KR100345723B1 - 저자왜 방향성 전기강판의 제조방법과 이에 사용되는제조장치 - Google Patents

저자왜 방향성 전기강판의 제조방법과 이에 사용되는제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기기기의 철심으로 사용되는 방향성전기강판의 철손절감을 위한자구미세화처리후에 열화되는 자왜를 개선하면서 철손특성 또한 더욱 향상시킬 수 있는 방향성전기강판의 제조방법 및 이에 사용되는 장치을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 최종소둔처리 또는 장력코팅처리한 방향성 전기강판을 자구미세화처리한 다음, 강판을 가열하여 200∼600℃의 온도에서 자장처리하는 것을 포함하여 이루어지는 방향성 전기강판의 제조방법, 그리고,
이송강판의 자구를 미세화시키는 자구미세화처리부;
상기 자구미세화부의 후방(강판의 이송방향으로 보아)에 설치되어 인입되는 강판을 가열하는 가열수단;
전단은 상기 가열로내에 위치하고 후단은 가열로의 외부의 후방에 설치되어 이송되는 강판을 여자시키는 자장공급부;를 포함하여 이루어지는 방향성전기강판의 제조장치에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

저자왜 방향성전기강판의 제조방법과 이에 사용되는 제조장치{Method for manufacturing a grain oriented electrical steel sheet having a low magnetostriction and manufacturing apparaturs used therein}
본 발명은 전기기기의 철심으로 사용되는 방향성전기강판의 철손절감을 위한자구미세화처리후에 열화되는 자왜를 개선하면서 철손특성 또한 더욱 향상시킬 수 있는 방향성전기강판의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 제조방법에 적용되는 자구미세화처리를 온라인으로 행하는 자장열처리장치에 관한 것으로, 한국 공개특허공보 99-12920호, 99-49605호의 개량발명이다.
방향성 전기강판은 압연방향으로 (110)[001] 방위의 집합조직을 갖는 것으로, 그 제조방법이 미국특허 1,965,559에 고스(N.P. Goss)에 의해 처음으로 제시된 이래, 많은 연구자들에 의해 새로운 제조방법의 발명과 특성향상이 이루어져 왔다.
현재 공업적으로 주로 이용되고 있는 일반 방향성 전기강판(Conventional grain oriented sliicon steel)의 제조방법은 리틀맨( M.F.Littmann)에 의해 일본특허 공보(소)30-5651호에 제시되어 있다. 이 방법에 의하면 규소강을 열간압연, 예비소둔, 산세, 중간소둔을 포함한 2회의 냉간압연, 탈탄소둔, MgO도포 및 억제제로 MnS를 이용하여 2차 재결정 조직을 얻고 있다. 이와 같이 일련의 공정으로 제조되는 방향성 전기강판은 특성향상을 위해 여러 가지 작업조건들이 변경되어 왔으나, 주된 것은 변화없이 사용되고 있다.
방향성 전기강판의 제조기술은 다양한데, 어떠한 처리공정을 거치든 간에 최종적으로 장력코팅된 방향성전기강판의 철손을 더욱 개선하고자 할때에는 자구미세화처리를 적용하고 있다. 자구미세화처리는 자구의 폭을 줄여서 철손의 개선을 도모하는 것이다. 즉, 최종열처리가 끝난 방향성전기강판내부의 자구의 배열은 대부분이 압연방향과 거의 일치하는 180°자구를 가진다. 방향성전기강판의 철손은 180°자구의 폭과 관계가 깊다. 자벽이 정해진 시간내(60Hz로 동작하는 철심의 경우 자벽의 왕복운동 시간은 1/60초)에 왕복하는 자벽의 거리가 길어지므로 인하여 자벽의 이동속도가 커지게 되어 결과적으로 철손이 커지게 된다. 따라서, 철손을줄이기 위하여는 180°자구의 폭을 줄여야 하는데, 자구의 폭은 강판의 기지금속내에 잔류응력 또는 잔류결함을 부여하는 자구미세화처리하면 줄어드는 것으로 알려져 있다.
따라서, 강판의 기지금속내에 날카로운 쐐기를 이용하거나 산을 이용하여 홈을 파내는 방법, 또는 레이저나 플라즈마, 전자빔, 광에너지를 이용하여 잔류응력 또는 잔류결함을 부여하는 자구미세화처리방법이 제시되어 있는데, 이를 간략히 정리하면 다음의 (1)∼(5)와 같다.
(1) 방향성전기강판의 표면에 날카로운 도구를 이용하여 스크래치(scratch)를 만들어 철손을 개선하는 방법이 미국특허공보 647575호에 제시되어 있다.
(2) 또한, 미국특허공보 4203784에는 롤러를 이용하여 선형스트레인(linear strain)을 강판표면에 도입하는 방법이 제시되어 있다.
