KR102415741B1 - 방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향(X1 방향)으로 형성된 선상의 그루브; 및 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향(X2 방향)으로 배열되어 형성된 점상의 그루브를 포함하고, 선상의 그루브 및 점상의 그루브는 압연방향을 따라 복수개 형성되고, 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)은 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)의 0.02 내지 1.7배이다.
Description
방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법에 관한 것이다. 구체적으로 연속 그루브 및 불연속 그루브를 조합하여, 철손 특성과 더불어 전기절연성을 확보할 수 있는 방향성 전기강판 및 그의 자구미세화 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 건식 혹은 유입식 환경하에서 전자기 유도현상을 이용한 변압기 철심소재로 사용되기 때문에, 최종 제품판 상태에서 코팅재의 밀착성과 내식성을 요구한다.
방향성 전기강판은 Si를 다량 함유하며 용해, 주조, 열연, 열연판소둔, 냉연 및 고온소둔공정 등을 통해 2차재결정립의 집합조직을 압연방향과 동일한 Goss 방위({110}<001>)로 배향시킨 기능성 강판이다. 특별히, 방향성 전기강판의 자구미세화기술은 자장인가 시 2차결정립내 180˚ 자구 폭을 감소시킴으로써 철손 특성을 개선시키는 기술로서, 0.20mm 두께 이하의 극박물부터 0.30mm 두께에 이르는 후물재까지 넓은 범위의 두께 제품에 적용되고 있다. 자구미세화기술 중 철손 개선 효과를 응력완화소둔열처리 (SRA, Stress Relief Annealing)후에도 자구미세화 효과를 확보할 수 있는 기술을 영구자구미세화기술(Permanent Magnetic Domain Refinement Technology)이라 한다. 이 영구자구미세화기술은 기술적 특성 때문에 성형 및 열처리를 필요로 하는 변압기 철심으로 사용되고, 건(습)식의 상온이상의 환경에서 철심의 철손 특성과 더불어 전기절연성을 확보 하는 것이 필요하다.
방향성 전기강판 및 그의 자구미세화 방법을 제공한다. 구체적으로, 연속 그루브 및 불연속 그루브를 조합하여, 철손 특성과 더불어 전기절연성을 확보할 수 있는 방향성 전기강판 및 그의 자구미세화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향(X1 방향)으로 형성된 선상의 그루브; 및 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향(X2 방향)으로 배열되어 형성된 점상의 그루브를 포함하고, 선상의 그루브 및 점상의 그루브는 압연방향을 따라 복수개 형성되고, 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)은 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)의 0.02 내지 1.7배이다.
점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)이 0.01 내지 9.00 mm이고, 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)이 1.8mm 내지 5.0mm일 수 있다.
압연방향에 대한 선상의 그루브 간의 간격(D1)은 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)의 0.2 내지 3배일 수 있다.
선상의 그루브 및 점상의 그루브는 강판의 일면에 형성될 수 있다.
선상의 그루브 및 점상의 그루브의 깊이는 강판 두께의 5 내지 15%일 수 있다.
선상의 그루브의 길이 방향 및 점상의 그루브의 배열 방향은 압연방향과 75 내지 105°의 각도를 이룰 수 있다.
선상의 그루브는 상기 강판의 압연 수직 방향을 따라 2개 내지 10개 단속적으로 형성될 수 있다.
점상의 그루브는 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 지름(LG)이 0.02mm 내지 0.4mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 자구미세화 방법은 방향성 전기강판을 준비하는 단계; 방향성 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 연속형 발진주파수 레이저를 조사하여, 선상의 그루브를 형성하는 단계; 및 방향성 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 펄스형 발진주파수 레이저를 조사하여, 점상의 그루브를 형성하는 단계를 포함한다.
선상의 그루브를 형성하는 단계 및 상기 점상의 그루브를 형성하는 단계를 복수회 수행하여, 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)은 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)의 0.02 내지 1.7배이다.
