CN202111393833.5一种耐热型极低损耗取向硅钢及其制备方法

权利要求

1.一种耐热型低损耗取向硅钢，其特征在于，取向硅钢的单面采用激光刻痕形成平行线状沟槽；

所述激光刻痕为取向硅钢制备工艺中的渗氮步骤之后和在涂覆MgO涂层步骤之前实施。

2.根据权利要求1所述的耐热型低损耗取向硅钢，其特征在于，所述沟槽的深度为25μm≤b≤55μm，宽度为20μm≤d≤65μm。

3.根据权利要求1或2所述的耐热型低损耗取向硅钢，其特征在于，所述沟槽的方向与所述取向硅钢横向方向呈10-20°夹角。

4.根据权利要求1-3任一项所述的耐热型低损耗取向硅钢，其特征在于，相邻的两个所述沟槽的间距为4.5mm≤L≤6mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的耐热型低损耗取向硅钢，其特征在于，所述取向硅钢与沟槽深度两者差值D为0.155mm≤D≤0.245mm。

6.一种权利要求1-5任一项所述的耐热型低损耗取向硅钢制备方法，其特征在于，取向硅钢制备工艺中的渗氮步骤之后和在涂覆MgO涂层步骤之前对取向硅钢的单面实施激光刻痕，在取向硅钢的单面形成平行线状沟槽。

7.根据权利要求6所述的耐热型低损耗取向硅钢制备方法，其特征在于，所述沟槽的深度为25μm≤b≤55μm，宽度为20μm≤d≤65μm。

8.根据权利要求6或7所述的耐热型低损耗取向硅钢制备方法，其特征在于，所述沟槽的方向与所述取向硅钢横向方向呈10-20°夹角。

9.根据权利要求6-8任一项所述的耐热型低损耗取向硅钢制备方法，其特征在于，相邻的两个所述沟槽的间距为4.5mm≤L≤6mm。

10.根据权利要求6-9任一项所述的耐热型低损耗取向硅钢制备方法，其特征在于，所述取向硅钢厚度与沟槽深度两者差值D为0.155mm≤D≤0.245mm。

说明书

一种耐热型极低损耗取向硅钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅钢材料领域，具体涉及一种耐热型极低损耗取向硅钢及其制备方法。

背景技术

电力行业作为国民经济发展中最重要的基础能源产业，已被国家纳入重点节能减排领域，节能减排需求日益增加，如何降低电能在输送过程中的损失，提高能源使用效率，成为智能电网建设及发展的重要目标。配电变压器作为电网核心设备，其能效等级直接关系到整个电网的能耗和环保水平。配电变压器可分为叠片铁心变压器和立体卷铁心变压器，后者更具有结构优势和性能优势，是利于环保的绿色节能设备。但立体卷铁心加工过程中需要进行约750-800℃的退火处理，以消除加工过程中产生的应力，此时采用常规的激光刻痕取向硅钢难以满足要求，常规激光刻痕在高于500℃条件下，刻痕效果消失，带材损耗提高导致整个变压器损耗急剧上升，因此要求制备立体卷铁心的材料取向硅钢须具有耐热性。

取向硅钢制备工艺异常复杂，需要经过热轧、常化、冷轧、脱碳、渗氮、涂覆MgO涂层、高温退火、涂覆绝缘张应力涂层、刻痕等多道工序，最终成品带材沿着轧制方向(RD)具有优异的磁性能。通常刻痕工艺(包括机械刻痕和激光刻痕)都是在高温退火后或者涂覆绝缘张应力涂层后进行。当前降低取向硅钢损耗的方法主要有提高Goss织构取向度、带材刻痕、改善张应力绝缘涂层等。随着技术的不断提升，取向硅钢Goss取向偏差已经控制在5°范围内，通过提高Goss织构取向度已经很难达到降低损耗的作用，因此更多的关注度在于刻痕技术的提升以及张应力绝缘涂层的改善。刻痕的作用在于细化磁畴，降低带材损耗。

取向硅钢按照是否可承受800℃保温2h退火处理可分为耐热型取向硅钢和非耐热型取向硅钢两种，耐热型取向硅钢的技术方法主要有齿状辊形成沟槽法、冷轧板形成沟槽法、大功率激光照射法等。

