KR101676628B1 - 방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

방향성 전기강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은, 1차 재결정 소둔 전 또는 1차 재결정 소둔 후의 강판을 제공하는 단계; 및 상기 강판에 레이저 조사 및 가스 분사를 실시하여 강판의 표면에 그루브를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스가 상기 강판과 만나는 지점과 상기 레이저 조사에 의하여 강판에 형성된 레이저 빔이 이루는 거리는 40mm 이하이다.

Description

방향성 전기강판 및 그 제조방법{GRAIN-ORIENTIED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 변압기 등의 전기기기의 철심재료로 사용되며 전기기기의 전력손실을 줄이고 효율을 향상하기 위해 철손이 낮고 자속밀도가 높은 자기적 특성을 지닌 강판이 요구된다.
일반적으로 방향성 전기강판은 열연, 냉연과 소둔공정을 통해 압연방향으로 {110}<001> 방향으로 배향된 집합조직(일명 Goss Texture)을 갖고 있는 재료를 말한다.
이러한 방향성 전기강판에 있어서 {110}<001> 방향은 철의 자화용이축 방향으로 배향된 정도가 높을수록 자기적 특성이 우수하다.
일반적으로 방향성 전기강판의 제조는 연속주조 공정에 의해 제조된 슬라브(slab)를 열간압연 및 열연판소둔, 냉간압연, 탈탄소둔, 고온소둔, 평탄화소둔, 절연코팅 및 레이저 처리의 순서로 이루어지게 된다.
전기강판 표면에 균일한 그루브(groove)를 형성하기 위해서는 연속발진의 고출력 레이저를 고속의 전기강판 표면부에 조사하고 레이저 조사에 의해 기지부의 용융을 수반하는 그루브를 형성시키는 것이 필요하다.
방향성 전기강판의 자기적 특성을 향상시키기 위해 자구를 미세화 하는 방법이 사용되는데, 자구미세화 방법으로는 응력제거 소둔 후에도 자구미세화 개선효과가 유지되는지 유무에 따라 일시자구미세화와 영구자구미세화로 구분할 수 있다.
일시자구미세화 방법은 열에너지나 기계적 에너지로 표면에 국부적인 응력을 인가함으로써 발생한 자기탄성에너지를 최소화 시키기 위해 90o 자구를 형성시킴으로써 자구를 미세화시키는 자구미세화 기술이다.
일시자구미세화 기술은 자구를 미세화시키는 에너지원에 따라 레이저 자구미세화법, 볼스크래치법, 플라즈마 또는 초음파에 의한 자구미세화법이 있다.
열처리 후에도 철손개선 효과를 유지할 수 있는 영구자구미세화 방법은 에칭법, 롤법 및 레이저법으로 구분할 수 있다.
에칭법은 용액 내 산용액에서 전기화학적인 부식반응에 의해 강판 표면에 그루브(groove)를 형성시키기 때문에 그루브 형상 제어가 어렵고, 강판을 생산하는 중간공정(탈탄소둔, 고온소둔 전)에서 그루브를 형성시키기 때문에 최종 제품의 철손특성의 보증이 어려우며 산용액을 사용하기 때문에 환경친화적이지 못한 단점을 갖고 있다.
롤에 의한 영구자구미세화 방법은 롤에 돌기모양을 가공하여 가압법에 의해 강판의 표면에 일정한 폭과 깊이를 갖는 그루브를 형성하고, 그루브 형성후 강판을 소둔함으로써 그루브 하부의 재결정을 발생시킴으로써 자구미세화시키는 기술로서 기계 가공에 대한 안정성, 두께에 따른 안정적인 철손 확보를 얻기 힘든 신뢰성 및 프로세스가 복잡한 단점을 갖고 있다.
Q-Switch 혹은 펄스레이저에 의한 영구자구미세화 방법은 조사 시 조사부 물질의 증발에 의한 그루브 형성으로 그루브 형성직후의 열처리 전 철손 개선율을 확보하기 어렵고 열처리 후에도 단순 그루브에 의한 자구미세화 효과만 유지할 뿐만 아니라 강판의 이송속도를 고속으로 처리하지 못하는 단점을 갖고 있다.
연속파 레이저에 의한 영구자구미세화 방법은 그루브 형성 시 그루브부의 재응고층을 측벽에만 형성시키거나 그루브 전면부에 균일하게 형성 시키지 못함으로써 그루브 하부 기지부에 과도한 변형을 유기하기 때문에 1차재결정전(前) 공정에 적용하기 어렵고 열처리를 필요로 하는 권철심 변압기 철심으로만 적용되는 단점을 갖고 있다.
