Nb는 미세한 NbN 석출물을 형성시켜서 결정립의 성장을 억제하고, 자성에 불리한 {111}면의 집합조직을 발달시킨다. 또한 Nb는 C와 결합하여 미세한 탄화물을 만들기 때문에 슬라브에서 Nb는 가능한 감소시키는 것이 필요하다. 이 같은 Nb는 그 첨가량의 영향이 아주 크므로, 본 발명에서는 Nb의 첨가량을 0.001% 초과 0.005% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
Mn: 0.1 중량% 미만(0% 제외)
상기 Mn의 첨가량이 증가함에 따라 비저항이 증가하여 철손이 감소되나, Mn을 다량 첨가하는 경우, 최대로 첨가할 수 있는 Al 첨가량이 줄어들기 때문에 강판의 인장강도가 저하하고 비저항 증가효과가 작아서 철손이 높아진다. 또한, 다량의 Mn이 S와 반응하여 생성된 과다한 MnS 석출물은 자성특성에 불리한 {111} 또는 {112} 결정립 성장을 촉진하기 때문에, 본 발명에서는 Mn의 첨가량을 0.1% 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
S: 0.01 중량% 미만(0% 제외)
상기 S는 자기적 특성에 유해한 MnS 등의 황화물을 형성하는 원소이므로 낮게 첨가하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 하지만 S가 강의 표면에 편석되었을때 {100} 면의 표면에너지를 낮추는 효과가 있다. 그러나, S가 0.01% 이상으로 첨가될 경우 과다한 MnS 석출물로 인해 {100} 결정립 성장이 억제되고 S가 표면에 편석되어 {111} 면의 표면에너지를 낮추어 {111} 결정립 성장을 촉진하기 때문에, 본 발명에서는 S의 첨가량을 0.01% 미만(0%는 제외)으로 한정하는 것이 바람직하다.
C: 0.004 중량% 이하(0% 제외)
상기 C가 많이 첨가될 경우, Fe, Nb, Ti 등과 결합하여 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용시 자기시효에 의하여 철손을 높이기 때문에 본 발명에서는 C의 첨가량을 0.004% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
N: 0.004 중량% 이하(0%는 제외)
상기 N은 Fe, Nb, Al, Ti등과 질화물을 형성하여 결정립 성장을 억제하는 등 자성에 해로운 원소이므로 적게 함유시키는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 N의 첨가량을 0.004% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
P: 0.01 중량% 미만(0% 제외)
상기 P는 {100} 집합조직 형성에 효과가 미미하고, 과도하게 첨가되는 경우 결정립계에 편석하여 결정립계 강도를 약화시키므로, 본 발명에서는 P의 첨가량을 0.01% 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
V: 0.005 중량% 미만(0% 제외)
상기 V는 비저항을 증가시켜 철손저감 효과가 있으나 그 효과가 미미하므로, 본 발명에서는 V의 첨가량을 0.005% 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
Mo: 0.003 중량% 미만(0% 제외)
상기 Mo는 비저항을 증가시켜 철손저감 효과가 있으나 그 효과가 미미하므로, 본 발명에서는 Mo의 첨가량을 0.003% 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
Ti: 0.03% 이하(0% 제외)
상기 Ti는 비저항을 증가시켜 철손을 감소할 수 있으나, 강중의 N등과 결합하여 자구 이동을 방해하는 석출물을 형성하여 철손을 악화시킬 수 있기 때문에, 본 발명에서는 Ti의 첨가량을 0.03% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
Sb: 0.015% 미만(0% 제외)
상기 Sb는 소둔중 집합조직을 개선하여 철손저감 효과가 있으나, 과량 첨가될 시, 상온압연시 판파단을 초래할 수 있기 때문에, 본 발명에서는 Sb의 첨가량을 0.015% 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
Sn: 0.005 중량% 미만(0% 제외)
상기 Sn은 소둔중 집합조직을 개선하여 철손저감 효과가 있으나, 과량 첨가될 시, 상온압연 시 판파단을 초래할 수 있기 때문에, 본 발명에서는 Sn의 첨가량을 0.005% 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
Cu: 0.04 중량% 이하(0% 제외)
상기 Cu는 소둔중 집합조직을 개선하여 철손저감 효과가 있으나, 과량 첨가 시에는 고온에서 연속주조성을 악화 시킬 수 있기 때문에, 본 발명에서는 Cu의 첨가량을 0.04% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
