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取向电工 钢板的磁畴细化方法

阅读：163发布：2020-05-15

专利汇可以提供取向电工钢板的磁畴细化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且根据本发明一实施例的取向电工钢板的磁畴细化方法包括：准备取向电工钢板的步骤；及通过在取向电工钢板的表面照射具有98.0％至99.0％的占空比的准连续激光束来形成凹槽的步骤。，下面是取向电工钢板的磁畴细化方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种取向电工钢板的磁畴细化方法，其特征在于，
包括：
准备取向电工钢板的步骤；及
通过在所述取向电工钢板的表面照射具有98.0％至99.0％的占空比的准连续激光束来形成凹槽的步骤；
所述占空比指，在对于输出激光束的时间波形中，用最大输出(Pmax)的10％以上的输出照射的时间(Tb)对于输出调制周期时间(Ta)的比(Tb/Ta)。
2.根据权利要求1所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
所述准连续激光束的频率为100Hz至8kHz。
3.根据权利要求1所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
激光束的平均输出(P)对于所述准连续激光束宽度(W)的比(P/W)为30W/mm至300W/mm。
4.根据权利要求1所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
所述准连续激光束的钢板轧制方向的光束宽(W)对于钢板宽度方向的光束长(L)的比(W/L)为0.1至0.86。
5.根据权利要求1所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
所述激光为TEM00模式，光束质量系数M2为1.0至1.1。
6.根据权利要求1所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
在钢板的宽度方向上间歇地形成3至8个所述凹槽。
7.根据权利要求1所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
所述凹槽是线型，对于电工钢板的轧制方向以82°至98°的角度形成。
8.根据权利要求1所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，所述凹槽的深度(D)以钢板厚度的3％至8％形成。
9.根据权利要求1所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
在形成所述凹槽的步骤之后，还包括：
通过脱碳退火或氮化退火在钢板表面上形成氧化层的步骤；及
通过在形成氧化层的钢板表面涂覆退火分离剂并进行高温退火，在钢板的表面形成非金属氧化物层的步骤。
10.根据权利要求9所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
在形成所述非金属氧化物层的步骤之后，
还包括在非金属氧化物层上形成绝缘涂层的步骤。

说明书全文

取向电工钢板的磁畴细化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种取向电工钢板的磁畴细化方法。

背景技术

[0002] 由于取向电工钢板作为变压器等电气设备的铁芯材料而使用，为了通过减少设备的电力损失而提高能量转换效率，要求到铁芯素材的铁损优异且在层压和缠绕时具有高占空系数的钢板。

[0003] 取向电工钢板是指，具有通过热轧、冷轧及退火工序而二次再结晶的结晶粒在轧制方向{110}<001>方向取向的集合组织(以下也称为“高斯织构(Goss Texture)”)的功能性钢板。

[0004] 即使在高于发生恢复(Recovery)的热处理温度的应力松弛热处理之后仍存在铁损改善效果的永久磁畴细化方法，其可以分为蚀刻法、辊法及激光法。由于蚀刻法是在溶液内通过选择性电化学反应来在钢板表面形成槽(凹槽，groove)，因此难以控制槽形状，难以以宽度方向均匀确保最终制品的铁损特性。而且，存在由于使用酸溶液为溶剂而不环保的缺点。

[0005] 利用辊的永久磁畴细化方法是具有铁损改善效果的磁畴细化技术，其通过给辊加工凸起状并对辊或板进行加压，在板的表面形成具有一定宽度和深度的槽后，通过退火局部地发生槽下部的再结晶。辊法的缺点在于，对机械加工的稳定性、难以获得根据厚度的稳定的铁损确报的可靠性以及工艺复杂且在形成槽之后(应力松弛退火前)铁损和磁通密度特性变差。

[0006] 通过激光的永久磁畴细化方法，使用一种将高输出激光照射到高速移动的电工钢板的表面部并通过激光照射形成伴随基底部熔融的凹槽(groove)的方法。这里使用的激光是Q-开关(Switch)或脉冲激光和连续波激光。

