WO2024136157A1 - 방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법 - Google Patents

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WO2024136157A1
WO2024136157A1 PCT/KR2023/018648 KR2023018648W WO2024136157A1 WO 2024136157 A1 WO2024136157 A1 WO 2024136157A1 KR 2023018648 W KR2023018648 W KR 2023018648W WO 2024136157 A1 WO2024136157 A1 WO 2024136157A1
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laser
steel sheet
electrical steel
grain
insulating film
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PCT/KR2023/018648
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권오열
권오철
김동근
홍순창
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주식회사 포스코
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    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
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Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a grain-oriented electrical steel sheet and a magnetic domain refinement method thereof. More specifically, an embodiment of the present invention relates to a grain-oriented electrical steel sheet that prevents surface damage and at the same time has excellent iron loss characteristics by irradiating an overlapping laser on the surface of the electrical steel sheet on which secondary recrystallization has been performed, and a magnetic domain refinement method thereof.
  • Grain-oriented electrical steel has excellent magnetic properties and is generally used as an iron core material for transformers.
  • the manufacture of this grain-oriented electrical steel sheet goes through a unique rolling and annealing process unique to the electrical steel sheet manufacturing process to form a Goss texture recrystallized in the ⁇ 110 ⁇ ⁇ 001> orientation throughout the steel sheet.
  • the world is strengthening the calculation levels of greenhouse gas emissions day by day.
  • the factor affecting the greenhouse gas emissions calculation level is related to the improvement in efficiency when using electrical steel sheets.
  • the iron loss and magnetic flux density of the electrical steel sheet i.e., magnetic properties, are important factors in the efficiency of the transformer iron core.
  • the magnetic flux density of an electrical steel sheet can be significantly affected by the manufacturing process of the electrical steel sheet because the degree to which crystal axes that are easy to magnetize are gathered in the crystal structure, that is, the higher the crystal orientation, the higher the magnetic flux density.
  • the W17/50 [W/kg] value measured when a magnetic field with a frequency of 50 Hz is applied at a maximum magnetic flux density of 1.7 T is called the guaranteed iron loss value of the iron core material, and this value is a measure of the iron loss of the electrical steel sheet. It is generally used as However, when designing a transformer, the W15/50 [W/kg] value measured when a magnetic field with a frequency of 50 Hz is applied at a lower maximum magnetic flux density of 1.5 T is used. In transformers, the lower the core loss value, the better the efficiency.
  • iron loss is evaluated as a more important indicator because the process technology for securing high magnetic flux density through upward standardization of the manufacturing process of electrical steel sheets has been developed to the extent that it can support the efficiency of transformers.
  • This iron loss is divided into eddy current loss and hysteresis loss, and hysteresis loss tends to decrease when the magnetic flux density is high, so eddy current loss plays an important role in controlling the overall iron loss in grain-oriented electrical steel sheets.
  • eddy current loss is divided into classical eddy current loss and abnormal eddy current loss.
  • Classical eddy current loss is proportional to the thickness of the steel sheet, so the thinner the steel sheet is, the classical eddy current loss decreases. Therefore, controlling abnormal eddy current loss has become an important technology for reducing iron loss.
  • Refining the magnetic domains in electrical steel means the process of dividing crystal particles with one magnetic domain into multiple magnetic domains by applying physical stimulation to them.
  • Methods for refining the magnetic domain include laser irradiation, electron beam irradiation, plasma processing, etching, or roll press fitting. And, depending on whether the magnetic domain refinement effect is maintained even after stress relief annealing (SRA) is performed after such magnetic domain refinement treatment, it is divided into permanent magnetic domain refinement and temporary magnetic domain refinement.
  • SRA stress relief annealing
  • the magnetic domain refinement process may be performed before the decarburization process or after the insulation coating.
  • Corrosion occurring in areas that have been physically stimulated on the surface of an electrical steel sheet means that the insulating film on the surface has been peeled off and the base material of the electrical steel sheet has been exposed. If this is laminated as an iron core and used as is, the insulating film formed on the surface of the electrical steel sheet is destroyed, destroying the top and bottom surfaces. The laminated iron core becomes electrically conductive, and in this case, there is a possibility that the transformer may explode.
  • a grain-oriented electrical steel sheet and a magnetic domain refining method thereof are provided. More specifically, one embodiment of the present invention provides a grain-oriented electrical steel sheet that prevents surface damage and has excellent iron loss characteristics by irradiating overlapping lasers with different wavelengths on the surface of the electrical steel sheet on which secondary recrystallization has been performed, and a magnetic domain refinement method thereof. do.
  • the grain-oriented electrical steel sheet includes an electrical steel sheet base material; and an insulating film layer located on the electrical steel sheet substrate, wherein a linear deformation part is present on the surface of the insulating film layer, an overlapping irradiation boundary part is present within the deformation part, a melted and solidified layer is present below the overly irradiated boundary part, and the melted and solidified layer is present. contains 10% by weight or less of P.
  • the width (M W ) of the melted and solidified layer in the direction perpendicular to the length of the deformed portion may be 0.05 to 10 ⁇ m.
  • the thickness (M D ) of the melted and solidified layer may be 20% or less of the thickness of the insulating film layer.
  • the insulating film layer below the deformed area excluding the overlapping irradiation boundary area may have a P content of 10 to 30% by weight in a range of 100 nm from the surface in the steel sheet thickness direction.
  • the thickness of the insulating film layer below the deformed part may be 60 to 90% of the thickness of the insulating film layer in which the deformed part is not formed.
  • a metal oxide layer may be interposed between the substrate and the insulating film layer.
  • a method for magnetic domain refinement of a grain-oriented electrical steel sheet includes a first irradiation step of irradiating a first laser beam having a first wavelength; It includes a second irradiation step of irradiating a second laser beam having a second wavelength, and the first beam spot of the first laser beam and the second beam spot of the second laser beam may overlap by 10% or more.
  • the first and second lasers may be selected from a CO 2 laser, a fiber laser, a YAG laser, a ruby laser, a sapphire laser, a disk laser, a diode laser, or a UV laser.
  • the first laser and the second laser may each have an output of 10 to 2000 W.
  • the first laser and the second laser may have different wavelengths.
  • the interval between the irradiation time of the first laser beam and the irradiation time of the second laser beam may be 18 ms or less.
  • magnetism by performing optimal magnetic domain refinement using an overlapping laser, magnetism can be further improved and damage to the surface of the steel sheet can be sufficiently suppressed.
  • the present invention by using a long-wavelength laser, it is possible to easily increase the average output to a high output and ensure the reliability of the processing line, and at the same time, by irradiating a short-wavelength laser together, magnetic domains are formed to a minimum to effectively magnetize. It can be improved.
  • the present invention it is possible to stably preheat a steel sheet without destroying the insulating film layers, and the residue due to thermoelastic deformation of the steel sheet is exactly as wide as necessary to form a closure domain without considering the thickness of the insulating film layer. Since stress can be induced, accurate magnetic domain refinement is possible.
  • Figure 1 is a graph showing the light absorption rate of a steel sheet according to the laser wavelength.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the concept of magnetic domain refinement for forming a deformed part using an overlapping laser according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing a beam spot of an overlapping laser according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram showing a beam spot of an overlapping laser according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing the surface of a steel plate with a deformed portion and an overlapping irradiation boundary portion in an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a schematic diagram showing a cross section in the thickness direction (Z direction) of a steel plate in which a deformed portion and an overlapping irradiation boundary portion exist in an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a photograph of the melted and solidified layer in Example 1 analyzed by FIB (Focused Ion Beam)-TEM (Transmission Electron Microscopy).
  • Figure 8 is a graph showing elemental analysis of the melted and solidified layer of Figure 7 in the thickness direction.
  • first, second, and third are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers, and/or sections. These terms are used only to distinguish one portion, component, region, layer or section from another portion, component, region, layer or section. Accordingly, the first part, component, region, layer or section described below may be referred to as the second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
  • the purpose is to prevent surface damage and at the same time provide excellent iron loss characteristics by irradiating an overlapping laser on the surface of an electrical steel sheet.
  • One embodiment of the present invention includes a first irradiation step of irradiating a first laser beam having a first wavelength; and a second irradiation step of irradiating a second laser beam having a second wavelength, wherein the first beam spot of the first laser beam and the second beam spot of the second laser beam overlap by 10% or more.
  • the method of refining magnetic domains using a laser is preferred.
  • the magnetic domain refinement process of grain-oriented electrical steel sheet is irradiated by advancing a laser in a direction intersecting the rolling direction (RD direction) to form a linear deformed portion 10.
  • the linear deformation portion forms point-like or continuous linear deformation portions.
  • the linear or linear deformation part includes not only solid lines but also intermittent ones such as dotted or broken lines, and includes all deformation parts that are substantially linear, including zigzag shapes when viewed microscopically but straight lines when viewed macroscopically. do.
  • the formation of a deformed zone in a steel sheet by a laser refers to the deformation of the crystal lattice caused by thermal shock from laser irradiation, and this deformation of the crystal lattice is formed in the process of locally rapidly heating and immediately cooling the steel sheet by the laser. At this time, the heating rate of the steel sheet is proportional to the energy density (power density) per unit time of the laser.
  • the deformation of the crystal lattice due to thermal shock during laser irradiation increases as the total laser irradiation energy increases, so when energy exceeding the amount required for magnetic domain refinement is irradiated to the steel sheet, the heat source more than necessary for forming the looped domain spreads to the surrounding area, causing magnetic deformation. It gets bigger. Therefore, the deformation of the crystal lattice due to thermal shock during laser irradiation requires exactly the amount of lattice strain energy required to form the looped domain, and in order to suppress heat diffusion, it is desirable to irradiate the laser incident energy to a narrow area for a shorter period of time.
  • the interaction conditions between the laser beam and the steel sheet are affected by the characteristics of the laser and the absorption rate of the laser beam on the steel sheet.
  • the absorption rate of the laser beam is affected by the surface roughness of the steel sheet, the temperature of the steel sheet, the absorption characteristics of the film on the surface of the steel sheet, and the laser wavelength.
  • the manufacturing conditions of the grain-oriented electrical steel sheet that forms the film are kept constant, the surface roughness of the steel sheet, the temperature of the steel sheet, and the absorption characteristics of the surface film of the steel sheet will be constant, and in this case, the absorption rate of the steel sheet of the laser beam depends on the wavelength of the laser. .
  • the laser absorption rate of the steel sheet is approximately 35 to 40% when the wavelength is short (e.g., YAG or Fiber laser with 1.06 ⁇ m), while when the wavelength is long (e.g., CO 2 laser with 10.6 ⁇ m) In this case, it appears relatively low, approximately 5 to 10%.
  • an insulating film composed mainly of phosphate and silica with a thickness of several to several tens of micrometers is formed on the surface of the electrical steel sheet subject to magnetic domain refinement treatment.
  • These films absorb relatively little laser beams for short-wavelength lasers (e.g., 1.06 ⁇ m YAG or fiber lasers), but show large absorption for long-wavelength lasers (e.g., 10.6 ⁇ m CO 2 lasers).
  • the thickness of the insulating film must be considered in a long-wavelength laser, but the thickness of the insulating film needs to be considered less in a short-wavelength laser than in a long-wavelength laser.
  • short-wavelength lasers and long-wavelength lasers have different characteristics. Therefore, when using a short-wavelength laser and a long-wavelength laser simultaneously, only the advantages of each laser applied to magnetic domain refinement are exerted preferentially without side effects, causing a mutual synergy effect.
  • overlapping lasers means that two or more lasers are used to irradiate the laser beam on the surface of the steel sheet, and the spot of one laser beam formed on the surface of the steel sheet is partially or entirely located within the spot of the other laser beam. It means to do.
  • overlapping lasers with different wavelengths include not only those where the spots of different laser beams are completely overlapped within the spot of one laser beam but also partially overlapped.
  • the beam spot refers to a beam spot on the surface 40 of the steel plate.
  • Figure 3 schematically shows the first beam spot of the first laser beam 21 and the second beam spot of the second laser beam 22.