Bi: 0.0005% 미만(0% 제외)
상기 Bi는 소둔중 집합조직을 개선하여 철손저감 효과가 있으나, 과량 첨가될 시, 상온압연시 판파단을 초래할 수 있기 때문에, 본 발명에서는 Bi의 첨가량을 0.0005% 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
As: 0.0005% 미만(0% 제외)
상기 As는 소둔중 집합조직을 개선하여 철손저감 효과가 있으나, 과량 첨가될 시, 상온압연시 판파단을 초래할 수 있기 때문에, 본 발명에서는 As의 첨가량을 0.0005% 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
Ga: 0.002% 미만(0% 제외)
상기 Ga는 소둔중 집합조직을 개선하여 철손저감 효과가 있으나, 과량 첨가될 시, 상온압연 시 판파단을 초래할 수 있기 때문에, 본 발명에서는 Ga의 첨가량을 0.002% 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 관계식 1 및 2와 같이, Sb, Sn 및 P의 합량인 [Sb]+[Sn]+[P]가 0.02% 미만(0%는 제외)이고, Bi와 Ga의 합량인 [Bi]+[Ga]가 0.002%(0%는 제외) 미만이 되도록 조절하는 것이 상온압연 시 판파단을 방지함에 특히 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판은 상기 Si, Al, Nb, Mn, S, C, N, P, V, Mo, Ti, As, Sb, Sn, Cu, Bi, Ga, O 및 Fe를 제외한 나머지 원소 성분의 합량이 1% 이하일 수 있다. 상세하게, 상기 나머지 원소 성분은 Pb, Zr, Se, Sr, In, Be, Mg, B, Co, Cr, Ni, W 및 Ni로 부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
Pb, Sb, Zr, Se, Sr, In, Be, Mg, B, Co, Cr, Ni, W 및 Ni로 부터 선택된 1종 이상: 1 중량% 이하(0%는 제외)
전술한 원소는 각각 단독 또는 합량으로 1 중량% 이하로 첨가할 수 있다. 상기 원소들은 소량 첨가 시 자성에 있어 보다 향상되는 효과를 나타내는 원소이나 과량 첨가 시에는 고온에서 연속주조성을 악화시키거나 최종 소둔 시 오스테나이트를 형성시켜 {100} 결정립 성장을 방해하기 때문에 각각 단독 또는 합량으로 1 중량% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.
상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.
이하에서는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조 방법은 a) 중량%로, Si: 2.6% 초과 4% 이하, Al: 0.6%초과 2% 이하, Nb: 0.001% 초과 0.005% 이하, Mn: 0.1% 미만(0% 제외), S: 0.01% 미만(0% 제외), C: 0.004% 이하(0% 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), P: 0.01% 미만(0% 제외), V: 0.005% 미만(0% 제외), Mo: 0.003% 미만(0% 제외), Ti: 0.03% 이하(0% 제외), Sb: 0.015% 미만(0% 제외), Sn: 0.005% 미만(0% 제외), Cu: 0.04 중량% 이하(0% 제외), Bi: 0.0005% 미만(0% 제외), As: 0.0005% 미만(0% 제외), Ga: 0.002% 미만(0% 제외), O: 0.005% 이하(0% 제외)와 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1200℃ 이하로 가열하는 단계; b) 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계; c) 상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및 d) 상기 냉연판을 최종소둔하여 하기 관계식 1, 2, 3 및 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
[관계식 1]
[Sb]+[Sn]+[P]<0.02(0은 제외)
[관계식 2]
[Bi]+[Ga] < 0.002(0은 제외)
[관계식 3]
3 ≤ {100}max ≤ 10
[관계식 4]
0 ≤ ({110}max /{100}max) ≤ 1.5
(상기 관계식 1 및 2 에서, [Sb], [Sn], [P], [Bi]와 [Ga]는 각각 Sb, Sn, P, Bi 및 Ga의 함량(중량%)을 나타내고,
상기 관계식 3 및 4 에서, {100}max와 {110}max는 각각 {100} 또는 {110} 방위의 면이 강판면과 15°이내에서 평행한 {100} 또는 {110} 집합조직의 최대집합조직강도를 나타내며, 이때 강판면이란 전기강판의 압연방향을 x축, 폭방향을 y축이라 할 때, xy면을 의미한다.)
