WO2020130646A1 - 방향성 전기강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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steel sheet
electrical steel
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김우신
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Definitions

  • It relates to a grain-oriented electrical steel sheet and a method for manufacturing the same. More specifically, after forming the groove, by partially removing the oxide layer to form an island appropriately, it relates to a grain-oriented electrical steel sheet with improved magnetic properties and improved adhesion to an insulating coating layer and a method for manufacturing the same.
  • the grain-oriented electrical steel sheet is used as an iron core material for electromagnetic products such as transformers. Therefore, in order to improve the energy conversion efficiency by reducing the power loss of the machine, a steel sheet with excellent iron loss of the core material and high stacking rate during lamination and winding is required. .
  • the grain-oriented electrical steel sheet refers to a functional steel sheet having a collective structure (also referred to as "Goss Texture") in which the grains recrystallized secondary through hot rolling, cold rolling, and annealing are oriented in the direction of ⁇ 110 ⁇ 001> in the rolling direction.
  • a magnetic domain refinement method As a method of lowering the iron loss of the grain-oriented electrical steel sheet, a magnetic domain refinement method is known.
  • the size of a large magnetic domain possessed by a grain-oriented electrical steel sheet is miniaturized by scratching or energizing the magnetic domain.
  • the magnetic domain refinement methods include permanent magnetic domain refinement, which retains the improvement effect even after heat treatment, and temporary magnetic domain refinement, which is not.
  • the permanent magnetic refining method showing the effect of improving iron loss can be divided into an etching method, a roll method, and a laser method. Since the etching method forms grooves (grooves, grooves) on the surface of the steel sheet through selective electrochemical reaction in solution, it is difficult to control the groove shape and it is difficult to secure the iron loss characteristics of the final product uniformly in the width direction. In addition, it has the disadvantage that it is not environmentally friendly due to the acid solution used as a solvent.
  • the permanent magnetic micronization method using a roll forms a groove having a certain width and depth on the surface of the plate by processing a protrusion on the roll and pressing the roll or plate, and then annealing, thereby improving the iron loss improvement effect that partially recrystallizes the groove bottom. It is a self-refining technology.
  • the roll method has the disadvantages of reliability and difficulty in obtaining stable iron loss depending on the thickness and stability for machining, and the deterioration of iron loss and magnetic flux density characteristics immediately after groove formation (before stress relaxation annealing).
  • the permanent magnetic domain refinement method using a laser uses a method of irradiating a surface of an electric steel sheet moving at high speed with a high-power laser and forming a groove accompanied by melting of the base by laser irradiation.
  • a permanent magnetic domain refinement method is also difficult to refine the magnetic domain to a minimum size.
  • the grain-oriented electrical steel sheet manufactured by self-refining technology is manufactured into products such as transformer iron cores through a molding and heat treatment process.
  • the product since the product is used in a relatively high temperature environment, it is necessary to secure not only the iron loss characteristics, but also adhesion to the insulating coating layer.
  • the present invention provides a grain-oriented electrical steel sheet and a method for manufacturing the same. Specifically, in one embodiment of the present invention, after forming the grooves, the oxide layer is partially removed to form islands appropriately, thereby providing a grain-oriented electrical steel sheet having improved magnetic properties and improved adhesion to an insulating coating layer and a method for manufacturing the same It is aimed at.
  • the grain-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention includes a groove located on the surface of the electrical steel sheet, a metal oxide layer positioned on the groove, and a metal oxide-based island that is discontinuously distributed and distributed under the groove, and the groove bottom.
  • the average sphericity of Ireland located at is 0.5 to 0.9.
  • the density of islands located at the bottom of the groove may be 0.25/ ⁇ m 2 or less.
  • the longitudinal direction of the groove and the rolling direction of the steel sheet may form an angle of 75 to 88°.
  • Method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet comprises the steps of manufacturing a cold rolled sheet; Forming a groove by irradiating a laser to the cold rolled sheet; And removing some of the oxide layer formed on the surface of the cold rolled sheet to leave the thickness of the oxide layer at 1 to 5 nm.
  • the scanning speed of the laser may be 10 m/s or more.
  • gas can be injected at an angle of 70 degrees or less with the rolling direction.
  • the pressure of the gas to be injected may be 0.02 kg/cm 2 or more.
  • the content of moisture in the gas to be injected may be 50 wt% or less.
  • an oxide layer having a thickness of 4 to 10 nm may be present on the surface of the cold rolled sheet.
  • the present invention after forming the groove, by removing some of the oxide layer, it is possible to improve the magnetic properties and adhesion with the insulating coating layer.
  • FIG. 1 is a schematic view of a rolling surface (ND surface) of a grain-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a groove according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a schematic view of a cross-section of a groove according to an embodiment of the present invention.
  • first, second and third are used to describe various parts, components, regions, layers and/or sections, but are not limited thereto. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as a second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
  • one part When one part is said to be “on” or “on” another part, it may be directly on or on the other part, or another part may be involved therebetween. In contrast, if one part is said to be "just above” another part, no other part is interposed therebetween.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a grain-oriented electrical steel sheet 10 micronized by an embodiment of the present invention.
