KR101066584B1 - 레이저를 이용한 방향성/무방향성 전기강판 제조방법 및 레이저를 이용한 전기강판 집합조직 제어 방법 - Google Patents

레이저를 이용한 방향성/무방향성 전기강판 제조방법 및 레이저를 이용한 전기강판 집합조직 제어 방법 Download PDF

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Abstract

합금 원소를 증가시키지 않으면서도 전기강판(10)의 자기적 특성을 향상시킬 수 있는 레이저를 이용한 방향성/무방향성 전기강판 제조방법 및 레이저를 이용한 전기강판 집합조직 제어 방법이 소개된다.
이러한 레이저를 이용한 전기강판 집합조직 제어 방법은 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판(10)의 어느 한 표면(11)을 면적당 에너지가104W/cm2 ~ 107W/cm2인 레이저(L)로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하고, 가열된 부분의 열이 방출되는 방향을 제어하여 <100> 결정방위를 원하는 방향으로 나열시켜 원하는 자기적 특성을 갖는 전기강판(10)을 얻어내는 것을 특징으로 한다.
전기강판, 레이저, 방향성 응고, 결정 방위, 자화값

Description

레이저를 이용한 방향성/무방향성 전기강판 제조방법 및 레이저를 이용한 전기강판 집합조직 제어 방법{METHOD FOR MANUFACTURING GRAIN ORIENTED AND NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET USING LASER AND CONTROL METHOD OF TEXTURE USING LASER}
본 발명은 레이저를 이용한 방향성/무방향성 전기강판 제조방법 및 레이저를 이용한 전기강판 집합조직 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 전기강판의 효율을 증가시키는 레이저를 이용한 방향성/무방향성 전기강판 제조방법 및 레이저를 이용한 전기강판 집합조직 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기강판은 모터, 변압기와 같은 전기기기 등에 사용되는 자기적 특성이 우수한 강판을 일컫는다.
도 1은 α- 철의 결정 구조를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 철 원자는 일정한 규칙으로 배열되며, 방향별로 다른 자기적 특성을 나타낸다. 이러한 철 원자는 [100] 방향(A)으로 가장 자화하기 쉽고, 그 다음으로 [110] 방향(B)으로 자화하기 쉬우며, [111] 방향(C)은 가장 자화하기 어려운 방향이다.
전기강판 중 무방향성 전기강판은 모든 방향으로 우수한 자기적 특성을 갖는 전기강판을 지칭하며, 두께 방향으로 <100> 결정방위가 나열된 집합조직을 갖는다. 이러한 무방향성 전기강판은 주로 모터 등에 사용된다. 반면에 방향성 전기강판은 한쪽 방향(표면 방향)으로 우수한 자기적 특성을 갖는 전기강판을 지칭하며, 표면 방향으로 <100> 결정방위가 나열된 집합조직을 갖는다. 이러한 방향성 전기강판은 주로 변압기 등에 사용된다.
한편, 전 세계적으로 계속되고 있는 공업화에 따라 모터와 변압기 등의 전기 강판 제품에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히,환경오염 방지와 에너지 절감이 요구됨에 따라 고효율, 고부가가치를 갖는 모터 및 변압기에 대한 수요가 점차 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 모터와 변압기의 철심 재료로 사용되는 전기강판의 효율 증가를 위한 노력이 진행되고 있다. 전기강판의 효율 증가를 위해, 기존에는 Si와 같은 합금원소를 증가시킴으로써 자화값의 증가 및 여기 전류에 의한 철손을 감소시켜 왔으나, 합금원소의 증가는 압연성 및 타발성에 악영향을 주어 일정 이상 투입하기 힘든 점이 있다. 따라서, 최근에는 자화 용이 방향인 <100>방향을 면방향으로 향하게 하는 집합조직 제어, 특히 큐브 집합조직([100]<001>) 혹은 회전 큐브 집합 조직([100]<011>)형성을 통해 자기적 특성을 향상시키려는 연구들이 많이 진행되고 있다.
