KR20240011530A - 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

무방향성 전기강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘(Si): 2.8 ~ 3.8 중량%, 망간(Mn): 0.2 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5 ~ 1.2 중량%, 탄소(C): 0 초과 0.002 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.002 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.002 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판이며, 최종 미세조직에서, {111}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 30% 이하이고 평균 방위차 각도(misorientation angle)는 23°이상이며, {001}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 15% 이상이고 평균 방위차 각도(misorientation angle)는 48°이상인 것을 특징으로 하는, 무방향성 전기강판을 제공한다.

Description

무방향성 전기강판 및 그 제조 방법{NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고효율 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.
대한민국 특허공개번호 제2015-0001467A호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고주파 철손이 우수하고 자성특성이 균일한 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 무방향성 전기강판은 실리콘(Si): 2.8 ~ 3.8 중량%, 망간(Mn): 0.2 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5 ~ 1.2 중량%, 탄소(C): 0 초과 0.002 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.002 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.002 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판이며, 최종 미세조직에서, {111}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 30% 이하이고 평균 방위차 각도(misorientation angle)는 23°이상이며, {001}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 15% 이상이고 평균 방위차 각도(misorientation angle)는 48°이상이다.
상기 무방향성 전기강판에서, 14.5W/kg 이하의 철손(W10/400)을 가지되, 철손 표준편차는 0.725 W/kg 이하일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판에서, 평균 결정립 크기는 80 ~ 150㎛일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 무방향성 전기강판의 제조 방법은 실리콘(Si): 2.8 ~ 3.8 중량%, 망간(Mn): 0.2 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5 ~ 1.2 중량%, 탄소(C): 0 초과 0.002 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.002 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.002 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 제공하는 단계; 상기 강재를 열간 압연하는 단계; 상기 열간 압연된 강재를 제 1 소둔 열처리하는 단계; 상기 제 1 소둔 열처리된 강재를 냉간 압연하는 단계; 및 상기 냉간 압연된 강재를 제 2 소둔 열처리하는 단계;를 포함하되, 상기 열간 압연하는 단계는 재가열온도: 1100 ~ 1200℃, 마무리압연온도: 800 ~ 1000℃, 권취온도: 560 ~ 600℃인 조건에서 수행되며, 상기 제 1 소둔 열처리하는 단계는 승온속도: 10℃/s 이상, 어닐링 시작온도: 900 ~ 1050℃, 어닐링 유지시간: 30 ~ 90초, 냉각속도: 20℃/s 이상인 조건에서 수행되며, 상기 제 2 소둔 열처리하는 단계는 승온속도: 10℃/s 이상, 어닐링 시작온도: 900 ~ 1100℃, 어닐링 유지시간: 30 ~ 90초, 냉각속도: 30℃/s 이상인 조건에서 수행된다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법에서, 상기 제 1 소둔 열처리 후, 평균 결정립 크기는 140 ~ 200㎛이며 중앙층에서의 <110>//RD 방위를 갖는 결정립의 부피분율은 20% 이하일 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법에서, 상기 냉간 압연하는 단계는 압하율: 81 ~ 92%인 조건에서 수행될 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 제조 방법에서, 상기 열간 압연 후 강재의 두께는 1.6 ~ 2.6mm이며, 상기 냉간 압연 후 강재의 두께는 0.1 ~ 0.3mm일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고주파 철손이 우수하고 자성특성이 균일한 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 예를 들어, 열간 압연 후 예비 소둔 조건을 조절하여 낮은 평균 철손과 표준편차를 가지는 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다. 예비 소둔에서 온도 및 결정립 크기를 제한하여 생산비용의 증가를 억제할 수 있다. 균일한 미세조직과 집합조직을 가지는 무방향성 전기강판을 제조하여 균일한 자성 특성을 확보할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실험예 중 실시예1에 따른 무방향성 전기강판에 대하여 EBSD 분석기법을 통해 관찰한 집합조직(IPF MAP) 사진이다.