  • the grain-oriented electrical steel sheet 10 is formed on one or both sides of the electrical steel sheet, a linear groove 20 formed in a direction crossing the rolling direction (RD direction); is formed It is done.
  • a groove is formed through a laser, and a part of the oxide layer present in the groove formation process is partially removed, thereby forming a uniform metal oxide layer in the second recrystallization annealing process, and ultimately with improving magnetic properties.
  • the adhesion with the insulating coating layer can be improved.
  • the metal oxide layer may be a forsterite (Frosterite FeMg 2 SiO 4 ) layer.
  • Method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet comprises the steps of manufacturing a cold rolled sheet; Forming a groove by irradiating a laser to the cold rolled sheet; And removing some of the oxide layer formed on the surface of the cold rolled sheet to leave the thickness of the oxide layer at 1 to 5 nm.
  • a cold rolled sheet is manufactured.
  • the cold rolled sheet used in the field of grain-oriented electrical steel can be used without limitation as a feature of the magnetic stripping method.
  • the effect of the present invention is expressed regardless of the alloy composition of the grain-oriented electrical steel sheet. Therefore, a detailed description of the alloy composition of the grain-oriented electrical steel sheet will be omitted.
  • the cold-rolled sheet is in weight%, C: 0.10% or less, Si: 1.0 to 6.5%, Mn: 0.005 to 3.0%, Nb+V+Ti: 0.015% or less, Cr+Sn: 1.0% or less, Al : 3.0% or less, P+S: 0.09% or less, total rare earth and other impurities: 0.3% or less, and the balance of Fe.
  • the cold rolled sheet manufacturing method used in the grain-oriented electrical steel field can be used without limitation, and a detailed description thereof will be omitted.
  • a groove is formed by irradiating a laser to the cold rolled sheet.
  • Grooves can be formed by irradiating a cold-rolled sheet surface with a TEMoo (M 2 ⁇ 1.25) laser beam having an average output power of 500 W to 10 KW.
  • the laser oscillation method can be used without limitation. That is, a continuous oscillation or pulsed mode can be used. In this way, the laser beam is irradiated so that the surface beam absorption rate becomes higher than the heat of fusion of the steel sheet, thereby forming the groove 20 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the scanning rate of the laser may be 10 m/s or more. If the scanning speed of the laser is too low, a problem that the groove is not properly formed may occur. More specifically, the scanning speed of the laser may be 10m/s to 30m/s.
  • gas can be injected at an angle of 70 degrees or less with the rolling direction (RD direction). At this time, the angle is based on the rolling vertical plane (TD plane).
  • RD direction rolling direction
  • TD plane rolling vertical plane
  • the pressure of the gas may be 0.02 kg/cm 2 or more. If the pressure of the gas is too low, proper melt removal may not be achieved. More specifically, the pressure of the gas may be 0.02 to 0.2 kg/cm 2 .
  • the content of moisture in the gas to be injected may be 50 wt% or less. If the moisture content is too high, due to gas injection, a non-uniform and thick oxide layer may be formed on the surface of the steel sheet. This oxide layer may form a non-uniform metal oxide layer in a subsequent secondary recrystallization annealing process, ultimately adversely affecting adhesion and magnetism. More specifically, the content of moisture in the gas to be injected may be 25 wt% or less.
  • grooves can be intermittently formed with respect to the rolling vertical direction.
  • the present invention is not limited thereto, and grooves may be continuously formed.
  • the length direction (X direction) and the rolling direction (RD direction) of the groove 20 may form an angle of 75 to 88°. When forming the aforementioned angle, it can contribute to improving the iron loss of the grain-oriented electrical steel sheet.
  • the width W of the groove may be 10 to 200 ⁇ m. When the width of the groove 20 is short or large, an appropriate magnetic domain refinement effect may not be obtained.
  • the depth (H) of the groove may be 3 to 5% of the thickness of the steel sheet. If the depth (H) of the groove is too shallow, it is difficult to obtain a suitable iron loss improving effect. If the depth (H) of the groove is too deep, the magnetic properties of the steel sheet 10 may be significantly changed due to strong laser irradiation, or a large amount of heel-up and spatter may be formed. Therefore, it is possible to control the depth of the groove 20 in the above-described range.
  • the surface of the steel sheet is partially oxidized by oxygen and moisture in the heat and air generated by the laser, and oxygen and moisture in the injection gas, so that an oxide layer may be present.
  • the thickness of the oxide layer may be 4 to 10 nm.
  • the oxide layer may be formed non-uniformly over the entire surface of the steel sheet, and the thickness of the above-described oxide layer means an average thickness of the entire surface of the steel sheet.
  • Re-solidification layers due to the thermal effect of the laser may be formed on the bottom and side of the groove.
  • the re-coagulation layer may have a thickness of 6.5 ⁇ m or less. When the re-solidification layer is formed too thick, adhesion and iron loss may be inferior due to an increase in the heat-affected zone.