[0007] 通过连续波激光的永久磁畴细化方法的缺点在于，由于无法在形成槽时将槽部的再凝固层均匀形成在槽全面部，导致槽下部基底部的过度变形，因此难以适用于一次再结晶前或后工序，且槽下部的再凝固层与侧面部相比较薄，因此在脱碳退火期间氧化层的厚度太薄以至于绝缘涂层后的镁橄榄石(Forsterite)层和镁橄榄石/绝缘涂层界面薄弱，附着力减弱。

[0008] 通过Q-开关(switch)或脉冲激光的永久磁畴细化方法的缺点在于，由于利用照射时照射部物质的蒸发形成槽，且与形成再凝固层无关，在连续地形成槽后的一次再结晶的时，根据槽部热影响的再结晶行为的二次再结晶不稳定，使磁特性减弱。

发明内容

[0009] (一)要解决的技术问题

[0010] 本发明目的在于，提供一种改善磁性及附着特性的取向电工钢板的磁畴细化方法。

[0011] (二)技术方案

[0012] 根据本发明一实施例的取向电工钢板的磁畴细化方法包括：准备取向电工钢板的步骤；及通过在取向电工钢板的表面照射具有98.0％至99.0％的占空比的准连续激光束来形成凹槽的步骤。

[0013] 占空比指，在对于输出激光束的时间波形中，[用最大输出(Pmax)的10％以上的输出照射的时间](Tb)对于[输出调制周期时间](Ta)的比(Tb/Ta)。

[0014] 准连续激光束的频率可以为100Hz至8kHz。

[0015] 激光束的平均输出(P)对于准连续激光束宽度(W)的比(P/W)可以为30W/mm至300W/mm。

[0016] 准连续激光束的钢板轧制方向的光束宽(W)对于钢板宽度方向的光束长(L)的比(W/L)可以为0.1至0.86。

[0017] 激光可以为TEM00模式，光束质量系数(factor)M2可以为1.0至1.1。

[0018] 可以在钢板的宽度方向上间歇地形成3至8个凹槽。

[0019] 凹槽可以是线型，可对于电工钢板的轧制方向以82°至98°的角度形成。

[0020] 可将凹槽的深度(D)以钢板的厚度的3％至8％形成。

[0021] 在形成凹槽的步骤之后，还可以包括：通过脱碳退火或氮化退火在钢板表面上形成氧化层的步骤；及通过在形成氧化层的钢板表面涂覆退火分离剂并进行高温退火，在钢板的表面形成非金属氧化物层的步骤。

[0022] 在形成非金属氧化物层的步骤之后，还可以包括在非金属氧化物层上形成绝缘涂层的步骤。

[0023] (三)有益效果

[0024] 根据本发明的一实现例，可减少由于永久磁畴细化引起的磁通密度劣化，且可以增加铁损改善率。

[0025] 另外，根据本发明的一实现例，在最终绝缘涂层后，钢板及绝缘涂层的附着性优异。附图说明

[0026] 图1是根据本发明一实施例的取向电工钢板表面的模式图。

[0027] 图2是准连续激光束的输出随时间的波形。

[0028] 图3是准连续激光束的输出随时间的波形。

[0029] 图4是概略性示出钢板表面上的激光束的形状的模式图。

具体实施方式

[0030] 虽然第一、第二及第三等术语用于说明多种部分、成分、区域、层及/或区段，但不限于此。这种术语仅用于区分某一部分、成分、区域、层或区段与另一部分、成分、区域、层或区段。因此，下文所述的第一部分、成分、区域、层或区段在不脱离本发明的范围内可涉及第二部分、成分、区域、层或区段。

