KR101440597B1 - 방향성 전기강판 및 그 제조방법 - Google Patents

방향성 전기강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법치에 관한 것으로, 표면에 선상 그루브(linear groove)가 폭방향으로 다수 개 형성된 방향성 전기강판에 있어서, 상기 그루브는 상기 전기강판 상에 상호 마주하는 제1 측면과 제2 측면을 가지도록 형성되며, 상기 그루브의 하부폭(W2)은 10㎛이내이고, 그루브 형성인자(DG/W2)가 0.3~2.8의 범위 내이며, 인접한 상기 선상 그루브의 깊이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판이 제공된다.
단, 상기 DG는 상기 강판의 표면으로부터 바닥 중심까지의 수직거리, W2는 상기 그루브의 바닥 중앙에서 상기 제1, 제2 측면에 형성된 응고부까지의 강판의 폭방향 거리이다.

Description

방향성 전기강판 및 그 제조방법{ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEETS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강판 표면에 레이저 조사에 의한 깊이가 다른 그루브를 형성하여 강판의 자구를 미세화시킨 방향성 전기강판에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 변압기 등의 전기기기의 철심재료로 사용되며 전기기기의 전력손실을 줄이고 효율을 높이기 위해서 철손이 적고 자속밀도가 높은 자기적 특성을 지닌 강판이 요구된다.
일반적으로 방향성 전기강판은 열연 및 냉연과 소둔공정을 통하여 압연방향으로 {110}<001> 방향이 배향된 집합조직(일명 '고스집합조직'이라고도 함)을 갖고 있는 재료를 말한다. 이러한 방향성 전기강판에 있어서 {110}<001> 방향은 철의 자화가 용이한 방향으로 그 배향된 정도가 높을수록 자기적 특성이 우수하게 된다.
방향성 전기강판의 자기적 특성을 향상시키기 위하여 자구를 미세화 하는 방법이 사용되는데, 자구 미세화 방법으로는 응력제거 소둔에 의해 자구 미세화 개선 효과 유지 유.무에 따라 일시적 자구 미세화와 영구적 자구 미세화로 구분할 수 있다.
일시적 자구 미세화 방법은 열에너지나 기계적 에너지로 표면에 국부적인 압축응력을 인가함으로써 발생한 자기탄성에너지를 최소화 시키기 위해 90° 도메인(domain)을 형성함으로써 자구를 미세화 시키는 도메인 미세화 기술이다. 반면, 일시자구미세화 기술은 도메인을 미세화시키는 에너지원에 따라 레이저 자구 미세화법, 볼 스크래치법, 플라즈마 또는 초음파에 의한 자구 미세화법이 있다.
열처리 후에도 철손개선 효과를 유지할 수 있는 영구적 자구 미세화 방법은 에칭법, 롤법 및 레이저법으로 구분할 수 있는데, 에칭법은 용액 내에서 산용액에서 전기화학적인 부식반응에 의해 강판 표면에 그루브를 형성시키기 때문에 그루브 형상(그루브 폭, 그루브 깊이) 제어가 어렵고, 강판을 생산하는 중간공정(탈탄소둔, 고온소둔 전)에서 그루브를 형성시키기 때문에 최종 제품의 철손특성의 보증이 어려우며 산 용액을 사용하기 때문에 환경친화적이지 못한 단점을 갖고 있다.
롤에 의한 영구적 자구 미세화 방법은 롤에 돌기모양을 가공하여 가압법에 의해서 강판의 표면에 일정한 폭과 깊이를 갖는 그루브를 형성하고 영구자구 미세화 처리 후 강판을 소둔함으로써 그루브 하부의 재결정을 발생시킴으로써 자구를 미세화시키는 기술로서 기계 가공에 대한 안정성, 신뢰성 및 프로세스가 복잡한 단점을 갖고 있다.
펄스 레이저에 의한 영구적 자구 미세화 방법은 증착에 의해 그루브를 형성시키기 때문에 용융부 형성을 억제하므로 열처리(응력제거 소둔, SRA) 전 철손 개선율을 확보하기 어렵고, 열처리 후에는 단순 그루브에 의한 자구 미세화 효과만 유지할 뿐만 아니라 강판의 이송속도를 고속으로 처리하지 못하는 단점을 갖고 있다.
