[发明专利]一种耐消除应力退火刻痕取向硅钢及其制造方法

说明书

一种耐消除应力退火刻痕取向硅钢及其制造方法，在取向硅钢的单面或双面采用前后激光扫描形成复合叠加刻痕，即上下叠加的前置刻痕、后置刻痕，其中，前置刻痕形成宽度10～300μm、深度0.5～5μm的沟槽；后置刻痕在前置刻痕的沟槽内形成宽度300μm以内、深度5～60μm的沟槽。本发明在取向硅钢板表面形成复合叠加沟槽，进一步细化磁畴、降低铁损，表面涂层附着性更好，且，制造工艺简单，能够实现批量化生产，成品刻痕效果在消除应力退火过程中不消失，特别适用于卷绕铁芯变压器的制造。

技术领域

本发明涉及取向硅钢及其制造方法，特别涉及一种耐消除应力退火刻痕取向硅钢及其制造方法，可应用于卷绕铁芯变压器制造。

背景技术

近年来，全球能源环境问题日益突出，节能降耗需求在世界范围内不断增长，各国普遍提高了相应能耗设备标准，降低各类设备对能源的无功消耗。目前，变压器作为电力传输系统中的基本组成部件，其损耗约占在电力传送系统中损耗的40％左右。其中，由取向硅钢层叠或卷绕而制成的铁芯，在工作状态下的无功损耗约占总损耗的20％左右。铁芯损耗通常简称为铁损。可见，降低取向硅钢的铁损对国民经济和社会环境保护具有重大意义。

取向硅钢是一种铁磁材料，以其内部晶粒{110}001位向与钢板轧向排列基本一致而得名。由于取向硅钢{110}001位向的导磁性最好，因此被广泛应用于电力传输中变压器的制造。由于自发磁化和退磁场的共同作用，在取向硅钢晶粒内部形成了磁畴结构，单一磁畴内部原子磁矩排列方向相同，从而使宏观晶体显示出铁磁性质。取向硅钢磁畴在无外界磁场条件下主要为反向平行排列的180°磁畴，单一磁畴宽度通常可以达到几十微米甚至数毫米。该相邻反向排列的磁畴间存在着几十到数百个原子层的过渡层，称为磁畴壁。磁化过程中，外场驱动下磁矩发生转动，磁畴壁迁移使相邻磁畴相互吞并，最终使反向平行排列的180°磁畴合并成与外场方向平行的单一磁畴，从而实现导磁功能。取向硅钢的导磁性一般用B8表征，即在800A/m的激励磁场下硅钢板的磁通密度，单位为T；铁损一般用P17/50表征，即在50Hz的交流励磁场下硅钢板中磁通密度达到1.7T时磁化所消耗的无效电能，单位为W/kg.通常情况下，B8和P17/50表征了取向硅钢基本性能的优劣。

研究表明，取向硅钢铁损由磁滞损耗、涡流损耗和反常涡流损耗三部分组成。磁滞损耗是磁化和反磁化过程中，由于材料中夹杂物、晶体缺陷、内应力等因素阻碍磁畴壁运动，造成磁感应强度落后于磁场强度变化的磁滞现象而引起的能量损耗；涡流损耗是磁化过程中磁通改变感生出局部电动势而引起涡电流所造成的能量损耗，与硅钢板的电导率和厚度有关；反常涡流损耗是硅钢板磁化时磁畴结构不同而引起的能量损耗，主要受磁畴宽度影响。细化磁畴，即减小磁畴宽度，可有效降低反常涡流损耗，是降低硅钢板铁损的重要方法，也是取向硅钢技术进步的主要方向之一。

在取向硅钢表面实施刻痕使磁畴细化而降低铁损的技术，根据刻痕的效果可分为两大类：一类是不耐热刻痕细化磁畴，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，因此只能用于不经消除应力退火的叠片铁芯变压器制造；另一类是耐热刻痕细化磁畴，目前报道的技术手段有机械、电化学腐蚀、激光束等，其技术原理是在取向硅钢表面形成线状应变区，应变区的存在引入额外的表面能和净磁能，使得晶体内部能量重新分配，180°磁畴宽度得以减小，从而降低铁损，此类方法制造的取向硅钢经过消除应力退火后铁损不发生回复，因此能够应用于需消除应力退火的卷绕铁芯变压器的制造。由于卷绕铁芯变压器使用取向硅钢板时使其卷绕方向与轧向完全相同，因此充分利用了取向硅钢轧向磁性能的优异性，在节能降耗和变压器噪音方面均有明显优势，因此受到下游用户的青睐。耐热磁畴细化型取向硅钢特别适用于该类型变压器制造，是技术进步的方向。