CN202110193957.2一种取向硅钢磁场退火工艺

权利要求

1.一种取向硅钢磁场退火工艺，包括以下步骤：

（1）在脱碳板表面涂覆隔离剂后，先通入氮气后，在氮气气氛下，进行升温加热；

（2）待加热温度升高至520-730℃时，改换5-10℃/min的升温速率加热；

（3）待加热温度升高至750-820℃时后进行保温；

（4）保温再以5-10℃/min的速率进行降温；

（5）降温至700-740℃时开始施加恒定磁场，进行磁场热处理；

（6）继续降温至500-550℃，即可；

所述隔离剂的组分包括：xMgO·yMg(OH)
_2、柠檬酸、柠檬酸三铵、Na
₂B
₄O
₇、Sb
₂(SO
₄)
₃、Al
₂O
₃、乙烯基三甲氧基硅烷、三异硬脂酰基钛酸异丙酯；

步骤（1）中，所述升温加热按照10-15℃/min的升温速率进行；

步骤（6）中，所述降温按照1-5℃/min的速率进行；

步骤（5）中，所述磁场的电流为200-400A、电压150-220V的直流电，所述磁场磁感强度为0.06-0.15T；所述磁场的方向为垂直轧制方向，磁场范围（500-700）mm*1300mm*（200-300）mm。

2.如权利要求1所述的取向硅钢磁场退火工艺，其特征在于，按照重量份数计，所述隔离剂的组分包括：

xMgO·yMg(OH)
₂80-100份
_、柠檬酸 0.1-0.5份、柠檬酸三铵1-5份、Na
₂B
₄O
₇3-8份、Sb
₂(SO
₄)
₃1-5份、Al
₂O
₃1-5份、乙烯基三甲氧基硅烷 (A171) 1-3份、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS) 1-6份。

3.如权利要求2所述的取向硅钢磁场退火工艺，其特征在于，所述乙烯基三甲氧基硅烷和三异硬脂酰基钛酸异丙酯的质量比为1:1-2。

4.如权利要求2所述的取向硅钢磁场退火工艺，其特征在于，所述xMgO·yMg(OH)
₂为MgO·8Mg(OH)
₂。

5.如权利要求2所述的取向硅钢磁场退火工艺，其特征在于，所述MgO·8Mg(OH)
₂的柠檬酸值（CAA值）为12s。

6.如权利要求1所述的取向硅钢磁场退火工艺，其特征在于，步骤（4）中，所述保温的时间为5-15h。

说明书

一种取向硅钢磁场退火工艺

技术领域

本发明属于取向硅钢制备技术领域，具体涉及一种取向硅钢磁场退火工艺。

背景技术

冷轧取向硅钢也称冷轧变压器钢，是一种应用于变压器(铁芯)制造行业的重要硅铁合金。它的生产工艺复杂，制造技术严格，主要分为普通取向硅钢和高磁感应取向硅钢。

软磁材料，指的是当磁化发生在Hc不大于1000A/m，这样的材料称为软磁体。典型的软磁材料，可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度。软磁材料具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。含硅量0.5％-4.8％，一般制成薄板使用，俗称硅钢片。在纯铁中加入硅后，可消除磁性材料的磁性随使用时间而变化的现象。随着硅含量增加，热导率降低，脆性增加，饱和磁化强度下降，但其电阻率和磁导率高，矫顽力和涡流损耗减小，从而可应用到交流领域，制造电机、变压器、继电器、互感器等的铁芯。

磁场已经应用于硅钢的研究中，磁场退火可以使取向硅钢织构得到一定程度的改善。沙玉辉等沿轧向施加磁场，对取向硅钢薄带进行退火处理发现，磁场退火能显著增加对称轧制薄带的再结晶Goss织构组分，减少非对称轧制薄带的Goss织构组分。Masahashi N等的研究结果表明，磁场退火可以强化冷轧Fe-3.25％Si中晶向沿外磁场方向的分布，但对平均晶粒尺寸没有明显影响。目前，对于磁场对取向硅钢织构的影响机理主要从以下2个方面进行分析：(1)由于磁晶各向异性，取向硅钢方向具有最大磁导率，故其磁晶各向异性能最低，即磁场导致的自由能增加最小，促进晶向平行磁场方向的晶粒长大，从而得到较大的晶粒尺寸。(2)磁场诱发产生的磁有序会阻碍原子扩散，进而降低了晶界的可动性，晶界可动性的降低将导致再结晶进程延迟，使原本不利的取向(即非Goss组分)获得较多的发展时间。因此，磁场一方面通过磁晶各向异性能促进织构发展，另一方面通过降低晶界可动性促进非Goss织构发展。目前磁场对取向硅钢影响的研究尚待进一步开展，对磁场退火影响其再结晶机理的研究也有待于深入。

