KR101370634B1 - 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

전기강판의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 전기강판의 제조방법은 레이저 조사에 의해 강판 표면을 용융하여 제 1, 제 2 측면 및 바닥면을 가지는 그루브(groove)를 형성하는 단계, 및 상기 그루브를 형성하는 단계에서, 상기 제 1, 제 2 측면, 바닥면상에 형성되는 상기 강판의 용융부산물을 에어 블로잉 또는 석션하여 제거함으로써, 상기 제 1, 제 2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되는 오프닝부를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

전기강판 및 그 제조방법{GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전기강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강판 표면에 레이저 조사에 의한 그루브를 형성하여 강판의 자구를 미세화시킨 방향성 전기강판에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 변압기 등의 전기기기의 철심재료로 사용되며 전기기기의 전력손실을 줄이고 효율을 높이기 위해서 철손이 적고 자속밀도가 높은 자기적 특성을 지닌 강판이 요구된다.
일반적으로 방향성 전기강판은 열연 및 냉연과 소둔공정을 통하여 압연방향으로 {110}<001> 방향이 배향된 집합조직(일명 '고스집합조직'이라고도 함)을 갖고 있는 재료를 말한다.
이러한 방향성 전기강판에 있어서 {110}<001> 방향은 철의 자화가 용이한 방향으로 그 배향된 정도가 높을수록 자기적 특성이 우수하게 된다.
방향성 전기강판의 자기적 특성을 향상시키기 위하여 자구를 미세화 하는 방법이 사용되는데, 자구 미세화 방법으로는 응력제거 소둔에 의해 자구 미세화 개선 효과 유지 유·무에 따라 일시적 자구 미세화와 영구적 자구 미세화로 구분할 수 있다.
일시적 자구 미세화 방법은 열에너지나 기계적 에너지로 표면에 국부적인 압축응력을 인가함으로써 발생한 자기탄성에너지를 최소화 시키기 위해 90o 도메인(domain)을 형성함으로써 자구를 미세화 시키는 도메인 미세화 기술이다. 일시자구미세화 기술은 도메인을 미세화시키는 에너지원에 따라 레이저 자구 미세화법, 볼 스크래치법, 플라즈마 또는 초음파에 의한 자구 미세화법이 있다.
열처리 후에도 철손개선 효과를 유지할 수 있는 영구적 자구 미세화 방법은 에칭법, 롤법 및 레이저법으로 구분할 수 있다. 에칭법은 용액 내에서 산용액에서 전기화학적인 부식반응에 의해 강판 표면에 그루브를 형성시키기 때문에 그루브 형상(그루브 폭, 그루브 깊이) 제어가 어렵고, 강판을 생산하는 중간공정(탈탄소둔, 고온소둔 전)에서 그루브를 형성 시키기 때문에 최종 제품의 철손특성의 보증이 어려우며 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 단점을 갖고 있다.
펄스 레이저에 의한 영구적 자구 미세화 방법은 증착에 의해 그루브를 형성시키기 때문에 용융부 형성을 억제하기 때문에 열처리(응력제거 소둔, SRA) 전 철손 개선율을 확보하기 어렵고, 열처리 후에는 단순 그루브에 의한 자구 미세화 효과만 유지할 뿐만 아니라 강판의 이송속도를 고속으로 처리하지 못하는 단점을 갖고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 방향성 전기강판 표면에 연속파 레이저 빔을 조사함으로써 그루브를 형성하고, 그루브의 측벽(내부 벽면)에 용융금속의 응고부를 형성시킴으로써 열처리 전·후의 철손 개선율을 개선한 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법에 관한 것이다.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판은 강판상에 상호 마주하는 제 1 측면과 제 2 측면 및 바닥면을 가지도록 형성된 그루브(groove)와 상기 제 1, 제 2 측면 및 바닥면상에 그루브 형성과정에서 상기 강판의 용융부산물이 응고하여 형성되는 응고부가 제거되어 상기 제1, 제 2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되는 오프닝부 를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 측면 또는 제 2 측면에 형성된 응고부는, 측면거리(C)를 강판의 표면과 응고부의 경계로부터 상기 그루브의 바닥면의 중심까지의 거리라고 정의할 때, 상기 측면거리의 2% 이상을 점유하는 것을 특징으로 한다.
