【발명의 명칭】

방향성 전기강판 및 그 제조방법

【기술분야】

<ι> 방향성 전기강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

【배경기술】

<2> 방향성 전기강판은 변압기 등의 전기기기의 철심재료로 사용되며 전기기기의 전력손실을 줄이고 효율을 향상하기 위해 철손이 낮고 자속밀도가 높은 자기적 특 성을 지닌 강판이 요구된다.

<3> 일반적으로 방향성 전기강판은 열간압연， 냉간압연과 소둔공정을 통해 압연 방향에 대하여 { 110}<001> 방위로 배향된 집합조직 (Goss Texture)을 갖고 있는 재 료를 말한다.

<4> 이러한 방향성 전기강판에 있어서 { 110}<001> 방위는 철의 자화용이축 방향 으로 배향된 정도가 높을수록 자기적 특성이 우수하다.

<5> 방향성 전기강판을 제조하는 공정은 먼저 전기강판에 필요한 조성을 갖는 철 강소재를 슬라브 (s l ab)로 제조하고, 이러한 슬라브를 가열한 다음 열간압연을 실시 하여 열연강판으로 제조한다. 그 다음 이러한 열연강판을 필요에 따라 열연판소둔 을 선택적으로 실시하고 난 다음 일희 또는 필요에 따라 수회의 넁간압연을 실시하 여 필요한 두께를 갖는 냉연강판을 제조한다. 제조된 냉연강판은 탈탄소둔과 선택 적으로 질화처리를 한 다음 소둔분리제를 도포한 상태에서 고온소둔 (최종소둔 또는 2차 재결정 소둔이라고도 한다. )을 실시한다.

=δ> 이와 같이 고온소둔을 실시하고 난 다음 선택적으로 평탄화소둔을 실시하여 강판의 형상을 교정한다. 그리고 이러한 평탄화 소둔 이전 또는 이후에 강판에 장 력을 부여하기 위하여 필요에 따라 장력코팅을 실시한다. 이러한 장력코팅은 무기 질의 코팅액이나, 유기—무기 복합 코팅액을 강판의 표면에 도포하여 베이킹 (Baki ng)처리를 하게 되면 강판의 표면에 얇은 절연피막이 형성되어 절연코팅이라 고도 한다.

7> 한편， 방향성 전기강판에 자기적 특성을 향상시키기 위한 목적으로 자구의 폭을 감소시키는 자구미세화를 실시한다 .

8> 자구미세화 방법은 전기강판의 표면에 물리적인 수단으로 선형의 홈 ( l inear groove)을 형성한다. 이러한 그루부 (groove)를 형성하는 물리적인 수단으로는 에칭 법이나 롤 법등이 있으나 레이저를 조사하는 방법이 선호되고 있다.

9> 이러한 자구미세화 방법은 응력제거 소둔후에도 자구미세화 개선효과 유지 유, 무에 따라 일시자구미세화와 영구자구미세화로 구분할 수 있다. 레이저 조사에 의하여 그루브를 형성하는 영구 자구 미세화 방법은 전기강판 을 제조하는 공정의 중간 단계 또는 후 단계에서 실시할 수 있다. 즉， 최종 냉간압 연을 실시한 다음 탈탄 소둔 이전이나 그 이후, 또는 고은소둔 이전이나 그 이후 또는 평탄화 소둔 이전이나 그 이후에 그루브를 형성할 수 있다.

레이저에 의한 영구 자구미세화 방법은 고출력의 레이저를 고속으로 이동하 는 전기강판 표면부에 조사하고 레이저 조사에 의해 기지부의 용융을 수반하는 그 루브 (groove) 를 형성시키는 방법을 사용한다. 이 때 사용되는 레이저로는 Q- Swi tch 혹은 펼스레이저 그리고 연속파 레이저가 있다.

이와 같이 레이저를 사용하여 영구 자구미세화를 실시할 경우, 레이저 빔을 전기강판상에 조사할 때， 레이저 빔에 의하여 강판의 표면이 용융올 동반하면서 그 루브가 형성된다.

따라서 레이저를 이용한 영구 자구미세화 방법은 용융을 수반한 깊은 그루부 를 형성하기 때문에 그투브 형성시 레이저 에너지밀도를 최소화하는 것이 필요하 다. 즉， 그루브 형성에 필요한 레이저 에너지밀도를 최소화함으로써 보다 낮은 레 이저 출력으로 고속으로 선형의 그루브를 형성시킬 수 있다.

또한 그루부 형성 시 그루부의 내부에 부분 또는 전면으로 용융합금층이 잔 류할 경우， 그루부 부근의 열영향이 크기 때문에 강판 표면에서 레이저가 조사된 부분에서 자속밀도 열화가 크게 나타나는 단점이 있다.

【발명의 상세한 설명】

【기술적 과제】

본 발명의 일 실시예는 비교적 낮은 에너지밀도로 선형의 그루브가 형성되고 레이저 조사 이 후에도 철손 개선 특성이 우수한 방향성 전기강판을 제공하는 것이 다.

본 발명의 또 다른 실시예는 비교적 낮은 에너지밀도로 그루브를 형성시킬 수 있고, 레이저 조사 이 후에도 철손 개선 특성이 우수하며 고속으로 레이저를 주 사하여 선형의 그루브를 형성시킬 수 있는 방향성 전기강판의 제조방법을 제공하는 것이다.