  • the first beam spot of the first laser beam and the second beam spot of the second laser beam overlap by more than 10%.
  • 10% or more means the ratio of the width of the overlap area (O W ) to the width of the smaller laser beam among the width of the first laser beam (B 1W ) and the width of the second laser beam (B 2W ).
  • the width (B 1W ) of the first laser beam is small, and in this case, the overlap ratio can be calculated as O W /B 1W .
  • the width of the laser beam is the length of the laser beam in the direction (Y-direction) perpendicular to the longitudinal direction of the deformed area (or the laser irradiation progress direction, X-direction).
  • the length of the laser beam is the length of the laser beam in the longitudinal direction of the deformed area (or the laser irradiation progress direction, X-direction).
  • the length of the first laser beam (B 1L ) and the length of the second laser beam (B 2L ) are indicated.
  • the laser beams do not overlap at a specific point as shown in Figure 4, the laser beam is moved horizontally in the direction of travel (X direction), and the overlap ratio is considered when the width (O W ) of the overlap area becomes the longest.
  • an overlapping irradiation boundary portion 23 is formed at both ends in the direction (Y direction) perpendicular to the longitudinal direction (or laser irradiation progress direction, X direction) of the deformed part of the overlapping area. ) exists.
  • a melted and solidified layer (11) exists at the lower part of the overlapping irradiation boundary portion (23). This melted and solidified layer 11 will be described later in relation to the grain-oriented electrical steel sheet.
  • the first and second lasers may be selected from a CO 2 laser, a fiber laser, a YAG laser, a ruby laser, a sapphire laser, a disk laser, a diode laser, or a UV laser.
  • the first laser (A) which is a short-wavelength laser, can use a laser with a relatively short wavelength, such as optical fiber (Er-Fiber, Yb-Fiber, Tm-Fiber) laser, YAG (Nd:YAG, Yb :YAG) laser, ruby laser and sapphire laser can be used.
  • a disk laser (1.03 ⁇ m), a diode laser (0.808 to 0.980 ⁇ m), or a UV laser (0.150 to 0.355 ⁇ m) may be used as the first laser.
  • the second laser which is a long-wavelength laser
  • a laser with a relatively longer wavelength than a short-wavelength laser can be used.
  • a CO 2 laser is preferred as the second laser.
  • any laser with a longer wavelength than the first laser can be used as the second laser.
  • a UV laser (0.150-0.355 ⁇ m) is used as the first laser
  • a YAG laser may be used as the second laser.
  • the magnetic domain refinement method using the overlapping laser 30 will be described in more detail, taking as an example the case where a fiber laser is used as a first laser with a short wavelength and a CO 2 laser is used as a second laser with a long wavelength.
  • the first laser uses a short laser wavelength with a relatively high laser absorption rate for steel sheets, so it uses a narrow range of incident energy to cause residual stress due to lattice deformation and thermoelastic deformation exactly as needed to form the looping domain. It is possible to survey an area for a shorter period of time.
  • the optical fiber laser used as the first laser has a narrow incident energy range, heat diffusion to the surroundings can be suppressed and unnecessary thermal deformation can be minimized.
  • the CO 2 laser which is the second laser
  • the CO 2 laser can be used at high outputs ranging from hundreds of W to several KW or more depending on the speed of the steel sheet, and can easily induce thermoelastic deformation in the irradiated portion of the steel sheet.
  • the second laser, CO 2 laser has a high absorption rate for insulating films made of phosphate and silica, so it can stably pass through the film layers. Therefore, the CO 2 laser, which is the second laser, can stably induce thermoelastic deformation of the steel sheet without destroying the insulating film layers, making it suitable for serving as a kind of preheating.
  • the CO 2 laser which is the second laser (B)
  • the CO 2 laser has a low laser absorption rate for the steel sheet
  • the CO 2 laser which is the second laser
  • the area that provides thermal shock to the steel sheet is too wide and magnetic domain refinement does not occur easily, so an optical fiber laser with a relatively short wavelength is used as the first laser to create magnetic domains. It is used as the main laser for miniaturization, and the CO2 laser, which has a relatively long wavelength, is used as an auxiliary laser that acts as a kind of preheating to the extent of inducing thermoelastic deformation of the steel sheet.
  • a short-wavelength fiber laser was selected as the first laser and used as the main laser for magnetic domain refinement is that the laser absorption rate on the surface of the steel sheet is high, so a strong compressive stress zone is formed in the laser irradiated area, and the magnetoelastic energy is reduced in this compressive stress zone. This is because lancet domains (reflux domains) can be easily formed for this purpose.
  • a 180° magnetic domain (opposite magnetic pole of the lancet magnetic domain) is formed by magnetoelastic energy in the surface direction, and a 90° magnetic domain is formed to reduce the magnetic elastic energy in the direction of the plate thickness. As the gap narrows, abnormal eddy current loss is consequently reduced.
  • the magnetic domain refinement method uses a short-wavelength optical fiber laser as the first laser to induce residual stress due to thermoelastic deformation of the steel sheet with a width exactly as required for forming the looped domain.
  • accurate magnetic domain refinement is possible, and by using a long-wavelength CO 2 laser as the second laser, it is possible to stably preheat the steel sheet without destroying the coating layers.
  • the short-wavelength fiber laser which is the first laser
  • the CO 2 laser which is the second laser with a long wavelength
  • the CO 2 laser has the advantage of having a wide final beam width and a relatively low laser absorption rate in the steel plate, but a deep depth of focus. Therefore, when these two laser beams are overlapped and irradiated at the same time, the laser absorption rate within the steel sheet can be further increased.
  • the beam spot of the optical fiber laser which is a short-wavelength first laser irradiated to the surface of the steel plate, preferably has a shape close to a circle, and its diameter (B W1 , B L1 ) may be 10 to 200 ⁇ m.
  • the beam spot of the optical fiber laser has a width (B W1 ) of 10 to 200 ⁇ m and a length (B L1 ) of the second laser, CO 2 laser beam spot, which is less than or longer than the length.
  • the beam width (B W1 ) of the optical fiber, which is the first laser decreases to less than 10 ⁇ m, energy density is concentrated in a narrow area, which may lead to inferiority in magnetic flux density and iron loss, and the optical system structure becomes complicated.
  • the beam width (B W1 ) of the optical fiber, which is the first laser increases by more than 200 ⁇ m, the thermal effect in the longitudinal direction of the steel sheet increases and the magnetic flux density may decrease, which is not desirable.
  • the beam spot of the CO 2 laser which is a long-wavelength second laser irradiated to the surface of the steel sheet, is preferably elliptical with a beam width (B 2W ) of 100 to 400 ⁇ m and a beam length (B 2L ) of 0.4 to 20 mm.
  • the beam spot of the long-wavelength CO 2 laser can be used in a circular shape with a radius of 100 ⁇ m or more.
  • the reason for limiting the size of the beam spot of the CO 2 laser, which is the long-wavelength second laser, is to determine the range in which the thermal deformation effect of the laser beam acting on the steel sheet is maintained when the laser is scanned at high speed on the surface of a high-speed moving steel sheet. It was taken into consideration.
  • using the first laser beam 21 and the second laser beam 22 overlapping means that the beam spot of the first laser beam 21 and the beam spot of the second laser beam 22 This means that it is controlled to overlap. That is, when the laser beam spots 20 irradiated to the surface of the steel sheet are viewed in a plan view as shown in FIG. 3, the first laser beam 21 is anywhere within the range of the second laser beam 22 with a large beam spot. Fully positioned beams are said to be “overlapping,” and furthermore, it means that the beams are “overlapping,” including partial positioning of the first laser beam 21 within the range of the second laser beam 22. Furthermore, even if the laser beams do not overlap at a specific point in time as shown in FIG. 4, the first laser beam 21 moves horizontally in the direction of travel (X direction) over time, and the previously irradiated second laser beam 22 ), it is considered overlapped.
  • the oscillation mode of the laser beam used in one embodiment of the present invention is preferably a continuous wave laser that generates laser light continuously for both the first laser and the second laser, but a pulse laser (Pulse laser) Laser) can also be used.
  • a pulse laser Pulse laser
  • the quality of the laser beam used is preferably the Gaussian mode of TEM 00 for both the first and second lasers, but the multi transverse mode of TEM0i can also be used.
  • the overlapping laser beam 20 of different wavelengths irradiated on the surface of the steel sheet according to an embodiment of the present invention can minimize the thermal effect in the longitudinal direction of the steel sheet while maximizing the thermal shock in the thickness direction, so the beam shape of each laser There is no specific limitation on beam quality.
  • the first laser and the second laser may each have an output of 10 to 2000 W. More specifically, the output of the first laser may be 1000 to 2000 W, and the output of the second laser may be 100 to 700 W.
  • the output range of each laser specifies the laser output conditions when the steel sheet progresses at a speed of 15 mpm, and the output value of the laser can be optimally controlled according to the steel sheet progress speed.
  • the gap i.e., the gap in the steel sheet rolling direction between deformed parts
  • the angle between the rolling direction and the laser direction (longitudinal direction of the deformed part, X direction) may be 75 to 105°
  • the scanning speed is preferably 0.1 to 300 m/sec.
  • the irradiation interval of the overlapping laser beams 20 irradiated to the surface of the steel sheet is too narrow to less than 2 mm, the influence of the heat-affected zone increases, resulting in inferior magnetic flux density and iron loss, and if the irradiation interval is 10 mm or more, it is difficult to secure the magnetic domain refinement effect. It is not easy to exert the effect due to the poor thermal shock effect.
  • the overlapping laser beam 20 on the surface of the steel sheet when irradiating the overlapping laser beam 20 on the surface of the steel sheet, it can be irradiated in a direction perpendicular to or inclined to the rolling direction of the steel sheet, and the angle between the rolling direction and the laser travel direction (deformed part longitudinal direction, X direction) is 75 to 75 degrees Celsius. It can be 105°. Outside of this angle range, the necessary magnetic domain refinement effect may not occur.
  • the scanning speed of the overlapping laser is the same as the moving speed of the steel sheet. As the progressing speed increases, the scanning speed must become faster, so 0.1 to 300 m/sec is preferable, and this speed refers to the value exemplified under the 15mpm condition.
  • the interval between the irradiation time of the first laser beam and the irradiation time of the second laser beam may be 16 ms or less. Beyond this time range, it is difficult to fully obtain the effect of overlapping laser irradiation.
  • the time interval refers to the time from irradiation of the second laser (or first laser) until the first laser (or second laser) advances and the width (O W ) of the overlapping area becomes the maximum.
  • the grain-oriented electrical steel sheet 100 includes an electrical steel sheet base material 50; and an insulating coating layer 60 located on the electrical steel sheet substrate 50, wherein a linear deformation portion 10 is present on the surface of the insulating coating layer 60, and an overlapping irradiation boundary portion 23 within the deformation portion 10. exists.
  • the overlapping irradiation boundary portion 23 refers to both ends of the overlap area in the Y direction when the first laser beam 21 and the second laser beam 22 are overlapped and irradiated.
  • This overlapping irradiation boundary portion 23 is difficult to determine with the naked eye, and can be determined by whether or not the melted and solidified layer 11 is formed within the lower insulating film layer 10. That is, starting from the overlapping irradiation boundary part 23, the melted and solidified layer 11 is generated below the overlapping irradiation boundary part 23 in the Y direction. Since this melted and solidified layer 11 is created by volatilizing phosphorus (P) in the insulating film layer 10, a small amount of phosphorus exists in the melted and solidified layer 11. That is, if the P content is 10% by weight or less, it is determined that the melted and solidified layer 11 has been formed. More specifically, if the P content is 8% by weight or less, it is determined that the melted and solidified layer 11 has been formed.
  • the reason why the melted and solidified layer 11 is generated when irradiating overlapping laser beams like this is because the vaporization point of phosphate constituting the insulating film layer 60 is low, phosphorus is vaporized first when irradiating overlapping laser beams, and Si and O The silicon oxides are re-solidified in an amorphous state. In this way, when an amorphous re-solidification layer is formed on the surface of the insulating film layer, corrosion characteristics are improved due to the inherent properties of the amorphous state.
