一種電工鋼板材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力變壓器用取向硅鋼，具體涉及一種電工鋼板材及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，人們嘗試將更多的激光技術(shù)應(yīng)用到細(xì)化磁疇技術(shù)研究中。Rauscher等使 用連續(xù)C0 2激光器和高能光纖激光器對(duì)取向硅鋼片進(jìn)行激光刻痕，高能光纖激光器使鐵損 降低了大約13%，且硅鋼片表面無損傷。楊玉玲等采用激光氮化方法對(duì)取向硅鋼表面進(jìn)行 局域線狀氮化處理，研究了激光工藝參數(shù)對(duì)硅鋼表面氮化物形成物的影響，發(fā)明了采用連 續(xù)C0 2激光的取向硅鋼激光局域表面合金化方法，該法在降低鐵損的同時(shí)顯著改善了取向 硅鋼的高溫時(shí)效性。此方法的缺陷是工藝復(fù)雜且造價(jià)較高。
[0003] 作為改進(jìn)，孫鳳久等進(jìn)一步提出了以連續(xù)C02激光氮化優(yōu)化磁疇分布方法，在大氣 氣氛下，以合適的氮分子束與一定功率的聚焦連續(xù)C0 2激光束同時(shí)共軸垂直作用于硅鋼表 面，可在相互作用區(qū)域形成具有高溫穩(wěn)定性的鐵氮化合物，形成了可穩(wěn)定優(yōu)化細(xì)化主疇分 布的新晶界，全面的改善了取向硅鋼的性能。這種工藝使〇. 23mm厚度的Z102牌號(hào)取向硅 鋼片鐵損降低達(dá)23%，工作溫度高達(dá)1000°C。
[0004] 隨后，具有耐熱性的激光刻痕技術(shù)也獲得了階段性進(jìn)展。昝森巍、朱虹等利用納秒 和飛秒激光加工設(shè)備繼續(xù)深化耐熱激光刻痕技術(shù)試驗(yàn)，結(jié)果表明鐵損值降低幅度隨著紫外 飛秒激光掃描次數(shù)或掃描能量增加而逐漸增大。若進(jìn)一步采用紫外飛秒激光-鹽酸腐蝕方 式處理取向硅鋼表面，可達(dá)到耐熱性好及較高鐵損降低幅度的效果。李海蛟等優(yōu)化了 Nd : YAG激光刻痕的工藝參數(shù)，采用工作電流12A，激光頻率3500Hz，刻痕速率800mm/s的最佳工 藝參數(shù)，可使120牌號(hào)取向硅鋼的鐵損降低9. 45%。同時(shí)研究了激光刻痕輸入電流大小對(duì) 取向硅鋼表面絕緣涂層的影響，并分析了刻痕后樣品在500°C以上溫度鐵損值會(huì)回復(fù)升高。
[0005] 寶鋼在發(fā)明專利中提出了一種在取向硅鋼帶鋼上下表面同時(shí)進(jìn)行激光刻痕的方 法，將高度聚焦的連續(xù)波激光束同時(shí)在運(yùn)行的帶鋼上下表面進(jìn)行劃線，上下表面刻痕線采 用等間距交錯(cuò)的形式以保證刻痕效果均勻。
[0006] 然而，現(xiàn)有的激光刻痕技術(shù)不具耐熱性，即經(jīng)激光刻痕處理后的硅鋼產(chǎn)品，無法對(duì) 其進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，退火會(huì)造成其鐵損上升，恢復(fù)至激光刻痕以前。現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn) 的刻痕電工鋼產(chǎn)品不能應(yīng)用于對(duì)卷鐵心變壓器或需要對(duì)硅鋼產(chǎn)品進(jìn)行彎曲的鐵心進(jìn)行退 火處理的領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種電工鋼板材及其制備方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足得到 具有優(yōu)異耐熱性的激光刻痕電工鋼板材產(chǎn)品，使其能夠應(yīng)用于需要進(jìn)行退火處理的領(lǐng)域。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
[0009] -種電工鋼板材，所述電工鋼板材包括板狀電工鋼基體、所述基體表面的刻痕溝 槽和所述刻痕溝槽表面分布的CaSiOjg，所述基體的厚度為0. 1~2_，所述CaSiO3相的直 徑為 1 ~l〇〇nm。電工鋼板材的厚度可以為 0. 1mm，0. 15mm, 0. 18mm, 0. 23mm, 0. 27mm, 0. 30mm, 0. 5mm，0? 7mm，0? 8mm，1mm，1. 5mm 或 2mm 等。CaSiCVK 的直徑可以為 lnm，5nm，10nm，20nm， 50nm，60nm，70nm 或 lOOnm 等。