상기 그루브의 형성시, 그루브 형상인자를 그루브의 깊이(DG)/하부반가폭(W1)으로 정의할 때, 상기 그루브 형성인자는 0.1 내지 9.0인 것을 특징으로 하는 전기강판. 여기서, 상기 그루브의 깊이(DG)는 상기 강판의 표면으로부터 상기 바닥면까지의 거리이며, 하부 반가폭(W1)은 상기 바닥면의 강판폭방향 길이의 1/2이다.
상기 그루브의 폭 범위는 10~70㎛ 일 수 있다.
상기 그루브의 깊이는 0.5㎛ 이하일 수 있다.
상기 응고부의 두께 범위는 0.05W1~5W1일 수 있다. 여기서, 상기 하부폭(W1)은 상기 바닥면의 중앙에서 상기 제 1, 제 2 측면에 형성된 응고부의 시작 지점까지의 강판의 폭방향 거리이다.
상기 제 1, 제 2 측면에 형성되는 응고부는 상기 바닥면으로 갈수록 두께가 감소하며, 상기 강판의 표면부로 갈수록 두껍게 형성될 수 있다.
상기 전기강판은 2차 재결정을 위한 고온 소둔 및 장력코팅이 완료된 방향성 전기강판 또는 2차 재결정을 위한 고온 소둔이 완료되고 장력코팅이 이루어지기 전의 방향성 전기강판일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 전기강판의 제조방법은 레이저 조사에 의해 강판 표면을 용융하여 제 1, 제 2 측면 및 바닥면을 가지는 그루브(groove)를 형성하는 단계, 및 상기 그루브를 형성하는 단계에서, 상기 제 1, 제 2 측면, 바닥면상에 형성되는 상기 강판의 용융부산물을 에어 블로잉 또는 석션하여 제거함으로써, 상기 제 1, 제 2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되는 오프닝부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 강판의 표면에 조사되는 레이저의 형상은 구형(sphere) 또는 타원형(oval)일 수 있다.
상기 레이저의 조사에 의해 상기 전기강판의 표면에 그루브 형성시,
압연방향의 그루브 직경(BW)은 10㎛ 내지 70㎛ 일 수 있다.
상기 압연방향의 그루브 직경을 형성하기 위하여, 상기 전기강판의 표면에 조사되는 레이저의 압연방향 폭은 60㎛ 이내 일 수 있다.
상기 레이저의 조사에 의해 상기 전기강판의 표면에 그루브 형성시,
강판의 폭방향 그루브 길이(BL)는 10㎛ 내지 100㎛ 일 수 있다.
상기 강판의 폭 방향 그루브 길이 형성을 위하여, 상기 강판 표면에 조사되는 레이저의 강판 폭 방향 길이는, 상기 레이저의 형상이 구형인 경우, 90㎛ 이내이며, 상기 레이저의 형상이 타원형(oval)인 경우, 150㎛ 이내일 수 있다.
상기 레이저의 조사에 의해 상기 전기강판의 표면에 그루브 형성시,
압연방향의 그루브 직경(BW)은 10㎛ 내지 70㎛ 이며, 강판의 폭방향 그루브 길이(BL)는 10㎛ 내지 100㎛ 일 수 있다.
상기 레이저의 조사시, 압연 방향 조사거리(DS)는 3mm 내지 30mm 일 수 있다.
상기 레이저의 조사에 의해 상기 전기강판의 표면에 형성되는 그루브에 있어서, 상기 제 1 측면 또는 제 2 측면에 형성된 응고부는, 측면거리(C)를 강판의 표면과 응고부의 경계로부터 상기 그루브의 바닥면의 중심까지의 거리라고 정의할 때, 상기 측면거리의 2% 이상을 점유할 수 있다.
상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 전기강판의 표면에 그루브를 형성시, 그루브 형상인자를 그루브의 깊이(DG)/하부반가폭(W1)으로 정의할 때, 상기 그루브 형성인자는 0.1 내지 9.0일 수 있다. 여기서, 상기 그루브의 깊이(DG)는 상기 강판의 표면으로부터 상기 바닥면까지의 거리이며, 하부 반가폭(W1)은 상기 바닥면의 강판폭방향 길이의 1/2이다.