  • the width (M W ) of the deformed portion of the melted and solidified layer in the direction perpendicular to the length (Y direction) may be 0.05 to 10 ⁇ m. When it is within the above-mentioned range, the effect of improving iron loss and corrosion resistance by overlapping irradiation can be appropriately exhibited. More specifically, the width (M W ) of the deformed portion of the melted and solidified layer in the direction perpendicular to the length (Y direction) may be 0.1 to 5 ⁇ m.
  • the thickness (M D ) of the melted and solidified layer may be 20% or less of the thickness of the insulating film layer. If the thickness (M D ) of the melted solidified layer is too thick, the absolute thickness of the insulating film layer becomes thin, which may adversely affect corrosion resistance. It is limited to this range because the tension effect caused by the insulating film layer may be reduced, resulting in inferior iron loss. It is desirable to do so. More specifically, the thickness (M D ) of the melted and solidified layer may be 1 to 15% of the thickness of the insulating film layer. The thickness of the melted and solidified layer (M D ) refers to the depth from the surface of the insulating film to the boundary where P is 10%.
  • the thickness (M D ) of the melted and solidified layer may be 50 to 500 nm.
  • the insulating film layer 60 below the deformed portion 10, excluding the overlapping irradiation boundary portion 23, may have a P content of 10 to 30% by weight in a range of 100 nm from the surface in the steel sheet thickness direction.
  • the energy of the laser is sufficiently large within the deformed portion 10 and the overlapping irradiation area that vaporization of the insulating film layer 60 itself occurs rather than melting, and only phosphorus (P) is not volatilized selectively. More specifically, the P content may be 12 to 25% by weight.
  • the deformed part 10 is also indistinguishable from the surface of the insulating film layer other than the deformed part with the naked eye, and can be distinguished through the thickness of the insulating film layer 60 below the deformed part 10. That is, when irradiating the first laser or the second laser, the thickness of the insulating film layer on the lower part of the irradiated surface is reduced compared to the non-irradiated part.
  • the deformed portion 10 is formed in the electrical steel sheet by irradiation of an overlapping laser and the melted and solidified layer 11 is formed on the insulating coating layer 60, the melted and solidified layer 11 is formed in the insulating coating layer 60. As shrinkage occurs, the thickness of the insulating film layer 60 on which the deformed part of the steel sheet is formed may change.
  • the thickness of the insulating film layer 60 under the deformed part 10 may be 60 to 90% of the thickness of the insulating film layer in which the deformed part is not formed. If the thickness of the film layer in the deformed area formed on the steel plate is too thin, the corrosion resistance may deteriorate and the iron loss may deteriorate due to the tension reduction effect due to the decrease in film thickness. If it is too thick, it means that the melted and solidified layer 11 is not properly formed, and it is difficult to expect adequate improvement in iron loss.
  • the thickness of the insulating film layer 60 refers to the depth from the surface of the insulating film layer 60 to the boundary where the P content is 5 wt% when the phosphorus content increases by more than 10 wt% and then falls back to 5 wt% or less.
  • a metal oxide layer (glass film layer, not shown) may be further formed between the electrical steel sheet base and the insulating film layer.
  • the metal oxide layer is mainly composed of forsterite
  • the insulating film layer is mainly composed of phosphate and colloidal silica.
  • the main component means that forsterite contains 0.7 g/m2 or more in terms of the amount of oxygen applied to one side of the surface of the steel sheet, and in the case of phosphate in the insulating film, it means that it contains 0.1 g/m2 based on the amount applied to one side of the surface of the steel sheet. It includes the above and means that colloidal silica in the insulating film contains more than 0.1 g/m2 based on the amount applied to one side of the steel sheet surface.
  • the W15/50 iron loss improvement rate of this steel sheet is preferably 6% or more. If the W15/50 improvement rate is lower than this, it is difficult to expect the desired iron loss reduction effect because the laser absorption rate of the steel sheet is low.
  • the W17/50 iron loss improvement rate of this steel sheet is 9% or more. If the W17/50 iron loss improvement rate is lower than this, it is difficult to expect the desired iron loss reduction effect because the laser absorption rate of the steel sheet is low.
  • a slab based on electrical steel is manufactured.
  • the chemical composition and metal structure of the slab are not separately limited as long as the easy axis of magnetization is aligned in a certain direction to function as an electrical steel sheet.
  • the chemical composition of the slab is as follows.
  • C 0.08% or less (excluding 0%), Si: 1.0 to 6.5%, Mn: 0.005 to 3.0%, (sum of any one or more of Nb, V, and Ti); 0.070% or less, (sum of any one or more of Cr, Sn, Sb): 2.5% or less, Al: 2.0% or less (excluding 0%), (sum of any one or more of P, S): 0.100% or less (0 % is excluded), (Total of Cu and Sn): 1.0% or less, total rare earth elements and other impurities include 0.2% or less, and the balance consists of Fe.
  • Carbon (C) is an element that is inevitably mixed in steel, but it deteriorates magnetic properties due to self-aging, so it is desirable to control its content to an appropriate level. If the content of C in the steel sheet is too small, phase transformation does not occur sufficiently during the manufacturing process, which can cause the microstructure of the steel sheet to become non-uniform and eventually cause the secondary recrystallization pattern to become unstable. If too much C is included, carbides become coarse and precipitate during the manufacturing process. If the amount is excessive, as a result, sufficient decarburization is not achieved, which may reduce the degree of integration of the Goss texture and damage the secondary recrystallization texture. Therefore, the C content of the steel sheet is 0.08% or less, more preferably 0.001 to 0.040%.
  • Silicon (Si) is the basic composition of grain-oriented electrical steel and plays a role in lowering iron loss by increasing the resistivity of the steel sheet. If it is less than 1.0%, the specific resistance decreases, the eddy current loss increases, and the iron loss characteristics deteriorate, so the effect of adding Si cannot be expected. If it is more than 6.5%, the brittleness of the steel sheet increases and the toughness decreases, which may cause sheet fracture during the rolling process. In addition, nitrides are not sufficiently formed during the manufacturing process, making it impossible to secure sufficient grain suppression required for secondary recrystallization during the final high-temperature annealing process. Therefore, 1.0 to 6.5% of Si is preferable.
  • Manganese (Mn) has the effect of reducing total iron loss by increasing resistivity and reducing eddy current loss. It not only reacts with S in a lull state to create Mn-based sulfide, but also reacts with nitrogen introduced through nitriding treatment with Si. By forming precipitates of (Al, Si, Mn) N, it not only suppresses the growth of primary recrystallized grains and causes secondary recrystallization, but is also an important element that affects the surface quality of the final product. However, if too little Mn is included, the surface quality of the final product may deteriorate.
  • Mn is preferably 0.005 to 3.0%.
  • Niobium (Nb), vanadium (V), and titanium (Ti) are elements that react with C and N during the manufacturing process to form precipitates, but if too much is added, they remain in the steel sheet even after secondary recrystallization annealing, deteriorating the magnetic properties of the steel sheet. Therefore, it is desirable to control the total of one or more elements selected from Nb, V, and Ti to 0.05% or less.
  • Total of one or more of Cr, Sn, and Sb 2.5% or less
  • Chromium (Cr) is added to reduce iron loss by promoting the formation of Goss texture, and Sn is added to suppress grain growth and ultimately improve magnetic flux density.
  • antimony (Sb) has the effect of stabilizing secondary recrystallization by segregating at grain boundaries and suppressing the growth of grains. Since these three elements are all related to the formation of a secondary recrystallization structure, it is desirable to control Sn, Sb, and Cr to a total of 2.5% or less.
  • Aluminum (Al) in addition to the Al-based nitride precipitated during the manufacturing process, combines with N introduced through nitriding during the primary recrystallization process and Al, Si, and Mn present in solid solution in the steel to form (Al, Si, Mn)N. And it acts as a strong grain growth inhibitor by forming nitride in the form of AlN.
  • Al Al
  • Si Si
  • Mn metal-organic nitride
  • it acts as a strong grain growth inhibitor by forming nitride in the form of AlN.
  • Total of at least one of P and S 0.1% or less (0% is excluded)
  • Phosphorus (P) segregates at grain boundaries and plays an auxiliary role in hindering the movement of grain boundaries and suppressing grain growth, and if too much S is added, it makes secondary recrystallization formation unstable.
  • P and S are elements that are inevitably added in the process of manufacturing electrical steel sheets, and it is desirable to control the total of P and S to 0.1% or less.
  • Copper (Cu) plays a role in improving the texture by being partially dissolved within the crystal grains. If the Cu + Sn content is excessive, it can segregate at the grain boundaries and form a liquid phase at high temperatures, so the total amount of Cu and Sn should be less than 0.1%. Control is desirable.
  • Total rare earth elements and other impurities are less than 0.2%)
  • the grain-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention may contain rare earth elements such as cerium (Ce) or praseodymium (Pr) and other impurities, and no matter what rare earth elements and impurities are included, the total amount is preferably 0.2% or less.
  • Rare earth elements and unavoidable impurities refer to impurities that are intentionally added or unavoidably mixed during the manufacturing process of steelmaking and grain-oriented electrical steel sheets. Since the inevitable impurities are widely known, detailed descriptions are omitted.
  • the addition of elements other than the above-described alloy components is not excluded, and various elements may be included within a range that does not impair the technical spirit of the present invention. If additional elements are included, they are included by replacing the remaining Fe.
  • the steel sheet having the above composition is manufactured into a slab by continuous casting, then heated and hot rolled in a conventional manner, optionally annealed as a hot rolled sheet, and then cold rolled to produce a thickness in the range of 0.1 to 0.5 mm.
  • cold rolling can be performed once or at least twice with intermediate annealing in between.
  • Primary recrystallization annealing is performed on the cold-rolled steel sheet described above through a simultaneous decarburization or post-decarburization process.
  • the structure of the cold rolling deformed during the annealing process includes recrystallization and becomes decarbonitized. For this purpose, it is carried out in a mixed gas atmosphere containing nitrogen, hydrogen, and moisture.
  • nitriding after decarburization nitriding treatment to introduce nitrogen ions into the steel sheet using ammonia gas may be performed after decarburization.
  • the dew point temperature of the atmospheric gas is set to 40 ⁇ 70°C in the range of 700 ⁇ 900°C for the cold rolled steel sheet charged into the furnace, and the Fe 2 SiO 4 /SiO 2 ratio on the surface is controlled to 0.5 ⁇ 3.0 to produce electrical steel sheets. Forms an oxide layer on the surface.
  • an annealing separator based on MgO is applied to the surface of the electrical steel sheet, then the temperature is raised to 1,000°C or higher and crack annealed for a long time to cause secondary recrystallization, so that the ⁇ 110 ⁇ surface of the steel sheet is parallel to the rolling surface, ⁇ A Goss orientation texture is formed in which the 001> direction is parallel to the rolling direction.
  • a glass film layer containing forsterite is formed on the surface of the steel sheet, and secondary recrystallization is formed inside the steel sheet.
  • the steel sheet on which secondary recrystallization has been performed is coated with a single or combined insulating coating solution of colloidal silica and metal phosphate, and then annealed to form an insulating film layer on the surface of the electrical steel sheet on which the glass film layer has been formed.
  • the method of forming such an insulating film layer can be used without particular limitation.
  • the insulating film layer can be formed by applying an insulating coating solution containing phosphate. It is preferable to use such an insulating coating solution containing colloidal silica and metal phosphate.
  • the metal phosphate may be Al phosphate, Mg phosphate, or a combination thereof, and the content of Al, Mg, or a combination thereof relative to the weight of the insulating coating liquid may be 15% by weight or more.
  • This cold-rolled steel sheet was maintained at a temperature of 840°C for 150 seconds in a humid mixed gas atmosphere of hydrogen, nitrogen, and ammonia (dew point temperature 69°C, Fe 2 SiO 4 /SiO 2 ratio was controlled to 1.2) and primary recrystallization annealing was performed. Including decarbonization and nitriding.
