KR101511706B1 - 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 자구미세화 방법 - Google Patents

방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 자구미세화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법에 관한 것으로, 표면에 그루브가 형성되어 자구 미세화된 방향성 전기강판에 있어서, 상기 강판의 폭방향과 비평행한 부분을 갖는 그루브가 형성된 방향성 전기강판 및 전기강판 표면에 상기 강판의 폭방향과 비평행한 부분을 갖도록 연속파 레이저를 조사하여 강판 표면의 용융에 의한 그루브를 형성하고, 상기 그루브 형성시 용융물의 비산에 의해 형성되는 스패터를 제거하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법이 개시된다.

Description

방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 자구미세화 방법{GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR REFINING MAGNETIC DOMAINS IN GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET}
본 발명은 방향성 전기강판 및 방향성 전기강판의 자구미세화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강판의 폭방향에 대하여 좌우로 대칭을 이루면서 틀어진 선상으로 레이저를 조사하는 방향성 전기강판의 자구미세화 방법 및 이에 의해 제조되는 방향성 전기강판에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 우수한 일방향의 자성이 요구되는 변압기나 리액터와 같은 정지기의 철심재료로 사용된다. 방향성 전기강판은 열연 및 냉연과 소둔공정을 통하여 압연방향으로 {110}<001> 방위가 배향된 집합조직을 가지며 이를 충족시킨다. {110}<001> 방위(Goss 방위)는 철의 자화용이축인 <001>방향이 압연방향과 일치하여, 방향성 전기강판의 압연방향으로 우수한 자성을 나타낸다.
방향성 전기강판의 응용에 있어서, 전기 기기의 전력손실을 줄이고 효율을 높이기 위해서 철손이 낮고 자속밀도가 높은 자기적 특성을 지닌 강판이 요구된다. 방향성 전기강판의 자기적 특성을 향상시키기 위하여 자구를 미세화하는 방법이 사용되는데, 자구 미세화 방법은 응력제거 소둔에 의해 자구 미세화 개선 효과 유지 유ㅇ무에 따라 일시적 자구 미세화와 영구적 자구 미세화로 구분할 수 있다.
일시적 자구 미세화 방법은 열에너지나 기계적 에너지로 표면에 국부적인 압축응력을 인가함으로써 발생한 자기탄성에너지를 최소화시키기 위해 90°도메인(domain)을 형성함으로써 180°베이직 도메인(basic domain)을 미세화시키는 기술이다. 일시 자구 미세화 기술은 도메인을 미세화시키는 에너지원에 따라 레이저 자구 미세화법, 볼 스크래치법, 플라즈마 또는 전자빔에 의한 자구 미세화법이 있다.
열처리 후에도 철손개선 효과를 유지할 수 있어 적철심 뿐만 아니라 권철심의 철심재료로 사용될 수 있는 방향성 전기강판의 영구적 자구 미세화 방법에는 에칭법, 롤법 및 레이저법이 있다.
에칭법은 용액 내에서 산용액에서 전기화학적인 부식반응에 의해 강판 표면에 그루브를 형성시키기 때문에 그루브 형상제어가 어렵고, 산 용액을 사용하기 때문에 환경친화적이지 못한 단점을 갖고 있다.
롤에 의한 영구적 자구 미세화 방법은 롤에 돌기모양을 가공하여 가압법에 의해서 강판의 표면에 일정한 폭과 깊이를 갖는 그루브를 형성하고 영구자구 미세화 처리 후 강판을 소둔함으로써 그루브 하부의 재결정을 발생시킴으로써 자구를 미세화시키는 기술로서 기계 가공에 대한 안정성, 신뢰성 및 프로세스가 복잡한 단점이 있다.
레이저에 의한 영구적 자구 미세화 방법으로는 Q-스위치 펄스 또는 연속파 레이저에 의한 열처리 후 강판 표면에 홈 깊이 5~30㎛을 형성시킴으로써 철손을 개선시키는 방법이 일본 특허출원 JP1998-284034에 개시되어 있다.