상기 레이저의 조사는 상기 강판의 폭 방향에 대하여 3~6개로 구분되어 조사될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 전기강판의 자구 미세화 장치는 강판에 조사하여 표면을 용융하기 위한 레이저를 발생시키는 레이저 발생부, 강판에 입사되는 입사빔의 형상을 제어하는 쉐이핑 미러, 강판의 이동속도에 따라 이동하면서 강판에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 이동식 초점거리 제어부, 및 레이저 조사에 의해 강판 표면이 용융시 발생되는 용융부산물을 제거하는 용융부산물 제거부를 포함한다.
상기 쉐이핑 미러는 복수의 미러로 구성되며, 2개의 미러를 연동시켜 원형 또는 타원형의 형상을 갖는 빔을 형성할 수 있다.
상기 이동식 초점거리 제어부는 폴리곤 스캐너 미러와 초점 미러로 구성되며, 상기 폴리곤 스캐너 미러의 회전속도를 조절하여 구동될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 표면에 압연방향의 수직방향으로 레이저를 조사하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 강판의 표면에 레이저를 조사할 때, 조사부위에서의 그루브의 형상을 XY 평면상에 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 강판의 A-A´단면의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 그루브의 내측면에 형성되는 응고부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 방향성 전기강판의 자구 미세화시 강판 표면에 조사되는 레이저 빔의 형상 및 모드를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 방향성 전기강판의 표면에 레이저를 강판의 폭 방항에 대하여 3개의 구분된 선으로 조사한 것을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 전기강판의 표면에 레이저를 조사하는 자구미세화 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자구 미세화를 위하여 강판 표면에 그루브(groove)가 형성된 전기강판에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 전기강판(10)의 압연방향에 수직으로 일정한 간격으로 조사되는 레이저의 조사선(20)을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 조사에 의해 강판의 표면에 형성된 여러가지 형상의 그루브(30)들의 단면을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전기강판은 강판상에 상호 마주하는 제 1 측면과 제 2 측면 및 바닥면을 가지도록 형성된 그루브(30)(groove) 와 상기 제 1, 제 2 측면 및 바닥면상에 그루브(30) 형성과정에서 상기 강판의 용융부산물이 응고하여 형성되는 응고부가 제거되어 상기 제1, 제 2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되는 오프닝부를 가지는 것을 특징으로 한다.
도 4는 강판에 형성된 그루브의 제 1, 제 2 측면에 용융부산물에 의한 응고부(35)가 형성된 것을 도시한 도면이다. 그루브의 바닥면은 응고부가 형성되지 않은 것을 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 상기 제 1 측면 또는 제 2 측면에 형성된 응고부(35)는 각각의 측면 거리(C)의 2% 이상을 점유하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 3을 참조하면, 그루브 형상인자(DG/Wl)는 0.1 내지 9.0인 것을 특징으로 한다.
상기 전기강판의 표면에 그루브(30)를 형성하기 위하여 강판의 표면에 연속파(continuous wave) 레이저를 조사하여, 강판의 표면부의 용융에 의한 그루브(30)를 형성하고, 상기 그루브(30)의 제 1, 제 2 측면에 용융부산물의 응고부가 형성되게 된다.
상기 전기강판은 방향성 전기강판이 사용될 수 있으며, 방향성 전기강판은 압연방향에 대하여 강판의 집합조직이 {110}<001>인 고스집합조직(GOSS texture)을 나타내고 있어 일방향 혹은 압연방향으로 자기적 특성이 우수한 연자성 재료이다.
방향성 전기강판은 압연방향으로 자기적 성질이 우수하여 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자기기 등의 철심 재료로 사용되고 있다.
일반적으로 방향성 전기강판의 제조는 연속주조 공정에 의해 제조된 슬라브(slab)를 열간압연→예비소둔→냉간압연→탈탄소둔→고온소둔→평탄화소둔 및 절연코팅→정정 및 레이저 처리 등을 통하여 이루어지게 된다.
