KR101638890B1 - 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치 - Google Patents

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Abstract

방향성 전자 강판의 통과 속도가 변동한 경우에 있어서도 레이저나 전자 빔 등의 고에너지 빔 조사에 의한 자구(magnetic domain)의 세분화를 확실하게 행할 수 있는 장치 구성에 대해서 제안한다. 마무리 어닐링이 완료된 방향성 전자 강판의 반송로를 가로지르는 방향으로 고에너지 빔을 주사하고 통과 중의 당해 강판 표면에 고에너지 빔을 조사하여 자구의 세분화를 행하는 철손(iron loss) 개선 장치로서, 상기 고에너지 빔을 상기 강판의 반송 방향과 직각 방향으로 주사하는 조사 기구에, 당해 주사 방향을, 상기 직각 방향에 대하여, 상기 반송로에 있어서의 강판의 통과 속도에 기초하는 각도분을 반송 방향으로 경사지게 지향시키는 기능을 구비한다.

Description

방향성 전자 강판의 철손 개선 장치{DEVICE TO IMPROVE IRON LOSS PROPERTIES OF GRAIN-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET}
본 발명은, 방향성 전자 강판에 자구(magnetic domain) 세분화를 행하는 처리에 제공하여 당해 방향성 전자 강판의 철손(iron loss)을 개선하는 철손 개선 장치에 관한 것이다.
방향성 전자 강판은, 주로 트랜스포머(transformer)의 철심으로서 이용되고, 그 자화(magnetization) 특성이 우수한 것, 특히 철손이 낮은 것이 요구되고 있다.
그러기 위해서는, 강판 중의 2차 재결정립을, (110) [001] 방위(소위, 고스(Goss) 방위)에 고도로 정돈하는 것이나, 제품 강판 중의 불순물을 저감하는 것이 중요하다. 그러나, 결정 방위를 제어하는 것이나, 불순물을 저감하는 것은, 제조 비용과의 균형 등에서 한계가 있다. 그래서, 강판의 표면에 대하여 물리적인 수법으로 불균일성(변형)을 도입하여, 자구의 폭을 세분화하고 철손을 저감하는 기술, 즉 자구 세분화 기술이 개발되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 최종 제품판에 레이저를 조사하여, 강판 표층에 선형의 고전위 밀도 영역을 도입하고, 자구폭을 좁게 함으로써, 강판의 철손을 저감하는 기술이 제안되고 있다. 이 레이저 조사를 이용하는 자구 세분화 기술은, 그 후 개량(특허문헌 2, 특허문헌 3 및 특허문헌 4 참조)되어, 철손 특성이 양호한 방향성 전자 강판을 얻을 수 있도록 되어 왔다.
이와 같이 레이저 조사를 행하기 위한 장치로서는, 레이저 빔을 강판의 폭 방향(압연 방향에 대하여 직각인 방향)으로 선형으로 조사하는 기능이 필요하고, 예를 들면 특허문헌 5에는 진동 미러를 이용하는 방법이, 그리고 특허문헌 6에는 회전 다면경을 이용하는 방법이, 각각 개시되어 있다. 모두 강판의 폭 방향으로 특정한 조건에서 레이저 빔을 주사하는 것이다.
또한, 특허문헌 7에는, 전자 빔의 조사에 의해 자구폭을 제어하는 기술이 제안되고 있다. 이 전자 빔 조사에 의해 철손을 저감하는 방법으로는, 전자 빔의 주사는 자계(magnetic field) 제어에 의해 고속으로 행하는 것이 가능하다. 따라서, 레이저 빔의 광학적 주사 기구에 보이는 바와 같은 기계적인 가동부가 없는 점에서, 특히 1m 이상의 광폭의 연속된 스트립에 대하여, 연속 또한 고속으로 전자 빔을 조사하고자 하는 경우에 유리하다.