【기술적 해결방법】

본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판은， 표면에 그루브가 형성된 방 향성 전기강판에 있어서， 상기 그루브는， 상기 전기강판의 표면에 비금속 산화물층 이 피복된 상태에서 형성되며 . 상기 그루브는 그루브의 폭 (Wb)과 깊이 (Db)의 비가 3.4: 1 내지 1.5 : 1로 폭이 좁고 깊이가 깊게 형성된 것일 수 있다. <i8> 상기 그루브는 그루브의 폭 (Wb)과 깊이 (Db)의 비가 3.2 : 1 내지 2 : 1로 폭이 좁고 깊이가 깊게 형성된 것을 포함한다.

< 19 상기 그루브 바닥의 깊이가 최대가 되는 지점에서의 곡률반경 (RBb)과， 상기 그루브 깊이가 최대가 되는 지점에서부터 그루브 깊이 (Db)의 1/4 지점까지의 그루 브 표면에서 곡률반경 (RSb)의 수직 접선부롤 상호 연결한 접선부의 변곡점 (Xb)은 상기 그루브 깊이의 1/2지점 ( 1/2 Da)보다 하부에 형성된 것 일 수 있다.

20> 상기 그루브는， 상기 그루브의 깊이가 최대가 되는 지점에서의 곡률반경

(RBb)이 0.2JM 내지 lOO^m 일 수 있다.

：21> 상기 비금속 산화물층은 Mg ₂ Si¾ , MgAl ₂ 0 ₄ , MnO, Mn 또는 Mn ₂ Si0 ₄ 증의 어느 하나 또는 어느 하나 이상이 복합적으로 형성된 것일 수 있다.

22> 상기 비금속 산화물층은 상기 전기강판의 표면에 1~20/迎 두께로 형성된 것일 수 있다. 이러한 비금속 산화물층의 두께는 l~5 가 바람직하다.

> 상기 그루브 깊이가 최대가 되는 지점에서부터 그루브의 깊이 (D)의 1/4 지점 까지의 그루브 표면에서의 곡률반경 ( )이 4//m 내지 130 일 수 있다.

24> 상기 그루브의 하부에는 소지강판의 재결정이 존재할 수 있다 .

15> 상기 그루브의 깊이 (Db)는 전기강판의 두께의 3% 내지 8% 일 수 있다.

16> 상기 그루브의 상부폭 (Wb)은 10 ffli 내지 50 일 수 있다.

!7> 상기 그루브는 선형으로 형성되고 상기 선형의 그루브는 전기강판의 압연방 향에 대하여 82 ^° 내지 98 ^° 일 수 있다 (90 ^° 를 포함하지 않는다) .

> 본 발명의 또 다른 일 구현례에 의한 방향성 전기강판의 제조방법은, 냉간압 연한 전기강판을 탈탄소둔 이후에 소둔분리제를 도포하고 고은소둔에 의하여 2차 재결정을 형성하여 상기 전기강판의 표면에 비금속 산화물층을 형성하는 단계; 와 9> 상기 비금속 산화물층이 형성된 전기강판의 표면에 그루브를 형성하되， o> 상기 그루브의 폭 (Wb)과 깊이 (Db)의 비가 3.4 : 1 내지 1. 5 : 1로 폭이 좁고 깊 이가 깊게 형성되도록 그루브를 형성하는 단계를 포함한다.

ᅵ> 상기 그루브 형성단계는, 가우시안 (Gauss i an) 에너지 분포를 갖고 TEM ₀₀ 모 드이며, 빔 품질 팩터 ( factor )인 M ² 가 1.0 ~ 1. 1인 연속파 레이저를 이용하여 그루 브를 형성하는 것일 수 있다.

：> 상기 연속파 레이저는 파장이 1.06 1.08 범위이고 , 출력은 0.5 - 5 kW 이고, 에너지 밀도는 0.5 2.0 J /m' 일 수 있다.

> 상기 연속파 레이저는 Nd:YAG 레이저나 파이버 레이저 증 어느 하나 일 수 있다.

<34> 상기 레이저는 아래 식 1 범위의 에너지 밀도를 갖는 것 일 수 있다.

<35> 0.010 \( ^l m/s <P ^" 'xV < 0.080 w ^" m/s —— (1)

<36> (여기서， P는 레이저의 출력 (W), V는 레이저 주사속도 (m/s) 이다. )

d?> 상기 그루브를 형성하는 단계에서, 상기 그루브의 폭 Vb)과 깊이 (Db)의 비가

3.2:1 내지 2: 1이 되도록 상기 그루브를 형성하는 것 일 수 있다.

：38> 상기 그루브를 형성하는 단계에서, 상기 그루브 바닥의 깊이가 최대가 되는 지점에서의 곡률반경 ( Bb)과， 상기 그루브 깊이가 최대가 되는 지점에서부터 그루 브 깊이 (Db)의 1/4 지점까지의 그루브 표면에서 곡률반경 (RSb)의 수직 접선부를 상 호 연결한 접선부의 변곡점 (Xb)이 상기 그루브 깊이의 1/2지점 (1/2 Da)보다 하부에 형성 되도록 상기 그루브를 형성하는 것 일 수 있다.

39> 상기 그루브를 형성하는 ^계에서, 상기 그루브의 깊이가 최대가 되는 지점 에서의 곡률반경 (RBb)이 내지 100//1I1 이 되도록 상기 그루브롤 형성하는 것 일 수 있다.

