CN202110413499.9一种激光刻痕降低取向硅钢铁损的制造方法

权利要求

1.一种激光刻痕降低取向硅钢铁损的制造方法，其特征在于，采用取向硅钢作为原材料，钢带在拉伸热平整线出炉后进行激光刻痕处理，细化磁畴，进而降低取向硅钢成品铁损值，达到优化磁性能的目的；

所述取向硅钢厚度为0.27mm，所述钢带的生产速度为60m/min，所述激光刻痕处理的扫描速度600mm/s、所述激光刻痕处理的扫描间距为4mm、所述激光刻痕取向硅钢的刻槽深度为2.0μm；

所述制造方法得到的激光刻痕取向硅钢为非耐热的激光刻痕取向硅钢，最低退火温度为500℃，经退火后，铁损值即恢复到刻痕前的状态。

说明书

一种激光刻痕降低取向硅钢铁损的制造方法

技术领域

本发明涉及取向硅钢技术领域，具体来说，涉及一种激光刻痕降低取向硅钢铁损的制造方法。

背景技术

取向硅钢是一种具有优异磁性能的软磁合金，通常作为变压器铁芯材料在电力行业有着广泛的应用。变压器运行时，取向硅钢会不可避免地产生磁滞损耗、涡流损耗以及反常损耗，将电能以热能的形式损耗掉，即铁损。据统计，我国每年因取向硅钢造成的电能损失高达数十亿千瓦时，能源浪费十分严重。因此，通过技术改进提高取向硅钢性能，降低电能在输送过程中的损失迫在眉睫。

取向硅钢作为决定变压器损耗的核心材料，其铁损大小直接影响变压器整体损耗。通过提高高斯取向以及减薄厚度来降低铁损已逐步进入了技术发展瓶颈阶段。

硅钢片的铁损由磁滞损耗和涡流损耗组成，涡流损耗又分为经典涡流损耗和反常涡流损耗。在工频下，反常涡流损耗约占铁损的50％。反常涡流损耗是以磁畴壁的移动为基础的涡流损失，与磁畴壁的移动速率成正比，而畴壁的移动速率与移动距离成正比，因此磁畴宽度越大，涡流损失越大。磁畴细化技术就是通过减小取向硅钢主畴宽度来降低其涡流损耗的物理方法。

细化磁畴是通过减小磁畴转动阻力，使磁畴更易转动来降低硅钢材料的反常涡流损耗。目前，常见的细化磁畴技术包括机械刻痕法，激光刻痕法、等离子喷射、放电处理法等。激光刻痕技术相较其他技术生产效率高，流程简单。激光刻痕法即采用连续或者脉冲式的激光束沿横向照射取向硅钢表面，使硅钢表面区域形成一定间距的线状刻痕。激光的主要作用在于使硅钢表面绝缘膜瞬时蒸发并产生数千大气压的冲击压力，在照射点附近范围引起局部受热和形成塑形应变区，以及高密度位错区，使磁畴宽度大大减小，达到磁畴细化目的。

相对比较，激光刻痕技术具有其明显的技术优势：(1)激光能量稳定，加工均匀；(2)激光加工速度快，效率高，适用于工业规模生产；(3)可以利用高自动化控制系统，精确控制刻痕参数：(4)设备不与硅钢片直接接触，对表面绝缘涂层影响较小。

磁畴细化技术按照其是否能经受800℃以上消除应力退火处理分为耐热和非耐热两种。耐热刻痕技术，即采用化学侵蚀、机械压力等方式在硅钢板表面形成具有一定形状的刻槽，刻槽处产生自由磁极的存在使材料能量重新分配，磁畴宽度减小，铁损降低。由于刻槽在消除应力退火过程中不发生变化，因此采用该类技术生产的取向硅钢板可以应用于卷绕铁芯变压器的制造。非耐热刻痕技术，是通过激光、等离子束、电子束等方式在表面以一定间距形成线状热应力区，使该区域周围出现亚磁畴，从而减小180°磁畴宽度，达到降低铁损的目的。此类方法的磁畴细化效果经过消除应力退火后随刻痕处热应力消除而消失，铁损回复到原来水平，因此，该技术主要用于不经消除应力退火的叠片铁芯变压器的制造。

目前，对非耐热刻痕技术的研究相对较少，且普遍存在制造的取向硅钢成品的铁损值高等问题。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种激光刻痕降低取向硅钢铁损的制造方法，该方法激光刻痕处理后取向硅钢的铁损改善率可达到9-16％，且经过500℃以上退火后，铁损又恢复到刻痕前状态。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种激光刻痕降低取向硅钢铁损的制造方法，采用0.23-0.35mm厚取向硅钢作为原材料，钢带在拉伸热平整线出炉后进行激光刻痕处理，细化磁畴，进而降低取向硅钢成品铁损值，达到优化磁性能的目的。

