WO2015012562A1 - 방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

방향성 전기강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Definitions

  • It relates to a grain-oriented electrical steel sheet and a method of manufacturing the same.
  • a grain-oriented electrical steel sheet is used as an iron core material for electrical equipment such as transformers, and a steel sheet having magnetic properties with low iron loss and high magnetic flux density is required to reduce power loss and improve efficiency of electrical equipment.
  • a grain-oriented electrical steel sheet refers to a material having an aggregate structure (also called Goss Texture) oriented in the ⁇ 110 ⁇ ⁇ 001> direction in the rolling direction through hot rolling, cold rolling and annealing processes.
  • aggregate structure also called Goss Texture
  • the ⁇ 110 ⁇ ⁇ 001> direction is superior in magnetic properties as the degree of orientation of iron in the biaxial direction of magnetization is higher.
  • the manufacture of oriented electrical steel sheet is performed in the order of hot rolling and hot rolling annealing, cold rolling, decarbon annealing, high temperature annealing, planarization annealing, insulation coating and laser treatment of slab manufactured by continuous casting process. .
  • the magnetic micronization method can be classified into temporary magnetic micronization and permanent magnetic micronization depending on whether or not the improvement of magnetic micronization is maintained even after stress relief annealing. .
  • Temporary magnetic domain refining method is a magnetic domain refining technique for refining the magnetic domains by forming a 90 o magnetic domains in order to minimize the magnetic elastic energy generated by applying a localized compressive stresses on the surface as thermal energy or mechanical energy.
  • Temporal magnetic micronization techniques include laser magnetic micronization, ball scratch, and magnetic micronization by plasma or ultrasonic waves, depending on the energy source for miniaturizing magnetic domains.
  • Permanent magnetization method that can maintain the iron loss improvement effect after heat treatment can be divided into etching method, roll method and laser method.
  • Etching method is difficult to control groove shape because the groove is formed on the surface of steel sheet by electrochemical corrosion reaction in acid solution in solution, and it is difficult to control groove shape in intermediate process (pre-carbon annealing, before high temperature annealing) It is difficult to guarantee the iron loss characteristics of the final product because it is formed, and it is not environmentally friendly because acid solution is used.
  • Permanent magnetization by roll process The process of processing the projection on the roll to form grooves with a certain width and depth on the surface of the steel sheet by the pressing method, and by forming the grooves after the formation of the grooves to recrystallize the bottom of the grooves As a technology to make it difficult to obtain a stable iron loss according to the stability of the machining, the thickness and the process has a complex disadvantage.
  • Permanent magnetization by Q-Switch or pulse laser is difficult to secure the iron loss improvement before heat treatment immediately after groove formation due to the formation of grooves by evaporation of irradiated material during irradiation, and not only maintains the micronization effect by simple grooves after heat treatment It has a disadvantage that it cannot process the feed rate at high speed.
  • the cross-sectional shape of the grooves was formed when the melted portion was excessively formed and the non-uniform resolidification layer was formed. Since the groove lower melt part (a) and the center of the resolidification layer (b) form grooves in the steel sheet at a relatively low speed, it is difficult to form grooves on the surface of the oriented electrical steel sheet which progresses at a high speed of 0.9 m / s or more, It is not applicable to the oriented electrical steel sheet material before the primary recrystallization, there is a disadvantage that the resolidification layer may interfere with the growth of goth aggregate tissue during annealing.
  • One embodiment of the present invention provides a grain-oriented microstructured electrical steel sheet by forming a groove on the surface.
  • Yet another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a micronized grain-oriented electrical steel sheet by forming a groove on a surface thereof.
  • the grooves are formed on the surface to be subjected to magnetic domain micronization, and the scattering alloy layer of the grooves may be a grain-oriented electrical steel sheet eroded to the goth texture during recrystallization annealing.
  • the grooves are formed on the surface and subjected to magnetic domain micronization, and the thickness of the fugitive alloy layer on the bottom surface of the grooves is T B , and either end of the groove and the when the thickness of the non-alloy layer at the half point of the bottom surface of the groove forming hayeoteul distance L is defined as T, the T L / T B can be 0.8 or less than 0.2.
  • the thickness of the scattering alloy layer may be 4% or more and 12% or less of the groove depth.
  • the groove depth may be 4% or more and 11% or less of the thickness of the electrical steel sheet.
  • the groove may be formed diagonally with respect to the width direction of the electrical steel sheet.