文献“Heatproof domain refining method using combination of localstrain and heat treatment for grain oriented 3％Si-Fe”报道的一种采用机械刻痕的方法，其主要采用齿状辊在涂覆绝缘涂层后对钢板表面进行压痕变形，退火后再结晶形成细小的非Goss晶粒组织，起到细化磁畴的作用，在800℃条件下保温2h带材性能无明显变化。这种方法对带材表面的绝缘涂层及硅酸镁底层造成严重的破坏，表面平整度降低，且后续耐蚀性降低，另外对齿状辊的要求高，齿形需要达到微米级，经过连续加工后齿形出现磨损，需要经常维护，成本增高。

中国专利文献CN108660303A中专利名称为“一种耐消除应力退火的激光刻痕取向硅钢及其制造方法”，其采用激光刻痕的方式在取向硅钢带材单面或者双面刻痕形成平行线状刻槽。此方法所述的激光刻痕是在脱碳退火前对冷轧板进行刻痕，此时刻痕对脱碳退火后的组织以及脱碳速度均产生影响，刻痕处因带材减薄脱碳速度快，非刻痕处脱碳速度慢，组织不均匀，最终易引起带材性能的波动。另外刻痕时需要在取向硅钢表面涂覆一定厚度的金属氧化物粉末作为保护膜，大大增加了工艺流程，生产成本明显提高。

另外，相关专利文献中还提出了化学刻蚀法、填充法等方法。化学刻蚀法采用酸性溶液进行腐蚀，严重腐蚀破坏硅酸镁底层，同时存在刻槽深度难以保证、腐蚀时间长、废液处理等难题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种耐热型极低损耗取向硅钢及其制备方法，既保证取向硅钢的耐热性又保证硅酸镁底层不被破坏，表面平整度良好，加工工艺流程简单。

为此，本发明提供了如下的技术方案：

一种耐热型低损耗取向硅钢，取向硅钢的单面采用激光刻痕形成平行线状沟槽；

所述激光刻痕为取向硅钢制备工艺中的渗氮步骤之后和在涂覆MgO涂层步骤之前实施。

可选的，所述沟槽的深度为25μm≤b≤55μm，宽度为20μm≤d≤65μm。

可选的，所述沟槽的方向与所述取向硅钢横向方向呈10-20°夹角。

可选的，相邻的两个所述沟槽的间距为4.5mm≤L≤6mm。

可选的，所述取向硅钢与沟槽深度两者差值D为0.155mm≤D≤0.245mm。

一种所述的耐热型低损耗取向硅钢制备方法，取向硅钢制备工艺中的渗氮步骤之后和在涂覆MgO涂层步骤之前对取向硅钢的单面实施激光刻痕，在取向硅钢的单面形成平行线状沟槽。

可选的，所述沟槽的深度为25μm≤b≤55μm，宽度为20μm≤d≤65μm。

可选的，所述沟槽的方向与所述取向硅钢横向方向呈10-20°夹角。

可选的，相邻的两个所述沟槽的间距为4.5mm≤L≤6mm。

可选的，所述取向硅钢与沟槽深度两者差值D为0.155mm≤D≤0.245mm。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种耐热型低损耗取向硅钢，取向硅钢的单面采用激光刻痕形成平行线状沟槽；所述激光刻痕为取向硅钢制备工艺中的渗氮步骤之后和在涂覆MgO涂层步骤之前实施；在渗氮步骤之后和在涂覆MgO涂层步骤之前进行激光刻痕加工不会破坏高温退火后形成的硅酸镁底层，底层完整性好，刻痕形成的沟槽位于取向硅钢带材金属基体表面，在高温退火过程中沟槽内直接反应生成硅酸镁底层，最终取向硅钢带材表面涂覆张应力涂层后光滑、平整、无凹凸，取向硅钢带材损耗低、叠片系数高、耐热，成品取向硅钢带材既可用于制备立体卷铁心变压器也可用于制备叠片铁心变压器。