(3) 미국특허공보 4293350, 403714와 EPO100638A2 및 일본특개소 60-46325에는 레이저빔을 강판의 표면에 조사(irradiation)하여 철손을 낮게하는 방법이 제시되어 있다. 구체적으로 상기 4293350에서는 Q-mode에서의 Nd-YAG레이저를 이용하는 방법이 제시되어 있는데, 이 경우에는 표면의 코팅층이 상하므로 레이저가 조사되는 부위에 녹을 방지하기 위하여 반드시 재코팅을 실시해야 한다. 이에 반해, 상기 403714와 EP 0100638A2에서는 CW-mode에서의 Nd-YAG레이저에 의한 자구미세화기술이 제시되어 있는데, 이 경우에는 코팅층이 상하지 않기 때문에 재코팅이 필요가 없다.
(4) 또한 일본특개소 61-73886에는 진동체를 이용하여 강판의 표면에 성형의 스트레인을 도입하는 방법이 제시되어 있다.
(5) 또한, 일본특개소 61-117285에는 Xe-lamp를 이용한 광에너지를 강판의 피막두께 t에 대하여 log W ≤ 0.7t + 0.25의 관계를 만족하는 파워밀도로 조사하여 철손을 낮추는 방법을 제시한다.
이들 자구미세화처리기술은 모두 강판의 압연방향을 따라 3 ~ 10mm 간격으로 압연방향과 대체로 직각이 되게 스트레인 또는 스트레스를 부여하는 것이다.그런데, 상기 자구미세화 기술들은 철손을 낮추는 긍정적인 효과는 있으나, 모두가 스트레인 또는 스트레스를 부여하는 미소부위에 90°또는 보조자구들이 생겨나므로 인하여 자왜(magnetostriction)가 증가되는 문제를 동반하다.
자왜가 크면 변압기에서 발생하는 소음이 커지므로 극력억제하는 것이 필요하다. 자구미세화방법에 있어서 동반되는 자왜문제는 미국특허공보 4293350에서 일부 언급하고 있는데, 그 내용은 미국특허공보 3647575에서 제시하는 방법을 따라 방향성전기강판의 자구를 미세화 시킬 경우에 자왜가 매우 커지게 되는 것을 지적한다. 즉, 방향성전기강판의 기지금속내에 잔류응력 또는 잔류결함을 만드는 방법으로 자구미세화처리하면, 이 미소부분의 영역에서는 전기강판이 본래 가졌던 고스집합조직((110)<001>)이 파괴되어 90°자구 또는 기타보조자구가 반드시 생겨난다.90°또는 180°자구를 제외한 기타의 자구는 자왜를 유발하거나 증가시키는 역할을 하게 하므로 자구미세화가 실시된 강판에서의 자왜는 자구미세화 이전에 비해 증가하게 된다. 따라서, 자구미세화방법을 통하여 철손은 낮출 수 있지만 변압기에서 소음의 원인이 되는 자왜가 커진다는 것은 피할 수 없는 사실이다.
보다 구체적으로 자왜에 대하여 설명하면 다음과 같다. 방향성전기강판은 전압과 전류를 원하는 양 또는 상(phase)으로 변환시켜주기 위해 수십에서 수백장까지 적층된 철심으로 변압기 또는 변류기의 내부에 들어가 있다. 그 철심주위는 코일이 감싸고 있으며, 이 코일에 전류를 흘려 철심을 동작시키면 철심내부에서 자속방향의 변화로 인해 철심의 길이변화가 일어나게 된다. 이러한 현상을 '자왜'라 하며, 그 길이변화는 공급되는 전압 또는 전류의 주파수의 배수로 발생된다. 이와 같이 생기는 길이변화로 인해 철심의 끝단이 공기를 때리게 되며, 이 소리는 사람의 귀로 들을 수 있을 정도이다.
일반적으로 강판의 자왜크기는 "길이변화량÷원래시편길이"로 표시되며, 통상의 일반 방향성 전기강판의 경우 1.7Tesla에서 1.0x10-6정도 된다. 이 양은 시편에 응력이 전혀 가해지지 않은 상태에서의 자왜크기이다. 만일, 시편에 강판의 길이방향으로 압축응력을 가하게 되면 이 값은 크게 달라진다. 즉, 실제 전기강판을 변압기의 철심으로 이용하는 경우, 강판을 적층하고 강판사이의 틈을 없애기 위하여 볼트를 죄거나 용접을 하므로 강판에 압축응력이 가해져 자왜크기는 커진다. 또한, 자왜크기에 대한 값은 측정기기와 시편의 형상에 따라 조금씩 차이가 난다. 이는 자왜값이 미소한 응력에도 민감하며, 그 양이 매우 적어 시편과 자왜측정장치 사이에 마찰이 측정기기마다 서로 다르기 때문이다. 이러한 이유로 자왜크기는 보고되는 문헌의 측정치마다 차이를 나타낸다. 일반 방향성 전기강판의 경우, 자왜크기가 무응력하 1.7Tesla에서는 상술한 바와 같이 1.0x10-6정도되며, 3MPa의 압축응력하에서는 5x10-6정도 된다.