레이저에 의한 영구적 자구 미세화시, 강판의 용융을 동반하는 표면 홈 형성 과정 중 홈 주위에 용융부 비산으로 인한 스패터가 발생하고, 홈 형성에 따른 추가적인 표면에너지 증가로 자속밀도 열화를 동반한다. 또한, 산세, 소둔처리, 베이스(base) 코팅 및 절연 코팅 등의 후공정에서 형성 된 홈으로 인한 판쏠림, 판파장 등의 위험성을 가지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 방향성 전기강판 표면에 레이저 빔을 조사하여 그루브 형성시, 강판의 폭방향에 평행한 선이 아닌 일부 또는 전부가 좌우 대칭적인 틀어진 선을 형성하여 스패터를 효과적으로 제거하는 방향성 전기강판의 영구 자구 미세화 방법 및 이에 의해 제조되는 방향성 전기강판을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 전기강판 표면에 상기 강판의 폭방향과 비평행한 부분을 갖도록 연속파 레이저를 조사하여 강판 표면의 용융에 의한 그루브를 형성하는 단계; 및 상기 그루브 형성시 용융물의 비산에 의해 형성되는 스패터를 제거하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 표면에 그루브가 형성되어 자구 미세화된 방향성 전기강판에 있어서, 상기 강판의 폭방향과 비평행한 부분을 갖는 그루브가 형성된 방향성 전기강판이 제공될 수 있다.
상기 그루브는 강판의 압연방향에 대하여 좌우 대칭으로 형성될 수 있으며, 상기 그루브는 강판의 폭방향에 대하여 -45°~ 45°의 각도를 가질 수 있는데, 보다 구체적으로는 상기 그루브는 강판의 폭방향에 대하여 -10°~ 10°의 각도를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 좌우 대칭으로 형성된 영역이 전폭의 20%이상인 것을 특징으로 하며, 상기 강판 표면에서의 그루브 형상은 v 형상 또는 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 그루브 형상이 사다리꼴 형상인 경우에는 그루브가 상기 강판과 평행한 부분이 존재하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 전기강판에 표면에 강판의 폭방향에서 평행이 아닌 좌우 대칭을 이루는 틀어진 선상으로 레이저를 조사하여 강판 표면에 그루브를 형성시킴으로써, 철손을 감소시키고 자속밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 그루브의 틀어진 선 형상으로 인하여, 그루브 형성시 용융 비산되는 스패터 제거를 위한 브러싱 작업시 높은 스패터 제거가 용이하고, 추후 세척 및 산세 작업시 높은 효율을 얻을 수 있다.
또한, 추후 공정에서 비스듬한 선 형상이 강판의 폭방향으로 대칭되도록 함으로써 강판이 직진하는 통판성에 문제가 되지 않아 판쏠림을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방향성 전기강판의 표면에 폭방향에 대하여 틀어진 선으로 V 자형 선을 형성하여 레이저를 조사하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 'A'부분을 확대도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 'A'부분의 깊이 방향에서의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명에 따른 실시예는 방향성 전기강판의 영구 자구 미세화 방법에 관한 것으로, 전기강판 표면에 강판의 폭방향(Transverse Direction)에서 일부 또는 전부가 좌우 대칭이면서 상기 강판의 폭방향과 비평행인 선상으로 연속파 레이저를 조사하여 강판 표면부의 용융에 의한 그루브를 형성하고, 상기 그루브 형성시 용융물의 비산에 의해 형성되는 스패터를 브러싱(brushing) 및 세척하여 제거하는 기술에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방향성 전기강판의 표면에 폭방향에 대하여 틀어진 선으로 V 자형 선을 형성하여 레이저를 조사하는 것을 개략적으로 도시한 도면인데, 도 1은 방향성 전기강판의 폭방향에서 틀어져 전폭으로 좌우 대칭이고, 일정한 간격을 가지도록 조사되는 레이저의 조사선을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 방향성 전기강판(10)의 영구 자구 미세화 방법은 전기강판(10) 표면에 강판의 폭방향에서 틀어져 상기 강판의 폭방향과 비평행인 선상으로 연속파 레이저를 조사하여 강판 표면부의 용융에 의한 그루브(20)를 형성하는 단계와 상기 그루브 형성시 용융물의 비산에 의해 형성되는 스패터(21)를 제거하기 위하여, 브러싱 및 세척하는 단계를 포함한다.
도 2는 도 1에서 레이저 조사시 강판 표면에 형성된 용융 비산물을 나타낸 도면으로, 도 1의 A 부분을 확대한 도면이다. 용융 비산물은 스패터(21)(spatter)라고도 한다.