  • the groove may be formed to be greater than 0 ° and less than 5 ° with respect to the width direction of the electrical steel sheet.
  • the grooves may be formed three to six or less intermittently in the width direction of the electrical steel sheet.
  • Method for producing a grain-oriented electrical steel sheet providing an electrical steel sheet before or after the primary recrystallization; And forming a groove on the surface of the electrical steel sheet by irradiating a laser and spraying gas on the electrical steel sheet, wherein the energy density (E d ) of the irradiated laser and the scanning speed (V s ) of the laser are as follows. The condition can be satisfied.
  • E d 1.0 J / mm 2 or more, 5.0J / mm 2 or less
  • V s 0.0518mm / ⁇ sec or more, 0.2mm / ⁇ sec or less
  • the pressure of the injected gas may be 0.2kg / cm 2 or more and 5.0kg / cm 2 or less.
  • the angle formed between the gas injection direction and the laser irradiation direction may be 0 ° or more and 50 ° or less.
  • the laser beam may be irradiated onto the surface of the electrical steel sheet at an angle of more than 0 ° and less than 5 ° with respect to the width direction of the electrical steel sheet.
  • the traveling speed V L of the electrical steel sheet may be at least 0.9 m / s.
  • the light collecting shape of the laser may satisfy the following conditions when the beam length in the width direction of the electrical steel sheet is d t and the beam length in the rolling direction of the electrical steel sheet is L.
  • the d t may be 50 ⁇ m or less.
  • a scattering alloy layer in which the molten portion of the electrical steel sheet is scattered and re-solidified by the laser irradiation is generated, the thickness of the scattering alloy layer on the bottom surface of the groove T B , any of the grooves when the tip end and the thickness of the non-alloy layer at the distance 1/2 of the bottom surface of the groove forming hayeoteul T is defined as L, the T L / T B can be 0.8 or less than 0.2.
  • the thickness of the scattering alloy layer may be 4% or more and 12% or less of the groove depth.
  • the laser In the step of irradiating the laser, the laser may be irradiated diagonally with respect to the width direction of the electrical steel sheet.
  • the laser In the step of irradiating the laser, the laser may be irradiated to 0 ° and 5 ° or less with respect to the width direction of the electrical steel sheet.
  • the groove may be formed to three or more six or less intermittently in the width direction of the electrical steel sheet.
  • the grooves are formed by irradiating a laser beam at a high speed, the grooves may be formed on the steel sheet in which rolling proceeds at a high speed of 0.9 m / sec or more.
  • the molten resolidification layer by laser irradiation is uniformly formed, thereby improving the magnetic properties of the final material.
  • both the electrical steel sheet before the first recrystallization or after the first recrystallization can be subjected to magnetic domain micronization by laser irradiation.
  • FIG. 1 illustrates grooves formed on the surface of a steel sheet by a magnetic domain micronization method according to the prior art.
  • FIG. 2 is a view showing the shape of the groove formed on the surface of the steel sheet on the XY plane when the laser is irradiated to the surface of the steel sheet.
  • FIG. 3 shows a section (YZ plane) of a portion 30 of the continuous groove shown in FIG. 2.
  • the scattering alloy layer is a high-energy structure, and if the scattering alloy layer is unevenly distributed, it may act as a deterrent to the growth of goth aggregated tissue during recrystallization annealing. In addition, if the non-scattered alloy layer is unevenly distributed, it is not eroded by the goth texture during recrystallization annealing and thus remains as random texturing instead of the goth texture, which may adversely affect the magnetic properties of the electrical steel sheet.
  • the molten melted steel sheet is uniformly distributed in the steel sheet by laser irradiation, so that the scattering alloy layer, which is a layer solidified in the steel sheet, is uniformly recrystallized upon annealing.
  • the manufacturing process of oriented electrical steel sheet consists of hot rolling and hot rolling of slab, cold rolling, decarbon annealing (primary recrystallization annealing), high temperature annealing (secondary recrystallization annealing), planarization annealing, and insulation coating. .
  • the magnetic domain microtreatment was performed after insulation coating, but the method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention is magnetic domains by laser irradiation on both electrical steel sheets after cold rolling, before primary recrystallization or after primary recrystallization. Micronization can be performed.
  • a method for producing a grain-oriented electrical steel sheet as described below may be provided.
  • Method for producing a grain-oriented electrical steel sheet providing an electrical steel sheet before or after the primary recrystallization; And forming a groove on the surface of the electrical steel sheet by irradiating a laser and spraying gas onto the electrical steel sheet.