본 발명의 실시예들은 전기강판 표면에 연속파 레이저를 조사하여 전기강판의 용융에 의해 그루브를 형성하여 자구미세화에 의해 방향성 전기강판의 철손이 개선된 전기강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 표면에 선상 그루브(linear groove)가 폭방향으로 다수 개 형성된 방향성 전기강판에 있어서, 상기 그루브는 상기 전기강판 상에 상호 마주하는 제1 측면과 제2 측면을 가지도록 형성되며, 상기 그루브의 하부폭(W2)은 10㎛이내이고, 그루브 형성인자(DG/W2)가 0.3~2.8의 범위 내이며, 인접한 상기 선상 그루브의 깊이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판이 제공될 수 있다.
단, 상기 DG는 상기 강판의 표면으로부터 바닥 중심까지의 수직거리, W2는 상기 그루브의 바닥 중앙에서 상기 제1, 제2 측면에 형성된 응고부까지의 강판의 폭방향 거리이다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 압연방향으로의 상기 그루브의 직경(BW2)이 10~70㎛ 또는 20~100㎛인 것을 특징으로 하고, 폭방향으로의 상기 그루브의 길이(BL)가 10~100㎛ 인 것을 특징으로 하며, 상기 그루브의 깊이가 동일한 선상 그루브간의 간격은 3~30mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예는 제1 측면과 제2 측면 사이에는 그루브 형성과정에서 상기 강판의 용융부산물이 응고하여 형성되는 응고부가 제거되어 상기 제1, 제2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되는 것을 특징으로 하며, 선상 그루브가 상기 강판의 폭 방향에 대하여 3~6개로 구분되고, 상기 제 1 측면 또는 제 2 측면에 형성된 응고부는, 측면거리(C)의 2% 이상을 점유하는 것을 특징으로 한다. 단, 상기 측면거리(C)는 강판의 용융이 일어나지 않은 표면부로부터 그루브 의 바닥 중앙까지의 직선거리 중 최단거리이다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 응고부는 바닥면으로 갈수록 두께가 감소하며, 상기 강판의 표면부로 갈수록 두껍게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 전기강판은 2차 재결정을 위한 고온 소둔 및 장력코팅이 완료된 방향성 전기강판 또는 2차 재결정을 위한 고온 소둔이 완료되고 장력코팅이 이루어지기 전의 방향성 전기강판인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 그루브를 형성하는 단계는, 상기 제1, 제2 측면 또는 바닥면상에 형성되는 상기 전기강판의 용융부산물을 에어 블로잉(air blowing) 또는 석션(suction)하여 제거함으로써 상기 제1, 제2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 전기강판에 장력코팅을 실시하기 전 또는 후에 상기 전기강판 표면에 주파수 범위 200Hz~8.5kHz의 레이저를 조사하여 압연 폭방향으로 그루브의 깊이가 서로 다른 선상 그루브(linear groove)를 형성하는 단계; 및 상기 선상 그루브가 형성된 전기강판을 응력제거 열처리하는 단계; 를 포함하는 방향성 전기강판 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 강판의 표면에 조사되는 레이저의 형상은 구형 또는 타원형(oval)일 수 있는데, 상기 레이저의 압연방향의 폭은 60㎛ 이내인 것을 특징으로 하고, 상기 강판 표면에 조사되는 레이저의 강판 폭 방향 길이는, 상기 레이저의 형상이 구형인 경우, 90㎛ 이내이며, 상기 레이저의 형상이 타원형(oval)인 경우, 150㎛ 이내인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 레이저의 압연방향으로의 조사거리(DS)는 3mm 내지 30mm 인 것을 특징으로 하고, 상기 레이저의 조사는 상기 강판의 폭 방향에 대하여 3~6개로 구분되어 조사되는 것을 특징으로 하며, 상기 전기강판의 라인 속도가 15m/min 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 강판에 조사하여 표면을 용융시키기 위한 레이저를 발생시키는 한 쌍의 레이저 발생부; 상기 한 쌍의 레이저 발생부로부터 출사된 레이저를 각각 스캐닝하는 한 쌍의 스캐너 미러; 상기 한 쌍의 스캐너 미러를 통과한 레이저를 각각 전반사시키는 한 쌍의 전반사 미러; 상기 한 쌍의 전반사 미러를 경유하여 강판에 입사되는 입사빔의 형상을 제어하는 한 쌍의 쉐이핑 미러; 상기 한 쌍의 쉐이핑 미러를 경유한 레이저를 각각 반대방향으로 반사시키는 공유 폴리곤 스캐너 미러; 및 상기 강판의 이동속도에 따라 강판에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 초점 미러; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기강판의 자구 미세화 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예의 한 쌍의 쉐이핑 미러는, 곡률이 서로 다른 것을 특징으로 하며, 상기 공유 폴리곤 스캐너 미러에 부착되어 상기 강판의 이동속도에 따라 상기 공유 폴리곤 스캐너 미러의 회전속도를 다르게 제어하는 모터 및 이를 제어하는 제어부를 더 포함하며, 상기 공유 폴리곤 스캐너 미러와 상기 초점 미러 사이에는 선상 그루브를 형성할 수 있는 각(angle)을 갖는 레이저만 조사되도록하는 빔 범퍼를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 레이저 조사에 의해 강판 표면이 용융시 발생되는 용융부산물을 제거하는 용융부산물 제거수단; 을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 전기강판 표면에 레이저를 조사하여 깊이가 다른 선상 그루브를 형성함으로써 자구를 미세화시켜 철손을 감소시키고, 용융에 의해 그루브를 형성시킴으로써 고속의 라인속도에서도 그루브를 형성할 수 있으며, 응력제거 소둔 후에도 그루브 형성에 의한 자구미세화 효과를 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기강판의 표면을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 평행하게 형성된 선상 그루브의 단면도이다.