그런데, 이 수준의 자왜크기를 가진 일반방향성 전기강판으로 변압기를 만드는 경우 자왜에 의한 소음문제가 심각하게 대두되고 있다. 따라서, 자왜크기를 최대한 낮추어서 소음을 줄이기 위해 가능한 낮은 자속밀도에서 사용하고 있으며, 이런 점을 고려하여 통상의 변압기의 설계자속밀도는 1.70-1.75Tesla 수준이다. 그러나, 이러한 방법은 변압기의 효율을 떨어뜨리는 문제가 생기므로, 방향성 전기강판의 자왜를 지금보다도 더 낮출수 있는 방법이 강구된다면, 더 높은 자속밀도에서 변압기를 사용할 수 있게 되고, 그러면 이에 비례하여 변압기의 효율을 높이거나 크기를 줄일수 있으므로 자왜크기가 작은 방향성전기강판의 필요성이 커지고 있다.
본 발명자들은 자왜크기를 줄일 수 있는 자장열처리(또는 '자속열처리'라고 도함)방법과 이에 사용되는 자장열처리장치를 한국특허출원번호 97-36499호, 97-68576호에 특허출원하여 공개특허공보99-12920호, 99-49605호에 개시한 바 있다.상기 공개특허공보 99-12920호에는 자장열처리를 직류자장을 부여하여 행하는 기술과 솔레노이드를 가열로 외부에 설치하여 재료내부의 자속양을 용이하게 조절할 수 있는 자장열처리장치가 개시되어 있다. 또한, 상기 공개특허공보 99-49605호에는 자장열처리를 직류자장과 펄스자장을 동시에 부여하여 행하는 기술과 이에 사용되는 장치가 개시되어 있다.
그런데, 상기 자장열처리장치는 방향성전기강판을 일정크기로 절단하여 자장열처리하므로 대량양산에 적합하지 못하다. 또한, 실제생산라인에서 온라인으로 자장열처리하지 않고 있어 산업상 효용가치가 낮다. 특히, 자장열처리방법은 자구미세화처리하지 않은 방향성 전기강판 즉, 최종소둔한 강판 또는 장력코팅한 강판에 적합한 자장열처리조건을 제시하고 있다. 이는 본 발명의 기술분야에서 자구미세화처리와 자장열처리를 병행하지 않는 고정관념에서 비롯된 것으로, 자구미세화처리와 자장열처리를 동시에 행할때 철손의 변화와 자왜의 변화가 어떠한 관련성을 갖는지에 대하여 연구가 미처 접근하지 못한데서 비롯된 것이다.
본 발명은 방향성전기강판을 자구미세화처리할 때 자왜가 증가하는 종래 기술의 한계를 극복하기 위한 일련의 연구과정에서 안출된 것으로, 자구미세화처리와 자장열처리의 상호관련성을 야금학적으로 검토하여 그 조건을 유기적으로 제어함으로써 자왜는 기본적으로 감소시키면서 철손과 자속밀도를 더욱 증가시킬 수 있는방향성전기강판의 제조방법을 제공하는데도 그 목적이 있다.
나아가, 상기 본 발명의 방향성전기강판의 제조방법에 이용할 수 있는 본 발명은 방향성전기강판의 실제 생산라인에서 온라인상태로 연속하여 자장열처리와 자구미세화처리를 행할 수 있는 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 제조장치의 개략도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1..... 방향성전기강판
10..... 자구미세화처리부 20..... 가열수단
30..... 자장공급부 40..... 코팅수단
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방향성 전기강판의 제조방법은, 최종소둔처리 또는 장력코팅처리한 방향성 전기강판을 자구미세화처리한 다음, 강판을 가열하여 200∼600℃의 온도에서 자장처리하는 것을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 제조장치는, 이송강판의 자구를 미세화시키는 자구미세화처리부;
상기 자구미세화부의 후방(강판의 이송방향으로 보아)에 설치되어 인입되는 강판을 가열하는 가열수단;
전단은 상기 가열로내에 위치하고 후단은 가열로의 외부의 후방에 설치되어 이송되는 강판을 여자시키는 자장공급부;를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
[방향성 전기강판의 제조방법]
본 발명의 방향성 전기강판의 제조방법은, 자구미세화 후에 필연적으로 발생되는 90°자구 및 기타보조자구들을 감소시켜 자왜를 자구미세화전의 수준으로 회복시킴은 물론, 철손과 자속밀도를 자구미세화시킨 것 보다 더욱 개선하는데, 특징이 있다.