  • an electrical steel sheet may be provided before or after primary recrystallization.
  • the laser is irradiated to the provided electrical steel sheet and the gas is sprayed to form grooves on the surface of the electrical steel sheet.
  • the energy density of the laser irradiation (E d) may be 1.0 J / mm 2 to 5.0J / mm 2.
  • the molten portion is excessively formed so that the fugitive alloy layer in the final product does not erode into the goth aggregated tissue and achieves random texturing.
  • the iron loss improvement effect cannot be obtained after heat treatment.
  • the scanning speed V s of the irradiated laser may be 0.0518 mm / ⁇ sec to 0.2 mm / ⁇ sec.
  • the scan line velocity of the laser exceeds 0.2 mm / ⁇ sec, no scattering alloy layer is formed, and thus the iron loss improvement effect cannot be secured.
  • the melting portion is less than 0.0518mm / ⁇ sec excessively formed in the final product, the fly alloy layer is random texturing without eroding the goth aggregate tissue.
  • the injected gas may be any kind of gas that does not cause oxidation of air inert gas or electrical steel sheet.
  • Pressure of the gas jet (P a) can be 0.2kg / cm 2 to 5.0kg / cm 2.
  • the pressure of the injected gas is less than 0.20kg / cm 2 , no fugitive alloy layer is formed, and thus an iron loss improvement effect cannot be secured.
  • more than 5.0kg / cm 2 molten portion is excessively formed may cause a problem that the fugitive alloy layer in the final product is random texturing without eroding the goth aggregate tissue.
  • the angle formed between the gas injection direction and the laser irradiation direction may be 0 ° to 50 ° (in this case, the angle formed by the gas injection direction and the laser irradiation direction is 0 °, indicating that the gas injection direction and the laser irradiation direction are parallel to each other. I mean).
  • the angle formed between the gas injection direction and the laser irradiation direction affects the shape of the scattering alloy layer formed. The smaller the angle formed between the gas injection direction and the laser irradiation direction, the thinner the fugitive alloy layer is at the bottom of the groove, and the thicker the fugitive alloy layer is formed at the end of the groove.
  • the bottom surface of the groove means the deepest part of the groove formed on the electrical steel sheet.
  • the laser condensing shape may be 0.20 ⁇ L / d t ⁇ 1.0 when the beam length in the width direction (x axis) of the electrical steel sheet is d t and the beam length in the rolling direction (y axis) is L. have.
  • the d t may be 50 ⁇ m or less.
  • the L / d t value is greater than 1.0, the heat affected zone in the rolling direction increases, which may adversely affect the growth of the goth aggregate structure. If the L / d t value is less than 0.20, the groove width in the rolling direction is narrow, resulting in scattering of the molten portion. Not enough groove depth can be secured.
  • the traveling speed V L of the electrical steel sheet 10 may be 0.9 m / s or more.
  • the groove may be formed by dividing the groove into three to six intermittently.
  • the electrical steel sheet can be irradiated diagonally with respect to the width direction (x-axis) of the electrical steel sheet.
  • the angle with respect to the width direction (x-axis) may be greater than 0 ° and less than 5 °.
  • the depth of the formed groove may be 4% or more of the thickness of the electrical steel sheet to secure the iron loss improvement rate. Or 4% to 11%.
  • the average thickness of the fugitive alloy layer may be 4% to 12% of the groove depth.
  • the average thickness of the non-acidic alloy layer is less than 4% of the groove depth, a proper groove for improving iron loss is not formed, and when the average thickness is more than 12%, the heat affected zone is increased to adversely affect the growth of the goth assembly tissue.
  • the thickness of the fugitive alloy layer on the bottom surface of the groove is defined as T B
  • T L The thickness of the fugitive alloy layer at a half point of the distance between one end of the groove and the bottom surface of the groove.
  • T L / T B may be 0.2 to 1.5. Or 0.2 to 0.8, or 1.0 to 1.5. If the value of T L / T B is less than 0.2, or more than 1.5, the non-uniformity of the fugitive alloy layer may increase, which may adversely affect the magnetism.
  • the fugitive alloy layer may be eroded into the goth texture during the recrystallization annealing process.
  • the grooves are subjected to a heat-affected portion during the micro-finishing process of the grain-oriented electrical steel sheet, and these heat-affected portions remain in the crystallized form along the grooves without being eroded by the goth-gathered tissues during the high temperature annealing process. Done. Such organizations adversely affect magnetism.
