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1. WO2020111781 - TÔLE MAGNÉTIQUE EN ACIER NON DIRECTIONNELLE ET SON PROCÉDÉ DE PRODUCTION

Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

12  

과제 해결 수단

13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33  

발명의 효과

34   35  

도면의 간단한 설명

36   37  

발명의 실시를 위한 형태

38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100   101   102   103   104   105   106   107   108   109   110   111   112   113   114   115   116   117   118   119   120   121   122   123   124   125   126   127   128   129   130   131   132   133   134   135  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

도면

1   2  

명세서

발명의 명칭 : 무방향성 전기강판 및 그 제조방법

기술분야

[1]
무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 Bi, Ga를 첨가하여, 가공후 자성을 개선한 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

배경기술

[2]
모터나 발전기는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 또는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 주는 에너지 변환 기기로 최근 환경보존 및 에너지 절약에 대한 규제가 강화됨에 따라 모터나 발전기의 효율 향상에 대한 요구가 증대되고 있다. 무방향성 전기강판은 이러한 모터, 발전기 등의 회전 기기 및 소형 변압기등의 정지기기에서 철심용 재료로 사용되어 에너지 변환 효율에 크게 영향을 미치는 중요한 소재이다. 따라서 모터나 발전기의 효율 향상에 대한 요구는 이들의 철심 소재로 사용되는 무방향성 전기강판에 대한 특성 향상 요구로 이어지고 있다.
[3]
모터나 발전기에 있어서 에너지 효율이란, 입력된 에너지와 출력된 에너지의 비율이며, 효율향상을 위해서는 결국 에너지 변환과정에서 손실되는 철손, 동손, 기계손등의 에너지 손실을 얼만큼 줄일 수 있는지가 중요하며 그 중, 철손과 동손은 무방향성 전기강판의 특성에 크게 영향을 받기 때문이다. 무방향성 전기강판의 대표적인 자기적 특성은 철손과 자속밀도이며, 무방향성 전기강판의 철손이 낮을수록 철심이 자회되는 과정에서 손실되는 철손이 감소하여 효율이 향상되며, 자속밀도가 높을수록 똑같은 에너지로 더 큰 자기장을 유도할 수 있으며 같은 자속밀도를 얻기 위해서는 적은 전류를 인가해도 되기 때문에 동손을 감소시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 에너지 효율 향상을 위해서는 저철손이면서 고자속밀도인 자성이 우수한 무방향성 전기강판 개발기술이 필수적이라고 할 수 있다.
[4]
하지만 무방향성 전기강판 자체의 특성이 우수하다고 하여도 실제 모터나 발전기에서의 효율이 반드시 우수하다고 할 수는 없다. 무방향성 전기강판이 모터나 발전기의 철심으로 사용되기 위해서는 shearing이나 punching등과 같은 가공 공정을 거치게 되는데 이 때, 인가되는 가공 응력에 의해 자성이 크게 열위하게 되며, 강판의 기계적 특성이나 미세조직 등에 따라 자성 열위율이 차이가 나게 된다. 이러한 가공에 의한 자성 열위 현상을 해결하기 위해 응력제거소둔(Stress relief annealing)을 실시하기도 하나 비용 등의 문제로 응력제거 소둔을 실시하지 않고 가공 후 바로 사용되기도 한다. 따라서 가공 전 우수한 자성을 가지면서 가공에 따른 자성 열화가 적어 가공 후에도 자성이 우수한 무방향성 전기강판은 그 활용가치가 매우 높다고 할 수 있다.
[5]
무방향성 전기강판의 특성에 대해 살펴보면, 무방향성 전기강판의 가장 중요한 특성은 철손과 자속밀도이다. 무방향성 전기강판의 철손을 낮추기 위한 효율적인 방법으로는 비저항이 큰 원소인 Si, Al, Mn의 첨가량을 증가시키거나 강판의 두께를 얇게 하는 방법이 있다. 하지만 두께가 얇은 강판은 생산성 및 가공성이 떨어져 가공비가 증가한다는 단점이 있으며 Si, Al, Mn 첨가량 증가는 강의 비저항을 증가시켜 무방향성 전기강판의 철손 중 와류손을 감소시킴으로써 철손을 저감하는 효과가 있지만 첨가량이 증가할수록 철손이 첨가량에 비례하여 무조건적으로 감소하는 것이 아니며 또한 반대로 합금원소 첨가량의 증가는 자속밀도를 열위시키게 되므로 우수한 철손과 자속밀도를 확보하기 위해서는 적정 첨가량 및 Si, Al, Mn 첨가량 사이의 첨가비를 적절히 제어해야 한다.
[6]
또한 이렇게 우수한 자성의 무방향성 전기강판을 제조하여도 모터나 발전기의 철심소재로 제조되기 위한 가공 시 shearing이나 punching 가공에 의한 자성 열화율이 크다면 소재의 우수한 특성이 발현되지 않기에 가공 후에도 자성이 우수한 무방향성 전기강판이 매우 중요하다고 할 수 있다.
[7]
무방향성 전기강판의 철손은 낮추면서 자속밀도도 향상시키기 위해 REM등 특수 첨가원소를 활용하여 집합조직을 개선하여 자기적 성질을 향상시키거나 온간압연, 2회 압연 2회 소둔 등 추가적인 제조 공정을 도입하는 기술 등도 시도되고 있다. 그러나 이러한 기술들은 모두 제조 원가의 상승을 야기하거나 대량 생산의 어려움이 따르기 때문에 자성이 우수하면서도 상업적으로 생산이 용이한 기술 개발이 필요하다고 할 수 있다. 또한 shearing 및 punching등에 의한 가공 열위를 해결하기 위해 응력제거 소둔 공정을 도입하는 경우를 위해 응력제거 소둔 조건 최적화등에 대한 기술들이 개발되고 있으나 이는 가공 시 가공 영향을 최소화하기 위한 방법일 뿐 근본적으로 가공 시 자성의 열화를 저감시키기 위한 기술은 개발되지 못하고 있는 상황이다.
[8]
이러한 문제점을 해결하기 위한 지속적인 노력이 있었으며 많은 기술들이 개발되었다. 응력제거 소둔 온도를 고온에서 수행함으로써 원주방향으로 균일한 고주파 철손을 얻어 이방성을 저감시킬 수 있는 방법이 제시되었다. 그러나, 응력제거 소둔은 강판 자체의 특성을 향상시켰다고 보기는 어려우며 또한 고온에서 소둔 시, 결정립 성장에 의한 집합조직 변화 및 자속밀도의 변화를 고려하지 않고 있다.
[9]
응력 제거 소둔 시 추가적인 자성 향상을 위해 Al과 B의 첨가량을 적절히 제어하는 기술이 또한 제시되었다. 이 경우, Al 첨가량에 제한이 있어 철손을 저감시키는데 한계가 있으며 응력제거 소둔을 반드시 실시해야 하는 만큼 추가 공정에 따른 원가 상승 문제를 해결하지 못하고 있다.
[10]
Ca나 Mg 및 REM등 희토류 원소를 첨가함으로써 MnS의 석출을 억제하여 응력 제거 전에는 결정립이 작지만 응력 제거 소둔 시 결정립이 성장하여 우수한 철손을 가질 수 있는 기술이 제시되었다. 하지만 이 역시, 응력제거 소둔 공정에 따른 추가 비용이 발생하는 부분을 해결하지 못하였다.
[11]
로터에 필요하게 되는 고강도와 고정자에 요구되는 저철손을 한장의 전기강판으로 양립할 수 있도록 하기 위해 강에 포함되는 특정 불순물 원소를 매우 낮은 레벨까지 감소시키고 스킨 패스공정을 추가함으로써 응력제거 소둔 전에는 고강도의 강판, 소둔 시에는 결정립 성장의 용이성으로 인해 저철손의 강판을 얻을 수 있는 방법이 제시되엇다. 하지만 이 역시 불순물의 극저관리를 위한 원가 상승이 야기되며 또한 스킨 패스의 추가 공정의 도입으로 추가적인 원가가 상승한다는 단점이 있다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[12]
무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공한다. 더욱 구체적으로 Bi, Ga를 첨가하여, 가공후 자성을 개선한 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법을 제공한다.