  • An annealing separator containing MgO was applied to the surface of the steel sheet that had undergone primary recrystallization, and final high-temperature annealing was performed. At this time, the final high-temperature annealing was done in a mixed atmosphere of 25% by volume nitrogen and 75% by volume hydrogen up to 1,150°C. After reaching 1,150°C, it was maintained in a 100% by volume hydrogen atmosphere for about 8 hours and then furnace cooled.
  • a coating solution mixed with colloidal silica nanoparticles and metal phosphate was applied to the surface of the steel sheet that had completed secondary recrystallization annealing through the final high-temperature annealing process above, and heat treated for 55 seconds at a temperature of 870°C to form an insulating coating layer for grain-oriented electrical steel sheets. formed.
  • both the first laser and the second laser had an elliptical beam shape with a beam width/length ratio (beam width/beam length) of 0.55.
  • the diode laser had a wavelength of 1.03 ⁇ m
  • the fiber laser had a wavelength of 1.08 ⁇ m
  • the CO 2 laser had a wavelength of 10.6 ⁇ m.
  • the beam width of each laser was unified at 200 ⁇ m.
  • the instantaneous movement speed of the steel plate in the laser irradiation area was 2.3 m/s
  • the length of the deformed area was 160 mm
  • the scan speed was 60 m/s
  • the irradiation interval was set to 5.0 mm for laser irradiation.
  • the second laser was irradiated at a 4-second interval after the first laser irradiation.
  • Coercive force was measured as the applied magnetic field value required to make the magnetic flux density value 0 under an alternating magnetic field measured with a single sheet tester (SST).
  • KS D 9502 For corrosion resistance, according to KS D 9502, dissolve sodium chloride in deionized water and adjust the salt concentration to 5 ⁇ 0.5%. Spray salt solution at 35°C on the specimen for a certain period of time. After spraying salt water for that period of time, take it out, wash it at room temperature, and dry it to remove surface rust. Check whether it has occurred or not. In the salt spray test, if no rust occurs on the laser under salt spray conditions for 8 hours, it is good ( ⁇ ), if no rust occurs on the laser under salt spray conditions for 7 hours, it is average ( ⁇ ), and under salt spray conditions for 4 hours, the laser is rated good ( ⁇ ). If rust occurred, it was classified as inferior ( ⁇ ).
  • Example 1 Diode 1000 Diode 400 10% O 17.4 15.8 ⁇
  • Example 2 Diode 1000 Diode 400 100% O 17.3 15.4 ⁇
  • Example 3 CO2 1500 Fiber 400 10% O 17.3 16.0 ⁇
  • Example 4 CO2 1500 Fiber 400 100% O 17.4 15.5 ⁇
  • Comparative Example 1 CO2 1500 - - - X 17.3 16.5 ⁇
  • Comparative Example 2 Diode 400 - - - X 17.3 17.0 ⁇ Comparative Example 3 CO2 1500 Diode 400 100% X 17.3 16.6 ⁇
  • Figure 7 is a photograph analyzing the melted and solidified layer of the steel sheet manufactured in Example 1. As shown in Figure 7, it can be confirmed that a melted and solidified layer with a width of about 300 nm is formed. As shown in Figure 8, it can be seen that the thickness of the melted and solidified layer is about 200 nm.
  • Figure 7 is a photograph of the coagulated layer analyzed using FIB (Focused Ion Beam)-TEM (Transmission Electron Microscopy). To generate ions by applying an acceleration voltage to the FIB Source and to selectively observe the ions using an electric field. The desired part of the sample was processed by scanning the area and observed using TEM.
  • FIB Frocused Ion Beam
  • TEM Transmission Electron Microscopy
  • Experimental Example 1 was performed in the same manner, but the laser irradiation interval and scanning speed were changed as shown in Table 3 below. In Examples 5 to 7, the overlap ratio was set to 100%. In Comparative Example 6, the second laser was irradiated at an interval of 4 seconds after the first laser irradiation.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판은 전기강판 기재; 및 전기강판 기재 상에 위치하는 절연 피막층을 포함하고, 절연 피막층 표면에 선형의 변형부가 존재하고, 변형부 내에 중복조사 경계부가 존재하고, 중복조사 경계부 하부에는 용융 응고층이 존재하고, 용융 응고층은 P를 5 중량% 이하로 포함한다.

Description

방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법
본 발명의 일 실시예는 방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명의 일 실시예는 2차 재결정이 이루어진 전기강판의 표면에 중첩 레이저를 조사하여 표면 손상을 방지하면서 동시에 우수한 철손 특성을 갖는 방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 우수한 자기적 특성을 가지고 있어 일반적으로 변압기의 철심 재료로 사용된다. 이러한 방향성 전기강판의 제조는 전기강판 제조 공정만이 가지고 있는 고유의 압연 및 소둔 공정을 거쳐 {110} <001> 방위로 재결정되어 있는 Goss 집합조직을 강판 전체에 형성시킨다.
기후 변화에 대응하기 위해 세계는 온실가스 배출량의 산정등급을 나날이 강화하고 있다. 변압기 철심의 경우, 온실가스 배출량 산정등급에 영향을 주는 요인은 전기강판을 사용할 때의 효율성 향상과 관련이 되어 있다. 그리고 변압기 철심의 효율성은 전기강판의 철손과 자속밀도 즉, 자성 특성이 중요한 요소로 작용하고 있다.
전기강판의 자속밀도는 결정 구조에서 자화가 용이한 결정축이 모인 정도, 즉 결정 방위성이 높을수록 자속밀도가 높게 나타나므로 전기강판의 제조 공정이 중요하게 영향을 미칠 수 있다.
그리고 전기강판의 철손은 최대자속밀도 1.7 T에서 50 Hz 주파수의 자기장을 인가하였을 때 측정되는 W17/50 [W/kg] 값을 철심소재의 보증 철손값이라고 하고 이 값을 전기강판의 철손의 척도로 일반적으로 사용한다. 그러나 변압기를 설계할 때에는 이 보다 낮은 최대자속밀도 인 1.5 T에서 50 Hz 주파수의 자기장을 인가하였을 때 측정되는 W15/50 [W/kg] 값을 사용하기도 한다. 변압기에서 효율은 이러한 철손 값이 낮을수록 그 효율이 우수하다고 평가한다.
따라서 전기강판의 경우 강판의 자속밀도가 높고 철손이 낮을수록 효율이 우수한 변압기 철심으로 사용될 수 있다. 이 중에서 자속밀도는 전기강판의 제조 공정의 상향 평준화로 고 자속밀도를 확보하는 공정기술은 변압기의 효율을 뒷받침할 수 있는 정도로 발달되어 왔기 때문에 철손이 보다 중요한 지표로 평가되고 있다.
이러한 철손은 와전류손과 히스테리시스손으로 구분되고 히스테리시스손은 자속밀도가 높으면 낮아지는 경향이 있어서 방향성 전기강판에서 와전류손이 전체 철손을 제어하는 데 중요한 위치를 차지한다. 철손 중 와전류손은 고전적 와전류손과 이상 와전류손으로 구분되고 고전적 와전류손은 강판의 두께에 비례하므로 강판을 얇게 하면 할수록 고전적 와전류손은 감소한다. 따라서 이상 와전류손을 제어하는 것이 철손을 저감시키는 중요한 기술로 자리 잡고 있다.
이러한 철손 중의 와전류손은 압연 방향 자구인 180°자구의 자벽 간격이 좁을 수록 감소되는 것이어서 전기강판의 자구(magnetic domain)를 미세화 시켜 철손을 저감 시킬 수 있다.
전기강판에서 자구를 미세화 한다는 것은 하나의 자구적 특성을 갖는 결정입자에 물리적 자극을 부여하여 여러 개의 자구로 분리하는 과정을 의미한다. 자구를 미세화는 방법으로는 레이저 조사, 전자빔 조사, 플라즈마 처리, 에칭 또는 롤 압입등의 방법을 이용할 수 있다. 그리고 이러한 자구 미세화 처리를 한 다음 응력 완화소둔(SRA)을 행한 다음에도 자구 미세화 효과가 유지되는지 여부에 따라 영구자구 미세화와 일시자구 미세화로 구분된다.
일련의 전기강판의 제조 공정상 자구 미세화 공정은, 탈탄공정 이전에 수행될 수도 있고 절연코팅 이후에 수행되는 경우도 있다.
한편, 생산된 전기강판을 코일상태로 출하하여 최종 철심으로 가공될 때까지 제품의 운송 등의 이유로 많은 시간이 필요하다. 이러한 운송기간 동안이나 또는 철심으로 가공하는 동안에 전기강판에 자구미세화를 위하여 물리적으로 자극을 받은 부분이 부식이 될 가능성이 있다.
전기강판의 표면에 물리적 자극을 받은 부분에서 부식이 발생한다는 것은 표면의 절연피막이 벗겨져서 전기강판의 기재가 노출되었다는 것을 의미하고, 이를 그대로 철심으로 적층하여 사용할 경우 전기강판 표면에 형성된 절연피막이 파괴되어 상하 적층 철심이 전기적으로 통전하게 되며, 이 경우 변압기가 폭발할 가능성까지 존재하게 된다.
따라서 자구미세화를 위해 전기강판의 표면에 물리적 자극을 부여하더라도 절연피막에 손상을 가하지 않는 범위 이내로 자극을 부여할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법을 제공한다. 더욱 구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 2차 재결정이 이루어진 전기강판의 표면에 파장이 서로 다른 중첩 레이저를 조사하여 표면 손상을 방지하면서 동시에 우수한 철손 특성을 갖는 방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판은 전기강판 기재; 및 전기강판 기재 상에 위치하는 절연 피막층을 포함하고, 절연 피막층 표면에 선형의 변형부가 존재하고, 변형부 내에 중복조사 경계부가 존재하고, 중복조사 경계부 하부에는 용융 응고층이 존재하고, 용융 응고층은 P를 10 중량% 이하로 포함한다.
용융 응고층의 변형부 길이 수직 방향의 폭(MW)은 0.05 내지 10㎛일 수 있다.
용융 응고층의 두께(MD)는 절연 피막층 두께의 20% 이하일 수 있다.
중복 조사 경계부를 제외한 변형부 하부의 절연 피막층은 표면으로부터 강판 두께 방향으로 100nm 범위에서 P 함량이 10 내지 30 중량%일 수 있다.
변형부 하부의 절연 피막층의 두께는 변형부가 형성되지 않은 절연 피막층 두께의 60 내지 90%일 수 있다.
기재 및 절연피막층 사이에 금속 산화물 층이 개재될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법은 제1 파장을 갖는 제1 레이저 빔을 조사하는 제1 조사 단계; 제2 파장을 갖는 제2 레이저 빔을 조사하는 제2 조사 단계를 포함하고, 제1 레이저 빔의 제1 빔스팟과 제2 레이저 빔의 제2 빔스팟은 10% 이상 중첩될 수 있다.
제1 레이저 및 제2 레이저는 CO2 레이저, 광섬유 레이저, YAG 레이저, 루비 레이저, 사파이어 레이저, 디스크 레이저, 다이오드 레이저 또는 UV 레이저 중에서 선택될 수 있다.
제1 레이저 및 제2 레이저는 각각 출력이 10 내지 2000W일 수 있다.
제1 레이저는 및 제2 레이저는 파장이 서로 상이할 수 있다.
중첩 위치에서, 제1 레이저 빔의 조사되는 시간 및 제2 레이저 빔이 조사 되는 시간의 간격이 18ms 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중첩 레이저를 사용하여 최적의 자구 미세화를 수행함으로써, 자성을 더욱 향상시킬 수 있으면서 동시에 강판 표면의 손상을 충분히 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 장파장 레이저를 사용하여 평균출력의 고출력화가 용이하게 가능하고 처리 라인의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 동시에 단파장의 레이저를 함께 조사하여 자구를 최소한으로 형성하여 자성을 효과적으로 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저를 중첩하여 사용하여 철손 개선 효과를 유지하면서도 피막에 의한 자성 편차를 억제하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연 피막층 들을 파괴하지 않고도 안정적으로 강판을 예열할 수 있으며, 절연 피막층의 두께를 고려하지 않고 정확히 환류자구 형성에 필요한 만큼의 폭으로 강판의 열 탄성 변형에 따른 잔류 응력을 유발시킬 수 있어서 정확한 자구 미세화가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 낮은 레이저 출력 조건에서도 두께 방향 열충격을 극대화함으로써 저 자장 및 고 자장에서 철손이 우수한 방향성 자구미세화 제품을 제공할 수 있다.