  • the recrystallized tissue does not remain in the groove.
  • Magnetic properties were measured by irradiating a continuous wave laser on a 0.23mm thick oriented electrical steel sheet under the conditions shown in Table 1.
  • the irradiation line is shown as divided lines of 3 to 6 sections in the width direction as shown in FIG. 2.
  • the laser beam spacing was 2.50mm, and the beam length (d t ) in the width direction of the electrical steel sheet during the laser irradiation was 50 ⁇ m and spherical.
  • the moving speed of the electrical steel sheet was 0.9 m / s.
  • the laser irradiation condition range according to the present invention it is possible to obtain a grain-oriented electrical steel sheet capable of obtaining stable iron loss characteristics even at a high speed of steel sheet moving speed.
  • a magnetic wave was measured by irradiating a continuous wave laser with an energy density of 1.2 J / mm 2 on a 0.23 mm thick oriented electrical steel sheet with a depth of groove of 15 ⁇ m at different angles in the width direction of the electrical steel sheet.
  • the laser beam spacing was 2.50mm, and the beam length (d t ) in the width direction of the electrical steel sheet during the laser irradiation was 50 ⁇ m and spherical.
  • the moving speed of the electrical steel sheet was 0.9 m / s.
  • the pressure of the injection gas was 4.5 kg / cm 2 , and the scanning line speed was 53 m / s.

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Abstract

방향성 전기강판 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 1차 재결정 형성 전 또는 1차 재결정 형성 후의 전기강판을 제공하는 단계; 및 상기 전기강판에 레이저를 조사 및 가스를 분사하여 전기강판의 표면에 그루브를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 조사되는 레이저의 에너지 밀도(Ed) 및 레이저의 주사속도(Vs)는 아래의 조건을 만족하는 것 일 수 있다. 1.0 J/mm2≤ Ed ≤ 5.0J/mm2, 0.0518mm/μsec≤ Vs ≤ 0.2mm/μsec

Description

방향성 전기강판 및 그 제조방법
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 라고함)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 그루브를 형성하기 위해서는 연속발진의 고출력 레이저를 고속의 전기강판 표면부에 조사하고 레이저 조사에 의해 기지부의 용융을 수반하는 그루브(groove) 를 형성시키는 것이 필요하다.
방향성 전기강판의 자기적 특성을 향상시키기 위해 자구를 미세화 하는 방법이 사용되는데, 자구미세화 방법으로는 응력제거 소둔후에도 자구미세화 개선효과가 유지되는지 유무에 따라 일시자구미세화와 영구자구미세화로 구분할 수 있다.
일시자구미세화 방법은 열에너지나 기계적 에너지로 표면에 국부적인 압축응력을 인가함으로써 발생한 자기탄성에너지를 최소화 시키기 위해 90o 자구를 형성시킴으로써 자구를 미세화시키는 자구미세화기술이다.
일시자구미세화기술은 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 내에서 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 영구자구미세화방법은 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 영구자구미세화방법은 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 영구자구미세화방법은 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 소둔시 고스집합 조직의 성장에 방해가 될 수 있는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 표면에 그루브를 형성하여 자구미세화된 방향성 전기강판을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 표면에 그루브를 형성하여 자구미세화된 방향성 전기강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 표면에 그루브를 형성하여 자구미세화 처리를 하되, 상기 그루브의 비산합금층은 재결정 소둔 과정에서 고스 집합조직에 침식된 방향성 전기강판일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 방향성 전기강판은, 표면에 그루브를 형성하여 자구미세화 처리를 하되, 상기 그루브의 바닥면에서의 비산합금층의 두께를 TB, 상기 그루브의 어느 한 끝 단과 상기 그루브의 바닥면이 이루는 거리의 1/2 지점에서의 비산합금층의 두께를 TL이라고 정의하였을 때, 상기 TL/TB은 0.2이상 0.8이하일 수 있다.
상기 비산합금층의 두께는 그루브 깊이의 4%이상 12%이하일 수 있다.
상기 그루브 깊이는 전기강판의 두께의 4%이상 11%이하일 수 있다.
상기 그루브는 전기강판의 폭방향에 대하여 사선으로 형성될 수 있다.
상기 그루브는 전기강판의 폭방향에 대하여 0°초과 5°이하로 형성될 수 있다.