상기 레이저 조사가 이루어지는 방향성 전기강판은 강판의 2차 재결정이 일어나도록 하기 위한 고온 소둔공정이 완료되고 장력코팅이 도포되거나 고온 소둔공정이 완료되고 장력코팅이 도포되기 전의 강판이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판의 제조방법은 레이저 조사에 의해 강판 표면을 용융하여 제 1, 제 2 측면 및 바닥면을 가지는 그루브(groove)를 형성하는 단계, 및 상기 그루브를 형성하는 단계에서, 상기 제 1, 제 2 측면, 바닥면상에 형성되는 상기 강판의 용융부산물을 에어 블로잉 또는 석션하여 제거함으로써, 상기 제 1, 제 2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되는 오프닝부를 형성하는 단계를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저가 조사되는 강판의 2개의 조사선 부위(30)를 XY 평면에 대하여 나타낸 것으로, 레이저가 조사되면서 표면이 용융되면서 용융부산물의 제거에 의해 그루브가 형성됨을 개략적으로 도시한 것이다.
그루브가 형성되면서 그루브의 내부의 양측면에 형성되는 제 1, 제2 측면은 도시를 생략하였다.
압연 방향의 그루브 직경(BW), 강판의 폭 방향 그루브 길이(BL) 및 레이저 빔의 압연방향 조사거리(DS)를 도 2에 도시하였다.
상기 레이저의 조사에 의해 상기 강판의 표면에 그루브 형성시, 압연방향의 그루브 직경(BW)은 10㎛ 내지 70㎛ 인 것을 특징으로 한다. 압연방향의 그루브 직경은 아래에 기술한 바와 같이, 전기강판의 표면에 조사되는 레이저의 압연방향 폭이 60㎛ 이내일 경우, 조사 부위에서 용융부와 인접한 열영향부(Heat Affected Zone; HAZ)의 영향을 고려하여 조절하게 된다.
보다 구체적으로, 압연방향 그루브 직경(BW)이 10㎛ 미만일 경우는 SRA(Stress Relief Annealing) 열처리 후, 철손 개선효과가 나타나지 않으며 70㎛ 초과인 경우는 연속파 레이저에 의한 열영향이 커서 열처리 전 철손 개선효과를 나타내지 않으며 자속밀도 열화가 크게 나타난다.
또한, 상기 압연방향의 그루브 직경(BW)을 형성하기 위하여, 상기 전기강판의 표면에 조사되는 레이저 빔의 압연방향 폭은 60㎛ 이내로 조절한다.
한편, 상기 레이저의 조사에 의해 상기 강판의 표면에 그루브 형성시, 강판의 폭방향 그루브 길이(BL)는 10㎛ 내지 150㎛ 인 것을 특징으로 한다.
강판의 폭방향 그루브 길이는 아래에 기술한 바와 같이, 일정한 강판 폭 방향 길이를 갖는 구형 또는 타원형의 레이저를 조사시, 용융부와 인접한 열영향부(Heat Affected Zone; HAZ)의 영향을 고려하여 조절하게 된다.
보다 구체적으로, 강판의 폭방향 그루브 길이가 10㎛ 미만인 경우, 응력제거 소둔(SRA) 열처리전 철손 개선효과가 나타나지 않으며, 150㎛ 초과인 경우는 응력제거 소둔 열처리 전 자속밀도와 철손 열화가 나타난다.
상기 강판의 폭 방향 그루브 길이 형성을 위하여, 상기 강판 표면에 조사되는 레이저의 강판 폭 방향 길이는, 상기 레이저의 형상이 구형인 경우, 90㎛ 이내 이며, 상기 레이저의 형상이 타원형(oval)인 경우, 150㎛ 이내인 것을 특징으로 한다.
상기 레이저의 조사시, 압연 방향 조사거리(DS)는 연속파 레이저빔에 의한 열영향부의 영향을 최소화 시키기 위하여 3mm 내지 30mm 인 것을 특징으로 한다.
도 3은 도 1에 도시된 강판의 A-A´방향의 단면을 도시한 것으로, 그루브(30)의 바닥면과 그루브(30)의 제 1, 제 2 측면에 형성된 응고부(35)가 도시되어 있다.
도 3의 좌측에는 레이저 조사에 의해 제 1, 제 2 측면 및 바닥부에 응고부가 형성된 것을 도시한 도면이다.
도 3의 좌측에서 두번째부터는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 그루브가 형성된 것을 도시한 것으로, 바닥면에 응고부가 잔류하지 않고, 그루브의 제 1, 제 2측면에만 응고부(35)가 형성되거나, 바닥면과 제 2 측면의 한 면에만 응고부(33, 35)가 형성된 것, 그루브의 제 2 측면인 한 면에만 응고부(35)가 형성된 것, 그루브만 형성되고 응고부는 잔류하지 않는 것을 도시하고 있다.