먼저, 상기 슬라브를 1200℃ 이하로 가열한다. 1200℃를 초과할 시 석출물이 재용해되어 열간압연 이후 미세하게 재석출될 수 있음에 따라 1200℃ 이하로 가열하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 1100 내지 1200℃로 가열할 수 있다.
다음으로, 가열된 슬라브를 열간압연하여 1.8 내지 3.0 ㎜ 두께의 열연판을 제조할 수 있다.
열연판 제조 후 냉간압연 수행 전에는 예비소둔 단계를 더 수행할 수 있다. 열연판 예비소둔은 900 내지 1150℃의 온도에서 수행할 수 있다. 900℃ 미만에서 예비소둔하는 경우 열연판 내부 조직의 미 재결정 우려가 있고, 1150℃를 초과하는 경우 예비소둔 후 조대한 결정립 크기로 인해 냉간압연시 판파단의 우려가 있기 때문에, 900 내지 1150℃ 이내의 온도에서 예비소둔을 수행하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 열연판을 냉간압연하여 0.1 내지 0.7 ㎜ 두께의 냉연판을 제조할 수 있다. 냉간압연 시 최종 압하율은 20 내지 95%일 수 있으나 이는 열연판의 두께에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 냉간압연은 중간소둔 없이 1단 냉간압연하거나, 900 내지 1150℃에서의 중간소둔을 포함하는 2단 냉간압연 할 수 있다. 상세하게, 2단 냉간압연시 중간소둔온도가 900℃보다 낮은 경우에는 냉연판 내의 냉간조직에서의 재결정이 어렵고, 1150℃ 초과하는 경우, 결정립이 과도하게 성장하여, 최종소둔 시 {100} 결정립 성장을 방해하기 때문에 2단 냉간압연시 중간소둔 온도는 900 내지 1150℃ 이내의 온도에서 중간소둔을 수행하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 냉연판을 최종소둔하여 무방향성 전기강판을 제조할 수 있다. 상기 최종소둔은 860 내지 1150℃에서 수행될 수 있으며, 최종소둔 온도가 860℃보다 낮은 경우에는 {100} 결정립의 성장이 미흡하고 재결정이 일어나기 위해 필요한 시간이 길어 공정상 실현이 어렵고, 1150℃ 초과에서는 과도한 결정립 성장으로 인한 강도 저하 때문에, 냉연판의 최종소둔 온도는 850 내지 1150℃ 이내로 한다.
또한, 상기 최종소둔은 15 내지 300초 동안 수행될 수 있으며, 최종소둔 시간이 15초 미만인 경우 결정립 성장이 불충분하여 자기적 특성이 열화되고, 300초를 초과하면 생산성이 나빠지고 결정립이 너무 조대화되어 강도 특성이 크게 저하될 수 있다.
