KR20200076508A - 방향성 전기강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 전기강판의 표면에, 압연방향을 따라 복수개 형성된 선상(線狀)의 변형부를 포함하고, 강판 전장(全長)에 걸쳐 결정립의 입경에 대응하여 변형부 간의 간격이 변경되고, 변형부 간의 간격이 서로 다른 적어도 2 영역이 존재한다.

Description

방향성 전기강판 및 그의 제조 방법{GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
방향성 전기강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 강판의 결정립 입경에 대응하여 변형부의 간격을 조절하여 자성을 향상시킨 방향성 전기강판의 제조 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 우수한 자기적 특성을 가지고 있어 일반적으로 변압기의 철심 재료로 사용되며 전기강판만이 가지고 있는 특별한 압연프로세스를 거쳐 <001> 방향으로 특화 되어 있는 Goss 집합조직을 강판 전체에 형성시킨다.
Goss 집합조직은 고정기의 자성적 측면에서 특화 되어 있는 조직이다. 방향성 전기강판 분야의 경우 방향성 전기강판을 사용시의 효율성 향상이 가장 큰 이슈이다. 그것은 세계적 에너지 문제로 인해서 대두되고 있는 에너지 손실 감소 방안과 그 방향이 일치한다. 그렇기 때문에 효율성을 대변하는 철손과 자속밀도 즉, 자성 특성이 중요한 요소이다.
그리고 자성 특성을 우수하게 확보하기 위해서는 각 공정에서의 조건을 최적 조건으로 유지하는 것이 필요하며, 조건을 최적으로 유지하기 위해 필요한 인자 중 하나가 강판조직에 형성되는 결정립의 입경(grain size)이다.
전기강판의 자기적 특성은 자구(magnetic domain)의 크기와 방향에 영향을 받고, 자구는 결정립의 입경에 영향을 받는다. 여기서 하나의 결정입자 내에도 자구벽(domain wall)에 의하여 여러 개의 자구(magnetic domain)가 형성될 수 있고, 하나의 결정입자(grain boundary 내의 단결정)가 하나의 자구(single domain)를 형성할 수도 있으며, 두 개 이상의 결정입자라고 하더라도 결정방위가 유사할 경우 하나의 자구(single domain)을 형성할 수도 있지만, 설명의 편의를 위해 하나의 결정입자(single grain)는 하나의 자구(single domain)를 형성하는 것을 기준으로 설명한다. 따라서 이하에서는 결정입자라는 표현은 금속조직학적으로 결정입자 자체를 의미하기도 하고 자기적으로는 하나의 자구(magnetic domain)를 의미하기도 한다.
전기강판에서 자구를 미세화 한다는 것은 하나의 자구적 특성을 갖는 결정입자에 물리적 자극을 부여하여 여러 개의 자구로 분리하는 과정을 의미한다. 이러한 자구 미세화 공정의 경우, 탈탄공정 이전에 수행될 수도 있고 절연코팅 이후에도 수행되는 경우도 있다. 어느 경우이던 미세화된 자구 (즉, 결정립)을 제조 공정 중에 측정할 필요가 있으나, 자구가 물리적으로 구분되는 경우도 있지만, 강판 표면에 절연 코팅 된 상태에서는 결정립 크기를 측정하는 것이 결코 용이하지 않다. 또한 제조 공정 중에 실시간으로 결정립의 크기를 측정할 경우에는 측정 센서 등의 반응성이 빨라야만 결정입의 크기를 측정할 수 있을 것이다.
일반적으로 알려진 결정립을 측정하는 방법으로는 염산에 강판을 침지하는 방식으로 측정한다. 결정립 내부와 결정립 경계(Grain boundary) 사이의 에너지 차이가 크기 때문에, 염산에 강판을 침지할 경우, 결정립 경계 쪽의 식각 속도가 빨라 일정시간이 지난 후 강판을 확인하게 되면 식각량 차이에 의해서 타일과 같은 무늬가 나타나게 된다. 염산을 통한 방법은 명확한 결정립 입경 측정이 가능하고 널리 사용되고 있지만, 염산의 식각 시간이 필요하다는 것과 산을 사용해야 한다는 환경적 요소가 있다. 그렇기 때문에 절연코팅이 되어 있는 전기강판에 비파괴 및 실시간으로 사용하기에는 한계가 있다.