도 3은 본 발명의 실험예 중 비교예2에 따른 무방향성 전기강판에 대하여 EBSD 분석기법을 통해 관찰한 집합조직(IPF MAP) 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 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 전기강판은 방향성 전기강판과 무방향성 전기강판으로 나뉜다. 방향성 전기강판의 경우 주로 변압기와 같은 정지기에 사용이 되고 무방향성 전기강판은 모터와 발전기 등 회전하는 회전기기에 주로 쓰인다. 최근 글로벌 환경 이슈에 대한 대응으로 기존 내연기관으로부터 이를 대체할 하이브리드자동차(HEV)나 전기자동차(EV) 그리고 수소자동차 등으로 기술이 급격히 전환되고 있다.
모터 철심 소재로 사용되는 무방향성 전기강판은 회전기기에서 전기적 에너지를 기계적 에너지로 바꾸어 주는데 역할을 하며, 에너지 절감을 위해서는 그 자기적 특성 즉, 낮은 철손과 높은 자속밀도를 갖는 것이 중요하다. 철손(Core Loss)은 자화 과정에서 발생되는 에너지 손실이고, 자속밀도(Magnetic Flux Density)는 동력을 일으키는 힘을 의미한다. 자속밀도는 B50, 철손의 경우 일반적으로 W15/50을 주로 평가하지만 전기 자동차와 같이 고주파 특성이 요구되는 경우에는 W10/400 철손으로 평가하고 있다. B50은 5000A/m에서의 자속밀도를 나타내고, W15/50은 50Hz, 1.5T에서의 철손을 나타내고, W10/400은 400Hz, 1.0T에서의 철손을 나타낸다.
이러한 요구특성을 만족하기 위하여 Si 함량, 제품 두께, 결정립 크기, 집합조직, 석출물 등을 적절하게 제어해야 한다. Si 함량의 증가와 제품의 두께 감소는 철손을 저감시키는 것에는 효과적이지만, 자속밀도를 하향시키는 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 무방향성 전기강판 제조 공정 중 결정립 크기, 집합조직, 석출물의 제어가 매우 중요하다. 결정립 크기, 집합조직, 석출물에 따라 자기적 특성 (철손, 자속밀도)이 매우 민감하게 변화하기 때문에 제조 공정의 편차는 자기적 특성의 편차로 이어지게 된다.
모터 코어는 무방향성 전기강판이 수십 ~ 수백 장 적층되어 있는 구조이다. 이러한 모터 코어 제조에 자기적 특성의 편차가 큰 무방향성 전기강판이 적용될 경우 모터 가동에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 의한 자동차 구동 모터용 무방향성 전기강판은 낮은 철손과 높은 자속밀도를 구현하기 위하여 열간 압연 후 냉간 압연 전 예비 소둔을 실시한다. 상기 예비 소둔은 냉간 압연 후 실시하는 최종 소둔과는 상이하다.
이와 관련된 연구에 의하면, 예비 소둔 후 결정립 크기를 400㎛ 이상으로 만들어 냉간 압연 및 최종 소둔하는 방법을 제안하였으나, 이는 미세조직 및 집합조직의 불균일에 의한 자성특성 편차 발생의 문제가 있을 수 있다. 또 다른 연구에 의하면, 예비 소둔 후 결정립 크기를 150 ㎛이상으로 관리하여 생산성을 확보를 통하여 집합조직을 개선하는 기술을 제안하였으나, 예비 소둔 후 결정립 크기의 제한을 두지 않았으며, 이후 발생하는 미세조직/집합조직의 불균일에 의한 자성특성의 편차를 고려하지 않았다.
본 발명에서는 예비 소둔 후 적정 결정립 크기 및 집합조직을 제한하여, 냉간 압연 및 최종 소둔 후 균일한 미세조직 및 집합조직을 가지는 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무방향성 전기강판의 제조 방법은 실리콘(Si), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 함유하는 강재를 제공하는 단계(S10); 상기 강재를 열간 압연하는 단계(S20); 상기 열간 압연된 강재를 제 1 소둔 열처리하는 단계(S30); 상기 제 1 소둔 열처리된 강재를 냉간 압연하는 단계(S40); 및 상기 냉간 압연된 강재를 제 2 소둔 열처리하는 단계(S50);를 포함한다.