점상의 그루브를 형성하는 단계에서, 레이저의 주파수(Fq)는 20kHz 내지 100 kHz일 수 있다.
점상의 그루브를 형성하는 단계에서, 레이저의 듀티는 50% 이하일 수 있다.
선상의 그루브를 형성하는 단계 및 점상의 그루브를 형성하는 단계에서, 레이저의 에너지 밀도는 0.5 내지 2 J/mm2일 수 있다.
그루브를 형성하는 단계 및 점상의 그루브를 형성하는 단계에서, 레이저의 강판 압연 수직 방향의 빔 길이가 50 내지 750㎛이고, 레이저의 강판 압연 방향의 빔 폭이 10 내지 30㎛일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 연속 그루브 및 불연속 그루브를 조합하여 형성함으로써, 보자력과 철손 개선되며, 동시에 전기절연특성도 개선된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 압연면(ND면)의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 단면(TD면)의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 그루브의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 빔의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 단면(TD면)의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 그루브의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 빔의 형상을 나타낸 모식도이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 의해 자구미세화된 방향성 전기강판(10)의 모식도를 나타낸다.
도 1 및 도 2에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판(10)은 전기강판의 일면(11) 또는 양면(11, 12)에, 압연방향(RD방향)과 교차하는 방향(X1 방향)으로 형성된 선상의 그루브(20); 및 전기강판의 일면(11) 또는 양면(11, 12)에, 압연방향과 교차하는 방향(X2 방향)으로 배열되어 형성된 점상의 그루브(30)를 포함한다.
선상의 그루브(20) 및 점상의 그루브(30)는 압연방향을 따라 복수개 형성되고, 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)은 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)의 0.02 내지 1.7배이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 선상의 그루브(20) 및 점상의 그루브(30)를 동시에 형성하여, 자성특성과 전기절연성특성을 동시에 개선할 수 있다. 예컨데, 선상의 그루브(20) 또는 점상의 그루브(30)를 단독으로 형성할 시, 자성특성 확보를 위해 홈 깊이 증가로 인한 힐업 발생이 문제되어, 자성특성 및 전기 절연성이 열위된다. 본 발명의 일 실시예에서는 이를 조합함으로써, 자성특성과 전기절연성특성을 동시에 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3) 및 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)의 비(D3/D2)가 또한 중요하다.
이 비가 너무 작을 경우, 점상의 그루브(30)가 선상의 그루브와 유사한 형태가 되어, 선상의 그루브(20) 또는 점상의 그루브(30)를 동시에 형성한 효과를 얻기 어렵다. 또한 이 비가 너무 클 경우, 점상의 그루브(30)가 실질적으로 형성되지 않는 것과 동일한 형태가 되어, 선상의 그루브(20) 또는 점상의 그루브(30)를 동시에 형성한 효과를 얻기 어렵다. 따라서, 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)은 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)의 0.02 내지 1.7배가 될 필요가 있다. 더욱 구체적으로 0.30 내지 1.7배가 될 필요가 있다. 더욱 구체적으로 0.65 내지 1.7배가 될 필요가 있다.
도 3에서는 선상의 그루브(20) 간의 간격을 D1으로 표시하였고, 압연방향에 대한 점상의 그루브(30) 간의 간격을 D2로 표시하였다. 도 2에서 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격을 D3으로 표시하였다. 도 1과 같이, 복수의 선상의 그루브(20) 및 복수의 점상의 그루브(30)가 형성된 경우, 임의의 선상의 그루브(20) 및 그 임의의 선상의 그루브(20)와 가장 가까운 선상의 그루브(20)를 그루브 간의 간격(D1)으로 정의한다. 또한, 임의의 점상의 그루브 (30)와 압연방향으로 가장 가까운 점상의 그루브(30)를 점상의 그루브 간의 간격(D2)으로 정의한다. 또한 도 3에서 나타나듯이, 임의의 점상의 그루브(30)와 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)으로 가장 가까운 점상의 그루브(30)를 점상의 그루브 간의 간격(D2)으로 정의한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 선상의 그루브(20) 및 점상의 그루브(30)에 압연방향(RD방향)으로 두께가 존재하므로, 선상의 그루브(20) 중심선과 점상의 그루브(30)의 최외곽선을 기준으로 간격을 정의한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 선상의 그루브(20) 및 점상의 그루브(30)는 실질적으로 평행하나, 평행하지 않은 경우, 가장 가까운 위치를 간격으로 본다. 또한, 복수의 선상의 그루브(20) 및 복수의 점상의 그루브(30)가 형성된 경우, 각각의 간격(D1, D2, D3)의 평균 값, 즉 간격(D1, D2, D3)의 총합을 전체 개수로 나눈 값이 전술한 범위를 만족할 수 있다.