0> 상기 비금속 산화물층은 Mg ₂ Si0 ₄ , MgAl ₂ 0 ₄ , MnO, Mn 또는 Mn ₂ Si0 ₄ 중의 어느 하나 또는 어느 하나 이상이 복합적으로 형성된 것일 수 있다.

n> 상기 비금속 산화물충은 1 2 ΛΠ 두께로 형성하는 것 일 수 있다. 이러한 비 금속 산화물충의 두께는 l~ ffli가 바람직하다.

12> 상기 비금속 산화물충의 상부에 절연코팅층을 더욱 형성시킬 수 있다.

13> 상기 그루브가 형성된 상기 전기강판을 열처리하여 상기 그루브의 하부에 소 지강판의 재결정을 더욱 형성시킬 수 있다.

4> 상기 재결정을 형성시키 방법은 껄연코 ¾충을 형성하는 열처리 또는 옹력완 화소둔 중 어느 하나일 수 있다.

5> 상기 그루브를 형성하는 단계에서 형성되는 그루브의 깊이 (Db)는 전기강판 두께의 3% 내지 8% 일 수 있다.

6> 상기 그루브를 형성하는 단계에서 형성되는 그루브의 상부폭 (Wb)은 l im 내 지 50 일 수 있다.

7> 상기 그루브를 형성하는 단계에서 형성되는 선형의 그루브와 전기강판의 압 연방향이 이루는 각도는 82° 내지 98° 일 수 있다 (90 ^° 를 포함하지 않는다).

^ 상기 그루브를 형성하는 단계에서 강판의 폭 방향으로 (10 ) 내지 (30)^1(1 이고， 강판의 압연 방향으로 (5)/an 내지 (20) 인 레이저 범을 강판에 조사하여 1 차 그루브를 형성한 후, 상기 1차 그루부 상에 강판의 폭 방향으로 (35) 내지 (80)卿 이고， 강판의 압연 방향으로 (25) 내지 (50) 인 레이저 범을 상기 1차 그루브에 조사하여 2차 그루브를 더욱 형성하는 것 일 수 있다.

【발명의 효파】

^9> 본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 따르면 고속으로 진행하는 강판의 표면에 상대적으로 폭이 좁고 깊이가 깊은 그루브를 형성할 수 있 다.

50> 또한， 본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 따르면 , 2 차 재결정 이후에 강판의 표면에 형성된 비금속 산화물층에 의하여 비교적 낮은 에 너지 밀도로 레이저 조사에 의한 자구미세화를 실시할 수 있다.

51> 또한, 본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판의 제조방법에 따르면， 레이저 조사의 의하여 폭이 좁고 깊이가 깊은 그루브를 형성시킬 수 있고 레이저 조사 이후에도 3¾ 이상의 철손의 개선 특성을 확보할 수 있다.

52> 그리고 본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판의 제조 방법에 따르면， 고속으로 레이저를 주사하여 전기강판의 표면에 그루브를 형성시킬 수 있다.

【도면의 간단한 설명】

3> 도 1은 본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판에 그루부가 형성된 단 면을 나타낸 사진이다.

4> 도 2는 본 발명의 일 구현례의 의한 방향성 전기강판에 형성된 그루부의 단 면을 나타내는 모식도이다.

5> 도 3 은 본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판에 형성된 그루브의 단 면을 나타낸 도면이다

【발명의 실시를 위한 형태】

1> 본 발명의 이점 및 톡징， 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술도ᅵ어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나， 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형 태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하 게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이 다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소 - 지칭한다.

> 따라서 , 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되 는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. .다른 정의가 없다면 본 명세 서에서 사용되는 모든 용어 (기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언 급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

본 발명의 일 실시예는 레이저를 이용하여 강판 두께의 3¾~8% 이내의 깊이로 강판의 표면에 홈을 형성시키는 경우, 레이저 흡수율이 높은 비금속 산화물층 또는 비금속 산화물층 상부에 절연코팅이 된 강판 표면에 레이저를 조사함으로써 비교적 낮은 에너지밀도로 홈을 형성시킬 수 있고 레이저 조사 이후에도 철손개선 특성을 갖고 고속으로 레이저를 주사하여 그루브롤 형성시킬 수 있는 영구 자구미세화 기 술이다.

이와 같은 방법으로 강판의 표면에 그루부를 형성할 경우 그루부의 측부나 하부에는 용융합금층이 형성되지 않고 그루부 상부 좌우측의 강판의 표면에는 일부 용융합금충이 잔류할 수는 있다.

이와 같이 비금속 산화물층이 형성된 강판 표면에 레이저를 조사하여 그루브 의 하부 및 측부에 용융합금층을 형성시키지 않음으로써 강판의 길이 및 폭 방향으 로 열처리 전후의 철손이 개선된 특성을 유지시키기 위한 조건은 다음과 같다. 먼저， 강판의 표면에 비금속 산화물층을 형성하여야 한다. 이러한 비금속 산 화물층은 방향성 전기강판의 제조 공정 증 소둔분리제를 도포한 다음 고온소둔하여 2차 재결정을 완료한 이후 강판의 표면에 형성된다.

고은소둔 이후에 강판의 표면에 형성되는 비금속 산화물충은 Mg ₂ Si0 ₄ ,

MgA l,0 _{4 >} MnO , Mn0 ₂ 또는 Mn ₂ S i 04 증의 어느 하나 또는 어느 하나 이상이 복합적으로 형성될 수 있다.