[0010] 所述的電工鋼板材的第一優(yōu)選方案，所述電工鋼基體的厚度為0. 18~0. 27mm。
[0011] 所述的電工鋼板材的第二優(yōu)選方案，所述電工鋼基體的厚度為0. 18mm。
[0012] 所述的電工鋼板材的第三優(yōu)選方案，所述刻痕溝槽的寬度為0. 05~0. 5mm，間隔 為1~20mm?？毯蹨喜鄣膶挾瓤梢詾?. 05mm、0. 08mm、0. lmm、0. 2mm、0. 3mm或0. 5mm等，刻 痕溝槽的間隔可以為 1臟、2mm、4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、16mm 或 20mm 等。
[0013] 所述的電工鋼板材的第四優(yōu)選方案，所述CaSi03相均勻的分布于所述刻痕溝槽表 面。
[0014] 所述的電工鋼板材的第五優(yōu)選方案，所述CaSi03相的直徑為20~60nm。
[0015] 所述的電工鋼板材的第六優(yōu)選方案，所述CaSi03相的直徑為30nm。
[0016] 所述的電工鋼板材的第七優(yōu)選方案，所述CaSi03相的總面積占所述刻痕溝槽表面 積的20%~60%。
[0017] 所述的電工鋼板材的第八優(yōu)選方案，所述CaSi03相的總面積占所述刻痕溝槽表面 積的30%。
[0018] -種所述的電工鋼板材的制備方法，所述方法包括如下步驟：
[0019] 1)激光刻痕處理：激光刻痕處理電工鋼基體，得到具有刻痕溝槽的電工鋼基體；
[0020] 2)Ca0粉末處理刻痕溝槽：于常溫或50°C下，將CaO粉末粘附于所述刻痕溝槽表 面，再噴射高溫水蒸氣3~8min，CaO與所述刻痕溝槽表面的Si0 2i應(yīng)生成分布于所述刻 痕溝槽表面的CaSi03相；
[0021] 3)沖洗步驟2)所得電工鋼板材并烘干。
[0022] 所述的電工鋼板材的制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案，所述CaO粉末的粒徑為 0.01 ~lOym。CaO 粉末的粒徑可以為 0? 01 y m、0. 5 y m、1 y m、2 y m、3 y m、4 y m、5 y m、7 y m 或 10 y m，以及 0? 01 y m_2 y m，1 y m_5 y m，2 y m_7 y m 或 4 y m_10 y m 等。
[0023] 所述的電工鋼板材的制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案，所述CaO粉末的粒徑為 2 u m〇
[0024] 所述的電工鋼板材的制備方法的第三優(yōu)選技術(shù)方案，步驟2)所述CaO粉末處理刻 痕溝槽的工藝條件包括：于50°C下，將CaO粉末粘附于所述刻痕溝槽表面，再噴射高溫水蒸 氣 5min〇
[0025] 應(yīng)理解，本發(fā)明采用粘附CaO粉末并噴射高溫水蒸氣的方式腐蝕刻痕溝槽，腐蝕 過程中電工鋼板材基體中的Fe元素不反應(yīng)，有利于保證基體的平整和完整。尤其是對(duì)于高 規(guī)格的電工鋼而言，例如，〇. 18_電工鋼，甚至是0. 15_。而現(xiàn)有技術(shù)采用的酸溶液腐蝕極 易導(dǎo)致破壞電工鋼板材的基體。
[0026] 還應(yīng)理解，現(xiàn)有技術(shù)中酸溶液腐蝕時(shí)由于溶液與電工鋼板材基體中的Fe元素反 應(yīng)，因而一般不進(jìn)行加熱，以防酸溶液與Fe反應(yīng)的加劇，腐蝕效率低。而本發(fā)明的CaO粉末 并噴射高溫水蒸氣的腐蝕過程中，電工鋼板材基體中的Fe元素不反應(yīng)，因而可以采用高溫 水蒸氣提尚反應(yīng)溫度，進(jìn)而提尚反應(yīng)速率以提尚腐蝕效率，提尚工業(yè)生廣效率。選擇合適的 CaO粉末的粒徑以及粉末鋪覆面積占溝槽內(nèi)表面面積，可以得到很好的腐蝕效果和速率。將 在下文中詳細(xì)闡述。
[0027] 還應(yīng)理解，本發(fā)明實(shí)施例也可以不采用高溫水蒸氣，因?yàn)镃aO粉末與水反應(yīng)會(huì)放 出大量的熱，也會(huì)起到加速與Si02的反應(yīng)的作用，本發(fā)明對(duì)此不作限定。
