[发明专利]一种耐消除应力退火的低铁损取向硅钢的制造方法

说明书

一种耐消除应力退火的低铁损取向硅钢的制造方法，采用脉冲激光在冷轧后、脱碳退火后、在高温退火后或在热拉伸平整退火后的硅钢片单面或双面进行扫描刻槽，在硅钢片轧制方向上形成若干相互平行的沟槽；其中，所述脉冲激光的单个激光脉冲时间宽度≤100ns，单个脉冲峰值能量密度≥0.05J/cm²；单束激光单次扫描的能量密度为1～100J/cm²；所述脉冲激光的束斑为单束斑或多束斑组合，束斑形状为圆形或椭圆形，束斑在扫描方向的直径为5μm～1mm，在垂直于扫描方向上的直径为5～300μm；在硅钢片同一位置扫描刻槽时，脉冲激光的束斑数量与扫描次数乘积≥5。本发明制造的取向硅钢的铁损得到明显改善，且经过消除应力退火，性能不发生劣化。

技术领域

本发明涉及一种耐消除应力退火的低铁损取向硅钢的制造方法，特别 涉及一种耐消除应力退火的激光刻痕取向硅钢的制造方法。

背景技术

近年来，全球能源环境问题日益突出，节能降耗的需求不断增加。2011 年，我国输配电总损耗约2874亿kWh，其中取向硅钢变压器铁芯损耗约 占总量的20％。可见，降低取向硅钢的铁损具有巨大的经济及社会效益。 此外，由于取向硅钢磁致伸缩、磁力线畸变等因素造成的变压器噪音也备 受关注，降低变压器噪音水平也是取向硅钢性能改善的重要方向。

目前，改善取向硅钢铁损和噪音水平的主要方法如下：

第一、冶金学方法：通过成分体系及工艺参数的优化，获得完善的二 次再结晶组织，并提高取向度。

第二、张力控制：改善基板表面涂层的张力，细化磁畴，降低铁损。

第三、刻痕：通过激光、机械、电子束、等离子、化学侵蚀等手段在 硅钢表面刻痕，施加应力以细化磁畴，从而降低铁损。

目前利用冶金学方法已将取向硅钢晶粒的取向度提高到相当高的水 平，Hi-B钢中晶粒的取向平均偏离角低于5°。因此，提升取向硅钢性能 的技术主要集中在涂层张力和刻痕工艺的改进上。

在取向硅钢表面刻痕可以细化磁畴，从而降低铁损。通常刻痕技术可 分为两类：一类是不耐消除应力退火的刻痕技术，也被称为非耐热刻痕技 术，通过激光、等离子束、电子束等方式在硅钢片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，从而减小主磁畴宽度，达到降低 铁损的目的，但其细化磁畴效果经过消除应力退火后消失，产品通常用于 制造不需要退火的叠片铁芯变压器。另一类是耐消除应力退火的刻痕技 术，也被称为耐热刻痕技术，现有的产业化技术主要通过机械或电化学侵 蚀等手段在取向硅钢基板表面形成线状应变区，即线状沟槽，使应变区周 围系统静磁能重新分配，减小主磁畴宽度，从而实现降低铁损的效果，其 细化磁畴效果经过消除应力退火后不发生劣化，产品可用于制造需消除应 力退火的卷绕铁芯变压器。

早期耐热刻痕取向硅钢产品的生产常采用机械的方法。如美国专利 US4770720A，采用齿轮辊等机械刻痕的方式在取向硅钢表面刻出线状沟 槽，从而实现耐热刻痕，但含Si约3％的取向硅钢基材和表面的硅酸镁层 具有极高的硬度，齿轮辊易磨损，导致整卷铁损不均匀，生产成本极高， 不利于批量生产。

采用电化学、电子束及离子束腐蚀的生产耐热刻痕产品的方法也较早 报道。美国专利US7063780利用电解腐蚀的方法形成耐热刻痕取向硅钢， 首先通过激光等方法对带底层的取向硅钢片进行线状加工，使该区域裸露 出金属基体后再在电解液中浸泡，使硅钢片和电极形成电极对，通过交替 控制电极电位正负的变化来电解腐蚀基板，使该区域形成线状沟槽。美国 专利US5013374采用激光、电子束和电化学腐蚀等方法形成沟槽后，利用 电泳或喷雾等方式在沟槽内填入与硅钢片基体热膨胀系数不同的金属如 Al等，之后在650℃环境下固化烧结，利用填充物与基体热膨胀系数的不 同在该线状区域内形成应力，P17/50可降低8～12％。但上述两种方法的工 序及工艺控制极其复杂，制造成本高，处理速度有限。