도 1은 레이저 파장에 따른 강판의 광 흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중첩 레이저를 이용하여 변형부를 형성하는 자구 미세화의 개념을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중첩 레이저의 빔 스팟을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 중첩 레이저의 빔 스팟을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 변형부 및 중복조사 경계부가 존재하는 강판 표면을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 변형부 및 중복조사 경계부가 존재하는 강판 두께방향(Z방향) 단면을 나타내는 모식도이다.
도 7은 실시예 1에서 용융 응고층을 FIB(Focused Ion Beam)-TEM(Transmission Electron Microscopy)으로 분석한 사진이다.
도 8은 도 7의 용융 응고층을 두께방향으로 원소 분석한 그래프이다.
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 전기강판의 표면에 중첩 레이저를 조사하여 표면 손상을 방지하면서 동시에 우수한 철손 특성을 부여하고자 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 제1 파장을 갖는 제1 레이저 빔을 조사하는 제1 조사 단계; 및 제2 파장을 갖는 제2 레이저 빔을 조사하는 제2 조사 단계를 포함하고, 제1 레이저 빔의 제1 빔스팟과 상기 제2 레이저 빔의 제2 빔스팟은 10% 이상 중첩된다.
방향성 전기강판에서 철손을 향상시키는 방법 중 하나로 레이저를 이용하여 자구를 미세화 하는 방법이 선호되고 있다.
방향성 전기강판의 자구 미세화 공정은 도 2에서 예시한 바와 같이, 압연 방향(RD방향)과 교차하는 방향으로 레이저를 진행시켜 조사하여 선형(線形)의 변형부(10)를 형성하게 된다. 선형의 변형부는 점상 또는 연속의 선상 변형부를 형성하게 된다. 여기서 선형 또는 선상(線)의 변형부란 실선 뿐만 아니라 점선이나 파선과 같이 단속적으로 이어지는 것을 포함하고, 아울러 미시적으로 보면 지그재그 형태이지만 거시적으로 보면 직선형태도 포함하여, 실질적으로 선형을 형성하는 모든 변형부를 포함한다.
레이저에 의한 강판에서의 변형부 형성은 레이저 조사로 열충격을 받아 발생한 결정격자의 변형을 의미하고, 이러한 결정격자의 변형은 레이저에 의하여 강판이 국부적으로 급속하게 가열되고 바로 냉각되는 과정에서 형성된다. 이때 강판의 가열 속도는 레이저 단위 시간당 에너지 밀도(파워밀도)에 비례한다.
그러나 레이저 조사시 열충격에 의한 결정격자의 변형은 레이저 총 조사 에너지가 클 수록 커지므로, 자구 미세화에 필요한 크기 이상의 에너지가 강판에 조사될 경우 환류자구 형성에 필요 이상의 열원이 주변으로 확산하여 자기 변형이 커진다. 따라서 레이저 조사시 열충격에 의한 결정격자의 변형은 정확히 환류자구 형성에 필요한 만큼만의 격자 변형 에너지가 필요하고, 열 확산을 억제하기 위해서는 레이저 입사 에너지를 좁은 영역에 보다 단시간 동안만 조사하는 것이 바람직하다.
그리고 레이저 빔과 강판의 상호 작용 조건은 레이저의 특성과 강판에 대한 레이저 빔의 흡수율에 영향을 받는다. 레이저 빔의 흡수율은 강판의 표면거칠기, 강판의 온도, 강판 표면의 피막 흡수 특성 그리고 레이저 파장에 영향을 받는다. 그러나 피막을 형성하는 방향성 전기강판의 제조 조건을 일정하게 하였을 때 강판의 표면 거칠기, 강판의 온도 그리고 강판 표면 피막의 흡수 특성은 일정할 것이고, 이 경우 레이저 빔의 강판 흡수율은 레이저의 파장에 따르게 된다.
즉 강판의 제조조건이 일정할 경우 레이저 흡수율은 레이저의 파장에 영향을 받는다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 강판의 레이저 흡수율은 파장이 단파장 (예; 1.06 ㎛인 YAG 또는 Fiber 레이저)인 경우 대략 35 내지 40% 정도인 한편, 파장이 장파장 (예; 10.6 ㎛인 CO2 레이저)인 경우 대략 5 내지 10% 정도로 상대적으로 낮게 나타난다.
이와 같이 방향성 전기강판의 레이저에 의한 자구를 미세화 시키는 공정에서 안정적인 철손 특성을 확보하기 위하여 단파장의 레이저를 사용하는 것이 장파장의 레이저를 사용하는 것 보다 더 효율적이다.
한편, 자구미세화 처리 대상이 되는 전기강판의 표면에는 수 내지 수십 ㎛ 두께의 인산염과 실리카를 주성분으로 하는 절연피막이 형성되어 있다. 이들 피막은 단파장의 레이저(예; 1.06 ㎛인 YAG 또는 Fiber 레이저)에 대해서는 레이저 빔을 상대적으로 작게 흡수하지만 장파장의 레이저 (예; 10.6 ㎛인 CO2 레이저)에 대해서는 큰 흡수를 나타낸다. 그 결과 장파장 레이저에서는 절연피막의 두께를 고려하여야 하지만 단파장 레이저에서는 장파장 레이저 보다는 절연피막 두께를 덜 고려하여도 된다.
이상과 같이 단파장 레이저와 장파장 레이저는 그 특성이 서로 다르다. 따라서 단파장의 레이저와 장파장의 레이저를 동시에 중첩하여 사용할 경우, 각 레이저들이 자구 미세화에 적용되는 장점들만 부작용 없이 우선적으로 발휘되어 상호 상승(시너지) 효과를 유발시킬 수 있게 된다.
여기서 레이저를 중첩하여 사용한다는 것은 강판의 표면에 조사되는 레이저 빔을 2가지 이상의 레이저를 사용하고, 강판의 표면에 형성되고 있는 하나의 레이저 빔의 스팟이 다른 레이저 빔의 스팟 내에 일부 또는 전부가 위치하는 것을 의미한다. 따라서 본 발명의 일실시예에서 파장이 다른 중첩 레이저라 함은 하나의 레이저 빔의 스팟 내에 다른 레이저 빔의 스팟이 완전히 포개어져서 겹쳐 진 것 뿐만이 아니라 일부 부분적으로 겹쳐진 것을 모두 포함한다. 또한, 중첩 위치에 대한 조사 시간도 동시에 조사할 필요는 없으며, 일정 시간 간격을 두고 중첩하여 조사하더라도 무방하다. 즉, 도 4와 같이 특정 시점에서 레이저 빔이 중첩하지 않더라도, 시간이 경과하여 제1 레이저 빔이 진행방향(X방향)으로 수평이동하여, 이전에 조사된 제2 레이저 빔의 위치와 중첩할 시에도, 이를 중첩된 것으로 본다. 다만, 제1 레이저 빔이 조사 진행 방향(X방향)으로 진행하는 과정에서 제1 레이저 빔끼리 중첩하는 것은 중첩하는 것으로 보지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서 빔스팟이란 강판 표면(40)에서의 빔 스팟을 의미한다. 도 3에서는 제1 레이저 빔(21)의 제1 빔스팟 및 제2 레이저 빔(22)의 제2 빔스팟을 개략적으로 나타낸다.
제1 레이저 빔의 제1 빔스팟과 상기 제2 레이저 빔의 제2 빔스팟은 10% 이상 중첩된다. 10% 이상이란 제1 레이저 빔의 폭(B1W) 및 제2 레이저 빔의 폭(B2W) 중 작은 레이저 빔의 폭에 대하여 중첩 영역의 폭(OW)의 비를 의미한다. 도 3에서는 제1 레이저 빔의 폭(B1W)이 작은 경우이며, 이 경우 중첩 비율은 OW/B1W로 계산할 수 있다.
레이저 빔의 폭이란 변형부 길이방향(또는 레이저 조사 진행 방향, X방향)과 수직하는 방향(Y방향) 으로의 레이저 빔 길이이다. 레이저 빔의 길이란 변형부 길이방향(또는 레이저 조사 진행 방향, X방향)으로의 레이저 빔 길이이다. 도 3에서는 제1 레이저 빔의 길이(B1L) 및 제2 레이저 빔의 길이(B2L)를 표시하였다.
도 4와 같이 특정 시점에서 레이저 빔이 중첩하지 않는 경우, 레이저 빔을 진행방향(X방향)으로 수평이동하여, 그 중첩영역의 폭(OW)이 가장 길어질 때를 중첩 비율로 본다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 중첩 영역이 존재하므로, 중첩 영역의 변형부 길이방향(또는 레이저 조사 진행 방향, X방향)과 수직하는 방향(Y방향) 으로의 양 단부에 중복조사 경계부(23)가 존재한다. 중복조사 경계부(23)의 하부에는 용융 응고층(11)이 존재한다. 이 용융 응고층(11)에 대해서는 방향성 전기강판과 관련하여 후술한다.
제1 레이저 및 제2 레이저는 CO2 레이저, 광섬유 레이저, YAG 레이저, 루비 레이저, 사파이어 레이저, 디스크 레이저, 다이오드 레이저 또는 UV 레이저 중에서 선택될 수 있다.
더욱 구체적으로, 단파장 레이저인 제1 레이저(A)는 파장이 상대적으로 짧은 레이저를 사용할 수 있으며 예를 들면 광섬유(Er-Fiber, Yb-Fiber, Tm-Fiber) 레이저, YAG (Nd:YAG, Yb:YAG) 레이저, 루비 레이저 및 사파이어 레이저 등을 사용할 수 있다. 이 뿐만이 아니라 이러한 제1 레이저로는 Disk 레이저 (1.03㎛), Diode 레이저 (0.808 내지 0.980㎛) 또는 UV 레이저(0.150 내지 0.355㎛) 를 사용할 수도 있다.
그리고 장파장 레이저인 제2 레이저로는 단파장 보다 상대적으로 파장이 긴 레이저를 사용할 수 있다. 예를 들어 제2 레이저로는 CO2 레이저가 바람직하다. 그러나 만약 단파장 레이저인 제1 레이저로 UV 레이저 (0.150~0.355㎛) 를 사용할 경우 제2 레이저는 제1 레이저 보다 파장이 긴 레이저라면 어느 레이저라도 사용할 수 있다. 이러한 경우의 예를 들면, 제1 레이저로 UV 레이저 (0.150~0.355㎛) 를 사용한 경우 제2 레이저로 YAG 레이저를 사용할 수도 있다.
이하에서는 단파장인 제1 레이저로 광섬유 레이저를 사용하고 장파장인 제2 레이저로 CO2레이저를 사용한 경우를 예로 들어 중첩 레이저(30)를 사용한 자구 미세화 방법에 대하여 보다 자세히 설명한다.
제1 레이저인 광섬유 레이저는 강판에 대한 레이저 흡수율이 상대적으로 높은 단파장의 레이저 파장을 사용하므로, 정확히 환류자구 형성에 필요한 만큼만의 격자 변형 및 열 탄성 변형에 의한 잔류 응력을 유발할 정도의 입사 에너지를 좁은 영역에 보다 단시간 동안만 조사하는 것이 가능하다. 또한 제1 레이저로 사용하는 광섬유 레이저는 입사 에너지 범위가 좁기 때문 주변으로의 열 확산을 억제할 수 있어서 불필요한 열변형을 최소화할 수 있다.
한편 제2 레이저인 CO2 레이저는 평균 출력을 강판 속도에 따라 수백W에서 수KW 이상의 고출력으로 사용하는 것이 가능하고, 강판의 조사 부분에 열탄성 변형을 용이하게 유도할 수 있다. 또한 제2 레이저인 CO2레이저는 인산염과 실리카로 이루어진 절연피막에 대한 흡수율이 높아 피막층들을 안정적 통과할 수 있다. 따라서 제2 레이저인 CO2 레이저는 절연 피막층들을 파괴하지 않고도 안정적으로 강판의 열탄성 변형을 유도할 수 있어서 일종의 예열 역할을 하는데 적합하다. 그러나 제2 레이저(B)인 CO2 레이저는 강판에 대한 레이저 흡수율이 낮기 때문에 강판의 열탄성 변형은 유도 하지만 영구변형을 유발하지 않을 정도로 레이저를 조사하는 것이 바람직하다.