방향성 전기강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 강판의 결정립 입경에 대응하여 변형부의 간격을 조절하여 자성을 향상시킨 방향성 전기강판의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 전기강판의 표면에, 압연방향을 따라 복수개 형성된 선상(線狀)의 변형부를 포함하고, 강판 전장(全長)에 걸쳐 결정립의 입경에 대응하여 변형부 간의 간격이 변경되고, 변형부 간의 간격이 서로 다른 적어도 2 영역이 존재한다.
강판의 폭방향(TD방향)으로 구간을 나누어, 각 구간별에 포함되는 결정립의 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부 간의 간격이 형성될 수 있다.
강판의 압연방향(RD방향)으로 구간을 나누어, 각 구간별에 포함되는 결정립의 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부 간의 간격이 형성될 수 있다.
결정립의 입경 (x, mm)과 변형부 간의 간격(y, mm)가 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
y-2 ≤ 8.943 - 0.45x + 0.011x2 ≤ y+2.
선상의 변형부는 일시 자구 변형부, 영구 자구 변형부 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
선상의 변형부는 영구 자구 변형부를 포함하고, 영구 자구 변형부의 깊이는 3 내지 30㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 강판의 결정립 입경을 측정하는 단계; 및 측정된 결정립 입경 값을 바탕으로 간격을 결정하여 선상의 변형부를 형성하는 단계;를 포함하고, 변형부 간의 간격이 서로 다른 적어도 2 영역이 존재하도록 변형부를 형성한다.
강판의 폭방향으로 구간을 나누어, 각 구간별로 측정된 평균 결정립 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부 간의 간격을 형성할 수 있다.
압연방향으로 구간을 나누어, 각 구간별로 측정된 평균 결정립 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부 간의 간격을 형성할 수 있다.
결정립의 입경 (x, mm)과 변형부 간의 간격(y, mm)가 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
y-2 ≤ 8.943 - 0.45x + 0.011x2 ≤ y+2
강판의 결정립 입경을 측정하는 단계는 강판 표면에 자력을 인가하여 자화시키는 단계, 결정립계에 의해 형성되는 누설자속을 검출하는 단계, 및 검출된 누설자속을 연산하여 결정립경을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
선상의 변형부를 형성하는 단계는 강판에 레이저, 전자빔 또는 플라즈마 중 1종 이상을 조사하는 단계, 산을 이용하여 에칭하는 단계 또는 입자를 충돌시키는 단계를 포함할 수 있다.
선상의 변형부를 형성하는 단계는 강판에 레이저를 조사하여 일시 자구 변형부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기 강판의 자구 미세화 장치는 강판의 결정립 입경을 측정하여 그 결과를 변형부 제어부로 전송하는 결정립 입경 측정 장치; 결정립 입경 측정 장치로부터 결정립 입경 값을 전달받아 변형부 간의 간격을 결정하는 변형부 제어부; 및 변형부 제어부에서 결정된 간격으로 강판 표면에 변형부를 형성하는 변형부 형성 장치를 포함한다.
결정립 입경 측정 장치는 강판 표면에 자력을 인가하여 자화시키는 자화기; 및 결정립계에 의해 형성되는 누설 자속을 검출하는 자기 센서; 를 포함할 수 있다.
변형부 형성 장치는 강판의 폭방향으로 2 내지 9대 설치되고, 각 장치 별로 변형부 제어부에서 결정된 간격으로 강판 표면에 변형부를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 결정립 입경에 따라 최적의 자구 미세화를 수행함으로써, 자성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 결정립 입경이 작은 경우의 변형부 형성 간격을 나타낸 모식도이다.