[0031] 下面使用的专业术语仅用于说明特定实施例，并不意图限定本发明。在此，对于所使用的单数，只要在句子中没有明确相反的意思，则还包括复数。说明书中使用的“包括”的意思使特定特性、区域、定数、步骤、动作，要素及/或成分具体话，并不表示除外其他的特定特性、区域、定数、步骤、动作、要素及/或成分的存在或附加。

[0032] 当涉及到某一部分在另一部分“上方”或“上面”时，其可以直接在另一部分之上方或上面，或者在其之间伴随另一部分。作为对照，涉及到某一部分在另一部分“正上方”时，其之间没有介入其他部分。

[0033] 虽然没有区别定义，包括本文所使用到的技术术语及科学术语的所有术语具有与本领域技术人员通常理解的意义相同的意义。在通常使用的词典中定义的术语，具有符合相关技术文献与目前说明的内容的意义，并且除非另外定义，否则不应被解释为理想或非常正式的含义。

[0034] 以下，对本发明实施例进行详细说明，以使本发明所属技术领域的技术人员容易地实施本发明。然而，本发明可以以各种不同的形式实现，不限于本文说明的实施例。

[0035] 根据本发明一实施例的取向电工钢板的磁畴细化方法包括：准备取向电工钢板的步骤；及通过在取向电工钢板的表面照射具有98.0％至99.0％的占空比的准连续激光束来形成凹槽的步骤。

[0036] 图1中示出了根据本发明一实施例进行磁畴细化的取向电工钢板10的模式图。如图1所示，取向电工钢板10的表面沿轧制方向形成有多个凹槽20。在下文中，将对各步骤进行详细说明。

[0037] 首先，准备取向电工钢板。本发明的一实施例是通过控制激光束的照射条件以提高磁性，可成为磁畴细化对象的取向电工钢板，可无限制使用。尤其，与取向电工钢板的合金组成无关，均可表现出本发明的效果。在下文中，作为一例，将对取向电工钢板的合金成分进行说明。

[0038] 取向电工钢板，以整体组成100重量％为基准，可包含0.0020至0.0080％的O、2.5至4.0％的Si、0.02至0.10％的C、0.02至0.04％的Al、0.05至0.20％的Mn、0.002至0.012％的N、0.001％至0.010％的S及0.01至0.08％的P、且剩余部分包含Fe及其他不可避免的杂质。不可避免的杂质可以为Ni、Cr、Sb及稀土类等，并且杂质的总重量可以在0.1重量％内。

[0039] 对于限制合金成分理由如下。当添加2.5％以上的Si时，虽然可通过增加抵抗力以改善铁损，但超过4.0％时，会增加板脆性，可能使机械特性低下。添加0.02％以上的C时，虽然可使热轧时的组织均匀，抑制连续铸造中的主相组织的生长，但超过0.10％时，则脱碳退火时间增加，通过一次再结晶粒变得细微且二次再结晶温度降低，磁性特性可能降低。添加0.02％以上的Al时，可以以氮化物形式作用为晶体生长抑制剂。但是超过0.04％时，会析出粗氮化物而导致抑制剂的作用低下。添加0.05％以上的Mn时，可形成硫化物以发挥结晶粒生长抑制剂的作用。但是超过0.20％时，可减小一次再结晶粒的大小以使二次再结晶不稳定，并且可形成Mn氧化物而降低铁损。添加0.002％以上的N时，可发挥结晶粒生成抑制剂的作用。但超过0.012％时，可诱发气泡(Blister)的表面缺陷。添加0.001％以上的S时，可形成硫化物以发挥结晶粒生长抑制剂的作用。但超过0.010％时，可能形成粗大硫化物而难以发挥结晶粒生长抑制剂的作用。添加0.01％以上的P时，可促进{110}<001>集合组织的生长。但超过0.08％时，钢的脆性可能增加。在O以0.0020至0.0080％包含在钢坯的状态下，在一次再结晶退火过程中，O附加侵入钢板，增加钢中的氧含量。因此，在钢中的氧含量比通常的氧含量多的状态下形成原钢板的氧化层，这种氧化层在之后的二次再结晶退火时易于出现Mg的扩散。因此，可形成侵入到原钢板侧的镁橄榄石等的非金属氧化物层。