즉, 제2 레이저인 CO2 레이저와 같이 장파장의 레이저를 사용할 경우 강판에 열충격을 부여하는 부분이 너무 넓게 이루어져 자구 세분화가 잘 발생하지 않기 때문에 파장이 상대적으로 짧은 광섬유 레이저를 제1 레이저로 하여 자구 미세화를 위한 주 레이저로 사용하고, 파장이 상대적으로 긴 CO2 레이저는 강판의 열탄성 변형을 유도하는 정도의 일종의 예열 역할을 하는 보조 레이저로 사용한다.
이와 같이 제1 레이저로 단파장인 광섬유 레이저를 선택하여 자구 미세화를 위한 주 레이저로 사용한 이유는 강판 표면에서의 레이저 흡수율이 높아서 레이저 조사부에 강한 압축응력부를 형성되며, 이러한 압축응력부에서 자기탄성에너지 감소를 위해 란셋자구(환류자구)를 용이하게 형성시킬 수 있기 때문이다.
이 경우 자구미세화에 의해 표면방향으로 자기탄성에너지(magnetoelastic energy)에 의해 180°자구(란셋자구의 반대자극)를 형성하고, 판두께 방향으로 자기탄성에너지를 감소하기 위해 90°자구를 형성시킴으로써 자구의 간격이 좁아지면서 결과적으로 이상 와전류손을 감소시키게 된다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에 따른 자구 미세화 방법은 제1 레이저로 단파장인 광섬유 레이저를 사용하여 정확히 환류자구 형성에 필요한 만큼의 폭으로 강판의 열 탄성 변형에 따른 잔류 응력을 유발시킬 수 있어서, 정확한 자구 미세화가 가능하는 한편, 제2 레이저로 장파장인 CO2 레이저를 사용하여 피막층들을 파괴하지 않고도 안정적으로 강판을 예열할 수 있게 된다.
또한 제1 레이저인 단파장의 광섬유 레이저는 최종 빔 폭(beam width)을 작게 형성시킬 수 있고, 강판내 레이저 흡수율을 향상시키는 장점이 있으나, 초점심도(depth of field)는 상대적으로 짧다. 그러나 파장이 긴 제2 레이저인 CO2 레이저는 최종 빔의 폭이 넓고, 강판내 레이저 흡수율이 상대적으로 낮으나, 초점심도가 깊다는 장점을 갖고 있다. 따라서 이들 두 레이저 빔을 동시에 중첩하여 조사할 경우 강판내의 레이저 흡수율을 보다 상승시킬 수 있게 된다.
이 때 강판의 표면에 조사되는 단파장 제1 레이저인 광섬유 레이저의 빔 스팟은 원형에 근사한 모양이 바람직하며 그 직경(BW1, BL1)은 10 내지 200 ㎛ 일 수 있다. 또한 광섬유 레이저의 빔 스팟은 그 폭(BW1)이 10 내지 200 ㎛이고 그 길이(BL1)는 제2 레이저인 CO2 레이저 빔 스팟의 길이 이하 이거나 그 이상으로도 사용이 가능하다.
제1 레이저인 광섬유의 빔 폭(BW1)이 10㎛ 미만으로 감소하게 되면 좁은 영역에 에너지밀도가 집적이 됨에 따라 자속밀도 및 철손 열위가 나타날 수 있으며, 광학계 구조가 복잡해지는 문제점이 있다. 그리고 제1 레이저인 광섬유의 빔폭(BW1)이 200㎛ 이상 커지면 강판 길이방향 열영향이 커져서 자속밀도의 저하가 나타날 수 있어서 바람직하지 않는다.
한편, 강판의 표면에 조사되는 장파장의 제2 레이저인 CO2레이저의 빔 스팟은 그 빔폭(B2W)이 100 내지 400 ㎛ 이고, 빔 길이(B2L)가 0.4 내지 20 mm 인 타원형이 바람직하다. 또한 장파장 CO2레이저의 빔 스팟은 반경이 100 ㎛ 이상의 원형으로도 사용이 가능하다.
제2 레이저인 CO2 빔폭(B2W)이 100㎛ 이내로 형성시키기 위해서는 광섬유 레이저와 같이 미러 광학계가 복잡해지기 때문에 바람직하지 않으며, 400㎛ 이상 커지면 강판 길이방향 열영향이 커지기 때문에 자속밀도의 저하가 나타나기 때문에 바람직하지 않는다.
이와 같이 장파장 제2 레이저인 CO2레이저의 빔 스팟의 크기를 한정한 이유는 고속으로 이동하는 강판의 표면에 고속으로 레이저를 주사하는 경우 강판에 작용하는 레이저 빔의 열적 변형 효과가 유지되는 범위를 고려한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 중첩하여 사용하는 경우에 대하여 좀 더 자세히 설명한다.
도 3 및 도 4 에서와 같이 제1 레이저 빔(21)와 제2 레이저 빔(22) 를 중첩하여 사용한다는 것은 제1 레이저 빔(21)의 빔스팟과 제2 레이저 빔(22)의 빔스팟이 중첩되도록 제어한다는 것을 의미한다. 즉, 강판 표면에 조사되는 레이저 빔 스팟(20)들이, 도 3에서와 같이 평면상으로 보아서, 빔 스팟이 큰 제2 레이저 빔(22)의 범위 내의 어느 곳에서도 제1 레이저 빔(21)이 온전히 위치하는 것을 빔이 “중첩”된다고 하고, 더 나아가 제2 레이저 빔(22)인 범위 내에 제1 레이저 빔(21) 이 부분적으로 위치하는 것까지 포함하여 빔이 “중첩”된다는 것을 의미한다. 더 나아가, 도 4와 같이 특정 시점에서 레이저 빔이 중첩하지 않더라도, 시간이 경과하여 제1 레이저 빔(21)이 진행방향(X방향)으로 수평이동하여, 이전에 조사된 제2 레이저 빔(22)의 위치와 중첩할 시에도, 이를 중첩된 것으로 본다.
본 발명의 일 실시예에서 사용하는 레이저 빔의 발진 모드는, 제1 레이저와 제2 레이저 모두, 레이저 광을 연속적을 발생시키는 연속파 레이저(Continuous Wave Laser)를 사용하는 것이 바람직하지만, 펄스 레이저 (Pulse Laser)를 사용할 수도 있다.
또한 사용하는 레이저 빔의 품질은, 제1 레이저와 제2 레이저 모두, TEM 00의 가우시안 모드(Gaussian mode)가 바람직하지만 TEM0i의 멀티 모드(multi transverse mode)도 사용할 수 있다.
그러나 본 발명의 일실시예에 따른 강판 표면에 조사되는 이종 파장의 중첩 레이저빔(20)은 강판의 길이 방향으로 열영향을 최소화하는 반면 두께 방향으로 열충격을 극대화할 수 있으므로 각 레이저의 빔 형상이나 빔 품질을 구체적으로 한정하는 것은 아니다.
제1 레이저 및 제2 레이저는 각각 출력이 10 내지 2000W일 수 있다. 더욱 구체적으로, 제1 레이저의 출력은 1000 내지 2000 W가 될 수 있고, 제2 레이저의 출력은 100 내지 700 W 가 될 수 있다. 이러한 각 레이저의 출력 범위는 강판 진행속도가 15mpm 속도로 진행할 때 레이저 출력조건을 적시한 것으로 레이저의 출력값은 강판의 진행속도에 따라 최적으로 제어할 수 있다.
이상과 같은 제1 레이저와 제2 레이저가 중첩된 레이저 빔(30)을 강판의 표면에 조사할 때 그 간격(즉, 변형부 간의 강판 압연 방향으로의 간격)은 2 내지 10 mm 가 될 수 있고, 압연방향과 레이저 진행 방향 (변형부 길이 방향, X방향)의 각도는 75 내지 105°가 될 수 있고, 주사 속도는 0.1 내지 300 m/sec 가 바람직하다.
이 때 사용하는 전기강판은 2차 재결정이 이루어진 전기강판을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 강판 표면에 조사되는 중첩 레이저 빔(20)의 조사간격이 2mm 미만으로 너무 좁아지면, 열영향부의 영향이 커져서 자속밀도와 철손이 열위하게 되며, 조사간격이 10mm 이상에서는 자구미세화 효과를 확보하기 위한 열충격 효과가 떨어져서 효과를 발휘하기 쉽지 않다.
또한 강판 표면에 조사되는 중첩레이저 빔(20)을 조사할 때 강판 압연방향의 직각 또는 경사진 방향으로 조사할 수 있고 압연방향과 레이저 진행 방향 (변형부 길이 방향, X방향)의 각도는 75 내지 105°가 될 수 있다. 이 각도 범위를 벗어난 경우 필요한 자구 미세화 효과가 나타나지 않을 수 있다.
그리고 중첩 레이저의 주사속도는 강판 진행속도와 동일하게 진행속도가 빨라지면 해당 주사속도는 더 빨라져야 하므로, 0.1 내지 300 m/sec 가 바람직하며, 이 속도는 15mpm 조건에서 예시한 값을 의미한다.
한편, 도 3과 같이 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔이 동시에 중첩되어 조사하는 것도 가능하나, 도 4와 같이 시간 간격을 두고 중첩하여 조사하는 것도 가능하다. 다만 중첩 위치에서, 상기 제1 레이저 빔의 조사되는 시간 및 제2 레이저 빔이 조사 되는 시간의 간격이 16ms 이하일 수 있다. 이 시간 범위를 넘어서면, 레이저를 중첩하여 조사하는 효과를 충분히 얻기 어렵다. 시간 간격이란 제2 레이저(또는 제1 레이저)를 조사한 이후, 제1 레이저(또는 제2 레이저)가 진행하여, 그 중첩 영역의 폭(OW)이 최대가 되는 시점 까지의 시간을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서는 방향성 전기강판(100)은 전기강판 기재(50); 및 전기강판 기재(50) 상에 위치하는 절연 피막층(60)을 포함하고, 절연 피막층(60) 표면에 선형의 변형부(10)가 존재하고, 변형부(10) 내에 중복조사 경계부(23)가 존재한다.
중복조사 경계부(23)란 도 3에 나타나듯이, 제1 레이저 빔(21)과 제2 레이저 빔(22)을 중첩하여 조사할 시, 그 중첩 영역의 Y 방향 양 단부를 의미한다. 이 중복조사 경계부(23)는 육안으로 판단하기는 어려우며, 하부 절연 피막층(10) 내에 용융 응고층(11)이 형성되었는지 여부로 판별할 수 있다. 즉, 중복조사 경계부(23)를 기점으로 Y방향으로 중복조사 경계부(23) 하부에 용융 응고층(11)이 생성된다. 이 용융응고층(11)은 절연 피막층(10) 내에 인(P)이 휘발되어 생성되므로, 융용응고층(11) 내에는 인이 적게 존재한다. 즉, P 함량이 10 중량% 이하이면 용융응고층(11)이 형성된 것으로 판정한다. 더욱 구체적으로 P 함량이 8 중량% 이하이면 용융응고층(11)이 형성된 것으로 판정한다.
이와 같이 중첩 레이저빔을 조사한 경우에 용융 응고층(11)이 생성되는 이유는 절연 피막층(60)을 구성하고 있는 인산염의 기화점이 낮기 때문에 중첩 레이저 조사시 인(Phosphorus)이 먼저 기화되고 Si와 O로 이루어진 규소 산화물들은 비정질 상태로 재응고 되는 것이다. 이와 같이 절연 피막층의 표면에 비정질 상태의 재응고 층이 형성될 경우 비정질 고유 특성에 의하여 부식 특성이 향상된다.