이와 같이 강판의 표면에 비금속 산화물층이 형성되면 레이저 조사시 레이저 흡수율이 비금속 산화물층이 형성되지 않은 강판보다 30% 이상 증가하여 상대적으 로 낮은 에너지 밀도로도 그루브를 형성할 수 있게 되어 높은 주사속도로 선형의 그루브를 형성할 수 있게 된다.

따라서 비금속 산화물층이 형성된 강판은 비금속 산화물층이 형성되지 않은 강판에 비하여 그루브 형성에 필요한 레이저 출력은 20% 이상 감소하여 철손을 개 선하는데 효율이 높다.

또한 강판의 표면에 비금속 산화물충이 형성될 경우 이러한 비금속 산화물층 이 강판 표면과 물리 화학적으로 견고한 결합을 이투고 있어서 레이저 조사에 의한 열층격에도 쉽게 파괴되지 않는다. =66> 이러한 레이저 흡수율이 높은 비금속 산화물층은 강판의 표면에 1~20卿 두께 로 형성하는 것이 바람직하다. 비금속 산화물층의 두께가 1 이하일 경우 레이저 흡수율의 증가 효과가 낮고 레이저 조사시 비금속 산화물층이 열충격에 의해 파괴 될 수 있으며， 20 이상일 경우 비금속 산화물층을 형성시키기 위한 공정 조건을 제어하기 곤란하고 그투브 형성을 위한 레이저 출력이 높아 지는 단점이 있다. 보 다 바람직하게， 강판의 표면에 형성되는 비금속 산화물층의 두께는 이다.

67> 다음， 비금속 산화물충이 형성된 강판의 표면에 조사되는 레이저 특성이 최 적화 되어야 한다.

6X> 비금속 산화물층이 형성된 강판의 표면에 조사되는 레이저 특성은 최종 레이 저 빔의 에너지 분포가 가우시안 (Gaussian) 에너지 분포를 갖고 있어야 한다. 에너 지 분포가 가우시안 에너지 분포를 갖고 있다면 레이저의 발진방식이나 최종 범의 형상에 비교적 무관하지만， 연속파 레이저나 익스텐디드 펄스〔& (tended Plus) 레이 저가 바람직하다.

'、 ⁹ > 또한 가우시안 에너지 분포를 갖는 레이저는 싱글모드의 광축 증심에서 최대 강도를 가지는 TEM 00 모드가 바람직하다. 그리고 레이저 범의 모드를 나타내는 빔 품질 팩터 (factor)인 M ² 는 1.0 - 1.1이 바람직하다. 즉 가우시안 에너지 분포를 갖 는 레이저는 TEM 00 모드의 M ² 이 1.0 - 1.1인 레이저 빔을 사용하는 것이 바람직하 다.

o> 자구미세화에 사용되는 레이저는 파장이 1.06-1.08 파장 범위의 레이저가 바 람직하다. 따라서 이 파장 범위의 레이저라면 어떠한 레이저라도 가능하며 Nd:YAG 레이저나 파이버 레이저를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

|> 이 때 사용되는 레이저의 출력은 0.5 -- 5 kW, 레이저의 에너지 밀도는

0.5-2.0 J/mrf 이 바람직하다. 레이저 출력과 에너지 밀도의 하한점 이하와 상한점 이상에서는 절손개선을 위한 적절한 그루부가 형성되지 않는다.

2> 그리고 강판에 조사되는 레이저 빔의 최종 형태는 타원형이 바람직하며， 타 원형 빔의 압연방향 폭은 0.005~0.1隱 이 바람직하며 강판 폭방향의 빔의 길이는 0.01-0.2mm 가 바람직하다.

3> 또한 조사된 레이저 빔이 강판에 투입되는 에너지 밀도는 레이저 평균출력

(P: W=j/s)과 주사 속도 (scan speed: V = m/s)로 나타낼 수 있으며 아래 식 1의 범 위가 바람직하다.

t> 0.010 W^m/s <P ^" 'xV < 0.080 W m/s —— (1) <75> (여기서， P는 레이저의 출력 (W), V는 레이저 주사속도 (ra/s) 이다. )

<76> 여기서 레이저의 에너지 밀도 ᅳ 식 1과 같이 한정한 이유는, 0.010W ^"L m/s 미만 인 경우에는 레이저에 의한 그루브 형성시 그투브에 열영향이 증가함으로써 철손특 성이 저하되는 문제점이 있으며， 0.080¥ΛιΛ3 초과인 경우 표면에 형성되는 그투브 가 열처리후 철손을 개선할 정도의 깊이를 형성하지 못하는 문제점이 생길 수 있기 때문이다.

'η> 이상과 같이 비금속 산화물층이 형성된 강판의 표면에 위에서 설명한 특성을 갖는 레이저를 고속으로 조사할 경우 도 1과 같은 형태의 그루브가 강판의 표면에 형성된다.

> 도 1은 본 발명의 일 구현례에 따른 방향성 전기강판에 그루부가 형성된 단 면 사진을 나타내고 있으며， 도 2는 방향성 전기강판에 형성된 그투부의 단면을 모 식도로 나타낸.것이다.