점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)이 0.01 내지 9.00 mm이고, 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)이 1.8mm 내지 5.0mm 일 수 있다. 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)이 너무 클 경우, 점상의 그루브(30)가 아닌 선상의 그루브(20)만이 형성된 효과가 발생하여, 자성 및 절연성이 열위될 수 있다. 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)이 너무 작을 경우, 선상의 그루브(20)가 아닌 점상의 그루브(30)만이 형성된 효과가 발생하여, 자성 및 절연성이 열위될 수 있다. 반대로, 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)이 너무 클 경우, 선상의 그루브(20)만이 형성된 효과가 발생하여, 자성 및 절연성이 열위될 수 있다. 더욱 구체적으로 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)이 0.1 내지 3.0 mm이고, 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)이 2.0mm 내지 4.0mm일 수 있다.
압연방향에 대한 선상의 그루브(20) 간의 간격(D1)은 압연방향에 대한 점상의 그루브(30) 간의 간격(D2)의 0.2 내지 3.0 배일 수 있다.
도 3에서는 선상의 그루브(20) 사이에 점상의 그루브(30)가 한 개 형성된 경우, 즉 D2/D1이 1인 경우를 나타내었으나, 이에 제한되지 않는다.
압연방향에 대한 선상의 그루브(20) 간의 간격(D1)이 너무 클 경우, 점상의 그루브(30)만이 형성된 효과가 발생하여, 자성 및 절연성이 열위될 수 있다. 반대로, 압연방향에 대한 선상의 그루브(20) 간의 간격(D1)이 너무 작을 경우, 선상의 그루브(20)만이 형성된 효과가 발생하여, 자성 및 절연성이 열위될 수 있다. 더욱 구체적으로 압연방향에 대한 선상의 그루브(20) 간의 간격(D1)은 압연방향에 대한 점상의 그루브(30) 간의 간격(D2)의 0.5 내지 1.5 배일 수 있다.
더욱 구체적으로, 압연방향에 대한 선상의 그루브(20) 간의 간격(D1)은 2 내지 15 mm일 수 있다.
압연방향에 대한 선상의 그루브(20) 간의 간격(D1), 압연방향에 대한 점상의 그루브(30) 간의 간격(D2) 및 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)은 전체 전기강판 내에서 그 간격이 일정할 수 있다. 구체적으로 전체 전기강판 내의 모든 간격(D1, D2, D3)이 평균 간격(D1, D2, D3)의 10% 이내에 해당할 수 있다. 더욱 구체적으로 1% 이내에 해당할 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 선상의 그루브(20) 및 점상의 그루브(30)가 강판의 일면(11)에 형성된 것을 나타내었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨데, 선상의 그루브(20)는 강판의 일면(11)에 형성되고, 점상의 그루브(30)는 강판의 타면(12)에 형성되는 것도 가능하다.
예컨데, D2/D1이 1보다 작은 경우도 가능하다. 더욱 구체적으로 점상의 그루브(30) 간의 간격(D2)은 선상의 그루브(20) 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.5 배일 수 있다. 이 경우, 전술한 것과 같이, 각각의 간격(D1, D2)의 평균 값이 전술한 범위를 만족할 수 있다. 더욱 구체적으로 점상의 그루브(30) 간의 간격(D2)은 선상의 그루브(20) 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.4 배가 될 수 있다.