강재 제공 단계(S10)
열간 압연 공정에 투입되는 강재는 무방향성 전기강판을 제조하기 위한 강재이며, 예를 들어, 실리콘(Si): 2.8 ~ 3.8 중량%, 망간(Mn): 0.2 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5 ~ 1.2 중량%, 탄소(C): 0 초과 0.002 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.002 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.002 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 각각 포함한다.
이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무방향성 전기강판의 제조 방법이 적용될 수 있는 예시적인 조성 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명한다.
실리콘(Si): 2.8 ~ 3.8 중량%
실리콘(Si)은 비저항을 증가시켜서 철손(와전류 손실)을 낮추는 성분으로 주요 첨가 원소이다. 실리콘 첨가량이 2.8 중량% 미만으로 낮으면 원하는 고주파 저철손 값을 얻기 어려워지며, 첨가량이 증가할수록 투자율 및 자속밀도가 감소하게 된다. 또한 실리콘 첨가량이 3.8 중량%를 초과하면 취성이 증가하여 냉간 압연이 어렵게 되어 생산성이 저하된다.
망간(Mn): 0.2 ~ 0.5 중량%
망간(Mn)은 실리콘과 함께 비저항을 증가시키며 집합조직을 향상시킨다. 망간은 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. 나아가, 망간의 함량이 0.2 중량% 미만인 경우 미세한 MnS 석출물을 형성하여 결정립 성장을 억제할 수 있다는 점에서, 망간의 조성범위는 0.2 ~ 0.5중량%로 조절될 수 있다.
알루미늄(Al): 0.5 ~ 1.2 중량%
알루미늄(Al)은 실리콘과 함께 비저항을 증가시켜서 철손(와전류 손실)을 낮추는 성분으로 주요 첨가 원소이다. 알루미늄은 자기이방성을 감소시켜 자성 편차를 감소시키는 역할을 한다. 알루미늄은 질소와 만나 AlN 석출을 유도한다. 알루미늄의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우 상술한 효과를 기대하기 어려우며 미세한 질화물을 형성하여 자기적 특성 편차를 증가시킬 수 있으며, 알루미늄의 함량이 1.2 중량%를 초과하는 경우 냉간 압연성 저하가 발생하며, 질화물을 과다하게 형성하여 자속밀도가 감소되어 자기적 성질이 열화된다.
탄소(C): 0 초과 0.002 중량% 이하
탄소(C)는 TiC, NbC 등 탄화물을 형성하여 철손을 증가시키는 원소로 적을수록 바람직하며 0.002 중량% 이하로 제한한다. 탄소 함량이 0.002 중량%를 초과하는 경우 자기 시효를 일으켜서 자기 특성을 감소시키며 0.002 중량% 이하에서는 자기시효 현상이 억제된다.
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 냉간압연성 저하가 발생한다.
황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하
황(S)은 MnS, CuS 등 석출물을 형성하여 철손을 증가시키며, 결정립 성장을 억제시키므로 가능한 낮게 첨가하며 0.002 중량% 이하로 제한한다. 황의 함량이 0.002 중량%를 초과하면 철손이 증가하는 문제점이 나타난다.
질소(N): 0 초과 0.002 중량% 이하
질소(N)는 AlN, Tin, NbN 등 석출물을 형성하여 철손을 증가시키며, 결정립 성장을 억제시키므로 가능한 낮게 첨가하며 0.002 중량% 이하로 제한한다. 질소의 함량이 0.002 중량%를 초과하면 철손이 증가하는 문제점이 나타난다.
티타늄(Ti): 0 초과 0.002 중량% 이하
티타늄(Ti)은 TiC, TiN 등 미세한 석출물을 형성하여 결정립 성장을 억제시킨다. 티타늄이 첨가할수록 자기적 성질이 열위되므로 가능한 낮게 첨가하며 0.002 중량% 이하로 제한한다. 티타늄의 함량이 0.002 중량%를 초과하면 자기적 성질이 열화되는 문제점이 나타난다.