?9> 도 1과 도 2에서 (Α) 는 방향성 전기강판의 제조공정에서 냉간압연 공정까지 완료하여 두께 0.23画 인 전기강판에 광물유만 도포한 상태에서 아래의 조건을 레 이저를 조사한 강판의 단면 사진이고， 도 1과 도 2에서 (Β)는 (Α)와 동일한 조건으 로 넁연강판을 제조한 다음 MgO를 주성분으로 한 소둔분리제를 도포하고 2차 재결 정 소둔을 수행한 다음 콜로이달 실리카 및 금속인산염을 포함하는 절연 코팅액을 도포하는 공정을 더 수행한 전기강판에 아래의 조건으로 레이저를 조사한 강판의 단면사진이다.

o> 도 1에서 레이저 조사 조건은 1.07 파장의 연속파 파이버 레이저를 사용 하였고 이때 강판에 조사되는 파이버 레이저의 범은 TEMoo 모드이고 M ² 값이 1.07인

^' 가우시안 형태의 타원형 빔의 특성을 갖도록 제어하였다. 여기서 타원형 빔의 크기 는 압연방향으로 15 이고 강판의 폭방향으로 40卿이었으며 , 레이저의 출력은 0.9 k 이고 레이저의 에너지 밀도는 1,13 J/tnnf 이었고, 레이저 조사 간격은 2.5 mm 이 었다.

ι> 도 1에서 사용한 전기강판은 중량¾로 0: 0.0050%, Si : 3.1%, C: 0.05%, A1:

0.03%, Mn: 0.07%, N: 0.003 %, S: 0.005%, 및 P: 0.02% 를 포함하고 잔부는 Fe 및 기타 불가피하게 흔입된 불순물이 포함되어 있는 전기강판이다.

> 도 1에서 동일한 레이저 조사 조건으로 강판의 표면에 그루브를 형성하였으 나 냉간압연후의 강판 (A)에 형성된 그루브는 폭이 45an이고 깊이가 12.9 인 반 면， Mg ₂ SiO+의 비금속 산화물충이 형성된 강판 (B)에 형성된 그루브는 폭이 30 이고 깊이가 18.2μπι이었다. 여기서 그루브의 폭이라는 것은 도 2에서와 갈이 강판의 단 면에서 보아서 강판에 형성된 그루브 입구의 폭 (Wa , Wb) , 즉 강판 표면에서의 그루 브 최대의 폭을 의미한다.

이와 같이 동일한 레이저 조사 조건으로 그루브를 형성하더라도 냉간압연후 의 강판 (/ 에 형성된 그루브는 그 폭이 비금속 산화물충이 형성된 강판 (B)보다 크 고， 반대로 냉간압연후의 강판 (A)에 형성된 그루브의 깊이는 비금속 산화물충이 형 성된 강판 (B)보다 깊지 않았다. 이와 같은 결과는 비금속 산화물층이 형성된 강판 (B)의 경우 강판 표면에 형성된 비금속 산화물 층이 레이저의 에너지를 보다 잘 흡 수 (냉연강판의 경우 레이저 에너지 흡수율은 약 20%이고 비금속 산화불층이 형성된 강판의 경우 레이저 에너지 흡수율은 약 40%에 달한다. )하여 비금속 산화물층이 형 성된 강판 (B)의 경우 레이저 조사에 의하여 보다 폭이 좁고 깊이가 깊은 그루브가 형성되기 때문이다.

이러한 결과는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 즉， 냉간압연후의 강판 (A )에 형성된 그루브의 폭을 Wa라고하고 깊이를 Da라고 하며, 비금속 산화물층이 형성된 강판 (B)의 그루부의 폭을 ffb라고 하고 깊이를 Db라고 할 때 이들의 관계식 은 아래 식 2로 표현될 수 있다.

Wa > Wb 이고 Da < Db—— (2)

그리고 전기강판의 두께를 0.3隱， 0.27睡 그리고 0.23麵에 대하여 추가로 동 일조건에서 실험한 결과, 냉간압연후의 강판 (A)에 형성된 그루브의 폭 (Wa)과 깊이 (Da )의 비는 5 : 1 이었으몌 레이저 조사 조건을 변화하여 깊이가 좀 더 깊어 지더 라도 최대 3.5 ： 1 정도인 것을 ^' 확인하였다.

그러나 동일한 전기강판의 두께들을 갖는 비금속 산화물층이 형성된 강판 (B) 에 대하여 실험한 결과, 그루브의 폭 (Wb)과 깊이 (Db )의 비는 3.4 : 1 내지 1.5: 1 정 도로 강판에 형성된 그루브는 폭이 상대적으로 좁고 깊이는 보다 깊게 형성되었다. 그러므로 비금속 산화물층이 형성된 강판 (B)의 그루브의 폭 (Wb)과 깊이 (Db) 의 비는 3.4: 1 내지 1.5 : 1 이 바람직하며, 3 .2 : 1 내지 2 : 1이 더욱 바람직하다. 상 기 비금속 산화물층이 형성되어 있는 강판에 그루브를 형성시킬 경우 비교적 낮은 에너지 밀도로 그루브를 형성시킬 수 있으며 그루브의 폭과 홈 깊이비는 3.4: 1 내 지 1.5 : 1로 나타남으로써 레이저 조사 이후에도 철손의 기]선 특성이 높으며, 고속 으로 레이저를 주사하여 전기강판의 표면에 그루브를 형성시킬 수 있다.