예를 들면, 일본 특허공보 제3316854호에는 최종 소둔시 탈탄과 탈망간이 이루어지도록 하여 큐브 집합조직을 증가시키는 기술이 개시되어 있고, 일본 공개특허공보 1989-252727호에는 오스테나이트-페라이트 변태를 이용하여 회전 큐브 집합조직을 증가시키는 기술이 개시되어 있다. 또한 일본 공개특허공보 1994-096744와 3013000에는 수직방향으로 서로 교차하여 냉간 압연하는 방법을 통해 큐브 집합조직을 증가시키는 방법을 개시하고 있다. 하지만, 변태를 이용하여 집합조직을 향상시키는 경우, 소둔 시간이 길기 때문에 가공비용의 상승을 초래하고, 교차 압연하는 경우에는 코일 상태로 제품을 생산하기 힘들다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 합금 원소를 증가시키지 않으면서도 전기강판의 자기적 특성을 향상시킬 수 있는 레이저를 이용한 방향성/무방향성 전기강판 제조방법 및 레이저를 이용한 전기강판 집합조직 제어 방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저를 이용한 무방향성 전기강판 제조방법은, 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판의 어느 한 표면을 면적당 에너지가 104W/cm2 ~ 107W/cm2인 레이저로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하고, 레이저에 의해 가열되는 표면의 반대면에 냉각재를 접촉시켜 상기 전기강판의 두께 방향으로 냉각이 이루어지게 하여 두께 방향으로 <100> 결정방위가 나열되도록 하는 무방향성 유도 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무방향성 유도 단계 이후 상기 전기강판에 잔류하는 응력을 제거하기 위해 800~1100℃에서 열처리하는 응력 제거 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 응력 제거 단계 이후 상기 전기강판의 변형을 제거하기 위해 장력 및 압력을 가하는 최종 압연 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저를 이용한 방향성 전기강판 제조방법은, 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판의 어느 한 표면을 면적당 에 너지가 104W/cm2 ~ 107W/cm2이고 직사각형의 빔모양을 가진 레이저로 상기 전기강판의 표면에 수직한 방향으로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하여 상기 전기강판의 표면 방향과 평행한 방향으로 열전달이 이루어지도록 함으로써 표면 방향에 평행한 방향으로 <100> 결정방위가 나열되도록 하는 방향성 유도 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방향성 유도 단계 이후 상기 전기강판에 잔류하는 응력을 제거하기 위해 800~1100℃에서 열처리하는 응력 제거 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 응력 제거 단계 이후 상기 전기강판의 변형을 제거하기 위해 장력 및 압력을 가하는 최종 압연 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기강판 집합조직 제어 방법은, 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판의 어느 한 표면을 면적당 에너지가 104W/cm2 ~ 107W/cm2인 레이저로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하고, 가열된 부분의 열이 방출되는 방향을 제어하여 <100> 결정방위를 원하는 방향으로 나열시켜 원하는 자기적 특성을 갖는 전기강판을 얻어내는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 레이저를 이용한 방향성/무방향성 전기강판 제조방법에 따르면, 합금원소를 증가시키지 않으면서도 자화값의 증가와 철손의 감소를 가져올 수 있게 됨으로써, 압연성 및 타발성의 저하 없이 방향성 또는 무방향성 전기강판의 효율이 향상될 수 있게 된다.