일본공고특허공보 소57-2252호 일본공개특허공보 2006-117964호 일본공개특허공보 평10-204533호 일본공개특허공보 평11-279645호 일본공개특허공보 소61-48528호 일본공개특허공보 소61-203421호 일본공고특허공보 평06-072266호
이들 장치를 이용하여, 방향성 전자 강판의 스트립에, 동일한 조건에서 또한 연속적으로 레이저 빔을 조사하기 위해서는, 스트립의 통과 속도(passing speed)를 일정하게 유지할 필요가 있지만, 공업 생산에 있어서는 레이저 조사를 행하는 라인의 입측(入側)이나 출측(出側) 등에서, 코일(스트립을 권취한 것)의 교환이나, 라인 내 설비의 조정, 검사를 위해, 스트립의 통과를 감속할 필요가 발생하기 때문에, 레이저 조사를 행하는 라인 중앙부에서 일정 속도에서의 통과를 실현하기 위해서는, 루퍼(looper) 등의 대대적인 설비를 병설할 필요가 있었다.
그래서, 본 발명은, 방향성 전자 강판의 통과 속도가 변동한 경우에 있어서도, 레이저 빔이나 전자 빔 등의 고에너지 빔 조사에 의한 자구의 세분화를, 방향성 전자 강판에 대하여 확실하게 행할 수 있는 장치 구성에 대해서 제안하는 것을 목적으로 한다.
최근, 반도체 레이저나 파이버 레이저(fiber laser) 등의 제어성이 우수한 레이저 발진기가 개발되고, 발진하는 레이저 빔의 출력값이나 출력의 온·오프를, 높은 응답성으로 용이하게 제어할 수 있도록 되어 왔다. 따라서, 방향성 전자 강판의 통과 속도의 변화에 유연하게 대응할 수 있는 조사 장치를 제공할 수 있으면, 이들 레이저의 특성을 충분히 향수(享受)할 수 있고, 설비의 간이화나 조업의 자유도를 높이는 것이 가능해지는 메리트가 있다.
또한, 전자 빔의 조사에 있어서도, 방향성 전자 강판의 통과 속도의 변화에 유연하게 대응할 수 있으면, 마찬가지로 설비의 간이화나 조업의 자유도를 높이는 것을 기대할 수 있다.
그래서, 발명자들은 방향성 전자 강판의 통과 속도에 따라서, 레이저 빔이나 전자 빔 등의 고에너지 빔 조사를 임의의 간격으로 반복하는 것이 용이한, 방향성 전자 강판의 철손 저감 장치의 구성을 검토하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
(1) 마무리 어닐링이 완료된 방향성 전자 강판의 반송로를 가로지르는 방향으로 고에너지 빔을 주사하여 통과 중의 당해 강판 표면에 고에너지 빔을 조사하여 자구의 세분화를 행하는 철손 개선 장치로서,
상기 고에너지 빔을 상기 강판의 반송 방향과 직각 방향으로 주사하는 조사 기구는, 당해 주사 방향을, 상기 직각 방향에 대하여, 상기 반송로에 있어서의 강판의 통과 속도에 기초하는 각도분을 반송 방향으로 경사지게 지향시키는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
(2) 상기 고에너지 빔이, 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
(3) 상기 조사 기구에 있어서의 레이저 빔의 주사 미러와 상기 강판과의 사이의 광로길이(optical path length)가 300㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (2)에 기재된 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
(4) 상기 레이저 빔을 발진기로부터 빔 조사를 위한 광학계에 전송하는, 파이버의 코어 지름이 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
(5) 상기 고에너지 빔이, 전자 빔인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
(6) 상기 조사 기구에 있어서의 전자 빔의 편향 코일과 상기 강판과의 사이의 거리가 300㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (5)에 기재된 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
본 발명의 철손 개선 장치를 이용하여 통과 중의 방향성 전자 강판에 레이저 조사를 행함으로써, 통과 속도가 변동된 경우에 있어서도 레이저 조사에 의한 자구 세분화를 확실하게 행할 수 있다. 따라서, 낮은 철손의 방향성 전자 강판을 안정적으로 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 있어서의 철손 개선 장치의 개략을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 있어서의 레이저 빔의 주사 요령을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 있어서의 철손 개선 장치의 주요부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 있어서의 다른 철손 개선 장치의 주요부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 전자 빔에 의한 철손 개선 장치의 주요부를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에, 본 발명의 철손 개선 장치에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에, 본 발명의 철손 개선 장치의 기본 구성을 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 장치는, 마무리 어닐링이 완료된 방향성 전자 강판(이하, 단순히 강판이라고 함)(S)을 페이 오프 릴(1)로부터 풀어내고, 이 강판(S)을 지지 롤(2, 2) 사이에 통과시키는 과정에 있어서, 레이저 조사 기구(4)로부터 레이저 빔(R)을 강판(S) 상의 레이저 조사부(5)를 향하여 조사하고 자구 세분화를 행하는 것이다. 레이저 조사에 의한 자구 세분화를 거친 강판(S)은, 텐션 릴(6)에 권취된다. 또한, 도시예에 있어서 부호 3은, 지지 롤(2, 2) 사이에서의 강판(S)의 통과 속도를 측정하기 위한, 메이저링 롤(measuring roll)이다.