상기 그루브는 전기강판의 폭방향으로 단속적으로 3개 이상 6개 이하로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은, 1차 재결정 형성 전 또는 1차 재결정 형성 후의 전기강판을 제공하는 단계; 및 상기 전기강판에 레이저를 조사 및 가스를 분사하여 전기강판의 표면에 그루브를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 조사되는 레이저의 에너지 밀도(Ed) 및 레이저의 주사속도(Vs)는 아래의 조건을 만족할 수 있다.
Ed : 1.0 J/mm2이상, 5.0J/mm2이하
Vs : 0.0518mm/μsec이상, 0.2mm/μsec이하
상기 분사되는 가스의 압력은 0.2kg/cm2이상, 5.0kg/cm2이하일 수 있다.
상기 가스의 분사방향과 레이저 조사방향이 이루는 각도는 0°이상, 50°이하일 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 전기강판의 폭방향에 대하여 0°초과 5°이하의 각도로 레이저 빔을 상기 전기강판의 표면에 조사할 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계에서 전기강판의 진행속도(VL)는 적어도 0.9m/s 일 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 레이저의 집광형상은, 전기강판의 폭방향의 빔 길이를 dt, 전기강판의 압연방향의 빔 길이를 L이라고 하였을 때, 하기의 조건을 만족할 수 있다.
L/dt : 0.20이상, 1.0이하
상기 dt는 50㎛ 이하일 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 레이저 조사에 의한 전기강판의 용융부가 비산 및 재응고되는 비산합금층이 생성되며, 상기 그루브의 바닥면에서의 비산합금층의 두께를 TB, 상기 그루브의 어느 한 끝 단과 상기 그루브의 바닥면이 이루는 거리의 1/2 지점에서의 비산합금층의 두께를 TL이라고 정의하였을 때, 상기 TL/TB은 0.2이상 0.8이하일 수 있다.
상기 비산합금층의 두께는 그루브 깊이의 4%이상 12%이하일 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 레이저는 전기강판의 폭방향에 대하여 사선으로 조사되는 것 일 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 레이저는 전기강판의 폭방향에 대하여 0°초과 5°이하로 조사할 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 그루브는 상기 전기강판의 폭방향으로 단속적으로 3 개 이상 6개 이하로 형성하는 것 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 따르면, 고속의 레이저 빔을 조사하여 그루브를 형성하므로 0.9m/sec 이상의 고속으로 압연이 진행하는 강판에 그루브를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 따르면, 레이저의 조사에 의한 용융 재응고층이 균일하게 형성되어 최종재의 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 1은 종래기술에 의한 자구미세화 법에 의해 강판의 표면에 형성된 그루브를 도시한 것이다.
도 2는 강판의 표면에 레이저를 조사할 때, 강판 표면에 형성되는 그루브의 형상을 XY 평면상에 도시한 도면이다.
도 3는 도 2에 도시된 연속된 그루브의 일부(30)의 단면(YZ평면)을 도시한 도면이다.
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.
레이저 조사에 의한 자구미세화에 의하여 형성된 그루브에는 레이저에 의하여 전기강판에서 용융된 용융물이 강판에서 재응고된 비산합금층이 존재한다.
이러한 비산합금층은 에너지가 큰 조직으로써 비산합금층이 불균일하게 분포하게 되는 경우 재결정 소둔 시 고스 집합 조직의 성장에 방해요인으로 작용할 수 있다. 또한, 이러한 비산합금층이 불균일하게 분포하는 경우 재결정 소둔 시 고스 집합 조직에 침식되지 않아서 고스 집합 조직이 아닌 랜덤 텍스쳐링으로 잔존하게 되어 전기강판의 자성에 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 의하면 상기 그루브에는 레이저의 조사에 의하여 전기강판에서 용융된 용융물이 강판에서 재응고된층인 비산합금층이 균일하게 분포하도록 함으로써, 재결정 소둔시 비산합금층이 고스 집합 조직에 침식되도록 함으로써 고스집합 조직의 분율을 향상 시켜 자성이 우수한 방향성 전기강판을 제공할 수 있다.
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.
또한, 1차 재결정 전의 전기강판에 레이저 조사에 의한 자구미세화를 실시하더라도 후속하는 열처리 공정 이후에도 철손 개선의 효과가 유지된다.