도 2는 결정립 입경이 큰 경우의 변형부 형성 간격을 나타낸 모식도이다.
도 3은 강판의 폭방향으로 구간을 나누어, 변형부 간의 간격을 다르게 형성한 모식도이다.
도 4는 강판의 압연방향으로 구간을 나누어, 변형부 간의 간격을 다르게 형성한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 결정립 입경을 측정 방법을 설명한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 결정립 입경을 측정 방법을 설명한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기 강판의 자구 미세화 장치를 개략적으로 표시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 결정립 입경 측정 장치를 개략적으로 표시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 방법으로 결정립 입경 측정한 결과이다.
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.
본 발명의 일 실시예에서는 강판의 결정립 입경에 대응하여 변형부의 간격을 조절하여 자성을 향상시키고자 하는 것을 목적으로 한다.
방향성 전기강판의 경우, 제조공정이 대단히 복잡하고, 결정립의 입경을 제어하는 인자가 다양하게 존재한다. 이상적으로는 방향성 전기강판 전장(全長)에 결쳐서 동일한 입경의 결정립을 형성하는 것이 바람직하나, 현실적으로는 강판의 폭 방향(TD방향) 및 압연 방향(RD방향)으로 결정립 입경에 편차가 많이 발생한다.
종래에는 이러한 결정립 입경 편차가 현실적으로 존재함에도 불구하고, 기계적으로 동일한 간격의 변형부를 형성하였으나, 본 발명의 일 실시예에서는 결정립의 입경에 대응하여 변형부 간의 간격을 다양하게 변형함으로써, 제조 공정조건의 변화에 따라 결정입자의 크기가 존재 한다고 하여도 최종 제품의 결정입자(즉, 자구의 크기)를 균일화하게 하여 전기강판의 자성을 종합적으로 향상시키고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 전기강판의 표면에, 압연방향을 따라 복수개 형성된 선상(線狀)의 변형부(20)를 포함하고, 강판 전장(全長)에 걸쳐 결정립(10)의 입경에 대응하여 변형부 간의 간격(D)이 변경되고, 변형부 간의 간격(D)이 서로 다른 적어도 2 영역이 존재한다.
도 1 및 도 2에서 나타나는 것과 같이, 본 발명의 일 실시예예서 도 1과 같이 결정립 입경이 비교적 작은 경우 변형부 간의 간격(D)을 비교적 크게 형성한다. 또한, 같은 강판 내에서 도 2와 같이 결정립 입경이 비교적 큰 경우, 변형부 간의 간격(D)을 비교적 작게 형성한다.
결정립 입경이 달라질 경우 결정립 내부의 자기적 특성이 다르기 때문에 자구라고 불리는 내부 구조에 차이가 나게 된다. 즉 결정립 입경이 클 경우 자구가 유사한 무리들이 크게 자리잡고 있게 되고 결정립 입경이 작을 경우 자구가 유사한 무리들이 작게 자리잡고 있는 것이다.
방향성 전기강판의 경우 자구에 가해지는 자기장의 방향이 연속적으로 바뀌는 상태에서 방향성 전기강판을 사용하는 변압기로 주로 사용하기 때문에 전술한 내용이 중요하다.
더욱 구체적으로 설명하면, 변압기를 AC 전압을 통상적으로 사용하고 AC 전압을 통해서 자화되는 방향이 변화하게 된다. AC는 시간에 따라 전류 및 자기장의 방향이 바뀌게 되며, 방향이 변화할 때 결정립의 입경이 크게 되면 그 손실이 커지게 된다. 결정립의 입경이 클 경우 AC 전압에 의해서 변화된 자기장 방향으로 전체 자구 무리를 이동시키는 것에 에너지적 손실이 크게 되기 때문에 이를 줄이기 위하여 변형부 부여를 통해 자구미세화를 하여 자구 크기를 줄여주게 된다.
