KR20240094534A - 자성 특성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 무방향성 전기강판 - Google Patents

자성 특성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 무방향성 전기강판 Download PDF

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Abstract

자성 특성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 무방향성 전기강판과 관련한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판 제조방법은 실리콘(Si) 2.0~3.5 중량%, 망간(Mn): 0.1~0.5 중량%, 알루미늄(Al) 0.8~1.5 중량%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 이용하여 열연판재를 제조하는 단계; 상기 열연판재를 열연소둔하여 열연소둔재를 제조하는 단계; 상기 열연소둔재를 냉간 압연하여 냉연판재를 제조하는 단계; 및 상기 냉연판재를 냉연소둔하는 단계;를 포함하며, 상기 냉연소둔은 상기 냉연판재를 목표온도 800~1000℃까지 승온 및 유지하는 단계;를 포함하되, 상기 냉연소둔시 하기 식 1의 재결정 구간(R)에서는 승온속도 20℃/s 미만으로 승온하되, 상기 재결정 구간(R)을 제외한 구간에서는 승온속도 20℃/s 이상으로 목표온도까지 승온한다:
[식 1]
T - 50 (℃) ≤ R ≤ T + 50 (℃)
(상기 식 1은 상세한 설명에 정의된 바와 같다).

Description

자성 특성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 무방향성 전기강판 {METHOD FOR MANUFACTURING NON ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET HAVING EXCELLENT MAGNETIC PROPERTIES AND NON ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET MANUFACTURED USING THE SAME}
본 발명은 자성 특성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 무방향성 전기강판에 관한 것이다.
최근 세계적으로 환경 규제가 강화됨에 따라, 자동차 산업은 기존 내연기관에서 친환경차 (하이브리드 자동차, 전기자동차)로 대체되고 있다. 이러한 전기자동차의 수요가 증가됨에 따라 전기자동차 구동용 모터가 개발되고 있으며, 이러한 전기자동차 모터 효율 향상을 위해 모터 철심소재로 사용되는 무방향성 전기강판의 자기적 특성 향상이 요구되고 있다.
무방향성 전기강판은 압연 방향과 상관없이 모든 방향에서 균일한 자기적 특성을 갖는 소재로, 결정의 자화가 용이한 <100> 방향의 집합조직을 판재 전반에 걸쳐 균일하게 생성되어야 하며, 에너지 효율을 위해 철손을 낮추고, 자속 밀도를 높이는 것이 필요하다. 한편, 철손 (Core Loss)은 자화 과정에서 발생되는 에너지 손실이고, 자속 밀도 (Magnetic Flux Density)는 동력을 일으키는 힘을 의미한다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2325011호(2021.11.11. 공고, 발명의 명칭: 무방향성 전기강판 및 그 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 미세조직과 집합조직의 개선 효과가 우수하며, 특히 고주파 영역에서의 철손을 최소화하고 자기적 특성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 실리콘 함량에 따른 재결정 온도 변화에 따라 열처리 조건을 다르게 적용하여, 자성에 유리한 집합조직을 발달시키는 효과가 우수한 무방향성 전기강판 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기계적 물성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 생산성 및 경제성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 무방향성 전기강판 제조방법에 의해 제조된 무방향성 전기강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 자성 특성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판 제조방법은 실리콘(Si) 2.0~3.5 중량%, 망간(Mn): 0.1~0.5 중량%, 알루미늄(Al) 0.8~1.5 중량%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 이용하여 열연판재를 제조하는 단계; 상기 열연판재를 열연소둔하여 열연소둔재를 제조하는 단계; 상기 열연소둔재를 냉간 압연하여 냉연판재를 제조하는 단계; 및 상기 냉연판재를 냉연소둔하는 단계;를 포함하며, 상기 냉연소둔은 상기 냉연판재를 목표온도 800~1000℃까지 승온 및 유지하는 단계;를 포함하되, 상기 냉연소둔시 하기 식 1의 재결정 구간(R)에서는 승온속도 20℃/s 미만으로 승온하되, 상기 재결정 구간(R)을 제외한 구간에서는 승온속도 20℃/s 이상으로 목표온도까지 승온한다:
[식 1]
T - 50 (℃) ≤ R ≤ T + 50 (℃)
(상기 식 1에서, 상기 R은 재결정 구간이고, 상기 T는 상기 냉연판재의 재결정 온도(℃)이며, 하기 식 2에 따라 도출된다)
[식 2]
T(℃) = 34.4*[Si] + 686
(상기 식 2에서, 상기 [Si]는 상기 냉연판재의 실리콘 함량이며 2.0~3.5 (중량%) 이다).
