KR101382645B1 - 방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

방향성 전기강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 표면에 선상 그루브(linear groove)가 다수 개 형성된 방향성 전기강판에 있어서, 상기 그루브는 상기 전기강판 상에 상호 마주하는 제1 측면과 제2 측면 및 바닥면을 가지도록 형성되며, 상기 그루브의 하부폭(W1)은 15㎛이내이고, 상기 그루브의 깊이(DG)는 3~30㎛이며, 그루브 형성인자(DG/W1)가 0.5~2.5의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

방향성 전기강판 및 그 제조방법{ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEETS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최종 장력코팅 전 또는 후에 전기강판의 표면에 연속파 레이저를 조사하여 그루브를 형성시키는 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 자구미세화 방법은 응력제거 소둔에 의해 자구미세화 개선 효과 유지 유무에 따라 일시 자구미세화와 영구 자구미세화로 대별할 수 있는데, 일시 자구미세화 방법은 열에너지나 기계적 에너지로 표면에 국부적인 압축응력을 인가함으로써 발생한 자기탄성에너지를 최소화하기 위해 90° 도메인 (Domain)을 형성함으로써 자구를 미세화 시키는 도메인 미세화 기술이다.
일시 자구미세화 기술은 도메인을 미세화시키는 에너지원에 따라 1)레이저 자구미세화법, 2)볼스크래치법, 3)플라즈마 및 4)초음파에 의한 자구미세화법이 있다. 일시 자구미세화법은 전기강판의 표면에 레이저, 볼, 플라즈마 및 초음파에 의해 전기강판 표면에 국부적인 압축 응력부를 형성시킴으로써 자구를 미세화시키는 방법이다.
그러나, 상기 자구미세화 방법은 강판 표면의 절연 코팅층 손상을 일으키기 때문에 재코팅을 하거나, 최종제품이 아닌 중간 공정에서 자구미세화 처리를 하기 때문에 제조비용이 높은 단점을 갖고 있다. 또한 상기의 널리 알려진 일시 자구미세화 방법은 에너지원을 레이저, 볼압입, 플라즈마 및 초음파를 이용하기 때문에 강판의 압축변형층 영역을 조절하기 위해서는 입력되는 에너지값을 증가시켜야만 가능하다. 따라서 최종제품의 철손개선율 향상을 위해서는 자구미세화 처리시 표면손상을 피할 수 없는 단점이 있었다.
또한, 응력제거를 위한 열처리 후에도 철손개선 효과를 유지할 수 있는 영구자구미세화 방법은 에칭법, 롤법 및 레이저법으로 대별할 수 있는데, 상기 레이저법 중 특히 펄스 레이저에 의한 영구자구미세화 방법은 레이저 조사시 조사부 물질의 증착(Vaporization)으로 강판 표면에 그루브를 형성시킴으로써 방향성 전기강판의 열처리 후 철손 개선율을 14% 확보한 것으로 유럽등록특허 제 870843호에 개시되어 있으며, Q 스위치 펄스 레이저에 의한 열처리후 철손 개선방법은 강판 양면에 그루브를 형성시키고 열처리한 후 철손 개선율을 4.7~5.1% 확보한 것으로 일본공개특허 제1998-284034호에 공지되어 있다. 공지한 펄스 레이저에 의한 자구미세화 방법은 증착(Evaporation)에 의해 그루브를 형성시키기 때문에 용융부가 형성되지 않아 열처리(응력완화열처리, SRA) 전 철손 개선율을 확보하기 어렵고, 동일 레이저 출력, 조사간격, 강판이송속도에서 그루브의 깊이를 조절하지 못하기 때문에 고속의 강판 이송속도에서 깊은 그루브를 형성하는데 곤란한 문제가 있었다.