본 발명의 대상이 되는 방향성 전기강판은 그 성분계 그리고, 그 제조이력을 특별히 제한하지 않으며, 자구미세화처리한 방향성 전기강판이면 된다. 물론, 가장 바람직한 성분계는 한국 공개특허공보 99-12920호에 본 발명자가 처음 개시한 중량%로 Si:0.4∼4.8%, C:0.02-0.07%, Mn:0.05∼0.2%, S:0.02∼0.03%, Cu:0.05∼0.3%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강이다. 여기에 Ce이 0.006∼0.9% 함유되면 상기 99-12920호에서 밝힌 바와 같이, 저자왜특성이 더욱 개선된다. 상기 성분계의 조성범위 한정이유를 설명한다.Si은 강의 비저항을 높여 주어 철손특성을 현저하게 개선하는 원소로 전기강판의 제조에 반드시 들어가는 원소이다. 그 첨가량은 공업적으로 냉간압연을 안정적으로 할 수 있느냐에 따라 정해진다. 특수하고 엄밀히 제어된 압연법에서는 약 4.8%의 Si가 함유된 강의 압연도 가능한 것으로 알려지고 있어 그 첨가량은 점점 높아지고 있다. 이런 점을 고려하여 4.8%까지 첨가하는데 만일 Si이 0.4%미만의 경우에는 그 첨가 효과가 미비하여 큰 의미가 없으므로 Si의 함량은 0.4~4.8%로 한다.C은 열간압연조직을 미세화시키기 위하여 첨가하는 원소로, 열간압연시 제기능을 한후에는 불순물로 되어 자기적특성에 악영향을 미치므로 제거되어야 한다. 3%의 Si가 함유된 경우 약 0.018%의 C을 함유하면 열간압연시 페라이트-오스테나이트 변태가 열간압연조직을 미세화시키는 기능을 할 수 있다. 따라서, Si양이 증가하면 이 보다 약간 높은 C의 양이 요구되므로, 0.02%이상의 C를 첨가한다. 한편, C은 최종제품에 남아 있게 되면 자기시효를 일으켜 변압기의 특성을 열화시키는 원소이므로 탈탄소둔을 하여 최종제품에서는 0.003%이하로 엄격히 관리하고 있다. 그러나, 그 함량이 너무 많으면 탈탄공정에서도 제거가 어려워지므로 0.07%이하로 첨가한다.Mn은 전기저항을 높여주고 철손을 낮추는 효과가 있는 성분으로, 그 효과를 확보하기 위하여 0.05%이상 첨가하나 0.2%이상이면 MnS가 조대해지고 쉽고 냉간압연이 힘들어진다.Cu의 경우 억제제인 MnS석출물을 미세하고 균일하게 하는 효과가 있어 입성장억제력을 증대시켜 자성을 향상시키는 역할을 하는데, 그 함량이 0.5%미만의 경우 그 효과가 미미하고 0.3%초과의 경우 열연판의 표면에 바람직하지 못한 산화물이 생겨 산세가 곤란하므로 적정한 양은 0.05~0.3%이다.Ce은 자왜를 감소시키기 위해 첨가하는 원소로 그 원자번호는 58번으로 외각전자의 배열이 4f15s25p65d16s2로 구성되어 있다. 이와 같은 원자배열을 갖는 Ce과 3ds4s2의 원자배열을 갖는 Fe이 만나면 전자들의 배열에 변화를 주어서 자왜에 영향을 미치는 스핀-궤도결함이 바뀌게 된다. 그 함량이 0.006%미만에서는 이러한 효과가 미미하며 0.9% 보다 많은 경우에는 원자반경이 Fe의 1.5배 정도되므로 기계적성질에 심각한 악영향을 미치게 되므로 Ce의 함량은 0.006~0.09%로 선정하는 것이 바람직하다.S은 Cu나 MnS에 의해 유화물의 석출물을 형성하여 억제제의 역할을 하나 0.03%를 초과하면 최종고온소둔시 탈류가 이루어지지 않아 자기특성의 열화를 초래하며, 0.02%미만의 경우에는 충분한 양의 유화물형태의 석출물을 얻을 수 없게 되어 바람직하지 않다.상기한 방향성 전기강판의 성분계는, 강슬라브를 1250∼1400℃의 온도에서 재가열하여 열간압연하고, 열연판소둔, 산세, 중간에 소둔을 행하는 2회의 냉간압연, 탈탄소둔을 행하고 소둔분리제를 도포하여 최종소둔하는 공정을 통해 제조된다.