[0040] 在本发明的一实施例中，取向电工钢板可使用通过热轧及冷轧钢坯而轧制成规定厚度的取向电工钢板。

[0041] 接下来，在准备的取向电工钢板的表面照射准连续激光束以形成凹槽。在本发明的一实施例中，照射准连续激光束，而不是已知的脉冲激光或连续波激光。具体而言，可照射占空比为98.0至99.9％的准连续激光束。在本发明的一实施例中，通过照射准连续激光束，使凹槽下部以适当的厚度均匀形成凝固合金层，通过最小化由飞溅再固化引起的熔融产物的捕获(trap)，能够提高磁性且确保与绝缘涂层的附着力。

[0042] 图2及图3示出准连续激光束的输出随时间的波形。占空比指，[用最大输出(Pmax)的10％以上的输出照射的时间](Tb)对于[输出调制周期时间](Ta)的比(Tb/Ta)。如图2所示，当激光束的输出随时间的波形以开/关(On/Off)显示时，占空比可为[激光照射时间](Tb)对于[输出调制周期时间](Ta)的比(Tb/Ta)。如图3所示，激光束输出随时间的波形是曲线形式而不是开/关(On/Off)时，占空比指[用最大输出(Pmax)的10％以上的输出照射的时间]对于[输出调制周期时间](Ta)的(Tb)比(Tb/Ta)。

[0043] 准连续激光束的占空比为98.0至99.9％。占空比过小时，由于无法形成连续的线状凹槽，可能在磁性面发生问题。占空比过大时，会变得类似于连续震荡激光束，并且形成在凹槽下部的凝固合金层形成得太薄，可能导致与绝缘涂层的附着特性变差。

[0044] 准连续激光束的频率可以为100Hz至8kHz。当频率超过上述范围时，激光照射期间熔体的飞溅显示出异常行为，因此在凹槽的下部和侧部可能出现飞溅捕获(trap)。更具体而言，准连续激光束的频率可以为3kHz至6kHz。

[0045] 激光束的平均输出(P)对于准连续激光束宽度(W)的比(P/W)可以为30W/mm至300W/mm。将激光束的平均输出(P)对于准连续激光束宽度(W)的比(P/W)调节为上述范围，在凹槽的下部形成均匀的凝固合金层。激光束的平均输出(P)对于准连续激光束宽度(W)的比(P/W)过小时，由于形成在槽下部的凝固合金层的厚度过于薄，存在的问题在于，在之后的脱碳退火时形成的氧化物层的厚度变得过薄。激光束的平均输出(P)对于准连续激光束宽度(W)的比(P/W)过大时，由于形成在槽下部的凝固合金层的厚度过于厚，对基底部的热影响会增加。最终，存在的问题在于，脱碳退火时，由于在槽的下部形成再结晶，因此不会形成二次再结晶。更具体而言，激光束的平均输出(P)对于准连续激光束宽度(W)的比(P/W)可以为35W/mm至250W/mm。

[0046] 图4概略性示出钢板表面上的激光束的形状。如图4所示，本发明一实施例的激光束的形状可以为椭圆形。激光束的形状为椭圆形时，有利于形成连续的线状凹槽。具体而言，准连续激光束的钢板轧制方向的光束宽(W)对于钢板宽度方向的光束长(L)的比(W/L)可以为0.1至0.86。