도 3은 도 1의 A부분 깊이 방향에서의 단면도인데, 도 3을 참조하면, 레이저 조사시 형성된 그루브(20)와 용융비산물인 스패터(21)의 단면 형상을 이해할 수 있다.
도 1에 도시된 레이저의 조사선(11)은 강판의 폭방향에서 비틀어진 선을 가지며, 소정의 각도(12)를 가지면서 강판의 압연방향을 중심으로 일부 또는 전부가 좌우 대칭인 형태를 갖는다.
상기와 같이, 강판의 압연방향을 중심으로 일부 또는 강판 전폭으로 대칭적인 조사선을 가지면, 레이저 조사에 의해 형성된 그루브(20)로 인하여 추후 공정에서 발생가능한 판쏠림 현상을 방지할 수 있다. 추후 공정의 라인속도(line speed)와 강판 부위별 롤 압력(rolling force) 및 마찰력에 따라서 강판이 직진하는 통판성이 최대가 되도록 레이저 조사선(20)은 강판의 양끝단 또는 중앙부위에서 일부가 대칭되거나 전폭으로 대칭이다.
만약, 상기 레이저 조사선(11)이 강판 폭방향으로 좌우 대칭인 영역이 전폭의 20% 미만인 경우에는, 추후 공정에서 강판이 직진으로 흐르는 통판성에 문제가 나타나며, 판쏠림을 일으킬 가능성이 있으므로 본 발명에 따른 실시에에서의 좌우 대칭인 영역이 20%이상으로 한정한다.
상기와 같이 강판의 폭방향으로 일정부분이상에서 대칭성이 있게 레이저 조사시, 조사선(11)은 폭방향으로 하나 이상의 v 자형 선, ^ 자형 선, 사다리꼴선, 또는 역사다리꼴선을 가질 수 있다. 상기 사다리꼴 또는 역사다리꼴인 경우에는 상기 강판의 폭방향과 평행한 부분이 일부 포함될 수 있다.
이때, 조사선(11)과 강판의 폭방향이 이루는 각도(12)는 -45~+45°도 인 것을 특징으로 한다. 조사선(11)이 폭방향과 -45° 미만이거나 +45° 를 초과하여 비틀어진 경우에는 철손 개선효과가 나타나지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서의 조사선이 강판의 폭방향과 이루는 각도는 -45~+45°로 한정한다.
나아가, 조사선(11)이 강판의 폭방향과 평행한 선을 가질 때와 비교하여, 강판의 폭방향과 평행한 조사선의 철손 개선율의 80% 이상을 달성하면서, 평행한 조사선의 자속밀도 보다 높은 자속밀도를 얻기 위해서는, 조사선(11)과 폭방향이 이루는 각도(12)가 -10~+10°를 만족하도록 한다.
이하에서는 실시예를 통해 본 발명에 따른 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법에 대하여 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예: 연속파 레이저 조사에 의한 방향성 전기강판의 영구 자구 미세화>
두께가 0.23mm인 2차 재결정 전의 방향성 전기강판 표면에 연속파 레이저를 연속적으로 조사하여 V 자형 선, vvV 자형 선, ^ 자형 선을 형성하였다. 조사선과 강판의 폭방향이 이루는 각도(12)는 -4도와 +4도를 각각 이루도록 하였고, 비교재로 실시예와 동일한 레이저 조건으로 방향만 폭방향과 전폭으로 평행하게 조사한 강판과 레이저를 조사하지 않은 강판(이하 원판이라고 함.)을 준비하였다.
레이저 조사에 의해 형성된 그루브의 깊이(DG)는 20㎛이였고, 강판 표면에 형성된 스패터(21)는 강판의 이송속도 및 레이저의 조건에 따라 구형 및 침상 형상으로 나타나며, 레이저 조사후 압연방향으로의 브러싱 및 세척 과정에서 제거하였다.
표 1은 상기와 같이 레이저 조사후 소둔, 절연코팅을 거치고, 열처리 전과 열처리 후의 강판에 대한 자기적 성질과 브러싱 후의 표면 성질, 그리고 레이저 자구미세화 후 공정에 대한 통판성을 나타내고 있다. 상기 자기적 성질 및 표면 성질은 원판을 기준으로 산출된 값이다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 전기강판 표면에 폭방향에서 틀어져 좌우로 대칭인 비스듬한 선상으로 연속파 레이저를 조사함으로써 원판대비 10% 이상의 철손개선율과 1%이하의 자속밀도 열화율을 달성할 수 있었다. 폭방향으로 평행한 그루브를 가진 비교재와 비교했을 때에는, 동등수준 이상의 철손개선율과 향상된 자속밀도를 얻을 수 있었다. 본 발명은 영구 자구 미세화 기술로, 열처리 후에 오히려 철손이 조금 더 감소하는 효과가 있었다.