본 발명에서는 상기와 같이 최종소둔처리한 방향성전기강판 또는 최종소둔처리한 방향성전기강판에 장력코팅처리한 다음에 자구미세화처리를 한다. 최종소둔처리한 방향성전기강판에 자구미세화처리하는 경우에는 후속되는 자장열처리를 한 다음에 장력코팅처리 한다. 본 발명에서 자구미세화처리는 방향성전기강판에 잔류응력 또는 잔류결함을 부여하기 위하여 이미 공지된 상기 (1)∼(5)을 포함한 어떠한 방법도 적용될 수 있다. 중요한 것은 자구미세화처리할 때 강판의 압연방향을 따라 3 ~ 10mm 간격으로 스트레스 또는 스트레인을 부여하는 것이다.
예를 들어 레이저로 자구미세화처리를 할 경우에는 크게 두 방법이 있다. 첫째는 펄스 또는 Q-mode를 사용하는 방법인데, 이 경우에는 강판의 표면에 국부적으로 증발(evaporation) 또는 용융(melting)을 가져와서 소지금속이 드러나 녹이 발생되어 반드시 녹방지용 코팅을 실시해야 한다. 따라서, 이 경우에는 코팅재를 도포하고 경화해야 한다. 이때의 경화온도는 600℃를 넘으면 자구미세화된 효과가 풀려버리게 되므로 안전을 고려하여 450℃이하에서 경화하는 것이 바람직하다. 둘째는 CW-mode를 사용하는 방법으로, 이 경우에는 판표면의 코팅층에 손상이 없으므로 재코팅할 필요가 없다. 레이저(Nd-YG 레이저)를 이용할 경우에는 빔의 직경, 펄스당 에너지를 조절하여 수직으로 빔을 조사하여 자구미세화처리한다.
또 다른 방법으로 치차(齒車)롤을 이용하여 강판의 표면을 압입하여 자구미세화처리하는 경우에는 스트레스제거 열처리를 약 800℃ 부근에서 해주는 것이 좋다.
이와 같이, 강판표면에 레이저 등의 자구미세화처리를 하면 레이저가 조사된부위에 보조자구가 많이 형성되며, 이 보조자구는 자왜를 야기하는 원인을 직접적으로 제공한다.
따라서, 본 발명에서는 180°자구는 그대로 유지하면서 90°또는 보조자구를 없애기 위하여 자장열처리하는데, 이때 중요한 것은 90°또는 보조자구를 줄이면서 자기적특성(철손, 자속밀도)을 개선하기 위한 자장열처리의 방법(수단)을 설정하는 것이다.
먼저, 본 발명에서는 자장열처리의 온도를 조절한다. 자장열처리는 강판내부의 자구를 자왜가 적은 방향으로 재배열 하는 역할을 한다. 자구를 재배열 하기 위하여는 결정내의 자기이방성에너지를 낮게 하는 것이 유리하다. 전기강판의 자기이방성에너지는 온도가 높을수록 급격히 낮아지기 때문에 높은 온도에서 자장열처리를 행한다. 그러나 온도가 전기강판의 자기변태점(약720℃)에 가까이 갈수록 전기강판의 투자율이 낮아진다. 또한 자구미세화방법을 적용한 재료는 600℃이상에서는 자구미세화효과를 상실할 위험이 있다. 자장열처리온도가 200℃이하에서는 방향성전기강판의 결정자기이방성에너지가 높은 관계로 자장열처리효과가 미미하다. 이를 고려하여 본 발명에서는 자장열처리를 600∼200℃에서 행하는데, 이는 자구미세화처리하고 가열한 다음에 냉각과정중에 행하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 자장열처리전의 자구미세화처리를 레이저로 할 때 코팅을 하는 경우에는 가열로를 경화로로 이용하여 경화처리한 다음 이 로에서 그대로 소정의 온도로 자장열처리를 하는 것이 좋다. 또한, 치차롤을 이용하여 스트레스를 800℃로 풀어주는 경우에는 가열로에서 스트레스 제거열처리를 행한 다음에 냉각과정중 소정의 온도에서 자장열처리하면 된다.
다음으로, 자장열처리할때의 자장은 자기이방성에너지가 가능한 최소가 되는 가열온도에서 방향성전기강판에 자장을 걸어서 강판내부의 자기모멘트가 한 방향으로 정렬되도록 하는 역할을 한다. 이때의 자장은 직류자장과 펄스자장의 단독 또는 복합으로 부여할 수 있으며, 바람직하게는 복합으로 하는 것이다. 이는 자구의 방향을 임의의 한 방향으로 변화시키려면 많은 에너지가 필요로 하기 때문이다.