본 발명의 실시예들은 방향성 전기강판 표면에 연속파 레이저 빔을 조사하여 전기강판의 용융에 의해 그루브를 형성함으로써 자구미세화에 의해 전기강판의 철손을 개선하는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 표면에 선상 그루브(linear groove)가 다수 개 형성된 방향성 전기강판에 있어서, 상기 그루브는 상기 전기강판 상에 상호 마주하는 제1 측면과 제2 측면 및 바닥면을 가지도록 형성되며, 상기 그루브의 하부폭(W1)은 15㎛이내이고, 상기 그루브의 깊이(DG)는 3~30㎛이며, 그루브 형성인자(DG/W1)가 0.5~2.5의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판이 제공될 수 있다. 단, 상기 DG는 상기 강판의 표면으로부터 바닥면까지의 수직거리, W1은 상기 그루브의 바닥면 중앙에서 상기 제1, 제2 측면에 형성된 응고부까지의 강판의 폭방향 거리이다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 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 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 압연방향으로의 상기 그루브의 직경(BW)이 10~70㎛이고, 폭방향으로의 상기 그루브의 길이(BL)가 10~100㎛ 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 제1 측면 또는 제2 측면에 형성된 응고부는 측면거리의 2% 이상을 점유하는 것을 특징으로 하는데, 상기 측면거리는 강판의 용융이 일어나지 않은 표면부로부터 그루브의 바닥면의 중앙까지의 직선거리 중 짧은 거리를 의미한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 그루브는 상기 바닥면으로 갈수록 좁아지며, 상기 응고부는 상기 바닥면으로 갈수록 두께가 감소하고, 상기 강판의 표면부로 갈수록 두껍게 형성되며, 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.
또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 전기강판에 장력코팅을 실시하기 전 또는 후에 상기 전기강판 표면에 레이저 광학계를 이용하여 주파수 범위 200Hz~8.5kHz의 레이저를 조사하여 선상 그루브(linear groove)를 형성하는 단계; 및 상기 선상 그루브가 형성된 전기강판을 응력제거 열처리하는 단계; 를 포함하는 방향성 전기강판 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 선상 그루브를 형성하는 단계는, 상기 제 1, 제 2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 강판의 표면에 조사되는 레이저의 형상은 구형 또는 타원형(oval)일 수 있는데, 상기 레이저의 압연방향의 폭은 60㎛ 이내로 하고, 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 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 레이저의 압연방향으로의 조사거리(DS)는 3mm 내지 30mm 로 하며, 상기 연속파 레이저의 조사는 상기 강판의 폭 방향에 대하여 3~6개로 구분되어 조사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 전기강판의 라인 속도가 15m/min 이상일 수 있으며, 상기 레이저 광학계는, 상기 강판에 조사하여 표면을 용융하기 위한 레이저를 발생시키는 레이저 발생부; 상기 강판에 입사되는 입사빔의 형상을 제어하는 쉐이핑 미러; 및 강판의 이동속도에 따라 이동하면서 강판에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 이동식 초점거리 제어부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 레이저 조사에 의해 강판 표면이 용융시 발생되는 용융부산물을 제거하는 용융부산물 제거수단; 을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 쉐이핑 미러는 복수의 미러로 구성되며, 2개의 미러를 연동시켜 구형 또는 타원형의 형상을 갖는 빔을 형성할 수 있으며, 상기 이동식 초점거리 제어부는 폴리곤 스캐너 미러와 초점 미러로 구성되며, 상기 폴리곤 스캐너 미러의 회전속도를 조절하여 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 전기강판 표면에 레이저를 조사하여 선상 그루브를 형성함으로써 자구를 미세화시켜 철손을 감소시키고, 고속의 라인속도에서 그루브를 형성할 수 있으며, 응력제거 소둔 후에도 그루브 형성에 의한 자구미세화 효과를 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속파 레이저 빔에 의한 연속그루브가 형성된 전기강판의 개략도이다.
도 2는 도 1의 일부확대도이다.
도 3은 도 2에 도시된 강판의 A-A' 단면의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속파 레이저 빔의 형상 및 모드이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 광학계의 구성도이다.
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.
먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속파 레이저 빔에 의한 연속 그루브(20)가 형성된 전기강판(10)의 개략도이고, 도 2는 도 1의 일부(30)를 확대도시한 도면으로 강판의 표면에 레이저를 조사할 때, 조사부위에서의 그루브의 형상을 X-Y평면상에 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 선상 그루브(linear groove, 20)가 형성된 전기강판(10)의 단면을 도시한 것으로 도 2에 도시된 강판의 A-A' 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예에서는 전기강판(10)의 압연 방향과 수직으로 상기 전기강판(10) 표면에 3개로 구획되어 그루브(20)가 형성되는데, 상기 그루브(20)는 서로 마주보는 위치에 제1 측면(22)과 제2 측면(24)이 형성되어 있으며, 상기 제1 측면(22)과 제2 측면(24)을 연결하는 바닥면(26)이 형성되어 있다.