또한, 상술한 바와 같은 레이저를 이용한 전기강판 집합조직 제어 방법에 따르면, 레이저를 이용하여 <100> 결정방위를 원하는 방향으로 나열시킬 수 있게 됨으로써, 합금원소의 조절 없이 원하는 자기적 특성을 갖는 전기강판을 얻어낼 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저를 이용한 방향성/무방향성 전기강판 제조방법 및 레이저를 이용한 전기강판 집합조직 제어 방법에 대하여 살펴본다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 무방향성 전기강판 제조방법은 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판의 어느 한 표면을 면적당 에너지가 104W/cm2 ~ 107W/cm2인 레이저로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하고, 레이저에 의해 가열되는 표면의 반대면에 냉각재를 접촉시켜 상기 전기강판의 두께 방향으로 냉각이 이루어지게 하여 두께 방향으로 <100> 결정방위가 나열되도록 하는 무방향성 유도 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.(도 2참조)
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저를 이용한 방향성 전기강판 제조방법은 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판의 어느 한 표면을 면적당 에너지가104W/cm2 ~ 107W/cm2이고 직사각형의 빔모양을 가진 레이저로 상기 전기강판의 표면에 수직한 방향으로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하여 상기 전기강판의 표면 방향과 평 행한 방향으로 열전달이 이루어지도록 함으로써 표면 방향에 평행한 방향으로 <100> 결정방위가 나열되도록 하는 방향성 유도 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. (도 6참조)
여기서, 상기 무방향성 또는 방향성 유도 단계 이후 상기 전기강판에 잔류하는 응력을 제거하기 위해 800~1100℃에서 열처리하는 응력 제거 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 응력 제거 단계 이후 상기 전기강판의 변형을 제거하기 위해 장력 및 압력을 가하는 최종 압연 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 Si는 비저항을 증가시켜서 철손 중 와류손실을 낮추고 자화값을 증가시키는 성분이기 때문에 첨가되는데, 이러한 Si는 4.0중량%를 초과하여 첨가되면 전기강판의 냉간 압연성을 떨어뜨려 판파단이 일어나기 때문에 4.0중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판은 상기한 Si를 제외한 잔부가 Fe 및 기타 자성을 향상시키기 위한 합금 및 피할 수 없는 불순물로 조성된 슬라브를 통상의 조건인 1200℃ 이하로 재가열한 다음 열간압연하고, 700℃ 이하에서 권취하여 공기중에서 냉각한 뒤, 상기 권취된 열연판을 소둔 또는 소둔 없이 산세하고, 냉간압연한 것이다.
이러한 전기강판의 일 표면을 면적당 에너지가 104W/cm2 ~ 107W/cm2인 레이저로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하는 이유는 면적당 에너지가 104W/cm2 보다 작을 경우 용해가 되지 않은 채 재결정만 일어나게 되고, 면적당 에너지가 107W/cm2 이상이 될 경우 온도가 너무 높아 전기강판이 증발해 버리기 때문이며, 가열 시간을 10-5초 이하로 하면 에너지가 높아도 표면 이하로는 용해가 일어나지 않게 되고, 가열 시간을 10-1초 이상으로 하면 에너지가 낮을 경우 냉각속도가 더 빨라 용해가 일어나지 않게 되기 때문이다.(도 5참조)
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기강판 집합조직 제어 방법은, 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판의 어느 한 표면을 면적당 에너지가 104W/cm2 ~ 107W/cm2인 레이저로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하고, 가열된 부분의 열이 방출되는 방향을 제어하여 <100> 결정방위를 원하는 방향으로 나열시켜 원하는 자기적 특성을 갖는 전기강판을 얻어내는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열이 방출되는 방향을 따라 레이저에 의해 용융된 전기강판의 응고가 이루어 지게 되는데, 이러한 응고 방향은 전기강판의 집합조직과 밀접하게 관련되어 있다. 즉, 면심입방구조를 가진 γ - 철의 경우 응고 방향에 평행하게 <100> 결정방위가 나열된다.
따라서, 전기강판의 두께 방향으로 <100> 결정방위가 나열된 집합조직을 만들고자 할 경우, 응고시 두께 방향으로 냉각이 원활하게 이루어지도록 하면 된다. 이를 위해 표면 방향으로의 냉각속도보다 두께 방향으로의 냉각속도가 빠르도록 레이저에 의해 가열되는 표면의 반대쪽 면에 냉각제를 밀착시킨다. 이러한 냉각제로는 물을 사용하는 것이 바람직하다.
반면에, 전기강판의 표면 방향으로 <100> 결정방위가 나열된 집합조직을 만들고자 할 경우, 응고시 표면 방향으로 냉각이 원활하게 이루어지도록 하면 된다. 이를 위해 레이저의 조사 모양을 조절하여 표면 방향으로의 열의 방출을 유도한다. 이때, 레이저에 의해 가열되는 표면의 반대쪽 면은 단열하여 표면 방향으로 열이 방출되도록 유도한다. 이와 같은 방법을 통하여 레이저의 조사 면적과 모양에 따라 원하는 결정립 크기와 방향을 제어할 수 있게 된다.