상기 레이저의 조사에 의해 상기 강판의 표면에 형성되는 그루브에 있어서, 그루브 제 1, 제 2 측면에 형성되는 응고부(35)는 각각 제 1, 제 2 측면 거리의 2% 이상을 점유하는 것을 특징으로 한다.
도 4는 도 3의 그루브의 제 1, 제 2 측면에만 응고부가 형성된 부분을 보다 자세하게 도시한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제 1, 제 2 측면거리(C)는 강판의 표면과 응고부의 경계로부터 상기 그루브(30)의 바닥면의 중심까지의 거리를 의미한다.
상기 응고부(35)가 점유하는 부분이 제 1 또는 제 2 측면거리(C)의 2% 미만인 경우는 열처리 전 철손 개선효과가 나타나지 않아 바람직하지 않다.
상기 레이저의 조사에 의해 상기 강판의 표면에 그루브를 형성시, 그루브 형상인자를 그루브의 깊이(DG)/하부반가폭(W1)으로 정의할 때, 상기 그루브 형성인자는 0.1 내지 9.0인 것을 특징으로 한다.
그루브 형성인자를 구성하는 그루브 깊이(DG)는 강판의 표면으로부터 그루브의 바닥면에 형성된 응고부의 골까지의 깊이(depth)를 의미한다.
한편, 그루브의 바닥면에 응고부를 제거한 경우는 강판의 표면으로부터 그루브의 바닥면까지의 거리를 의미한다.
하부 반가폭(W1)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 바닥면의 강판폭방향 길이의 1/2을 의미한다. 바닥면의 폭방향 길이는 바닥면과 제 1, 제 2측면이 이루는 경계지점들 간의 직선거리가 될 수 있다.
상기 레이저 조사는 강판의 2차 재결정을 위한 고온 소둔 및 장력코팅이 완료된 전기강판 또는 2차 재결정을 위한 고온 소둔이 완료되고 장력코팅이 이루어지기 전의 전기강판에 대하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
전기강판에 레이저 조사에 의해 표면부에 형성되는 용융부산물은 에어 블로잉(air blowing) 또는 석션(suction)에 의해 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 에어 블로잉 또는 석션에 의해 그루브 내 형성되는 응고부는 그루브 바닥면과 제 1, 제 2 측면에 동시 혹은 단독으로 생성된다. 용융부산물의 응고조직을 그루브의 제 1, 제 2 측벽에만 형성하기 위해서는 레이저 조사에 의해 그루브에 형성된 용융금속을 에어를 주입하여 외부로 비산시키거나 그루브의 제 1, 제 2 측면으로 이동하도록 블로잉함으로써 가능하다.
그루브의 바닥면에 형성된 용융부산물은 석션(suction)장치 등을 이용하여 제거함으로써 그루브의 바닥면에 응고부가 형성하지 않도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명에서 전기강판의 표면에 그루브를 형성하기 위하여표면에 조사되는 연속파 레이저의 형상을 도시한 것으로, 레이저의 형상이 구형(sphere) 또는 타원형(oval type)일 때의 경우를 나타내었다.
연속파 레이저에 의해 형성된 레이저 빔의 형상은 도 5에 도시한 바와 같이 구형 또는 타원형(oval shape) 형태의 단일 모드(single mode) 형상을 갖고 있다. 도 5는 구형 또는 타원형의 레이저의 형상 및 각각의 레이저의 가우시안 모드(Gaussian mode)를 나타낸 것으로 모두 단일 모드임을 알 수 있다.
도 6은 강판의 표면에 조사되는 레이저 조사선(20)이 3개로 구분(분할)되어 조사되는 것을 도시한 도면으로, 레이저 조사는 상기 강판의 폭방향에 대하여 3 내지 6개로 구분되어 조사되는 것을 특징으로 한다.
도 6에 도시된 강판의 폭방향에 대하여 복수의 그루브가 단속적으로 형성되기 위하여는, 도 7에 도시한 자구 미세화 장치를 복수로 구성하여 강판의 표면에 조사함으로써 이루어질 수 있다.