한 구체예에서 상기 슬라브는 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0 초과 0.005 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.005 중량% 이하 및 티타늄(Ti) 0 초과 0.005 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 열연판재는, 상기 슬라브를 재가열온도 1000~1200℃ 조건으로 재가열하고; 상기 재가열된 슬라브를 마무리 압연온도: 860~900℃ 조건으로 열간 압연하고; 그리고 상기 열간 압연된 슬라브를 권취온도 550~650℃ 조건으로 권취하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
한 구체예에서 상기 열연소둔은 상기 열연판재를 950~1100℃까지 승온 및 유지하는 단계; 및 상기 열연판재를 냉각하는 단계;를 포함하여 실시될 수 있다.
한 구체예에서 상기 열연소둔시 상기 열연판재를 승온속도 20℃/s 이상으로 승온하며, 상기 열연판재를 냉각속도 20℃/s 이상으로 냉각하여 실시할 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉간압연은 압하율 90% 이하 조건으로 실시하되, 상기 냉연판재는 두께가 0.20~0.35mm 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉연소둔시 재결정 구간에서는 승온속도 15℃/s 이하로 승온하고, 그리고 상기 재결정 구간을 제외한 구간에서는 승온속도 20~30℃/s로 승온할 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉연 소둔은 상기 승온 및 유지된 냉연판재를 30℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 무방향성 전기강판 제조방법에 의해 제조된 무방향성 전기강판에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 실리콘(Si) 2.0~3.5 중량%, 망간(Mn): 0.1~0.5 중량%, 알루미늄(Al) 0.8~1.5 중량%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직이 페라이트를 포함한다.
한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0 초과 0.005 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.005 중량% 이하 및 티타늄(Ti) 0 초과 0.005 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 두께가 0.35mm 이하이며, 평균 결정립 크기가 100~130㎛ 이고, 자속밀도(B50) 1.68T 이상 및 철손(W10/400) 14.0 W/kg 이하이고, 항복강도 300MPa 이상 및 인장강도 400MPa 이상일 수 있다.
한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 <100>//ND 집합조직을 20 면적% 이상 포함하되, <111>//ND 집합조직을 30 면적% 이하 포함할 수 있다.
본 발명의 무방향성 전기강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 무방향성 전기강판은 미세조직과 집합조직의 개선 효과가 우수하며, 특히 고주파 영역에서의 철손을 최소화하고 자기적 특성이 우수하며, 냉연소둔시 실리콘 함량에 따른 재결정 온도 변화에 따라 승온 속도를 다르게 적용하여, 합금성분계에 최적화된 열처리 조건을 적용하여 자성에 유리한 집합조직을 발달시키는 효과가 우수하고, 항복강도 및 인장강도 등 기계적 물성이 우수하며, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 무방향성 전기강판 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2(a)는 냉연판재의 실리콘 함량에 따른 재결정 온도 변화를 측정하기 위한, 열처리온도에 따른 냉연판재의 경도 변화 그래프이고, 도 2(b)는 냉연판재를 균일한 승온속도로 승온시 집합방위 조직의 형성 분율을 나타낸 그래프이며, 도 2(c)는 냉연판재를 식 1의 재결정 구간(R)에서 20℃/s 미만의 승온속도를 적용하여 승온시 집합방위 조직의 형성 분율을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
자성 특성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법
본 발명의 하나의 관점은 자성 특성이 우수한 무방향성 전기강판 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 무방향성 전기강판 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면 상기 무방향성 전기강판 제조방법은 (S10) 열연판재 제조단계; (S20) 열연소둔재 제조단계; (S30) 냉연판재 제조단계; 및 (S40) 냉연소둔단계;를 포함한다.
보다 구체적으로 상기 무방향성 전기강판 제조방법은 (S10) 실리콘(Si) 2.0~3.5 중량%, 망간(Mn): 0.1~0.5 중량%, 알루미늄(Al) 0.8~1.5 중량%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 이용하여 열연판재를 제조하는 단계; (S20) 상기 열연판재를 열연소둔하여 열연소둔재를 제조하는 단계; (S30) 상기 열연소둔재를 냉간 압연하여 냉연판재를 제조하는 단계; 및 (S40) 상기 냉연판재를 냉연소둔하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 무방향성 전기강판 제조방법을 단계적으로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 열연판재 제조단계
상기 단계는 실리콘(Si) 2.0~3.5 중량%, 망간(Mn): 0.1~0.5 중량%, 알루미늄(Al) 0.8~1.5 중량%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 이용하여 열연판재를 제조하는 단계이다.