도 1과 같이 용융부 과다 및 불균일 재응고층 형성시 그루브의 단면형상을 나타내었다. 그루브 하부 용융부 과다(a) 및 재응고층의 중심부 형성(b) 기술은 비교적 저속에서 강판에 그루브를 형성시키기 때문에 0.9m/s 이상의 고속으로 진행하는 방향성 전기강판 표면에 그루브를 형성하는 것이 어렵고, 1차재결정전 방향성 전기강판 소재에 적용할 수 없으며, 재응고층이 소둔 시 Goss 집합조직의 성장에 방해가 될 수 있는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 방향성 전기강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은, 1차 재결정 소둔 전 또는 1차 재결정 소둔 후의 강판을 제공하는 단계; 및 상기 강판에 레이저 조사 및 가스 분사를 실시하여 강판의 표면에 그루브를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스가 상기 강판과 만나는 지점과 상기 레이저 조사에 의하여 강판에 형성된 레이저 빔이 이루는 거리는 40mm 이하이다.
상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스의 진행방향과 상기 강판의 압연 방향이 이루는 각은 70°이하일 수 있다.
상기 조사되는 레이저의 에너지 밀도는 1.0 J/mm2 내지 3.0J/mm2일 수 있다.
상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스의 압력은 2kgf/cm2 내지 7kgf/cm2일 수 있다.
상기 강판 형성된 레이저 빔과 상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스가 강판에서 만나는 지점에서의 가스의 유속은 20m/s 내지 200m/s일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 그루브의 깊이를 D, 강판의 표면에서 그루브의 폭을 W1, 그루브의 깊이의 1/2 지점에서의 그루브의 폭을 W2 라고 할 때, D / (W1 - W2) 의 값은 1.6 이하이다.
또한, 상기 그루브의 깊이(D)는 2㎛ 내지 30㎛ 일 수 있다.
상기 D / (W1 - W2) 의 값은 0.3 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 따르면, 레이저의 조사에 의한 그루브의 형상이 제어되어 전기강판의 자성이 향상된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 따르면, 1차 재결정 전 또는 1차 재결정 후의 전기강판 모두에 레이저 조사에 의한 자구미세화를 실시할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 따르면, 1차 재결정 전의 전기강판에 레이저 조사에 의한 자구미세화를 실시하더라도 후속하는 열처리 공정 이후에도 철손 개선의 효과가 유지된다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판에서의 그루브의 단면을 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판을 제조하기 위한 장치를 나타낸 모식도이다.
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.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판에서의 그루브의 단면(YZ평면)을 도시한 도면이다. 여기서, X축은 전기강판의 압연방향, Y축은 전기강판의 폭방향, Z축은 XY평면의 법선방향을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 자구미세화 처리에 의하여 표면에 그루브가 형성되어 있으며, 상기 그루브의 깊이를 D, 강판의 표면에서 그루브의 폭을 W1, 그루브의 깊이의 1/2 지점에서의 그루브의 폭을 W2 라고 할 때, D / (W1 - W2) 의 값은 1.6 이하이다. 보다 구체적으로는 0.3 내지 1.6 일 수 있다. 레이저 조사 및 가스 분사에 의하여 강판의 일부는 용융되어 비산되고 일부는 강판의 그루브에 재응고되는데, D / (W1 - W2) 의 값이 0.3 미만일 경우 불균일한 재응고층으로 인하여 자성이 저하될 수 있으며, 1.6 초과일 경우 용융부 과다로 인하여 전기강판의 자성이 저하될 수 있다. 보다 구체적으로는 D / (W1 - W2) 의 값은 1 내지 1.6일 수 있다.
또한, 상기 그루브의 깊이(D)는 2㎛ 내지 30㎛ 일 수 있다. 상기 그루브의 깊이가 2㎛ 미만이면 철손개선을 위한 그루브의 깊이가 확보되지 못하며, 상기 그루브의 깊이가 30㎛ 초과이면 레이저에 의한 열영향부의 증가로 자속밀도가 저하될 수 있다.
이하 상기 기재의 방향성 전기강판을 제조하기 위한 방법에 대하여 설명한다. 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판을 제조하기 위한 장치를 나타낸 모식도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은 먼저, 냉간압연 후 1차 재결정 소둔 전 또는 1차 재결정 소둔 후의 강판을 제공한다.
일반적으로 방향성 전기강판의 제조공정은 슬라브(slab)를 열간압연 및 열연판소둔, 냉간압연, 탈탄소둔(1차 재결정소둔), 고온소둔(2차 재결정소둔), 평탄화소둔, 절연코팅 순서로 이루어진다.
종래기술에서 자구미세화처리는 절연코팅 이후 실시하였으나, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은 냉간압연 이후, 1차 재결정 전 또는 1차 재결정 후의 전기강판 모두에 레이저 조사에 의한 자구미세화를 실시할 수 있다.
상기 강판에 레이저를 조사하는 동시에 가스 분사를 실시하여 강판의 표면에 그루브를 형성한다.