과제 해결 수단

[13]
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 1.5 내지 4.0%, Mn: 0.1 내지 1.5%, Al: 0.7 내지 1.5%, Bi: 0.0001내지 0.003% 및 Ga: 0.0001내지 0.003% 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족한다.
[14]
[식 1]
[15]
[16]
(식 1에서, [Al], [Mn]는 각각 Al, Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
[17]
C, S, N 및 Ti 중 1종 이상을 각각 0.005 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
[18]
P, Sn 및 Sb 중 1종 이상을 각각 0.2 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
[19]
Cu, Ni 및 Cr 중 1종 이상을 각각 0.05 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
[20]
Zr, Mo 및 V 중 1종 이상을 각각 0.01 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
[21]
하기 식 2를 만족할 수 있다.
[22]
[식 2]
[23]
[24]
(식 2에서, [Bi], [Ga]는 각각 Bi, Ga의 함량(중량%)을 나타낸다.)
[25]
전기강판을 가공 한 이후, 모재 대비 경도가 10%이상인 가공경화 영역이 존재하고, 가공경화 영역의 깊이가 가공면으로부터 250㎛이하일 수 있다.
[26]
전기강판을 가공 한 이후, 전기강판의 철손(W 15/50)이 2.7W/Kg이하, 자속밀도(B 1)이 1.02T이상일 수 있다.
[27]
전기강판을 가공 한 이후, 전기강판의 자속밀도 (B 50)이 1.65T이상일 수 있다.
[28]
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은 중량 %로, Si: 1.5 내지 4.0%, Mn: 0.1 내지 1.5%, Al: 0.7 내지 1.5%, Bi: 0.0001내지 0.003% 및 Ga: 0.0001내지 0.003% 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계 및 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함한다.
[29]
[식 1]
[30]
[31]
(식 1에서, [Al], [Mn]는 각각 Al, Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
[32]
최종 소둔된 강판을 가공하는 단계를 더 포함하고, 모재 대비 경도가 10%이상인 가공경화 영역이 존재하고, 상기 가공경화 영역의 깊이가 가공면으로부터 250㎛이하일 수 있다.
[33]
슬라브는 C, S, N 및 Ti 중 1종 이상을 각각 0.005 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.