이하, 상기 슬라브의 구성 성분에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
실리콘(Si)
상기 실리콘(Si)은 비저항을 증가시켜서 와전류 손실을 낮추는 성분으로 주요 첨가 원소이다.
한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 2.0~3.5 중량% 포함된다. 상기 실리콘을 2.0 중량% 미만으로 포함시 본 발명이 목표로 하는 저철손 값을 얻기 어려우며, 3.5 중량%를 초과하여 포함시 투자율 및 자속밀도가 감소하며, 취성이 증가하여 냉간압연이 어렵게 되어 생산성이 저하될 수 있다. 예를 들면 2.0~3.3 중량% 포함될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 상기 실리콘과 함께 비저항을 증가시키며 집합조직을 향상시킨다.
한 구체예에서 상기 망간은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0.1~0.5 중량% 포함된다. 상기 망간을 0.1 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하고, 0.5 중량%를 초과하여 포함시 조대한 MnS 석출물이 형성되어 자속밀도 감소 등 자기적 성질이 열화되며, 첨가량 증가에 비해 철손 감소량이 적으며, 냉간압연성 저하가 발생할 수 있다. 예를 들면 0.2~0.5 중량% 포함될 수 있다.
알루미늄(Al)
상기 알루미늄(Al)은 상기 실리콘과 함께 비저항을 증가시켜서 와전류 손실을 낮추는 성분으로 주요 첨가 원소이다. 상기 알루미늄은 질소(N)와 AlN 석출 생성을 유도할 수 있다.
한 구체예에서 상기 알루미늄은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0.8~1.5 중량% 포함된다. 상기 알루미늄을 0.8 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 1.5 중량% 초과하여 포함시 냉간압연성 저하가 발생하고, 자속밀도가 감소되어 자기적 성질이 열화될 수 있다. 예를 들면 0.8~1.2 중량% 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 슬라브는 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0 초과 0.005 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.005 중량% 이하 및 티타늄(Ti) 0 초과 0.005 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
탄소(C)
상기 탄소는 TiC 및 NbC 등 탄화물을 형성하여 철손을 증가시키는 원소로 적을수록 바람직하다.
한 구체예에서 상기 탄소는 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0 초과 0.005 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 자기시효를 방지하여 자기적 특성의 저하를 방지할 수 있다.
인(P)
상기 인(P)은 결정립계 편석 원소로 집합조직을 발달 시키는 원소이다. 상기 인이 너무 많이 첨가되는 경우, 편석 효과로 결정립 성장이 억제되며, 자기적 성질이 열화되며 냉간압연성 저하가 발생할 수 있다.
한 구체예에서 상기 인은 상기 슬라브 전체 중량에 대하여 0 초과 0.015 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 함량 범위로 포함시 자성에 유리한 집합조직 발달 효과가 우수하면서 자기적 성질 및 냉간 압연성 저하를 방지할 수 있다.
황(S)
상기 황(S)은 MnS, CuS 등 석출물을 형성하여 철손을 증가시키며, 결정립 성장을 억제시키므로 가능한 낮게 첨가할 수 있다.
한 구체예에서 상기 황(S)은 상기 슬라브 전체 중량에 대하여 0 초과 0.003 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 함량 범위로 포함시 MnS, CuS 등 석출물을 형성을 방지하여 철손 증가를 방지하며, 결정립 성장을 저해하지 않을 수 있다.
질소(N)
상기 질소(N)는 AlN, TiN, NbN 등 석출물을 형성하여 철손을 증가시키며, 결정립 성장을 억제시키므로 가능한 낮게 첨가될 수 있다.
한 구체예에서 상기 질소(N)는 상기 슬라브 전체 중량에 대하여 0 초과 0.005 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 함량 범위로 포함시 AlN, TiN, NbN 등 석출물 형성을 방지하여 철손 증가를 방지하며, 결정립 성장을 저해하지 않을 수 있다.
티타늄(Ti)
상기 티타늄(Ti)은 TiC, TiN 등 미세한 석출물 형성하여 결정립 성장을 억제시킨다. 티타늄이 첨가할수록 자기적 성질이 열위하므로 가능한 낮게 첨가될 수 있다.
한 구체예에서 상기 티타늄(Ti)은 상기 슬라브 전체 중량에 대하여 0 초과 0.005 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 함량 범위로 포함시 TiC, TiN 등 미세한 석출물 형성을 방지하여 결정립 성장을 저해하지 않으면서, 자기적 성질을 저해하지 않을 수 있다.