또한, 반대로 D2/D1이 1보다 큰 경우도 가능하다. 더욱 구체적으로 점상의 그루브(30) 간의 간격(D2)은 선상의 그루브(20) 간의 간격(D1)의 2 내지 2.8 배일 수 있다.
도 3에 나타나듯이, 선상의 그루브(20) 및 점상의 그루브(30)는 강판의 표면 일부가 레이저, 플라즈마, 이온빔 등의 조사에 의해 제거된 부분을 의미한다. 도 1에서는 선상의 그루브(20)의 형상이 쐐기형으로 표현되어 있고, 점상의 그루브(30)의 형상이 반원형으로 표현되어 있으나, 이는 일 예에 불과하고, 사각형, 사다리꼴형, U자형, W형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 선상의 그루브(20) 또는 점상의 그루브(30)의 모식도를 나타낸다. 선상의 그루브(20) 또는 점상의 그루브(30)의 깊이(HG)는 강판 두께의 5 내지 15%일 수 있다. 그루브의 깊이(HG)가 너무 얕으면, 적절한 철손 개선효과를 얻기 어렵다. 그루브의 깊이(HG)가 너무 깊으면, 강한 레이저 조사로 인하여 강판(10)의 조직 특성을 크게 변화시키거나, 다량의 힐업 및 스패터를 형성하여 자성을 열화시킬 수 있다. 따라서 전술한 범위로 선상의 그루브(20) 또는 점상의 그루브(30)의 깊이를 제어할 수 있다.
도 4에 나타나듯이, 선상의 그루브(20) 또는 점상의 그루브(30)의 하부에 형성된 응고합금층(40)을 포함하고, 응고합금층(40)은 두께(Hc)가 0.1㎛ 내지 3㎛일 수 있다. 응고합금층(40)의 두께를 적절히 제어함으로써, 2차 재결정 형성에는 영향을 미치지 않고 최종 절연코팅 후 홈 부에 스파이크 도메인(spike domain)만을 형성하게 한다. 응고합금층(40) 두께가 너무 두꺼우면, 1차 재결정시 재결정에 영향을 미치기 때문에 2차 재결정 소둔 후 2차 재결정의 고스 집적도가 열위함으로 2차 재결정 강판에 레이저 조사를 실시하여도 철손개선효과 특성을 확보하지 못할 수 있다. 응고합금층은 평균 입경이 1 내지 10㎛인 재결정을 포함하며, 다른 강판 부분과 구분된다.
도 4에 나타나듯이, 선상의 그루브(20) 또는 점상의 그루브(30)의 상부에는 절연피막층(50)이 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 선상의 그루브(20)의 길이 방향(X1 방향) 또는 점상의 그루브(30)의 배열 방향(X2 방향)과 압연방향(RD방향)이 직각을 형성하는 것으로 나타나 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨데, 선상의 그루브(20)의 길이 방향(X1 방향) 또는 점상의 그루브(30)의 배열 방향(X2 방향)은 75 내지 105°의 각도를 이룰 수 있다. 전술한 각도를 형성할 시, 방향성 전기강판의 철손을 개선하는 데에 기여할 수 있다. 더욱 구체적으로 75 내지 88° 또는 97 내지 105°일 수 있다.
도 1에서는 선상의 그루브(20)가 압연 수직 방향(TD방향)을 따라 연속적으로 형성된 것으로 나타나 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨데, 선상의 그루브(20)는 강판의 압연 수직 방향(TD방향)을 따라 2개 내지 10개 단속적으로 형성될 수 있다. 이처럼 단속적으로 형성할 시, 방향성 전기강판의 철손을 개선하는 데에 기여할 수 있다.