용융 응고층의 변형부 길이 수직 방향(Y방향)의 폭(MW)은 0.05 내지 10㎛일 수 있다. 전술한 범위일 시 중첩 조사에 의한 철손 향상 및 내식성 향상 효과가 적절히 발휘될 수 있다. 더욱 구체적으로 용융 응고층의 변형부 길이 수직 방향(Y방향)의 폭(MW)은 0.1 내지 5㎛일 수 있다.
용융 응고층의 두께(MD)는 절연 피막층 두께의 20% 이하일 수 있다. 용융 응고층의 두께(MD)가 너무 두꺼우면 절연 피막층의 절대 두께가 얇아지므로 내식성에 불리하게 작용할 수 있으며, 절연 피막층에 의한 장력효과를 감소시켜 철손이 열위할 수 있기 때문에 이와 같은 범위로 제한하는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로 더욱 구체적으로 용융 응고층의 두께(MD)는 절연 피막층 두께의 1 내지 15%일 수 있다. 용융 응고층의 두께(MD)는 절연피막 표면으로부터 P가 10%가 되는 경계까지의 깊이를 의미한다. 절연 피막층(60) 두께의 20% 이내 두께 내에서 용융 응고층이 형성될 경우, 절연 피막층의 더 큰 손상없이 강판에 레이저의 입사에너지 대비 충분한 레이저를 강판에 부여하게 됨을 의미한다. 더욱 구체적으로 용융 응고층의 두께(MD)는 50 내지 500nm일 수 있다.
중복 조사 경계부(23)를 제외한 변형부(10) 하부의 절연 피막층(60)은 표면으로부터 강판 두께 방향으로 100nm 범위에서 P 함량이 10 내지 30 중량%일 수 있다. 전술하였듯이, 변형부(10) 및 중복 조사 영역 내에는 레이저의 에너지가 충분히 커서 용융보다는 절연 피막층(60) 자체의 기화가 발생하며, 인(P)만 선택적으로 휘발되지 않는다. 더욱 구체적으로 P 함량이 12 내지 25 중량% 일 수 있다.
변형부(10) 또한 육안으로는 변형부 외의 절연 피막층 표면과 구분되지 않으며, 변형부(10) 하부의 절연 피막층(60)의 두께를 통해 구분할 수 있다. 즉, 제1 레이저 또는 제2 레이저 조사 시, 조사된 표면의 하부는 절연 피막층의 두께가 조사되지 않은 부분에 비해 줄어들게 된다. 중첩 레이저의 조사에 의하여 전기강판에 변형부(10)가 형성되고, 절연 피막층(60)에 용융 응고층(11)이 형성될 경우, 용융 응고층(11) 형성에 의하여 절연 피막층(60)에 수축이 발생하여 강판의 변형부가 형성된 절연 피막층(60)의 두께가 변화할 수 있다.
더욱 구체적으로 변형부(10) 하부의 절연 피막층(60)의 두께는 변형부가 형성되지 않은 절연 피막층 두께의 60 내지 90%일 수 있다. 강판에 형성되는 변형부의 피막층 두께가 너무 얇을 경우, 피막 두께 저하에 따라 내식성 열화 및 장력감소효과로 철손이 열화 될 수 있다. 너무 두꺼우면 용융 응고층(11)이 적절히 형성되지 않았다는 의미이며, 적절한 철손 향상을 기대하기 어렵다. 절연 피막층(60)의 두께는 절연 피막층(60) 표면에서부터 인 함량이 10 중량% 이상 증가한 이후, 다시 5 중량% 이하로 내려갈 때, P 함량이 5 중량%인 경계부 까지의 깊이를 의미한다.
방향성 전기강판은 전기강판 기재와 절연 피막층 사이에는 금속 산화물층(유리 피막층, 미도시)이 더 형성될 수 있다.
여기서 금속 산화물층은 포스테라이트(Forsterite)를 주성분으로 하고 절연피막층은 인산염과 콜로이달 실리카를 주성분으로 한다. 그리고 본 발명에서 주 성분이라 함은 포스테라이트의 경우 강판 표면의 산소 편면 도포량으로 0.7 g/㎡ 이상을 포함하는 것을 의미하고, 절연피막에서 인산염의 경우 강판 표면의 편면 도포량 기준으로 0.1 g/㎡ 이상을 포함하고 절연피막에서 콜로이달 실리카는 강판 표면의 편면 도포량 기준으로 0.1 g/㎡ 이상을 포함한다는 것을 의미한다.
본 발명의 일실시예에서 중첩 레이저빔을 이용하여 열변형에 의한 자구미세화 처리한 이후 강판간의 절연성을 확보하기 위하여 절연 피막이 박리되는 경우 뿐만이 아니라 유리 피막이 박리되는 것을 방지한다는 것을 의미한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 전기강판의 표면에 중첩 레이저를 조사하여 변형부를 형성할 경우 이러한 강판의 W15/50 철손 개선율은 6 % 이상인 것이 바람직하다. W15/50 개선율이 이 보다 낮은 경우 강판의 레이저 흡수율이 낮기 때문에 원하는 철손 저감 효과를 기대하기 어렵다.
그리고 본 발명의 일실시예에 의한 전기강판의 표면에 중첩 레이저를 조사하여 변형부를 형성할 경우 이러한 강판의 W17/50 철손 개선율이 9 % 이상 것이 바람직하다. W17/50 철손 개선율이 이 보다 낮을 경우 역시 강판의 레이저 흡수율이 낮기 때문에 원하는 철손 저감 효과를 기대하기 어렵다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판의 제조 방법에 대하여 자세히 설명한다.
[냉연강판의 제조]
방향성 전기강판을 제조하기 위하여 먼저 전기강판 기재의 슬라브를 제조한다.
슬라브의 화학조성 및 금속조직은 자화 용이축이 일정 방향으로 정렬되어 전기강판으로 기능하는 것이면 그 성분과 조직은 별도로 한정하지 아니한다. 다만 예를 들어 설명하면 슬라브의 화학조성은 아래와 같다.
질량 %로 C : 0.08 % 이하(0%는 제외한다), Si : 1.0 ~ 6.5 %, Mn: 0.005 ~ 3.0%, (Nb, V, Ti 중 어느 하나 이상의 합계); 0.070% 이하, (Cr, Sn, Sb 중 어느 하나 이상의 합계): 2.5% 이하, Al : 2.0% 이하(0%는 제외한다), (P, S 중 어느 하나 이상의 합계): 0.100%이하(0%는 제외한다), (Cu 와 Sn은 합계): 1.0% 이하, 희토류 및 기타 불순물 총합은 0.2%이하를 포함하고 잔부는 Fe로 이루어 진다.
(C: 0.08%이하(0%는 제외한다))
탄소(C )는 강 중에 불가피하게 혼입되는 원소이나, 자기 시효에 의한 자기 특성을 악화시키므로 적정한 함량으로 제어되는 것이 바람직하다. 강판내에 C의 함량이 너무 적을 경우 제조 공정에서 상변태가 충분히 일어나지 않아서 강판의 미세조직을 불균일화하여 결국 2차 재결정 조식이 불안정해질 수 있고, C 가 너무 많이 포함되면 제조공정 중에 탄화물이 조대해지고 석출량이 과도하여 그 결과로 탈탄이 충분히 이루어지지 않아서 Goss 집합 조직의 집적도가 저하되어 2차 재결정 집합조직을 훼손할 수 있다. 따라서 강판의 C 함유량은 0.08%이하, 더 바람직하게는 0.001 ~ 0.040 %를 함유한다.
(Si:1.0 ~ 6.5 %)
규소(Si) 는, 방향성 전기강판의 기본 조성으로 강판의 비저항을 증가시켜 철손을 낮추는 역할을 한다. 1.0 ％ 미만일 경우 비저항이 감소하게 되어 와전류손이 증하여 철손 특성이 열화되어 Si 첨가 효과를 기대할 수 없고, 6.5 ％ 이상일 경우, 강판의 취성이 증가하고 인성이 감소하여 압연과정에서 판파단이 발생할 수 있고, 제조공정 중 질화물을 충분히 형성하지 못하여 최종고온소둔 과정에서 2차 재결정 형성에 필요한 충분한 결정립 억제력을 확보할 수 없게 된다. 따라서 Si 는 1.0 ∼ 6.5 ％ 가 바람직하다.
(Mn: 0.005 ~ 3.0%)
망간(Mn)은, 비저항을 증가시켜 와전류손을 감소시킴으로써 전체 철손을 감소시키는 효과가 있으며, 소강상태에서 S와 반응하여 Mn계 황화물을 만들 뿐만 아니라 Si과 함께 질화처리에 의해서 도입되는 질소와 반응하여 (Al,Si,Mn)N의 석출물을 형성함으로써 1차재결정립의 성장을 억제하여 2차재결정을 일으킬 뿐만 아니라 최종 제품의 표면품질에 영향을 미치는 중요한 원소이다. 그러나 Mn이 너무 적게 포함될 경우 최종 제품의 표면 품질이 나빠질 수 있다. 또한 Mn이 너무 많이 포함될 경우 오스테나이트 상분율이 매우 증가하여 Goss 집합조직이 훼손되고 자속밀도가 감소하며 탈탄소둔시 산화층이 너무 과하게 형성되어 탈탄을 방해할 수 있다. 따라서 Mn 은 0.005 ∼ 3.0 ％ 가 바람직하다.
(Nb, V, Ti 중 어느 하나 이상의 합계: 0.05% 이하)
니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti)은 제조공정 중에 C와 N과 반응하여 석출물을 형성하는 원소이나 너무 많이 첨가할 경우 2차 재결정 소둔 이후에도 강판에 잔존하여 강판의 자기적 특성을 저하시키므로, Nb, V, Ti 중에서 선택된 원소 1종 이상이 합계로 0.05% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
(Cr, Sn, Sb 중 어느 하나 이상의 합계: 2.5%이하)
크롬(Cr)은 Goss 집합조직의 형성을 촉진하여 철손을 저감시킬 목적으로 첨가하고 Sn은 결정립 성장을 억제하여 궁극적으로 자속밀도를 향상시킬 목적으로 첨가한다. 그리고 안티몬(Sb)는 결정립계에 편석하여 결정립의 성장을 억제하여 2차 재결정을 안정화시키는 효과가 있다. 이 들 세 원소는 모두 2차 재결정 조직의 형성과 상호 관계가 있으므로 Sn, Sb, Cr는 합계로 2.5 % 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
(Al: 2.0% 이하(0%는 제외한다))
알루미늄(Al)은 제조공정 중에서 석출된 Al계 질화물 이외에 1차 재결정 공정중에 질화처리에 의하여 도입된 N과 강중에 고용상태로 존재하는 Al, Si, Mn과 결합하여 (Al, Si, Mn)N 및 AlN 형태의 질화물을 형성하여 강한 결정립 성장 억제제로 역할을 한다. 그러나 Al을 너무 많이 포함할 경우 석출물이 불균일하여 2차 재결정의 형성이 불안정하여 강판의 자기적 특성이 저하되므로 2.0 % 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
(P, S 중 어느 하나 이상의 합계: 0.1% 이하(0%는 제외한다))
인(P)은 결정립계에 편석하여 결정립계의 이동을 방해하고 동시에 결정립 성장을 억제하는 보조적인 역할을 하며, S는 너무 많이 첨가되면 2차 재결정 형성을 불안정하게 한다. 또한 P와 S는 전기강판을 제조하는 과정에 불가피하게 첨가되는 원소로서 P, S 합계로 0.1% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
(Cu + Sn 합계: 0.1% 이하)
구리(Cu)는 결정립내 일부 고용됨에 따라 집합조직을 개선하는 역할을 하며, Cu + Sn 함량이 과다하면 결정립계에 편석하여 고온에서 액상을 형성할 수 있기 때문에 Cu 와 Sn 은 총량으로 0.1% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
(희토류 및 기타 불순물 총합이 0.2% 이하)
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 세륨(Ce)이나 프라세오디뮴(Pr)과 같은 희토류 및 기타 불순물을 포함할 수 있고 어떤 희토류 및 불순물이 포함되더라도 그 종합은 0.2%이하인 것이 바람직하다. 희토류 및 불가피한 불순물은 제강 및 방향성 전기강판의 제조 과정에서 의도적으로 투입되거나 불가피하게 혼입되는 불순물을 의미한다. 불가피한 불순물에 대해서는 널리 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다. 본 발명의 일 실시예에서 전술한 합금 성분 외에 원소의 추가를 배제하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 사상을 해치지 않는 범위 내에서 다양하게 포함될 수 있다. 추가 원소를 더 포함하는 경우 잔부인 Fe를 대체하여 포함한다.