열간 압연 단계(S20)
상술한 조성을 가지는 강재는 열간 압연 공정을 거치게 된다. 상기 강재를 열간 압연하는 단계(S20)는 재가열온도: 1100 ~ 1200℃, 마무리압연온도: 800 ~ 1000℃, 권취온도: 560 ~ 600℃인 조건에서 수행될 수 있다.
슬래브 재가열온도를 1200℃를 초과하는 경우 슬래브 내 C,S,N 등의 석출물이 재고용되어 추후 압연 및 소둔 공정에 미세한 석출물들이 발생하여 결정립 성장을 억제하고 자성이 열화될 수 있다. 슬래브 재가열온도가 1100℃ 미만이면 압연부하가 증가하게 되며 최종제품에서 철손이 높아지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 강재를 열간 압연하는 단계(S20)를 수행한 후 열연판의 두께는, 예를 들어, 1.6 ~ 2.6mm일 수 있다. 열연판 두께가 두꺼울수록 냉간 압연 압하율이 증가하게 되어 집합조직이 열위되므로 두께를 2.6mm 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
상기 열간 압연된 강재는 권취온도(CT): 800 ~ 1000℃인 조건에서 권취될 수 있다. 권취온도가 800℃ 미만인 경우 강재의 소둔 효과가 없어서 결정립 성장이 되지 않으며, 권취온도가 1000℃를 초과하는 경우 냉각시 산화가 많아질 수 있어서 산세성이 나빠질 수 있다.
제 1 소둔 열처리 단계(S30)
열간 압연된 강재를 제 1 소둔 열처리하는 단계(S30)를 수행할 수 있다. 상기 제 1 소둔 열처리는 열연판을 소둔 및 산세하는 APL(Annealing and Pickling Line) 단계로서 예비 소둔 처리 또는 열연 소둔 처리로 이해할 수 있다.
상기 제 1 소둔 열처리하는 단계(S30)는 승온속도: 10℃/s 이상으로 승온한 후에 900 ~ 1050℃의 온도에서 어닐링을 시작하여 30 ~ 90초 동안 유지하는 어닐링 공정을 포함한다. 어닐링 후에 상기 강재는 20℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각될 수 있다. 냉각 후 산세 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
열간압연 후 미세조직 균일성 및 냉간압연성 확보를 위하여 열연판 소둔 공정을 실시한다. 제 1 소둔 온도는 연신된 주조조직이 제거된 균일한 미세조직을 형성할 있도록 900 ~ 1050℃에서 조절된다. 제 1 소둔 온도가 900℃ 미만으로 너무 낮은 경우 열간압연 후 잔류해 있는 연신된 주조조직이 잔류하여 미세조직 불균일을 유발하고 결정립이 작게 형성되어 냉간 압연의 방해 요소로 작용할 수 있다. 반면 제 1 소둔 온도가 1050℃를 초과하여 너무 높을 경우 최종 제품의 집합조직 불균형을 유발하여 특성의 이방성이 나타나는 원인이 된다.
상기 제 1 소둔 열처리 후, 평균 결정립 크기는 140 ~ 200㎛이며 중앙층에서의 <110>//RD 방위를 갖는 결정립의 부피분율은 0% 초과 30% 이하일 수 있다. 여기에서 상기 RD는 압연방향(Rolling Direction)을 의미하며, 상기 중앙층은 강재의 표면부로부터 상부 및 하부로 강재 두께(t)의 t/4 만큼 제외한 중앙영역(두께 1/4 ~ 3/4)을 의미한다.
냉간 압연 단계(S40)
상기 제 1 소둔 열처리된 강재를 냉간 압연하는 단계(S40)를 수행한다. 냉간 압연의 압하율은 81 ~ 92%이며, 냉연 후 강재의 두께는 0.1 ~ 0.3mm일 수 있다. 압연성을 부여하기 위하여 판온을 100 ~ 200℃로 상승시켜 온간 압연할 수 있다.