도 3은 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선상 그루브의 상세 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자구 미세화 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연속파 레이저 빔의 형상 및 모드이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명은 이차 재결정 완료 전에 최종 장력코팅이 도포되기 전의 강판 표면에 연속파 레이저를 조사하여 서로 다른 깊이를 갖는 선상 그루브(linear groove)를 형성시킴으로써 열처리 후에도 자구미세화 효과를 유지하여 철손을 감소시키는 방향성 전기강판의 자구미세화 기술에 관한 것이다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연속파 레이저 빔에 의한 깊이가 다른 선상 그루브가 평행하게 형성된 전기강판의 개략도이고, 도 2는 도 1의 일부를 확대도시한 것으로 강판의 표면에 레이저를 조사할 때, 조사부위에서의 그루브의 형상을 X-Y평면상에 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 깊이가 다른 선상 그루브(linear groove)가 형성된 전기강판의 단면을 도시한 것으로, 도 1의 AA' 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예에서는 전기강판(10)의 압연 방향과 수직으로 상기 전기강판(10)의 표면에 깊이가 다르고 평행하게 형성되는 선상 그루브(90)가 형성되는데, 상기 그루브(90)는 서로 마주보는 위치에 제1 측면(31)과 제2 측면(33)이 형성된다.
도 2에서는 도 1의 강판(10)에 형성된 두 개의 조사선(20) 부분을 X-Y평면에 나타낸 것으로, 레이저가 조사됨에 따라 상기 강판(10)의 표면이 용융되면서 그루브(90)가 형성되는 것을 개략적으로 나타낸 것이다. 이때, BW는 압연방향(Y)으로의 그루브(90) 직경이고, BL은 폭방향(X)으로의 그루브(90) 길이를 의미하며, DS는 압연방향(Y)으로의 레이저의 조사거리를 의미한다.
본 발명에 따른 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전기강판(10)의 표면에 선상 그루브(90)를 형성하기 위하여 전기강판(10)의 표면에 연속파 레이저(continuous wave laser)를 조사하여, 상기 강판(10)의 표면부의 용융에 의한 그루브(90)를 형성하고, 상기 그루브(90)의 제1 및 제2 측면(35)에 용융부산물인 응고부(35)가 형성되도록 한다. 또한, 상기 응고부(35)는 도 4에 도시된 바와 같이, 바닥면으로 갈수록 두께가 감소하고, 상기 강판의 표면부로 갈수록 두껍게 형성되며, 상기 그루브(90)는 바닥면으로 갈수록 좁아지도록 형성된다. 또한, 상기 제1 측면(31)과 제2 측면(33) 사이의 바닥면에도 상기 전기강판(10)의 용융부산물이 응고하여 응고부가 형성될 수 있는데, 상기 제1, 제2 측면(31, 33) 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 전기강판에 레이저 조사에 의해 표면부에 형성되는 용융부산물은 에어 블로잉(air blowing) 또는 석션(suction)에 의해 제거한다. 상기 에어 블로잉 또는 석션에 의해 그루브 내 형성되는 응고부(35)는 그루브 바닥면과 제 1, 제 2 측면(31, 33)에 동시 혹은 단독으로 생성된다. 도 4는 제1 및 제2 측면(31, 33)에 응고부(35)가 형성된 것을 도시한 것인데, 용융부산물의 응고조직을 그루브(90)의 제 1, 제 2 측면(31, 33)에만 형성하기 위해서는 레이저 조사에 의해 그루브(90)에 형성된 용융금속을 에어를 주입하여 외부로 비산시키거나 그루브(90)의 제 1, 제 2 측면(31, 33)으로 이동하도록 블로잉함으로써 가능하다. 상기와 같이 함으로써 본 발명에 따른 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 측면(31, 33)의 응고부(35)를 제거할 수도 있다.