도 2에서는 도 1의 강판(10)에 형성된 두 개의 조사선 부분(30)을 X-Y평면에 나타낸 것으로, 레이저가 조사됨에 따라 상기 강판(10)의 표면이 용융되면서 그루브가 형성되는 것을 개략적으로 나타낸 것이다. 이때, BW는 압연방향(Y)으로의 그루브 직경이고, BL은 폭방향(X)으로의 그루브 길이를 의미하며, DS는 압연방향(Y)으로의 레이저의 조사거리를 의미한다.
본 발명에 따른 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전기강판(10)의 표면에 그루브(20)를 형성하기 위하여 전기강판(10)의 표면에 연속파 레이저(continuous wave laser)를 조사하여, 강판(10)의 표면부의 용융에 의한 그루브(20)를 형성하고, 상기 그루브(20)의 제1, 제2 측면(22, 24)에 용융부산물인 응고부(40)가 형성되게 된다. 상기 그루브(20)는 상기 바닥면(26)으로 갈수록 좁아지도록 형성되며, 상기 응고부(40)는 상기 바닥면(26)으로 갈수록 두께가 감소하고 상기 강판(10)의 표면부로 갈수록 두껍게 형성된다.
또한, 상기 제1 측면(22)과 제2 측면(24) 사이의 바닥면(26)에도 상기 전기강판(10)의 용융부산물이 응고하여 응고부(40)가 형성될 수 있으며, 상기 제1, 제2 측면(22, 24) 및 바닥면(26) 중 적어도 일면이 외부에 노출될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 전기강판에 레이저 조사에 의해 표면부에 형성되는 용융부산물은 에어 블로잉(air blowing) 또는 석션(suction)에 의해 제거할 수 있다. 상기 에어 블로잉 또는 석션에 의해 그루브 내 형성되는 응고부(40)는 그루브 바닥면(26)과 제 1, 제 2 측면(22, 24)에 동시 혹은 단독으로 생성된다. 도 3은 제1 측면(22), 제2 측면(24) 및 바닥면(26) 모두에 응고부(40)가 형성된 것과, 상기 제1 측면(22), 제2 측면(24) 및 바닥면(26)에 형성된 응고부(40)가 모두 제거된 모습을 도시한 것인데, 용융부산물의 응고부(40)를 제거하기 위해서는 레이저 조사에 의해 그루브(20)에 형성된 용융금속을 에어를 주입하여 외부로 비산시키거나 그루브(20)의 제 1, 제 2 측면(22, 24)으로 이동하도록 블로잉함으로써 가능하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에서는 제1, 제2 측면(22, 24) 및 바닥면(26)의 응고부(40) 중 어느 하나 이상이 용융부산물 제거수단(130)에 의해 제거될 수도 있다.
본 발명에 따른 실시예에서는 상기 그루브(20)의 측벽(내부 벽면)에 용융금속의 응고부(40)를 형성시켜 자구를 미세화시키는데, 상기 응고부(40)는 측면거리(C)의 2%이상을 점유하도록 한다. 상기 측면거리란 강판(10)의 용융이 일어나지 않은 표면부로부터 그루브(20)의 바닥면(26)의 중앙까지의 직선거리 중 짧은 거리(C)를 의미한다. 상기 응고부(40)가 점유하는 부분이 제1 또는 제2 측면거리(C)의 2% 미만인 경우는 열처리 전 철손 개선효과가 낮아지므로 측면거리의 점유율을 2%이상이 되도록 한다.
상기 전기강판(10)은 방향성 전기강판(10)이 사용될 수 있으며, 방향성 전기강판(10)은 압연방향에 대하여 강판(10)의 집합조직이 {110}<001>인 고스 집합조직(GOSS texture)을 나타내고 있어 일방향 혹은 압연방향으로 자기적 특성이 우수한 연자성 재료이다.
방향성 전기강판(10)은 압연방향으로 자기적 성질이 우수하여 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자기기 등의 철심 재료로 사용되고 있으며, 일반적으로 방향성 전기강판의 제조는 연속주조 공정에 의해 제조된 슬라브(slab)를 열간압연→예비소둔→냉간압연→탈탄소둔→고온소둔→평탄화소둔 및 절연코팅→청정 및 레이저 처리 등을 통하여 이루어지게 된다.