발명의 효과

[34]
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무방향성 전기강판을 가공하더라도, 자성이 열화되지 않으며, 가공 전 및 후에도 자성이 우수하다.
[35]
따라서, 가공 이후, 자성 개선을 위한 응력제거소둔(SRA)가 필요치 아니하다.

도면의 간단한 설명

[36]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 단면의 모식도이다.
[37]
도 2는 가공경화 영역의 깊이를 분석하는 과정에서 무방향성 전기강판의 사진이다.

발명의 실시를 위한 형태

[38]
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.
[39]
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.
[40]
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.
[41]
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
[42]
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
[43]
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.
[44]
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.
[45]
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 중량%로, Si: 1.5 내지 4.0%, Mn: 0.1 내지 1.5%, Al: 0.7 내지 1.5%, Bi: 0.0001내지 0.003% 및 Ga: 0.0001내지 0.003% 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족한다.
[46]
[식 1]
[47]
[48]
(식 1에서, [Al], [Mn]는 각각 Al, Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
[49]
이하에서는 무방향성 전기강판의 성분 한정의 이유부터 설명한다.
[50]
Si: 1.5 내지 4.0 중량%
[51]
실리콘(Si)은 강의 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추기 위해 첨가되는 주요 원소이다. Si가 너무 적게 첨가되면, 철손이 열화되는 문제가 발생한다. 반대로 Si가 너무 많이 첨가되면, 자속밀도가 크게 감소하며, 가공성에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전술한 범위로 Si를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si를 2.0 내지 3.8 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si를 2.5 내지 3.6 중량% 포함할 수 있다.
[52]
Mn: 0.1 내지 1.5 중량%
[53]
망간(Mn)은 Si, Al등과 더불어 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 원소이면서 집합조직을 향상시키는 원소이다. Mn이 너무 적게 첨가되면, 철손이 열화되는 문제가 발생한다. 반대로 Mn이 너무 많이 첨가되면, 자속밀도가 크게 감소할 수 있다. 따라서, 전술한 범위로 Mn을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Mn을 0.12 내지 1.3 중량% 포함할 수 있다.
[54]
Al: 0.7 내지 1.5 중량%
[55]
알루미늄(Al)은 Si과 함께 비저항을 증가시켜 철손을 감소시키는 중요한 역할을 하며 또한 자기 이방성을 감소시켜 압연 방향과 압연수직 방향의 자성 편차를 감소시키는 역할을 한다. Al이 너무 적게 첨가되면, 전술한 역할을 기대하기 어렵다. Al이 너무 많이 첨가되면, 자속밀도가 크게 감소할 수 있다. 따라서, 전술한 범위로 Al을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Al을 0.71 내지 1.4 중량% 포함할 수 있다.
[56]
Mn 및 Al은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[57]
[식 1]
[58]
[59]
(식 1에서, [Al], [Mn]는 각각 Al, Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
[60]
전술한 것과 같이, Si, Al, Mn은 무방향성 전기강판의 철손을 감소시키기 위해 첨가되는 합금원소이며 저철손의 특성을 위해서는 일정량 이상 필수적으로 첨가되어야 한다. 하지만 무방향성 전기강판의 자성은 저철손의 특성도 중요하지만 고자속밀도의 특성도 중요하며 Si, Al, Mn 첨가량에 따른 기계적 특성도 중요하다. Si첨가량의 증대만으로는 저철손 특성은 확보할 수 있지만, 취성의 증가로 인한 생산성의 저하문제를 해결하기 어렵기 때문에 적절한 Mn과 Al의 첨가가 필요하다. 또한 가공 시의 가공 경화도가 성분에 크게 영향을 받으며, Mn과 Al의 첨가량을 증가시킴으로써 강의 취성을 감소시키면 가공 경화 정도를 저감시킬 수 있다. 따라서, 상기 식 1의 값이 0.87 이상이 될 수 있다. 더욱 구체적으로 식 1 값이 1.0 이상이 될 수 있다. 더욱 구체적으로 식 1 값이 1.0 내지 2.5가 될 수 있다.