또한 동일한 레이저 조사 조건에서 강판의 표면에 그루브를 형성한 결과 냉 간압연후의 강판 (A)어 1 형성된 그루브와 비금속 산화물층이 형성된 강판 (B)에 형성 된 그루브간에 형상의 차이점이 있었다. ： 0> 즉, 넁간압연후의 강판 (A )에 형성된 그루브와 비금속 산화물층이 형성된 강 판 ( B )에 형성된 그루브는 동일하게 그루브의 바닥과 표면부가 등글게 형성되어 있 다. 이와 같이 강판에 형성된 그루브의 바닥과 표면부가 등글게 형성되는 것은 가 우시안 형태의 레이저 빔을 사용하였을 때 이러한 빔 형태의 특성에 따라 형성된 열 분포도에 기인한 것으로 본다.

이 때 그루브 바닥의 깊이가 최대가 되는 지점에서 등근 부분의 곡를반경을 ( B _{βο1 10} ,,,)라고 하고 그루브 깊이가 최대가 되는 지점에서부터 그루브 깊이 (D)의 1/4 지점까지의 그루브 표면에서 곡률반경을 (RS _surface )라고 할 때, 넁간압연후의 강판

(A)에 형성된 그루브의 바닥 곡률반경을 RBa라고 하고 표면부분의 곡률반경을 RSa 라고 하며, 비금속 산화물층이 형성된 강판 (B)에 형성된 그루브도 동일하게 RBb와 RSb라고 명명한다 . 그리고 두 개의 곡률반경의 수직 접선부를 상호 연결하였을 때 이들 접선부가 만나는 지점에서 변곡점 ( Xa . Xb)이 형성된다. 이러한 변곡점 (Xa , Xb )은 두 개의 수직 ¾선부를 연결하는 선분의 1/2 지점에서 형성된다.

n> 도 2에서 나타나 있듯이 넁간압연후의 강판 (A)에 형성된 그루브의 .변곡점

(Xa )은 형성된 그루브 깊이의 1/2지점 ( 1/2 Da)보다 상부에 형성되어 있는 반면 , 비 금속 산화물층이 형성된 강판 ( B)에 형성된 그루브의 변곡점 (Xb )은 형성된 그루브 깊이의 1/2지점 ( 1/2 Da)보다 하부에 형성되어 있다.

π> 따라서 전기강판의 자구미세화 공정에서 2차 재결정이 완료된 이후 전기강판 을 레이저에 의해 자구를 미세화 할 경우 형성된 그루브는 변곡점 ( )을 그루브 깊 이의 1/2지점 ( 1/2 Da)보다 하부에 형성되도록 공정 조건을 제어하는 것이 바람직하 다.

'4> 한편， 도 3 은 본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판에 형성된 그루 브의 단면을 나타낸 도면이다.

5> 도 3 을 참고하면 , 본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판은， 강판 (B) 의 표면에 Mg ₂ Si0 ₄ 등과 같은 비금속 산화물층 (20)이 형성되어 있고, 자구 미세화 처리에 의하여 강판의 표면에 그루브가 형성되어 있다. 이러한 비금속 산화물층

(20) 상부에 절연 코팅층이 선택적으로 형성될 수도 있다.

6> 강판에 형성된 상대적으로 폭이 좁고 깊이가 깊은 그루브는, 그루브의 깊이 가 최대가 되는 지점에서의 곡률반경 (RBb)이 0. m 내지 100/观 일 수 있다. 보다 구체적으로는 0. ¾zm 내지 일 수 있다.

7> 그루브의 깊이가 최대가 되는 지점 (Db의 아래 꼭지점)에서의 곡률반경 (RBb) 이 0. im 미만인 경우 그루브 내부에 소지강판의 용융물이 잔류하게 되어 절연코팅 후 전기절연 특성을 확보하기 어려우며， 100 초과인 경우 철손 개선율이 저하될 수 있다.

； 8> 그루브 깊이가 최대가 되는 지점에서부터 그루브의 깊이 (Db)의 1/4 지점까지 의 그루브 표면에서 곡률반경 (RSb)이 ½m 내지 130 인 것을 포함한다. 여기서, 그루브의 깊이 (Db)는 강판 표면의 그투브가 형성되지 않은 부분에서부터 그루브의 깊이가 최대가 되는 지점까지의 거리를 의미한다.

99> 또한, 그투브 깊이가 최대가 되는 지점에서부터 그루브의 깊이 (Db)의 1/4 지 점까지의 그루브 표면에서 곡를반경 (RSb)이 4 미만인 경우 그루브 내부에 소지강 판의 용융물이 잔류하게 되어 절연코팅 후 전기절연 특성을 확보하기 어려우며 130 초과인 경우 철손 개선율이 저하될 수 있다. 그러나 레이저 조사에 의하여 형성 되는 용융물은 도 3의 부호 40으로 나타낸 것과 같이, 그루부 상부의 외측 표면에 응고되어 잔류할 수는 있다.

)0> 상기 그루브의 깊이 (Db)는 전기강관의 두께의 3% 내지 8% 일 수 있다. 보다 구체적으로는 4¾ 내지 8% 일 수 있다. 3% 미만인 경우 철손 개선을 위한 적정 깊이 의 그루브가 형성되지 않으며. 8%를 초과하는 경우 열영향부가 증가하여 고스 집합 조직 (Goss Texture)의 성장에 악영향을 미칠 수 있다 .

ι> 또한, 상기 그루브의 상부폭 (Wb)은 1으 내지 50 일 수 있다. 10 미만인 경우 철손 개선을 위한 적정 폭이 유지되지 않으며 , 50 초과인 경우 열영향부가 증가하여 자성이 저하될 수 있다.