제 2 소둔 열처리 단계(S50)
상기 냉간 압연된 강재를 제 2 소둔 열처리할 수 있다. 상기 제 2 소둔 열처리는 냉연판을 최종 소둔 하는 ACL(Annealing and Coating Line) 단계로서 냉연 소둔 처리로 이해할 수 있다. 상기 제 2 소둔 열처리하는 단계(S50)는 승온속도: 10℃/s 이상, 어닐링 온도: 900 ~ 1100℃, 유지 시간: 30 ~ 90초의 조건으로 어닐링하는 단계 및 냉각속도: 30℃/s 이상인 조건으로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
제 2 소둔 열처리는 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.
한편, 최종 냉연 소둔 후 절연 코팅층을 형성하기 위하여 코팅 공정을 실시할 수 있다. 절연 코팅층을 형성함으로써 타발성 향상 및 절연성을 확보할 수 있다. 냉연재 상부 및 하부에 각각 형성된 절연 코팅층의 두께는 약 1 ~ 2㎛일 수 있다.
상술한 제조 방법으로 구현된 무방향성 전기강판은, 실리콘(Si): 2.8 ~ 3.8 중량%, 망간(Mn): 0.2 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5 ~ 1.2 중량%, 탄소(C): 0 초과 0.002 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.002 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.002 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판이며, 최종 미세조직에서, {111}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 0 초과 30% 이하이고 평균 방위차 각도(misorientation angle)는 23°이상(예를 들어, 23°이상40°이하)이며, {001}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 15% 이상(예를 들어, 15% 이상 50% 이하)이고 평균 방위차 각도(misorientation angle)는 48°이상(예를 들어, 48°이상 60° 이하)인 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 ND 방향은 압연 방향(RD)과 수직한 방향이며 강판의 상면에 수직한 방향이다. {111}//ND 방위를 갖는 결정립은 시편면과 {111}면이 평행한 결정립을 포함하고, {001}//ND 방위를 갖는 결정립은 시편면과 {001}면이 평행한 결정립을 포함한다.
철강 재료는 수많은 결정립들로 구성되어 있으며, 각각의 결정립은 각각 다른 방위(orientation)를 가진다. 이러한 방위(orientation)의 분포를 집합조직이라고 한다. 이웃한 결정립은 각각의 방위를 가진다. 이웃한 결정립과의 방위 각도 차이를 방위차 각도(misorientation angle)이라 한다.
평균 방위차 각도(misorientation angle)가 클수록 주변에 유사한 방위의 결정립이 없다는 것을 의미하며 균일한 미세조직임을 나타낸다. 이에 반하여, 평균 방위차 각도(misorientation angle)가 작을수록 주변에 유사한 방위의 결정립이 많다는 것을 의미하며 불균일한 미세조직임을 나타낸다. 방위차 각도(misorientation angle)는 각 방위마다 상이하며 재료마다 상이하다.
상기 최종 미세조직에서 평균 결정립 크기는 80 ~ 150㎛일 수 있다. 최종적으로 구현된 무방향성 전기강판은 14.5W/kg 이하의 철손(W10/400)을 가지되, 철손 표준편차는 0.725 W/kg 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 의하여, 열간 압연 후 예비 소둔 조건을 조절하여 낮은 평균 철손과 표준편차를 가지는 무방향성 전기강판을 제공할 수 있다. 예비 소둔에서 온도 및 결정립 크기를 제한하여 생산비용의 증가를 억제할 수 있다. 균일한 미세조직과 집합조직을 가지는 무방향성 전기강판을 제조하여 균일한 자성 특성을 확보할 수 있다.
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.
Si Mn Al C P S N Ti Bal.
3.3 0.3 0.9 0.0025 0.0052 0.0014 0.0018 0.0011 Fe
표 1을 참조하면, 실험예에 따른 무방향성 전기강판의 조성은 실리콘(Si): 2.8 ~ 3.8 중량%, 망간(Mn): 0.2 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5 ~ 1.2 중량%, 탄소(C): 0 초과 0.002 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.002 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.002 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)을 만족한다.