반면, 결정립 입경이 비교적 작을 경우, 자구 미세화를 비교적 큰 변형부 간 간격(D)으로 진행하여도 문제가 없지만, 결정립 입경이 비교적 클 경우 간격(D)을 작게 하는 것이 필요하다. 결정립 입경이 작음에도 불구하고, 작은 변형부간 간격(D)으로 자구 미세화할 경우, 경계를 중심으로 자화에 이롭지 못한 자구들이 많이 발생하여 철손이 열화되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 각 결정립 입경에 대응하여 변형부 간의 간격을 변경함으로써, 자성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 결정립 입경이란 압연면(ND면)을 기준으로 한 입경이다. 또한 결정립 입경이란 결정립과 동일한 면적을 갖는 가상의 원을 상정하여 그 원의 입경을 의미한다.
각각의 결정립에 대해 변형부의 간격(D)을 전부 다르게 하는 것이 가장 이상적이겠으나, 빠르게 이동하는 강판 설비 내에서 이를 구현하는 것은 사실상 어렵다.
본 발명의 일 실시예에서는 강판의 폭방향(TD방향)으로 구간을 나누어, 각 구간별에 포함되는 결정립(10)의 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부(20) 간의 간격(D)이 형성될 수 있다. 구체적으로 각 구간에 포함되는 결정립(10)의 평균 입경을 구하고, 그 평균 입경에 따라 변형부 간의 간격(D)이 형성될 수 있다. 구체적으로 강판의 전체 폭에 대하여 2 내지 9개의 구간으로 나눌 수 있다.
도 3에서는 강판의 폭방향(TD 방향)으로 구간을 나누어, 변형부 간의 간격을 다르게 형성한 모식도를 나타내었다.
본 발명의 일 실시예에서는 강판의 압연방향(RD방향)으로 구간을 나누어, 각 구간별에 포함되는 결정립(10)의 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부(20) 간의 간격(D)이 형성될 수 있다. 구체적으로 각 구간에 포함되는 결정립(10)의 평균 입경을 구하고, 그 평균 입경에 따라 변형부 간의 간격(D)이 형성될 수 있다. 구체적으로 강판의 압연 방향(RD 방향)에 대하여 1 내지 50 cm 길이 간격으로 구간을 나눌 수 있다.
도 4에서는 강판의 압연 방향(RD 방향)으로 구간을 나누어, 변형부 간의 간격을 다르게 형성한 모식도를 나타내었다. 도 3 및 도 4에서는 설명을 위해 구간 별로 결정립의 입경이 급변하는 것으로 표현하였으나, 실제 강판에서는 구간 경계 전, 후로 구배(gradient)를 가지고 결정립 입경이 변할 수 있다. 강판의 폭방향(TD방향) 및 압연방향(RD방향) 즉, 격자 모양으로 구간을 나누어, 변형부 간의 간격을 다르게 형성하는 것도 가능하다.
결정립의 입경 (x, mm)과 변형부 간의 간격(y, mm)가 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
y-2 ≤ 8.943 - 0.45x + 0.011x2 ≤ y+2
식 1을 만족하지 못하는 경우, 자성 특히 철손 특성이 현저하게 떨어지게 된다. 기존과 같이 결정립 입경과 무관하게 일률적으로 변형부의 간격(D)을 부여한 경우, 결정립 입경의 편차에 따라 상기 식 1을 만족하지 못하게 되며, 철손 특성이 열화될 수 있다.
더욱 구체적으로 식 1 값이 y의 ±1.5 범위 내에 포함될 수 있다. 더욱 구체적으로 식 1 값이 y의 ±1 범위 내에 포함될 수 있다. 더욱 구체적으로 식 1 값이 y의 ±0.5 범위 내에 포함될 수 있다. 더욱 구체적으로 식 1 값이 y의 ±0.1 범위 내에 포함될 수 있다.