그런데, 강판(S)에 레이저 조사에 의한 자구 세분화를 행하려면, 지지 롤(2, 2) 사이에 반송되어 통과 중인 강판(S)에 대하여, 그 압연 방향과 직각 방향(이하, 압연 직각 방향이라고 함)으로 레이저를 조사할 필요가 있고, 강판(S)의 통과 속도에 대응하여 레이저 조사를 압연 직각 방향으로부터 반송 방향으로 경사지게 지향시키지 않으면 안된다. 그 때문에, 본 발명의 장치에서는, 다음에 나타내는 레이저의 조사 기구에 의해, 강판(S)의 통과에 추종한 레이저 조사를 실현한다.
우선, 상기의 장치는, 레이저 조사부(5)에 있어서의 강판(S)의 통과 속도를 검출하는 기능을 구비할 필요가 있다. 구체적으로는, 도시된 메이저링 롤(3)을 이용하는 검출 수법 외에, 브라이들 롤(bridle roll) 등의 둘레 속도(peripheral speed)가 강판의 통과 속도와 일치하는 당해 롤의 회전수로부터 구하는 수법, 페이 오프(pay-off) 릴이나 텐션(tension) 릴의 회전수와 권취 코일 지름(실측 또는 계산값)으로부터 구하는 수법 등을 채용할 수 있다.
여기에서, 도 2(a)에 점선으로 나타내는 바와 같이, 강판(S)의 압연 직각 방향으로 레이저 빔(R)을 조사하고 자구의 세분화를 도모함에 있어서, 통과 중의 강판(S) 상에서 당해 강판 폭 방향(압연 직각 방향)으로 확실하게 레이저 빔(R)을 주사하기 위한 조사 기구에 대해서, 이하에 상세하게 설명한다. 즉, 도 2(b)에 반송 중의 강판(S)에 레이저 빔(R)을 조사할 때의 주사 요령을 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 폭 방향의 길이 w(m)에 있어서, 1대의 주사 기구에 의해 레이저 빔을 주사하는 경우에 대해서 생각했을 때, 강판(S)의 통과 속도를 v1(m/s)로 하고, 그리고 강판의 압연 직각 방향으로의 레이저 빔의 주사 속도를 v2(m/s)로 하면, 레이저 빔(R)을 강판(S) 상에 당해 강판 폭 방향(압연 직각 방향)으로 확실하게 주사하기 위해서는, 레이저 빔(R)을 강판(S)의 반송 방향과 직각의 방향으로 속도 v2(m/s)로 주사하는 조사 기구에, 레이저 빔(R)이 강판(S)에 추종하여 레이저 빔(R)을 통과 방향으로 속도 v1(m/s)로 주사하는 기능을 부가하면 좋다.
또한, 1개의 레이저 빔을 주사하여 조사하는 폭 방향의 길이 w는, 레이저 발진기의 대수, 1개의 빔 주사에 필요한 시간(주사 속도 v2, 제어를 위한 계산 시간, 주사 미러의 작동 시간 등으로 결정됨) 및, 주사영역의 가장자리에서의 빔 형상의 변형의 허용 범위 등에 의해 제약되고, 통상 50∼500㎜로 설계된다.
또한, 속도 v2는, 자구 세분화에 적절한 변형 분포를 강판에 미치는 조건으로 조정되지만, 펄스 레이저의 경우는 레이저 출력, 조사 스폿 간격 및 펄스 반복 주파수에 의해, 연속 레이저의 경우는 레이저 출력 및 빔 스폿 지름에 의해, 각각 결정된다.