아울러, 상기 냉연판 최종 소둔은 환원성 또는 비산화성 가스 분위기 하에서 수행될 수 있으며, 이처럼 전 열처리 온도구간에서 페라이트 조직을 나타내는 강판을 이용하여 환원성 또는 비산화성 가스 분위기에서 최종소둔을 짧은 시간에 수행하기 때문에, 쉽고 저렴하게 높은 인장강도 및 높은 {100} 집합조직 강도를 보이는 전기강판을 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 최종소둔은 수소(H2) 가스를 포함하는 가스 분위기 하에서 수행될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
강종(wt%) S1 S2 S3 S4
Si 3.2 3.2 3.2 3.2
Al 0.02 0.02 0.8 1.2
Mn 0.1 0.8 0.02 0.02
Nb 0.002 0.002 0.002 0.002
S 0.001 0.001 0.001 0.002
C 0.001 0.002 0.001 0.002
N 0.002 0.002 0.001 0.001
P 0.002 0.002 0.001 0.002
V 0.001 0.001 0.002 0.001
Mo 0.001 0.003 0.001 0.002
Sn 0.002 0.001 0.001 0.002
Cu 0.002 0.001 0.001 0.002
Bi 0.0003 0.0003 0.0004 0.0003
Ga 0.0002 0.0003 0.0002 0.0002
O 0.001 0.001 0.001 0.001
As 0.0003 0.0004 0.0002 0.0002
Pb 0.0005 0.0006 0.0004 0.0003
Ti 0.003 0.002 0.001 0.001
Sb 0.001 0.001 0.002 0.001
Zr 0.002 0.001 0.002 0.001
Co 0.08 0.07 0.03 0.04
Cr 0.05 0.06 0.02 0.04
Ni 0.2 0.2 0.1 0.1
W 0.001 0.002 0.001 0.001
Se 0.0009 0.0005 0.0004 0.0002
Sr 0.0003 0.0002 0.0003 0.0003
In 0.0002 0.0002 0.0002 0.0003
Be 0.0004 0.0006 0.0002 0.0002
Mg 0.0002 0.0002 0.0002 0.0003
B 0.0003 0.0004 0.0002 0.0002
그 외 기타 원소 (총합) ≤ 1.0 ≤ 1.0 ≤ 1.0 ≤ 1.0
Fe 잔부 잔부 잔부 잔부
[실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4]
상기 표 1을 만족하는 슬라브를 용해한 후 1150℃로 가열하고, 2 ㎜의 두께로 열간압연하였다. 산세 후 열연판은 0.2 ㎜ 두께로 냉간압연한 뒤 75 부피%H2 + 25 부피%N2 분위기 하에서 하기 표 2에 기재된 온도 및 시간 조건으로 최종 소둔하였다.
각각의 시편에 대하여 EBSD를 이용하여 집합조직, 평균 결정립 크기 및 {100} 집합조직의 최대집합조직강도를 조사하였고, 자성측정기를 이용하여 압연방향으로의 자속밀도(B50) 및 철손(W15/50)을 측정하였으며, Instron 인장시험기를 이용하여 압연방향으로 인장시험한 인장강도(Ts) 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Figure 112022056139282-pat00002
표 2의 S1 강종에 대한 비교예 1 및 2에서는 {100}max이 상대적으로 높으나, Mn 및 Al의 첨가량이 워낙 적어서 인장강도가 낮았다. 또한, S2 강종에 대한 비교예 3 및 4에서는 다량의 Mn 첨가로 인해 S1 강종에 비해 인장강도는 상대적으로 증가하였으나, 다량의 MnS가 석출하여 {100} 결정립의 성장이 극도로 억제되어 {100} 집합조직의 최대집합조직강도가 2 미만을 나타내어 자성 특성이 열위하였다.
그러나, Mn 첨가량을 최소화하고 인장강도 증가 효과가 큰 Al 첨가량을 최대화한 S3 및 S4 강종에 대한 실시예 1 내지 7에서는 {100} 집합조직의 최대집합조직강도({100}max)가 3 이상을 나타내었고, {110}max/{100}max이 0 이상 1.5 이하를 나타내어 자성특성이 우수하였으며, 503 내지 541 ㎫의 높은 인장강도를 나타내었고, 평균 결정립 크기는 75 이상 339 ㎛ 이하를 나타내었다.

Claims (10)

  1. 중량%로, Si: 2.6% 초과 4% 이하, Al: 0.6%초과 2% 이하, Nb: 0.001% 초과 0.005% 이하, Mn: 0.1% 미만(0% 제외), S: 0.01% 미만(0% 제외), C: 0.004% 이하(0% 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), P: 0.01% 미만(0% 제외), V: 0.005% 미만(0% 제외), Mo: 0.003% 미만(0% 제외), Ti: 0.03% 이하(0% 제외), Sb: 0.015% 미만(0% 제외), Sn: 0.005% 미만(0% 제외), Cu: 0.04 중량% 이하(0% 제외), Bi: 0.0005% 미만(0% 제외), As: 0.0005% 미만(0% 제외), Ga: 0.002% 미만(0% 제외), O: 0.005% 이하(0% 제외)와 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되, 하기 관계식 1, 2, 3 및 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판으로,
    상기 무방향성 전기강판은 압연방향으로의 자속밀도(B50)가 1.60 Tesla이상이고, 압연방향으로의 철손(W15/50)이 2.0 W/kg 이하인 무방향성 전기강판.