상기 레이저 조사가 이루어지는 전기강판(10)은 상기 전기강판(10)의 2차 재결정이 일어나도록 하기 위한 고온 소둔공정이 완료되고 장력코팅이 도포되거나 고온 소둔공정이 완료되고 장력코팅이 도포되기 전의 강판(10)이 사용될 수 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 실시예의 그루브(20)가 형성되어 있는데, 상기 도 3에서 W1은 그루브의 하부폭, DG는 그루브의 깊이를 나타낸다. 본 발명에 따른 실시예에서는 그루브(20)의 하부폭(W1)은 15㎛이내이며, 상기 그루브(20)의 깊이(DG)는 3~30㎛의 범위로 하여, 상기 그루브 형성인자인 DG/W1가 0.5~2.5의 범위 내로 한정되는데, 상기 그루브 형성인자가 0.5 미만인 경우에는 철손 개선효과가 나타나지 않으며, 2.5를 초과하는 경우에는 열처리 전 자속밀도와 철손 열화가 나타나서 바람직하지 않다. 열처리 후 철손 개선효과를 확보하기 위하여는 상기와 같은 조건을 만족해야 하는데, 이에 의해 롤압입 및 프레스법에서 발생할 수 있는 그루브(20) 하부의 결함 발생을 억제할 수 있으며 제어 및 신뢰성 측면에서 안정하다.
이때, 상기 DG는 상기 강판(10)의 표면으로부터 바닥면(26)까지의 수직거리를 의미하고, 상기 W1은 상기 그루브(20)의 바닥면(26) 중앙에서 상기 제1 또는 제2 측면(22,24)에 형성된 응고부(40)까지의 강판(10)의 폭방향 거리를 의미한다.
본 발명에 따른 실시예에서는 압연방향으로의 상기 그루브(20)의 직경(BW)을 10~70㎛로 한정하는데, 압연방향 그루브(20) 직경이 10㎛이하일 경우는 열처리 후 철손 개선효과가 나타나지 않으며, 70㎛ 이상인 경우에는 연속파 레이저에 의한 열영향이 커서 열처리 전 철손 개선효과를 나타내지 않으며 자속밀도 열화가 크게 나타난다.
본 발명에 따른 실시예에서는 폭방향으로의 상기 그루브(20)의 길이(BL)가 10~100㎛로 한정하는데, 만약 폭방향으로의 상기 그루브(20)의 길이(BL)가 10 ㎛이하인 경우에는 열처리 전 철손 개선효과가 나타나지 않으며, 100㎛ 이상인 경우에는 열처리 전 자속밀도와 철손 열화가 나타나므로 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 범위로 제한한다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 열처리 후의 철손 개선율을 10%이상 확보하기 위하여 레이저 조사선의 간격(DS)을 압연방향으로 3~30 mm로 제한하는데, 이는 연속파 레이저 빔에 의한 열영향부(HAZ,Heat Affected Zone)의 영향을 최소화시켜 자구를 미세화함으로써 강판(10)의 철손을 개선하기 위함이다. 이에 더하여 본 발명에 따른 실시예에서는 연속파 레이저 조사시 레이저 주파수를 조정함으로써 동일 레이저 출력, 조사간격, 라인속도에서 레이저 조사시 용융부의 그루브(20) 깊이를 30% 이상 증가시킴으로써 열처리 후에도 철손 개선 효과를 나타낼 수 있고, 고속라인속도에 적용가능하며, 라인 속도가 15mpm(m/min)이상인 경우에 적용가능하다.