[61]
Bi: 0.0001 내지 0.003 중량%
[62]
비스무스(Bi)는 편석원소로 결정립계에 편석함으로써 결정립계 강도를 저하시키고 전위가 결정립계에 고착되는 현상을 억제한다. 이를 통해 Shearing 및 Punching 가공 시 가공 응력의 증가를 억제시키고 가공 응력에 의해 자성이 열위되는 가공 응력의 깊이를 저감시키는 효과가 있다. 하지만 그 첨가량이 너무 많으면, 결정립 성장을 억제시켜 자성을 저하시킬 수 있다. 따라서, Bi를 전술한 범위로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Bi를 0.0003 내지 0.003 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Bi를 0.0005 내지 0.0028 중량% 포함할 수 있다.
[63]
Ga: 0.0001 내지 0.003 중량%
[64]
갈륨(Ga) 또한, Bi와 마찬가지로, 편석원소로 결정립계에 편석함으로써 결정립계 강도를 저하시키고 전위가 결정립계에 고착되는 현상을 억제한다. 이를 통해 Shearing 및 Punching 가공 시 가공 응력의 증가를 억제시키고 가공 응력에 의해 자성이 열위되는 가공 응력의 깊이를 저감시키는 효과가 있다. 하지만 그 첨가량이 너무 많으면, 결정립 성장을 억제시켜 자성을 저하시킬 수 있다. 따라서, Ga를 전술한 범위로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Ga를 0.0002 내지 0.0027 중량% 포함할 수 있다.
[65]
Bi 및 Ga는 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[66]
[식 2]
[67]
[68]
(식 2에서, [Bi], [Ga]는 각각 Bi, Ga의 함량(중량%)을 나타낸다.)
[69]
Bi와 Ga는 Shearing 및 Punching 가공 시 가공 응력의 증가를 억제시키고 가공 응력에 의해 자성이 열위되는 가공 응력의 깊이를 저감시키는 효과가 있다. 따라서, 식 2를 만족하는 양으로 Bi, Ga를 첨가할 수 있다.
[70]
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 C, S, N 및 Ti 중 1종 이상을 각각 0.005 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 전술하였듯이, 추가 원소를 더 포함하는 경우, 잔부인 Fe를 대체하여 포함하게 된다. 더욱 구체적으로 C, S, N 및 Ti를 각각 0.005 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
[71]
C: 0.005중량% 이하
[72]
탄소(C)는 Ti, Nb등과 결합하여 탄화물을 형성하여 자성을 열위시키며 최종제품에서 전기 제품으로 가공 후 사용 시 자기시효에 의하여 철손이 높아져 전기기기의 효율을 감소시키기 때문에 그 상한을 0.005 중량%로 할 수 있다. 더욱 구체적으로 C를 0.004 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 C를 0.001 내지 0.004 중량% 더 포함할 수 있다.
[73]
S: 0.005중량% 이하
[74]
황(S)는 자기적 특성에 유해한 MnS, CuS 및 (Cu,Mn)S 등의 황화물을 형성하는 원소이므로 가능한 한 낮게 첨가하는 것이 바람직하다. S가 다량 포함될 경우, 경우는 미세한 황화물의 증가로 인해 자성이 열위될 수 있다. 따라서, S를 0.005 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. S가 첨가되는 경우, 집합조직 형성에 유리하므로, S를 더 포함하는 경우, 0.001 중량% 이상 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 S를 0.001 내지 0.004 중량% 더 포함할 수 있다.
[75]
N: 0.005중량% 이하
[76]
질소(N)는 Al, Ti, Nb등과 강하게 결합함으로써 질화물을 형성하여 결정립성장을 억제하는 등 자성에 해로운 원소이므로 적게 함유시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는 N을 0.005중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 N을 0.004 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 N을 0.001 내지 0.004 중량% 더 포함할 수 있다.
[77]
Ti: 0.005중량% 이하
[78]
티타늄(Ti)은 C, N과 결합함으로써 미세한 탄화물, 질화물을 형성하여 결정립성장을 억제하며 많이 첨가될 수록 증가된 탄화물과 질화물로 인해 집합 조직도 열위하게 되어 자성이 나빠지게 된다. 본 발명의 일 실시예에서는 Ti을 0.005중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Ti을 0.004 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 Ti을 0.0005 내지 0.004 중량% 더 포함할 수 있다.
[79]
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 P, Sn 및 Sb 중 1종 이상을 각각 0.2 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
[80]