상기의 기재와 같은 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하기 위하여 하기와 같은 방향성 전기강판의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은, 1차 재결정 형성 전 또는 1차 재결정 형성 후의 전기강판을 제공하는 단계; 및 상기 전기강판에 레이저를 조사 및 가스를 분사하여 전기강판의 표면에 그루브를 형성하는 단계를 포함한다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에서는 1차 재결정 형성 전 또는 1차 재결정 형성 후의 전기강판이 제공될 수 있다.
제공된 전기강판에 레이저를 조사 및 가스를 분사하여 전기강판의 표면에 그루브를 형성한다.
상기 조사되는 레이저의 에너지 밀도(Ed)는 1.0 J/mm2 내지 5.0J/mm2 일 수 있다. 레이저 에너지밀도가 5.0J/mm2을 초과하는 경우 용융부가 과도하게 형성되어 최종제품에서 비산합금층이 고스집합 조직에 침식되지 않고 랜덤 텍스쳐링을 이루게 된다. 1.0J/mm2 미만의 레이저 에너지밀도 값에서는 충분한 그루브 깊이를 확보하지 못하여 열처리 후 철손 개선효과를 확보할 수 없다.
상기 조사되는 레이저의 주사속도(Vs)는 0.0518mm/μsec 내지 0.2mm/μsec 일 수 있다. 레이저의 주사선 속도값이 0.2mm/μsec초과시에는 비산합금층이 형성되지 않기 때문에 철손 개선효과를 확보할 수 없다. 또한, 0.0518mm/μsec 미만에서는 용융부가 과도하게 형성되어 최종제품에서 비산합금층이 고스집합 조직에 침식되지 않고 랜덤 텍스쳐링을 이루게 된다.
상기 분사되는 가스는 공기 불활성 가스 또는 전기강판의 산화를 일으키지 않는 어떠한 종류의 가스도 무방하다.
상기 분사되는 가스의 압력(Pa)은 0.2kg/cm2 내지 5.0kg/cm2일 수 있다. 분사되는 가스의 압력 0.20kg/cm2 미만에서는 비산합금층이 형성되지 않기 때문에 철손 개선효과를 확보할 수 없다. 또한 5.0kg/cm2 초과시에는 용융부가 과도하게 형성되어 최종제품에서 비산합금층이 고스집합 조직에 침식되지 않고 랜덤 텍스쳐링을 이루는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 가스의 분사방향과 레이저 조사방향이 이루는 각도는 0°내지 50°일 수 있다(이때, 가스의 분사방향과 레이저 조사방향이 이루는 각도는 0°인 것은 가스의 분사방향과 레이저 조사방향이 평행한 것을 의미한다). 상기 가스의 분사방향과 레이저 조사방향이 이루는 각도는 형성되는 비산합금층의 형태에 영향을 미치게 된다. 상기 가스의 분사방향과 레이저 조사방향이 이루는 각도가 작을수록 그루브의 바닥면에서의 비산합금층의 두께가 얇고 그루브의 끝 단으로 갈수록 비산합금층의 두께는 두껍게 형성된다. 여기서 그루브의 바닥면이란 전기강판에 형성된 그루브에서 깊이가 가장 깊은 부분을 의미한다.
또한, 상기 레이저의 집광형상은, 전기강판의 폭방향(x축)의 빔 길이를 dt, 압연 방향(y축)의 빔 길이를 L이라고 하였을 때, 0.20≤L/dt≤1.0 일 수 있다. 또한, 상기 dt는 50㎛ 이하일 수 있다.
L/dt 값이 1.0 초과이면 압연방향의 열영향부가 증가하여 고스집합조직의 성장에 악영향을 미칠 수 있으며, L/dt 값이 0.20 미만이면 압연방향의 그루브 폭이 좁아서 용융부의 비산이 일어나지 않아서 충분한 그루브 깊이를 확보할 수 없다.
상기 조건 하에서 전기강판(10)의 진행속도(VL)는 0.9 m/s 이상일 수 있다.
또한 상기 그루브 형성시 단속적으로 3개 내지 6개로 나누어 형성할 수 있다.
또한 상기 전기강판의 폭방향(x축)에 대하여 사선으로 조사할 수 있다. 또한 폭방향(x축)에 대한 각도는 0°초과 5°이하일 수 있다. 상기와 같이 사선으로 조사함으로써, 반자장을 약화시켜 자성을 향상시킬 수 있다.
형성된 그루브의 깊이는 철손 개선율 확보를 위하여 상기 전기강판의 두께의 4% 이상일 수 있다. 또는 4% 내지 11%일 수 있다.