[0047] 激光可以为TEM00模式，光束质量系数(factor)M2可以为1.0至1.1。此时使用到的激光输出可以为0.5至5kW。

[0048] 另外，凹槽20可对于电工钢板的轧制方向以82°至98°的角度形成。通过将凹槽20形成为不包括90°的斜线型，从而弱化消磁以提高磁性。

[0049] 可以在钢板的宽度方向上间歇地形成3至8个凹槽20。

[0050] 可将凹槽20的深度(D)以钢板的厚度的3％至8％形成。深度过浅时，铁损改善效果可能甚微。深度过深时，导致热影响部增加，可能对高斯织构(Goss Texture)的生长产生不利影响。

[0051] 在形成凹槽的步骤之后，还可以包括：通过脱碳退火或氮化退火在钢板表面上形成氧化层的步骤；及通过在形成氧化层的钢板表面涂覆退火分离剂并进行高温退火，在钢板的表面形成非金属氧化物层的步骤。

[0052] 形成氧化层的步骤(即，一次再结晶退火)可以是在脱碳退火后氮化退火或同时实施脱碳退火及氮化退火的步骤。一次再结晶退火时的退火温度可以为700至950℃。在一次再结晶退火中，将其控制在氧化气氛中以进行脱碳。此时，钢板中含有的Si与存在于脱碳退火气氛气体中的水分反应，在钢板的表层部形成氧化层。在一次再结晶退火中，通过使碳从钢板内部向表面扩散来实现脱碳，一方面，钢板与包含在气氛气体的氧气反应，在表面形成如SiO2或Fe2SiO4(Faylite)的氧化层。此时，在一次再结晶退火过程中，形成在钢板的表面的氧化层中的SiO2/Fe2SiO4的重量比可以为0.1至1.5。如上所述，一次再结晶退火过程中形成的氧化层的重量比与一次再结晶退火，即，脱碳退火时的适当的氧气投入量有密切的关系。在钢板的成分中的氧含量大于通常的氧含量的状态下，控制脱碳退火时的氧气投入量。脱碳退火时的氧气投入量应考虑氧化气氛(露点，氢气气氛)和钢板表层部的氧化层形状及钢板的温度。如果仅通过氧化能力判断，氧化能力越高，氧分压越高，因此提高氧化能力越好。但是，氧化能力过高时，在钢板的表层部上会密集地形成SiO2或Fe2SiO4(Faylite)氧化物。当形成如上诉述的密集的氧化物时，会成为妨碍氧气向深度方向渗透的障碍物，最终妨碍氧气渗透到钢板内部。因此，由于存在适于脱碳的氧化能力，在790-900℃的温度范围内，在露点为50-70℃(50％N2+50％H2)的气氛中，脱碳会很好地发生，并形成适当的氧化层。脱碳退火时，通过控制脱碳气氛来完成脱碳退火，此时钢板表面氧气层的氧气量在600至
1000ppm的范围内。

[0053] 接下来，在形成氧化层的钢板表面涂覆退火分离剂并进行高温退火(即，二次再结晶退火)，在钢板的表面形成非金属氧化物层。退火分离剂为稀泥型，以MgO为主成分，在此，作为反应促进剂将Ti化合物、Cl化合物、硫化物、硼化物、氮化物或氧化物单独或混合多种来使用。由于退火分离剂为稀泥型，通过涂层辊涂覆在钢板上，每个钢板的涂覆量优选为2.0-12.5g/m2。二次再结晶退火时，退火分离剂的主成分MgO与氧化层的SiO2或/及Fe2SiO4反应，以形成镁橄榄石(Forsterite；Mg2SiO4)玻璃涂层。这种镁橄榄石玻璃涂层在二次再结晶退火会影响到抑制剂的行为，从而影响电工钢板的磁性，在形成涂层之后，会影响到如与原钢板的附着性等的被摸特性。作为退火分离剂的主成分的MgO的平均粉末粒径优选使用
2.5μm以下，更优选为，其中平均粉末粒径为2μm以下的占10％以上。