인(P), 주석(Sn) 및 안티몬(Sb)는 추가적인 자성 개선을 위해 첨가되어도 무방하다. 하지만 첨가량이 너무 많은 경우, 결정립 성장성을 억제시키고 생산성을 저하시키는 문제가 있어 그 첨가량이 각각 0.2 중량% 이하로 첨가되도록 제어해야 한다.
[81]
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Cu, Ni 및 Cr 중 1종 이상을 각각 0.05 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
[82]
제강 공정에서 불가피하게 첨가되는 원소인 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr)의 경우 불순물 원소들과 반응하여 미세한 황화물, 탄화물 및 질화물을 형성하여 자성에 유해한 영향을 미치므로 이들 함유량을 각각 0.05 중량% 이하로 제한한다.
[83]
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판은 Zr, Mo 및 V 중 1종 이상을 각각 0.01 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
[84]
지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 바다늄(V) 등은 강력한 탄질화물 형성 원소이기 때문에 가능한 첨가되지 않는 것이 바람직하며 각각 0.01 중량%이하로 함유되도록 한다.
[85]
제강 공정에서 불가피하게 첨가되는 원소인 Cu, Ni, Cr의 경우 불순물 원소들과 반응하여 미세한 황화물, 탄화물 및 질화물을 형성하여 자성에 유해한 영향을 미치므로 이들 함유량을 각각 0.05중량%이하로 제한한다. 또한 Zr, Mo, V등도 강력한 탄질화물 형성 원소이기 때문에 가능한 첨가되지 않는 것이 바람직하며 각각 0.01중량%이하로 함유되도록 한다.
[86]
잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 불가피한 불순물에 대해서는 제강 단계 및 방향성 전기강판의 제조 공정 과정에서 혼입되는 불순물이며, 이는 해당 분야에서 널리 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다. 본 발명의 일 실시예예서 전술한 합금 성분 외에 원소의 추가를 배제하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 사상을 해치지 않는 범위 내에서 다양하게 포함될 수 있다. 추가 원소를 더 포함하는 경우 잔부인 Fe를 대체하여 포함한다.
[87]
전술하였듯이, Si, Mn, Al, Bi, Ga의 첨가량을 적절히 제어함으로써, 가공시의 자성 열화를 최소화할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서 전기강판을 가공 한 이후, 모재 대비 경도가 10%이상인 가공경화 영역이 존재하고, 가공경화 영역의 깊이가 가공면으로부터 250㎛이하일 수 있다. 이 때, 가공이란 Shearing, Punching 등 강판을 일부 절단하는 것일 수 있다. 도 1에서는 가공면 및 가공 경화 영역, 가공 경화 영역의 깊이(T)에 대해 설명되어 있다. 본 발명의 일 실시예예서 가공 경화 영역의 깊이(T)가 짧기 때문에, 가공으로 인한 자성 열화를 최소화할 수 있게 된다. 더욱 구체적으로 가공경화 영역의 깊이가 가공면으로부터 100 내지 250㎛일 수 있다.
[88]
전기강판을 가공 한 이후, 전기강판의 철손(W 15/50)이 2.7W/Kg이하, 자속밀도(B 1)이 1.02T이상이 될 수 있다. 철손(W15/50)은 50Hz의 주파수로 1.5T의 자속밀도를 유기하였을 때의 철손이다. 자속밀도(B 1)는 100A/m의 자기장에서 유도되는 자속밀도이다. 더욱 구체적으로 전기강판을 가공 한 이후, 전기강판의 철손(W 15/50)이 2.6W/Kg이하, 자속밀도(B 1)이 1.05T이상이 될 수 있다. 더욱 구체적으로 더욱 구체적으로 전기강판을 가공 한 이후, 전기강판의 철손(W 15/50)이 2.0 내지 2.55W/Kg, 자속밀도(B 1)이 1.05 내지 1.2T가 될 수 있다.
[89]
전기강판을 가공 한 이후, 전기강판의 자속밀도 (B 50)이 1.65T이상일 수 있다. 자속밀도(B 50)는 5000A/m의 자기장에서 유도되는 자속밀도이다. 더욱 구체적으로 전기강판의 자속밀도 (B 50)이 1.66T이상일 수 있다. 더욱 구체적으로 전기강판의 자속밀도 (B 50)이 1.66 내지 1.7T일 수 있다.
[90]
본 발명의 일 실시예에 의한 무방향성 전기강판의 제조방법은 슬라브를 가열하는 단계; 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계 및 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함한다.
[91]
슬라브의 합금 성분에 대해서는 전술한 무방향성 전기강판의 합금성분에서 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다. 무방향성 전기강판의 제조 과정에서 합금 성분이 실질적으로 변동되지 않으므로, 무방향성 전기강판과 슬라브의 합금 성분은 실질적으로 동일하다.
[92]
구체적으로 슬라브는 중량 %로, Si: 1.5 내지 4.0%, Mn: 0.1 내지 1.5%, Al: 0.7 내지 1.5%, Bi: 0.0001내지 0.003% 및 Ga: 0.0001내지 0.003% 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[93]