직류자장을 부여할 경우에는 10(Oe)세기 이상으로 하는 것이 바람직한데, 이 경우 강판의 자속이 포화되도록 하면 자기장 모멘트가 거의 완전히 한 방향으로 정렬되어 자왜가 감소되므로 직류포화자속에서 열처리하는 것이 바람직하다. 또한, 펄스자장을 부여할 경우에는 300(Oe)세기 이상으로 하는 것이 바람직한데, 이는 . 펄스자장은 보다 강력한 자장을 흘러줄 수 있어 결정내의 자기이방에너지가 매우 크더라도 자구의 회전을 가능하게 하여 자구의 재배열을 쉽게 할 수 있다.
[저자왜 방향성전기강판의 제조장치]
방향성전기강판의 자구미세화처리와 자장열처리는 온-라인(On-Line)으로 행하면 설비의 규모를 줄일 수 있어 효과적인데, 이를 가능하게 하는 장치를 본 발명의 장치의 일례가 도 1에 나타나 있다. 본 발명의 장치는 자구미세화처리부, 가열수단, 자장공급부를 기본으로 하며, 여기에 코팅수단(40)이 추가로 설치될 수 있다.
먼저, 상기 자구미세화처리부(10)는 이송되는 강판의 기지금속내에 잔류응력 또는 잔류결함을 부여하는데, 그 예로는 날카로운 도구나 롤러, 레이저, 플라즈마, 전자빔, 광에너지 등이 채택될 수 있다. 도 1에는 레이저가 일례로 제시되어 있으며, 미설명부호 7은 레이저조사홈이다.
또한, 상기 가열수단(20)은 자구미세화부의 후방(강판의 이송방향으로 보아)에 설치되며, 발열체(도면에 도시 안함)가 마련되어 강판을 가열하게 된다.
또한, 상기 자장공급부(30)는 그 전단이 상기 가열로내에 위치하고 후단이 가열로의 외부의 후방에 위치하여 이송되는 강판에 자장을 형성시켜 준다. 자장공급부(30)는 내부를 통과하는 강판에 자장을 인가하는 자장발생수단(30)와 이 자장발생수단(30)에 자장을 공급하는 자장공급수단으로 구성된다. 상기 자장공급수단은 직류자장공급수단(32)과 펄스자장공급수단(34)의 하나 이상이 마련되어 있다. 상기 자장발생수단(31)은 예를 들어 솔레노이드로 강판을 감아 자장을 부여하도록 구성된다. 이 자장공급부의 전단부는 가열로내에서 200-600℃구간에서 행해질 수 있도록 가열로의 냉각대 부근에 마련한다.
상기 자구미세화처리부(10)와 가열로(20)의 사이에는 자구미세화처리에 따라 강판의 표면에 코팅이 필요한 경우에 코팅처리하는 코팅수단(40)가 추가로 설치될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
중량%로 C:0.048%, Si:3.15%, Mn:0.065%, S:0.024%, Cu:0.17%, N:0.0050%, Ce:0.05%를 함유하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 원소로 이루어진 전기강판 슬라브를 1350℃로 가열한 후, 열간압연하여 판두께가 2.0mm인 열연판을 얻었다. 이 열연판을 950℃×2분 중간소둔하여, 두께 0.3mm로의 2차 냉간압연을 하였다. 냉간압연된 판은 850℃로 유지된 로에 노점 51℃인 25%H2+75N2의 혼합가스를 2분동안 탈탄을 행하였다. 다음에 강판의 표면에 소둔분리제인 MgO를 도포하여 최종 고온소둔을 행하였다. 고온소둔은 25%H2+75N2분위기에서 15℃/hr의 승온속도로 1200℃까지 가열하고, 1200℃ 도달 후 100%H2분위기에서 10시간 유지하였다. 이상과 같이 하여 안정된 2차 재결정이 끝난 방향성전기강판을 얻었다.
상기 2차 재결정이 끝난 방향성전기강판의 표면에 장력코팅재를 도포하고 800℃에서 경화처리(curing)하였다. 이후에 자성은 측정하였다. 계속해서 이 강판을 가지고 Nd-YGA 레이저를 이용하여 빔(beam)의 직경을 100㎛되게 하고 주파수를6KHz로 하고 주파수당 에너지를 약 15mJ정도로 하여 강판의 길이방향에 대하여 수직하게 조사하였다. 조사선의 간격은 5mm로 하였다. 레이저조사후에 자장열처리를 실시하였다. 자장열처리의 조건은 다음과 같다. 온도는 450℃에서 2분간 유지하고 200℃까지 분당 83℃의 속도로 냉각하였다. 자장은 450~200℃까지 직류파형을 공급하였으며 자장세기는 15(Oe)이였다. 레이저를 이용한 자구미세화 전과 후 및 자장열처리후의 자기적특성을 표 1에 나타내었다.