그루브(90)의 바닥면에 형성된 용융부산물은 도 5에 도시된 바와 같이, 용융부산물 제거수단(85)을 이용하여 제거함으로써 그루브의 바닥면에 응고부(35)가 형성하지 않도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에서는 상기 그루브(90)의 측벽(내부 벽면)에 용융금속의 응고부(35)를 형성시켜 자구를 미세화시키는데, 상기 응고부(35)는 측면거리(C)의 2% 이상을 점유하도록 한다. 본 발명에 따른 실시예에서의 측면거리(C)는 도 4에 도시된 바와 같이, 강판(10)의 용융이 일어나지 않은 표면부로부터 상기 그루브(90)의 바닥 중앙까지의 직선거리 중 최단거리를 의미한다. 상기 응고부(35)가 점유하는 부분이 제1 또는 제2 측면거리(C)의 2% 미만인 경우는 열처리 전 철손 개선효과가 낮아지므로 측면거리의 점유율을 2%이상이 되도록 한다.
상기 전기강판(10)은 방향성 전기강판이 사용될 수 있으며, 방향성 전기강판은 압연방향에 대하여 강판(10)의 집합조직이 {110}<001>인 고스 집합조직(GOSS texture)을 나타내고 있어 일방향 혹은 압연방향으로 자기적 특성이 우수한 연자성 재료이다.
방향성 전기강판은 압연방향으로 자기적 성질이 우수하여 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자기기 등의 철심 재료로 사용되고 있으며, 일반적으로 방향성 전기강판의 제조는 연속주조 공정에 의해 제조된 슬라브(slab)를 열간압연→예비소둔→냉간압연→탈탄소둔→고온소둔→평탄화소둔 및 절연코팅→청정 및 레이저 처리 등을 통하여 이루어지게 된다.
상기 레이저 조사가 이루어지는 전기강판(10)은 상기 전기강판(10)의 2차 재결정이 일어나도록 하기 위한 고온 소둔공정이 완료되고 장력코팅이 도포되거나 고온 소둔공정이 완료되고 장력코팅이 도포되기 전의 강판이 사용될 수 있다. 즉, 냉연판, 탈탄소둔판 또는 고온소둔판 등이 사용될 수 있다.
도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 깊이가 다른 다수의 그루브(90)가 형성되어 있는데, 도 3에서 BW1, BW2 는 각각 깊이가 다른 그루브(90)의 압연방향으로의 그루브(90)의 직경, W2는 그루브(90)의 하부폭으로 상기 그루브(90)의 바닥 중앙에서 상기 제1 또는 제2 측면(31, 33)에 형성된 응고부(35)까지의 강판(10)의 폭방향 거리를 의미하고, DG1, DG2는 각각 깊이가 다른 그루브(90)의 깊이로, 강판(10)의 표면으로부터 바닥 중심까지의 수직거리를 의미한다. 상기 그루브(90)의 깊이가 깊은 경우에는 철손이 감소할 뿐만 아니라 인접한 그루브(90)를 형성할 때 작은 출력으로 그루브(90)를 얕게 형성할 수 있으므로, 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 그루브(90)의 깊이를 이원화하여 형성한다.
본 발명에 따른 실시예에서는 상기 그루브(90)의 하부폭(W2)은 10㎛이내이고, 상기 압연방향으로의 그루브(90)의 직경은 상기 그루브(90)의 깊이가 깊은 경우에는 20~100㎛이고, 상기 그루브(90)의 깊이가 얕은 경우에는 10~70㎛로 한정한다. 또한, 상기 그루브(90)의 깊이(DG1, DG2)는 그루브(90) 형성인자(DG/W2)가 상기 그루브(90)의 직경에 기초하여 0.3~2.8의 범위를 만족하도록 형성된다.