[식 1]
[94]
[95]
(식 1에서, [Al], [Mn]는 각각 Al, Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
[96]
그 밖의 추가 원소에 대해서는 무방향성 전기강판의 합금성분에서 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
[97]
먼저, 슬라브를 가열한다. 슬라브의 가열 온도는 제한되지 않으나, 슬라브를 1200℃이하로 가열할 수 있다. 슬라브 가열 온도가 너무 높으면, 슬라브 내에 존재하는 AlN, MnS등의 석출물이 재고용된 후 열간압연 및 소둔시 미세 석출되어 결정립 성장을 억제하고 자성을 저하시킬 수 있다.
[98]
다음으로, 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조한다. 열연판 두께는 2 내지 2.3mm가 될 수 있다. 열연판을 제조하는 단계에서 마무리 압연 온도는 800 내지 1000℃ 일 수 있다. 열연판은 700℃ 이하의 온도에서 권취될 수 있다.
[99]
열연판을 제조하는 단계 이후, 열연판을 열연판 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때 열연판 소둔 온도는 950 내지 1150℃일 수 있다. 열연판소둔 온도가 너무 낮으면, 조직이 성장하지 않거나 미세하게 성장하여 냉간압연 후 소둔 시 자성에 유리한 집합조직을 얻기가 쉽지 않다. 소둔온도가 너무 높으면 자결정립이 과도하게 성장하고 판의 표면 결함이 과다해 질 수 있다. 열연판 소둔은 필요에 따라 자성에 유리한 방위를 증가시키기 위하여 수행되는 것이며, 생략도 가능하다. 소둔된 열연판을 산세할 수 있다.
[100]
다음으로, 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조한다. 냉간압연은 0.10mm 내지 0.70mm의 두께로 최종 압연한다. 필요시 1차 냉간압연과 중간소둔 후 2차 냉간압연할 수 있으며, 최종 압하율은 50 내지 95%의 범위로 할 수 있다.
[101]
다음으로, 냉연판을 최종 소둔한다. 냉연판을 소둔하는 공정에서 소둔 온도는 통상적으로 무방향성 전기강판에 적용되는 온도면 크게 제한은 없다. 무방향성 전기강판의 철손은 결정립 크기와 밀접하게 연관되므로 900 내지 1100℃라면 적당하다. 온도가 너무 낮을 경우 결정립이 너무 미세하여 이력손실이 증가하며, 온도가 너무 높을 경우는 결정립이 너무 조대하여 와류손이 증가하여 철손이 열위하게 될 수 있다.
[102]
최종 소둔 후 강판은 평균 결정립 직경이 70 내지 150㎛이 될 수 있다.
[103]
최종 소둔 후, 절연피막을 형성할 수 있다. 상기 절연피막은 유기질, 무기질 및 유무기 복합피막으로 처리될 수 있으며, 기타 절연이 가능한 피막제로 처리하는 것도 가능하다.
[104]
다음으로, 전기강판을 가공할 수 있다. 이 때, 가공이란 모터, 발전기 등을 제조하기 위해, 강판을 shearing이나 punching등으로 절단하는 것을 의미한다.
[105]
전술하였듯이, 본 발명의 일 실시예에서 가공에 의한 자성 열화가 적기 때문에, 별도의 응력제거소둔을 하지 않고, 모터, 발전기 등을 제조하더라도 무방하다. 구체적으로 최종 소둔된 강판을 가공하는 단계 이후, 모재 대비 경도가 10%이상인 가공경화 영역이 존재하고, 상기 가공경화 영역의 깊이가 가공면으로부터 250㎛이하일 수 있다. 가공후, 가공경화 영역의 깊이 및 자성 특성에 대해서는 무방향성 전기강판에서 구체적으로 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
[106]
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
[107]
실시예
[108]
하기 표 1에서 정리된 합금 성분 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하였다. 슬라브를 1180℃에서 가열하고, 2.5mm의 두께로 열간압연한 후 권취하였다. 공기 중에서 권취하고 냉각한 열연강판을 1010℃에서 열연판 소둔 및 산세한 다음 0.50mm 두께로 냉간압연하고, 최종적으로 냉연판 소둔을 실시하였다. 이 때, 냉연판 소둔 목표 온도는 1000℃로 실시하였다.
[109]
각각의 시편에 대하여 Shearing 가공을 통해 자성을 측정할 수 있는 Epstein sample로 가공하였으며, 가공면으로부터 깊이방향으로 하중 25gf로 50㎛간격으로 경도를 측정하였고, 철손(W 15/50)과 자속밀도(B 1 및 B 50)도 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[110]
가공경화 영역의 깊이는 Shearing 가공된 가공면으로부터 깊이 방향으로 경도를 측정하였을 때, 모재의 평균 경도 대비 10%이상 경도가 증가하는 깊이이다.
[111]
철손(W 15/50)은 50Hz주파수에서 1.5Tesla의 자속밀도가 유기되었을 때의 압연방향과 압연방향 수직방향의 평균 손실(W/kg)이다.
[112]
자속밀도(B 1)은 100A/m의 자기장을 부가하였을 때 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)이다.
[113]
자속밀도(B 50)은 5000A/m의 자기장을 부가하였을 때 유도되는 자속밀도의 크기(Tesla)이다.
[114]
[표1]
[115]
[표2]