  • the re-solidification layer contains recrystallization with an average particle diameter of 1 to 10 ⁇ m, and is distinguished from the overall structure of the electrical steel sheet being manufactured.
  • the oxide layer formed on the surface of the cold rolled sheet is partially removed to leave the thickness of the oxide layer at 1 to 5 nm.
  • the non-uniform oxide layer remains thick, and the metal oxide layer formed in the second recrystallization annealing process is formed non-uniformly and thickly, causing deterioration of adhesion between the magnetic and metal oxide layers and the matrix structure.
  • a polishing paper or a polishing roll may be used to remove the polishing roll (paper) through friction between the oxide layer and the polishing layer.
  • the thickness of the oxide layer is left at 1 nm to 5 nm.
  • the metal oxide layer is formed non-uniformly and thickly, which causes deterioration of magnetic properties and adhesion. If the thickness of the oxide layer remains too thin, an appropriate metal oxide layer is not formed, which causes deterioration of magnetic properties and adhesion. More specifically, the oxide layer may remain 2 to 5 nm.
  • the step of first recrystallization annealing the cold rolled sheet may be further included.
  • the primary recrystallization annealing step is widely known in the field of grain-oriented electrical steel, detailed description is omitted.
  • decarburization or decarburization and nitriding may be included, and annealing may be performed in a wet atmosphere for decarburization or decarburization and nitriding.
  • the crack temperature in the first recrystallization annealing step may be 800 to 950°C.
  • an annealing separator may be applied, and the second recrystallization annealing step may be further included. Since the annealing separator is widely known, a detailed description is omitted. For example, an annealing separator based on MgO may be used.
  • the purpose of secondary recrystallization annealing is largely the formation of ⁇ 110 ⁇ 001> aggregates by secondary recrystallization, the formation of a glassy film by the reaction of MgO with the oxide layer formed during primary recrystallization annealing, imparting insulation and impairing magnetic properties Is to remove it.
  • the secondary recrystallization annealing method the secondary recrystallization is well developed by protecting the nitride, which is a particle growth inhibitor, by maintaining it as a mixed gas of nitrogen and hydrogen in the temperature rising section before the secondary recrystallization occurs, and after the secondary recrystallization is completed. In the cracking step, impurities are removed by holding for a long time in a 100% hydrogen atmosphere.
  • the second recrystallization annealing step may be performed at a crack temperature of 900 to 1210°C.
  • the MgO component in the annealing separator reacts with the oxide layer formed on the surface of the steel sheet to form a metal oxide layer on the surface of the steel sheet and groove.
  • the metal oxide layer 30 is schematically illustrated.
  • the metal oxide layer 30 since the groove is formed before the secondary recrystallization annealing, the metal oxide layer 30 may be formed not only on the steel sheet but also on the surface of the groove.
  • the thickness of the oxide layer is thin, and MgO in the annealing separator penetrates or passes through the oxide layer to form islands 40 under the metal oxide layer 30. ) May be formed.
  • the island 40 may include forsterite.
  • the island 40 is schematically illustrated. As shown in FIG. 3, the island 40 may be formed by being separated from the metal oxide layer 30 under the metal oxide layer 30. Since the island 40 is made of an alloy component similar to the metal oxide layer 30, it is distinguished from the electrical steel base structure.
  • the island 40 When the island 40 is appropriately formed discontinuously, it can contribute to improving the adhesion between the metal oxide layer 30 and the steel sheet.
  • the density of islands containing a metal oxide under the groove may be 0.25/ ⁇ m 2 or less.
  • the reference means the density of the island for a depth area within 5 ⁇ m below the groove 20 in the cross-section (TD plane) including the steel sheet rolling direction (RD direction) and the thickness direction (ND direction).
  • the island 40 positioned under the groove 20 may have an average sphericity (short axis/long axis) of 0.5 to 0.9.
  • the reference is a cross section (TD plane) including the steel sheet rolling direction (RD direction) and the thickness direction (ND direction).
  • the island 40 located below the surface where the groove 20 is not formed is excluded from the calculation of the average particle diameter described above.
  • the island 40 positioned under the groove 20 may have an average sphericity (short/long axis) of 0.6 to 0.8.
  • the step of forming an insulating coating layer on the metal oxide layer may be further included.
  • the method of forming the insulating coating layer may be used without particular limitation, and for example, an insulating coating layer may be formed by applying an insulating coating solution containing phosphate. It is preferable to use a coating solution containing colloidal silica and metal phosphate as the insulating coating solution.
  • the metal phosphate may be Al phosphate, Mg phosphate, or a combination thereof, and the content of Al, Mg, or a combination of these relative to the weight of the insulating coating solution may be 15% by weight or more.
  • the grain-oriented electrical steel sheet includes a groove 20 positioned on the surface of the electrical steel sheet 10, a metal oxide layer 30 positioned on the groove 20, and an island 40 positioned below the groove. ).
  • the average sphericity (short/long axis) of the island 40 located under the groove may be 0.5 to 0.9.
  • the island 40 positioned under the groove 20 may have an average sphericity of 0.6 to 0.8.