2> 또한, 도 3을 참고하면， 그루브의 하부에는 열영향에 의하여 소지강판의 재 결정 (30)이 형성되어 있을 수 있다. 이와 같이 전기강판은 열처리 후에 재결정 (30) 이 형성되면 폭이 좁은 자구로 인하여 철손 개선특성을 나타내게 된다. 이러한 재 결정 (30)은 그루브의 하부에 불 연속적으로 형성될 수도 있고， 연속적으로도 형성 될 수도 있다.

> 그루브의 하부에 재결정 (30)을 형성하는 방법은 레이저 조사에 의하여 그루 브롤 형성한 다음 강판을 열처리하여 형성할 수 있다. 이러한 열처리 방법으로는 절연코팅후 열처리 (Heat treatment )하거나 웅력완화소둔을 실시하는 방법이 있다.

> 또한, 상기 그루브는 전기강판의 압연방향에 대하여 82 ^° 내지 98° 로 형성 될 수 있다. 그루브를 90° 를 포함하지 않는 사선형으로 형성함으로써， 반자장을 약화시켜 자성을 향상시킬 수 있다.

-' 이하 앞서 설명한 방향성 전기강판을 제조하기 위한 본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판의 제조방법을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판의 제조방법은, 2차 재결정 소 둔에 의하여 강판의 표면에 비금속 산화물충이 형성된 이후 강판의 표면에 레이저 를 조사하여 강판의 표면에 그루브를 형성하는 단계를 포함한다.

일반적으로 방향성 전기강판의 제조공정은 Si 3중량 ¾ 인 슬라브 (slab)를 열 간압연 및 열연판소둔， 냉간압연, 탈탄소둔 (1차 재결정소둔)， 고온소둔 (2차 재결정 소둔), 평탄화소둔, 절연코팅 순서로 이루어진다.

레이저 조사에 의한 자구미세화처리는 넁간압연 이후나 2차 재결정 소둔 이 후에 실시할 수 있으나, 본 발명의 일 구현례에 의한 방향성 전기강판의 제조방법 은 탈탄소둔 (1차 재결정 소둔) 이후 강판의 표면에 소둔분리제를 도포한 다음 고은 소둔 (2차 재결정 소둔)을 하여 강판의 표면에 비금속 산화물 충을 형성시킨 다음 강판의 표면에 레이저를 조사하여 자구미세화를 실시할 수 있다.

강판의 표면에 비금속 산화물 층을 형성하는 방법은 전기강판의 제조공정에 의하여 냉간압연 강판을 제조한 다음, 탈탄소둔을 하고 MgO를 주성분으로 하고 기 타 첨가물로 이루어진 소둔분리제를 강판상에 도포하고, 고온소둔을 하여 Mg ₂ Si0 ₄

(Forsterite), MgAl ₂ 0 ₄ (spinel), MnO, Mn0 ₂ , Mi Si0 ₄ 등의 비금속 산화물이 단독 또 는 복합적으로 존재하는 비금속 산화물충을 형성하는 방법이 바람직하다.

이와 같이 강판의 표면에 비금속 산화물을 형성한 다음 바로 레이저를 조사 하여 자구미세화를 실시할 수도 있고 비금속 산화물충 상부에 콜로이달 실리카와 금속인산염을 포함하는 절연 코팅액을 도포 및 열처리하여 강판의 표면에 절연피막 을 추가로 형성한 다음 레이저를 조사하여 자구미세화를 실시할 수도 있다.

이와 같이 강판의 표면에 비금속 산화물층이 형성될 경우 이 충이 러)이저 흡 수율을 증가시켜 상대적으로 낮은 에너지 밀도로도 그루브를 형성할 수 있게 된다. 이와 같이 비금속 산화물층이 형성된 강판의 표면에 레이저를 조사하여 자 구를 미세화할 경우 레이저의 조사 조건은 상기의 식 (1)을 만족할 수 있다.

이 때 사용되는 레이저 빔은 에너지 분포가 가우시안 에너지 분포를 갖고 있 다면 레이저의 발진방식에 무관하지만， 연속파 레이저나 익스텐디드 필스 (Extended Plus) 레이저가 바람직하다.

가우시안 에너지 분포를 갖는 레이저는 성글모드의 광축 중심에서 최대 강도 를 가지는 TEM 00 모드가 바람직하다. 그리고 레이저 빔의 모드를 나타내는 빔 품질 팩터 (factor)인 M ² 는 1.0 ― 1.1이 바람직하다.

자구미세화에 사용되는 레이저는 파장이 1.06 1.08 과장 범위의 레이저가 바 람직하다. 따라서 이 파장 범위의 레이저라면 어떠한 레이저라도 가능하며 Nd:YAG 레이저나 파이버 레이저를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

16> 이 때 사용되는 레이저의 출력은 0.5 ~ 5 kW, 레이저의 에너지 밀도는

0.5-2.0 J/mrf 이 바람직하다.

17> 그리고 강판에 조사되는 레이저 빔의 최종 형태는 타원형이 바람직하며, 타 원형 빔의 압연방향 폭온 0.005 0. lmm 이 바람직하며 강판 폭방향의 빔의 길이는 0.03-0.2隱 가 바람직하다.

18> 상기 조건을 만족하도록 레이저를 조사하여 전기강판 두께의 3% 내지 8¾의 깊이를 가지는 그루브를 형성할 수 있다.