상기 조성을 가지는 슬래브를 1130℃로 재가열하고 마무리압연온도(FDT)가 850℃인 조건으로 열간 압연 실시 후 2.0mm두께를 가지는 열연판을 제조하였다. 열연판에 대하여 승온속도: 15℃/s, 어닐링 유지시간: 50초, 냉각속도: 30℃/s인 조건에서 제 1 소둔 열처리(예비 소둔)를 실시하였고, 냉간 압연 후 승온속도: 20℃/s, 어닐링 시작온도: 1000℃, 어닐링 유지시간: 50초, 냉각속도: 30℃/s인 조건에서 실시하였다. 그 후 코팅 공정을 통해 최종 제품을 제조하였다. 최종 소둔 분위기 온도는 수소 30% - 질소 70%의 혼합분위기에서 실시하였다.
2. 공정 조건 및 물성 평가
표 2는 본 실험예의 공정 조건(예비소둔 온도)과 이에 따른 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 철손의 측정은 서로 다른 위치에서 3000mm2 이상의 면적을 가지는 시편으로 10회 이상 측정하였다.
한편, 도 2는 본 발명의 실험예 중 실시예1에 따른 무방향성 전기강판에 대하여 EBSD 분석기법을 통해 관찰한 집합조직(IPF MAP) 사진이고, 도 3은 본 발명의 실험예 중 비교예2에 따른 무방향성 전기강판에 대하여 EBSD 분석기법을 통해 관찰한 집합조직(IPF MAP) 사진이다. 도 2와 도 3에서 (a)는 예비 소둔(제 1 소둔 열처리) 후의 집합조직에 관한 사진이며, (b)는 최종 소둔(제 2 소둔 열처리) 후의 집합조직에 관한 사진이다.
예비소둔 최종소둔 {111}//ND {001}//ND
온도
(℃)		 평균
결정립 크기
(㎛)		 <110>
//RD
부피
분율
(%)		 최종
두께
(mm)		 평균
결정립
크기
(㎛)		 평균 철손
(W/kg)		 철손
표준편차
(W/kg)		 부피 분율
(%)		 평균
방위차
각도(°)		 부피 분율
(%)		 평균
방위차
각도(°)
비교예1 850 110 24 0.25 109 14.6 0.4 38 28 11 59
실시예1 1000 183 15 0.25 115 12.4 0.5 21 26 19 53
비교예2 1100 320 8 0.25 93 12.3 0.9 18 19 22 42
표 2를 참조하면, 실시예1은 승온속도: 10℃/s 이상, 어닐링 시작온도: 900 ~ 1050℃, 어닐링 유지시간: 30 ~ 90초, 냉각속도: 20℃/s 이상인 조건에서 제 1 소둔 열처리를 수행하였다. 상기 제 1 소둔 열처리 후, 평균 결정립 크기는 140 ~ 200㎛이며 중앙층에서의 <110>//RD 방위를 갖는 결정립의 부피분율은 20% 이하인 범위를 만족한다. 또한, 최종 소둔(제 2 소둔 열처리) 후 최종 미세조직에서 {111}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 30% 이하이고 평균 방위차 각도(misorientation angle)는 23°이상이며, {001}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 15% 이상이고 평균 방위차 각도(misorientation angle)는 48°이상의 범위를 만족하며, 14.5W/kg 이하의 철손(W10/400)을 가지되, 철손 표준편차는 0.725 W/kg 이하임을 확인할 수 있다. 실시예1은 자성에 유리한 집합조직을 구현하여 평균 철손값도 작지만 균일한 미세조직/집합조직이 발달하여 표준편차가 0.725 W/kg 이하로 제어할 수 있다. 도 2를 참조하면, 균일한 미세조직/집합조직이 발달함을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 비교예1은 예비 소둔(제 1 소둔 열처리)에서 어닐링 시작온도: 900 ~ 1050℃의 범위를 하회하여 만족하지 못한다. 이에 따라, 상기 제 1 소둔 열처리 후, 평균 결정립 크기: 140 ~ 200㎛의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 중앙층에서의 <110>//RD 방위를 갖는 결정립의 부피분율은 20% 이하인 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 최종 소둔(제 2 소둔 열처리) 후 최종 미세조직에서 {111}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 30% 이하의 범위를 상회하여 만족하지 못하며, {001}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 15% 이상의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 14.5W/kg 이하의 철손(W10/400) 범위를 만족하지 못한다.