자기특성은 1000A/m의 자장하에서 시편에 유도되는 자속밀도(B10)와 1.7Tesla에서의 철손(W17/50)및 시편에 가해지는 외부응력에 따른 자왜를 자장열처리 전후와 비교하여 나타내었다. 자왜는 peak to peak값으로서 최저값에서 최고값까지의 폭을 나타낸다. 크기는 대략 10-6정도를 가진다. 1.5, 1.7 및 1.85Tesla에서 자왜를 2종류로 측정하였다. 한가지는 재료에 전혀 응력을 가하지 않은 상태로 측정한 것이며 다른 한가지는 재료에 2MPa의 압축응력을 가한 상태에서 측정한 것이다. 이는 실제 변압기 제작시 강판에 이정도의 압축응력이 걸리기 때문이다.
공정 1000A/m에서의자속밀도 1.7Tesla에서의철손 1.5Tesla에서의투자율 자왜(peak to peak 값)×10-6
1.5Tesla 1.7Tesla 1.85Tesla
B10(Tesla) W17/50 μ1.5 σ= 0 σ= -2 σ= 0 σ= -2 σ= 0 σ= -2
레이저조사전 1.9048 1.029 43300 0.5 0.5 0.7 0.7 0.6 0.7 비교재
레이저조사후 1.9030 0.977 31900 0.8 2.5 1.3 4.2 1.5 5.2 비교재
자장열처리후 1.9045 0.970 39500 0.4 1.8 0.8 3.6 1.0 4.5 발명재
표 1에서 보는 바와 같이, 레이저조사후 자속밀도(B10: 1000A/m에서의 자속밀도)가 0.0018Tesla가 낮아졌으나 자속열처리후 0.0015Tesla가 향상되었다. 철손은 레이저조사후 약 5% 감소되었으며 자속열처리를 통하여 0.7%가 더 낮아졌다. 1.5Tesla에서의 레이저조사후의 투자율은 약 26%가 나빠졌으나, 자장열처리후에는 전에 비하여 많이 향상 된 결과가 나왔다.
또한, 자왜의 경우를 살펴보면, 1.5Tesla와 압축응력인= 0에서는 레이저 조사후에 약 60%정도 높아졌으며, 자장열처리후에는 원래 자왜값에 비해 20% 낮아졌다. 1.5Tesla와 압축응력인= 2MPa에서는 레이저 조사후 약 400%정도 높아졌으며, 자장열처리후에는 레이저 조사 후의 자왜값에 비해 26%가 감소된 것을 볼 수 있다. 1.7Tesla와 1.85Tesla에서도 유사한 결과를 나타내고 있다.
이들을 살펴보면, 자구미세화처리 후에 철손은 개선되나 자왜가 나빠지며 더욱이 압축응력을 가한 상태에서는 나빠진 정도가 더욱 큰 것을 볼 수 있다. 직류자장열처리를 한 후에는 상당부분 회복되는 것을 볼 수 있다. 이러한 효과들은 모두 레이저가 조사된 미소부분의 자구들이 방향성전기강판 요구특성에 유리한 방향으로 재배열되었기 때문이다. 이들중 자장열처리후에 성질이 원상태보다도 더 개선된 것은 레이저조사 부위외에 다른 부분에 존재하던 90O및 보조자구가 어느 정도 개선되었기 때문이다. 1.7Tesla이상에서 발명재의 자왜가 원상태까지 회복되지 못하는 것은 자장열처리시 부여한 자기장의 세기가 높지 않은 까닭에, 이 영역에서 회전될 수 있는 90O및 보조자구에는 영향을 미치지 못했기 때문으로 생각한다.
[실시예 2]
실시예 1의 장력코팅재를 도포한 방향성전기강판에 계속해서 Nd-YAG 레이저를 이용하여 빔의 직경을 100㎛되게하고 주파수를 6KHz로 하고 주파수당 에너지를 약 15mJ정도로 하여 강판의 길이방향에 대하여 수직하게 조사하였다. 조사선의 간격은 5mm로 하였다. 레이저조사후에 자장열처리를 실시하였다. 자장열처리의 조건은 다음과 같다. 온도는 450℃에서 2분간 유지하고 200℃까지 분당 83℃의 속도로 냉각하였다. 자장은 450~200℃까지 펄스파형을 공급하고 결과를 비교하였다. 펄스자장세기는 350 (Oe)이었다. 펄스자장은 주파수를 1Hz로 하고 펄스부여 시간은 20ms였다. 레이저를 이용한 자구미세화 전과 후 및 자장열처리후의 자기적특성을 표 2에 나타내었다.