즉, 본 발명에 따른 실시예에서는 고속라인속도에서도 레이저 조사에 의한 자구미세화가 가능하도록 하기 위하여 연속파 레이저에 의해 형성되는 그루브(20)의 깊이와 폭의 비(DG/W1)가 0.5~2.5의 비를 갖고, 압연방향에 수직방향으로 3 ~ 30 mm 간격으로 그루브(20)를 형성시킴으로써 열처리 후에도 철손 개선효과를 나타내는 자구미세화 방안을 제공한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전기강판(10)의 제조방법에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속파 레이저 빔의 형상 및 모드이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 광학계의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에서는 전기강판(10)의 표면에 그루브(20)를 형성하기 위하여 표면에 조사되는 연속파 레이저의 형상을 구형 또는 타원형(oval)으로 할 수 있으며, 단일 모드(single mode)형상을 갖는다. 즉, 도 4는 구형 또는 타원형의 레이저 형상 및 각각의 레이저의 가우시안 모드(Gaussian mode)를 나타낸 것으로 모두 단일 모드임을 알 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에서는 최종 절연피막 도포가 끝나고 건조 열처리하여 냉각된 강판(10) 또는 절연피막 전 강판(10)의 표면에 연속파 레이저 빔을 200Hz~8.5kHz로 조사하여 그루브(20)를 형성하는데, 만약 레이저 빔의 주파수가 200Hz 이내이거나 8.5KHz이상인 경우에는 동일한 레이저 출력, 조사거리, 라인속도에서 그루브(20) 깊이는 변화가 나타나지 않게 되므로 고속의 라인속도에는 적용할 수 없게 되므로 연속파 레이저 빔의 주파수는 200Hz~8.5kHz로 한정한다. 또한, 상기 주파수 범위 내의 레이저 빔을 조사해야 용융에 의한 그루브(20)의 형성이 가능하다.
전기강판(10)의 압연방향의 그루브 직경(BW)은 10㎛ 내지 70㎛로 하는데, 이를 위하여 상기 전기강판(10)의 표면에 조사되는 레이저의 압연방향 폭은 60㎛ 이내로 한다. 또한, 강판(10)의 폭방향 그루브 길이(BL)는 10㎛ 내지 100㎛로 하는데, 이를 위하여 상기 강판(10) 표면에 조사되는 레이저의 강판(10) 폭 방향 길이는, 상기 레이저의 형상이 구형인 경우, 90㎛ 이내이며, 상기 레이저의 형상이 타원형(oval)인 경우, 150㎛ 이내인 것을 사용한다.
또한, 압연방향 조사거리(DS)가 3mm 내지 30mm가 되도록 하고, 연속파 레이저는 강판(10)의 폭방향에 대하여 3~6개로 구분되도록 조사하며, 제1 측면(22) 또는 제2 측면(24)에 형성되는 응고부(40)가 측면거리의 2% 이상을 점유하도록 연속파 레이저를 조사한다.
도 1에 도시된 바와 같이 전기강판(10)의 폭방향에 다수의 그루브(20)가 연속적으로 형성되기 위하여는 본 발명에 따른 실시예에서는 도 5에 도시된 레이저 광학계를 이용한다.
도 5를 참조하면, 상기 레이저 광학계는 강판(10)에 조사하여 표면을 용융하기 위한 레이저를 발생시키는 레이저 발생부(60), 강판(10)에 입사되는 입사빔의 형상을 제어하는 쉐이핑 미러(80,90,92), 강판(10)의 이동속도에 따라 이동하면서 강판(10)에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 이동식 초점거리 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 나아가, 레이저 조사에 의해 강판 표면이 용융시 발생되는 용융부산물을 제거하는 용융부산물 제거수단(130)을 더 포함할 수 있다. 상기 용융부산물 제거수단(130)은 용융부산물을 비산시키기 위하여 에어 등을 취입하거나 용융부산물을 흡입하는 석션에 의해 용융부산물을 제거하는 장치이다.
상기 쉐이핑 미러(80,90,92)는 복수의 미러로 구성되며, 2개의 미러를 연동시켜 구형 또는 타원형의 형상을 갖는 빔을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동식 초점거리 제어부는 폴리곤 스캐너 미러(110)와 초점 미러(120)로 구성되며, 상기 폴리곤 스캐너 미러(110)의 회전속도를 조절하여 구동된다.
상기 레이저 발생부(60)는 연속파 레이저를 발생시키며, 발생된 레이저는 전반사 미러(70)를 경유하여, 2개의 렌즈를 연동시켜 구형 또는 타원형(oval)의 형상을 갖도록 변환시키는 복수의 쉐이핑 미러(80,90,92)에 의해 변환된 후, 일정한 속도로 회전하면서 상기 쉐이핑 미러(80,90,92)로부터 입사된 레이저를 강판(10)의 이동속도에 따라 이동하면서 강판(10)에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 이동식 초점거리 제어부에 의해 강판(10)에 입사된다.