  • the average sphericity was less than 0.5, the diameter of the cylinder was over 20 mm during the adhesion test due to the crack or burst of the forsterite after insulation coating as the adhesion between the forsterite and the base was inferior.
  • the density of the island 40 at the bottom of the groove 20 may be 0.25 pieces/ ⁇ m 2 or less.
  • the reference means the density of the island for a depth area within 5 ⁇ m below the groove 20 in the cross-section (TD plane) including the steel sheet rolling direction (RD direction) and the thickness direction (ND direction). More specifically, the density of the island 40 at the bottom of the groove 20 may be 0.1/ ⁇ m 2 or less.
  • a cold rolled sheet having a thickness of 0.27 mm was prepared.
  • the cold rolled sheet was irradiated with a 1.0 kW Gaussian mode continuous wave laser at a scanning speed of 10 m/s to form a groove at an angle of 85° with the RD direction.
  • dry air with moisture removed at a pressure of 0.02 kg/cm 2 was sprayed at a 70° angle to the rolling direction.
  • the entire surface of the steel sheet was polished using a polishing cloth to adjust the oxide layer thickness to 5 nm or less as shown in Table 1 below. When the thickness of the oxide layer exceeds 5 nm, adhesiveness becomes poor. Subsequently, the primary recrystallization annealing, MgO coating and secondary recrystallization, to form an insulating coating layer.
  • Adhesion was indicated by bending the product plate into a rod-shaped cylinder having various diameters, thereby minimizing the diameter of the insulating coating layer from peeling and cracking. The better the adhesion, the smaller the diameter of the rod.
  • the average sphericity of the islands 40 at the bottom of the grooves was 0.5 to 0.90, respectively, and the iron loss and adhesion were confirmed when the density was 0.25 pieces/ ⁇ m 2 or less.
  • the average sphericity of the island 40 was less than 0.5, and it was also confirmed that the island 40 had a density of more than 0.25/ ⁇ m 2 .

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판에 레이저를 조사하여 그루브를 형성하는 단계; 및 냉연판 표면에 형성된 산화층을 일부 제거하여 산화층의 두께를 1 내지 5nm로 잔류시키는 단계를 포함하여, 홈 하부의 산화물층 하부에 구형도가 0.5 내지 0.9로 나타나는 아일랜드를 0.25개/㎛2 이하를 갖는 방향성 전기강판

Description

방향성 전기강판 및 그의 제조 방법
방향성 전기강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 그루브를 형성한 이후, 산화층을 일부 제거하여 아일랜드를 적절히 형성시킴으로써, 자성 향상과 함께 절연코팅층과의 밀착성을 향상시킨 방향성 전기강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 변압기 등의 전자기제품의 철심재료로 사용되기 때문에 기기기의 전력손실을 줄임으로써 에너지 변환효율을 향상시키기 위해서는 철심소재의 철손이 우수하고 적층 및 권취시 점적율이 높은 강판이 요구된다.
방향성 전기강판은 열연, 냉연 및 소둔공정을 통해 2차재결정된 결정립이 압연방향으로 {110}<001> 방향으로 배향된 집합조직(일명 "Goss Texture" 라고도 함)을 갖는 기능성 강판을 말한다.
방향성 전기강판의 철손을 낮추는 방법으로서, 자구미세화 방법이 알려져 있다. 즉 자구를 스크레치나 에너지적 충격을 주어서 방향성 전기강판이 가지고 있는 큰 자구의 크기를 미세화 시키는 것이다. 이 경우 자구가 자화되고 그 방향이 바뀔 때 에너지적 소모량을 자구의 크기가 컸을 때 보다 줄일 수 있게 된다. 자구미세화 방법으로는 열처리 후에도 개선효과 유지되는 영구자구미세화와 그렇지 않은 일시자구미세화가 있다.
회복 (Recovery)이 나타나는 열처리 온도 이상의 응력완화열처리 후에도 철손개선 효과를 나타내는 영구자구미세화 방법은 에칭법, 롤법 및 레이저법으로 구분할 수 있다. 에칭법은 용액 내 선택적인 전기화학반응으로 강판 표면에 홈(그루브, groove)을 형성시키기 때문에 홈 형상을 제어하기 어렵고, 최종 제품의 철손특성을 폭 방향으로 균일하게 확보하는 것이 어렵다. 더불어, 용매로 사용하는 산용액으로 인해 환경친화적이지 못한 단점을 갖고 있다.
롤에 의한 영구자구미세화방법은 롤에 돌기모양을 가공하여 롤이나 판을 가압함으로써 판 표면에 일정한 폭과 깊이를 갖는 홈을 형성한 후 소둔함으로써 홈 하부의 재결정을 부분적으로 발생시키는 철손 개선효과를 나타내는 자구미세화기술이다. 롤법은 기계가공에 대한 안정성, 두께에 따른 안정적인 철손 확보를 얻기 힘든 신뢰성 및 프로세스가 복잡하며, 홈 형성 직후(응력완화소둔전) 철손과 자속밀도 특성이 열화되는 단점을 갖고 있다.