이하, 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 전기강판의 자구 미세화>
도 7은 본 발명의 전기강판에 연속파 레이저 빔을 조사하여 전기강판의 자구를 미세화하기 위한 자구 미세화 장치를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 방향성 전기강판의 자구 미세화 장치는, 강판에 조사하여 표면을 용융하기 위한 레이저를 발생시키는 레이저 발생부(100), 강판에 입사되는 입사빔의 형상을 제어하는 쉐이핑 미러(120, 125, 127), 강판의 이동속도에 따라 이동하면서 강판에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 이동식 초점거리 제어부, 및 레이저 조사에 의해 강판 표면이 용융시 발생되는 용융부산물을 제거하는 용융부산물 제거부(170)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 쉐이핑 미러(120, 125, 127)는 복수의 미러로 구성되며, 2개의 미러를 연동시켜 원형 또는 타원형의 형상을 갖는 빔을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동식 초점거리 제어부는 폴리곤 스캐너 미러(130)와 초점 미러(160)로 구성되며, 상기 폴리곤 스캐너 미러(130)의 회전속도를 조절하여 구동되는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 발생부(100)는 연속파 레이저를 발생시키며, 발생된 레이저는 전반사 미러(110)를 경유하여, 2개의 렌즈를 연동시켜 원형 또는 타원형(oval)의 형상을 갖도록 변환시키는 복수의 쉐이핑 미러(120, 125, 127)에 의해 변환된 후, 일정한 속도로 회전하면서 상기 쉐이핑 미러(120, 125, 127)로부터 입사된 레이저를 강판의 이동속도에 따라 이동하면서 강판에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 이동식 초점거리 제어부에 의해 강판에 입사된다.
상기 이동식 초점거리 제어부는 폴리곤 스캐너 미러(130), 초점 미러(160)로 구성된다.
강판에 레이저가 입사되어 강판의 표면이 용융될 경우, 에어 블로워또는 석션 장치에 의해 용융부산물을 제거함으로써 강판의 표면에 그루브를 형성하게 된다.
상기 용융부산물은 에어 블로워에 의해 용융부산물을 비산시켜 제거할 수 있다.
도 7에 도시된, 레이저 조사장치를 이용하여 강판의 압연폭 방향으로 평행하게 레이저 빔을 조사하면, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 연속파 레이저에 의해 형성된 그루브는 바닥면과 제1, 제 2 측면에 용융부산물이 응고된 응고부(33, 35)을 갖게 되며, 그루브의 조사거리(DS)는 레이저 광학계에서 폴리곤 스캐너 미러(130)의 회전속도를 조절함으로써 조정하게 된다.
도 7을 참조하면, 레이저 발생부(100)에서 발진된 연속파 레이저 빔은 전반사 미러(110)를 경유한 후 복수의 쉐이핑 미러(120, 125, 127)를 통하여 강판(10)에 조사되는 빔 형상을 구형 혹은 타원형(oval)을 형성하게 하며, 이러한 구형과 타원형 빔은 실린더(140)를 통하여 빔 형상 미러(125, 127)를 선택적으로 사용함으로써 형성되게 된다.
즉, 레이저의 형상을 구현하기 위하여, 2개의 쉐이핑 미러(120, 125)를 연동시켜 레이저의 형상을 원형으로 형성할 수 있으며, 2개의 쉐이핑 미러(120, 127)을 연동시켜 레이저의 형상을 타원형(oval)으로 형성이 가능하다.
즉, 실린더(140)에 의해 두 개의 쉐이핑 미러(125, 127)을 선택적으로 이동시킴으로써 전단부의 쉐이핑 미러(120)와 조합에 의해 원형 또는 타원형의 빔을 형성할 수 있다. 상기 쉐이핑 미러(120, 125, 127)은 서로 다른 곡률을 갖고 형성되어 있다.
쉐이핑 미러(125, 127)에서 일정한 형상을 갖도록 변환된 레이저는 폴리곤 스캐너 미러(130)를 경유한 후 초점 미러(160)에서 강판에 연속파 레이저를 조사하게 된다. 강판(10)에 조사되는 레이저 조사선(20)은 폴리곤 스캐너 미러(130)의 회전속도를 조절함으로써 3~30mm까지 조절할 수 있다.
폴리곤 스캐너 미러(130)는 원형의 회전체 표면에 여러 장이 평면거울을 부착하여 회전시킴으로써 각 거울은 짧은 시간동안 레이저 빔을 강판 표면에 조사하고, 다음으로 인접한 또 다른 거울이 레이저 빔을 받아서 조사하는 것을 연속적으로 일으키게 된다.