이와 같이 레이저 빔(R)을, 강판(S)의 반송 방향과 직각인 방향으로 속도 v2(m/s)로 주사함과 함께, 강판(S)에 추종하여 통과 방향으로 속도 v1(m/s)로 주사 함으로써, 레이저 빔(R)은 반송 방향과 직각 방향에 대하여
각도 θ＝tan－1(v1/v2)
를 갖고 반송 방향으로 경사지게 지향되게 된다.
이 레이저 빔 주사의 지향을 실현하려면, 예를 들면, 반송 방향과 직각인 방향으로 주사하는 주사 미러에 더하여, 당해 미러에 근접하여 진동(좌우 흔들림)하는 미러 또는 회전 다면경을 배치하여 이루어지는, 조사 기구가 적합하다. 즉, 주사 미러에 근접 배치한, 진동 미러 또는 회전 다면경에서 레이저 빔(R)을 통과 방향으로 속도 v1(m/s)로 주사한다.
나아가서는, 반송 방향과 직각 방향으로 주사하는 조사 기구에 있어서, 그 직각 방향에 대하여 각도 θ＝tan－1(v1/v2)만큼 경사지게함과 함께, 주사 속도를 (v1 2＋v2 2)1/2로 제어하여 대처해도 좋다.
어느 실시 형태에 있어서도, 빔 스폿의 주사 미러와 강판과의 사이의 광로길이는 300㎜ 이상으로 하는 것이, 레이저의 주사 전역에 걸쳐 동등한 에너지 밀도로 하기 위해 바람직하다. 즉, 이 광로길이가 짧으면, 예를 들면, 강판의 폭 방향 단부에서는 빔이 비스듬하게 경사각이 큰 상태에서 조사되기 때문에, 빔 스폿의 형상이 중앙부에 비하여 원으로부터 타원 형상으로 면적이 확대되어 조사된다. 이 때문에, 폭 방향 중앙부에서의 조사보다 폭 방향 단부에서의 조사 쪽이, 에너지 밀도가 낮아져 바람직하지 않다. 따라서, 상기의 광로길이는 300㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 광로길이는, 진동 등에 의한 조사 위치의 어긋남의 억제나, 안전성이나 청정성을 확보하는 데에 기여하는 커버의 설치를 실현하기 위해, 1200㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
여기에서, 레이저 발진기로서는, 상기 긴 광로길이에 있어서의 집광성을 유지하기 위해, 파이버 레이저, 디스크 레이저, 슬래브 CO2 레이저 등의 집광성이 높은 레이저 빔을 발진할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하지만, 그 발진 형식은 펄스 발진 또는 연속 발진 중 어느 형식이라도 좋다. 특히, 집광성이 우수하고, 또한 파이버 전송 가능한 파장의 레이저 빔이 얻어지는 싱글 모드 파이버 레이저와 같은 발진기에서는, 코어 지름 0.1㎜ 이하의 전송 파이버를 용이하게 적용할 수 있기 때문에, 본 발명에서는 보다 적합하게 사용할 수 있다.
레이저 조사에 의한 열 변형은, 연속선형 또는 점선형 중 어느 것이라도 좋다. 이 선형의 변형 도입 영역은, 압연 방향으로 2㎜ 이상 20㎜ 이하의 간격으로 반복하여 형성되지만, 그 최적 간격은 강판의 입경, <001>축의 압연 방향으로부터의 어긋남각에 의해 조정된다.
레이저의 적합한 조사 조건은, 예를 들면 Yb 파이버 레이저의 경우, 출력을 50∼500W로 하고, 조사 빔 스폿 지름을 0.1∼0.6㎜로 하고, 압연 직각 방향으로 연속선형에 10m/s로 조사한 라인을 압연 방향으로 2∼10㎜ 간격으로 반복하는 것이다.
이상, 고에너지 빔으로서, 레이저를 이용한 경우에 대해서 설명했지만, 전자 빔을 조사하는 경우에 있어서도, 상기의 레이저 조사와 동일하게, 강판의 반송 방향과 직각인 방향에 대하여, 각도 θ만큼 경사지게 조사하는 제어를 행함으로써, 반송 속도가 임의로 변화된 경우에 있어서도, 일정한 조사 패턴을 지속할 수 있다.
그러한 제어를 실현하는 장치로서, 예를 들면 전자 빔을 강판 반송 방향과 직교하는 방향으로 주사시키는 자계를 부여하는 편향 코일에, 추가로 강판 반송 방향으로 편향시키는 제2 편향 코일을 조합한 조사 기구가 적합하다.