2.本发明提供的一种耐热型低损耗取向硅钢，所述沟槽的深度为25μm≤b≤55μm，宽度为20μm≤d≤65μm；将沟槽的深度控制在25μm-55μm范围内，避免了当沟槽深度低于25μm时，刻痕细化磁畴效果不明显，无法起到降低带材损耗的作用，当沟槽深度高于55μm时，高温退火过程中二次再结晶不完全，带材磁性能严重恶化(磁感低损耗高)，且带材后续加工过程中易产生断裂。

3.本发明提供的一种耐热型低损耗取向硅钢，相邻的两个所述沟槽的间距为4.5mm≤L≤6mm；将沟槽间距L控制在4.5mm-6mm范围内，避免间距L小于4.5mm时，沟槽过于密集，对硅酸镁底层质量影响较大，且损耗降低不明显，间距L大于6mm时，难以起到细化磁畴的效果，带材损耗降低不明显

4.本发明提供了一种所述的耐热型低损耗取向硅钢制备方法，取向硅钢制备工艺中的渗氮步骤之后和在涂覆MgO涂层步骤之前对取向硅钢的单面实施激光刻痕，在取向硅钢的单面形成平行线状沟槽；上述制备方法简单，制备得到的取向硅钢磁性能优异、耐热性高、叠片系数高、带材损耗低，适用于生产制备生产任一厚度的耐热型取向硅钢带材。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1-4中的耐热型低损耗取向硅钢的制备方法流程图；

图2是本发明实施例1-4中的耐热型低损耗取向硅钢的沟槽示意图；

图3是本发明实施例1-4中的耐热型低损耗取向硅钢的侧面示意图；

图4是本发明实施例1中的耐热型低损耗取向硅钢的最终成品的实物图；

图5是本发明实施例2中的耐热型低损耗取向硅钢的最终成品的实物图；

图6是本发明实施例3中的耐热型低损耗取向硅钢的最终成品的实物图；

图7是本发明实施例4中的耐热型低损耗取向硅钢的最终成品的实物图。

附图标记：

1-取向硅钢带材，2-沟槽，3-硅酸镁底层，4-绝缘张应力涂层，5-金属基体，TD-横向，RD-轧向，ND-厚度方向，L-间距，b-深度，d-宽度。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

下述实施例中的取向硅钢制备工艺中的步骤热轧、常化、冷轧、脱碳、渗氮、涂覆MgO涂层、高温退火、涂覆张应力涂层均为取向硅钢的常规生产工艺流程步骤，具体实验步骤或条件按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。

下述实施例中激光刻痕步骤中使用的激光仪器为Nd-YAG固体激光器，额定功率220V，额定功率≥50W，激光频率范围20-100kHz，刻痕速度200-1000mm/s，刻痕时激光器由自动控制系统进行控制。

下述实施例中磁性能测量采用《GB/T3655-2008用爱泼斯坦方圈测量电工钢片(带)磁性能的方法》测量。

下述实施例中叠片系数测量采用《GB/19289-2019电工钢片(带)的密度、电阻率和叠装系数的测量方法》测量。

实施例1

一种耐热型低损耗取向硅钢的制备方法，步骤如下：

1)将取向硅钢带材热轧、常化后，冷轧至厚度为0.18mm，然后依次进行脱碳退火、渗氮处理、激光刻痕、涂覆MgO涂层、高温退火、涂覆张应力绝缘涂层，上述工艺流程如图1所示。

2)其中激光刻痕参数为：对渗氮处理后和涂覆MgO涂层之前的带材一面进行刻痕，形成均匀排列的平行线状沟槽，沟槽深度b为25μm、宽度d为20μm、相邻的两个沟槽间距L为4.5mm，沟槽的方向与所述取向硅钢带材横向TD方向的夹角为10°，如图2所示。

3)经过磁性能测量，取向硅钢带材损耗为0.70W/kg，磁感为1.91T，经过叠片系数为0.971，经过≥900℃(在本实施例中选择经过900℃)退火2h处理后性能无明显变化，如图3所示，在渗氮处理后和涂覆MgO涂层之前进行激光刻痕加工，不会破坏高温退火后形成的硅酸镁底层3，底层完整性好，刻痕形成的沟槽位于带材金属基体5表面，在高温退火过程中沟槽内直接反应生成硅酸镁底层，最终带材表面涂覆绝缘张应力涂层4后光滑、平整、无凹凸，如图4所示。