한편, 강판의 표면에 형성된 용융부산물을 비산시킴으로써 용융부산물이 제거된 그루브가 형성되거나 그루브의 제 1, 제 2 측면에 용융부산물이 응고된 응고부를 형성될 수 있다. 용융부산물을 비산시키기 위하여 에어 등을 취입하는 용융부산물 제거수단이 사용될 수 있다. 또한, 상기 용융부산물을 제거하기 위한 석션 수단이 사용될 수 있다.
표 1은 본 발명의 연속파 레이저 조사에 의해 0.27mm 두께의 강판 표면에 형성된 그루브와 용융부산물의 응고조직에 의한 방향성 전기강판의 철손 개선율의 변화를 나타내고 있다.
구 분 BW BL DS DG/W1 DS 레이저 조사전 레이저 조사후 SRA후 철손
개선율
㎛ 무차 mm W17/50 조사후 SRA후
발명예 1
(연속파 레이저/타원형)		 40 55 15 2.3 4.5 0.95 0.86 0.84 9.5 11.6
0.93 0.84 0.81 9.7 12.9
0.96 0.85 0.83 11.5 13.5
발명예 2
(연속파 레이저/원형)		 40 45 15 2.3 4 0.95 0.87 0.84 8.4 11.6
0.93 0.85 0.82 8.6 11.8
0.94 0.86 0.83 8.5 11.7
비교예
(펄스 레이저/
불연속그루브)		 50 90 15 2.3 6 0.95 0.96 0.89 -1.1 6.3
0.94 0.97 0.88 -3.2 6.4
표 1에 나타낸 바와 같이, 강판의 진행방향에 대하여 85~95°의 각도로 레이저 빔을 조사하여 강판 표면에 그루브를 하부폭(W1) 10㎛ 이내, 깊이 3~30 ㎛로 형성시킴으로써 열처리 전 철손 개선율을 7%, 열처리 후 철손 개선율을 10% 이상 개선할 수 있었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 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.
10 : 전기강판 20 : 조사선
30 : 그루브(groove) 33 : 바닥면의 응고부
35 : 제 1, 제 2 측면의 응고부
100 : 레이저 발생부
110 : 전반사 미러 120,125,127 : 쉐이핑 미러
130 : 폴리곤 스캐너 미러 140 : 실린더
160 : 초점 미러 170 : 용융부산물 제거부

Claims (22)

  1. 강판상에 상호 마주하는 제 1 측면과 제 2 측면 및 바닥면을 가지도록 형성된 그루브(groove); 와
    상기 제 1, 제 2 측면 및 바닥면상에 그루브 형성과정에서 상기 강판의 용융부산물이 응고하여 형성되는 응고부가 제거되어 상기 제1, 제 2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되는 오프닝부; 를 포함하며,
    상기 제 1 측면 또는 제 2 측면에 형성된 응고부는,
    측면거리(C)를 강판의 표면과 상기 측면의 경계로부터 상기 그루브의 바닥면의 중심(center)까지의 거리라고 정의할 때,
    상기 측면거리의 2% 이상을 점유하는 것을 특징으로 하는 전기강판.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브의 형성시, 그루브 형상인자를 그루브의 깊이(DG)/하부반가폭(W1)으로 정의할 때, 상기 그루브 형성인자는 0.1 내지 9.0인 것을 특징으로 하는 전기강판.
    여기서, 상기 그루브의 깊이(DG)는 상기 강판의 표면으로부터 상기 바닥면까지의 거리이며, 하부 반가폭(W1)은 상기 바닥면의 강판폭방향 길이의 1/2이다.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브의 폭 범위는 10~70㎛ 인 것을 특징으로 하는 전기강판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브의 깊이는 0.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전기강판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 응고부의 두께 범위는 0.05W1~5W1인 것을 특징으로 하는 전기강판.
    여기서, 상기 하부폭(W1)은 상기 바닥면의 중앙에서 상기 제 1, 제 2 측면에 형성된 응고부의 시작 지점까지의 강판의 폭방향 거리이다.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 측면에 형성되는 응고부는 상기 바닥면으로 갈수록 두께가 감소하며, 상기 강판의 표면부로 갈수록 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기강판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기강판은 2차 재결정을 위한 고온 소둔 및 장력코팅이 완료된 방향성 전기강판 또는 2차 재결정을 위한 고온 소둔이 완료되고 장력코팅이 이루어지기 전의 방향성 전기강판인 것을 특징으로 하는 전기강판.