선상의 변형부는 일시 자구 변형부, 영구 자구 변형부 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일시 자구 변형부는 강판 표면에 열충격을 부여하여 자구를 미세화한 변형부이다. 일시 자구 변형부는 외관상으로는 다른 강판 표면과 구별할 수 없다. 일시 자구 변형부는 염산 농도 5%이상에서 10분 이상 침지시 홈형태로 식각되는 부분으로서, 다른 강판 표면 부분과 구별이 가능하다.
영구 자구 변형부는 강판 표면에 그루브(홈)을 형성하여 자구를 미세화한 변형부이다. 영구 자구 변형부의 깊이는 3 내지 30㎛일 수 있다.
선상의 변형부는 압연방향과 교차하여 형성될 수 있다.
선상의 변형부의 길이 방향과 압연 방향(RD 방향)이 75 내지 88°의 각도를 이루는 것이 가능하다. 전술한 각도 범위 내에서 자성이 더욱 향상될 수 있다.
선상의 변형부는 강판의 폭 방향(TD 방향)으로 연속적으로 형성되는 것도 가능하고, 단속적으로 형성되는 것도 가능하다.
전술하였듯이, 강판의 전장(全長)에 걸쳐 결정립의 입경은 3 내지 25mm로 다양하게 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법은 강판의 결정립 입경을 측정하는 단계; 및 측정된 결정립 입경 값을 바탕으로 간격을 결정하여 선상의 변형부를 형성하는 단계;를 포함한다. 이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 강판의 결정립 입경을 측정한다. 본 발명의 일 실시예에서 결정립 입경을 측정하는 방법으로는 실시간으로 결정립 입경을 측정하여 후술할 변형부 형성시 측정된 결정립 입경을 반영할 수 있는 방법이면 제한 없이 사용할 수 있다. 기존에 결정립 입경 측정 방법으로 널리 알려진 산 침지 법은 실시간으로 결정립 입경을 측정할 수 없어, 부적절하다.
강판의 결정립 입경을 측정하는 방법의 일 예로서, 누설자속법(Magnetic Flux Leakage Method)을 사용할 수 있다. 구체적으로 결정립 입경을 측정하는 단계는 강판 표면에 자력을 인가하여 자화시키는 단계, 결정립계에 의해 형성되는 누설자속을 검출하는 단계, 및 검출된 누설자속을 연산하여 결정립경을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
결정립은 결정립 내부와 결정립계(결정립 경계)에 자기적 특성(Magnetic Property)의 차이가 존재한다. 이로 인해 해당하는 위치에 자기 센서가 위치하면 결정립 경계에서 자기장의 변화로 인해 측정 신호의 크기에 큰 변화가 발생된다.
도 5에서는 자기장의 변화에 대해 나타낸다. 화살표로 표시한 부분에서 측정 신호의 크기에 변화가 발생한 부분이며, 결정립계가 존재하는 것으로 측정할 수 있다.
이를 이용하여 결정립의 경계를 측정하여 결정립의 입경을 측정할 수 있다. 이와 더불어 센서를 스캔 방향의 수직한 방향으로 나란히 배치하게 되면 센서 간격에 따라 결정립을 고해상도의 2차원 이미지로 나타낼 수 있어 결정립 입경을 명확하게 구분할 수 있게 된다.
다시 설명하면, 자화기(전자석 or 영구자석)로 일정 방향으로 강판을 자화시키고, 강판에 존재하는 결함에 의해 외부에 누출되는 자기장을 Hall Sensor, GMR 등 등 자기센서로 측정하여 결함을 검출한다. 자화기에 발생되는 자기장이 강자성체 강판에 특정 방향으로 자화를 시키고, 결정립 내부 영역은 자기장이 균일하게 흐르지만, 결정립계에서는 누설자속이 발생하게 되고 누설되는 자속의 수직성분을 홀 센서(Hall sensor) 등의 자기 센서로 측정하는 것이다.