공정 1000A/m에서의자속밀도 1.7Tesla에서의철손 1.5Tesla에서의투자율 자왜(peak to peak 값)×10-6
1.5Tesla 1.7Tesla 1.85Tesla
B10(Tesla) W17/50 μ1.5 σ= 0 σ= -2 σ= 0 σ= -2 σ= 0 σ= -2
레이저조사전 1.9050 1.022 43400 0.6 0.6 0.8 0.9 0.7 0.75 비교재
레이저조사후 1.9030 0.971 32000 0.9 2.6 1.3 4.3 1.6 5.5 비교재
자장열처리후 1.9045 0.960 42000 0.45 1.4 0.6 2.5 0.8 4 발명재
표 2에서 보는 바와 같이, 펄스자장열처리후가 자구미세화 직후에 비하여 자성 및 자왜가 향상된 결과가 나왔다. 특히 1.5Tesla에서의 투자율이 상당량 원상태에 가까이 회복된 것을 볼 수 있다. 압측응력 상태에서의 자왜 또한 개선 되었으며, 이는 표 1의 직류자장에서 열처리한 경우보다 더 개선 된 것을 볼 수 있다.
[실시예 3]
실시예 1의 장력코팅재를 도포한 방향성전기강판에 계속하여 Nd-YAG 레이저를 이용하여 빔의 직경을 100㎛되게하고 주파수를 6HKz로 하고 주파수당 에너지를 약 15mJ정도로 하여 강파의 길이방향에 대하여 주직하게 조사하였다. 조사선의 간격은 5mm로 하였다. 레이저조사후에 직류자장과 펄스자장을 동시에 부여하여 자장열처리를 실시하였다. 자장열처리의 조건은 다음과 같다. 온도는 450℃에서 2분간 유지하고 200℃까지 분당 83℃의 속도로 냉각하였다. 450~200℃까지 15(Oe)의 세기로 직류자장과 350 (Oe)의 세기로 펄스자장을 부여하였다. 펄스자장은 주파수를 1Hz로 하고 펄스부여 시간은 20ms였다. 레이저를 이용한 자구미세화 전과 후 및 자장열처리후의 자기적특성을 표 3에 나타내었다.
공정 1000A/m에서의자속밀도 1.7Tesla에서의철손 1.5Tesla에서의투자율 자왜(peak to peak 값)×10-6
1.5Tesla 1.7Tesla 1.85Tesla
B10(Tesla) W17/50 μ1.5 σ= 0 σ= -2 σ= 0 σ= -2 σ= 0 σ= -2
레이저조사전 1.9049 1.019 43300 0.5 0.5 0.7 0.7 0.6 0.7 비교재
레이저조사후 1.9032 0.955 32100 0.8 2.5 1.4 4.2 1.6 6 비교재
자장열처리후 1.9047 0.946 43400 0.4 1.2 0.45 1.9 0.7 3 발명재
표3에서 보는 바와 같이 직류와 펄스자장을 동시에 부여한 자장열처리후가 자구미세화 직후에 비하여 자성 및 자왜가 크게 향상 된 결과를 나왔다. 특히 1.5Tesla에서의 투자율이 원상태에 회복된 것을 볼 수 있다. 압축응력 상태에서의 자왜 또한 개선 되었으며, 이는 표1의 직류자장과 표2의 펄스자장에서 열처리한 경우보다 더 개선 된 것을 볼 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 자구미세화처리와 자장열처리를 동시에 행하여 자왜도 줄이면서 자성을 개선할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

  1. Si이 첨가된 방향성 전기강판을 최종소둔처리 또는 장력코팅처리한 다음 자구미세화처리하는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 상기 자구미세화처리한 방향성 전기강판을 가열하여 200∼600℃의 온도에서 직류자장과 펄스자장의 단독 또는 복합으로 자장을 부여하는 것을 포함하여 이루어지는 방향성 전기강판의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방향성 전기강판은, Si:0.4∼4.8%, C:0.02-0.07%, Mn:0.05∼0.2%, S:0.02∼0.03%, Cu:0.05∼0.3%, Ce이 0.006∼0.9%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순몰로 조성되는 강슬라브로 부터 제조된 것임을 특징으로 하는 방향성전기강판의 제조방법.
  4. 이송강판의 자구를 미세화시키는 자구미세화처리부(10),
    상기 자구미세화부의 후방(강판의 이송방향으로 보아)에 설치되어 인입되는 강판을 가열하는 가열로(20),
    전단은 상기 가열로(20)내에 위치하고 후단은 가열로의 외부의 후방에 설치되어 이송되는 강판에 자장을 형성하는 자장공급부(30)를 포함하고,
    상기 자장공급부(30)는 내부를 통과하는 강판에 자장을 인가하는 자장발생수단(31)과 이 자장발생수단(31)에 자장을 공급하는 자장공급수단(32)(34)으로 구성되는 방향성전기강판의 제조장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 자구미세화처리부(10)와 가열로(20)의 사이에는 자구미세화처리된 강판의 표면을 코팅하는 코팅수단(40)이 추가로 설치됨을 특징으로 하는 장치.
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