目前的软磁材料取向硅钢主要存在的问题是产品档次、性能一致性和外观都有待改善，铁损失有待进一步降低、磁感有待进一步提高。

发明内容

为克服以上技术问题，本发明提供了一种取向硅钢磁场退火工艺，该退火工艺能够有效降低铁损失，提高磁感。

为实现以上目的，本发明提供的技术方案如下：

一种取向硅钢磁场退火工艺，包括以下步骤：

(1)在脱碳板表面涂覆隔离剂后，先通入氮气后，在氮气气氛下，进行升温加热；

(2)待加热温度升高至520-730℃时，改换5-10℃/min的升温速率加热；

(3)待加热温度升高至750-820℃时后进行保温；

(4)保温再以5-10℃/min的速率进行降温；

(5)降温至700-740℃时开始施加恒定磁场，进行磁场热处理；

(6)继续降温至500-550℃，即可。

优选地，步骤(1)中，所述隔离剂的组分包括：xMgO·yMg(OH)
₂、柠檬酸、柠檬酸三铵、Na
₂B
₄O
₇、Sb
₂(SO
₄)
₃、Al
₂O
₃、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)。

优选地，按照重量份数计，所述隔离剂的组分包括：

xMgO·yMg(OH)
₂ 80-100份、柠檬酸0.1-0.5份、柠檬酸三铵1-5份、Na
₂B
₄O
₇ 3-8份、Sb
₂(SO
₄)
₃ 1-5份、Al
₂O
₃ 1-5份、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)1-3份、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)1-6份。

优选地，所述乙烯基三甲氧基硅烷和三异硬脂酰基钛酸异丙酯的质量比为1:1-2。

优选地，所述xMgO·yMg(OH)
₂为MgO·8Mg(OH)
₂，优选地，所述MgO·8Mg(OH)
₂的柠檬酸值(CAA值)为12s。

优选地，步骤(1)中，所述升温加热按照10-15℃/min的升温速率进行。

优选地，步骤(4)中，所述保温的时间为5-15h；

优选地，步骤(6)中，所述降温按照1-5℃/min的速率进行。

优选地，步骤(5)中，所述磁场的电流为200-400A、电压150-220V的直流电，所述磁场磁感强度为0.06-0.15T。

优选地，步骤(5)中，所述磁场的方向为垂直轧制方向，磁场范围(500-700)mm*1300mm*(200-300)mm。

与现有技术比，本发明的技术优势在于：

(1)本发明提供的软磁材料取向硅钢磁场退火工艺可稳定降低产品铁损，提高磁感。

(2)本发明中，加入隔离剂在高温退火过程中形成的液相起到“气封”作用可以防止钢板中固溶氮逸出或气氛中氮渗入钢板中；可以获得表面光洁的产品。

(3)本发明中加入柠檬酸在氧化镁颗粒表面可以形成一种不溶性柠檬酸镁的保护涂层；可以增强硅钢的机械强度。

(4)本发明中加入乙烯基三甲氧基硅烷和三异硬脂酰基钛酸异丙酯后，对轻质氧化镁颗粒表面改性，不易团聚，隔离剂的悬浮性变好，沉降量变小。隔离剂的涂覆更加均匀。同时能增加硅磁性能，降低铁损。

(5)本发明中隔离剂涂层的耐腐蚀性较好，Al
₂O
₃的加入可以与其他组分相互作用起到协同增效的作用，同时改善磁性能。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