[0054] 一方面，二次再结晶退火分为在550至750℃中的一次均热过程和在1000至1250℃的二次均热过程来实施，升温区间在650至950℃的温度区间以每小时30至100℃的温度升温，在950至1250℃的温度区间以每小时50℃以下的温度升温。并且，一次均热过程为去除退火分离剂的水分，将均热时间设为10分钟以上，二次均热时间设为8小时以上。二次再结晶退火时的气氛优选在氮气和氢气的混合气氛下实施，在到达二次均热温度后，优选在氢气气氛下实施。如果涂覆如上所述的以MgO为主成分的退火分离剂后实施二次再结晶退火，则在退火过程中，退火分离剂中的Mg扩散至原钢板内部，且Mg与脱碳退火过程中生成的Si氧化物进行相互扩散反应，以形成镁橄榄石。在二次再结晶退火过程中，具有(110)<001>高斯方位的结晶粒从钢板内部具有高斯核的结晶优先生长，从而具有优异的电特性。非金属氧化物层除了示例的Mg2SiO4外，还可以包括Al2SiO4或Mn2SiO4。

[0055] 形成非金属氧化物层的步骤之后，还可以包括在非金属氧化物层上形成绝缘涂层的步骤。作为具体方法，可以以涂覆含有磷酸盐的绝缘涂层液的方式来形成绝缘涂层。这种绝缘涂层液优选使用含有胶态氧化硅和金属磷酸盐的涂层液。此时，金属磷酸盐可以为Al磷酸盐、Mg磷酸盐或其组合，绝缘涂层液的重量对比Al、Mg或其组合的含量可以为15重量％以上。

[0056] 在形成绝缘涂层之后，可以进一步实施应力松弛退火。

[0057] 在下文中，将通过实施例进一步详细说明本发明。但是这种实施例仅用于示例本发明，本发明不限于此。

[0058] 实施例

[0059] 准备厚度为0.27mm的冷轧取向电工钢板。在该电工钢板的表面照射TEM00模式且光束质量系数(factor)M2为1.0的将输出调节为2.8kW的激光。

[0060] 此时，将激光束的形状、占空比、频率和P/W值切换为如下表1和2所示的并进行照射。之后，对钢板进行脱碳退火和氮化处理，并以主成分为MgO的退火分离剂涂覆钢板的每2
一面达到8g/m后，对钢板实施二次再结晶退火。之后，涂覆含有胶态氧化硅和金属磷酸盐的绝缘涂层液，以形成绝缘涂层。

[0061] [表1]

[0062]

[0063] [表2]

[0064]

[0065] 在表1和表2中，铁损改善率，通过测量铁损(W1)和铁损(W2)并以(W1-W2)/W1进行了计算，其中，铁损(W1)是通过照射激光形成凹槽之前的铁损，铁损(W2)是通过照射激光形成凹槽之后的铁损。附着性，通过将钢板贴紧在圆棒(直径为5至80mm)上进行弯曲时，通过棒直径表示了是否发生绝缘涂层和非金属氧化物层的剥离或脱附。

[0066] 如表1及表2所示，可确认到，使用准连续激光时，铁损改善率及附着性同时提高。相反，可确认到，即使是使用准连续激光时，其占空比变低，或使用连续激光时，其附着性变差。另外，使用脉冲激光时，可确认到，铁损改善率及附着性同时变差。在使用准连续激光的情况中，将P/W值调节适当时，可确认到，铁损改善率及附着性均进一步提高。占空比低至
95％时，由于形成有槽的部位和没有形成的部位出现在板长度方向的扫描线上，形成有线的部位会出现凹槽，但在没形成线的部位没有形成凹槽。因此，最终结果显示，在统计上铁损值改善了约1.3％。

[0067] 本发明不限于实施例，可以以互不相同的多种形式制造，本发明所属技术领域的技术人员应理解，在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下，可以以其他具体形式实施。因此，应理解，上述实施例在所有方面都是示例性的而非限制性的。

[0068] 附图标记说明

[0069] 10：电工钢板 20：凹槽。

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取向电工钢板的磁畴细化方法

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