19> 일 구현례에서, 레이저를 조사하여 그루브를 형성한 후, 상기 그루브 상에 폭과 길이가 다른 레이저 빔을 다시 조사하여 그루브의 깊이가 최대가 되는 지점에 서의 곡률반경 (RBb)이 0.2卿 내지 10 an 이고, 그루브 깊이가 최대가 되는 지점에 서부터 그루브의 깊이 (D)의 1/4 지점까지의 그루브 표면에서 곡률반경 (RSb)이 4卿 내지 130 1 이 되도록 그루브를 형성할 수 있다.

20> 또 다른 구현례에서, 강판의 폭 방향으로 10 내지 30/411 이고, 강판의 압연 방향으로 5//m 내지 2 ™ 인 레이저 범을 강관에 조사하여 1차 그루브를 형성한 후, 상기 1차 그루브 상에 강판의 폭 방향으로 35卿 내지 80/m 이고, 강판의 압연 방향 으로 2¾/m 내지 50 인 레이저 범을 조사하여 2차 그루브를 형성할 수 있다. 이렇 게 하여 그루브의 깊이가 최대가 되는 지점에서의 곡률반경 (RBb)이 0.¾¾m 내지 100 이고， 그루브 깊이가 최대가 되는 지점에서부터 그루브의 깊이 (D)의 1/4 지점까 지의 그루브 표면에서 곡률반경 (RSb)이 im 내지 이 되도록 그루브를 형성할 수 있다.

π> 그러나, 상기 구현례에서 상기 그루브를 형성하는 방법은 예시적인 것일 뿐 이며 , 그루브의 깊이가 최대가 되는 지점에서의 곡률반경 (RBb)이 0. ffli 내지 100 이고 , 그루브 깊이가 최대가 되는 지점에서부터 그루브의 깊이 (D)의 1/4 지점까지 의 그루브 표면에서 곡률반경 (RSb)이 내지 130 인 그루브의 형상을 가지는 경우 본 발명의 목적을 달성할 수 있는바, 그루브의 형성 방법은 특별히 제한되지 않는다.

2> 그러므로, 또 다른 구현례에서 상기 그루브를 형성하는 방법은 레이저 조사 에 의한 방법이 바람직하지만, 기계적 연마에 의하여 그루브를 형성하거나, 화학적 에칭에 의하여 그루브를 형성하는 것도 포함한다.

3> 이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시 하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

4> 먼저, 0: 0.0050중량 ¾. Si : 3.0중량 %, C: 0.05중량 %, A1: 0.03중량%， Mn: 0.07중량 ¾ , N : 0.003 중량 ¾ , S : 0.005중량 ¾, 및 P: 0.02증량 % 를 포함하고 잔부는

Fe 및 기타 불가피한 불순물이 포함되어 있는 슬라브를 준비하였다.

5> 상기 슬라브를 1100 °c 에서 가열한 후 열간 압연하여 열연강판을 제조하였 다. 이후 상기 열연강판을 냉간 압연하여 0.3mm 두께의 냉연강판을 제조하였다.

6> 그리고 이와 같이 제조된 냉연강판을 탈탄 소둔 및 질화처리를 하고， MgO를 주성분으로 하는 소둔 분리제를 강판 편명당 8 g/ ιπ ^' 이 되도록 도포한 다음, 강판 을 2차 재결정 소둔을 실시하였다.

7> 이러한 2차 재결정. 소둔에 의하여 강판의 표면에 약 3 ~ ¾um 두께의 Mg ₂ Si 0 ₄

(Forster i t e) 피막층을 형성하였다.

8> 다음 Mg ₂ Si0 ₄ (Forster i te) 피막층이 형성된 두께 0.30隱의 전기강판에 가우 시안 빔 형태의 연속파 파이버 레이저를 조사하여 자구미세화 처리를 하였다.

29> 이때 파이버 레이저의 출력은 900W로 하고, 주사속도를 조절하여 하기 표 1 과 같은 V/P 값을 만족하도록 하였다. 또한 레이저 조사에 의한 그루브 형성시 그 루브의 깊이가 최대가 되는 지점 (Db)에서의 곡률반경 (RBb.)과 그루브 깊이가 최대가 되는 지점에서부터 그루브의 깊이 (D)의 1/4 지점까지의 그루브 표면에서 곡률반경 (RSb)은 표 1의 값을 가지도록 하였다. 이때 선형의 그루브는 전기강판의 압연방향 과 85° 각도를 가지도록 형성하였다.

ιο> 【표 1】

표 I 에서 철손 개선율은 레이저를 조사하여 그루브를 형성하기 전의 전기강 철손 ( )과 레이저를 조사하여 그루브를 형성한 후 철손 ( )을 측정하여 (W! - 으로 계산하였다. 132> 표 1에서와 같이 본 발명의 레이저 조사 조건과 그루브 형성조건을 만족하는 발명예들은 모두 철손개선율이 .3% 이상을 나타내고 있으나, 본 발명의 레이저 조사 조건과 그루브 형성조건을 만족하지 못하는 비교예들은 모두 철손개선율이 3% 이하 로 확인되었다.

133> 또한 표 1 에서와 같이 그루브 하부에 열처리에 의하여 재결정을 형성한 경 우에는 철손개선율이 양호하지만 그루브 하부에 재결정이 형성하지 않은 것은 철손 개선율이 저조하거나 더 나빠지는 것을 알 수 있다.

34> 이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수 적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

35> 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적 이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술 하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위외 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.