측정된 결정립계로부터 결정립 입경을 구하는 방법에는 면적 측정법, 겹침부위 측정 법 등의 다양한 방법이 있으며 특별히 제한되지 아니한다. 일 예로 면적 측정법은 일정 면적에 임의의 선을 그은 후 결정립계와 마주치는 영역의 개수를 측정한 후 그것을 전체 면적으로 나누어 환산함으로써 결정립 입경을 구할 수 있다. 도 6에서는 이를 모식화하여 나타내었다. 도 6에서는 일정 면적에 대하여 대각으로 2개의 선을 그은 후, 결정립계와 마주치는 영역(원으로 표시한 부분)의 개수를 측정하여 환산한 것이다.
다음으로, 측정된 결정립 입경 값을 바탕으로 간격을 결정하여 선상의 변형부를 형성한다.
전술하였듯이, 강판의 폭방향, 압연 방향 또는 폭 방향 및 압연 방향으로 구간을 나누어, 각 구간별로 측정된 평균 결정립 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부 간의 간격을 형성할 수 있다.
또한, 결정립의 입경 (x, mm)과 변형부 간의 간격(y, mm)가 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
y-2 ≤ 8.943 - 0.45x + 0.011x2 ≤ y+2
선상의 변형부를 형성하는 방법으로는 다양한 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로 강판에 레이저, 전자빔 또는 플라즈마 중 1종 이상을 조사하거나, 산을 이용하여 에칭하거나, 입자를 충돌시켜 변형부를 형성할 수 있다.
또한, 선상의 변형부를 형성하는 단계는 강판에 레이저를 조사하여 일시 자구 변형부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일예로서 레이저를 조사하는 방법은 레이저의 에너지 밀도(Ed)는 0.5 내지 2 J/mm2일 수 있다. 에너지 밀도가 너무 작은 경우, 적절한 깊이의 그루브(20)가 형성되지 않고, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다. 반대로 에너지 밀도가 너무 큰 경우에도, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다.
레이저의 강판 폭 방향(TD방향)의 빔 길이(L)가 300 내지 5000㎛일 수 있다. 폭 방향(TD방향)의 빔 길이(L)가 너무 짧으면, 레이저가 조사되는 시간이 너무 짧아, 적절한 변형부를 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 변형부가 형성되어, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다.
레이저의 강판 압연 방향(RD방향)의 빔 폭(W)는 10 내지 200㎛일 수 있다. 빔 폭(W)이 너무 짧거나 길면, 변형부의 폭이 짧거나 길어지고, 적절한 자구 미세화 효과를 얻을 수 없게 될 수 있다.
레이저 빔 종류로는 특별히 한정되지 아니하며, single fiber laser를 사용할 수 있다.
도 7에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기 강판의 자구 미세화 장치(200)를 나타낸다. 도 7의 방향성 전기 강판의 자구 미세화 장치(200)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 방향성 전기 강판의 자구 미세화 장치(200)를 다양하게 변형할 수 있다.
도 7에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기 강판의 자구 미세화 장치(200)는 강판의 결정립(10) 입경을 측정하여 그 결과를 변형부 제어부(220)로 전송하는 결정립 입경 측정 장치(210); 결정립 입경 측정 장치(210)로부터 결정립 입경 값을 전달받아 변형부 간의 간격을 결정하는 변형부 제어부(220); 및 변형부 제어부(220)에서 결정된 간격으로 강판 표면에 변형부를 형성하는 변형부 형성 장치(230)를 포함한다.
이하에서는 각 구성별로 상세하게 설명한다.
도 7에 나타나듯이, 화살표 방향으로 강판이 이동하며, 디플렉터 롤(Deflector Roll)(241, 242)에 의해 강판 지지롤(243)로 향하도록 전환된다.
결정립 입경 측정 장치(210)는 강판의 결정립(10) 입경을 측정하여 그 결과를 변형부 제어부(220)로 전송한다. 전술한 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법에서도 설명하였듯이, 결정립 입경 측정 장치(210)는 실시간으로 결정립 입경을 측정하여 후술할 변형부 형성 장치(230)에서 측정된 결정립 입경을 반영할 수 있는 장치면 제한 없이 사용할 수 있다. 일 예로 누설자속법(Magnetic Flux Leakage Method)을 적용한 장치를 사용할 수 있다.