레이저에 의한 영구 자구미세화 방법은 고출력의 레이저를 고속으로 이동하는 전기강판 표면부에 조사하고 레이저 조사에 의해 기지부의 용융을 수반하는 그루브(groove) 를 형성시키는 방법을 사용한다. 그러나, 이러한 영구 자구미세화 방법도 자구를 최소 크기로 미세화 시키기는 어렵다.
일시자구미세화의 경우 코팅된 상태에서 레이저를 가한 후 코팅을 한번 더 하지 않는 것에 현재 기술은 집중하고 있기 때문에 레이저를 일정 이상의 강도로 조사하려 하지 않는다. 일정 이상으로 가할 경우 코팅의 손상으로 인해 장력 효과를 제대로 발휘하기 어렵기 때문이다.
영구자구미세화의 경우 홈을 파서 정자기에너지를 받을 수 있는 자유전하 면적을 넓히는 것이기 때문에 최대한 깊은 홈 깊이가 필요하다. 물론 깊은 홈깊이로 인하여 자속밀도의 저하 등의 부작용 또한 발생한다. 그렇기 때문에 자속밀도 열화를 줄이기 위해서 적정 홈깊이로 관리하게 된다.
한편, 자구미세화기술로 제조한 방향성 전기강판은 성형 및 열처리 과정을 거쳐 변압기 철심 등 제품으로 제조된다. 또한, 제품은 비교적 고온의 환경에서 사용되기 때문에 철손 특성 뿐 아니라, 절연코팅층과의 밀착성을 확보 하는 것이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판 및 그의 제조 방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 그루브를 형성한 이후, 산화층을 일부 제거하여, 아일랜드를 적절히 형성함으로써, 자성 향상과 함께 절연코팅층과의 밀착성을 향상시킨 방향성 전기강판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 전기강판 표면에 위치하는 그루브, 그루브 상에 위치하는 금속 산화물층 및 그루브 하부에 위치하는 불연속적으로 분산 분포하는 금속산화물계 아일랜드를 포함하고, 그루브 하부에 위치하는 아일랜드의 평균 구형도는 0.5 내지 0.9이다.
그루브 하부에 위치하는 아일랜드의 밀도는 0.25개/㎛2 이하일 수 있다.
압연 수직 방향에 대하여, 그루브가 2 내지 10개 단속적으로 존재할 수 있다.
그루브의 길이 방향과 강판의 압연방향은 75 내지 88°의 각도를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판에 레이저를 조사하여 그루브를 형성하는 단계; 및 냉연판 표면에 형성된 산화층을 일부 제거하여 산화층의 두께를 1 내지 5nm로 잔류시키는 단계를 포함한다.
그루브를 형성하는 단계에서. 레이저의 주사속도는 10m/s 이상일 수 있다.
그루브를 형성하는 단계에서. 그루브를 향하여, 압연 방향과 70˚ 이하의 각도로 가스를 분사할 수 있다.
분사하는 가스의 압력이 0.02kg/cm2 이상일 수 있다.
분사하는 가스 중 수분의 함량이 50 wt% 이하일 수 있다.
그루브를 형성하는 단계 이후, 냉연판 표면에 4 내지 10nm 두께의 산화층이 존재할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 그루브를 형성한 이후, 산화층을 일부 제거함으로써, 자성 향상과 함께 절연코팅층과의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 압연면(ND면)의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 그루브의 모식도 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 그루브의 단면의 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 1에서는 본 발명의 일 실시예에 의해 자구미세화된 방향성 전기강판(10)의 모식도를 나타낸다.
도 1에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판(10)은 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향(RD방향)과 교차하는 방향으로 형성된 선상의 그루브(20);가 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 레이저를 통해 그루브를 형성하고, 그루브 형성 과정에서 존재하는 산화층을 일부 제거함으로써, 이후, 2차 재결정 소둔 과정에서 균일한 금속 산화물층을 형성하고, 궁극적으로 자성 향상과 함께 절연코팅층과의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 이 때, 금속 산화물층은 포스테라이트(Frosterite FeMg2SiO4)층이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법은 냉연판을 제조하는 단계; 냉연판에 레이저를 조사하여 그루브를 형성하는 단계; 및 냉연판 표면에 형성된 산화층을 일부 제거하여 산화층의 두께를 1 내지 5nm로 잔류시키는 단계를 포함한다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저 냉연판을 제조한다. 본 발명의 일 실시예에서는 냉연판 제조 이후, 자구미세화 방법에 그 특징이 있는 것으로서, 자구미세화의 대상이 되는 냉연판은 방향성 전기강판 분야에서 사용하는 냉연판을 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. 일 예로서, 냉연판은 중량%로, C: 0.10%이하, Si: 1.0 내지 6.5%, Mn: 0.005 내지 3.0%, Nb+V+Ti: 0.015% 이하, Cr+Sn: 1.0%이하, Al: 3.0% 이하, P+S: 0.09% 이하, 희토류 및 기타 불순물 총합: 0.3% 이하 및 잔부 Fe를 포함할 수 있다.