비교예2는 예비 소둔(제 1 소둔 열처리)에서 어닐링 시작온도: 900 ~ 1050℃의 범위를 상회하여 만족하지 못한다. 이에 따라, 상기 제 1 소둔 열처리 후, 평균 결정립 크기: 140 ~ 200㎛의 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 최종 소둔(제 2 소둔 열처리) 후 최종 미세조직에서 {111}//ND 방위를 갖는 결정립들에서 평균 방위차 각도(misorientation angle): 23°이상의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, {001}//ND 방위를 갖는 결정립들에서 평균 방위차 각도(misorientation angle): 48°이상의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 14.5W/kg 이하의 철손(W10/400)은 만족하지만, 철손 표준편차: 0.725 W/kg 이하의 범위를 만족하지 못함을 확인할 수 있다. 비교예2는 자성에 유리한 집합조직을 구현하여 평균 철손값은 작지만 불균일한 미세조직/집합조직이 발달하여 표준편차가 0.725 W/kg를 초과하였다. 도 3을 참조하면, 불균일한 미세조직/집합조직이 발달함을 확인할 수 있다.
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 (7)

  1. 실리콘(Si): 2.8 ~ 3.8 중량%, 망간(Mn): 0.2 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5 ~ 1.2 중량%, 탄소(C): 0 초과 0.002 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.002 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.002 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 무방향성 전기강판이며,
    최종 미세조직에서, {111}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 30% 이하이고 평균 방위차 각도(misorientation angle)는 23°이상이며, {001}//ND 방위를 갖는 결정립들은 부피분율이 15% 이상이고 평균 방위차 각도(misorientation angle)는 48°이상인 것을 특징으로 하는,
    무방향성 전기강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    14.5W/kg 이하의 철손(W10/400)을 가지되, 철손 표준편차는 0.725 W/kg 이하인 것을 특징으로 하는,
    무방향성 전기강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    평균 결정립 크기는 80 ~ 150㎛인 것을 특징으로 하는,
    무방향성 전기강판.
  4. 실리콘(Si): 2.8 ~ 3.8 중량%, 망간(Mn): 0.2 ~ 0.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5 ~ 1.2 중량%, 탄소(C): 0 초과 0.002 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.002 중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.002 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.002 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 제공하는 단계;
    상기 강재를 열간 압연하는 단계;
    상기 열간 압연된 강재를 제 1 소둔 열처리하는 단계;
    상기 제 1 소둔 열처리된 강재를 냉간 압연하는 단계; 및
    상기 냉간 압연된 강재를 제 2 소둔 열처리하는 단계;를 포함하되,
    상기 열간 압연하는 단계는 재가열온도: 1100 ~ 1200℃, 마무리압연온도: 800 ~ 1000℃, 권취온도: 560 ~ 600℃인 조건에서 수행되며,
    상기 제 1 소둔 열처리하는 단계는 승온속도: 10℃/s 이상, 어닐링 시작온도: 900 ~ 1050℃, 어닐링 유지시간: 30 ~ 90초, 냉각속도: 20℃/s 이상인 조건에서 수행되며,
    상기 제 2 소둔 열처리하는 단계는 승온속도: 10℃/s 이상, 어닐링 시작온도: 900 ~ 1100℃, 어닐링 유지시간: 30 ~ 90초, 냉각속도: 30℃/s 이상인 조건에서 수행되는,
    무방향성 전기강판의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 소둔 열처리 후, 평균 결정립 크기는 140 ~ 200㎛이며 중앙층에서의 <110>//RD 방위를 갖는 결정립의 부피분율은 20% 이하인,
    무방향성 전기강판의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉간 압연하는 단계는 압하율: 81 ~ 92%인 조건에서 수행되는,
    무방향성 전기강판의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 열간 압연 후 강재의 두께는 1.6 ~ 2.6mm이며,
    상기 냉간 압연 후 강재의 두께는 0.1 ~ 0.3mm인,
    무방향성 전기강판의 제조 방법.




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