도 8에서는 결정립 입경 측정 장치(210)의 일 예를 개략적으로 나타낸다. 도 8에 나타나듯이, 결정립 입경 측정 장치(210)는 강판 표면에 자력을 인가하여 자화시키는 자화기(211) 및 결정립계에 의해 형성되는 누설 자속을 검출하는 자기 센서(212)를 포함할 수 있다. 결정립 입경 측정 장치(210)의 측정 원리에 대해서는 전술하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
변형부 제어부(220)는 결정립 입경 측정 장치(210)로부터 결정립 입경 값을 전달받아 변형부 간의 간격을 결정한다. 변형부 간의 간격을 결정하는 원리에 대해서는 전술하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
변형부 형성 장치(230)는 강판 표면에 변형부를 형성할 수 있는 장치이면 제한 없이 사용할 수 있다. 도 7에서는 일예로 레이저, 전자빔 또는 플라즈마 조사 장치를 표시하였다. 그 외에도 산 에칭이나 입자 충돌 장치도 사용할 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 - 결정립 입경에 따른 최적 간격 도출
20㎝ × 10㎝ 크기의 시편을 준비하였다. 시편 내의 평균 결정립 입경은 각각, 6.59mm(시편 1), 10.2mm(시편 2) 및 18.7mm(시편 3)이었고, 결정립 입경의 편차가 거의 없는 일정한 시편을 준비하였다.
각각의 시편에 변형부 간의 간격을 3 내지 7mm로 바꾸어 가며 형성하였으며, 이에 대한 철손(17/50)을 측정하여 하기표 2에 나타내었다.
변형부는 100mpm 기준으로 1500W 수준인 ND fiber laser를 사용하였다.
도 9 및 도 10에서는 각각 시편 1 및 시편 3에서의 결정립을 자속누설법으로 분석한 사진을 나타낸다.
시편 1 시편 2 시편 3
결정립 입경 6.59㎜ 10.2㎜ 18.7㎜
식 1 값 6.46 5.50 4.34
변형부 간격(mm) 시편 1 시편 2 시편 3
3 0.825 0.774 0.771
3.5 0.795 0.787 0.770
4 0.800 0.773 0.752
4.5 0.796 0.768 0.710
5 0.781 0.733 0.726
5.5 0.791 0.714 0.750
6 0.784 0.762 0.756
6.5 0.737 0.790 0.792
7 0.784 0.792 0.793
표 2에 나타나듯이, 식 1 값이 변형부 간격의 ±1 범위인 경우, 그 밖인 경우에 비해 철손이 우수함을 확인할 수 있다. 그 중에서도 ±0.5 범위인 경우가 더욱 우수함을 확인할 수 있다.
실험예 2
결정립 입경이 3 내지 25mm범위에서 다양하게 형성된 시편을 준비하였다.
상기 시편을 영역으로 나누어 각 영역 별로 식 1 값의 ±0.1 범위를 만족하도록 변형부 간격을 조절하여 형성하고, 이를 실시예로 하였다.
비교예 1 내지 3은 변형부 간격을 각각 4.5mm, 5.5mm, 6.5mm로 일괄적으로 적용하였다.
실시예와 비교예 1 내지 3의 철손(W17/50)을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
변형부 간격 철손(W17/50, W/kg)
실시예 4mm 내지 8mm 범위에서 변동 적용 0.720
비교예 1 4.5mm로 일괄 적용 0.758
비교예 2 5.5mm로 일괄 적용 0.752
비교예 3 6.5mm로 일괄 적용 0.792
표 3에서 나타나듯이, 변형부 간격을 결정립 입경에 따라 적절히 제어한 실시예가 비교예 1 내지 3에 비해 철손이 월등히 개선되는 것을 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.