한 구체예에서 상기 열연판재는, 상기 슬라브를 재가열온도 1000~1200℃ 조건으로 재가열하고; 상기 재가열된 슬라브를 마무리 압연온도: 860~900℃ 조건으로 열간 압연하고; 그리고 상기 열간 압연된 슬라브를 권취온도 550~650℃ 조건으로 권취하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 재가열 온도 조건에서 슬라브를 재가열시, 슬라브 내 탄소, 황 및 질소 등에 의해 형성되는 석출물 재고용을 방지하여 추후 압연 및 소둔 공정에서 미세 석출물의 형성을 방지하며, 압연 부하를 방지하면서 결정립 성장을 저해하지 않고 자성을 용이하게 확보할 수 있다.
상기 마무리 압연온도 조건으로 열간 압연시 전기강판의 재질 편차를 방지하고, 기계적 물성과 자기적 성질이 우수할 수 있다.
상기 권취온도 조건으로 권취시 전기강판의 표면 품질, 기계적 물성과 자기적 성질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 열연판재는 두께가 1.8~2.6mm일 수 있다. 상기 조건에서 냉간압연시 압하율의 증가를 방지하여 집합조직의 열위를 방지하고 전기강판의 자기적 특성을 향상시킬 수 있다.
(S20) 열연소둔재 제조단계
상기 단계는 상기 열연판재를 열연소둔하여 열연소둔재를 제조하는 단계이다.
한 구체예에서 상기 열연소둔은 상기 열연판재를 950~1100℃까지 승온 및 유지하는 단계; 및 상기 열연판재를 냉각하는 단계;를 포함하여 실시될 수 있다.
상기 소둔 온도로 승온 및 유지하여 열연 소둔시 균일한 미세조직이 형성되어 자기적 성질이 우수할 수 있다. 열연소둔시 승온 온도가 너무 낮은 경우 열간압연 후 결정립 성장이 충분하지 않아 미세 결정립이 형성되어 전기강판의 자기적 성질이 저하될 수 있다. 반면 열연소둔시 승온 온도가 너무 높을 경우 결정립이 과도하게 성장하여 결정립 크기 편차가 증가하고, 산화가 크게 증가하여 전기강판 물성이 저하될 수 있다.
예를 들면 상기 열연소둔은 상기 열연판재를 950~1100℃까지 승온하여 30~150초 동안 유지할 수 있다. 상기 소둔 시간에서 적절한 결정립 크기를 형성하며, 결정립 크기의 편차를 최소화하여 상기 무방향성 전기강판의 자기적 성질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 열연소둔은 상기 열연판재를 승온속도 20℃/s 이상으로 승온할 수 있다. 상기 조건에서 적절한 결정립 크기를 형성하고, 상기 전기강판의 자기적 성질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 열연소둔은 상기 열연판재를 승온 및 유지한 다음, 냉각속도 20℃/s 이상의 조건으로 냉각할 수 있다. 상기 조건에서 적절한 결정립 크기를 형성하여 상기 전기강판의 자기적 성질이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 냉각속도 조건으로 상온까지 냉각할 수 있다.
(S30) 냉연판재 제조단계
상기 단계는 상기 열연소둔재를 냉간 압연하여 냉연판재를 제조하는 단계이다. 예를 들면 상기 열연소둔재를 산세 후 냉간 압연을 실시할 수 있다. 예를 들면 상기 산세는 열연소둔재 표면에 형성된 산화층을 산세액을 통해 제거할 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉간압연의 용이성을 위하여 상기 열연소둔재의 온도를 150~200℃로 상승시켜 냉간압연을 진행할 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉간압연은 압하율(최종압하율) 90% 이하 조건으로 실시할 수 있다. 상기 조건에서 설비 부하를 방지하면서 상기 전기강판의 자기적 성질이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 냉간압연은 압하율(최종압하율) 50~90% 조건으로 실시할 수 있다. 다른 예를 들면 압하율 80~90%로 실시할 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉연판재는 두께가 0.35mm 이하일 수 있다. 상기 조건에서 상기 전기강판의 자기적 성질과 기계적 물성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 냉연판재는 두께가 0.10~0.35mm일 수 있다.
(S40) 냉연소둔단계
상기 단계는 상기 냉연판재를 냉연소둔하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 냉연소둔은 상기 냉연판재를 목표온도 800~1000℃까지 승온 및 유지하는 단계;를 포함한다. 상기 목표온도 조건으로 승온시 전기강판의 결정립 크기를 적절히 조절하여, 철손 방지와 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉연소둔은 냉연판재의 표면 산화 및 질화를 방지하기 위하여 혼합 분위기 조건으로 가열할 수 있다. 예를 들면 질소(N2) 및 수소(H2) 혼합가스 분위기에서 냉연소둔할 수 있다. 상기 조건으로 냉연소둔시 전기강판의 표면이 매끄럽고 표면 품질이 우수할 수 있다.