상기와 같이, 레이저로 열처리한 후에는 전기강판에 남아 있는 미세 결정립들을 제거하고 잔류 응력을 풀어주기 위해서 800~1100℃ 사이에서 열처리하고, 전기강판의 변형을 제거하기 위해 장력 및 압력을 가하는 압연을 행할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
중량%로, C: 0.0030%, Si: 3.0%, P: 0.008%, S: 0.001%, Al: 0.5%, N: 0.0013%, Mn: 0.2%, Ti:0.0015%이고, 나머지Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃로 재가열한 다음 열간 압연하여 2.0mm 두께로 열간 압연 강판을 제조한다. 이러한 열간 압연 강판을 권취후 냉각하고, 산세한 후 냉간 압연하여 0.35mm 두께로 냉간 압연된 전기강판을 제조한다. 이 후, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기강판(10)의 어느 한 표면(11)을 레이저(L)를 이용하여 가열하고, 레이저(L)에 의해 가열된 표면(11)의 반대쪽 면(12)을 냉각재(W)인 물과 접촉되도록 하여 전기강판(10)의 두께 방향(D)으로 냉각이 이루어지게 하여 두께 방향(D)으로 <100> 결정방위가 나열되도록 집합조직을 유도한다. 이때 사용된 레이저(L)의 사용 조건 및 최종적인 집합조직은 [표 1]과 같다.
구분 면적당 에너지
(W/㎠)		 가열 시간
(초)		 홈의 깊이
(㎛)		 수직<100>
결정방위 분율
발명재1
 5×104 10-5 5 0.67
발명재2
 3×105 10-4 6 0.62
발명재3
 8×107 10-2 7 0.72
비교재1
 9×108 10-3 26 0.73
비교재2
 2×103 10-1 4 0.15
발명재4
 5×105 10-1 5 0.65
비교재3
 5×105 100 5 0.74
비교재4
 4×105 10-6 5 0.2
비교재5
 8×108 10-6 20 0.21
비교재6
 1×103 10-6 1 0.10
비교재7
 1×103 100 2 0.10
여기서, 홈의 깊이는 레이저 조사후, 조사전 높이와 비교했을 때의 높이 변화량이다. 한편, 도 3은 레이저 조사후 용해되어 응고된 전 영역의 결정립을 나타낸 도면이고, 도 4는 레이저 조사후 용해되어 응고된 전 영역의 결정립에 대해 EBSD로 실험한 결과를 나타낸 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 수직<100> 결정방위 분율은 EBSD로 실험한 결과를 분석하여 나온 값으로서, 용해되어 응고된 전기강판(10)의 결정립에 있어서 표면에서의 방사형 결정립(1)을 제외한 중앙 부근의 결정립(2)들 중 <100> 결정방위와 전기강판(10)의 두께 방향(D, 도 2참조)과의 각도가 20˚보다 작은 것들의 분율을 나타낸 것이다.
도 2 및 도 5을 참조하면, 레이저(L)의 면적당 에너지가 104 W/cm2보다 작은 경우는 가열 시간을 늘려도 용해가 안되고, 용해-응고에 의한 <100> 결정방위 분율 증가가 거의 이루어지고 있지 않고 있으므로 가급적 104 W/cm2보다 큰 에너지 밀도를 쓰는 것이 바람직하다. 레이저(L)의 면적당 에너지가 107 W/cm2보다 큰 경우는 전기강판(10)의 증발에 의해 레이저(L)의 조사 영역(R)이 파이게 됨으로써 표면 조도가 악화 되어 자성에 악영향을 주므로 가급적 이보다 낮은 범위 안에서 레이저(L)의 강도를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 레이저(L)의 면적당 에너지가 107 W/cm2보다 큰 경우에 가열 시간을 줄이게 되면 전기강판(10)에 주입되는 에너지의 양은 동일하나 표면에만 에너지가 전달되어 전기강판(10)의 두께 방향(D)으로 뷸균일 조직이 발생하게 된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저(L)의 면적당 에너지는 104W/cm2보다 크고 107W/cm2보다 작으며, 가열 시간은 10-1초보다 크고 10-5초보다 작은 범위일 경우 적층 가능한 표면 조도를 유지하면서 집합조직을 향상시킬 수 있다.