또한, 상기 비산합금층의 평균 두께는 그루브 깊이의 4% 내지 12%일 수 있다. 상기 비산합금층의 평균 두께가 그루브 깊이의 4% 미만인 경우, 철손 개선을 위한 적정 홈이 형성 되지 않고, 12% 초과인 경우 열영향부가 증가하여 고스집합조직의 성장에 악영향을 미칠 수 있다.
또한, 상기 그루브의 바닥면에서의 비산합금층의 두께를 TB, 상기 그루브의 어느 한 끝 단과 상기 그루브의 바닥면이 이루는 거리의 1/2 지점에서의 비산합금층의 두께를 TL이라고 정의하였을 때, 상기 TL/TB은 0.2 내지 1.5 일 수 있다. 또는 0.2 내지 0.8, 또는 1.0 내지 1.5 일 수 있다. TL/TB 의 값이 0.2 미만인 경우, 또는 1.5 초과인 경우에는 비산합금층의 불균일성이 증가하여 자성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
상기 기재의 자구미세화 조건에 의하여 재결정 소둔이 완료된 전기강판은, 비산합금층이 재결정 소둔 과정에서 고스 집합조직에 침식되어 있을 수 있다. 일반적으로 방향성 전기강판의 자구미세화 처리시 그루브에는 열영향을 받은 부분이 수반되며, 이러한 열영향부는 고온 소둔 과정에서 고스집합 조직이 성장할 때에 고스집합 조직에 침식되지 않고 그루브를 따라 재결정된 형태로 잔존하게 된다. 이러한 조직은 자성에 악영향을 미치게 된다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 비산합금층을 균일하게 분포하도록 하여 열영향이 최소화 되므로 그루브에 재결정된 조직이 잔존하지 않는다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예1>
0.23mm 두께의 방향성 전기강판에 표1 과 같은 조건으로 연속파 레이저를 조사하여 자성을 측정하였다. 조사선은 도 2와 같이 폭 방향으로 3~6개 구간의 구분된 선으로 나타난다. 레이저 조사간격은 2.50mm, 레이저 조사 시 전기강판의 폭방향의 빔 길이(dt) 는 50㎛이었으며 구형이었다. 또한 이때 전기강판의 이동속도는 0.9 m/s 였다.
표 1
EdJ/mm2 DH㎛ TL/TB 비산합금층의평균 두께㎛ PaKgf/cm2 Vsm/s 레이저조사전W17/50 열처리전W17/50 열처리후W17/50 비교
1 10 0.3 1.2 0.2 51.8 0.82 0.78 0.78 실시예
11 0.4 1.1 5 51.8 0.82 0.75 0.74 실시예
9.2 0.2 0.768 5 200 0.82 0.79 0.79 실시예
5 21 0.7 1.26 0.2 51.8 0.82 0.7 0.69 실시예
22.2 0.8 0.9 5 51.8 0.82 0.71 0.71 실시예
15.3 0.5 1.224 5 200 0.82 0.69 0.69 실시예
1.2 15 0.5 0.6 61 51.8 0.83 0.68 0.68 실시예
20 0.6 1.6 61 51.8 0.82 0.67 0.67 실시예
25 0.7 3 61 200 0.83 0.68 0.67 실시예
5.3 25.5 0.85 3.4 5 51.8 0.82 0.86 0.82 비교예
8 0.5 1.8 5 200 0.82 0.87 0.83 비교예
11 0.1 0.5 7 51.8 0.82 0.85 0.83 비교예
본 발명에 의한 레이저 조사조건 범위에서 고속의 강판 이동속도에서도 안정적인 철손 특성을 얻을 수 있는 방향성 전기강판을 할 수 있다.
<실시예2>
0.23mm 두께의 방향성 전기강판에 에너지 밀도 1.2 J/mm2으로 하고 그루브의 깊이를 15㎛ 로 하여 연속파 레이저를 전기강판의 폭방향에 대하여 각도를 달리하면서 조사하여 자성을 측정하였다. 레이저 조사간격은 2.50mm, 레이저 조사 시 전기강판의 폭방향의 빔 길이(dt) 는 50㎛이었으며 구형이었다. 또한 이때 전기강판의 이동속도는 0.9 m/s 였다. 또한, 분사가스의 압력은 4.5kg/cm2, 주사선 속도는 53m/s 였다.