예를 들면 상기 냉연판재를 목표온도 800~1000℃까지 승온하여 40~100초 동안 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 냉연판재를 목표온도 800℃ 미만으로 승온시 결정립 크기가 지나치게 미세하여 이력손실이 증가하고 본 발명 자기적 성질과 기계적 물성이 저하되며, 목표온도 1000℃를 초과하여 승온시 결정립 크기가 지나치게 조대해져 와전류 손실이 증가하며, 자기적 성질과 기계적 물성이 저하될 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉연소둔시 하기 식 1의 재결정 구간(R)에서는 승온속도 20℃/s 미만으로 승온하되, 상기 재결정 구간(R)을 제외한 구간에서는 승온속도 20℃/s 이상으로 목표온도까지 승온한다:
[식 1]
T - 50 (℃) ≤ R ≤ T + 50 (℃)
(상기 식 1에서, 상기 R은 재결정 구간이고, 상기 T는 상기 냉연판재의 재결정 온도(℃)이며, 하기 식 2에 따라 도출된다)
[식 2]
T(℃) = 34.4*[Si] + 686
(상기 식 2에서, 상기 [Si]는 상기 냉연판재의 실리콘 함량이며 2.0~3.5 (중량%) 이다).
상기 식 1의 재결정 구간(R)에서 승온속도 20℃/s 미만으로 승온시 <001>//ND 방위와 <111>//ND 방위가 균등하게 재결정이 형성되고 성장이 이루어져 자기적 성질에 유리한 집합조직이 용이하게 성장할 수 있다. 상기 식 1의 재결정 구간에서 승온속도를 20℃/s 이상으로 승온시, 자기적 성질에 불리한 <111>//ND 방위가 급격히 발달하게 되어 자기적 특징이 저하되어 철손이 증가하고 자속밀도가 감소할 수 있다. 한 구체예에서 상기 냉연소둔시 재결정 구간에서는 승온속도 15℃/s 이하로 승온할 수 있다. 다른 예를 들면 5~15℃/s로 승온할 수 있다.
그리고 상기 재결정 구간을 제외한 구간에서는 승온속도 20℃/s 이상으로 승온한다. 상기 재결정 구간을 제외한 구간에서는 승온속도 20℃/s 미만으로 승온시, 자기적 성질에 유리한 집합조직이 용이하게 발달하지 못하여 자기적 특징이 저하되어 철손이 증가하고 자속밀도가 감소할 수 있다. 예를 들면 상기 재결정 구간을 제외한 구간에서는 승온속도 20~30℃/s로 승온할 수 있다.
종래 기술에서는 2.0 중량% 이상의 실리콘(Si)을 포함하는 경우, 상변태가 발생하지 않기 때문에 냉연소둔 시 목표온도까지 모든 구간을 동일한 승온 속도 조건으로 진행하였다. 이때 냉간압연 이후의 냉연판재 집합조직은 변형이 상대적으로 높은 γ-fiber와, 변형이 상대적으로 낮은 α-fiber 2 종류의 주요 방위로 구성된다. 상기 냉연판재를 냉연소둔시, 재결정 온도 구간을 지날 때 상대적으로 변형에너지가 높은 γ-fiber에서 먼저 회복 및 재결정이 발생되며, 그 뒤에 재결정 구동력이 낮은 α-fiber에서 회복 및 재결정이 이루어진다. 이러한 경우, 우선적으로 <111>//ND 방위의 집합조직이 먼저 형성되고, 상대적으로 늦게 형성되는 <001>//ND 방위의 결정립이 소모되면서, <111>//ND 방위가 주 방위가 될 수 있다.
반면, 본 발명에서는 이와 같은 종래 집합조직의 성장 거동을 제어하기 위해, 식 1 및 식 2와 같이 실리콘 함량에 따른 재결정 온도를 고려하여 재결정 구간을 설정하고, 상기 재결정 구간의 승온 속도를 제어하여 철손을 최소화하고 높은 자속밀도를 갖는 전기강판을 제조하였다.
하기 도 2(a)는 냉연판재의 실리콘 함량에 따른 재결정 온도 변화를 측정하기 위한, 열처리온도에 따른 냉연판재의 경도 변화 그래프이다. 상기 도 2(a)와 같이, 냉연판재의 실리콘 함량에 따른 재결정 온도 구간은 냉연판재를 다양한 온도에서 열처리 후 비커스 경도를 측정하여, 상기 비커스 경도가 감소하기 시작하는 순간을 재결정 완료 시점으로 결정할 수 있다.