  9. 레이저 조사에 의해 강판 표면을 용융하여 제 1, 제 2 측면 및 바닥면을 가지는 그루브(groove)를 형성하는 단계; 및
    상기 그루브를 형성하는 단계에서, 상기 제 1, 제 2 측면, 바닥면상에 형성되는 상기 강판의 용융부산물을 에어 블로잉 또는 석션하여 제거함으로써, 상기 제 1, 제 2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되는 오프닝부를 형성하는 단계; 를 포함하며,
    상기 레이저의 조사에 의해 상기 전기강판의 표면에 형성되는 그루브에 있어서,
    상기 제 1 측면 또는 제 2 측면에 형성된 응고부는,
    측면거리(C)를 강판의 표면과 상기 측면의 경계로부터 상기 그루브의 바닥면의 중심(center)까지의 거리라고 정의할 때,
    상기 측면거리의 2% 이상을 점유하는 것을 특징으로 하는 전기강판의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 강판의 표면에 조사되는 레이저의 형상은 구형(sphere) 또는 타원형(oval)인 것을 특징으로 하는 전기강판의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저의 조사에 의해 상기 전기강판의 표면에 그루브 형성시,
    압연방향의 그루브 직경(BW)은 10㎛ 내지 70㎛ 인 것을 특징으로 하는 전기강판의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 압연방향의 그루브 직경을 형성하기 위하여, 상기 전기강판의 표면에 조사되는 레이저의 압연방향 폭은 60㎛ 이내 인 것을 특징으로 하는 전기강판의 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저의 조사에 의해 상기 전기강판의 표면에 그루브 형성시,
    강판의 폭방향 그루브 길이(BL)는 10㎛ 내지 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 전기강판의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 강판의 폭 방향 그루브 길이 형성을 위하여,
    상기 강판 표면에 조사되는 레이저의 강판 폭 방향 길이는,
    상기 레이저의 형상이 구형인 경우, 90㎛ 이내이며,
    상기 레이저의 형상이 타원형(oval)인 경우, 150㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 전기강판의 제조방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저의 조사에 의해 상기 전기강판의 표면에 그루브 형성시,
    압연방향의 그루브 직경(BW)은 10㎛ 내지 70㎛ 이며, 강판의 폭방향 그루브 길이(BL)는 10㎛ 내지 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 전기강판의 제조방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저의 조사시,
    압연 방향 조사거리(DS)는 3mm 내지 30mm 인 것을 특징으로 하는 전기강판의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 그루브의 형성시, 그루브 형상인자를 그루브의 깊이(DG)/하부반가폭(W1)으로 정의할 때, 상기 그루브 형성인자는 0.1 내지 9.0인 것을 특징으로 하는 전기강판의 제조방법.
    여기서, 상기 그루브의 깊이(DG)는 상기 강판의 표면으로부터 상기 바닥면까지의 거리이며, 하부 반가폭(W1)은 상기 바닥면의 강판폭방향 길이의 1/2이다.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저의 조사는 상기 강판의 폭 방향에 대하여 3~6개로 구분되어 조사되는 것을 특징으로 하는 전기강판의 제조방법.
  20. 강판에 조사하여 표면을 용융하기 위한 레이저를 발생시키는 레이저 발생부;
    강판에 입사되는 입사빔의 형상을 제어하는 쉐이핑 미러;
    강판의 이동속도에 따라 이동하면서 강판에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 이동식 초점거리 제어부; 및
    레이저 조사에 의해 강판 표면이 용융시 발생되는 용융부산물을 제거하는 용융부산물 제거부; 를 포함하며,
    상기 쉐이핑 미러는 복수의 미러로 구성되며, 2개의 미러를 연동시켜 원형 또는 타원형의 형상을 갖는 빔을 형성하고,
    상기 이동식 초점거리 제어부는 폴리곤 스캐너 미러와 초점 미러로 구성되며, 상기 폴리곤 스캐너 미러의 회전속도를 조절하여 구동되는 것을 특징으로 하는 전기강판의 자구 미세화 장치.
  21. 삭제
  22. 삭제
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