(실시예 2)
중량%로, C: 0.0030%, Si: 3.2%, P: 0.008%, S: 0.001%, Al: 0.8%, N: 0.0013%, Mn: 0.2%, Ti:0.0015%이고, 나머지Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃로 재가열한 다음 열간 압연하여 2.0mm 두께로 열간 압연 강판을 제조한다. 이러한 열간 압연 강판을 권취후 냉각하고, 산세한 후 냉간 압연하여 0.35mm 두께로 냉간 압연된 전기강판을 제조한다.
이 후, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기강판(10)의 어느 한 표면(11)을 레이저(L)를 이용하여 가열한다. 이때 사용된 레이저(L)는 면적당 에너지가 5X105W/cm2이며, 가열 시간은 10-2초이다. 또한, 레이저(L)에 의해 가열된 표면(11)의 반대쪽 면(12)과 전기강판(10)을 받치는 지지대(M) 사이에는 냉각재(W)로서 물 이외에도 [표 2]와 같은 다양한 열 전도도를 가지는 물질을 채워 넣는다.
구분 충전물질 열전도도
(W/mK)		 수직<100>
결정방위 분율		 수평<100>
결정방위 분율
발명재1
 공기 0.025 0.75 0.1
발명재2
 알코올
 0.1 0.6 0.3
발명재3
 물 0.6 0.12 0.76
발명재4
 열전도에폭시 2 0.11 0.8
여기서, 상기 수직<100> 결정방위 분율은 EBSD로 실험한 결과를 분석하여 나온 값으로서, 용해되어 응고된 전기강판(10)의 전 영역의 결정립들 중 <100> 결정방위와 전기강판(10)의 두께 방향(D, 도 2참조)과의 각도가 20˚보다 작은 것들의 분율을 나타낸 것이고, 상기 수평<100> 결정방위 분율은 EBSD로 실험한 결과를 분석하여 나온 값으로서, 용해되어 응고된 전기강판(10)의 전 영역의 결정립들 중 <100> 결정방위와 전기강판(10)의 표면과의 각도가 20˚보다 작은 것들의 분율을 나타낸 것이다.
상기 [표 2]에 나타난 결과를 도 2를 참조하여 살펴보면, 레이저(L)에 의해 가열되는 전기강판(10)의 표면(11)의 반대쪽 면(12)에 열전도도가 0.1보다 작은 물질이 있는 경우, <100> 결정방위가 전기강판(10)의 두께 방향(D)으로 0.3 이하로 분포해 있으며, 열전도도가 0.5보다 큰 경우에는 전기강판(10)의 표면 방향(E)으로 0.7이상 분포해 있음을 알 수 있다. 전기강판(10)의 두께 방향(D)으로 열전도도가 좋을 경우에는 충전물질이 닿는 부분에서 용해된 전기강판(10)이 과냉되어 결정립이 성장하기 시작하고, 전기강판(10)의 두께 방향(D)으로 급속히 성장하며, 이때, 빠른 성장이 용이한 <100> 결정방위가 전기강판(10)의 두께 방향(D)을 따라 발달하게 된다. 하지만, 충전물질의 열전도도가 좋지 않을 경우에는 대부분의 열을 측면으로 빼앗기게 되어 측면에 위치한 기지 금속으로부터 결정이 성장하게 되어 <100> 결정방위가 전기강판(10)의 표면 방향(E)과 평행이 되도록 성장한다. 이러한 원리를 이용하면, 충전물질이나 냉각속도를 조절하여 응고시 발생하는 집합조직을 자유롭게 조절할 수 있게 되며, 특히 전기강판(10)의 두께 방향(D)으로의 냉각속도를 향상시킬 경우 무방향성 전기강판에 유리한 집합조직을 얻을 수 있게 된다.