하기 도 2(b)는 재결정 온도가 약 800℃인 냉연판재(실리콘 3.3 중량% 포함)를 동일한 승온 속도로 승온시 집합방위 조직의 형성 분율을 나타낸 그래프이며, 하기 도 2(c)는 재결정 온도가 약 800℃인 냉연판재(실리콘 3.3 중량% 포함)를 식 1의 재결정 구간(R)에서 20℃/s 미만의 승온속도를 적용하고, 재결정 구간을 제외한 구간에서 20℃/s 이상의 승온속도를 적용하여 승온시 집합방위 조직의 형성 분율을 나타낸 그래프이다.
상기 도 2(b)의 결과를 참조하면, 실리콘 함량이 높은 냉연판재를 동일한 승온속도로 승온시, 750~850℃를 지나는 구간에서 자성에 불리한 <111>//ND 방위의 분율이 급격히 증가하는 것을 알 수 있다.
반면 상기 도 2(c)의 결과를 참조하면, 상기 도 2(b) 보다 <111>//ND 방위의 분율 증가는 감소하고, 자성에 유리한 <100>//ND 방위의 분율이 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 재결정 직전 두 방위가 균일하게 형성되고, 재결정 구간에서 20℃/s 미만의 승온속도를 적용하여, 재결정 직후 균등하게 성장되도록 유도되기 때문이다.
한 구체예에서 상기 냉연 소둔은 상기 승온 및 유지된 냉연판재를 30℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 조건에서 상기 전기강판의 기계적 물성과 자기적 성질이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 냉각속도 조건으로 상온까지 냉각할 수 있다.
한 구체예에서 상기 최종소둔된 냉연판재의 표면에 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 코팅층은 절연성 확보 및 타발성 향상을 목적으로 형성될 수 있다.
무방향성 전기강판 제조방법에 의해 제조된 무방향성 전기강판
본 발명의 다른 관점은 상기 무방향성 전기강판 제조방법에 의해 제조된 무방향성 전기강판에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 실리콘(Si) 2.0~3.5 중량%, 망간(Mn): 0.1~0.5 중량%, 알루미늄(Al) 0.8~1.5 중량%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직이 페라이트(ferrite)를 포함한다.
한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0 초과 0.005 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.005 중량% 이하 및 티타늄(Ti) 0 초과 0.005 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 합금 성분 및 함량은, 전술한 슬라브와 동일할 수 있다.
한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 두께가 0.20~0.35mm 일 수 있다. 상기 조건에서 상기 전기강판의 자기적 성질과 기계적 물성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 전기강판은 두께가 0.25~0.35mm일 수 있다.
한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 평균 결정립 크기가 100~130㎛ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 표면에 코팅층이 더 형성될 수 있다. 상기 코팅층 형성시 절연성 확보 및 타발성 향상 효과가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 자속밀도(B50) 1.68T 이상 및 철손(W10/400) 14.0 W/kg 이하일 수 있다. 상기 조건에서 특히 고주파 조건에서 철손을 최소화하며 자속밀도가 우수할 수 있다. 예를 들면 자속밀도(B50) 1.68~1.72T 및 철손(W10/400) 12.5~13.9 W/kg 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 항복강도 300MPa 이상 및 인장강도 400MPa 이상일 수 있다.
한 구체예에서 상기 무방향성 전기강판은 <100>//ND 집합조직을 20 면적% 이상 포함하되, <111>//ND 집합조직을 30 면적% 이상 포함할 수 있다. 상기 조건에서 상기 전기강판의 자기적 물성이 우수할 수 있다.
예를 들면 상기 무방향성 전기강판은 <100>//ND 집합조직을 20~35 면적% 포함할 수 있다. 다른 예를 들면 25~30 면적% 포함할 수 있다. 상기 조건에서 자기력이 우수할 수 있다.
예를 들면 상기 무방향성 전기강판은 <111>//ND 집합조직을 30~45 면적% 포함할 수 있다. 다른 예를 들면 30~40 면적% 포함할 수 있다.
상기 <100>//ND 집합조직은 <100> 면이 무방향성 전기강판 판면에 대하여 수직(ND) 방향으로 평행하게 놓여있는 집합조직을 의미한다. 상기 무방향성 전기강판의 판면은, 강판의 압연방향(RD 방향)을 x축, 강판의 폭방향(TD 방향)을 y축이라 할 때 xy 면을 의미할 수 있다.