본 발명에 따른 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 그루브(20)를 형성하기 위하여 연속파 레이저에 의해 형성된 응고부(40)를 갖게 되고, 상기 그루브(20)의 조사거리(DS)는 레이저 광학계의 폴리곤 스캐너 미러(110)의 회전속도를 조절함으로써 조정될 수 있다.
도 5를 참조하면, 레이저 발생부(60)에서 발진된 연속파 레이저 빔은 전반사 미러(70)를 경유한 후 복수의 쉐이핑 미러(80,90,92)를 통하여 강판(10)에 조사되는 빔 형상을 구형 또는 타원형(oval)을 형성하게 하며, 이러한 구형과 타원형 빔은 실린더(100)를 통하여 빔 형상 미러를 선택적으로 사용함으로써 형성되게 된다.
즉, 레이저의 형상을 구현하기 위하여, 2개의 쉐이핑 미러(80,90)를 연동시켜 레이저의 형상을 구형으로 형성할 수 있으며, 2개의 쉐이핑 미러(80,92)을 연동시켜 레이저의 형상을 타원형(oval)으로 형성이 가능하다.
즉, 실린더(100)에 의해 두 개의 쉐이핑 미러(90,92)을 선택적으로 이동시킴으로써 전단부의 쉐이핑 미러(80)와 조합에 의해 구형 또는 타원형의 빔을 형성할 수 있다. 상기 쉐이핑 미러(80,90,92)은 서로 다른 곡률로 형성되어 있다.
상기 쉐이핑 미러(90,92)에서 일정한 형상을 갖도록 변환된 레이저는 폴리곤 스캐너 미러(110)를 경유한 후 초점 미러(120)에서 강판(10)에 연속파 레이저를 조사하게 된다. 강판(10)에 조사되는 레이저 조사선(20)은 폴리곤 스캐너 미러(110)의 회전속도를 조절함으로써 3~30mm까지 조절할 수 있다.
상기 폴리곤 스캐너 미러(110)는 원형의 회전체 표면에 여러 장의 평면거울을 부착하여 회전시킴으로써 각 거울은 짧은 시간 동안 레이저 빔을 강판(10) 표면에 조사하고, 다음으로 인접한 또 다른 거울이 레이저 빔을 받아서 조사하는 것을 연속적으로 일으키게 된다.
상기 레이저 빔에 의해 발생된 용융부산물은 용융부산물 제거수단(130)에 의해 제거된다.
아래의 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속파 레이저 조사에 의해 0.23mm 두께의 강판(10) 표면에 형성된 그루브(20)와 용융부 재응고직에 의한 방향성 전기강판(10)의 철손 개선율의 변화를 나타낸 것이다.
구 분 라인속도
(m/min)		 BW BL DS1 DG/W1 DS2 레이저 조사전 SRA후 철손
개선율
㎛ mm 무차원 mm W17/50 %
본 발명
(연속파 레이저 /500Hz)		 15 35 50 19 2.4 4.5 0.85 0.75 11.76
0.83 0.73 12.05
0.83 0.72 13.25
본 발명
(연속파 레이저 /8.5kHz)		 15 35 45 20 2.4 4 0.84 0.73 13.10
0.83 0.72 13.25
0.83 0.73 12.05
본 발명
(연속파 레이저/7kHz)		 25 35 45 20 2.4 4 0.84 0.74 11.90
0.83 0.73 12.05
0.83 0.81 2.41
비교예(펄스 레이저/
불연속그루브)		 3 50 90 13 2.3 6 0.83 0.81 2.41
0.83 0.81 2.41
표 1에 나타난 바와 같이, 라인속도 15mpm 이상의 속도에서 강판(10)의 진행방향에 대하여 85~95°의 각도로 레이저 빔을 조사하여 강판(10) 표면에 그루브(20)를 하부폭(W1) 15㎛ 이내, 깊이 3~30 ㎛로 형성시킴으로써 열처리 후의 철손 개선율을 10% 이상 향상시킬 수 있었다. 이때, 레이저 조사거리(Ds)는 20mm 정도(DS1)와 4mm정도(DS2)로 하여 실시하였다.