[116]
표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, Si, Al, Mn, Bi, Ga이 각각의 성분 첨가량 범위 및 식 1을 모두 만족한 A4, A5, A6, A7, A8은 가공 경화 깊이도 250㎛이하였고 철손 W 15/50과 자속밀도 B 1 및 B 50도 매우 우수하게 나타났다.
[117]
반면, A1은 식 1을 만족하였으나 Bi와 Ga이 모두 첨가되지 않아 그 결과, 가공 경화 깊이가 250㎛를 초과하여 철손 W 15/50과 자속밀도 B 1이 열위하게 나타났다. 자속밀도 B 50의 경우, 가공 경화 깊이에 영향을 받긴 하지만 큰 영향이 없는 것으로 판된되며, 이는 고자장에서는 자화력이 크기에 가공응력이 큰 영향을 주지 않기 때문이다.
[118]
A2는 식 1과 Bi의 첨가범위를 만족하였으나 Ga이 첨가범위를 만족하지 않아 가공 경화 깊이가 250㎛를 초과하였으며 그 결과, 철손 W 15/50과 자속밀도 B 1이 열위하게 나타났다.
[119]
A3은 식 1과 Ga의 첨가범위를 만족하였으나 Bi가 첨가범위를 만족하지 않아 가공 경화 깊이가 250㎛를 초과하였으며 그 결과, 철손 W 15/50과 자속밀도 B 1이 열위하게 나타났다.
[120]
A9 역시 식 1과 Bi가 첨가범위를 만족하였으나 Ga의 첨가범위를 만족하지 못하였다. 다만, A9는 Bi는 첨가범위를 만족하고 Ga이 첨가범위를 초과하여 첨가됨으로써 가공 경과 깊이는 250㎛이하로 양호하고 자속밀도 B 1과 B 50이 양호하였으나 철손 W 15/50이 열위하게 나타났다. 이는, Bi과 Ga이 첨가범위를 초과할 경우, 결정립 성장을 억제하는 효과로 인해 철손이 열위해진 결과이다.
[121]
A10과 A11은 식 1을 만족하였으나 Bi 및 Ga이 모두 첨가범위를 초과하였고 철손 W 15/50이 열위하게 나타났다. A10과 A11 역시 Bi와 Ga이 첨가범위를 초과하여 첨가됨으로써 가공경화 깊이를 감소시키는 효과는 구현되어 가공 경과 깊이는 250㎛이하로 양호하였으나 첨가범위 초과로 인한 결정립 성장 억제 효과로 철손이 열위해진 결과이다.
[122]
실시예 2
[123]
하기 표 3에서 정리된 합금 성분 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하였다. 슬라브를 1160℃에서 가열하고, 2.3mm의 두께로 열간압연한 후 권취하였다. 공기 중에서 권취하고 냉각한 열연강판을 1030℃에서 열연판 소둔 및 산세한 다음 0.50mm 두께로 냉간압연하고, 최종적으로 냉연판 소둔을 실시하였다. 이 때, 냉연판 소둔 목표 온도는 1020℃로 실시하였다.
[124]
각각의 시편에 대하여 Shearing 가공을 통해 자성을 측정할 수 있는 Epstein sample로 가공하였으며, 가공면으로부터 깊이방향으로 하중 25gf로 50㎛간격으로 경도를 측정하였고, 철손(W 15/50)과 자속밀도(B 1 및 B 50)도 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
[125]
가공경화 영역의 깊이 철손(W 15/50)과 자속밀도(B 1 및 B 50)는 실시예 1과 동일하게 측정하였다.
[126]
[표3]
[127]
[표4]
[128]
표 3 및 표 4에 나타나듯이, Si, Al, Mn, Bi, Ga이 각각의 성분 첨가량 범위 및 식 1을 모두 만족한 B2, B3, B5, B6, B9, B10, B12는 가공 경화 깊이도 250㎛이하였고 철손 W 15/50과 자속밀도 B 1 및 B 50이 매우 우수하게 나타났다.
[129]
반면, B1은 Al, Mn, Bi 및 Ga이 각각의 첨가범위는 만족하였으나 식 1을 만족하지 못하였고, 그 결과 가공 경화 깊이도 250㎛이하를 만족하지 못하였고, 철손 W 15/50과 자속밀도 B 1이 열위하게 나타났다.
[130]
B4는 Al과 Mn이 각각의 첨가범위 및 식 1을 만족하였으나 Bi와 Ga이 첨가범위를 만족하지 못하여 가공 경화 깊이가 250㎛이하를 만족하지 못하였고, 그 결과 철손 W 15/50과 자속밀도 B 1이 열위하게 나타났다.
[131]
B7은 Al과 Ga이 각각의 첨가범위를 만족하지 못하였고 식 1도 만족하지 못하여 가공 경화 깊이도 250㎛이하를 만족하지 못하였고, 그 결과 철손 W 15/50과 자속밀도 B 1이 열위하게 나타났다.
[132]
B8은 Al, Bi 및 Ga이 각각의 첨가범위를 만족하지 못하였고 식 1도 만족하지 못하여, 그 결과 가공 경화 깊이도 250㎛이하를 만족하지 못하였고, 철손 W 15/50과 자속밀도 B 1, B 50이 모두 열위하게 나타났다.
[133]
B11은 Al, Mn은 각각의 첨가범위 및 식 1을 만족하였으나 Bi와 Ga이 각각의 첨가범위를 초과하여 첨가되었고, 그 결과 가공 경화 깊이는 250㎛이하로 양호하였으나 철손 W 15/50이 열위하게 나타났다. Bi와 Ga이 첨가범위를 초과하여 첨가됨으로써 가공경화 깊이를 감소시키는 효과는 구현되어 가공 경과 깊이는 250㎛이하로 양호하였으나 첨가범위 초과로 인한 결정립 성장 억제 효과로 철손이 열위해진 결과이다.
[134]
B13은 Mn과 Bi, Ga이 각각의 첨가범위를 만족하지 못하였고 식 1도 만족하지 못하여 가공 경화 깊이도 250㎛이하를 만족하지 못하였고, 그 결과 철손 W 15/50과 자속밀도 B 1 및 B 50이 모두 열위하게 나타났다.
[135]
본 발명은 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.