상기 무방향성 전기강판의 집합조직은 강판의 표면의 R(Rolling), T(Transverse), N(Vertical) 조건에서 ND 방향 결정방위도를 기준으로 EBSD(Electron Backscatter Diffraction)를 이용하여 각 방위별 면강도를 방위분포함수(orientation distribution function, ODF)를 이용하여 분석할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예 및 비교예
실시예 1
(1) 열연판재 제조: 실리콘(Si) 2.0 중량%, 망간(Mn) 0.2 중량%, 알루미늄(Al) 1.2 중량%, 탄소(C) 0 초과 0.005 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.005 중량% 이하 및 티타늄(Ti) 0 초과 0.005 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하였다. 그 다음에 상기 슬라브를 재가열온도(SRT) 1150℃에서 재가열하고, 마무리 압연온도(FDT) 890℃로 열간 압연 후, 권취온도 610℃ 조건으로 냉각하고 권취하여 두께 2.0mm의 열연판재를 제조하였다.
(2) 열연소둔 및 냉간압연: 상기 열연판재를 20℃/s 이상의 승온속도로 950~1100℃까지 승온하고 30~150초 동안 유지한 다음, 20℃/s 이상의 냉각속도로 상온까지 냉각하여 열연소둔재를 제조하였다. 상기 열연소둔재의 표면을 산세한 다음, 압하율 80~87.5%로 냉간압연하여 두께 0.25mm의 냉연판재를 제조하였다.
(3) 냉연소둔: 상기 냉연판재를 수소 30 부피% 및 질소 70 부피%의 혼합 분위기 조건에서 냉연소둔을 실시하였다. 상기 냉연소둔은 목표온도 975℃ 까지 승온하여 45초 동안 유지하였다. 상기 목표온도까지 냉연판재를 승온하는 과정에서 하기 식 2의 재결정 온도(T)를 도출한 다음, 하기 식 1의 재결정 구간을 결정하였다. 상기 식 1의 재결정 구간에서는 하기 표 1과 같이 5℃/s의 승온 속도로 승온하였으며, 상기 식 1의 재결정 구간을 제외한 구간은 20℃/s의 승온 속도로 목표온도까지 승온하였다. 그 다음에, 상기 냉연판재를 30℃/s의 냉각속도로 상온까지 냉각하여 무방향성 전기강판을 제조하였다:
[식 1]
T - 50 (℃) ≤ R ≤ T + 50 (℃)
(상기 식 1에서, 상기 R은 재결정 구간이고, 상기 T는 상기 냉연판재의 재결정 온도(℃)이며, 하기 식 2에 따라 도출된다)
[식 2]
T(℃) = 34.4*[Si] + 686
(상기 식 2에서, 상기 [Si]는 상기 냉연판재의 실리콘 함량이며 2.0~3.5 (중량%) 이다).
실시예 2
하기 표 1의 실리콘 함량을 갖는 슬라브에 대하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 냉연판재를 제조하였다. 상기 냉연판재에 대하여 하기 표 1과 같은 냉연판재의 재결정 온도(T)와, 재결정 온도 범위(R) 및 재결정 구간에서의 승온속도 조건을 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 냉연소둔을 실시하여 무방향성 전기강판을 제조하였다.
비교예 1-2
하기 표 1의 실리콘 함량을 갖는 슬라브에 대하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 냉연판재를 제조하였다. 상기 냉연판재에 대하여 하기 표 1의 냉연판재 재결정 온도(T)와, 재결정 온도 범위(R) 및 재결정 구간에서의 승온속도 조건을 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 냉연소둔을 실시하여 무방향성 전기강판을 제조하였다.
상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2의 무방향성 전기강판에 대하여, 집합조직을 분석하였으며, 자속밀도와 철손을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 무방향성 전기강판의 집합조직은 강판의 표면의 R(Rolling), T(Transverse), N(Vertical) 조건에서 ND 방향 결정방위도를 기준으로 EBSD(Electron Backscatter Diffraction) 설비를 이용하여 분석(면적%)하였다.
상기 자속밀도(B50)는 상기 전기강판에 5000A/m의 자기장 조건에서 측정하였으며 상기 철손(W10/400)은 상기 전기강판에 400Hz의 주파수에서 1.0 Tesla의 자속밀도를 인가하여 측정하였다.
상기 표 1 및 표 2를 참조하면, 냉연판재의 실리콘 함량이 증가할수록 재결정 온도와 재결정 구간 또한 높은 온도로 설정된다.
비교예 1 및 2는 상기 식 1에 의한 재결정 구간을 고려하지 않고 승온속도 20℃/s로 목표온도까지 승온하여 냉연소둔을 실시한 것으로, 자성에 불리한 <111>//ND 방위의 분율이 증가하여 철손 및 자속밀도가 열위한 것을 알 수 있었다.