나아가서는, 강판 반송 방향과 직각인 방향으로 주사시키는 편향 코일에 더하여, 그 편향 코일을 동(同)직각 방향에 대하여 각도 θ＝tan－1(v1/v2)만큼 경사지게함과 함께, 주사 속도를 (v1 2＋v2 2)1/2로 제어함으로써 대처해도 좋다. 이 경우, 편향 코일을 조입한 전자총 전체를 각도 θ만큼 경사지게 하여도 좋다. 또한, 전자 빔을 둘러싸도록 감겨진 코일에 의해 빔의 중심축으로 평행한 자계를 걸어 빔의 편향 방향을 회전시키는 방법, 소위 회전 보정 코일에 의한 회전각의 조정을 이용해도 좋다.
전자 빔 조사에 있어서도, 전자 빔의 편향 코일과 강판과의 사이의 거리는 300㎜ 이상으로 하는 것이, 전자 빔의 주사 전역에 걸쳐 동등한 에너지 밀도로 하기 위해 바람직하다. 한편, 상기 편향 코일과 강판과의 사이의 거리는, 빔 지름의 확대를 억제하는 관점에서 1200㎜ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 철손 개선의 대상이 되는 방향성 전자 강판은, 종래 공지의 방향성 전자 강판이면, 어느 것이라도 상관없지만, 마무리 어닐링과 장력 피막의 형성 후일 필요가 있다. 즉, 방향성 전자 강판의 특징인 고스 방위의 2차 재결정립을 성장시키기 위한 마무리 어닐링 및, 장력 절연 피막의 형성과 장력 효과의 발현을 위해서는, 모두 고온에서의 열처리가 필요하다. 그러나, 이러한 고온 처리는 강판에 도입된 변형을 제거 또는 감소시키기 때문에, 이들 열처리는, 본 발명의 자구 세분화 처리 전에 실시할 필요가 있다.
또한, 자구 세분화 처리를 행한 방향성 전자 강판의 철손은, 2차 재결정립의 방위 집적이 높은 쪽이 보다 작아진다. 이 방위 집적의 기준으로서, B8(800A/m로 자화했을 때의 자속(magnetic flux) 밀도)이 자주 이용되며, 본 발명의 장치를 적용하는 방향성 전자 강판은, B8이 1.88T 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.92T 이상인 것이 적합하다.
또한, 전자 강판의 표면에 형성된 장력 절연 피막은, 종래 공지의 장력 절연 피막이라도 상관없지만, 인산 알루미늄 또는 인산 마그네슘과 실리카를 주성분으로 하는 유리질의 장력 절연 피막인 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명은, 2차 재결정 어닐링 후에 장력 절연 피막을 형성한 방향성 전자 강판에 행하는 변형 도입 처리를 행하는 장치이며, 따라서, 소재에 대해서는 방향성 전자 강판을 일반적으로 따르면 된다. 예를 들면, Si: 2.0∼8.0질량％를 포함하는 전자기 강소재를 이용하면 좋고, 그 함유 범위의 한정 이유는, 다음과 같다.
Si: 2.0∼8.0질량％
Si는, 강의 전기 저항을 높이고, 철손을 개선하는 데에 유효한 원소이지만, 함유량이 2.0질량％에 미치지 못하면 충분한 철손 저감 효과를 달성할 수 없고, 한편, 8.0질량％를 초과하면 가공성이 현저하게 저하되고, 또한 자속 밀도도 저하되기 때문에, Si량은 2.0∼8.0질량％의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, Si의 다른 기본 성분 및 임의 첨가 성분에 대해서 서술하면 다음과 같다.
C: 0.08질량％ 이하
C는, 열연판 조직의 개선을 위해 첨가를 하지만, 0.08질량％를 초과하면, 제조 공정 중에 자기 시효가 일어나지 않는 50질량ppm 이하까지 C를 저감하는 것이 곤란해지기 때문에, 0.08질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 하한에 관해서는, C를 포함하지 않는 소재라도 2차 재결정이 가능하기 때문에 특별히 형성할 필요는 없다.