점상의 그루브(30)는 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 지름(LG)이 0.02mm 내지 0.40mm 일 수 있다. 적절한 지름(LG)을 통해 방향성 전기강판의 철손을 개선하는 데에 기여할 수 있다. 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 지름(LG)이 0.05mm 내지 0.3mm 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 자구미세화 방법은 방향성 전기강판(10)을 준비하는 단계; 방향성 전기강판(10)의 일면 또는 양면에, 압연방향(RD방향)과 교차하는 방향으로 레이저를 조사하여, 연속형 발진주파수 레이저를 조사하여, 선상의 그루브(20)를 형성하는 단계; 및 방향성 전기강판(10)의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 펄스형 발진주파수 레이저를 조사하여, 점상의 그루브(30)를 형성하는 단계를 포함한다.
먼저 방향성 전기강판(10)을 준비한다. 본 발명의 일 실시예에서는 자구미세화 방법 및 형성되는 선상의 그루브(20) 및 점상의 그루브(30)의 형상에 그 특징이 있는 것으로서, 자구미세화의 대상이 되는 방향성 전기강판은 제한 없이 사용할 수 있다. 특히, 방향성 전기강판의 합금 조성과는 관계 없이 본 발명의 효과가 발현된다. 따라서, 방향성 전기강판의 합금 조성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 방향성 전기강판은 슬라브로부터 열간 압연 및 냉간 압연을 통해 소정의 두께로 압연된 방향성 전기강판을 사용할 수 있다. 또한 1차 재결정 소둔 또는 2차 재결정 소둔을 마친 방향성 전기강판을 사용할 수 있다.
다음으로, 방향성 전기강판의 일면(11)에, 압연방향(RD방향)과 교차하는 방향으로 레이저를 조사하여, 선상의 그루브(20)를 형성한다.
이 때, 레이저의 에너지 밀도(Ed)는 0.5 내지 2J/mm2일 수 있다. 에너지 밀도가 너무 작은 경우, 적절한 깊이의 선상의 그루브(20)가 형성되지 않고, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다. 반대로 에너지 밀도가 너무 큰 경우에도, 너무 두꺼운 깊이의 선상의 그루브(20)가 형성되어, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다.
도 5에서는 레이저 빔의 형상에 대한 모식도를 나타내었다. 선상의 그루브(20)를 형성하는 단계에서, 레이저의 강판 압연 수직 방향(TD방향)의 빔 길이(L)가 50 내지 750 ㎛일 수 있다. 압연 수직 방향(TD방향)의 빔 길이(L)가 너무 짧으면, 레이저가 조사되는 시간이 너무 짧아, 적절한 그루브를 형성할 수 없고, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다. 반대로 압연 수직 방향(TD방향)의 빔 길이(L)가 너무 길면, 레이저가 조사되는 시간이 너무 길어, 너무 두꺼운 깊이의 선상의 그루브(20)가 형성되어, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다.
레이저의 강판 압연 방향(RD방향)의 빔 폭(W)는 10 내지 30㎛일 수 있다. 빔 폭(W)이 너무 짧거나 길면, 선상의 그루브(20)의 폭이 짧거나 길어지고, 적절한 자구 미세화 효과를 얻을 수 없게 될 수 있다.
도 5에서는 빔 형상을 타원형으로 나타내었으나, 구형, 혹은 직사각형 등 형상의 제한을 받지 않는다.
레이저로는 10 W 내지 100 kW 출력을 갖는 레이저를 사용할 수 있으며, Gaussian Mode, Single Mode, Fundamental Gaussian Mode의 레이저를 사용할 수 있다. TEMoo 형태 빔이며, M2값은 1.0 내지 1.2 범위 값을 가질 수 있다.
다음으로, 방향성 전기강판(10)의 일면 또는 양면에, 압연방향(RD방향)과 교차하는 방향으로 펄스형 발진주파수 레이저를 조사하여, 점상의 그루브(30)를 형성한다.