(실시예 3)
중량%로, C: 0.0040%, Si: 3.0%, P: 0.008%, S: 0.001%, Al: 0.3%, N: 0.0013%, Mn: 0.2%, Ti:0.0015%이고, 나머지Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브를 1150℃로 재가열한 다음 열간 압연하여 2.0mm 두께로 열간 압연 강판을 제조한다. 이러한 열간 압연 강판을 권취후 냉각하고, 산세한 후 냉간 압연하여 0.35mm 두께로 냉간 압연된 전기강판을 제조한다.
이 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 전기강판(10)의 어느 한 표면(11)을 직사각형의 빔모양을 가지는 레이저(L)를 이용하여 가열한다. 이때, 레이저(L)가 전기강판(10)의 가열되는 표면(11)에 수직하게 조사되도록 한다. 따라서, 열전달 방향(H)은 전기강판(10)의 표면 방향(E)과 평행한 방향이 되어, 전기강판(10)의 표면 방향(E)에 평행한 방향으로 결정립의 성장이 유도되어 <100> 결정방위가 전기강판(10)의 표면 방향(E)과 평행이 되도록 성장한다. 여기서, 전기강판(10)의 표면 방향(E)과 평행한 방향은 압연 방향(P)과 일치하게 된다.
한편, [표 3]은 이와 같은 실시예 3과 질소 분위기에서 950℃로 1분간 열처리한 비교재 및 그 집합조직을 비교한 결과를 나타낸다.
구분
 냉간 압연 후 공정 표면 방향
<100> 결정방위 분율		 두께 방향
<100> 결정방위 분율		 결정립 크기
(㎛)		 표면 방향 철손(W15/50(W/kg))
비교재1
 레이저열처리 0.91 0.45 65 2.38
비교재2
 950℃에서 1분간 열처리 0.22 0.30 104 2.33
비교재3
 레이저열처리 +700℃에서 열처리 0.90 0.13 68 2.32
발명재1
 레이저열처리+900℃에서 열처리 0.94 0.12 98 2.07
발명재2
 레이저열처리+1050℃에서 열처리 0.93 0.10 160 2.05
비교재4
 레이저열처리+1200℃에서 열처리 0.93 0.11 200 2.21
여기서, 표면 방향 <100> 결정방위 분율은 EBSD로 실험한 결과를 분석하여 나온 값으로, 결정의 <100> 결정방위와 발명재인 전기강판(10) 및 비교재(미도시)의 표면 방향(E)과의 각도가 20˚보다 작은 것들의 분율을 나타낸 것이고, 두께 방향 <100> 결정방위 분율은 EBSD로 실험한 결과를 분석하여 나온 값으로, 결정의 <100> 결정방위와 발명재인 전기강판(10) 및 비교재(미도시)의 두께 방향(D)과의 각도가 20˚보다 작은 것들의 분율을 나타낸 것이다. 한편, 결정립 크기는 발명재인 전기강판(10) 및 비교재(미도시)의 레이저(L)에 의해 가열되는 표면(11)과, 그 반대쪽 면(12) 및, 측면(13)에서 측정한 값들을 평균한 것이고, 표면 방향 철손은 6㎝×6㎝의 단판을 통해 측정한 것이다.
[표 3]에 나타난 비교 결과를 살펴보면, 레이저(L)로 열처리를 할 경우 일반 소둔을 할 경우보다 표면 방향(E)으로의 <100> 결정방위 분율이 상당히 높은 것을 알 수 있다. 이는 직사각형의 빔모양을 가지는 레이저(L)를 발명재인 전기강판(10) 및 비교재(미도시)의 표면(11)에 수직한 방향으로 조사하여 용융시킨 후 응고시킴으로써, 발명재인 전기강판(10) 및 비교재(미도시)의 표면 방향(E)으로 열전달이 활발하게 이루어지면서 기지에서 핵이 생성된 결정립들이 상기 표면 방향(E)과 평행한 방향으로 성장하기 때문이다. 이때, 상대적으로 온도가 낮은 기지 금속들에 의해 비교적 빠르게 냉각 성장되는 <100> 결정방위를 갖는 결정립이 상기 표면 방향(E)으로 성장하게 된다. 따라서, 상기 표면 방향(E)과 평행한 방향인 압연 방향(P)으로의 자성이 요구되는 방향성 전기강판에 유리한 집합조직을 얻을 수 있게 된다.