한편, 표 1에서 본 발명의 이점 및 특징 중 하나인 브러싱 효과도 확인할 수 있다. 표면조도(surface roughness)를 나타내는 표면의 최고최저높이차(Rmax)를 원판과 비교했을 때, 브러싱 이후 표면조도는 브러싱의 작용으로 공통적으로 향상되었다. 비교재인 폭방향에 전폭으로 평행한 그루브를 가진 강판에 비해서, 실시예의 브러싱 효과가 10% 이상 향상되었다. 이렇게 브러싱 효과 증가로 강판의 표면 성질이 향상되어, 추후 공정 라인에서의 작업 안전성이 높아지고, 코팅의 품질과 나아가 제품 품질 및 자성의 향상을 가져올 수 있었다.
또한, 강판의 폭방향에서 틀어져 좌우로 일정부분이상 대칭을 이루는 비슷듬한 선상으로 그루브를 형성하여, 추후 공정 라인에서 강판이 직진하는 통판성이 향상되어 판쏠림을 방지할 수 있었다.
구분
(영구자구 미세화)		 열처리전
자기적 성질		 열처리후
자기적 성질		 브러싱 후 표면 성질 통판성
철손
개선율		 자속밀도
열화율		 철손
개선율		 자속밀도
열화율		 표면조도 Rmax 변화율 브러싱
효과
실시예 실시예1.
V 자형 선
(전폭대칭, 4도)		 10% 0.4% 13% 0.3% 44% ○ ○
실시예2
vvV 자형 선
(전폭대칭, 4도)		 12% 0.8% 13% 0.7% 51% ○ ○
실시예3
^ 자형 선
(전폭대칭, -4도)		 11% 0.5% 15% 0.4% 32% ◎ ○
비교재 강판의 폭방향에 평행한 조사선
(전폭, 0도)		 9% 1.7% 9% 1.7% 61% △ △
이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 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. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 전기강판 표면에 상기 강판의 폭방향으로 비평행하고, V 자형 선 또는 ∧ 자형선이며, 상기 강판의 압연방향을 중심으로 일부 또는 강판 전폭으로 좌우가 대칭이 되도록 연속파 레이저를 조사하여 상기 강판 표면의 용융에 의한 그루브를 형성하는 단계; 및
    상기 그루브 형성시 용융물의 비산에 의해 형성되는 스패터를 제거하는 단계를 포함하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 레이저 조사선은 상기 강판의 폭방향에 대하여 -45°~ 45°의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 레이저 조사선은 상기 강판의 폭방향에 대하여 -10°~ 10°의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 좌우 대칭으로 형성된 영역이 상기 강판의 전폭의 20%이상인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 레이저 조사선은 사다리꼴선 또는 역사다리꼴선 형상인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레이저 조사선이 사다리꼴선 또는 역사다리꼴선 형상인 경우에는 상기 조사선은 상기 강판의 폭방향과 평행한 부분이 존재하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  8. 표면에 레이저 조사로 그루브가 형성되어 자구가 미세화된 방향성 전기강판에 있어서,
    상기 강판에 형성된 레이저 조사선은 상기 강판의 폭방향으로 비평행하고, V 자형 선 또는 ∧ 자형 선이며, 상기 강판의 압연방향을 중심으로 일부 또는 강판 전폭으로 좌우가 대칭이 되도록 형성된 방향성 전기강판.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 상기 레이저 조사선은 강판의 폭방향에 대하여 -45°~ 45°의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 좌우 대칭으로 형성된 영역이 상기 강판의 전폭의 20%이상인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 레이저 조사선은 사다리꼴선 또는 역사다리꼴선 형상인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 레이저 조사선이 사다리꼴선 또는 역사다리꼴선 형상인 경우에는 상기 조사선은 상기 강판의 폭방향과 평행한 부분이 존재하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  14. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 레이저 조사선은 연속된 V 자형 선인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  15. 제8항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 레이저 조사선은 연속된 V 자형 선인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
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