100: 방향성 전기강판,
10 : 결정립,
20 : 변형부,
200 : 자구 미세화 장치,
210 : 입경 측정 장치,
220 : 변형부 제어부,
230 : 변형부 형성 장치

Claims (16)

  1. 전기강판의 표면에, 압연방향을 따라 복수개 형성된 선상(線狀)의 변형부를 포함하고,
    강판 전장(全長)에 걸쳐 결정립의 입경에 대응하여 변형부 간의 간격이 변경되고,
    상기 변형부 간의 간격이 서로 다른 적어도 2 영역이 존재하는 방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    강판의 폭방향으로 구간을 나누어, 각 구간별에 포함되는 결정립의 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부 간의 간격이 형성된 방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    강판의 압연방향으로 구간을 나누어, 각 구간별에 포함되는 결정립의 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부 간의 간격이 형성된 방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    결정립의 입경 (x, mm)과 변형부 간의 간격(y, mm)가 하기 식 1을 만족하는 방향성 전기강판.
    [식 1]
    y-2 ≤ 8.943 - 0.45x + 0.011x2 ≤ y+2.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선상의 변형부는 일시 자구 변형부, 영구 자구 변형부 또는 이들의 조합을 포함하는 방향성 전기강판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 선상의 변형부는 영구 자구 변형부를 포함하고, 영구 자구 변형부의 깊이는 3 내지 30㎛인 방향성 전기강판.
  7. 강판의 결정립 입경을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 결정립 입경 값을 바탕으로 간격을 결정하여 선상의 변형부를 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    변형부 간의 간격이 서로 다른 적어도 2 영역이 존재하도록 변형부를 형성하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    강판의 폭방향으로 구간을 나누어, 각 구간별로 측정된 평균 결정립 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부 간의 간격을 형성하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    압연방향으로 구간을 나누어, 각 구간별로 측정된 평균 결정립 입경에 따라 각 구간별로 상이한 변형부 간의 간격을 형성하는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    결정립의 입경 (x, mm)과 변형부 간의 간격(y, mm)가 하기 식 1을 만족하는 자구 미세화 방법.
    [식 1]
    y-2 ≤ 8.943 - 0.45x + 0.011x2 ≤ y+2
  11. 제9항에 있어서,
    상기 강판의 결정립 입경을 측정하는 단계는
    강판 표면에 자력을 인가하여 자화시키는 단계, 결정립계에 의해 형성되는 누설자속을 검출하는 단계, 및 검출된 누설자속을 연산하여 결정립경을 측정하는 단계를 포함하는 자구 미세화 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 선상의 변형부를 형성하는 단계는 강판에 레이저, 전자빔 또는 플라즈마 중 1종 이상을 조사하는 단계; 산을 이용하여 에칭하는 단계; 또는 입자를 충돌시키는 단계를 포함하는 자구 미세화 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 선상의 변형부를 형성하는 단계는 강판에 레이저를 조사하여 일시 자구 변형부를 형성하는 단계를 포함하는 자구 미세화 방법.
  14. 강판의 결정립 입경을 측정하여 그 결과를 변형부 제어부로 전송하는 결정립 입경 측정 장치;
    상기 결정립 입경 측정 장치로부터 결정립 입경 값을 전달받아 변형부 간의 간격을 결정하는 변형부 제어부; 및
    상기 변형부 제어부에서 결정된 간격으로 강판 표면에 변형부를 형성하는 변형부 형성 장치;
    를 포함하는 방향성 전기 강판의 자구 미세화 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 결정립 입경 측정 장치는 강판 표면에 자력을 인가하여 자화시키는 자화기; 및
    결정립계에 의해 형성되는 누설 자속을 검출하는 자기 센서;
    를 포함하는 방향성 전기 강판의 자구 미세화 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 변형부 형성 장치는 강판의 폭방향으로 2 내지 9대 설치되고, 각 장치 별로 변형부 제어부에서 결정된 간격으로 강판 표면에 변형부를 형성하는 방향성 전기 강판의 자구 미세화 장치.
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