이때, 만약 상기 그루브(90) 형성인자가 0.3 미만인 경우에는 철손 개선효과가 나타나지 않으며, 2.8을 초과하는 경우에는 열처리 전 자속밀도와 철손 열화가 나타나서 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 열처리 후 철손 개선효과를 확보하기 위하여 상기 범위로 한정하며, 이는 롤압입 및 프레스법에서 발생할 수 있는 그루브(90) 하부의 결함 발생을 억제할 수 있으며 제어 및 신뢰성 측면에서 안정하다. 상기 홈 형성인자를 나타낼 수 있도록 레이저 조건을 설정하면, 강판(10)의 표면 상에 그루브(90) 형성시 강판(10)의 용융 및 재응고부(35) 형성을 동반할 수 있도록 연속파 레이저를 사용하여 강판(10)의 진행방향에 85~95°로 레이저를 조사시킨다.
또한, 상기 압연방향으로의 그루브(90) 직경이 10㎛보다 작은 경우에는 열처리 후 철손 개선효과가 나타나지 않으며, 100㎛보다 큰 경우에는 연속파 레이저에 의한 열영향이 커서 열처리 전 철손 개선효과를 나타내지 않고, 자속밀도 열화가 크게 나타나므로 본 발명에 따른 실시예에서의 압연방향으로의 그루브(90) 직경은 상기 범위로 제한한다.
본 발명에 따른 실시예에서는 폭방향으로의 상기 그루브(90)의 길이(BL)가 10~100㎛로 한정하는데, 만약 폭방향으로의 상기 그루브(90)의 길이(BL)가 10 ㎛이하인 경우에는 열처리 전 철손 개선효과가 나타나지 않으며, 100㎛ 이상인 경우에는 열처리 전 자속밀도와 철손 열화가 나타나므로 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 범위로 제한한다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 열처리 후의 철손 개선율을 10%이상 확보하기 위하여 레이저 조사선(20)의 간격(DS)을 압연방향으로 3~30 mm로 제한하는데, 이는 연속파 레이저 빔에 의한 열영향부(HAZ,Heat Affected Zone)의 영향을 최소화시켜 자구를 미세화함으로써 강판(10)의 철손을 개선하기 위함이다. 이에 더하여 본 발명에 따른 실시예에서는 연속파 레이저 조사시 용융부의 그루브(90) 깊이를 다르게 형성함과 동시에 용융에 의한 그루브(90)의 깊이를 30% 이상 깊게 형성시킴으로써 15mpm(m/min)이상인 경우와 같이 고속의 라인속도에서도 강판(10)의 자구미세화가 가능하다.
또한, 한 개의 폴리곤 스캐너 미러(60)로 깊이가 서로 다른 그루브(90)를 강판(10) 표면에 형성할 수 있기 때문에 강판(10)의 자속밀도 열화를 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전기강판(10)의 제조방법에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자구 미세화 장치 즉, 레이저 광학계의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔의 형상 및 모드이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에서는 전기강판(10)의 표면에 그루브(90)를 형성하기 위하여 표면에 조사되는 연속파 레이저의 형상을 구형 또는 타원형으로 할 수 있으며, 단일 모드(single mode)형상을 갖는다. 즉, 도 6의 (a), (b)는 구형 또는 타원형의 레이저 형상을 도시한 것이고, 도 6의 (c), (d)는 각각의 레이저의 가우시안 모드(Gaussian mode)를 나타낸 것으로 모두 단일 모드임을 알 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에서는 최종 절연피막 도포가 끝나고 건조 열처리하여 냉각된 강판(10) 또는 절연피막 전 강판(10)의 표면에 연속파 레이저 빔을 200Hz~8.5kHz로 조사하여 그루브(90)를 형성하는데, 만약 레이저 빔의 주파수가 200Hz 이내이거나 8.5KHz이상인 경우에는 동일한 레이저 출력, 조사거리, 라인속도에서 그루브(90) 깊이는 변화가 나타나지 않게 되므로 고속의 라인속도에는 적용할 수 없게 되므로 연속파 레이저 빔의 주파수는 200Hz~8.5kHz로 한정한다. 또한, 상기 주파수 범위 내의 레이저 빔을 조사해야 용융에 의한 그루브(90)의 형성이 가능하다.
전기강판(10)의 압연방향의 그루브(90) 직경(BW)은 10~70㎛ 또는 20~100㎛로 하는데, 이를 위하여 상기 전기강판(10)의 표면에 조사되는 레이저의 압연방향 폭은 60㎛ 이내로 한다. 또한, 강판(10)의 폭방향 그루브(90) 길이(BL)는 10㎛ 내지 100㎛로 하는데, 이를 위하여 상기 강판(10) 표면에 조사되는 레이저의 강판(10) 폭 방향 길이는, 상기 레이저의 형상이 구형인 경우에는 90㎛ 이내인 것을 사용하며, 상기 레이저의 형상이 타원형(oval)인 경우에는 150㎛ 이내인 것을 사용한다.