    [관계식 1]
    [Sb]+[Sn]+[P]<0.02(0은 제외)
    [관계식 2]
    [Bi]+[Ga] < 0.002(0은 제외)
    [관계식 3]
    3 ≤ {100}max ≤ 10
    [관계식 4]
    0 ≤ ({110}max /{100}max) ≤ 1.5
    (상기 관계식 1 및 2에서, [Sb], [Sn], [P], [Bi]와 [Ga]는 각각 Sb, Sn, P, Bi 및 Ga의 함량(중량%)을 나타내고,
    상기 관계식 3 및 4에서, {100}max와 {110}max는 각각 {100} 또는 {110} 방위의 면이 강판면과 15°이내에서 평행한 {100} 또는 {110} 집합조직의 최대집합조직강도를 나타내며, 이때 강판면이란 전기강판의 압연방향을 x축, 폭방향을 y축이라 할 때, xy면을 의미한다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판은 평균 결정립 크기가 70 내지 350 ㎛인, 무방향성 전기강판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판은 압연방향으로의 인장강도가 485 ㎫ 이상인, 무방향성 전기강판.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판은 상기 Si, Al, Nb, Mn, S, C, N, P, V, Mo, Ti, As, Sb, Sn, Cu, Bi, Ga, O 및 Fe를 제외한 나머지 원소 성분의 합량이 1% 이하인, 무방향성 전기강판.
  7. a) 중량%로, Si: 2.6% 초과 4% 이하, Al: 0.6%초과 2% 이하, Nb: 0.001% 초과 0.005% 이하, Mn: 0.1% 미만(0% 제외), S: 0.01% 미만(0% 제외), C: 0.004% 이하(0% 제외), N: 0.004% 이하(0%는 제외), P: 0.01% 미만(0% 제외), V: 0.005% 미만(0% 제외), Mo: 0.003% 미만(0% 제외), Ti: 0.03% 이하(0% 제외), Sb: 0.015% 미만(0% 제외), Sn: 0.005% 미만(0% 제외), Cu: 0.04 중량% 이하(0% 제외), Bi: 0.0005% 미만(0% 제외), As: 0.0005% 미만(0% 제외), Ga: 0.002% 미만(0% 제외), O: 0.005% 이하(0% 제외)와 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1200℃ 이하로 가열하는 단계;
    b) 가열된 슬라브를 열간압연하여 열연판을 제조하는 단계;
    c) 상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계; 및
    d) 상기 냉연판을 최종소둔하여 하기 관계식 1, 2, 3 및 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판을 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 최종소둔은 860 내지 1150℃에서 15 내지 300초 동안 환원성 또는 비산화성 분위기 하에서 수행되고,
    상기 무방향성 전기강판은 압연방향으로의 자속밀도(B50)가 1.60 Tesla이상이고, 압연방향으로의 철손(W15/50)이 2.0 W/kg이하인 무방향성 전기강판의 제조 방법.
    [관계식 1]
    [Sb]+[Sn]+[P]<0.02(0은 제외)
    [관계식 2]
    [Bi]+[Ga] < 0.002(0은 제외)
    [관계식 3]
    3 ≤ {100}max ≤ 10
    [관계식 4]
    0 ≤ ({110}max /{100}max) ≤ 1.5
    (상기 관계식 1 및 2 에서, [Sb], [Sn], [P], [Bi]와 [Ga]는 각각 Sb, Sn, P, Bi 및 Ga의 함량(중량%)을 나타내고,
    상기 관계식 3 및 4 에서, {100}max와 {110}max는 각각 {100} 또는 {110} 방위의 면이 강판면과 15°이내에서 평행한 {100} 또는 {110} 집합조직의 최대집합조직강도를 나타내며, 이때 강판면이란 전기강판의 압연방향을 x축, 폭방향을 y축이라 할 때, xy면을 의미한다.)
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