전술한, 선상의 그루브(20)를 형성하는 단계 및 점상의 그루브(30)를 형성하는 단계는 시간 선, 후의 제한 없이, 수행될 수 있다. 구체적으로, 선상의 그루브(20)를 형성하는 단계 이후, 점상의 그루브(30)를 형성할 수 있다. 또한 점상의 그루브(30)를 형성하는 단계 이후, 선상의 그루브(20)를 형성할 수 있다. 또한, 선상의 그루브(20) 및 점상의 그루브(30)를 동시에 형성하는 것도 가능하다.
점상의 그루브(30)를 형성하는 단계에서, 레이저의 에너지 밀도, 형상, 출력, 종류는 전술한 선상의 그루브(20)를 형성하는 단계와 동일한 레이저를 사용할 수 있다.
다만, 선상의 그루브(20)를 형성하는 단계와는 달리 점상의 그루브(30)를 형성하는 단계에서, 펄스형 발진주파수 레이저를 조사할 수 있다. 펄스형 발진주파수 레이저란 연속형 발진주파수 레이저와는 달리 시간에 대한 레이저 빔의 출력 변화가 있는 레이저이다. 이처럼 출력 변화가 있기 때문에, 레이저 피크 에너지가 낮은 부분에서는 그루브가 형성되지 않고, 높은 부분에서만 그루브가 형성되어 점상의 그루브(30)가 형성된다.
점상의 그루브(30)를 형성하는 단계에서 레이저의 주파수(Fq) 및 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)이 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
11mm·s≤ [Fq] / [D2] ≤ 20000mm·s
(식 1에서 [Fq]는 점상의 그루브를 형성하는 단계에서 레이저의 주파수(Hz)를 나타내고, [D2]는 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(mm)을 나타낸다.)
이 비가 너무 작을 경우, 점상의 그루브(30)가 선상의 그루브와 유사한 형태가 되어, 선상의 그루브(20) 또는 점상의 그루브(30)를 동시에 형성한 효과를 얻기 어렵다. 또한 이 비가 너무 클 경우, 점상의 그루브(30)가 실질적으로 형성되지 않는 것과 동일한 형태가 되어, 선상의 그루브(20) 또는 점상의 그루브(30)를 동시에 형성한 효과를 얻기 어렵다. 더욱 구체적으로 식 1 값이 111 내지 2000mm.s가 될 필요가 있다.
레이저의 주파수(Fq)는 20내지 100kHz가 될 수 있다. 전술한 범위에서 점상의 그루브(30)가 적절히 형성되어, 자성 및 절연성을 동시에 향상시킬 수 있다.
레이저의 듀티는 50% 이하일 수 있다. 듀티는, 레이저 빔의 출력에 대한 시간 파형에 있어서, [출력 변조 주기 시간](Ta)에 대한 [최대 출력(Pmax)의 10% 이상의 출력으로 조사한 시간](Tb)의 비(Tb/Ta)를 나타낸다. 듀티가 적절히 조절되어야 점상의 그루브(30)가 적절히 형성되어, 자성 및 절연성을 동시에 향상시킬 수 있다. 더욱 구체적으로 2 내지 30%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 자구미세화 방법은 절연 피막층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 절연 피막층을 형성하는 단계는 방향성 전기강판을 준비하는 단계 이후, 선상의 그루브를 형성하는 단계 이후, 또는 점상의 그루브를 형성하는 단계 이후에 포함될 수 있다. 더욱 구체적으로 선상의 그루브 및 점상의 그루브를 형성하는 단계 이후 포함될 수 있다. 선상의 그루브 및 점상의 그루브를 형성한 이후, 절연 피막층을 형성할 시, 절연코팅을 1회만 진행하여도 된다는 점에서 장점이 있다.