또한, 압연방향 조사거리(DS)가 3mm 내지 30mm가 되도록 하고, 연속파 레이저는 강판(10)의 폭방향에 대하여 3~6개로 구분되도록 조사하며, 제1 측면 또는 제2 측면(31, 33)에 형성되는 응고부(35)가 측면거리의 2% 이상을 점유하도록 연속파 레이저를 조사한다.
본 발명에 따른 실시예에서와 같이 그루브(90)의 깊이가 다른 전기강판(10)을 제조하기 위하여, 도 5에 도시된 자구 미세화 장치(레이저 광학계)를 이용한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자구 미세화 장치는 상기 표면에 조사하여 표면을 용융하기 위한 레이저를 발생시키는 한 쌍의 레이저 발생부(25, 26), 상기 한 쌍의 레이저 발생부(25, 26)로부터 각각 발생된 레이저 중 불필요한 레이저를 차단하여 스캐닝(scanning)하는 한 쌍의 스캐너 미러(30, 31), 상기 한 쌍의 스캐너 미러(30, 31)를 통과한 레이저를 각각 전반사시키는 한 쌍의 전반사 미러(40, 41), 상기 한 쌍의 전반사 미러(40, 41)를 경유하여 강판(10)에 입사되는 입사빔의 형상을 제어하는 한 쌍의 쉐이핑 미러(50, 51), 상기 한 쌍의 쉐이핑 미러(50, 51)를 경유한 레이저를 각각 반대방향으로 반사시키는 공유 폴리곤 스캐너 미러(60), 및 상기 강판(10)의 이동속도에 따라 강판(10)에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 초점 미러(80, 81)를 포함한다. 나아가, 레이저 조사에 의해 강판 표면이 용융시 발생되는 용융부산물을 제거하는 용융부산물 제거수단(85)을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 쉐이핑 미러(50, 51)는 곡률을 달리 하여 레이저가 구형(21) 또는 타원형(22)의 형상으로 변환되도록 하는 기능을 하고, 상기 공유 폴리곤 스캐너 미러(60)는 원형의 회전체 표면에 여러 개의 평면 거울을 부착시킨 다각기둥의 형상인데, 각 거울은 레이저 빔을 강판(10) 표면에 조사하고, 인접한 다른 거울이 미세한 시간차를 두고 입사하는 레이저 빔을 받아서 연속적으로 조사한다.
상기 공유 폴리곤 스캐너 미러(60)는 강판(10)의 이동속도에 따라 회전속도를 달리하는데, 상기 공유 폴리곤 스캐너 미러(60)에는 이를 회전시키는 모터(62)가 부착되어 있으며, 상기 모터(62)를 제어하는 제어부(64)가 상기 모터(62)에 연결된다. 상기 제어부(64)에 의해 상기 공유 폴리곤 스캐너 미러(60)의 회전속도가 제어됨으로써 그루브(90)의 조사거리(DS)가 조정될 수 있다.
상기 초점 미러(80, 81)는 상기 쉐이핑 미러(50, 51)에 의해 형상이 변환된 후 강판(10)에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하며, 상기 공유 폴리곤 스캐너 미러(60)와 상기 초점 미러(80, 81) 사이에는 불필요한 레이저의 조사를 방지하는 한 쌍의 빔 범퍼(beam bumper)(70, 71)를 더 포함한다. 상기 빔 범퍼(70, 71)는 전기강판(10)에 선상 그루브(90)를 형성할 수 있는 소정의 각(angle)을 갖는 레이저만 조사되도록 하고, 나머지는 블로킹(blocking)하여 강판(10)에 조사되지 못하도록 하는 기능을 한다.
또한, 강판(10)의 표면에 형성된 용융부산물을 비산시킴으로써 용융부산물이 제거된 그루브(90)가 형성되거나 그루브(90)의 제 1, 제 2 측면(31, 33)에 용융부산물이 응고된 응고부(35)가 형성될 수 있다. 용융부산물을 비산시키기 위하여 에어 등을 취입하거나 석션에 의해 상기 용융부산물을 제거하는 수단인 용융부산물 제거수단(85)이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에서는 상기의 자구 미세화 장치를 이용하여 깊이가 다른 그루브(90)가 형성된 전기강판(10)을 제조할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 실시예에서는 공유 폴리곤 스캐너 미러(60)를 사용함으로써 스캐너 한 개를 공유해서 레이저를 조사하기 때문에 두 개의 빔 형상을 만드는 미러의 개수를 최소화할 수 있다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면, 연속파 레이저에 의해 형성되는 레이저 조사선(20)은 폭방향으로 평행하게 형성되고, 상기 레이저 조사선(20)은 폭 방향에 대하여 3~6개의 구분된 선상으로 레이저를 조사할 수 있다.