实施例2

一种耐热型低损耗取向硅钢的制备方法，步骤如下：

1)将取向硅钢带材热轧、常化后，冷轧至0.23mm，然后依次进行脱碳退火、渗氮处理、激光刻痕、涂覆MgO涂层、高温退火、涂覆张应力绝缘涂层，上述工艺流程如图1所示。

2)其中激光刻痕参数为：对渗氮处理后和涂覆MgO涂层之前的带材一面进行刻痕，形成均匀排列的平行线状沟槽，沟槽深度b为35μm、宽度d为40μm、相邻的两个沟槽间距L为6mm，沟槽的方向与所述取向硅钢带材横向TD方向的夹角为20°，如图2所示。

3)经过磁性能测量，带材损耗为0.777W/kg，磁感为1.92T，叠片系数为0.976，经过≥900℃(在本实施例中选择经过900℃)退火2h处理后性能无明显变化，如图3所示，在渗氮处理后和涂覆MgO涂层之前进行激光刻痕加工，不会破坏高温退火后形成的硅酸镁底层3，底层完整性好，刻痕形成的沟槽位于带材金属基体5表面，在高温退火过程中沟槽内直接反应生成硅酸镁底层，最终带材表面涂覆绝缘张应力涂层4后光滑、平整、无凹凸，如图5所示。

实施例3

一种耐热型低损耗取向硅钢的制备方法，步骤如下：

1)将取向硅钢带材热轧、常化后，冷轧至0.27mm，然后依次进行脱碳退火、渗氮处理、激光刻痕、涂覆MgO涂层、高温退火、涂覆张应力绝缘涂层，上述工艺流程如图1所示。

2)其中激光刻痕参数为：对渗氮处理后和涂覆MgO涂层之前的带材一面进行刻痕，形成均匀排列的平行线状沟槽，沟槽深度b为40μm、宽度d为50μm、相邻的两个沟槽间距L为5mm，沟槽的方向与所述取向硅钢带材横向TD方向的夹角为15°。

3)经过磁性能测量，带材损耗为0.851W/kg，磁感为1.917T，叠片系数为0.979，经过≥900℃(在本实施例中选择经过900℃)退火2h处理后性能无明显变化。如图3所示，在渗氮处理后和涂覆MgO涂层之前进行激光刻痕加工，不会破坏高温退火后形成的硅酸镁底层3，底层完整性好，刻痕形成的沟槽位于带材金属基体5表面，在高温退火过程中沟槽内直接反应生成硅酸镁底层，最终带材表面涂覆绝缘张应力涂层4后光滑、平整、无凹凸，如图6所示。

实施例4

一种耐热型低损耗取向硅钢的制备方法，步骤如下：

1)将取向硅钢硅钢带材热轧、常化后，冷轧至0.30mm，然后依次进行脱碳退火、渗氮处理、激光刻痕、涂覆MgO涂层、高温退火、涂覆张应力绝缘涂层，上述工艺流程如图1所示。

2)其中激光刻痕参数为：对渗氮处理后和涂覆MgO涂层之前的带材一面进行刻痕，形成均匀排列的平行的线状沟槽，沟槽深度b为55μm、宽度d为65μm、相邻的两个沟槽间距L为5mm，沟槽的方向与所述取向硅钢带材横向TD方向的夹角为17°，如图2所示。

3)经过磁性能测量，带材损耗为0.927W/kg，磁感为1.932T，叠片系数为0.982，经过≥900℃(在本实施例中选择经过900℃)退火2h处理后性能无明显变化，如图3所示，在渗氮处理后和涂覆MgO涂层之前进行激光刻痕加工，不会破坏高温退火后形成的硅酸镁底层3，底层完整性好，刻痕形成的沟槽位于带材金属基体5表面，在高温退火过程中沟槽内直接反应生成硅酸镁底层，最终带材表面涂覆绝缘张应力涂层4后光滑、平整、无凹凸，如图7所示。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。