Mn: 0.005∼1.0질량％
Mn은, 열간 가공성을 양호하게 하는 데에 있어서 필요한 원소이지만, 함유량이 0.005질량％ 미만에서는 그 첨가 효과가 부족하고, 한편 1.0질량％를 초과하면 제품판의 자속 밀도가 저하되기 때문에, Mn량은 0.005∼1.0질량％의 범위로 하는 것이 바람직하다.
여기에서, 2차 재결정을 발생시키기 위해, 인히비터(inhibitor)를 이용하는 경우, 예를 들면 AlN계 인히비터를 이용하는 경우라면 Al 및 N을, 또한 MnS·MnSe계 인히비터를 이용하는 경우라면 Mn과 Se 및/또는 S를, 각각 적당량 함유시키면 좋다. 물론, 양(兩) 인히비터를 병용해도 좋다. 이 경우에 있어서의 Al, N, S 및 Se의 적합 함유량은 각각, Al: 0.01∼0.065질량％, N: 0.005∼0.012질량％, S: 0.005∼0.03질량％, Se: 0.005∼0.03질량％이다.
또한, 본 발명은, Al, N, S, Se의 함유량을 제한한, 인히비터를 사용하지 않는 방향성 전자 강판에도 적용할 수 있다.
이 경우에는, Al, N, S 및 Se량은 각각, Al: 100질량ppm 이하, N: 50질량ppm 이하, S: 50질량ppm 이하, Se: 50질량ppm 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
상기의 기본 성분 이외에, 자기 특성 개선 성분으로서, 다음에 서술하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.
Ni: 0.03∼1.50질량％, Sn: 0.01∼1.50질량％, Sb: 0.005∼1.50질량％, Cu: 0.03∼3.0질량％, P: 0.03∼0.50질량％, Mo: 0.005∼0.10질량％ 및 Cr: 0.03∼1.50질량％ 중으로부터 선택한 적어도 1종
Ni는, 열연판 조직을 개선하여 자기 특성을 향상시키기 위해 유용한 원소이다. 그러나, 함유량이 0.03질량％ 미만에서는 자기 특성의 향상 효과가 작고, 한편 1.5질량％를 초과하면 2차 재결정이 불안정해져 자기 특성이 열화된다. 그 때문에, Ni량은 0.03∼1.5질량％의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, Sn, Sb, Cu, P, Cr 및 Mo는 각각 자기 특성의 향상에 유용한 원소이지만, 모두 상기한 각 성분의 하한에 미치지 못하면, 자기 특성의 향상 효과가 작고, 한편, 상기한 각 성분의 상한량을 초과하면, 2차 재결정립의 발달이 저해되기 때문에, 각각 상기의 범위로 함유시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 성분 이외의 잔부는, 제조 공정에 있어서 혼입되는 불가피적 불순물 및 Fe이다.
실시예 1
마무리 어닐링 후에 장력 절연 피막을 도포·베이킹한, 판두께: 0.23㎜ 및 폭: 300㎜의 방향성 전자 강판의 코일로부터 권출(wound out)한 강판을, 도 1의 철손 개선 장치에 연속적으로 이송하면서, 당해 강판에 레이저를 연속적으로 조사했다.
여기에서, 철손 개선 장치의 주요부인 레이저 조사 기구는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 콜리메이터(collimator; 8)에 의해 평행광으로 조정한 레이저 빔을 강판(S)의 폭 방향 및, 압연 방향으로 각각 주사하는 2매의 진동 미러(갈바노(galvano) 미러)(9 및 10), 그리고 fθ 렌즈(11)로 이루어진다. 즉, 전자(前者)의 미러(9)에 의해 빔 스폿을 폭 방향으로 일정 속도로 주사함과 함께, 후자(後者)의 미러(10)에 의해, 레이저 빔을 폭 방향에 대하여 통과 속도로부터 산출되는 특정한 각도에 따라서 반송 방향으로 경사지게 지향시키도록, 후술의 조작을 행했다.
레이저 발진기(7)는, 싱글 모드 Yb 파이버 레이저이며, 코어 지름 0.05㎜의 전송 파이버(F)를 통하여 레이저 빔을 콜리메이터(8)에 도달시키고, 콜리메이터(8)를 통과한 후의 빔 지름을 8㎜로, 강판 상의 빔 지름을 0.3㎜의 원형으로 조정했다. fθ 렌즈(11)의 초점 거리는 400㎜, 처음의 갈바노 미러에서 강판까지의 광로길이는 520㎜이다.