반면, 실시예 1 및 2의 경우 식 1에 의한 재결정 구간에서 승온속도 5℃/s를 적용하면서 목표온도까지 승온하여 냉연소둔을 실시한 것으로, <100>//ND 집합조직을 20 면적% 이상 포함하면서 <111>//ND 집합조직을 30 면적% 이하로 제어하였고, 자속밀도(B50) 1.68T 이상 및 철손(W10/400) 14.0 W/kg 이하를 만족하는 것을 알 수 있었다. 또한 실리콘 함량이 증가함에 따라 비저항 증가로 인해 철손이 감소하는 것을 알 수 있었다.
상기 실시예 및 비교예 결과를 통해, 본 발명은 실리콘 함량에 따라 [식 2]를 통해 재결정 온도(T)를 산출하고, 이를 이용하여 재결정 구간(R)을 설정하여 해당 재결정 구간의 승온 속도를 제어함으로써 철손 및 자성특성이 향상된 무방향성 전기강판을 제조할 수 있는 방법을 제시하였다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (12)

  1. 실리콘(Si) 2.0~3.5 중량%, 망간(Mn): 0.1~0.5 중량%, 알루미늄(Al) 0.8~1.5 중량%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 이용하여 열연판재를 제조하는 단계;
    상기 열연판재를 열연소둔하여 열연소둔재를 제조하는 단계;
    상기 열연소둔재를 냉간 압연하여 냉연판재를 제조하는 단계; 및
    상기 냉연판재를 냉연소둔하는 단계;를 포함하며,
    상기 냉연소둔은 상기 냉연판재를 목표온도 800~1000℃까지 승온 및 유지하는 단계;를 포함하되,
    상기 냉연소둔시 하기 식 1의 재결정 구간(R)에서는 승온속도 20℃/s 미만으로 승온하되,
    상기 재결정 구간(R)을 제외한 구간에서는 승온속도 20℃/s 이상으로 목표온도까지 승온하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법:
    [식 1]
    T - 50 (℃) ≤ R ≤ T + 50 (℃)
    (상기 식 1에서, 상기 R은 재결정 구간이고, 상기 T는 상기 냉연판재의 재결정 온도(℃)이며, 하기 식 2에 따라 도출된다)
    [식 2]
    T(℃) = 34.4*[Si] + 686
    (상기 식 2에서, 상기 [Si]는 상기 냉연판재의 실리콘 함량이며 2.0~3.5 (중량%) 이다).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬라브는 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0 초과 0.005 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.005 중량% 이하 및 티타늄(Ti) 0 초과 0.005 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열연판재는,
    상기 슬라브를 재가열온도 1000~1200℃ 조건으로 재가열하고;
    상기 재가열된 슬라브를 마무리 압연온도: 860~900℃ 조건으로 열간 압연하고; 그리고
    상기 열간 압연된 슬라브를 권취온도 550~650℃ 조건으로 권취하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열연소둔은 상기 열연판재를 950~1100℃까지 승온 및 유지하는 단계; 및
    상기 열연판재를 냉각하는 단계;를 포함하여 실시되는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열연소둔시 상기 열연판재를 승온속도 20℃/s 이상으로 승온하며,
    상기 열연판재를 냉각속도 20℃/s 이상으로 냉각하여 실시하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉간압연은 압하율 90% 이하 조건으로 실시하되,
    상기 냉연판재는 두께가 0.20~0.35mm 인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉연소둔시 재결정 구간에서는 승온속도 15℃/s 이하로 승온하고, 그리고
    상기 재결정 구간을 제외한 구간에서는 승온속도 20~30℃/s로 승온하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉연 소둔은 상기 승온 및 유지된 냉연판재를 30℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판 제조방법.
  9. 실리콘(Si) 2.0~3.5 중량%, 망간(Mn): 0.1~0.5 중량%, 알루미늄(Al) 0.8~1.5 중량%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    미세조직이 페라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판은 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0 초과 0.005 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.015 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.003 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.005 중량% 이하 및 티타늄(Ti) 0 초과 0.005 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판은 두께가 0.20~0.35mm 이며,
    평균 결정립 크기가 100~130㎛ 이고,
    자속밀도(B50) 1.68T 이상 및 철손(W10/400) 14.0 W/kg 이하이고,
    항복강도 300MPa 이상 및 인장강도 400MPa 이상인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 무방향성 전기강판은 <100>//ND 집합조직을 20 면적% 이상 포함하되,
    <111>//ND 집합조직을 30 면적% 이하 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판.
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