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.

Claims (21)

  1. 표면에 선상 그루브(linear groove)가 다수 개 형성된 방향성 전기강판에 있어서,
    상기 그루브는 상기 전기강판 상에 상호 마주하는 제1 측면과 제2 측면 및 바닥면을 가지도록 형성되며, 상기 그루브의 하부폭(W1)은 15㎛이내이고, 상기 그루브의 깊이(DG)는 3~30㎛이며, 그루브 형성인자(DG/W1)가 0.5~2.5 이며,
    그루브 형성과정에서 상기 강판의 용융부산물이 응고하여 형성되는 응고부는 상기 바닥면으로 갈수록 두께가 감소하고, 상기 강판의 표면부로 갈수록 두껍게 형성되는 방향성 전기강판.
    단, 상기 DG는 상기 강판의 표면으로부터 바닥면까지의 수직거리, W1은 상기 그루브의 바닥면 중앙에서 상기 제1, 제2 측면에 형성된 응고부까지의 강판의 폭방향 거리이다.
  2. 제1항에 있어서,
    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 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    압연방향으로의 상기 그루브의 직경(BW)이 10~70㎛인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    폭방향으로의 상기 그루브의 길이(BL)가 10~100㎛ 인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 측면 또는 제2 측면에 형성된 응고부는 측면거리의 2% 이상을 점유하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
    단, 상기 측면거리는 강판의 용융이 일어나지 않은 표면부로부터 그루브의 바닥면의 중앙까지의 직선거리 중 짧은 거리를 의미한다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그루브는 상기 바닥면으로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  7. 삭제
  8. 제1항에 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 방향성 전기강판.
  9. 전기강판에 장력코팅을 실시하기 전 또는 후에 상기 전기강판 표면에 레이저 광학계를 이용하여 주파수 범위 200Hz~8.5kHz의 레이저를 조사하여 선상 그루브(linear groove)를 형성하는 단계; 및
    상기 선상 그루브가 형성된 전기강판을 응력제거 열처리하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 선상 그루브를 형성하는 단계는 응고부가 바닥면으로 갈수록 두께가 감소하고, 표면부로 갈수록 두껍게 형성되는 방향성 전기강판 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 선상 그루브를 형성하는 단계는,
    상기 제 1, 제 2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되도록 하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 강판의 표면에 조사되는 레이저의 형상은 구형 또는 타원형(oval)인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 레이저의 압연방향의 폭은 60㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    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 방향성 전기강판 제조방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 레이저의 압연방향으로의 조사거리(DS)는 3mm 내지 30mm 인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  15. 삭제
  16. 제9항에 있어서,
    상기 전기강판의 라인 속도가 15m/min 이상인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 그루브는 상호 마주하는 제1 측면, 제2 측면 및 바닥면을 가지며, 상기 제1 측면 또는 제2 측면에 형성된 응고부는 측면거리의 2% 이상을 점유하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
    단. 상기 측면거리는 강판의 용융이 일어나지 않은 표면부로부터 그루브의 바닥면의 중앙까지의 직선거리 중 짧은 거리이다.
  18. 전기강판에 장력코팅을 실시하기 전 또는 후에 상기 전기강판 표면에 레이저 광학계를 이용하여 주파수 범위 200Hz~8.5kHz의 레이저를 조사하여 선상 그루브(linear groove)를 형성하는 단계; 및
    상기 선상 그루브가 형성된 전기강판을 응력제거 열처리하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 레이저 광학계는,
    상기 강판에 조사하여 표면을 용융하기 위한 레이저를 발생시키는 레이저 발생부;
    상기 강판에 입사되는 입사빔의 형상을 제어하는 쉐이핑 미러; 및
    강판의 이동속도에 따라 이동하면서 강판에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 이동식 초점거리 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    레이저 조사에 의해 강판 표면이 용융시 발생되는 용융부산물을 제거하는 용융부산물 제거수단; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 쉐이핑 미러는 복수의 미러로 구성되며, 2개의 미러를 연동시켜 구형 또는 타원형의 형상을 갖는 빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 이동식 초점거리 제어부는 폴리곤 스캐너 미러와 초점 미러로 구성되며, 상기 폴리곤 스캐너 미러의 회전속도를 조절하여 구동되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
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