표 2
조사각도 레이저 미처리철손(W17/50)/자속밀도(B8) 열처리전철손(W17/50)/자속밀도(B8) 열처리후철손(W17/50)/자속밀도(B8) 비교
0 0.82/1.92 0.67/1.89 0.67/1.90 실시예
3 0.83/1.92 0.68/1.905 0.68/1.910 실시예
5 0.82/1.92 0.67/1.907 0.67/1.915 실시예
7 1.07/1.34 0.88/1.330 0.88/1.330 비교예
9 1.16/1.34 0.92/1.320 0.92/1.320 비교예
표2 에서 알 수 있듯, 전기강판의 폭방향에 대하여 0°초과 5°이하로 조사할 때 자성이 더욱 우수한 것을 알 수 있다.
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.
<부호의 설명>
10: 전기강판
20: 그루브(groove)
30: 연속된 그루브의 일부
40: 비산합금층

Claims (19)

  1. 표면에 그루브를 형성하여 자구미세화 처리를 하되,
    상기 그루브의 비산합금층은 재결정 소둔 과정에서 고스 집합조직에 침식된 방향성 전기강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브의 바닥면에서의 비산합금층의 두께를 TB, 상기 그루브의 어느 한 끝 단과 상기 그루브의 바닥면이 이루는 거리의 1/2 지점에서의 비산합금층의 두께를 TL이라고 정의하였을 때, 상기 TL/TB은 0.2 내지 0.8인 방향성 전기강판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비산합금층의 평균 두께는 그루브 깊이의 4% 내지 12%인 방향성 전기강판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 그루브 깊이는 전기강판의 두께의 4% 내지 11%인 방향성 전기강판.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 그루브는 전기강판의 폭방향에 대하여 사선으로 형성된 방향성 전기강판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 그루브는 전기강판의 폭방향에 대하여 0°초과 5°이하로 형성된 방향성 전기강판.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 그루브는 전기강판의 폭방향으로 단속적으로 3개 내지 6개 형성된 방향성 전기강판.
  8. 1차 재결정 형성 전 또는 1차 재결정 형성 후의 전기강판을 제공하는 단계; 및
    상기 전기강판에 레이저를 조사 및 가스를 분사하여 전기강판의 표면에 그루브를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 조사되는 레이저의 에너지 밀도(Ed) 및 레이저의 주사속도(Vs)는 아래의 조건을 만족하는 방향성 전기강판의 제조방법.
    1.0 J/mm2≤ Ed ≤ 5.0J/mm2,
    0.0518mm/μsec≤ Vs ≤ 0.2mm/μsec
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 분사되는 가스의 압력은 0.2kg/cm2 내지 5.0kg/cm2 인 방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스의 분사방향과 레이저 조사방향이 이루는 각도는 0°내지 50°인 방향성 전기강판의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 전기강판의 폭방향에 대하여 0°초과 5°이하의 각도로 레이저 빔을 상기 전기강판의 표면에 조사하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 레이저를 조사하는 단계에서 전기강판의 진행속도(VL)는 적어도 0.9m/s 인 방향성 전기강판의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저를 조사하는 단계에서,
    상기 레이저의 집광형상은, 전기강판의 폭방향의 빔 길이를 dt, 전기강판의 압연방향의 빔 길이를 L이라고 하였을 때, 하기의 조건을 만족하는 방향성 전기강판의 제조방법.
    0.20≤ L/dt ≤ 1.0
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 dt는 50㎛ 이하인 방향성 전기강판의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 레이저를 조사하는 단계에서,
    상기 레이저 조사에 의한 전기강판의 용융부가 비산 및 재응고되는 비산합금층이 생성되며, 상기 그루브의 바닥면에서의 비산합금층의 두께를 TB, 상기 그루브의 어느 한 끝 단과 상기 그루브의 바닥면이 이루는 거리의 1/2 지점에서의 비산합금층의 두께를 TL이라고 정의하였을 때, 상기 TL/TB은 0.2 내지 0.8인 방향성 전기강판의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 비산합금층의 두께는 그루브 깊이의 4% 내지 12%인 방향성 전기강판의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 레이저를 조사하는 단계에서,
    상기 레이저는 전기강판의 폭방향에 대하여 사선으로 조사되는 방향성 전기강판의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 레이저를 조사하는 단계에서,
    상기 레이저는 전기강판의 폭방향에 대하여 0°초과 5°이하로 조사하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 레이저를 조사하는 단계에서,
    상기 그루브는 상기 전기강판의 폭방향으로 단속적으로 3 내지 6개 형성하는 방향성 전기강판의 제조방법.
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