냉연판 제조 방법에 대해서도 방향성 전기강판 분야에서 사용하는 냉연판 제조 방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 냉연판에 레이저를 조사하여 그루브를 형성한다.
냉연판 표면에 500W 내지 10KW 평균 출력의 TEMoo (M2≤1.25) 레이저 빔을 냉연판 표면에 조사함으로써 그루브를 형성할 수 있다. 레이저의 발진 방식은 제한 없이 사용할 수 있다. 즉, 연속 발진 또는 Pulsed mode를 사용할 수 있다. 이처럼 표면 빔 흡수율이 강판의 용융열 이상이 될 수 있게 레이저를 조사하여, 도 1 및 도 2에서 표시한 그루브(20)를 형성하게 된다.
이 때, 레이저의 주사 속도(scanning rate)는 10m/s 이상일 수 있다. 레이저의 주사 속도가 너무 낮으면, 그루브가 적절히 형성되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 레이저의 주사 속도는 10m/s 내지 30m/s일 수 있다.
그루브를 형성하는 단계에서. 그루브를 향하여, 압연 방향(RD방향)과 70˚ 이하의 각도로 가스를 분사할 수 있다. 이 때 각도는 압연 수직 면(TD면)을 기준으로 한 것이다. 가스를 적절히 분사함으로써, 용융물이 그루브 내에서 응고되는 것을 방지할 수 있다. 각도가 너무 높으면, 적절한 용융물의 제거가 이루어 지지 않을 수 있다.
이 때, 가스의 압력은 0.02 kg/cm2 이상일 수 있다. 가스의 압력이 너무 낮으면, 적절한 용융물의 제거가 이루어 지지 않을 수 있다. 더욱 구체적으로 가스의 압력은 0.02 내지 0.2 kg/cm2 일 수 있다.
분사하는 가스 중 수분의 함량이 50 wt% 이하일 수 있다. 수분의 함량이 너무 높으면, 가스 분사로 인하여, 강판 표면에 불균일하고, 두꺼운 산화층이 형성될 수 있다. 이 산화층은 추후 2차 재결정 소둔 과정에서 불균일한 금속 산화물층을 형성하여, 궁극적으로 밀착성 및 자성에 악영향을 줄 수 있다. 더욱 구체적으로 분사하는 가스 중 수분의 함량이 25 wt% 이하일 수 있다.
도 1에 나타나듯이, 압연 수직 방향에 대하여, 그루브를 2 내지 10개 단속적으로 형성할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 그루브를 연속적으로 형성하는 것도 가능하다.
도 1 및 도 2에서 나타나듯이, 그루브(20)의 길이 방향(X방향)과 압연방향(RD방향)은 75 내지 88°의 각도를 이룰 수 있다. 전술한 각도를 형성할 시, 방향성 전기강판의 철손을 개선하는 데에 기여할 수 있다.
그루브의 폭(W)는 10 내지 200㎛일 수 있다. 그루브(20)의 폭이 짧거나 크면, 적절한 자구 미세화 효과를 얻을 수 없게 될 수 있다.
또한, 그루브의 깊이(H)는 강판 두께의 3 내지 5%일 수 있다. 그루브의 깊이(H)가 너무 얕으면, 적절한 철손 개선효과를 얻기 어렵다. 그루브의 깊이(H)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 그루브(20)의 깊이를 제어할 수 있다.
그루브를 형성하는 단계 이후, 레이저에서 발생하는 열 및 공기 중의 산소 및 수분, 분사 가스 내의 산소 및 수분에 의해 강판 표면이 일부 산화되어 산화층이 존재할 수 있다. 구체적으로 산화층의 두께는 4 내지 10nm가 될 수 있다. 또한 산화층은 강판 전면(全面)에 대해 불균일하게 형성될 수 있으며, 전술한 산화층의 두께는 강판 전체 표면에 대한 평균 두께를 의미한다.
산화층이 너무 두껍게 형성될 경우, 후술하는 산화층 제거 단계에서 산화층을 제거하더라도 산화층이 두껍게 잔류하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
그루브 하부 및 측부에는 레이저의 열영향으로 인한 재응고층이 형성될 수 있다. 재응고층은 두께가 6.5㎛ 이하일 수 있다. 재응고층이 너무 두껍게 형성될 시, 열영향부 증가로 인하여 밀착성 및 철손이 열위될 수 있다. 재응고층은 평균 입경이 1 내지 10㎛인 재결정을 포함하며, 제조 중인 전기강판의 전체조직과 구분된다.
다음으로, 냉연판 표면에 형성된 산화층을 일부 제거하여 산화층의 두께를 1 내지 5nm로 잔류시킨다.
산화층을 제거하지 않을 시, 불균일한 산화층이 두껍게 잔류하고, 2차 재결정 소둔 과정에서 형성되는 금속 산화물층이 불균일하고 두껍게 형성되어, 자성 및 금속 산화층과 기지 조직의 밀착성을 열화시키는 원인이 된다.
브러쉬나 산세를 통해 그루브 형성과정에서 형성된 힐업 또는 스패터를 제거하는 기술들이 알려져 있으나, 용융물이 응고된 힐업 또는 스패터의 제거와 산화층의 제거는 힐업 또는 스패터 외에 산화층을 함께 제거하는 면에서 전혀 상이하다.