방향성 전자 강판은, 3.4질량％의 Si를 함유하고, 800A/m에서의 자속 밀도(B8)가 1.935T 및 1.7T, 50㎐에서의 철손(W17/50)이 0.90W/㎏으로, 일반적인 고배향성의 방향성 전자 강판이며, 장력 절연 피막은 포스테라이트(forsterite) 피막 위에 형성된 콜로이드상실리카, 인산 마그네슘, 크롬산으로 이루어지는 약액을 840℃에서 베이킹한, 일반적인 장력 절연 피막이다.
이 조사 기구에 있어서, 레이저 출력을 100W로 하고, 빔 스폿을 폭 방향으로는 v2＝10m/s로 조사선 간격을 5㎜로 하는 주사를 반복했다. 반송 방향으로는 메이저링 롤(3)로 측정한 통과 속도 v1을 캔슬하도록, 조사할 때의 통과 속도 v1과 동일한 속도가 되도록 제어하여 주사했다. 통과 속도 v1을 5m/분에서 15m/분까지의 임의의 속도로 가속, 감속했지만, 조사선의 각도는 강판 폭 방향으로 정렬되며, 강판의 철손 특성의 변동은 발생하지 않았다.
실시예 2
마무리 어닐링 후에 장력 절연 피막을 도포·베이킹한, 판두께: 0.23㎜ 및 폭: 300㎜의 방향성 전자 강판의 코일로부터 권출한 강판을, 도 1의 철손 개선 장치에 연속적으로 이송하면서, 당해 강판에 레이저를 연속적으로 조사했다.
여기에서, 철손 개선 장치의 주요부인 레이저 조사 기구는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 콜리메이터(8)에 의해 평행광으로 조정한 빔을 강판의 폭 방향으로 주사하는 1매의 진동 미러(갈바노 미러)(9)와, 이 미러의 주사 방향을 폭 방향으로부터 임의의 각도로 변화시키는 회전 스테이지(12)와 그 모터(13) 및, fθ 렌즈(11)로 이루어진다. 즉, 전자의 미러(9)에 의해 빔 스폿을 폭 방향으로 일정 속도로 주사함과 함께, 후자의 회전 스테이지(12)에 의해, 레이저 빔을 폭 방향에 대하여 통과 속도로부터 산출되는 특정한 각도에 따라서 반송 방향으로 경사지게 지향시키도록, 후술의 조작을 행했다.
레이저 발진기(7)는, 싱글 모드 Yb 파이버 레이저이며, 코어 지름 0.05㎜의 전송 섬유(F)를 통하여 레이저 빔을 콜리메이터(8)에 도달시키고, 콜리메이터(8)를 통과한 후의 빔 지름을 8㎜로, 강판 상의 빔 지름을 0.3㎜로 원형으로 조정했다. fθ 렌즈(11)의 초점 거리는 400㎜, 최초의 갈바노 미러에서 강판까지의 광로길이는 520㎜이다.
방향성 전자 강판은, 3.4질량％의 Si를 함유하고, 800A/m에서의 자속 밀도(B8)가 1.935T 및 1.7T, 50㎐에서의 철손(W17/50)이 0.90W/㎏으로, 일반적인 고배향성의 방향성 전자 강판이며, 장력 절연 피막은 포스테라이트 피막 위에 형성된 콜로이드상실리카, 인산 마그네슘, 크롬산으로 이루어지는 약액을 840℃에서 베이킹한, 일반적인 장력 절연 피막이다.
이 조사 기구에 있어서, 레이저 출력을 100W로 하고, 빔 스폿을 폭 방향으로는 v2＝10m/s로 조사선 간격을 5㎜로 하는 주사를 반복했다. 반송 방향으로는 메이저링 롤(3)로 측정한 통과 속도 v1을 캔슬하도록, 조사할 때의 통과 속도 v1과 동일한 속도가 되도록 제어하여 주사했다. 통과 속도 v1을 5m/분에서 15m/분까지의 임의의 속도로 가속, 감속했지만, 조사선의 각도는 강판 폭 방향으로 정렬되며, 강판의 철손 특성의 변동은 발생하지 않았다.