상기 레이저는 레이저 발생부(25, 26)에서 스캐너 미러(30, 31), 전반사 미러(40, 41), 쉐이핑 미러(50, 51), 공유 폴리곤 스캐너 미러(60) 및 초점미러를 거쳐 강판(10) 표면에 빔을 조사한다. 레이저 조사시 강판(10) 표면에 형성되는 빔의 모양은 원형(21) 또는 타원(22) 형상을 나타내며 이를 위하여 곡률이 다른 쉐이핑 미러(50, 51)를 사용한다.
도 3은 연속파 레이저에 의해 형성된 그루브(90)의 깊이가 이원화된 형상을 나타내는데, 연속파 레이저에 의해 형성되는 그루브(90)는 하부와 측면에 용융에 따른 응고부(35)를 갖기도 하며, 응고부(35)를 나타내지 않기도 한다. 상기 그루브(90)간의 간격, 즉, 레이저 조사거리(DS)는 자구 미세화 장치의 공유 폴리곤 스캐너 미러(60)의 회전속도를 조절함으로써 조정 가능하다. 상기 공유 폴리곤 스캐너 미러(60)에 의해 상기 강판(10)의 전후에서 일정한 간격을 갖는 선상 그루브(90)가 형성되도록 한다. 예를 들면, 제1 및 제2 초점 미러(80, 81)를 통해서 각각 레이저 조사거리가 30mm가 되도록 조사하면, 하나의 전기강판(10)에는 레이저 조사거리가 15mm인 선상 그루브(90)가 형성될 수 있게 된다.
상기 레이저 조사에 의해 발생된 용융부산물은 용융부산물 제거수단(85)에 의해 제거된다.
하기 표 1은 본 발명의 연속파 레이저 조사에 의해 0.23mm 두께의 강판 표면에 형성된 그루브와 용융 및 재응고에 의한 방향성 전기강판의 철손 개선율의 변화를 나타내고 있다.
구 분 Line
Speed
(m/min)		 BW1 Bw2 DS1 DG/W2 DS2 레이저 조사전 SRA후 철손개선율 및 자속밀도열화율
㎛ mm 무차원 mm W17/50 %
B8 %
발명예 1
(CW Laser/500Hz)		 20 25 50 10 2.6 4 0.83 0.74 10.8
1.93 1.93 0.0
0.84 0.73 13.1
1.92 1.92 0.0
발명예 2
(CW Laser/8.5kHz)		 20 25 50 10 2.6 4 0.83 0.73 12.0
1.92 1.92 0.0
0.83 0.73 12.0
1.93 1.93 0.0
발명예 3
(CW Laser/7kHz)		 20 25 50 10 2.9 4 0.83 0.74 10.8
1.92 1.92 0.0
0.84 0.81 3.6
1.93 1.93 0.0
비교예
(Pulse Laser/
불연속 그루브)		 3 50 90 5 2.3 6 0.83 0.81 2.4
1.92 1.9 1.0
0.83 0.81 2.4
1.93 1.9 1.6
표 1에서 DS1은 레이저 조사간격이 큰 경우이고, DS2는 레이저 조사간격이 작은 경우이다. 본 발명에 따른 실시예에서는 라인속도 15mpm 이상의 속도에서 강판의 진행방향에 대하여 85~95°의 각도로 레이저 빔을 조사하여 강판(10) 표면에 그루브(90)의 깊이를 이원화하고, 하부폭(W2) 10㎛ 이내, 깊이 3~30 ㎛로 형성시킴으로써 열처리 후의 철손 개선율을 10% 이상 향상시킬 수 있었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

  1. 표면에 폭방향으로 형성된 선상 그루브가 압연 방향으로 다수 개 배열된 방향성 전기강판에 있어서,
    상기 그루브는 상기 전기강판 상에 상호 마주하는 제1 측면과 제2 측면을 가지도록 형성되며, 상기 그루브의 하부폭(W2)은 10㎛이내이고, 그루브 형성인자(DG/W2)가 0.3~2.8의 범위 내이며, 인접한 상기 선상 그루브의 깊이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
    단, 상기 DG는 상기 강판의 표면으로부터 바닥 중심까지의 수직거리, W2는 상기 그루브의 바닥 중앙에서 상기 제1, 제2 측면에 형성된 응고부까지의 강판의 폭방향 거리이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측면과 제2 측면 사이에는 그루브 형성과정에서 상기 강판의 용융부산물이 응고하여 형성되는 응고부가 제거되어 상기 제1, 제2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  3. 제2항에 있어서,
    그루브에서 선택되는 하나의 직경이 10~70㎛ 인 경우, 나머지 군에서 선택되는 다른 그루브의 직경은 20~100㎛인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  4. 제2항에 있어서,
    폭방향으로의 상기 그루브의 길이(BL)가 10~100㎛ 인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 측면 또는 제 2 측면에 형성된 응고부는,
    측면거리(C)의 2% 이상을 점유하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