산화층 제거 방법으로는 연마지 또는 연마롤을 이용하여 연마롤(지)와 산화층과의 마찰을 통해 제거할 수 있다.
산화층의 두께를 1nm 내지 5nm로 잔류시킨다. 산화층의 두께를 너무 두껍게 잔류시킬 경우, 금속 산화물층이 불균일하고 두껍게 형성되어, 자성 및 밀착성을 열화시키는 원인이 된다. 산화층의 두께를 너무 얇게 잔류시킬 경우, 적절한 금속 산화물층이 형성되지 않아 자성 및 밀착성을 열화시키는 원인이 된다. 더욱 구체적으로 산화층을 2 내지 5nm 잔류시킬 수 있다.
산화층을 잔류시키는 단계 이후, 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계는 방향성 전기강판 분야에서 널리 알려져 있으므로, 자세한 설명은 생략한다. 1차 재결정 소둔 과정에서 탈탄, 또는 탈탄 및 질화를 포함할 수 있으며, 탈탄 또는 탈탄과 질화를 위해 습윤 분위기에서 소둔할 수 있다. 1차 재결정 소둔하는 단계에서의 균열 온도는 800 내지 950℃일 수 있다.
1차 재결정 소둔하는 단계 이후, 소둔 분리제를 도포하고, 2차 재결정 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다. 소둔 분리제에 대해서는 널리 알려져 있으므로, 자세한 설명은 생략한다. 일 예로 MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 사용할 수 있다.
2차 재결정 소둔의 목적은 크게 보면 2차 재결정에 의한 {110}<001> 집합조직 형성, 1차 재결정 소둔 시 형성된 산화층과 MgO의 반응에 의한 유리질 피막형성으로 절연성을 부여하고 자기특성을 해치는 불순물을 제거하는 것이다. 2차 재결정 소둔 방법으로는 2차 재결정이 일어나기 전의 승온구간에서는 질소와 수소의 혼합가스로 유지하여 입자성장 억제제인 질화물을 보호함으로써 2차 재결정이 잘 발달할 수 있도록 하고, 2차 재결정이 완료된 후 균열 단계에서는 100% 수소분위기에서 장시간 유지하여 불순물을 제거한다.
2차 재결정 소둔하는 단계는 900 내지 1210℃의 균열 온도에서 수행할 수 있다.
2차 재결정 소둔 과정에서 소둔 분리제 내의 MgO 성분이 강판 표면에 형성된 산화층과 반응하여 강판 및 그루브의 표면에 금속 산화물층이 형성될 수 있다. 도 3에서는 금속 산화물층(30)을 개략적으로 표시하였다. 본 발명의 일 실시예에서 2차 재결정 소둔 전에 그루브가 형성되기 때문에, 강판뿐 아니라 그루브의 표면에도 금속 산화물층(30)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 그루브 형성 이후 강판의 표면에 산화층을 일부 제거하기 때문에, 산화층의 두께가 얇아, 소둔 분리제 내의 MgO가 산화층을 침투 또는 통과하여 금속 산화물층(30) 하부에 아일랜드(40)가 형성될 수 있다. 이 아일랜드(40)는 포스테라이트를 포함할 수 있다.
도 3에서는 아일랜드(40)을 개략적으로 표시하였다. 도 3에 나타나듯이, 금속 산화물층(30) 하부에 금속 산화물층 (30)과 분리되어 아일랜드(40)가 형성될 수 있다. 아일랜드(40)는 금속 산화물층(30)과 유사한 합금 성분으로 이루어져 있으므로, 전기강판 기지 조직과는 구분된다.
아일랜드(40)가 불연속적으로 적절히 형성됨으로써, 금속 산화물층(30)과 강판의 밀착성을 향상시키는 데에 기여할 수 있다. 구체적으로 그루브 하부에 금속 산화물을 포함하는 아일랜드의 밀도가 0.25개/㎛2 이하일 수 있다. 이 때, 기준은 강판 압연 방향(RD방향) 및 두께 방향(ND방향)을 포함하는 단면(TD면)에서 그루브(20) 하부로 5㎛ 이내의 깊이 면적에 대한 아일랜드의 밀도를 의미한다.
그루브(20) 하부에 위치하는 아일랜드(40)는 평균 구형도(단축/장축)가 0.5 내지 0.9일 수 있다. 이 때, 기준은 강판 압연 방향(RD방향) 및 두께 방향(ND방향)을 포함하는 단면(TD면)이다. 그루브(20)가 형성되지 않은 표면 하부에 위치하는 아일랜드(40)는 전술한 평균 입경의 계산에서 제외한다. 아일랜드(40)의 평균 구형도를 제어함으로써, 자성 향상과 함께 절연코팅층과의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 더욱 구체적으로 그루브(20) 하부에 위치하는 아일랜드(40)는 평균 구형도(단축/장축)가 0.6 내지 0.8일 수 있다.