강판에 형성되는 그루브의 형상은 레이저의 조사 조건 및 분사되는 가스의 조건에 따라 달라진다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스가 상기 강판과 만나는 지점과 상기 레이저 조사에 의하여 강판에 형성된 레이저 빔이 이루는 거리는 40mm 이하일 수 있다. 40mm 초과이면 레이저 조사에 의하여 강판에서 용융된 용융물이 제거되지 않아 그루브가 형성되기 어렵다.
또한, 상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스의 진행방향과 상기 강판의 압연 방향이 이루는 각은 70°이하일 수 있다. 70°초과인 경우 D / (W1 - W2) 의 값이 1.6 이하인 그루브가 형성되기 어렵다.
또한, 상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스의 압력은 2kgf/cm2 내지 7kgf/cm2 일 수 있다. 또한, 상기 강판 형성된 레이저 빔과 상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스가 강판에서 만나는 지점에서 가스의 유속은 20m/s 내지 200m/s 일 수 있다. 상기 압력 범위와 유속 범위를 만족할 때 D / (W1 - W2) 의 값이 0.3 내지 1.6 인 그루브를 형성할 수 있다.
또한, 상기 조사되는 레이저의 에너지 밀도는 1.0 J/mm2 내지 3.0J/mm2일 수 있다. 3.0J/mm2을 초과하는 경우 용융부가 과도하여 전기강판에 잔류하게 되어 자성이 저하될 수 있다. 1.0J/mm2 미만의 레이저 에너지밀도 값에서는 충분한 그루브 깊이를 확보하지 못하여 열처리 후 철손 개선효과를 확보하기 어려울 수 있다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
0.27mm 두께의 방향성 전기강판에 표2 과 같은 조건의 그루브를 형성하였다. 이때, 조사되는 레이저의 에너지밀도는 2.0J/mm2, 분사되는 가스의 진행방향과 상기 강판의 압연 방향이 이루는 각은 70°, 상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스가 상기 강판과 만나는 지점과 상기 레이저 조사에 의하여 강판에 형성된 레이저 빔이 이루는 거리는 40mm으로 유지하였으며, 분사되는 가스의 압력은 1kgf/cm2 내지 10kgf/cm2으로 변화시키고, 강판에 형성된 레이저 빔과 상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스가 강판에서 만나는 지점에서의 가스의 유속은 10m/s 내지 300m/s 으로 변화시키면서 표 1 과 같은 D / (W1 - W2) 값을 가지는 그루브를 형성하였다. 철손 개선율은 (그루브 형성 전 강판의 철손 - 그루브 형성 후 강판의 철손)/(그루브 형성 전 강판의 철손)이다.
1≤D/(W1-W2)≤1.6 0.3≤D/(W1-W2)≤1.6 1.6＜D/(W1-W2) 1.6＜D/(W1-W2)
시편 철손 개선율 시편 철손 개선율 시편 철손 개선율 시편 철손 개선율
1 13.06% 6 9.90% 11 4.18% 16 4.17%
2 13.09% 7 9.96% 12 4.58% 17 4.00%
3 13.11% 8 8.50% 13 3.67% 18 3.77%
4 13.44% 9 8.45% 14 4.57% 19 4.58%
5 11.31% 10 9.37% 15 5.01% 20 5.00%
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 (8)

1차 재결정 소둔 전 또는 1차 재결정 소둔 후의 강판을 제공하는 단계; 및
상기 강판에 레이저 조사 및 가스 분사를 실시하여 강판의 표면에 그루브를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스가 상기 강판과 만나는 지점과 상기 레이저 조사에 의하여 강판에 형성된 레이저 빔이 이루는 거리는 40mm 이하이고,
상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스의 진행방향과 상기 강판의 압연 방향이 이루는 각은 70°이하이고,
상기 조사되는 레이저의 에너지 밀도는 1.0 J/mm2 내지 3.0J/mm2 이고,
상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스의 압력은 2kgf/cm2 내지 7kgf/cm2이고,
상기 강판에 형성된 레이저 빔과 상기 가스 분사에 의하여 분사되는 가스가 강판에서 만나는 지점에서의 가스의 유속은 20m/s 내지 200m/s이고,
상기 그루브의 깊이를 D, 강판의 표면에서 그루브의 폭을 W1, 그루브의 깊이의 1/2 지점에서의 그루브의 폭을 W2 라고 할 때,
D / (W1 - W2) 의 값은 1 내지 1.6인 방향성 전기강판의 제조방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
표면에 그루브를 형성하여 자구미세화 처리를 실시한 방향성 전기강판에 있어서,
상기 그루브의 깊이를 D, 강판의 표면에서 그루브의 폭을 W1, 그루브의 깊이의 1/2 지점에서의 그루브의 폭을 W2 라고 할 때,
D / (W1 - W2) 의 값은 1 내지 1.6인 방향성 전기강판.
제 6 항에 있어서,
상기 그루브의 깊이(D)는 2㎛ 내지 30㎛ 인 방향성 전기강판.
삭제
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