다음은 상기 조성을 갖는 강판을 연속주조법으로 슬라브를 제조한 다음 통상적인 방법으로 가열하여 열간압연을 하고 필요에 따라 선택적으로 열연판 소둔을 한 다음 냉간압연을 하여 두께 0.1 ~ 0.5 mm 범위로 제조한다. 여기서 냉간압연은 1회 냉간압연 또는 중간소둔을 사이에 두는 2회 이상의 냉간압연을 실시할 수 있다.
[1차 재결정 소둔]
앞서 설명한 냉연 강판을 동시 탈탄질화 또는 탈탄후질화 공정을 통하여 1차 재결정 소둔을 실시한다. 동시 탈탄질화에 의한 1차 재결정 소둔의 경우 소둔 공정 중에 변형된 냉간압연의 조직이 재결정을 포함하여 탈탄소둔하게 된다. 이를 위해 질소, 수소, 수분이 혼합되어 있는 혼합 가스 분위기에서 실시하게 된다. 그리고 탈탄후 질화의 경우 탈탄 후 암모니아 가스를 사용하여 강판에 질소이온을 도입하는 질화 처리를 실시할 수도 있다.
동시 탈탄질화를 할 경우 로내에 장입된 냉연 강판을 700 ~ 900 ℃ 구간에서 분위기 가스의 이슬점온도를 40~70℃로 하고, 표면의 Fe2SiO4/SiO2비가 0.5~3.0으로 제어하여 전기강판의 표면에 산화층을 형성한다.
[2차 재결정 소둔]
그 다음 이러한 전기 강판의 표면에 MgO를 기본으로 하는 소둔분리제를 도포한 다음 1,000℃ 이상으로 승온하여 장시간 균열 소둔하여 2차 재결정을 일으킴으로써 강판의 {110}면이 압연면에 평행하고, <001>방향이 압연방향에 평행한 Goss 방위의 집합조직을 형성하게 된다. 이와 같은 최종 고온소둔 공정에 의하여 강판의 표면에는 포스테라이트가 포함된 유리 피막층을 형성하며 강판의 내부에는 2차 재결정이 형성된다.
[절연 피막 형성]
2차 재결정이 이루어진 강판에 대하여 콜로이달 실리카와 금속인산염의 단독 혹은 복합 절연 코팅액으로 코팅한 다음 소둔하여 유리 피막층이 형성된 전기강판의 표면에 절연 피막층을 형성한다.
이러한 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.
[자구 미세화 처리]
자구 미세화 방법에 대해서는 앞서 설명한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
아래 표 1의 조성을 갖는 슬라브를 이용하고 열간압연과 냉간압연하여 0.20 mm와 0.23mm 두께의 냉연강판을 제조하였다. 표 1에서 원소 %는 중량 %를 의미한다.
C
(%)		 Si
(%)		 Mn
(%)		 Cr
(%)		 Sn
(%)		 Sb
(%)		 Al
(%)		 잔부
0.05 3.518 0.103 0.113 0.0699 0.019 0.003 Fe
이러한 냉연강판에 대하여 840℃의 온도로 습한 수소와 질소 및 암모니아 혼합가스 분위기 (이슬점 온도 69℃, Fe2SiO4/SiO2 비는 1.2로 제어하였다) 속에서 150초간 유지하였고 1차재결정 소둔을 포함한 탈탄소둔과 질화처리를 하였다.
1차 재결정 처리된 강판의 표면에 MgO를 포함하는 소둔분리제를 도포하여 최종 고온소둔하였다. 이때 최종 고온소둔은 1,150℃까지 25 부피% 질소 및 75 부피% 수소의 혼합분위기로 하였으며, 1,150℃ 도달 후에는 100 부피% 수소분위기에서 8시간 가량 유지후 노냉하였다.
이상의 최종 고온소둔 공정에 의하여 2차 재결정 소둔을 완료한 강판의 표면에 콜로이달 실리카 나노입자와 금속 인산염을 혼합한 코팅용액을 도포하고 870 ℃ 온도 조건에서 55 초간 열처리하여 방향성 전기강판용 절연코팅 층을 형성하였다.
그 다음 하기 표 2에 정리된 레이저를 조사하였다. 이 때, 제1 레이저 및 제2 레이저는 모두 빔 폭/길이비(빔폭/빔길이)가 0.55인 타원형 빔 형상이었다. 다이오드 레이저는 파장은 1.03㎛, 광섬유 레이저는 파장 1.08㎛, CO2레이저는 파장 10.6㎛였다. 각 레이저의 빔 폭은 모두 200㎛로 통일하였다. 레이저 조사부에서의 강판 순간이동속도는 2.3m/s, 변형부 길이는 160mm로 하였으며 스캔속도는 60m/s로 조사간격은 5.0mm로 설정하여 레이저 조사하였다.
비교예 3은 제1 레이저 조사 후 4초 간격을 부여하여, 제2 레이저를 조사하였다.
보자력은 SST(single sheet tester)기에서 측정한 교류자장하에서 자속밀도값을 0으로 만들기 위해 필요한 인가자장값으로 측정하였다.
내식성은 KS D 9502에 따라 염화나트륨을 탈이온수에 녹이고 염농도 5±0.5%로 조정하여, 35℃의 염용액을 시편에 일정시간 분사한 후 해당 시간 염수분무후 꺼내서 상온에서 수세하고 건조하여, 표면 녹발생 유·무를 확인한다. 해당 염수분무시험시 8시간 염수분무 조건에서 레이저의 녹발생이 나타나지 않을 경우 양호(◎), 7시간 염수분무 조건에서 레이저의 녹발생이 나타나지 않을 경우 보통(○), 4시간 염수분무 조건에서 레이저 녹발생이 나타나는 경우 열위(△)로 분류하였다.
제1 레이저 제2 레이저 중첩비율 용융 응고층 존재 조사전 조사후 내식성
종류 출력
(W)		 종류 출력
(W)		 보자력
(A/m)		 보자력
(A/m)
실시예 1 Diode 1000 Diode 400 10% O 17.4 15.8 ◎
실시예 2 Diode 1000 Diode 400 100% O 17.3 15.4 ◎
실시예 3 CO2 1500 Fiber 400 10% O 17.3 16.0 ◎
실시예 4 CO2 1500 Fiber 400 100% O 17.4 15.5 ◎
비교예 1 CO2 1500 - - - X 17.3 16.5 ○
비교예 2 Diode 400 - - - X 17.3 17.0 ○
비교예 3 CO2 1500 Diode 400 100% X 17.3 16.6 △
표 2에서 나타나듯이, 제1 레이저 및 제2 레이저를 중첩조사한 경우, 용융 응고층이 생성되고, 철손 향상 및 내식성 향상을 달성할 수 있음을 확인할 수 있다. 반면, 단독 레이저를 사용하거나, 시간이 다수 경과하여 레이저를 조사한 경우, 적절한 철손 향상 및 내식성 향상을 얻을 수 없었다.
도 7에서는 실시예 1에서 제조한 강판의 용융 응고층을 분석한 사진이다. 도 7에서 나타나듯이, 폭이 약 300nm인 용융 응고층이 형성됨을 확인할 수 있다. 도 8에 나타나듯이, 용융 응고층의 두께는 약 200nm임을 확인할 수 있다. 도 7은 응고층을 FIB(Focused Ion Beam)-TEM(Transmission Electron Microscopy)으로 분석한 사진이며, FIB Source에 가속전압을 가해 이온을 발생시키고 전계(Electric Field)을 이용하여 이온을 선택적으로 관찰하고자 하는 영역에 주사하여 시료의 원하는 부분을 가공하여 TEM으로 관찰한 것이다.
실험예 2
실험예 1과 동일하게 실시하되, 레이저 조사 간격 및 스캔 속도를 하기 표 3과 같이 변경하며 실시하였다. 실시예 5 내지 7은 중첩비율을 100%로 하였다. 비교예 6은 제1 레이저 조사 후 4초 간격을 부여하여, 제2 레이저를 조사하였다.
제1 레이저 제2 레이저 조사간격
(mm)		 스캔속도
(m/s)		 용융 응고층 존재 조사전 조사후 내식성
종류 출력
(W)		 종류 출력
(W)		 W17/50
(W/kg)		 W17/50
(W/kg)
실시예 5 CO2 1500 Diode 400 3.0 124 O 0.82 0.71 ◎
실시예 6 CO2 1500 Diode 400 5.0 75 O 0.82 0.70 ◎
실시예 7 CO2 1500 Diode 400 7.0 53 O 0.82 0.71 ◎
비교예 4 Diode 400 - - 5.0 75 X 0.82 0.80 △
비교예 5 CO2 1500 - - 5.0 75 X 0.82 0.78 △
비교예 6 CO2 1500 Diode 400 5.0 75 X 0.81 0.78 △
표 3에서 나타나듯이, 제1 레이저 및 제2 레이저를 중첩조사한 경우, 용융 응고층이 생성되고, 철손 향상 및 내식성 향상을 달성할 수 있음을 확인할 수 있다. 반면, 단독 레이저를 사용하거나, 시간이 다수 경과하여 레이저를 조사한 경우, 적절한 철손 향상 및 내식성 향상을 얻을 수 없었다.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.
[부호의 설명]
100: 방향성 전기강판, 10: 변형부,
11: 융융 응고층, 20: 레이저 빔 스팟,
21: 제1 레이저 빔, 22: 제2 레이저 빔,
23: 중복조사 경계부, 30: 중첩 레이저,
40: 강판 표면, 50: 강판 기재,
60: 절연 피막층

Claims (11)

  1. 전기강판 기재; 및
    상기 전기강판 기재 상에 위치하는 절연 피막층을 포함하고,
    상기 절연 피막층 표면에 선형의 변형부가 존재하고,
    상기 변형부 내에 중복조사 경계부가 존재하고,
    상기 중복조사 경계부 하부에는 용융 응고층이 존재하고, 상기 용융 응고층은 P를 10 중량% 이하로 포함하는 방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융 응고층의 변형부 길이 수직 방향의 폭(MW)은 0.05 내지 10㎛ 인 방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용융 응고층의 두께(MD)는 절연 피막층 두께의 20% 이하인 방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중복 조사 경계부를 제외한 변형부 하부의 절연 피막층은 표면으로부터 강판 두께 방향으로 100nm 범위에서 P 함량이 10 내지 20 중량%인 방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변형부 하부의 절연 피막층의 두께는 변형부가 형성되지 않은 절연 피막층 두께의 60 내지 90%인 방향성 전기강판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기강판 기재 및 절연 피막층 사이에 금속 산화물 층이 개재된 방향성 전기강판.
  7. 제1 파장을 갖는 제1 레이저 빔을 조사하는 제1 조사 단계; 및
    제2 파장을 갖는 제2 레이저 빔을 조사하는 제2 조사 단계를 포함하고,
    상기 제1 레이저 빔의 제1 빔스팟과 상기 제2 레이저 빔의 제2 빔스팟은 10% 이상 중첩되는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 레이저 및 제2 레이저는 CO2 레이저, 광섬유 레이저, YAG 레이저, 루비 레이저, 사파이어 레이저, 디스크 레이저, 다이오드 레이저 또는 UV 레이저 중에서 선택되는 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 레이저 및 제2 레이저는 각각 출력이 10 내지 2000W인 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 레이저는 및 상기 제2 레이저는 파장이 서로 상이한 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 중첩 위치에서, 상기 제1 레이저 빔의 조사되는 시간 및 제2 레이저 빔이 조사 되는 시간의 간격이 16ms 이하인 방향성 전기강판의 자구 미세화 방법.
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