[0028] 所述的電工鋼板材的制備方法的第四優(yōu)選技術(shù)方案，步驟2)所述CaO粉末粘附的 總表面積占所述刻痕溝槽表面積的50~90%。CaO粉末的總表面積可以占據(jù)刻痕溝槽表 面積的 50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%或 90%等。
[0029] 所述的電工鋼板材的制備方法的第五優(yōu)選技術(shù)方案，步驟2)所述CaO粉末粘附的 總表面積占所述刻痕溝槽表面積的60%。
[0030] 所述的電工鋼板材的制備方法的第六優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)所述沖洗用弱酸性 溶液、中性鹽溶液或清水，時(shí)間為2~4min ;所述烘干是于常溫下。
[0031] 本發(fā)明電工鋼的制備方法中，不限定激光刻痕手段，可采用工業(yè)常用的C0 2激光器 或Nd-YAG激光器對(duì)電工鋼進(jìn)行激光處理，隨后對(duì)刻痕溝槽處進(jìn)行CaO粉末鋪覆，對(duì)其噴射 高溫水蒸氣，CaO粉末與高溫水蒸氣接觸生成0 &(011)2并放出大量的熱，使Ca(0H) 2與溝槽 內(nèi)表面接觸區(qū)域局部溫度升至800°C以上（該瞬間高溫時(shí)間較短，不會(huì)對(duì)磁疇附近的應(yīng)力 構(gòu)成影響），進(jìn)一步促使Ca(0H) 2與基體SiO 2發(fā)生反應(yīng)在溝槽表面區(qū)域形成CaSiO 3產(chǎn)物， CaSiOjg對(duì)于溝槽附近區(qū)域的拉應(yīng)力或位錯(cuò)具有強(qiáng)烈的釘扎效應(yīng)，使本發(fā)明制備的激光刻 痕產(chǎn)品具有優(yōu)異的耐熱性，經(jīng) 8〇(TC、保溫2h退火處理，由激光刻痕產(chǎn)生的鐵損降低效果不 會(huì)消失，基本保留了原有的磁性能。且現(xiàn)有的酸腐蝕技術(shù)會(huì)對(duì)涂層構(gòu)成腐蝕作用，破壞了絕 緣性能，使產(chǎn)品無法使用。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于CaO不與電工鋼表面的絕緣涂層發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，因此不破壞絕緣涂層，且操作簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
[0032] 應(yīng)理解，本發(fā)明中采用粘附CaO粉末并噴射高溫水蒸氣的腐蝕方式，在實(shí)際的工 業(yè)生產(chǎn)中，噴射高溫水蒸氣通過簡(jiǎn)單的設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)，可以降低對(duì)生產(chǎn)場(chǎng)地大小和防護(hù)設(shè) 施的要求，降低生產(chǎn)成本。
[0033] 此外，本發(fā)明實(shí)施例的方法在電工鋼基體表面反應(yīng)生成CaSiOjg，可以增強(qiáng)電工 鋼的絕緣性，有利于其應(yīng)用于變壓器中。同時(shí)，基體中的CaSi0 3相能夠提高電工鋼的強(qiáng)度， 從而能夠提高電工鋼的力學(xué)性能。
[0034] 本發(fā)明所使用的CaO粉末不宜過大或過小，需嚴(yán)格控制在0.01~10 ym之間，粒 徑過大會(huì)使生成的產(chǎn)物無法釘扎位錯(cuò)，起不到釘扎效果，粒徑過小易產(chǎn)生團(tuán)聚，會(huì)使產(chǎn)物大 小分布不均勻，使有利于釘扎磁疇壁的第二相產(chǎn)物數(shù)量減少。
[0035] CaSi03相在刻痕溝槽的表面分布越均勻，其釘扎CaSiO 3相附近的位錯(cuò)的效果越 好，從而在電工鋼在加熱時(shí)仍能夠?qū)㈣F損保持在較低水平。電工鋼板材的規(guī)格為0. 18mm 厚，CaO粉末的粒徑為2 y m，粉末鋪覆面積占刻痕溝槽內(nèi)表面的60%，加熱溫度50°C，腐蝕 時(shí)間5min條件下，腐蝕得到的電工鋼板材的刻痕溝槽的CaSi0 3相產(chǎn)物的尺寸（約為30nm) 和分布最均勻，CaSiOjg的總面積占刻痕溝槽表面的30%。CaSiO 3相可以釘扎其附近的位 錯(cuò)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，在CaSi03相附近獲得高密度的位錯(cuò)，于CaSiO 3相邊緣處形成亞晶結(jié)構(gòu)， 晶界使得鋼材在加熱退火時(shí)，位