한편, 상기 표면 방향(E)으로 <100> 결정방위가 강하게 형성됨과 동시에 전기강판(10)의 두께 방향(D)과 평행한 방향으로도 <100> 결정방위가 형성된다. 즉, 레이저(L)로 열처리를 한 직후에는 미세 결정립들이 남아 있게 되고, 이로 인한 잔류응력이 남아 있게 된다. 따라서, 잔류 응력을 제거하기 위한 적절한 열처리가 필요하다. 그런데, 800℃ 이하로 열처리할 경우 결정립 성장이 충분치 않게 되고, 1100℃ 이상으로 열처리할 경우 지나친 결정립 성장 또는 표면 산화에 의해 자성이 악화되므로, 800℃~1100℃ 사이의 온도로 열처리를 행하는 것이 효과적이다. 또한, 전기강판(10)의 변형을 제거하기 위해 장력 및 압력을 가하는 최종 압연 단계를 실시하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.
도 1은 α- 철의 결정 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무방향성 전기강판 제조방법의 실시 상태를 나타낸 도면.
도 3은 레이저 조사후 용해되어 응고된 전 영역의 결정립을 나타낸 도면.
도 4는 레이저 조사후 용해되어 응고된 전 영역의 결정립에 대해 EBSD로 실험한 결과를 나타낸 도면.
도 5는 레이저의 면적당 에너지와 가열 시간에 따른 전기강판의 상태 변화를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방향성 전기강판 제조방법의 실시 상태를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 전기 강판 1 : 방사형 결정립
2 : 중앙 부근의 결정립 D : 두께 방향
E : 표면 방향 L : 레이저
P : 압연 방향 W : 냉각제

Claims (7)

  1. 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판(10)의 어느 한 표면(11)을 면적당 에너지가104W/cm2 ~ 107W/cm2인 레이저(L)로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하고, 레이저에 의해 가열되는 표면(11)의 반대쪽 면(12)에 냉각재(W)를 접촉시켜 상기 전기강판(10)의 두께 방향(D)으로 냉각이 이루어지게 하여 두께 방향(D)으로 <100> 결정방위가 나열되도록 하는 무방향성 유도 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 무방향성 전기강판 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 무방향성 유도 단계 이후 상기 전기강판(10)에 잔류하는 응력을 제거하기 위해 800~1100℃에서 열처리하는 응력 제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 무방향성 전기강판 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 응력 제거 단계 이후 상기 전기강판(10)의 변형을 제거하기 위해 장력 및 압력을 가하는 최종 압연 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 무방향성 전기강판 제조방법.
  4. 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판(10)의 어느 한 표면(11)을 면적당 에너지가104W/cm2 ~ 107W/cm2이고 직사각형의 빔모양을 가진 레이저(L)로 상기 전기강판(10)의 표면(11)에 수직한 방향으로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하여 상기 전기강판(10)의 표면 방향(E)과 평행한 방향으로 열전달이 이루어지도록 함으로써 전기강판(10)의 표면 방향(E)에 평행한 방향으로 <100> 결정방위가 나열되도록 하는 방향성 유도 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 방향성 전기강판 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 방향성 유도 단계 이후 상기 전기강판(10)에 잔류하는 응력을 제거하기 위해 800~1100℃에서 열처리하는 응력 제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 방향성 전기강판 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 응력 제거 단계 이후 상기 전기강판(10)의 변형을 제거하기 위해 장력 및 압력을 가하는 최종 압연 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 방향성 전기강판 제조방법.
  7. 중량%로 Si 4% 이하인 전기강판(10)의 어느 한 표면(11)을 면적당 에너지가 104W/cm2 ~ 107W/cm2인 레이저(L)로 10-5초 ~ 10-1초 동안 가열하고, 가열된 부분의 열이 방출되는 방향을 제어하여 <100> 결정방위를 원하는 방향으로 나열시켜 원하는 자기적 특성을 갖는 전기강판(10)을 얻어내는 것을 특징으로 하는 전기강판 집합조직 제어 방법.
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