절연 피막층을 형성하는 방법은 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 일예로, 인산염을 포함하는 절연 코팅액을 도포하는 방식으로 절연 피막층을 형성할 수 있다. 이러한 절연 코팅액은 콜로이달 실리카와 금속인산염을 포함하는 코팅액을 사용하는 것이 바람직하다. 이 때 금속인산염은 Al 인산염, Mg 인산염, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 절연 코팅액의 중량 대비 Al, Mg, 또는 이들의 조합의 함량은 15 중량% 이상일 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
냉간압연, 1차 재결정 소둔 및 2차 재결정 소둔한 두께 0.30mm의 방향성 전기강판을 준비하였다. 이 전기강판에 1.0kW. M2=1.07의 Gaussian mode의 연속파 레이저를 조사하여, RD방향과 86° 각도의 선상의 그루브를 형성하였다. 레이저 빔의 폭(W)은 20㎛ 이고, 레이저 빔의 길이(L)는 600㎛이다. 레이저의 에너지 밀도는 1.5 J/mm2였다. 선상의 그루브간의 간격은 2.5mm 였다. 그루브 깊이를 하기 표 1에 표시하였다.
이 전기강판에 500W의 평균 출력, M2=1.2의 펄스형 레이저를 조사하여 RD방향과 86° 각도의 점상의 그루브를 형성하였다. 레이저 빔의 폭(W)은 20㎛ 이고, 레이저 빔의 길이(L)는 500㎛이다. 레이저의 에너지 밀도는 1.5 J/mm2였다. 압연 방향으로의 점상의 그루브 간의 간격(D2), 배열 방향으로의 점상의 그루브 간의 간격(D3), 그루브 깊이를 하기 표 1에 표시하였다.
그루브 형성 이후, 산세 및 브러쉬 하고, 절연코팅을 하였다. 표 1은 본 발명의 실시 예를 나타내고 있다.
이후, 840℃에서 열처리하고, 보자력, 철손 및 절연성을 측정하여 하기 표 1에 정리하였다.
보자력은 50Hz, 1.7T에서 측정하였다.
철손은 자속밀도의 값이 1.7 Telsa 일 때 주파수가 50Hz인 경우의 철손 값(W17/50)으로 측정하였다.
절연성은 ASTM A717의 Franklin Insulation Teset방법으로 측정하였다.
| 선상 그루브 깊이(%) | 점상 그루브 깊이(%) | 압연 방향으로의 점상 그루브 간격(D2, mm) | 배열 방향으로의 점상 그루브 간격(D3, mm) | 점상 그루브 형성시 레이저 주파수(kHz) | 점상 그루브 형성시 레이저 듀티(%) | D3/D2 | 보자력 (A/m) |
철손(W/kg) | 절연성(mA) | |
| 실시예 1 | 6.5 | 5.0 | 1.8 | 0.036 | 0.5 | 5 | 0.02 | 17.9 | 0.82 | 8 |
| 실시예 2 | 7.0 | 7.0 | 2.5 | 0.750 | 1.0 | 10 | 0.30 | 17.8 | 0.79 | 6 |
| 실시예 3 | 9.0 | 9.0 | 3.5 | 2.275 | 2.0 | 3 | 0.65 | 17.9 | 0.80 | 15 |
| 실시예 4 | 9.0 | 13.0 | 5.0 | 8.500 | 2.5 | 5 | 1.7 | 17.7 | 0.81 | 20 |
| 비교예 1 | 3.0 | 4.2 | 2.5 | 0.025 | 0.5 | 10 | 0.01 | 19.7 | 0.90 | 95 |
| 비교예 2 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | 9.000 | 2.5 | 5 | 1.80 | 19.6 | 0.91 | 88 |
표 1에서 나타나는 것과 같이, 실시예 1 내지 실시예 4는 압연 방향으로의 점상 그루브 간 간격(D2) 및 배열 방향(X2 방향)으로의 점상 그루브 간 간격(D3)이 적절히 조절되어, 보자력, 철손 및 절연성이 동시에 우수함을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1은 배열 방향(X2 방향)으로의 점상 그루브 간 간격(D3)이 너무 좁아, 실질적으로 선상 그루브만이 형성된 경우와 유사하였으며, 보자력, 철손 및 절연성이 열위함을 확인할 수 있다.