실시예 3
마무리 어닐링 후에 장력 절연 피막을 도포·베이킹한, 판두께: 0.23㎜ 및 폭: 300㎜의 방향성 전자 강판의 코일로부터 권출한 강판을, 도 5에 나타낸 철손 개선 장치에 연속적으로 이송하면서, 당해 강판에 전자 빔을 연속적으로 조사했다.
여기에서, 철손 개선 장치의 주요부인 전자 빔 조사 기구는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 전자 빔을 강판(S)의 폭 방향 및, 압연 방향으로 각각 주사하는 2개의 편향 코일(15 및 16)로 이루어진다. 즉, 전자의 편향 코일(15)에 의해 빔 스폿을 강판의 폭 방향으로 일정 속도로 주사하는 제어를 행함과 함께, 후자의 편향 코일(16)에 의해, 빔 스폿을 폭 방향에 대하여 통과 속도로부터 산출되는 특정한 각도에 따라서 반송 방향으로 경사지게 지향시키도록 조작을 행했다.
전자총(14)은, 가속 전압: 60㎸이고, 전자총 바로 아래에서는 저스트 포커스에서 빔 지름을 직경: 0.2㎜로 수속(收束)할 수 있다. 편향 코일(16)에서 강판까지의 거리는 500㎜이다.
방향성 전자 강판은, 3.4질량％의 Si를 함유하고, 800A/m에서의 자속 밀도(B8)가 1.935T 및 1.7T, 50㎐에서의 철손(W17/50)이 0.90W/㎏으로, 일반적인 고배향성의 방향성 전자 강판이며, 장력 절연 피막은 포스테라이트 피막 위에 형성된 콜로이드상실리카, 인산 마그네슘, 크롬산으로 이루어지는 약액을 840℃에서 베이킹한, 일반적인 장력 절연 피막이다.
이 조사 기구에 있어서, 빔 전류: 10㎃로 하고, 빔 스폿을 폭 방향으로는 v2＝10m/s로 조사선 간격을 5㎜로 하는 주사를 반복했다. 반송 방향으로는 메이저링 롤(3)로 측정한 통과 속도 v1을 캔슬하도록, 조사할 때의 통과 속도 v1과 동일한 속도가 되도록 제어하여 주사했다. 통과 속도 v1을 5m/분에서 15m/분까지의 임의의 속도로 가속, 감속했지만, 조사선의 각도는 강판 폭 방향으로 정렬되며, 강판의 철손 특성의 변동은 발생하지 않았다.
S : 강판
R : 레이저 빔
F : 전송 파이버
E : 전자 빔
1 : 페이 오프 릴
2 : 지지 롤
3 : 메이저링 롤
4 : 조사 기구
5 : 레이저 조사부
6 : 텐션 릴
7 : 레이저 발진기
8 : 콜리메이터
9 : 압연 방향 주사 갈바노 미러
10 : 폭 방향 주사 갈바노 미러
11 : fθ 렌즈
12 : 회전 스테이지
13 : 모터
14 : 전자총
15 : 편향 코일(강판 폭 방향 제어)
16 : 편향 코일(강판 반송 방향 제어)
17 : 진공 챔버

Claims (6)

  1. 마무리 어닐링이 완료된 방향성 전자 강판의 반송로를 가로지르는 방향으로 고에너지 빔을 주사하여 통과 중의 당해 강판 표면에 고에너지 빔을 조사하여 자구(magnetic domain)의 세분화를 행하는 철손(iron loss) 개선 장치로서,
    상기 강판의 통과 속도를 검출하는 기능을 갖고,
    상기 고에너지 빔을 상기 강판의 반송 방향과 직각 방향으로 주사하는 조사 기구에, 당해 주사 방향을, 상기 직각 방향에 대하여, 상기 반송로에 있어서의 상기 검출한 강판의 통과 속도에 기초하는 각도분을 반송 방향으로 경사지게 지향시키는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고에너지 빔이, 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조사 기구에 있어서의 레이저 빔의 주사 미러와 상기 강판과의 사이의 광로길이가 300㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 발진기로부터 빔 조사를 위한 광학계에 전송하는, 파이버의 코어 지름이 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고에너지 빔이, 전자 빔인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조사 기구에 있어서의 전자 빔의 편향 코일과 상기 강판과의 사이의 거리가 300㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 방향성 전자 강판의 철손 개선 장치.
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