    단, 상기 측면거리(C)는 강판의 용융이 일어나지 않은 표면부로부터 그루브 의 바닥 중앙까지의 직선거리 중 최단거리이다.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 전기강판은 2차 재결정을 위한 고온 소둔 및 장력코팅이 완료된 방향성 전기강판 또는 2차 재결정을 위한 고온 소둔이 완료되고 장력코팅이 이루어지기 전의 전기강판인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 응고부는 바닥면으로 갈수록 두께가 감소하며, 상기 강판의 표면부로 갈수록 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판.
  10. 전기강판에 장력코팅을 실시하기 전 또는 후에 상기 전기강판 표면에 주파수 범위 200Hz~8.5kHz의 레이저를 조사하여 깊이가 서로 다른 선상 그루브(linear groove)를 폭방향으로 형성하는 단계; 및
    상기 선상 그루브가 형성된 전기강판을 응력제거 열처리하는 단계;
    를 포함하는 방향성 전기강판 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 단계는, 상기 제1, 제2 측면 또는 바닥면상에 형성되는 상기 전기강판의 용융부산물을 에어 블로잉(air blowing) 또는 석션(suction)하여 제거함으로써 상기 제1, 제2 측면 및 바닥면 중 적어도 일면이 노출되도록 하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 강판의 표면에 조사되는 레이저의 형상은 구형 또는 타원형(oval)인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 레이저의 압연방향의 폭은 60㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 강판 표면에 조사되는 레이저의 강판 폭 방향 길이는,
    상기 레이저의 형상이 구형인 경우, 90㎛ 이내이며,
    상기 레이저의 형상이 타원형(oval)인 경우, 150㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 레이저의 압연방향으로의 조사거리(DS)는 3mm 내지 30mm 인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  16. 삭제
  17. 제10항에 있어서,
    상기 전기강판의 라인 속도가 15m/min 이상인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판 제조방법.
  18. 강판에 조사하여 표면을 용융시키기 위한 레이저를 발생시키는 한 쌍의 레이저 발생부;
    상기 한 쌍의 레이저 발생부로부터 출사된 레이저를 각각 스캐닝하는 한 쌍의 스캐너 미러;
    상기 한 쌍의 스캐너 미러를 통과한 레이저를 각각 전반사시키는 한 쌍의 전반사 미러;
    상기 한 쌍의 전반사 미러를 경유하여 강판에 입사되는 입사빔의 형상을 제어하는 한 쌍의 쉐이핑 미러;
    상기 한 쌍의 쉐이핑 미러를 경유한 레이저를 각각 반대방향으로 반사시키는 공유 폴리곤 스캐너 미러; 및
    상기 강판의 이동속도에 따라 강판에 입사되는 입사빔의 초점거리를 조절하는 초점 미러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기강판의 자구 미세화 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 한 쌍의 쉐이핑 미러는,
    곡률이 서로 다른 것을 특징으로 하는 전기강판의 자구 미세화 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 공유 폴리곤 스캐너 미러에 부착되어 상기 강판의 이동속도에 따라 상기 공유 폴리곤 스캐너 미러의 회전속도를 다르게 제어하는 모터 및 이를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기강판의 자구 미세화 장치.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 공유 폴리곤 스캐너 미러와 상기 초점 미러 사이에는 선상 그루브를 형성할 수 있는 각(angle)을 갖는 레이저만 조사되도록하는 빔 범퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기강판의 자구 미세화 장치.
  22. 제18항 내지 제20항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    레이저 조사에 의해 강판 표면이 용융시 발생되는 용융부산물을 제거하는 용융부산물 제거수단; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기강판의 자구 미세화 장치.
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