2차 재결정 소둔하는 단계 이후, 금속 산화물 층 상에 절연코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
절연코팅층을 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.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 전기강판(10)의 표면에 위치하는 그루브(20), 그루브(20) 상에 위치하는 금속 산화물층(30) 및 그루브 하부에 위치하는 아일랜드(40)를 포함한다.
그루브 하부에 위치하는 아일랜드(40)의 평균 구형도(단축/장축)은 0.5 내지 0.9일 수 있다. 아일랜드(40)의 평균 구형도를 제어함으로써, 자성 향상과 함께 절연코팅층과의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 더욱 구체적으로 그루브(20) 하부에 위치하는 아일랜드(40)는 평균 구형도가 0.6 내지 0.8일 수 있다. 평균 구형도가 0.5 미만인 경우 포스테라이트와 기지부와의 밀착성이 열위함에 따라 절연코팅후 포스테라이트 균열이나 터짐으로 인하여 밀착시험시 실린더의 직경이 20mm 이상으로 나타났다.
그루브(20) 하부에 아일랜드(40)의 밀도가 0.25개/㎛2 이하일 수 있다. 이 때, 기준은 강판 압연 방향(RD방향) 및 두께 방향(ND방향)을 포함하는 단면(TD면)에서 그루브(20) 하부로 5㎛ 이내의 깊이 면적에 대한 아일랜드의 밀도를 의미한다. 더욱 구체적으로 그루브(20) 하부에 아일랜드(40)의 밀도가 0.1개/㎛2 이하일 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.
실시예
냉간압연한 두께 0.27mm의 냉연판을 준비하였다. 이 냉연판에 1.0kW의 Gaussian mode의 연속파 레이저를 주사속도 10m/s로 조사하여, RD방향과 85° 각도의 그루브를 형성하였다. 그루브 형성시 상부에 0.02kg/cm2의 압력으로 수분을 제거한 건조 공기를 압연 방향과 70˚각도로 분사하였다. 그 후, 강판의 전체 표면을 연마포를 이용하여 연마를 하여 산화층 두께를 하기 표 1과 같이 5nm이하로 조절하였다. 산화층 두께가 5nm를 초과하는 경우 밀착성이 열위하게 된다. 이후, 1차 재결정 소둔하고, MgO 도포 후 2차 재결정 한 후, 절연코팅층을 형성하였다.
밀착성은 제품판을 다양한 직경을 갖는 봉상의 cylinder에 판을 굽힘으로써, 절연코팅층이 박리 및 균열되지 않는 최소의 직경을 표시하였다. 밀착성이 우수할수록 봉상의 직경은 점차 감소하게 된다.
Figure PCTKR2019018034-appb-T000001
표 1에서 나타나는 것과 같이, 그루브 형성 이후, 산화층을 적절히 제거한 실시예가 비교예에 비해 밀착성이 우수하고 또한, 철손이 우수함을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1~10은 그루브 하부의 아일랜드(40)의 평균 구형도가 각각 0.5 내지 0.90, 밀도가 0.25개/㎛2 이하 일 때 철손과 밀착성을 확인하였다.
반면, 비교예는 아일랜드(40)의 평균 구형도가 0.5 미만임을 확인하였고, 또한, 아일랜드(40)의 밀도가 0.25개/㎛2 초과로 다수 형성됨을 확인하였다.
본 발명은 실시예 들에 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.
[부호의 설명]
10: 방향성 전기강판,
20 : 그루브,
30 : 금속 산화물층,
40 : 아일랜드

Claims (10)

  1. 전기강판 표면에 위치하는 그루브,
    상기 그루브 상에 위치하는 금속 산화물층 및
    상기 그루브 하부에 위치하는 불연속적으로 분산 분포하는 금속산화물계 아일랜드를 포함하고,
    상기 그루브 하부에 위치하는 아일랜드의 평균 구형도는 0.5 내지 0.9인 방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그루브 하부에 위치하는 상기 금속산화물계 아일랜드의 밀도는 0.25개/㎛2 이하인 방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    압연 수직 방향에 대하여, 그루브가 2 내지 10개 단속적으로 존재하는 방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그루브의 길이 방향과 강판의 압연방향은 75 내지 88°의 각도를 이루는 방향성 전기강판.
  5. 냉연판을 제조하는 단계;
    상기 냉연판에 레이저를 조사하여 그루브를 형성하는 단계; 및
    상기 냉연판 표면에 형성된 산화층을 일부 제거하여 산화층의 두께를 1 내지 5nm로 잔류시키는 단계;
    를 포함하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 단계에서. 레이저의 주사속도는 10m/s 이상인 방향성 전기강판의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 단계에서. 그루브를 향하여, 압연 방향과 70˚ 이하의 각도로 가스를 분사하는 방향성 전기강판의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분사하는 가스의 압력이 0.02kg/cm2 이상인 방향성 전기강판의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 분사하는 가스 중 수분의 함량이 50 wt% 이하인 방향성 전기강판의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 단계 이후, 냉연판 표면에 4 내지 10nm 두께의 산화층이 존재하는 방향성 전기강판의 제조방법.
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