优选地，所述取向硅钢的厚度为0.27mm。

优选地，所述钢带的生产速度为50-70m/min；进一步优选为55-65m/min；最优选为60m/min。

优选地，所述激光刻痕处理的扫描速度为350-950mm/s；进一优选为400-900mm/s，最优为600mm/s。

优选地，所述激光刻痕处理的扫描间距为2-8mm；进一优选为3-5mm，最优为4mm。

本发明提供了一种非耐热的激光刻痕取向硅钢。

优选地，所述激光刻痕取向硅钢的刻槽深度为0.4-3.0μm；进一步优选为0.5-2.6μm；最优选为2.0μm。

优选地，所述激光刻痕取向硅钢经500℃以上退火后，铁损值即恢复到刻痕前的状态。

本发明的有益效果为：

(1)本发明采用的激光刻痕深度为0.4-3.0μm，不会损伤取向硅钢硅酸镁底层，对绝缘涂层的破坏极小，即可达到降低铁损，提升磁性能的目的；

(2)本发明采用的激光刻痕深度为0.4-3.0μm，经500℃以上退火后，铁损又回到刻痕前的状态，对于一些无需刻痕产品的领域，起到灵活应用的效果；

(3)本发明采用的激光刻痕扫描间距为2-8mm，可控范围较广，可根据来料晶粒情况，选择合适的细化磁畴间距，达到改善成品取向硅钢板磁性能的最优值；

(4)本发明采用的激光刻痕可将取向硅钢铁损较刻痕前降低9-16％，极大的改善了成品的磁性能，提高了牌号率；

(5)本发明采用的激光刻痕速度可随钢带生产速度灵活变化，极大的提高了生产效率。

具体实施方式

以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的下述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例中，而是可以应用于符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的更宽的范围。虽然在本发明的实施或测试中可以使用与本发明中所述相似或等价的任何方法和材料，本文在此处列举优选的方法和材料。

除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。

基础实施例

一种非耐热的激光刻痕取向硅钢及其制造方法

一种激光刻痕降低取向硅钢铁损的制造方法，采用0.23-0.35mm厚取向硅钢作为原材料，钢带在拉伸热平整线出炉后进行激光刻痕处理，细化磁畴，进而降低取向硅钢成品铁损值，达到优化磁性能的目的。

所述经激光刻痕处理取向硅钢的生产步骤为：铁水脱锰，冶炼，真空处理，浇铸，板坯加热，热轧，酸洗，冷轧，脱碳退火，高温退火，拉伸热平整。拉伸热平整处理具体生产流程：清洗钢带表面的氧化镁，涂取向硅钢绝缘涂层，连续退火炉中热平整处理，出炉后进行激光刻痕处理。

激光刻痕法是用照射能量为几个毫焦的半宽脉冲式或连续式激光束以点状或线状沿与轧向垂直的方向以大约5mm的间距照射在带有绝缘膜的成品钢带表面。激光束的热量在钢板的表面之下产生弹性-塑性形变区域。磁畴是通过在弹塑性形变区产生的压应力和刻痕间的张应力来细化的。

实施例1-5一种非耐热的激光刻痕取向硅钢及其制造方法

实施例1-5中所述激光刻痕取向硅钢及其制造方法中的参数如表1所示。

表1

对比例1-4一种非耐热的激光刻痕取向硅钢及其制造方法

对比例1-4中所述激光刻痕取向硅钢及其制造方法中的参数如表2所示。

表2

检测了实施例1-5和对比例1-4制备的钢带不同位置刻痕后样片的磁性能，数据如表3所示。

表3

由上表可知，本发明制造的非耐热的激光刻痕取向硅钢的刻槽深度为0.4-3.0μm，刻痕处理前后的磁感值B8基本无变化，铁损提升率为9-16％。同时，通过对比例1-4发现，取向硅钢的厚度、钢带生产速度、激光扫描速度、扫描间距和刻槽深度均对制备的非耐热的激光刻痕取向硅钢的铁损产生重要影响。

同时，实施例1-5制备的非耐热的激光刻痕取向硅钢经500℃以上退火处理后，铁损又恢复到刻痕前的状态，具体地，实施例1的最低退火温度为620℃、实施例2的最低退火温度为720℃、实施例3的最低退火温度为580℃；实施例4的最低退火温度为640℃；实施例5的最低退火温度为500℃。对比例1-4制备的非耐热的激光刻痕取向硅钢经800℃以上退火处理后，铁损可恢复到刻痕前的状态，具体地，对比例1的最低退火温度为820℃、对比例2的最低退火温度为860℃，对比例3的最低退火温度为900℃，对比例4的最低退火温度为800℃

综上所述，本发明采用的激光刻痕深度为0.4-3.0μm，不会损伤取向硅钢硅酸镁底层，对绝缘涂层的破坏极小，即可达到降低铁损，提升磁性能的目的，制备的非耐热的激光刻痕取向硅钢，经500℃以上退火后，铁损又回到刻痕前的状态，对于一些无需刻痕产品的领域，起到灵活应用的效果；本发明采用的激光刻痕扫描间距为2-8mm，可控范围较广，可根据来料晶粒情况，选择合适的细化磁畴间距，达到改善成品取向硅钢板磁性能的最优值；采用的激光刻痕可将取向硅钢铁损较刻痕前降低9-16％，极大的改善了成品的磁性能，提高了牌号率；本发明采用的激光刻痕速度可随钢带生产速度灵活变化，极大的提高了生产效率。

以上是结合具体实施例对本发明进一步的描述，但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。