현대제철, EV 모터용 저철손 전기강판 기술 고도화

현대제철이 전기차(EV)와 하이브리드차(HEV)용 고효율 모터 시장을 겨냥한 무방향성 전기강판 기술을 공개했다. 합금 조성과 미세조직을 설계식으로 최적화해 고주파 영역에서의 철손을 줄이는 기술을 특허화하며 고효율 전기강판 경쟁력 강화에 나섰다.

최근 공개된 특허에 따르면 현대제철은 실리콘(Si), 망간(Mn), 알루미늄(Al)의 최적 조성과 미세조직을 함께 제어해 고주파 철손 특성을 향상시키는 무방향성 전기강판 기술을 개발했다. 이번 특허는 2024년 출원한 원특허를 분할 출원한 것으로, 지난 10일 공개됐다.

무방향성 전기강판은 전기차 구동모터와 산업용 모터, 발전기 등에 사용되는 핵심 소재다. 최근 전기차 보급 확대와 고속 모터 적용이 늘어나면서 기존보다 고주파 영역에서의 에너지 손실을 줄이는 기술 경쟁이 치열해지고 있다. 

이번 특허는 기존 W15/50 중심의 평가에서 벗어나 전기차용 모터에서 중요성이 커지고 있는 W10/400 철손 특성 확보에 초점을 맞췄다. 

이번 특허의 가장 큰 특징은 합금 성분의 함량을 제시하는 데 그치지 않고, 실리콘 3.0~3.8%, 망간 0.2~0.4%, 알루미늄 0.8~1.5%의 조성과 함께 세 원소의 상관관계를 하나의 설계식으로 정의했다는 점이다. 현대제철은 해당 설계식을 만족할 경우 W10/400 기준 철손을 11.0~12.5W/kg 수준으로 구현할 수 있다고 설명했다.

미세조직 제어 기술도 핵심이다. 현대제철은 평균 크기 0.1~1㎛와 1~10㎛ 석출물의 분포밀도, 자구(磁區) 폭 사이의 상관관계를 별도의 설계식으로 정의했다. 

석출물의 크기와 개수, 자구 폭을 정량적으로 제어해 고주파 철손을 낮추는 기준을 제시한 것으로, 단순한 합금 조성보다 한 단계 발전한 설계 기술이라는 점이 특징이다.

합금 설계에서는 주석(Sn)과 안티몬(Sb)의 활용도 눈에 띈다. 두 원소를 활용해 강판 표면의 질소 흡착과 질화물 생성을 억제하고, 자속밀도를 높이는 동시에 철손 편차를 줄이도록 설계했다. 이는 고주파 구동 환경에서 보다 안정적인 자기 특성을 확보하기 위한 기술적 접근으로 풀이된다.

제조 공정도 세분화했다. 열간압연부터 예비소둔(APL), 냉간압연, 최종 소둔(ACL)까지 공정별 온도와 분위기 조건을 최적화해 목표 미세조직과 자구 구조를 안정적으로 구현하는 제조 방법을 함께 제시했다.

실험 결과에서도 설계식과 미세조직 조건을 모두 만족한 '발명강'은 W10/400 기준 11.0~12.5W/kg 수준의 철손 특성을 나타냈다. 

반면 조성이나 미세조직 조건 중 하나 이상이 범위를 벗어난 '비교강'은 대부분 12.5W/kg를 초과해 설계식의 유효성을 확인했다고 현대제철은 설명했다.

업계 관계자는 “전기차와 하이브리드차를 비롯해 산업용 고효율 모터 시장이 확대되면서 무방향성 전기강판의 기술 경쟁도 한층 치열해질 전망이다”라며 “최근에는 합금 성분 최적화를 넘어 미세조직과 자구 구조까지 정량적으로 제어하는 기술이 차세대 고효율 전기강판의 경쟁력을 좌우하는 요소로 떠오르고 있다”라고 설명했다. 

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