청구범위

[청구항 1]
중량%로, Si: 1.5 내지 4.0%, Mn: 0.1 내지 1.5%, Al: 0.7 내지 1.5%, Bi: 0.0001내지 0.003% 및 Ga: 0.0001내지 0.003% 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 무방향성 전기강판. [식 1] (식 1에서, [Al], [Mn]는 각각 Al, Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
[청구항 2]
제1항에 있어서, C, S, N 및 Ti 중 1종 이상을 각각 0.005 중량% 이하로 더 포함하는 무방향성 전기강판.
[청구항 3]
제1항에 있어서, P, Sn 및 Sb 중 1종 이상을 각각 0.2 중량% 이하로 더 포함하는 무방향성 전기강판.
[청구항 4]
제1항에 있어서, Cu, Ni 및 Cr 중 1종 이상을 각각 0.05 중량% 이하로 더 포함하는 무방향성 전기강판.
[청구항 5]
제1항에 있어서, Zr, Mo 및 V 중 1종 이상을 각각 0.01 중량% 이하로 더 포함하는 무방향성 전기강판.
[청구항 6]
제1항에 있어서, 하기 식 2를 만족하는 무방향성 전기강판. [식 2] (식 2에서, [Bi], [Ga]는 각각 Bi, Ga의 함량(중량%)을 나타낸다.)
[청구항 7]
제1항에 있어서, 상기 전기강판을 가공 한 이후, 모재 대비 경도가 10%이상인 가공경화 영역이 존재하고, 상기 가공경화 영역의 깊이가 가공면으로부터 250㎛이하인 무방향성 전기강판.
[청구항 8]
제1항에 있어서, 상기 전기강판을 가공 한 이후, 상기 전기강판의 철손(W 15/50)이 2.7W/Kg이하, 자속밀도(B 1)이 1.02T이상인 무방향성 전기강판.
[청구항 9]
제1항에 있어서, 상기 전기강판을 가공 한 이후, 상기 전기강판의 자속밀도 (B 50)이 1.65T이상인 무방향성 전기강판.
[청구항 10]
중량 %로, Si: 1.5 내지 4.0%, Mn: 0.1 내지 1.5%, Al: 0.7 내지 1.5%, Bi: 0.0001내지 0.003% 및 Ga: 0.0001내지 0.003% 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 가열하는 단계; 상기 슬라브를 열간 압연하여 열연판을 제조하는 단계; 상기 열연판을 냉간압연하여 냉연판을 제조하는 단계 및 상기 냉연판을 최종 소둔하는 단계를 포함하는 무방향성 전기강판의 제조방법. [식 1] (식 1에서, [Al], [Mn]는 각각 Al, Mn의 함량(중량%)을 나타낸다.)
[청구항 11]
제10항에 있어서, 상기 최종 소둔된 강판을 가공하는 단계를 더 포함하고, 모재 대비 경도가 10%이상인 가공경화 영역이 존재하고, 상기 가공경화 영역의 깊이가 가공면으로부터 250㎛이하인 무방향성 전기강판의 제조 방법.
[청구항 12]
제10항에 있어서, 상기 슬라브는 C, S, N 및 Ti 중 1종 이상을 각각 0.005 중량% 이하로 더 포함하는 무방향성 전기강판의 제조 방법.

도면

[도1]

[도2]