隔离剂的制备：按照重量份数计，所述隔离剂的组分包括MgO·8Mg(OH)
₂ 90份、柠檬酸0.3份、柠檬酸三铵2份、Na
₂B
₄O
₇ 5份、Sb
₂(SO
₄)
₃ 2份、Al
₂O
₃ 3份、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)2份、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)3份。

制备方法：将MgO·8Mg(OH)
₂分散于5倍质量的去离子水中，在5℃下搅拌，依次加入柠檬酸、柠檬酸三铵、Na
₂B
₄O
₇、Sb
₂(SO
₄)
₃、Al
₂O
₃、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)，搅拌均匀，制成隔离层涂液，备用。

一种取向硅钢磁场退火工艺，包括以下步骤：

(1)在脱碳板表面涂覆隔离剂后，先通入氮气后，在氮气气氛下，按照12℃/min的升温速率进行升温加热；

(2)待加热温度升高至600℃时，改换7℃/min的升温速率加热；

(3)待加热温度升高至780℃时后进行保温；

(4)保温10h，再以8℃/min的速率进行降温；

(5)降温至720℃时开始施加恒定磁场，进行磁场热处理；磁场的电流为300A、电压220V的直流电，所述磁场磁感强度为0.08T；磁场的方向为垂直轧制方向，磁场范围700mm*1300mm*200mm。

(6)按照2℃/min的速率继续降温至500℃，即可。

实施例2

隔离剂的制备：按照重量份数计，所述隔离剂的组分包括MgO·8Mg(OH)
₂ 80份、柠檬酸0.1份、柠檬酸三铵5份、Na
₂B
₄O
₇ 3份、Sb
₂(SO
₄)
₃ 1份、Al
₂O
₃ 5份、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)1份、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)1份。

制备方法：将MgO·8Mg(OH)
₂分散于5倍质量的去离子水中，在5℃下搅拌，依次加入柠檬酸、柠檬酸三铵、Na
₂B
₄O
₇、Sb
₂(SO
₄)
₃、Al
₂O
₃、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)，搅拌均匀，制成隔离层涂液，备用。

一种取向硅钢磁场退火工艺，包括以下步骤：

(1)在脱碳板表面涂覆隔离剂后，先通入氮气后，在氮气气氛下，按照10℃/min的升温速率进行升温加热；

(2)待加热温度升高至730℃时，改换5℃/min的升温速率加热；

(3)待加热温度升高至820℃时后进行保温；

(4)保温5h，再以10℃/min的速率进行降温；

(5)降温至700℃时开始施加恒定磁场，进行磁场热处理；磁场的电流为200A、电压150V的直流电，所述磁场磁感强度为0.06T；磁场的方向为垂直轧制方向，磁场范围500mm*1300mm*300mm。

(6)按照1℃/min的速率继续降温至550℃，即可。

实施例3

隔离剂的制备：按照重量份数计，所述隔离剂的组分包括MgO·8Mg(OH)
₂ 100份、柠檬酸0.5份、柠檬酸三铵1份、Na
₂B
₄O
₇ 8份、Sb
₂(SO
₄)
₃ 5份、Al
₂O
₃ 1份、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)3份、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)6份。

制备方法：将MgO·8Mg(OH)
₂分散于5倍质量的去离子水中，在5℃下搅拌，依次加入柠檬酸、柠檬酸三铵、Na
₂B
₄O
₇、Sb
₂(SO
₄)
₃、Al
₂O
₃、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)，搅拌均匀，制成隔离层涂液，备用。

一种取向硅钢磁场退火工艺，包括以下步骤：

(1)在脱碳板表面涂覆隔离剂后，先通入氮气后，在氮气气氛下，按照15℃/min的升温速率进行升温加热；

(2)待加热温度升高至520℃时，改换10℃/min的升温速率加热；

(3)待加热温度升高至750℃时后进行保温；

(4)保温15h，再以5℃/min的速率进行降温；

(5)降温至740℃时开始施加恒定磁场，进行磁场热处理；磁场的电流为400A、电压220V的直流电，所述磁场磁感强度为0.15T；磁场的方向为垂直轧制方向，磁场范围700mm*1300mm*200mm。