비교예 2는 배열 방향(X2 방향)으로의 점상 그루브 간 간격(D3)이 너무 넓어, 보자력, 철손 및 절연성이 열위함을 확인할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
10: 방향성 전기강판, 11: 강판의 일면,
12: 강판의 타면, 20 : 선상의 그루브,
30 : 점상의 그루브, 40: 응고합금층,
50 : 절연피막층
12: 강판의 타면, 20 : 선상의 그루브,
30 : 점상의 그루브, 40: 응고합금층,
50 : 절연피막층
Claims (13)
- 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향(X1 방향)으로 형성된 선상의 그루브; 및
상기 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향(X2 방향)으로 배열되어 형성된 점상의 그루브를 포함하고,
상기 선상의 그루브 및 상기 점상의 그루브는 압연방향을 따라 복수개 형성되고,
상기 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)은 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)의 0.02 내지 1.7배인 방향성 전기강판. - 제1항에 있어서,
상기 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)이 0.01 내지 9.0 mm이고, 상기 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)이 1.8 내지 5.0mm 인 방향성 전기강판. - 제1항에 있어서,
상기 압연방향에 대한 선상의 그루브 간의 간격(D1)은 상기 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)의 0.2 내지 3배인 방향성 전기강판. - 제1항에 있어서,
상기 선상의 그루브 및 상기 점상의 그루브는 전기강판의 일면에 형성되는 방향성 전기강판. - 제1항에 있어서,
상기 선상의 그루브 및 상기 점상의 그루브의 깊이는 상기 전기강판 두께의 5 내지 15%인 방향성 전기강판. - 제1항에 있어서,
상기 선상의 그루브의 길이 방향 및 점상의 그루브의 배열 방향은 상기 압연방향과 75 내지 105°의 각도를 이루는 방향성 전기강판. - 제1항에 있어서,
상기 선상의 그루브는 상기 전기강판의 압연 수직 방향을 따라 2개 내지 10개 단속적으로 형성된 방향성 전기강판. - 제1항에 있어서,
상기 점상의 그루브는 상기 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 지름이 0.02내지 0.4mm인 방향성 전기강판. - 방향성 전기강판을 준비하는 단계;
상기 방향성 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 연속형 발진주파수 레이저를 조사하여, 선상의 그루브를 형성하는 단계; 및
상기 방향성 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 펄스형 발진주파수 레이저를 조사하여, 점상의 그루브를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 선상의 그루브를 형성하는 단계 및 상기 점상의 그루브를 형성하는 단계를 복수회 수행하여, 상기 선상의 그루브 및 상기 점상의 그루브를 압연방향을 따라 복수개 형성하고,
상기 점상의 그루브 배열 방향(X2 방향)에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D3)은 압연방향에 대한 점상의 그루브 간의 간격(D2)의 0.02 내지 1.7배인 방향성 전기강판의 자구미세화 방법. - 제9항에 있어서,
상기 점상의 그루브를 형성하는 단계에서, 레이저의 주파수(Fq)는 20kHz 내지 100kHz인 방향성 전기강판의 자구미세화 방법. - 제9항에 있어서,
상기 점상의 그루브를 형성하는 단계에서, 레이저의 듀티는 50% 이하인 방향성 전기강판의 자구미세화 방법. - 제9항에 있어서,
상기 선상의 그루브를 형성하는 단계 및 상기 점상의 그루브를 형성하는 단계에서, 상기 레이저의 에너지 밀도는 0.5 내지 2 J/mm2인 방향성 전기강판의 자구미세화 방법. - 제9항에 있어서,
상기 선상의 그루브를 형성하는 단계 및 상기 점상의 그루브를 형성하는 단계에서, 상기 레이저의 강판 압연 수직 방향의 빔 길이가 50 내지 750㎛이고, 상기 레이저의 강판 압연 방향의 빔 폭이 10 내지 30㎛인 방향성 전기강판의 자구미세화 방법.
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