(6)按照5℃/min的速率继续降温至500℃，即可。

对比例1

与实施例1相比，升温速率不同。

隔离剂的制备：同实施例1。

一种取向硅钢磁场退火工艺，包括以下步骤：

(1)在脱碳板表面涂覆隔离剂后，先通入氮气后，在氮气气氛下，按照20℃/min的升温速率进行升温加热；

(2)-(6)同实施例1。

对比例2

与实施例1相比，升温速率不同。

隔离剂的制备：同实施例1。

一种取向硅钢磁场退火工艺，包括以下步骤：

(1)在脱碳板表面涂覆隔离剂后，先通入氮气后，在氮气气氛下，按照5℃/min的升温速率进行升温加热；

(2)-(6)同实施例1。

对比例3

与实施例1相比，降温速率不同。

一种取向硅钢磁场退火工艺，包括以下步骤：

(1)-(5)同实施例1的步骤；

(6)按照15℃/min的速率继续降温至500℃，即可。

对比例4

与实施例1相比，区别在于隔离剂的组成不同，乙烯基三甲氧基硅烷和TTS的配比不同。

隔离剂的制备：按照重量份数计，所述隔离剂的组分包括MgO·8Mg(OH)
₂ 90份、柠檬酸0.3份、柠檬酸三铵2份、Na
₂B
₄O
₇ 5份、Sb
₂(SO
₄)
₃ 2份、Al
₂O
₃ 3份、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)4份、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)1份。

制备方法：将MgO·8Mg(OH)
₂分散于5倍质量的去离子水中，在5℃下搅拌，依次加入柠檬酸、柠檬酸三铵、Na
₂B
₄O
₇、Sb
₂(SO
₄)
₃、Al
₂O
₃、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)，搅拌均匀，制成隔离层涂液，备用。

一种取向硅钢磁场退火工艺，步骤同实施例1。

对比例5

与实施例1相比，区别在于隔离剂的组成不同，使用柠檬酸三铵替换柠檬酸。

隔离剂的制备：按照重量份数计，所述隔离剂的组分包括MgO·8Mg(OH)
₂ 90份、柠檬酸三铵2.3份、Na
₂B
₄O
₇ 5份、Sb
₂(SO
₄)
₃ 2份、Al
₂O
₃ 3份、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)2份、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)3份。

制备方法：将MgO·8Mg(OH)
₂分散于5倍质量的去离子水中，在5℃下搅拌，依次加入柠檬酸三铵、Na
₂B
₄O
₇、Sb
₂(SO
₄)
₃、Al
₂O
₃、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)，搅拌均匀，制成隔离层涂液，备用。

一种取向硅钢磁场退火工艺，步骤同实施例1。

对比例6

与实施例1相比，区别在于隔离剂的组成不同，使用MgO替换MgO·8Mg(OH)
₂。

隔离剂的制备：按照重量份数计，所述隔离剂的组分包括MgO 90份、柠檬酸0.3份、柠檬酸三铵2份、Na
₂B
₄O
₇ 5份、Sb
₂(SO
₄)
₃ 2份、Al
₂O
₃ 3份、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)2份、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)3份。

制备方法：将MgO分散于5倍质量的去离子水中，在5℃下搅拌，依次加入柠檬酸、柠檬酸三铵、Na
₂B
₄O
₇、Sb
₂(SO
₄)
₃、Al
₂O
₃、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)，搅拌均匀，制成隔离层涂液，备用。

一种取向硅钢磁场退火工艺，步骤同实施例1。

效果例

1.参照《GBT 3655-2008用爱泼斯坦方圈测量电工钢片(带)磁性能的方法》对实施例1-3和对比例1-6所制备的取向硅钢进行铁损失和磁感强度测试。

2.参照《GB/T 2522-1988电工钢带(片)涂层绝缘电阻和附着性测试方法》对实施例1-3和对比例1-6隔离剂的附着性进行评价(隔离剂涂层厚度0.5μm)。

结果见表1。

表1效果性能测试结果

由此可知，本发明提供的取向硅钢磁场退火工艺能够较好的降低铁损提高磁感强度，同时，隔离剂具有较好的附着性，同时，退火工艺和隔离剂的组成对其性能具有较大的影响。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。